Computer Vision Based Goal Decision System for Football Match: A Prototype Study

Abstract

The need for autonomous systems increases day by day in order to be able to appeal to the referee's decisions in soccer. The main reason for this increase in demand is the fact that referees can make critical mistakes that could have an effect on important matches. Therefore, in many countries football referees, who are based on the computer vision system as well as referees, have been engaged in soccer games. It is aimed to provide fair competition environment by reducing mistakes with such systems. In this study, a computer vision system, GolKaSis, was designed for the determination of the goal event in football matches. In the GolKaSis, firstly, the images taken from the videos obtained from the cameras placed in a region close to the tower in the designed football field prototype are separated as negative and positive. The ones that are positive from these images are those showing the goal event, the ones that are negative are the video images where the goal event is not coming to fruition. In the developed computer vision system, the matching of the positive video with the video images taken in real time is determined by providing Haar Cascade Classifier. It has been seen that the computerized vision system proposed in the test procedures on the designed prototype correctly determined the goal event with 91% success rate. Furthermore, in the study, it was seen that the intensity of the light in the videos obtained from the videos is the effect of correcting the goal phenomenon. Thus, taking into account the characteristics of the camera, it is necessary to determine the intensity of the light.

Keywords

• Football match,goal-line detection,computer vision system,Haar Cascade classifier

Futbol Maçları İçin Bilgisayarlı Görü Destekli Gol Karar Sistemi(GolKaSis): Bir Prototip Çalışma

Öz

Futbol maçlarında hakemlerin verebileceği kararlara yardımcı olması amacıyla, otonom sistemlere olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu talep artışının ana sebebi maçlarda hakemlerin önemli maçlarda sonuca etki edebilecek kritik hatalar yapabilmesinden kaynaklanmaktadır. Bundan dolayı, birçok ülkede futbol maçlarında hakemlerin yanı sıra bilgisayarlı görü sistemine dayalı çalışan yardımcı hakem sistemleri de devreye girmiştir. Bu tarz sistemler ile hatalar aza indirilerek adil bir rekabet ortamının sağlanması amaçlanmaktadır. Bu çalışmada futbol maçlarında gol olayının tespiti için bir bilgisayarlı görü sistemi(GolKaSis) tasarlanmıştır. GolKaSis’te öncelikle, tasarlanan futbol sahası prototipinde kaleye yakın bir bölgeye yerleştirilen kameradan elde edilen videolardan alınan görüntüler negatif ve pozitif olarak ayrılmıştır. Bu görüntülerden pozitif olanlar gol olayını gösterenlerden, negatif olanlar ise gol olayının meydana gelmediği video görüntülerinden oluşmaktadır. Geliştirilen bilgisayarlı görü sisteminde gerçek zamanlı alınan video görüntüleri ile pozitif görüntülerin eşleştirilmesi ise Haar Cascade Sınıflandırıcı sağlanarak gol olayı tespit edilmektedir. Tasarlanan prototip üzerinde yapılan test işlemlerinde önerilen bilgisayarlı görü sisteminin gol olayını %91 başarım oranı ile doğru olarak tespit ettiği görülmüştür. Ayrıca çalışmada, videolardan elde edilen görüntülerdeki ışık şiddetinin gol olayının doğru olarak tespit edilmesine etkisi olduğu görülmüştür. Bu nedenle kullanılan kameranın özellikleri de göz önüne alınarak ışık şiddetinin uygun şekilde ayarlanması gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Futbol maçı,gol çizgisi tespiti,Bilgisayarlı görü sistemi,Haar Cascade sınıflandırıcı

References

1. [1] R. Psiuk, T. Seidl, W. Strauß, J. Bernhard, Analysis of goal line technology from the perspective of an electromagnetic field based approach. Procedia Engineering, 72(2014) 279-284.
2. [2] M. Peker, O. Özkaraca, “Büyük ölçekli veri setleri için GPU hızlandırmalı melez bir GA-SVM: Cu-GA-SVM”, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(3), 581-591.
3. [3] I. Reid, A. Zisserman, Goal-directed video metrology. In 4th European Conference on Computer Vision '96, Cambridge, April 1996.
4. [4] N. Ancona, G. Cicirelli, A. Branca, A. Distante, Goal detection in football by using support vector machines for classification. In International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN'01), 1(2001), 611-616).
5. [5] S. C. Chen, M. L. Shyu, C. Zhang, L. Luo, M. Chen, Detection of soccer goal shots using joint multimedia features and classification rules. In MDM/KDD’03, 27 August 2003, Washington, DC, USA.
6. [6] K. Wan, X. Yan, X. Yu, C. Xu, Real-time goal-mouth detection in MPEG soccer video. In Proceedings of the eleventh ACM international conference on Multimedia (pp. 311-314), 2003.
7. [7] T. D’Orazio, M. Leo, P. Spagnolo, M. Nitti, N. Mosca, A. Distante, A visual system for real time detection of goal events during soccer matches. Computer Vision and Image Understanding, 113:5(2009), 622-632.
8. [8] P. Spagnolo, M. Leo, P. Mazzeo, M. Nitti, E. Stella, A. Distante, Non-invasive soccer goal line technology: A real case study. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Workshops (pp. 1011-1018), 2013.

9. [9] E. Ryall, Are there any Good Arguments Against Goal-Line Technology?, Sport, Ethics and Philosophy. 6:4(2012) 439-450.
10. [10] ScienceABC, https://www.scienceabc.com/innovation/how-does-the-goal-line-technology-work.html, Erişim Tarihi: 04/12/2018.
11. [11] FIFA Goal-line Technology, Recommendations for implementation in competitions based on experience from the FIFA Club World Cup Japan 2012, https://www.fifa.com/mm/document/fifaqualityprogramme/goal-linetechnology/02/01/77/01/gltweben.pdf, Erişim Tarihi: 02/12/2018.
12. [12] physics.org, http://www.physics.org/article-questions.asp?id=125, Erişim Tarihi: 02/12/2018.
13. [13] Sky Sports https://www.skysports.com/football/news/11095/11395534/var-at-the-world-cup-when-can-video-assistant-referees-be-used-will-fans-be-informed-of-decisions, Erişim Tarihi: 02/12/2018
14. [14] A. Eldem, H. Eldem, A. Palalı, Görüntü İşleme Teknikleriyle Yüz Algılama Sistemi Geliştirme. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 6:2(2017) 44-48.
15. [15] P. Viola, M. J. Jones, Robust real-time face detection International Journal of Computer Vision, 57:2 (2004) 137-154.
16. [16] Cascade Trainer GUI, http://amin-ahmadi.com/cascade-trainer-gui/ Erişim Tarihi: 02/12/2018.