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1. MXPA/a/2001/005100 - MULTIPLE OBJECT TRACKING SYSTEM

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SISTEMA DE RASTREO DE OBJETOS MÚLTIPLES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a sistemas para rastrear el movimiento de objetos múltiples dentro de un área predefinida.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

A medida que la tecnología de sistemas de cámaras, microelectrónicos y de computadora continúa avanzando a gran velocidad ha habido un suministro creciente de sistemas de visión de máquina con los que se pretende reemplazar tareas bien definidas de visión repetitiva/reconocimiento que anteriormente habían sido realizadas por humanos. Los primeros sistemas eran diseñados para reconocer partes que se movían a lo largo de líneas de ensamble para ayudar al procedimiento de fabricación. Más recientemente, muchas invenciones se han aplicado para reconocer humanos y su movimiento. La variabilidad de humanos y su ropa, así como la complejidad del fondo dentro del cual actúan ha presentado un reto significativo a la tecnología avanzada. Se ha dado atención considerable a varias técnicas para distinguir la forma humana de su fondo usando técnicas de detección de borde que buscan retirar información fija, es decir, de fondo. Existen dos factores principales que llevan a cabo el éxito de estas técnicas diversas. La primera es la resolución de imagen, la cual impulsa la cantidad de información y, por consiguiente, detalle que está disponible al sistema de computadora acompañante para diferenciar el primer plano del fondo. De manera ideal, cuanto mayor resolución, mejor. Sin embargo, a medida que la resolución incrementa también incrementa el costo de la cámara así como el sistema de computadora acompañante. Incluso Aún en forma más importante, a medida que la resolución incrementa, el tiempo para procesar incrementa significativamente. Y a medida que el tiempo para procesar incrementa, se dificulta la habilidad para que estos sistemas realicen operaciones en tiempo real.
Los siguientes son siete ejemplos de sistemas de visión de máquina diseñados de alguna manera u otra para reconocer el movimiento de humanos u objetos desde dentro de un área predefinida.
En noviembre de 1994 la patente EUA 5,363,297 titulada "Automated Camera -Based Tracking System for Sports Contests" expedida a Larson et al. Este sistema empleaba múltiples cámaras para monitoriar de manera continua el área de un evento deportivo que estaba teniendo lugar. Cada cámara alimentaba su información a un sistema de computadora acompañante para análisis que consistía de extraer los jugadores del fondo fijo y así rastrear sus siluetas. El inventor había anticipado problemas cuando los jugadores individuales chocaran o de otra manera interactuaran entre sí y, por consiguiente, fusionaran sus siluetas individuales. También se reconoció la necesidad de inicializar el sistema identificando primero cada jugador a medida que aparecían dentro del capo de visión del sistema. Larson et al. especificó dos soluciones para estos problemas. Primero, se propuso acoplar monitores al sistema de rastreo que serían operados por humanos quienes realizarían el reconocimiento inicial así como reidentificaciones posteriores cuando el sistema perdiera rastro de un jugador debido a una fusión de siluetas. Segundo, se propuso acoplar dispositivos de rastreo electrónico y emplear triangulación de señales recibidas para identificar y rastrear jugadores individuales. Existen al menos cuatro problemas principales con la patente de Larson. Primero, la cantidad de procesamiento digital requerido para realizar la extracción de jugadores en tiempo real excede considerablemente la tecnología de computadora efectiva en cuanto a costo de hoy en día, menos aún 1994. Segundo, a fin de realizar esta extracción, sería necesaria una gran cantidad de detalle que incrementaría por consiguiente el costo de implementación requiriendo más cámaras y sistemas de computadora relacionados. Y por supuesto, el detalle adicional tendería únicamente a retrasar aún más la capacidad de respuesta del sistema. Tercero, el requerimiento de uno o más operadores para reconocer inicialmente y después reidentificar jugadores es extremadamente limitante y costoso. Este requerimiento esencialmente hizo la patente poco práctica desde el punto de vista económico para monitoriar eventos deportivos de jóvenes no profesionales, donde el costo del sistema que incluye el costo actual del operador humano excedería considerablemente flujos de ingresos más pequeños. Cabe mencionar que es más que muy probable que este operador sería un padre de uno de los jóvenes quien probablemente no estaría familiarizado con todos los jugadores y a quien probablemente causaría tensión tomar tantas decisiones en tiempo real. Este enfoque requeriría también capacitar y volver a capacitar a los operadores, lo cual resultaría también prohibitivo. Cuarto, el tipo de componentes electrónicos necesarios para rastrear jugadores en tiempo real tendría que operar a frecuencias más altas, lo cual significaría también que sería más costoso, proveyendo una desventaja económica adicional. El quinto problema principal es que para el sistema podría ser difícil determinar la orientación del jugador. Por ejemplo, aunque la invención de Larson pudiera detectar la dirección del movimiento de un individuo, no podría determinar si la persona estaba mirando hacia adelante o hacia atrás, menos aún si la cabeza de la persona estaba volteando en otra dirección.
En diciembre de 1995, patente de EUA número 5,473,369 titulada 'Object Tracking Apparatus" expedida a Keiko Abe. Esté sistema se refería a las técnicas de procesamiento de imagen real usadas para seguir un objeto de cuadro a cuadro. El inventor describió técnica anterior que comparaba las imágenes bloque por bloque de un cuadro al siguiente, donde se asume que un bloque es uno o más pixeles de la imagen. Se señaló que tales sistemas dependían de cálculos estadísticos propensos a error y que se llevaba mucho tiempo que eran especialmente susceptibles a interpretación errónea cuando el objeto cambiaba de tamaño dentro del campo de visión o desaparecía por completo. Abe propuso tomar los mismos cuadros de video pero primero separarlos en histogramas de luminancia y color que luego se deben comparar cuadro por cuadro. Comparando los histogramas en vez de los bloques, Abe argumentaba que el sistema sería más exacto y eficiente que los sistemas de correspondencia de bloques. No obstante, existen al menos cinco problemas principales con la patente de Abe. Primero, la efectividad y confiabilidad de esta técnica depende en alto grado de las condiciones de iluminación inicialmente y con el tiempo dentro del campo de visión que se está rastreando. Por ejemplo, si el cuadro inicial fue tomado bajo una condición bien iluminada, los histogramas de luminancia del objeto pueden ser ideales. No obstante, cuando las condiciones de iluminación son deficientes para empezar con las mismas, o peor aún cambian de cuadro a cuadro como puede suceder con un estallido repentino de luz ambiental, los histogramas de luminancia estarán sujetos a error considerable. Segundo, depender de histogramas de color es igualmente incierto debido en parte a la susceptibilidad de detección de color a condiciones de iluminación, las cuales nuevamente pueden variar de cuadro a cuadro, y en parte al potencial de que el objeto y fondo se pongan borrosos cuando los esquemas de color se sobreponen. Un tercer problema es que el sistema Abe no se presta a rastrear objetos múltiples que pueden tener información de luminancia/color idéntica y que se puedan sobreponer de cuadro a cuadro. Un cuarto problema se discute en la especificación de Abe que indica un requerimiento de un operador humano para inicializar el sistema seleccionando la porción de la imagen de video que contiene el objeto que se va a rastrear, el llamado cuadro de designación de región. Este requerimiento sería aún más restrictivo cuando se considera el rastreo de objetos múltiples donde los objetos pueden entrar y salir del campo de visión de sobreposición temporal entre sí. Y finalmente, en la especificación se hace referencia a un quinto problema donde se expresa como una oportunidad del sistema de controlar automáticamente el giro para toma panorámica, inclinación y acercamiento o alejamiento rápido de una cámara. Al hacerlo, Abe menciona que el sistema es capaz de "copiar con cualquier cambio en el tamaño del objeto y que puede fotografiar el objeto objetivo siempre en un tamaño deseable, logrando así una mejora sustancial en términos de la facilidad con la cual se puede usar el aparato". Por consiguiente, se reconoce que este método/aparato sigue siendo muy dependiente de la resolución similar a los métodos de bloque sobre los cuales se está intentando tener una mejora.
En abril de 1997, patente de E.U.A. No. 5,617,335 titulada "System for and Method of Recognizing and Tracking Target Mark" expedida a Hashima et al. Esta invención está intentando atender el problema de determinar las coordenadas tridimensionales de un objeto con respecto a una cámara de rastreo y mecanismo de procesamiento, por ejemplo, un brazo robótico de una sola imagen bidimensional. Estas coordenadas son expresadas como la posición y colocación de una marca objetivo que ha sido colocada en el objeto que se va a rastrear. En la revisión de Hashima de la técnica anterior se listan varios métodos existentes, muchos de los cuales requieren demasiados cálculos y/o tienen problemas con objetos múltiples y ruido de imagen de fondo. Se describe una técnica para marcar el objeto que se va a rastrear con un triángulo blanco dentro de un círculo negro. Una vez que las marcas especiales son capturadas, son rápidamente convertidas en histogramas proyectados en las direcciones X y Y de la imagen de la marca de triángulo después de lo cual los centros de gravedad así como los valores de histograma máximos en las direcciones X y Y son determinados también. Toda esta información se usa después en forma colectiva para "determinar a cuáles de los patrones de posición clasificados y prefijados pertenece la posición del triángulo de dicha marca objetivo con base en la colocación de los centros de gravedad, los valores de histograma máximos, los valores del eje X y Y, y los datos geométricos conocidos de dicha marca objetivo". Aún tomando la afirmación de Hashima de eficiencia y exactitud incrementadas, su técnica tiene al menos tres limitaciones principales. Primera, el objeto que se va a rastrear debe ser marcado en una manera muy exacta y esta marca debe ser visible a la cámara de rastreo todo el tiempo. No se ha descrito condición alguna en cuanto a como el objeto puede ser rastreado si las marcas están bloqueadas temporalmente de la visión de la cámara de rastreo. Segundo, intentando determinar información de tres dimensiones a partir de una sola imagen de dos dimensiones, Hashima está enfocando su solución en situaciones donde pueden no estar disponibles cámaras de perspectiva adicionales. Dadas tales cámaras adicionales, existen métodos aún más eficientes y exactos para determinar la tercera dimensión. Tercera, esta invención enseña un sistema que funciona bien "aun cuando una imagen contiene ya sea muchos objetos o tiene muchos ruidos". No obstante, si cada una de estos objetos múltiples necesitara ser rastreado dentro de la misma imagen, la invención de Hashima no sería un rendimiento óptimo ya que en cualquier momento dado la orientación preferida de la cámara al objeto no se puede mantener de manera simultánea para objetos múltiples esparcidos en tres dimensiones.
En marzo de 1998, la patente de E.U.A. No. 5,731 ,785 titulada "System and Method for Locating Objects Including an Inhibiting Feature" expedida a Lemelson et al. Esta invención enseña el rastreo de objetos mediante "un sistema generador de códigos electrónico o dispositivo llevado por el objeto en un alojamiento portátil". Este "sistema o dispositivo" está especificado para recibir señales de ubicación tales como de la constelación GPS o una instalación de triangulación en tierra. Luego usa estas señales para determinar su propia ubicación. Lemelson anticipa que en algún momento en el tiempo los operadores de un sistema de rastreo remoto pueden interesarse en la ubicación exacta de un objeto individual de entre la multiplicidad de objetos que están alojando dichos dispositivos de rastreo. A fin de determinar la ubicación de los objetos, el sistema de rastreo transmitirá primero una única "señal de investigación" codificada para un dispositivo en particular en un objeto en particular. Todos los dispositivos de rastreo individuales recibirán luego esta señal pero solamente responderá el dispositivo cuyo código de identificación corresponda con la "señal de investigación". Esta respuesta es en forma de una transmisión que incluye la ubicación determinada actualmente de los dispositivos de rastreo. El sistema de rastreo recibe luego esta señal y despliega en un monitor de sistema de computadora información relacionada sobre el objeto identificado/ubicado. La invención de Lemelson et al es principalmente aplicable al rastreo de muchos objetos sobre un área muy amplia, tan amplia que estos objetos están fuera de rango de cualquier sistema de rastreo de cámara de tamaño razonable. Como un aparato y método para rastrear objetos que se encuentran dentro de un rango adecuado para una red de cámara, esta invención tiene al menos tres problemas principales. Primero, requiere que cada objeto tenga la capacidad de monitorear y rastrear constantemente su propia ubicación. Tal requerimiento implica el uso de un dispositivo de computación que se debe instalar para recibir GPS u otras señales de rastreo y también transmitir señales de ubicación. Tal dispositivo típicamente ocupará más espacio que una marca o señales que se pueden colocar en un objeto y luego rastrear con una cámara. Además, este dispositivo requerirá energía. Segundo, la invención de Lemelson et al. asume que la estación de rastreo remota está interesada solamente en uno o una fracción más pequeña de todos los objetos potenciales en un momento dado. No obstante, existen muchas situaciones cuando se desea seguir los movimientos exactos y continuos de todos los objetos rastreados a medida que se mueven alrededor de un área predefinida. Mientras que es posible que esta invención pudiera transmitir constantemente "señales de investigación" para todos los objetos y recibir constantemente respuestas de señal de ubicación, se anticipa que esta cantidad de información limitaría de manera inaceptable la resolución de movimiento del sistema. Tercero, dicho sistema basado en componentes electrónicos carece de entendimiento de la orientación de un objeto con respecto a su dirección de movimiento. Por consiguiente, aunque es posible determinar la dirección en la que un automóvil o persona que está siendo rastreado se está moviendo, no se muestra la manera en que el sistema podría determinar si el mismo automóvil o persona estaba mirando de frente a su dirección actual de recorrido o se dió la vuelta en alejamiento de la misma.
En Junio de 1998, la patente de E.U.A. No. 5,768,151 titulada "System for Determíning the Trajectory of an Object in a Sports Simulator" expedida a Lowery et al. Esta invención enseña el uso de cámaras estereoscópicas enfocadas en un campo de visión limitado para seguir la trayectoria de un objeto anticipado. A medida que el objeto cruza el campo de visión las cámaras capturan imágenes en una velocidad adecuadamente más lenta de manera que el objeto cree un borrón a medida que se mueve. Esta trayectoria borrosa es después analizada y convertida en los vectores de trayectoria del objeto dentro del campo de visión. Otro medio clave del aparato de Lower et al. es la capacidad de determinar cuándo debe empezar a rastrear. Como tal, un dispositivo de detección de sonidos se especifica para detectar la presencia del objeto dentro del campo de visión después de lo cual el sistema de captura de imágenes se activa inmediatamente. Existen al menos cuatro limitaciones principales con la invención de Lower et al. que podrían obstaculizar su capacidad de aplicación más amplia. Primera, la invención espera un rango muy angosto de movimiento del objeto y como tal tiene un campo de visión significativamente restringido. Si el concepto se va a aplicar a un área más grande, entonces se necesitarían emplear cámaras de perspectiva múltiples. El sistema necesitaría también determinar cuales cámaras se deben activar una vez que se detecta que el objeto se está moviendo dentro de la región de rastreo. Sin embargo, sin determinar primero realmente dónde se ubica el objeto, por ejemplo, intentando triangular el sonido emitido por el objeto, el sistema podría no tener idea de cuáles cámaras activar. Por consiguiente, todas las cámaras necesitarían capturar imágenes creando una serie de datos muy grande que necesitaría ser analizada por la computadora de rastreo para determinar la ubicación del objeto. La segunda limitación es que este sistema no intenta identificar solamente cada objeto que detecta. Por lo tanto, aunque es capaz de determinar un vector de trayectoria para objetos individuales, no anticipa una necesidad de, ni describir un método para determinar la identidad única de cada objeto a medida que pasa. La tercera limitación tiene que ver con la habilidad de rastrear objetos múltiples simultáneamente dentro de su mismo campo de visión. Debido a que esta invención anticipa solamente un objeto a la vez, está simplemente determinado vectores de trayectoria, y no la identidad del objeto. Por consiguiente, si dos o más objetos se están moviendo en toda la región de rastreo y chocan de tal manera que afecten la trayectoria de recorrido del otro, entonces se dejará al sistema determinar qué objeto continuó en qué trayectoria después del evento de fusión. La cuarta limitación tiene que ver con la incapacidad del sistema para tomar el objeto de su fondo cuando hay color insuficiente y/o diferencia de luminiscencia entre los dos.
Toda la técnica anterior antes listada de una manera u otra estaba intentando rastrear el movimiento de al menos un objeto dentro de un área predefinida. Cuando se toman en combinación, sus limitaciones que se deben superar en total son las siguientes:
1- Si el sistema de rastreo intenta diferenciar entre el objeto y su fondo puramente en la base de comparación de pixel por pixel como lo hace Larson et al., entonces la imagen de video debe tener una resolución más alta para ser exacta y el tiempo de procesamiento de computadora resultante prohibe la operación en tiempo real.
2- Si el sistema de rastreo intenta reducir el tiempo de procesamiento realizando técnicas de cálculo de promedios con base en información de color y luminiscencia separada como lo hace Abe, entonces se compromete la exactitud especialmente a medida que los colores se fusionan entre objetos múltiples y su fondo o condiciones de iluminación fluctúan sustancialmente entre cuadros de imagen. Dichas técnicas de reducción son obstaculizadas además a medida que el tamaño del objeto disminuye lo cual reduce esencialmente la cantidad de información de objeto contra fondo incrementando así el "ruido". La única solución es enfocar en primer plano el objeto que se está rastreando para mantener la relación apropiada de información objeto a fondo. Entonces esto implica que cada objeto que se está rastreando debe tener su propia cámara reduciendo así considerablemente la efectividad de estas técnicas para rastrear ya sea más objetos y/o mayores campos de visión.
3- Si el sistema de rastreo tal como el de Lowery et al. emplea dos cámaras de perspectiva y una técnica para hacer borrosa una imagen para capturar información de trayectoria tridimensional, reduce los requerimientos de procesamiento de imagen pero pierde detalle de imagen de video importante.
4- Si el sistema de rastreo tal como el de Hashima et al. emplea señales detalladas colocadas en el objeto que se va a rastrear, esto pude ser efectivo para reducir la cantidad de procesamiento de imágenes. No obstante, Hashima enfrenta problemas significativos al tratar de determinar información tridimensional a partir de una sola imagen bidimensional, lo cual es uno de sus requerimientos obligatorios. Sus técnicas resultantes impiden el rastreo de objetos múltiples de movimiento rápido en campos de visión de más amplios donde las señales del objeto pueden algunas veces ser bloqueados de la visión o al menos estar en perspectivas significativamente cambiantes desde la cámara de rastreo.
5- Todas las técnicas basadas solamente en video/cámara tales como Larson, Abe, Hashima y Lowery son propensas a error si fueran a rastrear objetos múltiples cuyas trayectorias se intercecaran y/o chocaran. Solamente Larson anticipa específicamente este tipo de rastreo de objetos múltiples y sugiere el uso de operadores humanos para resolver la sobreposición de objetos. Tales operadores son prohibitivos en cuanto a costo y también están limitados en su capacidad para ir al paso de objetos múltiples que se están moviendo rápidamente en tiempo real. Aunque, como sugiere Larson, es posible usar compuestos electrónicos pasivos para ayudar a identificar objetos una vez que el sistema determina que sus identidades se han perdido, estos dispositivos tendrán sus propias restricciones de resolución/velocidad de respuesta que son sensibles en cuanto a costo.
6- Además, las soluciones de video/cámara de Larson y Abe anticipan el requerimiento de un operador humano para inicializar el sistema. Larson requería que el operador identificara cada objeto para el sistema. Estos objetos eran entonces rastreados automáticamente hasta que se fusionaban de alguna manera con otro objeto en cuyo momento el operador necesitaba reinicializar el sistema de rastreo. Abe requería que el operador cortara la imagen inicial hacia abajo a un "marco de designación de región" el cual reduce esencialmente los requerimientos de procesamiento para al menos encontrar, si no también rastrear, el objeto. La intervención de cualquier operador es tanto prohibitiva en cuanto a costo como limitante de respuesta en tiempo real.
7- La solución de video/cámara de Lowery anticipa la activación de rastreo automática con base en la presencia detectada de sonido de un objeto dentro del campo de visión. Esta técnica está inherentemente limitada a objetos que hacen sonidos distintivos. También es incapaz de rastrear objetos múltiples que pudieran hacer ruido similares simultáneamente dentro del campo de visión dado.
8- Si el sistema de rastreo intenta eliminar requerimientos de procesamiento de imagen empleando dispositivos de rastreo electrónicos activos tales como Lemelson et al., entonces se requiere que los objetos alojen dispositivos que funcionen con energía eléctrica capaces de recibir y procesar señales tanto de ubicación como de investigación. Tales dispositivos limitan el rango y tipo de objetos que se pueden rastrear con base en la utilidad práctica y costo de empotrar dispositivos de computación. En sistemas tales como el de Lemelson que emplean solamente componentes electrónicos, se pierde la riqueza de información disponible de los datos de imagen. Asimismo, tales sistemas pueden ser capaces de rastrear ubicación pero no pueden rastrear orientación de objetos, por ejemplo, si el objeto se mueve hacia adelante o hacia atrás.
9- Con la excepción de la técnica de señales de Hashima, todas estas soluciones no están todavía capturando información de orientación de objetos. Dicha información puede ser extremadamente importante para anticipar movimiento del objeto futuro.
10- Todas las soluciones basadas en video/cámara tendrán dificultad para recoger objetos que se mueven rápidamente cuya información de color y/o luminiscencia sea suficientemente cercana a la de otros objetos rastreados o el fondo de la imagen sin importar que técnica se emplea. Todas las soluciones que no están basadas en video proporcionarán información de imagen valiosa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Aunque la presente invención se especificará en referencia a un ejemplo en particular de rastreo de objetos múltiples como se describirá a continuación, esta especificación no se debe interpretar como una limitación en el alcance de la invención, sino más bien como una ejemplificación de modalidades preferidas de la misma. Los inventores prevén muchos usos relacionados del aparato y métodos que se describen en la presente solamente algunos de los cuales se mencionarán en la conclusión de esta especificación de aplicaciones. Para propósitos de enseñar los aspectos novedosos de esta invención, el ejemplo de rastreo de objetos múltiples es el de un evento deportivo tal como hockey. Los aspectos particulares del hockey que lo hacen una serie de eventos difíciles de rastrear y por consiguiente un buen ejemplo de las fortalezas de la presente invención sobre la técnica anterior son los siguientes:
1- No existen otras actividades basadas en humanos conocidas para los inventores de la presente donde los humanos como objetos pueden moverse a una velocidad más rápida o cambiar direcciones y orientación más rápidamente que el hockey. En patines, la velocidad de un jugador puede acercarse a 46.33 Km/h, lo cual es considerablemente más rápido que cualquier actividad que implique caminar o correr que además se lleva a cabo en el suelo sin ayuda de un vehículo de cualquier tipo. Rastrear estos movimientos más rápidos, en especial dada la variabilidad de la forma humana, desafía los aspectos de rendimiento en tiempo real del sistema.
2- La velocidad del objeto por el cual contienden los jugadores, es decir, el disco, puede viajar a velocidades de hasta 185.32 Km/h y también está sujeto a cambios de dirección repentinos y rápidos. Esta combinación de velocidad y re-dirección presenta un problema de rastreo difícil y es único en atletismo. Rastrear el disco es más fácil que rastrear un jugador al considerar que el disco no cambiará de forma aunque viaja a aproximadamente 4 veces la velocidad, está en la magnitud de 100 veces tan pequeño y puede viajar en tres dimensiones.
3.- Los jugadores individuales están entrando y saliendo constantemente del campo de visión de rastreo y como tales deban ser identificados eficiente y automáticamente por el sistema de rastreo para rendimiento en tiempo real.
4- Aunque están en el campo de visión, tanto como el disco como los jugadores se encuentran en forma rutinaria total o parcialmente escondidos de la visión cuando se fusionan con las trayectorias de otros jugadores. Esto crea un reto para seguir movimientos con datos de imagen a menudo limitados o inexistentes.
5- Es difícil funcionar con las condiciones de iluminación debido a que la superficie de hielo creará un fondo muy reflector que podría tender a saturar los elementos CCD de la cámara mientras que el área como tal puede estar sujeta a estallidos de luz repentinos provenientes ya sea de destellos de cámaras de espectadores o sistemas de iluminación internos. Esto pone limitaciones en las técnicas de rastreo basadas en luminiscencia.
6- Los colores de los jugadores del mismo equipo son idénticos y a menudo pueden corresponder con las marcas en la superficie de hielo y tableros de la pista de patinar circundantes. Esto pone limitaciones en las técnicas de rastreo basadas en color.
7- No es usual que un juego de hockey se lleve a cabo mientras cierto nivel de niebla exista dentro de la arena. Esto desafía cualquier sistema basado en cámaras debido a que podría reducir considerablemente la visibilidad de los jugadores y el disco.
8- El hockey es un evento filmado y como tal presente la oportunidad no sólo de rastrear el movimiento de objetos múltiples sino también de determinar un centro de interés el cual está cambiando constante y abruptamente. Una vez que este centro se determina, existe una ventaja adicional de dirigir automáticamente la inclinación, giro para toma panorámica y acercamiento o alejamiento rápido de una cámara de la empresa de radiodifusión para seguir la acción desde una vista en perspectiva en tiempo real. Dirigir automáticamente una cámara que está situada para una vista en perspectiva presenta un problema difícil para un sistema de visión de máquina ya que es considerablemente más difícil seguir los objetos en tres dimensiones en tiempo real como requeriría una vista en perspectiva.

9- Cada jugador individual así como los entrenadores en un juego pueden en cualquier momento estar instantáneamente deseosos de obtener información sobre si mismos, un grupo de jugadores, su equipo completo y/o el otro equipo. Esta información puede pertenecer además a la totalidad o una subserie de la duración de las actividades desde el inicio hasta el momento presente. Tales requerimientos ponen una demanda en el sistema de rastreo para almacenar rápida y eficientemente información en una manera que se pueda extraer fácilmente desde muchos puntos de vista.
10- La arena de bloques de cemento y metal encerrada impide el uso de GPS y presenta dificultades para el uso de dispositivos de rastreo electrónicos pasivos debido a las muchas reflexiones potenciales de señales de triangulación internas. Los jugadores como tales y la naturaleza del juego y su potencial para colisiones significativas de alto impacto limitan la conveniencia de colocar dispositivos electrónicos activos dentro de su equipo. Debido a que estos dispositivos deben llevar una fuente de energía, en la práctica abarcarán espacio suficiente para presentar un peligro potencial a los jugadores. Además, dichos dispositivos serían extremadamente prohibitivos en cuanto a costo en el nivel de pista de patinar local donde literalmente cientos de niños están llevando a cabo juegos cada semana y necesitarían cada uno sus propios dispositivos o compartir dispositivos.
11- La orientación del jugador y ubicación de miembros con respecto al cuerpo son información muy importante para rastrear. Un jugador puede estar moviéndose hacia adelante mirando hacia adelante mientras está volteando la cabeza al lado para ver el desarrollo del juego. El voltear la cabeza se convierte en información importante para análisis de entrenamiento puesto que es una indicación de un conocimiento sobre hielo de un jugador. Además, un jugador puede girar casi instantáneamente la orientación mientras continúa en la misma dirección de manera que ahora está moviéndose hacia atrás en lugar de hacia delante. Esta es también información muy decisiva. La cabeza de un jugador se puede inclinar hacia abajo hacia el hielo, lo cual no es deseable durante periodos prolongados o si se repite con frecuencia. Toda esta información es importante para rastrear pero presenta problemas además de simplemente rastrear al jugador como un todo.
12- Limitar el tamaño del área de rastreo es deseable durante las sesiones de práctica donde se pueden llevar a cabo entrenamientos individuales en una porción limitada del hielo con un número pequeño de jugadores a la vez. Bajo estas condiciones sería aconsejable restringir fácilmente el área de rastreo del sistema dentro de su campo de visión.
13- El número y velocidad de cambios de jugador y colisiones es tan grande que utilizar la intervención de humanos para identificar y reidentificar jugadores causaría una tensión significativa y sería propenso a errores, si no prácticamente imposible, en especial en el nivel d.e pista de patinar local.
Dados los sistemas de cámaras de tecnología avanzada, fuentes de energía no visibles y filtros, procesamiento de imagen digital y controles de cámara automatizados es posible crear un sistema de rastreo de objetos múltiples completamente automatizado que opere dentro de un área predefinida y rastree la ubicación, orientación y dirección constantes de movimiento de todos y cada uno de los objetos dentro del campo de visión. Dicho sistema incrementa considerablemente la capacidad de los participantes y observadores de entender, analizar y disfrutar la actividad dada.
En consecuencia, los objetos y ventajas de la presente invención son proveer un sistema para rastrear objetos múltiples dentro de un área predefinida con las siguientes capacidades:
1.- proveer un sistema para rastrear objetos múltiples, de movimiento rápido, de formas variables tales como humanos en tiempo real sin ayuda de intervención de un operador ya sea para identificar inicialmente o re-identificar condicionalmente los objetos durante el periodo de rastreo;
2.- reducir el tiempo requerido para procesar datos de imagen primero rastreando en forma separada señales especiales que han sido agregadas al objeto después de lo cual la ubicación de las señales se puede usar luego junto con los vectores de dirección, aceleración y velocidad para extraer de manera eficiente el objeto de su fondo;
3.- proveer un sistema que no dependa de distinciones de color dentro de los objetos;
4.- proveer un sistema que no dependa de dispositivos de rastreos electrónicos ya sea pasivos o activos;

5.- proveer un sistema que determine información de orientación alrededor de los objetos como un todo y potencialmente de sus partes individuales;
6.- proveer un sistema que pueda funcionar bajo varias condiciones de iluminación y humedad de aire que puedan no ser óptimas para técnicas de reconocimiento con base en luz visible;
7.- proveer un sistema donde el campo de rastreo se comprima fácilmente dentro del campo de visión del sistema;
8.- proveer un sistema que pueda crear*y mantener en tiempo real una base de datos de movimiento accesible ya sea por tiempo y o identidad del objeto(s);
9.- proveer un sistema que pueda dar salida ya sea a todos o algunos de los datos capturados ya sea inmediatamente dentro de la arena de hielo o después del evento a una o más computadoras remotas en una red de comunicación tal como la Internet; y
10.- proveer un sistema de manera tal que la salida de información a los sistemas de computadora remotos sobre comunicaciones remotas tales como la Internet se pueda usar para repetición controlada del evento así como análisis crítico.
Otros objetos y ventajas son proveer un sistema eficiente en cuanto a costo para construir, instalar y mantener con un mínimo de partes en movimiento que sea capaz de operar bajo un rango de condiciones de temperatura. Otros objetos y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de una consideración de los dibujos y siguiente descripción:

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un dibujo de vista superior de la modalidad preferida de la presente invención que ilustra una disposición de las cámaras de rastreo X-Y superiores que, cuando se toman juntas para formar un campo de visión que incluye el área de patinaje y banca dentro de una arena de hockey sobre hielo. También se ¡lustran equipos de cámara de rastreo Z de perspectivas detrás de cada cámara de filmación de perspectiva en la portería, de giro para toma panorámica automático, inclinación y acercamiento o alejamiento rápidos así como un solo jugador y disco representativos.
La figura 2a es una serie de tres dibujos en perspectiva que ilustran una camiseta de jugador típico, hombreras con parches de rastreo en su lugar y luego una combinación de la camiseta sobre la hombrera con parches.
La figura 2b es una serie de dos dibujos en perspectiva que ilustran un disco de hockey así como un bastón de hockey de jugador típico, donde cada uno ha sido aumentado para incluir tinta de rastreo en al menos una porción de sus superficies externas.
La figura 2c es una serie de dos dibujos en perspectiva que ¡lustran un casco de jugador de hockey típico que ha sido aumentado para incluir calcomanías de rastreo en al menos la porción superior de su superficie externa.
La figura 3a es un dibujo en perspectiva de hombreras, casco, bastón y disco de jugador de hockey típico siendo capturados desde una cámara de filmación X-Y superior y desplegados en una pantalla de visión.
La figura 3b es un dibujo en perspectiva similar a la figura 3a excepto que ahora se ha agregado tinta de rastreo al bastón y disco de hockey, se han agregado parches de rastreo a las hombreras y calcomanías de rastreo al casco. Además, se ha agregado una fuente de energía de rastreo así como un filtro de correspondencia de frecuencia a la cámara de filmación X-Y superior haciéndola una cámara de rastreo.
La figura 4a es un dibujo en perspectiva similar al 3b excepto que ahora se ha agregado una cámara de filmación sin filtro adicional a la cámara de rastreo X-Y superior para combinar de manera eficiente ambas series de información.
La figura 4b es una ilustración de vista superior de un elemento clave del procedimiento novedoso de la presente invención para extraer de manera eficiente la imagen de video del objeto que se está rastreando localizando primero señales agregadas y luego calculando lejos de las señales comparando cada pixel de la imagen con un fondo previamente conocido para trazar con efectividad el objeto rastreado.
La figura 4c es una vista superior de una porción de una arena de hielo que muestra una serie de movimientos rastreados y trazados de un jugador de hockey típico, bastón y disco por las cámaras de rastreo y filmación X-Y superiores ilustradas en la figura 4a.
La figura 5 es un dibujo en perspectiva de un marco de disposición de cámara montable con cámaras de filmación y rastreo X-Y superiores acopladas al techo de una arena de hielo típica.
La figura 6 es un dibujo de vista superior de una arena de hielo en donde conos de restricción de área con tinta de rastreo han sido colocados para indicar a las cámaras de rastreo X-Y superiores que solamente una subporción del campo de visión entero se va a rastrear. También se ¡lustran jugadores típicos, uno se encuentra dentro de la zona de rastreo mientras que muchos se encuentran fuera de la zona. Además, se ilustra un dispositivo portátil que puede ser usado por el personal de entrenamiento sobre hielo para controlar las funciones de y averiguar sobre la información generada por la presente invención.
La figura 7 es un dibujo de vista anterior de una banca de jugadores de hockey que ha sido equipada con una serie de dispositivos de despliegue con teclas que pueden ser usadas por los jugadores de hockey típicos durante el curso de un juego de hockey para averiguar la información generada por el sistema de rastreo.
La figura 8 es un diagrama de bloques que ilustra todos los elementos de rastreo y computación de la invención de la presente propuesta.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Haciendo referencia a la figura 1 se muestra un dibujo de vista superior de la modalidad preferida del Sistema de rastreo de objetos múltiples 100. El sistema 100 comprende una disposición de ensambles de cámara x-y superiores 20c que rastrean de manera individual todo el movimiento de objetos dentro de un área fija tal como 20v. En total, la disposición de ensambles superiores 20c rastrean todos los movimientos en la superficie de juego de hielo 2, cajas de equipo 2f y 2g, cajas de penalidad 2h así como una porción de camino de entrada 2e. El ensamble 20c comprende además una cámara de filmación 25, fuente de energía 23, cámara de rastreo 24 en la cual está acoplado un filtro de energía 24f, todo lo cual está alojado en la cubierta de ensamble 21 y tiene una visión a la superficie de hielo 2 por debajo a través del plexiglás de ensamble 21a. La fuente de energía 23 emite energía seleccionada 23a que irradia hacia abajo en la superficie 2 y fuera de los objetos que se mueven sobre esta superficie tal como el jugador 10 y disco 3. Cabe mencionar que la energía seleccionada 23a se eligió específicamente para ser de una frecuencia que no solo se encuentre fuera del rango de luz ambiental normal sino también que no sea afectado por las condiciones de humedad tales como niebla. Un ensamble superior situado de manera especial 20c1se muestra como cubriendo el camino de entrada 2e de la superficie de hielo 2. Este ensamble 20c1 es idéntico en construcción a 20c y es importante y más adelante se hará referencia específicamente al mismo porque todos los objetos que se van a rastrear deben entrar y salir a través de este campo de visión de la cámara. Equipos de cámara de rastreo z de perspectiva 30 que están situados como un par en ambos extremos de hielo 2 también están rastreando movimientos en una porción seleccionada de la superficie de hielo 2. Y finalmente, hay cámaras de filmación automáticas 40 que constantemente están siendo dirigidas al centro de juego como se representan mediante el jugador 10 el cual está actualmente controlando el disco 3. Cámaras de filmación automáticas 40 están en comunicación continua con y están recibiendo sus instrucciones del sistema de computadora local para procesamiento y análisis de video 60. El sistema 60 como tal está también en comunicación continua con la disposición de ensambles de cámara de rastreo x-y superiores 20c y equipos de cámara de rastreo z de perspectiva 30. El sistema local 60 está también en comunicación opcional con el sistema de computadora remoto para revisar los eventos capturados 70 que tiene acoplado un monitor de visión 27 que despliega la escena 28. También están en comunicación opcional con el sistema local 60 estaciones de salida de equipo 80 que proveen información sobre los movimientos de objetos rastreados desde el inicio del evento hasta el momento actual.
Haciendo referencia ahora a la figura 2a se ilustra una camiseta de jugador típico 5 y hombreras de jugador 6. Adheridos a las hombreras 6 se encuentran el parche de equipo de hombro derecho 7r y el parche de jugador de hombro izquierdo 71. El parche 7r comprende la marca de orientación 7r1 , que es una punta de flecha apuntando en alejamiento de la cabeza hacia el brazo y señales de equipo 7r2 que es un código de barras único. El parche 71 comprende la marca de orientación 711 , que también es una punta de flecha que apunta en alejamiento de la cabeza hacia el brazo y señales de jugador 7I2, que es un número único. Cabe mencionar que las señales en los parches 7r y 71 se creen a partir de un material reflector selectivo de frecuencia, de preferencia una tinta. También haciendo referencia a la figura 2a se ilustra una camiseta 5 colocada sobre hombreras 6. Observar que la camiseta 5 se muestra también cortada para una vista completa del parche de jugador subyacente 71.
También se ilustra en la figura 2a una energía reflejada 7m que se muestra irradiando a través de la camiseta transmisiva 5. Dichas técnicas para ver a través de la ropa no son nuevas y fueron demostradas por Sony Corporation cuando colocaron una camisa sobre una placa policiaca y después tomo dos fotografías, una sin un filtro y otra con un filtro de luz visible. Debido a que la ropa refleja la luz en el espectro visible tan intensamente, la placa no pudo ser vista por la imagen sin filtro. Pero con el filtro de paso infrarrojo solamente la luz infrarroja fue capturada haciendo visibles los números y letras en la placa policiaca. Cabe mencionar que la presente invención enseña el uso de material reflector selectivo de frecuencia especial que mejorará aún más el contraste, es decir la relación señal a ruido, de la imagen deseada por arriba y más allá de las técnicas de filtrado discutidas por Sony.

Haciendo referencia ahora a la figura 2b se muestra un disco de hockey típico 3 donde su superficie superior (y en la práctica todas las superficies externas) ha sido revestido con una tinta reflectora 3a similar al material reflector selectivo de frecuencia usado en los parches 7r y 71. En respuesta a una frecuencia de energía en particular como sería emitida, por ejemplo, por la fuente de energía 23, la tinta 3a causa la energía reflejada 3b. También se muestra un bastón de hockey típico 4 donde su pala ha sido envuelta con una cinta de hockey reflectora especial 4a que ha sido producida para incluir la misma tinta reflectora especial. En respuesta a una frecuencia en particular de energía como sería emitida, por ejemplo, por la fuente de energía 23, la cinta reflectora 4a causa la energía reflejada 4b.
Haciendo ahora referencia a la figura 2c se muestra una vista tanto superior como en perspectiva de un casco de jugador de hockey típico 8 donde una calcomanía reflectora 9 ha sido aplicada a su superficie superior y ha sido producida para incluir la misma tinta reflectora especial. En respuesta a una frecuencia de energía en particular como sería emitida, por ejemplo, por la fuente de energía 23, la calcomanía 9 causa la energía reflejada 9a.
Haciendo ahora referencia a la figura 3a, se muestra una primera modalidad de un ensamble de cámara de rastreo x-y superior 20a. En esta modalidad, el ensamble 20a, ha sido limitado a cámara de rastreo 24 (sin filtro de energía 24f) que está encerrada dentro de una cubierta de ensamble 21 y tiene una visión a la superficie de hielo 2 por debajo a través del plexiglás de ensamble 21a. Se ilustra debajo del ensamble 20a el jugador no marcado 10, bastón no marcado 4 y disco no marcado 3. También se muestra un cable 26 que une el ensamble 20a al sistema de computadora local 60 (no se ¡lustra), a la computadora remota 70 (tampoco se ilustra), y por consiguiente al monitor de visión 27 que despliega la escena 28.
Haciendo referencia ahora a la figura 3b se muestra una segunda modalidad del ensamble de cámara de rastreo x-y superior 20b. En esta modalidad, el ensamble 20b ha sido aumentado para incluir la fuente de energía 23 que emite la energía seleccionada 23a que irradia hacia abajo en los objetos que se mueven hacia la superficie de hielo tal como jugador 10, disco 3 y bastón 4. Observar que las hombreras 6 del jugador 10 han sido aumentadas para incluir el parche de equipo de hombro derecho 7r y parche de jugador de hombro izquierdo 71. También observar que el disco 3 ahora incluye una tinta reflectora 3a y que el bastón 4 ha sido envuelto con una cinta de hockey reflectora especial 4a. La escena 28 ahora ilustra una serie mucho más pequeña de información para ser analizada y rastreada.
Haciendo referencia ahora a la figura 4 se muestra una tercera y la modalidad preferida del ensamble de cámara de rastreo x-y superior 20c. En esta modalidad, el ensamble 20c ha sido aumentado para incluir la cámara de filmación 25 que captura imágenes sin filtro de todo el movimiento en la superficie de hielo más abajo. La figura 4b ilustra un elemento clave del procedimiento novedoso de la presente invención para extraer de manera eficiente la imagen de video del objeto que está siendo rastreado localizando primero señales agregadas y luego calculando lejos de las señales comparando cada pixel de la imagen con un fondo conocido previamente 2r. Una vez que se determina que los pixeles de fondo han sido alcanzados, la trayectoria de trazado de imagen 10p continúa alrededor del objeto hasta que una trayectoria cerrada es completada. Alrededor de esta trayectoria cerrada 10p se calcula un rectángulo de límite mínimo 10r para extraer rápidamente la porción de la imagen de video que contiene el objeto rastreado. Haciendo referencia también a la figura 4c se ilustra el movimiento procesado del jugador 10 sobre la superficie de hielo 2 usando el ensamble preferido 20c. El jugador 10 se muestra para cruzar a través de los cuatro puntos de movimiento 10a1 , 10a2, 10a3 y 10a4 llevando el disco 3 a lo largo de su camino hacia dar un tiro en la portería 2b dentro del triángulo de tiro calculado 2c. El centro de la superficie de hielo 2 se muestra como el punto 2a desde el cual el primer ángulo de movimiento 10a1o y radio de movimiento 10a1 r han sido calculados para representar el primer movimiento del jugador 10 al punto 10a1. También se calculan el ángulo de movimiento 31 o y el radio de movimiento 31 r que describe el movimiento inicial del disco 3 al punto 10a1. Alrededor del punto central 2a se muestra un circulo de limite máximo 10b dentro del cual se calcula dónde va a estar la ubicación siguiente de un objeto con base en la última posición conocida de los objetos (en este caso el punto 2a) así como sus últimos vectores calculados de dirección, aceleración y velocidad. Y finalmente se ilustra el rectángulo de búsqueda de inicialización máximo 10e que cubre la porción más externa del campo de visión a medida que es rastreado por el ensamble superior 20c1 que está situado sobre el único camino de entrada 2e a la superficie de hielo 2.
Haciendo referencia ahora a la figura 5 se muestra el marco de montaje superior 50 que se puede acoplar en forma variable a diferentes construcciones de vigas maestras de la pista de patinar 2d. Se encuentra acoplada además al marco 50 la disposición de ensambles de cámara de rastreo x-y superiores tales como 23c que emiten energía seleccionada 23a hacia abajo en la superficie de hielo 2 abajo. Los ensambles 23 están conectados al sistema de computadora local para procesamiento/análisis de video 60.
Haciendo referencia ahora a la figura 6 se ilustra la superficie de hielo 2 cuya área de rastreo ha sido restringida por la colocación de 4 conos típicos 11 que han sido revestidos con una tinta reflectora 11a. En respuesta a una frecuencia de energía en particular como sería emitida, por ejemplo, por la fuente de energía 23, la tinta 11a causa la energía reflejada 11 b. Se muestra dentro de la región restringida 2t un jugador único 10 cuyo movimiento actual se va a rastrear mientras permanece dentro de la región 2t. Se muestran fuera de la región 2t jugadores múltiples tales como 10¡ cuyos movimientos no están siendo rastreados. También se muestran el marcador 91 y dispositivo de control de rastreo portátil 90 que están en comunicación óptima con el sistema de computadora local 60.

Haciendo referencia ahora a la figura 7 se muestra una vista en acercamiento de estaciones de salida de equipo 80 que están acopladas a cajas de equipo 2f (se muestran) y 2g, así como caja de penalidad 2h.
Haciendo referencia ahora a la figura 8 se ilustra un diagrama de bloques del sistema entero. Con respecto al ensamble de cámara de rastreo x-y superior 30c se muestra un módem rf opcional adicional 25m que se puede usar en lugar del cable 26 (no se ilustra) para enlazar la cámara de
y
filmación 25 al sistema de computadora local 60. También se muestra el módem RF opcional adicional 24m que se puede usar en lugar del cable 26 (no se ilustra) para unir la cámara de rastreo 24 al sistema de computadora local 60. Asimismo, se ilustran también adiciones para equipos de cámara de rastreo z de perspectiva 30. El sistema local 60 ha sido descompuesto en sus partes de bloques constituyentes empezando con la captura de video para la unidad de cámara (s) de rastreo 61 que acepta entrada de todas las cámaras de rastreo 24 montadas dentro de los ensambles superiores 30c de equipos de perspectiva 30. La unidad de captura 61 luego alimenta su flujo de datos a la unidad de análisis de rastreo de señales/objeto 62. En operación paralela de tiempo se muestra captura de video para la unidad de cámaras de filmación 63 que acepta entrada de todas las cámaras de filmación 25 montadas dentro de ensambles superiores 30c o equipos de perspectiva 30. La unidad de captura 63 luego alimenta su flujo de datos a la unidad de análisis de extracción de objeto/escena 64. La unidad 64 también recibe entrada simultánea de la unidad de análisis de rastreo de señales/objeto 62.

Tanto la unidad de análisis de extracción 64 como la unidad de análisis de rastreo 62 proveen de manera simultánea sus flujos de datos a composición de imágenes que se sobreponen múltiples en la unidad de cuadros de visión completa individual 65. La unidad 65 también recibe entrada condicional del dispositivo de control de rastreo portátil 90 y provee su flujo de datos a la unidad de análisis de centro de juego/elección de visión 66 y almacenamiento de cuadros de rastreo y video indexados por la unidad de objeto y número de cuadro/secuencia de tiempo 67. La unidad de análisis de elección de visión 66 a su vez provee instrucciones en tiempo real a las cámaras de filmación automáticas 40 a través del cable convencional o módem RF opcional 45m. Tales instrucciones son entonces introducidas a la cámara de filmación de eventos dirigible de computadora 45. La cámara de filmación 45 luego alimenta su flujo de datos de vuelta a la unidad de almacenamiento y rastreo 67 mediante cable convencional o módem RF opcional. La unidad 67 posteriormente provee su flujo de datos a cuantificación y análisis de movimiento de objetos almacenados en una unidad de base de datos entrelazada 68. La unidad 68 conduce de manera opcional comunicaciones de dos direcciones con el dispositivo de control de rastreo portátil 90, estaciones de salida de equipo 80 y sistema de computadora remoto para revisar eventos capturados 70. El enlace opcional con el dispositivo 90 se hará mediante la conexión Rf (no se ilustra) mientras que el enlace con el sistema remoto 70 se hará mediante dispositivos de comunicaciones remotos 69 y 79. La información provista por el sistema local 60 al sistema remoto 70 se proveerá al usuario final mediante acceso remoto a base de datos almacenada de cuadros de rastreo y filmación así como la unidad de cuantificación y análisis de movimiento de objetos 71.

Operación
Haciendo referencia primero a las figuras 1 y 5, la operación normal de lá modalidad preferida se inicia después de que el sistema 100 ha sido instalado adecuadamente en una arena de hielo tal como 2. Uno de los aspectos más decisivos de instalación es el acoplamiento de la disposición de los ensambles de cámara de rastreo x-y superiores 30c al techo de la arena 2. El marco de montaje 50 ha sido diseñado para acoplarse de manera variable a las vigas maestras de la pista de patinar 2d de manera tal que la disposición acoplada posteriormente de los ensambles superiores 30c forme un campo de visión que se sobrepone a través de la superficie de hielo 2 abajo. Es preferible que cada ensamble 30c mantenga una posición perpendicular con respecto a la superficie 2. Se anticipa que se usará ya sea lentes fijos con profundidades preseleccionadas de campo o lentes con capacidad de acercamiento o alejamiento rápido controlables electrónicamente para establecer apropiadamente los campos que se sobreponen. La sobreposición es importante para asegurar que cualquier objeto que se va a rastrear puede ser seguido de cámara a cámara a medida que se mueve en toda el área predefinida. Como parte de la instalación y montaje inicial del sistema 100, un procedimiento de calibración se operará para definir los limites del campo de visión de cada una de las cámaras de filmación 25 y cámaras de rastreo 24. Una vez conocido, el sistema restringirá su búsqueda a regiones que no se sobreponen a fin de reducir al mínimo el procesamiento duplicado. Todos los ensambles 30c se comunicarán ya sea con el sistema local 60 mediante cables tales como 26 o módems RF opcionales tales como 25m y 24m.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2a, 2b, y 2c, la modalidad preferida provee varios métodos para marcar los objetos que se van a rastrear con un materia! reflector selectivo de frecuencia especialmente elegido tal como una tinta. Esta tinta se usa luego para ser incluida en el disco 3 como tinta reflectora 3a, para producir la cinta reflectora 4a, para incluir en las marcas de parches 7r y 71, y para producir calcomanías reflectoras 9 para los cascos 8. También se usa para crear conos 11 con tinta reflectora 11a como se muestra en la figura 6. Es decisivo para la novedad de la presente invención observar que esta tinta ha sido elegida específicamente para reflejar energía 23a como salida de la fuente de energía 23. Esta reflexión se ha ilustrado en 3b, 4b, 7m, 9a y 11 b y será recibida por las cámaras de rastreo 24 a través del filtro de energía 24f. Usando el filtro de energía acoplado especialmente 24f en cada cámara 24, la cantidad de información requerida para ser procesada para seguir todo el movimiento de objeto se reduce al mínimo incrementando así considerablemente la velocidad para determinar la posición del objeto.
Para ilustrar más aún la novedad de este punto, las figuras 3a, 3b y 4a se han creado para dramatizar los efectos resultantes de la adición de esta tinta de rastreo. La figura 3a muestra un sistema de cámara convencional que captura luz ambiental y muestra su campo de visión correspondiente como escena 28 en el monitor 27. Observar que en esta visión hay considerablemente más información que se debe procesar incluyendo el objeto tal como el jugador 10 y el fondo tal como la superficie de hielo 2. Agregando materiales reflectores como se discutió previamente en forma de 3a, 4b, 7r, 71 y 9, la figura 3b muestra ahora una cantidad de información mucho más reducida en la escena 28. Nuevamente, esto se logra en tiempo real sin los requerimientos de procesamiento por computadora adicional mediante la aplicación de filtro de energía 24f para rastrear la cámara 24 que se eligió especialmente para pasar una banda angosta de frecuencia como la emite la fuente de energía 23 como energía seleccionada 23a. La energía 23a irradia a través del área predefinida de manera que la superficie de hielo 2 y su parte posterior reflejada como 3b, 4b, 7m y 9a. Las marcas de orientación 7rl y 711 , señales de equipo 7r2, señales de jugador 7I2 así como la calcomanía reflectora 9 se han producido para incluir marcas especiales que serán fácilmente distinguibles a la unidad de análisis de rastreo de señales/objeto 62. El tamaño de estas marcas se hará coincidir con la resolución objetivo de las cámaras de rastreo 24 en los ensambles superiores 30c. Por consiguiente, cuanto menor sea la resolución contra el campo de visión, más grande tendrá que ser la marca para facilitar el reconocimiento. La modalidad preferida también incluye cámaras de filmación sin filtro 25 que capturarán todas las frecuencias ambientales de luz, como se describe en la figura 4a. No obstante, como se discutirá en un punto posterior, debido a información provista por el análisis de rastreo, solamente una pequeña porción de estos datos debe ser examinada cuidadosamente para extraer toda la información del objeto relevante.
Antes de operar el sistema 100 también será necesario instalar equipos de cámara de rastreo z de perspectiva 30. Un equipo será montado en cada extremo de la superficie de hielo 2 para estar en visión constante del área que rodea inmediatamente cada portería 2b. Estos equipos 30 son colocados en anticipación de la trayectoria de recorrido del disco 3 que se espera que deje la superficie 2 y viaje en la dirección Z cuando se acerca a las porterías 2b. Observar que debido a la naturaleza superior de los ensambles 30c, serán incapaces de recoger ningún movimiento de objeto en las dimensiones Z lo cual es aceptable y aún deseable puesto que reduce la cantidad de procesamiento que se debe llevar a cabo para rastrear todos los objetos. Sin embargo, en el área restringida más cercana a las porterías 2b, a saber definida por el área triangular 2c, puede resultar muy beneficioso rastrear el elemento Z de la trayectoria de recorrido del disco 3. Es importante observar que no se requiere que los equipos 30 y la información que recaban permitan el aspecto principal de lo que los inventores de la presente sienten que es novedoso referente a esta invención. Específicamente, la práctica de los movimientos siguientes de objetos marcados especialmente y aplicar esta información a imágenes de video normales para extraer rápidamente la información del objeto.

También opcional y sin embargo novedoso para la presente invención resulta la inclusión de cámaras de filmación automáticas 40 en lugares discrecionales dentro del arena de superficie de hielo 2. Hasta ahora, los operadores de cámaras quienes determinaban de manera intuitiva el centro de juego controlaban la filmación para transmisión de eventos tales como hockey y autodírigían el giro para toma panorámica, acercamiento o alejamiento rápido e inclinación de sus cámaras de filmación para capturar la escena restringida. Ahora que el sistema 100 tendrá toda la información referente al movimiento de objetos en la superficie de hielo 2, se planea que el sistema de computadora local 60, mediante su unidad de análisis de centro de juego/elección de visión 66, dirija automáticamente el giro para toma panorámica, acercamiento o alejamiento rápido e inclinación de las cámaras de filmación automáticas 40.
Una vez que todos los ensambles de cámara de rastreo x-y superiores 30c, todos lo equipos de cámara de rastreo z de perspectiva 30 y todas las cámaras de filmación automática 40 han sido instaladas y calibradas correctamente y todos los objetos que se van rastrear han sido aumentados de manera apropiada con marcas tales como 3a, 4a, 7r, 71 y 9, el sistema 100 está listo para operación. La siguiente discusión describirá cómo los movimientos de un solo jugador 10, bastón 4 y disco 3 serán rastreados de cuadro a cuadro durante el evento a través del campo de visión predefinido entero en las dimensiones X-Y y Z. A continuación, los inventores de la presente enseñarán cómo jugadores adicionales 10 con sus bastones 4 pueden ser rastreados también de manera simultánea y cómo se manejarán problemas debidos a sobreposición de objetos, cambio tamaño de los objetos, desaparición del objeto de la vista, cambios súbitos en la luz ambiental y reducciones de otra manera en la visibilidad, por ejemplo, debido a niebla.
Haciendo referencia ahora a las figuras 1 , 2, 4a, 4b, y 8, el rastreo de objetos múltiples por el sistema 100 comienza después de que el sistema ha sido encendido y el primer jugador 10 procede abajo del camino de entrada 2e y cruza en el campo de visión de la disposición de ensambles superiores 30c. Dentro del camino de entrada 2e el jugador 10 aparecerá primero en un solo cuadro capturado por captura de video para la unidad de cámara(s) de rastreo 61. La unidad 61 capturará en total 40 marcos positivos por segundo (40+fps) de cada cámara de rastreo en el ensamble 20c y alimentará cada cuadro a la unidad de análisis de rastreo de señales/objetos 62.
Observar que dado el estado actual de la tecnología un tablero controlador de cámara tal como el que se requeriría dentro de la unidad 61 puede controlar hasta ocho cámaras. El número real de cuadros por segundo que se necesita capturar depende de la resolución de movimiento deseada. Por ejemplo, el objeto más rápido en nuestro ejemplo es el disco 3 que algunas veces viajará hasta a 185.32 km/hr. A 40 cuadros por segundo, 1609.34 m por 1.85324 km y 60 * 60 = 3,600 segundos por hora, la distancia máxima de recorrido para el disco 3 por segundo es: (185.32 km/hora * 1609.34 m /1.85324 km)/(3,600 seg/hora)= 44.71 m. A una velocidad de 40 cuadros por segundo, la distancia máxima recorrida entre cuadros sería 1.12 m. Observar que un jugador tal como 10 en patines obtendrá velocidades máximas de aproximadamente 46.33 km/hr, o un cuarto de la velocidad del disco. A 40 cuadros por segundo, la distancia máxima recorrida por un jugador 10 sería aproximadamente 0.281 m. A 20 cuadros por segundo, el disco 3 recorrerá no más de 2.43 m a velocidad máxima mientras que el jugador 10 estará limitado a aproximadamente 0.609 m en distancia. Considerando que tanto el jugador 10 como el disco 3 rara vez viajan a velocidad máxima, la resolución de movimiento será considerablemente más alta en la práctica. Además, observar que hay un área anticipada, a saber alrededor de la portería 2b donde es más probable que el disco 3 alcance velocidades máximas. Tanto los ensambles de cámara superiores 20c como los equipos de cámara de perspectiva 30 se pueden operar a una velocidad de captura de cuadro incrementada para incrementar la resolución de movimiento en estas zonas específicas. En cualquier caso, la presente invención tiene la capacidad de intercambiar el costo de energía de computación contra resolución de movimiento intercambiando la velocidad de cuadro y el número de cámaras de rastreo 24 que se acoplarán a una sola computadora y tarjeta de captura de video. Cabe reconocer que el uso de computadoras múltiples para unir y analizar datos no se considera novedoso, ni una limitación de la presente invención.
A medida que cada cuadro de la cámara de rastreo 24 del ensamble superior 20cl es aceptado por la unidad de análisis 62, la escala de gris de cada pixel se compara contra un valor umbral donde aquellos pixeles que exceden del umbral indican la presencia de cualquier forma de la marca especial tal como 3a, 4a, 7r, 71 y 9. Debido a que cada jugador 10 debe tanto entrar como salir de la superficie de hielo 2 del camino de entrada 2e que siempre está en visión por el ensamble 20cl, y debido a que el movimiento máximo entre cuadros se puede calcular con base en la velocidad máxima anticipada y la velocidad de captura de cuadro, es posible calcular un número mínimo de pixeles que debe ser buscado por completo para primero detectar la presencia de un jugador nuevo tal como 10. Este número mínimo de pixeles se muestra como 10e en la figura 4c y consiste de aquellos pixeles que corren paralelos a lo largo del borde más externo del campo de visión de ensamble 20cl hacia adentro varias filas hacia la superficie de hielo principal 2. La profundidad de esta área rectangular dependerá nuevamente de la distancia máxima que se espera que un jugador 10 pueda viajar entre capturas de cuadro. Observar que aún en otros eventos deportivos tales como basquetbol o fútbol, usualmente existe un túnel a través del cual cada equipo debe viajar para ganar acceso a la arena principal. Si el campo de visión del sistema está extendido de manera apropiada para ser continuo en dicho túnel, entonces esta técnica de búsqueda mínima se puede emplear para detectar primero cualquier jugador nuevo que se va a rastrear. Como se mostrará, una vez detectado, los requerimientos de procesamiento para continuar el rastreo se reducen de manera significativa puesto que la extensión del movimiento de un jugador entre cuadros es limitada.

Haciendo referencia ahora adicionalmente a la figura 4c, una vez que un objeto marcado se detecta, ya sea un parche 7r o 71 en las hombreras 6, o la calcomanía reflectora 9 en el casco 8, o la tinta reflectora 3A en el disco 3, o la cinta de hockey reflectora 4A envuelta alrededor de una pala de bastón 4, se rastrea en forma individual. El primer movimiento detectado de cada marca se expresa en coordenadas polares con relación al punto central 2a de la superficie de hielo 2. Por lo tanto, el primer movimiento de cada objeto se expresa como un ángulo de 0o y una distancia desde el punto central 2a a lo largo del ángulo mencionado, estos cálculos se realizan constantemente mediante la unidad de análisis de rastreo de objetos 62. Una vez que la unidad 62 ha detectado un objeto dado, continuará buscando ese objeto dentro de su campo de visión con base en las últimas coordenadas conocidas, los últimos vectores de dirección, aceleración y velocidad conocidos y la distancia de recorrido máxima calculada entre cuadros. Las últimas coordenadas conocidas combinadas con la distancia de recorrido posible máxima funcionarán para definir un círculo de límite máximo, ilustrado como 10b en la figura 4c, de posible movimiento que se debe buscar para encontrar la siguiente ubicación del objeto. A fin de cortar el tiempo de búsqueda promedio dentro de este círculo de límite, la unidad 62 mirará primero en la última dirección de recorrido conocida con base en movimientos anteriores fuera de una distancia igual a la última velocidad unitaria conocida dividida entre la proporción de cuadro conocida. Desde este punto nuevo más probable dentro del círculo del límite, la unidad 62 continuará buscando haciendo crecer este punto en todas direcciones hasta que el círculo del límite entero haya sido analizado. En el caso que la marca no se encuentre y se sepa que el objeto ha pasado completamente a través del rectángulo mínimo de pixeles que rodean el borde del campo de visión que cubre el camino de entrada 2e, entonces el objeto será buscado en el próximo cuadro. En este caso el radio del nuevo círculo de límite máximo será el doble de aquél de la búsqueda previa.
Si un objeto marcado se detecta y luego se pierde al sistema 100, la unidad de análisis de rastreo 62 se comunicará primero con la unidad de análisis de extracción de objeto/escena 64 para determinar si la presencia de información con base en luz ambiental adicional descubrirá la ubicación del objeto. Antes de revisar esta técnica, cabe mencionar primero que una vez que un objeto marcado es detectado, su tipo y ubicación se hacen pasar a la unidad de extracción 64 desde la unidad de rastreo 63, la unidad de extracción 64 analiza luego el cuadro de video sin filtro correspondiente tomado por la cámara de filmación 25 que está alojada en el mismo ensamble superior 20c cuya cámara de rastreo 24 está viendo actualmente el objeto ubicado. Conocer el tipo de objeto, por ejemplo un parche 7r o calcomanía reflectora 9, indica a la unidad de extracción 64 el tamaño esperado máximo del objeto real, por ejemplo, las hombreras 6 o el casco 8. Dado este tamaño máximo junto con la ubicación actual de las señales reflectoras, la unidad 64 empezará en la ubicación de las señales agregadas y luego se alejará de las señales comparando cada pixel de la imagen con un fondo conocido previamente 2r, como se ilustra en la figura 4b. Una vez que se determine que los pixeles de fondo han sido alcanzados, la trayectoria de imagen-trazado 10b continúa alrededor del objeto hasta que se completa una trayectoria completa. Alrededor de esta trayectoria cerrada 10p un rectángulo de límite mínimo 10r se calcula para extraer rápidamente la porción de la imagen de video que contiene el objeto rastreado. Conociendo el tamaño máximo esperado del objeto relacionado con el tipo de señales encontradas en el objeto (por ejemplo, hombrera 6 o casco 8 o jugador 10), este proceso se puede limitar a un círculo de límite máximo para encontrar el borde del objeto. Observar que este objeto definido por la trayectoria cerrada 10p puede contener y con frecuencia contiene dos o más señales tales como parches 7r y 71 así como calcomanía 9. Esta superficie extraída como se define mediante 10r, así como la ubicación rastreada de cada objeto reflector dentro de esa superficie se hace pasar luego a composición de imágenes que se sobreponen múltiples en la unidad de cuadros de visión completa individual 65. La unidad 65 luego cataloga en una seria completa todos los objetos reflectores detectados tales como 3b, 4b, 7m y 9a y sus pixeles de objeto extraído correspondientes que han sido detectados en todo el campo de visión. Como cuestión de práctica, los pixeles extraídos serán expresados como el rectángulo de límite mínimo como se ilustra mediante 10r más que una lista de coordenadas de pixel. Dentro de este rectángulo de límite mínimo, todos los pixeles de fondo se habrán fijado a un valor nulo mediante la unidad de extracción 64 para diferenciarlos claramente del objeto en primer plano durante revisión posterior. Un centro de gravedad así como coordenadas polares para ese punto central se calculan también mediante la unidad de extracción 64 y se hacen pasar a la unidad a la unidad de composición 65. Y finalmente, la unidad 64 determinará un punto de borde de inicio para ser asociado con cada objeto que puede ser usado por rutinas posteriores para trazar rápidamente el contorno del objeto desde dentro de su rectángulo de límite mínimo para realizar una extracción final. También es responsabilidad de la unidad de composición 65 juntar las piezas de las superficies reflectoras tales como 3b, 4b, 7m y 9a así como los objetos a los cuales están unidos tales como hombreras 6 o casco 8 o jugador 10 que se pueden sobreponer a cuadros tomados por cámaras de filmación 25 o cámaras de rastreo 24 separadas.
Una vez que la unidad de composición 65 ha creado la serie conocida de coordenadas polares para los centros de gravedad para todas las marcas reflectoras conocidas y sus objetos correspondientes y ha definido también los rectángulos de límite mínimo y un punto de borde de inicio, esta serie entera de datos se hace pasar al almacenamiento de cuadros de rastreo y video ¡ndexados por la unidad de objeto y número de cuadro/secuencia de tiempo 67. A medida que la serie entera de cuadros a través del campo de visión creado por la disposición de ensambles superiores 20c y equipos en perspectiva 30 son introducidos de manera continua por las unidades de captura 61 se harán pasar a la unidad de rastreo 62 la cual seguirá cada nuevo objeto a medida que entre en el campo de visión 20c1 y finalmente sale mediante el mismo ensamble 20c1. Los inventores de la presente anticipan que después de identificar la primera aparición de una superficie con tinta u objeto correspondiente puede ser más eficiente permitir que la unidad de rastreo 62 exprese centros de gravedad posteriores usando el mismo método de coordenadas polares excepto que el punto central ya no es el centro de hielo 2a sino más bien el centro de gravedad anterior para la misma superficie con tinta u objeto correspondiente. Este centro cambiante de estrategia de referencia se muestra en la figura 4c mediante la secuencia 10a1 a 10a4.
La unidad de almacenamiento 67 recibirá este flujo continuo de información de superficie con tinta y objeto correspondiente y creará varias bases de datos para análisis posterior. Primero, cada superficie y objeto individuales tendrá sus propios movimientos catalogados desde el punto en que entre al campo de visión hasta que en un punto posterior salga. Observar que el campo de visión es extendido para cubrir las cajas de equipo 2f y 2g así como la caja de penalidad 2h. Por lo tanto, para el sistema 100, no existe diferencia para rastrear estas superficies y objetos en estas áreas, donde no están activos en el evento actual, en oposición a en la superficie de hielo 2, donde están activos, la unidad de almacenamiento 67 es también responsable de crear y almacenar información en grupo. Por ejemplo, la unidad 67 espera encontrar las siguientes asociaciones:
1.- Siempre será cierto que un jugador 10 tendrá un parche derecho 7r y parche izquierdo 71 asociados.

2.- Con frecuencia será cierto que un jugador 10 tendrá un casco 8 asociado con calcomanía 9 y un bastón 4 con cinta 4a.
3.- Algunas veces será cierto que un jugador 10 tendrá un disco 3 dentro de su semicírculo directo de control. Este semicírculo será definido por la ubicación, dirección, velocidad de recorrido y orientación actuales del jugador 10 y se ilustra como 10s en la figura 4c.
4.- Algunas veces será cierto que puede parecer que un jugador 10 tiene parches, cascos o bastones adicionales en cuyo caso múltiples jugadores pueden haber chocado.
Cualesquier asociaciones se detecten se usan para formar una base de datos de grupo de jugadores. Observar que la unidad de almacenamiento 67 distinguirá entre un bastón o casco extraviado y un jugador. Como tal, el bastón o casco extraviado no creará otro caso de un grupo de jugadores. Por lo tanto, se hará un recuento cuadro por cuadro del número total de grupos de jugadores únicos que deben permanecer igual a menos que:
1.- Un nuevo jugador entre al campo de visión.
2.- Un jugador existente salga del campo de visión.
3.- Hay una colisión entre uno o más jugadores de manera que sus formas se unen temporalmente.
Cuando dos o más grupos de jugadores se unen para formar un solo grupo en algún lugar dentro del campo de visión, se anticipa que finalmente los jugadores se separarán. En este punto el sistema que había asignado los movimientos de los grupos a cada jugador conocido que había entrado al grupo, ahora empezará a rastrear jugadores individuales y el recuento de grupo total habrá regresado a su recuento previo a la colisión.
Una unidad de almacenamiento 67 continuamente actualiza sus diversas bases de datos, esta misma información se hace disponible luego en tiempo real a cuantificación y análisis de movimiento de objeto almacenado en la unidad de base de datos entrelazada 68. La unidad de cuantificación y análisis 68 tendrá una serie variable de tareas que puede realizar en las bases de datos de rastreo que pueden ser habilitadas ya sea como en tiempo real o posterior al evento. En cualquier caso, algunas de dichas tareas se listan a continuación:
1.- Correlacionar datos de grupo de jugadores individuales con una lista conocida previamente de jugadores potenciales. Esto se logra comparando las señales de equipo 7r2 así como las señales de jugador 712 a una base de datos de valores conocidas previamente.
2.- Determinar la orientación del jugador con base en la ubicación de superficies con tinta dentro de los objetos extraídos en combinación con la última dirección, velocidad y orientación conocidas tanto de las superficies con tinta como de sus objetos asociados.
Por consiguiente, la unidad 68 será capaz de identificar que un jugador está patinando hacía atrás en contra de hacia adelante, o que su cabeza y sus hombros están empezando a girar y por lo tanto se espera que también girará su dirección de recorrido en el siguiente cuadro capturado.

Cabe mencionar además que la calcomanía reflectora 9 se diseñó específicamente para asistir también a la unidad 68 para determinar si el casco asociado 8 (y por lo tanto, la cabeza del jugador) está mirando hacia abajo o de frente. Esto se facilita mediante los cuadros blanco y negro alternos de la calcomanía 9 que variarán en cuenta dependiendo de la orientación del casco 8.
3.- Actualizar la estadística de los jugadores tal como tiempo en el que entraron y salieron de la superficie de hielo (conocido como cambio), duración del cambio, velocidad promedio, porcentaje de cambio utilizado en las zonas de defensa, medio o delantero, porcentaje de control de disco, número de tiros, vuelcos, intercepciones, pases, etc.
4.- Actualizar las estadísticas del equipo tal como número de cambios, duración promedio de los cambios, porcentaje del juego en las zonas de defensa, medio y delantero, porcentaje de control de disco, número de tiros, vuelcos, intercepciones, pases, etc.
Cualquiera y toda esta información que se permitió con anterioridad ser rastreada en tiempo real está ahora disponible para investigación y despliegue en estaciones de salida de equipo 80. Después de que el evento ha sido completado, o durante descansos programados en la actividad del evento, la unidad de cuantificación y análisis 68 puede continuar procesando, las bases de datos almacenadas para derivar información adicional que no fue permitida previamente para tiempo real. Otros eventos, ya sea que sean deportivos o no y sin importar la inclusión de objetos humanos, tendrán su propia serie de requerimientos de cuantificación y análisis deseables de manera única.
En cualquier momento después de la conclusión del evento y todo su análisis por la unidad 68, puede ser aconsejable que individuos seleccionados investiguen de manera remota en la información rastreada y analizada por el sistema de computadora local 60. Mediante el uso de dispositivos de comunicaciones remotos convencionales ¡lustrados como 69 y 79 en la figura 8, un sistema de computadora remoto para revisar eventos capturado ¡lustrados como 70 se puede usar para tener acceso a las bases de datos de eventos. Los inventores de la presente consideran que la técnica descrita de primero rastrear superficies entintadas de manera especial que han sido agregadas a objetos que se desea rastrear y luego extraer las áreas limite mínimas de aquellos movimientos de objetos es novedosa debido por los menos a las siguientes razones:
1.- La técnica opera en un mínimo de tiempo y requiere un mínimo de procesamiento por computadora usando una banda seleccionada y angosta de energía para iluminar y capturar una pequeña cantidad de información que produce identidad, orientación, dirección de recorrido y velocidad del objeto a un mínimo, sin importar la reflexión de fondo del ambiente.
2.- La técnica emplea la información determinada rápidamente de la banda de energía angosta para extraer de manera eficiente una serie más grande de información de la banda de energía entera típicamente encontrada en la luz ambiental.
3.- La técnica crea una base de datos de movimiento resultante que se puede usar para reconstruir una o más porciones o todo el evento después de que ha concluido sobreponiendo todos los movimientos de objeto capturados y extraídos de nuevo en un fondo de superficie de hielo conocido previamente.
Este último punto es esencialmente benéfico, ya que en la practica permite salvar lo que de otra manera sería una cantidad prohibitiva de información de video de evento como una serie mínima de información de movimiento que después se puede transferir mediante el sistema normal a conexiones de sistema tales como la Internet. Por lo tanto, varios individuos implicados con un evento pueden descargar por separado y fácilmente estos datos a sus sistemas remotos respectivos 70 para su propia repetición y análisis selectivos. Incluso se prevé que solamente los centros de gravedad necesitan ser transmitidos como opuestos a todos los pixeles de objeto en la caja de límite mínimo debido a que en una repetición de evento de tipo arcada las gráficas del cuerpo, casco y bastón de un jugador así como el disco se pueden generar fácilmente mediante el sistema local.
Un aspecto novedoso adicional del sistema 100 se ilustra en la figura 6. Específicamente, mediante el uso de objetos marcados prediseñados tales como el cono 11 con tinta reflectora 11a, es posible restringir el campo de rastreo del sistema 100 a alguna suporción de su campo de visión tal como 2t. En la práctica, un operador tal como un entrenador sobre hielo iniciará este modo de rastreo reducido del sistema 100 usando una alimentación de código de entrada especial al dispositivo de control de rastreo 90. El dispositivo 90 transmite esta secuencia de control mediante RF convencional al sistema de computadora local 60. Esta información es después provista a composición de unidad de sobreposición múltiple 65 que después busca dos o más objetos prediseñados, por ejemplo, conos 11 , en la superficie de hielo 2. Cuando se toman juntos, estos dos o más conos 11 prescribirán una o más áreas geométricas tales como 2t dentro de las cuales todo el rastreo es habilitado y fuera de las cuales todo el rastreo es deshabilitado. En los casos donde los conos han sido colocados de una manera ambigua, la unidad 65 transmitirá para despliegue todas las disposiciones posibles dados los conos actuales 11 detectados a partir de los cuales el operador del dispositivo de control 90 seleccionará la disposición apropiada. Por ejemplo, el entrenador puede simplemente colocar dos conos 11 en el hielo 2, uno en cada lado de la línea roja que divide en la superficie de hielo en dos partes. En este punto, la unidad 65 desplegará dos disposiciones posibles que cubren ya sea un lado del hielo o el otro.
Después de restringir el área de rastreo del sistema 100, toda la demás funcionalidad es idéntica como se describió anteriormente. Además, la unidad de cuantificación y análisis 68 es capaz de dar salida a toda la información calculada en el dispositivo de control de rastreo portátil 90 en respuesta a las averiguaciones en tiempo real de los entrenadores sobre hielo. La unidad 68 se puede habilitar mediante el dispositivo 90 también para dar salida a la velocidad de tiros consecutivos en la portería a un marcador 91.
Por lo tanto, el lector verá que el sistema de rastreo de objetos múltiples provee un aparato y método novedoso para:
1- rastrear objetos de forma variable, de movimiento rápido múltiples, tales como humanos en tiempo real sin ayuda de intervención de un operador ya sea para identificar inicialmente o reidentificar condicionalmente los objetos durante el periodo de rastreo;
2- reducir el tiempo requerido para procesar datos de imagen primero rastreando por separado señales especiales que han sido agregadas al objeto después de la cual la ubicación de las señales se puede usar junto con los vectores de dirección, aceleración y velocidad para extraer de manera eficiente el objeto de su fondo;
3- realizar sus tareas de reconocimiento independiente de distinciones de color dentro de los objetos;
4- realizar sus tareas de reconocimiento independiente de dispositivos de rastreo electrónicos ya sea pasivos o activos;
5- determinar información de orientación sobre los objetos como un todo y potencialmente de sus partes individuales;
6- realizar bajo diversas condiciones de iluminación y humedad de aire que pueden no ser óptimas para técnicas de reconocimiento con base en luz visible;

7- encoger fácilmente el campo de rastreo dentro del campo de visión;
8- crear y mantener en tiempo real una base de datos de movimiento accesible ya sea por tiempo y/o identidad de objeto;
9- dar salida ya sea a todos o algunos de los datos capturados ya sea inmediatamente dentro del arena de hielo o después del evento a una o más computadoras remotas sobre una red de comunicación tal como la Internet; y
10- proveer información a sistemas de computadora remotos sobre la Internet que se puedan usar para repetición de evento controlada así como análisis critico.
Aunque la descripción anterior contiene muchas especificaciones, éstas no se deben interpretar como limitaciones en el alcance de la invención, sino más bien como una ejemplificación de las modalidades preferidas de la misma. Muchos aspectos de la funcionalidad del sistema son benéficos como tales sin estar presentes otros aspectos. Por ejemplo, las cámaras de filmación separadas se podrían omitir para ahorro de costos y/o mejora de velocidad. El sistema seguiría proporcionando aún un beneficio significativo y novedoso rastreando las superficies con tinta agregadas a los objetos que se van a rastrear. No tiene que haber una disposición de cámaras de rastreo que estén montadas directamente por arriba del evento que se va a rastrear. Si se prueba que esta disposición resulta inconveniente, entonces las cámaras simplemente necesitan ser colocadas de manera que juntas puedan crear un campo de visión que se sobrepone que es más probable que mantenga las superficies con tinta en visión. Por ejemplo, en el plato de una producción de cine, este sistema se podría usar para seguir automáticamente uno o más aspectos de la escena a medida que la acción se desenvuelve. Por lo tanto, si los actores fueran a usar marcas grandes hechas de la tinta especial en parches escondidos por debajo de su ropa, entonces este sistema de rastreo podría seguir los movimientos de los actores y dirigir automáticamente el giro para toma panorámica, inclinación y acercamiento o alejamiento rápido de cámaras de producción seleccionadas.
Otro ejemplo de un aspecto del sistema que es beneficioso pero no obligatorio es el enlace a un sistema de computadora remoto para revisar los eventos capturados. Aunque los inventores de la presente consideran que este sistema es único en la manera que almacena información que es en especial benéfico para descarga remota, el sistema remoto no es necesario para que el sistema tenga novedad y utilidad.
Es evidente a partir de la descripción del sistema de rastreo de objetos múltiples que tiene capacidad de aplicación más allá de rastrear los movimientos de jugadores de hockey y el disco durante un juego de hockey sobre hielo. Por ejemplo, este mismo sistema se podría instalar sobre una pista de patinar de hockey sobre ruedas si el marco que sostiene los ensambles superiores se fuera a montar como tal en postes para sostenerlo por arriba del área de juego. El sistema se podría usar también para rastrear basquetbol en una manera muy similar al hockey sobre hielo ya estos juegos casi siempre se juegan en una arena bajo techo. Enfoques similares se podrían usar con otros deportes tales como fútbol y béisbol siempre y cuando el campo de visión esté suficientemente cubierto con cámaras de rastreo de perspectiva porque no habrá ensambles superiores algunos. El sistema se podría usar también en sales de convención o auditorios grandes para rastrear la ubicación de seguridad, flujo de asistentes del personal de apoyo. Esto se podría lograr usando las mismas cámaras de rastreo superiores mientras que es muy probable que las cámaras de filmación fueran innecesarias. A cada tipo de persona que se va a rastrear se le podría pedir usar un parche especial que podría estar incluso codificado con base en criterios estadísticamente relevantes como lo determinen los anfitriones del evento. A medida que los individuos con parches se movieran alrededor y visitaran diferentes cabinas, sus elecciones se podrían rastrear automáticamente incluyendo el tiempo que pasan en cada cabina seleccionada. Dicho sistema podría ayudar también con el flujo de la multitud si se detectara que líneas grandes se forman alrededor de áreas seleccionadas. Observar que en esta aplicación, es menos crítico que todos y cada uno de los movimientos de todas y cada una de las personas que s^ va a rastrear se siga, pero más bien en que en total la mayoría de los movimientos de todos los individuos similares se determinen de λo cual se podrían derivar decisiones y estadísticas útiles.

A partir de la descripción detallada anterior de la presente invención, el sistema de rastreo de objetos múltiples, será evidente que la invención tiene un número de ventajas, algunas de las cuales se han descrito anteriormente y otras de las cuales son inherentes a la invención. Asimismo, será evidente que se pueden hacer modificaciones al sistema de rastreo de objetos múltiples sin apartarse de las enseñanzas de la invención. En consecuencia, el alcance de la invención se debe limitar solamente según lo necesiten las reivindicaciones adjuntas.