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Vision News – Bildverarbeitung für das Sport-Tracking
In Stadien verteilte Kameras erstellen beispielsweise individuelle Bilder des bewegten Balls. Diese werden unter Anwendung einer ausgeklügelten Software trianguliert, um einen korrekten 3-D-Verlauf des Balls in Echtzeit wiederzugeben. Solche Systeme werden in Kombination mit einer Bildschirmgrafik unter anderem beim Tennis eingesetzt, um Schiedsrichterentscheidungen an der Aussenlinie zu überprüfen. Bei der Torlinientechnik im Fussball überwachen die Systeme kontinuierlich jedes Tor mit sieben Kameras. Die aufgenommenen Bilder werden verarbeitet, um den Ball innerhalb des Bildes zu bestimmen und um diejenigen Bereiche zu identifizieren, die definitiv nicht der Ball sind. Eine spezielle Steuerungssoftware kombiniert die Informationen aus allen Kameras und ist in der Lage, den Ball millimetergenau innerhalb des Torbereichs zu verfolgen. Sobald das System feststellt, dass der Ball die Torlinie überquert hat, benachrichtigt das System automatisch die Offiziellen des Spiels.
Echtzeitreaktion auf die Ballverfolgung
Eines der eindrucksvollsten Beispiele für die Verfolgung von Bällen in Hochgeschwindigkeit stellt der automatisierte Torhüter RoboKeeper dar. RoboKeeper wurde vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund entwickelt und wird von der Sportmarketingagentur 4attention als Besucherattraktion bei grossen Veranstaltungen vermarktet.
Die Besucher sind eingeladen, einen Strafstoss mit neun statt der üblichen elf Meter Abstand gegen den RoboKeeper zu schiessen, der ein Tor von 2 × 4 Metern hütet. Der Flug des Balls wird unter Verwendung eines Kamerasystems von Stemmer Imaging verfolgt, das aus zwei Farbflächenkameras mit Gigabit-Ethernet-Schnittstelle besteht und oberhalb und seitlich des Tors befestigt ist. Eine vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik entwickelte Bildverarbeitungssoftware bewertet anschliessend die Bilder mit einer Bildrate von bis zu 90 Bildern pro Sekunde.
Wenn ein Ball mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 km/h flach geschossen wird, benötigt er rund 360 ms, um die linke oder die rechte untere Ecke des Tors zu erreichen. Diese Positionen stellen die maximale Distanz dar, in der sich der RoboKeeper bewegen muss. In dieser Zeit müssen die voraussichtliche Flugbahn und der Eintreffpunkt des Balls in der Torebene extrapoliert werden und die komplette Bewegung des Torwarts inklusive aller Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge des Motors abgeschlossen sein, um einen Treffer zu verhindern. Das System ermöglicht es dem RoboKeeper, diese Position innerhalb von 300 ms zu erreichen — was das Toreschiessen extrem erschwert!
Um Schwankungen der Lichtverhältnisse bei Aussenveranstaltungen auszugleichen, sind diese Kamerasysteme mit Objektiven mit automatischer Blendensteuerung und einer motorisierten Blende ausgestattet, die von einem Videosignal gesteuert wird. Diese Objektive verfügen über eine Brennweite von 3,5 mm und sind damit weitwinklig genug, um eine korrekte Ballerkennung vom Abschuss bis zum Tor zu gewährleisten. Es gibt auch eine Eishockeyversion des RoboKeeper, die Kameras mit einer höheren Auflösung und einer höheren Bildrate verwendet. Das ist deshalb erforderlich, da ein Puck kleiner und schneller als ein Fussball und darüber hinaus nicht rund ist. Dadurch rotiert er während des Flugs.
Spielerverfolgung
Auch das Tracking von Spielern während eines Fussballspiels ist ein wesentlicher Bestandteil der Gesamtanalyse des Spiels. Stemmer Imaging war bei der Entwicklung eines Spielertrackingsystems involviert, das bei Profifussballspielen zum Einsatz kommt. Die Statistikdaten der Aktivitäten jedes Spielers während eines Matches können live mit verschiedenen Kamerakonfigurationen erfasst werden.
Zwischen zwei und zehn Kameras von verschiedenen Anbietern sind dazu im Stadium positioniert, um die zugrunde liegenden Bilder für diese statistischen Ergebnisse aufzunehmen. Durch eine Kombination von Multicast-Imaging und intelligenter Bildverarbeitung auf mehreren Computern werden die Positionskoordinaten jedes Spielers, des Balls und des Schiedsrichters während des gesamten Spiels überwacht, um die Gesamtlaufleistung der Spieler mit Durchschnitts- und Höchstgeschwindigkeiten, die Anzahl und die Intensität von Sprints und die Kilometerleistung zu berechnen.
Leistungsfähige Kameratechnologie
In jedem Sport ist die Herausforderung für ein Bildverarbeitungssystem dieselbe — Kameras, Objektive und Datenübertragungsstandards müssen die Anforderungen der Anwendung erfüllen und verlangen Sachverstand und Kenntnisse über die Bildanforderungen. Die Kameratechnologie muss in der Lage sein, die Bilder in der geforderten Auflösung und Geschwindigkeit (Bildrate) über weite Entfernungen von den Kamerapositionen bis zum Kontrollraum zur Verarbeitung zu liefern. In vielen Fällen bewegt sich der Ball mit sehr hohen Geschwindigkeiten: So sind Cricketbälle mit Geschwindigkeiten von bis zu 160 km/h unterwegs, und der Aufschlagweltrekord beim Tennis liegt sogar bei über 260 km/h. Da die meisten Sportarten im Freien ausgeübt werden, müssen die Kameras in der Lage sein, sich an die verschiedenen Beleuchtungsbedingungen anzupassen. Die gesamte Verarbeitungszeit dieser Systeme muss kurz genug sein, damit der Spielfluss nicht signifikant unterbrochen wird.
stemmer-imaging.ch