有關(guān)影像測量與分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用的簡單論述

管一世

(成都體育學(xué)院，四川 成都　610081)

有關(guān)影像測量與分析系統(tǒng)在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用的簡單論述

管一世

(成都體育學(xué)院，四川 成都610081)

摘要：影像測量方法是目前運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中常用的方法，它主要用于分析人體運(yùn)動(dòng)過程中技術(shù)是否合理、是否符合人體身體生理結(jié)構(gòu)等[1]。其主要的測試方法包括平面定點(diǎn)機(jī)攝像、平面定點(diǎn)跟蹤射線、立體定點(diǎn)定機(jī)攝像、立體定點(diǎn)跟蹤攝像等方法[2]。運(yùn)動(dòng)影像解析系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)測出動(dòng)作過程中各個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)曲線及關(guān)節(jié)相對轉(zhuǎn)動(dòng)角度，這對于錯(cuò)誤技術(shù)動(dòng)作和簡明教授內(nèi)容具有一定的意義。本文將對影像測量方法的分類及在體育運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用的實(shí)際問題進(jìn)行簡單論述。

關(guān)鍵詞：影像測試方法；競技體育

近年來，在觀看部分體育比賽如網(wǎng)球、籃球等項(xiàng)目時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些比賽均可以通過回放來確定某一個(gè)關(guān)鍵球的歸屬或者得分情況。尤其在比賽的末尾，這種通過影像資料幫助裁判決定判罰的方法十分奏效。而這里提到的影像測量方法還是目前運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中常用的方法，它主要用于分析人體運(yùn)動(dòng)過程中技術(shù)是否合理、是否符合人體身體生理結(jié)構(gòu)等。因此，影像測量對于生物力學(xué)相當(dāng)重要。

一、影像測量方法的分類

影像測量方法包括以下幾種: 平面定點(diǎn)機(jī)攝像、平面定點(diǎn)跟蹤射線、立體定點(diǎn)定機(jī)攝像、立體定點(diǎn)跟蹤攝像等方法。由于各種條件的限制，常用的是平面定機(jī)攝像測量方法、平面跟蹤攝像測量方法和立體定機(jī)攝像測量方法。

(1)平面定機(jī)攝像測量方法：平面定機(jī)攝影測量方法是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)攝像測量方法中最為簡單易行的一種測量方法。這種方法是將攝像機(jī)固定在三腳架上，拍攝前設(shè)定好攝像機(jī)的空間位置、拍攝距離、機(jī)高、取景范圍、焦距、光圈等，這些條件固定好以后不變，從而拍攝人體和物體在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。此種方法只適用于小范圍的拍攝對象在一平面上或主要在一個(gè)平面上的運(yùn)動(dòng)，比如競走，跳遠(yuǎn)等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。

(2)立體定機(jī)攝像測量方法：立體定機(jī)攝像測量方法是采用兩臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)從不同角度對同一研究對象進(jìn)行同步拍攝，然后把兩臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)所拍攝的影像進(jìn)行數(shù)字化，通過直接線性變換從而獲得所需的三維運(yùn)動(dòng)的空間坐標(biāo)，獲得有關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)[3]。立體定機(jī)攝像測量方法較平面定機(jī)攝像測量使用范圍較廣，在田賽的項(xiàng)目中經(jīng)常用到立體定機(jī)攝像測量來獲取所需運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。

二、影像測量方法存在的誤差現(xiàn)象

對人體動(dòng)作規(guī)律的揭示主要是依靠影像測量方法的測量結(jié)果，而影像測量誤差的存在會(huì)產(chǎn)生偽信息，歪曲混淆對人體動(dòng)作現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤信息和結(jié)論。為獲得可靠的測量結(jié)果，必須研究影像測量過程中誤差的大小、關(guān)系和性質(zhì)，研究消除、抵償和減弱測量誤差的措施。因此，我們有必要對影像測量方法的誤差問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，全面考察影響影像測量精度的誤差因素、誤差性質(zhì)以及減小和消除誤差的對策與方法，從而使研究者能夠更加深入的了解影像測量方法的誤差范圍，避免誤差的產(chǎn)生，達(dá)到正確、有效利用這一方法為體育科研工作服務(wù)的目的。

(1)人因誤差：運(yùn)動(dòng)影像測量的拍攝過程中，人因誤差主要是由于測量者受分辨能力的限制，或因工作疲勞引起的感覺器官的生理變化，固有習(xí)慣引起的讀數(shù)誤差，以及一時(shí)疏忽等引起的誤差。

(2)環(huán)境誤差：由于目前使用的影像測量系統(tǒng)大都屬于光電子設(shè)備，易受到光線、溫度、電磁場、振動(dòng)等環(huán)境因素的影響，從而引入誤差。通常儀器在規(guī)定的正常工作條件所具有的誤差稱為基本誤差，而超出此條件時(shí)所增加的誤差稱為附加誤差。

(3)裝置誤差：裝置誤差主要包括標(biāo)準(zhǔn)器的誤差和測量器具的誤差兩個(gè)部分。在運(yùn)動(dòng)影像測量中，所使用的標(biāo)尺或標(biāo)定框架本身的精度不夠，會(huì)引入誤差；另外，利用 DLT 算法進(jìn)行三維重構(gòu)時(shí)，對于控制點(diǎn)的質(zhì)量、數(shù)量與分布會(huì)有一定的要求[4]，否則會(huì)產(chǎn)生重構(gòu)誤差。

而為了減少這些測試誤差，賈誼、嚴(yán)波濤總結(jié)了5種較為常用的方法： (1)粘貼皮膚標(biāo)志點(diǎn)法；(2)設(shè)置參照點(diǎn)法；(3)周期運(yùn)動(dòng)對側(cè)關(guān)節(jié)點(diǎn)計(jì)算法；(4)局部拍攝法；(5)自校準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)定法等[5]。

三、影像測量的發(fā)展趨勢

(1)合于各個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的需要、能現(xiàn)場及時(shí)反饋測試結(jié)果與方法和提供詳細(xì)測試分析報(bào)告的方向發(fā)展。

(2)三維跟蹤攝像、攝影測量方法的推廣:目前,在進(jìn)行影像解析時(shí)所拍攝的運(yùn)動(dòng)范圍的橫徑一般只有3～5 m,拍攝范圍越大,人像在畫面中占的比例越小。為了增大人像占畫面的比例、提高測量精度,必須采用跟蹤拍攝方法。

(3)攝像測量精度越來越高:近年來,攝像測量方法逐步替代了電影攝影測量方法,但攝像測量的精度較低。為此必須提高攝像測量的精度,其途徑是提高攝像、解析系統(tǒng)的分辨率。

(4)運(yùn)動(dòng)影像解析系統(tǒng)將逐步在我國各訓(xùn)練單位及體育院校普及:隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,科技的進(jìn)步以及人們對運(yùn)動(dòng)影像解析在體育科研、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、體育教學(xué)等方面重要作用認(rèn)識(shí)的提高,該系統(tǒng)儀器設(shè)備將進(jìn)入各基層單位,隨之體育科研的成果、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練水平也將會(huì)更上一層樓。

四、小結(jié)

本論述大致闡明了如今比較火熱的影像測量分析方法的分類、使用誤差、目前的使用狀況以及未來的發(fā)展趨勢。該方法能較好的評價(jià)與指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作的完整與協(xié)調(diào)，隨著攝影系統(tǒng)的不斷升級，該方法也會(huì)日趨完善，將來一定會(huì)擁有更廣闊的使用空間。但在使用時(shí)一定注意對誤差的謹(jǐn)慎處理，避免得出無用數(shù)據(jù)，對競技體育產(chǎn)生不良的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬逢伯。運(yùn)動(dòng)影像測量方法的發(fā)展現(xiàn)狀研究

[2]王清，忻鼎亮，嚴(yán)波濤，張躍，曲峰。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)在競技體育中的應(yīng)用[M]。國家體育總局體育科學(xué)研究所

[3]盧德明，王云德，嚴(yán)波濤。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)測量方法[M]。北京體育大學(xué)出版社，2001:19 -33.

[4]馮文灝。近景攝影測量：物體外形與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的攝影法測定[M]。武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.

[5]賈誼、嚴(yán)波濤。運(yùn)動(dòng)影像測量方法與誤差分析[M]。天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)。

[6]楊躍飛、宋躍先、彭支玉。運(yùn)動(dòng)影像解析系統(tǒng)在體育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

中圖分類號(hào):TP391.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-864X(2016)06-0278-01

作者簡介：管一世(1992.3—)，男，漢族，吉林，碩士研究生在讀，成都體育學(xué)院，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練足球方向。