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高速相機結合運動分析 棒球動作捕獲更精準
[作者 The Imaging Source兆鎂新]   2022年06月24日 星期五 瀏覽人次: [1340]

高速相機捕獲的影像與運動分析相結合,不但能在球場賽事上捕捉實況用於動作分析及判定,還能在自我訓練中幫助球員精進技能。


在由紀實著作改編的電影《魔球》(Moneyball)中,講述了如何使用計量學,從客觀數據分析的角度來挑選球員組建球隊,運用科學的方式,幫助球隊取得耀眼的比賽成績。 事實上,美國大聯盟使用運動科學精準紀錄球賽已有多年,通過精準運算來微調投球或擊球的動作來精進球員表現。


近年來,台灣也開始發展相關科技。 台灣學術單位開發的運動科學系統供球團/球隊使用,採用The Imaging Source(TIS)高速相機捕捉影像,以多台相機立體建模方式 ,幫助實現球員動作分析及電子好球帶功能。


另外,許多球員也自行開始使用運動科學系統進行自主訓練。 運動科學系統廠商動晰運科與TIS 代理商肯定科技合作,提供一套包含TIS相機的運動科學系統,讓棒球選手在自己訓練時,能夠通過實時觀看重播影像,精進訓練動作,提升訓練品質。


在球場上的應用

在球場上,可以使用多台高速相機系統進行3D建模,實現動作分析以及設置電子好球帶。


場上的球員投球球速高達每小時130/140公里,要捕捉球的運動軌跡以及球員的一連串動作,必須使用高速相機進行記錄及重播,用於分析。某團隊選用TIS高速相機,相機搭載Sony Pregius CMOS 全域快門高靈敏度感測器,在現場架設6台以上相機。


在現場架設相機時,拍攝角度很重要,只要角度稍稍移動,那怕只差一點點,都無法完全捕捉球員的動作以及球的走向。 因此架設相機時必須要保證其能完整且精準地記錄整場比賽。


在現場架設的相機越多台,意味著所獲得的影像資料越齊全。 假設一台相機一秒能捕獲300張圖像,那麼6台相機一秒就能捕獲1800張圖像 ,通過多台相機能獲得大量不同角度的圖像,供後端智慧軟體進行大數據分析。


過去,如果某場比賽投手表現不佳,可能能夠看出球員手肘動作的不同,但是沒有數據可顯示實際差距為多少。現在,通過多重影像資料可以瞭解到選手的動作變化,包括左右手肘、肩膀、膝蓋等移動瞬間的角度以及速度的變化,可以得到精確的數字以及選手運行 變化的軌跡。


(1)3D建模

通過多角度影像拍攝,然後經後端AI運算處理,可以精準算出人體的17個節點,在三維空間中有51個維度 (X、Y、 Z)可以進行分析,建立球員的骨骼模型,精準重現運動軌跡,進一步記錄選手每一次投球或擊球的身體位置(例如投球時手肘的角度與位置,擊球時揮棒瞬間球員及球棒的空間位置)。 選手可以藉助數據分析結果來改善動作,精進比賽表現。


(2)電子好球帶

好球帶是一個三維空間,而非二維。電子好球帶功能利用兩台高速相機,通過3D立體影像分析的方式,找出空間內X及Y的交叉點,判定球的確切落點,再以平面方式呈現給觀眾,成為主審的輔助,提升判球的準確性。



圖1 : The Imaging Source 相機搭載Sony Pregius CMOS IMX 287全域快門高靈敏度感測器,可用來捕捉高速移動的棒球以及球員一連串的動作。
圖1 : The Imaging Source 相機搭載Sony Pregius CMOS IMX 287全域快門高靈敏度感測器,可用來捕捉高速移動的棒球以及球員一連串的動作。

在自主訓練中的應用

在自主訓練方面,動晰科技與肯定科技合作,使用兩台以上The Imaging Source DFK 37AUX287相機,拍攝方向可由選手(打擊手)上方以及側邊紀錄,運用相機觸發模式,搭配Windows介面平板,可即時捕捉到球員的運動平面軌跡、 投球和擊球角度以及瞬間球速。


安裝過程簡單,選手可依照自己的需求自行調整平板內參數以及觸發點,目前已有球隊的球員使用該系統進行自主訓練。 球員反饋時表示,「自主練習時,無需累積多次擊球數量,系統可單次擊球就重播動作及相關數據,幫助球員及時修正動作。 」



圖2 : 自主訓練系統使用TIS高速相機,安裝過程簡單,單人也可自主訓練。 (source:動晰科技)
圖2 : 自主訓練系統使用TIS高速相機,安裝過程簡單,單人也可自主訓練。 (source:動晰科技)

圖3 : 球員運動軌跡,記錄球員投球瞬間的動作位置、角速度及球速等。 (source:動晰科技)
圖3 : 球員運動軌跡,記錄球員投球瞬間的動作位置、角速度及球速等。 (source:動晰科技)

目前系統還有很多可以延伸發展的部分,除了優化介面,讓消費者更清楚、更容易地判讀數據外,也在漸漸朝即時顯示影像的方向邁進。未來,該系統甚至可以了解球員的疲勞程度,藉助數位及影像比對來觀察球員的姿勢變化,並與物理治療師配合,以降低球員運動傷害的概率,也可以使用更科學有效的方式來降低球員的運動傷害風險。


**刊頭圖(source:Athletics Nation)


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