管一世

(成都體育學院，四川 成都　610081)

有關(guān)影像測量與分析系統(tǒng)在體育運動中的應用的簡單論述

管一世

(成都體育學院，四川 成都610081)

摘要：影像測量方法是目前運動生物力學研究中常用的方法，它主要用于分析人體運動過程中技術(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機攝像、平面定點跟蹤射線、立體定點定機攝像、立體定點跟蹤攝像等方法[2]。運動影像解析系統(tǒng)可以實時準確地計測出動作過程中各個部位的運動曲線及關(guān)節(jié)相對轉(zhuǎn)動角度，這對于錯誤技術(shù)動作和簡明教授內(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動中的應用的實際問題進行簡單論述。

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、籃球等項目時發(fā)現(xiàn)，這些比賽均可以通過回放來確定某一個關(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動生物力學研究中常用的方法，它主要用于分析人體運動過程中技術(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相當重要。

一、影像測量方法的分類

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

(1)平面定機攝像測量方法：平面定機攝影測量方法是運動生物力學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固定在三腳架上，拍攝前設(shè)定好攝像機的空間位置、拍攝距離、機高、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)的運動。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平面上的運動，比如競走，跳遠等運動項目。

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

二、影像測量方法存在的誤差現(xiàn)象

對人體動作規(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產(chǎn)生偽信息，歪曲混淆對人體動作現(xiàn)象的認識，甚至會導致出現(xiàn)錯誤信息和結(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，達到正確、有效利用這一方法為體育科研工作服務的目的。

(1)人因誤差：運動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，固有習慣引起的讀數(shù)誤差，以及一時疏忽等引起的誤差。

(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準器的誤差和測量器具的誤差兩個部分。在運動影像測量中，所使用的標尺或標定框架本身的精度不夠，會引入誤差；另外，利用 DLT 算法進行三維重構(gòu)時，對于控制點的質(zhì)量、數(shù)量與分布會有一定的要求[4]，否則會產(chǎn)生重構(gòu)誤差。

而為了減少這些測試誤差，賈誼、嚴波濤總結(jié)了5種較為常用的方法： (1)粘貼皮膚標志點法；(2)設(shè)置參照點法；(3)周期運動對側(cè)關(guān)節(jié)點計算法；(4)局部拍攝法；(5)自校準技術(shù)標定法等[5]。

三、影像測量的發(fā)展趨勢

(1)合于各個運動項目的需要、能現(xiàn)場及時反饋測試結(jié)果與方法和提供詳細測試分析報告的方向發(fā)展。

(2)三維跟蹤攝像、攝影測量方法的推廣:目前,在進行影像解析時所拍攝的運動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)運動影像解析系統(tǒng)將逐步在我國各訓練單位及體育院校普及:隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,科技的進步以及人們對運動影像解析在體育科研、運動訓練、體育教學等方面重要作用認識的提高,該系統(tǒng)儀器設(shè)備將進入各基層單位,隨之體育科研的成果、運動訓練水平也將會更上一層樓。

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與指導運動員技術(shù)動作的完整與協(xié)調(diào)，隨著攝影系統(tǒng)的不斷升級，該方法也會日趨完善，將來一定會擁有更廣闊的使用空間。但在使用時一定注意對誤差的謹慎處理，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：

[1]馬逢伯。運動影像測量方法的發(fā)展現(xiàn)狀研究

[2]王清，忻鼎亮，嚴波濤，張躍，曲峰。運動生物力學在競技體育中的應用[M]。國家體育總局體育科學研究所

[3]盧德明，王云德，嚴波濤。運動生物力學測量方法[M]。北京體育大學出版社，2001:19 -33.

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

[5]賈誼、嚴波濤。運動影像測量方法與誤差分析[M]。天津體育學院學報。

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

中圖分類號:TP391.41

文獻標識碼：A

文章編號：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，成都體育學院，運動訓練足球方向。