Video – medición del Salto de Longitud y Triple (VDM). Cómo funciona

Un poco de Historia

Corría el año 2005, y una idea empezó a surgir en el atletismo. ¿Y si no fuera necesario que un juez eligiera a pie de foso la huella correcta para otorgar la marca del salto a un atleta en Longitud y Triple? Era una idea que surgía del Comité Técnico de la IAAF, y algunos recogieron el guante: SEIKO y dos jueces de atletismo españoles.

Gabriel Abad miembro del Comité Técnico de la IAAF, nos preguntó a Pere Guillaume y a mí si esa idea del Comité Técnico era factible. Entonces, yo con una Webcam sobre la mesa del comedor y un papel milimetrado empecé a buscar una proporcionalidad entre número de pixeles y tamaño de los cuadros del papel, y resulta ¡Que Funcionaba! Pere lo corroboró midiendo baldosas en el patio de su casa.

En el año 2006 con motivo de la celebración del Campeonato del Mundo de Marcha en Los Cantones de la Coruña, tuve el honor de conocer a César Moreno, entonces miembro relevante del Consejo de la IAAF. Un año más tarde, me acuerdo con cariño de aquella cena, en la que tuve oportunidad de ensañarle un pequeño software que lograba hacer mediciones longitudinales a partir de una imagen de video. Entonces él me dijo, “Este invento estará en los Juegos Panamericanos de Guadalajara 2011”, yo simplemente lo tomé por loco.

Paralelamente SEIKO en el Mundial de Atletismo de Osaka comenzaba a testar un sistema de medición por video.

En el año 2009 funde Sport Solution (www.sportsolution.es) con un grupo de jueces y otros profesionales de la electrónica e informática, y conocedor de que la Real Federación Española de Atletismo necesitaría para los Campeonatos de Europa de Barcelona 2010 un sistema de video grabación de la competición para el apoyo en la toma de decisiones del Jurado, les ofrecí un sistema con el único fin colar una cámara de video que grabara los concursos de Longitud y Triple, y realizar video mediciones “en tiempo real”. ¡Lo conseguimos! Colamos la cámara y un ordenador, empezamos hacer pruebas y ¡Lograbamos saber la marca antes de que se publicara en los marcadores! Una vez, comprobamos que funcionaba, empezamos a invitar a técnicos y miembros relevantes de la IAAF a ver el sistema funcionando. ¡Casualidad! César Moreno (Mexicano) estaba en unos europeos para enseñar a la organización de los Campeonatos Mundiales de Daegu diferentes aspectos de la organización de eventos de atletismo.

En el Consejo de la IAAF de 2011, presentados los nuevos sistemas VDM, se decidió incluir estos sistemas en su reglamento.

Y finalmente, recibimos un pedido para que nuestro sistema fuera oficial en Guadalajara 2011.

Hoy es el sistema oficial de los Campeonatos de Europa, dos países ya cuentan con ellos para sus campeonatos nacionales México, y Turkmenistán, y en breve dispondrá del sistema Polonia.

Pero ¿Cómo funciona?

Gráficos (Principios de funcionamiento)

Un píxel o pixel (acrónimo del inglés picture element, "elemento de imagen") es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea esta una fotografía un fotograma de vídeo, o un gráfico.

Ampliando lo suficiente una imagen digital pueden observarse los píxeles que componen la imagen. Los píxeles aparecen como pequeños cuadrados o rectángulos cada uno con un solo color. Las imágenes se forman como una matriz rectangular de píxeles, donde cada píxel forma un área relativamente pequeña respecto a la imagen total.

En las imágenes de mapa de bits o en los dispositivos gráficos cada píxel se codifica mediante un conjunto de bits de longitud determinada (la llamada profundidad de color), por ejemplo, puede codificarse un píxel con un byte (8 bits), de manera que cada píxel admite 256 variaciones (28 variaciones con repetición de 2 valores posibles en un bit tomados de 8 en 8). En las imágenes de “color verdadero”, se suelen usar tres bytes para definir un color, es decir, en total podemos representar un total de 224 colores, que suman 16.777.216 opciones de color.

Con este número conformaremos el color de un solo pixel. El modelo de color RGB(Red-Green-Blue), utilizado en los ordenadores, permite crear un color componiendo tres colores básicos: el rojo, el verde y el azul. De esta forma, en función de la cantidad de cada uno de ellos que usemos veremos un resultado u otro. Por ejemplo, el color amarillo se obtiene mezclando el rojo y el verde. Las distintas tonalidades del amarillo se obtienen variando la proporción en que intervienen ambas componentes. En el modelo RGB es frecuente que se usen 8 bits para representar la proporción de cada una de las tres componentes primarias. De esta forma, cuando una de las componentes vale 0, significa que esta no interviene en la mezcla y cuando vale 255 (28 menos 1 ya que empezamos a contar en 0) significa que interviene aportando el máximo de ese tono.

Hoy en día hay dos resoluciones estándar en el mercado del video, la HD (High Definition) de 1920x1080 pixeles, y la UHD (Ultra High Definition) o 4k de definición de 3840x2160 pixeles, ambas RGB..

Cálculos Matemáticos

El principio básico de funcionamiento del sistema se basa en que una misma distancia en una imagen se relaciona con un número determinado de píxeles en función de lo alejada que este del punto de captura de la imagen (cámara de video), y la variación de esta distancia es inversamente proporcional al alejamiento de dicho punto.

Es decir, dicho de otra manera, una vez establecida la relación entre una distancia (por ejemplo un metro), y un número de píxeles, esa misma distancia le corresponde un menor número de píxeles cuanto más nos alejamos de la cámara de video.

Para establecer esta proporcionalidad debemos saber la relación metros-píxeles en la parte más cercana, y la relación metros-píxeles en el punto más lejano. Una vez sabidas estas cifras realizaremos una interpolación para obtener las distancias en puntos de alejamiento intermedios.

Es decir, una vez determinamos el punto más cercano de la huella del atleta a la línea de batida, el sistema calculará el número de pixeles que hay en línea recta hasta dicha línea, o el inicio del foso (ya que la distancia de la línea de batida al foso es fija y conocida), y multiplica dicho número de pixeles por la cantidad proporcional de distancia que les corresponde en función de su alejamiento de la cámara de video.

Calibrado

Para que el sistema pueda calcular la proporcionalidad de distancias en el lado más cercano del foso, y en el lado más lejano del foso, es necesario colocar unos marcadores de unas proporciones pre-establecidas, o que marquen distancias exactas. Esto es lo que se denomina calibración.

Los diseños de los marcadores (figuras que el sistema reconoce de manera automática o semiautomática) dependen de cada fabricante. En el caso de Sport Solution son cuadrados negros de 5x5 cm que se colocan en los bordes del foso.

Estos marcadores sirven para el cálculo de la proporcionalidad de distancias, puntos exactos de distancia hasta la línea de batida ya que esta no sale en la imagen del foso de caídas, y para verificar en cada instante que las cámaras están estáticas y no se han movido respecto la calibración original. Si se moviera la cámara sería necesaria una re calibración antes de volver a medir un resultado.

Detección de la huella

Para la detección de la huella, tras el alisado del foso y antes del salto del atleta, el operador del sistema tomará una fotografía a partir de la cual luego se comparará con la imagen de la arena posterior al salto del atleta.

Aquí es donde entra en juego los valores RGB. Como hemos dicho cada pixel está asociado a tres magnitudes entre 0 y 255: una para el Rojo, otra par el Verde y otra para el Azul. El ordenador comparará las magnitudes de cada pixel en la foto anterior, y las magnitudes en los pixeles que ocupan la misma posición en la imagen actual. Cualquier variación de magnitud en el Rojo, Verde o Azul supondrá que es una variación del estado de la arena respecto antes de que el atleta cayera sobre ella.

Configurados a juicio del operador del VDM, los márgenes de tolerancia para considerar que existe una marca nueva sobre la arena, el sistema detectará automáticamente estos cambios, y permitirá al juez seleccionar uno de ellos determinando así la marca del atleta.

Los márgenes de tolerancia son necesarios, especialmente en competiciones al aire libre, dadas las variaciones de luminosidad que se pueden producir durante una competición, y para descartar variaciones como la arena expelida por el atleta en el momento del impacto.

Realidad aumentada

El sistema de Sport Solution, sobre la imagen real el sistema superpone una serie de gráficos que ayudan la juez a tomar la decisión final que puede ser diferente de la sugerida por el sistema.

1. Le indica al juez si las marcas de calibrado no están en la misma ubicación que cuando se realizó la calibración.

2. Le indica en negro al juez si hay una variación de magnitudes en los colores Rojo, Verde o Azul por cada pixel, es decir, el estado de la arena ha variado entre el antes y el después del intento del atleta y el sistema marca en negro todos los puntos donde la arena cambió.

3. Le muestra al juez lo que se denomina como línea de perspectiva que le permite al juez determinar con toda certeza cuál es la huella más cercana a la línea de batida. Esta es una herramienta básica ya que el rectángulo que conforma el foso de caída, en la imagen de video se transforma en un trapecio, por lo tanto, cuanto más nos alejamos del centro del trapecio dos huellas que estén exactamente a la misma distancia del borde izquierdo o derecho aparecerán en la imagen más a la derecha e izquierda respectivamente aun siendo la misma medición. Este efecto triangulo, también se produce en la visión humana, y por ello, el error de la medición sin VDM más común es que en huellas parejas el juez siempre elija la huella más próxima a él aunque esta no sea la correcta por varios milímetros, o incluso centímetros.

   

Popularmente cuando se usa EDM (no VDM), los jueces no miden todas las huellas, sólo una, por lo que la medición entre huellas parejas es arbitraria y en algunos casos incorrecta.

Grabación

A todas estas ventajas se une el hecho de que todos los saltos quedan grabados. El sistema dispone de grabación de video continua con lo que no depende de la interacción del operario para el registro en video de un salto. Toma una foto antes y después del salto, y guarda varias fotos de realidad aumentada con los cálculos realizados por el sistema para ayudar al juez en su toma de decisión.

La recuperación de la foto de la medición, o el video que reproduce la caída, es rápida y sencilla.

Con ello, las protestas de los atletas pueden ser atendidas sin detener la competición, y sobre todo en caso de reclamación de un salto nulo, nunca se le otorgará al atleta un nuevo salto ya que se puede realizar la medición sobre la grabación. Sport Solution con su sistema recomienda que siempre se midan todos los saltos independientemente si son nulos o no, ya que muchas veces los atletas desestiman presentar reclamación cuando conocen que el salto dudoso no es su mejor salto. La sobre - medición sin impacto visual para el público se percate de ella es también otra ventaja añadida que beneficia al espectáculo.

Precisión

La precisión del sistema está garantizada, con la adecuada configuración del sistema a las características ambientales, en especial de luminosidad, el sistema detectará el más mínimo movimiento de un grano de arena. Detectando arrastres de dorsales como Spanovic en el reciente Mundial de Londres 2017, o golpes con la coleta en la arena, cosas que a simple vista no son tan fáciles de detectar.

La precisión final dependerá del modelo y número de cámaras utilizado y la distancia cubierta por cada cámara.

Con dos cámaras HD, 1920 pixeles, cubriendo tres metros cada una la resolución final será de 3000/1920= 1,5 mm teórica, en la práctica entre 2 y 3 mm. En Ultra HD, 3000/3840=0,78 mm teórica, en la práctica entre 0,9 y 1,5 mm.

Precio

¿Es un sistema caro? El sistema HD puede adquirirse desde 12.000 €

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