Diplomarbeit Axel Kurze
Titel der Arbeit:
Bewegungsanalyse eines Tischtennisballes aus monokularen Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen
Betreuer: Dipl.-Wirt.-Ing. Robert Koschitzki, Dipl.-Ing. Christian Mulsow
Beschreibung:
Mit der immer weiter fortschreitenden Professionalisierung des Sports und der damit einhergehenden Weiterentwicklung der Trainingsmethoden, wird auch mit anderen Wissenschaftsdisziplinen zusammengearbeitet, um eine Leistungssteigerung zu erreichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, inwiefern ein Einkamerasystem dazu geeignet ist, die Rotationsparameter eines Tischtennisballes dreidimensional zu bestimmen.
Hierfür werden verschiedene Ansätze zur Bestimmung von Tiefenkoordinaten mit nur einer Kamera kurz erläutert, wobei zwei von ihnen detailliert beschrieben und im Rahmen eines experimentellen Teils durchgeführt wurden. Zum einen ist dies eine klassische Auswertung über Rückwärtsschnitte, über welche die Lage des zu untersuchenden Objektes zur Kamera für jedes Bild der Messsequenz berechnet wurde. Zum anderen wurde die Geometrie der Aufnahmesituation virtuell nachgebildet. D.h., dass über bildverarbeitende Verfahren die Größe des Balles im Kamerabild ermittelt wurde, sodass über den Bildmaßstab die Entfernung des Balles zum Projektionszentrum der Kamera und somit der räumliche Mittelpunkt des Balles berechnet werden konnte. Um die 3D-Koordinaten der auf dem Ball signalisierten Punkte zu erhalten, wurden deren Bildstrahlen mit einer Kugel, welche an dieser berechneten Stelle liegt, verschnitten (s. Abb. 2). Über beide Verfahren wird für jeden Frame der aufgenommenen Sequenz eine Punktwolke mit den auf dem Ball markierten Punkten erhalten, welche anschließend auf gleiche Weise für die Berechnung der Bewegungsparameter des Balles genutzt wurden.
Um diese Auswertemethoden zu ermöglichen wurde eine geeignete Messsitutation entwickelt, welche es erlaubt einzelne auf dem Ball signalisierte Punkte während einer Bildsequenz zu verfolgen (s. Abb. 3). Dies umfasst die gewählten Kameraparameter, den Messaufbau und die Markierung des Balles.
Nach dem Auswerten einer Beispielsequenz zeigte sich, dass beide Verfahren durchaus Potential haben, jedoch bei weiterführenden Untersuchungen eine Hochgeschwindigkeitskamera mit höherer Auflösung quasi unumgänglich ist. Des Weiteren ist aufgrund einiger Ungenauigkeiten bei der Detektion des Balles im Kamerabild die Auswertung über das geometrische Modell noch zu ungenau.