Тезисы лекци: Оптические методы регистрации движений человека
Лекцию подготовил: Сергиенко К.Н.
План:
- Основные разновидности оптических методов.
- Методы многократной экспозиции.
- Назначение оптико-электронных методов регистрации движения
- Возможности видеосъемки и разновидности видео метрических устройств
- Состав видеометрического комплекса
- Основные метрологические требования при видеометрии
- Комплексы видео-компьютерного анализа движений
Литература:
Лапутин А.Н. Совершенствование технического мастерства спортсменов высокой квалификации // Наука в олимпийском спорте.— 1997.—№1.— С. 78–83.
Практическая биомеханика. /Под общ. ред А.Н.Лапутина/. Киев, Науковий світ. - 2000. - 298 с.
Лапутін А.Н. Уткин В.А. Технічні засоби навчання. Учбова допомога. ..: ФіС, 1990 стр.
Допинг и эргогненные средства в спорте/ под общей ред. Платонова В.Н. – К.: Олимпийская література, 2003. – 575 с.
Годик М.А. Спортивная метрология (Учебник для ин-тов физ. культуры). -М.: Физкультура и спорт, 1988.- 191 с.
Chapman A.E. Biomechanical analysis of fundamental human movements / A.E.Chapman. - Champaign: Human Kinetics, 2008. - XIV, 306 p.
D. Gordon Research methods in Biomechanics / D. Gordon, E. Robertson, Graham E., Caldwell Joseph Hamill, Gary Kamen, Saunders N. Whittlesey: Human Kinetics, 2004. – 446 p
Спортивное соревнование - увлекательное зрелище. Во многих видах спорта, таких, как гимнастика, фигурное катание, синхронное плавание, прыжки в воду и некоторых других результат находится в прямой зависимости от красоты и выразительности движений спортсмена. В остальных видах спорта внешняя картина движений (кинематика) имеет также большое значение, поскольку от нее зависят сила, быстрота и точность движений.
90% информации внешнего мира человек получает с помощью зрения, 9% – с помощью слуха и 1% – через другие органы чувств.
Пути обучения спортивной технике
1. Фиксируют на фото-, кино-, или видеопленке эталонное выполнение упражнения и дают ученику возможность познакомиться с этими изображениями не торопясь, во всех подробностях;
2. Фотоаппаратом, кинокамерой или видеокамерой снимают движения самого ученика, после чего вместе с ним просматривают полученные материалы, отмечают ошибки и подсказывают, как их исправить;
3. Анализ спортивной техники и расчет биомеханических характеристик движения.
Первые два пути используются для педагогических целей и значительно ускоряют обучение. Но нас наиболее всего интересует - анализ спортивной техники и расчет биомеханических характеристик движений, т.е. третий путь.
Виды оптических методов:
Фотограмметрия (фотос – свет, грамма – запись) - область измерений, изучающая формы, размеры и положение в пространстве различных объектов (в том числе и тела спортсмена) по фотографиям, голографическим снимкам, кинодокументам и другим метрическим изображениям.
Применяется для измерения объектов микромира (элементарных частиц, клеток) и для измерения объектов макромира (астрономия, геодезия, картография, топографическая съёмка), для исследования быстро протекающих процессов и - медленно протекающих процессов и др.
Преимущества:
- высокая точность измерений (прецизионные фотокамеры);
- высокая продуктивность, т.к. измеряются не сами объекты, а их изображения;
- полная объективность и достоверность результатов измерения;
- возможность получения информации о состоянии всего объекта и отдельных его частей;
- возможность изучения неподвижных и быстро или медленно движущихся объектов (развитие растения, летящая пуля, деформация колеса автомобиля и т.д.);
- исследование объектов бесконтактным (дистанционным) методом (атомные исследования).
Антропометрия – один из основных методов исследования в антропологии (науке о происхождении и эволюции человека и его рас), которая занимается различными измерениями тела человека.
Изучает: длиннотные, обхватные размеры тела человека, их соотношения, массу, состав тела (к-во мышечной, жировой, костной ткани в %отношении к общей массе тела), ЖЕЛ, типы осанки и др.
Антропометрические измерения требуют соблюдения определенных правил одно из которых:
- определенная поза (антропометрическая стойка), сохранять которую во время обследования сложно, а изменять недопустимо.
Поэтому с появлением такой возможности, антропометрические измерения стали дополняться фотодокументами.
Классификация оптических методов
Обычная фотография (кадр кинопленки) является документом для определения:
Плоскостная фотограмметрия
координат общего центра тяготения (ОЦТ) тела человека или центра тяготения (ЦТ) его биозвеньев;
суставных углов, которые характеризуют позу;
массы биозвеньев;
моментов сил тяжести звеньев относительно осей сустава (горизонтальной и вертикальной составляющей);
механических критериев устойчивости тела, т.е. моментов и углов устойчивости;
оценки условий функционирования скелетной и дыхательной мускулатуры;
момента инерции тела или его частей относительно оси, перпендикулярной плоскости съемки в зафиксированном положении.
Киносъемка – общедоступный, информативный педагогический и биомеханический метод исследования движений в спорте.
Обеспечивает последовательную съемку движущихся объектов на скачкообразно перемещающийся носитель изображения - кинопленку.
Конструкция киноаппарата отличается тем, что в нем кадры сменяются автоматически, при помощи пружинного механизма или электродвигателя. Кинопленка передвигается прерывисто (кадр за кадром), со скоростью не ниже 16 кадров в секунду. Такая или более высокая скорость движения пленки нужна для того, чтобы реализовался “кинематографический эффект”, состоящий в том, что столь быстро следующие друг за другом кадры воспринимаются зрителем как непрерывное изображение.
Для киносъемки используется пленка шириной 8, 16, 35 мм.
Кинокамеры в зависимости от скорости движения пленки делятся на стандартные (24 кадра в секунду), "лупу времени" (до 300 к/с), специальные высокочастотные камеры (до 5000 к/с и даже 10000 к/с). Для биомеханических исследований в спорте применяются киносъемочные аппараты с пленкой шириной 35 мм. При изучении ударных взаимодействий (прыжки, удары в боксе, футболе и других видах спорта) следует использовать скорость движения пленки 1000 - 5000 к/с. Это позволяет регистрировать быстропротекающие движения и воспроизводить их на экране с замедлением (соударение мяча с ракеткой, гол в футболе).
Недостатки и преимущества киносъемки
Основным недостатком киносъемки является низкая точность измерений, чему способствует:
- маленький масштаб снимка на кинокадре;
- кинопленка в момент экспозиции не имеет строго фиксированного положения относительно объектива кинокамеры;
- скорость протяжки ленты непостоянна (колебания частоты кадров могут достигать ± 15%).
– большие погрешности в измерении кинематических параметров движения. Киносъёмка (с дальнейшей автоматизированной обработкой кинограмм) остаётся распространенным методом измерения кинематических параметров.
Преимущества, – получаем полную информацию о движениях спортсмена.
Методы многократной экспозиции
Стробоскоп - оптический измерительный прибор, дающий прерывистое периодическое освещение, благодаря чему движущееся тело можно видеть как бы застывшим).
При импульсной фотографии многократная экспозиция может быть получена при помощи:
- механических устройств обтюратора (непрозрачного диска с прорезями), который вращается (не позволяет получать с высокой точностью временные интервалы между экспозициями изображения) или специальных фотоаппаратов;
электронных устройств: - съёмка в мигающем свете мощных осветительных ламп; - использование газоразрядных источников импульсного света [трубки наполненные инертным газом (ксенон, аргон, криптон) в качестве маркеров, которые светятся. Вид газа определяет его удельную светимость, т.е. яркость вспышки, а число вспышек - число поз]
Циклография – фотографическая регистрация фаз движений человека с помощью фотографирования меток, которые светятся или лампочек, укрепленных на подвижных частях тела.
Циклограмма - фиксированное отображение движений контрольных точек тела в виде прерывчатых (пунктирных или мелко штрихованных) линий, которые получают в масштабе времени, т.е. каждые две соседние точки одной линии разделены одинаковыми промежутками (интервалами) времени.
Видеоциклография ( методика отображения движений, которая заключается в получении их циклограмм на базе видеозаписи: или переносом (со стопкадров) положений контрольных точек на кальку, наложенную на экран монитора, или переносом положений этих точек на график с использованием ПК, специальных дополнительных микросхем и программ.
Методы фотосъёмки на порядок точнее кино методов, потому что всё движение фиксируется на одном кадре фотопленки, размеры которой могут достигать180·240 мм (и даже 24·35 см).
Применение стробо, хроно, цикло съёмки и их различных комбинаций даёт возможность изучать кинематические характеристики движения человека, которые не поддаются визуальному контролю без технических средств измерения.
Полное объемное стереофотограмметрическое изображение тела человека можно получить следующими тремя способами:
- однокамерным, когда съемка производится в различных плоскостях спереди, сбоку справа, сзади, сбоку слева - одной камерой, что вполне достаточно для пространственного исследования тела;
- однокамерным зеркальным (только для неподвижных или малоподвижных объектов), основанный на съёмке исследуемого, расположенного неподвижно между двумя зеркалами - правого, левого, что обеспечивает фиксацию трех стереопар - прямой, отраженной от левого, правого зеркал;
- многокамерным - с тремя - четырьмя комплектами стереофотоаппаратов, работающих синхронно, что обеспечивает большую точность полученных стереопар точек, их приведение к единой системе с постоянными параметрами расчета координат точек.
- стереосъёмка - выполняется одновременно двумя (несколькими) объективами на разные кадры одной пленки. Оптические оси объективов параллельны и разнесены на определенное базовое расстояние, длина которого зависит обычно от расстояния, с которого ведется съемка. Точность определения глубинной координаты тем выше, чем больше база.
Стереопара, получаемая в результате такой съемки, обрабатывается с помощью специальной проекционной аппаратуры (стереокомпаратора).
Стереостробо фотография - самый перспективный (по информативности) оптический метод регистрации движений. Главным его достоинством является документальная точность локализации точек в кадре по трем координатам в последовательные моменты времени, интервалы между которыми задаются электронным устройством.
В ходе обработки результатов съёмок можно производить:
- построение вертикальных, горизонтальных сечений тела;
- воспроизводить любые сложные контуры поверхностей тела;
- проводить вычисление объемов частей тела, для диагностики конституционных особенностей тела спортсменов различных специализаций и многое другое.
Оптикоэлектронные методы регистрации движений
Оптикоэлектронные методы основаны на преобразовании светового потока видеоизображения в электрический сигнал.
Основными элементами таких устройств являются оптронные пары, которые состоят из источника сфокусированного направленного светового потока и чувствительного элемента светоприемника – фотосопротивления или фотодиода.
скачать презентацию
Комментарии