AVT-Kameras messen Ballgeschwindigkeit bei Beach-Racket-Turnier in Griechenland

Mobics Ltd entwickelt optisches System zur Echtzeit-Geschwindigkeitsmessung von Tennisbällen. AVT Prosilica GE680 Digitalkamera für offizielle Messung und Auswertung der Ballgeschwindigkeit im Einsatz.

Beach-Racket ist eine der beliebtesten Freizeitbeschäftigungen an den  Stränden Griechenlands. Der griechische Verband für Beach-Racket setzt sich daher für dessen Anerkennung als offizielle Sportart ein. Analog zum Tennis wird das Spiel wird von zwei bzw. vier Spielern gespielt - mit Holzschlägern und einem Tennisball.

Um offizielle Spiele noch attraktiver zu gestalten, wurde Mobics Ltd vom Beach-Racket-Verband damit beauftragt, ein IT-System zu entwickeln, das die Geschwindigkeit der Bälle objektiv und präzise misst. Mobics Ltd ist ein Spin-Off Unternehmen der National and Kapodistrian University of Athens, Griechenland.

Die Herausforderung: Outdoor-Bildverarbeitung in einem schwierigen Umfeld
Die Entwicklung eines solchen Systems war sehr komplex, da es viele verschiedene Anforderungen erfüllen muss. Zunächst muss das System mehr als 8 Stunden ohne Unterbrechung an einem Strand funktionieren, wo durch direkte Sonneneinstrahlung Temperaturen von 50 Grad oft überschritten werden. Darüber hinaus soll das System in der Lage sein, sehr schnelle Bälle, unabhängig von der Schlagrichtung, verlässlich zu messen (ein gut geschlagener Ball erreicht Geschwindigkeiten von bis zu 125 km/h).

Eine weitere Anforderung war, dass die Messungen nicht gestört oder manipuliert werden dürfen. Diese Ansprüche waren der Hauptgrund, warum eine radarbasierte Lösung aufgrund ihrer inhärenten Winkelfehler und Störanfälligkeit nicht in Frage kam.

Schließlich entschied sich Mobics für eine Bildverarbeitungslösung mit hoher Bildrate basierend auf Digitalkameras von Allied Vision Technologies.


Die Lösung: Ball-Verfolgung mit 130 Bildern pro Sekunde
Für die Bildaufnahme wählte Mobics die AVT Prosilica GE680, eine Kamera mit hohen Bildwiederholraten, einem CCD-Sensor, VGA-Auflösung (0,3 Megapixel) und einer GigE Vision-Schnittstelle.

Die Kamera steht gegenüber von einem schwarzen Hintergrund. Dadurch ist es leichter, die Position des Balls zu erkennen. Die ROI (Region of Interest) wird auf diesen dunklen Hintergrund reduziert.

Vor einem Wettkampf muss das System kalibriert werden.  Dazu wird zunächst die jeweilige Ballgröße im Kamerabild bei verschiedenen Entfernungen zur Kamera ermittelt. Nachdem das System gelernt hat, anhand der Ballgröße dessen Entfernung zu berechnen, kann es die Geschwindigkeit des Balls mit trigonometrischen Funktionen ermitteln.

Abschließend werden die Belichtungs- und Gain-Einstellungen auf „Auto“ gesetzt, damit sich die Kamera wechselnden Lichtverhältnissen anpassen kann.
Um die schnellen Bälle beim Beach-Racket verfolgen zu können, benötigt die Kamera eine Bildrate von mindestens 130 Bildern pro Sekunde. Dies entspricht der Mindestbildrate, um bei maximaler Geschwindigkeit 2 oder mehr Bilder des Balls in der Mitte des Spielfelds zu erfassen. Mit diesen Bildern ist das Mobics System in der Lage, den Geschwindigkeitsvektor zu berechnen. Bei einer Bildrate von bis zu 205 fps ist das für die AVT Prosilica GE680 ein Kinderspiel. Die Bildverarbeitungssoftware für die Auswertung der Daten basiert auf der OpenCV Bibliothek.

Offizielle Geschwindigkeitsmessung bei nationalem Turnier
Dieses System wurde im Sommer 2011 während der ersten Pan-Hellenischen Beach-Racket Meisterschaft erfolgreich getestet.

„Wir haben die Kamera weit über die von AVT angegebenen Spezifikationen hinaus beansprucht: Die Kamera war Staub und Hitze ungeschützt ausgesetzt, mit Temperaturen von teilweise mehr als 50°C,“, sagte Vassileios Tsetsos, Technischer Direktor von Mobics Ltd. „Dessen ungeachtet hat sich die AVT Prosilica GE680 als eine extreme zuverlässige Kamera für anspruchsvolle Applikationen bewiesen“.