Hi, ich bin der Bruder Johannund ich habe den Detektionsalgorithmus für Photo Finish entwickelt und möchte kurz erklären, warum Photo Finish trotz "nur" 30 fps sehr genau ist.
Das Nyquist theorem findet nur Anwendung, wenn es sich bei jedem Frame um einen einzelnen Datenpunkt handelt.
Tatsächlich wird aber hier für jeden Frame die Brustposition auf einen Pixel genau bestimmt, bei einer horizontalen
Auflösung von 144 pixel. Daher habe ich hier nicht 30 punkte pro Sekunde, sondern 30*144, allerdings einmal in der Raumdimension und einmal in der Zeit. Die zeitliche Auflösung hängt dann von der Geschwindigkeit ab, ist aber groß genug, um die 0.02 Sekunden Genauigkeit zu ermöglichen, weil bei typischen Läufergeschwindigkeiten von 5-10m/s in 0.01 sekunden 5-10cm überquert werden,was
ca 4-8 pixel bei dem Empfohlenen Kameraabstand enspricht.
Der Zeitpunkt der Überquerung wird mittels Dreisatzes ermittelt. D.h. wenn auf dem Frame davor zum Zeitpunkt 12.400
die Brust 8 pixel vor der Linie und auf dem Frame danach zum Zeitpunkt 12.433 die Brustposition 4 Pixel danach, dann wird
der Überquerungszeitpunkt auf 12.400 + 8/(4+8)*(12.433-12.400) = 12.422 bestimmt.
Dies setzt eine konstante Geschwindigkeit innerhalb des Zeitraums zwischen zwei Frames voraus. Dies ist jedoch innerhalb einer 1/30tel Sekunde mit sehr hoher Genauigkeit gegeben, selbst mehrere G Beschleunigung ändern das Ergebnis nur minimal.
Zum Testen kann jeder gerne mal zwei Smartphones nehmen und die App installieren und sie auf die gleiche
Linie von zwei Seiten ausrichten. Bei genauer Ausrichtung und optimaler Genauigkeit der Kamera Uhren
zeigen beide Smartphones bei schnellerem Lauf meist auf
die gleiche Zeit oder 0.01 Sekunden Abweichung an. Selbst bei langsamen Gehen beträgt die Abweichung in den allermeisten Fällen 0.02 Sekunden.
Das Nyquist theorem findet nur Anwendung, wenn es sich bei jedem Frame um einen einzelnen Datenpunkt handelt.
Tatsächlich wird aber hier für jeden Frame die Brustposition auf einen Pixel genau bestimmt, bei einer horizontalen
Auflösung von 144 pixel. Daher habe ich hier nicht 30 punkte pro Sekunde, sondern 30*144, allerdings einmal in der Raumdimension und einmal in der Zeit. Die zeitliche Auflösung hängt dann von der Geschwindigkeit ab, ist aber groß genug, um die 0.02 Sekunden Genauigkeit zu ermöglichen, weil bei typischen Läufergeschwindigkeiten von 5-10m/s in 0.01 sekunden 5-10cm überquert werden,was
ca 4-8 pixel bei dem Empfohlenen Kameraabstand enspricht.
Der Zeitpunkt der Überquerung wird mittels Dreisatzes ermittelt. D.h. wenn auf dem Frame davor zum Zeitpunkt 12.400
die Brust 8 pixel vor der Linie und auf dem Frame danach zum Zeitpunkt 12.433 die Brustposition 4 Pixel danach, dann wird
der Überquerungszeitpunkt auf 12.400 + 8/(4+8)*(12.433-12.400) = 12.422 bestimmt.
Dies setzt eine konstante Geschwindigkeit innerhalb des Zeitraums zwischen zwei Frames voraus. Dies ist jedoch innerhalb einer 1/30tel Sekunde mit sehr hoher Genauigkeit gegeben, selbst mehrere G Beschleunigung ändern das Ergebnis nur minimal.
Zum Testen kann jeder gerne mal zwei Smartphones nehmen und die App installieren und sie auf die gleiche
Linie von zwei Seiten ausrichten. Bei genauer Ausrichtung und optimaler Genauigkeit der Kamera Uhren
zeigen beide Smartphones bei schnellerem Lauf meist auf
die gleiche Zeit oder 0.01 Sekunden Abweichung an. Selbst bei langsamen Gehen beträgt die Abweichung in den allermeisten Fällen 0.02 Sekunden.
(26.06.2020, 07:11)Atanvarno schrieb:(25.06.2020, 23:56)Kotl schrieb: Wie ich unten beschrieben habe, ist Photo Finish sogar genauer als ein Lichtschrankensystem. Weil Photo Finish ja die Brust erkennt und diese Lichtschrankensysteme auch fehlerhafterweise durch die Hand ausgelöst werden können. Ein Fehler von 0.02 Sekunden ist bei Photo Finish auch die Obergrenze in unseren Tests gewesen. Dafür müssen ja auch die Handys perfekt ausgerichtet sein, was vielleicht nicht immer der Fall war.
Mal muss sich mal vor Augen führen, dass man in 0.01 Sekunden bei 9m/s Sprinttempo gerade einmal 9cm zurücklegt.
An den Herren Shannon und Nyquist kommt auch ihr nicht vorbei, d.h. die maximale Genauigkeit mit einer 30fps Kamera beträgt 1/15 Sekunde. Fürs Training ist die App natürlich trotzdem hochinteressant.
