Metodologia para a correção de distorções opticas em analises cinematicas tridimensionais dos movimentos da natação

A análise tridimensional dos movimentos executados nas principais técnicas da natação através da videogrametria pode contribuir para uma melhor compreensão das variáveis físicas determinantes no desempenho de nadadores de alto nível. Entretanto, a literatura dispõe de poucos estudos através dessa metodologia que analisam mais de um ciclo de movimento ou os movimentos relativos às fases das saídas. Uma possível razão é a necessidade de se calibrar grandes volumes de análise dentro e fora dágua através de objetos de calibração muito grandes e de difícil manuseio, para assim minimizar os efeitos das distorções oriundas de propriedades ópticas das lentes e da água. As distorções em decorrência das lentes podem ser estimadas através de modelos e parâmetros matemáticos obtidos com a metodologia proposta por Bouguet (2002), e de acordo com os dados da literatura, as distorções ocorridas em ambiente aquático possuem as mesmas características que aquelas em função das lentes (porém com magnitudes diferentes), sendo possível inclusive a calibração de câmeras subaquáticas em ambiente aéreo. O presente estudo propõe a utilização desses parâmetros de distorção para a correção das coordenadas bidimensionais utilizadas na Transformação Linear Direta (DLT), minimizando a influência das distorções nos processos de calibração e reconstrução, permitindo assim o uso de objetos de calibração menores e uma maior flexibilidade no posicionamento das câmeras. Um objeto em forma de cruz com dimensões precisamente conhecidas movimentou-se fora dágua ao longo de volumes de análise com dimensões de 0.9m x 2.5m x 2.7m (Teste 1) e 2.0m x 2.5m x 5.0m (Teste 2), sendo avaliadas as influências de fatores como quantidade de pontos de calibração, quantidade e posição das câmeras, distância focal e extrapolação do volume de calibração (Teste 2), em situações com e sem correção das distorções. Os resultados de acurácia obtidos mostram a eficácia da metodologia proposta, em comparação com os valores encontrados em outros estudos com volumes de análise menores. Além disso, é possível a calibração de grandes volumes de análise a partir de objetos de calibração reduzidos e posicionamento de câmeras mais próximas, com ajuste de grande angular para uma maior abertura do ângulo de visão.The three-dimensional analysis of the movements performed in the main techniques of swimming through videogrammetry can contribute to a better understanding of the physical determinants in the performance of high-level swimmers. However, the literature has few studies using this methodology to analyze more than one cycle of movement and the movement for the swimming start phases. One possible reason is the need to calibrate large analysis volumes inside and outside water through very large and difficult to handle calibration objects, in order to minimize the effects of distortions from the optical properties of the lenses and water. The distortions due to lens can be estimated through mathematical models and parameters obtained with the methodology proposed by Bouguet (2002), and according to the literature, distortions occur in the aquatic environment have the same characteristics as those caused by the lenses (but with different magnitudes), and its even possible the calibration of underwater cameras in aerial environment. The present study proposes the use of these distortion parameters for the correction of the two-dimensional coordinates used in the Direct Linear Transformation (DLT), minimizing the influence of distortions in the process of calibration and reconstruction, thus allowing the use of smaller calibration objects and more flexible camera position. A cross-shaped object with precisely known dimensions has been moved out of the water inside analysis volumes with dimensions of 0.9m x 2.5m x 2.7m (Test 1) and 2.0m x 2.5m x 5.0m (Test 2). The influences of factors such as number of calibration points, quantity and position of the cameras, focal distance and extrapolation of the volume of calibration (Test 2) have been evaluated in situations with and without distortion correction. The accuracy obtained on each situation show the effectiveness of the proposed methodology in comparison with the values found in other studies with smaller analysis volumes. Furthermore, it is possible to calibrate large analysis volumes with reduced calibration objects and with closer camera position, through small focal length setting for a higher opening angle of vision