Kinematical analysis of handball players trajectories obtained by automatic tracking

Resumo: Os esportes coletivos têm se tornado um objeto de investigação científica em diversas áreas do conhecimento. Muitos desses estudos necessitam de desenvolvimento de metodologias para a quantificação das variáveis de análise. A análise cinemática dos jogadores por videogrametria fornece dados sobre a posição dos jogadores em função do tempo e apresenta vantagens, como a possibilidade de análise de diversos jogadores simultaneamente e a de ser um método não-invasivo, podendo ser aplicada em situações competitivas. Trabalhos recentes de desenvolvimento de metodologias para rastreamento automático de jogadores de futebol apresentam bons resultados para a obtenção de suas trajetórias e cálculo das distâncias percorridas e velocidades de cada jogador. Este trabalho consiste em propor e avaliar um método de rastreamento automático de jogadores de handebol por videogrametria e na aplicação desse método em uma partida oficial da Liga Regional de Handebol. Os objetivos do trabalho foram: a) especializar os algoritmos e habilitar o sistema de rastreamento automático desenvolvido para o futebol para identificação e rastreamento automático de jogadores de handebol; b) realizar testes de exatidão em ambiente controlado para validação da metodologia; c) obter as trajetórias dos jogadores e cálculo das distâncias percorridas e velocidades durante a partida. Os resultados da avaliação do sistema foram: erro sistemático (0,16 m), desvio padrão experimental (0,08 m) e exatidão (0,18 m). Para a segmentação das imagens foi obtida uma taxa de processamento de 2,7 quadros por segundo e a etapa de separação dos blobs aumentou em 25% o número de regiões identificadas referentes aos jogadores na quadra de jogo. Para o rastreamento com duas câmeras foram obtidos um percentual médio de automatização do sistema de 75% e um valor médio de 37 intervenções do pesquisador e, para o rastreamento com quatro câmeras, médias de 84% de automatização e 15.8 intervenções do pesquisador. Quanto à aplicação do método de rastreamento automático para uma partida de handebol foi possível obter as trajetórias de todos os jogadores. A partir das trajetórias foram calculadas as distâncias percorridas e as velocidades. A média das distâncias percorridas pelos jogadores foi de 4631,6 ± 361,6 m. A distribuição das velocidades de todos os jogadores apresentou os seguintes resultados para 27 minutos de análise: parado (4,2 ± 0,9 min); caminhando (16,5 ± 1 min); trotando (4,8 ± 0,6 min); corrida rápida (1,2 ± 0,3 min); sprint (0,3 ± 0,1 min). Foram desenvolvidas e apresentadas formas de visualização dos dados, como: a) a representação das trajetórias de acordo com as velocidades dos jogadores; b) Análise por Componentes Principais das trajetórias dos jogadores; c) desenvolvimento de duas interfaces para visualização dos dados cinemáticos. O método proposto mostrou-se satisfatório para a identificação das variáveis cinemáticas durante situações competitivasAbstract: The collective sports have become object of scientific investigation in many knowledge areas. A lot of these studies need the development of methodology to quantify the analysis variables. The kinematical analysis of players by videogrammetry gives data about player's position in function of time and gives advantages, like the possibility to analyze lots of players simultaneously and the method is not invasive, so it can be applied in competitive situations. Recent works of development of methodology to automatic tracking of soccer players show good results to obtain their trajectories and calculate the covered distance and the velocity of each player. The aim of this work is to propose and evaluate a method of automatic tracking of handball players by videogrammetry and its application on an official game of the Regional Handball League. The specific aims of the work are: a) the specialization of the algorithms and qualify the automatic tracking system developed to soccer for the identification and automatic tracking of handball players; b) realize accuracy tests in controlled environment for the methodology validation; c) to obtain player?s trajectories and calculate the covered distances and the velocities during the game. The results of the evaluation of the system were: systematic error (0,16 m), experimental standard deviation (0,08 m) and accuracy (0,18 m). For the image segmentation was obtained a processing rate of 2,7 fps and the step of blobs splitting increases in 25% the number of players regions identified in the image. For the tracking with two cameras the automatization of the system was evaluated in 75% (average) and an average value of 37 interventions of the researcher during the tracking. For the tracking with four cameras the automatization of the system was evaluated in 84% (average) and an average value of 15.8 interventions of the researcher during the tracking. About the application of the method of automatic tracking for a handball game it was possible to get all the players trajectories. Starting from the trajectories it was possible to calculate the covered distance and the velocity. The average of the covered distances by the players was 4631,6 ± 361,6 m. The distribution of the velocities of all players to 27 minutes of analysis was: stopped (4.2 ± 0,9 min); walking (16,5 ± 1 min); slow running (4,8 ± 0,6 min); fast running (1,2 ± 0,3 min); sprint (0,3 ± 0,1 min). It was developed and presented forms of data visualization, like: a) representation of trajectories in agreement to players' velocities; b) principal components analysis (PCA) of players' trajectories; c) development of two interfaces for kinematics data visualization. The purposed method was satisfactory for the identification of the kinematics variables during competitive situations