7.2. Оптические и оптико-электронные методы регистрации движений

7.2.1. Основные разновидности методов

Оптические и оптико-электронные методы предназначены для дистанционного и бесконтактного контроля за спортсменом. Они не мешают естественному ходу тренировок и соревнований.

Оптические методы основаны на фотографии. Фотография («светопись») — это совокупность способов получения изображений на светочувствительном материале. Различают фотосъемку и киносъемку. При фотосъемке изображение фокусируется на неподвижной фотопластинке или фотобумаге, при киносъемке отдель­ные позы спортсмена фотографируются на следующих один за другим кадрах движущейся светочувствительной пленки (кинопленки).

Результаты фото- и киносъемки предназначаются либо для визуального изучения движений, либо для определения кинематических характеристик (перемещений, скоростей, ускорений). В первом случае результаты представляются в виде фотоснимка, кинофильма, кинокольцовки или кинограммы.

Кинокольцовкой называется отрезок киноленты, склеенный в кольцо с целью многократного просмотра зафиксированно изображения. Обычные размеры кинокольцовки 1—18 м.

Кинограммой называют отпечатанный на фотобума отрезок киноленты.

При фото- и киносъемках, выполняемых с измерительными целям регистрируется циклограмма или стробофотограмма.

Стробофотограммой (стробограммой) движения принято называть совмещенное изображение нескольких поз движущего объекта. Ее обычно получают путем фотосъемки через обтюратор — вращающийся непрозрачный диск с прорезям Обтюратор, объединенный с вращающим его электродвигателе называется механическим стробоскопом (от греч. стробос — кружение, скопео — смотрю). Другой способ стробоскопической съемки состоит в том, что съемку производят в мелькающем свете: мощные осветительные лампы зажигаются и гаснут с больше частотой через определенные интервалы времени (электронная стробоскопия).

Стробограмма (контурограмма) может быть получена посредством киносъемки. В этом случае кинопленку кадр за кадром проецируют на лист бумаги и делают последовательные отпечатки, (либо просто обводят карандашом контуры спортсмена или спортивного снаряда).

Циклограммой называется совокупность прерывистых линий, воспроизводящих траектории звеньев движущегося тела. Для регистрации циклограммы на суставах и голо спортсмена укрепляются маркеры (миниатюрные лампочки или отражатели света). Съемка ведется фотоаппаратом со стробоскопе (фотоциклография) или киноаппаратом (киноциклография).

Киноциклограмма («промер») получится, если кадры кинопленки поочередно спроецировать на лист бумаги и вручную отметить положение маркеров.

Точность регистрации положения точки в пространстве важнейший критерий качества оптических и оптико-электронных систем, предназначенных для измерений. От нее зависит точность измерения скорости и ускорения.

Методы, основанные на фотосъемке, на порядок (примерно в 10 paз) точнее кинометодов. Это объясняется тем, что при фотосъемке — (с применением стробоскопа) все движение фиксируется на одном и том же неподвижном снимке, размер которого может достигать 180 х 240 мм (наибольший размер кинокадра равен 24 х 35 мм; кинопленка во время съемки движется и потому может деформироваться, что приводит к искажению регистрируемого изображения).

И при фотосъемке, и при киносъемке точность повышается, если от плоскостной съемки перейти к стереоскопической (греч. стереос пространственный). Стереосъемка чаще всего ведется двумя синхронно действующими съемочными аппаратами и позволяет регистрировать движения спортсмена в трехмерном пространстве. Иногда ее проводят и с помощью одного аппарата, применяя специальные зеркальные приспособления, делящие один снимок на два кадра.

Обладая сравнительно низкой точностью, киносъемка имеет преимущество перед фотосъемкой, заключающееся в том, что дает возможность регистрировать быстропротекающие движения и воспро­изводить их на экране с замедлением. Скоростная (рапидная) съемка может выполняться с частотой до нескольких тысяч кадров в секунду. Она позволяет изучать, например, процесс соударения теннисного мяча с ракеткой, длящийся от 0,001 до 0,01 с. В большин­стве случаев при рапидной съемке в спорте используется частота кадров не выше 500 в секунду.

Оптико-электронные методы регистрации движе­ний основаны на преобразовании изображения в электрический сигнал. Они делятся на телевизионные и фотоэлектронные методы. К телевизионным относятся телециклография и видео­магнитофонная запись (видеозапись).

Телециклография (аналог фотоциклографии) характеризу­ется тем, что траектории движения регистрируются телевизионной камерой и воспроизводятся на телевизионном экране.

Видеозапись — запись изображения на магнитной ленте с целью его многократного воспроизведения на телевизионном экране. Видеозапись дает возможность тщательно и объективно анализировать спортивную технику и тактику, приносит большую пользу не только в тренерской работе, но и в судействе соревнований, позволяя мно­гократно воспроизвести на экране тот или иной эпизод спортивного состязания и принять окончательное решение на основании объектив­ных данных. К сожалению, для научных исследований техники движе­ний видеомагнитофонная запись не годится из-за недостаточной точности.

Фотоэлектронные методы измерения основаны на фотоэффекте. Фотоэффектом называется испускание веществом электронов под действием электромагнитного излучения (светового и др.).

При помощи фотоэлектронных устройств в спорте издавна измеряется время преодоления дистанции. Сейчас фотоэффект начина­ют применять и для регистрации циклограмм (подобно оптическим методам).

По точности современная фотоэлектронная аппаратура превосходит телевизионную (которая практически не используется в измерительных целях), но значительно уступает лучшим образцам измерительной фотоаппаратуры (аппаратуры для стереофотограмметрии).