3. Построение технологической карты работ

Технологическая карта — это графическая блок-схема или диаграмма, описывающая этапы разработки системы. При проектировании спортивной системы судейства карта может включать следующие основные шаги: сбор технических требований и спецификаций; создание концептуальных эскизов и 3D-моделей (САПР); разработка электроники и ПО (связь камер, обработка сигналов); изготовление опытного образца (прототипа); проведение лабораторных и полевых испытаний; калибровка оборудования и анализ отклонений; подготовка проектной документации (чертежей, спецификаций); и, наконец, передача в производство. Такая поэтапная карта помогает согласовать действия конструкторов, инженеров и технологов, а также контролиров ать сроки и ресурсы.

Рисунок 1. Схема технологической карты

Примером может служить схема, состоящая из блока «Предварительное проектирование» (требования, выбор камер/датчиков), далее «3D-моделирование в САПР», блок «Разработка алгоритмов (гомография, трекинг)» и т.д., затем «Изготовление прототипа», «Калибровка и тестирование» и «Выпуск проектной документации». Последовательность работ формализуется с указанием ответственных за каждый этап. Такая карта позволяет оперативно вносить изменения (например, при изменении параметров камер достаточно обновить соответствующие блоки), а также обеспечивать прозрачность процесса разработки.

4. Разработка 3d-эскизов структурных узлов (камерные модули, датчики)

Структурные узлы системы судейства, такие как камеры и модули датчиков, создаются в САПР в виде отдельных 3D-моделей. Сначала проектируют корпус камеры: учитывается крепление объектива, размещение платы с сенсором, система охлаждения или защиты (пылезащита). Для датчиков скорости или радаров эскизы включают корпуса с антенными разъемами и интерфейсами передачи данных. Часто важно предусмотреть возможность регулировки (например, положение датчика можно изменять по двум осям), поэтому модуль проектируют со стандартным креплением (например, панельное или кронштейн).

Важный момент — точное размещение относительных координат. Например, в конструкции с двумя камерами (основная и эталонная) их модули должны иметь известное относительное положение и ориентацию. Это закладывается в САПР через жёсткое соединение моделей или создание единой сборки с заданными сопряжениями. Если в системе предусмотрены подвижные соединения (шарнирные головки), их 3D-модели также делаются либо с эмуляцией мехатроники (сервоприводов), либо с условной фиксацией и дальнейшим описанием перемещений. Итогом этапа является набор трёхмерных набросков (эскизов) и моделей — сборочных единиц, которые отображают конструктивную структуру системы. Эти модели используются для генерации рабочих чертежей, списка компонентов и для визуализации работы системы.

5. Использование гомографии и алгоритмов трекинга для «виртуальной сетки»

Метод гомографии широко используется для привязки видеопотока камер к реальным координатам на поле. Гомографическая матрица описывает проектирование плоскости поля в плоскость изображения камеры. Зная позицию четырёх или более соответствующих точек (например, углы поля и контур корта), можно вычислить матрицу преобразования, которая переводит пиксельные координаты в реальные метры по полю. Это позволяет наложить на изображение виртуальную разметку или сетку в реальном масштабе, несмотря на изменение положения камеры или её наклона (рис. 2).

Рисунок 2. Два изображения трехмерной плоскости (обложки книги) гомографически связаны

Алгоритмы трекинга («слежения» за объектами) дополняют гомографию. Детекторы (например, специализированные нейросети) распознают объекты (мяч, игроков) и выдают их координаты в кадре. Затем фильтр Калмана используется для фильтрации шумов и предсказания движения. Калмановская фильтрация оптимизирует положение каждого объекта, учитывая его предыдущее состояние и текущие наблюдения: «фильтр Калмана сглаживает дрожащие прямоугольники детекторов, получая более точные и стабильные траектории». В совокупности гомография и трекинг позволяют создавать на видео «виртуальную сетку»: изображение поля переводится в реальные координаты, на которые накладываются линии разметки и оцениваются попадания мяча или игроков. Это обеспечивает инструмент для автоматического определения, например, пересечения линии поля или офсайда в футболе.