Applications de vision - Exemples d'application dans de nombreuses industries

La vision industrielle côté pratique

Exemples d'application et références clients

Systèmes de vision pour le suivi sportif

février 2019

Les techniques de vision sont très largement utilisées dans le secteur industriel, mais leur domaine d’application s’étend bien au-delà. Le monde du sport par exemple est de plus en plus demandeur de systèmes efficaces de vision pour un meilleur suivi.

Les joueurs de fléchettes ont de quoi se réjouir : après Chicago et Manchester, le Flight Club Darts inaugurera fin novembre un nouveau bar-restaurant à fléchettes dans le quartier Victoria de Londres. Si le succès de ce pub repose en partie sur l’enthousiasme grandissant du public pour les parties de fléchettes en société, il est aussi lié à l’utilisation d’une technologie innovante : un système automatisé de comptage des points, alimenté par un système de vision industrielle 3D hautement sophistiqué. Le système de vision suit le parcours de la fléchette, enregistre l'endroit exact où elle se plante dans la cible et affiche aussitôt le score obtenu : l'ère du tableau noir et de la calculatrice est révolue !

Ce système de comptage des points recourt à 3 caméras couleur haute performance fournies par la société STEMMER IMAGING qui a déjà contribué à divers projets de suivi sportif – notamment dans le cadre du football, du tennis, du cricket et du golf. Ces caméras sont placées au-dessus de la cible, avec également un système d'éclairage circulaire adapté. L’impact de la fléchette sur la cible déclenche des algorithmes d’ajustement 3D spécialement développés pour les Flight Club Darts. Les algorithmes identifient, reconnaissent et mesurent le positionnement exact de la fléchette, à une fraction de millimètre près, pour finalement afficher le score avec une très grande précision. Le logiciel manipule trois fléchettes virtuelles en appliquant des millions d'orientations et d'angles différents jusqu'à ce qu'il soit en mesure de détecter l'endroit exact où la fléchette s'est plantée dans la cible. L'utilisation de plusieurs caméras réduit les effets d'occultation.

Avec des milliards de calculs effectués en une fraction de seconde, le système est d’une telle rapidité et fluidité que les joueurs obtiennent leurs scores instantanément, sans jamais attendre, et ce, peu importe la vitesse à laquelle ils lancent ! Avec cette technique, il est également impossible de tricher, car il est impossible de placer les fléchettes à la main assez rapidement sur la cible pour simuler l'impact visuel d'une fléchette lancée.

Technique de suivi du ballon

STEMMER IMAGING travaille dans le domaine de la technologie du suivi des balles dans le sport depuis de nombreuses années. L'entreprise a notamment collaboré étroitement avec Hawk-Eye Innovations afin de développer une technologie de vision applicable à des systèmes d’examen de décisions lors de compétitions internationales de cricket et de tennis ou pour surveiller les lignes de but au football. Ces différents types de systèmes ont été approuvés par de nombreuses autorités de premier plan dans le monde du sport et sont bien connus du grand public puisqu’ils sont devenus un composant essentiel de la retransmission d'événements sportifs.

De multiples caméras mises en place tout autour des stades fournissent un ensemble d'images distinctes de la balle ou du ballon en mouvement. Celles-ci sont triangulées au moyen d'un logiciel de pointe permettant de donner une trajectoire 3D précise de la balle en temps réel. En combinaison avec des graphiques sur écrans, ces systèmes sont employés au tennis afin de revoir les décisions des arbitres relatives aux lignes du court, ainsi qu'au cricket pour réexaminer les décisions de « leg before wicket » (LBW) en suivant les joueurs.

Dans le cas de la technologie sur la ligne de but, le système exerce un contrôle permanent sur les images de 7 caméras focalisées sur chaque but. Les images sont traitées pour détecter le ballon dans l'image et identifier les zones qui ne correspondent pas au ballon. Le logiciel de commande combine les informations de toutes les caméras et permet de suivre le ballon dans la surface de but. Dès que le système détecte que le ballon a franchi la ligne de but, il envoie instantanément un signal aux arbitres.

Réaction en temps réel au suivi du ballon

L'un des exemples les plus spectaculaires du suivi du ballon à grande vitesse se présente sous la forme du « RoboKeeper », un gardien de but automatisé. Le RoboKeeper a été développé par le Fraunhofer Institute of Material Flow and Logistics à Dortmund en Allemagne et est désormais commercialisé par l'agence de marketing sportif 4attention.

Celle-ci organise des événements, où les visiteurs sont invités à tirer des penaltys à environ 9 mètres d'un but de 2 x 4 mètres (au lieu des 11 mètres classiques) protégé par le RoboKeeper. La trajectoire du ballon est suivie par l'intermédiaire d'un système de caméras de STEMMER IMAGING comprenant deux caméras couleur matricielles dotées d'une interface Gigabit Ethernet et disposées au-dessus et sur les côtés du but. Les images, jusqu'à 90 par seconde, sont ensuite examinées par le logiciel de vision développé par le Fraunhofer IML.

Dans le cas d'un tir tendu d'une vitesse d'environ 100 km/h, le ballon prendrait 360 ms pour atteindre le coin inférieur gauche ou droit du but. Cette position équivaut à la distance maximale que RoboKeeper doit parcourir. Pendant ce temps, le système de la trajectoire probable du ballon et son point d'impact dans le but sont calculés, tandis que le mouvement complet du gardien, avec les processus d'accélération et de freinage du moteur, doit être exécuté pour protéger les cages.

Ce système permet au RoboKeeper de se placer dans sa position défensive optimale en moins de 300 ms : il est donc plutôt difficile de marquer un but en face de lui ! Pour compenser les conditions d'éclairage variables lors d'événements extérieurs, les systèmes de caméras sont équipés d'objectifs munis d'une commande automatique du diaphragme et d'un objectif motorisé commandé par le signal vidéo. Ces objectifs possèdent une distance focale de 3,5 mm ; l'angle est donc suffisamment large pour détecter le ballon depuis le point de tir jusqu'aux cages.

Il existe également une version du RoboKeeper pour hockey sur glace : les caméras présentent une plus haute résolution et un débit d'image plus élevé. Ce système tient compte du fait que le palet est plus petit et plus rapide qu'un ballon de football, qu'il n'est pas sphérique et qu'il tourne également dans les airs en plein vol.

Entraînement sportif

Le suivi du ballon constitue également une composante importante de l'entraînement sportif et de l'arbitrage et est souvent utilisé en parallèle avec la biomécanique. STEMMER IMAGING a travaillé en étroite collaboration avec Quintic Consultancy Ltd dans le cadre du développement du système Quintic Ball Roll visant à analyser les performances de putting au golf. Quintic s'impose comme spécialiste en matière de logiciels de pointe d'analyse vidéo sportive, de biomécanique sportive et de conseils en analyse de performances. Le système utilise une caméra à grande vitesse (de 360 à 1080 images par seconde) associée à une barre lumineuse LED conçue sur mesure pour suivre le putter et la balle de golf dans la zone d'impact d'un joueur droitier ou gaucher.

La société STEMMER IMAGING fournit non seulement de nombreuses caméras utilisées par Quintic, mais a également travaillé en étroite collaboration avec cette même entreprise pour assurer une intégration réussie des caméras avec le logiciel. Le système mesure automatiquement plus de 45 paramètres relatifs au putter et à la balle, tant sous forme graphique que numérique. Les données sont instantanément affichées dans le logiciel pour une analyse, une révision et une intervention immédiates. Il peut être utilisé dans le cadre de l'enseignement du golf, de l'ajustement de clubs, de la recommandation de clubs, de l'entraînement et de l'ajustement de putters personnalisés, mais aussi comme instrument d'entraînement pour la pratique personnelle des golfeurs professionnels et amateurs.

Le système Quintic Ball Roll v.3.4 recueille les images d'une caméra USB3 à raison de 360 images par seconde. Source de l'image : Quintic

Suivi du joueur

Bien que le suivi du ballon joue un rôle important dans le sport de haut niveau, le suivi des joueurs et d'autres paramètres au cours d'un match de football représente un élément essentiel de l'analyse globale du match en question à des fins d'entraînement et de retransmission. La société STEMMER IMAGING s'est engagée dans le développement d'un système de suivi des joueurs utilisé dans les matchs de football professionnels. Les statistiques relatives aux actions de chaque joueur lors d'un match peuvent être recueillies en direct grâce à différentes configurations de caméras.

Entre 2 et 10 caméras de différents fournisseurs peuvent être mises en place tout autour d'un stade pour obtenir ces résultats statistiques. Une association de vision industrielle multidiffusion et de vision industrielle intelligente sur plusieurs ordinateurs est mise en œuvre pour contrôler les coordonnées de position de chaque joueur, du ballon et de l'arbitre tout au long du match, afin de réaliser le calcul de la performance de course totale des joueurs, avec les vitesses moyenne et maximale, le nombre et l'intensité des sprints et la distance parcourue.

Technologie des caméras

Le défi à relever pour le système de vision industrielle reste le même dans chaque sport : le choix des caméras, des objectifs et des normes de transmission de données doit satisfaire aux exigences d'application et requiert des connaissances spécialisées ainsi qu’une compréhension approfondie des exigences posées par la vision industrielle. La technologie des caméras doit permettre d'obtenir des images en respectant la résolution et la vitesse requises (débit d'image) sur de grandes distances, des différentes positions de la caméra jusqu'au poste de contrôle chargé de leur traitement. Le ballon se déplace souvent à une très grande vitesse. Les balles de cricket peuvent être jouées à des vitesses approchant les 161 km/h, tandis que les services de tennis peuvent dépasser 257,5 km/h.

Par ailleurs, étant donné que la majeure partie des sports se pratiquent à l'extérieur, les caméras doivent pouvoir s'adapter à des conditions d'éclairage variables. Le temps de traitement total de ces systèmes doit être suffisamment rapide de façon à ne pas perturber le déroulement d'un match. En règle générale, la trajectoire de la balle peut être affichée en quelques secondes après une demande d'examen. Dans le cas de la technologie sur la ligne de but, le système avertit automatiquement les arbitres si le ballon franchit la ligne de but. Les systèmes de suivi du ballon garantissent une précision de positionnement au millimètre près. Forte d'un savoir-faire et d'une expérience éprouvés, la société STEMMER IMAGING fournit des caméras et une technologie de vision industrielle répondant parfaitement à ces exigences.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui un des plus grands fournisseurs de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 40.000 applications de part le monde.