测试方法包括使用三个系统。第一个系统是全球公认的运动捕捉黄金标准(VICON),用于测试球场特定区域的特定足球运动/动作。第二个系统是激光,用于测量VICON区域内高速冲刺时的运动速度。最后进行球场测量,在球场的特定区域采用全站测量设备,以确保制造商系统的准确性可以评估,并为实际游戏场景做好准备。
本测试手册适用于所有类型的EPTS,包括全球定位系统、本地定位系统(LPS)和光学跟踪系统(OTS)。本文件概述了数据收集、处理和分析的方法。
2.测试协议
2.1.测试场地
测试应在符合国际足联官方规定的球场尺寸的足球场进行。测试区域可以设置在通常分配给足球比赛场地的任何地方,但最好设置在场地的中心(见图1),以便每个制造商都有机会获得最佳结果。靠近正常比赛区域边缘的测试区域可能会对光学系统造成更大的光/阴影问题。场馆必须有足够的高度安装光学球跟踪系统的摄像机。
测试前,俱乐部将提供节距尺寸(长度和宽度)。如果供应商想要更准确的节距尺寸,他们必须自己获取这些信息。将通过全站仪测量球场上已知位置的球场尺寸和坐标,以便在后续分析中使用。
测试区域应包括:用于任务a)b)和c)(见2.4)的30x30m区域,其中球员和球的运动由运动捕捉系统捕捉。测试区域可以设置在球场上的任何地方,但最好设置在球场的四个中心象限之一。
2.2.测试协议概述
球员的准备
测试前,应在每个参与者身上放置五个直径为28mm的反光标记。标记应位于左、右髂前上棘、骶骨和每个肩膀上(见图2)。应使用双面胶带将标记固定在标记底座和皮肤之间,并将捆扎带放置在底座顶部,但不得遮盖标记。相同的测试人员应每天使用标记,为每个参与者提供一致的标记位置。
在开始之前,将与提供商进行最终检查。确认后,将鸣笛表示测试开始。供应商必须提交所有球员(以及球,如果有)从这一点开始的数据,直到第二个哨声响起。
可穿戴捕获
在数据采集开始时,将在全站仪标记的4个预先确定的位置放置4个可穿戴单元,每个可穿戴单元上都附有VICON标记。此额外捕获将有助于分析阶段,因为它提供了在3个不同坐标系中捕获4个位置的机会:
在捕获之后,这些单位将返回给供应商,以便在球员追踪部分开始之前将其放置在球员背心中。
球员跟踪
--自主步行
--自行配速慢跑
--最大加速度
--方向的改变
2D和3D球跟踪
--在VICON场地周边进行盘带任务时,将测量球的位置。此任务中球的XYZ坐标将用于比较。
--在30x30m的空间内,在大约20m的距离内,测量三种不同水平的球速(最多十种慢、五种中、五种快)。将确定踢球的平均速度(踢球者之间的空间),并将其用于比较。
--5-10次投球,将球抛至头部高度的最大高度(约1.8-2m)
--5-10次投球,将球抛到大约3-4米的高度(1.5-2倍于头部高度)
--球将被允许弹跳两次(如图4所示)。将在XY和Z轴上比较VICON和提供者数据之间的轨迹。对于球在VICON测试空间上方移动的较高抛掷,将根据已捕获的数据评估轨迹。此外,利用从VICON中获得的球速度和投影运动方程来预测最大高度。第一次和第二次反弹之间的部分也将用于比较。在第一次和第二次反弹之间描述的抛物线将与二次线拟合进行比较,其R2值用于确定拟合的优度。
--在小边路比赛中测量球的位置(XY),并与提供商的数据进行比较
--球位置数据的准确性将通过下面概述的二维分析来确定。全站仪是一种用于测量和建造建筑物的电子/光学仪器,将用于测量已知地点(包括但不限于图6所列地点)的三维(X,Y,Z)坐标。研究助理将球运球到这些点,并将球停在这些位置至少3秒,然后再移动到下一个位置。
2.3.动作捕捉系统设置
至少36台VICONVantage摄像机(OxfordMetricsGroupPlc[OMG],Oxford,UK)应均匀分布在30×30米测试区域的周长周围,以允许至少25米×25米的区域被捕获(图7),采样频率最高为200Hz。摄像机应由POE交换机供电,POE交换机通过Cat5E以太网电缆连接,然后连接到中央集线器交换机。推荐使用高百万像素传感器的摄像机,但也适合户外拍摄,因为安装的光学滤光片会衰减其他光的波长,只允许特定的红外波长进入。
一旦摄像机设置完成,系统应校准。误差值应由研究人员检查,以确保它们落在合适的值内(小于1毫米)。如果误差值不能接受,应进行另一次校准波。应进行进一步测试,以确定校准空间与通过测试空间但作为测试数据(而不是作为校准过程的一部分)收集的主动棒的一致性。在测试活动期间,空间应重新校准,以确保VICON系统得到优化,重新校准应考虑任何可能影响摄像机精度的环境变化(即光线和温度变化)。
连续球(XY坐标)的位置将由VICON运动捕捉系统确定。为了追踪球,七个半圆顶的标记将被放置在球上。所有参与测试的球都将在VICONTracker软件中经过一个过程,在测试前(即前一天或前一天早上)从标记的组合中将其识别为单个物体。这包括构建一个较小的测试区域与摄像机的比例,以实现对所有标记的精确捕捉,从而随后识别球物体及其几何中心。
数据(X,Y坐标)将减少到50Hz,并裁剪到训练环节的开始和结束,以允许与VICON系统和每个制造商系统的坐标临时对齐。
2.4激光设置
为了为高速跑收集更多的数据点,将使用激光(CMP52ER型,1级;指针类3R/IIIa)。在测试数据收集期间,每个运动员将进行三次超过40米的最大冲刺。由于激光是一个独立的运动捕捉数据收集系统,这些冲刺可以与在球场上不同位置的VICON数据收集一起执行。同样,为了进行动作捕捉数据同步,激光数据将被采样到50Hz,以便与制造商数据进行比较。个人冲刺努力将在制造商的数据样本和与激光数据样本匹配的订单中确定。速度数据将被移动,以最小化速度的RMSD。应该注意的是,激光不会评估位置精度。
2.5.实时跟踪数据
近年来,实时跟踪数据的应用程序急剧增加,这使得评估数据的质量和延迟变得非常重要。在这个阶段,国际足联认为实时数据是可以实时使用的数据,根据具体的用例允许各种不同的延迟。EPTS的现场测试和国际足联质量计划下的认证目前只能通过服务器上传评估进行,如下所述:
服务器上传评估
Track(EPTS性能测试的认可测试机构)访问相同的提供商数据集,以便根据EPTS测试方法手册分析速度和位置精度。因此,提供商只需要将一个实时数据集上传到RabbitMQ,就可以确定数据集的延迟和准确性。
有关服务器上传评估的进一步细节,包括RabbitMQ提交的数据格式要求,可根据要求提供单独的“RabbitMQ指南”文档。
3.数据分析
3.1.数据分析流程
所有制造商的数据应重新采样到50赫兹,以便与VICON进行直接比较。球的跟踪数据将根据制造商提供的抽样率进行评估。
动作捕捉数据准备
动作捕捉数据应以100Hz采样的多个球员的单独演练文件的形式提供。文件中也包含X坐标和Y坐标,以X和Y为速度。首先将文件分成单个球员文件和演练文件。然后从X轴和Y轴上的速度建立绝对速度。为了将运动捕捉数据与10Hz和25Hz制造商数据进行比较,X、Y和速度数据应线性插值至50Hz,使用5点移动平均进行平滑,使用二阶低通巴特沃斯滤波器进行平滑,并使用1Hz截断值(off)。
3.2.制造商数据提交
所有文件必须包括以下数据列:
应检查所提供的每个文件的采样率的一致性(即,丢失的数据点,不一致的采样率),并应使用线性插值以50Hz重新采样,以确保与动作捕捉数据同步。
除了制造商提供的原始数据外,所有制造商的速度数据将应用一个具有1hz截止值的二阶低通巴特沃斯滤波器。
3.3.动作捕捉和制造商数据同步
3.4.位置对齐
为了检查位置数据的差异,应旋转X和Y坐标,以匹配运动捕获数据中的X和Y坐标。这将通过将制造商的数据旋转1度到360度来实现,直到位置数据的误差最小。一旦已知最接近的1度旋转,制造商的X和Y坐标将进一步调整到最佳对齐两侧最接近1度的1/100。制造商X和Y坐标与动作捕捉X和Y坐标之间的差值应量化为坐标之间的直线差值。
3.5.统计分析
对于位置(m)和速度(m.s-1),制造商和运动捕捉数据之间的差异将使用绝对和相对测量进行评估。对于绝对测量,将获得两个数据源之间的平均差值,以提供两个数据源之间任何系统差异的指示。
数值将在整体水平上呈现(所有来自SSG和赛道的数据组合),并根据FIFA速度带划分速度带。数据的可视化表示可以进一步帮助结果的可解释性。通过直方图可以对速度和位置数据进行差异分布的可视化(图8)。
报告中使用的图表示例:
用于显示结果的可视化方法是不断审查的,下面的图形是其中的一些例子。
4.产品认可准则
为了确定评级系统,对过去三次EPTS测试活动中来自30多个系统的>1,000,000个数据点进行的分析形成了排名系统的基础,这些数据每年都会进行审查。