Bildverarbeitung im Fußball HD-Spielertracking in der Bundesliga

Das VIS.TRACK -System im Einsatz: 5 Monitore zeigen gleichzeitig die Videodaten der 2 HD-Kameras an. Pro Mannschaft überwacht ein Scout die korrekte Zuordnung der einzelnen Spieler
Das VIS.TRACK -System im Einsatz: 5 Monitore zeigen gleichzeitig die Videodaten der 2 HD-Kameras an. Pro Mannschaft überwacht ein Scout die korrekte Zuordnung der einzelnen Spieler

Bald ist wieder Bundesliga-Zeit. Mit dabei ist auch wieder das Tracking-System, das in der letzten Saison eingeführt wurde. Es erfasst jede Bewegung der Fußballer, analysiert sie und bereitet sie auf. Dahinter steckt ein aufwendiges System aus Hard- und Software, an dem auch der Bildverarbeitungs-Spezialist Stemmer Imaging beteiligt ist.

Das von Impire in Zusammenarbeit mit Stemmer Imaging entwickelte Bildverarbeitungssystem erfasst von jedem Spieler 25 Mal pro Sekunde die X/Y-Koordinaten. »Daraus lassen sich z.B. die absolvierte Gesamtlaufstrecke, die Durchschnitts- und Maximalgeschwindigkeit, die Anzahl und Intensität der Sprints sowie die dabei zurückgelegte Distanz und noch vieles mehr errechnen«, so Impire-Vorstandsmitglied Christian Holzer. Das System ist in der Lage, die gesammelten Daten unterschiedlich grafisch darzustellen, z.B. ein Geschwindigkeitsprofil für jeden Spieler oder den Aktionsradius eines Spielers in Form einer »Heat Map«.

»Durch die Aufsummierung der Einzelwerte sind darüber hinaus auch Statistiken über die gesamte Mannschaft hinweg möglich, die sofort und mit hoher Genauigkeit zur Verfügung stehen«, so Holzer weiter. Ein Trainer kann seinen Spielern somit in der Halbzeitpause oder bei der detaillierten Analyse nach einem Spiel mit Zahlen und Grafiken belegt aufzeigen, wenn sein Team z.B. die linke Angriffsseite vernachlässigt hat, sich insgesamt zu defensiv verhalten hat oder deutlich weniger gelaufen ist als der Gegner.

Bildverarbeitung im Stadion

Das Bildverarbeitungssystem VIS.TRACK besteht aus zwei HD-Kameras des dänischen Herstellers Jai – je eine Kamera pro Spielhälfte – , die in allen Stadien auf Höhe der Mittellinie fest angebracht sind. Die aufgenommenen Bilddaten werden z.T. über Glasfaserkabel per Gigabit Ethernet an vier Bildverarbeitungs-PCs übertragen. »Aufgrund der zum Teil sehr langen Übertragungswege in den Stadien kam hierbei nur Gigabit Ethernet als Technologie in Frage«, begründet Holzer diese Entscheidung.

Die Videodaten werden im »Multicast-Modus« aufgenommen, d.h. die Daten werden mit Hilfe des CVB-GigE-Vision-Servers von Stemmer Imaging parallel auf alle vier PCs verteilt. Ein Recording-PC dient dabei als eine Art Videorekorder, mit dem ein zeitversetztes und geschwindigkeitsverändertes Abspielen der Aufnahme möglich ist.

Bilder: 5

So funktioniert das Bildverarbeitungssystem VIS.TRACK

So funktioniert das Bildverarbeitungssystem VIS.TRACK

Auf dem zweiten Rechner, dem Tracking-PC, werden auf der GPU das De-Bayering der Bilddaten sowie weitere Vorverarbeitungsschritte realisiert, bevor ein von Impire entwickeltes Software-Paket auf Basis von Common Vision Blox das Tracking der Spieler übernimmt. Dieser Rechner leistet zudem auch die Darstellung an den Monitoren.

Der dritte beteiligte PC ist für die Bayer-Konvertierung und die Anzeige inklusive des aus dem Tracking-PC zur Verfügung gestellten Overlays zuständig. Als vierter Rechner im System nutzt der Panorama-PC wieder eine Multicore-GPU-Verarbeitung auf Basis von CVB, um die Bilddaten der beiden Full-HD-Kameras Bayer-dekodiert und grafisch entzerrt nahtlos zusammenzusetzen, an die CPU zu übergeben und das Ganze dann als mp4-Datei mit doppelter Full-HD-Auflösung im RGB-Format auf die Festplatte zu schreiben.

Die Videodaten werden ohne nennenswerte Verzögerung auf den insgesamt 5 Monitoren des Systems dargestellt. Während eines Spiels sind an diesen Monitoren zwei Impire-Mitarbeiter im Einsatz. Die Hauptaufgabe dieser »Scouts« besteht darin, die korrekte Zuordnung der einzelnen Spieler jeweils einer Mannschaft zu überwachen. Im normalen Spielverlauf meistert das System diese Aufgabe in der Regel selbständig: Es trackt jeden Spieler automatisch und zeigt dies auf den Monitoren mit farbigen Kästchen an, die jeden Spieler umrahmen.

»Wenn das System jedoch z.B. nach Zweikämpfen oder im Torjubel mehrere Spieler mit der gleichen Trikotfarbe nicht mehr eindeutig identifizieren kann, so ändert es bei den betroffenen Spielern die Farbe des umrahmenden Kästchens auf dem Observer-PC und zeigt so dem zuständigen Scout an, dass er eingreifen muss«, beschreibt Holzer die Vorgehensweise. Der Mitarbeiter stellt dann wo nötig die korrekten Zuordnungen wieder her. Die Daten der vom System vertauschten Spieler und ihrer Laufwege korrigiert VIS.TRACK dann umgehend in der Tracking-Datenbank, um die Statistik fehlerfrei zu halten.

In der Bundesligasaison 2011/12 hat sich das System nach den Worten des Impire-Vorstands gut bewährt und wird auch in der kommenden Spielzeit 2012/13 wieder in allen Bundesligaspielen im Einsatz sein. Derzeit laufen auf internationaler Ebene Ausschreibungen, bei denen sich IMPIRE nach Holzers Aussage gute Chance ausrechnet, zum Zuge zu kommen.