Um
algoritmo para ver o futebol sob novos ângulos
As
imagens dos bonequinhos do Tira-Teima ou as dos logotipos publicitários
que aparecem "no campo" num jogo de futebol (por exemplo,
o mascote da empresa Biper que vemos na foto abaixo) não
são imagens "reais", como é fácil
perceber. São projeções que apenas o telespectador
vê e não fazem parte do cenário para quem assiste
ao jogo ao vivo. Essas imagens são geradas ou controladas
(para que não apareçam distorcidas) com a utilização
de modelos matemáticos, que descrevem a posição
da câmera e dos jogadores e permitem ajustar a imagem a ângulos
diferentes, conforme as cenas vão se sucedendo.
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Ambiente do Juiz Virtual, semelhante ao Tira Teima. Fonte:
Flávio Szenberg, Marcelo Gattass & Paulo Cezar
Carvalho.
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Inserção
de publicidade sobre o campo de futebol - imagem vista na
TV.
Fonte: Orad
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É
o que se chama de modelagem baseada em imagens, um método
que tem aplicações na computação gráfica,
medicina (extração de medidas de comprimento e volume
de imagens médicas), fotografia (visão estéreo
de fotos aéreas) e outros campos. O Tira-Teima é apenas
um exemplo de programa que usa a modelagem baseada em imagens. Ele
tem um similar, o Juiz Virtual, que já foi objeto de reportagens
na imprensa (edições dos dias 8 de junho de 1998 do
Jornal do Brasil e 17 de maio de 2000 da Folha de São Paulo)
e é distribuído gratuitamente pela Internet, através
dos sites dos laboratórios Visgraf
(em português), do Instituto de Matemática Pura e Aplicada
(IMPA), e Tecgraf
(em inglês), da PUC-Rio.
Este
programa, conforme explicam os autores, "permite criar um ambiente
tridimensional a partir de uma imagem estática de um jogo
de futebol, bastando que nela sejam indicadas as traves e as marcações
do campo (pontos de referência), e também, as posições
da bola e dos jogadores (pontos de objetos). Com os pontos de referência
é possível, então, determinar a posição
original da câmera e 'movê-la' para um ponto mais favorável,
que permita uma melhor observação da jogada (para
determinar, por exemplo, se houve ou não impedimento)".
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Simulação
formulada a partir da imagem real (que aparece no centro). Fonte:
Flávio Szenberg, Marcelo Gattass & Paulo Cezar Carvalho. |
Se
quiser, o usuário pode usar as suas próprias imagens
no Juiz Virtual, mas para isso tem de informar ao programa todos
os pontos de referência e pontos de objetos necessários
à criação da cena 3D, com os bonequinhos.
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Pontos
de referência marcados em amarelo e pontos de objeto marcados
em vermelho e azul. Fonte:
Flávio Szenberg, Marcelo Gattass & Paulo Cezar Carvalho. |
Recentemente,
o Juiz Virtual ganhou uma nova versão (em breve disponível
para download), mais eficiente, onde os pontos de referência
não precisam ser informados pelo usuário para que
os parâmetros da câmera sejam determinados. "Um
algoritmo permite calibrar a câmera automaticamente, possibilitando
a manipulação das cenas sem necessidade de intervenção
do usuário, pois o campo de futebol (ou outro modelo com
geometria e dimensões conhecidas) é reconhecido na
imagem e localizado", explica Flávio
Szenberg, autor da tese "Acompanhamento de cenas com calibração
automática de câmeras", defendida em dezembro
de 2001. O algoritmo, no entanto, não detecta os jogadores,
cujas coordenadas continuam tendo de ser informadas pelo usuário.
Um
outro aspecto do modelo proposto na tese de Szenberg, que constitui
uma vantagem potencial, é que ele permite realizar tarefas
de inserção de imagens virtuais nas cenas usando câmeras
comuns (do tipo webcam, por exemplo), ao invés das sofisticadas
e caras câmeras com sensores de movimento, normalmente utilizadas
pelas grandes emissoras de televisão. Já que é
baseado na imagem, o modelo dispensa o fornecimento das coordenadas
da câmera por ela mesma. O usuário pode trabalhar,
por exemplo, com imagens que lhe foram enviadas, sem ter acesso
ao sistema que informa as coordenadas do aparato.
A eficácia
da calibração automática, no entanto, não
é a mesma que a das câmeras com sensores. Se houver,
por exemplo, um grande ruído na imagem (interferência,
"chuvisco") ou um corte seco (mudança repentina
do campo para o estúdio, por exemplo) é preciso começar
toda a calibração de novo com o processo de reconhecimento,
o que não chega a ser um grande problema, pois o algoritmo
é bem rápido. Já com a câmera mais sofisticada,
as coordenadas são informadas permanentemente e em tempo
real, o que permite a determinação imediata de sua
posição e direcionamento e, em seguida, a adequação
da imagem projetada.
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Traços
sobre o cenário servem de referência para a inserção
das imagens de fundo. Fonte:
Flávio Szenberg, Marcelo Gattass & Paulo Cezar Carvalho. |
O algoritmo
utilizado por Szenberg é dividido em passos, que podem ser
facilmente modificados de maneira independente pelo programador,
sem necessidade de modificar todo o sistema, desde que se respeite
as exigências de parâmetros de entrada e saída.
Vale notar, entretanto, que o Juiz Virtual é freeware mas
não é um software de código aberto e só
programadores com autorização dos proprietários
têm acesso à fonte.
Diversas
outras aplicações podem utilizar esse algoritmo. Por
exemplo, na técnica de chroma key, em que uma cena é
filmada sobre um fundo azul ou verde, o qual é substituído
posteriormente por um cenário fictício. O que o pesquisador
sugere como aplicação futura é que, ao invés
de usar o fundo homogêneo, utilize-se uma figura (traços
desenhados sobre o cenário) que pode servir depois de referência
para a calibração automática das câmeras,
já que ela será um objeto de geometria e dimensões
conhecidas (como o campo de futebol). Com isso, a partir do reconhecimento
de um padrão da primeira imagem, pode-se fazer o acompanhamento
da seqüência (desde que ela seja uma seqüência
coerente, ou seja, com poucas modificações) com calibração
automática das câmeras, utilizando para isso um equipamento
mais comum e acessível (o que pode ser de grande utilidade
para uma universidade ou escola de televisão).
Todas
essas aplicações, contudo, ainda estão em seu
início e muitos aprimoramentos terão de ser feitos
até que elas se tornem suficientemente eficientes para uso
profissional. Até que o modelo se torne "modelar".
(MM)
Para
saber mais |
Impresso:
Carvalho,
P.C.P., Szenberg, F., Gattass, M, "Image-Based
Modeling Using a Two-Step Camera Calibration Method",
Proceedings of International Symposium on Computer Graphics,
Image Processing and Vision, SIBGRAPI'98, October 20-23,
pp. 388-395, 1998.
Szenberg,
F., Carvalho, P.C.P., Gattass, M., "Automatic Camera
Calibration for Image Sequences of a Football Match",
Advances in Pattern Recognition - ICAPR 2001, Second
International Conference, Rio de Janeiro, Brazil, March
11-14, ISBN 3-540-41767-2, pp. 301-311, 2001.
On-line:
OradHi-Tech
Systems Ltd.
Empresa israelense que fabrica diversos softwares de
computação gráfica utilizados por
TV e outros meios de comunicação. O site
tem demonstrações dos programas e exemplos
de aplicações.
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