Punteggio automatico delle frecce: Parag 2017

Tesi magistrale in informatica all'Università di Leiden, nata su richiesta della federazione olandese (NHB). La federazione voleva un sistema economico e trasportabile che registrasse punteggio e posizione di ogni freccia senza costringere arcieri o assistenti a scriverli dopo ogni volée, e senza perdere l'ordine dei tiri. Il programma, scritto in Java con la libreria OpenCV, lavora sul video di una telecamera messa vicino al bersaglio e di sbieco: riconosce il visual dagli anelli blu, rosso e giallo, ne corregge la prospettiva, individua ogni nuova freccia confrontando i fotogrammi e le assegna punteggio e posizione.

Sui sei video disponibili il bersaglio è stato riconosciuto ogni volta, e 29 frecce su 32 hanno ricevuto il punteggio corretto. Le tre mancate hanno cause precise. Una freccia è arrivata durante un forte cambio di luce, aggiunto apposta al video, ed è stata scartata dal filtro di sicurezza; un'altra appariva troppo corta nell'immagine per essere riconosciuta come asta; una terza, entrando, ha mosso la carta, e il programma ha allungato la linea della freccia fino a darle 9,85 invece di un 10. Anche i decimali del punteggio erano a volte un po' fuori, perché il programma misurava dal lato esterno dell'asta e non da quello interno, come chiede la federazione.

Il materiale viene dagli allenamenti della NHB: sei video e 14 immagini, usati per regolare tutti i parametri del programma. Quattro video erano originali, in due l'autore ha aggiunto rumore o un abbassamento della luce con un programma di montaggio; due sono stati girati con una webcam Logitech C920 PRO HD, due con una telecamera non identificata e più nitida. Dallo sfondo dei video, con alberi e rami in movimento, si capisce che almeno in parte si tirava all'aperto.

Il visual è trovato con intervalli di colore nello spazio HSV sul blu, sul rosso e sul giallo, poi raddrizzato con una trasformazione omografica e ruotato finché gli anelli appaiono il più possibile circolari. Le frecce nuove vengono cercate nella differenza tra un fotogramma e uno precedente, con la trasformata di Hough per le linee; quando le linee trovate sono più di 20 il fotogramma è scartato come disturbo. Il punteggio dipende da quale anello contiene il punto d'ingresso della freccia, e la posizione viene convertita in coordinate leggibili per arcieri e pubblico. Bianco e nero non sono gestiti, perché i loro colori si confondono con lo sfondo e tra loro: il programma assegna solo i punteggi dal 10 al 5.

L'autore lo scrive apertamente: non avendo avuto in tempo video nuovi, ha provato il programma sugli stessi sei video usati per regolarlo, e invita a leggere il 29 su 32 con cautela. Un sistema messo a punto su certe immagini tende a funzionare bene proprio su quelle; quanto renderebbe su un altro campo, con altra luce, un'altra telecamera e un altro visual, resta da vedere. Le frecce sono poche, distanza di tiro e tipo di arco non sono indicati, e non è detto con quale riferimento sia stato stabilito il punteggio corretto.

Il programma, inoltre, non vede le frecce negli anelli bianchi e neri e non riesce a stabilire l'orientamento del visual, perché i numeri stampati sulla carta non vengono riconosciuti. È una tesi, non passata per una revisione tra pari, e l'autore la presenta come un prototipo su cui costruire.

La tesi non dice nulla sul tiro, ma descrive bene da cosa dipende la lettura automatica dei punti con una telecamera puntata sul bersaglio. Le difficoltà sono quelle che chi tira all'aperto conosce: nuvole che cambiano la luce all'improvviso, ombre delle frecce sulla carta, rami che si muovono sullo sfondo, carta che si sposta all'impatto. Uno dei rimedi proposti non riguarda il software: tendere bene il visual sul paglione, perché una carta che si muove allunga l'immagine della freccia e la porta nell'anello accanto. Conta anche l'obiettivo della federazione olandese, cioè conservare l'ordine e la posizione di ogni freccia oltre al totale: inserendo a mano i punti dopo ogni volée, come si faceva nella federazione, queste informazioni si perdono, ed è per recuperarle che la federazione voleva un sistema del genere.