Obsah článku
Dva způsoby, jak senzor zachytí snímek
Každá digitální kamera převádí světlo na čísla. Rozdíl je v tom, kdy to udělá. Většina běžných senzorů používá postupnou závěrku: snímek se čte řádek po řádku, shora dolů. Horní řádek tak zachytí jiný okamžik než spodní.
Globální závěrka pracuje jinak. Všechny pixely začnou i skončí expozici ve stejném okamžiku a teprve potom se obraz přečte. Celý snímek tak odpovídá jedinému času.
U fotografie krajiny ten rozdíl nepoznáte. U padelu je zásadní.
Co postupná závěrka udělá s rychlým míčkem
Když se objekt pohne během čtení snímku, každý jeho řádek se zapíše na trochu jiném místě. Rychle švihnutá raketa pak v obraze vypadá šikmo nebo prohnutě a míček se protáhne do oválu. Tomuto zkreslení se říká efekt želé.
Pro diváka je to kosmetická vada. Pro umělou inteligenci je to chyba v datech. Poloha míčku by závisela na tom, ve kterém řádku obrazu zrovna leží, a trajektorie složená z takových bodů by se lámala tam, kde se na kurtu nic nestalo.
- Raketa se v okamžiku úderu v obraze nakloní a změní tvar.
- Míček se zdeformuje a jeho střed se posune.
- Časový rozdíl mezi horní a dolní částí obrazu se promítne do rychlosti i směru letu.
Kamera, která vidí celý kurt najednou
Kamera chytrého kurtu PadelunAI od výrobce TechNexion má globální závěrku. Snímá v rozlišení 1920 × 1200 pixelů a 60 snímků za sekundu, tedy jeden snímek každých 16,7 milisekundy. V každém z nich je hráč u sítě i hráč u zadní stěny zachycený ve stejném okamžiku.
Důvodem je hlavně geometrie. Kamera visí nad kratší stranou kurtu a v jednom záběru pokrývá celých 20 metrů. Míček u vzdálené stěny leží v horní části obrazu, míček u kamery ve spodní. Kdyby mezi těmito řádky ležel časový posun, trajektorie přes celý kurt by nikdy neseděla.
Závěrka nestačí, rozhoduje i délka expozice
Globální závěrka odstraní deformaci, ale ne rozmazání. Míček se pohybuje i během samotné expozice. Čím déle zůstane závěrka otevřená, tím delší šmouhu v obraze zanechá.
Rozdíl je velký. Při krátké expozici zůstane míček ostrým bodem, při dlouhé se protáhne do šmouhy mnohonásobně delší, než je jeho průměr. Pro představu: míček má v našem záběru u sítě průměr kolem sedmi pixelů a u vzdálené stěny tři až čtyři. Tuto velikost jsme změřili přímo v obraze z kurtu, ne spočítali z parametrů objektivu.
Krátká expozice ale znamená méně světla a víc šumu. Kamera proto expozici neřídí naslepo. Hledá rovnováhu mezi ostrým míčkem a čistým obrazem podle toho, kolik světla na kurtu právě je.
Obraz, ze kterého se dá počítat
Kamera má vlastní obrazový procesor. Ten přímo v kameře skládá barvy a řídí expozici i vyvážení bílé. Do výpočetní jednotky NVIDIA Jetson u kurtu putuje obraz jediným kabelem, který nese data i napájení.
Širokoúhlý objektiv pobere celý kurt v jednom záběru, od stěny pod kamerou po vzdálené pletivo.
Z jednoho záchytu pak berou obraz všechny části systému současně: záznam v plném rozlišení, živý přenos i analýza. Nikdo si kameru nepůjčuje a nikdo nikomu obraz nebere. Nahrávání zápasu má vždy přednost.
Shrnutí
Globální závěrka není luxus pro hezčí video. Je to podmínka, aby umělá inteligence dostala data, kterým se dá věřit.
- Celý snímek odpovídá jedinému okamžiku, takže se raketa ani míček nedeformují.
- Trajektorie přes celých 20 metrů kurtu drží pohromadě.
- Šedesát snímků za sekundu dává plynulé zpomalené přehrávání.
- Krátká expozice drží míček ostrý a obrazový procesor hlídá šum.