Detección y seguimiento de nadadores en ambientes hidrodinámicos mediante absorbancia de la luz usando el modelo de color HSV y la descomposición de matrices de bajo rango

Abstract

La biomecánica es la ciencia que estudia la relación entre las fuerzas y los movimientos del cuerpo humano con el objetivo de realizar análisis cinemáticos. En el estudio cinemático enfocado al deporte, los entrenadores se apoyan en el análisis de video para estudiar el movimiento y mejorar el rendimiento, gesto deportivo y desempeño de los atletas. Particularmente, en natación, a partir del análisis y estudio del movimiento, se busca reducir la fricción con el medio, prevenir lesiones y mejorar registros. Actualmente, estos estudios se realizan mediante análisis de video combinados con datos de goniómetros, giroscopios y acelerómetros. Sin embargo, estos métodos presentan limitaciones asociadas con portabilidad, fabricación de equipos altamente especializados, costos elevados y técnicas invasivas. Además, la literatura muestra que los sistemas para realizar captación de video y los algoritmos empleados para analizar el movimiento de deportistas a través de secuencias de video están enfocados al estudio de los nadadores fuera del agua debido a que la predominancia de las tonalidades de azul y verde, la difracción, la refracción, el ruido producido por las olas, la turbulencia y la oclusión por el movimiento del agua, son retos que aún no han sido resueltos por los algoritmos tradicionales. Este trabajo presenta un sistema de adquisición de video bajo el agua y un algoritmo que modela la absorción de luz en la etapa de preprocesamiento para la entrada de un modelo realiza la segmentación de cada frame, combinando las técnicas de descomposición de matrices de bajo rango; la clasificación, con el método de difusión; y el seguimiento del nadador mediante el filtro kalman. El algoritmo fue probado en 10 secuencias de video captadas con el sistema propuesto, y los resultados muestran que se detecta y hace seguimiento al nadador con una efectividad del 93% en ambientes hidrodinámicos.