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Toujours une longueur d'avance

Sur le chemin du succès avec le traitement d'images

19 juin 2012

Depuis le début de la saison 2011/12, tous les matchs de la première et de la deuxième ligue fédérale allemande de football sont analysés par un système de traitement d'images de haute technologie qui a été développé par les sociétés IMPIRE et STEMMER IMAGING.

C'est pour permettre d'analyser en détail les matches de football que la société IMPIRE sise à Ismaning près de Munich a développé le système de suivi VIS.TRACK constitué en majeure partie de composants de traitement d'images de STEMMER IMAGING. Les entraîneurs des joueurs de la ligue fédérale espèrent que l'analyse statistique des matches permettra d'augmenter les chances de succès, déclare Christian Holzer, président d'IMPIRE : « Depuis la saison 2011/12, tous les stades de la première et de la deuxième ligue fédérale sont équipés de ce système et permettent d'analyser tous les matches des deux ligues supérieures allemandes (Oberliga). Des clubs qui connaissent le succès, parmi eux le champion allemand actuel Borussia Dortmund ainsi qu'une grande partie d'autres clubs membres de la ligue fédérale, travaillent beaucoup avec VIS.TRACK afin de pouvoir positionner les prestations de leurs joueurs non seulement de manière subjective, mais encore objectivement en les étayant par des chiffres. » Au niveau international également, une série de clubs de pointe compte déjà, selon Holzer, parmi les clients du système IMPIRE.

Analyse des matches en temps réel

Depuis longtemps déjà, les données telles que le pourcentage de possession de balle de chaque équipe, le nombre de buts marqués, de têtes et de corners, étaient comptabilisées manuellement. Cependant, dans le passé, il n'était pas possible de saisir de manière objective et précise des différentes performances individuelles de chacun des joueurs en matière de course. C'est exactement ce que fait VIS.TRACK, explique Holzer : « Notre système de suivi fournit les coordonnées (position) de chaque footballeur à chaque moment du match. Cela permet alors de calculer des données comme par ex. la distance totale parcourue, la vitesse moyenne et maximale, le nombre et l'intensité des sprints ainsi que la distance parcourue et bien d'autres choses. »

Les volumes de données recueillies par match sont énormes : pour chaque joueur, le système saisit les coordonnées X/Y 25 fois par seconde et les enregistre. À la fin du match, cela donne au total environ 4 millions de données de position. IMPIRE traite ces données pour les clubs pour permettre aux entraîneurs des différents clubs d’avoir un accès protégé par mot de passe à ces données par l'intermédiaire d'un ordinateur ou via une application smartphone.

Une multitude de représentations graphiques peut être réalisée sur la base des données existantes. Entre autres, il est par exemple possible de faire afficher pour chaque joueur des graphiques de vitesse qui documentent aussi la modification de sa disposition à courir, plus le match progresse dans le temps. Le rayon d'action de chaque joueur sur le gazon peut être représenté sous la forme d'un « heat map », une carte thermique.

« De plus, en additionnant les valeurs individuelles, il est aussi possible de réaliser, pour l'ensemble de l'équipe, des statistiques disponibles immédiatement à un niveau de précision absolu », poursuit Holzer. À la mi- temps ou pendant l’analyse détaillée après un match, un entraîneur peut donc expliquer à ses joueurs non seulement ce qu'il a ressenti, mais leur montrer en se basant sur des chiffres et des graphiques si son équipe a par. ex. négligé le flanc d’attaque gauche, s'est comportée globalement de manière trop défensive ou a nettement moins couru que l'adversaire. Pour cela, le système met à sa disposition des analyses tactiques en 2D et 3D ainsi qu'un outil de dessin lui permettant de montrer plus clairement ses idées aux joueurs sous forme graphique.

Holzer nomme un autre avantage de la gamme de produits VIS.TRACK : « Les produits VIS.TRACK peuvent aussi être utilisés pour analyser des unités d'entraînement. Les analyses recueillies offrent ainsi l'opportunité d'adapter l'intensité de l'entraînement pour différents joueurs, par ex. après des blessures, de manière personnalisée en s'orientant sur les performances actuelles. »

Les statistiques de tous les matches ne peuvent pas être consultées que par les entraîneurs et les associations – les médias aussi ont grand intérêt à transmettre des données importantes aux supporters. C’est pour répondre à cette demande qu’IMPIRE a acheté auprès de la DFL (Deutsche Fußball Liga, ligue allemande de football) les droits lui permettant de vendre les données enregistrées à des entreprises de médias. Depuis la saison 2011/12, quand, lors d'une rencontre de la ligue fédérale, les performances de course atteintes jusqu'alors par un joueur sont indiquées en mètres sur l'écran TV, cette valeur vient donc de la banque de données IMPIRE.

Il convient de préciser que VIS.TRACK enregistre aussi le parcours des arbitres, si bien que l'on peut également se faire une idée des distances franchies par eux au cours d'un match ainsi que de leur vitesse.

Traitement d'images de haut de gamme au stade

La clé technique permettant de réaliser le système VIS.TRACK est composée d'un système de traitement d'images performant qui a été conçu et mis en œuvre par IMPIRE en étroite collaboration avec STEMMER IMAGING. Les données d'images sont alors fournies pour chaque mi-temps par une caméra à haute révolution intégrée dans un boîtier résistant aux intempéries spécialement développé par IMPIRE. Les deux boîtiers des caméras d'un système sont fixés à demeure dans tous les stades à la hauteur de la ligne médiane, le plus souvent sous le toit du stade. Ce sont des caméras HD du fabricant danois JAI qui sont mises en œuvre.

Les données d'images enregistrées par ces deux caméras sont transmises en partie par des câbles à fibre optique via Gigabit Ethernet aux quatre puissants ordinateurs de traitement d'images qui composent actuellement un système complet. « En raison des distances de transmission dans les stades, seule la technologie Gigabit Ethernet pouvait être envisagée », détail Holzer pour expliquer cette décision.

La clé essentielle du succès du système EMPIRE réside dans la conception optimale du système ainsi que dans la répartition des tâches entre les quatre ordinateurs utilisés. Ici, selon les déclarations de Holzer, l'étroite coopération entre les développeurs chez IMPIRE et STEMMER IMAGING a été décisive. Le logiciel de traitement d'images Common Vision Blox (CVB) de l'entreprise de Puchheim joue à plusieurs titres un rôle décisif.

Quatre ordinateurs et CVB garantissent des performances extrêmes

Dans le système actuellement utilisé, l'enregistrement des données est effectué en mode Multicast, c'est-à-dire que les données vidéo sont réparties parallèlement sur les quatre ordinateurs au moyen du serveur CVB GigE Vision de STEMMER IMAGING. Un ordinateur d'enregistrement est utilisé ici comme un genre de magnétoscope permettant de passer l'enregistrement en différé et à une vitesse différente. Ceci est également effectué en mode Multicast si bien que le suivi et l'analyse d'un match peuvent par ex. être faits ultérieurement, à tout moment.

Sur le deuxième ordinateur, celui qui assure le suivi, le dématriçage (débayerisation) des données d'images ainsi que d'autres étapes de prétraitement sont réalisés sur le GPU (la carte graphique du système) avant qu'un progiciel développé par IMPIRE se basant sur Common Vision Blox se charge du suivi des joueurs. De plus, cet ordinateur se charge également de la représentation sur les écrans.

Le troisième PC faisant partie du système est destiné à la conversion Bayer et à l'affichage, réseau overlay mis à disposition depuis l'ordinateur de suivi compris. L'ordinateur panorama, le quatrième du système, utilise les performances d'un traitement GPU multicore basé sur CVB pour assembler à la perfection les données d'image des deux caméras full HD après décodage Bayer et correction de la distorsion graphique, les transmettre à la CPU et écrire alors le tout sous forme de fichier mp4 avec double résolution full HD en format RGB sur le disque dur.

« Le système á l'architecture dimensionnée pour une performance extrêmement élevée permet de représenter sans retard notable les données vidéo sur les cinq écrans du système. Deux collaborateurs d'IMPIRE travaillent sur ces écrans pendant un match. La tâche principale de ces deux scouts consiste á surveiller l'affectation correcte des différents joueurs á une équipe. En général, pendant le déroulement normal d'un match, le système maîtrise cette tâche de manière autonome : il suit automatiquement chaque joueur et le montre sur les écrans au moyen de cases colorées qui encadrent chaque joueur.

Holzer décrit la procédure : « Cependant, si le système n'est plus á même d'identifier sans équivoque plusieurs joueurs portant des maillots de la même couleur, par ex. après des duels ou dans l'excitation suivant un but, il change la couleur de la case qui encadre les joueurs concernés sur l'ordinateur d'observation, montrant ainsi au scout compétent qu'il doit intervenir ». Lá où c'est nécessaire, le collaborateur rétablit alors les affectations correctes de Robben et Ribery, de Götze et Großkreutz ou de Huntelaar et Höwedes. Les données des joueurs permutés par le système et des trajets qu'ils ont parcourus sont alors immédiatement corrigées par VIS.TRACK dans la banque de données de suivi pour assurer l'exactitude des statistiques.

Du reste, l'équipe IMPIRE n'a besoin que d'environ 90 minutes de montage pour réaliser les préparatifs nécessaires afin d'analyser un match, donc le raccordement des ordinateurs et des écrans aux caméras déjá installées, le démarrage et la première affectation des joueurs. Les installations d'IMPIRE existantes sont réparties sur toute l'Allemagne afin de réduire au maximum les déplacements nécessaires au montage des systèmes mobiles et de couvrir tous les matches des deux ligues fédérales. De cette manière, les équipes d'Ismaning saisissent 18 matches pendant chaque week-end de la ligue fédérale – et, pendant les deux dernières journées, ce sont même neuf matches parallèles dans toute l'Allemagne. Pendant l'entraînement, l'utilisation de paires de caméras supplémentaires sur un système d'ordinateurs offre aussi la possibilité de saisir et d'analyser simultanément les évènements dans plusieurs stades.

Des visions : d'autres champs d'application

Selon les déclarations du directeur d'IMPIRE, le système a fait ses preuves de manière très satisfaisante pendant la saison 2011/12, et il sera aussi utilisé pendant la prochaine saison 2012/13 pendant tous les matches de la ligue fédérale. Actuellement, des appels d'offres ont été lancés au niveau international et IMPIRE estime, selon les mots de Holzer, avoir de bonnes chances d'être retenu.

Cependant, il voit aussi des possibilités d'optimisation pour le système actuel : « Pour améliorer la représentation des deux mi-temps sur un écran, nous avons entre temps intégré un ordinateur supplémentaire dans le système afin d'obtenir une image panoramique de tout le terrain sur chacun des écrans », c'est par ces mots que l'expert en football indique une mesure d'amélioration. Une autre phase de développement prévoit ensuite aussi le suivi précis des données concernant le ballon pour mesurer, par ex., les distances entre les passes de manière automatique.

Enfin, les visions de Holzer vont bien plus loin que le football en Allemagne : « Les passionnés de sport américains sont des fous des statistiques, par exemple pour le basketball ou le football américain, si bien que des systèmes similaires seraient envisageables du point de vue technique dans d'autres disciplines sportives. » C'est pourquoi la balle reste á proprement parler dans le camp d'IMPIRE afin de préparer le système á l'avenir.

JAI

Kopenhagen, Denmark

Depuis plus de 45 ans, JAI est leader dans le développement de technologies de caméras destinées à la vision industrielle. L'entreprise fournit des solutions innovantes pour le domaine industriel, et travaillent également avec d'autres secteurs très divers tels que la médecine, la sécurité, le trafic routier et l'armée. La gamme comprend des produits standard aussi bien que des solutions individuelles pour presque toutes les applications où la technologie caméra fait partie d’un processus, d’un produit ou d’un service.

STEMMER IMAGING

Puchheim, Germany

STEMMER IMAGING est une société active dans le domaine de la vision industrielle depuis 1987. Offrant une très large palette de produits et de services, l'entreprise est aujourd'hui le plus grand fournisseur de technologie de vision en Europe. En 1997, STEMMER IMAGING a présenté Common Vision Blox (CVB), une bibliothèque de programmation puissante pour le développement et la mise en œuvre de solutions de vision rapides et fiables, utilisée avec succès dans plus de 40.000 applications de part le monde.