Tape, Pose und Berührung

Was HopLab im Video selbst findet: Körperpunkte, Tape-Quadrat, Landungen, Standbein und Tape-Berührungen.

1. Körperpunkte ohne Marker, mit Ferse und Zehen

   Verfügbar

   Marker am Körper sind nicht nötig: HopLab erkennt in jedem Videobild 26 Körperpunkte, auch an Ferse und Zehen. Darauf beruhen Bodenkontakt, Standbein, Tape-Prüfung und alle Winkel.

   Posenmodell RTMPose-x im Halpe26-Layout mit dem Personendetektor YOLOX-m, beide quelloffen unter Apache-2.0. Links und rechts bezeichnen bei Körperpunkten, Beinen und Seitenvergleich immer die anatomische Seite der Person; nur die Sprungrichtung gilt aus Sicht der Kamera. Unsichere Punkte (Konfidenz unter 0,30) gelten als Lücke; nur Lücken bis 4 Bilder werden überbrückt, längere bleiben leer, es wird nichts erfunden. Geglättet wird mit einem One-Euro-Filter auf echten Zeitstempeln, der Zittern in ruhigen Phasen dämpft, ohne den Absprung zu verschleppen. Die getestete Person wird zu Beginn als größte, mittigste gewählt und über das ganze Video verfolgt; wie, steht unter „Personenverfolgung“.

2. Personenverfolgung über Lage, Größe und Aussehen

   Verfügbar

   Kommt eine zweite Person ins Bild, etwa die Testleitung zum Messen der Weite, bleibt HopLab bei der Person, die zu Beginn gewählt wurde, auch wenn die andere größer im Bild ist.

   Die zu Beginn größte, mittigste Person wird über Lage, Größe und Farbverteilung weiterverfolgt; eine andere Person wird nie einfach übernommen, auch nicht, wenn die Pose für ein Bild ausfällt. Springt die Pose auf eine andere Person, wird das Bild verworfen. Dieses Verfahren nutzt derzeit der Distanzsprung; die übrigen Übungen folgen weiter der größten Überlappung mit dem vorigen Bild. Geprüft an nachgestellten Szenen, in denen das bisherige Verfahren zur zweiten Person springt, und an drei Aufnahmen des Distanzsprungs, in denen die Testleitung ins Bild kommt.

3. Tape-Quadrat automatisch finden, Boden in Zentimetern

   Verfügbar

   HopLab findet das geklebte Quadrat selbst, auch wenn der Fuß es zeitweise verdeckt, und rechnet Bildpunkte in Zentimeter auf dem Boden um.

   Gesucht wird auf einem Medianbild aus 90 Einzelbildern, in dem der bewegte Fuß herausfällt. Akzeptiert wird nur ein geschlossenes Viereck mit Loch, dessen Innenrand nach der Entzerrung wieder ein konzentrisches Quadrat mit plausibler Tape-Breite (1–9 cm) ergibt. Die Ecken werden subpixelgenau bestimmt; die Entzerrung nutzt acht Punkte (Außen- und Innenecken), dadurch ist der Rückprojektionsfehler ein echtes Gütemaß (zulässig bis 3 px). Berührt eine andere Linie das Quadrat, wird die Außenkante aus der Innenkante rekonstruiert.

4. Bewegte Kamera: Bodenebene wird Bild für Bild nachgeführt

   Verfügbar

   Auch leicht wackelnde Aufnahmen bleiben auswertbar, weil die Bodenkalibrierung jeder Kamerabewegung folgt. Schon wenige Pixel Versatz würden sonst Scheinberührungen erzeugen.

   In jedem zweiten Bild wird das Quadrat gesucht, dazwischen werden die Ecken über Merkmale des Hintergrunds fortgeschrieben; die Person wird dabei ausgeblendet. In den aus der Hand gefilmten Testvideos streuten die vier gemessenen Quadratseiten ohne Nachführung um 3,5 %, mit Nachführung um 0,9 %. Ein Fortschreibungsschritt, der die Ecken um mehr als ein Viertel der längeren Bildseite versetzen würde, wird verworfen, die nächste Erkennung setzt die Ecken neu. Vorher konnte ein einziger solcher Fehlschritt auf spiegelndem Boden die Bodenebene für den Rest einer Aufnahme verderben: 3 statt 54 Landungen, ohne Meldung. Ein Stativ bleibt vorgeschrieben: Bei Bewegung sinkt die Genauigkeit, und HopLab meldet das als Warnung.

5. Erstkontakt und Absprung je Landung

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   Jede Landung wird mit Erstkontakt, tiefstem Punkt und Abheben erkannt, ohne dass Sie Bilder markieren müssen. Grundlage ist die Fußhöhe über dem Boden, nicht die Position im Bild.

   Der tiefste sichere Fußpunkt (Ferse, Groß- oder Kleinzehe) wird auf die Bodenebene projiziert und auf die Beinlänge bezogen. Kontakt beginnt unter 1,3 % und endet über 3,0 % der Beinlänge, das sind etwa 1–2 cm. Der Erstkontakt wird allein über die Höhe bestimmt; eine zusätzliche Geschwindigkeitsbedingung hätte ihn um rund 50 ms verspätet. Jede Kontaktphase braucht mindestens ein ruhiges Bild, so zählt bloßes Durchschwingen des Spielbeins nicht. Mindestkontakt 60 ms, Mindestflug 80 ms. Der tiefste Punkt ist das Bild mit der tiefsten Beckenposition in der Kontaktphase.

6. Standbein automatisch erkannt, Abweichung von Ihrer Angabe gemeldet

   Verfügbar

   HopLab erkennt das Standbein aus dem Video, wertet das erkannte Bein aus und meldet, wenn es von Ihrer Angabe abweicht.

   Sprungtest: Standbein ist die Seite mit der längeren Gesamtkontaktzeit. Zwei feste Kriterien trennen Stand- und Spielbein (Bodenpunkt weit außerhalb des Sprungbereichs oder mehr als 20 cm hinter dem anderen Fuß); dadurch stieg die Sicherheit in den Testvideos von 0,57 auf 0,85 bzw. 1,00. Kniebeuge: Standbein ist das Bein, dessen Fuß in mindestens 60 % der Bilder um mindestens 5 % der Beinlänge tiefer steht. Ist das nicht eindeutig, gilt Ihre Angabe beim Import; fehlt auch sie, bricht die Auswertung mit klarer Meldung ab.

7. Sprungrichtung je Landung

   Verfügbar

   HopLab ordnet jede Landung einer Richtung zu. So sehen Sie, wohin Berührungen oder Achsabweichungen gehäuft auftreten. Links und rechts gelten aus Sicht der Kamera, nicht der Person.

   Die Richtung ergibt sich aus der Verschiebung der Landepunkte auf dem Boden, nicht aus Bildpixeln; die Perspektive verfälscht sie also nicht. Vier Sektoren zu je 90°; unter 6 cm Verschiebung gilt „vor Ort“, die erste Landung nach einer Pause gilt als „Satzbeginn“. Berührungen werden je Richtung gezählt, die Messwerte zusätzlich je Richtung zusammengefasst.

8. Satzpausen erkennen

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   Stellt der Patient zwischendurch beide Füße ab, erkennt HopLab eine Satzpause. Die Pause zählt nicht als Sprung, und jede Landung wird ihrem Satz zugeordnet.

   Satzpause, wenn beide Füße mindestens 0,8 s gleichzeitig am Boden sind (unter 2 % der Beinlänge). Über eine Pause hinweg werden weder Flugzeit noch Sprungfrequenz gebildet. Die Zahl der Sätze steht im Befund, die Pausen erscheinen in der Zeitleiste.

9. Tape-Berührung je Landung aus zwei Signalen: Geometrie und Verdeckung

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   HopLab prüft beim Sprungtest jede Landung auf Tape-Berührung. Widersprechen sich die beiden Signale, lautet das Ergebnis „unsicher“, und Sie sehen die Landung zuerst.

   Signal A misst geometrisch den Abstand der Sohlenkante zum Tape in Zentimetern auf dem Boden, Toleranz 1,5 cm. Signal B prüft, ob das Tape im Kontaktbild tatsächlich verdeckt ist, im Vergleich mit einem Referenzbild des freien Tapes aus 40 Bildern. Die beiden Signale sind verschiedene Belege, aber nicht unabhängig: Beide nutzen dieselbe Pose und dieselbe Bodenebene. Liegt die Sohle eindeutig daneben (mindestens 4 cm vom Tape entfernt) oder eindeutig darauf (mindestens 1 cm), entscheidet die Geometrie; dazwischen entscheidet Signal B, bei Widerspruch lautet das Ergebnis „unsicher“. Geprüft werden drei Bilder je Landung: Erstkontakt, tiefster Punkt, Toe-off. Jede Landung erhält genau eine Klasse mit Konfidenz; als Berührung zählen „Tape berührt“ und „im Quadrat“, „unsicher“ zählt nicht mit.

10. Nur die Sohle zählt: Schuhumriss pixelgenau

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    HopLab bestimmt den Umriss des Schuhs und misst nur an der Linie, mit der er den Boden berührt. So erzeugen Schaft und Spann keine Scheinberührungen.

    Segmentierung mit SAM 2 (Meta, Apache-2.0) auf einem Ausschnitt um den Fuß, angestoßen mit Punkten aus den Fuß-Körperpunkten. Als Sohlenkante gelten nur die untersten 22 % der Maske; Punkte, die mehr als 24 cm (etwa eine Schuhlänge) hinter dem vordersten Sohlenpunkt landen, gehören zur Schuhflanke und werden verworfen. Fehlt das Segmentierungsmodell, rechnet HopLab mit einem gröberen Fußpolygon weiter und vermerkt das im Befund und an jeder betroffenen Landung.

11. Schatten und glänzender Hallenboden lösen keinen Alarm aus

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    Schatten des Fußes und Spiegelungen auf glänzendem Boden werden nicht als Berührung gewertet.

    Signal B vergleicht die lokale Struktur des Tapes, nicht nur seine Helligkeit: Ein Schatten lässt die Struktur bestehen, ein Schuh löscht sie. Mit diesem Vergleich sanken die Fehlalarme bei Landungen neben dem Tape von 0,49–1,00 auf 0,00–0,06, echte Berührungen lagen weiter bei 0,13–0,57. Auf spiegelndem Boden sucht HopLab die Grenze zum Spiegelbild und schneidet die Schuhmaske dort ab; bei jeder Landung ist vermerkt, ob das nötig war. Verglichen wird in einer entzerrten Draufsicht, damit das Referenzbild auch bei bewegter Kamera gilt.

12. Front- und Seitenvideo automatisch zeitlich zuordnen

    Verfügbar

    Die beiden Kameras müssen nicht gleichzeitig starten: HopLab gleicht die Videos über die Hüftbewegung ab. Ist das nicht eindeutig, bleiben die Seitenwerte leer.

    Die senkrechte Hüftbewegung wird in beiden Videos maßstabsfrei gebildet und per Kreuzkorrelation ausgerichtet. Weil Hüpfen periodisch ist, prüft HopLab auch das zweitbeste Maximum: Ist eine um ganze Sprünge verschobene Lösung fast gleich gut, ist die Korrelation kleiner als 0,45 oder überlappen die Aufnahmen weniger als 2 s, gilt die Zuordnung als nicht bestimmbar. Im Test lieferte eine naive Suche bei 1,9 s Versatz −0,6 s, also drei Sprünge daneben; dieser Fall wird erkannt. Ob von links oder rechts gefilmt wurde, bestimmt HopLab aus der Stellung von Zehen und Ferse. Geprüft an konstruierten Signalen, nicht an einer echten Seitenaufnahme.

13. Wiederholungen der Kniebeuge erkennen

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    Bei der Kniebeuge erkennt HopLab jede Wiederholung mit Beginn, tiefstem Punkt und Ende, ohne Bodenmarkierung. Unvollständige Bewegungen zählen nicht mit.

    Signal ist die Höhe der Hüfte über dem Sprunggelenk des Standbeins, bewusst nicht die Hüftmitte, damit ein Beckenabsinken die Tiefe nicht verfälscht. Bezug ist die Standhöhe. Eine Wiederholung zählt ab 5 % Absenkung (etwa 35° Knieflexion) und 0,6 s Dauer. Beginnt oder endet das Video mitten in einer Bewegung, weist HopLab darauf hin; ändert sich die Standhöhe um mehr als 5 %, warnt es vor einem veränderten Kameraabstand. Bisher nur an künstlich erzeugten Bewegungen geprüft.

14. Distanzsprung: Absprung, Landung, tiefster Punkt und Sprungbein

    Verfügbar

    Aus der Rückansicht findet HopLab jeden Sprung einer Folge mit Absprung, Erstkontakt und tiefstem Punkt, erkennt die gehaltene Endlandung und bestimmt das Sprungbein selbst.

    Grundlage ist der Stillstand des Fußes im Bild bei ruhender Kamera: Landung ist das erste Bild an der Aufsetzstelle, Absprung das letzte Bild, bevor sich der ganze Fuß hebt. Ein Flug zählt als Sprung, wenn der Fuß danach weiter von der Kamera entfernt aufsetzt; wer stehen bleibt, hat die Endlandung erreicht. Der tiefste Punkt ist die tiefste Beckenlage kurz nach der Landung, in den Prüfaufnahmen 133–233 ms danach; er steht für die größte Beugung, die von hinten nicht direkt sichtbar ist. Alle Längen sind je Bild auf die Beinlänge bezogen, weil die Person beim Wegspringen auf rund ein Drittel ihrer Bildgröße schrumpft. Weicht Ihre Angabe vom erkannten Sprungbein ab, wird das erkannte ausgewertet und die Abweichung gemeldet.

15. Laufen von der Seite: Erstkontakt und Toe-off beider Füße

    Verfügbar

    HopLab erkennt jeden Bodenkontakt beider Füße auf dem Laufband ohne Markierung am Band und ordnet ihm Erstkontakt, größte Kniebeugung, Toe-off und die größte Hüftbeugung im folgenden Schwung zu.

    Erstkontakt: Ferse oder Zehen auf Bodenhöhe, und der Fuß bewegt sich zum nächsten Bild mit dem Band nach hinten; Toe-off: letztes Bild mit der Großzehe auf dem Band. Die Bodenhöhe wird je Fußpunkt gleitend geschätzt, Höhen sind Anteile der Beinlänge. Vertauschte Beine korrigiert HopLab über die Stetigkeit der Bahnen. Unsicher wird ein Schritt bei unsicheren Fußpunkten, Erstkontakt ohne Bandbewegung, unplausibler Kontaktzeit oder stark abweichender Schrittzeit; solche Schritte stehen in der Durchsicht oben. Kontakte am Rand der Aufnahme zählen nicht.

16. Laufen von hinten: Standphasen und Standbein

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    Von hinten erkennt HopLab jede Standphase mit Erstkontakt, Mittelstand, größtem Beckenabsinken und Toe-off und bestimmt das Standbein, im Wechsel links und rechts.

    Mittelstand ist der tiefste Beckenpunkt je Schritt, nachdem die langsame Wanderung auf dem Band herausgerechnet ist; Standbein ist die tiefere Ferse. Erstkontakt ist die Umkehr der Vorfußbewegung im Bild, erst von der Kamera weg, dann mit dem Band zur Kamera; Toe-off ist der tiefste Fußpunkt vor dem Abheben. Von hinten ist die Lücke zwischen Sohle und Band nicht zu sehen, die Kontaktzeit fällt deshalb eher zu lang aus.

17. SIPS-Marker automatisch finden und verfolgen

    Verfügbar

    Bei der Laufanalyse von hinten findet HopLab die beiden hellen Marker über den SIPS in jedem Bild selbst, auf Bruchteile eines Pixels genau, und verfolgt sie über die ganze Aufnahme.

    Gesucht wird zwischen den Hüftpunkten, zur Schulter hin verlängert, auf der Helligkeit des Bildes; größere helle Flächen wie ein weißes Oberteil fallen heraus. Ein Paar muss nach Abstand, Neigung und Lage zu den Hüftpunkten passen, Ausreißer werden verworfen, Lücken bis 3 Bilder überbrückt. Fehlen die Marker länger, dient die Linie der Hüftpunkte als gekennzeichneter Ersatz mit höchstens halber Konfidenz. In beiden Prüfaufnahmen wurden die Marker in jedem Bild gefunden. Im Overlay sehen Sie die Markerlinie mit Waagerechter und Mittellinie.