Hareketli kamera kurulumlarının makine görüntüleme yöntemleri kullanılarak biyomekanik analizlere entegre edilmesi

Abstract

Hareket halindeki objelerde meydana gelen fiziksel değişimleri kuvvetlerden bağımsız olarak incelemeyi hedefleyen kinematik ölçüm ve analiz yöntemleri, biyolojik sistemlerin mekanik prensipler ile incelendiği biyomekanik bilim dalının önemli bir parçasını oluşturur. 1800’lerin sonundan bu yana sporda teknik ve taktik analizlerin yapılabilmesi için elzem olan kinematik analizlerin yapılmasında kullanılan en yaygın yöntem görüntü tabanlı analizdir. Bu analiz yönteminde sporcuların sergilemiş olduğu performanslar fotoğraf ya da fotoğraflar dizisi olan video ile kayıt altına alınır ve bu alanda özelleşmiş yöntemler kullanılarak 2-boyutlu ya da 3-boyutlu koordinat sistemlerinde kullanmak üzere analiz edilir. Ölçümlerden elde edilen verilerin analizinde yer alan formüllerin kompleks yapısı ve çokluğu bu analizlerde bilgisayar yazılımlarının kullanılmasını neredeyse zorunlu kılmıştır. Teknolojideki gelişim ve bilgi birikiminin artması ile bu yazılımlar geliştirilerek günümüzde spora özgü kinematik analizlerin yapılmasında birçok kolaylık sağlayabilir hale gelmiştir. Geliştirilme sürecindeki ortak ihtiyaçlar ve akımlar bu yazılımların benzer özelliklerle donatılmasına neden olmuştur. Kamera sayısı, yerleşimi ve kullanılan kalibrasyon teknikleri gibi faktörlere bağlı olarak yüksek doğrulukla sonuç verebilen bu yazılımların en büyük dezavantajı sabit kamera kurulumları ile uyumlu olmasıdır. Bu durum kameraların görüş açısının sınırlı olması nedeniyle uzun mesafelerde sergilenen koşu, yüzme gibi sporlarda performansların tümünün kayıt altına alınmasını oldukça zorlaştırmakta ve maliyetli hale getirmektedir. Performansın parça parça incelenmesi ise gerek araştırmacılara gerekse alandaki ilgili kişilere (sporcular, antrenörler vb.) istenilen nitelikte bilgi sağlayamamaktadır. Bunun yanında, özellikle endüstri alanında kullanılan bazı yazılımlar incelendiğinde, bu yazılımların spor biyomekaniğinde kullanılabileceği öngörülmektedir. Gelişimlerini spor alanında kullanılanlardan farklı kulvarda sürdüren bu yazılımlar, ürünlerin istenilen standartlarda üretilip üretilmediğini ve üretim sürecinin işleyişinin doğruluğunu kontrol etmek gibi çok önemli görevleri üstlenmektedir. Benzer görevleri farklı koşullar altında yerine getirebilmek amacıyla geliştirildiğinden, bu yazılımlar spor biyomekaniğinde hali hazırda kullanılan yazılımlara göre dışarıdan müdahalelere oldukça elverişlidir. Örneğin, kullanıcı hareketli bir objeyi sadece belli bir bölgede takip etmek isterse bu programlar vasıtasıyla resim üzerinde bir ilgi alanı oluşturarak objenin sadece o bölge içerisindeki hareketlerini inceleyebilir. Bu özellik spor alanındaki ölçümlerde hareketli bir kalça ekleminin istenilen alanda hareket edip etmediğinin araştırılması gibi durumlarda kullanılabilir ve analiz sonucunda kalça ekleminin belirlenen limitlerin dışında hareket ettiği tespit edilirse hareketin düzeltilmesi için gerekli teknik antrenmanların ya da rehabilitasyon çalışmaların hazırlanmasına olanak tanıyabilir. Bu programların çeşitli müdahaleler ile kinematik analizlerde kullanılmasının getireceği bir diğer önemli avantaj ise hareketli kamera kurulumlarının görüntü tabanlı ölçümlerde kullanılabilir hale gelecek olmasıdır. Bu vasıta ile sabit kameraların sahip olduğu ölçüm alanı sınırlarının çok üzerine çıkılarak sporcuların uzun mesafede sergiledikleri performansların tümü iş yükü ve maliyet açısından ekonomik ve bilimsel açıdan doğru bir şekilde analiz edilebilir hale gelecektir. Bu projede yukarıda belirtilen verilen bilgiler ve dayanaklar neticesinde, öncelikle genellikle endüstride ürün standartlarını kontrol amacıyla kullanılan National Instruments firmasının geliştirmiş olduğu Vision Builder for Automated Inspection yazılımı kullanılarak yeni bir protkol oluşturulmuştur. Daha sonra önceki dönem BAP Koordinatörlüğü desteği ile edinilmiş yüksek hızlı kameralar bu projede tasarlanmış hareketli kamera taşıyıcı sistem ile birleştirilerek kinematik analizler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar Ulusal Biyomekanik Kongresi’nde (2016) “İki Boyutlu Kinematik Analizlerde Hareketli Kamera Kullanımı ve Yöntemin Hassasiyetinin İncelenmesi” başlığı ile sözel sunum yoluyla paylaşılmış ve “Accuracy of a Moving Camera System in 2-Dimensional Motion Analysis: A Swimming Study” isimli makale hazırlanarak Science Citation Index – Expanded indekslenen bir dergiye gönderilmiştir. Makale halen değerlendirilme sürecinde olup önümüzdeki günlerde dergi editöründen geri bildirim beklenmektedir.