Punteggio elettronico per l'arco: Danielescu 2021

Il lavoro descrive un prototipo di punteggio elettronico con due telecamere montate su un telaio attorno al battifreccia, una in alto e una di lato, a circa 18 cm dal bordo del bersaglio e 10 cm davanti. Il programma, scritto in C++ con la libreria OpenCV, trova il bersaglio e i suoi anelli nelle immagini, individua la freccia confrontando la foto prima e dopo il tiro e assegna il valore dell'anello più interno toccato, come prevede il regolamento quando una freccia tocca la riga.

Su 16 frecce la telecamera superiore ha dato il valore corretto a 14 (87,5%), quella laterale a 11 (68,75%); prendendo per ogni freccia il valore più alto dei due, il risultato complessivo resta 14 su 16. L'autrice attribuisce gli errori alla cattiva calibrazione della telecamera laterale e stima che correggendola si arriverebbe almeno al 93,75%. Per confronto riporta, da una email del presidente del comitato giudici e regolamenti di USA Archery, che in una gara i giudici vengono chiamati su circa 30 frecce su 18.000, e ne ricava un errore umano massimo dello 0,17%.

La procedura ha più passaggi. All'inizio si calibrano le telecamere, si fotografa il bersaglio vuoto e l'utente clicca sul centro di ogni bersaglio. Il programma trova i bordi degli anelli con l'algoritmo di Canny, li approssima con ellissi e costruisce una maschera che esclude tutto ciò che sta fuori dal bersaglio; un filtro bilaterale e operazioni di erosione e dilatazione tolgono una parte del rumore. Dopo ogni freccia l'utente preme un pulsante, il programma sottrae l'immagine precedente da quella nuova, isola l'asta con un elemento strutturante verticale e cerca il punto della freccia più vicino al centro. Poi applica le maschere degli anelli dalla più grande alla più piccola: l'ultimo anello che contiene il punto dà il valore.

Il sistema presuppone un bersaglio a fondo bianco, anelli distinguibili per colore o per bordo e una X al centro. Il lavoro è stato fatto nell'estate del 2007, durante uno stage di ricerca alla Iowa State University, ed è stato caricato su arXiv nel 2021.

La prova è minima: 16 frecce, un solo bersaglio di una sola misura, una sola sessione, senza indicazioni su distanza, luce o su quante frecce cadessero vicino alle righe, che sono i casi difficili. Il confronto con i giudici non regge: lo 0,17% non è un errore misurato, ma la quota di frecce su cui il giudice viene chiamato, e in gara il punteggio lo leggono gli arcieri al bersaglio, con il giudice che interviene solo sulle frecce dubbie.

L'autrice stessa elenca i problemi: le telecamere mettevano a fuoco male, la luce variabile confondeva gli anelli e l'algoritmo dei bordi lasciava incompleti proprio gli anelli interni, quelli che valgono di più. Le telecamere vedono il bersaglio di sbieco, come un'ellisse, e la trasformazione per riportarlo a un cerchio è solo progettata. Il testo non è passato da una revisione tra pari e va letto come una prova di fattibilità di quasi vent'anni fa.

Per chi tira oggi lo studio ha soprattutto un valore storico. Mostra perché il punteggio automatico con le telecamere è difficile: le frecce sulle righe, la luce che cambia nel corso della giornata, i bersagli visti di sbieco e gli anelli centrali piccoli sono gli stessi problemi che un sistema deve risolvere per essere accettato in gara. Con un'accuratezza dell'87,5% il prototipo sbagliava due frecce su sedici, e l'autrice stessa conclude che servono modifiche per avvicinarsi alla precisione di un giudice.

Per chi pensa di usare una telecamera o un'app per registrare i propri tiri in allenamento, il lavoro indica che la qualità della telecamera e della calibrazione conta almeno quanto il programma: nel prototipo gli errori venivano da lì, e gli anelli interni, i più piccoli, erano i più difficili da riconoscere.