Для того, чтобы понять базовые принципы работы с системами электронного хронометража, мне, как начинающему судье по легкой атлетике потребовалось несколько месяцев. Я работаю судьей фотофиниша около двух лет. За это время я успел поработать на Чемпионатах и Первенствах УрФО, двух летних первенствах России, и большом количестве соревнований областного и городского уровня.
Почти на каждых соревнованиях я сталкивался с негативным отношением к системе электронных измерений. Негатив исходил не только от тренеров, но также от спортсменов, иногда даже от зрителей. Несколько раз я сталкивался с тотальным непониманием и непринятием официальных результатов, несмотря на наглядные доказательства правильной работы системы.
Я не понимал, почему многие высококвалифицированные специалисты легкой атлетики, отлично знающие специфику этого вида спорта, не понимают элементарных основ и правил работы судей фотофиниша. Однако, по прошествии определенного времени, пришел к выводу, что такое негативное отношение связано, в основном с отсутствием простой для понимания информации о базовых принципах работы электронного хронометража.
Конечно, в интернете достаточно просто найти правила соревнований по легкой атлетике и техническую информацию, в том числе на русском языке. Но в отличии от основных правил конкретных видов, которые обязаны изучать тренеры и спортсмены, правила работы автоматизированных систем, на мой взгляд, имеют ряд особенностей, которые в простом разговоре объяснить «на пальцах» достаточно сложно.
Именно поэтому у меня возникла идея опубликовать данную статью, предварительно отдав ее на проверку и рецензирование высококвалифицированным судьям, имеющими огромный опыт и знания в данной сфере (которые будут указаны в описании).
Для того чтобы дать вам более полное представление о работе фотофиниша, предлагаю ознакомиться с его краткой историей.
История фотофиниша
Первые данные о фотофиксации спортивных соревнований для более достоверного определения победителя относятся к концу 19 века и связаны с конным спортом. В 1878 году один из пионеров кинематографа Эдвард Мейбридж создал средство для фотографирования лошади в движении, поместив тонкие провода поперек конной дорожки, которые крепилась к серии установленных камер. Когда провод рвался, камеры делали серию снимков. Из этих собранных по порядку снимков получился короткометражный фильм «Салли Гарднер в «Галопе», или «Лошадь в движении». Scientific American представила некоторые кадры из фильма на обложке своего номера от 19 октября 1878 года.
Короткометражный фильм «Салли Гарднер в «галопе» 1878 г
В 1882 году в журнале «Nature» было опубликовал письмо Мейбриджа, в котором он писал:
«Я рискну предсказать, что в ближайшем будущем ни одна гонка не будет предпринята без помощи фотографии, чтобы определить победителя»
ссылаясь на то, что раньше происходило большое количество финальных заездов, в которых судьи визуально не могли выявить чемпиона.
Олимпиада 1912 года, проходившая в Стокгольме, стала первой на которой был применена фотофиксация результатов. Ее использовали в мужском забеге на 1500 метров.
Сходный с современным, щелевой метод фотофиксации впервые опробовали уже в 1926-м году. В начале 1930-х, с появлением высокоскоростной кинокамеры, изобретённой Густавусом Т. Кирби происходит революция в совмещении фотофиниша и автохронометража. Теперь старт времени стал напрямую связан с выстрелом стартового пистолета.
На каждой следующей Олимпиаде в систему фотофиксации спортивных результатов вводились различные нововведения, улучшались характеристики, скорость и точность работы. Однако каждая из работающих систем была разработана независимо, под конкретное соревнование. В 1950-е годы за изготовлением профессиональных систем активно занимались конкурирующие компании: «Omega» и «Longines».
Несмотря на серьезные успехи в развитии электронного хронометража, первыми Олимпийскими играми в истории, на которых автохронометраж был признан официальным, стали игры в Мехико 1968 года. В этом видео показан момент обработки данных фотофиниша на этих играх (фрагмент с 7:17 минуты):
С появлением персональных компьютеров, в начале 90-х годов стал возможен отказ от использования пленки, которая имела свойство рано или поздно заканчиваться, иногда рвалась или заминалась, а процесс её проявки был трудозатратным, в условиях, чаще всего далеких от лабораторных.
Впоследствии системы фотофиниша обзавелись автоматизированными системами фальстарта, транспондерными системами (для шоссейных, массовых забегов), научились снимать на скорости до 20000 кадров в секунду (такая частота используется в основном для автоспорта) и многими другими технологическими разработками, которые на сегодняшний день являются неотъемлемой частью многих спортивных событий высокого уровня.
Фотофиниш в России
В настоящее время в России, в основном, используют автоматизированные системы от производителей FinishLynx и Alge-Timing, реже можно встретить Omega и Seiko. Оборудование этих фирм проверено на соответствие мировым стандартам проведения легкоатлетических соревнований и обязательно имеют соответствующие сертификаты IAAF. Это позволяет использовать системы на соревнованиях самого высокого уровня.
Большую часть времени я работал на системе от Alge-Timing и несколько соревнований на более современной от FinishLynx. Новые версии отличаются удобством настройки, дополнительными функциями, возможностями подключать современные информационные панели и табло и т.д. Более современные системы работают без проводов, что дает возможность ускорить проведение соревнований. При этом системы всех сертифицированных производителей могут снимать с частотой в 1000 кадров/сек и выше, что отвечает стандартам в легкой атлетике.
В любой из официальных систем, использующихся в России и в мире установлены современные системы хронометража (отсчета времени), которые по своей точности в несколько раз превосходят самые точные секундомеры в мире. Даже если отбросить погрешность, которую неизбежно создаст любой профессиональный хронометрист, погрешность работы самого точного ручного секундомера не идет ни в какое сравнение с автоматизированными сертифицированными системами.
Версии автоматических систем предыдущих поколений, как правило, работают по проводной системе, при этом длина используемых кабелей не создает значимой погрешности. Даже если длина кабелей, соединяющих датчик стартера до основной системы составит 250 метров, то задержка запуска отсчета времени будет менее 1 микросекунды (0,000001). Это на 5 порядков меньше времени реакции спортсменов и на 2-3 порядка меньше разрешающей способности фотофиниша. Погрешность беспроводных систем показывает сходные данные.
Развитие автоматизированных систем за более чем столетнюю историю ушло далеко вперед настолько, что самым слабым местом во всей системе уже давно является человек. Именно от уровня подготовки, квалификации и честности судей фотофиниша зависит правильное и справедливое определение результатов спортсменов.
Конечно, случается, что техника дает сбои, и результаты приходится присваивать по данным хронометристов. В моей практике были случаи, связанные со сбоями в электропитании при отсутствии подключенных автономных батарей. Проливной дождь, начинавшийся во время забега на 5км заливал кабели, и оборудование отключалось. Но ни у меня, ни у квалифицированных судей, с которыми я общался, никогда не было ситуации, при которой сбой в системе приводил бы к улучшению времени спортсмена, благодаря чему он получал, например, разряд мастера спорта. Такие ситуации могут быть только лишь при недобросовестной работе судей фотофиниша.
Как тренеру или спортсмену узнать, что фотофиниш работает правильно?
Каждая система фотофиниша имеет техническую документацию, руководствуясь которой необходимо настраивать оборудование и возможно определить, правильно ли оно работает в данный момент. Во всей системе самым главным устройством, очевидно, является камера. Именно она фиксирует момент пробегания спортсмена через финишный створ, и отправляет результат на компьютер.
В отличии от обычной видео или фотокамеры, камера фотофиниша снимает только узкую вертикальную полоску, и делает это с огромной частотой, составляя ряд из очень узких картинок. Вот, например, обработанное изображение фотофиниша, после определения результатов:
А так выглядит один кадр этого же фотофиниша, снятый камерой, до конечной обработки (на самом деле каждый кадр намного тоньше, я его расширил для наглядности):
Сверхточный секундомер, связанный с камерой, синхронизирует каждую такую полоску, привязывая ее к времени. Выбирая конкретную полоску на экране, мы можем видеть, в какое время после выстрела она сделана. Вот наглядное видео того, как из таких полосок собирается картинка, по которой и определяются итоговые результаты спортсменов всех забегов (фрагмент с 24 секунды):
Для того, чтобы камера снимала то что нужно, судья фотофиниша должен настроить камеру так, чтобы она снимала эти полоски точно по линии финиша. Образно говоря нам нужно наложить линию съемки на белую линию финиша. Именно для этих целей на линии финиша размечены маленькие черные квадратики. Они позволяют соотнести линии и увидеть дорожки на экране монитора:
Камера будет выставлена правильно только тогда, когда линия съемки будет пересекать их все одновременно. По правилам IAAF размер каждого квадрата должна быть не более 2х5см (ширина х высота). Квадраты большего размера могут стать причиной погрешности в несколько тысячных и больше (в зависимости от размеров), что может повлиять на правильность результатов, что особенно важно в финальных забегах на короткие дистанции.
На моей практике были ситуации, когда после проведения финальных забегов, при оглашении результатов, приходили представители команд, и глядя на итоговое изображение заявляли о том, что «вы можете линию выставить и под таким углом, и под другим», «кто подтвердит, что здесь вертикальная линия?». Даже лист бумаги наискосок пытались прикладывать, пытаясь доказать свою правоту. А эти маленькие квадратики как раз и сделаны для того, чтобы невозможно было «наискосок».
Поэтому, если вы, приехав на соревнование где заявлен фотофиниш, заметили, что разметочные квадратики на финишной линии отсутствуют или не соответствуют требованиям, знайте, ни о каких точных данных фотофиниша речи быть не может!
Для того чтобы точно определить, что камера настроена верно, можно и нужно сделать это двумя способами. Первый – визуальная оценка изображения, получаемого после настройки. В старой версии от Alge-Timing правильно настроенные дорожки имеют зеленый оттенок, в новой версии и у других производителей фон может быть белого или зеленоватого цвета с четко различимыми черными границами дорожек.
Второй, и главный способ, который ОБЯЗАТЕЛЬНО должен применяться перед проведением КАЖДОГО соревнования – так называемый «тест ноль». С помощью этого теста судья может видеть, что время на изображении правильное, без каких-либо задержек.
Для проведения теста в створе финишной черты производят выстрел из стартового пистолета с подключенным к нему стартовым датчиком, фиксируя это камерой фотофиниша. После чего на экране компьютера устанавливают время по вспышке выстрела. Время появления вспышки на экране камеры должно быть нулевым до тысячных (0.000).
До недавнего времени правилами IAAF допускалась погрешность в 2 десятитысячных (0.0002). Согласно новым правилам 18-19, погрешность должна составлять не более одной (0.0001).
Другими словами, мы устраиваем своеобразный забег вспышке стартового пистолета, в котором место старта равно месту финиша. Поэтому правильно настроенная камера не может показать ничего другого кроме нулевого времени, в рамках допустимого отклонения. Со стороны это выглядит так – судья в кладет пистолет в районе центра линии финиша (как правило 4-5 дорожка) и, взаимодействуя с судьей, находящимся у компьютера, производит выстрел. На компьютере мы получаем примерно такое изображение (часто вместо вспышки, как на рисунке, видна просто яркая метка):
Были случаи, когда в процессе проведения теста подходили возмущенные тренеры и заявляли – «хватит баловаться, что вы делаете, дорожку портите!». Объяснение необходимости данного мероприятия, как правило, ни к чему не приводило - «идите в другом месте стреляйте!». К сожалению или к счастью, в другом месте это сделать невозможно.
На серьезных соревнованиях проведение данного теста обязательно в каждый день проведения соревнований, до начала каждой сессии. Каждый тест должен проводиться совместно с Рефери по беговым видам и Стартером. (правило 165.19). Если данный тест не проводился вообще, есть вероятность, что данные фотофиниша неверны.
Правила выставления результатов – понятие «корпус спортсмена»
Многие знают, что результат спортсмена определяется «по корпусу» однако не каждый спортсмен или тренер знает, как именно IAAF определяет эти границы. Для судей фотофиниша IAAF отдельно разработала методичку, в которой разъяснен принцип определения финиша спортсмена. Она находится в открытом доступе на сайте IAAF, но, к сожалению, только на английском языке.
В ней четко указано, что корпус заканчивается выступающим концом ключицы, а именно акромиальным отростком. Вот изображения из этой методички:
Акромиальный отросток у большинства спортсменов находится примерно на границе средней и наружной трети расстояния от шеи до пика плеча. И, если на картинке фотофиниша он не просматривается, то линию выставляют именно на этой границе. Также есть описание границы нижней части корпуса. Перевод звучит так:
«Хотя тазовая область анатомически является частью туловища, для согласованности в оценке фотофиниша более практично определить нижний конец туловища как горизонтальное поперечное сечение тела через линию бедра (произвольная линия, окружающая самую полную часть бедер, между животом и промежностью) – см. затененную область жилета на следующих изображениях»:
Отмечу, что в спринтерских забегах крайне редко приходится выставлять линию финиша по нижней части туловища, т.к. это почти всегда означает, что спортсмен к концу дистанции уже перестал бежать и речь не идет о его высоком результате. В бегах на длинные дистанции это бывает чаще, но почти всегда при отсутствии борьбы на финише. Поэтому самые частые разногласия относятся именно к определению границы между корпусом и плечом.
Стартовые колодки и система фальстарта
Система фальстарта – стартовые колодки с датчиками давления и системой оповещения, используются на дистанциях до 400м включительно, работают как часть системы фотофиниша. Самая стрессовая для неподготовленных спортсменов система. На соревнованиях городского и областного уровня, когда мы проводили предварительные тестирования перед первенствами России, некоторые спортсмены боялись даже разминаться на ней.
Все современные системы запрограммированы таким образом, чтобы не просигнализировать раньше времени, когда спортсмен готовится к старту. Данные о реакции спортсменов в каждом забеге автоматически распечатываются на специальном чеке, либо отправляются в систему. Поэтому при спорной ситуации можно вернуться к этим данным.
В разных версиях существуют как системы подключаемые к обычным колодкам, так и встроенные. Основная их задача – фиксирование реакции спортсмена быстрее, чем 0.1 сек. после выстрела стартового пистолета. То есть, если вы начали движение после выстрела, но раньше, чем через 0.1 сек., система оповестит о фальстарте. Такое время установлено по причине того, что организм человека не способен отреагировать быстрее. Соответственно, если реакция спортсмена меньше, то он принял решение бежать раньше, чем услышал выстрел.
Теперь немного о причинах такой задержки и об особенностях реакции человека.
Физиология реакции человека применительно к легкой атлетике
Время реакции - интервал времени от момента предъявления какого-либо раздражителя до ответной реакции организма. Делится на три фазы:
1) время прохождения нервных импульсов от рецептора до коры головного мозга.
2) время, необходимое для переработки нервных импульсов и организации ответной реакции в ЦНС.
3) время ответного действия организма.
Самое короткое время получается в ответ на слуховые раздражители, более продолжительное — на световые, и самое длинное — на обонятельные, вкусовые и температурные. Время реакции зависит также от функционального состояния человека, его установки, интенсивности раздражителя (закон силы), возраста, условий восприятия. Среднее время реакции человека на слуховой раздражитель 140-160 мс, на визуальный - 180-200 мс. Это связано с тем, что мозгу человека сложнее обработать визуальный сигнал, т.к. требуется произвести большее количество вычислений, чем звуковой.
Еще задолго до того, как я начал работать судьей, меня интересовало, почему для старта спортсменов используют именно звук стартового пистолета, почему бы не использовать какой-нибудь визуальный сигнал, который бы устанавливался на уровне глаз каждого спортсмена и дублировался для хронометристов. Это казалось логичным, так как всем известно, что скорость света быстрее скорости звука. Именно по причине особенностей нашей с вами физиологии в этом нет смысла. В этом видео есть наглядный эксперимент-объяснение (начало фрагмента с 19:07):
Все физиологические особенности реакции естественно относятся и к хронометристам, и тренерам, засекающих время спортсменов на соревнованиях. Существует огромное количество факторов, влияющих на время реакции хронометристов на соревнованиях, не говоря уже о заинтересованных тренерах. Вот некоторые из них:
- Возраст. Время реакции уменьшается, начиная с раннего детства вплоть до 30, затем медленно увеличивается до 50-60 лет, далее среднее время реакции увеличивается стремительно.
- Обычное и периферийное зрение. Изображение, воспринимаемое разными областями глаз, влияет на время реакции. Самое быстрое время реакции, когда человек смотрим прямо на раздражитель, в нашем случае на стартера. При периферийном зрении время реакции увеличивается.
- Усталость. Время реакции увеличивается, если человек утомлён. Психическая усталость заметно увеличивает время реакции, например в тех случаях когда хронометрист отработал в течении дня огромное количество забегов.
- Внешние раздражители. Любое отвлечение внимания - шум зрителей, разговоры судей, спортсменов - ухудшает время реакции. Если человека озадачить сложным вопросом во время соревнований, то после этого время его реакции увеличится. Очевидно, что разговор по мобильному телефону во время выполнения основной задачи хронометриста сильно замедлит время реакции.
- Заболевания. Небольшое воспаление верхних дыхательных путей, например, увеличивает время реакции. На время реакции влияют не только сами болезни, но и медикаменты, которые применяются во время лечения.
Примерный порядок, по которому мозг производит вычисления для ответной реакции:
Теперь мы подходим к самой обсуждаемой теме, связанной с фотофинишем.
«Мягкий фотофиниш» или «почему на одних соревнованиях разница секундомера с фотофинишем 0.45, а на других ее нет вообще?»
Главная проблема, связанная с плавающей разницей в результатах — слишком раннее нажатие кнопки секундомера хронометристом или тренером, когда спортсмен не добежал до финиша несколько метров. Она прибавляется к времени реакции, зависит от степени погрешности, которую допускает конкретный хронометрист и в сумме может вылиться в большую разницу с официальным временем.
Большое значение имеет местоположение судей и тренеров, относительно линии финиша, и то, как они определяют момент ее пересечения спортсменами.
Хочу поделиться с вами одним видео, которое наглядно показывает главную причину в разнице ручного и автоматического хронометража:
Примечательно, что видео снято в непосредственной близости от рабочего места, где мы анализируем результаты фотофиниша. Возвращаясь к началу статьи, повторюсь, что именно человеческий фактор является главной проблемой присвоения спортсменам неверных результатов. И «жесткий фотофиниш» здесь ни при чем.
На протяжении более чем столетней истории систем фотофиниша, профессиональные инженеры, ученые, мастера фотографии бились за то, чтобы результаты спортсменов были максимально точными. И благодаря ним сегодня в мире существует техническая возможность присваивать невероятно точные результаты, вплоть до 0.00005 сек, а общая средняя погрешность в работе даже старых систем составляет не более нескольких тысячных секунд за часы и дни работы, и строго прописана в технических характеристиках.
За все время исследований и разработок профессионалов, людей высокого интеллекта, никому из них, ни на одной системе в истории и в голову не пришло добавлять магическую функцию «мягкого фотофиниша». Это примерно то же самое, как если бы лучшие умы планеты сделали гоночный болид, шедевр автомобилестроения, с идеальной аэродинамикой, запредельной скоростью, а потом поставили на него дешевый спойлер, который сводит на нет все старания.
Я и мои коллеги слышали немало абсурдных историй связанных с формулировками «мягкий, жесткий фотофиниш», и еще ни один человек не смог внятно объяснить в чем их смысл. Ни в одной лицензированной системе автоматического хронометража ничего такого быть нет и не может, а любое другое оборудование не может считаться фотофинишем в принципе.
В случае, если фразу «у нас мягкий фотофиниш» вам говорит судья фотофиниша, или любой другой судья, ответственный за присвоение результатов, то знайте, перед вами человек, который либо совершенно не разбирается в вопросе электронного хронометража, либо вас просто пытаются обмануть, рассчитывая на отсутствие у вас знаний. И причин обмана может быть несколько, в зависимости от ситуации:
- Работа с фотофинишем «по руке». Такая функция есть во многих системах (правда сделана она для других целей). Теоретически судьи фотофиниша могут выставить камеру, настроить оборудование, но при этом включать секундомер вручную. В таком случае даже стартовый датчик к пистолету крепить не обязательно. Фактически это тот же ручной хронометраж, который пытаются выдать за фотофиниш.
- Несправедливое присвоение результатов. Когда «своим спортсменам» выставляют время лучше, чем они показали на самом деле, это можно выявить по изображению фотофиниша, когда линия результата выставлена не на границе корпуса, а перед ним.
- Отсутствие необходимых знаний для работы с фотофинишем. Ошибки в настройках камеры, например, когда камера выставлена не по разметочным квадратам границы финиша, а ближе или под углом. В этом случае соревнования будут проходить на дистанции не 100м ровно, а, допустим 99.7 метра для всех спортсменов, или с разницей от 1й до 8й дорожки, когда один будет бежать 99.7 метра, а другой 100.3 метра, в зависимости от того насколько велик угол отклонения при установке камеры по дорожкам. При этом корректно обязательный «тест-ноль» проведен быть не может, а изображение не будет соответствовать техническим требованиям камеры.
- Неверное выставление требуемой частоты кадров работы. Автоматизированные системы фотофиниша произведены с учетом того, чтобы их можно было использовать на различных соревнованиях, не только в легкой атлетике, поэтому в каждом из них есть функция частоты кадров. Согласно правилам IAAF для легкой атлетики она составляет 1/1000 кадрам, то есть на одну секунду камера должна снять одну тысячу кадров или больше. Если по невнимательности или лени, вместо данной частоты установить меньшую, например 1/100, то в спринтерских забегах при близком финише увидеть, кто именно пришел первым, будет нельзя. Картинку на экране увидеть можно, время присвоить будет можно, но данные будут гораздо менее точные, не соответствующие правилам проведения соревнований высокого уровня.
«Что делать, если я не уверен в правильности результата спортсмена?»
Достаточно сложно советовать, как поступить в случае, если у вас есть сомнения относительно справедливости выставления результатов.
Для тренера и представителя команды, как минимум возможны следующие вещи:
- Во-первых, если в соответствии с правилами, процедурой подачи протеста (а не пришли сами по себе и потребовали) вы получили доступ к просмотру картинки фотофиниша, и изучаете ее на предмет правильности выставления линии по корпусу, то, вам нужно заранее знать на какой дорожке бежал ваш спортсмен и соперники и не спрашивать у судьи «Кто это? А это?». Судьи фотофиниша, не всегда могут и должны знать (и это правильно!) кто именно бежал на определенной дорожке, «Василий или Петр», но знают что «Первым прибежала пятая дорожка, второй четвертая» и т.д.. Если сомневаетесь, то можете спросить, где начинается та или иная дорожка, это вполне нормально, и не всегда очевидно.
- Во-вторых, можете визуально убедиться в правильности выставления камеры по дорожкам (как я уже писал, в соответствии с документацией, зеленоватые, или белые дорожки, и темные линии).
Что касается настроек частоты кадров, ручного запуска, то с этим сложнее. Камера может быть выставлена верно, «тест-ноль» сделан, картинка пишется, а результаты все равно даются «по руке». В этих случаях сложнее будет верно развести близко финишировавших спринтеров, а результаты всех спортсменов будут лучше, чем на самом деле.
Самое главное, что нужно принять тот факт, что оборудование, которое используется на официальных соревнованиях, само по себе не может работать с погрешностями. Оно многие годы разрабатывалось и тестировалось на соревнованиях самого высокого уровня, включая многочисленные чемпионаты Мира и Олимпийские игры.
В целом, общие знания работы фотофиниша позволят вам понимать, о чем говорят судьи, куда смотреть в случае спорной ситуации, какие вопросы задавать. Возможно это заставит задуматься тех судей, которые относятся к своей работе халатно, и впоследствии они станут более ответственными.
Если вы и ваши спортсмены выступают на серьезных соревнованиях, планируют прогрессировать, и выступать на международном уровне, то знания базовых принципов работы судей, и систем автоматического хронометража вам просто необходимы.
Желаю вам успехов и улучшения спортивных результатов!
P.S - Классное видео с лучшими картинками фотофиниша: https://vimeo.com/279629483
