進(jìn)球是否有效？讓機器視覺(jué)來(lái)幫你做“裁判”

多年來(lái)，足球裁判一直依靠機器視覺(jué)系統來(lái)協(xié)助他們做出決定。門(mén)線(xiàn)技術(shù)和視頻助理裁判可以讓足球決策更加公平，但是運動(dòng)中的高速動(dòng)作以及不可預測性給系統帶來(lái)了許多挑戰。

什么是門(mén)線(xiàn)技術(shù)(GLT)和視頻助理裁判(VAR)

足球是否完全越過(guò)了球門(mén)線(xiàn)，能否算作有效進(jìn)球——這決定的不僅僅是一場(chǎng)比賽這么簡(jiǎn)單。有時(shí)，它也許會(huì )在未來(lái)數十年成為專(zhuān)家群體的討論話(huà)題和大眾茶余飯后的談資。那次決定了1966年世界杯賽果的"溫布利進(jìn)球"無(wú)疑就是最著(zhù)名的例子。   

多年來(lái)，裁判不僅能依靠自身的感官來(lái)做決定，在此基礎上，還可以依靠視覺(jué)輔助系統進(jìn)行準確評估。

門(mén)線(xiàn)技術(shù)標志著(zhù)視覺(jué)技術(shù)開(kāi)始走進(jìn)足球場(chǎng)

門(mén)線(xiàn)技術(shù)(GLT)系統可使用機器視覺(jué)來(lái)檢查球在球門(mén)線(xiàn)上或后面的位置，并向裁判發(fā)出判定信號。該系統由德國公司vieww于2013年推出，并于同年獲得了國際足聯(lián)(FIFA)認證。這個(gè)當時(shí)名為GoalControl的系統于次年在2014年巴西世界杯上投入使用。 

為棘手情況提供協(xié)助

如今，相機已經(jīng)不再局限于只在球門(mén)線(xiàn)上為裁判提供協(xié)助。vieww VAR（視頻助理裁判）系統，包括VOL（虛擬越位線(xiàn)）均已通過(guò)了FIFA認證，可為整場(chǎng)比賽采集詳細圖像，從而為裁判提供重要的決策輔助工具。例如在罰球員下場(chǎng)、可能的點(diǎn)球或越位等情況下，可大大減少足球比賽中出現錯誤裁決。  

自2022年以來(lái)，vieww GmbH公司及其運營(yíng)合作伙伴一直在為德國足球聯(lián)賽(DFL)配備各種裁判技術(shù)。

足球裁判輔助系統面臨的挑戰和需求

足球的重點(diǎn)在于速度和準確度。職業(yè)球員需要高速跑動(dòng)和踢球，但是越位和常規進(jìn)球的區別往往只有幾厘米或幾毫米之差。更重要的是，體育場(chǎng)內數以萬(wàn)計的球迷，還有數百萬(wàn)坐在電視前收看的觀(guān)眾，都不希望看到裁判長(cháng)時(shí)間未做出裁決的情況。不言而喻，裁判不僅應該迅速做出裁決，而且裁決結果還應該正確無(wú)誤。  

因此，市場(chǎng)和用戶(hù)要求使用輔助系統，以高精度和可靠性支持裁判的決策，并快速提供結果。對于VAR系統來(lái)說(shuō)，重要的是能夠實(shí)時(shí)準確地捕捉和分析球場(chǎng)上出現的各種情形。

門(mén)線(xiàn)技術(shù)(GLT)和視頻助理裁判(VAR)技術(shù)解決方案

在足球場(chǎng)上，門(mén)線(xiàn)技術(shù)的配置由14臺相機組成，每秒可采集200幀(fps)圖像。因此，最新的vieww GLT系統提供了高水平的球體跟蹤精度，以符合準確足球裁決的要求。國際足聯(lián)嚴格把控該系統的可靠性，并且每年均會(huì )在各個(gè)足球場(chǎng)上對設備進(jìn)行測試和認證。

包括：Basler ace 2相機

Basler ace 2彩色相機來(lái)自Basic系列，配備強大的計算機視覺(jué)功能包，借助pylon軟件可實(shí)現輕松集成。此外，還可以使用各種Basler固定焦距鏡頭進(jìn)行圖像采集。Basler ace 2相機是系統的核心，內置于特殊外殼中，與具備功能強大的顯卡和散熱或通風(fēng)系統的微型計算機配合使用。 

對技術(shù)的要求不斷增加

球賽中存在各種高速動(dòng)作，因此高幀速率是必不可少的要求，但成像質(zhì)量也是一個(gè)重要因素。傳輸到廣播公司的圖像需要具備高質(zhì)量，以確保清晰可靠地展現賽場(chǎng)情況，預計未來(lái)廣播公司對成像質(zhì)量的要求還將繼續提高。因此，系統必須能夠根據圖像清晰度、對比度、色彩重現等要求調整圖像，保證出色的傳輸效果。

相機系統會(huì )根據體育場(chǎng)各自的建筑設計特點(diǎn)進(jìn)行固定式安裝。這需要事先進(jìn)行高精度的測量，并考慮相機角度、視場(chǎng)覆蓋范圍以及光線(xiàn)和天氣影響。但是完成校準后，就可以遠程操作系統，為體育場(chǎng)、聯(lián)賽和聯(lián)盟節省大量成本。 

成像出色，裁決公正

在門(mén)線(xiàn)技術(shù)(GLT)的基礎上，vieww公司還為視頻助理裁判(VAR)系統提供GLT相機的圖像。為此，vieww公司將SDI信號轉換為高質(zhì)量的JPEG圖像。每張圖像都是像照片一樣單獨采集的，避免丟失細節。由于ace 2相機以200fps的速度錄制，而非采用電視廣播常見(jiàn)的50fps，因此裁判能掌握有關(guān)賽況的更多圖像。同時(shí)，vieww公司開(kāi)發(fā)的智能服務(wù)器/客戶(hù)端設計不需要高數據傳輸率，因此該系統可提供極快的響應時(shí)間。

精確到微秒級的相機同步技術(shù)可以有效地處理圖像，并將其傳輸到服務(wù)器，從而為實(shí)時(shí)球體跟蹤、電視轉播和比賽數據提供相關(guān)數據。如今裁判的手表可準確顯示是否判定進(jìn)球，傳輸時(shí)間不到一秒鐘——圍繞球是否過(guò)線(xiàn)而進(jìn)行數十年的爭論終于成為了歷史。