進球是否有效？讓機器視覺來幫你做“裁判”

多年來，足球裁判一直依靠機器視覺系統(tǒng)來協(xié)助他們做出決定。門線技術(shù)和視頻助理裁判可以讓足球決策更加公平，但是運動中的高速動作以及不可預(yù)測性給系統(tǒng)帶來了許多挑戰(zhàn)。

什么是門線技術(shù)(GLT)和視頻助理裁判(VAR)

足球是否完全越過了球門線，能否算作有效進球——這決定的不僅僅是一場比賽這么簡單。有時，它也許會在未來數(shù)十年成為專家群體的討論話題和大眾茶余飯后的談資。那次決定了1966年世界杯賽果的"溫布利進球"無疑就是最著名的例子。   

多年來，裁判不僅能依靠自身的感官來做決定，在此基礎(chǔ)上，還可以依靠視覺輔助系統(tǒng)進行準(zhǔn)確評估。

門線技術(shù)標(biāo)志著視覺技術(shù)開始走進足球場

門線技術(shù)(GLT)系統(tǒng)可使用機器視覺來檢查球在球門線上或后面的位置，并向裁判發(fā)出判定信號。該系統(tǒng)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。這個當(dāng)時名為GoalControl的系統(tǒng)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線上為裁判提供協(xié)助。vieww VAR（視頻助理裁判）系統(tǒng)，包括VOL（虛擬越位線）均已通過了FIFA認證，可為整場比賽采集詳細圖像，從而為裁判提供重要的決策輔助工具。例如在罰球員下場、可能的點球或越位等情況下，可大大減少足球比賽中出現(xiàn)錯誤裁決。  

自2022年以來，vieww GmbH公司及其運營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(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)和需求

足球的重點在于速度和準(zhǔn)確度。職業(yè)球員需要高速跑動和踢球，但是越位和常規(guī)進球的區(qū)別往往只有幾厘米或幾毫米之差。更重要的是，體育場內(nèi)數(shù)以萬計的球迷，還有數(shù)百萬坐在電視前收看的觀眾，都不希望看到裁判長時間未做出裁決的情況。不言而喻，裁判不僅應(yīng)該迅速做出裁決，而且裁決結(jié)果還應(yīng)該正確無誤。  

因此，市場和用戶要求使用輔助系統(tǒng)，以高精度和可靠性支持裁判的決策，并快速提供結(jié)果。對于VAR系統(tǒng)來說，重要的是能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地捕捉和分析球場上出現(xiàn)的各種情形。

門線技術(shù)(GLT)和視頻助理裁判(VAR)技術(shù)解決方案

在足球場上，門線技術(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(tǒng)提供了高水平的球體跟蹤精度，以符合準(zhǔn)確足球裁決的要求。國際足聯(lián)嚴(yán)格把控該系統(tǒng)的可靠性，并且每年均會在各個足球場上對設(shè)備進行測試和認證。

包括：Basler ace 2相機

Basler ace 2彩色相機來自Basic系列，配備強大的計算機視覺功能包，借助pylon軟件可實現(xiàn)輕松集成。此外，還可以使用各種Basler固定焦距鏡頭進行圖像采集。Basler ace 2相機是系統(tǒng)的核心，內(nèi)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(tǒng)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)量也是一個重要因素。傳輸?shù)綇V播公司的圖像需要具備高質(zhì)量，以確保清晰可靠地展現(xiàn)賽場情況，預(yù)計未來廣播公司對成像質(zhì)量的要求還將繼續(xù)提高。因此，系統(tǒng)必須能夠根據(jù)圖像清晰度、對比度、色彩重現(xiàn)等要求調(diào)整圖像，保證出色的傳輸效果。

相機系統(tǒng)會根據(jù)體育場各自的建筑設(shè)計特點進行固定式安裝。這需要事先進行高精度的測量，并考慮相機角度、視場覆蓋范圍以及光線和天氣影響。但是完成校準(zhǔn)后，就可以遠程操作系統(tǒng)，為體育場、聯(lián)賽和聯(lián)盟節(jié)省大量成本。 

成像出色，裁決公正

在門線技術(shù)(GLT)的基礎(chǔ)上，vieww公司還為視頻助理裁判(VAR)系統(tǒng)提供GLT相機的圖像。為此，vieww公司將SDI信號轉(zhuǎn)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(jié)。由于ace 2相機以200fps的速度錄制，而非采用電視廣播常見的50fps，因此裁判能掌握有關(guān)賽況的更多圖像。同時，vieww公司開發(fā)的智能服務(wù)器/客戶端設(shè)計不需要高數(shù)據(jù)傳輸率，因此該系統(tǒng)可提供極快的響應(yīng)時間。

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?shù)椒?wù)器，從而為實時球體跟蹤、電視轉(zhuǎn)播和比賽數(shù)據(jù)提供相關(guān)數(shù)據(jù)。如今裁判的手表可準(zhǔn)確顯示是否判定進球，傳輸時間不到一秒鐘——圍繞球是否過線而進行數(shù)十年的爭論終于成為了歷史。