卡塔尔世界杯上最令人关注的高科技,当属首次在世界杯上出现的“半自动越位识别系统”(SAOT)。越位判罚一直是足球比赛中的难点,场上的裁判很难用眼睛准确判断出是否越位,引发了很多争议。但这套SAOT系统利用现代技术手段,以前所未有的准确度判罚越位,还能给出动画作为依据,让人无话可说。

半自动越位识别系统

SAOT系统“主宰”世界杯

本届世界杯揭幕战开始后3分钟,厄瓜多尔队就率先头球破门,但很快就被SAOT系统判为越位。而在阿根廷爆出大冷门、1:2输给沙特的比赛,半自动越位识别系统更是发威,一口气吹掉了阿根廷3粒进球,其中就包括巨星梅西的。

阿根廷3次进球被判越位

凭心而论,如果没有半自动越位识别系统的话,有些越位进球其实可判可不判,因为差别仅在毫厘之间,有可能只是半个身位或一只脚过了越位线。传统裁判靠人力很难在第一时间判断出来,而且为了鼓励进攻,这些情况经常就被裁判忽略了。

梅西也有进球被吹掉

特别是一些实力比较强的球队,打得就是快速进攻,就是要在对方还没反应过来时突破后卫线,所以经常会出现“轻微”的越位现象,裁判对这种事情也是睁一只眼闭一只眼。

厄瓜多尔球员越位仅一条腿

但在铁面无私的计算机AI面前,再微小的越位动作也难逃法眼。半自动越位识别系统是如何做到精确捕捉越位瞬间的呢?可不是只装几个摄像头就能完事的,里面的科技含量还真是相当高。

越位识别原理:足球内部大有乾坤

要想知道一个球是否越位,首先得掌握足球在哪里。在世界杯的赛场顶部,安装了12个跟踪摄像头,用来监控球员和足球的动向。但如果你以为越位识别系统是通过摄像头来寻找足球的话,那可就大错特错了。因为球的运动速度很快,还很容易被球员身体挡住,仅凭光学摄像头不能百分之百保证准确,这就要在足球本身上做文章。

卡塔尔世界杯比赛用球:逐梦之旅

往届世界杯的比赛用球都是力求漂亮美观,同时还要飞得快。而卡塔尔世界杯用的足球“逐梦之旅”不仅飞得最快,还特别有“内涵”。在这只足球的内部,装有一个惯性测量单元IMU,它由陀螺仪和加速度计组成。

陀螺仪可以测量足球的运动角速度,加速度计能检测足球运动的加速度,二者结合就能分析出足球的运动状态。IMU以每秒500次的频率向外发送运动数据,从而使系统能够精确的判断出球的运动情况和位置。

足球内部大有乾坤

惯性测量单元:与洲际导弹技术有关

这套装置的原理其实和导弹制导系统颇有些相似。例如洲际导弹采用的制导系统,大都以惯性制导为主,它的优点就是可以不依赖任何外部通信,因此抗干扰能力极强。美国的“和平卫士”MX洲际导弹,使用了具有极高精度的机械陀螺仪,在11000公里射程上可实现90米左右的误差,令人咋舌。

洲际导弹用的陀螺仪

但是惯性制导也有一大缺点:加速度计和陀螺仪总有误差,而且误差会随着时间而积累,并且越来越大。所以现代洲际导弹都不会只采用惯导这一种方式,而是多种制导方式相结合,比如GPS定位和星光制导等等,可以用来修正惯导的误差。

足球里使用的惯性测量单元当然不可能达到洲际导弹那样的精度,在长时间的比赛中肯定也会积累起可观的误差,因此必须进行修正。笔者推测球场上那12个摄像头就可以做这个工作,它们通过拍摄可以不断获得足球在某一时刻的位置,再与惯性装置相结合,就能够获得足球的实时精确位置。

足球内部的惯性测量单元

但是光知道这些还不够,还得了解球员什么时候碰到了球。“逐梦之旅”足球还使用了CTR-CORE 技术,包括一个中央芯片,能够感知每个球员的触碰,从而捕捉到球员出脚传球的一瞬间,而这对于越位判断是非常重要的。

怎样获得球员的动作:摄像头捕捉29个点位

掌握了足球的状态,那接下来就要知道球员在干什么,而且是每一位球员。这时的主角就又回到了前面所说的那12个跟踪摄像头。这些摄像头不是盲目拍摄整个球场,而是会跟踪每个球员身上的29个点位,通过这29个点位的运动状态,就能得知球员的位置甚至是动作,而且每秒种可以刷新50次。

足球场上有22名球员,要通过海量的视频数据获得每一个球员的具体动作,这个计算量还是相当大的,不过这难不倒现代计算机技术。通过强劲的处理器和人工智能算法,球场上的一举一动都将会被系统掌握。只要进攻球员超过了越位线,哪怕只有一点点,也会被捕捉并发出警报,由裁判认可和作出判罚。

捕捉球员身上29个点位

计算机和传感器的效率要比人工裁判快得多。据了解,半自动越位识别系统可以将越位判罚的平均耗时从70秒减少到25秒。为了让球员、裁判和观众心服口服,半自动越位识别系统还会根据数据形成三维图像和动画,把越位的瞬间完整地展示给大家,自然就少了很多争议。

越位判罚前所未有的准确,是福是祸?

越位的争议是没有了,越位识别系统对比赛本身的影响却是争议越来越大。一个很明显的道理就是:原来的越位判罚存在模糊地带,虽然存在误判的可能,但也为精彩的进攻战术提供了发挥的舞台。一些球员或球队会借此制定相应的战术,发动快速而流畅的进攻,创造出精彩的场面。

裁判观看比赛视频

但有了SAOT系统后,这个模糊地带就不存在了。球员只要一越位立刻就会被发现,进攻就会中断。而且久而久之,球员会有意识不去触碰越位线。场上的拼抢很激烈,球员用肉眼很难判断准确的越位线在哪里,为了保险起见,会和它保持一定距离。这样的后果就是进攻变得缓慢,绝杀变少,比赛的精彩程度有可能会降低。

足球的一大吸引力就是不确定性,有人说“误判”也是足球的魅力之一。当冷冰冰的机器用精确的数据消除了误判之后,这种魅力也就随之消失了,不知道这是足球的幸运还是悲哀。其实通过前面的描述你也能发现,半自动越位识别系统所掌握的数据如此之多,其能力远远不止是识别越位。也许在不久的未来,场上的裁判都会变得多余了。

足球裁判将来会消失吗?

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