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运动赛事中的电脑视觉:鹰眼系统如何运作?

2024-11-24 210


鹰眼系统已经广泛出现在多项赛事中,观众也已经习惯这项技术,裁判也仰赖它做出关键判决,但你知道协助台湾拿下东京奥运羽球男双金牌的鹰眼系统,究竟如何运作的吗?

2020 年东京奥运羽球男子双打金牌战,台湾选手李洋与王齐麟在第二盘以 20:12 领先,李洋一记回球落在中国队底线上,线审第一时间判定界内,但无路可退的中国选手只能提出挑战,最终结果大家都知道了,鹰眼系统显示羽球压在线上,有效得分。

虽然麟洋配已经大比分领先,但这个判定还是替这次历史性的夺金过程增添了戏剧性,鹰眼系统回放的画面也因此成为台湾网友一夜之间最热门的话题。不过,究竟鹰眼系统是如何运作,为什么能够即时提供准确的判断画面呢?这个画面到底值不值得相信呢?

▲鹰眼系统透过多台高速摄影机建构而成。(Source:Hawk-eye Innovation)

Hawk-Eye 的发明与演进

鹰眼系统的英文是 Hawk-Eye,取名固然是象征老鹰一样的视力,但也有一点私心,因为发明人是英国人 Paul Hawkins。鹰眼系统首见于 2001 年的板球赛事,透过六台高速摄影机,记录球的飞行轨迹,以此建立出 3D 模型,模拟出球的落点,误差值为 3.6 毫米,也就是 0.36 公分。

经过 5 年的尝试与进化,为了捕捉球速更快的网球轨迹,鹰眼系统将摄影机数量增加到 8~10 台,每秒可以拍摄 340 张画面,同时为了转播与现场判断需求,增加了现场大屏幕回放,成为我们目前熟悉的鹰眼系统样貌,并在 2006 年美国网球公开赛,正式获得大满贯赛事认可,协助判决。

鹰眼系统呈现出来的画面,其实并不是真正的“影像回放”,而是电脑模拟的结果,因此鹰眼也并非完美无缺,毕竟运动场上什么事都可能发生,就真的有人打出低于误差值 0.3 公分的球,而且还发生在两大球王的顶尖对决上。

2007 年温布顿网球决赛,纳达尔(Rafael Nadal)对决费德勒(Roger Federer)的第四局,纳达尔底线球被线审判出界后发起挑战,鹰眼系统回放判定这球压在线上,由纳达尔得分,让费德勒与现场观众非常不满。

▲费德勒对于鹰眼判决非常不满。(Source:影片截图)

从画面上看,这球似乎超出边线,但根据赛后检讨回放发现,这一球无巧不巧的,只超出底线 0.1 公分,刚好小于鹰眼系统 0.3 公分的误差值,因此成为鹰眼系统史上最有名的一次争议,好险费德勒最终拿下冠军,否则鹰眼系统恐怕活不到今天。

历经十多个年头,上千场赛事考验,鹰眼系统已经证明其可信度,并且广泛使用在网球、排球、板球、羽球甚至连足球也利用鹰眼技术来辅助判决。但鹰眼系统用在羽球比赛上,其实是受到许多质疑的。

难以模拟的羽毛球

在各种鹰眼系统可用的球类比赛中,羽毛球是一个特例,它不是球体,而且重量仅有 5 公克左右,在飞行过程中会受到旋转、羽毛破损、空调风向影响,而鹰眼系统是透过捕捉飞行轨迹来计算落点,因此在模拟上难度高出其他球类许多。

世界羽球协会直到 2014 年才首度接纳鹰眼系统,终于大幅消除了长久以来的肉眼误判争议,运用挑战权也成为取胜关键之一,当然也发生过许多争议和趣事。

2018 年韩国公开赛日本选手山口茜对决中国高昉洁的比赛中,一个争议性的底线球让中国选手提出挑战,从转播单位的现场慢动作重播来看球已经出界,但鹰眼系统却判定为界内,成为羽球赛场上一个知名的案例。

来自中国的前世界球王林丹,曾经在一场比赛中送了对手一次挑战。当时对方扣球,林丹救球不及,线审判定出界。当大家都以为林丹已经赢下这场比赛时,林丹却主动提出挑战,结果鹰眼系统判定这球在界内,让林丹自己多掉了一分,却赢了多一分尊敬。

虽然鹰眼系统并非 100% 完美,但已经大幅减少了误判的出现,然而再怎么厉害的系统也敌不过“红眼系统”。中国籍裁判曾经直接拒绝日本选手提出挑战,引起羽球界抵制,甚至还发生过中国籍裁判在看完鹰眼系统挑战成功画面后,却宣读了挑战失败的糗事。或许这种种与判决相关的事迹,都让这次东京奥运的底线胜出更让人激动。

鹰眼系统不仅被许多运动比赛采用,它也能够协助顶尖选手在训练时,获得更多数据判读,来提升自我表现,这个结合光学摄影、电脑视觉和人工智能的系统目前也引起许多企业竞争。目前被最多赛事采用的这套 Hawk-eye 系统,已经在 2011 年被 Sony 并购,成为赛场与转播的利器。

除此之外,包括 Cyclops、FoxTenn 等公司也都提出了相似效果的技术,并宣称拥有比 Hawk-eye 更真实的资料取样方式,未来这项辅助判决技术,肯定能持续让运动赛事更加精彩,又不留遗憾。

(首图来源:爱尔达体育家族)

 

 

2021-08-01 12:57:00

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