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运动赛事的电脑视觉:鹰眼系统如何运作?

2024-11-24 212


鹰眼系统广泛出现在多项赛事,观众也习惯这项技术,裁判更仰赖它做关键判决,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成为台湾网友一夜之间最热门的话题。不过,究竟鹰眼系统如何运作,为什么能即时提供准确判断画面?且这画面值不值得相信?

▲ 鹰眼系统透过多台高速摄影机组成。(Source:Hawk-eye Innovation)

Hawk-Eye 的发明与演进

鹰眼系统英文是 Hawk-Eye,取名固然象征老鹰一样视力,但也有点私心,因为发明人是英国人 Paul Hawkins。鹰眼系统首见于 2001 年板球赛事,透过六台高速摄影机,记录球的飞行轨迹,建立 3D 模型,模拟球的落点,误差值为 3.6 毫米,也就是 0.36 公分。

经过 5 年尝试与进化,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,每秒可拍摄 340 张画面,现场共有 3~4 部电脑负责运算建立模拟画面,同时为了转播与现场判断需求,增加现场大屏幕重播,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。

鹰眼系统呈现的画面,其实并不是真正的“影像重播”,而是电脑模拟的结果,因此鹰眼并非完美无缺,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,且还发生于两大球王的顶尖对决。

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,鹰眼系统重播判定这球压在线上,由纳达尔得分,让费德勒与现场观众非常不满。

▲ 费德勒对鹰眼判决非常不满。(Source:影片截图)

从画面看,这球似乎超出边线,但赛后检讨重播发现,这一球说巧不巧只超出底线 0.1 公分,刚好小于鹰眼系统 0.3 公分误差值,因此成为鹰眼系统史上最有名的争议,好险费德勒最终拿下冠军,否则鹰眼系统恐怕活不到今天。

历经十多年、上千场赛事考验,鹰眼系统已证明可信度,并广泛使用于网球、排球、板球、羽球甚至连足球,都利用鹰眼技术辅助判决。但鹰眼系统用在羽球比赛,其实受到许多质疑。

难以模拟的羽毛球

各种鹰眼系统可用的球类比赛,羽毛球是特例,因不是球体,且重量仅约 5 公克,飞行过程会受旋转、羽毛破损、空调风向影响,而鹰眼系统是透过捕捉飞行轨迹计算落点,因此模拟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,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看球已经出界,但鹰眼系统却判定为界内,成为羽球赛场知名的案例。

中国前世界球王林丹,曾经在一场比赛送了对手一次挑战。当时对方扣球,林丹救球不及,线审判定出界。当大家都以为林丹赢得比赛时,林丹却主动提出挑战,结果鹰眼系统判定确认这球在界内,林丹多掉一分,却赢得尊敬。

虽然鹰眼系统并非 100% 完美,但已大幅减少误判,然而再怎么厉害的系统也敌不过“红眼系统”。2016 年中国公开赛时,第一种子日本组合出战中国队伍时,发生边线球,但中国籍裁判直接拒绝日本选手提出挑战,让鹰眼系统根本无用武之地,也让黄东萍、李茵晖这组搭档,在第二第三盘皆以 22:20 爆冷击败第一种子,最终进到决赛取得第二名。

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。

鹰眼系统不仅许多运动比赛采用,也能协助顶尖选手训练时获得更多数据判读,提升自我表现,此结合光学摄影、电脑视觉和人工智能的系统也引起许多企业竞争。目前最多赛事采用的这套 Hawk-eye 系统,2011 年由 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精彩又不留遗憾。

(首图来源:爱尔达体育家族)

 

 

2021-08-02 12:58:00

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