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中的门线技术应用
摘 要 随着计算机技术的不断发展,计算机技术在越来越多的领域得到应用.足球作为世界第一运动,它的发展也开始与计算机技术紧密联系起来,比如门线技术、VAR 技术等.目前来说应用最广泛的还是门线技术,门线技术是一种将高速摄像机摄像技术、无线电信号传输技术和视频处理技术相结合的应用,也是足球与计算机技术结合的一种体现.文章对门线技术的发展历程、门线技术的应用原理以及门线技术带来的争议进行了分析和探讨,对中门线技术的应用进行浅析.
关键词 门线技术；足球；门线技术算法；鹰眼系统
中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）224-0155-02
2018 年又是年,足球的狂潮再一次刮遍世界的每一个角落,在激烈的比赛中球场上的一举一动都吸引着观众的眼球,裁判在球场上的判罚影响着比赛的走向.但误判在比赛中是难以避免的,为了避免误判,国际足联终于将科技引入球场,门线技术可以算目前在足球比赛中使用最广泛的一项科技.
门线技术的引入对于提升比赛中判罚的准确性有很大的帮助.门线技术主要是通过球场上的高速照相机对球门进行监控,并通过电脑对其拍下的图像进行分析,判断足球是否整体过线,帮助主裁判在短时间内做出正确的判罚.
1 门线技术的发展历程
足球的门线技术是基于高速照相机、计算机处理和无线电信号传输相互协调配合,辅助裁判判球的一项技术.最初的门线技术得益于鹰眼技术的发展.鹰眼技术的成熟使得它被逐步应用到足球比赛中,消除了人们对于科技不宜在于足球比赛中使用的顾虑.这为足球比赛中的门线技术发展铺平了道路.
1.1 鹰眼技术
鹰眼技术是与门线技术相似的辅助裁判的系统.“ 鹰眼” 是由英国人保罗? 霍金斯发明的,它通过多台高速摄像机多角度拍摄,利用计算机对比赛场景进行精准还原、回放,帮助裁判做出判罚,同时也使观众更加直观欣赏比赛.眼鹰眼技术现如今已广泛应用于多种体育比赛之中,例如网球、篮球、乒乓球等.
与门线技术不同的是,鹰眼技术基于三角原理,使用安装在球场不同方位的高速摄像机提供视觉图片和时间数据,它会拖延比赛时间,并且由于统计学误差太大,在球被球员或其他因素遮挡时,系统则不会生效.
1.2 足球比赛初步引入门线技术
2010 年时,因为鹰眼技术在体育运动中已发展的较为成熟,但也出现了较多的争议判罚,在外界的压力下国际足联终于决定引进相应的视频处理技术,也就是现在我们所熟知的门线技术.在2013 年7 月6 日的国际足球协会理事会上,同意将门线技术引进到足球比赛.
门线技术比鹰眼技术更快更准,它利用高速摄像机采集图像,后经计算机的处理后,将结果传至裁判所戴手表,整个过程不到1 秒,且准确率更高,在国际足联的多次测试中准确率达100%.但其运营成本高昂,每座球场安装费用高达17 万英镑.
1.3 门线技术的发展
目前,应用于足球比赛当中的门线技术是由德国的进球控制公司开发的.门线技术的研究一直被许多企业视作一种商机,从20 世纪以来,一直有许多公司想要申请相关专利.至于国内的相关的技术的研究发展,在2016 年之前,涉及门线技术的相关专利共有35 项,其中30 项为发明专利,另外的5 项为新型专利.与国外门线技术发展情况相对比,可知我国在门线技术相关方面的研究是较为欠缺的.但从2000 年开始,陆续的有人开始申请相关专利,由此可见,门线技术在我国被逐渐重视起来.
2 门线技术的原理
现在大多数足球比赛中采用的门线技术主要是通过将14 台高速摄像机安装在球场的不同位置,每7 台对准一个球门,在需要检查球是否过线时,电脑会对多台摄像机所拍摄的图像进行处理,先将球场分割出来,再对门线进行标识,最后检测球是否穿过门线.具体的原理如下.
2.1 球场的提取方法
由于足球场地中具有较多影响裁判的因素,为了可以更加准确的进行判断,需要先除去广告牌等场外因素的影响,通过图像分割的方法提取球场.图像分割的方法可为多种,如阈值分割、区域分割、边缘分割.由于足球场多为绿色,可以利用颜色分割的方法来将球场区域提取出来.
草地的颜色具有稳定性和单一性,只需要统计所拍摄多帧图像中的RGB 累计值,便可估计出球场草地的颜色值的大致的范围,通过这个范围可筛选出每一帧图像之中符合范围的图块,并将范围之外的置零,这样可以初步分割开球场区域.
2.2 消除场内干扰因素
将球场区域提取出来后,其中仍有许多影响因素,如球员、球等.但因为背景的面积相对球员与球要大很多,所以我们可以用孔洞填充的方法将背景中的球员与球去掉,只剩下球场的标志线.使用孔洞填充的方法,首先将提取后的图像转化为二值图像,设定阈值,灰度值大于所设定的阈值时设为1,否则设为0.之后查找所有的轮廓,可知球员与球的像素面积一般小于400,而背景的像素值会远大于该值,因此可设定面积值,将轮廓面积小于设定值的部分除去,如此便可以除去球场上的球员与球,留下球场.
2.3 检测标志线及判断进球
对所提取出来的球场,使用霍夫变换(Hough)来从图像中分离出具有某种特征的几何图形来检测球场的标志线,把球场的标志线检查出来后,用红线标记起来.霍夫变换是图像处理之中的一种特征处理技术,可以用来检测直线.首先用标准方程表示出直线,用图像空间的边缘数据点计算参数空间的可能轨迹,最后通过判断点与直线的关系来得出是否进球的结论.
3 门线技术带来的争议
近年来门线技术已在足坛得到广泛的使用,但在早期门线技术却是遭到了国际足联的抵制,因为虽然门线技术很大程度上降低了裁判判罚的失误,但却同样影响了比赛的趣味性,所以门线技术的利弊一直存在争议.
3.1 门线技术所带来的好处
门线技术所带来的好处是直观的.自从门线技术在2014 年比赛中帮助裁判完成判罚后,就一直不断地被FIFA 称赞,它改变了裁判员和球员的交流,裁判执法变得有理有据了,大家的争执将变得更少.它也使假球、裁判的暗箱操作变得不那么可能,一切都在监控之下公平竞技变成可能.并且因为这项技术的引进,更好地满足了观众们转播的需求,足球的轨迹被放大的一清二楚,不仅提高了观众的观赏性,也极大地方便了解说和评论,使大家可以有一个全新的体验.
3.2 门线技术所带来的缺失
此外,比赛变得过度机械化很有可能会造成人性化的缺失.比赛始终应该是围绕人来开展的,正是因为这样比赛才是鲜活的,才能让人感受到无数的可能性,才能让比赛有灵性.不仅这样,过度使用技巧来判罚比赛,对于比赛的连贯性也会造成影响,世界上最公平的比赛也注定会是最无趣的.
过度使用机器还会造成足球比赛本身魅力的缺失.如今年中,西班牙队前锋迭戈? 科斯塔在比赛后说到：“我支持使用技术,但有时候它会显得我很傻.”使用机器执法的确容易让球员们感到不舒服,甚至有时会让观众有同样的感受.
4 结论
本篇文章对于门线技术的发展历程、原理用法及所引发的争议做了简单的介绍和分析.可以看出,近几十年来,门线技术的发展速度十分迅速,在足球比赛中开始逐渐被大家重视起来了.但目前来说门线技术依旧有许多缺陷,并且该怎样平衡机械助理判罚和传统判罚之间的关系,依旧存在争议.但是我们相信在时代不断发展和技术不断改进的情况下,这些问题都会得到解决.通过和其他技术的结合,计算机技术的应用领域将得到扩展,并逐步融入到平常的点滴生活之中.
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