張辰

摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。足球作為世界第一運(yùn)動(dòng)，它的發(fā)展也開始與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密聯(lián)系起來，比如門線技術(shù)、VAR技術(shù)等。目前來說應(yīng)用最廣泛的還是門線技術(shù)，門線技術(shù)是一種將高速攝像機(jī)攝像技術(shù)、無線電信號(hào)傳輸技術(shù)和視頻處理技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用，也是足球與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的一種體現(xiàn)。文章對(duì)門線技術(shù)的發(fā)展歷程、門線技術(shù)的應(yīng)用原理以及門線技術(shù)帶來的爭議進(jìn)行了分析和探討，對(duì)世界杯中門線技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行淺析。

關(guān)鍵詞 門線技術(shù)；足球；門線技術(shù)算法；鷹眼系統(tǒng)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）224-0155-02

2018年又是世界杯年，足球的狂潮再一次刮遍世界的每一個(gè)角落，在激烈的比賽中球場上的一舉一動(dòng)都吸引著觀眾的眼球，裁判在球場上的判罰影響著比賽的走向。但誤判在比賽中是難以避免的，為了避免誤判，國際足聯(lián)終于將科技引入球場，門線技術(shù)可以算目前在足球比賽中使用最廣泛的一項(xiàng)科技。

門線技術(shù)的引入對(duì)于提升比賽中判罰的準(zhǔn)確性有很大的幫助。門線技術(shù)主要是通過球場上的高速照相機(jī)對(duì)球門進(jìn)行監(jiān)控，并通過電腦對(duì)其拍下的圖像進(jìn)行分析，判斷足球是否整體過線，幫助主裁判在短時(shí)間內(nèi)做出正確的判罰。

1 門線技術(shù)的發(fā)展歷程

足球的門線技術(shù)是基于高速照相機(jī)、計(jì)算機(jī)處理和無線電信號(hào)傳輸相互協(xié)調(diào)配合，輔助裁判判球的一項(xiàng)技術(shù)。最初的門線技術(shù)得益于鷹眼技術(shù)的發(fā)展。鷹眼技術(shù)的成熟使得它被逐步應(yīng)用到足球比賽中，消除了人們對(duì)于科技不宜在于足球比賽中使用的顧慮。這為足球比賽中的門線技術(shù)發(fā)展鋪平了道路。

1.1 鷹眼技術(shù)

鷹眼技術(shù)是與門線技術(shù)相似的輔助裁判的系統(tǒng)?！苞椦邸笔怯捎吮Ａ_？霍金斯發(fā)明的，它通過多臺(tái)高速攝像機(jī)多角度拍攝，利用計(jì)算機(jī)對(duì)比賽場景進(jìn)行精準(zhǔn)還原、回放，幫助裁判做出判罰，同時(shí)也使觀眾更加直觀欣賞比賽。眼鷹眼技術(shù)現(xiàn)如今已廣泛應(yīng)用于多種體育比賽之中，例如網(wǎng)球、籃球、乒乓球等。

與門線技術(shù)不同的是，鷹眼技術(shù)基于三角原理，使用安裝在球場不同方位的高速攝像機(jī)提供視覺圖片和時(shí)間數(shù)據(jù)，它會(huì)拖延比賽時(shí)間，并且由于統(tǒng)計(jì)學(xué)誤差太大，在球被球員或其他因素遮擋時(shí)，系統(tǒng)則不會(huì)生效。

1.2 足球比賽初步引入門線技術(shù)

2010年時(shí)，因?yàn)辁椦奂夹g(shù)在體育運(yùn)動(dòng)中已發(fā)展的較為成熟，但也出現(xiàn)了較多的爭議判罰，在外界的壓力下國際足聯(lián)終于決定引進(jìn)相應(yīng)的視頻處理技術(shù)，也就是現(xiàn)在我們所熟知的門線技術(shù)。在2013年7月6日的國際足球協(xié)會(huì)理事會(huì)上，同意將門線技術(shù)引進(jìn)到足球比賽。

門線技術(shù)比鷹眼技術(shù)更快更準(zhǔn)，它利用高速攝像機(jī)采集圖像，后經(jīng)計(jì)算機(jī)的處理后，將結(jié)果傳至裁判所戴手表，整個(gè)過程不到1秒，且準(zhǔn)確率更高，在國際足聯(lián)的多次測試中準(zhǔn)確率達(dá)100%。但其運(yùn)營成本高昂，每座球場安裝費(fèi)用高達(dá)17萬英鎊。

1.3 門線技術(shù)的發(fā)展

目前，應(yīng)用于足球比賽當(dāng)中的門線技術(shù)是由德國的進(jìn)球控制公司開發(fā)的。門線技術(shù)的研究一直被許多企業(yè)視作一種商機(jī)，從20世紀(jì)以來，一直有許多公司想要申請(qǐng)相關(guān)專利。至于國內(nèi)的相關(guān)的技術(shù)的研究發(fā)展，在2016年之前，涉及門線技術(shù)的相關(guān)專利共有35項(xiàng)，其中30項(xiàng)為發(fā)明專利，另外的5項(xiàng)為新型專利。與國外門線技術(shù)發(fā)展情況相對(duì)比，可知我國在門線技術(shù)相關(guān)方面的研究是較為欠缺的。但從2000年開始，陸續(xù)的有人開始申請(qǐng)相關(guān)專利，由此可見，門線技術(shù)在我國被逐漸重視起來。

2 門線技術(shù)的原理

現(xiàn)在大多數(shù)足球比賽中采用的門線技術(shù)主要是通過將14臺(tái)高速攝像機(jī)安裝在球場的不同位置，每7臺(tái)對(duì)準(zhǔn)一個(gè)球門，在需要檢查球是否過線時(shí)，電腦會(huì)對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)所拍攝的圖像進(jìn)行處理，先將球場分割出來，再對(duì)門線進(jìn)行標(biāo)識(shí)，最后檢測球是否穿過門線。具體的原理如下。

2.1 球場的提取方法

由于足球場地中具有較多影響裁判的因素，為了可以更加準(zhǔn)確的進(jìn)行判斷，需要先除去廣告牌等場外因素的影響，通過圖像分割的方法提取球場。圖像分割的方法可為多種，如閾值分割、區(qū)域分割、邊緣分割。由于足球場多為綠色，可以利用顏色分割的方法來將球場區(qū)域提取出來。

草地的顏色具有穩(wěn)定性和單一性，只需要統(tǒng)計(jì)所拍攝多幀圖像中的RGB累計(jì)值，便可估計(jì)出球場草地的顏色值的大致的范圍，通過這個(gè)范圍可篩選出每一幀圖像之中符合范圍的圖塊，并將范圍之外的置零，這樣可以初步分割開球場區(qū)域。

2.2 消除場內(nèi)干擾因素

將球場區(qū)域提取出來后，其中仍有許多影響因素，如球員、球等。但因?yàn)楸尘暗拿娣e相對(duì)球員與球要大很多，所以我們可以用孔洞填充的方法將背景中的球員與球去掉，只剩下球場的標(biāo)志線。使用孔洞填充的方法，首先將提取后的圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，設(shè)定閾值，灰度值大于所設(shè)定的閾值時(shí)設(shè)為1，否則設(shè)為0。之后查找所有的輪廓，可知球員與球的像素面積一般小于400，而背景的像素值會(huì)遠(yuǎn)大于該值，因此可設(shè)定面積值，將輪廓面積小于設(shè)定值的部分除去，如此便可以除去球場上的球員與球，留下球場。

2.3 檢測標(biāo)志線及判斷進(jìn)球

對(duì)所提取出來的球場，使用霍夫變換（Hough）來從圖像中分離出具有某種特征的幾何圖形來檢測球場的標(biāo)志線，把球場的標(biāo)志線檢查出來后，用紅線標(biāo)記起來。霍夫變換是圖像處理之中的一種特征處理技術(shù)，可以用來檢測直線。首先用標(biāo)準(zhǔn)方程表示出直線，用圖像空間的邊緣數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算參數(shù)空間的可能軌跡，最后通過判斷點(diǎn)與直線的關(guān)系來得出是否進(jìn)球的結(jié)論。

3 門線技術(shù)帶來的爭議

近年來門線技術(shù)已在足壇得到廣泛的使用，但在早期門線技術(shù)卻是遭到了國際足聯(lián)的抵制，因?yàn)殡m然門線技術(shù)很大程度上降低了裁判判罰的失誤，但卻同樣影響了比賽的趣味性，所以門線技術(shù)的利弊一直存在爭議。

3.1 門線技術(shù)所帶來的好處

門線技術(shù)所帶來的好處是直觀的。自從門線技術(shù)在2014年世界杯比賽中幫助裁判完成判罰后，就一直不斷地被FIFA稱贊，它改變了裁判員和球員的交流，裁判執(zhí)法變得有理有據(jù)了，大家的爭執(zhí)將變得更少。它也使假球、裁判的暗箱操作變得不那么可能，一切都在監(jiān)控之下公平競技變成可能。并且因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)的引進(jìn)，更好地滿足了觀眾們轉(zhuǎn)播的需求，足球的軌跡被放大的一清二楚，不僅提高了觀眾的觀賞性，也極大地方便了解說和評(píng)論，使大家可以有一個(gè)全新的體驗(yàn)。

3.2 門線技術(shù)所帶來的缺失

此外，比賽變得過度機(jī)械化很有可能會(huì)造成人性化的缺失。比賽始終應(yīng)該是圍繞人來開展的，正是因?yàn)檫@樣比賽才是鮮活的，才能讓人感受到無數(shù)的可能性，才能讓比賽有靈性。不僅這樣，過度使用技巧來判罰比賽，對(duì)于比賽的連貫性也會(huì)造成影響，世界上最公平的比賽也注定會(huì)是最無趣的。

過度使用機(jī)器還會(huì)造成足球比賽本身魅力的缺失。如今年世界杯中，西班牙隊(duì)前鋒迭戈？科斯塔在比賽后說到：“我支持使用技術(shù)，但有時(shí)候它會(huì)顯得我很傻?！笔褂脵C(jī)器執(zhí)法的確容易讓球員們感到不舒服，甚至有時(shí)會(huì)讓觀眾有同樣的感受。

4 結(jié)論

本篇文章對(duì)于門線技術(shù)的發(fā)展歷程、原理用法及所引發(fā)的爭議做了簡單的介紹和分析?？梢钥闯?，近幾十年來，門線技術(shù)的發(fā)展速度十分迅速，在足球比賽中開始逐漸被大家重視起來了。但目前來說門線技術(shù)依舊有許多缺陷，并且該怎樣平衡機(jī)械助理判罰和傳統(tǒng)判罰之間的關(guān)系，依舊存在爭議。但是我們相信在時(shí)代不斷發(fā)展和技術(shù)不斷改進(jìn)的情況下，這些問題都會(huì)得到解決。通過和其他技術(shù)的結(jié)合，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫綌U(kuò)展，并逐步融入到平常的點(diǎn)滴生活之中。

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