新聞背景

2018年俄羅斯世界杯已圓滿結束，在眾多高新技術的加持下，讓足球賽事增添了許多科技含量。其中，本屆世界杯首次採用的視頻助理裁判（VAR），在減輕主裁判的壓力、使判罰更加准確、減少球場上的“冤假錯案”方面發揮了重要作用。此前，VAR已經在聯合會杯、意甲、中超等多項賽事中得到應用。在本文中，作者將從專利角度對VAR的關鍵技術領域進行全面分析。

視頻助理裁判VAR是英文Video Assistant Referee的簡稱，是一種依靠“鷹眼”攝像系統進行技術動作判別的技術，包括軟件系統和硬件系統兩部分，其通過高速攝像機捕捉場上信息，傳回到監控中心，使助理裁判能清楚地了解場上動態，並能根據需要進行回放，以幫助當值裁判員作出更合理的判罰。

聚焦關鍵技術領域

在緊張激烈的高水平足球比賽中，僅依靠主裁判及邊裁的肉眼判罰可能出現錯判情況。作為輔助裁判的一種電子技術手段，無論是早已應用於職業網球賽場的鷹眼，還是仍處於實驗階段的VAR，它們都是在用技術幫助人類做出更准確、更公正的判罰。

筆者在中國專利文摘數據庫（CNABS）中利用關鍵詞對2018年7月5日之前公開或公告的專利申請進行檢索發現，有關視頻助理裁判的專利申請達181件，其中2009年至2017年的專利申請量相對於之前年份穩步上升。現階段，國內的專利申請主要集中在視頻助理裁判系統的構建及門線輔助技術方面。

中國專利申請人中，北京瑞蓋科技股份有限公司（下稱瑞蓋科技）專注於鷹眼技術裝備的研發，其產品應用於台球、網球、乒乓球、排球、羽毛球和冰雪等多個項目，提交了9件視頻輔助裁判領域的相關專利申請。2016年，瑞蓋科技利用其體育項目領域的鷹眼技術作為基礎，研制了第一代足球鷹眼，通過多機位實時提供速度、角度、距離等戰術現場數據，以及3D畫面，通過視頻和軟件進行實時捕捉與分析，為裁判提供精准的判罰依據。

門線技術是近年來發展起來的足球輔助技術，可以判斷球是否越過門線，從而判定進球是否有效。馬諾爾研究公司研發了可即時回放技術，隨后利用該技術成立鷹眼系統創新有限公司，目前，相關技術已應用於板球、網球、斯諾克、羽毛球、橄欖球等體育項目中，可幫助裁判員作出正確判罰。馬諾爾研究公司還研制了球跟蹤及軌跡預測系統，其技術原理是通過攝像機確定球在一系列幀中的三維位置，處理器根據球的三維位置預測其飛行軌跡並且在場地模型上表示出軌跡，由數字發生器記錄存儲與球飛行軌跡相關的數據，處理器利用該數據進行判定。

專利探尋未來研發

視頻輔助裁判的技術研究主要集中在視頻輔助裁判系統的構建、門線進球檢測、回放技術、智能分析等技術領域。

在視頻輔助裁判系統的構建方面，專利申請主要集中系統的硬件結構、攝像機採集視頻數據的通信傳輸與處理、輔助裁判與主裁判之間的數據通信等。高速的視頻數據處理及降低視頻助理裁判系統的硬件成本是未來主要的研究內容。瑞蓋科技公開了一種排球比賽鷹眼（CN206389478U），包括用於監拍比賽場地的攝像機及POE交換機，通過設置POE交換機和四台採集服務器，減少了安裝過程中的供電布線，克服單路最大傳輸數據量的限制，減少網卡的負荷，提高系統的穩定性，可快速地進行比賽數圖像數據的回放以協助裁判做出公正、快速的判罰。

門線進球檢測方面，專利申請主要集中在兩方面，一方面是通過足球表面下部多傳感器及門線上傳感器的設置，根據傳感器獲得信號判斷是否進球﹔另一方面集中在通過視頻和關鍵圖片幀的檢測信息判斷是否進球。通過視頻及圖片檢測判斷方面，個人申請張陽公開了（WO2017008218A1）一種網球比賽鷹眼，通過不同攝像機和邊的夾角及網球的識別定位完成投影，判斷球是否出界或壓線。通過傳感器進行檢測方面，青島濱海學院公開了一種足球門線系統（CN203329321U），通過位於球門和球門線上的超聲傳感器和紅外傳感器收集檢測信號，以判斷足球是否過線。

回放技術方面，多角度的快速回放對裁判作出正確的判斷有重要的參考意義，因此如何快速提供不同角度的回放是智能裁判助理研究領域未來重要的研究方向之一。瑞蓋科技公開了一種基於多相機的360度視頻回放方法（CN106998430A），通過對場地進行三維建模，對多個角度相機獲取的圖像進行換算以得到當前角度下目標物體的圖像，以解決現有技術中多角度拍攝的物體全景隻能逐幀切換、畫面不流暢的問題。

人工視頻助理裁判確定判罰結果需要一定時間，在一定程度上影響了觀看比賽的感受，因此，亟需通過智能分析視頻來快速獲取對進球和判罰的自動識別結果，為主裁判的判罰提供參考。通過智能分析獲取判罰的自動識別結果的核心技術在於定位與坐標的提取，定位包括球場特征線的提取、球員與足球的檢測、球員身份的識別、如何進行投影等。西安體育學院公開了一種基於視頻分析的足球越位自動判別系統和方法（CN102819749A），通過採集的視頻圖像提取足球場地並進行球員與足球檢測，提取球場特征線並進行坐標重建，完成越位的自動判別，減少了助理裁判的工作量和失誤率。

在各類競技類體育賽事中，越來越多的賽事傾向於使用視頻助理裁判，如網球、羽毛球、足球等項目。隨著視頻助理裁判技術研究的不斷深入，高效地提供指定多角度視頻回放，通過智能分析為判罰提供參考，能夠推動視頻助理裁判技術在各項賽事中的應用走向成熟。（楊蕊）

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