傳感器正在悄悄改變體育裁判的視界 它是怎么做到的？

美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟專員 Rob Manfred 最近告訴 ESPN，機器人裁判將在 2024 年進入大聯(lián)盟。這種電子擊打區(qū)或自動擊球系統(tǒng) (ABS) 包括本壘板后面的一個傳感器和多個三角定位的鷹眼光學跟蹤攝像機。該系統(tǒng)使用投球弧線以及擊球手擊打區(qū)的位置、尺寸來確定任何特定投球的好壞。當擊球手沒有揮棒時，該系統(tǒng)會在幾秒鐘內將正確的判決轉發(fā)到裁判員的耳機中。

圖 1：體育中使用的技術并不新鮮。照片鏡頭補充了這個1950 年的自動裁判機。（圖片來源：Walter Stein - 美聯(lián)社）

2023年，ABS 將在所有小聯(lián)盟的比賽中使用，以允許進行一些實驗。在一半的 AAA 場地中，所有的判決將由 ABS 自動執(zhí)行。另一半將使用 ABS 挑戰(zhàn)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，裁判員還是象往常一樣判決球和擊球...但擊球手、投手或捕手可以挑戰(zhàn)該判決。在這些情況下，機器人裁判將做出最終決定。

 體育分析的技術構件

根據反饋，棒球機器人裁判并不是體育領域的唯一應用——事實上，體育分析市場到 2025 年可能達到 45億美元。雖然產品功能和規(guī)格因制造商而異，但某些技術是大多數(shù)分析系統(tǒng)不可或缺的。請考慮三個例子：

1.物聯(lián)網傳感器嵌入到設備中或由球員佩戴。這些傳感器捕獲的參數(shù)包括位置、運動、加速度、振動、力、壓力和沖擊。

圖 2：用于可穿戴市場的六軸和九軸運動傳感器比比皆是。本文所示為三個帶有片上處理器的 MEMS慣性測量裝置 (IMU)。（圖片來源：TDK InvenSense）

2.超寬帶 (UWB) 是一種短程無線通信協(xié)議。由于通過高頻無線電波進行操作，因此 UWB 可以比藍牙、GPS 或 Wi-Fi 捕獲更精確的空間和方向數(shù)據。光學跟蹤系統(tǒng)使用高速、同步攝像機，以每秒 300 幀以上的速度從多個角度捕捉視頻圖像。

圖 3：鷹眼跟蹤攝像機幫助官員在足球（橄欖球）和板球比賽以及游泳和網球比賽中作出裁決。（圖片來源：Hawk-Eye Innovations）

3.人工智能 (AI) 軟件即時處理數(shù)據，然后將其轉換為其他格式，如適合廣播公司的視頻評論系統(tǒng)、視覺效果以及適合球迷的移動應用。

圖 4：用于健身和體育的運動捕捉傳感器常見于可穿戴設備中。（圖片來源：Movella Xsens Technologies BV）

 應用聚焦：國際足聯(lián)世界杯期間采用的互聯(lián)技術

2022年卡塔爾世界杯的正式比賽用球采用了由 Adidas、FIFA 和 KINEXON 開發(fā)的新追蹤技術。Adidas 懸架系統(tǒng)用于穩(wěn)定球內的 500 Hz 慣性運動單元 (IMU) 運動傳感器。IMU 以每秒500 次的速度收集關于球的精確的位置時間數(shù)據。體育場周圍的鷹眼攝像機以每秒 500 次的速度追蹤球的位置。鷹眼的半自動越位應用 SkeleTRACK 以每秒多達 50 次的速度追蹤每個球員的 29 個位置點。

圖 5：2022 國際足聯(lián)世界杯使用的足球包括 KINEXON 連接，以更多的數(shù)據增強視輔助理裁判 (VAR) 系統(tǒng)。（圖片來源：Sdidas）

當這些技術結合在一起時，視頻比賽官和視頻輔助裁判 (VAR) 就能獲得需要的數(shù)據，從而做出快速、準確、一致的越位判決。該軟件還能生成球員的 3D 圖像，并在體育場內的大屏幕上顯示。其他應用將比賽直播與個別球員和球隊的當前和歷史表現(xiàn)數(shù)據相比較。這也是第一年在體育場用手機拍攝垂直格式的社交媒體內容，使內容創(chuàng)作者能夠以近乎直播的效果分享比賽的關鍵時刻。在家觀看比賽的球迷可以利用國際足聯(lián)的增強現(xiàn)實 (AR) 應用——將自己的客廳變成 3D 數(shù)據中心。

 應用聚焦：用 NHL Edge 追蹤冰球和球員

NHL在 2022 年麻省理工學院斯隆體育分析大會上獲得了著名的阿爾法最佳體育創(chuàng)新獎。該聯(lián)盟因其冰球和球員追蹤技術，即 NHL Edge 品牌而獲得認可。該應用（由 SportsMEDIA Technology 或 SMT 創(chuàng)建）具有獲得專利的Bright Star 傳感器嵌入式冰球。當冰球受到沖擊時，比如掉到冰面上或被球員擊中，傳感器就會被喚醒并發(fā)出紅外光，并傳送到場館內的多臺光學追蹤攝像機。SMT 的 OASIS 平臺處理數(shù)據并分發(fā)給官員、教練、廣播員和球迷。

圖 6：嵌入 NHL 冰球的傳感器為球隊、廣播公司和球迷生成更多數(shù)據。（圖片來源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

圖 7：通過 NHL 球衣背面的傳感器實現(xiàn)實時球員追蹤。（圖片來源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

數(shù)據分析幾乎在每一項職業(yè)運動中都深入人心，但 NHL Edge 背后的驅動力卻是球迷的參與?？傮w上座率一直在下降，而能否吸引年輕球迷決定著聯(lián)盟的未來。由 5G 和邊緣計算支持的場內應用將數(shù)字信息實時疊加到比賽視頻上。廣播員和球迷可以在幾秒鐘內看到球員的數(shù)字、統(tǒng)計資料和歷史表現(xiàn)。觀眾很快就能通過增強現(xiàn)實 (AR) 頭盔，將自己置身于冰上的行動中。把此類應用擴展到其他職業(yè)運動的潛力無疑是贏得阿爾法獎的一個因素。

 先別急著考慮人

先進的分析技術有助于運動員更有效地訓練，更好地表現(xiàn)并更安全地投入比賽。光學追蹤和視頻審查系統(tǒng)解決了比賽爭議并加快了比賽。將應用聯(lián)網后，球迷能夠以前所未有的方式與球隊和球員接觸。但是，讓機器凌駕于人類教練的直覺之上是另一回事。

在 2022 年全美聯(lián)賽分區(qū)系列賽 (NLDS) 的第四場比賽中，Dodgers 隊經歷 Dave Roberts 在第五局下半場撤下了先發(fā)投手 Tyler Anderson?！扼w育畫報》指出，Anderson 投出了一場大師級的比賽，在 86 個投球中只允許有兩個安打和零分。Anderson 告訴《洛杉磯時報》，他本來可以投一整晚的。

數(shù)字計算員們不同意。

根據分析結果，在第六局換上一個新投手是正確的做法——理論上，這個決定可能在比賽開始前就已經做出了。（Roberts 在媒體見面會上遲到了 45 分鐘，因為他被決策小組的工作耽擱了)。具有諷刺意味的是，Dodgers 隊贏得了 2020 年世界系列賽的第六場比賽，當時 Tampa Bay Rays 隊的投手 Blake Snell 在投出他職業(yè)生涯中最好的一場比賽時被撤下。該隊主教練Kevin Cash 承認是利用他們的數(shù)據分析結果做出這個決定的。可以說，分析可以是一種有價值的方法...但不是整個球賽。

小編的話

在邊緣側應用領域，將傳感器、通信和AI結合在一起從而構建智能化的傳感系統(tǒng)將成為一種趨勢，這將為邊緣側帶來更多的創(chuàng)新應用。本文提到的在體育分析中應用智能傳感系統(tǒng)來進行裁判，就是一個正在發(fā)生的典型用例。