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(jī)器人裁判將在 2024 年進(jìn)入大聯(lián)盟。這種電子擊打區(qū)或自動(dòng)擊球系統(tǒng) (ABS) 包括本壘板后面的一個(gè)傳感器和多個(gè)三角定位的鷹眼光學(xué)跟蹤攝像機(jī)。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(dāng)擊球手沒有揮棒時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)在幾秒鐘內(nèi)將正確的判決轉(zhuǎn)發(fā)到裁判員的耳機(jī)中。

圖 1：體育中使用的技術(shù)并不新鮮。照片鏡頭補(bǔ)充了這個(gè)1950 年的自動(dòng)裁判機(jī)。（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(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)。在一半的 AAA 場(chǎng)地中，所有的判決將由 ABS 自動(dòng)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(jī)器人裁判將做出最終決定。

 體育分析的技術(shù)構(gòu)件

根據(jù)反饋，棒球機(jī)器人裁判并不是體育領(lǐng)域的唯一應(yīng)用——事實(shí)上，體育分析市場(chǎng)到 2025 年可能達(dá)到 45億美元。雖然產(chǎn)品功能和規(guī)格因制造商而異，但某些技術(shù)是大多數(shù)分析系統(tǒng)不可或缺的。請(qǐng)考慮三個(gè)例子：

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

圖 2：用于可穿戴市場(chǎng)的六軸和九軸運(yùn)動(dòng)傳感器比比皆是。本文所示為三個(gè)帶有片上處理器的 MEMS慣性測(cè)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(jìn)行操作，因此 UWB 可以比藍(lán)牙、GPS 或 Wi-Fi 捕獲更精確的空間和方向數(shù)據(jù)。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)使用高速、同步攝像機(jī)，以每秒 300 幀以上的速度從多個(gè)角度捕捉視頻圖像。

圖 3：鷹眼跟蹤攝像機(jī)幫助官員在足球（橄欖球）和板球比賽以及游泳和網(wǎng)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(shí)處理數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為其他格式，如適合廣播公司的視頻評(píng)論系統(tǒng)、視覺效果以及適合球迷的移動(dòng)應(yīng)用。

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

 應(yīng)用聚焦：國際足聯(lián)世界杯期間采用的互聯(lián)技術(shù)

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(shù)。Adidas 懸架系統(tǒng)用于穩(wěn)定球內(nèi)的 500 Hz 慣性運(yùn)動(dòng)單元 (IMU) 運(yùn)動(dòng)傳感器。IMU 以每秒500 次的速度收集關(guān)于球的精確的位置時(shí)間數(shù)據(jù)。體育場(chǎng)周圍的鷹眼攝像機(jī)以每秒 500 次的速度追蹤球的位置。鷹眼的半自動(dòng)越位應(yīng)用 SkeleTRACK 以每秒多達(dá) 50 次的速度追蹤每個(gè)球員的 29 個(gè)位置點(diǎn)。

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(jù)增強(qiáng)視輔助理裁判 (VAR) 系統(tǒng)。（圖片來源：Sdidas）

當(dāng)這些技術(shù)結(jié)合在一起時(shí)，視頻比賽官和視頻輔助裁判 (VAR) 就能獲得需要的數(shù)據(jù)，從而做出快速、準(zhǔn)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(chǎng)內(nèi)的大屏幕上顯示。其他應(yīng)用將比賽直播與個(gè)別球員和球隊(duì)的當(dāng)前和歷史表現(xiàn)數(shù)據(jù)相比較。這也是第一年在體育場(chǎng)用手機(jī)拍攝垂直格式的社交媒體內(nèi)容，使內(nèi)容創(chuàng)作者能夠以近乎直播的效果分享比賽的關(guān)鍵時(shí)刻。在家觀看比賽的球迷可以利用國際足聯(lián)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 應(yīng)用——將自己的客廳變成 3D 數(shù)據(jù)中心。

 應(yīng)用聚焦：用 NHL Edge 追蹤冰球和球員

NHL在 2022 年麻省理工學(xué)院斯隆體育分析大會(huì)上獲得了著名的阿爾法最佳體育創(chuàng)新獎(jiǎng)。該聯(lián)盟因其冰球和球員追蹤技術(shù)，即 NHL Edge 品牌而獲得認(rèn)可。該應(yīng)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(dāng)冰球受到?jīng)_擊時(shí)，比如掉到冰面上或被球員擊中，傳感器就會(huì)被喚醒并發(fā)出紅外光，并傳送到場(chǎng)館內(nèi)的多臺(tái)光學(xué)追蹤攝像機(jī)。SMT 的 OASIS 平臺(tái)處理數(shù)據(jù)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(duì)、廣播公司和球迷生成更多數(shù)據(jù)。（圖片來源：Paul Sancya - 美聯(lián)社）

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

數(shù)據(jù)分析幾乎在每一項(xiàng)職業(yè)運(yùn)動(dòng)中都深入人心，但 NHL Edge 背后的驅(qū)動(dòng)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(jì)算支持的場(chǎng)內(nèi)應(yīng)用將數(shù)字信息實(shí)時(shí)疊加到比賽視頻上。廣播員和球迷可以在幾秒鐘內(nèi)看到球員的數(shù)字、統(tǒng)計(jì)資料和歷史表現(xiàn)。觀眾很快就能通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 頭盔，將自己置身于冰上的行動(dòng)中。把此類應(yīng)用擴(kuò)展到其他職業(yè)運(yùn)動(dòng)的潛力無疑是贏得阿爾法獎(jiǎng)的一個(gè)因素。

 先別急著考慮人

先進(jìn)的分析技術(shù)有助于運(yùn)動(dòng)員更有效地訓(xùn)練，更好地表現(xiàn)并更安全地投入比賽。光學(xué)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(yīng)用聯(lián)網(wǎng)后，球迷能夠以前所未有的方式與球隊(duì)和球員接觸。但是，讓機(jī)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(chǎng)比賽中，Dodgers 隊(duì)經(jīng)歷 Dave Roberts 在第五局下半場(chǎng)撤下了先發(fā)投手 Tyler Anderson。《體育畫報(bào)》指出，Anderson 投出了一場(chǎng)大師級(jí)的比賽，在 86 個(gè)投球中只允許有兩個(gè)安打和零分。Anderson 告訴《洛杉磯時(shí)報(bào)》，他本來可以投一整晚的。

數(shù)字計(jì)算員們不同意。

根據(jù)分析結(jié)果，在第六局換上一個(gè)新投手是正確的做法——理論上，這個(gè)決定可能在比賽開始前就已經(jīng)做出了。（Roberts 在媒體見面會(huì)上遲到了 45 分鐘，因?yàn)樗粵Q策小組的工作耽擱了)。具有諷刺意味的是，Dodgers 隊(duì)贏得了 2020 年世界系列賽的第六場(chǎng)比賽，當(dāng)時(shí) Tampa Bay Rays 隊(duì)的投手 Blake Snell 在投出他職業(yè)生涯中最好的一場(chǎng)比賽時(shí)被撤下。該隊(duì)主教練Kevin Cash 承認(rèn)是利用他們的數(shù)據(jù)分析結(jié)果做出這個(gè)決定的?？梢哉f，分析可以是一種有價(jià)值的方法...但不是整個(gè)球賽。

小編的話

在邊緣側(cè)應(yīng)用領(lǐng)域，將傳感器、通信和AI結(jié)合在一起從而構(gòu)建智能化的傳感系統(tǒng)將成為一種趨勢(shì)，這將為邊緣側(cè)帶來更多的創(chuàng)新應(yīng)用。本文提到的在體育分析中應(yīng)用智能傳感系統(tǒng)來進(jìn)行裁判，就是一個(gè)正在發(fā)生的典型用例。