بررسی کاربرد بینایی ماشین در فوتبال (سیستم VAR و GLT)

کاربرد بینایی ماشین در فوتبال

چندین سال است که داوران فوتبال از سیستم‌های بینایی ماشین برای کمک به تصمیمات خود استفاده می‌کنند. فناوری خط دروازه و کمک داور ویدیویی می توانند تصمیمات منصفانه تری بگیرند، اما سرعت بالا و ماهیت غیرقابل پیش بینی ورزش ها چالش هایی را برای سیستم ها ایجاد می کند.

فناوری خط دروازه (GLT) و کمک داور ویدیویی (VAR) در مورد چیست؟

این سوال که آیا یک توپ فوتبال به طور کامل از خط دروازه عبور کرده است یا نه و بنابراین به عنوان یک گل به حساب می آید، می تواند سرنوشت چیزی بیش از یک بازی را تعیین کند. گاهی این تصمیمات نیز تعیین کننده چندین دهه بحث در محافل کارشناسی و داوری است. گل معروف ومبلی که به تصمیم گیری در مورد جام جهانی 1966 کمک کرد مطمئنا بهترین نمونه شناخته شده است. چند سالی است که داوران نه تنها به حواس خود، بلکه بر ارزیابی دقیق سیستم های کمکی مبتنی بر بینایی نیز برای اتخاذ این تصمیمات حیاتی تکیه می کنند.

فناوری خط دروازه در ابتدای راه:

سیستم‌های فناوری خط دروازه (GLT) از بینایی ماشین برای بررسی موقعیت توپ روی یا پشت خط دروازه استفاده می‌کنند و سپس به داور برای تصمیم‌گیری علامت می‌دهند. این سیستم ها در سال 2013 توسط شرکت آلمانی vieww معرفی شدند و در همان سال مورد تایید فیفا قرار گرفتند. سال بعد، این سیستم (که در آن زمان GoalControl نامیده می شد) در جام جهانی فوتبال 2014 برزیل مورد استفاده قرار گرفت.

کمک در شرایط دشوار:

امروزه دیگر دوربین ها محدود به کمک داوران روی خط دروازه نیستند. سیستم vieww VAR (دستیار داور ویدیویی) تصاویر دقیقی را در کل مسابقه ارائه می دهد و کمک مهمی در تصمیم گیری است. این شامل سیستم VOL (خط آفساید مجازی) است که توسط فیفا نیز تایید شده است و به داوران کمک می کند تا پنالتی های احتمالی، اخراج ها یا موقعیت های آفساید را تعیین کنند. با VAR می توان تصمیمات اشتباه در فوتبال را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

از سال 2022، vieww GmbH و شریک عملیاتی آن، لیگ فوتبال آلمان (DFL) را به تمام فناوری‌های کمک داور مجهز می‌کنند.

چالش سیستم های کمکی در فوتبال

فوتبال همه چیز در مورد سرعت و دقت است. حرفه ای ها با سرعت زیاد همراه با توپ می دوند و ضربه می زنند، اما چند میلی متر می تواند بین موقعیت آفساید یا گل تفاوت ایجاد کند. در همین حال، ده ها هزار هوادار در استادیوم و میلیون ها تماشاگر از تلویزیون نمی توانند مدت زیادی منتظر تصمیمات داوران باشند. البته ناگفته نماند که این تصمیمات نه تنها باید سریع، بلکه به درستی نیز گرفته شود.

بینایی ماشین در فوتبال: بسیار دقیق و قابل اعتماد

در نتیجه، بازار سیستم‌های کمکی را می‌طلبد که از تصمیم‌های داور با دقت و اطمینان بالا پشتیبانی می‌کنند و در عین حال نتایج را بسیار سریع ارائه می‌دهند. برای سیستم VAR مهم است که بتواند هر موقعیتی را در زمان واقعی در زمین به طور دقیق ضبط و تجزیه و تحلیل کند.

تجهیز مورد استفاده: دوربین Basler ace 2

راه اندازی فناوری خط دروازه در استادیوم شامل 14 دوربین است که 200 فریم در ثانیه (فریم بر ثانیه) را ضبط می کند. از دوربین های رنگی Basler ace 2 از سری Basic استفاده شده است که مجهز به مجموعه قدرتمند Computer Vision Feature Set هستند و به لطف نرم افزار pylon به راحتی قابل ادغام هستند. علاوه بر این، از لنزهای مختلف با فاصله کانونی ثابت Basler برای ثبت تصویر استفاده می شود. دوربین های Basler ace 2 قلب سیستم ها هستند و در محفظه های مخصوصی در اطراف یک مینی کامپیوتر با کارت‌های گرافیکی بسیار قدرتمند و سیستم های گرمایش یا تهویه تعبیه شده اند.

افزایش تقاضا برای فناوری

با توجه به سرعت بالای بازی، نرخ فریم بالا ضروری است، اما کیفیت تصویر نیز یک جنبه مهم است، زیرا انتقال تصاویر به پخش کنندگان به کیفیت بالا نیاز دارد تا از نمایش واضح و قابل اعتمادی از آنچه در زمین اتفاق می افتد اطمینان حاصل شود. . علاوه بر این، انتظار می‌رود که الزامات پخش‌کننده‌ها برای کیفیت تصویر همچنان در آینده افزایش یابد. بنابراین لازم است سیستم بتواند تصاویر را با توجه به نیازهای وضوح تصویر، کنتراست، بازتولید رنگ و … تنظیم کند تا از انتقال بهینه اطمینان حاصل شود. این الزامات بالا در ابتدا چالش هایی را برای دوربین های ace 2 ایجاد کرد. برای دستیابی به نرخ فریم به اندازه کافی بالا، تصاویر با فرمت Bayer RG8 منتقل می شوند. با توجه به debayering و re-debayering در داخل دوربین، اثرات demosaicing در هنگام انتقال به رایانه شخصی رخ می دهد که بر کیفیت تصویر تأثیر منفی می گذارد. Basler مجموعه حالت‌های demosaicing را به طور خاص برای این چالش vieww گسترش داده است و اکنون حالت Demosaicing یک‌خطی را به عنوان یک ویژگی ارائه می‌کند. حالت Unilinear Demosaicing ضمن دستیابی به نرخ فریم بالا و بازتولید رنگ عالی برای چشم انسان، از مصنوعات رنگی ناخواسته جلوگیری می کند. این ویژگی از زمان تکمیل پروژه به صورت استاندارد در تمامی دوربین های ace 2 در دسترس بوده است.

راه حل فنی GLT و VAR در ورزشگاه

با دوربین های Basler ace 2، جدیدترین سیستم vieww GLT سطح بالایی از دقت ردیابی توپ مورد نیاز برای تصمیم گیری دقیق در فوتبال را فراهم می کند. قابلیت اطمینان سیستم منوط به کنترل دقیق فیفا است که تجهیزات را تأیید می‌کند و سالانه در هر استادیوم آزمایش می‌کند. سیستم های دوربین به طور دائم در هر استادیوم با توجه به معماری آن محل نصب می‌شوند. این به اندازه گیری های بسیار دقیقی نیاز دارد که زوایای دوربین، پوشش میدان و تأثیرات نور و آب و هوا را در نظر می‌گیرد. با این حال، پس از کالیبراسیون، سیستم می‌تواند از راه دور کار کند و به ورزشگاه‌ها، لیگ‌ها و فدراسیون‌ها امکان صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌ها را می‌دهد.

تصاویر عالی برای تصمیم گیری

علاوه بر فناوری Goal Line، vieww تصاویر دوربین های GLT را برای سیستم های VAR نیز ارائه می‌دهد. برای این منظور، vieww سیگنال های SDI را به تصاویر JPEG با کیفیت بالا تبدیل می‌کند. برای جلوگیری از از دست دادن جزئیات، هر تصویر به طور جداگانه گرفته و ثبت می‌شود. از آنجایی که دوربین های ace 2 به جای 50 فریم در ثانیه که معمولاً برای پخش تلویزیونی استفاده می شود، با سرعت 200 فریم در ثانیه ضبط می‌کنند، داوران تصاویر بیشتری از موقعیت در دست دارند. در عین حال، سیستم زمان پاسخگویی بسیار سریعی را ارائه می‌دهد، زیرا سرور هوشمند که توسط vieww توسعه یافته است، به سرعت انتقال داده بالایی نیاز ندارد. دوربین‌ها که در میکروثانیه همگام‌سازی می‌شوند، تصاویر را به‌طور مؤثر پردازش می‌کنند و آنها را به سرورها ارسال می‌کنند، که داده‌ها را برای ردیابی توپ در زمان واقعی، پخش فیدها و داده‌های مطابقت ارائه می‌دهند. دهه‌ها بحث در مورد اینکه آیا توپ از خط عبور کرده است یا نه، در نهایت به گذشته تبدیل شده است: زمان ارسال به ساعت داور، که به طور قابل اعتماد نشان می‌دهد که یک گل به ثمر رسیده است یا خیر، کمتر از یک ثانیه است.