世界杯足球赛场上的VAR技术和高科技足球

2019年世界知识产权日的主题是——夺金：知识产权与体育，旨在凸显知识产权在体育领域的作用和贡献。 科学技术的快速发展将体育运动推向了新的高度，特别是各种通信技术在竞技体育中的应用，不仅使运动员能够更好地展示专业技能，也为观众提供了更好的观看体验。

古代足球起源于中国，现代足球起源于英国。 它被认为是世界第一运动项目，也是全球体育界最具影响力的个人运动项目之一。 世界杯是国际足球联合会统一领导和组织下的全球性足球赛事。 它是世界上规模最大、影响力最强、水平最高的国家队足球赛事。 回顾最近几届世界杯赛事，我们会发现它们都蕴藏着大量的高科技创新。 2014年巴西世界杯首次采用门线技术来判定进球是否有效； 2018年俄罗斯世界杯进一步引入了VAR技术（视频助理裁判系统），利用视频回放技术帮助裁判做出正确的判罚决定。 门线技术和VAR技术的运用，大大降低了足球比赛的漏判和误判率，进一步维护了竞技体育的公平正义原则。 足球作为比赛的焦点，其外观、材质、性能等都影响着球员的表现和观众的视觉体验。 自1970年起，它一直是世界杯的官方赞助商，为其提供比赛用球。 它不仅不断改进足球的外观和制造工艺，还加入了新兴技术，赋予足球更多的功能。 本文将从产品、技术、专利三个方面进行分析，更加立体、全面地展示VAR技术和高科技足球在世界杯足球比赛中的表现。

VAR技术（视频助理裁判系统）

VAR（视频）技术的本质是依靠分布在足球场上的多个摄像机镜头，从多个摄像机、多个角度捕捉场上球员的每一个微小动作。 当场上出现有争议的判罚或者裁判需要调取比赛视频时，由技术人员操作，利用视频回放技术帮助裁判做出正确的判罚决定。 该系统包括一名视频助理裁判员（简称VAR）和三名助理裁判员（分别为AVAR1、AVAR2、AVAR3）。 VAR负责观察球场上方的主要角度。 它还可以查看4个不同的视频角度，并负责与现场进行沟通。 裁判沟通； AVAR1负责观察主摄像机角度，并在需要查看视频时通知VAR； AVAR2负责分析越位角度，其主要工作是判断越位争议； AVAR3注重电视节目的反馈，协助VAR分析事故，并确保VAR和AVAR2在越位判罚时有良好的沟通。 除了四名视频裁判员外，VAR团队还需要四名视频审核操作员（RO）。 他们将提供最佳角度。 其中两个负责提前选择最佳角度，另外两个则通过VAR选择并通过AVAR2分析得到的最佳角度。

VAR技术的原理其实并不复杂。 它主要依靠足球场上的多个摄像头对三维场景进行成像，并在计算机中近距离实时还原球线模型，以帮助判罚。 但要想在现场比赛中保持准确的判断，同时尽量减少对比赛的干扰，需要依赖各方面的技术支持。 据相关报道[1]，早在1999年，被称为“鹰眼之父”的保罗就已提交了这项技术的专利申请，公开号为A球类运动视频处理系统，包括至少四个摄像机以固定间隔布置在固定位置； 视频处理器和球跟踪器，用于反馈来自摄像机的信号； 数据存储，用于存储区域模型的构建、体育赛事的特征，用于存储规则或关键时刻。 视频处理器的操作如下：a)从每个摄像机的每个帧中识别与球的图像相对应的像素组； b) 使用来自至少两个不同相机的图像数据计算每个帧的 3D 位置图； c) ) 根据连续帧计算球的预测 3D 飞行路径； d) 将预测的飞行路径映射到模型上，以识别与代表发生的关键事件或规则违规的其他特征的交互。

目前主流足球比赛中使用的VAR技术是由英国公司Hawk-Eye开发的，该公司于2011年被索尼收购。Hawk-Eye开发了体育领域的视觉处理技术。 它可以以毫米级的精度跟踪球和球员。 基于索尼多年在视频图像采集和处理方面的技术积累，其视觉处理技术还加入了智能化IT支持。 的视频回放、分发软件和创意图形平台为广泛的产品和服务带来了新的体育革命。 迄今为止，鹰眼的VAR技术已应用于荷兰杯(KNVB)、德甲()、荷兰足球联赛()、英超()、意大利甲级联赛()、英格兰足总杯(TheFA)、联盟欧洲足协（UEFA）、德国足协等赛事和协会提供技术支持。

为了更深入地了解索尼开发的VAR技术，我们以该技术创始人Paul为检索入口进行了专利检索。 共检索到六套与VAR技术相关的同族专利（含），其技术要点如下：

公开了一种用于检测场景内的移动射弹的相机运动校正装置。 该设备包括用于接收由相机捕获的场景内的第一图像和第二图像的接口； 参考标记确定器，用于确定场景中的第一图像、第二图像和第二图像； 第二图像内的参考标记位置，该参考标记在场景内是固定的； 差异确定装置，用于确定场景内的第一图像和第二图像中的参考标记的位置之间的差异； 基于所确定的差异的校正变换器将校正应用于第二图像。

公开了一种用于检测场景内移动抛射体的位置的装置，该装置包括能够接收由多个摄像机基本同时捕获的多个图像的接口，每个摄像机具有不同的场景视场； 移动射弹体积图案存储器模块，包括指示移动射弹表面的特征图案的数据； 移动射弹图案检测单元使用来自移动射弹图案存储模块的数据来识别图像内的移动射弹的至少一部分并生成图像内的移动射弹。 运动弹丸的位置和方向数据； 移动抛射体位置检测单元，可操作用于基于图像中移动抛射体的位置和方向数据以及摄像机的相对位置来确定球在场景内的位置。

公开了一种用于在移动喷射的时间间隔期间从摄像机的视场确定移动喷射的位置的装置，包括：接口，用于接收在时间间隔之前由摄像机以第一帧速率捕获的信号。其中移动的射弹隐藏在相机的视野之外。 在该时间间隔之后以第二图像速率捕获的场景的第一图像序列和场景的第二图像序列； 运动抛射体检测装置检测第一和第二图像序列中的每一个以检测场景内的运动以及抛射体的位置； 速度检测单元，基于针对第一图像序列检测到的移动抛射体的位置和第一帧速率，并且基于针对第二图像序列检测到的移动抛射体的位置，确定在该时间间隔之前移动抛射体的速度。图像序列、移动射弹的位置和第二图像速率，以确定紧接着该时间间隔之后移动射弹的速度； 移动抛射体位置确定单元使用检测到的位置和确定的速度中的至少一个来确定移动抛射体在该时间间隔期间的速度。 运动过程中弹丸的位置。

上述专利主要集中在如何利用摄像头和3D模拟技术来获得实时、逼真的游戏场景。 此外，索尼还申请了改善远程观看用户体验、增强用户与事件和多个用户的交互等专利。

本 发明公开了一种检测拍摄图像中的标志的装置，包括：输入电路，用于接收拍摄图像； 检测器电路，用于根据预定的标志形状和颜色来检测拍摄图像中的标志，并且可以检测多种不同形状或颜色的标志； 计数器电路用于对检测到的不同形状或颜色的每个符号进行计数。

公开了一种能够基于协作用户交互（例如在简单的视觉设置中）来验证用户提交的数据的表示的系统、方法和计算机代码。

除了上述六套与VAR技术相关的专利外，索尼在其专业领域——图像采集与处理方面一直有着深厚的技术积累。 还申请了大量专利，保护知识产权，为VAR技术提供图像采集和处理。 支持和保护。 由于数据量较大，涉及技术广泛，本文暂时不对这部分专利和技术进行展开。

除了鹰眼之外，GOAL作为2014年巴西世界杯的门线技术提供商和2018年俄罗斯世界杯的VAR技术提供商的落败者，从2012年到2018年申请了一系列相关技术的专利保护。 2014年。例如，公开了一种用于记录和回放一系列事件的方法，特别是针对特定的体育赛事。 公开了一种目标识别系统及方法，其中多个摄像头监控球门框生成的球门线平面，其中至少一个摄像头模块用于监控球门外运动场方向的扇形区域以确定运动体朝目标方向的轨迹。 。 但就目前已披露的专利数据来看，GOAL申请的专利更多与门线技术相关，与VAR技术关系不大。

随着VAR技术在越来越多的主流足球赛事中得到应用，近年来不少企业纷纷研发相关技术。 例如，LTD公司申请了一系列与视频处理和传输相关的专利，例如公开了一种计算机化服务器自主生成体育比赛场景电视节目的方法； 提供一种从一个或多个视频中提取数据的方法、一种自动生成流的精彩片段的方法和系统； 提供了一种用于计算机化服务器自主生成场景中的体育赛事的电视节目的方法。

在激烈的足球比赛中，VAR技术的引入给球迷带来了更加精彩的体验，同时也引发了一些争议。 除了VAR技术的引入在一定程度上影响比赛的进程之外，最重要的一个方面是，VAR技术的越位线判断技术并不是像“门线技术”那样完全机械的判断。 在其他比赛中，甚至存在裁判用白纸来比较越位线的情况。 即使裁判通过视频回放反复观看，仍然存在很大问题。 主观性。 不过，随着技术的发展和完善，这一现象已经得到一定程度的解决。 据相关报道[2]，鹰眼研发的3D虚拟越位线技术已于2019年6月在中超联赛中使用，“鲁能式”越位案例已成为历史。

足球

作为多年来世界杯足球供应商，阿迪达斯一直致力于不断改进足球的外观、材料、性能等各方面，以期为世界杯赛场上的赛事提供近乎完美的支持。 从20世纪70年代的皮革材质到现在结合EVA和TPU提高其防水性、密封性和耐用性的高科技材质，从最初只注重外观的设计到添加空气动力凹槽以提高足球的稳定性、精准度，从32块手工缝制的面板到6块十字形球面，无缝地粘贴在一起。 2018年俄罗斯世界杯甚至在足球内部内置了NFC（近场通信技术）芯片，可以记录整场比赛。 这些细节进一步辅助VAR技术，也实现了与观众的实时互动，无不透露着阿迪达斯为世界杯赛事提供最优服务的态度和决心。 阿迪达斯在不断改进足球的外观、质量、性能等的同时，也越来越注重该产品的知识产权保护。

以《电视明星18》为例。 早在几年前，它就开始在外观、制造方法、通信模块等方面进行全面的专利保护，并在各国申请了专利。

“TV Star 18”产品外观延续了1970年墨西哥世界杯用球“TV Star”的黑白块设计，并在此基础上进行了改进。 针对其改进，我们于2017年11月在欧共体申请了外观设计保护。专利公开号EM01S是“TV Star 18”的整体设计，随后在美国、中国、日本将其作为优先权使用等。提交了外观设计申请，专门保护一种用于体育娱乐和比赛的运动足球。 设计的重点在于，产品的图案如下图（正视图）所示，采用红黑和黑白两种渐变拼接图案。 其中红黑马赛克版为淘汰赛用球，命名为“电视星-梦俄罗斯”； 黑白马赛克版本是小组赛用球，即“TV Star 18”。

此外，为了更好地保护足球的外观设计，阿迪达斯还分别对足球外观的黑白拼接和红黑拼接部分申请了外观保护，参见专利EM05S和EM06S。

关于“TV Star 18”的制造方法，我们首先在德国申请了发明专利，专利号为DE1A1，随后在欧洲、美国、中国、日本等地申请了发明保护，保护了一个球一个球壳。 多个片材设置在片材上，使得至少两个相邻的片材之间具有至少一间隙，并且该间隙填充有填充材料。 其中，文中还简单公开了球可以包括RFID或NFC电子元件，电子元件可以存储球的信息。 这种壳体结构不仅制造相对简单、成本低廉，而且具有非常好的飞行和抓球性能、质量稳定等优点，球的飞行和抓球性能可以独立调节。

内置NFC芯片是《电视星18》的一大看点。 同样是在“将通信模块集成到球体中”这一重要技术点上，我们首先在美国申请了专利号，然后重点研究这项技术及其改进。 该技术在欧洲、美国、中国、日本等国家均受到专利布局保护。 具体保护一种确定足球运动轨迹的方法，通过球内的传感器模块确定并输出球的施力、速度、旋转方向、旋转速率、运动轨迹等相关数据。 其中，足球通讯模块与VAR技术相结合，共同在屏幕上输出足球的运动轨迹等相关数据，不仅增强了观众的趣味性，也为裁判的决策提供了可靠的依据。

总结

随着科技的进步，足球比赛的亮点不再只是场上运动员之间的较量。 越来越多的高科技产品和应用给体育赛事乃至日常生活带来了新的惊喜和体验。 科学技术的进步、高新技术产品的诞生，都离不开知识产权的保护。 新产品从概念到实际应用，必然要消耗众多科研人员的心血，并伴随着大量科研经费的投入。 只有通过知识产权，产品或产品才能得到保护。 只有对应用进行全面的保护，才能保证科研人员和投资者得到应有的回报，让他们有更多的动力和资本继续从事新技术的研发。 只有这样，才能为科学技术的不断进步提供良好的环境和条件。 这也是知识产权存在的重大意义之一。

参考

【1】

【2】

来源：中文网()