Видеоповторы в бадминтоне

Мы все уже привыкли, что у игроков супер серии есть возможность запросить за гейм два видеоповтора (challenge). Как же работает технология, позволяющая исключить ошибки людей при спорных моментах?

Hawk-Eye (Ястребиный глаз) — программно-аппаратный комплекс, моделирующий траекторию игрового снаряда. Система была разработана компанией Roke Manor Research (англ.) и впервые протестирована в реальных условиях спортивных соревнований в 2001 году.

Применяется, главным образом, для судейства соревнований, а также сбора статистики и визуализации игрового процесса, в тренировках. Наиболее широкое распространение получила в теннисе, крикете, волейболе. Как средство визуализации игрового процесса применяется в снукере. Тестируется в футболе. Обсуждается вопрос о её внедрении и в других видах спорта. Высокая стоимость и сложность в эксплуатации ограничивает применение Hawk-Eye только крупнейшими соревнованиями.

История

Необходимость в системе, облегчающей судейство, была обусловлена многочисленными спорными ситуациями, регулярно возникавшими в ходе соревнований. При скоростях полёта мяча в теннисе до 250 км/ч, определить человеческим глазом касание линии весьма затруднительно и решение судей может быть субъективно. Споры с арбитрами нарушали нормальный ход поединков и мало способствовали спортивному духу соревнований. Попытки внедрения автоматизированных ассистентов судей в теннисе и крикете имеют долгую историю.

 

Один из предшественников Hawk-Eye — система ElectroLine

Технологические разработки, связанные с облегчением работы судей, стали появляться с конца 1960-х. Первые аппаратные комплексы поддержки судейства в теннисе были созданы в 1970-х годах. Так называемые системы TEL (Tennis Electronic Lines) работали на основе датчиков давления, воспринимающих касание линии, и требовали монтажа под покрытием корта. Широкого распространения они не получили. Помимо сложности монтажа, датчики не различали, касается линии мяч или нога игрока (хотя их преимуществом была возможность выдавать результат мгновенно — это была система реального времени). В 1980-х была анонсирована система Cyclops(англ.), функционировавшая на основе инфракрасных датчиков, определяющих пересечение мячом луча. Система фиксировала только ошибки при подаче. Главным её недостатком было то, что она не различала мяч и любой другой предмет, прерывавший ход луча. Тем не менее, она использовалась на турнирах Большого шлема вплоть до конца 1990-х.

В середине 1990-х на крупных турнирах опробовалась система MacCAM (англ.), разработанная DEL Imaging Systems LLC. В сущности, это была только высокоскоростная камера (до 5000 кадров/сек), позволявшая визуально определить на повторе касание мячом линии.

В 1999 году исследовательская группа компании Roke Manor Research Ltd начала разработку системы, основанной на обработке видеоданных и построении траектории мяча. Во главе группы стоял доктор Пол Хоукинс, в прошлом игрок в крикет. При разработке использовался опыт разработок в военной области в медицине. В 2001 году Пол Хоукинс и Дэвид Шерри защитили разработку патентом WO0141884 (Video Processor Systems For Ball Tracking In Ball Games — «Система видеообработки для трекинга в играх с мячом»). Впервые возможности нового продукта компании были продемонстрированы каналом Channel 4 во время официального матча между сборными Англии и Пакистана, на стадионе Lord's Cricket Ground 21 мая 2001 года. С 2006 года Hawk-Eye постоянно используется для судейства профессиональных турниров в теннисе.

Технология

Все детали функционирования Hawk-Eye не разглашаются, так как являются секретом фирмы. Основой для её программного обеспечения стали появившиеся в 1990-е годы системы захвата движения.

Программно-аппаратный комплекс состоит из нескольких видеокамер, передающих поток видеоданных для обработки компьютеру. Для крикета используется шесть камер, для тенниса — десять. Скоростные видеокамеры (106 кадров/сек, по данным разработчика) укреплены так, чтобы захватывать с определенных углов игровое пространство. Обработка потока видеоданных включает несколько этапов. Изначально в систему заложены правила игры, и при калибровке строится модель игрового пространства. Программное обеспечение позволяет организовать распознавание образа мяча. Как сообщают разработчики, система устойчиво распознаёт летящий мяч в форме размытого вытянутого пятна, размер которого составляет от 2 до 10 пикселей, на фоне корта, оборудования и публики.

 

Hawk-Eye показывает минимальное касание линии (теннис).

На основе трекинга и принципа триангуляции система определяет координаты мяча. По двумерным образам, полученным с каждой камеры, строится серия точек в трёхмерных координатах

Камеры не синхронизированы друг с другом и различные координаты мяча, полученные с разных камер, связываются в общую систему точек при помощи линейной аппроксимации

Далее, при помощи алгоритмов сглаживания, через эти точки реконструируется виртуальная траектория полёта. Если оценить скорость полёта мяча в теннисе в 50 м/c, то при скорости съёмки 100 кадров в секунду, между узлами интерполяции может быть расстояние порядка 50 см. Система визуализации выдаёт результат в виде гладкой траектории с интерполированной точкой касания корта в случае тенниса. Система также позволяет выдавать другие показатели: скорость мяча, статистику попаданий в определенные области и прочее.

Для функционирования системы (в случае крикета) необходимо три оператора.

Система не накладывает никаких требований на инвентарь и площадку. Точность системы является спорным моментом, так как источники называют разные данные: от 1 мм до 5 мм. Согласно данным самой компании Hawk-Eye Innovations, точность составляет 3,6 мм, то есть порядка 5 % от размера теннисного или крикетного мяча. Согласно требованиям ITF, в ходе тестирования погрешность системы должна была составлять не более 5 мм.

По состоянию на 2013 год система не может работать в режиме реального времени. На получение результата системе нужно до 10 сек, поэтому полностью заменить судей на линии автоматикой пока не получается. Вмешательство судьи в теннисе также необходимо из-за того, что игрок, по правилам, если и собирается взять попытку, то должен это сделать немедленно после спорного попадания, иначе ситуация будет, как говорят, «заиграна».

Стоимость использования системы оценивается в $20 000 в неделю на одном теннисном корте. Для крикета стоимость установки достигает £180 000 на одном стадионе.

Бадминтон

Международная Федерация Бадминтона ввела технологию Hawk-Eye в 2014 году,  после тестирования других систем видеоповторов для судейства на линии на совревнованиях. Технологии слежения Hawk-Eye также дают информацию о скорости полета волана и другую полезную статистику об игровом процессе. впервые технология была представлена на  2014 India Super Series турнире.