世界杯中的門線技術應用淺析

張辰

摘 要 隨著計算機技術的不斷發展，計算機技術在越來越多的領域得到應用。足球作為世界第一運動，它的發展也開始與計算機技術緊密聯系起來，比如門線技術、VAR技術等。目前來說應用最廣泛的還是門線技術，門線技術是一種將高速攝像機攝像技術、無線電信號傳輸技術和視頻處理技術相結合的應用，也是足球與計算機技術結合的一種體現。文章對門線技術的發展歷程、門線技術的應用原理以及門線技術帶來的爭議進行了分析和探討，對世界杯中門線技術的應用進行淺析。

關鍵詞 門線技術；足球；門線技術算法；鷹眼系統

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）224-0155-02

2018年又是世界杯年，足球的狂潮再一次刮遍世界的每一個角落，在激烈的比賽中球場上的一舉一動都吸引著觀眾的眼球，裁判在球場上的判罰影響著比賽的走向。但誤判在比賽中是難以避免的，為了避免誤判，國際足聯終于將科技引入球場，門線技術可以算目前在足球比賽中使用最廣泛的一項科技。

門線技術的引入對于提升比賽中判罰的準確性有很大的幫助。門線技術主要是通過球場上的高速照相機對球門進行監控，并通過電腦對其拍下的圖像進行分析，判斷足球是否整體過線，幫助主裁判在短時間內做出正確的判罰。

1 門線技術的發展歷程

足球的門線技術是基于高速照相機、計算機處理和無線電信號傳輸相互協調配合，輔助裁判判球的一項技術。最初的門線技術得益于鷹眼技術的發展。鷹眼技術的成熟使得它被逐步應用到足球比賽中，消除了人們對于科技不宜在于足球比賽中使用的顧慮。這為足球比賽中的門線技術發展鋪平了道路。

1.1 鷹眼技術

鷹眼技術是與門線技術相似的輔助裁判的系統。“鷹眼”是由英國人保羅？霍金斯發明的，它通過多臺高速攝像機多角度拍攝，利用計算機對比賽場景進行精準還原、回放，幫助裁判做出判罰，同時也使觀眾更加直觀欣賞比賽。眼鷹眼技術現如今已廣泛應用于多種體育比賽之中，例如網球、籃球、乒乓球等。

與門線技術不同的是，鷹眼技術基于三角原理，使用安裝在球場不同方位的高速攝像機提供視覺圖片和時間數據，它會拖延比賽時間，并且由于統計學誤差太大，在球被球員或其他因素遮擋時，系統則不會生效。

1.2 足球比賽初步引入門線技術

2010年時，因為鷹眼技術在體育運動中已發展的較為成熟，但也出現了較多的爭議判罰，在外界的壓力下國際足聯終于決定引進相應的視頻處理技術，也就是現在我們所熟知的門線技術。在2013年7月6日的國際足球協會理事會上，同意將門線技術引進到足球比賽。

門線技術比鷹眼技術更快更準，它利用高速攝像機采集圖像，后經計算機的處理后，將結果傳至裁判所戴手表，整個過程不到1秒，且準確率更高，在國際足聯的多次測試中準確率達100%。但其運營成本高昂，每座球場安裝費用高達17萬英鎊。

1.3 門線技術的發展

目前，應用于足球比賽當中的門線技術是由德國的進球控制公司開發的。門線技術的研究一直被許多企業視作一種商機，從20世紀以來，一直有許多公司想要申請相關專利。至于國內的相關的技術的研究發展，在2016年之前，涉及門線技術的相關專利共有35項，其中30項為發明專利，另外的5項為新型專利。與國外門線技術發展情況相對比，可知我國在門線技術相關方面的研究是較為欠缺的。但從2000年開始，陸續的有人開始申請相關專利，由此可見，門線技術在我國被逐漸重視起來。

2 門線技術的原理

現在大多數足球比賽中采用的門線技術主要是通過將14臺高速攝像機安裝在球場的不同位置，每7臺對準一個球門，在需要檢查球是否過線時，電腦會對多臺攝像機所拍攝的圖像進行處理，先將球場分割出來，再對門線進行標識，最后檢測球是否穿過門線。具體的原理如下。

2.1 球場的提取方法

由于足球場地中具有較多影響裁判的因素，為了可以更加準確的進行判斷，需要先除去廣告牌等場外因素的影響，通過圖像分割的方法提取球場。圖像分割的方法可為多種，如閾值分割、區域分割、邊緣分割。由于足球場多為綠色，可以利用顏色分割的方法來將球場區域提取出來。

草地的顏色具有穩定性和單一性，只需要統計所拍攝多幀圖像中的RGB累計值，便可估計出球場草地的顏色值的大致的范圍，通過這個范圍可篩選出每一幀圖像之中符合范圍的圖塊，并將范圍之外的置零，這樣可以初步分割開球場區域。

2.2 消除場內干擾因素

將球場區域提取出來后，其中仍有許多影響因素，如球員、球等。但因為背景的面積相對球員與球要大很多，所以我們可以用孔洞填充的方法將背景中的球員與球去掉，只剩下球場的標志線。使用孔洞填充的方法，首先將提取后的圖像轉化為二值圖像，設定閾值，灰度值大于所設定的閾值時設為1，否則設為0。之后查找所有的輪廓，可知球員與球的像素面積一般小于400，而背景的像素值會遠大于該值，因此可設定面積值，將輪廓面積小于設定值的部分除去，如此便可以除去球場上的球員與球，留下球場。

2.3 檢測標志線及判斷進球

對所提取出來的球場，使用霍夫變換（Hough）來從圖像中分離出具有某種特征的幾何圖形來檢測球場的標志線，把球場的標志線檢查出來后，用紅線標記起來。霍夫變換是圖像處理之中的一種特征處理技術，可以用來檢測直線。首先用標準方程表示出直線，用圖像空間的邊緣數據點計算參數空間的可能軌跡，最后通過判斷點與直線的關系來得出是否進球的結論。

3 門線技術帶來的爭議

近年來門線技術已在足壇得到廣泛的使用，但在早期門線技術卻是遭到了國際足聯的抵制，因為雖然門線技術很大程度上降低了裁判判罰的失誤，但卻同樣影響了比賽的趣味性，所以門線技術的利弊一直存在爭議。

3.1 門線技術所帶來的好處

門線技術所帶來的好處是直觀的。自從門線技術在2014年世界杯比賽中幫助裁判完成判罰后，就一直不斷地被FIFA稱贊，它改變了裁判員和球員的交流，裁判執法變得有理有據了，大家的爭執將變得更少。它也使假球、裁判的暗箱操作變得不那么可能，一切都在監控之下公平競技變成可能。并且因為這項技術的引進，更好地滿足了觀眾們轉播的需求，足球的軌跡被放大的一清二楚，不僅提高了觀眾的觀賞性，也極大地方便了解說和評論，使大家可以有一個全新的體驗。

3.2 門線技術所帶來的缺失

此外，比賽變得過度機械化很有可能會造成人性化的缺失。比賽始終應該是圍繞人來開展的，正是因為這樣比賽才是鮮活的，才能讓人感受到無數的可能性，才能讓比賽有靈性。不僅這樣，過度使用技巧來判罰比賽，對于比賽的連貫性也會造成影響，世界上最公平的比賽也注定會是最無趣的。

過度使用機器還會造成足球比賽本身魅力的缺失。如今年世界杯中，西班牙隊前鋒迭戈？科斯塔在比賽后說到：“我支持使用技術，但有時候它會顯得我很傻。”使用機器執法的確容易讓球員們感到不舒服，甚至有時會讓觀眾有同樣的感受。

4 結論

本篇文章對于門線技術的發展歷程、原理用法及所引發的爭議做了簡單的介紹和分析。可以看出，近幾十年來，門線技術的發展速度十分迅速，在足球比賽中開始逐漸被大家重視起來了。但目前來說門線技術依舊有許多缺陷，并且該怎樣平衡機械助理判罰和傳統判罰之間的關系，依舊存在爭議。但是我們相信在時代不斷發展和技術不斷改進的情況下，這些問題都會得到解決。通過和其他技術的結合，計算機技術的應用領域將得到擴展，并逐步融入到平常的點滴生活之中。

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