世界盃中的門線技術是啥？不懂你就out了

球門線在哪裡

最近大家都在看世界盃，趁機科普一下球場上的高科技。

在世界級球類體育競技比賽中，對於裁判的爭議似乎從未停止。特別是2010年足球世界盃1/8決賽，英格蘭與德國隊的對決，英格蘭在1：2落後的情況下奮起直追，英格蘭球員蘭帕德在禁區弧內挑射打中橫樑明顯越過門線，卻因邊裁的錯誤判斷導致這粒進球最終被判罰“未能越過門線”，這次誤判也被媒體稱為“世紀性誤判”。

此事件引發了巨大的社會輿論爭議，FIFA（國際足球聯盟）也開始反思並加快引入門線技術來避免類似事件的重演。2012年12月在日本國際足球俱樂部世界盃中首次使用球門線技術。

什麼是門線技術？

門線（goal line）技術特指在足球比賽中，透過使用智慧電子輔助系統來判斷足球何時完全穿過球門柱和橫樑下方的球門線，從而幫助裁判做出是否進球的決定，當然門線技術不能代替裁判，只是一種輔助判定工具。不過，在目前的比賽中，對於可能有爭議的射門，門線技術幾乎可以百分百確定是否進球，所以門線技術在裁判判決中極為重要。

因此，國際足球協會委員會對門線技術提供商要求非常高。基本要求：

1、門線系統要保證足夠高的精度。目前的門線系統準確率超過99。9%。

2、門線系統要足夠魯棒，不受球上泥土或任何惡劣天氣條件的影響。

3、門線判定結果要非常快，在1s內給出結果，並且能夠在需要回放的時候立馬給出回放結果。這樣不會影響正常的比賽節奏。

4、門線系統只能第一時間將判決資訊傳送到裁判，供內部使用。目前門線技術都是透過無線網路將進球結果以振動和文字形式直接傳送到裁判的手環上。

門線技術比人類還準確嗎？

答案是肯定的。這裡主要說兩個引數：60ms，120km/h。

裁判面臨的一個很大的挑戰是人眼每秒只能處理大約16張影象，這意味著球需要線上後至少保持60ms以上。但實際情況中，在某些極端情況下，球可能線上後只有幾毫秒，一名球員將球踢回，或者球可能會反彈回球場，在這種情況下，人眼根本無法看到球是否越過線。另外，人眼對於高速運動的足球是很難看清細節的，而像馬里奧巴洛特利，克里斯蒂亞諾羅納爾多，茲拉坦伊布拉西莫維奇這樣的超級球星射門時的球速超過120公里/小時。因此必須藉助例如高速相機等電子裝置才能夠準確判決。

門線技術的原理是？

門線技術其實是一類統稱，目前FIFA已批准使用多個門線系統，主要有：Cairos GLT、Hawk-Eye、Goalminder、GoalRef、GoalControl等。這些系統根據原理，基本可以分為兩大類：基於攝像機技術和基於磁場感測器技術。

1、基於攝像機的門線技術

我們以Hawk-Eye（鷹眼）技術為例進行介紹。Hawk-Eye是由Paul Hawkins博士和西門子子公司的工程師於1999年開發，已經廣泛用於板球，網球和斯諾克中。早在2005年，Hawk-Eye技術就已經透過國際網球聯合會的考驗並被批准使用，並用於美國公開賽，澳大利亞網球公開賽和溫布林登網球賽。但Hawk-Eye在足球方面的應用較晚，最早是在2013-2014英超聯賽賽季在英國使用。

Hawk Eye系統需要在體育場四周不同位置安裝14臺高速高畫質攝像機，每7臺攝像機關注一個球門。如下圖所示。

鷹眼系統首先使用影象處理演算法檢測足球大概區域。

然後自動調出對應的最佳拍攝視角相機資料。結合多個相機使用多相機三角視覺測量來計算其相對於球門線的精確位置。

即使某些相機的視野被球員的身體擋住，該系統也可以產生可靠魯棒的結果。這是因為實現三角測量只需要兩個相機即可，而比賽現場為每個球門配備了7臺不同角度的相機，為演算法提供了充足的冗餘度。有了精確的計算，鷹眼系統不僅可以精確的給出進球結果，還能夠模擬球運動的軌跡。

鷹眼門線系統會在1s內計算出射門結果，並透過無線網路將結果傳送裁判手環，以振動和文字方式提醒。完全不影響比賽節奏。

鷹眼系統輸入的都是高幀率高畫質影象，還要合成球運動軌跡，結果要在極短的時間內給出，對計算效能的要求還是很大的。所以看到如下圖所示的鷹眼系統控制室裡龐大的伺服器也沒有什麼奇怪的了。

2、基於磁場的門線技術

我們以典型代表Cairos GLT系統為例簡單介紹。下圖是該系統示意圖。

該系統由Cairos Technologies AG與阿迪達斯合作生產。該系統使用的足球是特製的，其內部有懸浮的電子感測器。

攜帶電流的細電線被埋在禁區和球門線後方，形成一個網格。由於銅線與磁場之間的干擾，移動的球會影響均勻的磁場。擾動磁場波紋透過網路傳輸到計算機，計算機計算後決定球是否越過線。

從原理來看，基於磁場的門線技術精度沒有基於相機的門線技術精確，而且佈設也比較麻煩。不過，基於磁場門線技術除了用在判斷射門結果中，還可用於運動員平時的射門效果訓練過程中。

好啦，文章看完了，是不是感覺看世界盃時都更專業了呢！

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