專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

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來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）

作者：王倩娣北京品源知識產(chǎn)權(quán)管理咨詢有限公司

原標(biāo)題：專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

今年世界知識產(chǎn)權(quán)日的主題為——奮力奪金：知識產(chǎn)權(quán)和體育，旨在突出知識產(chǎn)權(quán)在體育領(lǐng)域中的作用和貢獻(xiàn)。科技的快速發(fā)展將體育推向了新的高度，尤其是在競技體育中各種通信技術(shù)的應(yīng)用，不僅使運(yùn)動(dòng)員的專業(yè)技能達(dá)到更好的發(fā)揮，也使得觀眾得到了更好的觀看體驗(yàn)。

古代足球起源于中國，現(xiàn)代足球起源于英國，被認(rèn)為是世界第一運(yùn)動(dòng)，也是全球體育屆最具影響力的單項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)之一。而世界杯是國際足球聯(lián)合會(huì)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和組織的世界性的足球比賽，是世界上規(guī)模最大、影響最大、水平最高的國家隊(duì)足球比賽。回顧近期的世界杯賽事，會(huì)發(fā)現(xiàn)無不蘊(yùn)含著大量的高科技創(chuàng)新成果。2014年的巴西世界杯首次啟用門線技術(shù)，用以判斷是否為有效進(jìn)球；2018年俄羅斯世界杯進(jìn)一步引進(jìn)了VAR技術(shù)（視頻助理裁判系統(tǒng)），通過使用視頻回放技術(shù)幫助主裁判作出正確的判罰決定。門線技術(shù)和VAR技術(shù)的使用使得足球賽場上漏判率、誤判率大幅降低，進(jìn)一步維護(hù)了競技體育的公平、公正原則。而足球作為賽場上的焦點(diǎn)，其外觀、材質(zhì)、性能無不影響著球員的發(fā)揮、觀眾的視覺體驗(yàn)等。自1970年開始，阿迪達(dá)斯公司一直作為世界杯的官方贊助商，為其提供比賽用球，不僅在足球外觀、制造工藝等方面不斷改進(jìn)，更是增加新興技術(shù)賦予了足球更多的功能。本文將從產(chǎn)品、技術(shù)及其專利三個(gè)方面進(jìn)行分析，更加立體、全面的展現(xiàn)世界杯足球賽場上的VAR技術(shù)和高科技足球。

VAR技術(shù)（視頻助理裁判系統(tǒng)）

VAR（Video Assistant Referee）技術(shù)實(shí)質(zhì)是依靠足球場上分布的多個(gè)攝像機(jī)鏡頭，多機(jī)位、多角度的捕捉場上球員的每一個(gè)細(xì)小動(dòng)作，在場上出現(xiàn)爭議判罰或主裁判需要調(diào)取比賽錄像時(shí)，由技術(shù)人員操作，使用視頻回放技術(shù)幫助主裁判作出正確的判罰決定。該系統(tǒng)包括一個(gè)視頻助理裁判（簡稱VAR）和三個(gè)助理（分別為AVAR1、AVAR2、AVAR3），其中VAR負(fù)責(zé)觀察球場上方的主要角度，還可以回看4個(gè)不同的視頻角度，并且負(fù)責(zé)與現(xiàn)場裁判溝通聯(lián)系；AVAR1負(fù)責(zé)觀察主要的攝像角度，并且在需要回看錄像時(shí)通知VAR；AVAR2負(fù)責(zé)分析越位角度，主要工作是判斷越位爭議；AVAR3則專注電視節(jié)目的反饋，輔助VAR分析意外事件，確保VAR和AVAR2在越位判罰時(shí)有良好的溝通。除了四個(gè)視頻裁判，VAR團(tuán)隊(duì)還需要四名錄像回看的操作員（RO），他們將會(huì)提供最佳的角度，其中2人負(fù)責(zé)提前選擇最佳角度，另外兩人則選出由VAR和AVAR2通過分析得到的最佳角度。

專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

VAR技術(shù)的原理其實(shí)并不復(fù)雜，其主要是依靠足球場上的多個(gè)攝像機(jī)將三維景物影像化，在計(jì)算機(jī)中近距離實(shí)時(shí)還原球線模型，為判罰提供幫助。盡管如此，為了其在現(xiàn)場比賽過程中能夠保持精準(zhǔn)判決的同時(shí)，盡量減少對比賽的干擾，需要依托各個(gè)方面的技術(shù)支持。據(jù)相關(guān)報(bào)道【1】，早在1999年，被稱為“鷹眼之父”的Paul Hawkins已就該技術(shù)遞交了專利申請，其公開號為GB9929193D0，具體公開了一種用于在球場等預(yù)定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的球類運(yùn)動(dòng)的視頻處理系統(tǒng)，包括至少四個(gè)在固定位置以固定間隔布置的攝像機(jī)；視頻處理器和球跟蹤器來自于攝像機(jī)的信號的反饋；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于儲(chǔ)存所述區(qū)域的建模、體育項(xiàng)目的特征、用于存儲(chǔ)規(guī)則或者關(guān)鍵時(shí)間。視頻處理器的運(yùn)作方式如下：a）從每個(gè)攝像機(jī)的每個(gè)幀中識別對應(yīng)于球的圖像的像素組；b）利用至少來自兩個(gè)不同攝像機(jī)的圖像數(shù)據(jù)為每幀計(jì)算3D位置圖；c）從連續(xù)幀中計(jì)算預(yù)測出球的3D飛行路徑；d）將預(yù)測飛行路徑映射到建模上，以識別出與其他特征的交互，該交互表示所發(fā)生的的關(guān)鍵事件或規(guī)則侵權(quán)。

目前主流足球賽場上采用的VAR技術(shù)均由英國的Hawk-Eye公司開發(fā)，該公司于2011年被索尼收購。Hawk-Eye在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域開發(fā)了視覺處理技術(shù)，跟蹤球、球員其精度可達(dá)到毫米級，并且依托索尼多年以來在視頻圖像采集和處理方面的技術(shù)積累，其視覺處理技術(shù)上還增加了智能IT支持的視頻重放、分發(fā)軟件和創(chuàng)意圖形平臺，為眾多產(chǎn)品和服務(wù)帶來了新的體育革命。截止目前，Hawk-Eye公司的VAR技術(shù)已為荷蘭杯賽事（KNVB）、德邦聯(lián)賽（BUNDESLIGA）、荷蘭足球甲級聯(lián)賽（Eredivisie）、英超聯(lián)賽（Premier League）、意大利甲組聯(lián)賽（Seriea）、英格蘭足總杯（TheFA）、歐洲足球協(xié)會(huì)聯(lián)盟（UEFA）、德國足協(xié)等賽事和協(xié)會(huì)提供技術(shù)支持。

為了對索尼開發(fā)的VAR技術(shù)有更深入的了解，我們以技術(shù)創(chuàng)始人Paul Hawkins為檢索入口進(jìn)行了專利檢索。共檢索出六組與VAR技術(shù)相關(guān)的同族專利（包括GB9919193D0），其技術(shù)點(diǎn)分別如下所述：

專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

GB2496591A公開了一種用于檢測場景內(nèi)運(yùn)動(dòng)拋射體的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)矯正裝置，該裝置包括用于接收由攝像機(jī)捕獲的場景內(nèi)第一和第二圖像的接口；參考標(biāo)記確定器，用于確定第一、第二圖像內(nèi)的參考標(biāo)記位置，參考標(biāo)記在場景內(nèi)是靜止的；差分確定裝置，用于確定場景內(nèi)第一和第二圖像中參考標(biāo)記的位置之間的差異；矯正變換器，基于確定的差異將矯正應(yīng)用到第二圖像中。

GB2496428A公開了一種檢測場景內(nèi)運(yùn)動(dòng)拋射體位置的設(shè)備，該設(shè)備包括可接收多個(gè)圖像的接口，多個(gè)圖像由多個(gè)相機(jī)基本上同時(shí)捕獲，每個(gè)相機(jī)具有該場景的不同視場；運(yùn)動(dòng)拋射體圖案存儲(chǔ)器模塊，包括指示運(yùn)動(dòng)拋射體表面的特性圖案的數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)拋射體圖案檢測單元，使用來自運(yùn)動(dòng)拋射體圖案存儲(chǔ)器模塊的數(shù)據(jù)來識別圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)拋射體的至少一部分且產(chǎn)生圖像內(nèi)的運(yùn)動(dòng)拋射體的位置和方位數(shù)據(jù)；運(yùn)動(dòng)拋射體位置檢測單元，可操作來基于這些圖像中的運(yùn)動(dòng)拋射體的位置和方位數(shù)據(jù)以及相機(jī)的相對位置來確定場景內(nèi)球的位置。

GB2496429A公開了一種從攝像機(jī)視野中確定在運(yùn)動(dòng)彈射時(shí)間間隔期間內(nèi)運(yùn)動(dòng)彈射位置的設(shè)備，包括：接口，接收在運(yùn)動(dòng)拋射體被從相機(jī)的視野隱藏的時(shí)間間隔之前由相機(jī)以第一幀速率捕獲的場景的第一序列圖像和在該時(shí)間間隔之后以第二圖像速率捕獲的場景的第二序列圖像；運(yùn)動(dòng)拋射體檢測裝置，檢測第一和第二序列圖像中的每個(gè)圖像檢測場景內(nèi)的運(yùn)動(dòng)拋射體的位置；速度檢測單元，基于針對第一序列圖像檢測到的運(yùn)動(dòng)拋射體的位置和第一幀速率來確定在該時(shí)間間隔之前運(yùn)動(dòng)拋射體的速度，并且基于針對第二序列圖像檢測到的運(yùn)動(dòng)拋射體的位置和第二圖像速率來確定剛好在該時(shí)間間隔之后運(yùn)動(dòng)拋射體的速度；以及運(yùn)動(dòng)拋射體位置確定單元，使用檢測到的位置和確定的速度中至少一個(gè)確定在該時(shí)間間隔期間運(yùn)動(dòng)拋射體的位置。

專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

以上專利GB2496591A、GB2496428A、GB2496429A主要針對如何利用攝像機(jī)以及3D模擬技術(shù)獲得即時(shí)、真實(shí)的比賽場景。除此之外，索尼還申請了關(guān)于提高遠(yuǎn)程觀看用戶體驗(yàn)、增強(qiáng)用戶與事件以及多個(gè)用戶之間交互的專利，比如GB2531811A和AU2018220148A1。

GB2531811A公開了一種用于檢測捕獲圖像中的標(biāo)牌的裝置，包括：輸入電路，用于接收捕獲的圖像；檢測器電路用于基于標(biāo)牌的預(yù)定形狀和顏色檢測捕獲圖像中的標(biāo)牌，可以檢測多種不同形狀或顏色的標(biāo)牌；計(jì)數(shù)器電路用于計(jì)算檢測到的每個(gè)不同形狀或顏色的標(biāo)牌。

AU2018220148A1公開了一種能夠基于協(xié)作用戶交互驗(yàn)證表示用戶所提交的數(shù)據(jù)（比如簡單的視覺設(shè)置中）的系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)代碼。

除以上六組VAR技術(shù)相關(guān)同族專利以外，一直以來，索尼在其專業(yè)領(lǐng)域——圖像獲取處理方面有著深厚的技術(shù)積累，同時(shí)也申請了大量的專利進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，為VAR技術(shù)提供圖像獲取處理方面的支持與保護(hù)。由于數(shù)據(jù)量較大且涉及技術(shù)廣泛，本文暫不對該部分專利和技術(shù)進(jìn)行展開。

除Hawk-Eye公司之外，GOAL CONTROL公司作為2014年巴西世界杯門線技術(shù)提供商以及2018年俄羅斯世界杯VAR技術(shù)供應(yīng)商的惜敗者，在2012-2014年間就相關(guān)技術(shù)申請了一系列的專利保護(hù)。比如WO2014071918A1公開了一種用于記錄和播放一系列事件的方法，尤其是對于特定體育事件。WO2013083112A2公開了一種用于目標(biāo)識別系統(tǒng)和方法，其多個(gè)攝像機(jī)監(jiān)視由球門框架生成的球門線平面，其中至少一個(gè)攝像機(jī)模塊用于監(jiān)視運(yùn)動(dòng)場方向球門外側(cè)的扇形區(qū)域，以便確定球門方向運(yùn)動(dòng)體的軌跡。但就目前已公開的專利數(shù)據(jù)來講，GOAL CONTROL公司所申請的專利與門線技術(shù)更為相關(guān)，而與VAR技術(shù)關(guān)聯(lián)不大。

隨著VAR技術(shù)被越來越多的主流足球賽事所應(yīng)用，近年來已有多個(gè)公司對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。比如PIXELLOT LTD公司申請了一系列視頻處理傳輸相關(guān)的專利，如US20170178687A1公開了一種用于計(jì)算機(jī)化的服務(wù)器在場景中自主地產(chǎn)生體育比賽的電視節(jié)目方法；WO2017221239A2提供了一種用于從一個(gè)或多個(gè)視頻流自動(dòng)產(chǎn)生突出顯示的方法和系統(tǒng)；US10262692B2提供了一種用于場景中自主地產(chǎn)生體育比賽的電視節(jié)目的計(jì)算機(jī)化服務(wù)器的方法。

在激烈的足球比賽中，VAR技術(shù)的引入給球迷帶來了更精彩的體驗(yàn)，同時(shí)也引起了一些爭議，除了VAR技術(shù)的引入一定程度上影響了比賽進(jìn)度之外，最主要的方面在于VAR技術(shù)的越位線判定技術(shù)并不是和“門線技術(shù)”一樣的全機(jī)械判斷，其他賽場上甚至還出現(xiàn)“裁判用白紙比越位線”的情況，即使是裁判通過視頻回放反復(fù)觀看，也存在很大的主觀性。但是，這個(gè)現(xiàn)象隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，已經(jīng)在一定程度上得到解決。據(jù)有關(guān)報(bào)道【2】，2019年6月份的中超賽事中已啟用Hawk-Eye開發(fā)的3D虛擬越位線技術(shù)，“魯能式”越位懸案成為歷史。

足球

阿迪達(dá)斯作為歷年來的世界杯足球供應(yīng)商，一直致力于不斷改進(jìn)足球的外觀、材質(zhì)、性能等各個(gè)方面，以求在世界杯賽場上為賽事提供近乎完美的支持。從1970年的皮革材質(zhì)到現(xiàn)在的EVA和TPU相結(jié)合的高科技材質(zhì)以提升其防水性、密封性及耐用性，從最初只注重外表的設(shè)計(jì)到添加有空氣動(dòng)力學(xué)凹槽以提升足球穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性，從32塊手縫嵌面到6塊十字形球面無縫粘貼拼接而成，2018年俄羅斯世界杯更是在足球內(nèi)部內(nèi)置了NFC（近場通訊技術(shù)）芯片，能夠記錄整場比賽的細(xì)節(jié)，進(jìn)一步輔助了VAR技術(shù)的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了與觀眾的實(shí)時(shí)互動(dòng)，無不透露著阿迪達(dá)斯對為世界杯賽事提供最優(yōu)服務(wù)的態(tài)度與決心。阿迪達(dá)斯在不斷提升足球外觀、質(zhì)量、性能等的同時(shí)，也越來越重視對該產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

以“電視之星18”為例，早在幾年前，阿迪達(dá)斯公司就開始對其從外觀、制造方法、通訊模塊等方面進(jìn)行全方位的專利保護(hù)，分別在各個(gè)國家申請專利。

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“電視之星18”產(chǎn)品的外觀，延續(xù)了1970年的墨西哥世界杯用球“電視之星”的黑白塊相間的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。針對其改進(jìn)，阿迪達(dá)斯公司于2017年11月份在歐共體申請了外觀設(shè)計(jì)保護(hù)，其中專利公開號EM0035043640001S為“電視之星18”的外觀整體設(shè)計(jì)，隨后又以其為優(yōu)先權(quán)在美國、中國、日本等地遞交了外觀設(shè)計(jì)申請，具體保護(hù)了一種用于體育娛樂和比賽的運(yùn)動(dòng)足球，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于產(chǎn)品的圖案如下圖（主視圖）所示，采用了紅黑和黑白兩種漸變的馬賽克圖案，其中紅黑馬賽克版本為淘汰賽用球，名為“電視之星-逐夢俄羅斯”；黑白馬賽克版本為小組賽用球，即“電視之星18”。

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此外，為了更好的保護(hù)足球的外觀設(shè)計(jì)，阿迪達(dá)斯針對足球外觀的黑白馬賽克、紅黑馬賽克部分分別單獨(dú)申請了外觀保護(hù)，見專利EM0035043640005S、EM0035043640006S。

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關(guān)于“電視之星18”的制造方法，阿迪達(dá)斯公司最早在德國申請了專利號為DE102015204151A1的發(fā)明專利，隨后在歐洲、美國、中國、日本等地申請了發(fā)明保護(hù)，其保護(hù)了一種球，在球殼上設(shè)置多個(gè)片已使得至少兩個(gè)相鄰的片之間具有至少一個(gè)間隙，以及用填充材料填充所述間隙。其中，文本中還簡單公開了球中可以包括RFID或NFC類的電子元件，電子元件可以存儲(chǔ)有關(guān)球的信息。該種外殼結(jié)構(gòu)不僅制造相對簡單、成本較低，并且具有非常好的飛行和抓取性能、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，該球的飛行和抓取性能可單獨(dú)調(diào)整。

內(nèi)置NFC芯片是“電視之星18”的一大看點(diǎn)，阿迪達(dá)斯公司同樣就“球體中融入通訊模塊”這一重要技術(shù)點(diǎn)最先在美國申請了專利號為US2013274040A1的專利，隨后又針對該技術(shù)及其改進(jìn)技術(shù)在歐洲、美國、中國、日本等國家進(jìn)行了專利布局保護(hù)。其具體保護(hù)了一種用于確定足球運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，通過球中的傳感器模塊確定并輸出球的施加力、速度、旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速率以及運(yùn)動(dòng)軌跡等相關(guān)數(shù)據(jù)。其中，足球的通訊模塊與VAR技術(shù)相結(jié)合，共同在屏幕上輸出足球的運(yùn)動(dòng)軌跡等相關(guān)數(shù)據(jù)，為觀眾提升趣味性的同時(shí)，為裁判判罰提供可靠依據(jù)。

總結(jié)

隨著科技的進(jìn)步，足球比賽的看點(diǎn)已不再僅僅是運(yùn)動(dòng)員場上的互逐，有越來越多的高科技產(chǎn)品和應(yīng)用給體育賽事甚至日常生活帶來了新的驚喜與體驗(yàn)。科技的進(jìn)步和高科技產(chǎn)品的誕生都離不開知識產(chǎn)權(quán)的保駕護(hù)航，新產(chǎn)品從概念提出到實(shí)際應(yīng)用必然要耗費(fèi)眾多科研人員的心血并伴隨投入大量科研經(jīng)費(fèi)，唯有通過知識產(chǎn)權(quán)對產(chǎn)品或應(yīng)用進(jìn)行全方面的保護(hù)，才能保證科研人員和投資者獲得應(yīng)有的回報(bào)，從而更加有動(dòng)力和資本繼續(xù)從事新科技的研發(fā)，這樣才能為科技的不斷進(jìn)步提供良好的環(huán)境與條件。這也是知識產(chǎn)權(quán)存在的重大意義之一。

參考文獻(xiàn)

【1】http://www.iprchn.com/cipnews/news_content.aspx?newsId=109276

【2】https://baijiahao.baidu.com/s?id=1637225816289542596&wfr=spider&for=pc

來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）

作者：王倩娣北京品源知識產(chǎn)權(quán)管理咨詢有限公司

編輯：IPRdaily王穎校對：IPRdaily縱橫君

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