专利探秘——足球赛场上的VAR和足球

　　今年世界知识产权日的主题为——奋力夺金：知识产权和体育，旨在突出知识产权在体育领域中的作用和贡献。科技的快速发展将体育推向了新的高度，尤其是在竞技体育中各种通信技术的应用，不仅使运动员的专业技能达到更好的发挥，也使得观众得到了更好的观看体验。

　　古代足球起源于中国，现代足球起源于英国，被认为是世界第一运动，也是全球体育届最具影响力的单项体育运动之一。而世界杯是国际足球联合会统一领导和组织的世界性的足球比赛，是世界上规模最大、影响最大、水平最高的国家队足球比赛。回顾近期的世界杯赛事，会发现无不蕴含着大量的高科技创新成果。2014年的巴西世界杯首次启用门线技术，用以判断是否为有效进球；2018年俄罗斯世界杯进一步引进了VAR技术（视频助理裁判系统），通过使用视频回放技术帮助主裁判作出正确的判罚决定。门线技术和VAR技术的使用使得足球赛场上漏判率、误判率大幅降低，进一步维护了竞技体育的公平、公正原则。而足球作为赛场上的焦点，其外观、材质、性能无不影响着球员的发挥、观众的视觉体验等。自1970年开始，阿迪达斯公司一直作为世界杯的官方赞助商，为其提供比赛用球，不仅在足球外观、制造工艺等方面不断改进，更是增加新兴技术赋予了足球更多的功能。本文将从产品、技术及其专利三个方面进行分析，更加立体、全面的展现世界杯足球赛场上的VAR技术和高科技足球。

　　VAR（Video Assistant Referee）技术实质是依靠足球场上分布的多个摄像机镜头，多机位、多角度的捕捉场上球员的每一个细小动作，在场上出现争议判罚或主裁判需要调取比赛录像时，由技术人员操作，使用视频回放技术帮助主裁判作出正确的判罚决定。该系统包括一个视频助理裁判（简称VAR）和三个助理（分别为AVAR1、AVAR2、AVAR3），其中VAR负责观察球场上方的主要角度，还可以回看4个不同的视频角度，并且负责与现场裁判沟通联系；AVAR1负责观察主要的摄像角度，并且在需要回看录像时通知VAR；AVAR2负责分析越位角度，主要工作是判断越位争议；AVAR3则专注电视节目的反馈，辅助VAR分析意外事件，确保VAR和AVAR2在越位判罚时有良好的沟通。除了四个视频裁判，VAR团队还需要四名录像回看的操作员（RO），他们将会提供最佳的角度，其中2人负责提前选择最佳角度，另外两人则选出由VAR和AVAR2通过分析得到的最佳角度。

　　VAR技术的原理其实并不复杂，其主要是依靠足球场上的多个摄像机将三维景物影像化，在计算机中近距离实时还原球线模型，为判罚提供帮助。尽管如此，为了其在现场比赛过程中能够保持精准判决的同时，尽量减少对比赛的干扰，需要依托各个方面的技术支持。据相关报道【1】，早在1999年，被称为“鹰眼之父”的Paul Hawkins已就该技术递交了专利申请，其公开号为GB9929193D0，具体公开了一种用于在球场等预定区域内进行的球类运动的视频处理系统，包括至少四个在固定位置以固定间隔布置的摄像机；视频处理器和球跟踪器来自于摄像机的信号的反馈；数据存储器，用于储存所述区域的建模、体育项目的特征、用于存储规则或者关键时间。视频处理器的运作方式如下：a）从每个摄像机的每个帧中识别对应于球的图像的像素组；b）利用至少来自两个不同摄像机的图像数据为每帧计算3D位置图；c）从连续帧中计算预测出球的3D飞行路径；d）将预测飞行路径映射到建模上，以识别出与其他特征的交互，该交互表示所发生的的关键事件或规则侵权。

　　目前主流足球赛场上采用的VAR技术均由英国的Hawk-Eye公司开发，该公司于2011年被索尼收购。Hawk-Eye在运动领域开发了视觉处理技术，跟踪球、球员其精度可达到毫米级，并且依托索尼多年以来在视频图像采集和处理方面的技术积累，其视觉处理技术上还增加了智能IT支持的视频重放、分发软件和创意图形平台，为众多产品和服务带来了新的体育革命。截止目前，Hawk-Eye公司的VAR技术已为荷兰杯赛事（KNVB）、德邦联赛（BUNDESLIGA）、荷兰足球甲级联赛（Eredivisie）、英超联赛（Premier League）、意大利甲组联赛（Seriea）、英格兰足总杯（TheFA）、欧洲足球协会联盟（UEFA）、德国足协等赛事和协会提供技术支持。

　　为了对索尼开发的VAR技术有更深入的了解，我们以技术创始人Paul Hawkins为检索入口进行了专利检索。共检索出六组与VAR技术相关的同族专利（包括GB9919193D0），其技术点分别如下所述：

　　GB2496591A公开了一种用于检测场景内运动抛射体的摄像机运动矫正装置，该装置包括用于接收由摄像机捕获的场景内第一和第二图像的接口；参考标记确定器，用于确定第一、第二图像内的参考标记位置，参考标记在场景内是静止的；差分确定装置，用于确定场景内第一和第二图像中参考标记的位置之间的差异；矫正变换器，基于确定的差异将矫正应用到第二图像中。

　　GB2496428A公开了一种检测场景内运动抛射体位置的设备，该设备包括可接收多个图像的接口，多个图像由多个相机基本上同时捕获，每个相机具有该场景的不同视场；运动抛射体图案存储器模块，包括指示运动抛射体表面的特性图案的数据；运动抛射体图案检测单元，使用来自运动抛射体图案存储器模块的数据来识别图像内的运动抛射体的至少一部分且产生图像内的运动抛射体的位置和方位数据；运动抛射体位置检测单元，可操作来基于这些图像中的运动抛射体的位置和方位数据以及相机的相对位置来确定场景内球的位置大佬们都在玩{精选官网网址: www.vip333.Co }值得信任的品牌平台!。

　　GB2496429A公开了一种从摄像机视野中确定在运动弹射时间间隔期间内运动弹射位置的设备，包括：接口，接收在运动抛射体被从相机的视野隐藏的时间间隔之前由相机以第一帧速率捕获的场景的第一序列图像和在该时间间隔之后以第二图像速率捕获的场景的第二序列图像；运动抛射体检测装置，检测第一和第二序列图像中的每个图像检测场景内的运动抛射体的位置；速度检测单元，基于针对第一序列图像检测到的运动抛射体的位置和第一帧速率来确定在该时间间隔之前运动抛射体的速度，并且基于针对第二序列图像检测到的运动抛射体的位置和第二图像速率来确定刚好在该时间间隔之后运动抛射体的速度；以及运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至少一个确定在该时间间隔期间运动抛射体的位置。

　　以上专利GB2496591A、GB2496428A、GB2496429A主要针对如何利用摄像机以及3D模拟技术获得即时、真实的比赛场景大佬们都在玩{精选官网网址: www.vip333.Co }值得信任的品牌平台!。除此之外，索尼还申请了关于提高远程观看用户体验、增强用户与事件以及多个用户之间交互的专利，比如GB2531811A和AU2018220148A1。

　　GB2531811A公开了一种用于检测捕获图像中的标牌的装置，包括：输入电路，用于接收捕获的图像；检测器电路用于基于标牌的预定形状和颜色检测捕获图像中的标牌，可以检测多种不同形状或颜色的标牌；计数器电路用于计算检测到的每个不同形状或颜色的标牌。

　　AU2018220148A1公开了一种能够基于协作用户交互验证表示用户所提交的数据（比如简单的视觉设置中）的系统、方法和计算机代码。

　　除以上六组VAR技术相关同族专利以外，一直以来，索尼在其专业领域——图像获取处理方面有着深厚的技术积累，同时也申请了大量的专利进行知识产权保护，为VAR技术提供图像获取处理方面的支持与保护大佬们都在玩{精选官网网址: www.vip333.Co }值得信任的品牌平台!。由于数据量较大且涉及技术广泛，本文暂不对该部分专利和技术进行展开。

　　除Hawk-Eye公司之外，GOAL CONTROL公司作为2014年巴西世界杯门线技术提供商以及2018年俄罗斯世界杯VAR技术供应商的惜败者，在2012-2014年间就相关技术申请了一系列的专利保护。比如WO2014071918A1公开了一种用于记录和播放一系列事件的方法，尤其是对于特定体育事件。WO2013083112A2公开了一种用于目标识别系统和方法，其多个摄像机监视由球门框架生成的球门线平面，其中至少一个摄像机模块用于监视运动场方向球门外侧的扇形区域，以便确定球门方向运动体的轨迹。但就目前已公开的专利数据来讲，GOAL CONTROL公司所申请的专利与门线技术更为相关，而与VAR技术关联不大。

　　随着VAR技术被越来越多的主流足球赛事所应用，近年来已有多个公司对相关技术进行研发。比如PIXELLOT LTD公司申请了一系列视频处理传输相关的专利，如US20170178687A1公开了一种用于计算机化的服务器在场景中自主地产生体育比赛的电视节目方法；WO2017221239A2提供了一种用于从一个或多个视频流自动产生突出显示的方法和系统；US10262692B2提供了一种用于场景中自主地产生体育比赛的电视节目的计算机化服务器的方法。

　　在激烈的足球比赛中，VAR技术的引入给球迷带来了更精彩的体验，同时也引起了一些争议，除了VAR技术的引入一定程度上影响了比赛进度之外，最主要的方面在于VAR技术的越位线判定技术并不是和“门线技术”一样的全机械判断，其他赛场上甚至还出现“裁判用白纸比越位线”的情况，即使是裁判通过视频回放反复观看，也存在很大的主观性。但是，这个现象随着技术的发展和完善，已经在一定程度上得到解决。据有关报道【2】，2019年6月份的中超赛事中已启用Hawk-Eye开发的3D虚拟越位线技术，“鲁能式”越位悬案成为历史。

　　阿迪达斯作为历年来的世界杯足球供应商，一直致力于不断改进足球的外观、材质、性能等各个方面，以求在世界杯赛场上为赛事提供近乎完美的支持。从1970年的皮革材质到现在的EVA和TPU相结合的高科技材质以提升其防水性、密封性及耐用性，从最初只注重外表的设计到添加有空气动力学凹槽以提升足球稳定性、精准性，从32块手缝嵌面到6块十字形球面无缝粘贴拼接而成，2018年俄罗斯世界杯更是在足球内部内置了NFC（近场通讯技术）芯片，能够记录整场比赛的细节，进一步辅助了VAR技术的同时，还实现了与观众的实时互动，无不透露着阿迪达斯对为世界杯赛事提供最优服务的态度与决心。阿迪达斯在不断提升足球外观、质量、性能等的同时，也越来越重视对该产品的知识产权保护。

　　以“电视之星18”为例，早在几年前，阿迪达斯公司就开始对其从外观、制造方法、通讯模块等方面进行全方位的专利保护，分别在各个国家申请专利。

　　“电视之星18”产品的外观，延续了1970年的墨西哥世界杯用球“电视之星”的黑白块相间的设计，并在此基础上进行了改进。针对其改进，阿迪达斯公司于2017年11月份在欧共体申请了外观设计保护，其中专利公开号EM0035043640001S为“电视之星18”的外观整体设计，随后又以其为优先权在美国、中国、日本等地递交了外观设计申请，具体保护了一种用于体育娱乐和比赛的运动足球，其设计要点在于产品的图案如下图（主视图）所示，采用了红黑和黑白两种渐变的马赛克图案，其中红黑马赛克版本为淘汰赛用球，名为“电视之星-逐梦俄罗斯”；黑白马赛克版本为小组赛用球，即“电视之星18”。

　　此外，为了更好的保护足球的外观设计，阿迪达斯针对足球外观的黑白马赛克、红黑马赛克部分分别单独申请了外观保护，见专利EM0035043640005S、EM0035043640006S。

　　关于“电视之星18”的制造方法，阿迪达斯公司最早在德国申请了专利号为DE102015204151A1的发明专利，随后在欧洲、美国、中国、日本等地申请了发明保护，其保护了一种球，在球壳上设置多个片已使得至少两个相邻的片之间具有至少一个间隙，以及用填充材料填充所述间隙。其中，文本中还简单公开了球中可以包括RFID或NFC类的电子元件，电子元件可以存储有关球的信息。该种外壳结构不仅制造相对简单、成本较低，并且具有非常好的飞行和抓取性能、质量稳定等优点，该球的飞行和抓取性能可单独调整。

　　内置NFC芯片是“电视之星18”的一大看点，阿迪达斯公司同样就“球体中融入通讯模块”这一重要技术点最先在美国申请了专利号为US2013274040A1的专利，随后又针对该技术及其改进技术在欧洲、美国、中国、日本等国家进行了专利布局保护。其具体保护了一种用于确定足球运动轨迹的方法，通过球中的传感器模块确定并输出球的施加力、速度、旋转方向、旋转速率以及运动轨迹等相关数据。其中，足球的通讯模块与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，为观众提升趣味性的同时，为裁判判罚提供可靠依据。

　　随着科技的进步，足球比赛的看点已不再仅仅是运动员场上的互逐，有越来越多的高科技产品和应用给体育赛事甚至日常生活带来了新的惊喜与体验。科技的进步和高科技产品的诞生都离不开知识产权的保驾护航，新产品从概念提出到实际应用必然要耗费众多科研人员的心血并伴随投入大量科研经费，唯有通过知识产权对产品或应用进行全方面的保护，才能保证科研人员和投资者获得应有的回报，从而更加有动力和资本继续从事新科技的研发，这样才能为科技的不断进步提供良好的环境与条件。这也是知识产权存在的重大意义之一。

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

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

　　北京品源知识产权管理咨询有限公司 王倩娣