專利探秘——足球賽場上的VAR和足球

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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)?？萍嫉目焖侔l(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，也是全球體育屆最具影響力的單項(xiàng)體育運(yùn)動之一。而世界杯是國際足球聯(lián)合會統(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?；仡櫧诘氖澜绫愂?，會發(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攝像機(jī)鏡頭，多機(jī)位、多角度的捕捉場上球員的每一個細(xì)小動作，在場上出現(xiàn)爭議判罰或主裁判需要調(diào)取比賽錄像時，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)包括一個視頻助理裁判（簡稱VAR）和三個助理（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在越位判罰時有良好的溝通。除了四個視頻裁判，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，盡量減少對比賽的干擾，需要依托各個方面的技術(shù)支持。據(jù)相關(guān)報道【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)動的視頻處理系統(tǒng)，包括至少四個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)存儲器，用于儲存所述區(qū)域的建模、體育項(xiàng)目的特征、用于存儲規(guī)則或者關(guān)鍵時間。視頻處理器的運(yùn)作方式如下：a）從每個攝像機(jī)的每個幀中識別對應(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)會聯(lián)盟（UEFA）、德國足協(xié)等賽事和協(xié)會提供技術(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)動拋射體的攝像機(jī)運(yùn)動矯正裝置，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)動拋射體位置的設(shè)備，該設(shè)備包括可接收多個圖像的接口，多個圖像由多個相機(jī)基本上同時捕獲，每個相機(jī)具有該場景的不同視場；運(yùn)動拋射體圖案存儲器模塊，包括指示運(yùn)動拋射體表面的特性圖案的數(shù)據(jù)；運(yùn)動拋射體圖案檢測單元，使用來自運(yùn)動拋射體圖案存儲器模塊的數(shù)據(jù)來識別圖像內(nèi)的運(yùn)動拋射體的至少一部分且產(chǎn)生圖像內(nèi)的運(yùn)動拋射體的位置和方位數(shù)據(jù)；運(yùn)動拋射體位置檢測單元，可操作來基于這些圖像中的運(yùn)動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)動彈射時間間隔期間內(nèi)運(yùn)動彈射位置的設(shè)備，包括：接口，接收在運(yùn)動拋射體被從相機(jī)的視野隱藏的時間間隔之前由相機(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)動拋射體檢測裝置，檢測第一和第二序列圖像中的每個圖像檢測場景內(nèi)的運(yùn)動拋射體的位置；速度檢測單元，基于針對第一序列圖像檢測到的運(yùn)動拋射體的位置和第一幀速率來確定在該時間間隔之前運(yùn)動拋射體的速度，并且基于針對第二序列圖像檢測到的運(yùn)動拋射體的位置和第二圖像速率來確定剛好在該時間間隔之后運(yùn)動拋射體的速度；以及運(yùn)動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確定在該時間間隔期間運(yùn)動拋射體的位置。

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、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，其中至少一個攝像機(jī)模塊用于監(jiān)視運(yùn)動場方向球門外側(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或多個視頻流自動產(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，還實(shí)現(xiàn)了與觀眾的實(shí)時互動，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，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)置多個片已使得至少兩個相鄰的片之間具有至少一個間隙，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)動軌跡等相關(guān)數(shù)據(jù)，為觀眾提升趣味性的同時，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，從而更加有動力和資本繼續(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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