War der drin? Machine Vision im Fußball
- Kunde
- vieww GmbH
- Standort
- Aachen, Deutschland
- Datum
- 2023
Worum geht es bei der Torlinien-Technologie (GLT) und dem Video Assistant Referee (VAR)?
Die Frage, ob ein Ball beim Fußball die Torlinie mit vollem Umfang überschritten hat und damit als Tor zu werten ist, kann nicht nur ein Spiel entscheiden. Mitunter bestimmen solche Entscheidungen auch jahrzehntelange Diskussionen in Fachkreisen und an Stammtischen. Das berühmte “Wembley-Tor”, das die Weltmeisterschaft 1966 mitentschieden hat, ist dafür sicherlich das bekannteste Beispiel.
Seit einigen Jahren müssen sich die Schiedsrichter bei diesen Entscheidungen nicht mehr allein auf ihre Sinne verlassen, sondern sie können auf die genauen Auswertungen Machine Vision gestützter Assistenzsysteme zurückgreifen.
Die Torlinien-Technologie macht den Anfang
Ein System für die Torlinien-Technologie (GLT), das mit Hilfe von Machine Vision den Standort des Balles auf oder hinter der Torlinie überprüft und dem Schiedsrichter für seine Entscheidung ein entsprechendes Signal gibt, wurde bereits 2013 von der deutschen Firma vieww eingeführt und im selben Jahr von der FIFA zertifiziert. Im Jahr darauf kam das System, damals noch unter dem Namen GoalControl, bei der FIFA Fußball-Weltmeisterschaft 2014 in Brasilien zum Einsatz.
Assistenz in kniffeligen Situationen
Inzwischen unterstützen die Kameras die Schiedsrichter nicht mehr nur an der Torlinie. Das ebenfalls von der FIFA zertifizierte System vieww VAR (Video Assistant Referee) inklusive VOL (Virtual Offsite Line) bietet während des gesamten Spiels detailliertes Bildmaterial und somit wichtige Entscheidungshilfen z.B. bei Platzverweisen, möglichen Strafstößen oder Abseitspositionen. Die Fehlentscheidungen im Fußball können so deutlich reduziert werden. Seit 2022 stattet die vieww GmbH gemeinsam mit ihrem operativen Partner die Deutsche Fußball Liga (DFL) mit allen Schiedsrichtertechnologien aus.
Die Herausforderung für Assistenz-Systeme im Fußball
Beim Fußball geht es um Schnelligkeit und Präzision. Die Profis laufen und schießen den Ball mit hoher Geschwindigkeit, gleichzeitig entscheiden aber oft nur wenige Zentimeter oder Millimeter über eine Abseitsstellung oder eine Torentscheidung. Zudem wollen Zehntausende Fans im Stadion und Millionen vor dem Fernseher nicht lange auf die Entscheidungen der Schiedsrichter warten. Dass aber diese Entscheidungen nicht nur schnell gefällt, sondern auch richtig sein sollen, liegt auf der Hand.
Machine Vision im Fußball: hochpräzise und zuverlässig
Dementsprechend fordern der Markt und die Anwender Assistenzsysteme, die die Entscheidungen des Schiedsrichters hochpräzise und zuverlässig unterstützen und sehr schnelle Ergebnisse liefern. Für das VAR-System ist es wichtig, dass es in der Lage ist, jede Situation auf dem Spielfeld genau zu erfassen und in Echtzeit zu analysieren.
Mit im Spiel: Basler ace 2 Kameras
Der Aufbau für die Torlinien-Technologie im Stadion besteht aus 14 Kameras, die 200 Bilder pro Sekunde (fps) aufnehmen.
Zum Einsatz kommen dabei Basler ace 2 Farbkameras aus der Basic Linie, die mit dem leistungsstarken Computer Vision Feature-Set ausgestattet sind und sich dank der pylon Software einfach integrieren lassen. Zudem werden unterschiedliche Basler Objektive mit fester Brennweite für die Aufnahmen verwendet. Die Basler ace 2 bilden das Herzstück der Systeme und werden um einen Mini-Computer mit sehr leistungsfähigen Graphikkarten und Heiz- bzw. Lüftungssystemen in spezielle Gehäuse verbaut.
Steigende Anforderungen an die Technik
Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten im Spielgeschehen ist eine hohe Bildrate unerlässlich, aber auch die Bildqualität ist ein wichtiger Aspekt, denn die Übertragung der Bilder an die Rundfunkanstalten erfordert eine hohe Qualität, um eine klare und zuverlässige Darstellung der Abläufe auf dem Spielfeld zu gewährleisten. Zudem ist zu erwarten, dass die Anforderungen der Rundfunkanstalten an die Bildqualität in Zukunft weiter steigen werden. Daher ist es erforderlich, dass das System in der Lage ist, die Bilder den Anforderungen an Bildschärfe, Kontrast, Farbwiedergabe usw. entsprechend anzupassen, um eine optimale Übertragung zu gewährleisten.
Diese hohen Anforderungen stellten ursprünglich auch unsere ace 2 Kameras vor Herausforderungen. Um eine ausreichend hohe Bildrate zu erreichen, werden die Bilder im Bayer RG8-Format übertragen. Aufgrund von Debayering und Re-debayering innerhalb der Kamera kommt es bei der Übertragung an den PC zu Demosaicing-Effekten, die die Bildqualität negativ beeinflussen.
Basler hat das Repertoire an Demosaicing Modi speziell für diese Herausforderung von vieww erweitert und bietet nun einen Unilinear Demosaicing Mode als Feature an. Der Unilinear Demosaicing Mode vermeidet unerwünschte Farbartefakte und erreicht gleichzeitig die geforderte hohe Bildrate und eine für das menschliche Auge exzellente Farbwiedergabe. Dieses Feature ist seit Abschluss des Projekts standardmäßig auf allen ace 2 Kameras verfügbar.
Wir sind ein langjähriger Kunde der Firma Basler und schätzen die lösungsorientierte Zusammenarbeit! Auch für die speziellen Anforderungen unserer Produkte erhalten wir sehr individuelle Lösungsvorschläge. Wir zählen auch weiterhin auf die gute Zusammenarbeit mit Basler, um den Markt weiter „expansiv“ zu betreuen!
Die technische Lösung für GLT und VAR im Stadion
Mit Baslers ace 2 Kameras bietet das neueste vieww GLT-System die hohe Genauigkeit bei der Ballverfolgung, die für präzise Entscheidungen im Fußball erforderlich ist. Die Zuverlässigkeit des Systems unterliegt der strengen Kontrolle der FIFA, die die Anlagen zertifiziert und jährlich in jedem Stadion testet.
Die Kamerasysteme werden in jedem Stadion entsprechend der individuellen Architektur fest installiert. Dies erfordert sehr genaue Messungen, bei denen die Kamerawinkel, die Abdeckung des Spielfelds und Licht- und Witterungseinflüsse berücksichtigt werden. Nach der Einmessung kann das System jedoch auch ferngesteuert betrieben werden, was Stadien, Ligen und Verbänden erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht.
Exzellente Bilder für gerechte Entscheidungen
Neben der Torlinientechnik bietet vieww die Bilder der GLT-Kameras auch für VAR-Systeme an. Dazu wandelt vieww die SDI-Signale in hochwertige JPEG-Bilder um. Dabei wird jedes Einzelbild wie bei einem Foto separat erfasst, um Detailverluste zu vermeiden. Da die eingesetzten ace 2 Kameras mit einer Bildrate von 200 fps statt der bei Fernsehübertragungen üblichen 50 fps aufzeichnen, stehen den Unparteiischen mehr Bilder der jeweiligen Situation zur Verfügung. Gleichzeitig bietet das System eine sehr schnelle Reaktionszeit, da das von vieww entwickelte intelligente Server/Client-Konzept keine hohen Datenübertragungsraten erfordert.
Die Kameras, die auf die Mikrosekunde genau synchronisiert sind, verarbeiten die Bilder effizient und übertragen sie an die Server, welche die Daten für Echtzeit-Ball-Tracking, Broadcast-Feeds und Match Data bereitstellen. Jahrzehntelange Diskussionen über die Frage, ob ein Ball die Linie überschritten hat oder nicht, gehören damit endgültig der Vergangenheit an: Die Übertragungszeit auf die Uhr des Schiedsrichters, die zuverlässig anzeigt, ob ein Tor erzielt wurde, beträgt weniger als eine Sekunde.
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