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為競(jìng)技精神，為公平回歸。
2月7日，在2022北京冬奧會(huì)短道速滑男子1000米決賽中，韓國(guó)與匈牙利選手先后被場(chǎng)內(nèi)攝像頭捕捉到犯規(guī)動(dòng)作，最終中國(guó)選手任子威、李文龍包攬金銀牌。
比賽一結(jié)束，全網(wǎng)感謝起了“獵豹”和“飛貓”，這兩個(gè)高清攝像系統(tǒng)，全程無(wú)死角地記錄了比賽過(guò)程中的全部細(xì)節(jié)，被網(wǎng)友評(píng)為“冬奧場(chǎng)館內(nèi)的第二位裁判”。
它們的躥紅，是對(duì)公平的渴求，也是對(duì)競(jìng)技精神的絕對(duì)尊重。不過(guò)，充當(dāng)北京冬奧眼睛的，也不僅僅是獵豹和飛貓。
僅轉(zhuǎn)播系統(tǒng)上，就有660+臺(tái)攝像機(jī)。其中包括148臺(tái)特殊攝像機(jī)，13臺(tái)軌道攝像系統(tǒng)，11臺(tái)索道攝像系統(tǒng)，10套子彈時(shí)間回放系統(tǒng)，33臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)攝像機(jī)，25套ENG攝像機(jī)。
這些系統(tǒng)部署在不同比賽場(chǎng)地，比如10套子彈時(shí)間回放系統(tǒng)分別位于短道速滑、花樣滑冰、冰球、自由式滑雪、滑雪跳臺(tái)、單板滑雪等10個(gè)比賽場(chǎng)地中。
而更多的AI視覺(jué)技術(shù)隱身其中，它們捕捉賽事的精彩瞬間，維護(hù)比賽公平，更幫助人類(lèi)不斷突破自身極限。
短道速滑、花樣滑冰：“韓見(jiàn)愁”飛貓
首先糾正一下廣大網(wǎng)友的小錯(cuò)誤。
被網(wǎng)友調(diào)侃的“韓見(jiàn)愁”，其實(shí)是短道速滑比賽的“飛貓”系統(tǒng)，位于首都體育館，由40臺(tái)4K超高清攝影機(jī)陣列加上3臺(tái)8K VR攝像頭組成。
速度滑冰是速度的比拼，短道速滑則是戰(zhàn)術(shù)的較量。
比賽期間的交替滑行、領(lǐng)滑、跟滑、超越，會(huì)有身體接觸、碰撞、搶占身位、路線封堵，是一項(xiàng)綜合戰(zhàn)術(shù)比較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)。偶然因素多，也更刺激。
項(xiàng)目場(chǎng)景不同，攝像機(jī)的作用也有差異。獵豹的強(qiáng)項(xiàng)是快速跟蹤拍攝，但存在視線盲區(qū)，飛貓攝像系統(tǒng)的“40臺(tái)4K超高清+3臺(tái)8K VR”攝像機(jī)組合，多機(jī)位、超高清的攝影機(jī)陣列，能做到視角全覆蓋，轉(zhuǎn)播畫(huà)面外，還能輔助判罰。
超高防疫規(guī)格：億像素陣列像感器光場(chǎng)相機(jī)
奧運(yùn)場(chǎng)館防疫的要求極為嚴(yán)格，五棵松體育中心、首都體育館內(nèi)，有一款賽事防控的特殊相機(jī)，億像素陣列像感器光場(chǎng)相機(jī)擔(dān)此重任。
對(duì)于大場(chǎng)景、多對(duì)象的超高清拍攝，與一般需要成百上千個(gè)超高清攝像機(jī)系統(tǒng)不同，億像素級(jí)陣列像感器光場(chǎng)成像系統(tǒng)幾臺(tái)設(shè)備就能搞定。
其設(shè)備體積小，也具有最大360°的超寬視角，超高清的視覺(jué)成像效果，尤其適合“大視野、多對(duì)象、復(fù)雜交互”場(chǎng)景。
在冬奧場(chǎng)館中，它也實(shí)現(xiàn)了對(duì)賽事區(qū)域進(jìn)行超視距、寬視野的全域無(wú)盲區(qū)覆蓋。
在防疫任務(wù)上，這款攝像機(jī)有19個(gè)攝像頭，可以實(shí)時(shí)記錄場(chǎng)館內(nèi)的事件和識(shí)別及追蹤人員，如果人員出現(xiàn)異常，它可以迅速鎖定目標(biāo)，迅速追蹤捕捉。
此外，還有以?xún)|像素陣列計(jì)算攝像機(jī)為基礎(chǔ)的防疫管控智能分析平臺(tái)，對(duì)場(chǎng)館內(nèi)進(jìn)行全場(chǎng)景、全過(guò)程、全細(xì)節(jié)記錄。
背后的“十億像素級(jí)陣列像感器光場(chǎng)成像系統(tǒng)”，源自清華成像與智能技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，由中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)戴瓊海領(lǐng)銜的多位教授、研究員和學(xué)生自主研發(fā)。
速度滑冰：獵豹，特種拍攝設(shè)備時(shí)速90公里
近日大火的“獵豹”，其實(shí)在速度滑冰的比賽館——國(guó)家速滑館“冰絲帶”中當(dāng)差，且僅有一套。
這個(gè)跑得比運(yùn)動(dòng)員還快的攝像機(jī)，由中央廣播電視總臺(tái)針對(duì)大型快速直道和彎道運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行跟蹤拍攝需求研發(fā)，歷時(shí)5年，學(xué)名為“超高速4K軌道攝像機(jī)系統(tǒng)”。
它是專(zhuān)門(mén)用于冬奧會(huì)速度滑冰賽事轉(zhuǎn)播，是電視直播特種設(shè)備，而非裁判系統(tǒng)攝像機(jī)。
因其超高速度，在部署時(shí)需要安裝在賽場(chǎng)外側(cè)，且需安裝隔離板以確保周?chē)藛T安全。出于安全和適配度考慮，短道速滑比賽并未安裝“獵豹”系統(tǒng)。
360米長(zhǎng)的U型軌道是它的跑道，加上一臺(tái)陀螺儀軌道車(chē)，就能上陣。
速度滑冰比的是絕對(duì)速度，速滑運(yùn)動(dòng)員平均速度可達(dá)15m/s，約為每小時(shí)50公里，頂尖運(yùn)動(dòng)員，時(shí)速可達(dá)70公里。
運(yùn)動(dòng)員超高時(shí)速的比賽，給觀眾帶來(lái)的沖擊感，也對(duì)攝像機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)性能要求極高。
它之所以被命名為“獵豹”，正是因其驚人的速度，運(yùn)行速度最高達(dá)到25m/s，同時(shí)加速度能達(dá)到3.5m/s，相當(dāng)于每小時(shí)90公里，一舉一動(dòng)均逃不出“獵豹”的眼睛，選手們的微表情都可以清晰捕捉到。
除了實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)動(dòng)員位置，還能配合轉(zhuǎn)播需求，實(shí)現(xiàn)加速、減速、超越等動(dòng)作，靈活捕捉比賽畫(huà)面。
當(dāng)然，除了獵豹，冬奧會(huì)為速度滑冰直播研發(fā)了錐桶攝像機(jī)，通過(guò)更多元視角記錄比賽。
高山滑雪：智能跟蹤拍攝系統(tǒng)，追上時(shí)速170公里的選手
高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤拍攝系統(tǒng)，是登陸冬奧賽場(chǎng)的又一項(xiàng)硬科技。
北京冬奧組委梳理了韓國(guó)平昌冬奧會(huì)的突出問(wèn)題，其中就有高山滑雪拍攝的難題。
高山滑雪項(xiàng)目以刺激性和挑戰(zhàn)性著稱(chēng)，運(yùn)動(dòng)速度快，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)多。
滑雪過(guò)程中，高山滑雪速降選手滑行速度在每小時(shí)110公里至130公里，甚至能達(dá)到170公里/小時(shí)的速度，要想精彩呈現(xiàn)，設(shè)備的識(shí)別以及跟蹤要以毫秒計(jì)算。
此外，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地地形復(fù)雜、天氣環(huán)境多變，環(huán)境溫度通常會(huì)達(dá)到零下20度以下，拍攝環(huán)境惡劣，對(duì)人工操作技術(shù)要求頗高。
傳統(tǒng)人工操作，不僅需要在陡峭的雪道上架設(shè)數(shù)十臺(tái)專(zhuān)業(yè)攝影平臺(tái)，滑雪賽道也需要人工拍攝駐守。
在前端采集上，冬奧會(huì)采用了“高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤拍攝系統(tǒng)”，攝像頭通過(guò)智能控制中臺(tái)，猶如“鷹眼”，自動(dòng)對(duì)焦，快速鎖定高速滑行的運(yùn)動(dòng)員，自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤拍攝，能在500米距離外，進(jìn)行時(shí)速170公里運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤拍攝。
數(shù)臺(tái)攝像機(jī)，就能將高山滑雪運(yùn)動(dòng)員自山頂高速滑下的全過(guò)程盡收“眼底”。
這項(xiàng)技術(shù)由北京理工大學(xué)開(kāi)發(fā)，這是冬奧場(chǎng)景中首次實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的無(wú)人化全局搜索、自動(dòng)捕捉與智能跟蹤拍攝。
冰上象棋：“冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡捕捉”技術(shù)
冰壺有“冰上象棋”之稱(chēng)。
這項(xiàng)起源于16世紀(jì)的蘇格蘭的運(yùn)動(dòng)，于1998年在第18屆冬奧會(huì)成為正式冬季奧會(huì)比賽項(xiàng)目。
作為一種“策略游戲”，雖然沒(méi)有激烈的身體對(duì)抗，但也是智力、體力的雙重較量，兼具技巧與謀略。
冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)運(yùn)動(dòng)員至關(guān)重要。他們要時(shí)刻關(guān)注冰壺的位置與速度，據(jù)此調(diào)整策略。
為了實(shí)現(xiàn)比賽場(chǎng)館真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)字化呈現(xiàn)，此次冬奧會(huì)，采用了“冰壺運(yùn)動(dòng)軌跡捕捉”技術(shù)。
在冰立方場(chǎng)館內(nèi)部署多路高清攝像頭基礎(chǔ)上，結(jié)合視覺(jué)AI感知、深度學(xué)習(xí)、三維建模和空間定位等技術(shù)，基于超3500個(gè)AI模型，讓這項(xiàng)技術(shù)可以在1000平方米的大空間范圍內(nèi)對(duì)初速度約6m/s的冰壺實(shí)現(xiàn)檢測(cè)跟蹤和軌跡捕捉。
冰立方場(chǎng)館內(nèi)有一個(gè)長(zhǎng)24米、寬7米，面積達(dá)170平方米的大屏。冰壺軌跡，通過(guò)實(shí)時(shí)渲染、虛實(shí)同步技術(shù)被精準(zhǔn)還原，投射到大屏上，比如運(yùn)動(dòng)員擲出冰壺的同時(shí)，大屏?xí)?shí)時(shí)繪出一條曲線。
這個(gè)與整個(gè)冰場(chǎng)等寬的智慧大屏，可以同時(shí)展現(xiàn)4個(gè)大本營(yíng)的實(shí)時(shí)畫(huà)面，也能還原運(yùn)動(dòng)員捕捉制勝瞬間。
參賽隊(duì)伍可以判斷大本營(yíng)的冰壺分布情況，了解比賽局勢(shì)，以及幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員研究戰(zhàn)術(shù)、指導(dǎo)訓(xùn)練。而觀眾，可以借此了解冰壺運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和精髓，欣賞之余關(guān)注競(jìng)技雙方的策略戰(zhàn)術(shù)，獲得更多參與感。
高山滑雪、越野滑雪、跳臺(tái)滑雪：場(chǎng)景三維感知及重建技術(shù)
此次冬奧中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)“冬季項(xiàng)目場(chǎng)景三維感知及重建技術(shù)”，對(duì)跳臺(tái)滑雪、高山滑雪、越野滑雪等項(xiàng)目的三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)員實(shí)時(shí)跟蹤數(shù)據(jù)，還原真實(shí)場(chǎng)景。
為什么要進(jìn)行雪場(chǎng)三維重建？
雪山賽道海拔落差大，氣候變化多端，滑雪運(yùn)動(dòng)員速度極高。
全面掌握賽道狀況、了解運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，不僅能減少運(yùn)動(dòng)員在非訓(xùn)練時(shí)的損，還能糾正訓(xùn)練動(dòng)作，提高運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練效率，對(duì)科學(xué)訓(xùn)練至關(guān)重要。
想要測(cè)量運(yùn)動(dòng)員的滑行軌跡、掌握運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)，就需要構(gòu)建真實(shí)的場(chǎng)景。
在低溫、復(fù)雜地形條件下，為了真實(shí)還原，北理工團(tuán)隊(duì)通過(guò)無(wú)人機(jī)載激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)，基于大量實(shí)地?cái)?shù)據(jù)收集，實(shí)現(xiàn)了高精度重建雪場(chǎng)和訓(xùn)練數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
為了在高速運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)定位，冬奧會(huì)采用了高速高分辨率的相機(jī)系統(tǒng)、高幀頻發(fā)射機(jī)，運(yùn)用北斗定位系統(tǒng)配合固定基站，將定位精度提高到了厘米甚至毫米級(jí)別。
雪道的坡度、長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)員的速度、加速度、滑行距離、轉(zhuǎn)彎半徑等數(shù)據(jù)都能被迅速計(jì)算，并及時(shí)呈現(xiàn)，三維感知技術(shù)為運(yùn)動(dòng)員提供高沉浸感訓(xùn)練環(huán)境。
自由式滑雪、跳臺(tái)滑雪：人工智能輔助系統(tǒng)
2月8日，谷愛(ài)凌最后一跳以1620的高難度動(dòng)作完成絕殺，拿下了冬奧會(huì)歷史上自由式滑雪大跳臺(tái)的第一枚金牌。
跳臺(tái)滑雪、自由式滑雪等雪上運(yùn)動(dòng)的精髓之一，是運(yùn)動(dòng)員精彩流暢的空中動(dòng)作并成功落地。
除了運(yùn)動(dòng)捕捉，精彩更來(lái)自背后的人工智能輔助技術(shù)。
此外，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)動(dòng)作完成情況的實(shí)時(shí)掌握，對(duì)裁判打分極為重要?；兴俣?、起跳與角度、手臂擺動(dòng)的角度、自身的狀態(tài)等，都是影響其成績(jī)的重要因素。
比如越野滑雪用什么姿態(tài)最省力；跳臺(tái)滑雪用哪種姿勢(shì)起跳最好；高山滑雪運(yùn)動(dòng)員通過(guò)旗門(mén)時(shí)雪板和旗門(mén)的距離、雪車(chē)雪橇進(jìn)入彎道時(shí)的角度、運(yùn)動(dòng)員騰空時(shí)與地面的相對(duì)位置等，以及高山滑雪如何快速繞過(guò)旗門(mén)。
這些項(xiàng)目對(duì)運(yùn)動(dòng)員身體控制能力極高，運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練中難以察覺(jué)諸如手臂擺動(dòng)角度、起跳的高度等細(xì)微差別，僅僅依靠教練的經(jīng)驗(yàn)感覺(jué)和簡(jiǎn)單視頻分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
冬奧為此研發(fā)的人工智能輔助系統(tǒng)。在賽道多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)部署超高清高速攝像機(jī)，對(duì)運(yùn)動(dòng)員跳角度、速度、姿態(tài)控制、距離等的三維動(dòng)作進(jìn)行捕捉，再通過(guò)智能圖像處理技術(shù)幫助分析每個(gè)技術(shù)動(dòng)作細(xì)節(jié)，并快速生成數(shù)據(jù)。
