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人工智能将如何帮助东京奥运会计时?

      奥运会比赛的时间安排并不是很复杂。1896年4月10日,大约17名运动员参加了第一届奥林匹克马拉松比赛。全程约40公里,代表五个不同国家的运动员中,希腊运水船史比利廷·路易斯号最终获胜,以2小时58分50秒的成绩获胜。我们如何知道这个令人印象深刻的统计数据?

在那场历史性的比赛开始时,裁判在马拉松比赛中设置的秒表就在跑者前面——同样是通过自行车——记录了路易斯在不到三个小时后在雅典冲过终点线的重要时刻。

在过去的125年里,“记时”的方式和技术有了很大改善。

 

照片精修相机“魔眼”

自1932年以来,欧米茄一直为奥运会提供官方计时服务,其任务是发展相关的许多设备。也许最引人注目的是1948年在伦敦推出的第一台光电管照片精修相机“魔眼”,它是欧米茄和英国的 Race Finish Recording Company公司联合开发的。在此之前,通过是人眼与秒表的相结合来“计时”,以确定哪个运动员首先越过了终点线。

然而,人们对这项技术持谨慎态度。1948年,官方仍在使用“手刹”。又过了20年,照相洗印相机才被广泛使用。然而,在1968年的墨西哥,奥运会最终完全采用电子计时,通过照片、用相机捕捉了10项新的世界纪录。尽管有这种技术能力,还是有大约45名人工计时员被派往墨西哥,以防硬件故障。

1948年在伦敦推出的“魔眼”相机。  照片:欧米茄


从那以后,欧米茄计时的问题不仅进一步提高了准确性(欧米茄在2012年伦敦奥运会上推出了分辨率为百万分之一秒的量子计时器,比以前的设备高100倍),而且还开发了实时监控奥运会日益增长的体育经典项目的方法。例如,滑板、运动攀岩和冲浪被列入东京国际奥委会批准的2021年新增加的项目中。

事实上,运动攀登,以及游泳、田径、体操和马术,都是今年获得新的或完全改进的计时待遇的项目。但也许最有趣的是欧米茄如何花了四年时间训练其内部人工智能来学习沙滩排球。

 

180名工程师训练人工智能

欧米茄计时公司负责人阿兰·佐布里斯特(Alain Zobrist)说:“在排球运动中,我们现在使用带有计算机视觉技术的摄像机,不仅可以跟踪运动员,还可以跟踪球。“所以这是一种结合,我们使用摄像头技术和人工智能来实现这一点。”

据Zobrist称,欧米茄定时的R&D部门由180名工程师组成,开发过程始于内部的定位系统和运动传感器系统。目标是达到这样一个程度,即对于它每年开展的500多项体育赛事中的多项运动,欧米茄可以提供运动员表现的详细实时数据。这些数据还需要不到十分之一秒的时间来测量、处理和传输,以便信息与观众在屏幕上看到的相匹配。

对于沙滩排球来说,这意味着采用这种定位和运动技术,训练人工智能识别无数种击球类型——从扣球到拦网到扣球及其变化——和传球类型,以及球的飞行路径,然后将这些数据与从球员衣服上的陀螺仪传感器收集的信息结合起来。这些运动传感器让系统知道运动员的运动方向,以及跳跃的高度、速度等。一旦经过处理,这些内容就会被实时传送给广播公司,用于评论或屏幕图像。

根据佐布里斯特的说法,人工智能最难学习的课程之一是在摄像机看不到球的时候准确跟踪球。“有时候,它会被运动员的身体部分覆盖。有时它不在电视框架内,”他说。“所以,当你丢球的时候,挑战是追踪球。让软件预测球去哪里,然后,当它再次出现时,重新计算从它失去物体并把它拿回来的间隙,并填写[丢失的]数据,然后自动继续。这是最大的问题之一。”

正是这种对球的跟踪对人工智能确定比赛中发生了什么至关重要。“当你能追踪到球的时候,你就会知道它在哪里,什么时候改变了方向。佐布里斯特说:“结合运动员身上的传感器,算法将识别射击。“不管是拦网还是扣杀。你会知道是哪支球队和哪名球员。因此,正是这两种技术的结合使我们能够准确测量数据。”

欧米茄计时声称,由于传感器和多个摄像头以每秒250帧的速度运行,其沙滩排球系统的准确率达到99%。

然而,杜伦大学计算机视觉和图像处理教授托比·布雷肯(Toby Breckon)有兴趣看看这是否会在奥运会期间出现——最关键的是,这个系统是否会被种族和性别的差异所愚弄。

“已经做的事情相当令人印象深刻。你需要一个大数据集来训练人工智能的所有不同动作,”布雷肯说。“但有一点是准确的。就那些不同的动作而言,它多久会出错一次?它多久失去一次球的轨迹?如果它对所有种族和性别都适用。比如说,美国女队的99%准确率和加纳女队的99%准确率是一样的吗?”

佐布里斯特很有信心,并解释说,虽然调用谷歌或IBM来提供所需的人工智能专业知识可能更容易,但这不是欧米茄的选择。“无论是得分运动,还是计时运动,极其重要的是,我们不能在对表现的解释和最终结果之间有差异,”他说。“所以为了保护结果的完整性,我们不能依赖另一家公司。我们需要专业知识来解释结果以及运动员是如何到达那里的。”

至于未来的时间安排和跟踪升级,Zobrist守口如瓶,但表示2024年的巴黎奥运会将是关键。“你会看到一整套全新的创新。当然,它仍将围绕计时、计分,当然也将围绕运动传感器和定位系统。当然还有2028年的洛杉矶。我们在那里有一些非常有趣的项目,实际上我们才刚刚开始。”