体育运动技术是靠商业驱动的。错过一个电话动辄造成成百上千万元的损失。谁不想在体育运动中胜者为王呢，而大多数老板和运动员认为，裁决赛事结果最公平公正的方法就是靠视觉技术。此外，娱乐也是一大驱动因素。

 

发展历史简介

在赛跑项目中用照片定胜负拉开了体育赛事中使用视觉技术的序幕。20世纪30年代，赛马项目为判定胜负首次使用了用胶卷摄录的胶带摄像机，其他赛事也渐渐采用这项技术。

20世纪60年代，棒球运动中使用雷达来追踪球速。很久以后，网球运动中也采用了这项技术来追踪发球速度。当时这类应用更多的是为了娱乐。到了20世纪80年代，网球运动中首次采用了一个依托于光束的电脑系统，名为Cyclops。让这个系统来当电子司线员，即使是像约翰·麦肯罗这样的人也没理由鸡蛋里挑骨头了。直到21世纪初期，数码摄像机才在这个应用方向上发力，而且成为了改变赛事规则的重大革新，为各个体育运动领域和相应的娱乐领域打开了新世界的大门。

 

人们最早使用多台相机，让它们保持严格同步时使用的是三角测量法，来在视觉上实现全三维场景重建。后来这就构成了像虚拟现实、混合现实和增强现实这样的容积捕获类应用领域的基础——似乎体育运动和这类应用领域之间的界线正在变得越来越模糊。凭借着这样的3D场景，就没什么想像空间可言，也几乎不会有争议了。

 

除了自动裁判这个应用方向以外，表现分析已经成为这类技术的一个重要应用方向。对运动员在比赛过程以及训练过程中的追踪会极大地提高其场上表现。在棒球练习中，可以全三维捕获投球手、击球手和球的运动，并对其进行大量分析，来确定场上取胜的诀窍，甚至可以以微秒级精度侦测到球速为90mph的变速球的旋转运动。如今，追踪姿势、运动员速度、射门速度等现场表现都已成为体育运动的标准组成部分。

最后，如我们在一些NBA和NFL直播中看到的那样，有人在将同样的技术用于纯娱乐用途，比如允许用户绕着场上的物体自由旋转，以获得半虚拟现实体验。

 

挑战

归根结底，所谓的挑战基本上就在于生成精确的3D场景。为了获得最佳精度，会要求从多台相机采集到的图像之间要实现严格的、微秒级的计时同步。会要求在各种光照环境下保证出色的图像质量。有些应用方向要求图像必须拥有高分辨率，帧率还得毫不逊色。会要求相机设置能横跨一大片区域，把整个体育场包含进去，所以对于系统安装和维护来说，最简单的方案最受青睐。为了获得最佳精度，一个完整的系统需要使用多台相机。最后，在大多数应用中，成本会是一个重要因素。

 

10GigE和25GigE相机如何处理这个难题

计时同步方面

Emergent在运用包括PTP和硬件触发在内的各种方法来同步相机方面拥有极其丰富的经验，可以轻而易举地实现微秒级精度。

IEEE 1588精密时间协议（PTP）

 

图像质量方面

Emergent相机只使用Sony、Gpixel和AMS这种一流供应商供应的最好的传感器，想方设法将这些传感器的性能发挥到极致。因此，动态范围得以改进，而动态范围对体育运动这个应用方向而言十分重要，因为经常需要处理不断变化的光照条件。

分辨率和帧率可选范围广

目前Sony IMX253（12MP @ 80fps）和Sony IMX255（9MP @ 110fps）是最受体育运动领域欢迎的传感器，不过像Sony IMX342（31MP @ 35fps）、Gpixel GMAX0505（25MP @ 75fps）和AMS CMV50000（50MP @ 30fps）这样有更高分辨率的传感器现在也逐渐兴起了。

 

Emergent刚刚发布的六个新相机型号，使用了Sony第4代传感器，像素从5MP到25MP，帧率从269fps到98fps。为了拥有绝高速度，这些传感器使用了最高速的SLVS-EC接口（5GHz），而Emergent是第一家依托这些突破性传感器的全力支持，走向市场的厂家。

 

更高的帧率和分辨率自然会要求使用更高的带宽接口，这样才能在无限次录制中保持性能。Emergent还提供十分前沿的10GigE和25GigE相机接口支持。

 

符合SMPTE ST 2110标准

广播类应用正在向依托以太网技术转变，取代过时、有诸多限制、成本上还不怎么合算的SDI技术。符合SMPTE ST 2110标准就是一种额外优势，让相机与新时代接轨。

布线方面

通过使用低廉的SFP+和SFP28收发器，GigE线缆几乎可以做到无限长。相较之下，与之最接近的CXP线缆中，CXP6和CXP12可以分别达到72m和30m长，若想再长些，就得使用昂贵的光纤适配器。

线扫相机应用

如前所述，使用胶卷摄录的胶带摄像机曾被用在由照片定胜负的比赛项目中。时至今日，通常是线扫相机取代了这一角色，比如Emergent的LR-8KG和LB-8KG。相机会被垂直定向放置，精确而持续不断地扫描着终点线。当运动中的物体跨越终点线时，会对运动物体扫描，而且这个场景的静态画面不会发生改变。

网络交换机方面

有些人希望安装牢固，那么网络交换机会发挥出巨大的作用。在多相机设置中，由于跨行业使用，人们认为这种设备的成本很低而且还在不断降低。使用交换机有以下三个主要原因：

 

 PTP分配

如图，可以轻松把一个高精度PTP主时钟分配到通过交换机连接的所有设备上。

IEEE 1588精密时间协议（PTP）

 

 相机/设备多路复用技术

10个像HR-12000-SC这样的10GigE相机可以多路传输到一个单独的100GigE链路，传回到插着单接口100GigE网卡（NIC）的服务器。对于使用的服务器PCIe插槽（用来插网卡的）有限的系统来说，这是很有必要的。掂量一下，在10台相机配1台PC的应用中，要用5个双口10GigE网卡，由于插槽数量更多导致服务器成本增加，而且5个双口10G网卡比1个单口100G网卡成本要高。

 

 冗余

考虑到多路复用，如果带100G网卡的单独服务器不能使用了，那么快速转换到一个类似的冗余服务器几乎可以实现停机时间为0。再者，用数量更少、速度更快的链路执行冗余，比如1个100G链路和10个10G链路相比，需要的交换端口要少很多。

 

10GigE和25GigE相机用于体育运动领域的优势

 

>> 超高数据传输速率/帧率

 

>> 各种配件和线缆可供选择，满足不同的长度需求

 

>> 提供相机网络支持以及包括PTP支持在内的多相机精确同步方法

 

>> 运用多播视频技术

 

>> 低CPU开销、低延迟、低抖动（利用Myricom公司的MVA技术和Mellanox公司的VMA技术）

 

>> 每台PC可配相机数量最多

 

>> 性价比极具竞争力

 

>> 符合IEEE和AIA标准，行业认可度高

【来源：加拿大Emergent公司】