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百年奥运科技回顾:125年来,我们从未放弃追求公平

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奥运会的历史,也是技术迭代的历史。突破人体极限的背后,是技术的颠覆性创新。

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作者 | 于快

编辑 | 王亚峰

回首过去,1900年巴黎奥运会的100米短跑比赛中,来自美国的贾维斯以领先第二名一英尺的成绩夺得冠军。

之所以出现这种奇怪的裁判方式,是因为裁判的方法不足以衡量运动员之间的时间差,以至于裁判不得不把脸贴在终点线上,目测谁的脚先越线。

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此后,计分和计时系统的技术不断改进。今天,奥运会的记录精确到小数点后几位。

如今,我们可以通过照片和视频的综合对比,第一时间知道比赛的情况,但在漫长的历史中,我们连比赛结果都无法第一时间知道,更别说实时对比了.

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虽然技术不能保证绝对的公平正义,但它确实让我们离奥林匹克精神更近了一步。

奥运会的历史,也是技术迭代的历史。突破人体极限的背后,是技术的颠覆性创新。

在125年的历史中,无论是计时、计分还是赛事转播,随着时间的推进,摄影技术、摄像技术、计算机视觉在不同节点都发挥了至关重要的作用。

在本文中,我们将以奥运会的计时、计分制度和转播方式的变化为镜头,穿越时空隧道,进行代际交流。

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逐步从“人工”到“智能”

1896年的雅典奥运会,一个火炬、一双眼睛、一片平坦的地面,构成了现代奥运会的开端。

尽管条件简陋,但希腊人对会议表现出极大的热情,有 80,000 名观众参加了开幕式,这一数字直到 1932 年洛杉矶奥运会才被打破。

在奥运会上,美国运动员托马斯·伯克以 0.2 秒的微弱优势赢得了 100 米决赛。

这个令人印象深刻的统计数据是如何产生的?因为当时的秒表技术,一秒被分成5个部分记录,只能计时到0.2秒。

与此同时,对本届奥运会寄予厚望的雅典人民,在田径比赛中连一枚金牌都没有拿到。在最后一场马拉松比赛中,雅典市民差点出来为运动员加油助威。当希腊运动员路易斯第一个跑到终点时,整个雅典都沸腾了。

不过由于信息通讯技术的限制,这个激动人心的时刻只停留在当时的雅典,直到半个月后,大洋彼岸的其他国家才从报纸上得到了相关消息。

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1896年希腊雅典奥运会马拉松

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1900年,法国巴黎举办了第二届奥运会(当时不叫奥运会,赛后由国际奥委会批准)。

美国的弗朗西斯·贾维斯在 100 米预赛中创造了 10.8 的奥运纪录。直到1924年英国人哈亚伯拉罕再次在巴黎举办奥运会,这一成绩才被打破。据悉,哈亚伯拉罕大约花了一个月的时间从邮局收到勋章。

当时相机技术已经面世,在 1900 年的奥运会上,生物力学创始人 Etienne Jules Marey 首次使用延时摄影技术为参赛者拍照。

计时摄影是一种摄影技术,它通过多个帧捕捉运动,然后可以像动画一样重新创建,从而能够分析运动员的运动。

但当时能拍到的只有奥运选手的身影,只有不到1秒的几帧。

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这里不得不提一个故事。

18世纪画家笔下的奔腾马大多是僵硬、匀称的,所以1872年,前加利福尼亚州州长利兰·斯坦福与人打赌,赌马的四个蹄子是否会离地跑步的同时。(是的,后来创办斯坦福大学的是利兰·斯坦福)

他们请来了摄影师爱德华·迈布里奇,迈布里奇在赛道上设置了一系列摄像头,每个摄像头都有一根细线连接到马路对面的一根木桩上。当马奔跑时,快门依次触发,摄像头可以连续捕捉马的步态。最后,摄影师确定马的蹄子不会在马奔跑的同时悬在空中。

这是电影的诞生,也是第一份详细描述运动过程的文件。

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值得注意的是,1900年奥运会女性首次参赛,打破了古代奥运会和第一届现代奥运会女性不参加的禁令。

而由于巴黎也在同年举办了世博会,风头完全笼罩了奥运会,让奥运会黯然失色。

1908年伦敦奥运会时,电影已经成熟。当时有的电影院会派人去奥运拍摄,然后拍视频。人们可以走进电影院,以视频的形式回顾比赛。虽然会有几个月的时差,但大家终于可以领略到运动员的动感和英姿了。

而且,1908年伦敦奥运会首次实现了现场直播,但仅限于200米、400米和800米的田径比赛。

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1908年第四届伦敦奥运会上,男子400米游泳冠军亨利·泰勒(Henry Taylor)穿着连体泳衣。

上面提到的两个美国人之间的赌注,也促成了一件大事。

迈布里奇拍摄奔马时使用的细线称为“迈布里奇线”。这条线的灵感来自田径比赛,并被用于1912年斯德哥尔摩奥运会,即拳击带的发明。.

以前,比赛的结果取决于终点裁判员的肉眼,当运动员到达终点线时,裁判员按下秒表。

这使得精确定位比赛结果变得困难,而迈布里奇线路允许线路的一端连接到计时时钟,并且当第一个跑步者越过终点线时,破损的仪表带可以快速停止计时时钟。

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除了越线带外,本届奥运会还首次采用了电子自动计时系统和赛事转播系统,在裁判机制上取得了突破。

1924年巴黎奥运会,浪漫的法国人第一个敢吃螃蟹。

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彼时,欧洲经历了第一次世界大战的创伤,需要奥运会这种全民参与的盛会来恢复士气。

但当时,报纸仍然是事件传播的主力军。被体育场拒之门外的巴黎电台记者想出了一个妙招:将广播装置绑在一个热气球上,一名记者坐在气球篮子里,在体育场上空进行广播。现场解说。

可惜风不美。短短几分钟内,强风将气球吹离了体育场。这场直播终于失败了,但科技创新的曙光已经出现:人们第一次可以通过报纸以外的方式了解奥运会。

到 1928 年阿姆斯特丹奥运会,高速摄像机被用于协助裁判用慢速回放图像来判断比赛。

在此之前,1925 年,一个名叫比德尔的年轻英国人想要摆弄一些东西。他用旧收音机设备、糖果盒、自行车灯镜片、旧电线等废旧材料,制造出世界上最原始的图传机械式电视机。

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John Logie Baird 和他发明的第一台机械电视

虽然整个过程只能实现信号的实时传输,但他的发明最终被载入史册,而这位名叫约翰·洛吉·贝尔德的年轻人也被誉为“电视之父”。

然而,本发明有两个缺点。一是图片内容传播的距离限制,二是传输质量很差,画面模糊。但作为当时的顶尖技术,经过不断改进,在1936年奥运会上得到应用。

1936年的柏林奥运会率先在电视上播出,让观众可以在电视上观看奥运会,见证奥运会的模糊画面。

当时,德国电视台用三台摄像机录制奥运会,每台重达200公斤,更换镜头需要四名工作人员。直播时只能使用一个摄像头,另外两个摄像头在光线足够强的情况下必须有65秒的延迟。

由于技术不完善,电视信号只能传输到柏林市中心方圆15公里,但有超过16万观众收看。

到 1948 年伦敦奥运会时,已有 100 多台电视可以观看奥运会。虽然这对于当时超过 800 万的伦敦常住人口来说似乎微不足道,但随着广播技术的突破,奥运会的影响不断扩大。

上面提到的打孔带其实也有它的缺点,只是计时不够准确。如果运动员不破线,手表不会停止计时。这个问题在 1948 年得到解决。

1948 年伦敦奥运会推出了由欧米茄开发的第一台端点相机“魔眼”。

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1948 欧米茄在伦敦推出“魔眼”相机

当时,两名美国运动员哈里森·迪拉德和巴尼·尤厄尔都以 10.3 秒的成绩完赛。最后通过检查镜头,哈里森最终下定决心要赢。与秒表相结合的裁判方式逐渐退出历史舞台。

事实上,在 1932 年洛杉矶奥运会上,欧米茄帮助奥运会将计时精度从 1/5 秒提高到了 1/10 秒。

1952 年赫尔辛基奥运会为终点线引入了革命性的实时摄像系统。田径裁判可以立即判断运动员越过终点线的顺序,而无需等待数十分钟的成像。

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1956年墨尔本奥运会,迫于资金压力,国际奥委会终于开始以版权的形式出售电视转播权。

此前,为确保奥运会被更多观众收看,奥运会免费授权给转播商和电视台,不收取任何转播费。

有报道称,1948年,英国广播公司在转播伦敦奥运会的体育赛事后提出象征性地支付50英镑的费用,但遭到国际奥委会的拒绝。

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随后美国当时财力雄厚的三大主播不买账,集体抗议版权出售。为血而战。

1956年虽然实现了广播,但还是现场录制,然后把录像带运回国内播放。

仅仅8年后,1964年东京奥运会就通过通信卫星和海底电缆实现了转播,奥运会成功地在全球范围内进行了现场直播,这也让熬夜看球成为了跨越时代的记忆。

同时,本届奥运会首次使用电子计算机和电动计时装置辅助裁判,因此在1988年汉城奥运会100米蝶泳决赛中,苏里南的安东尼康拉德内斯蒂以0.01秒的优势夺得金牌。

1972年的慕尼黑奥运会第一次展示了计算机系统的强大性能。计算机中心安装的五台计算机可以同时处理多场比赛的数据,每场比赛的结果只需几秒钟即可统计。

1992年的巴塞罗那奥运会在数字电视信号的制作上也取得了突破,是历史上第一次采用高清数字电视转播的奥运会。

1996年商业化最为成功,亚特兰大奥运会首次利用互联网转播开幕式,扩大了奥林匹克文化在世界的影响力。

在2004年的雅典奥运会上,性能更好的终结相机每秒可以拍摄1000张照片,而当时出现的3G上网技术也为中国人民记录了刘翔夺冠的宝贵瞬间。

进入互联网时代后,2008年北京奥运会,中国基于光纤通信技术和数字技术,首次向世界提供高清转播信号,真正实现全民参与。

震撼的开幕式让中国实现了向世界发送无压缩直播画面的突破,延迟仅为几十毫秒,甚至实时互动。

北京奥运会还在网球比赛中引入了基于电子线的裁判方式——鹰眼。

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“鹰眼”是一个“即时回放系统”,由8到10台高速摄像机、电脑和大屏幕组成。它在 2006 年的大满贯赛事中首次用于美国公开赛。玩家每场比赛有两次申请“鹰眼”的机会。“仲裁。

Hawkeye 使用球场上的摄像头网络来跟踪球的轨迹,并使用建模技术来预测球将落在球场上的哪个位置,从而使裁判能够高度准确地检测球是在球场上还是在球场外。

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以网球比赛为例,比赛开始前,计算机将赛场内的三维空间划分为毫米级的测量单位,放置在不同位置和角度的高速摄像机全息捕捉网球运动的基本数据,而计算机使用这些数据生成三维数据。最后,利用计算机成像技术,对网球飞行轨迹的三维图像进行重构合成并显示在大屏幕上。

整个过程不到10秒,其准确性是人眼无法比拟的。

在 2012 年伦敦奥运会上,伦敦引入了量子计时器。第一次伦敦奥运会电视转播权,赛道启动器是完全电子的,可以测量到百万分之一秒的精度。与此同时,社交网络的兴起和首创的3D转播技术在奥运场馆付诸实践。.

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在 2016 年里约奥运会上,收尾相机每秒可拍摄多达 10,000 张照片。8K高清转播和VR技术的运用,让电视转播能够让来自世界各地的观众在家中体验到激烈的比赛氛围。.

此外,在射箭比赛中首次采用电子靶计环数,内置先进的传感器系统,可将箭的位置精确定位0.2毫米,即时显示比分。

同时,里约奥运会也首次将GoalRef技术用于足球检测。足球有一个内置芯片,球门柱和横梁上的传感器可以检测足球何时完全越线。

2

首届没有现场观众的云奥运

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时间到了2021年东京奥运会,将首次云端转播。

“科技”是东京奥运会从一开始就确立的理念。

虽然延期和场馆空置给日本经济造成了重创,但疫情控制问题近在咫尺,很多事情不尽如人意,但今年的奥运会依然充满科技感。

老奥运合作伙伴欧米茄在奥运会的游泳、体操和沙滩排球中使用计算机视觉和运动传感器。

在排球方面,欧米茄通过基于计算机视觉技术的摄像头跟踪球员和球。

通过运动员衣服上的陀螺仪传感器,每秒收集和分析约2000组数据,包括跳跃高度、速度、扣球方式的变化、球的飞行轨迹等。它在几分之一秒内传输到广播公司并显示在大屏幕上。

球员众多,球速快,运动员的动作和策略技术各不相同,模型的训练和应用极其复杂。欧米茄花了 4 年时间训练 AI 来识别无数类型的镜头。

最具挑战性的一项是当相机被球挡住时,AI 无缝且准确地跟踪球的轨迹。

即当球被阻挡时,跟踪预测球的下落,球再次出现,并重新计算阻挡期间的数据。这种对球的跟踪对于AI判断比赛过程非常重要。

欧米茄结合了球员身上的图像和传感器,以及基于计算机视觉的AI,这样即使球飞出相机框,它也能根据数据自动填补缺失的部分。

欧米茄声称其沙滩排球系统的准确率高达 99%,这要归功于传感器和以每秒 250 帧的速度运行的多个摄像头。

日本是世界上机器人技术最先进的国家之一,是名副其实的机器人强国。今年的东京奥运会,日本确实是大展身手。

东京奥组委于2019年发布了“2020东京奥运会机器人计划”,松下、丰田等公司将生产不同用途的机器人,如人体支撑机器人、运送辅助机器人和动力辅助外骨骼设备等。

东京奥运村的大部分工作都是由机器人完成的。有巡检、应急支援等安保作业的警卫机器人;有搬运行李、快递、捡垃圾等繁重工作的服务机器人;有机场驻扎在机场。观光机器人;有结合手机、摄影、导游的便携式机器人。其中,外骨骼设备可以大大减轻体力劳动者腰部的负担,最多可以减轻40%的腰大肌负荷。

各大机场、酒店也都配备了安检、翻译、保洁、迎宾、送货等功能的机器人。

竞技体育是计算机视觉的另一个重要落地场景。

本届奥运会采用富士通的人工智能计分辅助系统。AI计分系统将用于单项体操项目。该系统首次用于2019年世界体操大赛。

据日本NHK报道,AI计分系统通过将红外线投射到球员身体及其周围的200万个地方来跟踪球员的动作,实时完成3D图像,并对运动员的旋转、扭转进行分析和评分。和其他动作。

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AI裁判是计算机视觉落地的场景,时空运动检测是一项非常重要的技术。

除了对球员的表现进行评分外,在球类运动领域,时空运动检测技术还可以与Re-ID技术相结合,对每个球员进行技术统计。

例如,在篮球比赛中,如果一名球员接到队友的传球,没有任何其他动作直接射门,则将其记录为队友的助攻。随着干扰射门次数的增加,成功后玩家的射门技术评价会更高。这些为俱乐部之间的训练计划、比赛策略和球员交易提供信息,也可用于比赛解说、特效制作等。

据悉,英特尔将3D运动员追踪技术带入了今年的奥运会。

在短跑领域,系统通过4个可移动摄像头拍摄运动员冲刺的场景,内置算法分析每个运动员,然后通过3D视觉实时叠加动态图层。

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结果就是我们在直播中看到了每条赛道上运动员身后的彩条,颜色不断变化,展现出运动员状态的变化。

日本电信运营商NTT表示,赛场内安装了多个摄像头,用于跟踪运动员的动作,然后将图像传输到不同的位置,实时显示3D全息图。

英特尔基于田径、拳击、沙滩排球等奥运场馆打造了VR模型。摄像机舱内至少安装了 12 台摄像机。戴上VR头盔后,可以获得前排视角。

这样,AR、VR、3D全息投影等技术将共同带来全新的观影体验。

东京奥运会还采用了人工智能人脸识别系统,这是人脸识别技术在奥运会上的首次应用。

高速、低延迟的 5G 技术用于帆船、游泳和高尔夫。

比如在帆船赛事中,无人机拍摄的比赛视频通过5G网络传输到直播大屏。在游泳项目中,观众佩戴支持5G网络的智能眼镜,观众可以看到运动员、比赛等数据。.

此外,还有无人驾驶出租车、8K高清分辨率直播、AI系统缓解人群拥堵。

与往届奥运会不同,本届奥运会首次采用云计算直播,完成全球云直播,由阿里云支持。

过去,奥运会直播需要建设庞大的媒体中心、演播室准备工作,以及临时部署专门的远程广播基础设施,包括大型外部广播装置、编辑套件和网络连接。这个过程既费时又昂贵。奥运会结束后,需要拆开运回各个国家。

奥运会采用的OBS云平台基于云计算和人工智能。直播中心覆盖率减少25%,直播人员减少27%。报道和广播模式已大大简化。将活动画面分发给所有有版权的主播,导演、制作、剪辑、字幕等工作也可以在“云”上完成。

云直播将在更低延迟的上传、更快的编辑和流式传输方面带来效率。同时,为期17天的奥运会,OBSCloud将播出超过9500小时的体育赛事,首次制作出超高清、高动态范围的奥运内容。,能够提供比标准高清多四倍的细节。

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总结

在奥运会初期,跑道是用煤渣铺成的,运动员必须在起跑线后面挖一个洞,称为“起跑洞”,然后才能准备起跑。

在跳高比赛中,需要在横杆上垫一条白毛巾,让运动员能看到横杆的高度。

现在,煤渣路变成了一条塑料轨道伦敦奥运会电视转播权,轻而有弹性的玻璃纤维和碳纤维取代了坚硬、沉重、无弹性的木杆。

什么是奥运技术?

有人说是的,更灵活的支柱,可以在水中呼吸的泳衣,抗风的身体贴片,以及各种奇特的高科技鞋。

有人说是药物检测技术(反兴奋剂)、生物标志物检测、同种型检测、RNA检测等打击作弊。

有人说,从纸笔到电子屏,从人眼到鹰眼,从陆地到橡胶履带。

奥运会背后的技术迭代,包括但不限于以上,涉及的技术亮点太多。来自世界各地的顶尖技术在本次盛会上上演。

原本顾拜旦的目的是通过弘扬体育精神来教育法国人民,但如今,奥运会比原先预想的更为重要。

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从模糊到高清画质,从黑白照片到彩色视频,从看报纸到网络直播,从视觉判断到复杂的人工智能系统,从控制室到回放屏幕到移动转播车到云端直播。

每次世界拿起奥运会的万花筒,他们看到的都是数字与人类社会的融合,数字代码的排列组合和科技的一次次亮点。