Система автоматического определения положения "вне игры" в футболе
SYSTEM FOR AUTOMATIC DETERMINATION OF “OUT OF PLAY” POSITION IN FOOTBALL

Система автоматического определения положения «вне игры» относится к области спорта и предназначена для использования в судействе футбольных матчей.
Согласно «Правилам игры в футбол», игрок находится в положении «вне игры» (офсайд), если он расположен ближе к линии ворот соперника, чем мяч и предпоследний игрок соперника, включая вратаря. На фиг. 1 крайний правый кружок красного цвета обозначает футболиста нападающей команды, оказавшегося в положении «вне игры».
Одной из обязанностей линейного судьи (в современной трактовке - помощника главного арбитра) является определение офсайда. Сложность фиксирования офсайда (и связанные с этим судейские ошибки) состоит в том, что линейный судья должен одномоментно определить начало передачи мяча игроку, предположительно находящемуся в положении «вне игры», и оценить положение этого игрока относительно других игроков и лицевой линии данной половины футбольного поля. Именно «оценочная» функция и представляет наибольшее затруднение, поскольку зрение человека не способно с достаточной точностью определить расстояние между игроками. Кроме того на визуальную оценку влияют положение самого линейного судьи (ракурс) и наличие игроков закрывающих ему обзор.
Предлагаемая система позволяет передать «оценочную» функцию компьютеру, а линейному судье остается только фиксировать момент передачи мяча. Система предполагает использование следующего оборудования:
- две видеокамеры расположенные по центру над своей половиной поля таким образом, чтобы каждая из них охватывала «взором» ближайшую половину поля целиком. Примерное расположение камер показано на фиг. 1;
- флажок линейного судьи, оборудованный передатчиком для связи с компьютером оператора. Включение сигнала передатчика производится с помощью кнопки на ручке флажка (данное оборудование уже разработано и используется сейчас для связи линейного судьи с главным арбитром);
- два компьютера для обработки видеосигнала с камер и вычисления требуемых расстояний (каждый для своей половины поля).
Перед началом игры операторы, следящие за работой системы, заносят в диалоговом окне программы цвета формы команд, например:
черно-белые = синий
зеленые = красный.
Делается это для простоты работы системы, поскольку исключается создание базы содержащей все различные формы всех команд.
Видеосигнал с каждой камеры передается для обработки на свой компьютер. Суть обработки состоит в следующем - изображения игроков преобразуются в соответствующие цветные (красные и синие) прямоугольники; при этом изображения вратаря и судей исключаются, поскольку цвета их формы отличаются от цветов формы полевых игроков, а сами они не нужны для определения положения «вне игры».
Система работает в соответствии с алгоритмом, представленном на фиг. 2.
1
2
T и Т - время окончания первого и второго таймов (т.е. 45 и 90 мин) соответственно или время окончания дополнительных таймов (т.е. 15 и 30 мин).
1
S - сигнал от линейного судьи о предполагаемом офсайде.
2
S - повторный сигнал от линейного судьи в случае «пассивного» офсайда.
s1
s2
1
2
t и t - время поступления сигналов S и S соответственно.
a
b
t и t - компенсированное время для первого и второго таймов соответственно.
1
2
a
b
Разберем работу алгоритма для правой половины поля (фиг. 1). До начала игры оператор вводит в программу значение Τ и Т - время окончания первого и второго таймов (45 мин и 90 мин) соответственно. Если игра закончилась вничью и требуется определить победителя с помощью дополнительных таймов, то вводится время окончания дополнительных таймов, т.е. 15 мин. и 30 мин. Перед окончанием первого, второго и дополнительных таймов главный судья определяет количество компенсированных минут, которые также вводятся оператором (t и t).
с
min
k min
с min
к min
с min
k min
Блок обработки видеосигнала работает по методу описанному выше. «Оценочная» функция программы начинается с цикла определения Н, H.Переменная Н означает минимальное расстояние от «крайнего» синего игрока до лицевой линии на данной половине поля. Переменная Н означает тоже только для красного игрока. На фиг. 3 представлен способ определения Н, H. Два цветных подвижных курсора: «С» (синие - защита) и «К» (красные - нападение) в режиме реального времени отслеживают положение «крайних», относительно лицевой линии данной половины поля, игроков каждой команды. При перемещении какого-либо футболиста правее соответствующего курсора, последний «прилипает» к этому футболисту. Расстояние между каждым из курсоров и лицевой линией дискретно, т.е. для каждого положения их в данной точке «поля» известно. Поэтому никаких вычислений не требуется.
1
a
2
b
Далее в программе следует цикл отчета времени для каждого тайма. В случае выполнения условия t>Τ+t, что соответствует окончанию первого основного или дополнительного тайма, включается блок 15-тиминутной задержки обозначающий перерыв между таймами. Затем следует цикл отчета времени второго основного или дополнительного тайма. В случае выполнения условия t>Т+t, что соответствует окончанию второго основного или дополнительного тайма, программа заканчивает работу.
1
с min
k min
k min
с min
k min
с min
с min
k min
Если в момент работы цикла отчета времени какого-либо тайма поступит сигнал S от линейного арбитра, то это будет означать, что он нажал кнопку на своем флажке в момент передачи мяча игроку атакующей команды предположительно находящемуся в положении «вне игры» на данной половине поля. При этом программа переходит к сравнению Н и H соответственно для каждого из таймов. Т.е. проверяется выполнение условия H<Н для первого основного или дополнительного тайма или H<Н для второго основного или дополнительного тайма. В зависимости от результата выполнения этого сравнения программа либо возвращается κ началу цикла определения Н и H (офсайда нет), либо, проходя элемент двухсекундной задержки, выдает сообщение об офсайде, которое поступает как главному арбитру в виде звукового сигнала на его гарнитуру, так и на различные устройства отображения на стадионе (табло, рекламные щиты вокруг поля) длящееся 5 секунд (время ориентировочное).
1
2
s2
s1
с min
k min
Элемент двухсекундной задержки необходим для случая положения «пассивного» офсайда. «Пассивный» офсайд возникает, когда игрок, хоть и находится в положении «вне игры», но не влияет на развитие атаки (не касается мяча, не закрывает обзор вратарю соперника и пр.). Если после первого нажатия кнопки на флажке (сигнал S) линейным судьей возникло положение «пассивного» офсайда (на визуальную оценку этого опытному судье требуется 1-2 секунды), либо мяч по каким-то причинам не долетел до игрока, предположительно находящегося в положении «вне игры», линейный судья повторно нажимает кнопку на флажке (сигнал S). При этом происходит проверка условия t-t<2с. При выполнении этого условия сообщение об офсайде не генерируется т.к. возникло положение «пассивного» офсайда, программа возвращается к исходному состоянию (определению Н и H). Если же условие не выполнено, т.е. повторный сигнал пришел по прошествии двух секунд, то генерируется первичное сообщение об офсайде вышеуказанным способом.
с min
k min
Для другой половины футбольного поля вторая аналогичная часть системы работает таким же образом с тем только отличием, что Н и H в блоках сравнения для каждого тайма меняются местами.
Таким образом, системой автоматического определения положения «вне игры» достигается технический результат, заключающийся в том, что помощнику главного арбитра футбольного матча (линейному судье) не надо одновременно определять момент передачи мяча игроку атакующей команды, предположительно находящемуся в положении «вне игры», и оценивать положение этого игрока относительно игроков защищающейся команды, поскольку эта «оценочная» функция полностью передается компьютеру, входящему в состав системы, а линейному судье остается только фиксировать момент передачи мяча игроку, предположительно находящемуся в положении «вне игры».
Данная система в сочетании с применяемой в последнее время ФИДЕ и рядом национальных федераций системой видеопомощи арбитру (VAR) позволит снизить до минимума т.н. человеческий фактор в судействе футбольных матчей, что в свою очередь повлияет на повышение зрелищности и привлекательности футбола.