【香港運動醫學及科學學會】利用電腦視覺及人工神經網絡建立壁球VAR



【體路專欄】壁球是備受全球歡迎的運動,也是香港體育學院精英體育項目之一。由九十年代的「大師姐」趙詠賢到應屆亞錦賽冠軍湯芷穎,香港壁球界可謂人才輩出,其成果皆有賴於完善的青訓系統及出色的本地教練,為香港培育了不少壁球精英。對於壁球手來說,兩位球員同時在62.4平方米的圍牆中迅速移動,難免會發生碰撞及互相干擾。球證會按雙方球員當時的位置、球道及干擾程度作出「和球重打」(let)、「罰分」(stroke)或「和球不成立」(no let)的裁決。

隨著運動科學發展一日千里,將新科技應用於運動上,不但能提升運動表現及減低運動員的受傷風險,亦能協助球證執法。英超球賽於2020年引進了視像裁判系統 (Video Assistant Referee ,縮寫VAR),來輔助球證作出越位裁決,相信VAR對於不少球迷來說並不陌生。為了減少球證主觀觀點對裁決的影響及增加裁決的精準程度,香港城市大學電機工程系陳皓敏博士與西雪梨大學健康科學學院張子熙博士共同研發了一套演算法,希望建立壁球版VAR來協助球證裁決,以減少球員及球迷的爭議。

此技術共有兩個主要部分,其一是利用以往職業壁球比賽的影片來建立數據庫,並透過電腦視覺在影片的每一格影像中,追蹤球場的兩位球手及壁球的位置(見圖一),並利用球場邊界來推算出他們的座標。最後,連接每一格影像的座標並計算出球手及壁球的相應軌道。

(圖一:電腦程式從影像中辨認出兩位球手(紅格及藍格)及壁球(綠格))

其二是建立人工神經網絡(Artificial neural network),讓電腦學習在「和球」、「罰分」及「和球不成立」的情況下,球員和壁球軌道的特徵,其中包括了相對位置、移動速度及方向和壁球落點及球度等參數,從而作出適當的判決(見圖二)。這套演算法通過了獨立數據的驗證,能識別所有的實時比賽情況,確保了其準確性。

(圖二:利用機器學習建立演算法分辨三種干擾結果)

研究團隊現正與職業壁球協會(Professional Squash Association)積極討論此技術的實際可行性,期望在不久將來把技術引進壁球運動。除了協助球證裁決外,這個演算法亦可以讓教練更了解球員及對手的「走位」及球路,改善球員表現或針對特定對手調整比賽策略。此外,團隊正致力研究如何將電腦視覺及機器學習應用及發揮於不同的運動領域,推動運動科學及運動醫學的發展,為運動員提供更多的協助與支援。

【香港運動醫學及科學學會專欄】


文:張子熙教授
香港運動醫學及科學學會 運動科學及研究委員會 委員(2020-22年) 及 院士
西雪梨大學 健康科學學院 物理治療教授

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