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和谦图像:体育比赛中千分之几秒的差距是怎么算出来的?
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2022-02-10 10:05:15来源: 中国机器视觉网

2月5日,2022北京冬奥会短道速滑混合团体2000米接力的比赛在首都体育馆上演,由范可新、曲春雨、任子威和武大靖出战的中国队,滑出2分37秒348的成绩,战胜2分37秒364的意大利队,获得中国代表团本届冬奥会的首枚金牌。

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据梵典《摩诃僧祇律》记载:“刹那者为一念,二十念为一瞬,二十瞬为一弹指,二十弹指为一罗预,二十罗预为一须臾,一日一夜为三十须臾。” 如果据此推算:一“弹指”为7.2秒,一“瞬间”即为0.36秒,而所谓的“一刹那”应该就是0.018秒。中国队真的就是赢在了“刹那间”!

这里产生了一个有趣的话题,在需要精确计时的体育运动项目中,时间精度达到多少才算够用?什么样的计时神器才能达到这个标准呢?

人们都说竞技场上分秒必争,而实际上随着训练更具科学化、专业化,人类运动水平得到很大提升,有人认为可能距离人体极限已经不远。在这种情况下,赛场上的分秒必争已经演变为0.001秒必争了。那么以后会不会更加极致呢?

中学里都学过一个常识,裁判在100米短跑终点计时的时候,不能听枪响,而是要观察炮烟。那是因为声音在25℃标准大气压的空气中传播速度约为346m/s,枪声需要经过0.289秒,而光在空气中的传播速度大约为 299,552,816 m/s,走过100米3.3×10的负7次方秒,几乎……完全可以忽略不计。

不过这种情况现在只在民间存在,1932年洛杉矶奥运会开始,全自动电子计时便取代人工计时了。电子计时和终点摄影的技术最早使用是在1912年的奥运赛场上,到了1932年全自动电子计时时代才真正来临。后来的一段时期内,计时精度在百分之一秒。到了1972年慕尼黑奥运会上,德国人将这一精度提高到了千分之一秒。不过,人们发现光有计时的精度还不够,在冲线的一瞬间,到底谁的身体有效部位最先触线,那才是关键。

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肉眼无法辨别的差距

于是,终点摄像技术也得到了飞速发展。到了2004年雅典奥运会,终点的高速摄像机每秒钟可以拍摄1000张照片,也是千分之一的精度。到了2016年里约热内卢奥运会,终点摄像机已经可以做到每秒钟拍摄10000张照片!可以说,运动员冲线的名次不太可能再出现误判了。

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维赛终点计时设备

这次我们的冬奥会,国家速滑馆采用了三套计时记分系统,功能各不相同。一套是终点摄像系统,也就是精确度最高的系统,其计时精确度可以达到千分之一秒。另一套是切光系统,以运动员的冰刀尖“切过”切光系统的时间,来给运动员计算成绩。第三套是异频雷达收发装置系统。按照比赛要求,运动员脚踝上会绑一枚芯片,当这枚芯片通过终点线时,埋在终点线处冰面下的感应线会发生感应,从中读取成绩。通常工作人员会先通过切光系统和异频雷达收发装置系统,取运动员百分位的成绩。如果说百分位的成绩出现平局的时候,就会调用终点摄像,通过终点摄像的判图来判断运动员千分位的成绩,最后决定运动员冲过终点的先后顺序。

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众所周知,摄像是有角度问题的,不同的拍摄角度,拍到的目标先后顺序就会发生变化。为了解决这个问题,计时系统技术人员采用了高速线阵相机,始终垂直拍摄终点位置。这样摄像系统像竖立起来的扫描仪一样,把快速通过终点线的运动员扫描到了计时图像上。根据图像中每一根线对应的不同扫描时刻,我们就可以得到拥有时间标记的冲线图像了。所以上图中每个奋力拼搏划船的运动员其实并不是同一时刻拍到的哦图片

终点摄像系统的核心部件,高速线阵相机的发展也可以说是一日千里。图像的清晰度我们用像素数表示,计时的精度就看相机的行频了。上海和谦自主研发的线阵相机完全实现了像素数和行频的兼顾。4096像素分辨率下,行频轻松达到50K,对应时间精度可就是0.00002秒。

2018年以来,上海和谦图像北京研发中心为大家带来了一系列高品质相机产品。其中线阵相机又以高质量,高性价比,优秀的供货能力为广大系统设备商客户所称道。8K,7um黑白线阵相机;16K,3.5um黑白线阵相机已经作为市场上的经典产品被广泛使用。即将面世的彩色线阵系列,TDI线阵系列也被大家翘首以盼。作为和谦线阵家族的一员,CL-L4KM-50K又是一款超高性价比的产品。可应用于平板显示检测 、玻璃缺陷检测、PCB缺陷检测、印刷缺陷检测、光伏缺陷检测、体育计时应用等领域。

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· 全分辨率4096像素, 7um*7um;

· 标准Camerali nk & Power Camerali nk接口自适应,可配置ba se、Medium 输出;

· 最高行频50K Hz;

· Globe Shutter全局快门、曝光时间参数可调或触发信号控制;

· 自由运行或外部触发控制工作模式;

· DSNU、PRNU校正;

· Gain、Offset 可调;

· 实时温度监测;

· 低功耗。