鹰眼系统是在板球、网球和其他运动中使用的一套电脑系统，以追踪记录球的路径并显示记录的实际路径的图形图像，也可以预测球未来的路径。鹰眼系统从2006年开始，已经在网球比赛中被广泛使用。当然，据说法国网球公开赛(French Open)至今还没有采用这套系统，他们的理由据说是网球击打在红土上会留下球印，所以没有必要采用计算机系统。对于这组委会对进步的抗拒暂且不予以批判，我们还是专注在这项技术本身吧。

鹰眼于2001年由两个英国人SHERRY DAVID和HAWKINS PAUL发明。专利的名称是Video processor systems for ball tracking in ball games。且来看这个专利的摘要部分：

ABSTRACT

A video processing system for use in ball games played within a predetermined area on a pitch or the like such as cricket, comprising at least four video cameras arranged in spaced apart relationship at fixed positions around the said area, a video processorand ball tracker to which signals from the cameras are fed, a data storefor date which models the said area and includes data representative of characteristic features positioned thereon for use in performance of the game, anda store for data appertaining to rules and/or key events of the ball game played, the video processor being operative to; a) identify in each frame, from each camera, groups of pixels corresponding to the image of a ball; (b) compute for each frame the 3D position of an image thus identified using ball image data from at least two different cameras; (c) predict a ball flight-path from the said 3D ball position as computed in successive frames; and, (d) map the predicted flight-path on the modelled area so as to identify any interaction with one or more of the said characteristic features, which interaction signifies the occurrence of a key event or a rule infringement.

一开头就提到，这个专利是用于在限定的场地范围内进行的球类运动，即网球、排球、板球等等。当然羽毛球也可以使用吧，我不清楚现在羽毛球比赛中是否已经采用鹰眼。这个系统的功能部件是：至少4个摄像头(网球一般是10个)，固定在监视范围的四周。

1个视频处理器/球体追踪器 - 用于接收摄像头传来的数据

对于每个摄像头产生的视频的每一桢图像，识别出球体的像素点集合对于每一桢图像，计算出之前已经识别出的球体的3维空间的坐标

基于上步可计算出视频连续N桢的球体坐标，预测球的飞行轨迹

将飞行轨迹投射到已建模的场景中(球场，边线等)来判定球体与这些场景的关系，从而判断出是否出界等

2个数据存储器存储对场地等特征区域事先建模好的(静态)数据

存储与规则或关键事件相关的数据

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所以，我认为最关键的技术在于，如何通过几个不同方位的摄像头产生的图像，来计算当前球体的坐标。这需要用到一个叫triangulation的技术(翻译成“三角测量”？有时候也指reconstruction，重构)。Triangulation可以2张或多张一个3维空间点投影到2维平面的图像来得出它的坐标。在计算之前，需要知道摄像头投影函数的参数。

简而言之，wiki图中x即球体在3维空间中的坐标点，O1和O2分别为两台摄像头焦点的坐标，y1和y2是x投影到2维图像上的点。而我们知道，在2维图像中的每一个点都可以对应到3维空间中的一条线(该点连接摄像头焦点垂直于图像平面向外的线)。所以反推过来，y1O1和y2O2两条线延长线的交点就是球的方位。

而鹰眼系统的误差来源有几个方面，但其根源是y1和y2两个点的定位无法完全精确，如：镜头的畸变(lens distortion)

点扩散(point spread)的影响，受光的衍射的影响，不作细述

数位照片不连续像素点造成的误差

……

现有的技术在网球比赛中的误差在~0.5cm左右，可以应对大部分的挑战问题了。

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P.S. 当年鹰眼系统被提上日程的导火索。2004年美网1/4决赛，小威与卡普里亚蒂的比赛的决胜盘，有3个争议球都被判给了卡普，而这场比赛中Auto-Ref系统已经用于测试。由于在回放中有一个小威打出很明显的好球被判失误，导致严重影响整场比赛的走向，所以赛后对于是否在网球比赛中加以线审辅助设备的讨论便愈演愈烈。2005年下半年ITF组织在纽约开始正式测试鹰眼系统，并最后通过了这项技术。2006年3月的迈阿密大师赛是第一个正式采用有效力的鹰眼设备的赛事，同年的美网也成为采用鹰眼的第一个大满贯。