Hawk-Eye (Хок-ай, Ястребиный глаз) — программно-аппаратный комплекс, моделирующий траекторию игрового снаряда. Система была разработана компанией и впервые протестирована в реальных условиях спортивных соревнований в 2001 году.
Применяется, главным образом, для судейства соревнований, а также сбора статистики и визуализации игрового процесса, в тренировках. Наиболее широкое распространение получила в теннисе, крикете, волейболе. Как средство визуализации игрового процесса применяется в снукере. Тестируется в футболе. Обсуждается вопрос о её внедрении и в других видах спорта. Высокая стоимость и сложность в эксплуатации ограничивает применение Hawk-Eye только крупнейшими соревнованиями. C 2017 года началась эксплуатация нового поколения системы Hawk Eye Live, позволяющей полностью отказаться от судей на линии в теннисе.
В теннисе Hawk-Eye является разновидностью ALC систем (Automated Line Calling systems). Система Hawk-Eye стала неотъемлемой частью теннисной культуры, добавила соревновательному процессу зрелищности и способствовала укреплению духа fair play в ходе соревнований. Получила несколько наград за достижения в сфере развлечений. Система имеет немало критиков, которые считают, что автоматизация судейства в спорте лишает его человеческого фактора и особого соревновательного духа.
История Необходимость в системе, облегчающей судейство, была обусловлена многочисленными спорными ситуациями, регулярно возникавшими в ходе соревнований. При скоростях полёта мяча в теннисе до 250 км/ч, определить человеческим глазом касание линии весьма затруднительно и решение судей может быть субъективно. Споры с арбитрами нарушали нормальный ход поединков и мало способствовали спортивному духу соревнований. Попытки внедрения автоматизированных ассистентов судей в теннисе и крикете имеют долгую историю.
Технологические разработки, связанные с облегчением работы судей, стали появляться с конца 1960-х. Первые аппаратные комплексы поддержки судейства в теннисе были созданы в 1970-х годах. Так называемые системы TEL (Tennis Electronic Lines) работали на основе датчиков давления, воспринимающих касание линии, и требовали монтажа под покрытием корта. Широкого распространения они не получили. Помимо сложности монтажа, датчики не различали, касается линии мяч или нога игрока (хотя их преимуществом была возможность выдавать результат мгновенно — это была система реального времени). В 1980-х была анонсирована система , функционировавшая на основе инфракрасных датчиков, определяющих пересечение мячом луча. Система фиксировала только ошибки при подаче. Главным её недостатком было то, что она не различала мяч и любой другой предмет, прерывавший ход луча. Тем не менее, она использовалась на турнирах Большого шлема вплоть до конца 1990-х.
В середине 1990-х на крупных турнирах опробовалась система , разработанная DEL Imaging Systems LLC. В сущности, это была только высокоскоростная камера (до 5000 кадров/сек), позволявшая визуально определить на повторе касание мячом линии.
В 1999 году исследовательская группа компании Roke Manor Research Ltd начала разработку системы, основанной на обработке видеоданных и построении траектории мяча. Во главе группы стоял доктор Пол Хоукинс, в прошлом игрок в крикет. При разработке использовался опыт разработок в военной области в медицине. В 2001 году Пол Хоукинс и Дэвид Шерри защитили разработку патентом WO0141884 (Video Processor Systems For Ball Tracking In Ball Games — «Система видеообработки для трекинга в играх с мячом»). Впервые возможности нового продукта компании были продемонстрированы каналом Channel 4 во время официального матча между сборными Англии и Пакистана, на стадионе Lord's Cricket Ground 21 мая 2001 года. С 2006 года Hawk-Eye постоянно используется для судейства профессиональных турниров в теннисе.
В 2001 году компания Hawk-Eye Innovations LTD, развивающая свой основной продукт, отделилась от Roke Manor Research. С 2006 года компания принадлежит американскому бизнесмену . В 2009 году компания принесла доход до налогов £ 1,1 млн. В 2010 году рыночная стоимость компании Hawk-Eye Innovations оценивалась в £15 млн. С марта 2011 года Hawk-Eye Innovations перешла в собственность корпорации Sony.
Hawk-Eye — наиболее распространённый, но не единственный продукт, в своём роде. В футболе тестируется GoalRef (изначально разработанная для гандбола). В США определённое распространение получила K-Zone, применяемая в бейсболе. В крикете с Hawk-Eye конкурирует система Pitch View, которая проходила тестирование в 2012 году.
Технология Все детали функционирования Hawk-Eye не разглашаются, так как являются секретом фирмы. Основой для её программного обеспечения стали появившиеся системы захвата движения.
Программно-аппаратный комплекс состоит из нескольких видеокамер, передающих поток видеоданных для обработки компьютеру. Для крикета используется шесть камер, для тенниса — десять. Скоростные видеокамеры (106 кадров/сек, по данным разработчика) укреплены так, чтобы захватывать с определённых углов игровое пространство. Обработка потока видеоданных включает несколько этапов. Изначально в систему заложены правила игры, и при калибровке строится модель игрового пространства. Программное обеспечение позволяет организовать распознавание образа мяча. Как сообщают разработчики, система устойчиво распознаёт летящий мяч в форме размытого вытянутого пятна, размер которого составляет от 2 до 10 пикселей, на фоне корта, оборудования и публики.
На основе трекинга и принципа триангуляции, система определяет координаты мяча. По двумерным образам, полученным с каждой камеры, строится серия точек в трёхмерных координатах. Камеры не синхронизированы друг с другом и различные координаты мяча, полученные с разных камер, связываются в общую систему точек при помощи линейной аппроксимации. Далее, при помощи алгоритмов сглаживания, через эти точки реконструируется виртуальная траектория полёта. Если оценить скорость полёта мяча в теннисе в 50 м/c, то при скорости съёмки 100 кадров в секунду, между узлами интерполяции может быть расстояние порядка 50 см. Система визуализации выдаёт результат в виде гладкой траектории с интерполированной точкой касания корта в случае тенниса. Система также позволяет выдавать другие показатели: скорость мяча, статистику попаданий в определённые области и прочее.
Для функционирования системы (в случае крикета) необходимо три оператора. Система не накладывает никаких требований на инвентарь и площадку. Точность системы является спорным моментом, так как источники называют разные данные: от 1 мм до 5 мм. Согласно данным самой компании Hawk-Eye Innovations, точность составляет 3,6 мм, то есть порядка 5 % от размера теннисного или крикетного мяча. Согласно требованиям ITF, в ходе тестирования погрешность системы должна была составлять не более 5 мм.
По состоянию на 2013 год система не могла работать в режиме реального времени. На получение результата системе необходимо было до 10 сек, поэтому полностью заменить судей на линии автоматикой не представлялось возможным. Вмешательство судьи в теннисе также необходимо из-за того, что игрок, по правилам, если и собирается взять попытку, то должен это сделать немедленно после спорного попадания, иначе ситуация будет, как говорят, «заиграна». Стоимость использования системы оценивается в $20 000 в неделю на одном теннисном корте. Для крикета стоимость установки достигает £180 000 на одном стадионе.
С 2016 года на теннисных турнирах началось тестирование следующего поколения технологии Hawk Eye Live. Она позволяет отслеживать касание мяча менее чем за 0,1 сек, и не требует остановки игры. Технология отслеживает также ошибку «зашага» (footfault). Таким образом, Hawk Eye Live позволяет полностью обойтись без судей на линии. В этой версии используется 12 камер для контроля за мячом и 6 для «зашага». Единственный «человеческий» элемент, оставшийся в системе — записанная голосовая реплика «аут», останавливающая игру.
Использование Теннис Использование Hawk-Eye в теннисе обусловлено сложностью оценки «аут»/«поле» в ситуациях, когда мяч приземляется поблизости от линии.
В 2002—2004 годах система проходила тестирование ITF на ряде теннисных турниров. Федерация разработала ряд требований к системам ALC (Automated Line Calling systems — системы контроля касания линий). В рамках тестирования также рассматривалась конкурирующая система Auto-Ref, работавшая по схожему технологическому принципу. В ходе открытого чемпионата США по теннису 2004 года зрители имели возможность убедиться в возможностях комплекса. Во время четвертьфинального матча между Дженнифер Каприати и Сереной Уильямс судьи допустили целый ряд ошибок в пользу Дженнифер. Система (Hawk-Eye ещё не имела тогда устоявшегося названия и именовалась Shot Spot) использовалась в тот момент только для визуализации и чётко продемонстрировала все проблемы судейства в том драматическом поединке.
Начало использованию Hawk-Eye на турнирах высокого ранга положил Кубок Хопмана (Австралия) в январе 2006 года. Система получила на нём высокие оценки организаторов. Михаэлла Крайчек стала первой теннисисткой воспользовавшейся попыткой (challenge ) в системе Hawk-Eye. Дебютным рейтинговым турниром Hawk-Eye стал Miami Masters в марте 2006 года. Первым турниром Большого Шлема, где была внедрена Hawk-Eye, стал открытый чемпионат США по теннису 2006 года. В 2007 году на конференции ITF технические эксперты Джейми Кейпел-Дэвис и Стюарт Миллер, одобрив использование Hawk-Eye, предложили поправки к правилам. В марте 2008 года ITF, ATP и WTA приняли и унифицировали правила, касающиеся использования системы в ходе соревнований. В каждом сете игрок имеет право на три попытки обращения к системе, если он сомневается в решении линейных судей. Если игрок ошибся, а судья был прав, то попытка с его «счёта» отнимается. Ещё одна попытка добавляется каждому, если игроки достигли тай-брейка. В некоторых случаях игроки даже специально берут заведомо ненужную попытку, дабы потянуть время и получить передышку, хотя это считается неспортивным поведением.
Hawk-Eye быстро стал важной частью соревновательного процесса и всей теннисной культуры. В настоящее время система Hawk-Eye используется на всех турнирах Большого Шлема, кроме French Open, на Олимпийских играх и на большинстве крупнейших профессиональных турниров. Исключение составляют турниры проводящихся на грунтовых покрытиях, поскольку на них мяч оставляет после падения хорошо различимый след. Как правило, организаторы не могут позволить себе оборудовать системой все арены и её устанавливают только на центральных кортах.
Новое поколение технологии Hawk Eye Live было испытано на турнире Next Generation ATP Finals в Милане, в ноябре 2017 года и получило благоприятные отзывы. В августе 2018 года Hawk Eye Live успешно прошёл испытание длительным турниром серии World TeamTennis в США. На сессии ATP в июле 2018 года руководящий орган теннисной ассоциации рекомендовал технологию к использованию на крупнейших турнирах следующего сезона. US Open 2020 стал первым турниром Большого Шлема, на котором использовалась технология Hawk Eye LiveIf Hawk-Eye Live works in NYC, prepare for tennis to use it everywhere .
Крикет В крикете необходимость в компьютерной помощи судьям обусловлена так называемым правилом (Leg before wicket — нога до калитки). После подачи мяча боулером, игрок противника бэтсмен имеет право коснуться мяча (отбить его) только битой. При этом в игре часто возникает ситуация, когда игрок всё же касается мяча какой либо частью тела (обычно ногой). После этого судье приходится принимать на глаз решение, повлияло ли это на изменение траектории мяча и попадание мяча в «калитку». При скорости мяча у элитных боулеров до 160 км/ч, это сложная задача, и субъективное решение часто вызывало споры. Hawk-Eye позволяет продолжить возможную траекторию и оценить возможность касания мячом калитки.