在葡萄牙2-0擊敗烏拉圭的比賽中,，C羅的頭球動(dòng)作最終被判為未觸碰到球，IMU傳感器在其中起了關(guān)鍵作用,。

當(dāng)前,，2022卡塔爾世界杯還在如火如荼的舉辦中，除了球員精彩的進(jìn)球外,，本屆世界杯的科技也看點(diǎn)十足,，許多技術(shù)都是世界杯歷史上首次使用。

在世界杯小組賽葡萄牙擊敗烏拉圭的比賽進(jìn)行到第54分鐘時(shí),，B費(fèi)傳中后C羅做出頭球動(dòng)作成功破門,，C羅也在賽場上歡呼，慶祝自己打破了紀(jì)錄,。不過,，在賽場的大屏中卻顯示該進(jìn)球歸屬于布魯諾·費(fèi)爾南德斯,。

在比賽結(jié)束后，C羅還在更衣室中向皮爾斯·摩根（知名主持人）發(fā)了短信,，聲稱他確實(shí)碰到了布魯諾·費(fèi)爾南德斯的傳球來打開得分,。然而，國際足聯(lián)官方用球制造商阿迪達(dá)斯透露,，官方用球內(nèi)的高精度傳感器數(shù)據(jù)表明C羅在進(jìn)球過程中沒有觸球,，該進(jìn)球歸屬于B費(fèi)。

傳感器圖像沒有“心跳”,，C羅確實(shí)未碰到球

在阿根廷隊(duì)1：2不敵沙特阿拉伯的比賽中,，阿根廷隊(duì)僅罰進(jìn)一粒點(diǎn)球，其中有三粒進(jìn)球因?yàn)樵轿槐慌袩o效,。此外,，這場比賽共被判罰10次越位，也創(chuàng)下了自2018年世界杯應(yīng)用VAR（視頻助力裁判）技術(shù)以來單場越位次數(shù)新高,。這場比賽之后,，大部分球迷都開始了解到VAR（視頻助力裁判）技術(shù)，不少媒體也介紹了半自動(dòng)越位判罰技術(shù)（SAOT）的作用,。除此之外,，在本屆世界杯上，每個(gè)比賽用球內(nèi)部的中央都有CTR－CORE,，即在足球內(nèi)部植入一枚中央芯片,，雖然類似的技術(shù)在籃球、網(wǎng)球等運(yùn)動(dòng)中已早有使用,，不過這還是第一次被用在足球上,。

通常，足球的重量約為400克,，踢球時(shí)的球速約為60-120公里／小時(shí),，若取80公里/小時(shí)的球速來計(jì)算，其撞擊力相當(dāng)于120公斤左右,。對(duì)于頂級(jí)球員的射門動(dòng)作來說,，其產(chǎn)生撞擊力可達(dá)200公斤，而世界上某位杰出運(yùn)動(dòng)員的一腳有力射門,，撞擊力更是高達(dá)1200公斤,。在這種情況下，保持芯片在足球中的穩(wěn)定就變得非常重要,。

為了讓足球具有優(yōu)異的抗震性能,，世界杯官方指定用球“Al Rihla”內(nèi)膽中新的懸掛系統(tǒng)使用了多個(gè)連接柱，將芯片固定在球體中心的囊殼中,，從而保證了球的平衡性不受影響,。同時(shí),，該懸掛系統(tǒng)還搭載了內(nèi)置的運(yùn)動(dòng)傳感器，使這項(xiàng)技術(shù)對(duì)球員來說不易察覺,，也不會(huì)影響其任何運(yùn)動(dòng)表現(xiàn),。據(jù)稱，這款設(shè)備重14克,，實(shí)際上是由兩個(gè)同時(shí)工作的獨(dú)立傳感器集成而成,，其中之一就是超寬帶（UWB）傳感器，可以跟蹤和獲取足球精確的位置數(shù)據(jù),，也可以將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)系統(tǒng)中,。而在本次判斷C羅頭部是否觸碰到足球的過程中發(fā)揮作用的則是慣性測量單元（IMU）傳感器，用來探測足球細(xì)微運(yùn)動(dòng),。

據(jù)稱,，這也是世界杯官方比賽用球內(nèi)有史以來最精確的運(yùn)動(dòng)傳感器，通過使用UWB傳感器獲取位置數(shù)據(jù),、IMU傳感器獲得精細(xì)的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),，保證了足球關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集，使得在比賽的任何時(shí)刻,，當(dāng)足球被踢,、被頂、被扔,，甚至輕擊時(shí),，傳感器都會(huì)以每秒500次的速度獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過人工智能系統(tǒng)整合分析,，準(zhǔn)確判斷足球落點(diǎn)與傳球點(diǎn),。

球內(nèi)的IMU傳感器將能夠自動(dòng)收集非常準(zhǔn)確的足球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，記錄球員觸球的時(shí)間,，而每秒500次的頻率,，意味著每次數(shù)據(jù)收集間隔僅為2毫秒，極大的提升了足球狀態(tài)和軌跡的精確度,，可以在數(shù)秒內(nèi)將比賽期間收集到的高精度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到視頻助理裁判的畫面中,，以幫助主裁判作出更合理的判罰決定。

從上圖左下角可以看出,，當(dāng)B費(fèi)腳部碰到球時(shí)，IMU傳感器的圖像有了明顯的波形變化,。在阿迪達(dá)斯的官方聲明中,，其表示球內(nèi)的500Hz的IMU傳感器使分析能夠非常準(zhǔn)確。在葡萄牙和烏拉圭的比賽中,，通過使用阿迪達(dá)斯官方比賽球中的互聯(lián)球技術(shù),，阿迪達(dá)斯稱其通過IMU傳感器測量和所附的圖形中缺乏“心跳”,，無法測量到球上所受到的外部力，這也明確顯示C羅在比賽中的首個(gè)進(jìn)球中并沒有真正接觸到球,。

讓C羅“空歡喜”一場的IMU傳感器是什么

IMU是慣性運(yùn)動(dòng)單元（InerTIal measurement unit）的縮寫,，而慣性傳感器則是用來檢測物體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（或角速率）及加速度的裝置，可以將物理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，并通過電子電路進(jìn)行放大和處理,。其原理是慣性定律，從超小型的MEMS傳感器到測量精度非常高的激光陀螺,，無論尺寸是只有幾個(gè)毫米的MEMS傳感器,，還是直徑幾近半米的光纖器件采用的都是這一原理。

大多數(shù)時(shí)候,，IMU傳感器是由四個(gè)基本傳感器組成,，即加速度計(jì)、陀螺儀（角速度計(jì)）,、磁力儀和光學(xué)傳感器,，這四個(gè)獨(dú)立的模塊可以產(chǎn)生不同的信號(hào)，并通過接口將這些信息傳送給處理器,。

其中,，加速度計(jì)用來檢測物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號(hào)，這對(duì)運(yùn)動(dòng)分析來說非常重要,；陀螺儀可用來確定一個(gè)物體在三維空間內(nèi)的方向,，主要測量繞三個(gè)軸的角速度，即俯仰（X軸）,、滾轉(zhuǎn)（Y軸）和偏航（Z軸）,，組合連接在一起的多個(gè)傳感器則可以用來模擬整個(gè)身體的運(yùn)動(dòng)；磁力計(jì)有助于定向,，可用于校準(zhǔn)并將數(shù)據(jù)定向到正確的位置,，它不像其他兩個(gè)傳感器那么重要，但是它們添加了適合戶外運(yùn)動(dòng)的另一層數(shù)據(jù),。

而陀螺儀和加速度計(jì),，是IMU傳感器最核心的部分，也是影響慣性系統(tǒng)性能的主要因素,。尤其是陀螺儀其漂移對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的位置誤差增長的影響是時(shí)間的三次方函數(shù),，而高精度的陀螺儀制造困難，成本高昂,。通常情況下,，IMU傳感器由三個(gè)方向的加速度計(jì)與各個(gè)方向陀螺儀組成，“3（加速度計(jì)）+3（陀螺儀）”的組合也是目前常見的6軸IMU傳感器結(jié)構(gòu),。例如,，用戶在使用手機(jī)玩某些游戲時(shí),，通過左右或者前后傾斜手機(jī)，即可讓球類向著對(duì)應(yīng)的方向移動(dòng),，這就是手機(jī)內(nèi)置帶有三軸加速度計(jì)的IMU傳感器而產(chǎn)生的效果,。

IMU傳感器市場廣泛，歐美企業(yè)更占優(yōu)勢(shì)

在足球等運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域之外,，慣性傳感器還可以應(yīng)用在消費(fèi)電子,、智能玩具、汽車電子,、工業(yè)自動(dòng)化,、智慧農(nóng)業(yè)、醫(yī)療器械,、儀器儀表,、機(jī)器人、工程機(jī)械,、導(dǎo)航系統(tǒng),、衛(wèi)星通信等眾多領(lǐng)域，如SpaceX等用于全球互聯(lián)網(wǎng)寬帶的衛(wèi)星星座的興起,，正在推動(dòng)對(duì)衛(wèi)星慣性傳感器的需求達(dá)到前所未有的水平,，商業(yè)火箭的發(fā)射器子系統(tǒng)對(duì)慣性傳感器需求的增長，也進(jìn)一步提高了市場需求,，機(jī)器人,、物流和自動(dòng)化系統(tǒng)也比任何時(shí)候都更加需要慣性傳感器。

去年10月,，慣性傳感器巨頭法國Safran收購了即將上市的挪威陀螺儀傳感器和MEMS慣性系統(tǒng)制造商Sensonor,，以將其業(yè)務(wù)范圍擴(kuò)展到基于MEMS的傳感器技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。今年5月時(shí),，兩家法國公司ECA集團(tuán)和 iXblue 也已經(jīng)進(jìn)入合并前的排他性談判階段,，這些事件都表明慣性傳感器市場還在進(jìn)一步整合當(dāng)中。

根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的報(bào)告顯示,，在全球慣性傳感器市場中,，美國、日本及歐洲部分國家處于領(lǐng)先地位,，代表性企業(yè)包括：德國博世BOSCH,、意法半導(dǎo)體（ST）、日本東京電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社（TDK）,、美國霍尼韋爾（Honeywell）,、美國亞德諾（ADI）等。而在我國慣性傳感器市場中，博世份額占比最大,，達(dá)到22.9%；意法半導(dǎo)體其次,，占比為21.3%,；TDK位居第三，占比為17.8%,；霍尼韋爾排名第四,，占比為16.5%。這四大廠商合計(jì)市場份額占比達(dá)到78.5%,，由此可以看出,，我國慣性傳感器市場集中度高，本土企業(yè)處于競爭劣勢(shì)地位,，市場份額占比小,。不過，隨著慣性傳感器的應(yīng)用方式和應(yīng)用范圍的豐富,，未來全球慣性傳感器市場還將持續(xù)增長,，國內(nèi)企業(yè)或許能夠打破國外巨頭的壟斷，打破慣性傳感器市場的現(xiàn)有格局,。

寫在最后

對(duì)于IMU傳感器對(duì)C羅頭球的判斷結(jié)果,，很多網(wǎng)友都表示不論是否碰到了球，C羅都功不可沒,，沒有他的牽制,，守門員很可能會(huì)擊出甚至沒收此球。

比賽進(jìn)行到現(xiàn)在的時(shí)刻,，這場耗資2200億美元,、充滿黑科技的卡塔爾世界杯，已經(jīng)讓人們領(lǐng)略到了智能感知時(shí)代的魅力,。未來,，隨著傳感器、人工智能,、物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)等的快速發(fā)展與落地應(yīng)用，生產(chǎn),、生活等方面都將更加智能和高效,。在此過程中，不斷突破創(chuàng)新的IMU等各類傳感器件也將助力產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步蓬勃發(fā)展,。

參考資料：

1.《阿迪達(dá)斯推出采用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的FIFA世界杯官方比賽用球》,，騰訊網(wǎng)

2.《卡塔爾世界杯高科技足球的高精定位，原來是靠UWB！》,，物聯(lián)網(wǎng)智庫

3.《慣性傳感器市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大 國外企業(yè)處于主導(dǎo)地位》,，新思界