A mágica do "Instant Replay"

Tenho vários amigos que, assim como eu, são fãs de tênis e acompanham alguns dos campeonatos principais pela TV. Até jogamos um pouco nas horas vagas, claro que estamos longe de jogar como o Federer. Não é nada assim super sério mas gostamos da coisa.
Isso já vinha rendendo assunto para vários almoços e cafezinhos na "break room" e eu prometi para eles que eu ia pesquisar e descobrir como funcionava, pois já estavamos começando a bolar teorias absurdas de como implementar o famoso "Instant Replay", o desafio que em jogos importantes de tênis pode ser usado pelos jogadores.

O objetivo aqui não é falar da regra em si, mas ela é mais ou menos assim: cada jogador tem 2 desafios errados por set. Quer dizer, se um juiz de linha canta uma bola como fora, o jogador pode desafiar dizendo que ela foi dentro, se ele (o jogador) estiver errado ele perde um dos desafios, se estiver certo continua com 2. Tem regras especiais para quando está no tie-break. Mas o mais importante é, aparece um vídeo incrível mostrando a trajetória da bolinha e o ponto que ela tocou no solo milimetricamente correto!

Como afinal esse "Instant Replay" funciona?!?!?!

Resumidamente, o sistema chamado de "Hawk-Eye" foi inventado por Paul Hawkins, fundador da empresa "Hawk-Eye Innovations". Esse sistema foi criado inicialmente para ser utilizado em jogos de cricket (um esporte que não é famoso no Brasil, temos uma versão parecida chamada "Taco"). Facilmente aplicável ao tênis, o "Hawk-Eye" começou sendo usado apenas em transmissões de televisão, como auxílio ao re-play e fez o seu debut em Wimbledon. Em 2006 o sistema foi oficialmente integrado aos 10 eventos do US Open Series e atraiu cada vez mais a atenção do público, imprensa e fãs.

Na realidade o "Hawk-Eye" utiliza em torno de 10 câmeras de vídeo de alta precisão e alta velocidade (captura mais quadros por segundo que uma câmera normal) colocadas estrategicamente na quadra/estádio. O coração do "Hawk-Eye" é o software de processamento de imagens que irá através da imagem de cada uma das camêras calcular a trajetória e o ponto de impacto da bolinha.

Os passos do cálculo são:

2D view (x, y)

O software de processamento de imagem começa identificando o centro da bolinha em cada uma das câmeras, em cada um dos quadros do vídeo. Se a câmera é movimentada, o software consegue compensar através do rastreamento das linhas da quadra.



3D view (x, y, z)

Usando a imagem de várias câmeras o software consegue calcular a posição da bola nas três dimensões x, y e z (na altura, no comprimento e na profundidade).




4D view (x, y, z, t)

Repetindo o processo anterior para cada um dos quadros da filmagem o software consegue descobrir a posição em 3D da bolinha a cada fatia de tempo, ou seja, consegue descobrir a exata trajetória que a bolinha percorreu desde que saiu da raquete de um jogador até tocar no solo.



Marca da bolinha

A trajetória é então utilizada para descobrir o ponto exato em que ela tocou o solo com uma precisão milimétrica.





Simplificando, esse é o processo. Vai dizer que não é impressionante?

Para saber mais:
- Site da Hawk-Eye Innovations, lá pode-se encontrar mais detalhes da história do invento e da empresa (em inglês).
- Outra página do site da empresa de onde tirei a explicação do funcionamento do instant replay: Hawk-Eye Tennis (em inglês)
- Um pouco mais de informações e fotos (inclusive do criador) do uso no US Open 2006: PopSci (em inglês).
- Na Wikipedia tem um artigo sobre o sistema também, tem várias informações legais, mas a explicação sobre o funcionamento está um pouco vaga: Wikipedia:Hawk-Eye (em inglês).