“鹰眼”设计者的赛场跨年︱科技冬奥的背后故事

  2022年春节将是中国光学学会会员、北京理工大学光电学院教师褚旭红在北京冬奥会赛场上过的第二个新年。

  不同的是，2021年她过年的地点是北京延庆，2022年是张家口崇礼。“双奥之城”的冰天雪地、数九严寒，她都见识过。“相比之下，还是崇礼的天气更恶劣一些，动辄零下三四十摄氏度，冻得整个人都麻木了。”

  “哪有人不想回家过年的？”想到这里，褚旭红眼中露出一丝愧疚，但随后是更加坚定的表情。去年春节，她多想给上大学的儿子做一顿丰盛的年夜饭，但是作为参与冬奥的科技工作人员，科研任务始终高于家庭团聚。

  为了高山滑雪自动跟踪拍摄系统在比赛的特定拍摄中不出岔子，她毅然选择了留下，留在她坚守数个昼夜的冬奥赛场上跨年。

  “有了高山滑雪自动跟踪拍摄系统，我们恐怕要‘失业’了。”在北京延庆国家高山滑雪中心，电视台的摄影师打趣说道。

  从前拍摄高山滑雪，都是摄影师扛着摄像机漫山遍野去拍摄，路线长、环境冷、费体力，拍摄难度非常大。

  有人把北京理工大学开发的高山滑雪自动跟踪拍摄系统比作“赛场鹰眼”，说的正是它精准的自动跟踪和识别功能。只需在野外每隔150米架设一套，进行“接力”拍摄，即可将高山滑雪运动员自山顶高速滑下的全过程尽收“眼底”。该系统通过识别并捕捉高速滑行的运动员，进行全自动跟踪拍摄，再将信号传至电视台，整个拍摄过程实现全自动，无需人工参与。这也难怪摄影师们发出如此的感叹了。

  高山滑雪的雪道落差大、弯多，有时接近直角弯，而运动员的速度高达130至140公里/小时，摄影师想要抓住精彩瞬间着实不易。“这就对系统的实时性提出了很高要求，因此设计时，设备的识别以及跟踪是以毫秒计算。”项目负责人、中国光学学会光电技术专业委员会秘书长、中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会秘书长、北京理工大学光电学院教授董立泉说。

  在张家口云顶滑雪公园的U型槽滑雪赛道上，高山滑雪跟踪拍摄系统将始终抓拍运动员，“随时准备给他们一个特写镜头”。褚旭红表示，相比竞速的高山滑雪，U型槽滑雪对动作细节拍摄的要求更高，从20米至200米，10倍变焦保证画面时刻清晰；自动跟踪的难度更大，高山滑雪运动员的运动曲线是自上而下的，而U型槽滑雪的运动曲线不仅有上有下，还不时有跃起。高山滑雪自动跟踪拍摄系统用在U型槽滑雪比赛中再好不过。

  项目的启动，还要追溯到2018年8月的一天，董立泉兴冲冲回到实验室宣布了一件“大事”。

  北京冬奥组委梳理了韩国平昌冬奥会的明显问题，其中就有高山滑雪拍摄的难题。经过多次考察与技术比拼，北京市将这一科研攻关的任务交给了董立泉团队，要求团队在2022年冬奥会前实现针对高山滑雪运动的全自动跟踪拍摄。

  长期深耕光电成像、光电探测和智能感知领域，该团队小有名气。2018年11月底，课题正式立项。“任务交给我们，就是对国家我们的信任与认可。”董立泉郑重地交代每位小组成员。之后的3年时间里，高山滑雪自动跟踪拍摄系统就是他们工作的重心。

  实验室研制阶段没有真人实地测试，如何保证实际效果与实验室效果吻合？他们想了很多办法。实验室内空间小，纵深至多不过10米，而实际场地有150米。他们就在实验室墙上打投影，模拟赛场测试。

  实验室外，他们最常用的测试场地是北京理工大学操场。测试的时间紧、任务重，不可能等到冬天再进行。夏秋之际，小组成员就骑上自行车，模拟运动员加速、减速、转弯，测试自动跟踪拍摄系统的跟拍效果，期间不知投来多少路人惊奇的眼光。

  终于到了2021年1月至2月的“2020—2021赛季国际雪联高山滑雪积分赛”和“相约北京—2020至2021赛季全国高山滑雪邀请赛及全国残疾人高山滑雪邀请赛”，课题组能够直接进行赛场实地、真实赛事的测试了。可他们发现测试还要配合运动员的训练时间，“更多的时候是等待再等待”。好在冬奥组委给了他们较高的“权限”，可以在赛场无限次坐几条缆车变换拍摄位置和角度，还在山脚下拨了一间器材室供其使用。想着所作的努力终于要得到验证，他们又兴奋了起来。

  即便前期筹备再完善，在延庆赛区测试时，一台跟踪相机还是“不幸”烧掉了。当时，董立泉的博士生赵祺森在场。当天场地一直在造雪，气温低给设备带来防冻防水的要求，水汽导致电路短路、相机烧毁。直接影响当天的实验无法再进行，团队紧急从北京市区调配了一个相机过去。

  遇到挫折，董立泉、褚旭红并没有苛责任何人。“要保持一颗平常心去战胜困难。”他们给团队人员加油打气。一遍遍精细改进，一直在优化升级，最后的成品得到了摄影师的一致认可。升级后的摄像机，相当于做了一个恒温箱，可以在零下40℃至60℃正常工作。

  去年元宵节前一天，完成科研任务的董立泉再也“绷不住”了。他写了一首打油诗发在朋友圈，文中写道“凌晨踏雪上山，每日速食简餐。节前节后半月，今日完美收官。”末了，他动情地感谢了所有人的辛苦付出，一下子收获了300多个点赞。

  测试期间，应疫情防控要求，董立泉和小组成员住在延庆城区指定的驻地，执行闭环管理，每天天刚亮就开车出发，“要赶在运动员出现在赛场前安装好所有的设备，就必须起个大早”。每天早上7点缆车刚刚启动，早上驻地食堂刚刚开餐，他们都是第一拨前来“打卡”的人，就连驻地工作人员都渐渐熟悉了这几张“早起”的面庞。

  一忙就是一整天，自热食品、方便面、水，成为他们每日上山的标配。这样的日子纯粹又简单，可谁又知道危险时刻潜伏在身边。

  有一次，前一晚是个雪夜，清晨清洁工来不及扫雪，山道弯弯曲曲，小组成员眼见着前方低速行驶的车辆撞到了护栏上。那一天，一直最早的他们晚到了半小时。

  他们每日从山脚器材室扛设备坐缆车，再到山顶安装。高山滑雪自动跟踪拍摄系统、40倍广播级镜头、4K摄像机以及包装将近100公斤,团队四个人轮流搬、抬，一路精心看护，生怕有个闪失。

  每次说到付出，董立泉总是先提 及其他小组成员。两年留守赛场、没有回家过年的，除了褚旭红，还有赵祺森。已毕业的硕士生刘宗达，去年春节期间也在小海陀山奋战了三周。硕士生杨焘去年因打疫苗“错过”，倍感遗憾，今年他早早和家人商量好春节留守赛场。而董立泉去年也是除夕前一天从山上撤回市里，除夕后又接着投入项目中。

  这在董立泉眼中并没什么特别，“拼搏奉献是科技工作人员的时代担当，比我们辛苦的大有人在。能为北京冬奥会作点贡献，是我们一生的荣耀”。作为中国光学学会一员，解决赛场光电难题责无旁贷，以董立泉、褚旭红为代表的科技工作人员群体正用智慧和汗水打造坚强的冬奥科技力量。