Technik an der Torlinie

Die Schulter im Abseits?

Sebastian Runge, Leiter des Bereichs Fußball-Technologie bei der FIFA, schätzt die neue Möglichkeit der Abseitserkennung sehr. Fortan wisse man genau, wo sich im Moment des Zuspiels die Schulter oder das Knie des Ballempfängers befindet. „Anhand dieser Daten können wir 3D-Animationen erstellen, die deutlich zeigen, ob sich ein Spieler im Abseits befand und falls ja, mit welchen Körperteilen.“ Relevant sind nur Körperteile, mit denen ein Spieler regulär ein Tor erzielen darf, also nicht Arme und Hände. Mithilfe der räumlichen Animationen kann man außerdem dem Tribünen- und TV-Publikum vor Augen führen, ob ein Spieler im Abseits war oder nicht.

Ein Chip im Ball

Auch der für die Abseitsfrage entscheidende Moment des Zuspiels kann bei dieser Weltmeisterschaft so präzise ermittelt werden wie nie zuvor. Das ist einem kleinen, ins runde Spielgerät integrierten Sensor für inertiale Messdaten (IMU) zu verdanken. Dieser Trägheitsmesser oder „Chip im Ball“, wie die Fußballpresse schreibt, meldet mit einer Frequenz von 500 Hertz – also 500-mal pro Sekunde – sämtliche Kontakte zwischen Spielern und Ball. Ermittelt werden sie durch eine Kombination aus verschiedenen Beschleunigungs- und Drehratensensoren. Damit lässt sich der Moment eines abseitsrelevanten Zuspiels auf ungefähr zwei Tausendstelsekunden genau bestimmen.

Allerdings: Die Tracking-Kameras können die Koordinaten der Spieler nur rund 50-mal pro Sekunde ermitteln. Das erscheint auf den ersten Blick recht genau, ist es aber nicht – vor allem dann nicht, wenn der Empfänger des Balls zum Zeitpunkt des Zuspiels bereits Richtung gegnerisches Tor sprintet. Bei einem Tempo von ungefähr 35 Kilometern pro Stunde, das manche Spitzenfußballer mühelos erreichen, macht eine Fünfzigststel Sekunde etwa 20 Zentimeter Unterschied aus.

Auf eine Nachfrage von bild der wissenschaft nach der Fehlertoleranz des Systems konnte oder wollte die FIFA keine genauen Zahlen nennen: „Da jedes Stadion unterschiedlich konstruiert ist und die Anbringung der Kameras, Lichtverhältnisse und etwaige Störfaktoren eine Auswirkung auf die Messungen haben, macht eine pauschale Angabe der Toleranz wenig Sinn“, erklärte ein Sprecher des Weltfußballverbands. Die Validierungstests hätten jedoch gezeigt, dass das neue System fähig ist, in allen Fällen akkuratere Informationen zu liefern als bisherige Hilfsmittel.

Zudem sollen Abseitsüberprüfungen bei der Weltmeisterschaft in Katar nur noch 15 bis 25 Sekunden dauern statt bisher durchschnittlich 70 Sekunden. Das könnte jene besänftigen, die in langen Checks durch die Video-Schiedsrichter-Assistenten eine Gefahr für den Spielfluss sehen und befürchten, dass die Spannung bei den Zuschauern leidet.

Lange Prozedur, fragliche Resultate

In der Vergangenheit fanden Überprüfungen auf Abseits durch die Video-Schiedsrichter-Assistenten allein auf der Grundlage von „eingefrorenen“ Fernsehbildern statt. Häufig dauerte dieses Prozedere quälend lange, und es lieferte mitunter zweifelhafte Ergebnisse. Das Problem: Durch Bewegungsunschärfen, Sichtbehinderungen und eine begrenzte Zahl an verfügbaren Standbildern – oft nur 25 Sequenzen pro Sekunde – war der für die Abseitsermittlung maßgebliche Moment des Zuspiels nicht eindeutig definierbar. So blieb auch vage, in welcher Bildsequenz die kalibrierten Linien zum Positionsabgleich der relevanten Spieler eingezogen werden mussten.

Ein weiteres Problem: Die Linien wurden quasi per Augenmaß angelegt, im Idealfall parallel zur Mittel- und Torauslinie. Doch laut zweier FIFA-Studien von 2016 und 2019 lauern beim Einziehen der Abseitslinien optische Fallen: etwa die Wölbung der Spielfeld-Längsachse, die für einen besseren Wasserablauf sorgen soll, sowie die Linsenverzerrung durch die Kameraobjektive.

2019 musste Jochen Drees, Projektleiter Video-Assistent beim Deutschen Fußball-Bund (DFB), in der Zeitschrift Sport Bild einräumen, dass die in der deutschen Bundesliga eingesetzten kalibrierten Linien alles andere als zuverlässig sind: „Die Tatsache, dass eine ungenaue Handhabung der Abseitslinien bei Athleten im Vollsprint zu verfälschten Ergebnissen führen kann, ist uns bewusst und wird jedem Video-Assistenten beim Training in Erinnerung gerufen.“

Im Oktober 2021 schimpfte Klaus Hofmann, damals Vorstandsvorsitzender des Bundesligisten FC Augsburg: „Was wir nicht bedacht haben, ist, dass diese Pseudowissenschaftlichkeit keine klare Linie hat.“ Der Grundgedanke, Fehlentscheidungen zu vermeiden, sei ja rühmlich, meinte Hofmann, aber: „Wo ist die Grenze zwischen 100 und 99 Prozent, zwischen 99 und 98 Prozent? Daran krankt der Videobeweis.“

Dabei hat die Einführung der Video-Schiedsrichter-Assistenten den Fußball messbar gerechter gemacht – und das bereits vor dem Start der neuen, KI-basierten Abseitserkennung. Eine internationale Forschergruppe um den Sportwissenschaftler Daniel Memmert von der Deutschen Sporthochschule in Köln hatte 2195 Wettkampf-Spiele aus 13 Ländern, darunter Deutschland, unter die Lupe genommen. In den Partien, die zwischen 2016 und 2018 ausgetragen wurden, führten die zuständigen VARs insgesamt 9732 Überprüfungen durch.

Die Auswertung durch die Forscher ergab: 577 Mal wurde eine falsch getroffene Entscheidung des Schiedsrichters korrigiert – nur in 11 Fällen wurde eine zuvor richtig getroffene Entscheidung zu Unrecht verändert. Rund 600 überprüfte Entscheidungen fielen in einen Graubereich: In diesen Fällen wären mehrere Entscheidungen vertretbar gewesen.

Mehr richtige Entscheidungen

In der Endabrechnung stieg die Quote der richtigen Entscheidungen dank Einführung des Video-Schiedsrichter-Assistenten von 92,1 Prozent auf 98,3 Prozent. Auch das Argument, die Eingriffe der VARs störten den Spielfluss, entkräfteten Daniel Memmert und sein Team ein Stück weit: Lediglich in 30 Prozent der untersuchten Spiele (795 Mal) führten Überprüfungen zu sogenannten Reviews. Das sind ausführliche Checks, während denen das Fußballspiel unterbrochen wird. Der Anteil der Begegnungen mit mehr als zwei Reviews lag bei unter einem Prozent.

Schließlich sollen die Schiedsrichter ausschließlich im Hinblick auf Abseits-, Tor- und Elfmeter-Entscheidungen sowie Gelbe oder Rote Karten überprüft und bloß bei klaren Fehlentscheidungen korrigiert werden. „Zusammenfassend kann man sagen, dass die Video-Schiedsrichter-Assistenten nur in den besonders wichtigen Momenten eines Spiels einschreiten und dort die Genauigkeit um über sechs Prozent steigern“, sagt Sportwissenschaftler Memmert und ergänzt: „Das ist überragend.“

Und doch sind es gerade die wenigen Aussetzer der Video-Schiedsrichter-Assistenten, die Spieler, Trainer, Fans und Funktionäre in Wallung bringen – auch weil der von den Medien geprägte Begriff „Videobeweis“ eine Hieb- und Stichfestigkeit suggeriert, die es so gar nicht gibt.

Mehr Fehler durch Zeitlupe

Der 20. November 2021 in Bremen: Beim Zweitliga-Spiel zwischen dem gastgebenden SV Werder und dem FC Schalke 04 kommt der Bremer Roger Assalé in der Nachspielzeit beim Spielstand von 1:0 für Schalke ohne erkennbare Einwirkung seines Gegenspielers Henning Matriciani im Schalker Strafraum zu Fall. Schiedsrichter Tobias Stieler entscheidet spontan richtig: kein Foul, kein Elfmeter. Dann aber meldet der VAR über das elektronische Kommunikationsset Bedenken an. Stieler überprüft die Szene per On-Field-Review auf einem Monitor am Spielfeldrand. Er bekommt dort vorgespielt, was die Zuschauer vor den TV-Bildschirmen bereits wissen: Bremens Assalé ist nicht gefoult worden – zuvor hat er den Ball sogar regelwidrig mit der Hand gespielt. Dennoch entscheidet Stieler, der die Situation nach dem Studium mehrerer Zeitlupen offenbar anders sieht, auf Foul-Elfmeter. Bremen trifft zum späten 1:1-Endstand.

„Es gibt Studien, die zeigen, dass Slow-Motion-Bilder zu mehr Fehlern führen können“, berichtet Memmert. „Einige Situationen lassen sich besser beurteilen, wenn man sie in ihrer natürlichen Dynamik betrachtet.“ Das gilt auch für die Ermittlung vermeintlich regelwidriger Handspiele im Strafraum. Die liegen laut Reglement etwa dann vor, wenn ein verteidigender Feldspieler die Hand oder den Arm „absichtlich“ zum Ball bewegt und ihn berührt. Dann ist Elfmeter zu geben. Nur: Wann geschieht das absichtlich?

Der Sportpsychologe Henning Plessner und seine Kollegin Lisa-Marie Schütz von der Universität Heidelberg beschreiben im Forschungsmagazin der Hochschule, „dass Menschen in Zeitlupe dargestellte Handlungen strenger beurteilen, weil sie die dargestellten Handlungen als ,absichtlicher‘ wahrnehmen“. Im Klartext heißt das: Die Versuchung, bei einer Handberührung im Strafraum auf Elfmeter zu entscheiden, ist nach dem Studium von Slow-Motion-Bildern ungleich größer – selbst dann, wenn einem Spieler ein Ball aus wenigen Meter Entfernung mit einer Geschwindigkeit von über 100 Kilometern pro Stunde an einen schwingenden Arm geschossen wird.

Ähnliches gilt für das Zücken von Roten Karten nach Fouls, wie das Wissenschaftler-Duo ermittelt hat: „Laut Studien aus Belgien bestrafen dort Schiedsrichter*innen Fouls strenger, wenn sie Foulszenen in Zeitlupe sehen, als wenn sie die identischen Videoszenen in Echtzeit betrachten.“ Das heißt: Die Unparteiischen vergeben mehr Rote Karten. Als Ursache für diesen Effekt vermuten Plessner und Schütz die veränderte Wahrnehmung der Schiedsrichter: „Diese nahmen in der Zeitlupe an, dass der attackierende Spieler mehr Zeit hatte, die Situation zu bewerten.“

Die Armbanduhr sagt: Tor!

Um menschliche Fehleinschätzungen weitgehend zu eliminieren, werden im Spitzenfußball sukzessive mehr Entscheidungen automatisch getroffen – auch jene, ob ein Ball im Tor war oder nicht. Bei der Weltmeisterschaft in Katar übernimmt das ebenfalls ein System des Herstellers Hawk Eye. Das bereits 2001 von dem britischen Mathematiker Paul Hawkins entwickelte Verfahren basiert auf einer Anordnung von mehreren Hochgeschwindigkeitskameras, die die kritische Zone unterhalb der Torlatte beziehungsweise zwischen den Pfosten aus verschiedenen Blickwinkeln erfassen. Ein Zentralcomputer kombiniert sämtliche Bildperspektiven und errechnet daraus die Koordinaten des Balls. Wenn der die Torlinie „vollständig überquert“, wie es die Regel vorschreibt, wird auf der Armbanduhr des Schiedsrichters der Hinweis „Tor“ angezeigt. Im Nachgang lässt sich der Weg des Balls zur Veranschaulichung für die Zuschauer per 3D-Animation darstellen.

Doch die bereits 2015 in der deutschen Bundesliga eingeführt Technologie, die laut FIFA-Bestimmungen eine Fehlertoleranz von höchstens 1,5 Zentimetern aufweisen darf, ist nicht frei von Tücken: Am 19. März 2022 meldete das Kamerasystem während eines Bundesligaspiels zwischen Mainz 05 und Arminia Bielefeld (Ausgang 4:0) ein Tor für Mainz, das offenkundig keines war. Der Bielefelder Torwart Stefan Ortega hatte den Ball klar vor dem Überschreiten der Torlinie gestoppt. Ein On-Field-Review durch den Schiedsrichter bestätigte das, der Treffer wurde annulliert.

Doch warum hatte die Technik versagt? Hersteller Hawk Eye ließ mehrere Nachfragen unbeantwortet. Dabei liegt das mögliche Problem auf der Hand: Das vermeintliche Tor war nach einem Eckball entstanden, während dessen es in Tornähe vor Spielern nur so gewimmelt hatte. Die Kameras hatten vermutlich keinen ausreichenden Überblick über die Szene.

Magnetfeld für mehr Sicherheit

Ab der Saison 2022/23 wird in der Bundesliga ein neuer Torlinientechnologie-Anbieter namens Sportec Solutions am Ball sein. Um künftige „Falschmeldungen“ zu verhindern, werden zusätzlich zum bestehenden Set-up sieben weitere Kameras pro Strafraum zum Einsatz kommen. Ein anderer technischer Ansatz wäre noch besser: Beim „GoalRef-System“, entwickelt von einem Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) in Erlangen, wird eine Spule in die Torlatte und die Pfosten integriert, die ein schwaches magnetisches Feld erzeugt. Der Ball enthält in seinem Inneren ebenfalls Spulen, die mittels Induktion in Tornähe ein eigenes Magnetfeld aufbauen. Sensorantennen detektieren sämtliche Magnetfeldänderungen. Fällt ein Tor, melden die Antennen das per Signal an den Schiedsrichter.

Entsprechende Versuche, bei denen auch verschiedene Ballhersteller einbezogen wurden, seien „reibungslos verlaufen“, versichert Fraunhofer-Forscher René Dünkler. „Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass keine freie Sicht auf den Ball bestehen muss“, erklärt der Wirtschaftsingenieur. „Kamerabasierte Systeme haben grundsätzlich das Problem, dass sie eine freie Sicht aus möglichst vielen Perspektiven benötigen. Das ist auf einem Spielfeld, auf dem sich viele Personen auf relativ engem Raum bewegen, mitunter nicht gegeben.“

Magnetfelder hingegen werden weder durch Personen noch durch Kleidung beeinflusst, wie IIS-Experte Dünkler betont: „Eine volle Mannschaft kann im Tor stehen und die Detektion ist immer noch fehlerfrei möglich. Zudem ist das Set-up bei unserem System ein Stück weit einfacher zu installieren.“

Die FIFA widerspricht und erklärt, dass bei der Fraunhofer-Technik „ein eher komplexer Anbau an das Torgehäuse notwendig“ gewesen sei. Auch deshalb habe man das magnetfeldbasierte System nicht zertifiziert. Für den Fall, dass man beim Weltverband umdenken sollte: Die Technik aus Erlangen ist derzeit „eingefroren“, wäre aber jederzeit abrufbar.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…