DE19505826A1 - Device for recognizing the contact surface of a sports object on the playing field or floor - Google Patents

Abstract

A process and device are disclosed for recording and evaluating recorded traces of heat generated between an object (person 4, ball 5) and a contact ground (playing field 2, 9 or field limits 3, 11) during the practice of a sport.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung der Berührfläche eines Sportobjekts auf dem Spielfeld bzw. Boden, vorzugsweise eines Tennisballes, insbesondere zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Linie, z. B. des Spielfeldrandes, wobei eine Infrarotkamera an einer geeigneten Position angebracht ist.The invention relates to a device for detecting the contact surface of aSports object on the field or ground, preferably a tennis ball,in particular to indicate that a predetermined line has been exceeded, e.g. B. ofEdge of the field, with an infrared camera attached to a suitable position.

Bevorzugte Anwendungsgebiete sind dabei die Bestimmung der Berührfläche von Bällen im Sport, insbesondere beim Tennis. In dieser Sportart ist es mitunter erforderlich, präzise Positionsfeststellungen der Berührfläche des Balles auf dem Spielfeld während des Spiels vornehmen zu können. Dabei muß beispielsweise festgestellt werden, ob der Ball einen bestimmten Bereich des Spielfelds berührt hat. Wünschenswert ist es auch, die Platzkoordinaten des Auftreffpunkts und eine eventuell vorhergegangene Berührung des Balles mit der Netzkante zu ermitteln. Außerdem die Laufarbeit des Athleten zu beurteilen und statistische Aussagen zu machen. Weiter kann eine erzielte Weite, z. B. beim Weitsprung oder Skispringen, gemessen werden, und außerdem die Bodenhaftung eines Fahrzeugs, z. B. eines Rennwagens, überprüft werden, um dann z. B. Rückschlüsse auf die Fahrwerkseinstellung zu ziehen. Die Infrarotaufnahmen können in Sportübertragungen von Fernsehanstalten verwendet werden.Preferred areas of application are the determination of the contact area of ballsin sports, especially tennis. In this sport it is sometimes necessaryprecise positioning of the contact surface of the ball on the field duringof the game. It must be determined, for example, whether theBall has touched a certain area of the field. It is also desirable thatPlace coordinates of the point of impact and a possible previous touch of theBalles to determine with the net edge. Also the athlete's running work tooassess and make statistical statements. Furthermore, a width achieved, for. B.long jump or ski jumping, be measured, and also the gripa vehicle, e.g. B. a racing car, checked, then z. B. Conclusionsto pull on the chassis setting. The infrared images can be inSports broadcasts used by television stations.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Position der Berührfläche eines Balles durch Schieds- oder Linienrichter zu bestimmen. Diese Methode ist jedoch ungenau und beinhaltet die Möglichkeiten von Fehlentscheidungen.In the prior art it is known the position of the contact surface of a ballto be determined by arbitrators or line judges. However, this method is inaccurate andincludes the possibilities of wrong decisions.

Es sind weiterhin Versuche bekannt, den Ball auf optischem Wege zu orten. Auch derartige Einrichtungen sind ungenau und beinhalten Fehlermöglichkeiten.Attempts are also known to locate the ball optically. Alsosuch devices are inaccurate and contain the possibility of errors.

Die bekannten optischen und elektromagnetischen Überwachungseinrichtungen weisen insbesondere den Nachteil auf, daß lediglich die Möglichkeit besteht, die Position des Balles mit einer bestimmten Genauigkeit zu bestimmen, und nicht die Position der Berührfläche, wobei die geometrischen Abmessungen von Ball und Berührfläche nicht identisch sind.The known optical and electromagnetic monitoring devices haveespecially the disadvantage that there is only the possibility of changing the position of theBalles to determine with a certain accuracy, and not the position of theTouch surface, whereby the geometrical dimensions of ball and touch surface are notare identical.

Nach der DE-A 2 73 254.3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer durch eine Grenzlinie definierten Fläche im Raum bekannt, bei der entlang der Grenzlinie zwei linienförmige elektromagnetische Wellen ausstrahlende Sendeeinrichtungen vorgesehen sind und entlang der Grenzlinie eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der vom Objekt abgestrahlten elektromagnetischen Wellen angeordnet ist. Das zu überwachende Objekt wird dabei mit einer Einrichtung zur Beeinflussung der elektromagnetischen Felder der Sendeeinrichtung versehen. Dieser Einrichtung haftet der Nachteil an, daß der Ball konstruktiv verändert werden muß, und daß nicht die relevante Berührfläche das zu überwachende Objekt darstellt, sondern der Ball.According to DE-A 2 73 254.3 is a device and a method for monitoring aarea in space defined by a boundary line, known along the boundary linetwo line-shaped transmitters emitting electromagnetic wavesare provided and along the border line a receiving device for receivingthe electromagnetic waves emitted by the object is arranged. That too The object to be monitored is provided with a device for influencing theprovided electromagnetic fields of the transmitter. This institution is liable forDisadvantage that the ball must be changed constructively, and that not the relevant oneTouch surface represents the object to be monitored, but the ball.

Gemäß WO 89/00 066 ist weiterhin ein Ballortungssystem bekannt, das vorzugsweise für Tennisbälle eingesetzt wird. Auch dieses System dient der Überwachung des Durchlaufs eines Tennisballes durch eine vorgegebene Linie. Hierbei sind entweder unterhalb oder oberhalb auf dem Boden des Tennisfeldes elektromagnetische Wellen ausstrahlende Sender und/oder Empfänger angebracht, die ein vom Ball reflektiertes Signal auswerten. Der Tennisball muß dabei spezielle magnetische Eigenschaften aufweisen.According to WO 89/00 066, a ball location system is also known, which is preferably forTennis balls are used. This system also serves to monitor the throughputa tennis ball through a predetermined line. Here are either below orAbove emitting electromagnetic waves on the floor of the tennis courtTransmitter and / or receiver attached, which evaluate a signal reflected by the ball.The tennis ball must have special magnetic properties.

Das System nach DE 42 33 341 A1 arbeitet mit Sendern/Empfängern elektromagnetischer Wellen, wobei die Position des Balles an jeder Position des Spielfelds und zu jedem Zeitpunkt ermittelt werden kann.The system according to DE 42 33 341 A1 works with transmitters / receiverselectromagnetic waves, the position of the ball at each position of theField and can be determined at any time.

Allen diesen Einrichtungen haften die Nachteile an, daß konstruktive/bauliche Veränderungen an Ball/Spielfeld erforderlich sind, und daß der Ball anstatt der Berührfläche überwacht wird, und daß das Ergebnis durch die zum Teil hohen Ballgeschwindigkeiten durch Laufzeitfehler beeinflußt wird.All these facilities have the disadvantages that constructive / structuralChanges to the ball / playing field are required, and that the ball instead of theContact area is monitored, and that the result is due to the sometimes highBall speeds are affected by runtime errors.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine präzise Positionsfeststellung der Berührfläche zwischen Sportobjekt bzw. Fahrzeug und Spielfeld bzw. Boden während des Spiels bzw. Einsatzes vorgenommen werden kann.The object of the invention is therefore to create a device with whicha precise determination of the position of the contact surface between the sports object or vehicleand the playing field or ground during the game or operationcan.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beim Berühren des Sportobjekts bzw. Fahrzeugs auf dem Spielfeld bzw. Boden auftretende Reibungswärme unter Verwendung einer Infrarotkamera sichtbar gemacht wird.According to the invention the object is achieved in that when touching theSports object or vehicle frictional heat occurring on the field or flooris visualized using an infrared camera.

Der erfindungsgemäße Gedanke kann bei Ballsportarten sowohl die Überwachung des Überschreitens einer Linie, als auch eine genaue Ortung des Auftreffpunktes des Balles in zwei Koordinaten ermöglichen. Bei Fahrzeugen kann die Fahrwerkseinstellung visuell auf einfache Weise überprüft werden.The idea according to the invention can be used in both ball sports to monitor theCrossing a line, as well as an exact location of the point of impact of the ball inallow two coordinates. In vehicles, the suspension setting can be visualbe checked in a simple manner.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber der im Stand der Technik bekannten Einrichtungen liegt darin, daß die Berührfläche zwischen Ball und Spielfeld direkt, und nicht über die Position des Balles, ermittelt wird. Außerdem treten keine Ungenauigkeiten aufgrund der Ballgeschwindigkeit auf, da die Berührfläche ausgewertet wird, die je nach Ballgeschwindigkeit, Drall und Auftreffwinkel geometrisch verschieden ist.A major advantage of the invention over that known in the prior artFacilities is that the contact surface between the ball and the playing field is direct, andnot about the position of the ball. Besides, no kickInaccuracies due to the ball speed due to the touch surface being evaluated is geometrically different depending on the ball speed, swirl and impact angleis.

Da das Spielfeld ohne Berücksichtigung des Balles ein zweidimensionales System darstellt, treten keine Parallaxefehler auf. Somit können mit einer Kamera mehrere Linien überwacht werden.Because the playing field without considering the ball a two-dimensional systemno parallax errors occur. This means that multiple lines can be created with one camerabe monitored.

Es ist möglich, das Infrarotbild manuell, z. B. durch den Schiedsrichter, auszuwerten, oder die Auswertung unter Verwendung von zur Bildauswertung geeigneter Software auf einer DV-Anlage vorzunehmen.It is possible to manually, e.g. B. by the referee to evaluateor the evaluation using software suitable for image evaluationon a DV system.

Die Erfindung soll im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using two exemplary embodimentswill.

In der zugehörigen Zeichnung zeigenShow in the accompanying drawing

Fig. 1 einen möglichen Ballabdruck im Vergleich zu den geometrischen Abmessungen eines Tennisballes.Fig. 1 shows a possible ball print in comparison to the geometric dimensions of a tennis ball.

Fig. 1 zeigt, daß die Berührfläche BF zwischen Ball B und Spielfeld deutlich von der geometrischen Form des Kreises abweichen kann, insbesondere dann, wenn die Flugbahn des Balles flach ist. Der Ball gleitet eine bestimmte Strecke über das Spielfeld, wobei sich der Ball deformiert. Es gibt also keinen Berührpunkt, sondern eine Berührfläche, die sich dadurch auszeichnet, daß Reibungswärme entsteht, die für den Zeitraum von einigen Sekunden mit einer Infrarotkamera sichtbar gemacht werden kann. Aus dem Abklingen der Erwärmung an den auftretenden Berührstellen während eines Ballwechsels folgt, daß auf dem Spielfeld nie mehr als zwei bis drei Berührstellen gleichzeitig sichtbar sind. Da die Verwendung von Teleobjektiven möglich ist, ist eine sehr hohe Genauigkeit des Systems zu erreichen. Abweichungen von weniger als 1 mm sind möglich.Fig. 1 shows that the contact surface BF between ball B and the playing field can deviate significantly from the geometric shape of the circle, especially when the trajectory of the ball is flat. The ball glides a certain distance over the field, whereby the ball deforms. So there is no point of contact, but a contact surface that is characterized by the fact that frictional heat is generated, which can be made visible with an infrared camera for a period of a few seconds. As the warming subsides at the points of contact that occur during a ball change, it follows that never more than two to three points of contact are visible on the field at the same time. Since the use of telephoto lenses is possible, a very high accuracy of the system can be achieved. Deviations of less than 1 mm are possible.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der für die Schiedsrichterentscheidung relevante Ballabdruck auf dem Spielfeld sichtbar gemacht wird, indem eine Infrarotkamera die auftretende Reibungswärme sichtbar macht. Durch manuelle oder automatisierte Auswertung des Infrarotbildes gelangt man zur exakten Berührfläche zwischen Ball und Spielfeld, wobei die Geschwindigkeit des Balles keinen Einfluß auf das Ergebnis hat. Außerdem sind keine baulichen oder konstruktiven Veränderungen am Ball/Spielfeld erforderlich.The particular advantage of the invention is that forReferee decision made relevant ballprint visible on the fieldis made possible by an infrared camera making the frictional heat visible. Bymanual or automated evaluation of the infrared image leads to exactContact surface between the ball and the playing field, the speed of the ball being noneHas an impact on the result. In addition, there are no structural or constructiveChanges to the ball / playing field required.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel sei die Kamera auf eine Kurve gerichtet, die von einem Rennwagen mit hoher Geschwindigkeit durchfahren wird. Das Fahrzeug hat bei hoher Geschwindigkeit und gleichzeitig auftretenden Bodenunebenheiten keinen ständigen Bodenkontakt mit allen Rädern. Außerdem tritt ein Drift zum Kurvenäußeren auf. Durch die Auswertung von Infrarotaufnahmen kann der Zustand bzw. die Eignung des Fahrwerks beurteilt werden, ohne Meßeinrichtungen am Fahrzeug installieren zu müssen.In the second embodiment, the camera is directed to a curve that is fromdriving through a racing car at high speed. The vehicle hashigh speed and unevenness in the floor constant ground contact with all bikes. There is also a drift towards the outside of the curveon. The condition or suitability can be evaluated by evaluating infrared imagesof the undercarriage can be assessed without installing measuring devices on the vehiclehave to.

Claims (5)

Translated fromGerman

1. Einrichtung zur Erkennung der Berührfläche eines Sportobjekts auf dem Spielfeld bzw. Boden, vorzugsweise Tennisballes, insbesondere zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Linie, z. B. des Spielfeldrandes,dadurch gekennzeichnet, daß eine Infrarotkamera an geeigneter Position angebracht ist, die den Bereich erfaßt, in dem der Ball das Spielfeld berührt, und die beim Auftreffen des Balles auf das Spielfeld entstehende Reibungswärme sichtbar gemacht wird.1. Device for detecting the contact surface of a sports object on the playing field or floor, preferably tennis ball, in particular for indicating that a predetermined line has been exceeded, eg. B. the field edge,characterized in that an infrared camera is attached at a suitable position, which detects the area in which the ball touches the field, and the frictional heat generated when the ball hits the field is made visible.2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungswärme bei einer Berührung zwischen Ball und Netzkante erfaßt wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the frictional heat ata contact between ball and net edge is detected.3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine manuelle Auswertung des Infrarotbildes erfolgt.3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that amanual evaluation of the infrared image takes place.4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatisierte Auswertung des Infrarotbildes erfolgt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that aautomated evaluation of the infrared image takes place.5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine statistische Auswertung erfolgt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that astatistical evaluation takes place.