In Bearbeitung

Bitte warten ...

Einstellungen

Einstellungen

Gehe zu Anmeldung

1. WO1994003243 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR UNTERSCHEIDUNG VON INNERHALB ODER AUSSERHALB VON VORGEGEBENEN GRENZEN EINES SPIELFELDES LIEGENDEN AUFTREFFSTELLEN EINES BALLES

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Unterscheidung von innerhalb oder außerhalb von vorgegebenen Grenzen eines Spielfeldes liegenden Auftreffstellen eines Balles

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterscheidung von innerhalb oder außerhalb von vorgegebenen Grenzen eines Spielfelds liegenden Auftreffstellen eines Balls, der in einem Spiel mit insbesondere zwei oder vier Spielern verwendet wird.

Bei manchen Spielen müssen die Auftreffstellen der von den Spielern bewegten Bälle innerhalb der vorgegebenen Grenzen eines Spielfeldes liegen, wenn das Spiel richtig gespielt wird. Trifft der Ball außerhalb des Spielfelds auf, treten bestimmte Spielregeln in Kraft, die von den Spielern beachtet werden müssen. Insbesondere ist dies beim Tennisspiel der Fall. Bei vielen Spielen werden Linienrichter benötigt, die unparteiisch das Auftreffen des Balles außerhalb des Spielfelds melden müssen. Dies trifft auch auf das Tennisspiel zu.

Iinienrichter bedeuten einen hohen Personalaufwand. Ein solcher Aufwand ist vielfach, z. B. bei Trainingsspielen nicht erwünscht oder gerechtfertigt. Darüber hinaus kommt es vor, daß dem Linienrichter bei Nachlassen der Aufmerksamkeit auch Bälle entgehen, die außerhalb der Spielfeldgrenzen auf dem Boden aufschlagen.

Hier setzt die Erfindung ein, der das Problem zugrunde liegt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen selbsttätig festgestellt wird, ob der Ball jeweils innerhalb oder außerhalb der Spielfeldgrenzen auf den Boden auftrifft.

Das Problem wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Sensoren, die Schallwellen in elektrische Signale umsetzen, an verschiedenen Stellen dicht am Boden auf das Spielfeld und einen das jeweilige Spielfeld umgebenden Bereich gerichtet und gegen von oben und vom Zuschauerbereich einfallende Schallwellen abgeschirmt werden, daß die zeitlichen Unterschiede der beim Auftreffen des Balls auf den Boden von den Sensoren erzeugten Signale gebildet werden, daß die mittels der zeitlichen Unterschiede und gespeicherten Werten, die den vorgegebenen Grenzen des Spielfeldes zugeordnet sind, bestimmt wird, ob die jeweilige Auftreffstelle des Balles innerhalb und/oder außerhalb des Spielfeldes liegt, und daß Auftreffstellen außerhalb des Spielfeldes zugeordnete Meldungen und/oder Auftreffstellen innerhalb des Spielfeldes zugeordnete Meldungen erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird kein Linienrichter mehr benötigt. Trotzdem wird genau festgestellt, ob der Ball innerhalb oder außerhalb des Spielfelds auftrifft. Damit ist eine objektive Beurteilung der Ballaufschlagstelle möglich, wodurch sich Unstimmigkeiten zwischen den Spielern vermeiden lassen. Bei dem oben beschriebenen Meßverfahren zur Ortung der jeweiligen Auftreffstelle eines Balls, vorzugsweise eines Tennisballs, wird die Ballauftreffstelle von den Sensoren als Schallquelle wahrgenommen. Die in Abhängigkeit von den Abständen zwischen den Sensoren und der Ballauftreffstelle zeitgleich oder zu verschiedenen Zeiten erfaßten Schallwellen werden in elektrische Signale umgewandelt, die vorzugsweise einem Rechnersystem zugeführt werden, in dem die Laufzeitunterschiede der Schallwellen bestimmt werden. Die Laufzeitunterschiede werden mit Werten verglichen, die einem vorher normierten, dem jeweiligen Spielplatz entsprechenden und in bezug auf die Aufstellungsorte der Sensoren kalibrierten Liniensystem zugeordnet sind. Diese Werte sind im Rechnersystem gespeichert. Damit läßt sich der Ballauftreffpunkt eindeutig bestimmen.

Vorzugsweise werden die den Auftreffstellen innerhalb und/oder außerhalb des Spielfeldes zugeordneten Meldungen jeweils aufsummiert und gespeichert. Die gespeicherten Werte können nach dem Ende des Spiels abgerufen und aufgezeichnet oder angezeigt werden. Anhand der Anzeige oder Aufzeichnung ist auch eine Bewertung des Spielverlaufs bzw. der Technik oder Form des jeweiligen Spielers möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die von den Sensoren erzeugten Signale derart gefiltert, daß die für das Auftreffen von Bällen auf den Boden typischen Signale weitergeleitet werden. Mit diesem Verfahren läßt sich vermeiden, daß Geräusche, die nicht mit dem Ballaufschlag zu tun haben, Meldungen über das Auftreffen von Bällen auf dem Spielfeld hervorrufen. Die Filtercharakteristik wird aus dem für den jeweiligen Spielplatzbelag charakteristischen Frequenzspektrum von Auftreffsignalen, die vor dem Spiel gemessen wurden, gewonnen.

Es ist zweckmäßig, wenn an dem Netz auf einem Tennisspielplatz mindestens ein Sensor angebracht wird, mit dem das Auftreffen von Bällen auf das Netz erfaßt wird. Die Feststellung eines Aufpralls des Balls auf das Netz wird beim Tennisspiel z. B. auch dazu ausgenutzt, das Auftreffen des vom Netz auf den Spielplatzboden fallenden Tennisballs nicht zu bewerten. Darüber hinaus ist es noch günstig, den Einfluß von Windströmungen auf das Meßergebnis zu beseitigen, indem die Windströmung und deren Richtung mit zusätzlichen Sensoren erfaßt und ein entsprechender Wert von der jeweiligen gemessenen Laufzeit subtrahiert bzw. zu dem Wert hinzugeführt wird.

Das oben genannte Problem wird durch eine Vorrichtung erfindungsgemäß derart gelöst, daß wenigsten drei Sensoren Schallwellen in elektrische Signale umwandeln, an verschiedenen Stellen dicht am Boden auf das Spielfeld und einen das Spielfeld umgebenden Bereich gerichtet sind, und daß die Sensoren von gegen von oben oder von einem Zuschauerbereich einfallende Schallwellen abgeschirmt und mit einer Auswerteinheit verbunden sind, die einen Prozessor enthält, in dem Werte, die den vorgegebenen Grenzen des Spielfelds zugeordnet sind, gespeichert sind. In der Auswerteinheit wird über die unterschiedlichen Signaleingangsseiten die Position des Ballaufschlags bestimmt. Die gespeicherten Daten des Spielfeldes werden mit der Position des Aufschlags verglichen. Je nach der Auftreffstelle des Balls wird eine "Gut"- oder "Schlecht'-Entscheidung getroffen und eine entsprechende Meldung erzeugt.

Es ist günstig, wenn bei einem durch ein Netz in zwei Spielfeldhälften geteilten Spielfeld je Spielfeldhälfte drei Sensoren vorgesehen sind. Aufgrund der größeren Anzahl von Sensoren ist es nicht mehr notwendig, daß jeder einzelne Sensor auf Bälle innerhalb des gesamten Spielfeldes und des dieses umgebenden Bereichs ansprechen muß. Es reicht aus, wenn einzelne Zonen des Spielfeldes und des Umgebungsbereichs jeweils von drei Sensoren erfaßt werden können. Die Berührung von Ball und Netz bei einem Tennisspiel wird vorzugsweise mit einem weiteren Sensor erfaßt und in der Auswerteinheit berücksichtigt, indem das Herunterfallen des Balls vom Netz nicht bewertet wird. Insbesondere ist ein zusätzlicher mit der Auswerteinheit verbundener Sensor vorgesehen, der am Spielfeld die Windströmung und deren Richtung mißt. Durch ein entsprechendes Programm in der Auswerteinheit läßt sich der Einfluß der Windgeschwindigkeit und -richtung auf die Meßwerte beseitigen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines in einer Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbespiels.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Spielfeld für Tennis schematisch von oben mit Sensoren, die an eine Auswertanordnung angeschlossen sind, Fig. 2 eine Anordnung zu selbsttätigen Unterscheidung und Meldung von innerhalb oder außerhalb vorgegebener Grenzen eines Spielfelds für Tennis liegenden Auftreffstellen des Tennisballs im Blockschaltbild,

Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Auftretens von Impulsen an Eingängen eines Mikrorechners nach dem Auftreffen eines Tennisballs auf das Spielfeld.

Ein Spielfeld (10) für Tennis wird von einem Netz (12) in zwei Hälften geteilt. In Fig. 1 sind Seitenlinien für Einzelspiel (14), Seitenlinien für Doppelspiel (16), Grundlinien (18) und Aufschlaglinien (20) bezeichnet. Die Grenzen von Ausläufen (22) und Seitenausläufen(24) sind in Fig. 1 strichpunktiert dargestellt. Dem Spielfeld ist ein kartesisches Koordinatensystem zugeordnet, dessen Koordinatenachsen in Fig. 1 mit X und Y bezeichnet sind. Der Nullpunkt des Koordinatensystems liegt in einer Ecke (26) des Spielfelds (10). Die X- und die Y-Koordinanten-achsen erstrecken sich jeweils längs einer Seitenlinie (16) für das Doppelspiel und längs einer Grundlinie (18).

Außerhalb der Grenzen der Ausläufer (22) und der beiden Seitenausläufer (24) sind Sensoren (28), (30), (32), (34), (36), (38), z. B. in Form von Mikrofonen, in kurzen Abständen vom Boden des Spielfeldes (10) angebracht. Je Spielfeldhälfte sind drei Sensoren (28), (30), (32) bzw. (34), (36), (38) vorgesehen. Die Mikrofone (28) und (34) sind jeweils hinter den Grenzen der Ausläufer (22) ungefähr in Verlängerung der nicht näher bezeichneten Grundlinie des Spielfeldes (10) angeordnet. Die Mikrofone (30) und (36) sind jeweils außerhalb des einen Seitenauslaufs (24) im Abstand der halben Spielfeldlänge vom Netz (12) angeordnet, während die Mikrofone (32) und (38) jeweils außerhalb des anderen Seitenauslaufs (24) im Abstand der halben Spielfeldlänge vom Netz (12) angeordnet sind. Die Mikrofone (28) bis (38) sind gegen von oben kommende Schallwellen abgeschirmt, so daß im wesentlichen nur Schallwellen, die von Stellen auf oder außerhalb der Spielfeldebene entstehen, von den Mikrofonen (28) bis (38) erfaßt werden. Die Mikrofone (28) bis (38) sind durch nicht näher bezeichnete Leitungen mit einer Auswerteinheit (40) verbunden, deren Aufbau in Fig. 2 näher dargestellt ist. Die Auswerteinheit (40) enthält einen Mikrorechner (42) mit einem nicht näher dargestellen Speicher. Im Mikrorechner (42) sind die Daten des Spielfeldes (10) gespeichert, so sind die Abstände xυ x2, x3, x4 der Aufschlaglinie in der einen Spielfeldhälfte, des Netzes (12) und der Aufschlaglinie (20) in der anderen Spielfeldhälfte sowie der Grundlinie (18) vom Nullpunkt des Koordinatensystems im Speicher enthalten. Weiterhin sind die Abstände y,, y2, y3, der Seitenlinien für Einzel und der Seitenlinien für Doppel vom Mittelpunkt des Koordinatensystems gespeichert.

Die Positionen der Mikrofone (28) bis (38) im Koordinatensystem sind ebenfalls gespeichert.

Die Mikrofone (28) bis (38) sind jeweils mit Filtern (44), (46), (48), (50), (52), (54) in der Auswerteinheit (40) verbunden. Die Filter (44) bis (54) sind auf die beim Auftreffen des Balles auf den Boden auftretenden typischen Signale abgestimmt, d. h. sie sind nur für diejenigen Signale durchlässig, die von den Schallwellen beim Aufschlagen der Bälle auf den Boden des Spielfeldes (10) und der angrenzenden Bereiche ausgehen. Den Filtern (44) bis (54) sind jeweils Schwellwertdiskriminato-ren (56), (58), (60), (62), (64), (66) nachgeschaltet, deren Ausgänge mit einer Eingabeschaltung (68) des Mikrorechners (42) verbunden sind.An die Eingabeschaltung ist z. B. ein nicht dargestellter Analog/Digital-Umsetzer angeschlossen. An die Eingabeschaltung (68) ist ein Prozessor (70) angeschlossen, der ausgangsseitig mit Anzeigeelementen, z. B. einer oder mehreren Leuchten (72), einem Lautsprecher (74) oder einer Hupe und einem Registriergerät (76) verbunden ist.

Es sei angenommen, daß zum Zeitpunkt t_ ein Tennisball an der mit 78 in Fig. 1 bezeichneten Stelle auftrifft, wodurch eine Schallwelle von der Stelle 78 ausgeht. Die Schallwelle erreicht zuerst das nächstliegende Mikrofon (28). Der dem Mikrofon (28) nachgeschaltete Schwellwertdiskriminator (56) wird daher zum Zeitpunkt t2 zum Ansprechen gebracht, wodurch dem Prozessor (70) über die Eingabeschaltung (68) mitgeteilt wird, daß ein Ball auf das Spielfeld (20) bzw. den an das Spielfeld (10) angrenzenden Bereich aufgeschlagen ist. Nachdem der Prozessor (70) das Signal zum Zeitpunkt t2 erfaßt hat, beginnen Zeitglieder zu laufen, die z. B. durch Software im Prozessor (70) realisiert sind. Die Schallwellen treffen anschließend auf das Mikrofon (32) auf, wodurch zum Zeitpunkt t3 ein Signal vom Schwellwertdiskriminator (48) erzeugt wird, das ebenfalls über die Eingabeschaltung (68) in den Prozessor (70) gelangt. Zum Zeitpunkt t3 wird das erste Zeitglied gestoppt, während das zweite Zeitglied noch weiterläuft. Nach dem Stoppen des ersten Zeitglieds steht im Prozessor (70) ein der Differenz t3 minus t2 entsprechender erster Zeitwert zur Verfügung. Die Schallwellen treffen auf das Mikrofon (30) als auf das Mikrofon (32) auf, wenn die Schallwellen vom Mikrofon (32) erfaßt werden, bildet der Schwellwertdiskriminator (46) zum Zeitpunkt t4 ein Signal, das über die Eingabeschaltung (68) zum Prozessor (70) gelangt. Dieses Signal bewirkt das Anhalten des zweiten Zeitglieds im Prozessor (70). Nach .em Stoppen des zweiten Zeitglieds steht im Prozessor (70) ein weiterer, der Differenz t4 minus t2 entsprechender Zeitwert zur Verfügung. Die Schallwellen treffen auch noch jeweils auf die Mikrofone (38), (36) und (34) auf, wodurch zu den Zeitpunkten ts, t6 und t7 Signale von den Schwellwertdiskriminatoren (54), (52) und (50) erzeugt werden. Die Lage der Auftreffstellen (78) läßt sich mit oben erwähnten Zeitwerten bestimmen. Es sind aber nicht alle sechs Zeitwerte notwendig, um die Auftreffstelle zu kennzeichnen.

Aus den Zeitwerten wird jeweils durch Vergleich mit gespeicherten Werten, denen die Linien (14) oder (16) und (18) zugeordnet sind, festgestellt, ob die Auftreffstelle (78) innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes (10) liegt. Dabei werden Übereinstimmungen mit den Linien zugeordneten Werten noch als innerhalb des Spielfelds liegend bewertet.

Da die Auftreffstelle (78) außerhalb des Spielfelds (10) liegt, wird eine Meldung erzeugt.

Durch die symmetrische Anordnung der Mikrofone (28) bis (38) kann die Anzahl der für den Vergleich benötigten Speicherwerte wesentlich reduziert werden.

In Abhängigkeit davon, ob die Ballauftreffstelle innerhalb oder außerhalb des von den Linien (14) bzw. (16) und (18) umgebenen Spielfelds liegt, werden unterschiedliche Anzeigen erzeugt, z. B. Töne mit verschiedenen Frequenzen. Es ist aber auch möglich, eine optische Anzeige zu erzeugen.

Die Entscheidungen über die Auftreffstellen werden aufsummiert und gespeichert. Nach Beendigung des Spiels kann der Speicherwert abgerufen werden und z. B. auf einem Drucker ausgedruckt oder auf einem Display angezeigt werden.

Die Sensoren (28), (30), (32), (34), (36), (38) sind jeweils in einem Abschirmgehäuse (80) angeordnet, das die Sensoren von Geräuschen abschirmt, die von oben und aus dem Zuschauerbereich kommen, der außerhalb der Ausläufe (22) und der Seitenausläufe (24) liegt. Die Abschirmgehäuse (80) sind nach Art von Souffleurgehäusen ausgebildet.

Am Netz (12) ist ein weiterer Sensor (82) angeordnet. Bei diesem Sensor (82) kann es sich um einen die erhöhte Zugspannung an einer Netzaufhängung beim Auftreffen eines Balls messenden Sensor handeln. Es ist auch möglich, den Sensor durch Lichtschranken zu realisieren, die die Netzauslenkung beim Auf treffen eines Balls erkennen. Der Sensor (82) ist an die Auswerteinheit (40) angeschlossen. Ein Ball, der auf das Netz (12) trifft, fällt danach vom Netz auf den Boden. Die Energie beim Auftreffen auf den Boden ist im allgemeinen geringer als bei den während des Spiels auf den Boden auf treffenden Bällen. Das Auftreffen des Balls auf den Boden des Spielplatzes, nachdem der Ball ins Netz (12) geflogen ist, soll z. B. gemeldet aber nicht registriert werden. Im Mikrorechner (42) ist ein Programmteil gespeichert, mit dem die Berührungen zwischen Netz und Ball festgestellt, angezeigt und dahingehend ausgewertet werden, daß Bälle, die vom Netz auf den Boden fallen, nicht registriert werden.

Über dem Spielfeld, insbesondere außerhalb der Ausläufe (22) und der Seitenausläufe (24), ist ein Sensor (84) für die Windströmung angebracht. Der Sensor (84), z. B. ein Mikrofon, ist an einer nicht dargestellten Wetterfahne oder einem Windsack befestigt und mit der Auswerteinheit (40) verbunden. Die Meßwerte des Sensors (84) werden im Mikrorechner (42) ausgewertet, indem daraus die Windgeschwindigkeit über dem Spielfeld (10) berechnet wird.

Mit der Wetterfahne bzw. dem Windsack ist überdies ein Richtungssensor (86) verbunden, der ebenfalls an die Auswerteinheit (40) angeschlossen ist. Die Richtung der Windströmung wird in Verbindung mit dem Wert der Windgeschwindigkeit für die Bildung von Korrekturwerten benutzt, die von den Meßwerten der jeweiligen Sensoren (28) bis (38) subtrahiert oder den Meßwerten aufaddiert werden.

Die Durchlaßcharakteristiken der Filter (44), (46), (48), (50), (52), (54) werden vorab in Abhängigkeit vom Boden des Spielfelds 10 bestimmt. Die Frequenzspektren, die beim Auftreffen von Bällen bei unterschiedlichen Spielplatzbelägen entstehen, unterscheiden sich voneinander und werden für den jeweiligen Spielplatz vor Spielbeginn mit Ballaufschlägen ermittelt. Danach werden die Filter entsprechend ausgelegt bzw. eingestellt. Nach der Einstellung der Filtercharkteristiken werden überlagerte Störsignale unterdrückt.

Die oben beschriebene Anordnung arbeitet zur Ortung der Auftreffstelle von Bällen nach dem Prinzip, daß die Auftreffstelle als Schallquelle Schallwellen zu mehreren Sensoren sendet, die die Schallwellen erfassen und in elektrische Signale umwandeln, die über eine AID-Umsetzung einem Rechnersystem zugeführt werden, das diese Signale bezüglich Laufzeiten analysiert. Es werden die Laufzeitunterschiede ermittelt und mit Werten verglichen, die einem vorab normierten, dem jeweiligen Spielplatz entsprechenden und mit den Aufstellungsorten der Sensoren kalibrierten Liniensystem entsprechen, das im Rechner abgespeichert ist.

Mit der Anordnung lassen sich aufgrund objektiver Messungen Fehlentscheidungen vermeiden, die insbesondere beim Profi-Turniersport, bei dem es um hohe Gewinnsummen geht, ausgeschaltet werden sollen. Die Anordnung ist mobil und kann daher bedarfsweise auf wechselnden Plätzen eingesetzt werden.