AT395660B - Verfahren zur bestimmung der flugweite von koerpern und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

AT 395 660 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Flugweite von Körpern, deren Geschwindigkeit ein visuelles Feststellen des Landepunktes nicht mehr hinreichend exakt zuläßt, wobei das Landeprofil erfaßt und in einem mathematischen Modell dargestellt wird. Das der Erfindung zu Grunde liegende Verfahren bezieht sich insbesondere auf die Ermittlung der Weite von sich auf Flug-, Sprung- und Wurfbahnen bewegenden Körpern, 5 vorzugsweise der Sprungweite von Skispringern.

Es ist bekannt, Weitenmessungen z. B. beim Skispringen mit direkten, subjektiven, visuellen Verfahren durchzuführen. Zur Objektivierung wurde eine Vielzahl Weitenrichter eingesetzt Aber auch diese konnten kaum zu einer erhöhten Genauigkeit der Weitenbestimmung führen, da die Trägheit des menschlichen Auges damit nicht beseitigt ist. 10 Zur Überwindung dieses Zustandes wurde ein induktives Weitenmeßsystem entwickelt, bei dem quer zur

Aufsprungbahnlängsachse vor Beginn des Winters entsprechend der Sprungweitenstufung aus parallelen Drähten gebildete Induktionsschleifen im Aufsprunghang verankert wurden. Ein auf dem Ski des Springers befindlicher Dauermagnetkann in hinreichender Nähe zu den Induktionsschleifen in diesen eine auswertbare Spannung erzeugen, die mit weiterer Annäherungzunimmt. Den Induktionsschleifenistdeshalbein Komparator mitjustierbarer Schwelle IS nachgeordnet, der in Abhängigkeit von der Schneehöhe und Flugbahn/-geschwindigkeit so zu justieren ist, daß er nurdannanspricht, wenn der auf dem Ski montierte Magnetnur noch eine derartige Höhe überden Induktionsschleifen hat, daß er die nächste Induktionsschleife nur noch gleitend überquert. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten zur lagesicheren Verlegung der Ihduktionsschleifen, die problematische Justierung der Komparatorschwellen und ihre relativ hohe Störanfälligkeit und die Tatsache, daß die Sprungweite auf das Profil der unter der Schneedecke 20 liegenden Aufsprungbahn unter Annahme einer bestimmten Schneehöhe bezogen wird.

Aus ähnlichen Gründen hat sich auch ein Verfahren nicht bewährt, das an Stelle der unter dem Schnee liegenden Induktionsschleifen über dem Schnee aufgebaute Lichtschranken verwendet, zumal noch die zusätzliche Abhängigkeit von Nebel und Schneefall zu berücksichtigen ist.

Ein weiteres Verfahren verwendet im Aufsprunghang definiert angeordnete Schallempfänger, bei dem aus den 25 Schallaufzeitdifferenzen des beim Aufsprung erzeugten Geräusches zu diesen Empfängern der Landepunkt und damit die Weite bestimmt wird. Auch hier sind die Investitionskosten hoch, ist die Weitenmessung auf ein angenommenes Profil bezogen und die Störanfälligkeit gegenüber Umweltbodenschall, den z. B. Zuschauer erzeugen, die sich durch Treten auf der Stelle erwärmen wollen, groß.

Kostengünstiger sind transportable Anlagen, die keine ortsbezogenen Investitionen erfordere So sind Vorrich-30 tungen bekannt geworden, die am Ski befestigt sind und am Landeort des Skis eine Farbmarkierung im Schnee hinterlassen.

Abgesehen davon, daß eine derartige Vorrichtung am Ski für den Springer nachteilig ist, muß erwartet werden, daß die Markierung im Schnee im Zeitintervall bis zur Landung des nächsten Springers rückstandslos ohne Veränderung der Gleiteigenschaften der Schneeoberfläche abgebaut sein und auch eine sofortige Wiedermarkierung 35 zulassen muß, was bisher nicht gelungen ist.

Ein anderes Verfahren nutzt ebenfalls eine am Ski angebrachte Vorrichtung, die im Landemoment einen auf dem Ski ebenfalls angebrachten Sender einschaltet. Aus der Laufzeitdifferenz zu mehreren in lagemäßig bekannten Standorten aufgestellten Empfängern wird die Lage des Landepunktes ermittelt. Es hat daher ebenfalls die Nachteile einer zusätzlich angebrachten Vorrichtung. 40 Das in der CH-PS 612 012 geoffenbarte Verfahren zur Ermittlung der Aufsprungstelle eines Skispringers verwendet eine zur Wellenabstrahlung geeignete Einrichtung, eine Steuereinrichtung zur Beinflussung der Wellen im Augenblick des Aufsprungs sowie eine Einrichtung zum Bestimmen des Ortes der Ausstrahlung/Überkopplung der Wellen, welche am Skispringer, seiner Ausrüstung oder im Aufsprurighang angeordnet sein müssen. Eine Einrichtung zur optischen Bilderfassung (Photoapparat) der Aufsprungvorrichtung muß bei diesem Verfahren exakt 45 im Moment des Aufsprunges ausgelöst werden und darüberhinaus noch mit einem geteilten Strahlengang oder einer zusätzlichen Entfemungsmeßeinrichtung ausgerüstet sein, wodurch der materielle Aufwand enorm ist

Die AT-PS 354 748 zeigt eine Einrichtung zum Auslösen oder Unterbrechen des Meßvorganges eines die FhiglängeemesFh]gkörpers,insbesondereeinesSkispringers,messendenLängeneinrichtung,wobeiLichtschranken mit seismischen Sensoren verknüpft werden. Da die Lichtschranken bzw. eine Bild-Aufnahmeeinrichtung mit den 50 seismischenSensoren wirkungsmäßig verknüpft sind, bestehteine große Störanfälligkeit gegenüber Umweltboden schall, beispielsweise durch Zuschauer hervorgerufen. Die photogrammetrische Auswertung der Bilder erfordert zusätzliche technische Mittel und dürfte auch zu einer Verzögerung eines Sprungwettbewerbes führen.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, wodurch eine objektive, auch nachträglich überprüfbare, Sprung-, Wurf- und Flugweitenmessung, auch auf nicht ebenen Landeflächen gestattet wird, ohne daß 55 am fliegenden Objekt zusätzliche Vorrichtungen benötigt werden, ausschließlich mit transportablen Geräten gearbeitet und gleichzeitig eine hohe Störsicherheit gewährleistet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der Flugweite von vorzugsweise Flügen, Sprüngen,

AT 395 660 B Würfen mittels mobiler Ausrüstungen, ohne zusätzliche Vorrichtungen an den bewegten Körpern und zur nachträglichen Prüfung geeignet, zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, daß das zum Zeitpunkt der Messung vorliegende räumliche Profil des Landebereiches unter Einbeziehung des Startpunktes des Fluges, bspw. der 5 Schanzentischvorderkante beim Skisprung, einem mathematischen, landebahnbeschreibenden Modell zugrunde gelegt wird, daß der Landepunkt des Körpers mittels hinreichend schneller Bildfolgen mindestens einer Kamera delektiert wird und daß dies» Landepunkt mit dem ermittelten mathematischen Modell, gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Weitenbestimmungsalgorithmus, korreliert und damit die Flugweite ermittelt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Landeprofil oder sein mathematisches Modell ein 10 Netz von Linien gleichmäßig steigender Weite und zu diesen rechtwinkelig verlaufende Linien in Flugrichtung umfaßt, daß dieses Netz den Kamerabildem bei ihrer Wiedergabe oder Abspeicherung läge- und perspektivgetreu überlagert wird, wobei im Überlagerungsbild durch die Lage des Körpers, bspw. Winkel und Abstand zwischen Ski undLinien in Flugrichtung, und/oder sein» Bewegungsrichtung bezogen auf die Landefläche d» Auftreffpunkt und damit die Flugweite bestimmt wird. IS Erfindungsgemäß erfolgt desweiteren die Feststellung des Landepunktes und damit d» Flugweite visuell unter

Verwendung d» Weitenlinien im Landeprofil oder visuell bzw. mit Computerunterstützung unter V»wendung des den Kamerabildem überlagerten Liniennetzes.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß aus den den bewegten Körp» im fortlaufenden Vorwärtseinschnitt erfassenden Bildern zweier Kameras die Flugkurve ermittelt wird und daß d» 20 Berührungspunkt der Flugkurve mit der Landefläche festgestellt und damit die Weite bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Kamera eingesetzt wird, deren Bildfolge die Änderung der Bildkoordination des Körpers erfaßt, aus welchen die virtuelle Bahnkurve des Körp»s in d» Bildebene festgestellt wird, wobei durch das Auftreten eines Knickpunktes in deren V»lauf die Landestelle des Körpers und damit die Flugweite ermittelt wird. 25 Nach ein» weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird erfindungsgemäß der Landebereich abschnittweise von mehreren Kameras erfaßt

Ein Merkmal des Verfahrens besteht erfindungsgemäß weiters darin, daß die Ermittlung des mathematischen Modells der Landebahn, die Bestimmung der Flug- oder Bahnkurve des Körpers, sein Auftreffpunkt auf der Landebahn und damit die Weite mittels elektronischer Datenv»arbeitung erfolgt. 30 Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Flugweite von Körpern mit das räumliche Profil des Landebereiches erfassenden Mitteln, welche Anordnung dadurch gekennzeichnet ist daß mindestens eine Kamera zum Erfassen der Flugbahn d» Körp», deren Bildfolgefrequenz an die angestrebte Genauigkeit der Flugweitenbestimmung und die Fluggeschwindigkeit der Körper angepaßt ist vorzugsweise eine elektronische Kamera, die Mittel für die Aufnahme des räumlichen Profils, vorzugsweise 35 elektronische Tachymeter, sowie eine Anzeigeeinheit mit einer Auswerteeinheit gekoppelt sind.

Die Anordnung ist ferner erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß die Ausw»teeinheit aus einem Kamerabildspeicher, einer Kamerabild-slow-motion und/od» -Standbildwiedergabeeinrichtung, ein» Einheit für die Bestimmung des mathematischen Modells der Landefläche sowie d»en graphischer Wiedergabe, wobei die Wiedergabeeinrichtung vorzugsweise ein gemeinsamer interaktiv» Bildschirm ist und einer Übemahmeein-40 riehtung für die ermittelte Weite besteht

Gemäß einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung besteht die Auswerteeinheit aus einem Kam»abildspeicher und/oder einem Bildverarbeitungssystem.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert 45 Hg. 1 zeigt ein Beispiel mit der erfindungsgemäß»i Anordnung mit Kamera, einem Tachymeter, einer

Auswerteeinheit mit Bildspeicher und Gittergenerator und einer Anzeigeeinheit

Fig. 2 zeigt ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit Kamera, einem Tachymeter, einer Auswerteeinheit mit Bildspeich» und Bildverarbeitungssystem sowie einer Anzeigeeinheit

In Fig. 1 ist in der sch»natischen Zeichnung beispielsweise eine Skisprunganlage dargestellt Als Bezugspunkt 50 für Sprungweiten»mittlungen gilt der Schanzentisch (1). Im geodätisch bestimmten Meßpunkt (2) befind» sich ein

Tachymeter (3), mit dem eine hinreichende Anzahl von Punkten (4) auf d» Oberfläche der Aufsprungbahn geodätisch aufgenommen werden. Aus ihnen berechnet man in einer Auswerteeinheit (5), bestehend aus ein»n Gittemetzgenerator, vorzugsweise einem elektronischen Rechner mit entsprechendem Interface, und einem Bildspeich» für Zeitlupendarstellungen, das reale Profil der Aufsprungbahn, die dann in gleiche Längsstreifen und 55 entsprechend dem Weitenalgorithmus »mittelte, dazu rechtwinklig verlaufende Weitenlinien geglied»t wird. In einem bezüglich seiner Lage zum Schanzentisch (1) geodätisch bekannten Aufhahmepunkt(6), wobei Meßpunkt (2) und Aufnahmepunkt (6) auch identisch sein können, befindet sich eine vorzugsweise elektronische Kamera (8) für -3-

Claims (10)

1. AT 395 660 B deren Bilder die Orientierungsdaten bekannt sind und ebenfalls dem Gittemetzgenerator (5) übermittelt werden, wobei sie konstant aber auch veränderbar sein können. Unter Berücksichtigung dieser Werte bestimmt der Gittemetzgenerator der Auswerteeinheit (5) ein aus Aufsprungsbahnlängs- und Weitenlinien gebildetes Modell, das unterNutzung eines Videogenerators dem Bild der Kamera (8) überlagert und gemeinsam mit ihm vorzugsweise über 5 einen Monitor ausgegeben aber auch parallel dazu abgespeichert wird. Mit der Kamera (8) verfolgt man nun die Landung des Skispringers bei überlagertem Längs- und Weitenliniennetz. Anschließend wird die aufgezeichnete Landeszene im Zeitlupenverfahren erneut dargestellt. Im Landemoment erreichen die Ski dabei erstmalig Parallelität zu den Aufsprungbahnlängslinien. Dadurch ist es zweifelsfrei möglich, den Landepunkt hinreichend exakt zu bestimmen und an den dargestellten Weitenlinien direkt abzulesen oder zu interpolieren. Es ist aber auch möglich, 10 das Profilliniennetz erst bei der Zeitlupenwiederholung in des Bild einzublenden. Eine andere mögliche Ausführungsfarm ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Auch hier dient der Schanzentisch (1) als Bezugspunkt für die Weitenmessung. In einem geodätisch bestimmten Meßpunkt (2) werden mit einem Tachymeter (3) Ortskoordinaten von einer hinreichenden Zahl von Punkten (4) auf der Oberfläche der Aufsprungbahn aufgenommen und in einer Auswerteinheit (5), vorzugsweise einem elektronischen Rechner, daraus das aktuelle 15 Oberflächenprofil der Aufsprungbahn ermittelt und abgespeichert. In vorzugsweise zwei Aufnahmepunkten (6) und (7), die zu beiden Seiten der Aufsprungbahn geodätisch bestimmt sind, wobei einer von ihnen mit dem Meßpunkt (2) identisch sein kann, befinden sich Meßkameras (8) und (9), deren Orientierungsdaten, konstant oder variabel, bekannt sind, die die Landeszene der Skispringer verfolgen. Die Bilder und Orientierungsdaten der Kameras (8) und (9) werden ebenfalls der Auswerteeinheit (5) zugeführt und abgespeichert. Parallel zur Aufnahme der Landeszene, 20 oder aber auch nachfolgend, werden in den Bildern der Karners die Bildkoordinaten des bewegten Körpers, bzw. ein oder mehrere Punkte davon, bestimmt und unter Beachtung der Orientierungsdaten der zugehörigen Kamera die Richtung ermittelt, die der (die) Zielpunkte) am bewegten Körper im Zeitpunkt der Aufnahme relativ zum jeweiligen Aufnahmestandpunkt (6) oder (7) hatte. Da zeitsynchron in beiden Aufnahmepunkten Bilder vorliegen, aus denen daartige Richtungsvektoren zeitgleich abgeleitet werden, läßt sich mittels Auswerteeinheit (5) durch Bestimmung 25 des Schnittpunktes da beiden Richtungsvektoren ein Bahnpunkt auf da Flugkurve des Körpers ermitteln. Aus einer hinreichenden Anzahl derartiger Bahnpunkte, insbesondere aus dem letzten Teil daFlugbahn, läßt sich die aktuelle Flugkurve bestimmen. Wo diese die Oberfläche des ermittelten Aufsprungbahnprofils erreicht, ist der Landepunkt. Das Ergebnis wird über Monitor (11) und/oder Anzeigeeinheit (10) dargestellt. Diese Ausführungsform omöglicht eine vollautomatische Ermittlung des Landepunktes, ist aber technisch 30 aufwendigaalsdieerstedargesteUteAusführungsform.Siekannnochdahingehendmodifiziertwaden,daßnurauf einer Seite der Aufsprungbahn vorzugsweise eine Kamera steht, ebenfalls ein Richtungsvektor zum bewegtoi Objektpunkt ermittelt und die Spur dieses Richtungsvektors auf da regelmäßig gestalteten Landefläche verfolgt wird. Sie hat, solange da bewegte Körper noch nicht den Landepunkt oreicht hat, bezogen auf die Obofläche da Landebahn Bewegungskomponenten in und quer zur Landerichtung, die vom Landepunkt an nur noch in Lande-35 richtung auftreten. Auf diese Weise kann auch nur mit einer Kamera der Landepunkt bestimmt werden. PATENTANSPRÜCHE 40 1. Verfahren zur Bestimmung da Flugweite von Körpern, deren Geschwindigkeit ein visuelles Feststellen des Landepunktes nicht mehr hinreichend exakt zuläßt, wobei das Landeprofil erfaßt und in einem mathematischen 45 Modell dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Zeitpunkt der Messung vorliegende räumliche Profil des Landebereiches unter Einbeziehung des Startpunktes des Fluges, bspw. der Schanzentischvordakante beim Skisprung, einem mathematischen, landebahnbeschreibenden Modell zugrunde gelegt wird, daß der Landepunkt des Körpers mittels hinreichend schnella Bildfolgen mindestens eina Kamera detektiert wird und daß diesa Landepunkt mit dem ermittelten mathematischen Modell, gegebenenfalls unter Boücksichtigung eines Weiten-50 bestimmungsalgorithmus, korreliert und damit die Flugweite ermittelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Landepiofil oder sein mathematisches Modell ein Netz von Linien gleichmäßig steigenda Weite und zu diesen rechtwinkelig valaufende Linien in Flugrichtung umfaßt, daß dieses Netz den Kamerabildem bei ihra Wiedergabe oda Abspeicherung läge- und perspektivgetreu 55 übalagert wird, wobei im Überlagoungsbild durch die Lage des Körpos, bspw. Winkel und Abstand zwischen Ski und Linien in Flugrichtung, und/oda seina Bewegungsrichtung bezogen auf die Landefläche da Auftreffpunkt und damit die Flugweite bestimmt wird. -4- AT 395 660 B
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung des Landepunktes und damit der Flugweite visuell unter Verwendung der Weitenlinien im Landeprofil oder visuell bzw. mit Computerunterstützung unter Verwendung des den Kamerabildem überlagerten Liniennetzes erfolgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den den bewegten Körper im fortlaufenden Vorwärtseinschnitt erfassenden Bildern zweier Kameras die Flugkurve ermittelt wird und daß der Berührungspunkt der Flugkurve mit der Landefläche festgestellt und damit die Weite bestimmt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Kamera eingesetzt wird, deren Bildfolge die Änderung der Bildkoordinaten des Körpers erfaßt, aus welchen die virtuelle Bahnkurve des Körpers in der Bildebene festgestellt wird, wobei durch das Auftreten eines Knickpunktes in deren Verlauf die Landestelle des Körpers und damit die Flugweite ermittelt wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Landebereich abschnittweise von mehreren Kameras erfaßt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des mathematischen Modells der Landebahn, die Bestimmung der Flug- oder Bahnkurve des Körpers, sein Auftreffpunkt auf der Landebahn und damit die Weite mittels elektronischer Datenverarbeitung erfolgt
8. 8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Flugweite von Körpern nach den Ansprüchen 1 bis 7, mit das räumliche Profil des Landebereiches erfassenden Mitteln, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kamera (8) zum Erfassen der Flugbahn der Körper, deren Bildfolgefrequenz an die angestrebte Genauigkeit der Flugweitenbestimmung und die Fluggeschwindigkeit der Körper angepaßt ist vorzugsweise eine elektronische Kamera (8), die Mittel für die Aufnahme des räumlichen Profils, vorzugsweise elektronische Tachymeter (3), sowie eine Anzeigeeinheit mit einer Auswerteeinheit (5) gekoppelt sind.
9. 9. Anordnung nach Anbruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) aus einem Kamerabildspeicher,einerKamerabild-slow-motionund/oder-Standbildwiedergabeeinrichtung,einer EinheitfürdieBestimmung des mathematischen Modells der Landefläche sowie deren graphischer Wiedergabe, wobei die Wiedergabeeinrichtung vorzugsweise ein gemeinsamer interaktiver Bildschirm ist, und einer Übemahmeeinrichtung für die ermittelte Weite besteht.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (5) aus einem Kametabild· Speicher und/oder einem Bildverarbeitungssystem besteht. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-