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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit elektronisch auswertbarer Zielscheibe, Kamera, Lichtumleitungssystem, Abwurfmarkierung und Prozessor mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Aufgabe der Erfindung ist es, die Einhaltung eines regelkonformen Spielablaufs z. B. bei Dartspielen zu kontrollieren, indem z. B. der Abstand des Spielers zur Zielscheibe geprüft wird. Einerseits wird die Kontrolle von einer Software im Prozessor durch Analyse des Kamerabildes aktiv durchgeführt. Andererseits werden aber auch dem Gegenspieler über das Kamerabild Kontrollmöglichkeiten verschafft.
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Anwendbar ist die Erfindung sowohl bei öffentlichen Automaten, wie sie z. B. in Gaststätten vorzufinden sind, als auch bei Geräten für den Heimgebrauch. Die für unterschiedliche Anwendungsbereiche notwendigen Anpassungen oder Erweiterungen der Vorrichtung werden in den Unteransprüchen aufgeführt. Der teilweise konkrete Anwendungsbezug auf das Dartspiel soll aufgrund dessen Bekanntheitsgrades die Verständlichkeit erhöhen, jedoch nicht die Anwendbarkeit der Erfindung darauf beschränken.
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Hintergrund
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Die elektronische Erfassung, Auswertung und Anzeige der Zielscheibentreffer im Dartspiel machen z. B. das schriftliche Dokumentieren der Trefferergebnisse entbehrlich und finden in der Praxis breite Anwendung. Die mit der Zielscheibe verbundenen Detektoren zur Trefferauswertung sind ein bekannter Stand der Technik. Durch die Speicherung der digitalisierten Trefferdaten und/oder deren Weiterleitung in einem Netzwerk wie dem Internet, lassen sich auch Spiele bei räumlicher und/oder zeitlicher Distanz zwischen den beteiligten Spielern realisieren. Das Gebrauchsmuster ”Elektronisches Dart-Spielgerät zum Anschluss an Computer”,
DE 299 01 577 U1 zeigt Methoden auf, Treffersignale mit einem Computer zu empfangen, zu verarbeiten, anzuzeigen oder in einem Netzwerk weiterzuleiten. Dies ermöglicht beispielsweise die Veranstaltung von Online-Turnieren. Problematisch ist jedoch die fehlende Kontrolle der Spieler hinsichtlich regelkonformen Spielverhaltens. Nach dem Stand der Technik werden diese Anforderungen zum Teil unzureichend oder nur mit enormen technischem Aufwand gelöst. In dem Patent „Multimedia-System und Verfahren zum Fernüberwachen oder Schiedsrichten in Unterhaltungsmaschinen”,
EP 1639560 B1 wird die Kontrolle des Mindestabstands zwischen Spieler und Zielscheibe vorgeschlagen. In der Praxis wird dies durch ein System aus mehreren Kameras und einem die Abwurflinie projizierenden Linienlaser realisiert, wobei eine direkt auf die Abwurflinie gerichtete monochrome Kamera speziell überwacht, dass die Linie nicht überschritten wird. Der Abstand der Abwurflinie zur Zielscheibe (i. d. R. 2,44 m bzw. 2,37 m) kann vom Automatenaufsteller zwar durch Feinjustierung am Linienlaser korrigiert, jedoch nicht vom System aktiv überprüft werden. Auch die korrekte Höhe der Zielscheibe (i. d. R. 1,73 m zwischen Zielzentrum und Erdboden) wird von diesem System nicht aktiv überprüft.
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Neuerungen der Apparatur
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Ziel der Erfindung ist es, zum einen den technischen Aufwand vorhandener Kontrollen zu verringern, so dass z. B. auch der Einsatz in Heimgeräten erleichtert wird, und zum anderen weitere Kontrollen, z. B. die Überprüfung der korrekten Zielscheibenhöhe hinzuzufügen. Die Vorrichtung kommt in den meisten Anwendungsfällen mit einer Kamera aus, welche die auf den Boden befindliche Abwurfmarkierung und einen darauf stehenden Spieler vollständig erfassen kann. Ebenso wird die Zielscheibe über ein Spiegelsystem (allg. Lichtumleitungssystem) mit in das Kamerabild eingeblendet. Kamera und Zielscheibentreffer werden durch eine Software im Prozessor ausgewertet. Der Prozessor ist entweder Bestandteil der Vorrichtung oder befindet sich in einem extern angeschlossenen Computer.
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Die Abwurfmarkierung kann aus einer transportablen Vorlage z. B. aus rutschfestem Gummi oder Klebefolie bestehen, oder auch direkt auf den Boden aufgetragene oder projiziert werden. Sie ist mit einem für die Kamera deutlich erkennbaren Farbkontrastmuster versehen. Durch dessen Analyse kann der Prozessor die korrekte Höhe der Zielscheibe und deren korrekten Abstand zur Abwurfmarkierung überprüfen. Eine Verbesserung der Entfernungsprüfung lässt sich noch erreichen, wenn die Abwurfmarkierung und das darauf erkennbare Farbkontrastmuster nicht nur zweidimensional sind, sondern auch eine Höhe aufweisen. Zusätzlich lassen sich über das Farbkontrastmuster Existenz und Position eines Spielers auf oder vor der Abwurfmarkierung feststellen. So sind z. B. Szenarien möglich, bei denen verschiedene Spielerpositionen miteinander verglichen werden, oder zwei Spieler mit ungleicher Spielstärke in unterschiedlichen Entfernungen zur Zielscheibe stehen.
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Durch Speicherung des Kamerabildes und/oder deren Weiterleitung in einem Netzwerk können auch Spiele mit zeitlicher und/oder räumlicher Distanz ausgetragen werden. Die Einblendung der Zielscheibe über das Lichtumleitungssystem/Spiegelsystem in das Kamerabild ermöglicht so vor allem einem entfernten Gegenspieler, eine regelwidrige Manipulation der Zielscheibe zu erkennen. Das Spiegelsystem lässt sich mit einer an der Vorrichtung befindlichen Halterung so fixieren, dass es die Zielscheibe vollständig in den gewünschten Bereich des Kamerabildes einblendet. In der einfachsten und gebräuchlichsten Form verwendet es dazu einen schräg vor der Kamera fixierten, leicht gewölbten Spiegel. Die Kontrollfunktion ist so bereits gegeben, auch wenn die Zielscheibe seitenverkehrt im Kamerabild erscheint. Zur Verhinderung einer Seitenumkehrung können optional ein zweiter Spiegel oder ein Prisma anstelle des Spiegels verwendet werden.
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Während die Abwurfmarkierung mit Farbkontrastmuster auch eine aktive Kontrolle durch Bildanalyse mit Hilfe der Software im Prozessor ermöglicht, ist die Einblendung der Zielscheibe über das Spiegelsystem hauptsächlich für passive Kontrolle, also zur Überprüfung durch andere Spieler vorgesehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine Bildanalyse im Prozessor ebenso zur Treffererkennung einzusetzen. Dies ist besonders sinnvoll bei Spielen wie ”Steeldart”, wo übliche Treffererkennungsmethoden mit Hilfe von Drucksensoren an der Zielscheibe schlecht möglich sind und daher gern durch visuelle Erkennungsmethoden ersetzt werden. In dieser Variante sollte ein Spiegelsystem mit zwei unabhängigen Spiegeln verwendet werden, um die Zielscheibe aus zwei unterschiedlichen Perspektiven in das Kamerabild einzublenden. Alternativ oder zusätzlich kann für eine derartige Trefferauswertung eine weitere, direkt auf die Zielscheibe gerichtete Kamera verwendet werden. Durch die Analyse mehrerer Blickrichtungen auf die Zielscheibe ist eine bessere visuelle Bestimmung der genauen Trefferposition durch den Prozessor möglich und es wird verhindert, dass ein Dartpfeil einen anderen verdecken kann.
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Wenn das Wurfgeschoss mit von der Kamera gut erfassbaren Farben, z. B. einem versilbertem Flugstabilisator versehen ist, können optional vom Prozessor oder vom Gegenspieler durch Analyse einzelner Bilder des aufgezeichneten Wurf-Videos Plausibilitätskontrollen zu den Daten des Treffererkennungsmittels vorgenommen werden.
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Weitere Kontrollmöglichkeiten, sowohl für den Prozessor als auch für den Gegenspieler, ergeben sich, wenn eine Kamera z. B. über einen Servo-Motor schwenkbar ist, also der Blickwinkel der Kamera sich je nach Situation und Anforderung anpassen lässt.
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Die Vorrichtung kann optional über eine Dockingstation für die Anbindung eines mobilen Rechners, z. B. eines Tablet-PCs, zur Nutzung dessen Prozessors, Anzeige-Displays und/oder Kamera verfügen. Um die Zielscheibe auch in den Sichtbereich einer auf diese Weise eingebundenen Kamera einblenden zu können, sollte die Vorrichtung über eine weitere Halterung des Spiegelsystems mit einer für diese Aufgabe angepassten Fixierungsposition verfügen.
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Um das System in einen vorhandenen Spielautomaten zu integrieren, können an der Vorrichtung Schnittstellen zur Anbindung externer Treffersensoren, Münzzähler und/oder weiterer Ein-Ausgabegeräte vorgesehen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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1: Komplettansicht schräg von der Seite
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2: Apparatur ohne Abwurfmarkierung
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3: Kamerabild (Momentaufnahme zur Wurfanalyse durch Software und/oder Gegenspieler)
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Aufbau
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Die Abwurfmarkierung (1) sollte auf dem Boden in korrekter Entfernung zur Zielscheibe positioniert sein. Sie zeigt einerseits dem Spieler an, wo er bei seinen Würfen stehen darf und gewährleistet andererseits eine Überprüfung der korrekten Entfernungen. Die korrekte Höhe der Zielscheibe und deren korrekte Entfernung zur Abwurfmarkierung ergeben sich durch Bildanalyse des Farbkontrastmusters im Prozessor. Hierfür muss das Farbmuster mindestens eine zweidimensionale, farblich von ihrem Hintergrund deutlich kontrastierende Fläche enthalten. Ratsam für genauere Auswertungsergebnisse ist die zusätzliche Verwendung kleinerer Farbflächen im Farbkontrastmuster, vorzugsweise in runder Form. Bei einer rundlichen Farbfläche lässt sich durch einfache Algorithmen von der Prozessor-Software das Zentrum der Fläche ermitteln. Durch einen starken Farbkontrast (i. d. R. schwarz-weiß) kann auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen Größe und Position der Farbflächen, sowie deren Abstand zueinander vom Prozessor erfasst und mit Soll-Werten verglichen werden. Eine erhöhte Differenz von Ist- und Sollwerten lässt auf einen falschen Winkel und/oder inkorrekte Entfernung zwischen Abwurfmarkierung und Kamera inkl. Zielscheibe schließen. Nur wenn sich die Zielscheibe in der richtigen Bodenhöhe befindet und die Abwurfmarkierung die korrekte Entfernung aufweist, stimmen Soll- und Istwerte überein und wird somit der Wurf für den aktuellen Spieler freigegeben.
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Die Zweite Aufgabe der Abwurfmarkierung in Verbindung mit der Kamera ist, neben der Kontrolle der richtigen Entfernungen auch Existenz und Position eines Spielers festzustellen. Mindestanforderungen an das Farbmuster für diese Funktion sind ein (i. d. R. schwarzer, rechteckförmiger) Innenbereich als Trittfläche (8) und ein farblich dazu kontrastierender (i. d. R. weißer) Außenbereich. Der zur Kamera weisende Teil des Außenbereichs stellt dabei die Begrenzungsfläche (9) dar, welche nicht betreten werden darf. Die imaginäre Abwurflinie befindet sich also genau zwischen Tritt- und Begrenzungsfläche. Zunächst wird über die Kamera mindestens ein Bild als Vorlage genommen, auf welchem die Abwurfmarkierung im unbetretenen Zustand sichtbar ist. Die von den Lichtverhältnissen abhängigen Pixel-Farbwerte werden dabei als Ausgangswerte gespeichert. Im späteren Spielverlauf wird regelmäßig (i. d. R. alle 200 Millisekunden) durch Vergleich der aktuellen Farbwerte mit den gespeicherten Werten die aktuelle Position des aktiven Spielers untersucht. Farbwertabweichungen in den verschiedenen Bereichen des Farbkontrastmusters geben dabei Aufschluss über den genauen Aufenthalt einer Person auf oder vor der Abwurfmarkierung. Es ist sinnvoll, die Trittfläche mit einem feinerem Farbmuster, z. B. Quadrate von 3,5 cm Seitenlage zu überziehen, falls im Spielverlauf eine sehr genaue Position des Spielers ermittelt werden muss.
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Eine Abwurfmarkierung mit optional höhergestellter Begrenzungsfläche bietet zusätzlich zwei Vorteile. Erstens erweitert es die Abwurfmarkierung um eine Höhendimension. Durch das Erfassen eines dreidimensionalen Farbmusters und dem Vergleich mit einem entsprechenden Sollmuster kann der korrekte Winkel zwischen Kamera und Abwurf-Markierung besser überprüft werden. Zweitens wird der Spieler vor einem versehentlichen Betreten der Begrenzungsfläche geschützt.
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Die Kamera (2) ist, ebenso wie die Zielscheibe, unbeweglich an der Vorrichtung befestigt, so dass deren Position und Winkel zueinander unveränderlich sind. Dadurch sind Rückschlüsse auf die Position von Objekten im Kamerasichtfeld, relativ zur Zielscheibe möglich. In der Regel genügt eine gewöhnliche Webcam mit einer Auflösung von 640×480 Pixeln und gebräuchlichem Sichtwinkel, um Spieler und Abwurfmarkierung komplett und ausreichend genau zu erfassen. Idealerweise befindet sich die Kamera genau oberhalb des Zielscheibenzentrums und ca. 5 cm vor der Zielscheibe. Die vorgeschobene Position verhindert die Einschränkung des Kamerasichtfeldes durch ein ungünstig in der Zielscheibe steckendes Wurfgeschoss.
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Das Spiegelsystem (3) oder allgemein Lichtumleitungssystem besteht in seiner einfachsten Form aus einem Spiegel mit einem Stiel und einer Halterung an der Vorrichtung zur Befestigung des Spiegels seitlich vor der Kamera. Es hat die Funktion, die Zielscheibe als einen Teil des Kamerabildes (i. d. R. in eine der oberen Ecken) einzublenden (10). Dadurch werden unbemerkte Manipulationen an der Zielscheibe verhindert und der Spaßfaktor erhöht. Um das Spiegelsystem leicht montierbar zu machen, sollte der Stiel des Spiegelsystems vorzugsweise derart geformt sein, dass der Spiegel nach der Montage automatisch eine optimale, gegen Erschütterung unempfindliche Lage aufweist. Ein Stiel mit rechteckig geformten Stielende und eine entsprechende Halterung wären eine mögliche Realisierung dieser Anforderung. Ein gutes Kamerabild wird erreicht und die komplette Zielscheibe im Spiegel erfasst, wenn der Spiegel einen Durchmesser von ca. 5 cm hat, sich ca. 15 cm seitlich vor der Kamera befindet und eine leicht gewölbte Spiegeloberfläche aufweist.
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Um bei Verwendung eines externen Computers nur eine Kabelverbindung notwendig zu machen, können Kameradaten und Trefferwerte z. B. durch einen USB-Hub in der Vorrichtung gebündelt werden. Eine interessante Alternative zur Verwendung externer Computer oder integrierter Prozessoren ist die Einbindung eines mobilen Rechners, insbesondere eines Tablets (7) über eine Dockingstation (6). Damit lassen sich Prozessor, Display, Bedienelemente und/oder Kamera mit einfachen Mitteln zur Verfügung stellen. Ebenso kann die Software über den Lagesensor eines gewöhnlichen Tablets optional prüfen, ob die Vorrichtung regelkonform im rechten Winkel aufgestellt ist. Ein mobiler Rechner muss durch Aufstecken auf die Dockingstation in optimaler Position für Display und Kamera fixiert und gleichzeitig mit Strom- und Datenleitung verbunden werden. Für etliche mobile Rechner gibt es passende Dockingstationen, welche sich leicht in die Vorrichtung integrieren lassen. Um die Kamera eines mobilen Rechners alternativ zu einer fest eingebauten Kamera nutzbar zu machen, sollte die Halterung des Spiegelsystems über eine zusätzliche Arretierungsmöglichkeit verfügen. Dadurch kann in beiden Fällen die Zielscheibe korrekt im Kamerabild angezeigt werden.
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Arbeitsweise
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Der Prozessor empfängt von der Kamera kontinuierlich einen Videostream und kann diesen optional auch über ein Netzwerk weiterleiten. Ebenso wird der Prozessor von einer Treffererkennungseinrichtung über Zeitpunkt und Position eines Treffers auf die Zielscheibe informiert. In den meisten Fällen wird die Treffererkennungseinrichtung durch eine Drucksensorenmatrix in Verbindung mit einem Kontroller (5) realisiert. Im Moment eines Treffers wird das aktuelle Kamerabild (3) als Momentaufnahme vom Prozessor zur Analyse des Wurfes herangezogen und optional, zusätzlich zum Trefferwert, über ein Netzwerk weitergeleitet.
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Für die Wurfanalyse durch die Software im Prozessor ist neben dem Trefferwert das Farbkontrastmuster auf der Abwurfmarkierung in der Momentaufnahme entscheidend. Hier kann durch Bildanalyse überprüft werden, ob der Spieler sich im Moment des Wurfes an einer legalen Position befand. Eine potentielle Regelwidrigkeit wirkt sich sofort auf den Trefferwert aus, wird also vom System aktiv erkannt.
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Für die Wurfanalyse durch den Gegenspieler sind der Trefferwert, die Abwurfmarkierung und die durch das Spiegelsystem eingeblendete Zielscheibe in der empfangenen Momentaufnahme entscheidend. Hier kann erkannt werden, ob der Wurf wirklich vom Spieler an der Wurfposition kam. Eine vom Gegenspieler erkannte Regelwidrigkeit kann beanstandet und anhand der gespeicherten Momentaufnahme von einer unparteiischen Instanz überprüft werden.
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Praktische Anwendung am Beispiel eines Netzwerk-Live-Spieles
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Spieler A startet die Apparatur und wird ggf. von der Software aufgefordert, die Abwurfmarkierung in den im Kamerabild markierten Bereich zu legen. Daraufhin wird das Farbkontrastmuster auf der Abwurfmarkierung von der Software analysiert und bei Einhaltung der richtigen Proportionen ein OK ausgegeben. Der Spieler meldet sich auf einem zentralen Server an oder gibt Spieler B auf anderem Wege seine IP-Adresse. Spieler B startet auch seine Apparatur in den beschriebenen Schritten und verbindet sich mit Spieler A durch eine direkte Peer-to-Peer Verbindung oder über einen Server.
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Beide Spieler können sich selbst, und bei Livespielen wahlweise auch einen Videostream des jeweiligen Gegenspielers auf einer Anzeige sehen. Nach Begrüßung und Einstellung der vereinbarten Spielregeln wird das Spiel gestartet. Spieler A stellt sich nun auf die Abwurfmarkierung und macht drei Würfe. Das im Treffermoment aufgenommene Bild wird dabei von der Software im Prozessor ausgewertet. Ein ungültiger Wurf wird somit dem Spieler als Fehlwurf angerechnet. Ebenfalls wird das Bild sofort an Spieler B gesendet. Ein von der Software nicht erkannter Betrugsversuch, z. B. eine manipulierte Zielscheibe, kann also in zweiter Instanz immer noch vom Gegenspieler erkannt und moniert werden. Da die bei Treffer ausgelösten Momentaufnahmen oder auch ganze Videosequenzen optional auch auf einem Server gespeichert werden können, lassen sich diese Bilder oder Videos auch optimal zur Schlichtung von Streitfragen heranziehen.
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Nachdem Spieler A alle Darts geworfen hat, bekommt Spieler B das Startsignal. Auch die von ihm getätigten Würfe werden von der Software ausgewertet und zusätzlich an Spieler A gesendet.
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Vorteile der Apparatur im Vergleich zum Stand der Technik
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Durch das Zusammenwirken der Komponenten der Vorrichtung ist die Kontrolle regelkonformer Spiele mit einfachen Mitteln auch bei Online-Spielen gegeben. Die Vorrichtung ist vor allem im Heim-Bereich, aber auch gut in öffentlichen Dartspiel-Automaten einsetzbar. Sie weist im Vergleich zum Stand der Technik vor allem folgende Vorteile auf:
Zusätzliche Kameras sind in der Regel entbehrlich, da eine Kamera für alle Kontrollfunktionen genutzt werden kann. Das ermöglichet eine einfachere Verarbeitung und Weitergabe der Bilddaten. Es sind durch Bildanalyse Plausibilitätskontrollen der korrekten räumlichen Entfernungen einzelner Objekte zueinander möglich. Statt nur die Einhaltung eines Mindestabstands zu prüfen ist auch die Existenz eines Spielers erkennbar und dessen aktueller Abstand zur Zielscheibe messbar. Die Erfassung der Abwurfmarkierung durch die Kamera gelingt auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen, wohingegen eine Laserlinienerfassung auf zu hellem Boden fehleranfällig ist. Der technische Aufwand und die damit verbundenen Herstellungskosten sind geringer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abwurfmarkierung mit Farbkontrastmuster
- 2
- Kamera (auf Spieler und Abwurfmarkierung gerichtet)
- 3
- Lichtumleitungssystem (spezieller Spiegelsystem) zum Einblenden der Zielscheibe
- 4
- Zielscheibe (z. B. Dartscheibe)
- 5
- Mikrokontroller mit Treffersensor, Bedienelementen und/oder PC-Abschlussmöglichkeit
- 6
- Dockingstation für einen mobilen Computer (z. B. Tablet)
- 7
- Optional angeschlossenes Tablet als Prozessor und Anzeigemittel
- 8
- Trittfläche der Abwurfmarkierung (Innenfläche)
- 9
- Begrenzungsfläche der Abwurfmarkierung
- 10
- Im Kamerabild durch Spiegelsystem eingeblendete Zielscheibe
- 11
- Im Kamerabild durch Software eingeblendete Wurfdaten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29901577 U1 [0003]
- EP 1639560 B1 [0003]
