DE202018001718U1 - Device and system for autonomous detection and evaluation of arrows - Google Patents
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- F42B6/02—Arrows; Crossbow bolts; Harpoons for hand-held spring or air guns
- F42B6/04—Archery arrows
Abstract
Gerät zur Erfassung von Pfeilen (9) in einem Ziel (11, 18), bestehend aus einer Rechnereinheit (1) mit Prozessor (2), Speicher (3) und Schnittstellen, sowie einer oder mehreren Kameras (4), und das mit Hilfe einer Software die Treffer, d.h. die Positionen der Pfeile im Ziel, aus den Bildern der Kameras errechnet.Apparatus for detecting arrows (9) in a target (11, 18), comprising a computer unit (1) with processor (2), memory (3) and interfaces, and one or more cameras (4), with the aid of a software's hits, ie the positions of the arrows in the target, calculated from the images of the cameras.
Description
Allgemeine Beschreibunggeneral description
Die Erfindung betrifft ein Pfeilerfassungsgerät und -system zur automatischen und autonomen Erfassung der Treffer beim Bogensport.The invention relates to an arrow detection device and system for the automatic and autonomous detection of hits in archery.
Beim Bogensport werden Pfeile
Zu Trainingszwecken oder im Wettkampf werden die getroffenen ,Ringe‛ oder Punkte gezählt. Auch spielt die Auswertung des Trefferbilds mehrerer Pfeile eine wichtige Rolle, um Fehler und Verbesserungspotenziale zu erkennen. Diese Auswertung der Treffer wird derzeit direkt am Ziel durch den Schützen oder einen Kampfrichter mit dem Auge vorgenommen. Die erzielten Ringe (Punkte) werden meist mit einem Stift und auf Papier notiert.For training purposes or in the competition the hit 'rings' or points are counted. The evaluation of the hit pattern of several arrows also plays an important role in identifying errors and potential for improvement. This evaluation of the hits is currently made directly at the target by the shooter or a referee with the eye. The obtained rings (dots) are usually noted with a pen and on paper.
Die Erfindung ersetzt diesen manuellen Prozess der Erfassung und Aufzeichnung der Treffer, sowie die Auswertung und Analyse des Trefferbilds und führt diese Aufgaben automatisiert und autonom durch. Hierzu verwendet das zentrale Erfassungsgerät
Funktionenfeatures
Folgende Funktionen sind mit dem erfindungsgemäßen Pfeilerfassungsgerät und -system möglich:
- • Automatisches Erkennen der Position des Geräts gegenüber dem Ziel und Korrektur der unterschiedlichen Blickwinkel (autonome Kalibrierung)
- • Automatische Erkennung auch mehrerer Zielauflagen auf der Zielscheibe und Erkennen deren Positionen als Punkte im Koordinatensystem der Zielscheibe (horizontale und vertikale Position der Mittelpunkte, Durchmesser der Zielauflagen)
- • Erfassung der Positionen der Pfeile als Punkt in einem Koordinatensystem der Zielscheibe (horizontale und vertikale Position) bereits wenige Sekunden nachdem der Pfeil im Ziel ankam.
- • Aufzeichnung dieser Positionen und dauerhafte Speicherung im Gerät
(6, 3) - • Anzeige des Treffers (z.B. die Anzahl getroffener Ringe und die Position des Pfeils) auf einem Display
(7) , welches mit dem Gerät verbunden wird. - • Speicherung von Parametern, die der Schütze für eine Folge von Pfeilen definiert hat, wie z.B. Einstellungen am Bogen, Umgebungsbedingungen, Art der Pfeile usw.
- • Möglichkeit des Abrufs der erfassten Treffer und der zugehörigen Parameter von einem beliebigen Endgerät aus (Mobiltelefon
(17) , PC(16) , Notepad, usw.) - • Drahtlose Vernetzung des Geräts mit diesen Endgeräten
(13, 19) - • Drahtlose Vernetzung
(19) auch mehrerer Geräte zu einem Gesamtsystem (z.B. bei Wettbewerben oder Trainings mit parallelem Schießbetrieb auf mehrere Ziele gleichzeitig) - • Möglichkeit der Steuerung des Geräts über damit verbundene Endgeräte (z.B. Starten und Stoppen der Erfassung, Durchführung eines Kalibrierungsvorgangs)
- • Mit Hilfe eines Bewegungsmelders
(5) kann das Gerät erkennen, wenn sich Personen im Bereich des Ziels aufhalten und somit die Erfassung von Treffern unterbrechen. Werden nach Ablauf einer festgelegten Zeit keine Personen mehr erkannt, wird die Treffererfassung wieder aufgenommen. - • Auslesen von RFID-Chips (RFID = radio-frequency identification) (10), die in den Pfeilen
(9) eingebaut sind und Zuordnung der RFID-Nummern zu den erkannten Pfeil-Positionen - • Zuordnung einer Menge von RFID-Nummern zu den einzelnen Schützen und damit Zuordnung von Pfeilen zu den Schützen.
- • Auswertung von Gruppen von Pfeilen hinsichtlich der Lage der Treffer (z.B. Berechnung der Streuellipse, des statistischen Mittelpunkts der Pfeilgruppe, Muster im Trefferbild, Abweichungen von einem idealen Muster)
- • Automatic recognition of the position of the device relative to the target and correction of the different viewing angles (autonomous calibration)
- • Automatic detection even of multiple target targets on the target and recognizing their positions as points in the coordinate system of the target (horizontal and vertical position of the centers, diameter of the target pads)
- • Detection of the positions of the arrows as a point in a coordinate system of the target (horizontal and vertical position) already a few seconds after the arrow arrived at the target.
- • Recording of these positions and permanent storage in the device
(6, 3) - • Display of the hit (eg the number of rings hit and the position of the arrow) on a display
(7) , which is connected to the device. - • Storing parameters that the shooter has defined for a sequence of arrows, such as arc settings, environmental conditions, type of arrows, etc.
- • Possibility of retrieving the recorded hits and the associated parameters from any terminal (mobile phone
(17) , PC(16) , Notepad, etc.) - • Wireless networking of the device with these devices
(13, 19) - • Wireless networking
(19) also several devices to a complete system (eg in competitions or training with parallel shooting operation on several targets at the same time) - • Possibility of controlling the device via connected terminals (eg starting and stopping the acquisition, performing a calibration procedure)
- • With the help of a motion detector
(5) The device can detect when people are in the area of the target and thus interrupt the detection of hits. If no persons are detected after a set time has elapsed, the detection of hits is resumed. - • Readout of RFID chips (RFID = radio-frequency identification) (10), shown in the arrows
(9) are installed and assignment of the RFID numbers to the detected arrow positions - • Assignment of a set of RFID numbers to the individual shooters and thus assignment of arrows to the shooter.
- • Evaluation of groups of arrows with regard to the location of the hits (eg calculation of the scattering ellipse, the statistical center of the arrow group, patterns in the hit image, deviations from an ideal pattern)
Technischer Aufbautechnical structure
Das erfindungsgemäße technische Pfeilerfassungsgerät und -system besteht aus folgenden Komponenten, von denen einige optional sind und nur bei vollem Funktionsumfang notwendig sind.
- • Rechnereinheit
(1) mit Prozessor(2) , Speicher(3) und Schnittstellen zum Anschluss mehrerer Peripheriegeräte(7, 8) sowie einer Netzwerkschnittstelle(19) - • Spezielle Software, die die oben beschriebenen Funktionen auf der Rechnereinheit
(1) ausführt - • 1 oder mehrere Kameras
(4) , die mit der Rechnereinheit(1) verbunden sind - • 1 oder mehrere Bewegungsmelder
(5) , die mit der Rechnereinheit(1) verbunden sind - • Gehäuse
(6) , das die Rechnereinheit(1) , die Kameras(4) und die Bewegungsmelder(5) enthält - • Display
(7) , das mit der Rechnereinheit(1) verbunden werden kann (optional) - • RFID Lesegeräte
(8) zum Auslesen der RFID-Chips(10) in den Pfeilen(9) , das mit der Rechnereinheit(1) verbunden oder im Gerät verbaut sein kann (optional) - • Netzwerk-Router
(13) , der die drahtlose Verbindung(19) zwischen dem Gerät(12) , weiteren Geräten der gleichen Art sowie beliebigen Endgeräten (Mobiltelefone(17) , PCs (16)usw.) vermittelt (optional). - • Zusatzspeicher
(14) , der an den Netzwerk-Router (13)angeschlossen werden kann und der als Erweiterung des Speichers(3) der Rechnereinheit(1) dient (optional) - • Zusätzliches RFID Lesegerät
(15) , mit dem die RFID-Chips(10) in den Pfeilen(9) zu Beginn eines Trainings / Wettbewerbs registriert und so einem Schützen zugeordnet werden - • Display
(7) , das über das Netzwerk(19) mit dem Router(13) verbunden wird, und das als zentrale Anzeige bei mehreren Pfeilerfassungsgeräten(12) verwendet wird
- • computer unit
(1) with processor(2) , Storage(3) and interfaces for connecting multiple peripherals(7, 8) and a network interface(19) - • Special software that performs the above-described functions on the computer unit
(1) carries - • 1 or more cameras
(4) connected to the computer unit(1) are connected - • 1 or more motion detectors
(5) connected to the computer unit(1) are connected - • Casing
(6) that the computer unit(1) , the cameras(4) and the motion detectors(5) contains - • Display
(7) that with the computer unit(1) can be connected (optional) - • RFID readers
(8th) for reading out the RFID chips(10) in the arrows(9) that with the computer unit(1) connected or installed in the device (optional) - • Network router
(13) who has the wireless connection(19) between the device(12) , other devices of the same kind as well as any terminals (mobile phones(17) , PCs (16), etc.) (optional). - • Additional memory
(14) which can be connected to the network router (13) and used as an extension of the memory(3) the computer unit(1) serves (optional) - • Additional RFID reader
(15) with which the RFID chips(10) in the arrows(9) registered at the beginning of a training / competition and thus assigned to a shooter - • Display
(7) that over the network(19) with the router(13) and that as a central display with multiple arrow detection devices(12) is used
Stand der Technik und erfinderische SchrittePrior art and inventive steps
Die Basiskomponenten des Pfeilerfassungsgeräts und -systems entsprechen für sich genommen - bis auf die verwendete Software - dem Stand der Technik. Neuartig ist das Zusammenwirken diese Komponenten zur Erfüllung der spezifischen Aufgaben beim Bogensport.The basic components of the arrow detection device and system, taken alone - except for the software used - the state of the art. The interaction of these components to fulfill the specific tasks of archery is new.
Rechnereinheiten mit angeschlossenen Kameras werden häufig für Vermessungsaufgaben unterschiedlicher Art verwendet. Werden 2 Kameras zum Erfassen räumlicher Situationen verwendet, spricht man von Stereoskopie (siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Stereoskopie). Im Unterschied zur Stereoskopie werden in dem erfindungsgemäßen Pfeilerfassungsgerät auch mehrere Kameras nicht zur Gewinnung eines räumlichen Bilds verwendet, sondern um das Problem der Verdeckung eines Pfeils durch andere, bereits im Ziel steckende Pfeile, zu vermeiden. Daher kann das Pfeilerfassungsgerät grundsätzlich auch mit nur einer Kamera ausgestattet sein, die Erkennungsrate wird jedoch geringer sein als bei der Verwendung mehrerer Kameras. Der erfindungsgemäße Schritt besteht also an dieser Stelle darin, das Problem der gegenseitigen Verdeckung von Pfeilen zu erkennen und eine Lösung mit mehreren Kameras hierfür vorzusehen und die Software entsprechend zu gestalten (siehe Anspruch 1).Computer units with connected cameras are often used for surveying tasks of various kinds. If 2 cameras are used to detect spatial situations, it is called stereoscopy (see, for example, https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy). In contrast to stereoscopy, several cameras are not used to obtain a spatial image in the Pfeilerfassungsgerät invention, but to avoid the problem of obscuring an arrow by other, already stuck in the target arrows. Therefore, the arrow detection device may basically be equipped with only one camera, but the detection rate will be lower than when using multiple cameras. The step according to the invention therefore consists in recognizing the problem of the mutual concealment of arrows and providing a solution with several cameras for this purpose and designing the software accordingly (see claim 1).
Die Funktion der Kalibrierung von Kamerasystemen entspricht im Grundsatz ebenfalls dem Stand der Technik. Eine Recherche im DPMARegister zu den Stichworten ,Kamera‛ und ,Kalibrierung‛ im Titel ergibt 58 Treffer. Die meisten davon sind Verfahrenspatente, die sich auf eine bestimmte Situation beziehen, oder aber, es werden Kameras als solche optisch kalibriert, was eine andere Zielsetzung als die hier vorliegende ist. Die Neuartigkeit und der erfinderische Schritt beim Pfeilerfassungsgerät besteht darin, dass die genormten Zielauflagen beim Bogensport (= farbige konzentrische Kreise) für die Kalibrierung herangezogen werden, so dass eben keine speziellen Schritte seitens des Benutzers erforderlich sind, um die Kalibrierung durchzuführen, sondern das Pfeilerfassungsgerät dies autonom und automatisch durchführt (siehe Anspruch 1). Erst durch diese Kalibrierung ist es möglich, den ,Treffer‛ auszuwerten, d.h. die relative Position des Pfeils
Zusammengefasst bedeutet dies, dass ein Gerät, das automatisch und autonom die genaue Position von auf der Zielscheibe eintreffenden Pfeile mit Hilfe von einer oder mehreren Kameras erkennen kann, zum heutigen Zeitpunkt weder beschrieben noch realisiert worden ist. Darüber hinaus sind mehrere erfinderische Schritte notwendig, um solch ein Gerät zu konzipieren und zu realisieren.In summary, this means that a device that can automatically and autonomously detect the exact position of arrows arriving at the target with the aid of one or more cameras has not been described or realized at the present time. In addition, several inventive steps are necessary to design and implement such a device.
Damit das Gerät den Ablauf beim Bogentraining oder -wettkampf nicht stört, ist auch eine automatische Ablaufsteuerung erforderlich. Dies wird mit Hilfe der Bewegungsmelder
Die Identifizierung von Objekten mittels sogenannten RFID-Chips gehört zum Stand der Technik (siehe z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/RFID). Eine Vielzahl von Patentschriften beschreibt den Einsatz dieser Technologie in den unterschiedlichsten Anwendungsbeispielen. Die Patentschrift
Die Vernetzung mehrerer Geräte mit eingebauter Rechnereinheit zu einem Gesamtsystem entspricht sicherlich dem Stand der Technik. Neuartig ist hingegen die Vernetzung von automatischen Pfeilerfassungsgeräten zu einem Gesamtsystem, das den Ablauf eines Bogentrainings oder - wettkampfs mit parallelem Betrieb auf mehreren Bahnen automatisch und autonom unterstützt. Allein schon aus Sicherheitsgründen muss der Schießbetrieb synchron ablaufen, d.h. es dürfen sich an einer Zielscheibe keine Personen aufhalten, während an einer anderen Bahn Pfeile geschossen werden. Um dies zu gewährleisten, stellt das erfindungsgemäße System Möglichkeiten bereit, von zentraler Stelle aus (z.B. von einem im Netzwerk befindlichen PC, siehe (16)
Insbesondere bei Wettkämpfen ist es erforderlich, dass erkannte Treffer den einzelnen Schützen zugeordnet werden können. Da das Pfeilerfassungsgerät gemäß Anspruch 8 in der Lage ist, die RFID einzelner Pfeile zu erkennen, muss nun noch eine Zuordnung dieser IDs zu den Schützen erfolgen. Das System erreicht dies durch einen weiteren angeschlossenen RFID-Leser (siehe (15)
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- (1)(1)
- Rechnereinheitcomputer unit
- (2)(2)
- Prozessorprocessor
- (3)(3)
- SpeicherStorage
- (4)(4)
- Kamerascameras
- (5)(5)
- Bewegungsmeldermotion detector
- (6)(6)
- Gehäuse für PfeilerfassungsgerätHousing for pillar detection device
- (7)(7)
- Displaydisplay
- (8)(8th)
- RFID LesegerätRFID reader
- (9)(9)
- Pfeilearrows
- (10)(10)
- RFID Chips in PfeilenRFID chips in arrows
- (11)(11)
- Ziel / ZielauflageTarget / target circulation
- (12)(12)
- Mehrere Pfeilerfassungsgeräte auf parallelen SchießbahnenSeveral pillar detection devices on parallel shooting lanes
- (13)(13)
- WLAN RouterWLAN router
- (14)(14)
- Zusatzspeicheradditional memory
- (15)(15)
- RFID LesegerätRFID reader
- (16)(16)
- PCPC
- (17)(17)
- Mobiles EndgerätMobile terminal
- (18)(18)
- Ziele / ZielauflagenGoals / Goals
- (19)(19)
- FunknetzwerkWireless Network
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 202009005517 U1 [0012]DE 202009005517 U1 [0012]
Claims (15)
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Cited By (2)
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2018
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Patent Citations (1)
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