DE3805450A1 - Anordnung und verfahren zur bestimmung der flugweite - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Weite von sich auf Flug-, Sprung- und Wurfbahnen bewegenden Körpern, vorzugsweise der Sprung­ weite von Skispringern.

Es ist bekannt, Weitenmessungen z. B. beim Skispringen mit direkten, subjektiven, visuellen Verfahren durchzu­ führen. Zur Objektivierung wurde eine Vielzahl Weiten­ richter eingesetzt. Aber auch dies konnte kaum zu einer erhöhten Genauigkeit der Weitenbestimmung führen, da die Trägheit des menschlichen Auges damit nicht beseitigt ist.

Zur Überwindung dieses Zustandes wurde ein induktives Weitenmeßsystem entwickelt, bei dem quer zur Aufsprungbahn­ längsachse vor Beginn des Winters entsprechend der Sprung­ weitenstufung aus parallelen Drähten gebildete Induktions­ schleifen im Aufsprunghang verankert wurden. Ein auf dem Ski des Springers befindlicher Dauermagnet kann in hin­ reichender Nähe zu den Induktionsschleifen in diesen eine auswertbare Spannung erzeugen, die mit weiterer Annäherung zunimmt. Den Induktionsschleifen ist deshalb ein Komparator mit justierbarer Schwelle nachgeordnet, der in Abhängigkeit von der Schneehöhe und Flugbahn/-geschwindigkeit so zu justieren ist, daß er nur dann anspricht, wenn der auf dem Ski montierte Magnet nur noch eine derartige Höhe über den Induktionsschleifen hat, daß er die nächste Induktionsschleife nur noch gleitend überquert. Nachtei­ lig sind die hohen Investitionskosten zur lagesicheren Verlegung der Induktionsschleifen, die problematische Justierung der Komparatorschwellen und ihre relativ hohe Störanfälligkeit und die Tatsache, daß die Sprung­ weite auf das Profil der unter der Schneedecke 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 Licht­ schranken verwendet, zumal noch die zusätzliche Abhängig­ keit von Nebel und Schneefall zu berücksichtigen ist.

Ein weiteres Verfahren verwendet im Aufsprunghang definiert angeordnete Schallempfänger, bei dem aus den Schallauf­ zeitdifferenzen des beim Aufsprung erzeugten Geräusches zu diesen Empfängern der Landepunkt und damit die Weite be­ stimmt 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 erfordern. So sind Vorrich­ tungen bekanntgeworden, 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 zulassen muß, was bisher nicht gelungen ist.

Ein anderes Verfahren nutzt ebenfalls eine am Ski ange­ brachte 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 Nach­ teile einer zusätzlich angebrachten Vorrichtung.

Durch die Erfindung sollen ein Verfahren und eine An­ ordnung geschaffen werden, wodurch eine objektive, auch nachträglich überprüfbare, Sprung-, Wurf- und Flugweiten­ messung, auch auf nicht ebenen Landeflächen gestattet wird, ohne daß am fliegenden Objekt zusätzliche Vorrich­ tungen benötigt werden, ausschließlich mit transportablen Geräten gearbeitet und gleichzeitig eine hohe Störsicher­ heit gewährleistet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine An­ ordnung zur Bestimmung der Flugweite von vorzugsweise Flügen, Sprüngen, Würfen mittels mobiler Ausrüstungen, ohne zusätzliche Vorrichtungen an den bewegten Körpern und zur nachträglichen Prüfung geeignet, zu schaffen.

Die Aufgabe löst zum einen ein Verfahren erfindungs­ gemäß dadurch, daß in einem oder mehreren in ihrer Lage bestimmten Punkten Meßkameras aufgestellt werden, für deren Bilder die Daten der inneren und äußeren Orientierung bekannt sind, die mindestens die Landeszene des bewegten Körpers aufnehmen, die Bilder und die Orientierungsdaten gespeichert werden und nachfolgend oder parallel zur Aufnahme in Bezug gesetzt werden zu dem ebenfalls abge­ speicherten Profil der aktuellen Landefläche und daraus die Weite bestimmt wird.

Letzteres erfolgt entweder, indem man den Bildern der Kamera(s) ein aus Längs- und Weitenlinien gebildetes perspektiv- und lagegetreues Netz, das die Landebahnober­ fläche originalgetreu nachbildet und das aus dem aktuell ermittelten Landeprofil unter Verwendung der Daten der inneren und äußeren Orientierung abgeleitet wurde, über­ lagert und die Weite, die entsprechend dem gegebenen Algorithmus der Weitenbestimmung als Linienfeld im ent­ standenen Mischbild vorliegt, direkt abliest oder inter­ poliert, wenn man die aufgenommene Landeszene mit einge­ paßtem Gitter-Profil-Raster nachfolgend im Zeitlupenver­ fahren auswertet.

Oder man errechnet aus den Bildkoordinaten des verfolgten Körpers und den Daten der Orientierung der Bilder reale oder virtuelle Bahnkurven der bewegten Körper, wobei der Durchstoßpunkt der realen Bahnkurve durch die Landefläche den Landepunkt und damit die Weite bestimmt bzw. diese durch die Unstetigkeit der virtuellen Bahnkurve auf einer regelmäßigen Landebahn fixiert ist.

Die Aufgabe löst zum anderen eine Anordnung, in der mindestens eine Kamera sowie den Oberflächenverlauf des Landebereichs beschreibende Mittel mit einer Auswerte­ einheit verbunden sind und die Auswerteeinheit mit einer Anzeigeeinheit gekoppelt ist.

Dabei besitzt die Kamera eine der Bewegungsgeschwindig­ keit des bewegten Objektes und der geforderten Meß­ genauigkeit entsprechende Bildfolgefrequenz. Dabei kann die Auswerteeinheit zum einen aus einem Bildspeicher für Zeitlupendarstellung und einem Gitter­ netzgenerator oder zum anderen aus einem Bildspeicher und einem Bildverarbeitungssystem bestehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit Kamera, einen Tachymeter, einer Auswerteeinheit mit Bildspeicher und Gitter­ generator und einer Anzeigeeinheit.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit Kamera, einem Tachymeter, einer Auswerteeinheit mit Bildspeicher und Bildver­ arbeitungssystem sowie einer Anzeigeeinheit.

In Fig. 1 ist in der schematischen Zeichnung beispiels­ weise eine Skisprunganlage dargestellt. Als Bezugspunkt für Sprungweitenermittlungen gilt der Schanzentisch 1. Im geodätisch bestimmten Meßpunkt 2 befindet sich ein Tachymeter 3, mit dem eine hinreichende Anzahl von Punkten 4 auf der Oberfläche der Aufsprungbahn geodätisch aufgenommen werden. Aus ihnen berechnet man in einer Auswerteeinheit 5, bestehend aus einem Gitternetzgenerator, vorzugsweise einem elektronischen Rechner mit entsprechendem Interface, und einem Bildspeicher für Zeitlupendarstellungen, das reale Profil der Aufsprungbahn, die dann in gleiche Längsstreifen und entsprechend dem Weitenalgorithmus er­ mittelte, dazu rechtwinklig verlaufende Weitenlinien ge­ gliedert wird. In einem bezüglich seiner Lage zum Schan­ zentisch 1 geodätisch bekannten Aufnahmepunkt 6, wobei Meßpunkt 2 und Aufnahmepunkt 6 auch identisch sein können, befindet sich eine vorzugsweise elektronische Kamera 8 für deren Bilder die Orientierungsdaten bekannt sind und ebenfalls dem Gitternetzgenerator 5 übermittelt werden, wobei sie konstant aber auch veränderbar sein können. Unter Berücksichtigung dieser Werte bestimmt der Gitternetzgenerator der Auswerteeinheit 5 ein aus Aufsprungsbahnlängs- und Weitenlinien gebildetes Modell, das unter Nutzung eines Videogenerators dem Bild der Kamera 8 überlagert und gemeinsam mit ihm vorzugsweise über 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 Paralle­ lität zu den Aufsprungsbahnlängslinien. 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, das Profilliniennetz erst bei der Zeitlupenwiederholung in das Bild einzublenden.

Eine andere mögliche Ausführungsform ist in Fig. 2 schema­ tisch 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 Auswerteeinheit 5, vorzugsweise einem elektro­ nischen Rechner, daraus das aktuelle Oberflächenprofil der Aufsprungbahn ermittelt und abgespeichert. In vorzugs­ weise 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 Orientierungs­ daten, konstant oder variabel, bekannt sind, die die Landeszene der Skispringer verfolgen. Die Bilder und Orientierungsdaten der Kameras 8 und 9 werden eben­ falls der Auswerteeinheit 5 zugeführt und abgespeichert. Parallel zur Aufnahme der Landeszene, oder aber auch nachfolgend, werden in den Bildern der Kameras die Bild­ koordinaten des bewegten Körpers, bzw. ein oder mehrere Punkte davon, bestimmt und unter Beachtung der Orien­ tierungsdaten der zugehörigen Kamera die Richtung ermittelt, die der (die) Zielpunkt(e) am bewegten Körper im Zeitpunkt der Aufnahme relativ zum jeweiligen Aufnahmestandpunkt 6 oder 7 hatte. Da zeitsynchron in beiden Aufnahmepunkten Bilder vorliegen, aus denen derartige Richtungsvektoren zeitgleich abgeleitet werden, läßt sich mittels Auswerte­ einheit 5 durch Bestimmung des Schnittpunktes der beiden Richtungsvektoren ein Bahnpunkt auf der Flugkurve des Körpers ermitteln. Aus einer hinreichenden Anzahl derartiger Bahnpunkte, insbesondere aus dem letzten Teil der Flugbahn, 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 ermöglicht eine vollautomatische Er­ mittlung des Landepunktes, ist aber technisch aufwendiger als die erste dargestellte Ausführungsform. Sie kann noch dahingehend modifiziert werden, daß nur auf einer Seite der Aufsprungbahn vorzugsweise eine Kamera steht, ebenfalls ein Richtungsvektor zum bewegten Objektpunkt ermittelt und die Spur dieses Richtungsvektors auf der regelmäßig gestalteten Landefläche verfolgt wird. Sie hat, solange der bewegte Körper noch nicht den Landepunkt erreicht hat, bezogen auf die Oberfläche der Landebahn Bewegungskomponenten in und quer zur Landerichtung, die vom Landepunkt an nur noch in Landerichtung auftreten. Auf diese Weise kann auch nur mit einer Kamera der Landepunkt bestimmt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung der Flugweite von Körpern, deren Bewegungsgeschwindigkeit eine visuelle Feststellung des Landepunktes nicht mehr hinreichend exakt zuläßt, die Körper bei ihrer Landung sich weiterbewegend keine aus­ reichend anmeßbare Markierung hinterlassen und in Bildern des Landevorgangs visuell keine räumliche Gliederung erkennbar ist, vorzugsweise in einem nicht ebenen und/ oder geneigten Landebereich, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Landebereichs zur Durchführung der Weitenbestimmung durch Erfassung einer entsprechenden Anzahl geodätischer Punkte innerhalb ihres Verlaufes ermittelt, aus diesen Werten nachfolgend eine mathema­ tische Profilfunktion zu ihrer Beschreibung abgeleitet wird, daß die Landung der bewegten Körper mittels einer über die notwendige Bildfolgefrequenz verfügenden Kamera von einem in seiner Lage zum Startpunkt des Fluges, Sprunges, Würfen bei bekannten Positionen ihres Standortes verfolgt wird, die Werte der Elemente der inneren und äußeren Orientierung der aufgenommenen Bilder ermittelt werden und daß durch Korrelation der mathematischen Profilfunktion mit der Flugbahnkurve und den Orientierungs­ daten im Landepunkt eine Weitenbestimmung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise eine Kamera eingesetzt wird, deren Bilder ein die Landebahn deckendes Netz von proje­ zierter Flugbahn und dazu rechtwinklig verlaufendene Weitenlinien, wobei letztere gemäß dem Weitenbestimmungs­ algorithmus berechnet werden, unter Berücksichtigung der inneren und äußeren Bildorientierung perspektiv- und lagegetreu überlagert wird und die Weite direkt an den Weitenlinien abgelesen oder interpoliert wird, wobei die Landeszene zur Auswertung im Zeitlupenver­ fahren betrachtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß vorzugsweise zwei Kameras eingesetzt werden, die im Vorwärtseinschnitt den bewegten Körper verfolgen, daß aus den Bildkoordinaten des Körpers und den Orientierungsdaten der Bilder die Bahnkurve des be­ wegten Körpers ermittelt und der Durchstoßpunkt dieser Kurve durch die Oberfläche der Landebahn, und damit die Weite, bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nur auf einer Seite der Landefläche vorzugsweise eine Kamera eingesetzt wird, die den bewegten Körper verfolgt, daß aus den Bildkoordinaten des Körpers sowie den Orientierungsdaten der Bilder eine virtuelle Bahnkurve auf der Oberfläche der regelmäßig geformten Landefläche ermittelt und aus der Unstetigkeitsstelle dieser virtuellen Bahnkurve der Landepunkt und damit die Weite bestimmt wird.

5. Anordnung zur Bestimmung der Flugweite vorzugsweise in einem nicht ebenen und/oder geneigten Landebereich gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine Kamera sowie den Oberflächenverlauf des Landebereichs be­ schreibende Mittel mit einer Auswerteeinheit verbunden sind und die Auswerteeinheit mit einer Anzeigeeinheit gekoppelt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera eine der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegten Objektes und der geforderten Meßgenauigkeit entsprechende Bildfolgefrequenz besitzt.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus einem Speicher für die Bilder der Kamera, einem Gitternetzgenerator sowie einer Verbindung zwischen beiden besteht.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus einem Bildspeicher für die Kamera und einem daran angeschlossenen Bildverarbeitungssystem besteht.