DE4233341C2 - Einrichtung zur Erkennung der Position eines Balles - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Erkennung der Position eines Balles, vorzugsweise eines Tennisballes, und zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Li­ nie, z. B. des Spielfeldrandes, wobei Empfangselemente vorgesehen sind, und gegebenenfalls Sendeelemente vorhan­ den sind und innerhalb des Balles eine passive, das Si­ gnal des Sendeelementes reflektierende Einheit angeordnet ist.

Bevorzugte Anwendungsgebiete sind dabei die Bestimmung des aktuellen Ortes von Bällen im Sport, insbesondere beim Tennis oder Fußball. In diesen Sportarten ist es mitunter erforderlich, präzise Positionsfeststellungen des Balles während des Spieles vornehmen zu können. Dabei muß beispielsweise festgestellt werden, ob der Ball eine Tor- oder eine Außenlinie passiert. Wünschenswert wäre es auch, die vollständigen Platzkoordinaten zum Zeitpunkt des Auftretens und gegebenenfalls die gesamte Flugbahn zu ermitteln.

Im Stand der Technik ist es bekannt, die Position des Balles durch Schieds- oder Linienrichter zu bestimmen. Diese Methode ist jedoch ungenau und beinhaltet die Mög­ lichkeit von Fehlentscheidungen. Es sind weiterhin Versu­ che bekannt, den Ball auf optischem Wege zu orten. Auch derartige Einrichtungen sind ungenau und beinhalten viele Fehlermöglichkeiten. Die bekannten optischen und elektro­ magnetischen Überwachungseinrichtungen weisen insbeson­ dere den Nachteil auf, daß fehlerhafte Anzeigen auftre­ ten, wenn die Grenzlinie bzw. das zu überwachende Feld nicht nur vom Ball, sondern auch von den Spielern über­ schritten wird.

Nach der DE-A 27 32 543 ist eine Vorrichtung und ein Ver­ fahren zur Überwachung einer durch eine Grenzlinie defi­ nierten Fläche im Raum bekannt, bei der entlang der Grenzlinie zwei linienförmige, elektromagnetische Wellen ausstrahlende Sendeeinrichtungen vorgesehen sind und entlang der Grenzlinie eine Empfangseinrichtung zum Emp­ fangen der vom Objekt abgestrahlten elektromagnetischen Wellen angeordnet ist. Das zu überwachende Objekt wird dabei mit einer Einrichtung zur Beeinflussung der elektromagnetischen Felder der Sendeeinrichtungen versehen. Dieser Einrichtung haftet der Nachteil an, daß die Signalanzeige nur beim Durchschreiten der Flächen erfolgt.

Aus der WO 89/00066 ist weiterhin ein Ballortungssystem gattungsgemäßer Art bekannt, das vorzugsweise für Tennis­ bälle eingesetzt wird. Auch dieses System dient der Über­ wachung des Durchlaufs eines Tennisballes durch eine vor­ gegebene Linie. Hierbei sind entweder unterhalb oder oberhalb auf dem Boden des Tennisfeldes elektromagneti­ sche Wellen ausstrahlende Sender und/oder Empfänger ange­ bracht, die ein vom Ball reflektiertes Signal auswerten und anhand der Amplituden der empfangenen Signale erken­ nen, ob der Ball im Feld oder außerhalb aufkam. Der Ten­ nisball muß dabei spezielle magnetische Eigenschaften aufweisen. Allen diesen Einrichtungen haftet der Nachteil an, daß sie nur den Durchgang des Balles durch eine vor­ gegebene Linie erfassen.

Die US-PS 5 150 895 erfaßt die Position eines Balles mit Hilfe eines Radarsystemes, bei dem ein Signal ausgesen­ det, von dem entsprechend präparierten Ball reflektiert und von der Sendestation wieder empfangen wird. Die Lauf­ zeit des Impulses aber auch die beiden Raumwinkel, aus denen das Signal zum Empfänger zurückkehrt sind hierbei zu erfassen. Letzteres bedeutet einen erheblichen bauli­ chen Aufwand.

Die DE 38 35 133 A1 und ähnlich auch die FR 26 54 945 A1 bestimmen die Position eines auf den Boden auftreffenden Balles anhand der hierbei ausgelösten und zur Positions­ messung genutzten Schallwellen. Das Überschreiten der Auslinie ohne Bodenkontakt, würde deshalb fälschlicher­ weise nicht zur Fehleranzeige führen. Vorgeschlagene Lö­ sungen müssen deshalb unbefriedigend bleiben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine präzise Positions­ feststellung des Balles während des Spieles vorgenommen werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß min­ destens zwei Empfangs- und Sendeelemente an verschiedenen Punkten in der Nähe der Linie angeordnet sind und daß die Position des Balles permanent dadurch bestimmt wird, daß eine Differenzbildung der Signale der Empfangselemente erfolgt, wobei die Laufzeitdifferenzen der von den Emp­ fangselementen aufgenommenen Signale ausgewertet werden.

Alternativ zur Lehre des Anspruchs 1 wird bei einer Ein­ richtung zur Erkennung der Position eines Balles, vor­ zugsweise eines Tennisballes, und zur Anzeige des Über­ schreitens einer vorgegebenen Linie, z. B. des Spielfeld­ randes, wobei Empfangselemente vorgesehen sind, vorge­ schlagen, daß im Ball eine aktive Sendeeinheit angeordnet ist, daß mindestens zwei Empfangselemente an verschie­ denen Punkten in der Nähe der Linie angeordnet sind und daß die Position des Balles permanent dadurch bestimmt wird, daß eine Differenzbildung der Signale der Empfangs­ elemente erfolgt, wobei die Laufzeitdifferenzen der von den Empfangselementen aufgenommenen Signale ausgewertet werden.

Der erfindungsgemäße Gedanke kann sowohl die Überwachung des Überschreitens einer Linie, als auch eine genaue Or­ tung des Auftreffpunktes des Balles in wenigstens zwei Koordinaten ermöglichen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Einrichtungen liegt darin, daß über Sende- und Meßeinheiten, die tatsächliche Posi­ tion des Balles mit hoher Präzision ermittelt werden kann.

Dabei bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: In einem ersten Fall befinden sich im Inneren des Balles Einheiten, die von fest positionierten Sendeelementen ausgestrahlte Impulse reflektieren und so eine Ortung des Balles ermöglichen. Der Vorteil dieser Form besteht darin, daß eine gesonderte Energieversorgung im Inneren des Balles entfällt. Durch die Anordnung mehrerer Sende- bzw. Empfangselemente kann durch eine Differenzmessung die Positionsermittlung erfolgen. Weiterhin ist es möglich, durch eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung zum Zeitpunkt des Auftreffens ein Signal auszusenden mit dem Zusatzeinrichtungen, beispielsweise Linienkameras oder Lichtschranken ausgelöst werden und die exakten Platzkoordinaten oder den gesamten Zeitpunkt des Auftreffens ermitteln und dokumentieren.

Im zweiten Fall ist im Innern des Balles eine aktive Sen­ deeinheit untergebracht, die zur Ortung genutzt wird.

Bevorzugt ist, die Sendeeinheit aus den Elementen Sender, Mikroprozessor und einem Energieversorgungsteil aufzu­ bauen. Es handelt sich hier um preisgünstig auf dem Markt zur Verfügung stehende Realisierungen von Sendeeinheiten.

Die reflektierende Einheit oder die Sendeeinheit können innerhalb des Balles als netzförmige Anordnung zwischen Gummikörper und Filz oder als elastische Aufhängung im Inneren des Balles realisiert sein.

Zur Identifizierung des Balles ist in einer Weiterbildung als bevorzugt erkannt, jedem Ball einen speziellen Erken­ nungscode zuzuordnen und zur Identifizierung auszusenden.

Im Falle der Verwendung einer aktiven und im Ball enthal­ tenen Sendeeinheit können vorteilhafterweise zusätzlich Informationen ausgestrahlt werden, die Angaben über Be­ schleunigung, Umdrehung, Innendruck, Art und Zeitdauer der Verformung des Balles gestatten. Zu diesem Zweck oder unabhängig davon können deshalb im Ball mehrere Sendeein­ heiten untergebracht sein.

Unter Nutzung des Doppler-Effektes kann die Geschwindig­ keit des Balles wie dessen Flugrichtung ermittelt und an­ gegeben werden. Somit lassen sich auch auf diesem Wege zusätzliche Informationen gewinnen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung der Empfangs- bzw. Sendeeinrichtungen am Beispiel eines Tennisplatzes,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Tennisball, der mit einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung ausgerüstet ist.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung auf einem Tennisfeld. Hierbei sind außerhalb des Spielfeldes an vier Stellen Empfänger E und zusätz­ lich an zwei Stellen Linienkameras LK angeordnet, die die Position des Tennisballs bei Überschreitung der betref­ fenden Linien ermitteln und signalisieren.

Fig. 2 zeigt im Ball eine kleine Energieeinheit EV, eine Detektor- bzw. Sendeeinheit D sowie einen Mikroprozessor M. Diese Elemente sind innerhalb des Balles zwischen Gum­ mikörper G und Filz F angebracht. Über das Sendenetz des Balles werden Signale gesendet, die von den außerhalb des Tennisfeldes stationierten Empfängern E empfangen werden. Die Auswertung dieser Signale ermöglicht dann Aussagen über die Position des Tennisballes. Dabei ist es möglich, daß die Signale kontinuierlich oder impulsartig gesendet werden oder daß das Auftreffen des Balles das Aussenden eines Signales auslöst.

Das Beispiel sieht vor, daß die Detektor/Sendeeinheit D in Form eines Netzes ausgebildet ist, wie das in Fig. 2 dargestellt ist. Über das Empfängernetz kann der Mikro­ prozessor M mögliche Signalkontakte feststellen und aus­ werten und dann über das gleiche Netz wiederum ein ent­ sprechendes Signal aussenden. Bei der Verwendung ununter­ brochener Signale ist es möglich, auf den Mikroprozessor M zu verzichten. Die Verwendung des Mikroprozessors M ge­ stattet eine energetisch günstigere Auslegung der erfin­ dungsgemäßen Anordnung bei höherer Meßgenauigkeit. Alle Bestandteile sind so ausgelegt, daß sie die physikali­ schen Eigenschaften eines Balles nicht bzw. nicht merkbar beeinflussen. Mit einer Anordnung mindestens zweier Emp­ fänger E kann durch Ermittlung der Laufzeitdifferenzen eine genaue Ortung erreicht werden. Ortsungenauigkeiten von wenigen Millimetern Differenz sind damit erreichbar. Die ununterbrochene Aussendung von Signalen ermöglicht andererseits eine exakte Berechnung der Flugbahn.

An den in Fig. 1 dargestellten Empfängern E ist es auch möglich, reflektierende Einheiten anzubringen. In diesem Fall ist der zu verfolgende Tennisball lediglich mit ei­ ner reflektierenden Einheit ausgerüstet. Besonders vor­ teilhaft ist dabei, daß weitere Elemente, wie Mikropro­ zessoren und insbesondere die zeitlich begrenzt wirksame Energieeinheit, hierbei nicht erforderlich sind.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Ball selbst zur Ortung verwendet wird, indem in sei­ nem Inneren aktive oder passive Bauteile angebracht sind. Dabei ist es einerseits möglich, daß Informationen des Detektor- bzw. Sendernetzes, die beim Auftreffen des Bal­ les auftreten, ein Signal erzeugen und somit durch Senden eines Zusatzsignals eine genaue Ermittlung der Ortskoor­ dinaten für diesen Punkt ermöglichen. Andererseits kann auch sowohl im verformten als auch im unverformten Zu­ stand des Objektes das Sendenetz ständig oder impulsför­ mig Signale aussenden bzw. reflektieren, die zur Lagebe­ stimmung verwendet werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Erkennung der Position eines Balles, vorzugsweise eines Tennisballes, und zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Linie, z. B. des Spiel­ feldrandes, wobei Empfangs- und Sendeelemente vorgesehen sind, und innerhalb des Balles eine passive, das Signal des Sendeelementes reflektierende Einheit angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Empfangs- und Sendeelemente an verschiedenen Punkten in der Nähe der Linie angeordnet sind und daß die Position des Balles permanent dadurch bestimmt wird, daß eine Differenzbil­ dung der Signale der Empfangselemente erfolgt, wobei die Laufzeitdifferenzen der von den Empfangselemen­ ten aufgenommenen Signale ausgewertet werden.

2. Einrichtung zur Erkennung der Position eines Balles, vorzugsweise eines Tennisballes, und zur Anzeige des Überschreitens einer vorgegebenen Linie, z. B. des Spiel­ feldrandes, wobei Empfangselemente-vorgesehen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß im Ball eine aktive Sendeein­ heit angeordnet ist, daß mindestens zwei Empfangselemente an verschiedenen Punkten in der Nähe der Linie angeordnet sind und daß die Position des Balles permanent dadurch be­ stimmt wird, daß eine Differenzbildung der Signale der Empfangselemente erfolgt, wobei die Laufzeitdifferenzen der von den Empfangselemen­ ten aufgenommenen Signale ausgewertet werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit aus einem Sender, einem Mikroprozes­ sor (M), und einem Energieversorgungsteil (EV) besteht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinheit elastisch im Inneren des Balles befestigt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an definierten Punkten innerhalb oder außerhalb das Spielfeldes zusätzlich optische Einrichtun­ gen, vorzugsweise Linienkameras (LK) oder Lichtschranken angebracht sind, die beim Passieren der zu überwachenden Linie durch den Ball ausgelöst werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ball angebrachte Sendeeinheit für jeden Ball einen speziellen Erkennungscode aussendet.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ball enthaltene Sendeeinheit zusätzliche Informationen ausstrahlt, die Aussagen über Beschleunigung, Umdrehung, Innendruck, Art und Zeitdauer der Verformung ermöglichen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Ball mehrere Sendeeinheiten befinden.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Messung des Doppler-Effektes die Geschwindigkeiten des Balles relativ zu den Empfangs­ stationen ermittelt werden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Einheit oder die Sendeeinheit innerhalb des Balles netzförmig zwischen Gummikörper und Filz angebracht ist.