DE9420915U1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Ballauftreffpunktes - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung eines BallauftreffpunktesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
des Auftreffpunktes eines Balles auf einem ebenen Spielfeld.
Verschiedene Sportarten, z.B. Tennis oder Squash, werden auf einem ebenen Spielfeld mit einem Ball ausgeübt,
wobei es während des Spiels darauf ankommt, den Ball in verschiedenen vorbestimmten Bereichen des Spielfeldes
auftreffen zu lassen. Die Lage des Auftreffpunktes entscheidet
darüber, ob einem Spieler ein Punkt zuzusprechen ist oder nicht.
Die Lage des Auftreffpunktes kann visuell von den Spielern
selbst oder von Schiedsrichtern bestimmt werden. Als Hilfsmittel werden dabei auch optische Meßeinrichtungen
verwendet, mit denen feststellbar ist, ob der Ball auf einer bestimmten Linie aufgetroffen ist. Es
ist jedoch nicht möglich, beliebige Auftreffpunkte auf
dem Spielfeld ohne die Mitwirkung der Spieler oder der Schiedsrichter zu bestimmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der der Auftreffpunkt
eines Balles auf einem Spielfeld ohne die Mitwirkung von Spielern oder Schiedsrichtern bestimmbar
ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Kern der Erfindung ist die Erkenntnis, daß das beim Auftreffen des Balles auf einem Spielfeld entstehende
Auftreffgeräusch zur Bestimmung des Auftreffpunktes verwendbar ist. Die Lage des Balles im AuftreffZeitpunkt
wird mittelbar über den Ausgangspunkt des Auftreff geräusches, das von dem Ball im Auf treff Zeitpunkt
erzeugt wird, ermittelt. Das Auftreffen des Balles wird
dabei als Signalguelle benutzt.
Grundsätzlich können sowohl Laufzeitunterschiede der
Schallwellen als auch Schalldruckunterschiede zur Bestimmung des Auftreffpunktes des Balles auf dem ebenen
Spielfeld verwendet werden, da beide Unterschiede die Entfernung des Auftreffpunktes zu einem Sensor repräsentieren.
Da die als Sensoren vorgesehenen Mikrophone im Gegensatz zu optischen Sensoren richtungsunabhängig arbeiten,
kann unabhängig davon, ob der Ball auf einer bestimmten Linie oder abseits von dieser an einer beliebigen
Stelle des Spielfelds auftrifft, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Auftreffpunkt des Balles
bestimmt werden. Die Mikrophone bieten darüber hinaus
den Vorteil, daß sie preisgünstiger sind als optische Sensoren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind mindestens drei Mikrophone vorgesehen, die das Auftreffgeräusch registrieren und die ihre Signale an
eine Auswerteeinheit weitergeben. Die Auswerteeinheit umfaßt eine Zeitmeßeinrichtung, die auf der Grundlage
der von den Mikrophonen gelieferten Signale die Laufzeitunterschiede der Schallwellen des Auftreffgeräusches
vom Auftreffpunkt zu den einzelnen Mikrophonen ermittelt. Aus den von der Zeitmeßeinrichtung gelieferten
Laufzeitunterschieden ermittelt die Auswerteeinheit den Auftreffpunkt. Die Ermittlung der Laufzeitunterschiede
zur Bestimmung des Auftreffpunktes ist mit einfachen Mitteln und hoher Genauigkeit durchführbar.
Vorzugsweise ermittelt die Auswerteeinheit aus einem gelieferten ersten Laufzeitunterschied zwischen einem
ersten und einem zweiten Mikrophon eine erste Auftreffstandlinie und aus einem gelieferten zweiten Laufzeitunterschied
zwischen dem zweiten und einem dritten Mikrophon eine zweite Auftreffstandlinie. Die beiden Auftreff
Standlinien, die zwischen den beiden jeweils den Laufzeitunterschied liefernden Mikrophonen als Linien
gleicher Laufzeitdifferenz dem Verlauf sphärischer Hyperbeln
folgen, werden in einer Überlagerungseinrichtung überlagert, so daß durch Schnittbildung der beiden
AuftreffStandlinien die Lage des Auftreffpunktes ermittelt
wird. Das bei der Auswertung Anwendung findende Verfahren unterscheidet sich von der in der See- und
Luftfahrt angewandten Hyperbelnagivation dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur Schallwellen
ausgewertet werden und daß nur eine einzige Signalquelle vorhanden ist, nämlich im Auftreffpunkt des Balles.
Ferner sind mehrere, jeweils Empfängerpaare bildende Empfänger vorgesehen.
Wenn die Standlinien mit gleichem Laufzeitunterschied
in einem Standlinienspeicher gespeichert und aus diesem abrufbar sind, ist es möglich, eine Auswerteeinheit mit
geringer Rechenkapazität zu verwenden, da die Standlinien nicht jeweils neu zu ermitteln sind.
Um die Gefahr fehlerhafter Ortsbestimmungen zu reduzieren, ist es möglich, mehrere Hilfspunkte zu bestimmen
und den Auftreffpunkt durch Mittelwertbildung aus den Hilfspunkten zu errechnen. Vorzugsweise werden die
Hilfspunkte dadurch bestimmt, daß die vorhandenen Mikrophone, die paarweise eine Standlinie liefern, für
eine Hilfspunktbestimmung mehrfach verwendet werden.
Drei Mikrophone bilden dann jeweils drei Mikrophonpaare, die drei Standlinien liefern. Mit diesen drei
Standlinien können drei Hilfspunkte ermittelt werden.
Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit ergibt sich, wenn mehrere Vorrichtungen oder Mikrophon-Dreiergruppen
verwendet werden. Der technische Aufwand zur Bestimmung mehrerer Hilfspunkte wird besonders gering, wenn die
Signale von mindestens vier Mikrophonen mehrfach in drei Dreiergruppen verarbeitet werden, um sechs Hilfspunkte
zu ermitteln.
Wenn die Vorrichtung zur Überwachung eines Tennisplatzes verwendet wird, werden vorzugsweise sechs Mikrophone
an den Platzecken und im Bereich des Netzes aufge-
stellt. Die Signale der Mikrophone werden ausgewertet,
wobei die Mikrophone für jede Platzhälfte in eine Gruppe aus vier im Quadrat angeordneten Mikrophonen zusammengefaßt
werden, die je Platzhälfte sechs Hilfspunkte, zwischen denen interpoliert wird, liefern. Die an den
Enden des Netzes vorgesehenen Mikrophone werden dabei für beide Platzhälften verwendet.
Der Auftreffpunkt des Balles kann auch durch trigonometrische
Berechnung ermittelt werden, wenn vier Mikrophone vorgesehen sind, die an den Eckpunkten eines
Rechtecks angeordnet sind und deren Ortsdaten in der Auswerteeinheit gespeichert sind.
Wenn die Vorrichtung mit einer Erkennungsvorrichtung versehen ist, die für jedes Mikrophon das von diesem
aufgenommene Auftreffgeräusch des Balles aus Fremdgeräuschen herausfiltert, kann die Vorrichtung auch in
einer Umgebung verwendet werden, in der unterschiedliche Fremdgeräusche entstehen. Solche von der Erkennungsvorrichtung
auszufilternden Fremdgeräusche können z.B. die Stimmen von Spielern oder Zuschauern sein.
Eine besonders hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn die Erkennungsvorrichtung mit einer Digitalisiereinrichtung
versehen ist, die die Signale der Mikrophone digitalisiert, wobei die Erkennungsvorrichtung jeweils das Auftreff
geräusch aus den digitalisierten Signalen ermittelt.
Insbesondere wenn die Vorrichtung unter freiem Himmel eingesetzt werden soll, können Wind- und Temperaturunterschiede
auf dem Spielfeld die Schallausbreitung beeinflussen und so zu Fehlern führen. Um diese Fehler zu
kompensieren, kann eine Windkompensationseinrichtung vorgesehen sein, die mit einer Windmeßanlage für Windstärke
und Windrichtung verbunden ist und die mittels Windkorrekturwerten Windeinflüsse bei der Ermittlung
des Auftreffpunktes korrigiert. Eine Temperaturkompensationseinrichtung,
die mit mehreren die Temperatur auf dem Spielfeld messenden Thermometern verbunden ist,
kann vorgesehen sein, um die Temperatureinflüsse bei der Ermittlung des Auftreffpunktes mittels Temperaturkorrekturwerten
zu korrigieren. Temperatureinflüsse sind insbesondere dann zu berücksichtigen, wenn ein
Teil des Spielfeldes in der Sonne und ein anderer Teil im Schatten liegt.
Um die Lage des Auftreffpunktes des Balles auf dem Spielfeld im Hinblick auf die Spielregeln auswerten zu
können, ist ein Felddaten-Speicher vorgesehen, in den die Feldkoordinaten, beispielsweise die Koordinaten der
Grundlinie eines Tennisplatzes, unter Verwendung der Mikrophone und der Auswerteeinheit eingebbar sind.
Durch Geräuscherzeugung an den relevanten Punkten können so die Feldkoordinaten in den Felddaten-Speicher
eingespeichert werden, ohne daß von Hand vorzunehmende Weg- oder Winkelmessungen durchzuführen wären.
Die Auswertung der während eines Spiels ermittelten Auftreffpunkte wird durch eine Aufzeichnungsvorrichtung
erleichtert, die Auftreffpunkte und AuftreffZeitpunkte
aufzeichnet. Wenn die Erkennungsvorrichtung anhand des
Freguenzspektrums des Auftreffgeräusches erkennt, ob
der Ball auf dem Spielfeld, einem ersten oder einem zweiten Schläger auftrifft, können die Auftreffpunkte
den einzelnen Spielern zugeordnet werden. Vorzugsweise
ist die Vorrichtung mit einer Bewertungseinheit versehen, die einen Regelspeicher aufweist. Mit der Bewertungseinheit
kann ermittelt werden, ob der Ball in einem zulässigen Bereich des Spielfelds aufgetroff en ist.
Die Bewertungseinheit gibt dann die entsprechenden Bewertungssignale ab, so daß die Vorrichtung die Spieler
oder Schiedsrichter nicht nur bei der Bestimmung der Auftreffpunkte entlastet, sondern auch bei der Leitung
des Spiels.
Weitere Informationen über den Spielverlauf können von einer Interpretationseinrichtung geliefert werden, die
mit einem Schlagarten-Speicher versehen ist. In dem Schlagarten-Speicher sind Erfahrungsdaten abgelegt, aus
denen die Interpretationseinrichtung den Zwischenzeiten zwischen zwei AuftreffZeitpunkten Schlagart-Daten zuordnet.
Sind die Auftreffpunkte und AuftreffZeitpunkte
bekannt, kann die Interpretationseinrichtung die wahrscheinliche Flugbahn ermitteln und daraus den Schlag,
mit dem eine solche Flugbahn erzielt werden kann. Vorzugsweise ist die Aufzeichnungsvorrichtung derart ausgestaltet,
daß sie zusätzlich die Bewertungssignale und/oder die Schlagart-Daten aufzeichnet. Wenn eine
Ausgabeeinheit vorgesehen ist, können die Auftreffpunkte, AuftreffZeitpunkte, Bewertungssignale
und/oder Schlagart-Daten angezeigt oder zu Dokumentationszwecken ausgedruckt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung im
Zusammenhang mit der Beschreibung.
• · · · &idigr; &idigr;&idigr;&idigr;»
— film nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Bestimmung des Auftreffpunktes eines Balles in der Verwendung an einem
Tennisplatz,
Fig. 2 den Tennisplatz in Fig. 1 und ein Netz von Standlinien gleicher Laufzeitunterschiede zwischen
jeweils zwei Mikrophonen,
Fig. 3 den Tennisplatz in Fig. 1 mit vier Mikrophonen für eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei die Mikrophone dazu dienen, drei Hilfspunkte zu ermitteln, die den
Auftreffpunkt bestimmen, und
Fig. 4 den Tennisplatz in Fig. 1 mit vier Mikrophonen für eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei die Mikrophone derart angeordnet sind, daß der Auftreffpunkt aufgrund
trigonometrischer Berechnungen bestimmbar ist.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 10, die auf einem Tennisplatz 12 aufgestellt ist und die den Auftreffpunkt 14 eines Balles
auf einem auf dem Tennisplatz 12 abgegrenzten Spielfeld 16 bestimmt. Das Spielfeld 16 ist durch zwei
einander gegenüberliegende Grundlinien 18 und zwei einander gegenüberliegende Seitenlinien 20, die zusammen
ein Rechteck beschreiben, begrenzt. Innerhalb des Spielfelds 16 sind weitere Linien 22 zur Begrenzung der
Aufschlagfelder 24 markiert.
Die Vorrichtung 10 weist ein erstes Mikrophon 26, ein zweites Mikrophon 28 und ein drittes Mikrophon 30 auf.
Die von den Mikrophonen 26,28,30 registrierten Geräusche, nämlich Auftreffgeräusche und Fremdgeräusche wie
Stimmen o.a., werden als Signale an eine Auswerteeinheit 32 übertragen.
Die Auswerteeinheit 32 nutzt die Laufzeiten, die die beim Auftreffen eines Balles entstehenden Schallwellen
benötigen, um von dem AuftreffZeitpunkt zu den einzelnen
Mikrophonen 26,28,30 zu gelangen. Da der Auftreffzeitpunkt selbst zunächst nicht bekannt ist, können nur
die Unterschiede der Laufzeiten ermittelt werden. Um die Laufzeitunterschiede ermitteln zu können, werden
zunächst in einer Digitalisiereinrichtung 34, die Teil einer Erkennungsvorrichtung 3 6 der Auswerteeinheit 32
ist, die von den Mikrophonen 26,28,30 gelieferten Signale aufbereitet. Aufgrund des für das Auftreffen eines
Balls auf einem Spielfeld 16 charakteristischen Frequenzspektrums, das in einem für das menschliche
Gehör hörbaren Bereich, aber auch im Ultraschallbereich, liegen kann, ermittelt die Erkennungsvorrichtung
3 6 das vom Auftreffen eines Balls herrührende Geräusch
und leitet es an eine Zeitmeßeinrichtung 38 weiter. Auf diese Weise werden von der Erkennungsvorrichtung 36,
die als "noise gate" fungiert, Fremdgeräusche ausgefiltert.
Jedem der gefilterten Signale der Mikrophone 26,28,30
wird in der Zeitmeßeinrichtung 38 ein EingangsZeitpunkt
zugeordnet. Durch Vergleich des Eingangszeitpunkts des Auftreffgeräusches beim ersten Mikrophon 26 mit dem
Eingangszeitpunkt des Auftreffgeräusches beim zweiten Mikrophon 28 wird ein erster Laufzeitunterschied ermittelt.
In gleicher Weise wird aus dem EingangsZeitpunkt beim zweiten Mikrophon und dem Eingangszeitpunkt des
Auftreffgeräuschs beim dritten Mikrophon 30 ein zweiter Laufzeitunterschied ermittelt.
Die beiden ermittelten Laufzeitunterschiede werden von
der Zeitmeßeinrichtung 38 an einen Standlinien-Speicher 40 übertragen. In dem Standlinien-Speicher 40 sind erste
Standlinien 42 und zweite Standlinien 44 gleicher Laufzeitdifferenz gespeichert.
Die Standlinien 42,44, die den Verlauf sphärischer Hyperbeln
aufweisen, sind in Fig. 2 gezeigt. Der in Fig. 2 gezeigte Auftreffpunkt 14 zeichnet sich dadurch aus,
daß das beim Auftreffen entstandene Auftreffgeräusch zum Erreichen des zweiten Mikrophons 28 eine Laufzeiteinheit
länger benötigt hat als zum Erreichen des ersten Mikrophons 26. Aus diesem Laufzeitunterschied ergibt
sich die erste Auftreffstandlinie 46, die von dem Standlinien-Speicher 40 dem ersten Laufzeitunterschied
zugeordnet wird. Da das Auftreffgeräusch zum Erreichen des zweiten Mikrophons 28 ferner eine Laufzeiteinheit
länger benötigt hat als zum Erreichen des dritten Mikrophons 30, ordnet der Standlinien-Speicher 40 der
Laufzeitdifferenz zwischen dem zweiten und dem dritten Mikrophon 28,30 eine zweite Auftreffstandlinie 48 zu.
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Voraussetzung dafür, daß sich der Auftreffpunkt über die AuftreffStandlinien 46,48 ermitteln läßt, ist das
Bekanntsein der aktuellen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in der Luft. Um Witterungseinflüsse
auf die Standlinien zu berücksichtigen, kann die Schallgeschwindigkeit automatisch gemessen oder eingegeben
werden oder es kann, wie oben beschrieben, mit Hilfspunkten gearbeitet werden.
Die Daten der beiden AuftreffStandlinien 46,48 werden
an eine Überlagerungseinrichtung 50 übertragen. In der Überlagerungseinrichtung 50 wird aus den Daten der ersten
und zweiten AuftreffStandlinie der Auftreffpunkt des Balles ermittelt.
Die Daten des Auftreffpunktes werden an eine Windkompensationseinrichtung
52 übergeben, die mit einer Windmeßeinrichtung 54 für Windstärke und Windrichtung verbunden
ist. Je nach Windstärke und Windrichtung werden Windkorrekturwerte ermittelt, mit denen die Daten des
Auftreffpunktes der Überlagerungseinrichtung 50 korrigiert werden. Eine weitere Korrektur erfolgt in einer
Temperaturkompensationseinrichtung 56, die mit mehreren Thermometern 58 verbunden ist. Mit der Temperaturkompensationseinrichtung
können Temperaturunterschiede, die z.B. durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung entstehen,
ermittelt werden, um den Einfluß von Temperaturunterschieden auf die Bestimmung des Auftreffpunktes
zu kompensieren.
Die in den Kompensationseinrichtungen 52,56 berichtigten Daten des Auftreffpunktes sind Koordinaten, die
sich auf die Lage der Mikrophone beziehen. Sie werden
in einer Verknüpfungseinrichtung 59 mit den Daten eines
Felddaten-Speichers 61 verknüpft. Im Felddaten-Speicher 61 sind in einem eigenen Koordinatensystem die in der
Realität vorhandenen Felder und Begrenzungslinien des Spielfelds 16 als Felddaten in bezug auf die Mikrophone
26,28,30 gespeichert. Um eine für die Spieler leicht verständliche Aussage über die Lage des Auftreffpunktes
zu erhalten, werden durch Koordinatentransformation die auf die Mikrophone bezogenen Koordinaten des Auftreffpunktes
in das Koordinatensystem der Felddaten übertragen. Nach der Koordinatentransformation kann der Auftreffpunkt
in bezug auf das reale Spielfeld abgelesen werden. Dazu dient eine Ausgabeeinheit 60, die die
transformierten Koordinaten ausgibt. Zu den Daten, die von der Ausgabeeinheit 60 ausgegeben werden, gehören
neben den Ortsdaten des Auftreffpunktes auch die Daten
des AuftreffZeitpunkts, der durch Rückrechnung aus dem
Auftreffpunkt und den von der Zeitmeßeinrichtung ermittelten Daten bestimmt wird. Um diese Bestimmung durchzuführen,
ist die Ausgabeeinheit 60 mit der Zeitmeßeinrichtung 38 über eine Datenleitung verbunden.
Mit der Ausgabeeinheit 60 ist eine Bewertungseinheit 62 verbunden, die einen Regelspeicher 64 aufweist, mit
denen ermittelbar ist, ob der Ball in einem zulässigen Bereich des Spielfeldes 16 aufgetroffen ist. Der Regelspeicher
64 dient dazu, den Status eines Feldes, d.h. ob ein Auftreffen dort zulässig ist, entsprechend der
Spielregeln zu aktualisieren. Die Bewertungseinheit 62 vergleicht die Ortsdaten des Auftreffpunktes mit den
Daten der zulässigen Felder und entscheidet, ob der Auftreffpunkt zulässig, also "gut", ist oder nicht. Um
die Bewertung durchführen zu können, ist die Ausgangs-
- 13 -
position der Spieler in die Bewertungseinheit 62 eingebbar .
Eine ebenfalls mit der Ausgabeeinheit 60 verbundene Interpretationseinrichtung 66 ermittelt aufgrund von
Erfahrungswerten aus einem Schlagdaten-Speicher 68 Schlagartdaten, die den Zwischenzeiten zwischen zwei
AuftreffZeitpunkten zuzuordnen sind. Solche Schlagart-Daten
geben z.B. an, ob ein Schlag ein Grundlinienschlag war.
Um die Bewertung und die Interpretation durchzuführen, werden von der Ausgabeeinheit 60 Orts- und Zeitdaten an
die Bewertungseinheit 62 und die Interpretationseinrichtung 66 übergeben. Die Orts- und Zeitdaten umfassen
sowohl Angaben über das Auftreffen des Balles auf dem Spielfeld als auch Angaben über das Auftreffen des Balles
auf den Schlägern der Spieler. Zur Ausgabe werden die in der Bewertungseinheit 62 ermittelten Bewertungssignale
und die in der Interpretationseinrichtung 66 ermittelten Schlagart-Daten an die Ausgabeeinheit 60
übertragen, die diese ausgibt. Die Ausgabeeinheit 60 weist eine Aufzeichnungsvorrichtung 69 auf, die die
nacheinander von der Ausgabeeinheit 60 angezeigten Informationen aufzeichnet. Nach dem Spiel kann von der
Aufzeichnungsvorrichtung 69 ein Protokoll abgefragt werden. Auf diese Weise können statistische Daten über
das Spiel gewonnen werden.
Fig. 3 dient der Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung
des Auftreffpunktes eines Balles. Diese verbesserte Vorrichtung weist außer den im Zusammenhang mit Fig. 1
- 14 -
beschriebenen Vorrichtungsteilen zusätzlich eine nicht gezeigte Recheneinrichtung auf, mit der aus drei Hilfspunkten
der wahre Auftreffpunkt 114 ermittelbar ist. Die Hilfspunkte 72 werden von einer Überlagerungseinrichtung
geliefert, wobei ähnlich wie die zuvor im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen
Vorrichtungsteile Anwendung finden. Im Gegensatz zur in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform
weist die zweite Ausführungsform nach Fig. 3 außer drei Mikrophonen 126,128,130 noch ein viertes
Mikrophon 17 0 auf, so daß bei einer Verarbeitung der Signale der vier Mikrophone in Dreiergruppen drei
Hilfspunkte 72 ermittelt werden. Der wahre Auftreffpunkt 114 wird dadurch gewonnen, daß in dem durch die
Hilfspunkte 72 definierten Dreieck, dessen Zentrum ermittelt wird, das als Schnittpunkt der Winkelhalbierenden
definiert ist.
Fig. 4 dient der Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese
Vorrichtung weist vier Mikrophone 226,228,230,270 auf, die an den Eckpunkten eines Rechtecks aufgestellt sind.
Statt eines Standlinien-Speichers und einer Überlagerungseinrichtung weist die Vorrichtung ein Rechenwerk
auf, in dem aufgrund trigonometrischer Berechnungen der Auftreffpunkt ermittelt wird. Dazu werden jeweils für
die Winkel &agr;, &bgr;, &ggr;, &dgr;, e, &lgr;, &mgr; und &ngr; in den jeweils aus
dem Auftreffpunkt und zwei benachbarten Mikrophonen gebildeten Dreiecken Gleichungen nach dem Kosinussatz
ermittelt. Die aus dem Kosinussatz folgenden Gleichungen für das als Beispiel herausgegriffene Dreieck
[zweites Mikrophon 228 - drittes Mikrophon 230 - Auftreff punkt 214] lauten:
= m2 +a - 2 m2a cos &bgr;
m2 = a +In1 - 2 a In1 cos a,
wobei gilt:
a: ist die Entfernung zwischen den Mikrophonen 228,230,
In1: ist die Entfernung des Auftreffpunktes 214
zum zweiten Mikrophon 228 und
m2: ist die Entfernung des Auftreffpunktes 214
zum dritten Mikrophon 230.
Für die Entfernungen m1 und m2 ist bekannt, daß für sie
folgende Gleichung gilt:
In1 = m2 + &Dgr;&Tgr;2 · vSchaU,
wobei:
wobei:
AT2 der Laufzeitunterschied zwischen den beiden
Mikrophonen 228,230 und
vSchaU die Schallgeschwindigkeit ist.
Aus diesen Gleichungen und aus der Kenntnis der Bedingung, daß die beiden Winkel an einem Mikrophon jeweils
zusammen 90° betragen, wird der Auftreffpunkt 214 ermittelt.
- 16 -
Das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendete
Verfahren zur Bestimmung des Auftreffpunktes eines Balles auf einem ebenen Spielfeld zeichnet sich dadurch
aus, daß wegabhängige Eigenschaften des Auftreffgeräuschs von mindestens zwei Sensoren registriert werden
und daß von einer Auswerteeinheit auf der Grundlage der von den Mikrophonen gelieferten akustischen Signale der
Auftreffpunkt bestimmt wird.
Vorzugsweise wird das Auftreffgeräusch von mindestens
drei Mikrophonen erfaßt und zu der Auswerteeinheit übertragen, in der von einer Zeitmeßeinrichtung auf der
Grundlage der von den Mikrophonen gelieferten Signale die Laufzeitunterschiede der Schallwellen des Auftreffgeräusches
vom Auftreffpunkt zu den einzelnen Mikrophonen ermittelt werden, wobei von der Auswerteeinheit
aus den von der Zeitmeßeinrichtung gelieferten Laufzeitunterschieden den Auftreffpunkt ermittelt werden.
Der Auftreffpunkt kann dadurch ermittelt werden, daß von der Auswerteeinheit aus einem ersten Laufzeitunterschied
zwischen einem ersten und einem zweiten Mikrophon eine erste Auftreffstandlinie bestimmt wird,
daß von der Auswerteeinheit aus einem zweiten Laufzeitunterschied zwischen dem zweiten und einem dritten Mikrophon
eine zweite Auftreffstandlinie bestimmt wird und daß von einer in der Auswerteeinheit vorgesehenen
Überlagerungseinrichtung durch Schnittbildung der beiden ermittelten AuftreffStandlinien die Lage des Auftreff
punktes ermittelt wird.
Von der Auswerteeinheit können die Auftreffstandlinien
aus einem Standlinienspeicher, in dem Standlinien mit gleichem Laufzeitunterschied gespeichert sind, dadurch
bestimmt werden, daß aus den gespeicherten Standlinien
diejenigen auswählt werden, die den gemessenen Laufzeitunterschieden entsprechen. Von der Überlagerungseinrichtung
wird durch Schnittbildung der beiden ausgewählten Auftreffstandlinien die Lage des Auftreffpunktes
ermittelt. Bei dem Verfahren können mindestens vier Mikrophone den Auftreffpunkt dadurch ermitteln, daß
zunächst die Signale der Mikrophone in Dreiergruppen verarbeitet werden, um für jede Dreiergruppe einen
Hilfspunkt zu ermitteln und daß der Auftreffpunkt von der Auswerteeinheit aus den Hilfspunkten durch Mittelwertbildung
errechnet wird.
Gemäß einem anderen mit der Vorrichtung durchführbaren Verfahren wird von vier Mikrophonen, die an den Eckpunkten
eines Rechtecks angeordnet sind, das Auftreffgeräusch registriert, wobei von der Auswerteeinheit aus
den Signalen der Mikrophone und den Ortsdaten der Mikrophone der Auftreffpunkt durch trigonometrische Berechnung
ermittelt wird.
Bei dem Verfahren kann für jedes Mikrophon das von diesem aufgenommene Auftreffgeräusch des Balles von einer
Erkennungsvorrichtung aus Fremdgeräuschen herausgefiltert werden, was auch nach Digitalisierung der Geräusche
mit einem digitalen Filter erfolgen kann.
Vorzugsweise werden mit einer Windkompensationseinrichtung mittels Windkorrekturwerten die Windeinflüsse bei
der Ermittlung des Auftreffpunktes korrigiert. Mit einer
Temperaturkompensationseinrichtung, die mit mehreren die Temperatur auf dem Spielfeld messenden Thermometern
verbunden ist, werden Temperaturkorrekturwerten
- 18 -
Temperatureinflüsse bei der Ermittlung des Auftreffpunktes
korrigiert.
In einen Felddaten-Speicher können Feldkoordinaten unter Verwendung der Mikrophone und der Auswerteeinheit
eingegeben werden. Von einer Aufzeichnungsvorrichtung
können die Auftreffpunkte und Auftreffzeitpunkte aufzeichnet werden. Von der Erkennungsvorrichtung kann
anhand des Frequenzspektrums des Auftreffgeräuschs erkannt
werden, ob der Ball auf dem Spielfeld, einem ersten oder einem zweiten Schläger auftrifft. Von einer
Bewertungseinheit, die mit einem Regelspeicher versehen ist, kann ermittelt werden, ob der Ball in einem zulässigen
Bereich des Spielfeldes aufgetroffen ist. Von einer Interpretationseinrichtung werden aufgrund von
Erfahrungsdaten aus einem Schlagarten-Speicher den Zwischenzeiten zwischen zwei AuftreffZeitpunkten Schlagart-Daten
zugeordnet. Auch die Bewertungssignale und die Schlagart-Daten können von der Aufzeichnungsvorrichtung
aufgezeichnet werden. Von einer Ausgabeeinheit werden schließlich Auftreffpunkte, AuftreffZeitpunkte,
Bewertungssignale und/oder Schlagart-Daten angezeigt oder ausgedruckt.
Claims (1)
- ANSPRÜCHEVorrichtung zur Bestimmung des Auftreffpunktes (14;114;214) eines Balles auf einem ebenen Spielfeld (16) mit mindestens zwei das Auftreffgeräusch registrierenden Mikrophonen (26,28,30;126,128, 130,170;226,228,230,270) und mit einer Auswerteeinheit (32), die auf der Grundlage der von den Mikrophonen (26,28,30,-126,128,130,170,-226,228, 230,270) gelieferten Signalen den Auftreffpunkt (14;114;214) bestimmt.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei Mikrophone vorgesehen sind und daß die Auswerteeinheit (32) eine Zeitmeßeinrichtung (38) enthält, die auf der Grundlage der von den Mikrophonen (26,28,30) gelieferten Signale die Laufzeitunterschiede der Schallwellen des Auftreffgeräusches vom Auftreffpunkt (14) zu den einzelnen Mikrophonen (2 6,28,30) ermittelt, wobei die Auswerteeinheit (32) aus den von der Zeitmeßeinrichtung (38) gelieferten Laufzeitunterschieden den Auftreffpunkt (14) ermittelt.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (32) aus einem ersten Laufzeitunterschied zwischen einem ersten und einem zweiten Mikrophon (26,28) eine erste Auftreffstandlinie (46) bestimmt, daß die Auswerteeinheit aus einem zweiten Laufzeitunterschied zwischen dem zweiten und einem dritten Mikrophon (28,30) eine zweite AuftreffStandlinie (48) bestimmt und daß die Auswerteeinheit (32) eine Überlagerungsein-richtung (50) aufweist, in der durch Schnittbildung der beiden ermittelten Auftreffstandlinien (46,48) die Lage des Auftreffpunktes (14) ermittelt wird.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (32) zur Bestimmung der Auftreffstandlinien (46,48) einen Standlinienspeicher (40) aufweist, in dem Standlinien mit gleichem Laufzeitunterschied gespeichert sind, daß die Auswerteeinheit (32) aus den gespeicherten Standlinien diejenigen auswählt, die den gemessenen Laufzeitunterschieden entsprechen und die diese an eine Überlagerungseinrichtung (50) liefert, in der durch Schnittbildung der beiden ausgewählten Auftreffstandlinien (46,48) die Lage des Auftreffpunktes (14) ermittelt wird.5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Signale von Mikrophonen (26,28,30) mehrfach verwendet werden, um Hilfspunkte zu ermitteln und daß der Auftreffpunkt (14) von der Auswerteeinheit aus den Hilfspunkten durch Mittelwertbildung errechnet wird.6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens vier Mikrophonen (126,128,130,170) die Auswerteeinheit den Auftreffpunkt (114) dadurch ermittelt, daß zunächst die Signale der Mikrophone (126,128,130,170) in Dreiergruppen verarbeitet werden, um für jede Dreiergruppe einen Hilfspunkt (72) zu ermitteln und daß der Auftreffpunkt (114) von der Auswerte-- 21 -einheit aus den Hilfspunkten (72) durch Mittelwertbildung errechnet wird.7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier Mikrophone (226,228,230, 270) vorgesehen sind, die an den Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind und daß die Auswerteeinheit aus den Signalen der Mikrophone (226,228, 230,270) und den Ortsdaten der Mikrophone (226,228,230,270) den Auftreffpunkt (214) durch trigonometrische Berechnung ermittelt.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erkennungsvorrichtung (36) vorgesehen ist, die für jedes Mikrophon (2 6,28,30) das von diesem aufgenommene Auftreffgeräusch des Balles aus Fremdgeräuschen herausfiltert.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsvorrichtung (36) mit einer Digitalisiereinrichtung (34) versehen ist, die die Signale der Mikrophone (26,28,30) digitalisiert und daß die Erkennungsvorrichtung (36) jeweils das Auftreffgeräusch aus den digitalisierten Signalen ermittelt.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Windmeßanlage (54) für Windstärke und Windrichtung verbundene Windkompensationseinrichtung (52) vorgesehen ist, die mittels Windkorrekturwerten Windeinflüsse beider Ermittlung des Auftreffpunktes (14) korrigiert.11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperaturkompensationseinrichtung (56) vorgesehen ist, die mit mehreren die Temperatur auf dem Spielfeld messenden Thermometern verbunden ist und die mittels Temperaturkorrekturwerten Temperatureinflüsse bei der Ermittlung des Auftreffpunktes korrigiert.12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11/ dadurch gekennzeichnet, daß ein Felddaten-Speicher (61) vorgesehen ist/ in den die Feldkoordinaten unter Verwendung der Mikrophone (26,28,30) und der Auswerteeinheit (32) eingebbar sind.13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzeichnungsvorrichtung (69) vorgesehen ist, die Auftreffpunkte (14) und AuftreffZeitpunkte aufzeichnet.14. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungsvorrichtung (36) anhand des Freguenzspektrums des Auftreffgeräuschs erkennt, ob der Ball auf dem Spielfeld (16), einem ersten oder einem zweiten Schläger auftrifft.15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewertungseinheit (62) mit einem Regelspeicher (64) vorgesehen ist, in der ermittelt wird, ob der Ball in einem zulässi-• ·• ■• ·- 23 -gen Bereich des Spielfeldes (16) aufgetroffen ist und die entsprechenden Bewertungssignale abgibt.16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Interpretationseinrichtung (66) vorgesehen ist, die mit Erfahrungsdaten aus einem Schlagarten-Speicher (68) den Zwischenzeiten zwischen zwei Auftreffzeitpunkten Schlagart-Daten zuordnet.17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daJ3 die Aufzeichnungsvorrichtung (69) zusätzlich die Bewertungssignale und/oder die Schlagart-Daten aufzeichnet.18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabeeinheit (60) vorgesehen ist, mit der Auf treff punkte (14), Auftreff Zeitpunkte, Bewertungssignale und/oder Schlagart-Daten anzeigbar oder ausdruckbar sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9420915U DE9420915U1 (de) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Vorrichtung zur Bestimmung eines Ballauftreffpunktes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9420915U DE9420915U1 (de) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Vorrichtung zur Bestimmung eines Ballauftreffpunktes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9420915U1 true DE9420915U1 (de) | 1996-05-02 |
Family
ID=6918066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9420915U Expired - Lifetime DE9420915U1 (de) | 1994-12-30 | 1994-12-30 | Vorrichtung zur Bestimmung eines Ballauftreffpunktes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9420915U1 (de) |
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