EA008370B1 - Детектор забитых голов для определения объекта, проходящего через плоскость ворот - Google Patents

Abstract

Система для определения, прошел ли движущийся объект, такой как спортивный снаряд, например футбольный мяч или хоккейная шайба, через плоскость в пространстве, такую как плоскость спортивных ворот, которая определяется как вертикальная плоскость, проходящая от линии ворот, или горизонтальная плоскость, ограниченная верхним ободком баскетбольной корзины. Система содержит множество пар антенн, расположенных вдоль периферии целевой плоскости, при этом две антенны каждой из пар расположены со взаимным смещением в направлении, перпендикулярном целевой плоскости, средство излучения радиоволн, расположенное в движущемся объекте и/или каждой антенне, и средство приема радиоволн, от средства излучения и формирования выходного сигнала, расположенное в каждой антенне и/или в движущемся объекте. Система дополнительно содержит средство обработки для приема и обработки выходного сигнала вместе с определенным набором параметров и формирования результирующего выходного сигнала, позволяющего определить, прошел ли движущийся объект целевую плоскость, если перечень параметров выполнен.

Description

Настоящее изобретение относится к системе для определения, прошел ли движущийся объект, например спортивный снаряд, т.е. футбольный мяч или хоккейная шайба, через некую плоскость в пространстве, такую как плоскость спортивных ворот, которая определяется как вертикальная плоскость, проходящая от линии ворот, или горизонтальная плоскость, определяемая верхним ободком баскетбольной корзины.

Предшествующий уровень техники

Обычно один или несколько судей спортивного матча решают, действительно ли мяч прошел через плоскость ворот, исходя из визуального наблюдения. Однако в некоторых ситуациях, когда мяч быстро возвращается назад, бывает очень трудно определить, прошел ли он через плоскость ворот. Особенно сложно это бывает определить, если судья занимает неудобную позицию относительно плоскости ворот или разбирает в данный момент другую ситуацию этого матча. Для слежения за плоскостью ворот может использоваться видеокамера, но пространственное и временное разрешение видеокамер часто является недостаточным, чтобы обеспечить необходимую информацию в спорных случаях.

Существует множество электронных систем, которые определяют положение мяча на спортивной площадке с помощью специального оборудования для определения местоположения (см., например, публикацию νθ 01/66201, патент ЕВ 2753633, патент ЕВ 2726370, публикацию νθ 99/34230, патент И8 4675816, патент И8 5346210 и публикацию νθ 98/37932). Эти системы определения местоположения могут использоваться, например, для того, чтобы определить, пересек ли мяч границу игрового поля, положение игроков, и также сообщать судье много полезной информации. Однако определение факта прохождения объектом плоскости ворот является очень важным, потому что он может быть решающим для результата спортивного матча и потому, что расстояния, о которых идет речь, являются зачастую очень маленькими, а скорость объекта очень высокой, так что система определения местоположения объекта, дающая надежную информацию о том, прошел ли объект плоскость ворот, должна быть очень точной при определении этого местоположения и при этом иметь высокую частоту обновления информации определяемого местоположения. Например, объект может передвигаться со скоростью 72 км/ч или 20 м/с, что означает, что частота обновления информации, составляющая 1/100 с, будет иметь погрешность 20 см к определяемому местоположению, что является недопустимым в отношении определения факта забитого гола в спортивных матчах.

В публикации νθ 00/47291 и патенте И8 4375239 раскрыты устройства для определения местоположения движущегося объекта относительно плоскости, в которых катушка возбуждения формирует электромагнитное поле, в которое вносит возмущение движущийся объект. Это возмущение магнитного поля детектируется одной или двумя катушками, по сигналу которых можно сделать вывод, прошел ли и когда объект прошел через плоскость, охватываемую зоной действия катушки возбуждения, а также катушек обнаружения. Эти устройства обнаружения требуют, чтобы катушки окружали всю плоскость ворот, и очень чувствительны к любому отклонению от точного и правильного расположения катушек, поскольку никакая калибровка отклонений недоступна, а процесс детектирования может быть серьезно искажен другим объектом, находящимся в пределах или вблизи плоскости ворот, например присутствием голкипера или других игроков. Кроме того, игроки, находящиеся поблизости от плоскости ворот, будут подвергаться воздействию электромагнитного поля, что может отразиться на их здоровье.

Системы определения местоположения, достаточно точно определяющие положения спортивного снаряда и обладающие достаточно высокой частотой обновления информации, чтобы обеспечить надежные показатели факта пересечения плоскости ворот, являются очень дорогими в установке и обслуживании. Поэтому желательно обеспечить альтернативную систему с достаточным как пространственным, так и временным разрешением, чтобы обеспечить надежные показатели обнаружения.

В патенте И8 5976038 раскрыто устройство для отображения выходной информации, когда спортивный снаряд пересекает определяющую линию игровой площадки. Устройство содержит направленную приемную антенну, такую как антенна с дисковым отражателем, в частности, антенну Кассегрена, снабженную двойными горизонтально смежными фидерами, которые объединены для обеспечения суммированных и разностных сигналов. Антенна расположена вне игрового поля и направлена вдоль определяющей линии игровой площадки. Чтобы обеспечивать достаточно высокое пространственное разрешение относительно расстояния между антенной и спортивным снарядом, отражатель антенны должен иметь значительные размеры. Отражатель шириной 30 дюймов, т.е. 76 см, обеспечит 4-дюймовую ширину зоны обнаружения (10 см), что вместе с погрешностями системы является приемлемым для использования в американском футболе, чего и касается указанный патент, но что в то же время не может быть использован для многих других спортивных игр, где потребовался бы отражатель гораздо большего размера.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства, которое позволило бы обеспечить технически более простую систему определения факта пересечения плоскости ворот, которая имела бы достаточное пространственное и временное разрешение, чтобы обеспечить надежные показатели.

- 1 008370

Поставленная задача решена согласно изобретению путем создания системы, содержащей множество, предпочтительно по меньшей мере три пары антенн, расположенных по периферии целевой плоскости, причем антенны каждой из пар расположены со смещением между ними в направлении, перпендикулярном целевой плоскости. Антенны предназначены для приема радиоволн от движущихся объектов, например от футбольного мяча или от других спортивных снарядов, имеющих средство излучения радиоволн, и/или для излучения радиоволн, которые принимаются средствами приема в движущихся объектах.

При установке множества пар антенн, например двух, трех или более пар антенн вдоль периферии целевой плоскости, предпочтительно на линии, ограничивающей целевую плоскость, или на линии, прилегающей к ней, расстояние между антеннами и движущимся объектом может быть сокращено до абсолютного минимума, посредством чего пространственное разрешение пар антенн максимизируется. Таким образом, согласно настоящему изобретению, могут использоваться простые антенны, и при этом будет достигаться удовлетворительное пространственное разрешение. Средства обработки информации собирают выходные сигналы от различных антенн системы или средства приема в движущемся объекте, обрабатывают собранные данные, сравнивают их с заранее определенным набором параметров и выдают соответствующий выходной сигнал. Выходной сигнал обычно формируется, когда центр объекта проходит через целевую плоскость, что в предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения соответствует тому моменту, когда разность выходных сигналов двух антенн, разделенная на сумму двух выходных сигналов, является минимальной. Другие предпочтительные признаки настоящего изобретения и его преимущества будут раскрыты далее.

Согласно настоящему изобретению система содержит движущийся объект, в частности, спортивный снаряд, например футбольный мяч или хоккейную шайбу, имеющую средство для излучения радиоволн, множество пар антенн, расположенных вдоль периферии целевой плоскости, при этом две антенны каждой пары расположены с взаимным смещением в направлении, перпендикулярном целевой плоскости, средство излучения радиоволн, размещенное в движущемся объекте и/или на каждой антенне, средство приема радиоволн от средства излучения радиоволн и формирования выходного сигнала, расположенное в каждой антенне и/или в движущемся объекте, при этом система дополнительно содержит средство для приема и обработки выходного сигнала согласно заранее определенному набору параметров и формирования результирующего сигнала, если перечень параметров был выполнен для определения, пересек ли движущийся объект целевую плоскость.

Средство излучения радиоволн может быть передатчиком, размещенным в движущемся объекте и имеющем внутренний источник питания, например электрическую батарейку, или внешним источником, таким как схема генерирования индукционной цепи от внешнего источника магнитного поля. В альтернативном варианте средство излучения радиоволн может быть средством отражения, предназначенным для отражения радиоволн, излучаемых стационарным источником, как это описано в патенте и8 5976038.

Средство обработки данных обрабатывает выходной сигнал от всех антенн данной системы, например, вычисляя сумму и разность выходных сигналов каждой пары антенн, и рассчитывает отношение данных разностей и сумм, как описано ниже. Когда это отношение минимально, объект, излучающий радиоволны, проходит через срединную плоскость между этими двумя антеннами. Выходные сигналы двух антенн одной пары затем могут быть откалиброваны на различия в величине выходного сигнала, так что на минимуме это отношение будет равно нулю. Отношения, полученные от всех пар антенн, используются для получения общего итогового выходного сигнала и таким образом для компенсирования погрешности каждой отдельной пары и неточности в настройке из-за ударов во время спортивной игры.

Во втором варианте воплощения средство для излучения радиоволн представляет собой множество пар антенн, а приемник размещен внутри движущегося объекта. В третьем варианте воплощения первый и второй варианты объединены в систему, где прохождение движущегося объекта детектируются обеими системами для достижения более высокой надежности.

Взаимное смещение между антеннами каждой пары, обращенное своей нормалью в сторону целевой плоскости, предпочтительно находится в пределах от 3 до 25 см, еще предпочтительнее в пределах от 6 до 12 см.

Число пар антенн находится в пределах от 3 до 20, еще предпочтительнее от 4 до 12.

Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые, а возможно, и все пары антенн располагались последовательно вдоль горизонтальной линии целевой плоскости, и особенно предпочтительно, чтобы пары антенн располагались по существу на одинаковом расстоянии вдоль указанной линии. Эта линия может быть линией ворот на земле, так что пары антенн могут быть установлены под землей, или пары антенн могут быть расположены на горизонтальной перекладине. Пары антенн могут в предпочтительном варианте быть расположены так, что их взаимное расстояние выражается дробью, такой как одна вторая, одна третья, одна четвертая и т.д. от длины волны радиоволн, но предпочтительно, чтобы это была половина длины волны радиоволн, излучаемых средством излучения. Таким образом достигается

- 2 008370 оптимальная передача сигнала. Длина волны предпочтительно должна находиться в диапазоне 0,2-20 м, еще предпочтительнее в диапазоне 0,5-5 м.

Предпочтительно, чтобы по меньшей мере часть или все пары антенн были расположены на воротах, ограничивающих целевую плоскость, причем ворота обычно состоят из двух по существу вертикальных стоек ворот и горизонтальной перекладины между ними. Пары антенн могут быть расположены на перекладине, на стойках ворот или же распределены между перекладиной и двумя стойками ворот. Пары антенн, расположенные на воротах, предпочтительно вставлены внутрь стоек ворот и/или горизонтальной перекладины, чтобы сохранить по существу ровную поверхность ворот.

Кроме того, система согласно изобретению дополнительно содержит, по меньшей, мере одно стационарное калибровочное устройство, излучающее волны, принимаемые антеннами, расположенное в целевой плоскости, чтобы обеспечить калибровочный сигнал (эталонный сигнал) для системы. Таким образом, временная или постоянная калибровочная процедура может быть выполнена системой во время ее использования, чтобы скомпенсировать изменения в положении, ориентации или другие характеристики антенн, которые влияют на работу и выходной сигнал. Один или большее количество излучателей предпочтительно расположены на воротах. В альтернативном варианте, согласно второму и третьему вариантам воплощения изобретения, стационарное калибровочное устройство может принимать радиоволны, излучаемые парой антенн, и формировать выходной сигнал на блок управления системы. В дополнение или в качестве альтернативы калибровочному устройству каждая пара антенн может быть снабжена средством типа специального приемника для определения положения посредством общей системы местоположения, такой как глобальная спутниковая система определения местоположения (СР8), чтобы отклонения от идеального расположения пар антенн могли быть обнаружены, а системы могли быть соответственно отрегулированы.

Чтобы облегчить обработку сигнала и улучшить точность получаемого результата, то есть пространственное разрешение конечного результата, выдаваемого системой, предпочтительно, чтобы каждая пара антенн имела первую антенну, расположенную в первой плоскости, параллельной целевой плоскости, и вторую антенну, расположенную во второй плоскости, параллельной целевой плоскости, причем эти первая и вторая плоскости являются общими для всех или по существу для всех пар антенн.

Средство излучения радиоволн и/или средство приема движущегося объекта в предпочтительном варианте воплощения изобретения содержит антенные средства, которые равномерно распределены в оболочке, имеющей форму, соответствующую внешней форме движущегося объекта, чтобы обеспечить однородное волновое поле с центром в середине объекта. В частности, предпочтительно, чтобы антенное средство было установлено на внутренней поверхности верхнего слоя материала, из которого выполнен движущийся объект. Таким образом, может быть обеспечена простота изготовления с высокой степенью точности, чтобы ограничить пространственные погрешности системы.

Настоящее изобретение также относится к движущемуся объекту, в частности, к мячу, типа футбольного мяча, или к другому спортивному снаряду, который может быть включен в указанную систему.

Система согласно изобретению содержит одну или больше видеокамер, которые активизируются выходным сигналом системы так, чтобы получить точную соответствующую по времени фотографию ворот для визуальной оценки ситуации.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых фиг. 1 - изображает общий вид футбольных ворот, оборудованных множеством пар антенн и автокалибровочным передатчиком, согласно изобретению;

фиг. 2 - пару антенн, мяч и выходной сигнал пары антенн при проходе мяча, согласно изобретению;

фиг. 3 - деталь перекладины ворот, имеющая множество пар антенн и автокалибровочный передатчик, расположенный в ней, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения

Футбольные ворота 1 (фиг. 1) имеют левую стойку ворот 2, правую стойку ворот 3 и горизонтальную перекладину 4 между ними. Ворота 1 расположены на игровом поле, при этом стойки 2, 3 расположены в центре линии ворот поля, а перекладина 4 расположена непосредственно над линией ворот и параллельно ей, что соответствует требованиями ФИФА, так что линия ворот, стойки 2, 3 и перекладина 4 ограничивают целевую плоскость.

Пять пар антенн 5 расположены на равном расстоянии друг от друга на перекладине 4, и две пары антенн 5 расположены по одной паре на каждой стойке 2, 3. Каждая пара антенн 5 содержит две идентичные антенны А, В, которые расположены параллельно, со смещением только в направлении, перпендикулярном целевой плоскости. Антенны А, В разнесены от задней кромки линии ворот на такое расстояние, что его середина точно соответствует половине диаметра мяча. Гол засчитывается, когда мяч целиком проходит через линию ворот, между стойками ворот 2, 3 и под перекладиной 4 (см. правила ФИФА). Таким образом, когда середина мяча находится в вертикальной плоскости на полпути от пар антенн 5, гол считается засчитанным, если другие правила игры не противоречат этому.

Антенны А, В с мячом 6 в трех положениях показаны на фиг. 2. Мяч 6 имеет передатчик 7, распо

- 3 008370 ложенный в середине. Обработанный сигнал отображается как сигнал V, представляющий собой функцию от положения X мяча 6, перпендикулярного целевой плоскости. Средство обработки информации (не показано) формирует выходной сигнал Р из сигналов 8А, 8В от двух антенн А, В:

|&4-жв|

Обработка сигналов выполняется на очень высокой частоте, более чем 10 кГц, и выходной сигнал от антенн А, В постоянно калибруется посредством волн, излучаемых от автокалибровочного передатчика 8, чтобы выходной сигнал Р равнялся 0, когда середина мяча находится в вертикальной плоскости на полпути от мест расположения пар антенн 5. Результирующий выходной сигнал системы, указывающий, что гол засчитан, формируется средством обработки данных путем обычной процедуры, включающей обработку выходных сигналов Р от всех пар антенн 5.

Пример расположения пар антенн 5 и автокалибровочного передатчика 8 в пределах перекладины 4 ворот 1 показан на фиг. 3, причем антенны 5 и передатчик 8 полностью вставлены в перекладину 4, чтобы гладкая поверхность перекладины 4 не была нарушена. Таким образом, игроки не будут задевать острые края или выпуклости на воротах при физическом контакте, что могло бы травмировать игроков или повредить антенны 5 и передатчик 8. Соседние пары антенн 5 расположены на взаимном расстоянии 9, равном половине длины волны тех радиоволн, которые излучают соответствующие излучающие средства.

В другом предпочтительном варианте воплощения пары антенн 5 могут (альтернативно или дополнительно) функционировать как средство излучения, излучая радиоволну, которая принимается приемным средством в мяче 6, а также приемным средством в автокалибровочном передатчике 8, чтобы работа антенн 5 могла быть оценена и итоговый выходной сигнал системы мог быть отрегулирован при отклонениях в системе от идеального функционирования и позиционирования.

Таким образом, в этом варианте воплощения системы средство излучения расположено в мяче 6, автокалибровочный сигнал подается автокалибровочными передатчиками 8, а средства приема радиоволн находятся в парах антенн 5.

Во втором варианте воплощения средствами излучения являются пары антенн 5, а средство приема радиоволн расположено в мяче 6, который дополнительно содержит второе средство излучения для излучения сигнала, вычисленного от принятого сигнала, причем второе средство приема радиоволн расположено на игровом поле и предназначено для приема сигнала и его обработки для определения, преодолел ли мяч 6 целевую плоскость, то есть плоскость ворот. Во втором варианте антенны 5А, находящиеся перед каждой парой антенн 5, могут, если требуется, излучать радиоволны одной частоты, а антенна 5В, находящаяся сзади, может излучать радиоволны другой частоты, чтобы разделить принятые радиоволны, например, с помощью приемного средства в мяче 6. Или сигналы от двух антенн 5А, 5В могут различаться другим образом. Кроме того, автокалибровочные передатчики 8 в этом случае являются приемниками, которые принимают радиоволны, излучаемые парами антенн 5.

В третьем варианте воплощения первый и второй варианты объединены, т.е. мяч 6 содержит первое и второе средства излучения и средство приема, пары антенн 5 подключены между излучателями и приемниками, а автокалибровочные передатчики 8 одновременно подключены между приемниками и излучателями, причем переключение происходит на высокой частоте, чтобы соответствовать высокой частоте обработки сигнала. В альтернативном варианте система согласно третьему варианту воплощения может содержать отдельные пары антенн 5 для излучения и принятия сигнала, и она также может содержать двойной набор автокалибровочных передатчиков 8, чтобы каждый передатчик 8 был предназначен только для излучения или только для приема радиоволн. Преимущество третьего варианта состоит в том, что средство для определения, перешел ли мяч 6 плоскость ворот или нет, продублировано, что повышает надежность системы.

Расположение приемника и/или излучателя в середине мяча 6 является не самым подходящим решением, поскольку это расположение трудноосуществимо технически, и элемент, подвешенный внутри мяча 6, может быть смещен, в особенности при деформации мяча 6, например, от удара игрока, от удара мяча по полю или по воротам. Поэтому предпочтительно, чтобы приемник и/или излучатель содержал четыре или более антенн, расположенных на внутренней стороне внутреннего латексного баллона внутри мяча 6, или, в альтернативном варианте, на внешней стороне указанного баллона, причем антенны были равномерно распределены на сферической поверхности, благодаря чему достигается пространственное разрешение системы, равное 10 мм и менее. Более тяжелая часть излучателя и/или приемника может быть расположена напротив клапана мяча 6 для лучшей сбалансированности веса. Указанные антенны могут в альтернативном варианте располагаться на внутренней стороне или в пределах внешней части мяча 6, например, в виде тонкого металлического провода, используемого для прикрепления деталей кроя внешней части мяча друг к другу.

Claims (17)

1. Система, содержащая движущийся объект, множество пар антенн, расположенных вдоль периферии целевой плоскости, при этом две антенны каждой из указанных пар расположены со взаимным смещением в направлении, перпендикулярном целевой плоскости, средство излучения радиоволн, расположенное в движущемся объекте и/или в каждой антенне, и средство приема радиоволн от средства излучения радиоволн, предназначенное для получения выходного сигнала, расположенное в каждой антенне и/или в движущемся объекте, при этом система дополнительно содержит средство обработки, предназначенное для приема и обработки выходного сигнала вместе с определенным набором параметров и формирования результирующего выходного сигнала, позволяющего определить, прошел ли движущийся объект целевую плоскость, если перечень параметров выполнен.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из пар антенн расположены последовательно вдоль горизонтальной линии целевой плоскости.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что пары антенн расположены по существу на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль указанной линии.

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что пары антенн расположены на расстоянии половины длины волны радиоволн, излучаемых средством излучения.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из пар антенн расположены на воротах, ограничивающих целевую плоскость.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что пары антенн расположены на воротах в пределах стоек ворот и/или горизонтальной перекладины так, что гладкая поверхность ворот сохранена.

7. Система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере одно стационарное калибровочное устройство, расположенное в целевой плоскости, для обеспечения калибровочного сигнала для системы.

8. Система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что каждая пара антенн имеет первую антенну, расположенную в первой плоскости параллельно целевой плоскости, и вторую антенну, расположенную во второй плоскости параллельно целевой плоскости.

9. Система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что средство излучения радиоволн и/или средство приема радиоволн движущегося объекта содержит антенные средства, расположенные на одинаковом расстоянии в оболочке, имеющей форму, соответствующую внешней форме движущегося объекта.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что антенные средства расположены на внутренней поверхности верхнего слоя материала, из которого выполнен движущийся объект.

11. Система по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что взаимное смещение между антеннами каждой пары находится в диапазоне от 3 до 25 см, предпочтительно в диапазоне от 6 до 12 см.

12. Система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что число пар антенн находится в диапазоне от 3 до 20, предпочтительно в диапазоне от 4 до 12.

13. Система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что средство излучения расположено в движущемся объекте, а средство приема расположено в множестве пар антенн.

14. Система по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что средство излучения расположено в множестве пар антенн, а средство приема расположено в движущемся объекте.

15. Система по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что средство излучения и средство приема расположены в движущемся объекте, а соответствующее средство приема и средство излучения расположены во множестве пар антенн, расположенных вдоль периферии целевой плоскости.

16. Система по любому из пп.1-15, отличающаяся тем, что дополнительно содержит одну или более видеокамер, управляемых средством управления, принимающим выходной сигнал от средств приема, при этом кадр с изображением записывается по меньшей мере одной камерой во время прохождения движущегося объекта через целевую плоскость.

17. Движущийся объект, подходящий для использования в системе по любому из пп.1-16.