EP4377905A1 - System zur automatisierten wertungsvergabe bei kampfsportarten - Google Patents

System zur automatisierten wertungsvergabe bei kampfsportarten

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Publication number
EP4377905A1
EP4377905A1 EP22740756.6A EP22740756A EP4377905A1 EP 4377905 A1 EP4377905 A1 EP 4377905A1 EP 22740756 A EP22740756 A EP 22740756A EP 4377905 A1 EP4377905 A1 EP 4377905A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
body segment
data
recognition module
technique
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22740756.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik HÖLBLING
Christoph LICHTMANNEGGER
Roland BREITENEDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Industrial Systems Engineering Rise Forschungs Entwicklungs und Grossprojektberatung GmbH
Original Assignee
Research Industrial Systems Engineering Rise Forschungs Entwicklungs und Grossprojektberatung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Industrial Systems Engineering Rise Forschungs Entwicklungs und Grossprojektberatung GmbH filed Critical Research Industrial Systems Engineering Rise Forschungs Entwicklungs und Grossprojektberatung GmbH
Publication of EP4377905A1 publication Critical patent/EP4377905A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0605—Decision makers and devices using detection means facilitating arbitration
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    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/20—Movements or behaviour, e.g. gesture recognition
    • G06V40/23—Recognition of whole body movements, e.g. for sport training
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    • A63B24/0062—Monitoring athletic performances, e.g. for determining the work of a user on an exercise apparatus, the completed jogging or cycling distance
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    • A63B71/141—Body-protectors for players or sportsmen, i.e. body-protecting accessories affording protection of body parts against blows or collisions for the hands, e.g. baseball, boxing or golfing gloves in the form of gloves
    • A63B71/145—Boxing gloves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0052—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to impact
    • G—PHYSICS
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    • A63B2220/807—Photo cameras
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    • A63B2220/83—Special sensors, transducers or devices therefor characterised by the position of the sensor
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing

Definitions

  • the invention relates to a system for the automated assignment of ratings in martial arts.
  • two or more athletes usually compete in a ring and try to hit the other athlete with punches, kicks or other physical contact.
  • the winner of such fights is usually determined by a scoring system, with, for example, a score of one or more points (or a fraction thereof) being awarded for a successful hit.
  • Examples of such martial arts which are the subject of this description, are boxing, karate, kickboxing, taekwondo, kung fu, etc.
  • WO 2020/041806 also discloses a combat glove for determining the impact quality. For this purpose, acceleration data measured during an impact are combined with force data.
  • a system for automated scoring in martial arts comprising at least one punching glove for measuring punching power data occurring during a punch; at least one camera, preferably at least four cameras, for recording images of at least one athlete; a body segment recognition module connected to the camera or cameras for determining body segment data of the athlete from the images recorded by the cameras; a set of rules module in which at least one set of rules of a predetermined martial art is stored, the set of rules providing an evaluation for a hit with a predetermined minimum impact force at a predetermined position of body segment data; an evaluation unit which is connected to the batting glove for receiving the impact force data, is connected to the body segment recognition module for receiving the body segment data and is connected to the rule set module for receiving the at least one rule set; wherein the evaluation unit is designed to output a rating fully automatically at an output if both the impact force measured by the batting glove and the body segment data determined by the body segment recognition module lead to a rating according to the set of rules.
  • the automated scoring is achieved by linking impact force data recorded by the batting glove with body segment data recorded using the cameras.
  • the inventors have found that this data is in principle sufficient to detect a hit with great accuracy and thus to enable the award of a score.
  • the reason for this is that the body segment data can be used to determine exactly how an athlete is positioned, in particular relative to his opponent, which means that it can be precisely determined, for example, whether, where and how a hit resulted in a hit, e.g. right hand hits head .
  • the impact force data can be used to determine whether the force of the impact is sufficient for the award of a rating or whether there was only a light touch.
  • a hit cannot be determined with sufficient accuracy if only one of the two measurement data is available, because the athlete could brake his hand shortly before the impact, which should not lead to a score, but not through body segment data alone is determinable. At the same time, it is not possible to determine whether, for example, a hit has occurred on the opponent's body or in forbidden places using only the impact force measurement data.
  • the scoring can therefore be based on these two sets of measurements and a set of rules stored in advance, which not only supports the referees, but can also completely replace them in clear cases of the scoring. Since the measurement data is compared with the stored rules, the evaluation is extremely efficient, well-defined and comprehensible. The accuracy of the system depends on the choice of measurement data, since the impact force is much more meaningful for this purpose than a measured acceleration, while the determination of body segment data, which is new for this purpose, significantly simplifies the determination of the type of hit.
  • the invention enables statistical data to be collected about referees, which can then be transferred to an e-leaming system and, together with the knowledge of the rules, can lead to a holistic assessment.
  • the system further comprises an evaluation counting system, which is connected to the evaluation unit for receiving the evaluations output by the evaluation unit, and a video inspection system connected to the cameras, wherein the video inspection system is designed to use the images recorded by the cameras of a subject to be inspected Issue a period of time, and a rating of the rating counting system can be updated or corrected after a review on the video review system.
  • an evaluation counting system which is connected to the evaluation unit for receiving the evaluations output by the evaluation unit
  • a video inspection system connected to the cameras, wherein the video inspection system is designed to use the images recorded by the cameras of a subject to be inspected Issue a period of time, and a rating of the rating counting system can be updated or corrected after a review on the video review system. This makes it possible for errors in the system to also be compensated for. This can happen, for example, when an athlete's coach raises a manual appeal and a check is carried out on
  • Video review system calls.
  • the video review system can submit a video for independent review by a referee to manually assign a score.
  • the aforementioned embodiment can also be semi-automated in that a manual check of a combat sequence is required by the system according to the invention if the evaluation is not clear.
  • the video verification system is connected to the evaluation unit and the evaluation unit is designed to output a signal for verification of an action by the athlete to the video verification system if there is only a predetermined impact force or only a predetermined position of body segment data according to the rule set of the predetermined martial arts .
  • a rule set may provide one point for a body punch, two points for a body kick, and two points for a head punch.
  • the system according to the invention can also be used for various martial arts.
  • at least two sets of rules each from different types of martial arts, can be stored in the set of rules module and the set of rules module has an interface for selecting the set of rules used by the evaluation unit. It can thus be easily selected for which martial arts the system is used by making a selection on the rule set module. It is thus avoided that the system has to be completely replaced when the athletes change martial arts.
  • the aforementioned body segment detection module can preferably be designed to detect anatomical points, preferably joint points, on an athlete detected in the images in order to determine the body segments and to connect these using lines to form segments, i.e. using segments, preferably at least ten, fifteen or twenty segments .
  • at least one segment can be used for the head, at least one segment for the torso and at least one segment for an upper arm, forearm, thigh and lower leg. These segments are particularly relevant for determining the nature of hits in martial arts.
  • separate body segments for the front, back and side of the body eg torsos or head, can be used to differentiate since some sports allow hits to the front or side of the torso, but not to the back.
  • the pelvis, neck, hands and feet segments in particular can also be relevant.
  • the alignment of the segments is also important. eg whose spatial position is also recognized.
  • the body segments can be analyzed differently.
  • the body segment data determined by the body segment recognition module includes 3D trajectories of recognized body segments. This makes it possible, for example, to track the precise trajectory of a forearm segment, as a result of which a hit or a block position can be determined even more precisely.
  • the arrangement of the cameras relative to one another in space is stored in advance in the body segment recognition module in order to determine the 3D trajectories more precisely.
  • the scoring can be done by evaluating only the power and body segment data using the rule set module to determine if a score can be given, i.e. no other measurement data is used at all. In other embodiments, however, further measurement data, including raw measurement data, can also be taken into account. In a particularly preferred embodiment, a technique recognition module is used, which determines a technique of the athlete(s) to simplify the evaluation.
  • the batting glove is also designed to record speed data and/or acceleration data
  • the system also comprising a technique recognition module, which is connected to the batting glove to receive the speed data and/or acceleration data and is connected to the body segment recognition module to receive the body segment data
  • the technique recognition module is designed to recognize a technique of the athlete from the body segment data in conjunction with the speed data and/or acceleration data
  • the evaluation unit being connected to the technique recognition module and taking the recognized technique into account when assigning a score.
  • the recognized technique can include an impact technique determined by the speed data and/or acceleration data and/or an overall movement technique recognized by the body segment data.
  • the system also preferably comprises a machine learning module which is connected to the evaluation unit, the batting glove, the body segment recognition module and/or, if appropriate, the technique recognition module, the machine learning module comprising an interface for receiving feedback regarding an evaluation and/or a technique and being designed to to adapt an evaluation logic of the evaluation unit and/or, if necessary, of the technology recognition module or to create a new rule set for the rule set module (9).
  • a machine learning module which is connected to the evaluation unit, the batting glove, the body segment recognition module and/or, if appropriate, the technique recognition module, the machine learning module comprising an interface for receiving feedback regarding an evaluation and/or a technique and being designed to to adapt an evaluation logic of the evaluation unit and/or, if necessary, of the technology recognition module or to create a new rule set for the rule set module (9).
  • the machine learning module can be used to systematically improve and evaluate the data collection of all individual sub-components (if you use the Vicon Motion Capturing System, for example, you can evaluate a system, e.g. the body segment recognition and with the result improve all other systems).
  • the evaluation unit can be designed to output combat statistics, the technique recognition module to output technique statistics, the batting glove to output technique intensity data, the body segment recognition module to output a technique animation and/or kinematic analysis data and the cameras to output visual data.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention for the automated assignment of ratings.
  • FIG. 2 shows a plan view of a ring with four cameras.
  • FIG. 3 schematically shows an image recorded by the cameras, with body segments of an athlete being added.
  • FIG. 4 shows a first embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 5 shows a second embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a third embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a system 1 for the automated assignment of ratings in martial arts, for example to replace a referee.
  • two athletes 2 usually compete against each other in a ring 3, e.g. a fighting arena.
  • the two athletes 2 in the ring 3 are represented schematically by two boxing gloves each.
  • the invention is not limited to awarding scores for two athletes 2, but could also be used for one athlete 2, e.g. in a training assessment, or for more than two athletes 2, e.g. in 2v2 fights.
  • System 1 can be used immediately in a fight as a full referee replacement, but can also be used to assess the performance of parallel referees, as an additional digital referee in parallel mode, to support video reviews, to replace a single referee or to replace External referees can be used with the exception of one intervention referee.
  • the system 1 could be used as a training system to give the athletes 2 feedback on the execution of the martial arts, for example by means of an e-learning component.
  • At least one of the athletes 2 wears at least one batting glove 4, which is shown schematically at the top left in FIG.
  • each athlete 2 wears one of these batting gloves 4 on each hand, optionally two more on each foot, with the batting glove 4 here of course being able to be adapted accordingly to the anatomical shape of the foot.
  • the batting gloves 4 can also only be worn on the feet. It can thus be seen that the terms “punch” and “kick” are used interchangeably herein and generally refer to a "hit”.
  • impact gloves 4 could be worn as a protector provided with a sensor on the shin, elbow, head or torso.
  • the impact glove 4 differs from normal impact gloves 4 in that it comprises at least sensors for measuring the impact force data occurring during an impact.
  • the batting glove 4 can also record acceleration measurement data for the purposes of the technique recognition module 13 explained in more detail below.
  • the impact glove can be designed, for example, as disclosed in WO 2020/041806.
  • At least four, particularly preferably exactly four, cameras 5 are preferably provided, which record the ring 3 from different directions, as is shown in FIG. This makes it possible to reduce the risk that relevant actions are covered by the athletes' 2 bodies.
  • the cameras 5 usually record the images B at a predetermined frame rate in order to record videos.
  • the images B or videos can not only be used for the present system 1, but can also be used for general recording or transmission, such as a TV transmission or a live stream.
  • the cameras 5 are connected to a body segment recognition module 6 for determining body segment data 7 (FIG. 3) of the athlete 2, for example wired or wirelessly, for example via Bluetooth.
  • the body segment data 7 are used to describe or represent the athletes 2 recognized in the images B in a way that is easy to process further.
  • anatomical points P such as joint points of the athlete 2 are recognized in image B and connected by means of segments, ie straight lines, which represent the body segment data 7 in the following.
  • the body segment recognition module 6 it can be set in advance which or how many body segments should be determined.
  • FIG. 3 shows schematically how the body segment data 7 in an image B can be determined.
  • an athlete 2 can be recognized in image B.
  • Anatomical points P of the athlete 2 can then be determined and connected using the body segment data 7 .
  • At least body segment data 7 is usually determined for both lower legs, both thighs, both forearms, both upper arms, the head and the torso.
  • the body segment data 7 of the torso includes a shoulder distance, a vertical neck or torso line and two hip lines. It goes without saying that the body segment data 7 can also be selected differently.
  • body segment data 7 is off
  • the body segment recognition module 6 can be connected to a number of cameras 5 . Since the cameras 5 provide images B that were recorded at the same point in time, the body segment recognition module 6 determines only one set of body segment data from the plurality of images B of the same point in time, ie the body segment recognition module 6 links those images B that were created at the same point in time. In this way, in particular, 3D data of the body segment data 7 can also be determined, ie the positions and orientations of the body segments in space, even if the cameras 5 only record 2D images B. Incidentally, the 3D data of the body segment data could also be produced using a single 3D camera can be determined, but multiple cameras are preferred to record images from multiple angles. As shown in FIGS.
  • the calculation of the 3D trajectories can also be transferred from the body segment recognition module 6 to a separate 3D trajectory determination module 6' in order to make the system more modular.
  • the 3D trajectory determination module 6' can then be selectively switched on if required. In the simplest case, however, it would also be possible to do without the 3D data and to determine 2D body segment data 7 from a single image B.
  • the cameras 5 can supply images B at regular or irregular time intervals, it is also possible to determine a sequence of body segment data 7 .
  • a 3D trajectory of the body segment data 7 can thus be determined, which is particularly helpful for tracking punches or kicks.
  • the body segment recognition module 6 can determine body segment data 7 from two or more different athletes 2 in the image B at the same time, so that these can be made available separately for further processing.
  • the impact force data now ascertained by means of the batting glove 4 and the body segment data 7 ascertained by means of the cameras 5 or the body segment recognition module 6 subsequently serve as raw data for ascertaining the automated award of a rating.
  • the batting gloves 4 and the body segment recognition module 6 are connected to an evaluation unit 8 .
  • the batting gloves 4 are usually connected to the evaluation unit 8 by means of a wireless interface, e.g. via Bluetooth or another short-range standard, possibly also via a mobile network.
  • the body segment recognition module 6 can be wired or connected to the evaluation unit 8 via the same wireless communication link as the batting glove 4 .
  • the evaluation unit 8 In order for the evaluation unit 8 to be able to carry out the automated assignment of ratings, it is also connected to a ruleset module 9 .
  • the rule set module 9 can also be a memory integrated in the evaluation unit 8 and in this way electronically connected to the evaluation unit 8 .
  • At least one rule set of a predetermined martial art is stored in the rule set module 9 . It is indicated in FIG. 1 that more than one set of rules is stored in the set of rules module 9 .
  • a first set of rules could be stored for the martial art of boxing and a second set of rules for the martial art of karate.
  • the rule set module 9 or, as an extension, the evaluation unit 8 can include an interface via which it is possible to select which rule set to be used to determine the rating. In this way, a user of the system 1 can quickly select for which martial arts the athletes 2 are to be assessed.
  • the rule sets stored in the rule set module 9 now have an assignment of a rating for a specific action. For example, if it can be concluded from the body segment data 7 that the first athlete 2 lands a head hit on the second athlete 2 with the right hand (body segment “right forearm” of the first athlete comes within a predetermined proximity of the body segment “head” of the second athlete) and at the same time a predetermined minimum impact force (measured by the batting glove 4) is present, this action of the athlete 2 can be assigned a specific rating.
  • the set of rules provides an evaluation for a hit with a predetermined minimum impact force at a predetermined position of body segment data 7 .
  • the evaluation unit 8 thus continuously determines on the basis of the constantly newly received impact force data and body segment data 7 whether an evaluation can be assigned. In this case, the evaluation unit 8 outputs a corresponding signal via an output 10.
  • the evaluation unit 8 only outputs a rating if there is a predetermined impact force with a predetermined posture according to the rule set of the predetermined martial art, i.e. both impact force and body segment data 7 indicate an assessment.
  • both impact force and body segment data 7 indicate an assessment.
  • the presence of only the minimum impact force achieved or only one hit based on the body segment data 7 is not sufficient for the evaluation unit 8 to be able to assign an evaluation fully automatically with sufficient accuracy. In such cases, a video review can be conducted as described below.
  • the aforementioned output 10 of the evaluation unit is connected to a simple display unit such as an LED lamp in order to briefly display a momentary detection of the evaluation.
  • the output 10 is connected to a scoring system 11, which can be, for example, a scoreboard or a computer program with extended functions.
  • the scoring system 11 can, for example, add scores output by the evaluation unit 8 and thus display a current score. When a predetermined score or a predetermined time is reached, an output signal to end the fight can also be issued.
  • the system 1 from FIG. 1 can also be expanded to include additional functions.
  • a video verification system 12 can be provided, which is connected both to the evaluation unit 8 and to the scoring system 11 .
  • a specific fight scene can be displayed again on a screen of the video verification system 12.
  • all of the images B (or the videos) recorded by the camera 5 can be stored in a database.
  • a request to review a battle scene is desired at the video review system 12
  • a sequence of images over the period of time to be reviewed can be retrieved from the database.
  • the referee can enter this information into the video review system 12 to record the score in the scoring system 11 to correct or update.
  • the video verification system 12 can also be connected to the evaluation unit 8 .
  • the evaluation unit 8 can output a verification signal to the video verification system 12 if there is only a predetermined impact force or only a predetermined posture according to the set of rules of the predetermined martial art, i.e. the evaluation is ambiguous.
  • a video check can then be carried out by a referee who can correct or update the rating in the rating counting system 11 .
  • FIG. 4 also shows that the system 1 can be expanded by a technology recognition module 13 .
  • the technique recognition module 13 receives the body segment data 7 of the body segment recognition module 6 on the one hand and acceleration data and/or speed data measured by the batting glove 4 on the other hand. Receiving the impact force data of the impact glove 4 is not absolutely necessary in this case.
  • the technique recognition module 13 can comprise two components in particular. First, a hitting technique can be recognized based on the acceleration or speed data of the hitting glove 4 . Secondly, a detection of the overall movement can be performed, including the movements before and after the beat, which is based on the detection and tracking of the body segment data 7 . Both components can be combined to create one To assess the validity or extension of a technique in terms of the regulations of various sports.
  • kickboxing do not include "posture scores" in the assessment during technique execution, but no point is awarded, for example, if athlete 2 loses balance after executing an otherwise valid technique and with body segments other than feet touch the ground.
  • the technique recognition module 13 can take into account all of the three aforementioned examples of correctly assigning a score. The differences between a system 1 with and without a technology recognition module 13 are also clearly visible from these examples.
  • the body segment data 7 is used to determine that a hit has occurred, eg by determining whether a body segment of an athlete 2 is in a predetermined proximity to a body segment of another athlete 2.
  • the set of rules stored in the set of rules module 9 can, for example, simply have stored the criterion for an evaluation as to whether a hit has been made based on the minimum impact force and whether a hit has been made based on the body segment data 7 .
  • the system 1 includes a technology recognition module 13
  • additional criteria such as "hook - yes/no", “balance - yes/no", "away from the opponent - yes/no” etc. can be stored in the rule set Case awarded only if the correct criteria are met.
  • the technique recognition module 13 it is also possible, if the technique recognition module 13 is present, for the rule set module 9 to have only stored rules for the hit and not contain any criteria relating to the technique evaluation. In this case, the technique recognition module 13 itself can contain a rule that, for example, does not assign a rating when a hooked hit is recognized should be, so that the technology recognition module 13 can send an invalidation message to the evaluation unit 8.
  • the technique recognition module 13 could also be directly connected to the video review system 12 and prompt for a video review if a particular action, e.g.
  • FIG. 5 shows that the technique recognition module 13 can also include a machine learning module 14 which can be connected to the evaluation unit 8 , the batting glove 4 , the body segment recognition module 6 and/or the technique recognition module 13 .
  • the purpose of the machine learning module 14 is the internal system improvement of the system components mentioned using machine leaming algorithms.
  • the machine learning module 14 can, for example, include an interface for receiving feedback regarding an evaluation and/or a technique and be designed to adapt an evaluation logic of the evaluation unit 8 and/or possibly the technique recognition module 13.
  • the machine learning module 14 is not used “live” during a fight, rather the data of a fight or multiple fights are recorded and used at a later point in time in order to optimize one or more of the components. For example, it would be possible not to create the set of rules stored in the rule set module 9 manually, but to have it created by the machine management module 14 . Here, for example, measurement data of the combat glove 4 or the cameras 5 could be recorded from several fights. At the same time, the ratings assigned manually by the referees are stored in the machine learning module 14 as feedback. The machine tool module 14 can thus identify the combination of impact force data and body segment data 7 for which an evaluation was assigned and, through a learning process, can determine rules for the set of rules itself. This machine-generated set of rules can then be stored in the ruleset module 9.
  • Figure 6 shows another embodiment in which it is possible to prepare bundled data in a data output module 15 and to transmit it to third-party providers 16, for example to television and streaming services, sports betting providers, sports associations, universities and researchers to create statistics about athletes 2 or to Evaluation and training of referees.
  • the evaluation unit 8 can be configured to output combat statistics, the technique recognition module 13 to output technique statistics, the batting glove 4 to output technique intensity data, the body segment recognition module 6 to output a technique animation and/or kinematic analysis data, and the cameras 5 to output visual data .
  • the output data can be sent to the data output module 15, where it is processed or stored and can be called up by the third-party provider.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten, umfassend zumindest einen Schlaghandschuh (4) zur Messung von während einem Schlag auftretenden Schlagkraftdaten; zumindest eine Kamera (5), bevorzugt zumindest vier Kameras (5), zur Aufnahme von Bildern zumindest eines Athleten (2); ein mit der bzw. den Kameras (5) verbundenes Körpersegmenterkennungsmodul (6) zur Ermittlung von Körpersegmentdaten (7) des Athleten (2) aus den von den Kameras (5) aufgenommenen Bildern (B); ein Regelsatzmodul (9), in welchem zumindest ein Regelsatz einer vorbestimmten Kampfsportart hinterlegt ist; eine Auswerteeinheit (8), mit dem Schlaghandschuh (4) mit dem Körpersegmenterkennungsmodul (6) und mit dem Regelsatzmodul (9) verbunden ist; wobei die Auswerteeinheit (8) dazu ausgebildet ist, eine Wertung vollautomatisch an einem Ausgang (10) auszugeben, wenn sowohl die vom Schlaghandschuh (4) gemessene Schlagkraft als auch die vom Körpersegmenterkennungsmodul (6) ermittelten Körpersegmentdaten (7) gemäß dem Regelsatz zu einer Wertung führen.

Description

System zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten
Die Erfindung betrifft ein System zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten.
Bei Kampfsportarten treten üblicherweise zwei oder mehr Athleten in einem Ring gegeneinander an und versuchen, mittels Schlägen, Tritten oder sonstigen Körperkontakten Treffer am jeweils anderen Athleten zu landen. Der Sieger aus derartigen Kämpfen wird üblicherweise durch ein Wertungssystem ermittelt, wobei beispielsweise bei einem erfolgreichen Schlag eine Wertung von einem oder mehreren Punkten (oder einem Bruchteil davon) vergeben wird. Jener Athlet, der nach einer vorbestimmten Zeit mehr Punkte erreicht, oder der einen gewissen Punkteschwellwert überschreitet, geht als Sieger des Kampfes hervor. Beispiele für derartige Kampfsportarten, die Gegenstand dieser Beschreibung sind, sind Boxen, Karate, Kickboxen, Taekwondo, Kung Fu etc.
Es ist üblich, für jeden Kampf einen Schiedsrichter oder ein Paneel aus Schiedsrichtern vorzusehen. Der bzw. die Schiedsrichter beobachten den Kampf und vergeben die Wertungen, wenn sie erkennen, dass die Handlung, beispielsweise ein Treffer, eines Athleten eine Wertung verdient. Wie allgemein bekannt ist die Wertungsvergabe durch Schiedsrichter ist jedoch äußerst subjektiv und häufig Auslöser für Diskussionen.
Elm die Arbeit der Schiedsrichter zu erleichtern, ist es aus dem Stand der Technik insbesondere bekannt, Videos und statistische Daten aufzuzeichnen und diesen zur Verfügung zu stellen. Stellvertretend hierfür können beispielsweise die EIS 2017/134712, die US 2018/001141, die US 2012/144414 und die WO 2019/106672 genannt werden. Aus diesen Dokumenten ist bekannt, verschiedenste statistische Daten zu sammeln und bereitzustellen, die einerseits über Karners bzw. 3D-Kameras und andererseits über Sensoren gewonnen werden, die von den Athleten mitgeführt werden, wie beispielsweise smarte Kampfhandschuhe. Alle diese Offenbarungen unterstützen den Schiedsrichter jedoch lediglich bei der Wertungsvergabe.
Die WO 2020/041806 offenbart zudem einen Kampfhandschuh zur Bestimmung der Schlagqualität. Hierfür werden bei einem Schlag gemessene Beschleunigungsdaten mit Kraftdaten kombiniert.
Im Gegensatz zu den oben angeführten Offenbarungen ist es jedoch nicht die Aufgabe der Erfindung, statistische Daten bereitzustellen, sondern ein automatisiertes System zur Wertungsvergabe zu schaffen. Eine naheliegende Lösung für diese Aufgabe besteht in Anbetracht der obigen Offenbarungen jedoch nicht, denn im Gegenteil erschwert die große Anzahl an bereitgestellten Daten eine effiziente Wertungsvergabe sogar. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein System zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten zu schaffen, wobei die Wertungsvergabe möglichst effizient und genau durchgeführt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten gelöst, umfassend zumindest einen Schlaghandschuh zur Messung von während einem Schlag auftretenden Schlagkraftdaten; zumindest eine Kamera, bevorzugt zumindest vier Kameras, zur Aufnahme von Bildern zumindest eines Athleten; ein mit der bzw. den Kameras verbundenes Körpersegmenterkennungsmodul zur Ermittlung von Körpersegmentdaten des Athleten aus den von den Kameras aufgenommenen Bildern; ein Regelsatzmodul, in welchem zumindest ein Regelsatz einer vorbestimmten Kampfsportart hinterlegt ist, wobei der Regelsatz eine Wertung für einen Schlag mit einer vorbestimmten Mindestschlagkraft bei einer vorbestimmten Stellung von Körpersegmentdaten vorsieht; eine Auswerteeinheit, die zum Empfangen der Schlagkraftdaten mit dem Schlaghandschuh verbunden ist, zum Empfangen der Körpersegmentdaten mit dem Körpersegmenterkennungsmodul verbunden ist und zum Empfangen des zumindest einen Regel satzes mit dem Regel satzmodul verbunden ist; wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, eine Wertung vollautomatisch an einem Ausgang auszugeben, wenn sowohl die vom Schlaghandschuh gemessene Schlagkraft als auch die vom Körpersegmenterkennungsmodul ermittelten Körpersegmentdaten gemäß dem Regelsatz zu einer Wertung führen.
Erfindungsgemäß wird die automatisierte Wertungsvergabe erzielt, indem vom Schlaghandschuh aufgezeichnete Schlagkraftdaten mit Körpersegmentdaten verknüpft werden, die anhand der Kameras aufgenommen wurden. Es ist die Erkenntnis der Erfinder, dass diese Daten prinzipiell ausreichen, um einen Treffer mit großer Genauigkeit zu detektieren und damit die Wertungsvergabe zu ermöglichen. Dies hat den Hintergrund, dass mittels der Körpersegmentdaten genau bestimmt werden kann, wie ein Athlet positioniert ist, insbesondere relativ zu seinem Kontrahenten, wodurch beispielsweise genau bestimmbar ist, ob, wo und wie ein Schlag zu einem Treffer geführt hat, z.B. rechte Hand trifft Kopf. Gleichsam kann mittels der Schlagkraftdaten bestimmt werden, ob die Kraft des Schlages zur Wertungsvergabe ausreicht oder ob nur eine leichte Berührung stattgefunden hat. Gleichsam wird an dieser Stelle angemerkt, dass ein Treffer nicht mit ausreichender Genauigkeit bestimmbar ist, wenn nur eine der beiden Messdaten vorliegen, denn der Athlet könnte seine Hand kurz vor dem Aufprall abbremsen, was nicht zu einer Wertung führen soll, aber alleine durch Körpersegmentdaten nicht bestimmbar ist. Gleichsam kann nur mittels der Schlagkraftmessdaten nicht bestimmt werden, ob z.B. ein Treffer am Körper des Gegners oder an verbotenen Stellen vorliegt.
Die Wertungsvergabe kann somit anhand dieser zwei Messsätze und einem vorab hinterlegten Regelsatz erfolgen, wodurch die Schiedsrichter nicht nur unterstützt, sondern in eindeutigen Fällen der Wertungsvergabe auch vollständig ersetzt werden können. Da die Messdaten mit den hinterlegten Regeln verglichen werden, findet die Auswertung überaus effizient, wohldefiniert und nachvollziehbar statt. Die Genauigkeit des Systems ist durch die Wahl der Messdaten bedingt, da die Schlagkraft für diese Zwecke viel aussagekräftiger ist als eine gemessene Beschleunigung, während die für diesen Einsatzzweck neuartige Ermittlung von Körpersegmentdaten die Bestimmung der Art der Treffer wesentlich vereinfacht.
Weiters ermöglicht die Erfindung, dass statistische Daten über Schiedsrichter erhoben werden können, welche dann in ein E-Leaming System übertragbar sind und gemeinsam mit Regelkunde zu einer ganzheitlichen Beurteilung führen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System ferner ein Wertungszählsystem, das mit der Auswerteeinheit zum Empfangen der von der Auswerteeinheit ausgegebenen Wertungen verbunden ist, und ein mit den Kameras verbundenes Videoüberprüfungssystem, wobei das Videoüberprüfungssystem dazu ausgebildet ist, die von den Kameras aufgenommenen Bilder eines zu überprüfenden Zeitraumes auszugeben, und eine Wertung des Wertungszählsystem nach einer Überprüfung am Videoüberprüfungssystem aktualisierbar bzw. korrigierbar ist. Dadurch wird ermöglicht, dass Fehler des Systems auch ausgeglichen werden können. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn ein Trainer eines Athleten einen manuellen Einspruch erhebt und eine Kontrolle am
Videoüberprüfungssystem fordert. In diesem Fall kann das Videoüberprüfungssystem einem Schiedsrichter ein Video zur unabhängigen Kontrolle vorlegen, damit dieser manuell eine Wertung vergeben kann. Die vorgenannte Ausführungsform kann auch halb-automatisiert werden, indem eine manuelle Überprüfung einer Kampfsequenz durch das erfindungsgemäße System verlangt wird, wenn die Auswertung nicht eindeutig ist. Um dies umzusetzen, ist das Videoüberprüfungssystem mit der Auswerteeinheit verbunden und die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, ein Signal zur Überprüfung einer Handlung des Athleten an das Videoüberprüfungssystem auszugeben, wenn nur eine vorbestimmte Schlagkraft oder nur eine vorbestimmte Stellung von Körpersegmentdaten gemäß dem Regelsatz der vorbestimmten Kampfsportart vorliegt.
Die Definition der Regelsätze kann durch den Fachmann durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Regelsatz einen Wertungspunkt für einen Körperschlag vorsehen, zwei Wertungspunkte für einen Körpertritt und zwei Wertungspunkte für einen Kopfschlag.
Das erfindungsgemäße System kann überdies auch für verschiedene Kampfsportarten eingesetzt werden. Zu diesem Zweck können zumindest zwei Regelsätze von jeweils unterschiedlichen Kampfsportarten im Regel satzmodul hinterlegt und das Regel satzmodul eine Schnittstelle zur Auswahl des von der Auswerteeinheit herangezogenen Regelsatzes aufweist. Es kann somit leicht ausgewählt werden, für welche Kampfsportart das System eingesetzt wird, indem eine Auswahl am Regel satzmodul getroffen wird. Es wird somit vermieden, dass das System komplett ersetzt werden muss, wenn die Athleten die Kampfsportart wechseln.
Das vorgenannte Körpersegmenterkennungsmodul kann bevorzugt dazu ausgebildet sein, zur Ermittlung der Körpersegmente an einem in den Bildern erkannten Athleten anatomische Punkte, bevorzugt Gelenkspunkte, zu erkennen und diese mittels Linien zu Segmenten, d.h. mittels Segmenten, bevorzugt zumindest zehn, fünfzehn oder zwanzig Segmenten, zu verbinden. Insbesondere kann zumindest ein Segment für den Kopf, zumindest ein Segment für den Torso und zumindest ein Segment für jeweils einen Oberarm, Unterarm, Oberschenkel und Unterschenkel eingesetzt werden. Diese Segmente sind für die Bestimmung der Art der Treffer bei Kampfsportarten besonders relevant. Überdies können gesonderte Körpersegmente für die Vorderseite, Hinterseite und Seite des Körpers, z.B. Torsos oder Kopfs, eingesetzt werden, um eine Unterscheidung zu erzielen, da in manchen Sportarten Schläge auf die Vorderseite bzw. Seite des Torsos erlaubt sind, nicht jedoch auf die Hinterseite. Überdies können insbesondere auch die Segmente Becken, Hals, Hände und Füße relevant sein. Es versteht sich, dass bei der Erkennung der Segmente auch die Ausrichtung der Segmente. z.B. deren räumliche Lage, miterkannt wird. Je nach Kamerasystem bzw. der nachgeschalteten Bildauswertung können die Körpersegmente unterschiedlich analysiert werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn die von dem Körpersegmenterkennungsmodul ermittelten Körpersegmentdaten 3D- Trajektorien von erkannten Körpersegmenten umfassen. Dadurch wird ermöglicht, dass beispielsweise die genaue Trajektorie eines Unterarmsegments verfolgt wird, wodurch die Bestimmung eines Treffers oder einer Blockposition noch genauer erfolgen kann. Gegebenenfalls wird die Anordnung der Kameras zueinander relativ im Raum vorab im Körpersegmenterkennungsmodul hinterlegt, um die 3D-Trajektorien genauer zu bestimmen.
In der einfachsten Ausführungsform kann die Wertungsvergabe dadurch erfolgen, dass nur die Schlagkraft und die Körpersegmentdaten anhand des Regel satzmodul s ausgewertet werden, um zu bestimmen, ob eine Wertung vergeben werden kann, d.h. es werden überhaupt keine weiteren Messdaten herangezogen. In anderen Ausführungsform können jedoch weitere Messdaten, auch Rohmessdaten, mitberücksichtigt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Technikerkennungsmodul eingesetzt, das zur Vereinfachung der Auswertung eine Technik des bzw. der Athleten bestimmt. Hierzu ist der Schlaghandschuh ferner dazu ausgebildet ist, Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten aufzuzeichnen, wobei das System ferner ein Technikerkennungsmodul umfasst, welches zum Empfangen der Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten mit dem Schlaghandschuh verbunden ist und zum Empfangen der Körpersegmentdaten mit dem Körpersegmenterkennungsmodul verbunden ist, wobei das Technikerkennungsmodul dazu ausgebildet ist, aus den Körpersegmentdaten in Verbindung mit den Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten eine Technik des Athleten zu erkennen, wobei die Auswerteeinheit mit dem Technikerkennungsmodul verbunden ist und die erkannte Technik bei der Wertungsvergabe mitberücksichtigt. Insbesondere kann die erkannte Technik eine durch die Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten ermittelte Schlagtechnik und/oder eine durch die Körpersegmentdaten erkannte Gesamtbewegungstechnik umfassen.
Weiters bevorzugt umfasst das System ein Maschinenlernmodul, welches mit der Auswerteeinheit, dem Schlaghandschuh, dem Körpersegmenterkennungsmodul und/oder gegebenenfalls dem Technikerkennungsmodul verbunden ist, wobei das Maschinenlernmodul eine Schnittstelle zum Empfang einer Rückmeldung hinsichtlich einer Wertung und/oder einer Technik umfasst und dazu ausgebildet ist, eine Auswertelogik der Auswerteeinheit und/oder gegebenenfalls des Technikerkennungsmoduls anzupassen oder einen neuen Regel satz für das Regel satzmodul (9) zu erstellen. Dadurch kann die Genauigkeit des Systems weiter verbessert werden, da das System hiermit mögliche Wertungen besser beurteilen kann, die gegebenenfalls Grenzfälle im Regel satzmodul sind, oder Situationen beurteilen kann, die an sich nicht im Regel satzmodul hinterlegt sind. Das Maschinenlernmodul kann dazu genutzt werden, die Datenerhebung aller einzelnen Teilkomponenten systematisch zu verbessern und zu evaluieren (setzt man z.B. Vicon Motion Capturing System ein, kann man ein System evaluieren, z.B. die Körpersegmenterkennung und mit dem Ergebnis alle anderen Systeme verbessern).
Auch wenn das vorgenannte System vorrangig als Wertungsvergabesystem eingesetzt wird, kann dieses sekundär zur Bestimmung von Kampf Statistiken oder ähnlichem eingesetzt werden. Insbesondere kann die Auswerteeinheit zur Ausgabe von Kampfstatistiken, das Technikerkennungsmodul zur Ausgabe von Technikstatistiken, der Schlaghandschuh zur Ausgabe von Technikintensitätsdaten, das Körpersegmenterkennungsmodul zur Ausgabe einer Technikanimation und/oder kinematischen Analysedaten und die Kameras zur Ausgabe von visuellen Daten ausgebildet sein.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur automatisierten Wertungsvergabe.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht eines Rings mit vier Kameras.
Figur 3 zeigt schematisch ein von den Kameras aufgenommenes Bild, wobei Körpersegmente eines Athleten hinzugefügt sind.
Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 6 zeigt eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 1 zeigt eine System 1 zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten, um beispielsweise einen Schiedsrichter zu ersetzen. Bei diesen Kampfsportarten, z.B. Boxen, Kickboxen, Karate etc., treten in der Regel zwei Athleten 2 in einem Ring 3, z.B. einer Kampfarena, gegeneinander an. In Figur 1 sind die zwei Athleten 2 im Ring 3 schematisch durch jeweils zwei Boxhandschuhe dargestellt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Wertungsvergabe bei zwei Athleten 2 beschränkt, sondern könnte auch bei einem Athleten 2, z.B. bei einer Trainingsbeurteilung, oder bei mehr als zwei Athleten 2, z.B. bei 2v2- Kämpfen, zum Einsatz kommen.
Das System 1 kann jedoch nicht nur unmittelbar bei einem Kampf als vollständiger Schiedsrichterersatz zum Einsatz kommen, sondern kann zur Beurteilung der Leistung von Schiedsrichtern im Parallelbetrieb, als zusätzlicher digitaler Schiedsrichter im Prallelbetrieb, als Unterstützung für Videoreviews, als Ersatz eines einzigen Schiedsrichters oder als Ersatz von Außenschiedsrichter bis auf einen Interventionsschiedsrichter eingesetzt werden. Auch könnte das System 1 als Trainingssystem eingesetzt werden, um den Athleten 2 Feedback zur Ausführung der Kampfsportart zu geben, beispielsweise Mittels einer E-Learning- Komponente.
Um die automatisierte Wertungsvergabe zu ermöglichen, trägt zumindest einer der Athleten 2 zumindest einen Schlaghandschuh 4, der links oben in Figur 1 schematisch dargestellt ist. In der Regel trägt jeder Athlet 2 jeweils einen dieser Schlaghandschuhe 4 auf jeder Hand, gegebenenfalls zwei weitere auf jeweils einem Fuß, wobei der Schlaghandschuh 4 hier natürlich entsprechend an die anatomische Form des Fußes angepasst werden kann. Die Schlaghandschuhe 4 können auch nur an den Füßen getragen werden. Es ist somit ersichtlich, dass die Begriffe „Schlag“ und „Tritt“ hierin synonym verwendet werden und im Allgemeinen einen „Treffer“ bezeichnen. Weiters könnten solche Schlaghandschuhe 4 als mit Sensor versehener Schützer auf Schienbein, Ellenbogen, Kopf oder Torso getragen werden. Der Schlaghandschuh 4 unterscheidet sich von normalen Schlaghandschuhen 4 dadurch, dass er zumindest Sensoren zur Messung der während einem Schlag auftretenden Schlagkraftdaten umfasst. Optional kann der Schlaghandschuh 4 auch Beschleunigungsmessdaten für die unten näher erläuterten Zwecke des Technikerkennungsmoduls 13 aufzeichnen. Der Schlaghandschuh kann beispielsweise wie in der WO 2020/041806 offenbart ausgeführt sein.
Weiters werden für die automatisierte Wertungsvergabe zumindest eine Kamera 5, z.B. eine 3D-Kamera, am Ring 3 vorgesehen, wobei der Ring 3 im Blickfeld der Kamera 5 liegt. Bevorzugt werden zumindest vier, besonders bevorzugt genau vier, Kameras 5 vorgesehen, welche den Ring 3 von verschiedenen Richtungen aufnehmen, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Dadurch wird es möglich, die Gefahr zu reduzieren, dass relevante Handlungen von den Körpern der Athleten 2 verdeckt sind. Die Kameras 5 nehmen die Bilder B üblicherweise mit einer vorgegebenen Bildrate auf, um Videos aufzunehmen. Die Bilder B bzw. Videos können nicht nur für das vorliegende System 1 eingesetzt werden, sondern können auch zur allgemeinen Aufnahme bzw. Übertragung wie einer TV-Übertragung oder eines Livestreams dienen.
Zurückkommend auf Figur 1 ist ersichtlich, dass die Kameras 5 mit einem Körpersegmenterkennungsmodul 6 zur Ermittlung von Körpersegmentdaten 7 (Figur 3) des Athleten 2 verbunden sind, beispielsweise kabelgebunden oder drahtlos, z.B. über Bluetooth. Die Körpersegmentdaten 7 dienen dazu, die in den Bildern B erkannten Athleten 2 in einer leicht weiterverarbeitbaren Art und Weise zu beschreiben bzw. darzustellen. Hierfür werden in der Regel anatomische Punkte P wie Gelenkspunkte des Athleten 2 im Bild B erkannt und mittels Segmenten, d.h. geraden Linien verbunden, die in der Folge die Körpersegmentdaten 7 darstellen. Im Körpersegmenterkennungsmodul 6 kann vorab eingestellt werden, welche bzw. wie viele Körpersegmente ermittelt werden sollten. Dies kann auch von der jeweiligen Kampfsportart abhängig sein, da bei einer Kampfsportart die Handgelenksstellung für die Wertungsvergabe relevant sein könnte und daher zwei zusätzliche Körpersegmente des Athleten 2 ermittelt werden, während dies bei anderen Kampfsportarten für die Wertungsvergabe irrelevant sein könnte und daher die zusätzliche Ermittlung dieser Körpersegmente entfallen kann. In der Regel wird jedoch vorgesehen, zumindest 10 Körpersegmentdaten 7 zu ermitteln.
Figur 3 zeigt schematisch, wie die Körpersegmentdaten 7 in einem Bild B ermittelt werden können. Zuerst kann ein Athlet 2 im Bild B erkannt werden. Danach können anatomische Punkte P des Athleten 2 ermittelt und mittels der Körpersegmentdaten 7 verbunden werden. Üblicherweise werden zumindest Körpersegmentdaten 7 für beide Unterschenkel, beide Oberschenkel, beide Unterarme, beide Oberarme, den Kopf und den Torso ermittelt. Im dargestellten Beispiel von Figur 3 umfassen die Körpersegmentdaten 7 des Torsos einen Schulterab stand, eine vertikale Nacken- bzw. Torsolinie und zwei Hüftlinien. Es versteht sich, dass die Körpersegmentdaten 7 jedoch auch anders gewählt werden können.
Die Ermittlung von Körpersegmentdaten 7 im Allgemeinen ist aus
Softwareimplementierungen aus anderen technischen Gebieten allgemein bekannt, sodass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen wird. Die konkrete Implementierung des Körpersegmenterkennungsmoduls 6 kann daher dem Fachmann überlassen werden. Üblicherweise wird zuerst ein Umriss des Athleten 2 im Bild B bestimmt, aus dem Umriss die anatomischen Punkte P berechnet und wiederum daraus die Körpersegmentdaten 7. Um das Verfahren für sequentielle Bilder B eines Videos effizienter zu gestalten, kann zusätzlich eine Körper- bzw. Körpersegmentverfolgungssoftware eingesetzt werden.
Aus Figur 1 ist überdies ersichtlich, dass das Körpersegmenterkennungsmodul 6 mit mehreren Kameras 5 verbunden sein kann. Da die Kameras 5 Bilder B liefern, die zu gleichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, ermittelt das Körpersegmenterkennungsmodul 6 aus der Mehrzahl von Bildern B des gleichen Zeitpunkts nur einen Satz von Körpersegmentdaten, d.h. das Körpersegmenterkennungsmodul 6 verknüpft jene Bilder B, die zum gleichen Zeitpunkt erstellt wurden. Dadurch können insbesondere auch 3D-Daten der Körpersegmentdaten 7 ermittelt werden, d.h. die Lagen und Orientierungen der Körpersegmente im Raum, auch wenn die Kameras 5 nur 2D-Bilder B aufnehmen. Die 3D- Daten der Körpersegmentdaten könnten im Übrigen auch mittels einer einzigen 3D-Kamera ermittelt werden, wobei jedoch mehrere Kameras bevorzugt werden, um Bilder aus mehreren Blickwinkeln aufzuzeichnen. Wie in den Figuren 4 bis 6 dargestellt kann, die Berechnung der 3D-Trajektorien auch aus dem Körpersegmenterkennungsmodul 6 in ein gesondertes 3D-Trajektorienermittlungsmodul 6‘ ausgelagert werden, um das System modularer auszugestalten. Das 3D-Trajektorienermittlungsmodul 6‘ kann dann bei Bedarf selektiv hinzugeschalten werden. Im einfachsten Fall wäre jedoch auch möglich, auf die 3D- Daten zu verzichten, und 2D-Körpersegmentdaten 7 aus einem einzigen Bild B zu ermitteln.
Da die Kameras 5 Bilder B in regelmäßigen bzw. unregelmäßigen zeitlichen Abständen liefern können, ist es auch möglich, eine Sequenz von Körpersegmentdaten 7 zu ermitteln.
Es kann somit eine 3D-Trajektorie der Körpersegmentdaten 7 bestimmt werden, was besonders zur Nachverfolgung von Schlägen bzw. Tritten hilfreich ist.
Es versteht sich, dass das Körpersegmenterkennungsmodul 6 Körpersegmentdaten 7 von zwei oder mehr unterschiedlichen Athleten 2 im Bild B gleichzeitig ermitteln kann, sodass diese gesondert zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt werden können.
Die nun mittels des Schlaghandschuhes 4 ermittelten Schlagkraftdaten und die mittels der Kameras 5 bzw. des Körpersegmenterkennungsmoduls 6 ermittelten Körpersegmentdaten 7 dienen in der Folge als Rohdaten zur Ermittlung der automatisierten Wertungsvergabe. Zu diesem Zweck sind die Schlaghandschuhe 4 und das Körpersegmenterkennungsmodul 6 mit einer Auswerteeinheit 8 verbunden. Die Schlaghandschuhe 4 sind üblicherweise mittels einer drahtlosen Schnittstelle mit der Auswerteeinheit 8 verbunden, z.B. über Bluetooth oder einem anderen Kurzreichweitenstandard, gegebenenfalls auch über ein Mobilfunknetzwerk. Das Körpersegmenterkennungsmodul 6 kann kabelgebunden oder über dieselbe drahtlose Kommunikationsverbindung wie der Schlaghandschuh 4 mit der Auswerteeinheit 8 verbunden sein.
Damit die Auswerteeinheit 8 die automatisierte Wertungsvergabe vornehmen kann, ist diese zusätzlich mit einem Regel satzmodul 9 verbunden. Das Regel satzmodul 9 kann in einfachsten Fall auch ein in der Auswerteeinheit 8 integrierter Speicher und auf diese Weise elektronisch mit der Auswerteeinheit 8 verbunden sein. Im Regel satzmodul 9 ist zumindest ein Regelsatz einer vorbestimmten Kampfsportart hinterlegt. In Figur 1 ist angedeutet, dass mehr als ein Regelsatz im Regel satzmodul 9 hinterlegt ist. Beispielsweise könnte ein erster Regelsatz für die Kampfsportart Boxen hinterlegt sein und ein zweiter Regelsatz für die Kampfsportart Karate. Das Regel satzmodul 9 bzw. in Erweiterung die Auswerteeinheit 8 kann eine Schnittstelle umfassen, über welche ausgewählt werden kann, welcher Regelsatz zur Ermittlung der Wertungsvergabe herangezogen werden soll. So kann ein Benutzer des Systems 1 schnell auswählen, für welche Kampfsportart die Athleten 2 beurteilt werden sollen.
Die im Regel satzmodul 9 hinterlegten Regelsätze weisen nun im einfachsten Fall eine Zuordnung einer Wertung für eine bestimmte Handlung auf. Wenn beispielsweise aus den Körpersegmentdaten 7 darauf geschlossen werden kann, dass der erste Athlet 2 mittels der rechten Hand einen Kopftreffer am zweiten Athleten 2 landet (Körpersegment „rechter Unterarm“ des ersten Athleten kommt in eine vorbestimmte Nähe des Körpersegments „Kopf ‘ des zweiten Athleten) und gleichzeitig eine vorbestimmte Mindestschlagkraft (gemessen durch den Schlaghandschuh 4) vorliegt, kann dieser Handlung der Athleten 2 eine bestimmte Wertung zugewiesen werden. In anderen Worten sieht der Regelsatz eine Wertung für einen Treffer mit einer vorbestimmten Mindestschlagkraft bei einer vorbestimmten Stellung von Körpersegmentdaten 7 vor. Die Auswerteeinheit 8 bestimmt somit laufend anhand der ständig neu empfangenen Schlagkraftdaten und Körpersegmentdaten 7, ob eine Wertung vergeben werden kann. In diesem Fall gibt die Auswerteeinheit 8 ein entsprechendes Signal über einen Ausgang 10 aus.
Wie soeben beschrieben gibt die Auswerteeinheit 8 somit nur dann eine Wertung aus, wenn eine vorbestimmte Schlagkraft bei einer vorbestimmten Körperhaltung gemäß dem Regelsatz der vorbestimmten Kampfsportart vorliegt, d.h. sowohl Schlagkraft als auch Körpersegmentdaten 7 deuten auf eine Wertungsvergabe hin. Ein Vorliegen nur der erreichten Mindestschlagkraft oder nur eines Treffers anhand der Körpersegmentdaten 7 recht hingegen nicht aus, damit die Auswerteeinheit 8 mit ausreichender Genauigkeit vollautomatisch eine Wertung vergeben kann. Für derartige Fälle kann wie weiter unten beschrieben eine Videoüberprüfung vorgenommen werden.
Der vorgenannte Ausgang 10 der Auswerteeinheit ist im einfachsten Fall mit einer einfachen Anzeigeeinheit wie einer LED-Lampe verbunden, um ein momentanes Detektieren der Wertung kurzzeitig anzuzeigen. In der Regel ist der Ausgang 10 mit einem Wertungszählsystem 11 verbunden, das beispielsweise eine Anzeigetafel oder aber auch ein Computerprogramm mit erweiterten Funktionen sein kann. Das Wertungszählsystem 11 kann beispielsweise von der Auswerteeinheit 8 ausgegebene Wertungen addieren und so einen aktuellen Wertungsstand anzeigen. Bei Erreichen einer vorbestimmten Wertung oder einer vorbestimmten Zeit kann auch ein Ausgabesignal zur Beendigung des Kampfes ausgegeben werden. Wie in Figur 4 dargestellt ist, kann das System 1 aus Figur 1 auch um weitere Funktionen erweitert werden. Insbesondere kann ein Videoüberprüfungssystem 12 vorgesehen werden, welches sowohl mit der Auswerteeinheit 8 als auch mit dem Wertungszählsystem 11 verbunden ist. Bei bestimmten Ereignissen wie einer manuellen Anfrage durch den Athleten 2 oder seinen Trainer oder nach einer uneindeutigen Auswertung durch die Auswerteeinheit 8 kann eine bestimmte Kampfszene auf einem Bildschirm des Videoüberprüfungssystems 12 nochmals angezeigt werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise alle von dem Kameras 5 aufgenommenen Bilder B (bzw. die Videos) in einer Datenbank hinterlegt werden. Wenn eine Anfrage zur Überprüfung einer Kampfszene am Videoüberprüfungssystem 12 gewünscht ist, kann eine Sequenz von Bildern über den zu überprüfenden Zeitabschnitt aus der Datenbank ausgelesen werden. Stellt beispielsweise ein Schiedsrichter fest, dass eine durch die Ausgabeeinheit 8 ausgegebene Wertung doch nicht gerechtfertigt war oder dass die Auswerteeinheit für eine bestimmte Handlung verabsäumt hat, eine Wertung zu vergeben, kann der Schiedsrichter diese Information in das Videoüberprüfungssystem 12 eingeben, um die Wertung im Wertungszählsystem 11 zu korrigieren bzw. aktualisieren.
Damit das Videoüberprüfungssystem 12 nicht nur auf manuelle Intervention angewiesen ist, kann das Videoüberprüfungssystem 12 auch mit der Auswerteeinheit 8 verbunden sein. Die Auswerteeinheit 8 kann in diesem Fall ein Überprüfungssignal an das Videoüberprüfungssystem 12 ausgeben, wenn nur eine vorbestimmte Schlagkraft oder nur eine vorbestimmte Körperhaltung gemäß dem Regelsatz der vorbestimmten Kampfsportart vorliegt, d.h. die Auswertung uneindeutig ist. Wie oben beschrieben kann daraufhin eine Videoüberprüfung durch einen Schiedsrichter erfolgen, der die Wertung im Wertungszählsystem 11 korrigieren bzw. aktualisieren kann.
Figur 4 zeigt überdies, dass das System 1 durch ein Technikerkennungsmodul 13 erweitert werden kann. Das Technikerkennungsmodul 13 empfängt einerseits die Körpersegmentdaten 7 des Körpersegmenterkennungsmoduls 6 und andererseits Beschleunigungsdaten und/oder Geschwindigkeitsdaten, die vom Schlaghandschuh 4 gemessen wurden. Das Empfangen der Schlagkraftdaten des Schlaghandschuhes 4 ist für diesen Fall nicht zwingend erforderlich.
Das Technikerkennungsmodul 13 kann insbesondere zwei Komponenten umfassen. Erstens kann eine Schlagtechnikerkennung durchgeführt werden, die auf den Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsdaten des Schlaghandschuhs 4 basieren. Zweitens kann eine Erkennung der Gesamtbewegung durchgeführt werden, einschließlich dem Schlag vorgelagerter und nachfolgender Bewegungen, die anhand der Erkennung und Verfolgung der Körpersegmentdaten 7 beruht. Beide Komponenten können kombiniert werden, um eine Gültigkeit bzw. Weitung einer Technik im Sinne des Reglements verschiedener Sportarten zu bewerten.
In einem ersten Beispiel gibt es in Karate eine sehr strenge Regelung hinsichtlich Technikqualität und Haltung. Die reine Auswertung von Sensordaten des Schlaghandschuhes 4 ist hier also gegebenenfalls unzureichend. Beispielsweise werden als „Haken“ ausgeführte Treffer nicht gewertet. Selbstlernende Technikerkennungsalgorithmen können eingesetzt werden, um die Punkte- bzw. Wertungsevaluierung zu verbessern,
In einem zweiten Beispiel werden in manchen Sportarten wie z.B. Kickboxen zwar keine „Haltungswertungen“ während der Technikausführung in die Beurteilung aufgenommen, jedoch wird beispielsweise kein Punkt vergeben, wenn der Athlet 2 nach dem Ausführen einer ansonsten gültigen Technik das Gleichgewicht verliert und mit anderen Körpersegmenten als den Füßen den Boden berührt.
In einem dritten Beispiel ist es in Karate nach einer korrekt ausgeführten und stabil vollendeten Wertungstechnik nicht erlaubt, die Aufmerksamkeit zu verlieren - also sich z.B. sofort jubelnd vom Gegner abzuwenden.
Alle der drei vorgenannten Beispiele zur korrekten Wertungsvergabe können durch das Technikerkennungsmodul 13 berücksichtigt werden. Aus diesen Beispielen sind auch die Unterschiede zwischen einem System 1 mit und ohne Technikerkennungsmodul 13 gut ersichtlich. In einem System 1 ohne Technikerkennungsmodul 13 werden die Körpersegmentdaten 7 dazu eingesetzt, um festzustellen, dass ein Treffer vorliegt, z.B. durch Ermittlung, ob sich ein Körpersegment eines Athleten 2 in einer vorbestimmten Nähe zu einem Körpersegment eines anderen Athleten 2 befindet. Der im Regel satzmodul 9 hinterlegte Regelsatz kann hierbei beispielsweise schlichtweg das Kriterium für eine Wertung hinterlegt haben, ob ein Treffer anhand der Mindestschlagkraft vorliegt und ob ein Treffer anhand der Körpersegmentdaten 7 vorliegt. Falls das System 1 ein Technikerkennungsmodul 13 umfasst, können im Regelsatz beispielsweise zusätzliche Kriterien hinterlegt sein wie „Haken - ja/nein“, „Gleichgewicht - ja/nein“, „vom Gegner abgewandt - ja/nein“ etc. Die Wertung wird in diesem Fall nur vergeben, wenn die richtigen Kriterien erfüllt sind. In einer alternativen aber funktionell gleichwertigen Implementierung ist auch bei einem Vorliegen des Technikerkennungsmoduls 13 möglich, dass das Regel satzmodul 9 nur Regeln für den Treffer hinterlegt hat und keine Kriterien bezüglich der Technikwertung enthält. In diesem Fall kann das Technikerkennungsmoduls 13 selbst eine Regel enthalten, dass z.B. beim Erkennen eines Hakenschlages keine Wertung vergeben werden soll, sodass das Technikerkennungsmoduls 13 eine Invalidierungsnachricht an die Auswerteeinheit 8 senden kann.
Gegebenenfalls könnte das Technikerkennungsmoduls 13 auch unmittelbar mit dem Videoüberprüfungssystem 12 verbunden sein und zu einer Videoüberprüfung auffordem, wenn der Verdacht einer bestimmten Handlung, z.B. eines Hakenschlages, Gleichgewichtsverlustes, Wegdrehens etc., besteht.
Figur 5 zeigt, dass Technikerkennungsmodul 13 ferner ein Maschinenlernmodul 14 umfassen kann, welches mit der Auswerteeinheit 8, dem Schlaghandschuh 4, dem Körpersegmenterkennungsmodul 6 und/oder gegebenenfalls dem Technikerkennungsmodul 13 verbunden sein kann. Zweck des Maschinenlernmoduls 14 ist die interne Systemverbesserung der genannten Systemkomponenten durch Machine Leaming Algorithmen. Um das Maschinenlernmodul 14 umzusetzen, kann dieses beispielsweise eine Schnittstelle zum Empfang einer Rückmeldung hinsichtlich einer Wertung und/oder einer Technik umfassen und dazu ausgebildet sein, eine Auswertelogik der Auswerteeinheit 8 und/oder gegebenenfalls des Technikerkennungsmoduls 13 anzupassen.
In der Regel kommt das Maschinenlernmodul 14 nicht „live“ während eines Kampfes zum Einsatz, sondern es werden die Daten eines Kampfes oder mehrerer Kämpfe aufgezeichnet und zu einem späteren Zeitpunkt herangezogen, um eine oder mehrere der Komponenten zu optimieren. Beispielsweise wäre es möglich, das im Regel satzmodul 9 hinterlegte Regelwerk nicht manuell zu erstellen, sondern durch das Maschineniemmodul 14 erstellen zu lassen. Hierbei könnten beispielsweise Messdaten des Kampfhandschuhes 4 bzw. der Kameras 5 von mehreren Kämpfen aufgezeichnet werden. Gleichzeitig werden die durch die Schiedsrichter manuell vergebenen Wertungen als Feedback im Maschinenlernmodul 14 hinterlegt. Das Maschineniemmodul 14 kann so erkennen, für welche Kombination aus Schlagkraftdaten und Körpersegmentdaten 7 eine Wertung vergeben wurde, und durch einen Lernprozess selbst Regeln für das Regelwerk zu ermitteln. Dieses maschinell erstellte Regelwerk kann daraufhin im Regel satzmodul 9 hinterlegt werden.
Weiters ist möglich, auch andere Komponenten des Systems 1 einzeln zu optimieren. Wenn ein Athlet 2 einen Haken schlägt und das Technikerkennungsmodul 13 der Haken mit einer 60% Wahrscheinlichkeit/Sicherheit aus den Daten (Körpersegmentdaten 7) der Kameras 5 erkannt wird, aber mit einer 90% Wahrscheinlichkeit/Sicherheit aus den Messdaten des Schlaghandschuhs 4 erkannt wird, dann kann die Technik auch für die Messdaten der Kameras 5 bestätigt werden und somit die Bandbreite der Trajektorienbewegung für „Haken“ in eine bestimmte Richtung (relativ zur Körperposition des Athleten) erweitert werden. Dies dient sowohl zur Verbesserung des Gesamtproduktes als auch der Einzelkomponenten. Ähnlich soll es auch bei der Treffererkennung mit dem Körpersegmenterkennungsmodul 6 (an z.B. der Hand) und Schlagkraftdaten des Schlaghandschuhs 2 oder diversen anderen Werten funktionieren.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der es möglich ist, gebündelte Daten in einem Datenausgabemodul 15 aufzubereiten und an Drittanbieter 16 zu übermitteln, beispielsweise an Femseh- und Streamingdienste, Sportwettanbieter, Sportverbände, Universitäten und Forscher zur Erstellung von Statistiken über Athleten 2 oder zur Bewertung und Weiterbildung von Schiedsrichtern. Zu diesen Zwecken kann Auswerteeinheit 8 zur Ausgabe von Kampfstatistiken, das Technikerkennungsmodul 13 zur Ausgabe von Technikstatistiken, der Schlaghandschuh 4 zur Ausgabe von Technikintensitätsdaten, das Körpersegmenterkennungsmodul 6 zur Ausgabe einer Technikanimation und/oder kinematischen Analysedaten und die Kameras 5 zur Ausgabe von visuellen Daten ausgebildet sein. Die ausgegebenen Daten können wie in Figur 6 dargestellt an das Datenausgabemodul 15 gesandt werden, wo sie aufbereitet bzw. gespeichert werden und vom Drittanbieter abgerufen werden können.

Claims

Ansprüche:
1. System (1) zur automatisierten Wertungsvergabe bei Kampfsportarten, umfassend zumindest einen Schlaghandschuh (4) zur Messung von während einem Schlag auftretenden Schlagkraftdaten; zumindest eine Kamera (5), bevorzugt zumindest vier Kameras (5), zur Aufnahme von Bildern zumindest eines Athleten (2); ein mit der bzw. den Kameras (5) verbundenes Körpersegmenterkennungsmodul (6) zur Ermittlung von Körpersegmentdaten (7) des Athleten (2) aus den von den Kameras (5) aufgenommenen Bildern (B); ein Regel satzmodul (9), in welchem zumindest ein Regelsatz einer vorbestimmten Kampfsportart hinterlegt ist, wobei der Regelsatz eine Wertung für einen Schlag mit einer vorbestimmten Mindestschlagkraft bei einer vorbestimmten Stellung von Körpersegmentdaten (7) vorsieht; eine Auswerteeinheit (8), die zum Empfangen der Schlagkraftdaten mit dem Schlaghandschuh (4) verbunden ist, zum Empfangen der Körpersegmentdaten (7) mit dem Körpersegmenterkennungsmodul (6) verbunden ist und zum Empfangen des zumindest einen Regelsatzes mit dem Regel satzmodul (9) verbunden ist; wobei die Auswerteeinheit (8) dazu ausgebildet ist, eine Wertung vollautomatisch an einem Ausgang (10) auszugeben, wenn sowohl die vom Schlaghandschuh (4) gemessene Schlagkraft als auch die vom Körpersegmenterkennungsmodul (6) ermittelten Körpersegmentdaten (7) gemäß dem Regelsatz zu einer Wertung führen.
2. System (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wertungszählsystem (11), das mit der Auswerteeinheit (8) zum Empfangen der von der Auswerteeinheit (8) ausgegebenen Wertungen verbunden ist, und ein mit den Kameras (5) verbundenes
Videoüberprüfungssystem (12), wobei das Videoüberprüfungssystem (12) dazu ausgebildet ist, die von den Kameras (5) aufgenommenen Bilder eines zu überprüfenden Zeitraumes auszugeben, und eine Wertung des Wertungszähl System (11) nach einer Überprüfung am Videoüberprüfungssystem (12) aktualisierbar bzw. korrigierbar ist.
3. System (1) nach Anspruch 2, wobei das Videoüberprüfungssystem (12) mit der Auswerteeinheit (8) verbunden ist und wobei die Auswerteeinheit (8) dazu ausgebildet ist, ein Signal zur Überprüfung einer Handlung des Athleten (2) an das
Videoüberprüfungssystem (12) auszugeben, wenn nur eine vorbestimmte Schlagkraft oder nur eine vorbestimmte Stellung von Körpersegmentdaten (7) gemäß dem Regelsatz der vorbestimmten Kampfsportart vorliegt.
4. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest zwei Regelsätze von jeweils unterschiedlichen Kampfsportarten im Regelsatzmodul (9) hinterlegt sind und das Regel satzmodul (9) eine Schnittstelle zur Auswahl des von der Auswerteeinheit (8) herangezogenen Regel satzes aufweist.
5. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Körpersegmenterkennungsmodul (6) dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung der Körpersegmentdaten (7) an einem in den Bildern erkannten Athleten (2) anatomische Punkte (P), bevorzugt Gelenkspunkte, zu erkennen und diese mittels Segmenten, bevorzugt zumindest zehn, fünfzehn oder zwanzig Segmenten, zu verbinden.
6. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die von dem Körpersegmenterkennungsmodul (6) ermittelten Körpersegmentdaten (7) 3D-Trajektorien von erkannten Körpersegmenten umfassen.
7. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schlaghandschuh (4) ferner dazu ausgebildet ist, Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten aufzuzeichnen, wobei das System (1) ferner ein Technikerkennungsmodul (13) umfasst, welches zum Empfangen der Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten mit dem Schlaghandschuh (4) verbunden ist und zum Empfangen der Körpersegmentdaten (7) mit dem Körpersegmenterkennungsmodul (6) verbunden ist, wobei das Technikerkennungsmodul (13) dazu ausgebildet ist, aus den Körpersegmentdaten (7) in Verbindung mit den Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten eine Technik des Athleten (2) zu erkennen, wobei die Auswerteeinheit (8) mit dem Technikerkennungsmodul (13) verbunden ist und die erkannte Technik bei der Wertungsvergabe mitberücksichtigt.
8. System (1) nach Anspruch 7, wobei die erkannte Technik eine durch die Geschwindigkeitsdaten und/oder Beschleunigungsdaten ermittelte Schlagtechnik und/oder eine durch die Körpersegmentdaten (7) erkannte Gesamtbewegungstechnik umfasst.
9. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend ein Maschinenlernmodul (14), welches mit der Auswerteeinheit (8), dem Schlaghandschuh (4), dem Körpersegmenterkennungsmodul (6) und/oder gegebenenfalls dem Technikerkennungsmodul (13) verbunden ist, wobei das Maschineniemmodul (14) eine Schnittstelle zum Empfang einer Rückmeldung hinsichtlich einer Wertung und/oder einer Technik umfasst und dazu ausgebildet ist, eine Auswertelogik der Auswerteeinheit und/oder gegebenenfalls des Technikerkennungsmoduls (13) anzupassen oder einen neuen Regelsatz für das Regel satzmodul (9) zu erstellen.
10. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Auswerteeinheit (8) zur Ausgabe von Kampfstatistiken, das Technikerkennungsmodul (13) zur Ausgabe von Technikstatistiken, der Schlaghandschuh (4) zur Ausgabe von Technikintensitätsdaten, das Körpersegmenterkennungsmodul (6) zur Ausgabe einer Technikanimation und/oder kinematischen Analysedaten und die Kameras (5) zur Ausgabe von visuellen Daten ausgebildet sind.
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