WO2001066201A1 - Einrichtung zur erfassung der position und/oder bewegung von objekten und/oder lebewesen - Google Patents

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WO2001066201A1
WO2001066201A1 PCT/EP2001/002447 EP0102447W WO0166201A1 WO 2001066201 A1 WO2001066201 A1 WO 2001066201A1 EP 0102447 W EP0102447 W EP 0102447W WO 0166201 A1 WO0166201 A1 WO 0166201A1
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living
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Hartmut Braun
Roland Stucky
Walter Englert
Udo KÜNZLER
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Cairos Technologies Ag
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    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the position and / or movement of an object and / or living being according to the preamble of claim 1.
  • a patient monitoring system is known from EP 0 602 459 B1, in which additional data are also forwarded from a transmitter for monitoring the patient.
  • additional data are also forwarded from a transmitter for monitoring the patient.
  • the combination with other objects cannot be seen there.
  • Providing a position detection system for objects and assigning an evaluation unit to a computer for determining position and / or movement data is e.g. known from WO-A 94/23404 to find stolen vehicles via an individual code and via the GPS system.
  • the simultaneous monitoring of living things in a manageable space cannot be seen there.
  • a golf ball search system with a transmitter in the golf ball is known from WO-A 89/02768, a corresponding display device also being present.
  • An accumulator in the ball is charged by means of a charging circuit.
  • the transmitter is preferably arranged in the center, can be removed or cast in as required.
  • a system for golf ball determination is known from DE 40 07 454 A1, a charging circuit being provided which leads to the transmitter in the golf ball being activated for a specific charging period immediately after charging. It is possible to output coded signals and to code several transmitters with different signals. The same is known from JP 00 601 26 015 with regard to a radar measurement. From DE 197 46 168 A1, inductive charging is additionally known, since a corresponding circuit with a quartz crystal is integrated in the golf ball, which detects corresponding external signals for switching on and for charging. According to DE-U 94 08 420, a transmitter is arranged elastically in the center of a football and should not be able to be influenced from the outside.
  • DE 195 45 990 is essentially concerned with the virtual representation of motion sequences, among others. for creating virtual game sequences.
  • the data is captured by capturing the respective camera condition in order to calculate virtual processes. It is therefore not previously known to collect the data directly from the object and to use it for this purpose.
  • the media-technical preparation of the acquisition of a sports device is known from DE 42 22 679 A1, with corresponding mechanisms causing a time-delayed display on screens so that, for example, a tracer can be seen.
  • the transmitter in the sports equipment can be battery operated. It is an active transmitter, but how it is recorded remains open.
  • the calibration of transmission elements for calibration e.g. a soccer field is known from EP 0 717 261 A2, movable or permanently installed elements being provided for calibration.
  • the data is recorded using the triangulation method.
  • a transit time measurement can be found in EP 0 653 643 A2
  • the US-A 5,346,210 is basically directed to the monitoring of a football during the game. Ultrasonic receivers are arranged on one side of the field and calibration transmitters on the other side of the field. However, as soon as the ball is activated, the calibration transmitters are switched off and the ball is tracked accordingly.There is also one of the restrictions on two frequencies, namely an ultrasonic frequency on the one hand and a radio frequency on the other hand, in particular for switching on the ball transmitter, independent visualization of the ball and a localization - known system.
  • US-A 4,833,480 is concerned with generating a corresponding increase in accuracy in the lateralization measurement.
  • the work is carried out using a two-frequency technique with phase shift and a discontinuity timing for drift compensation.
  • the modulated carrier signal is transmitted on a further carrier wave with a further frequency, in order to thereby increase the accuracy.
  • the multiple transmission with different frequencies, at least in parts of the signal, is essential there.
  • US Pat. No. 5,138,322 serves to detect a tennis ball by means of radar measurement in conjunction with transit time measurement
  • US Pat. No. 5,976,038 relates to line monitoring in a game, in particular in a football game.
  • the individual lines are monitored via directional antennas, the football either being equipped with a transmitter or having reflector properties. This is very expensive
  • each receiver In order to better detect the first signal sent directly from the transmitter, in US-A 6,121,926 several receivers are attached to each receiver, which are arranged in a known manner to one another in such a way that they can effectively block out reflections, but on the other hand are sufficiently dense stand together so as not to adversely affect the location of the object.
  • Position detection systems for determining the position of objects are also generally known in the context of the Global Positioning System (GPS).
  • GPS Global Positioning System
  • the position of any GPS receiver is determined by calculating its position in relation to satellites. However, this is not enough to be able to clearly identify objects and / or people in a given, delimited space.
  • the invention is therefore based on the object of creating a device which also detects the position of a plurality of objects and / or living beings with sufficient precision in order to evaluate this information in a suitable form.
  • correspondingly adapted parts of the device are also provided.
  • the data obtained by the position recording system is evaluated and information from it for further information Usage calculated. For example, in particular a check can be carried out according to specific movement sequences, which, particularly when monitoring game sequences or racing sequences, enables a statement to be made about the, for example, regular movement of objects and / or living beings. Movement patterns can be seen from the movement sequences. In addition, the speed and acceleration can be calculated from the sequence of movements by differentiation according to time.
  • a sensor system For active position detection, a sensor system is provided, which assigns transmitters to different objects and / or different living beings, which enable position detection of the objects and / or living beings. Since the transmitted data for determining the position are transmitted at regular time intervals, movement data can also be obtained therefrom, which can then be transmitted as data and information about the various objects and / or living beings. According to the claims, these data and information are made available directly or via a data network in order to e.g. Prepare motion sequences medially.
  • the position detection is similar to the GPS system with the significant difference that in the GPS system the signals of several transmitters (satellites) are evaluated by one receiver and in the position detection described here the signals of a transmitter e.g. can be evaluated in soccer as a game device by several fixed receivers.
  • a receiver can also be present in the gaming device, which receives the data from a plurality of fixed transmitters and forwards them to a further receiver for position detection.
  • the position of the football can be determined so precisely that the impartial e.g. a referee is able to make a reliable assessment of the game situation.
  • the system should not and cannot replace the referee!
  • additional data about the object can be transmitted and reported to a supervisor or trainer for further use, for example become.
  • corresponding transmitters are assigned to the living organisms according to, whereby, for example when checking the movement sequences, movement patterns or static states of athletes, several transmitters can also be arranged distributed over the body or the object
  • the object is preferably an electronically detectable game device, such as a soccer ball, which, for example, emits spherical electromagnetic waves, such as, for example, radio waves.
  • the radio waves are registered with the aid of several receivers.
  • the transmitter in soccer sends a signal at a constant frequency that with a digital identifier is modulated This signal is evaluated by the receivers, whereby not only the digital identifier is recorded, but also the phase position of the carrier wave is measured, for example. If the frequency of the carrier wave is sufficiently high, the position of the transmitter and thus of the gaming device can be determined very precisely via the multiple phase position measured from different points. With all players in a game appropriately equipped, an entire game can be recorded with regard to its movement sequences.
  • the data obtained about the position and / or direction of movement of the game device can be represented on display means, on the one hand for the audience and on the other hand for the referee, coach or player (e.g. in golf to find the ball). This means that the game device is monitored depending on the game inside or outside the field of play with sufficient accuracy and differentiated visualization for referees and the public within a limited space
  • FIG. 1 shows a section through a gaming device with a transmitting device
  • FIG. 3 shows a playing field monitored with receivers
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the transmitting device
  • 5 shows the schematic structure of a receiver
  • FIG. 6 shows a device for detecting the position and / or movement of an object and / or living being, it being possible for the static states and / or movement sequences to be of very different types.
  • Such static conditions and / or movement sequences can be, for example, the detection of containers in a container station or of wagons in a goods station as well as the detection of players and play equipment in any game, be it a single or team sport.
  • the balls can be recorded, but also in the case of shot put, discus throwing or javelin throwing.
  • the movement sequence of a person as a living being can also be recorded, such as the shot put or a long jumper or high jumper.
  • races of all kinds be it horse races, dog races or a marathon run or a Formula I race
  • the corresponding transmitter 10 and receiver E1 .E4, 12 corresponding to the objects O (container, play equipment, racing car, etc.) or the living organisms S1, S2 (horse, dog, human, etc.) must be assigned to their location and to also record movement
  • a position detection system which actively detects the position and / or movement of the objects and / or living beings via a sensor system.
  • at least one object O is assigned to transmitters 10 for electromagnetic waves or - in the underwater area - for sonar waves
  • a transmitter 10 for electromagnetic waves or sonar waves can be assigned to the living being S1, S2.
  • the signals from these transmitters are transmitted to at least one NEN, preferably several at least temporarily stationary receivers E1 ... E4 for detecting at least the position of the objects and / or living beings
  • the position is recorded similarly to the GPS system, but in a spatially limited area that is determined as a function of the transmission and reception power of the transmitter and receiver.
  • at least three receivers E1, .., E4 should be available in order to use the distance data determined To be able to calculate the position of object O or living creatures S1, S2 on the surface and in space.
  • the distances of the transmitters from each receiver are recorded cyclically in a delimited space.
  • the recorded distances are reported to a computer R1.
  • the transmitter 10 assigned to the object O or the living being S1, S2 first transmits a characteristic data record so that different transmitters can be distinguished from one another, and a signal which is transmitted by the receivers E1,. , E4 is received. Based on the received data, the computer R1 can then calculate the position of the transmitter 10. However, it can also transmit further data. For example, it is possible to measure and transmit the air pressure and the twist with which the ball is played, for example.
  • medical data can also be additionally transmitted, for example from the additional transmitter 18
  • the position detection of an object O is carried out similarly to the GPS system, the signals from the transmitter 10 assigned to the object O and / or the living being S1, S2 being received by a plurality of receivers E1.
  • E4 can be evaluated.
  • the phase position, the time or the field strength of the received signals can be determined.
  • the corresponding alternatives are known to the person skilled in the art.
  • the time of the incoming signals relative to a time known to all receivers is a good way of calculating the distance Explanation takes place using the example of a detection of the phase position of the received signals.
  • the phase detectors of the receivers E1 ... E4 should be synchronized with one another via a ring line SL according to FIG. It does not have to be a hardware line, it is only necessary to synchronize the receivers appropriately.
  • the accuracy of the position measurement can be improved by increasing the number of receivers E1 ... E4.
  • the receivers should preferably be arranged at relevant points, although it is not necessary for them to be arranged outside, as in FIG. 6, for example, around the playing field F shown there, which represents the spatially delimited area there. It is also possible to arrange the receivers centrally within a spatially limited area, the limits of accuracy being known to the person skilled in the art. The closer the receivers are to each other, the more difficult it is to detect objects O and / or living beings S1, S2, in particular if the distance of the object or living being from the receivers increases.
  • a receiver E1, E2 is arranged behind the gate 126 on the floor and one receiver E3, E4 on each side of the center line 127 on the floor.
  • the arrangement on the floor is not absolutely necessary.
  • the distance is measured by counting the zero crossings in the same direction of the carrier wave and adding the phase shift. With a carrier frequency of 300 MHz, the wavelength is 1 m. If the phase shift in the range from 0 to 360 ° is measured with an accuracy of +/- 2%, the result is a position resolution of approximately +/- 2 cm. The accuracy can be increased by increasing the carrier frequency.
  • a distance of eg 40 m corresponds to a total phase shift of 14400 °. Since the positions of the catcher EL.
  • the position of the transmitter can be calculated from the phase shift differences using a relatively simple system of equations with four independent equations.
  • the result provides two solutions, whereby the solution in which the transmitter 12 is located below the surface of the earth can be neglected. Since the system of equations is overdetermined, the additional information can be used to improve the resolution. This is also the reason why the resolution can be increased by increasing the number of recipients.
  • S1, S2 for example the start pulse is modulated on all transmitters
  • the data determined in this way are fed to the evaluation unit A and to the computer R1, which solves the systems of equations and detects the absolute position of the objects O and the living beings S1.S2.
  • the vector can be determined by the cyclical measurement for the direction of movement of the transmitter 10. As a result, the position and / or the direction of movement of the transmitter 10 is available.
  • means for checking the position and / or movement data for movement sequences can be provided. From these sequences of movements, speed and acceleration of the objects and / or living beings can be determined by differentiation according to time.
  • This check which can be carried out in the computer R1, makes it possible, particularly when monitoring game or racing sequences, to make a statement about the, for example, regular movement of Objects and / or living things.
  • the information available can be used to check whether, for example, the container that has been in storage for a long time has been properly forwarded again in good time
  • the gaming device 1 10 is a soccer ball and the playing field 1 1 1 is a soccer field.
  • the game device 1 10 has, for example in the case of a football according to FIG. 1, an outer skin which represents a playable surface 1 10a and encloses a hollow interior 1 10b.
  • the interior can be pressurized via a valve opening 1 10c.
  • a transmitter 22 with a transmitter for electromagnetic waves, preferably for radio waves, is used, the signals of which are sent to several receivers E1,, E4
  • the center of the game device is important, for example, in soccer for the positioning of the transmitter, because the line is only crossed when the ball has completely crossed the line.
  • the position of the circumference of the ball can also be calculated when the position of the center is detected.
  • the position of the transmitter can also be determined at other points on a gaming device or on the circumference or on the outside of a gaming device or object such as a racing car or container.
  • spring spring mechanisms come into consideration, which are either themselves elastic or support the transmitting device 122 with transmitter 1 12 in the game device 110 via elastic means 1 13.
  • the spring mechanism can e.g. be designed so that it can be used later with the transmitter 1 12 in the game device via the valve opening.
  • the transmitter can also be installed during the manufacture of the game device.
  • Another elastic fastening is e.g. foaming the transmitter into an elastic foam.
  • the measurements of the individual receivers E1, .., E4 or the receiver in the gaming device are transmitted to a computer R1.
  • This solves the systems of equations and determines the absolute position of the gaming device 1 10 above the playing field 11 1.
  • the resolution can be further optimized by comparison with the previous measurements.
  • vector V1 (FIG. 1) is also determined for the direction of movement of the transmitter.
  • the position and / or the direction of movement of the ball can be displayed on a virtual playing field on a display means TV, R2, PC, 20 (FIG. 6).
  • This display can be made accessible to the public, for example, by displaying the information on large screens. As soon as the ball crosses a line, the respective playing area can be highlighted accordingly.
  • the field area of the 16-meter room can be shown in red.
  • the ball moves over the Field boundary, the location of the throw-in is displayed accordingly. This can be increased to such an extent that when the player throws the ball in, it is automatically checked whether the throw-in takes place in the right place.
  • the results of the position calculations can also be used for game statistics. For example, can be calculated how long the ball was in the opponent's 16-meter space, which wings were used for the most attacks, etc.
  • the referee must be informed so that he can still concentrate fully on the game. This can e.g. done acoustically.
  • the referee carries with him as an output device a display device as a display means 20 or a miniature door receiver which is punked on by the computer R1 via a transmitter 19.
  • a tone indicates that the ball has crossed the goal line.
  • the other tone signals that the field boundary has been exceeded, which can be broken down according to whether the field crossing is a corner kick or a throw-in (This is sometimes not certain to be decided if, for example, the ball towards the corner flag has the field boundary at a great height exceeds).
  • the display device can also have other information transmission means, such as a small screen or vibrating alert.
  • the display device can e.g. Have means that allow the referee e.g. suppress the relevant information based on a rule of advantage.
  • the structure of the transmitter 122 with transmitter 112 in soccer is shown in FIG. 4.
  • the structure of the transmitter 122 with transmitter 112 in soccer is shown in FIG. 4.
  • Transmitter 122 is accommodated on a small circuit board, which is centered in the middle of the ball with four fingers 114 according to FIG. 1, for example.
  • the power supply 1 15 can take place via a lithium ion accumulator.
  • This battery is powered by a special charging Device 120 charged without contact
  • a coil 1 16 is accommodated in the game device 1 10.
  • the ball is placed in the receptacle 120a of the loading device 120.
  • alternating field generating means 124 this generates a high-frequency alternating magnetic field and inductively transmits the charging energy into the ball.
  • the computer 121 in the ball then controls the charging of the accumulator.
  • the coil 1 16 in the ball can additionally be used to switch the transmitter 112 in the ball on or off.
  • the transmitter 1 is switched on using a small hand control device before using the ball or via the charging device before removing the ball from the receptacle 120a 12 switched on
  • This hand control unit emits a magnetic alternating field like the charging device.
  • the frequency of this alternating field shows the computer 121 in the gaming device 110 whether the transmitter should be switched on or off.
  • the oscillator 129 is activated via the computer 121.
  • the oscillator 129 is quartz stabilized.
  • the transmitter can also be a ceramic transmitter. In principle, the transmitter with its components must be selected so that it can withstand the loads that occur during the game.
  • the computer generates a digital code using code generator 137, which is modulated onto the oscillator signal with the aid of modulator 130. This signal is amplified by amplifier 138 and emitted via an omnidirectional antenna 123. To save energy, only vibration packets with a duration of approx. 100 ⁇ s are emitted, which are interrupted by pauses of 10 ms. This means that 100 position measurements per second are possible.
  • the structure of the receiver outside of the gaming device is shown in FIG. 5.
  • the signal received with antenna 131 is first amplified in the correct phase by means of amplifier 132 and then fed to a Schmitt trigger 133 and a phase comparator 134.
  • the Schmitt trigger 133 determines the number of positive signal passes of the carrier signal.
  • the phase comparator 134 determines the phase shift to a reference signal. This reference signal is determined in one of the receivers from the received signal by synchronizing a reference oscillator with the received signal.
  • the signal of the reference oscillator is then transmitted to all other receivers by cable 136 or wirelessly as a comparison phase.
  • the phase shifts that result in the cable 36 are taken into account by the computer R1
  • the phase position and the result of the Schmitt trigger 133 are recorded by a small computer 135 in the receiver and reported to the computer R1.
  • the integration of the computer R1 in the position detection system is shown in FIG. 6.
  • the computer R1 receives the current phase position of the received signal from each receiver E1, .., E4.
  • the positions of the receivers are communicated to the computer R1.
  • the ball or a calibration transmission element is placed on the center of the playing field and recorded by the computer R1. Since this ball position is known, the phase shifts in the synchronous line SL can be corrected by the computer R1.
  • the accuracy of the position calculation can be considerably improved by additionally recording known bali positions
  • phase measurement data are analyzed using a system of equations. Then the determined position is corrected using the known position phase relationships. The result is the absolute ball position projected onto the playing field F. Now the position and the direction of movement are determined and visualized. Here the space, e.g. a field F is shown on the monitor, on which the position of the ball can be seen. Here, e.g. Line crossings are recorded and displayed exactly.
  • the data relevant to the referee can be transmitted to the referee's display device by radio. This receiver signals e.g. to the referee that the line has been exceeded
  • the sensor system should be calibrated before use. Problems can arise with the sensor systems, for example, because a playing field is not dimensionally accurate or is even trapezoidal, which is hardly noticeable to the naked eye. Discontinuities can also be caused, for example, by pipelines in the floor or by rails, which disrupt the sensor system during data acquisition. For this reason, a calibration transmission element, that is to say a transmitter, is arranged at certain, preferably significant, positions in the room and its position is recorded with the sensor system. This clearly defines at which point these significant positions are, so that they are used below to compare the target and actual data can be used.
  • Another example is a race track for a Formula I race.
  • a vehicle along both sides of the road as a calibration transmission element along the racetrack so that the racetrack is precisely recorded.
  • the signal of the object O "racing car” can then be compared, so that optimal results can be calculated and generated, e.g. to record the course of the race and, if necessary, to display it virtually
  • receivers will be arranged especially near the goal.
  • at least four receivers should preferably be used.
  • a receiver E1, E2 is arranged on the floor behind the gate and one receiver E3, E4 on each side of the center line on the floor. The arrangement on the floor is not absolutely necessary
  • the distance is measured by numbers of the zero crossings in the same direction of the carrier wave and addition the phase shift
  • a distance of eg 40 m corresponds to a total phase shift of 14400 °. Since the positions of the receivers EL.
  • the position of the transmitter can be calculated from the phase shift differences using a relatively simple system of equations with four independent equations.
  • the result yields two solutions, whereby the solution in which the transmitter 12 is located below the surface of the earth can be neglected. Since the system of equations is overdetermined, the additional information can be used to improve the resolution. This is also the reason why the resolution can be increased by increasing the number of receivers.
  • the start pulse is modulated on all transmitters.
  • the data determined in this way are fed to the evaluation unit A and the computer R1, which solves the systems of equations and detects the absolute position of the objects O and the living beings S1, S2.
  • a cyclic measurement can be used to determine a vector for the direction of movement of the transmitter 10. As a result, the position and / or the direction of movement of the transmitter 10 is available.
  • the computer R1 is assigned a database 14 with expert knowledge of the relationship between the objects O and / or the living beings S1, S2. Data that contain the priority of processing individual objects.
  • the containers can be characterized by how long their service life lasts (first in - first out) and the content of the containers.
  • the relationships stored in the expert knowledge are e.g. the rules of the respective game in order to create game-relevant information.
  • Such information relevant to the game can be, for example, the crossing of lines, goals or the decision about corner kick, throw-in as well as offside positions in football.
  • the information relevant to the game is particularly in the training area for various sports, but also e.g. the jump point at the triple jump and the like
  • the information obtained in this way can be used in various ways. It can be made available to a referee or trainer immediately. It can be statistically evaluated or made available to users for media processing of the movement process in a multi-channel process or via a data network be made, in particular to make game processes more attractive or to represent them virtually
  • a position detection system can passively detect the objects and / or living beings.
  • several imaging cameras can record the movement sequence of objects and / or living beings and a computer R1 scans the determined images to detect the position of the objects and / or Living beings from
  • a grid is placed on the image and, after the objects and / or living beings have preferably been marked accordingly for the computer at the beginning of the recording, the movement sequences can be tracked.
  • the objects and / or living beings can also be monitored by means mark that make them distinguishable, for example, for thermal imaging cameras.
  • the heat radiated by the living organisms, depending on their condition is also an indication of their overall condition.
  • Representation means 20 the control device for switching the transmitter 12 on or off and the transmission device 122 for installation in the game device are parts of a device which can be sold in whole or in part
  • the computer R1 is assigned a database 14 with expert knowledge of the relationship between the objects O and / or the living beings S1.S2. These relationships can be, for example, data which include the priority of processing individual objects be marked, how long their lifespan lasts (first in - first out) and what content the containers have.
  • the relationships stored in the expert knowledge are, for example, the rules of the respective game in order to generate information relevant to the game. len. Such information relevant to the game can be, for example, the crossing of lines, goals or the decision about corner kick, throw-in as well as offside positions.
  • the database knowledge therefore makes a significant contribution to determining the movement sequences to be checked.
  • Game-relevant information is particularly in the training area for various sports, but also, for example, the throw path of a spear or discus, the course of movement of the runner, the jump point when triple jumping and the like. As explained, this information can be transmitted to the referee or coach or supervisory staff
  • the determined data and information can also be made available to a further computer R2, which e.g. carries out an automatic statistical evaluation of the movement sequence or the game sequence.
  • a further computer R2 which e.g. carries out an automatic statistical evaluation of the movement sequence or the game sequence.
  • R2 e.g. carries out an automatic statistical evaluation of the movement sequence or the game sequence.
  • the following values are recorded statistically for each player:
  • medical data can also be transmitted by an additional transmitter 18, particularly in the training area, be it pulse or blood pressure, oxygen content of the blood or other criteria which show, for example, the state of exhaustion of the living being can also be used sensibly in other living beings, of course.
  • the transmitter is arranged at objects at a suitable location in or on object O, it can preferably be used in players' clothing, e.g. in shoes 140 (see below) or in the gauntlets used by the player or even implanted in other living things.
  • this additional medical data can be used in conjunction with the other data to determine evaluation criteria for the individual organisms, which can also be used to protect the respective organisms, especially when it comes to replacing players in good time statistics are also used to determine the value
  • the data and information are also fed via at least one transmission element 15 to presentation means such as a television set TV or a computer screen PC.
  • presentation means such as a television set TV or a computer screen PC.
  • the media preparation of the data can serve as an additional visualization of the movement or game sequence.
  • a game can be made more attractive with the help of this data.
  • the game can be displayed prepared by a processor M over a number of transmission channels K1, K2, K3.
  • the information available, which the computer R1 has calculated, can be displayed on a display means computer R2, together with the data arriving at the evaluation unit A, Televisions TV or computer screen PC are at least partially, but also, if necessary, displayed together with at least part of the data. For example, it is conceivable that a first transmission channel will send the game as usual.
  • a second transmission channel shows the game as usual with the additional display of game-relevant information.
  • the offside line can be shown in football and the ball is colored according to the last contact with the ball, so that the viewer can immediately recognize offside positions.
  • a third transmission channel shows the game as usual with the additional display of the name of the player who last played the ball.
  • statistical data such as the distance covered, the number of ball contacts etc. are displayed, for example, directly or via teletext
  • a fourth transmission channel can generate a representation in the form of a top view, with the movement of the players and the ball being graphically traced. This makes it possible, for example, for moves to be recognized very well It is no longer necessary to position cameras at all relevant points, since the knowledge of the route and the determined data means that the vehicles can be recorded at any time.This also provides helpful information for pit personnel. In athletics or ski jumping, there is often the option of directly expanding the range of throwing sports to determine or recognize and analyze optimal movements of jumpers Sieren. This information can also be made available immediately. For example, when a throwing device or knight hits, there will always be a discontinuity in the sequence of movements that can be used directly to measure the distance.
  • Another channel can represent the game virtually prepared from the perspective of a virtual camera position.
  • the players themselves are represented in a similar way to a computer game and move in real time just like in the game currently running.
  • the soccer ball carry a transmitter 10, but the players preferably wear e.g. S1, S2, e.g. 8, a transmitter 10 in each shoe 140 and / or in the shin guard 150.
  • the transmitter is preferably removably arranged in a recess preferably provided in the heel area of the shoe 140. Not only can this clearly clarify the offside position, but it can also always be seen in which direction the player is moving, in particular whether he is moving in the chest or back direction.
  • the arrangement of transmitters 10 in the shin guard 150 also has the advantage that the shin guard is usually at a certain height above the playing field. From this height it can be calculated, in particular for a virtual representation, whether the player S1 is currently on the ground or is playing the ball with a fall-back.
  • the data and information can also be prepared in such a way that the game can be represented three-dimensionally via a fifth transmission channel.
  • two virtual cameras are used for this purpose, the images of which are transmitted as a red / green image. If the viewer has red / green 3-D glasses, a three-dimensional image is created.
  • additional information and effects can also be transmitted via separate television channels.
  • a data network 16 For this purpose, an Internet server IS can be provided, for example, which makes the data and information available to a user of the data network, who then loads this information and data on his PC. The user can then generate the display and - if not transmitted - the game-relevant information.
  • This can be done using a special joystick, for example. Moving the joystick moves the camera position across the field. It is thus possible, for example, to dive into the current game happening at any position, to view or analyze it from all directions or to fly after the ball. It is even possible with appropriate aids that the viewer can bring himself into the virtual playing field.
  • the game can also be viewed in 3-dimensional color on the screen. As a further function, it is possible to record the entire game on the hard disk so that the game can be displayed and evaluated again later.

Abstract

Eine Einrichtung dient zur Erfassung der Position und/oder Bewegung von mehreren Objekten (O) und ggf. auch Lebewesen (S1, S2). Sie weist ein Positionserfassungssystem mit einem Sensorsystem zur Abdeckung eines räumlich begrenzten Bereichs mit wenigstens einem dem Objekt (O) zugeordneten Sender (10) für elektromagnetische Wellen oder Sonarwellen auf, der Signale an mehrere Empfänger (E1, ..., E4) zur Detektion zumindest der Lage der Objekte überträgt. Eine Auswerteeinheit (A) ermittelt aufgrund der vom Positionserfassungssystem übertragenen Signale Lage- und/oder Bewegungsdaten der Objekte (O), aus denen ein Rechner (R1) Informationen berechnet. Damit wird eine Einrichtung geschaffen, die genau genug die Position auch mehrere Objekte und/oder Lebewesen erfasst, um diese Information in geeigneter Form auszuwerten.

Description

Einrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung von Objekten und/oder Lebewesen
Beschreibung
Bezug zu verwandten Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung 200 04 174.6, hinterlegt am 6.03.2000 sowie der deutschen Patentan- meidungen 100 29 456.1 , 100 29 459.6, 100 29 463.4 und 100 29 464.2, allesamt hinterlegt am 21.06.2000, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts und/oder Lebewesens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bisher finden Video-Überwachungen oder Bildübertragungen von statischen Zuständen und/oder Bewegungsabläufen, sei es im Logistikbereich oder auch bei der Übertragung von Spielen wie z.B. Fußballspielen oder Leichtathletikveranstaltungen in der Form statt, dass mehrere Kameras das Spielgeschehen aufnehmen und die so gewonnenen Bilder in Form bekannter Bild- und Tonübertragungen an entsprechende Fernsehgeräte übertragen werden. Ferner können Übertragungen auch über Datennetze an Computer und Computer-Bildschirme erfolgen. Es ist dabei z.B. im digitalen Fernsehen bekannt, verschiedene Spielsituationen, die von verschiedenen Kameras eingefangen werden, bedarfsweise auf Knopfdruck dem Benutzer zur Verfügung zu stellen.
Es kommt immer häufiger vor, dass z.B. bei einem Fußballspiel umstrittene Entscheidungen des Schiedsrichters aufwendige Diskussionen, Sportgerichtsverhandlungen und sogar Spielwiederholungen zur Folge haben. Dies wurde vor allem durch Videoaufzeichnungen ausgelöst, durch die im nachhinein Fehlentscheidungen der Schiedsrichter erkannt werden. Die Auswertung von Videoaufzeichnungen ist sehr aufwendig und oft ergeben sich durch die Zweidimensionalität der bildgebenden Systeme verfälschte Werte. Dennoch berichten Zeitschriften wie der "Kicker", Ausgabe vom 25.02.2000, Seite 17 oder Zeitungen wie "Badische Neueste Nachrichten", Ausgabe vom 23.02.2000, dass die Torkamera eingeführt werden soll und das einzige technische Hilfsmittel sein soll, dass zur Unterstützung des Schiedsrichters zugelassen werden soll.
Aus der EP 0 602 459 B1 ist ein Patientenüberwachungssystem bekannt, bei dem auch Zusatzdaten von einem Sender zur Überwachung der Patienten weitergeleitet werden. Die Kombination mit weiteren Objekten ist dort jedoch nicht entnehmbar.
Ein Positionserfassungssystem für Objekte vorzusehen und eine Auswerteeinheit einem Rechner zur Ermittlung von Lage und/oder Bewegungsdaten zuzuordnen, ist z.B. aus WO-A 94/23404 bekannt, um gestohlene Fahrzeuge über einen individuellen Code und über das GPS-System wieder aufzufinden. Die gleichzeitige Überwachung von Lebewe- sen in einem überschaubaren Raum ist dort nicht entnehmbar.
Aus der US-A 4,675,816 ist im Wesentlichen die Positionsbestimmung eines beliebigen Spielgeräts, dort vorzugsweise eines Footballs, der einen Sender mit sich trägt durch Triangularmessung bekannt. Die gewonnenen Informationen werden an den Schieds- richter oder auf ein Display für Fernsehen oder Zuschauer übertragen.
Aus der WO-A 89/02768 ist ein Golfball-Suchsystem mit einem Sender im Golfball bekannt, wobei auch ein entsprechendes Anzeigegerät vorhanden ist. Mittels einer Ladeschaltung wird ein Akkumulator im Ball geladen. Der Sender ist vorzugsweise im Zen- trum angeordnet, bedarfsweise herausnehmbar oder eingegossen.
Aus der DE 40 07 454 A1 ist ein System zur Golfballbestimmung bekannt, wobei eine Ladeschaltung vorgesehen ist, die dazu führt, dass der Sender im Golfball unmittelbar nach dem Laden für eine bestimmte Ladedauer wirksam geschaltet wird. Es ist dabei möglich, kodierte Signale abzugeben und auch mehrere Sender mit verschiedenen Signalen zu kodieren. Dasselbe ist im Hinblick auf eine Radarmessung aus der JP 00 601 26 015 bekannt. Aus der DE 197 46 168 A1 ist ergänzend das induktive Laden bekannt, da im Golfball eine entsprechende Schaltung mit einem Schwingquarz integriert ist, der entsprechende äußere Signale zum Einschalten und zum Laden erkennt. Nach dem DE-U 94 08 420 ist im Zentrum eines Fußballs ein Sender elastisch angeordnet, der nicht von außen beeinflussbar sein soll.
Aus DE 696 05 326 T1 ist ein Lawinensuchsystem unter Einsatz entsprechender Sen- degeräte mit Ortungssystemen, eingesetzt in einem begrenzten Raum bekannt.
Aus der DE 196 16 038 A1 ist eine Ortung unter Winkelbestimmung nach einer Laufzeitmessmethode bekannt, die eine verbesserte Triangulation ermöglichen soll. Die Triangulation ist für viele Situationen aber zu langsam und/oder zu ungenau.
Aus der DE 42 33 341 C2 ist es bekannt, ein Spielobjekt aufwändig zu überwachen, eine gleichzeitige Überwachung von Spielern ist dort nicht entnehmbar.
Die DE 195 45 990 beschäftigt sich im Wesentlichen mit der virtuellen Darstellung von Bewegungsabläufen u.a. zur Erstellung von virtuellen Spielabläufen. Die Erfassung der Daten erfolgt allerdings dadurch, dass die jeweilige Kamerakondition erfasst wird, um dadurch virtuelle Abläufe zu berechnen. Die Daten unmittelbar vom Objekt zu erfassen und für diesen Zweck zu verwenden, ist damit nicht vorbekannt.
Die medientechnische Aufbereitung der Erfassung eines Sportgeräts ist aus der DE 42 22 679 A1 bekannt, wobei durch entsprechende Mechanismen eine zeitverzögerte Darstellung auf Bildschirmen erfolgt, so dass zum Beispiel eine Leuchtspur erkennbar ist. Der Sender im Sportgerät kann batteriebetrieben sein. Es handelt sich um einen aktiven Sender, wie jedoch die Erfassung erfolgt, bleibt offen.
Datenbanken mit Expertenwissen an sich bei der Auswertung von Informationen im Allgemeinen einzusetzen ist z.B. aus der DE 196 53 682 A1 bekannt.
Die Eichung von Sendeelementen zur Eichung z.B. eines Fußballplatzes ist aus der EP 0 717 261 A2 bekannt, wobei bewegliche oder permanent installierte Elemente zur Eichung vorgesehen sind. Die Erfassung erfolgt nach dem Triangulations-Verfahren. Eine Laufzeitmessung ist aus der EP 0 653 643 A2 entnehmbar
Die folgenden US-Patent beschäftigen sich zwar mit der Spreizbandübertragung, sind aber inhaltlich dennoch zu betrachten. Das US-A 5,346,210 ist grundsätzlich auf die Überwachung eines Footballs wahrend des Spiels gerichtet. Auf der einen Seite des Spielfeldes sind Ultraschall-Empfanger angeordnet und auf der anderen Seite des Spielfeldes Eichsender. Sobald jedoch der Ball aktiviert wird, werden die Eichsender abgeschaltet und der Ball wird entsprechend verfolgt Ferner ist dort eine von der Beschrankung auf zwei Frequenzen, nam ch einerseits eine Ultraschallfrequenz und andererseits eine Radiofrequenz insbesondere zum Einschalten des Ballsenders, unabhängige Visualisierung des Balls und ein Lokalisie- rungssystem bekannt.
US-A 4,833,480 beschäftigt sich damit, eine entsprechende Genauigkeitssteigerung bei der Tπlateralisationsmessung zu erzeugen Gearbeitet wird mit einer Zweifrequenztech- nik mit Phasenverschiebung und einem Diskontinuitatstiming zur Driftkompensation.
Nach der US-A 4,914,735 wird das modulierte Tragersignal noch auf einer weiteren Tragerwelle mit weiterer Frequenz übertragen, um dadurch die Genauigkeit zu steigern. Die mehrfache Übertragung mit verschiedenen Frequenzen, zumindest in Teilen des Signals, ist dort wesentlich.
US-A 5,138,322 dient zur Detektion eines Tennisballs mittels Radarmessung in Verbindung mit Laufzeitmessung erfolgt ist
US-A 5,534,876 versucht bei der Mehrfachubertragung Signale auszublenden, deren Laufzeit 50 bis 150% der Entfernung zwischen den Erfassungsmitteln betragt
US-Patent 5,976,038 betrifft eine Linienuberwachung bei einem Spiel, und zwar insbesondere beim Football-Spiel Die einzelnen Linien werden über Richtungsantennen überwacht, wobei der Football entweder mit einem Transmitter ausgestattet ist oder Reflektoreigenschaften hat Dies ist sehr aufwandig
US-Patent 6,047,192 dient insbesondere dazu, Mobiltelefone zu detektieren Für die Ansprüche scheint allerdings wesentlich zu sein, dass nicht nur Daten korrehert , sondern dass vor allem nach Erhalt der Signale an einem Empfanger über eine entsprechende Datenreduktion die Daten zum weiteren Empfanger oder zu einer Zentrale über- tragen werden, wo die Daten rekonstruiert und gegebenenfalls mit den Daten weiterer Empfanger abgeglichen werden.
Nach der US-A 5,1 19,104 sollen in einer Fabrikationshalle verschiedene Objekte bezug- lieh ihrer jeweiligen Lage detektiert werden Es werden von jedem Empfanger entsprechende Datenpakete erzeugt, die dann zur Berechnung der jeweiligen Lagebestimmung des Objekts verwendet werden.
Gemäß US-A 5,920,287 wird eine standige Überwachung der Objekte durchgeführt Dabei wird versucht ein zufälliges Pseudo-Spreizbandsignal zu eliminieren.
Um nam eh das erste, direkt vom Sender gesandte Signal besser zu erfassen, werden in der US-A 6,121 ,926 jedem Empfanger mehrere Antennen angebracht, die in bekannter Weise so zueinander angeordnet sind, dass sie wirksam Reflektionen ausblenden können, aber andererseits dicht genug beieinander stehen, um die Lagebestimmung des Objekts nicht nachteilig zu beeinflussen.
Positionserfassungssysteme zur Bestimmung der Lage von Gegenstanden sind allgemein auch im Rahmen des Global Positioning Systems (GPS) bekannt Hierbei wird die Position eines beliebigen GPS-Empfangers dadurch festgestellt, dass er seine Position im Verhältnis zu Satelliten berechnet. Dies genügt jedoch noch nicht, um in einem vorgegebenen, abgegrenzten Raum Objekte und/oder Personen eindeutig identifizieren zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die genau genug die Position auch mehrere Objekte und/oder Lebewesen erfasst, um diese Information in geeigneter Form auszuwerten Hierzu werden auch entsprechend angepasste Teile der Einrichtung vorgesehen
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost
Unabhängig davon, wie die Positionserfassung erfolgt, werden die vom Positionserfas- sungssystem gewonnenen Daten ausgewertet und daraus Informationen zur weiteren Verwendung berechnet. Es kann z.B. insbesondere eine Überprüfung nach bestimmten Bewegungsabläufen erfolgen, die vor allem bei der Überwachung von Spielabläufen oder Rennabläufen eine Aussage über die z.B. regelgerechte Bewegung von Objekten und/oder Lebewesen ermöglicht. Aus den Bewegungsabläufen kann man Bewegungs- muster erkennen. Zusätzlich kann aus dem Bewegungsablauf durch Differentiation nach der Zeit die Geschwindigkeit und Beschleunigung berechnet werden.
Zur aktiven Positionserfassung ist ein Sensorsystem vorgesehen werden, das verschiedenen Objekten und/oder verschiedenen Lebewesen Sender zuordnet, die eine Lage- detektion der Objekte und/oder Lebewesen ermöglichen. Da die gesendeten Daten zur Bestimmung der Lage in regelmäßigen Zeitabständen übertragen werden, lassen sich daraus auch Bewegungsdaten gewinnen, die dann als Daten und Informationen über die verschiedenen Objekte und/oder Lebewesen übertragen werden können. Diese Daten und Informationen werden nach den Ansprüchen Darstellungsmitteln unmittelbar oder über ein Datennetz zur Verfügung gestellt, um daraus z.B. Bewegungsabläufe medial aufzubereiten.
Die Positionserfassung erfolgt ähnlich dem GPS-System mit dem signifikanten Unterschied, dass beim GPS-System die Signale mehrerer Sender (Satelliten) von einem Empfänger ausgewertet werden und bei der hier beschriebenen Positionserfassung die Signale eines Senders z.B. im Fußball als Spielgerät von mehreren ortsfesten Empfängern ausgewertet werden. Alternativ kann aber auch wie beim GPS-System ein Empfänger im Spielgerät vorhanden sein, der die Daten mehrerer ortsfester Sender empfängt und über einen Sender zur Positionserfassung an einen weiteren Empfänger wei- tergibt. Dadurch lässt sich die Position des Fußballs so exakt ermitteln, dass dadurch dem Unparteiischen z.B. einem Schiedsrichter eine sichere Beurteilung der Spielsituation ermöglicht wird. Das System soll und kann den Schiedsrichter nicht ersetzen !
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung können außer den Lage- und Bewegungsdaten auch Zusatzdaten über das Objekt (Zustandsdaten eines Rennwagens, Zustand eines Containers, Drall eines Balls) oder das Lebewesen (medizinische Daten, Erschöpfungszustand) übermittelt werden und z.B. einem Aufseher oder Trainer zur weiteren Verwendung gemeldet werden. Je nach Verwendungszweck werden entsprechende Sender den Lebewesen nach den zugeordnet, wobei z B. bei der Überprüfung der Bewegungsabläufe, Bewegungsmuster oder statischen Zustande von Leichtathleten auch mehrere Sender über den Korper oder das Objekt verteilt angeordnet sein können
Vorzugsweise ist das Objekt ein elektronisch detektierbares Spielgerat wie z.B ein Fußball, der z B kugelförmig elektromagnetische Wellen wie z B Funkwellen abstrahlt Die Funkwellen, werden mit Hilfe von mehreren Empfangern registriert Der Sender im Fußball sendet auf einer konstanten Frequenz ein Signal ab, daß mit einer digitalen Ken- nung moduliert ist Dieses Signal wird von den Empfangern ausgewertet, wobei nicht nur die digitale Kennung erfaßt wird, sondern es wird z B. auch die Phasenlage der Tragerwelle gemessen. Bei ausreichend hoher Frequenz der Tragerwelle kann über die mehrfache aus verschiedenen Punkten gemessene Phasenlage die Position des Senders und damit des Spielgerats sehr genau ermittelt werden Bei entsprechender Ausstattung aller Spieler eines Spiels kann so ein ganzes Spiel hinsichtlich seiner Bewegungsabläufe erfasst werden.
Die gewonnenen Daten über Position und/oder Bewegungsrichtung des Spielgerats können auf Darstellungsmitteln dargestellt werden und zwar einerseits für das Publikum und andererseits für den Schiedsrichter, Trainer oder Spieler (z B beim Golf zum Auffinden des Balls) Damit wird eine Überwachung des Spielgerats je nach Spiel innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes mit ausreichender Genauigkeit und differenzierter Visualisierung für Schiedsrichter und Publikum innerhalb eines abgegrenzten Raums möglich
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteranspruchen
Kurzbeschreibung der Figuren
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefugten Figuren dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert Es zeigen
Fig 1 einen Schnitt durch ein Spielgerat mit Sendegerät,
Fig 2 eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Stromversorgung für den Sender,
Fig 3 ein mit Empfangern überwachtes Spielfeld, Fig 4 eine schematische Darstellung des Sendegeräts, Fig. 5 den schematischen Aufbau eines Empfangers,
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Sensorsystems,
Fig. 7 eine Ubertragungsmoglichkeiten für die Daten zu den Empfangern
Ausfuhrliche Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele
Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter bezug auf die beigefugten Zeichnungen naher erläutert Allerdings handelt es sich bei den Ausfuhrungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschranken sollen
Figur 6 zeigt eine Einrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung eines Objekts und/oder Lebewesens, wobei die statischen Zustande und/oder Bewegungsabläufe verschiedenster Natur sein können. Solche statische Zustande und/oder Bewegungsabläufe können z B. die Erfassung von Containern in einem Containerbahnhof oder von Waggons in einem Guterbahnhof ebenso sein wie die Erfassung von Spielern und Spielgeraten bei einem beliebigen Spiel, sei es eine Einzel- oder Mannschaftssportart. So können z B. im Fußball, Football oder Rugby, im Tennis oder Golf die Balle, genauso jedoch aber beim Kugelstoßen, Diskuswerfen oder Speerwerfen die entsprechenden Sportgerate erfasst werden. Erfasst werden kann auch der Bewegungsablauf einer Per- son als Lebewesen, wie z B. der Kugelstoßer oder auch ein Weit- oder Hochspringer Ebenso ist ein Einsatz denkbar bei Rennen aller Art, seien es Pferderennen, Hunderennen oder ein Marathonlauf oder ein Formel I -Rennen Je nach Einsatzzweck müssen nur entsprechende Sender 10 und Empfanger E1 .E4, 12 entsprechend den Objekten O (Container, Spielgerat, Rennwagen usw.) oder den Lebewesen S1 , S2 (Pferd, Hund, Mensch, usw ) zugeordnet werden, um deren Lage und ergänzend auch Bewegung zu erfassen
Der Einfachheit halber wird im folgenden nur noch von Bewegungsabläufen gesprochen, wenngleich eine Übertragung auf statische Zustande möglich ist
Zur Erfassung der Lage und/oder Bewegung ist ein Positionserfassungssystem vorgesehen, das aktiv über ein Sensorsystem Lage und/oder Bewegung der Objekte und/oder Lebewesen erfasst Dazu sind wenigstens einem Objekt O Sender 10 für elektromagnetische Wellen oder - im Unterwasserbereich - für Sonarwellen zugeordnet Ebenso kann dem Lebewesen S1 ,S2 ein Sender 10 für elektromagnetische Wellen oder Sonarwellen zugeordnet sein Die Signale dieser Sender werden gemäß Fig 6,7 an wenigstens ei- nen, vorzugsweise mehrere zumindest vorübergehend ortsfeste Empfanger E1...E4 zur Detektion zumindest der Lage der Objekte und/oder Lebewesen übertragen
Die Positionserfassung erfolgt ähnlich dem GPS-System, allerdings auf einem raumlich begrenzten Bereich, der in Abhängigkeit der Sende- und Empfangsleistung von Sender und Empfanger bestimmt ist Vorteilhafterweise sollten wenigstens drei Empfanger E1 ,..,E4 vorhanden sein, um aufgrund der ermittelten Distanzdaten die Position von Objekt O oder Lebewesen S1 ,S2 auf der Flache und im Raum berechnen zu können. Dabei werden mit Hilfe einer ausreichend großen Anzahl von Empfangern E1 ,E2,E3,E4 in einem abgegrenzten Raum die Entfernungen der Sender von jedem Empfanger zyklisch erfasst.
Die erfassten Distanzen werden an einen Rechner R1 gemeldet. Dieser wertet die Signale mit einer Auswerteeinheit A zur Ermittlung von Lage- und/oder Bewegungsdaten des Objekts O und/oder Lebewesen S1 ,S2 aufgrund der vom Sensorsystem übertragenen Signale aus und berechnet die absoluten Positionen im Raum. Da die Positionen zyklisch bestimmt werden, kann der Rechner nicht nur die Positionen der Empfanger, sondern auch deren Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung bestimmen. Der dem Objekt O oder dem Lebewesen S1 ,S2 zugeordnete Sender 10 übermittelt zunächst einen Kenndatensatz, damit verschiedene Sender voneinander unterschieden werden können, sowie ein Signal, das von den Empfangern E1 , . ,E4 empfangen wird Aufgrund der Empfangsdaten kann der Rechner R1 dann die Position des Senders 10 berechnen Er kann aber auch weitere Daten übertragen. So ist es z.B möglich, bei einem Ball den Luftdruck und den Drall zu messen und zu übertragen, mit dem der Ball z.B bespielt wird. Bei Lebewesen S1 , S2 können ergänzend auch medizinische Daten z.B vom zusätzlichen Sender 18 übertragen werden
Die Positionserfassung eines Objekts O, wie z B eines Balls, oder eines Rennwagens, erfolgt ähnlich dem GPS-System, wobei die Signale des dem Objekt O und/oder dem Lebewesen S1 ,S2 zugeordneten Senders 10 von mehreren Empfangern E1. E4 ausgewertet werden. Ermittelt werden kann z B die Phasenlage, der Zeitpunkt oder die Feldstarke der empfangenen Signale Dem Fachmann sind die entsprechenden Alternativen bekannt So ist z B der Zeitpunkt der eintreffenden Signale relativ zu einer allen Empfangern bekannten Zeit eine gute Möglichkeit die Distanz zu berechnen Die weitere Erläuterung erfolgt am Beispiel einer Detektion der Phasenlage der empfangenen Signale.
Damit die Phasenlagen der empfangenen Signale ermittelt und verglichen werden kön- nen, sollten die Phasendetektoren der Empfänger E1...E4 über eine Ringleitung SL gemäß Figur 6 miteinander synchronisiert werden. Es muss sich nicht um eine hardwaremäßige Leitung handeln, es ist nur erforderlich, die Empfänger auf geeignete Weise zu synchronisieren. Die Genauigkeit der Positionsmessung kann durch Erhöhung der Anzahl der Empfänger E1...E4 verbessert werden. So sollten die Empfänger vorzugsweise an relevanten Stellen angeordnet werden, wobei es nicht erforderlich ist, dass sie wie in Figur 6 zum Beispiel außen um das dort dargestellte Spielfeld F herum angeordnet sind, das dort den räumlich abgegrenzten Bereich darstellt. Genauso ist es möglich, die Empfänger mittig innerhalb eines räumlich begrenzten Bereichs anzuordnen, wobei die Grenzen der Genauigkeit dem Fachmann bekannt sind. Je dichter nämlich die Empfän- ger beieinander stehen, desto schwieriger ist eine Detektion von Objekten O und/oder Lebewesen S1 ,S2, insbesondere wenn der Abstand des Objekts oder Lebewesens zu den Empfängern zunimmt.
Im Falle des Spielfeldes F in Fig. 6 wird man z.B. bei einem Fußballspiel Empfänger vor allem in Tornähe anordnen. Um die Position des Objekts mit ausreichender Genauigkeit im dreidimensionalen Raum messen zu können, sollten vorzugsweise mindestens vier Empfänger eingesetzt werden. So sind im Beispiel der Fig. 3 jeweils ein Empfänger E1 ,E2 hinter dem Tor 126 am Boden und je ein Empfänger E3,E4 auf jeder Seite der Mittellinie 127 am Boden angeordnet. Die Anordnung am Boden ist nicht zwingend er- forderlich.
Der den Objekten O und/oder den Lebewesen, hier zwei Spielern S1 ,S2 zugeordnete Sender 10 sendet zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Startsignal, indem z.B. der Trägerwelle ein Peak aufmoduliert wird. Die Entfernungsmessung erfolgt durch Zählen der Nulldurchgänge in gleicher Richtung der Trägerwelle und Addition der Phasenverschiebung. Bei einer Trägerfrequenz von 300 MHz ergibt sich eine Wellenlänge von 1 m. Wird die Phasenverschiebung im Bereich von 0 bis 360° mit einer Genauigkeit von +/- 2% gemessen, so ergibt sich eine Positionsauflösung von ca. +/- 2 cm. Die Genauigkeit kann mit Erhöhung der Trägerfrequenz gesteigert werden. Eine Distanz von z.B. 40 m entspricht einer Gesamtphasenverschiebung von 14400°. Da die Positionen der Emp- fanger EL. E4 bekannt sind, kann aus den Phasenverschiebungsdifferenzen über ein relativ einfaches Gleichungssystem mit vier unabhängigen Gleichungen die Position des Senders berechnet werden. Das Ergebnis liefert zwei Losungen, wobei die Losung, bei der sich der Sender 12 unterhalb der Erdoberflache befindet, vernachlässigt werden kann. Da das Gleichungssystem uberbestimmt ist, können die zusätzlichen Informationen zur Verbesserung der Auflosung herangezogen werden. Dies ist auch der Grund, warum die Auflosung durch Erhöhung der Empfangeranzahl gesteigert werden kann. Bei der alternativen Ausfuhrungsform eines Empfanger 12 am Objekt O und/oder an den Lebewesen S1 ,S2 wird z.B. der Startimpuls allen Sendern aufmoduliert
Die so ermittelten Daten werden der Auswerteeinheit A und dem Rechner R1 zugeleitet, der die Gleichungssysteme lost und die absolute Position der Objekte O und der Lebewesen S1.S2 erfasst Durch die zyklische Messung kann ein Vektor für die Bewegungsrichtung des Senders 10 bestimmt werden. Als Ergebnis steht damit die Position und/oder die Bewegungsrichtung des Senders 10 zur Verfugung.
Ergänzend können Mittel zur Überprüfung der Lage- und/oder Bewegungsdaten auf Bewegungsabläufe wie bestimmte Bewegungsmuster vorgesehen sein. Aus diesen Bewegungsabläufen lassen sich durch Differenzierung nach der Zeit Geschwindigkeit und Beschleunigung der Objekte und/oder Lebewesen bestimmen Diese Überprüfung, die im Rechner R1 erfolgen kann, ermöglicht vor allem bei der Überwachung von Spiel- oder Rennablaufen eine Aussage über die z B regelgerechte Bewegung von Objekten und/oder Lebewesen. Aber auch im Logistikbereich kann anhand der vorliegenden Informationen überprüft werden, ob z B ordnungsgemäß der seit langem einlagernde Container rechtzeitig wieder weitergeleitet wird
Im folgenden Ausfuhrungsbeispiel ist das Spielgerat 1 10 ein Fußball und das Spielfeld 1 1 1 ein Fußballfeld. Das Spielgerat 1 10 besitzt z B bei einem Fußball gemäß Fig 1 eine Außenhaut, die eine bespielbare Oberflache 1 10a darstellt und einen hohlen Innenraum 1 10b umschließt. Der Innenraum kann über eine Ventiloffnung 1 10c unter Druck gesetzt werden Im Innenraum 1 10b wird ein Sendegerät 22 mit einem Sender für elektromagnetische Wellen, vorzugsweise für Funkwellen eingesetzt, dessen Signale an mehrere Empfanger E1 , , E4 gesendet werden Für die Anbringung des Senders 1 12 im Spielgerät 1 10 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Da das Spielgerät während des Spiels meist verformt wird, sollte der Sender durch elastische Mittel gelagert werden, die ihn dennoch möglichst im Zentrum des Spielgeräts positionieren. Das Zentrum des Spielgeräts ist z.B. im Fußball für die Posi- tionierung des Senders deshalb wichtig, da eine Linienüberschreitung erst dann vorliegt, wenn der Ball vollumfänglich die Linie überschritten hat. Da der Durchmesser des Balls jedoch bekannt ist, läßt sich bei Positionserfassung des Zentrums die Position des Um- fangs des Balls ebenfalls berechnen. Je nach den jeweiligen Spielregeln kann jedoch auch die Position des Senders an anderen Stellen eines Spielgeräts oder auch am Um- fang oder der Außenseite eines Spielgeräts oder Objekts wie eines Rennwagens oder Containers bestimmt werden.
Als elastische Mittel kommen z.B., wie in Fig. 1 dargestellt, Springfedermechanismen in Betracht, die entweder selbst elastisch sind oder über elastische Mittel 1 13 das Sende- gerät 122 mit Sender 1 12 im Spielgerät 110 abstützen. Der Springfedermechanismus kann z.B. so ausgebildet sein, dass er über die Ventiloffnung nachträglich mit dem Sender 1 12 in das Spielgerät eingesetzt werden kann. Ebenso kann das Sendegerät aber auch bereits bei der Herstellung des Spielgeräts eingebaut werden. Als weitere elastische Befestigung kommt z.B. ein Einschäumen des Sendegeräts in einem elastischen Schaum in Betracht. Je nach E-Modul des Spielgeräts ist es aber auch denkbar, das Sendegerät fest zu positionieren oder sogar einzugießen, was z.B. bei einem Golfball denkbar wäre.
Die Messungen der einzelnen Empfänger E1 , .. , E4 oder des Empfängers im Spielgerät werden an einen Rechner R1 übermittelt. Dieser löst die Gleichungssysteme und bestimmt die absolute Position des Spielgeräts 1 10 über dem Spielfeld 11 1. Durch Vergleich mit den vorherigen Messungen, kann die Auflösung weiter optimiert werden. Außerdem wird auch der Vektor V1 (Fig. 1 ) für die Bewegungsrichtung des Senders bestimmt. Als Ergebnis kann die Position und/oder die Bewegungsrichtung des Balls auf einem virtuellen Spielfeld auf einem Darstellungsmittel TV, R2, PC, 20 (Fig. 6) angezeigt werden. Diese Anzeige kann z.B. dem Publikum zugänglich gemacht werden, indem die Informationen auf Großbildschirmen angezeigt werden. Sobald der Ball dabei eine Linie überschreitet, kann die jeweilige Spielfläche entsprechend hervorgehoben werden. Bewegt sich z.B. der Ball beim Fußball in einen 16-Meter-Raum, so kann z.B. die Spielfeld- fläche des 16-Meter-Raumes rot dargestellt werden. Bewegt sich der Ball über die Spielfeldbegrenzung, so wird der Ort des Einwurfs entsprechend angezeigt. Dies kann so weit gesteigert werden, dass, wenn der Spieler den Ball einwirft, automatisch überprüft wird, ob der Einwurf an der richtigen Stelle geschieht.
Nicht zuletzt kann zweifelsfrei ermittelt werden, ob der Ball die Torlinie überquert hat, wobei die Flughöhe keine Rolle spielt. Des weiteren können die Ergebnisse der Positionsberechnungen auch zur Spielstatistik herangezogen werden. Z.B. kann berechnet werden, wie lange sich der Ball im gegnerischen 16-Meter-Raum befand oder über welche Flügel die meisten Angriffe erfolgten usw.
Da die Anzeige im Stadion für den Unparteiischen oder Schiedsrichter ungeeignet ist, muß dieser so informiert werden, dass er sich trotzdem vollständig auf das Spielgeschehen konzentrieren kann. Dies kann z.B. akustisch erfolgen. Hierbei trägt der Schiedsrichter als Ausgabegerät ein Anzeigegerät als Darstellungsmittel 20 oder einen Miniatu- rempfänger bei sich, der vom Rechner R1 über einen Sender 19 angefunkt wird. Dieser gibt z.B. zwei verschiedene Töne ab. Ein Ton zeigt an, daß der Ball die Torlinie überschritten hat. Der andere Ton signalisiert ein Überschreiten der Spielfeldbegrenzung, wobei dies dahingehend aufgegliedert werden kann, ob es sich bei der Spielfeldüberschreitung um einen Eckball oder einen Einwurf handelt (Dies ist manchmal nicht sicher zu entscheiden, wenn z.B. der Ball in Richtung Eckfahne die Spielfeldbegrenzung in großer Höhe überschreitet). Anstelle der akustischen Informationen kann das Anzeigegerät auch andere Informationsübertragungsmittel aufweisen wie z.B. einen kleinen Bildschirm oder einen Vibrationsalarm.
Je nach Spiel kann es auch wesentlich sein, dass nur der Schiedsrichter über die spielrelevanten Informationen informiert wird, so dass der Rechner R1 eine Bewertung vornimmt, welche Informationen er dem Publikum und welche er dem Schiedsrichter zugänglich macht. In diesem Fall kann das Anzeigegerät z.B. Mittel aufweisen, die es dem Schiedsrichter ermöglichen z.B. aufgrund einer Vorteilsregel die entsprechenden Infor- mationen zu unterdrücken.
Der Aufbau des Sendegeräts 122 mit Sender 112 im Fußball ist in Fig. 4 dargestellt. Das
Sendegerät 122 ist auf einer kleinen Platine untergebracht, die mit z.B. vier Fingern 114 gemäß Fig. 1 in der Ballmitte zentriert ist. Die Stromversorgung 1 15 kann über einen Lithiumionen-Akkumulator erfolgen. Dieser Akkumulator wird über eine spezielle Lade- emrichtung 120 kontaktlos geladen Hierzu ist im Spielgerat 1 10 eine Spule 1 16 untergebracht. Zum Laden wird der Ball in die Aufnahme 120a der Ladeeinrichtung 120 gelegt. Diese erzeugt mittels Wechselfelderzeugungsmitteln 124 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld und übertragt die Ladeenergie induktiv in den Ball Der Rechner 121 im Ball steuert dann die Ladung des Akkumulators.
Die Spule 1 16 im Ball kann zusatzlich verwendet werden, um den Sender 112 im Ball ein- bzw. auszuschalten Hierzu wird über ein kleines Handsteuergerat vor der Benutzung des Balls oder über die Ladeeinrichtung vor Herausnahme des Balls aus der Auf- nähme 120a der Sender 1 12 eingeschaltet Dieses Handsteuergerat gibt wie die Ladeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld ab. Die Frequenz dieses Wechselfeldes zeigt dem Rechner 121 im Spielgerat 1 10 an, ob der Sender ein- oder ausgeschaltet werden soll.
Ist der Sender 112 eingeschaltet, so wird über den Rechner 121 der Oszillator 129 aktiviert. Der Oszillator 129 ist quarzstabi siert. Der Sender kann auch ein keramischer Sender sein. Grundsatzlich ist der Sender mit seinen Bauteilen so zu wählen, dass er den wahrend des Spiels auftretenden Belastungen gewachsen ist. Durch den Rechner wird ein digitaler Code mittels Codegenerator 137 generiert, der mit Hilfe des Modulators 130 auf das Oszillatorsignal moduliert wird. Dieses Signal wird mit Verstarker 138 verstärkt und über eine Rundstrahlantenne 123 abgegeben. Um Energie zu sparen, werden immer nur Schwingungspakete mit einer Dauer von ca 100 μs abgestrahlt, die durch Pausen von 10ms unterbrochen sind Damit sind 100 Positionsmessungen pro Sekunde möglich.
Der Aufbau des Empfangers außerhalb des Spielgerats ist in Fig 5 dargestellt. Das mit Antenne 131 empfangene Signal wird zuerst phasenrichtig mittels Verstarker 132 verstärkt und dann einem Schmitt-Trigger 133 und einem Phasenvergleicher 134 zugeführt Der Schmitt-Trigger 133 ermittelt die Anzahl der positiven Signaldurchgange des Tra- gersignals. Der Phasenvergleicher 134 stellt die Phasenverschiebung zu einem Referenzsignal fest. Dieses Referenzsignal wird in einem der Empfanger aus dem empfangenen Signal ermittelt, indem ein Referenzoszillator mit dem Empfangssignal synchronisiert wird Das Signal des Referenzoszillators wird dann an alle anderen Empfanger per Kabel 136 oder kabellos als Vergleichsphase übermittelt. Die Phasenverschiebungen, die sich im Kabel 36 ergeben, werden vom Rechner R1 berücksichtigt Die ermittelte Phasenlage und das Ergebnis des Schmitt-Triggers 133 werden von einem kleinen Rechner 135 im Empfanger erfaßt und dem Rechner R1 gemeldet.
Die Integration des Rechners R1 in das Positionserfassungssystem ist in Fig. 6 darge- stellt. Der Rechner R1 erhalt von jedem Empfanger E1 , .. , E4 die aktuelle Phasenlage des empfangenen Signals. Bei der Inbetriebnahme des Systems werden dem Rechner R1 die Positionen der Empfanger mitgeteilt. Außerdem kann z.B. der Ball oder ein Eichubertragungselement auf die Mitte des Spielfelds gelegt und vom Rechner R1 erfasst werden. Da diese Ballposition bekannt ist, können vom Rechner R1 die Phasen- Verschiebungen in der Synchronleitung SL korrigiert werden. Durch zusätzliche Erfassung bekannter Balipositionen kann die Genauigkeit der Positionsberechnung erheblich verbessert werden
Die Daten der Phasenmessung werden mit Hilfe eines Gleichungssystems analysiert. Dann wird die ermittelte Position mit Hilfe der bekannten Positionsphasenbeziehungen korrigiert. Das Ergebnis ist die absolute Ballposition projiziert auf das Spielfeld F. Nun wird die Position und die Bewegungsrichtung festgestellt und visualisiert. Hierbei wird der Raum, also z.B. ein Spielfeld F auf dem Monitor abgebildet, auf dem die Position des Balls ersichtlich ist. Dabei können z.B. Linienuberschreitungen genau festgehalten und angezeigt werden. Die für den Schiedsrichter relevanten Daten können per Funk zum Anzeigegerat beim Schiedsrichter übertragen werden. Dieser Empfanger signalisiert z.B über Tone dem Schiedsrichter eine Linienuberschreitung
Um die Erfassung der Daten zu optimieren, sollte das Sensorsystem vor Einsatz geeicht werden. So kann es bei den Sensorsystemen zu Problemen dadurch kommen, dass z.B ein Spielfeld nicht maßgenau ist oder sogar trapezförmig angelegt ist, was dem bloßen Auge kaum auffallt. Ebenso können Diskontinuitäten z.B. durch Rohrleitungen im Boden oder durch Schienen hervorgerufen werden, die das Sensorsystem bei der Datenerfassung stören. Aus diesem Grunde wird ein Eichubertragungselement, also ein Sender an bestimmten vorzugsweise signifikanten Positionen des Raumes angeordnet und seine Position mit dem Sensorsystem erfasst Damit ist eindeutig festgelegt, an welcher Stelle diese signifikanten Positionen sind, so dass sie im folgenden zum Abgleich der Soll- und Istdaten eingesetzt werden können. Das Verfahren zur Eichung dieses Sensorsystems soll nun zunächst anhand eines Fußballfeldes erläutert werden, wobei selbstverständlich eine ähnliche Eichung auch für andere vorgegebene, abgegrenzte Räume erfolgen kann. Im Falle eines Fußballfeldes wurde sich empfehlen, dass die maßgeblichen signifikanten Linien des Raums mit dem Eichubertragungselement 40 festgestellt werden Maßgebliche Punkte sind z B. bei einem Fußballfeld F die Eckpunkte, das Tor, der Torraum, der 16 m-Raum und die Mittellinie. Da es regelmäßig vorkommt, dass das Spielfeld nicht exakt rechteckformig, sondern leicht trapezförmig ist, werden anhand dieser so ermittelten signifikanten Positionen die Sollwerte mit den Istdaten abgeglichen. Sind damit entsprechende Storfaktoren be- stimmt, kann der Rechner R1 bei der Erfassung der von den Objekten O und/oder von den Lebewesen S1.S2 übermittelten Daten diese herausrechnen,
Als weiteres Beispiel sei eine Rennstrecke z B. für ein Formel I-Rennen. Um optimale Ergebnisse über die statischen Zustande und/oder Bewegungsabläufe in diesen Berei- chen zu erhalten, kann z.B. an der Rennstrecke an beiden Seiten der Straße entlang als Eichubertragungselement ein Fahrzeug fahren, so dass die Rennstrecke exakt erfasst wird. Mit diesen Daten kann dann das Signal des Objekts O "Rennwagen" hinterher verglichen werden, so dass sich optimale Ergebnisse berechnen und generieren lassen, um z.B den Rennverlauf zu erfassen und ggf. virtuell darzustellen
Im Falle des Spielfeldes F in Fig 1 wird man z B bei einem Fußballspiel Empfanger vor allem in Tornahe anordnen Um die Position des Objekts mit ausreichender Genauigkeit im dreidimensionalen Raum messen zu können, sollten vorzugsweise mindestens vier Empfanger eingesetzt werden. So sind im Beispiel der Fig. 1 jeweils ein Empfanger E1 ,E2 hinter dem Tor am Boden und je ein Empfanger E3,E4 auf jeder Seite der Mittellinie am Boden angeordnet Die Anordnung am Boden ist nicht zwingend erforderlich
Der den Objekten O und/oder den Lebewesen, hier zwei Spielern S1 ,S2 zugeordnete Sender 10 sendet zu einem bestimmten Zeitpunkt ein Startsignal, indem z B der Tragerwelle ein Peak aufmoduhert wird Die Entfernungsmessung erfolgt durch Zahlen der Nulldurchgange in gleicher Richtung der Tragerwelle und Addition der Phasenverschiebung Bei einer Tragerfrequenz von 300 MHz ergibt sich eine Wellenlange von 1 m Wird die Phasenverschiebung im Bereich von 0 bis 360° mit einer Genauigkeit von +/- 2% gemessen, so ergibt sich eine Positionsauflosung von ca +/- 2 cm Die Genauigkeit kann mit Erhöhung der Tragerfrequenz gesteigert werden. Eine Distanz von z.B 40 m entspricht einer Gesamtphasenverschiebung von 14400°. Da die Positionen der Empfanger EL. E4 bekannt sind, kann aus den Phasenverschiebungsdifferenzen über ein relativ einfaches Gleichungssystem mit vier unabhängigen Gleichungen die Position des Senders berechnet werden. Das Ergebnis liefert zwei Losungen, wobei die Losung, bei der sich der Sender 12 unterhalb der Erdoberflache befindet, vernachlässigt werden kann. Da das Gleichungssystem uberbestimmt ist, können die zusätzlichen Informationen zur Verbesserung der Auflosung herangezogen werden. Dies ist auch der Grund, warum die Auflosung durch Erhöhung der Empfangeranzahl gesteigert werden kann Bei der alternativen Ausfuhrungsform eines Empfanger 12 am Objekt O und/oder an den Lebewesen S1 ,S2 wird z.B. der Startimpuls allen Sendern aufmoduliert.
Die so ermittelten Daten werden der Auswerteeinheit A und dem Rechner R1 zugeleitet, der die Gleichungssysteme lost und die absolute Position der Objekte O und der Lebe- wesen S1 ,S2 erfasst. Durch die zyklische Messung kann ein Vektor für die Bewegungsrichtung des Senders 10 bestimmt werden. Als Ergebnis steht damit die Position und/oder die Bewegungsrichtung des Senders 10 zur Verfugung.
Dem Rechner R1 zugeordnet ist eine Datenbank 14 mit einem Expertenwissen über die Beziehung zwischen den Objekten O und/oder den Lebewesen S1 ,S2 Diese Beziehungen können z.B. Daten sein, die die Priorität der Abarbeitung einzelner Objekte beinhalten. So können auf einem Containerbahnhof die Container dadurch gekennzeichnet sein, wie lange ihre Standzeit dauert (first in - first out) und welchen Inhalt die Container haben. Auf einem Spielfeld F sind die im Expertenwissen gespeicherten Beziehungen z.B. die Regeln des jeweiligen Spiels, um daraus spielrelevante Informationen zu erstellen. Solche spielrelevanten Informationen können z.B beim Fußball Linienuberschrei- tungen, Tore oder die Entscheidung über Eckball, Einwurf als auch Abseitspositionen sein Spielrelevante Informationen sind insbesondere im Trainingsbereich für verschiedene Sportarten aber z B auch die Wurfbahn eines Speers oder Diskus, der Bewe- gungsablauf des Laufers, der Absprungpunkt beim Dreisprung und dergleichen
Die so gewonnenen Informationen können verschieden weiter verwendet werden Sie können einem Schiedsrichter oder Trainer unmittelbar zur Verfugung gestellt werden Sie können statistisch ausgewertet werden oder für eine mediale Aufbereitung des Be- wegungsablaufs im Mehrkanalverfahren oder über ein Datennetz Usern zur Verfugung gestellt werden, um insbesondere Spielablaufe attraktiver zu machen oder auch virtuell darzustellen
Alternativ kann anstelle des Sensorsystems ein Positionserfassungssystem passiv die Objekte und/oder Lebewesen erfassen So können z B. mehrere Bild gebende Kameras den Bewegungsablauf von Objekten und/oder Lebewesen erfassen und ein Rechner R1 tastet die ermittelten Bilder zur Erfassung der Position der Objekte und/oder Lebewesen ab Dazu wird ein Raster auf das Bild gelegt und, nachdem vorzugsweise zu Beginn der Aufnahme die Objekte und/oder Lebewesen für den Rechner entsprechend gekenn- zeichnet wurden, lassen sich die Bewegungsabläufe verfolgen Man kann aber auch die Objekte und/oder Lebewesen mit Mitteln kennzeichnen, die diese z B für Warmebildka- meras unterscheidbar machen. Zudem ist die je nach Zustand von den Lebewesen abgestrahlte Warme auch ein Indiz für deren Gesamtzustand.
In beiden Fallen (aktiv oder passiv) können Mittel zur Überprüfung der Lage- und/oder Bewegungsdaten auf Bewegungsabläufe wie bestimmte Bewegungsmuster vorgesehen sein. Aus diesen Bewegungsabläufen lassen sich zudem durch Differenzierung nach der Zeit Geschwindigkeit und Beschleunigung der Objekte und/oder Lebewesen bestimmen Diese Überprüfung, die im Rechner R1 erfolgen kann ermöglicht vor allem bei der Uber- wachung von Spielablaufen oder Rennablaufen eine Aussage über die z B regelgerechte Bewegung von Objekten und/oder Lebewesen Aber auch im Logistikbereich kann anhand der vorliegenden Informationen überprüft werden, ob z.B. ordnungsgemäß der seit langem einlagernde Container rechtzeitig wieder weitergeleitet wird
Darstellungsmittel 20, das Steuergerat zum Ein- oder Ausschalten des Senders 12 und das Sendegerät 122 zum Einbau im Spielgerat sind Teile einer Einrichtung, die insgesamt oder in Teilen vertrieben werden kann
Dem Rechner R1 zugeordnet ist eine Datenbank 14 mit einem Expertenwissen über die Beziehung zwischen den Objekten O und/oder den Lebewesen S1.S2 Diese Beziehungen können z B Daten sein, die die Priorität der Abarbeitung einzelner Objekte beinhalten So können auf einem Containerbahnhof die Container dadurch gekennzeichnet sein, wie lange ihre Standzeit dauert (first in - first out) und welchen Inhalt die Container haben Auf einem Spielfeld F sind die im Expertenwissen gespeicherten Beziehungen z B die Regeln des jeweiligen Spiels, um daraus spielrelevante Informationen zu erstel- len. Solche spielrelevanten Informationen können z.B. beim Fußball Linienuberschrei- tungen, Tore oder die Entscheidung über Eckball, Einwurf als auch Abseitspositionen sein. Das Datenbankwissen tragt daher maßgeblich zur Bestimmung der zu überprüfenden Bewegungsabläufe bei. Spielrelevante Informationen sind insbesondere im Trai- ningsbereich für verschiedene Sportarten aber z B auch die Wurfbahn eines Speers oder Diskus, der Bewegungsablauf des Laufers, der Absprungpunkt beim Dreisprung und dergleichen. Diese Information kann wie erläutert an Schiedsrichter oder Trainer bzw. Aufsichtspersonal übermittelt werden
Die ermittelten Daten und Informationen können auch einem weiteren Rechner R2 zur Verfugung gestellt werden, der z.B. eine automatische statistische Auswertung des Bewegungsablaufs oder des Spielablaufs durchfuhrt Außer den oben bereits genannten Daten im Falle eines Containers oder z B. den Motor- und Zustandsdaten eines Rennwagens können bei einem Ballspiel z.B. für jeden Spieler folgende Werte statistisch er- fasst werden:
Anzahl der Ballkontakte zurückgelegte Strecke
Höchstgeschwindigkeit - maximale Schusskraft
Bewegungsprofil
Genauigkeit der Ballabgaben - Drall des Balls
Herzfrequenz des Lebewesens (S1 ,S2) - Puls des Lebewesens.
Ergänzend können aber auch von einem zusätzlichen Sender 18 insbesondere im Trainingsbereich medizinische Daten übermittelt werden, sei es Puls oder Blutdruck, Sauer- stoffgehalt des Blutes oder weitere Kriterien, die z B den Erschöpfungszustand des Le- bewesens zeigen Dass dies nicht nur bei Spielern, sondern auch bei anderen Lebewesen sinnvoll eingesetzt werden kann, versteht sich von selbst Wahrend insofern der Sender bei Objekten an geeigneter Stelle im oder am Objekt O angeordnet wird, kann er bei Spielern vorzugsweise im Kleidungsbereich, z B im Schuh 140 (s u ) oder in den Stulpen des Spielers eingesetzt oder bei anderen Lebewesen sogar implantiert werden Bei Menschen wird man von einer Implantation zwar absehen, auszuschließen ist dies jedoch nicht Auf diesen zusätzlichen medizinischen Daten lassen sich in Verbindung mit den weiteren Daten Bewertungskriterien für die einzelnen Lebewesen bestimmen, die auch zum Schutz der jeweiligen Lebewesen herangezogen werden können, insbesondere wenn es darum geht, z B. Spieler rechtzeitig auszuwechseln Grundsätzlich können bei Lebewesen aber auch Statistiken zur Bestimmung des Werts betrieben werden
Die Daten und Informationen werden über wenigstens ein Ubertragungselement 15 auch Darstellungsmitteln wie z B. einem Fernseher TV oder einem Computerbildschirm PC zugeleitet. So kann die mediale Aufbereitung der Daten der zusatzlichen Visualisierung des Bewegungsablaufs bzw Spielablaufs dienen Insbesondere ein Spiel kann mit Hilfe dieser Daten attraktiver gestaltet werden. So kann über mehrere Ubertragungskanale K1 ,K2,K3 das Spiel durch einen Aufbereiter M aufbereitet dargestellt werden Die zur Verfugung stehenden Informationen, die der Rechner R1 berechnet hat, können zusammen mit den bei der Auswerteeinheit A ankommenden Daten auf einem Darstel- lungsmittel Rechner R2, Fernseher TV oder Computerbildschirm PC zumindest teilweise, bedarfsweise aber auch gemeinsam zumindest mit einem Teil der Daten dargestellt werden. So ist es z.B denkbar, dass ein erster Ubertragungskanal das Spiel wie gewohnt sendet. Ein zweiter Ubertragungskanal zeigt das Spiel wie gewohnt mit der zusatzlichen Einblendung von spielrelevanten Informationen So kann z B im Fußball die Abseitslinie eingeblendet werden und der Ball wird entsprechend des letzten Ballkontakts eingefarbt, so dass der Zuschauer Abseitspositionen sofort erkennen kann. Ein dritter Ubertragungskanal zeigt das Spiel wie gewohnt mit der zusätzlichen Einblendung des Namens des Spielers, der den Ball zuletzt gespielt hat Außerdem werden statistische Daten wie die zurückgelegte Strecke, die Anzahl der Ballkontakte usw z.B unmit- telbar oder über Videotext zusätzlich angezeigt
Ergänzend ist eine virtuelle Aufbereitung möglich So kann ein vierter Ubertragungskanal im Falle eines Spiels eine Darstellung in Form einer Draufsicht generieren, wobei die Bewegung der Spieler und des Balls grafisch nachgezeichnet werden Dadurch werden z B Spielzuge sehr gut erkennbar Bei Fahrzeugrennen ist es z B dann nicht mehr erforderlich, an allen relevanten Stellen Kameras zu positionieren, da aufgrund der Kenntnis von Strecke und der ermittelten Daten die Fahrzeuge jederzeit zu erfassen sind Dies bietet auch Hilfsinformationen für das Boxenpersonal In der Leichtathletik oder beim Skispringen besteht vielfach die Möglichkeit, unmittelbar die Weiten bei Wurfsportarten zu ermitteln oder optimale Bewegungsabläufe von Springern zu erkennen und zu analy- sieren. Auch diese Informationen können unmittelbar zur Verfügung gestellt werden. So wird sich z.B. stets beim Auftreffen eines Wurfgeräts oder Springers eine Unstetigkeit im Bewegungsablauf einstellen, die unmittelbar zur Weitenmessung herangezogen werden kann.
Ein weiterer Kanal kann das Spiel virtuell aufbereitet aus Sicht einer virtuellen Kameraposition darstellen. Die Spieler selbst werden ähnlich wie bei einem Computerspiel dargestellt und bewegen sich in Echtzeit genau wie in dem momentan laufenden Spiel. Bei einem Fußballspiel wird dazu nicht nur der Fußball einen Sender 10 tragen, sondern die Spieler tragen als Lebewesen S1 ,S2 vorzugsweise z.B. gemäß Fig. 8 in jedem Schuh 140 und/oder im Schienbeinschoner 150 einen Sender 10. Der Sender ist vorzugsweise abnehmbar in einer vorzugsweise im Fersenbereich des Schuhs 140 vorgesehenen Ausnehmung angeordnet. Damit kann nicht nur die Abseitsposition eindeutig geklärt werden, sondern es ist stets auch zu erkennen, in welche Richtung sich der Spieler be- wegt, insbesondere, ob er sich in Brust- oder Rückenrichtung bewegt. Da zudem der Spieler üblicherweise dem Ball mit seinem Blick folgen wird, lassen sich verschiedene Kamerapositionen virtuell berechnen. So kann z.B. eine Kameraposition generiert werden, die mitten auf dem Spielfeld steht. Es ist ebenso möglich, über den räumlich begrenzten Bereich hinweg zu fliegen oder man kann das Spiel aus dem Blickwinkel eines bestimmten Lebewesens, hier eines Spielers S1 ,S2, gesehen darstellen. Je nach Einsatzzweck oder Sportart können auch weitere Sender demselben Objekt und/oder Lebewesen zugeordnet werden.
Die Anordnung von Sendern 10 im Schienbeinschoner 150 hat zudem den Vorteil, dass sich der Schienbeinschoner üblicherweise in einer bestimmten Höhe über dem Spielfeld befindet. Aus dieser Höhe lässt sich insbesondere für eine virtuelle Darstellung berechnen, ob der Spieler S1 sich gerade am Boden befindet oder den Ball mit einem Fallrückzieher spielt.
Bei einer Fernsehübertragung können die Daten und Informationen auch so aufbereitet werden, dass das Spiel über eine fünften Übertragungskanal dreidimensional darstellbar wird. Zum Beispiel werden hierzu zwei virtuelle Kameras eingesetzt, deren Bilder als rot/grün-Bild übertragen werden. Besitzt der Zuschauer eine rot/grün 3-D Brille, entsteht ein dreidimensionales Bild. Selbstverständlich können auch weitere Informationen und Effekte über separate Femsehkanäle übertragen werden. Zur Steigerung der medialen Aufbereitung ist es auch möglich, die ermittelten Daten und ggf. Informationen über ein Datennetz 16 zur Verfügung zu stellen. Hierzu kann z.B. ein Internet-Server IS vorgesehen sein, der die Daten und Informationen einem Nutzer des Datennetzes zur Verfügung stellt, der diese Informationen und Daten dann auf seinem PC lädt. Der Nutzer kann dann selbst hieraus die Darstellung und - falls nicht übertragen - die spielrelevanten Informationen generieren. Dadurch kann der Zuschauer im Gegensatz zur Übertragung im Fernsehen die virtuelle Kameraposition selbst bestimmen. Dies kann z.B. über einen speziellen Joystick realisiert werden. Durch das Bewe- gen des Joysticks wird die Kameraposition über das Spielfeld bewegt. Es ist damit z.B. möglich, an jeder Position in das aktuelle Spielgeschehen einzutauchen, es aus allen Richtungen zu betrachten oder zu analysieren oder dem Ball hinterher zu fliegen. Es ist sogar mit entsprechenden Hilfsmitteln möglich, dass sich der Zuschauer selbst in das virtuelle Spielfeld einbringt. Das Spiel kann auch am Bildschirm in Farbe 3-dimensional betrachtet werden. Als weitere Funktion ist es möglich, das gesamte Spiel auf der Festplatte aufzuzeichnen, so dass das Spiel später erneut dargestellt und ausgewertet werden kann.
Dies alles kann nicht nur bei Spielen und Sportarten gleich welcher Art - zu denken wä- re z.B. auch an Skilanglauf, Skispringen, Wassersportarten oder auch Unterwassersport - sondern auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, in denen in einem abgegrenzten räumlichen Bereich eine Datenerfassung erforderlich ist und von einer medialen Aufbereitung profitiert werden kann.
Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Claims

Patentanspruche
1 Einrichtung zur Erfassung der Position und/oder Bewegung von mehreren Objekten (O), die ggf auch Lebewesen (S1 ,S2) umfassen, mit - einem Positionserfassungssystem mit einem Sensorsystem zur Abdeckung eines räumlich begrenzten Bereichs mit wenigstens einem dem Objekt (O) zugeordneten Sender (10) für elektromagnetische Wellen oder Sonarwellen, der Signale an mehrere Empfanger (E1 , ., E4) zur Detektion zumindest der Lage des Objekts übertragt, - einer Auswerteeinheit (A) zur Ermittlung von Lage- und/oder Bewegungsdaten des Objekts (O) aufgrund der vom Positionserfassungssystem übertragenen Signale, einem Rechner (R1) zur Berechnung von Informationen aufgrund der von der Auswerteeinheit ermittelten Lage- und/oder Bewegungsdaten
2. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (10) oder ein zusatzlicher Sender (18) Zusatzdaten wie z.B. medizinische Daten des Lebewesens (S1.S2) übertragt
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem menschlichen Lebewesen (S1 ,S2) zugeordnete Sender (10,18) an einem Bekleidungsstück des Lebewesen (S1 ,S2) angeordnet ist
4 Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das menschliche Le- bewesen (S1 ,S2) ein Spieler ist und dass der Sender (10) in wenigstens einem
Schuh und/oder Schienbeinschoner des Spielers angeordnet ist
5 Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (O) ein Spielgerat (1 10) ist
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spielgerat (1 10) ein Ball für Einzel- oder Mannschaftsspiele mit einem von einer bespielbaren Oberflache (1 10a) umgebenen Innenraum (1 10b) ist, in dem der Sender(10) angeordnet 7 Einrichtung nach einem Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (O) ein Spielgerat und dass die Lebewesen (S1 ,S2) Spieler eines Spiels sind, wobei die Auswerteeinheit (A) spielrelevante und/oder spielerrelevanter Daten aufgrund der vom Positionserfassungssystem übertragenen Daten ermittelt und der Rechner (R1 ) hieraus spielrelevante Informationen berechnet.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rechner (R1 ) eine Datenbank (14) mit einem Expertenwissen über die Beziehungen zwischen den Objekten und/oder den Lebewesen zugeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbank (14) ein Expertenwissen über die Regeln des jeweiligen Spiels enthalt, um damit spielrelevante Informationen zu erstellen.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (10) durch elastische Mittel (1 13) im Zentrum des Objekts „Spielgerat" (110) gehalten ist und durch eine Ventiloffnung (1 10c) des Objekts einfuhrbar ist.
1 1. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner (R1 ) mit einem Darstellungsmittel (TV,PC,R2,20) zur Darstellung von Position und/oder Bewegungsrichtung des Spielgerats (1 10) in Wirkverbindung steht
12. Einrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Darstellungsmittel (R2, TV, PC) ein Fernseher oder ein Computerbildschirm ist, dem die ermittelten
Daten über wenigstens ein Ubertragungselement (15) zugeleitet werden
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ubertragungsele- mente (15) als verschiedene Ubertragungskanale (K1 ,K2,K3, ) ausgebildet sind, die zumindest einen Teil der jeweils ermittelten Daten und Informationen den Darstellungsmitteln (R2, TV, PC) zuleiten
14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Darstellungsmittel (20) ein vorzugsweise von einem Unparteiischen getragenes Anzeigegerat ist, und dass eine Steuerung spielrelevante Informationen an das Anzeigegerat übertragt, wobei das Anzeigegerät Informationsübertragungsmittel zur Weiterleitung der Informationen an den Unparteiischen aufweist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Darstellungsmittel (TV, PC) den vom Positionerfassungssystem abgedeckten Raum zeigt und, sobald das Objekt (O) und/oder Lebewesen (S1 ,S2) in einen bestimmten Bereich des Raums gelangt, eine Steuerung das Darstellungsmittel (TV.PC) zur visuellen Betonung dieses Bereichs ansteuert.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner aufgrund der ermittelten Daten und Informationen eine Draufsicht auf Objekt (O) und/oder Lebewesen (S1 ,S2) generiert.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Draufsicht Spielzüge dargestellt werden.
18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner aus den Informationen und Daten eine virtuelle Kameraposition berechnet, die an das Darstellungsmittel übertragen wird.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Kameraposition einer über den räumlich begrenzten Bereich fliegenden Kamera entspricht.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Kamerapo- sition dem Blickwinkel eines Lebewesens (S1 ,S2), wie dem eines Spielers entspricht.
21 . Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (A) mit einem Rechner (R1 ) zur Berechnung von Informa- tionen aufgrund der von der Auswerteeinheit ermittelten Lage- und/oder Bewegungsdaten des Objekts (O) und/oder Lebewesens (S1 ,S2) verbunden ist und diese Daten und Informationen statistisch auswertet.
22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Gruppe der folgenden Daten je Lebewesen (S1 ,S2) erfasst sind:
- Anzahl der Ballkontakte - zurückgelegte Strecke
Höchstgeschwindigkeit maximale Schusskraft
Bewegungsprofil
Genauigkeit der Ballabgaben - Drall des Balls
Herzfrequenz des Lebewesens (S1 ,S2)
Puls des Lebewesens.
23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Auswerteeinheit (A) ermittelten Daten mit den medizinischen Daten korreliert sind.
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