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EP4440712A1 - Intelligentes tor, system umfassend intelligentes tor und verfahren zum nachweis eines treffers durch einen ball auf einem zielbereich - Google Patents

Intelligentes tor, system umfassend intelligentes tor und verfahren zum nachweis eines treffers durch einen ball auf einem zielbereich

Info

Publication number
EP4440712A1
EP4440712A1 EP21819126.0A EP21819126A EP4440712A1 EP 4440712 A1 EP4440712 A1 EP 4440712A1 EP 21819126 A EP21819126 A EP 21819126A EP 4440712 A1 EP4440712 A1 EP 4440712A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
ball
goal
time
intelligent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21819126.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian NEUKIRCHNER
Michael FISCHINGER
Anton NEUKIRCHNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Starball Sports GmbH
Original Assignee
Starball Sports GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Starball Sports GmbH filed Critical Starball Sports GmbH
Publication of EP4440712A1 publication Critical patent/EP4440712A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B63/00—Targets or goals for ball games
    • A63B63/004—Goals of the type used for football, handball, hockey or the like
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    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/40—Stationarily-arranged devices for projecting balls or other bodies

Definitions

  • Intelligent goal system comprising intelligent goal and method for detecting a hit by a ball on a target area
  • the invention relates to an intelligent goal, a system comprising an intelligent goal and a method for detecting a hit by a ball on a target area, for example with an intelligent goal, the intelligent goal, the system and the method for example for training a user in a ball sport is used.
  • the intelligent goal the system comprising the intelligent goal and the method are designed to train a user in a ball sport, the intelligent goal being designed in such a way that when a ball passes through a light curtain formed by light sensors, several light sensors are shaded and a passage location, a passage direction and a passage speed are determined from the measured values output by the light sensors during the shading.
  • a ball machine, a master unit and an intelligent goal are networked in the system.
  • the master unit specifies forms of training, evaluates hits on the goal and adapts the form of training based on the evaluation of the hits on the intelligent goal.
  • WO 2018/106270 A2 discloses a soccer training system consisting of a ball machine and a goal device.
  • the soccer training system includes a controller that is connected to the ball machine and the goal device in a network.
  • the gate assembly includes a crossbar and two parallel posts. Pairs of sensors aligned horizontally with respect to one another are attached to the parallel posts. The sensor pairs are arranged along the height of the posts in such a way that if a ball passes through the Goal at least one of the pairs of sensors is interrupted and based on the interrupted pair of sensors and the duration of the interruption, an approximate height of the passage and a speed component of the passing ball perpendicular to the goal can be determined. If the ball hits the goal at a very steep angle, it can happen that several of the sensor pairs are interrupted one after the other, from which it can be concluded that the ball has passed through very steeply in a vertical direction.
  • the document WO 2016/119955 describes a gaming arena and a method for training a user with a flying object in the gaming arena.
  • the arena includes a playing field, a playing field border at least partially surrounding the playing field, a flying object feed device for feeding the flying object into the playing field, a flying object return device for returning the flying object to the flying object feed device.
  • a user receives a flying object by means of the flying object delivery device, then a place for playing is marked by means of a projector, for example, on the edge of the playing field, the user plays the flying object at the edge of the playing field, from there the ball bounces into the flying object return device.
  • the playing arena also includes a camera system with which the flight of the ball is evaluated, for example the accuracy of the user's passes, a direction of the pass or a speed. The cameras thus enable an evaluation of the user's training.
  • DE 10 2005 042 740 A1 discloses a training device very similar to the above game arena for training a user in a ball sport.
  • the training device has a large number of combined ball transmitters and ball receivers facing the user show a ball receiver as the selected target for a ball.
  • the ball givers deliver the balls to a user for play. An evaluation of the hits achieved is not described.
  • the training systems known from the prior art can either evaluate information about hits made with a ball only very imprecisely, or they require extensive camera systems with which videos of the trajectory of the ball are recorded. The trajectory must be reconstructed from the videos using computer-intensive video analysis .
  • the well-known high-performance training systems are assembled from various components, they integrate a ball supply and a ball repatriation, and are permanently installed in play arenas specially designed for this purpose. Due to the complexity of the training system, they are very expensive and there is no provision for varying the arrangement of the components of the training system, for example for new forms of training. Due to the size of the components they contain, they require a large number of resources, eg a lot of electricity and space, and are very expensive to purchase.
  • the invention is based on the object of providing an intelligent goal, the goal enables a precise analysis of hits scored on the goal for training analysis, the operation of the goal requires few resources and the goal is inexpensive to purchase.
  • the invention solves the problem of providing a system that is as variable as possible and can be easily adapted to as many different forms of training as possible and is also inexpensive.
  • an intelligent goal according to the invention for detecting a hit by a ball on a target area is designed with a light source and a receiver.
  • the light source has multiple light emitters, and each of the light emitters is configured to emit light in a specific direction toward the receiver to form a light curtain.
  • the receiver has a number of light sensors, each of the light sensors being designed and arranged in such a way that it can receive light from a number of light emitters and, in the event of shadowing when a ball passes through the light curtain, outputs measured values proportional to the received light intensity.
  • a distance of the passing ball from the light sensors can be determined from the measured light intensities during the shadowing and/or from the number of the respectively shadowed light sensors.
  • the diameter of the ball can be determined from the signal height and the width of the shadowing pattern.
  • both a passage location and a passage direction as well as a passage speed of the ball passing through the light curtain can be determined in three-dimensional space.
  • An evaluation of the output measurement values of the intelligent goal requires only little computing power compared e.g. with the evaluation of video files from one or more digital video cameras, and the power consumption for operating the intelligent goal is in relation to the training systems known from the prior art, which e.g. have several cameras to track the ball and/or projectors to display a target, very low.
  • the intelligent goal preferably has an evaluation unit which is designed in such a way that the measured values output by the several light sensors arranged next to one another are recorded over time, with a coherent shading pattern being produced when the ball passes through the light curtain in a three-dimensional coordinate system from the recorded measured values of shaded sensors results, wherein the light sensors are arranged along a first axis of the coordinate system, the time is plotted along a second axis of the coordinate system and the measured values of the light sensors at the time are recorded on a third axis.
  • a passage location, a passage direction and/or a passage speed of the ball in three-dimensional space when the ball passes through the light curtain is determined from the coherent shadowing pattern, the spatial arrangement of the light sensors and a diameter of the ball.
  • This determination is made, for example, by determining certain dimensions of the pattern, a pattern comparison with previously stored reference patterns and/or by means of a self-learning evaluation unit, such as a neural network.
  • a length of the shadowing pattern in the direction of time can be determined.
  • the transit time can be determined from the length of the shading pattern.
  • training can be carried out very precisely. are evaluated and on the basis of the evaluation carried out a training success or a training progress can be determined very precisely. A form of training can then be individually adapted to the progress of the training.
  • the evaluation unit is preferably designed in such a way that, if there is a simultaneous change in measured values from a number of light sensors arranged next to one another, it checks whether a coherent shadowing pattern is produced which describes the passage of a ball.
  • the evaluation unit generates the shading pattern when a plurality of light sensors arranged next to one another are shaded, with shaded light sensors having a light intensity below a shading intensity threshold.
  • the evaluation unit includes the measured values of each shaded light sensor in the shading pattern for as long as the respective light sensor is shaded.
  • the shading intensity threshold therefore indicates the light intensity above which a light sensor is considered to be shaded.
  • the measured value corresponding to the shading intensity threshold is the shading threshold value.
  • the shading threshold indicates the measured value of the light intensity above which a light sensor is considered to be shaded.
  • the shading threshold value can be continuously adapted to the changed ambient lighting.
  • the shading threshold value can also depend on the light intensity emitted by the light emitters. The shading threshold value can therefore preferably be adapted to the ambient light and/or the light intensity emitted by the light emitters.
  • the measured values output by the light sensors can, for example, be included in the shading pattern as absolute values without further processing, for example also as a calibrated absolute value.
  • measured values from the light sensors can also be included in the shading pattern as relative values relative to a calibrated environmental reference value.
  • the measured values can also be included in the shading pattern as a deviation relative or absolute to the calibrated environmental reference value.
  • the output of the measured values as a relative deviation from the calibrated environmental reference value is particularly advantageous for visualization and rapid interpretation by a viewing user or a trainer, so that a minimum value, for example 0, is chosen such that the minimum value just corresponds to the calibrated environmental reference value, and a maximum value of, for example, 1, or 100 just corresponds to a completely shaded light sensor.
  • the measured value can be included in the shading pattern in such a way that a difference between the calibrated environmental reference value and the measured value is written into the coherent shading pattern.
  • the difference can also be normalized with the calibrated environmental reference value, for example.
  • the difference written in the shading pattern is then a measure of the shading of the sensor. The shading is how dark the shadow is on a light sensor. Maximum shading corresponds to absolute darkness.
  • the calibrated environmental reference value indicates the reading to be expected from an unshaded light sensor.
  • the calibrated environmental reference value therefore corresponds to the measured value that a light sensor outputs when the unshaded light sensor receives the light from the area around the intelligent door and the light emitted by the light transmitters.
  • the calibrated ambient reference value can preferably be adapted to changing ambient lighting, the ambient lighting being the combination of the light from the surroundings and the light emitted by the light emitters.
  • the shading threshold value is selected, for example, in such a way that the fluctuations in the light intensity emitted by an unshaded light sensor, caused by the statistical fluctuations in the ambient light intensity and the inaccuracy of the light sensors, are not incorrectly interpreted as shading.
  • a standard deviation of the calibrated environmental reference value can be determined and the shading threshold value can be chosen so that it deviates at least 2, for example 3, 4 or 5 standard deviations from the calibrated environmental reference value.
  • the evaluation unit can also be designed in such a way that, in order to generate the shading pattern for each of the light sensors with simultaneously changing measured values, it determines a relative rate of change between two consecutive measured values, and the measured values from light sensors are only included in the shading pattern if in several of the light sensors the relative rate of change of at least two consecutive readings exhibits a minimum rate of change in shading.
  • a ball passing through the shadowing of light sensors causes a rapid change in the light intensity in the shadowed light sensors, thus causing a rapid change in the measured values output by shadowed light sensors and thus a large rate of change of consecutive measured values
  • a suitable choice of the minimum rate of change in shading using the minimum rate of change in shading can be easily distinguished from changes in readings in neighboring light sensors caused by slow changes in ambient lighting. For example, measured values with an insufficient shading change rate can be sorted out directly by the evaluation unit.
  • the minimum rate of change in shading indicates a rate of change from which a change in two consecutive measured values of a light sensor is considered to be caused by shading of a passing ball.
  • the minimum shading rate of change can be manually or automatically adjusted to the calibrated environmental reference value.
  • the evaluation unit can be designed in such a way that it checks whether the shading pattern obtained is coherent. For example, the evaluation unit checks whether the measured values in the shading pattern are temporally related measured values and/or spatially related measured values, i.e. the evaluation unit checks whether the shading pattern has gaps in the temporal and/or spatial direction of the coordinate system, i.e. whether the shading pattern has points in time without shaded light sensors between points in time has shaded light sensors, or whether it has non-shaded light sensors between shaded light sensors. If, for example, at least one light sensor located between two shaded light sensors is not shaded, several balls may have passed through at the same time, or there may be a fault in the light sensor that is not shaded.
  • the evaluation unit can be designed in such a way that it compares the shading pattern obtained with a reference shading pattern or a catalog of reference shading patterns in order to detect passage of the ball.
  • a ball should pass through the light curtain in a fraction of a second.
  • Shadowing patterns that last longer than one second indicate shadowing that was not caused by a passing ball.
  • a course of the measured values of an individual light sensor over time can be evaluated, for example, the passage of a ball should first show a rapidly increasing shading, followed by a plateau, for example, and then again, for example, a rapidly falling shading.
  • the shadowing pattern can also be analyzed for a specific point in time in the shadowing pattern along the array of light sensors, for example to determine the location of the ball in the direction along the array of light sensors. For example, for one point in time, the shadow in the center of the shadowing pattern along the direction of the light sensors should be darker than at the edge of the shadowing pattern.
  • the evaluation unit is preferably designed in such a way that for each recorded measured value it determines an amount of a relative rate of change of two consecutive measured values of a light sensor and if the amount of the relative rate of change in a minimum number of adjacent light sensors reaches a limit value, it determines the shading pattern, with the minimum number and the limit value are preferably adjustable.
  • the passage of the ball can easily be distinguished from changes in light intensity caused by changes in ambient light.
  • the ambient lighting changes e.g. because the sun is covered by clouds or because the sun is shading the door due to its movement in the sky
  • changes in the measured values also occur simultaneously in several neighboring sensors, but with a completely different dynamic . Therefore, an evaluation of the relative rates of change allows for a quick distinction between rapidly passing balls and changes in ambient light due to other circumstances.
  • the passage of a ball can also be easily distinguished from other shading.
  • shadowing of sensors by hands or other appendages stretched into the gate causes a shadowing pattern lasting several tenths of a second or seconds.
  • Such shading can thus be distinguished in a simple manner from passages of balls solely by the length of the shading pattern in the direction of time.
  • objects such as falling leaves may obscure some of the light emitters, causing some of the light sensors located in the area illuminated by the shadowed light emitter to give a lower reading.
  • shadowing patterns caused by a ball passing through these changes appear to be almost stationary or last much longer and can therefore be easily filtered out.
  • the evaluation unit is preferably designed such that it determines an entry with an earliest point in time and an entry with a latest point in time in the coherent shadowing pattern and determines a passage duration of the ball through the light curtain from the latest point in time and the earliest point in time. From the spatial arrangement of the light sensors, the light transmitters, the passage time and the diameter of the ball, the evaluation unit determines a first passage speed component of the ball in a first direction perpendicular to the light curtain.
  • a threshold value can also be set, for example, in order to suppress background noise caused by the ambient lighting. This threshold should be chosen sufficiently low so as not to cut off part of the continuous shading pattern. Due to the fact that the shadowing pattern contains a sequence of measured values of shadowed light sensors, a passage time and from the passage time and a diameter of the ball a passage speed of the ball through the light curtain can be easily determined from the shadowing pattern.
  • the spatial arrangement of the light sensors and the light transmitters is preferably designed in such a way that the light transmitters are arranged on a straight line of light and the light sensors are arranged on a straight line of sensors, the straight line of light and the straight line of sensors are arranged on parallel sides of the intelligent door, with the light sensors preferably being arranged on an upper cross brace of the intelligent door, the light transmitters are arranged on a lower cross brace and the light transmitters are designed in such a way that they preferably emit the light perpendicularly to the light line.
  • the arrangement of the light sensors and light transmitters on parallel sides of the goal enables a very resource-saving and less computationally intensive reconstruction of the passage location, passage speed and passage direction of a passage of the ball through the light curtain.
  • the evaluation unit is preferably designed such that it determines a position of the center point of the ball along the sensor line for a first point in time and a second point in time in the shading pattern, and determines a first time interval from the first and second point in time, so that from a distance between the determined Position at the first and at the second point in time and the first time interval, a second passage velocity component is determined parallel to the sensor line.
  • a position of the center point of the ball along the sensor line can be determined for any point in time in the shading pattern using the shaded light sensors, since the center point of the ball along the sensor line is the center point of the shading pattern at the time, the arrangement of the light emitters and light sensors and the direction in which the light sources emit the light can be determined.
  • a center point of the shadowed light sensors is determined based on the arrangement of the light sensors, but it is also possible, for example, to include a light intensity in the determination of the position of the center point of the ball.
  • a focal point of the shading pattern is determined at the respective point in time in which the positions of the light sensors are weighted according to the light intensity or the shading.
  • more than two points in time in the shading pattern can also be considered, for example, when determining the second passage velocity component, a mean value can be formed over several pairs of points in time, or a linear regression can be carried out for all points in time in the connected shading pattern, from which a distance traveled by the ball along the sensor line is determined and a time required for passage from the earliest and latest point in time.
  • a mean value can be formed over several pairs of points in time, or a linear regression can be carried out for all points in time in the connected shading pattern, from which a distance traveled by the ball along the sensor line is determined and a time required for passage from the earliest and latest point in time.
  • advanced pattern recognition, neural networks or machine learning can be used to evaluate the shading pattern in order to improve the accuracy of determining the second velocity component.
  • the evaluation unit is preferably designed such that for a point in time in the shading pattern from a maximum deviation of a measured value of a light sensor from an environmental reference value calibrated according to the ambient lighting or from a number of the light sensors shaded at the point in time and the diameter of the ball, a distance of the center point of the ball from the light sensors is determined in a third direction perpendicular to the sensor line and parallel to the light curtain.
  • the distance of the ball or of the center of the ball are determined by the light sensors in a third direction perpendicular to the sensor line and parallel to the light curtain. Since each light sensor is illuminated by several of the light sources, the number of shadowed light sensors changes in the same way with the distance of the center of the ball from the light sensors or with the distance of the center of the ball from the light sources. Accordingly, the distance between the center of the ball and the light sensors can also be determined directly from the number of shaded light sensors and the diameter of the ball.
  • the evaluation unit is preferably designed in such a way that it determines the distance between the center point of the ball and the light sensors for a third and fourth point in time, and from the determined distances at the third and fourth point in time and a second time interval between the third and fourth point in time, a third velocity component of the Balls determined along the third direction.
  • a direction of movement of the ball in the direction of the third direction can be determined from the shading pattern for two points in time.
  • the third speed component can be evaluated using simple arithmetic operations and does not require a complex evaluation function.
  • the speed components can in turn be determined for more than two points in time, for example by linear regression or with the aid of pattern recognition, neural networks or machine learning.
  • the shape or the diameter of the ball and a relative position of the point in time in the shadowing pattern can preferably also be included in the determination of the position of the center of the ball and thus the determination of the distance of the center of the ball from the light sensors.
  • the calibrated ambient reference value is preferably continuously adapted to permanent changes in the ambient lighting.
  • the operating parameters of the light transmitters and light sensors are preferably continuously adapted to the ambient lighting.
  • the calibrated environmental reference value is continuously adapted to the permanent changes in the ambient lighting, the operating parameters of the light sensors and light transmitters can be selected according to the environmental variables and the intelligent door can thus be operated in an energy-efficient manner.
  • the ambient lighting can change in the course of training due to clouds, shadows or the like.
  • the calibrated environmental reference value can be tracked according to these changes.
  • the calibrated environmental reference value can also depend on the training situation. The training can take place, for example, in a sports hall under artificial light, on a football field under the open sky in the midday sun, or on a football field at dusk or under floodlights. In such a situation, the ambient light differs greatly and this can be taken into account accordingly using the calibrated ambient reference value.
  • the calibrated environmental reference value can be continuously adjusted individually for each of the light sensors, so that, for example, for light sensors for the individual light sources, for example shaded by objects, the calibrated environmental reference value is selected correspondingly lower.
  • the calibrated environmental reference value can be an average of the light intensity of all light sensors over a suitable time period, or the calibrated environmental reference value is determined for each of the light sensors from the respective average light intensity over the appropriate time period.
  • the suitable period of time can be, for example, one minute, a few minutes, or tens of seconds.
  • the operating parameters of the light generators include, for example, a light intensity of the emitted light. This can be adjustable for each of the light transmitters or for all light transmitters together.
  • the operating parameters for the light sensors include, for example, a sensor threshold, amplifier voltage and/or a sensitivity. These can, for example, be set individually for each of the light sensors or for all light sensors together.
  • the evaluation unit is preferably designed such that it uses the earliest point in time as the third and fifth point in time and the latest point in time as the fourth and sixth point in time and determines the direction of passage of the ball from the first, second and third passage velocity components determined thereby.
  • the evaluation unit can determine all three passage velocity components in space with simple means, a passage direction of the ball through the light curtain can also be precisely determined. The passage location can also be determined very easily.
  • the light transmitters are preferably designed in such a way that they emit infrared light. Because the light sources emit infrared light, the influence of ambient light on the smart door's measurements is reduced.
  • the light sensors are preferably infrared transistors.
  • the light sensors can also be visible light sensors plus a filter for infrared light. Because the light sensors are sensors for the infrared part of the spectrum, the background is significantly reduced by the ambient light.
  • the evaluation unit is preferably designed in such a way that it reads out each of the light sensors with a sampling rate of at least one kHz. Because the light sensors are read out with a sampling rate of at least one kHz, the accuracy in determining the various passage velocity components in the various spatial directions is increased. The accuracy of the direction determination can also be increased as a result. Alternatively, the light sensors can also be read with a sampling rate of 2, 3, 5, 7 or 10 kHz. With the selection of higher sampling rates, higher speeds can also be determined with good accuracy.
  • a further aspect of the invention relates to a system comprising an intelligent goal according to the first aspect and the further preferred embodiments of the intelligent goal, a ball machine and a master unit.
  • the master unit, the intelligent goal and the ball machine are designed to be connected to each other via a network and the master unit is adapted to communicate instruction about a training form to the ball machine and the intelligent goal via the network.
  • the system includes multiple smart goals and/or multiple smart ball machines. Due to the fact that the system has a modular structure consisting of the intelligent goal, the ball machine and the master unit, the system is very mobile and can be used in a wide variety of training environments.
  • the modular design allows the system to be easily supplemented with additional components, such as more intelligent goals or ball machines.
  • the other components can be connected to the system network and then also communicate with the ball machine, the intelligent goal and the master unit, whereby more complex forms of training can be implemented.
  • the specifications for a form of training preferably contain specifications for a ball played by the ball machine and/or specifications for goals scored on the intelligent goal, with the specifications for a ball played by the ball machine for example a ball speed, a ball direction, a ball spin and/or a ball frequency at which balls are played by the ball machine.
  • the specifications for hits scored on the intelligent goal contain, for example, a hit ratio, a hit speed, a hit direction, a hit location and/or a hit time.
  • the ball machine is designed in such a way that it plays the balls according to the specifications
  • the evaluation unit is designed in such a way that it evaluates the hits on the intelligent goal according to the specifications and makes the evaluation of the hits available to the master unit.
  • the master unit can immediately compare the evaluation with the specifications from the training form and derive a training status or a training success of the training form from this.
  • the evaluation unit preferably comprises a goal event data extraction unit and a goal event data evaluation unit, the goal event data extraction unit being designed in such a way that it detects a possible passage of a ball through the light curtain and collects the measured values associated with the possible passage as goal event data forwards a goal event data evaluation unit.
  • the goal event data evaluation unit is designed in such a way that it receives the goal event data, generates the shading pattern and evaluates the generated coherent shading pattern.
  • the training data evaluation unit determines, for example, the three speed components from the shading pattern, the location of the passage, and compares the determined evaluation results with the specifications of the training form.
  • the gate event data extraction unit is preferably arranged directly in the gate body of the intelligent gate and the gate event data evaluation unit is preferably arranged in the master unit.
  • the evaluation unit is made up of the goal event data extraction unit and the goal event data evaluation unit, with the goal event data extraction unit only determining a possible hit and forwarding the measured values belonging to the possible hit collected as goal event data to the goal event data evaluation unit, the goal event data extraction unit does not have to carry out any complex analyzes of the goal event data , which is why the computing power required by the goal event data extraction unit is very low.
  • each intelligent gate can be equipped with a gate event data extraction unit and a master unit with a gate event data evaluation unit, which makes more computing power available accordingly.
  • the goal event data evaluation unit is only required once, resources are again saved and costs are kept low.
  • the master unit is preferably designed in such a way that it automatically adapts the specifications for the form of training based on the specifications for the form of training and the hits evaluated and communicates the adapted specifications to the ball machine and the intelligent goal.
  • the network is a wireless network and the master unit is configured to form an access point for the wireless network, the ball machine and the intelligent goal are configured to connect to the wireless network of the master unit. Because the ball machine and the intelligent goal connect to the wireless network provided by the master unit, the system can be easily expanded with additional components, such as additional intelligent goals or additional ball machines.
  • Another aspect of the invention relates to a method for detecting a hit by a ball on a target area.
  • the procedure includes the following steps. Emission of light by light emitters of a light source in a specific direction to a receiver to form a light curtain, the light source having a plurality of light emitters.
  • each of the light sensors of the receiver receiving light from a plurality of the light emitters. Output of measured values proportional to the light intensity received by each of the light sensors in the event of shadowing when a ball passes through the light curtain.
  • the method according to the invention has the same advantages as the intelligent door according to the invention described above and the corresponding system.
  • the method preferably also comprises the following additional steps. Recording the output measured values of the several light sensors arranged next to one another over time, with a coherent shading pattern resulting from the recorded measured values when the ball passes through the light curtain in a three-dimensional coordinate system, with the light sensors being arranged along a first axis of the coordinate system and along a second The time is plotted on the axis of the coordinate system and the measured values of the light sensors at the time are recorded on a third axis.
  • the method according to the invention has the same advantages as the intelligent door according to the invention described above and the corresponding system.
  • FIG. 1 schematically shows an intelligent gate according to one embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plan view of an intelligent door
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a plan view of an intelligent goal with a ball flying through
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a plan view of an intelligent goal with a ball flying through
  • FIG. 5 shows a schematic of a course of the measured values in the light sensors of an intelligent goal for a point in time during the passage of a ball
  • FIG. 6 shows a schematic of a course of the measured values in the light sensors of an intelligent goal for a point in time during the passage of a ball
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a system with an intelligent goal, an evaluation unit, a master unit and a ball machine
  • FIG. 8 schematically shows shadowed light sensors for different trajectories of the ball when a ball passes through
  • FIG. 9 shows a schematic representation of sections through shadowing patterns
  • Figure 10 is a schematic representation of a shading pattern for a straight passage
  • Figure 11 is a schematic representation of a passage where the ball passes obliquely through the goal in a vertical direction;
  • Figure 12 is a schematic representation of a system including a ball machine and several of the intelligent goals.
  • the basic schematic structure of an intelligent door 1 according to a first embodiment is shown in FIG.
  • the intelligent gate 1 comprises two parallel posts 2, an upper crossbar 3, a lower crossbar 4, a light source 5, a receiver 6, so- such as several visual signaling devices 7.
  • the lower crossbar 3 is preferably arranged parallel to the upper crossbar 4 and the lower crossbar 3 is at right angles to the parallel posts 2.
  • the light source 5 is preferably formed from a plurality of light emitters 8, as shown in FIG. 2, for example.
  • Each of the light emitters 8 preferably emits light in a specific direction to the receiver 6 so that the light emitted by the light emitters 8 forms a light curtain 9 .
  • the receiver 6 preferably has a plurality of light sensors 10, see for example Figure 2.
  • the light sensors 10 are designed and arranged in such a way that they can receive light from a plurality of light emitters 8 and, in the event of shadowing when a ball 11 passes through the light curtain 9, as for example in shown in FIGS. 3 and 4, output measured values proportional to the received light intensity, as shown in FIGS. 5 and 6, for example.
  • the light sensors 10 and the light transmitters 8 are preferably arranged along the lower or the upper crossbar 3, 4.
  • the light sensors 10 are particularly preferably arranged along the upper crossbar 4 and the light transmitters 8 along the lower crossbar, as shown schematically in FIGS.
  • a shadow 12 forms on the side facing away from the light emitters 8. If the ball 11 flies through the intelligent goal 1 in the vicinity of the light sensors 10 , a relatively dark, sharp shadow 12 is formed, ie the measured value of shadowed light sensors 10 is greatly reduced compared to a calibrated environmental reference value 13, as shown in FIG. In FIG. 5, the measured values of the light sensors 10 of the receiver 6 plotted on the abscissa are plotted on the ordinate.
  • the calibrated environmental reference value precisely specifies the expected value for light sensors 10 that are not in the shade.
  • the shadow 12 of the ball 11 becomes much wider and brighter, i.e. the light intensity at the shadowed light sensors 10 is much brighter than at a passage occurs in the vicinity of the light sensors 10 and the measured value that is output falls significantly less than the calibrated environmental reference value 13, as shown in FIG.
  • a width of the shadow 12 depends not only on the passage height of the ball 11 through the intelligent goal 1 but also on the diameter of the ball 11 . If the diameter of the ball 11 is known, a flight altitude of the ball 11 can be determined either from a width Ax of the shadow 12, or from a maximum shading AI in Figures 5 and 6. Alternatively, from the maximum shading AI and the width of a shadow 12 Ax determine a diameter of the ball 11 in the light curtain 9 .
  • the intelligent door 1 is equipped with an evaluation unit
  • the evaluation unit 14 receives the measured values output by the light sensors 10 and continuously evaluates them with regard to possible passages of a ball 11 . If the evaluation unit 14 detects a possible passage of a ball 11 through the light curtain 9, it creates a coherent shading pattern 15 from the measured values obtained from the light sensors 10.
  • the evaluation unit 14 In order to detect a passage of the ball 11 through the light curtain 9 by the evaluation unit 14, the evaluation unit 14 continuously checks whether there are suitable changes in measured values in several light sensors 10 arranged next to one another at the same time and whether the measured values result in a coherent shading pattern 15 that indicates the passage a ball 11 describes.
  • the evaluation unit 14 generates the coherent shading pattern
  • the evaluation unit 14 includes the measured values of each of the shaded light sensors in the coherent shading pattern 15 for as long as the respective light sensor is shaded.
  • the shading intensity threshold specifies the light intensity above which a light sensor is considered to be shaded.
  • the measured value corresponding to the shading intensity threshold is the shading threshold value 16, for example shown in FIGS.
  • the evaluation unit 14 can, for example, determine a relative rate of change of two consecutive measured values to generate the shading pattern 16 for each of the light sensors 10 with simultaneously changing measured values and only if in a minimum number of light sensors 10, the relative rate of change corresponds to at least a minimum shading rate of change, which record the measured values of the associated light sensors 10 in the coherent shading pattern 15. The measured values of the light sensors 10 are then in turn included in the coherent shading pattern 15 for as long as the light sensors 10 are shaded.
  • the measured values can be sorted out directly by the evaluation unit 14 when several changing measured values of adjacent light sensors 10 occur with an insufficient shading change rate.
  • FIG. 1 Some schematic representations of the coherent shading pattern 15 generated by the evaluation unit 14 are shown in FIG.
  • time is entered on one axis and the arrangement of the light sensors on the other axis.
  • the points drawn in indicate the light sensors 10 that were shaded at the time.
  • All four patterns shown show passages of a ball 11 of known diameter, with a first component of velocity of the ball 11 in a direction perpendicular to the light curtain 9 being the same for all four contiguous shadowing patterns 15 shown.
  • a second velocity component in a direction parallel to the sensor line is identical for all four connected shading patterns 15 shown.
  • the four connected shading patterns 15 differ only in a third speed component parallel to the light curtain 9 and perpendicular to the sensor line.
  • the coherent shading pattern 15 at the top left shows a horizontal passage of a ball 11 at a specific distance from the light sensors 10, ie the third velocity component is zero.
  • the coherent shading pattern 15 at the top right also shows a horizontal flight, but at a smaller distance from the light sensors 10 than in the case of the passage at the top left. This can be recognized by that the coherent shading pattern 15 is less wide for the same diameter of the ball 11.
  • the continuous shadowing pattern 15 at bottom left represents a passage of a ball 11 with the third velocity component pointing away from the light sensors 10. This can be seen from the fact that the shading pattern at the bottom left is initially wider and then thinner than the coherent shading pattern 15 at the top left in comparison to the shading pattern 15 at the top left.
  • the coherent shading pattern 15 at the bottom right corresponds to a flight of the ball towards the light sensors, i.e. the third velocity component points towards the light sensors 10, it is initially thinner in comparison to the coherent shading pattern 15 at the top left and then becomes wider than the .
  • the evaluation unit can include the measured values of the light sensors 10 in the coherent shading pattern 15, for example unfiltered.
  • the evaluation unit 14 can subtract the measured values from the calibrated environmental reference value and record the difference as a shading value in the coherent shading pattern 15 .
  • the shading value is then a measure of the shading of the light sensor and is at its maximum when the light sensor 10 is completely shaded. If the shading values are included in the coherent shading pattern 15, then only positive values appear in the coherent shading pattern 15.
  • the shading values can, for example, also be normalized using the calibrated environmental reference value 13 and the evaluation unit includes the normalized shading values in the shading pattern 15 . This has the advantage that complete shading always corresponds to the same value in the coherent shading pattern 15.
  • the evaluation unit 14 can from the shading pattern 15, the spatial arrangement of the light sensors 10, for example using the known diameter of the ball 11, determine a location, a direction and/or a speed of the ball in three-dimensional space when the ball 11 passes through the light curtain 9.
  • the velocity components in three-dimensional space are determined separately for each of the three spatial directions, for example.
  • an earliest point in time 17 and a latest point in time 18 in the shading pattern 15 are determined on the time axis of the coherent shading pattern 15, see e.g. B. Figure 8.
  • the time difference between the earliest point in time 17 and the latest point in time 18 gives the flight duration 19 of the ball 11 through the light curtain 9. From the flight duration 19 and the diameter of the ball 11, which is just along the flight path of the ball through the light curtain corresponds to the first direction, the evaluation unit 14 can determine the first speed component of the ball 11 .
  • Figures 9 (a) and (b) each schematically show a shading pattern time section 20, i.e. a section through the shading pattern 15 along a point in time, parallel to the sensor coordinate 20.
  • the shading pattern time sections 20 in Figures 9 (a) and 9 (b) are the shading values against the light sensors 10 are drawn in.
  • a shading pattern center point 22 of the shading pattern 15 can be determined at the point in time using the light sensors 10 that have been struck. For example, by forming an average value of the light sensors 10 hit, or by forming a focal point of the shading pattern time section 21.
  • the position of the shadowing pattern center point 21 at the time just corresponds to the position of the center point of the ball along the direction of the sensor line. From the positions of the center point of the ball 11 along the straight sensor line determined for two points in time, a distance covered by the ball 11 during the time interval between the two points in time along the direction of the straight line sensor can be determined. the. The second speed component can be determined from the time interval and the distance covered.
  • the evaluation unit 14 first determines a distance between the ball 11 and the sensor line.
  • the distance of the ball 11 to the sensor line can be determined either from the shading pattern height 22 , for example shown in FIG. 9, or from the shading pattern width 21 .
  • the shadowing pattern height 22 can be determined, for example, as in Figures 9(a) and 9(b).
  • the distance of the ball 11 and the diameter of the ball 11 can be determined from the combination of the shading pattern height 22, a shading pattern width 21 and a relative position of the point in time in the coherent shading pattern 15.
  • the evaluation unit 14 determines the distance of the center point of the ball 11 from the sensor line for at least two points in time, and then, for example, from two points in time a time interval from the difference in the distance to the sensor line at the two points in time the evaluation unit determines a distance covered by the ball 11 during the time interval along the direction of the third speed component and from the distance covered and the time interval the third speed component.
  • the evaluation unit can, for example, also calculate the second and third speed components for each of the three speed components and all points in time contained in the shadowing patterns 15 and the respective positions of the ball 11 determined therefrom by means of linear regression, for example.
  • FIGS. 10 and 11 show two shadow patterns 15 in which a ball 11 was shot at a speed of 40 km/h.
  • the shading pattern 15 in FIG. 11 shows a flight through, with the ball 11 flying from below upwards towards the light sensors 11, here the shading value increases significantly as it climbs up.
  • the course of the shading pattern 15 for a light sensor 10 over time is shown schematically in a shading pattern sensor section 22 along a light sensor 10 in FIG. 9 (c).
  • FIG. 10 occurs approximately horizontally.
  • the time course of the shading pattern 15 for a light sensor 10 for a horizontal flight is shown schematically in FIG. 9(d).
  • the shadow patterns 15 of Figures 10 and 11 were created with a soccer ball and the goal was a mini-goal commonly used in soccer training.
  • the intelligent goal 1 according to the present invention can also be used, for example, for training in other sports.
  • the intelligent goal 1 according to the present invention can be used for training in the sports of handball, basketball or tennis.
  • the intelligent goal 1 can be used for training in all types of ball sports.
  • the size and shape of the intelligent goal 1 can be adapted to the specific requirements of the sport. Not only square shapes are possible, but also round shapes. If round shapes are used by intelligent gates, the evaluation must be adjusted accordingly.
  • the number and the distance between the light sensors 10 and the light transmitters 8 can be adjusted, for example depending on the size of a ball. If it is provided, for example, that the intelligent goal 1 is only used for soccer training, the ball is a soccer ball and the distance between the light sensors 10 and the light transmitter 8 is selected such that when the soccer ball passes through, several light sensors 10 are always shaded or several Light transmitter 8 form a shadow on several of the light sensors 10.
  • the distance between the light sensors 10 and the distance between the light emitters 8 must be selected to be correspondingly smaller, for example if the intelligent goal 1 is also used for handball or tennis training should, so that the light transmitter 8 a shadow even when the smaller game ball passes through the open light curtain 9 th forms on several of the light sensors 10 and a shading pattern 9 can be determined accordingly.
  • a system 25 comprises an intelligent goal 1 as described above, a master unit 26 and a ball machine 27, see Figure 7 (b).
  • the master unit 26, the ball machine 27 and the intelligent goal 1 are connected to each other by means of a network.
  • the master unit 26 sends specifications about one or more training forms to the ball machine 27 and the intelligent goal 1 via the network.
  • the specifications about the training form contains specifications for a ball to be played by the ball machine and/or specifications for one or more on the intelligent goal 1 hits to be scored with the ball.
  • the specifications for a ball 11 to be played by the ball machine 27 can contain, for example: a ball speed, a ball direction, a ball spin and/or a frequency with which the balls 11 are to be played by the ball machine 27 .
  • the specifications for hits to be achieved on the intelligent door 1 can contain, for example, a hit rate to be achieved, a hit speed, a hit direction, a hit location, a hit time and/or a hit time window.
  • the ball machine 27 plays the balls according to the specifications in the current training form.
  • the evaluation unit 14 is designed in such a way that it evaluates hits on the intelligent goal 1 and compares the results of the evaluation with the specifications relevant to the form of training and creates a corresponding evaluation in accordance with the specifications.
  • the evaluation unit 14 can consist of a goal event data extraction unit 28 and a goal event data evaluation unit 29 .
  • the goal event data extraction unit 28 determines a possible passage of a ball 11 through the light curtain 9 .
  • the goal event data extraction unit 28 then collects the goal event data and forwards it to the goal event data evaluation unit 29 .
  • the goal event data extraction unit 28 continuously checks the measured values received from the light sensors 10 for several at the same time juxtaposed light sensors 10 occurring changes. If the goal event data extraction unit 28, as described above with reference to the evaluation unit 14, detects suitable changes, it sends the associated goal event data to the goal event data evaluation unit 29.
  • the goal event data extraction unit 28 can have a ring buffer, for example.
  • the goal event data extraction unit 28 continuously checks the measured values written to the ring memory and as soon as it detects simultaneous changes in the measured values of several light sensors 10 arranged next to one another, the goal event data extraction unit 28 reads the data from the ring memory and sends the associated goal event data to the goal event data evaluation unit 29.
  • the goal event data evaluation unit 29 checks whether a coherent shading pattern 15 can be created from the received goal event data. If a coherent shadowing pattern 15 is present, the goal event data evaluation unit 29 evaluates the coherent shadowing pattern 15 and determines, for example, the speed, location and time of the passage of the ball 11 through the light curtain 9 as described above with reference to the evaluation unit 14 .
  • the master unit 26 can be provided in a common housing 30 with the ball machine 27, for example.
  • the gate event data extraction unit 28 may be provided in the intelligent gate 1, for example.
  • the goal event data evaluation unit 29 can be provided in the master unit 26, for example.
  • the evaluation unit 14 is constructed from the goal event data extraction unit 28 and the goal event data evaluation unit 29, the system 25 can be designed in such a way that if there are several intelligent goals 1 in the system 25, only one goal event data evaluation unit 29 has to be provided in the master unit 26.
  • the goal event data extraction units 28 that are preferably provided in the intelligent goals 1 require only very little computing power and the goal event data evaluation unit 29 only has to be provided once in the master unit 26 . This saves resources and costs.
  • the master unit 26 can access the evaluation of the goal event data evaluation unit 29 directly and compare the evaluated hits with the specifications of the type of training carried out in each case. According to the evaluated hits, the master unit 26 can determine whether the trainee meets the requirements of the training form or is over- or under-strained by the current training form and automatically adapt the training form to the training progress of the trainee according to the result.
  • each training form can also contain specifications for different levels of difficulty of a training form and the master unit
  • 26 can change the difficulty level of a training form according to the training progress.
  • the master unit 26, the ball machine 27 and the one or more intelligent goals 1 of the system 25 are connected by means of a wireless network.
  • the master unit 26 forms an access point for the wireless network.
  • the access point of the wireless network is designed in such a way that ball machines
  • the master unit 26 and the ball machine are installed in a common housing 30, the master unit 26 and the ball machine 27 can also be connected to one another by means of a cable.
  • each ball machine 27 can be formed in a common housing 30 together with a master unit 26 . If there are several ball machines 27 in a system 25, a master unit 26 of the ball machines 27 must first be selected, which spans the wireless network, communicates the specifications about the forms of training to the intelligent goals and the other ball machines 27 and the goal event data from the goal event data extraction units 28 of intelligent gates 1 receives. Because the ball machine 27, the master unit 26 and the intelligent goals 1 are connected by a wireless network, the various components of the system 25 can easily be placed in different configurations relative to one another and this configuration can be quickly modified to suit different or new forms of training.
  • a system 25 according to an embodiment with a ball machine 27 and 8 intelligent goals is shown in FIG.
  • the evaluation unit 14 is designed in such a way that it uses advanced machine learning methods to evaluate the hits on the intelligent door 1 .
  • hits with known passage locations and passage speeds can be recorded under predetermined conditions, which are used as training data.
  • An evaluation then takes place, for example, by pattern matching.
  • the method begins with the step of emitting light by light emitters 8 of a light source 5 in a specific direction to a receiver 6 to form a light curtain 9, the light source 5 having a plurality of light emitters 9 as described above.
  • the method comprises a step of receiving the light by light sensors 10 of the receiver 6, with each of the light sensors 10 receiving light from a plurality of the light emitters 8,
  • a further step of the method includes outputting measured values proportional to the light intensity received by each of the light sensors 10 in the event of shadowing when a ball 11 passes through the light curtain 9.
  • the method can optionally include further steps.
  • the method can include a further step of recording the measured values output by the multiple light sensors arranged next to one another over time, with a coherent shading pattern resulting from the recorded measured values in a three-dimensional coordinate system when the ball passes through the light curtain, with the Light sensors are arranged along a second The time is plotted on the axis of the coordinate system and the measured values of the light sensors are recorded at the time on a third axis.
  • the method also includes the step of determining a location, a direction and/or a speed of the ball 11 in three-dimensional space when the ball 11 passes through the light curtain 9 from the coherent shadowing pattern, the spatial arrangement of the light sensors and a diameter of the ball.

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Abstract

Ein intelligentes Tor (1) zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball (11) auf einem Zielbereich ist mit einer Lichtquelle (5) und einem Empfänger (6) ausgebildet. Die Lichtquelle weist mehrere Lichtgeber auf und jeder der Lichtgeber ist so ausgebildet, dass er Licht in einer bestimmten Richtung zum Empfänger zum Ausbilden eines Lichtvorhangs (9) aussendet. Der Empfänger weist mehrere Lichtsensoren (10) auf, wobei jeder der Lichtsensoren so ausgebildet und angeordnet ist, dass er von mehreren Lichtgebern Licht empfangen kann und bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balls durch den Lichtvorhang Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität ausgibt.

Description

Intelligentes Tor, System umfassend intelligentes Tor und Verfahren zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich
1. Technischer Hintergrund
Die Erfindung betrifft ein intelligentes Tor, ein System umfassend ein intelligentes Tor sowie ein Verfahren zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich beispielsweise mit einem intelligenten Tor, wobei das intelligente Tor, das System und das Verfahren beispielweise zum Trainieren eines Benutzers in einer Ballsportart verwendet wird.
Das intelligente Tor, das System, umfassend das intelligente Tor und das Verfahren sind zum Trainieren eines Benutzers in einer Ballsportart ausgebildet, wobei das intelligente Tor so ausgebildet ist, dass beim Durchtritt eines Balls durch einen von Lichtsensoren gebildeten Lichtvorhang mehrere Lichtsensoren beschattet werden und aus den von den Lichtsensoren während der Beschattung ausgegebenen Messwerten ein Durchtrittsort, eine Durchtrittsrichtung und eine Durchtrittsgeschwindigkeit bestimmt wird.
In dem System sind eine Ballmaschine, eine Mastereinheit sowie ein intelligentes Tor miteinander vernetzt, die Mastereinheit gibt Trainingsformen vor, wertet Treffer auf das Tor aus und passt die Trainingsform anhand der Auswertung der Treffer auf das intelligente Tor an.
2. Stand der Technik
In der WO 2018/106270 A2 ist ein Fußballtrainingssystem bestehend aus einer Ballmaschine und einer Torvorrichtung offenbart. Außerdem umfasst das Fußballtrainingssystem einen Kontroller, der mit der Ballmaschine und der Torvorrichtung in einem Netzwerk verbunden ist. Die Torvorrichtung umfasst eine Querlatte sowie zwei parallele Pfosten. An den parallelen Pfosten sind horizontal zueinander ausgerichtete Sensorpaare angebracht. Die Sensorpaare sind entlang der Höhe der Pfosten so angeordnet, dass bei Durchtritt eines Balls durch das Tor mindestens eins der Sensorpaare unterbrochen wird und anhand des unterbrochenen Sensorpaars und der Zeitdauer der Unterbrechung kann eine ungefähre Höhe des Durchtritts sowie eine Geschwindigkeitskomponente des durchtretenden Balls senkrecht auf das Tor bestimmt werden. Trifft der Ball unter sehr steilem Winkel auf das Tor, kann es passieren, dass mehrere der Sensorpaare nacheinander unterbrochen werden, hieraus kann auf einen sehr steilen Durchtritt des Balls in einer vertikalen Richtung geschlossen werden.
Das Dokument WO 2016/119955 beschreibt eine Spielarena sowie ein Verfahren zum Trainieren eines Benutzers mit einem Flugobjekt in der Spielarena. Die Spielarena umfasst ein Spielfeld, eine das Spielfeld zumindest teilweise umrandende Spielfeldumrandung, eine Flugobjektzuführungseinrichtung zum Zuführen des Flugobjekts in das Spielfeld, eine Flugobjektrückführungseinrichtung zum Rückführen des Flugobjekts zu der Flugobjektzuführungseinrichtung. Ein Benutzer erhält mittels der Flugobjektzuführungseinrichtung ein Flugobjekt, daraufhin wird mittels z.B. eines Projektors auf der Spielfeldumrandung ein Ort zum Anspielen markiert, der Benutzer spielt das Flugobjekt an die Spielfeldumrandung, von dort prallt der Ball in die Flugobjektrückführungseinrichtung. Die Spielarena umfasst außerdem ein Kamerasystem, mit dem der Flug des Balls ausgewertet wird, beispielsweise eine Genauigkeit der Zuspiele des Benutzers, eine Richtung des Zuspiels oder eine Geschwindigkeit. Die Kameras ermöglichen somit eine Auswertung des Trainings des Benutzers.
In der DE 10 2005 042 740 Al ist eine der obigen Spielarena sehr ähnliche Trainiervorrichtung zum Trainieren eines Benutzers in einer Ballsportart offenbart. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Umrandung weist die Trainiervorrichtung eine Vielzahl von dem Benutzer zugewandten kombinierten Ballgebern und Ballempfängern auf, außerdem sind die Ball- geber/-empfänger mit optischen und/oder akustischen Signalgebern ausgebildet, die durch Abgabe eines optischen und/oder akustischen Signals einen Ballempfänger als ausgewähltes Ziel für einen Ball anzeigen. Die Ballgeber geben die Bälle zum Spielen an einen Benutzer aus. Eine Auswertung der erzielten Treffer ist nicht beschrieben.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Trainingssysteme können Informationen über erzielte Treffer mit einem Ball entweder nur sehr ungenau auswerten, oder sie benötigen umfangreiche Kamerasysteme, mit denen Videos einer Flugbahn des Balls aufgenommen werden, aus den Videos muss die Flugbahn mittels rechen intensiver Videoanalysen rekonstruiert werden. Darüber hinaus sind die bekannten leistungsfähigen Trainingssysteme aus diversen Komponenten zusammengebaut, sie integrieren eine Ballzuführung und eine Ball- rückführung, und werden in extra dafür vorgesehenen Spielarenen fest installiert. Aufgrund der Komplexität der Trainingssystem sind sie sehr teuer und ein Variieren der Anordnung der Komponenten der Trainingssysteme an z.B. neue Trainingsformen ist nicht vorgesehen. Aufgrund des Umfangs der enthaltenen Komponenten benötigen sie ein Vielzahl an Ressourcen, z.B. viel Strom und viel Platz, und sind in der Anschaffung sehr teuer.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein intelligentes Tor bereitzustellen, das Tor ermöglicht eine genaue Analyse von auf dem Tor erzielten Treffern zur Trainingsanalyse, das Betreiben des Tores benötigt nur wenige Ressourcen und das Tor ist kostengünstig in der Anschaffung. Darüber hinaus löst die Erfindung die Aufgabe ein System bereitzustellen, das möglichst variabel und an möglichst viele unterschiedliche Trainingsformen einfach anpassbar ist und darüber hinaus kostengünstig.
Eine oder mehrere Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein erfindungsgemäßes intelligentes Tor zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich mit einer Lichtquelle und einem Empfänger ausgebildet. Die Lichtquelle weist mehrere Lichtgeber auf und jeder der Lichtgeber ist so ausgebildet, dass er Licht in einer bestimmten Richtung zum Empfänger zum Ausbilden eines Lichtvorhangs aussendet. Der Empfänger weist mehrere Lichtsensoren auf, wobei jeder der Lichtsensoren so ausgebildet und angeordnet ist, dass er von mehreren Lichtgebern Licht empfangen kann und bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balls durch den Lichtvorhang Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität ausgibt.
Dadurch, dass die Lichtsensoren Licht von mehreren der Lichtgeber empfangen, werden beim Durchtritt eines Balls durch den Lichtvorhang stets mehrere der Lichtsensoren beschattet. Je dichter der Ball an den Lichtsensoren vorbeifliegt, desto dunkler und desto schärfer bzw. schmaler wird sein Schatten. Daher kann aus den gemessenen Lichtintensitäten während der Beschattung und/oder aus der Anzahl der jeweils beschatteten Lichtsensoren ein Abstand des durchtretenden Balls zu den Lichtsensoren bestimmt werden. Alternativ kann aus der Signalhöhe sowie der Breite des Beschattungsmusters der Durchmesser des Balls bestimmt werden.
Bei geeigneter, bekannter Anordnung der Lichtsensoren und Lichtgeber lässt sich sowohl ein Durchtrittsort, als auch eine Durchtrittsrichtung, sowie eine Durchtrittsgeschwindigkeit des durch den Lichtvorhang durchtretenden Balls im dreidimensional Raum bestimmen. Eine Auswertung der ausgegebenen Messwerte des intelligenten Tors benötigt nur wenig Rechenleistung verglichen z.B. mit der Auswertung von Videodateien einer oder mehrerer digitaler Videokameras, auch ist der Stromverbrauch zum Betreiben des intelligenten Tores im Verhältnis zu den aus dem Stand der Technik bekannten Trainingsanlagen, die z.B. mehrere Kameras zur Verfolgung des Balls und/oder Projektoren zum Anzeigen eines Ziels aufweisen, sehr gering.
Vorzugsweise hat das intelligente Tor eine Auswerteeinheit, die so ausgebildet ist, dass die ausgegebenen Messwerte der mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren über die Zeit aufgezeichnet werden, wobei sich beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang in einem dreidimensionalen Koordinatensystem aus den aufgezeichneten Messwerten beschatteter Sensoren ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, wobei entlang einer ersten Achse des Koordinatensystems die Lichtsensoren angeordnet sind, entlang einer zweiten Achse des Koordinatensystems die Zeit aufgetragen ist und auf einer dritten Achse die Messwerte der Lichtsensoren zu der Zeit aufgenommen sind.
Aus dem zusammenhängenden Beschattungsmuster, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren sowie einem Durchmesser des Balls wird ein Durchtrittsort, eine Durchtrittsrichtung und/oder eine Durchtrittsgeschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt bspw. durch Bestimmen bestimmter Dimensionen des Musters, einem Mustervergleich mit vorab gespeicherten Referenzmustern und/oder mittels einer selbstlernenden Auswerteeinheit, wie z.B. einem neuronalen Netzwerk. Es kann zum Beispiel eine Länge des Beschattungsmusters in Richtung der Zeit bestimmt werden. Aus der Länge des Beschattungsmusters kann die Durchflugszeit bestimmt werden. Durch Bestimmen einer Breite des Musters kann ein Abstand des Balls von den Lichtsensoren bestimmt werden.
Durch das Bestimmen des Durchtrittsortes, der Durchtrittsrichtung und/oder der Durchtrittsgeschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum kann ein Training sehr genau ausge- wertet werden und anhand der erfolgten Auswertung ein Trainingserfolg bzw. ein Trainingsfortschritt sehr genau bestimmt werden. Daraufhin kann eine Trainingsform individuell an den Trainingsfortschritt angepasst werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie bei einer gleichzeitigen Änderung von Messwerten mehrerer nebeneinander angeordneter Lichtsensoren prüft, ob sich ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, das den Durchtritt eines Balls beschreibt.
Beispielsweise erzeugt die Auswerteeinheit das Beschattungsmuster wenn mehrere nebeneinander angeordnete Lichtsensoren beschattet sind, wobei beschattete Lichtsensoren eine Lichtintensität unterhalb einer Beschattungsintensitätsschwelle aufweisen. Zum Erzeugen des Beschattungsmusters nimmt die Auswerteeinheit die Messwerte jedes beschatteten Lichtsensors solange in das Beschattungsmuster auf, wie der jeweilige Lichtsensoren beschattet ist. Die Beschattungsintensitätsschwelle gibt also die Lichtintensität an, ab der ein Lichtsensor als beschattet gilt. Der zu der Beschattungsintensitätsschwelle korrespondierender Messwert ist der Beschattungsschwellwert. Der Beschattungsschwellwert gibt gerade den Messwert zu der Lichtintensität an, ab dem ein Lichtsensor als beschattet gilt.
Beispielsweise kann der Beschattungsschwellwert bei veränderlichen Umgebungsbeleuchtung kontinuierlich an die veränderten Umgebungsbeleuchtung angepasst werden. Außerdem kann die Beschattungsschwellwert auch von der von den Lichtgebern ausgegebenen Lichtintensität abhängen. Vorzugsweise ist die Beschattungsschwellwert daher an das Umgebungslicht und/oder die von den Lichtgebern ausgegebene Lichtintensität anpassbar.
Die von den Lichtsensoren ausgegebenen Messwerte können beispielsweise ohne weitere Verarbeitung als Absolutwerte in das Beschattungsmuster aufgenommen werden, beispielsweise auch als kalibrierter Absolutwert. Alternativ können Messwerte der Lichtsensoren auch als Relativwerte relativ zu einem kalibrierten Umgebungsreferenzwert in das Beschattungsmuster aufgenommen werden. Beispielsweise können die Messwerte auch als Abweichung relativ oder absolut zu dem kalibrierten Umgebungsreferenzwert in das Beschattungsmuster aufgenommen werden. Besonders vorteilhaft für eine Visualisierung und eine schnelle Interpretation durch einen betrachtenden Benutzer oder einen Trainer ist die Ausgabe der Messwerte als relative Abweichung vom kalibrierten Umgebungsreferenzwert, so dass ein Minimalwert, beispielsweise 0, so gewählt wird, dass der Minimalwert gerade dem kalibrierten Umgebungsreferenzwert entspricht, und ein Maximalwert von beispielsweise 1, oder 100 gerade einem vollständig beschatteten Lichtsensor entspricht. Beispielsweise kann der Messwert so in das Beschattungsmuster aufgenommen werden, dass eine Differenz zwischen dem kalibrierten Umgebungsreferenzwert und dem Messwert in das zusammenhängende Beschattungsmuster geschrieben wird. Die Differenz kann beispielsweise auch noch mit dem kalibrierten Umgebungsreferenzwert normiert werden. Die in das Beschattungsmuster geschriebene Differenz ist dann ein Maß für die Beschattung des Sensors. Die Beschattung ist gibt an wie dunkel der Schatten auf einem Lichtsensor ist. Eine maximale Beschattung entspricht gerader absoluter Dunkelheit.
Der kalibrierte Umgebungsreferenzwert gibt den zu erwartenden Messwert eines nicht beschatteten Lichtsensors an. Der kalibrierte Umgebungsreferenzwert entspricht also dem Messwert, den ein Lichtsensor ausgibt wenn der nicht beschattete Lichtsensor das Licht der Umgebung des intelligenten Tores und das von den Lichtgebern ausgesandte Licht empfängt. Vorzugsweise kann der kalibrierte Umgebungsreferenzwert an eine sich verändernde Umgebungsbeleuchtung angepasst werden, die Umgebungsbeleuchtung ist gerade die Kombination von dem Licht aus der Umgebung und dem von den Lichtgebern ausgesandten Licht.
Der Beschattungsschwellwert wird beispielsweise gerade so gewählt, dass die durch die statistischen Schwankungen der Umgebungslichtintensität und die Ungenauigkeit der Lichtsensoren hervorgerufenen Schwankungen der von einem nicht beschatteten Lichtsensor ausgegebenen Lichtintensität nicht fälschlicherweise als Beschattung interpretiert werden. Beispielsweise kann eine Standardabweichung des kalibrierten Umgebungsreferenzwerts bestimmt werden und der Beschattungsschwellwert gerade so gewählt werden, dass er mindestens 2, beispielsweise 3, 4 oder 5 Standardabweichungen vom kalibrierten Umgebungsreferenzwert abweicht.
Die Auswerteeinheit kann außerdem so ausgebildet sein, dass sie zum Erzeugen des Beschattungsmusters für jeden der Lichtsensoren mit sich gleichzeitig ändernden Messwerten eine relative Änderungsrate zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten bestimmt, und nur dann die Messwerte von Lichtsensoren in das Beschattungsmuster aufgenommen werden, wenn in mehreren der Lichtsensoren die relative Änderungsrate von mindestens zwei aufeinanderfolgende Messwerten eine Mindestbeschattungsänderungsrate aufweist. Da ein durchtretender Ball bei der Beschattung von Lichtsensoren eine schnelle Änderung der Lichtintensität in den beschatteten Lichtsensoren hervorruft, somit eine schnelle Änderung der von beschatteten Lichtsensoren ausgegebenen Messwerte und damit eine große Änderungsrate aufeinanderfolgender Messwerte bewirkt, kann bei geeigneter Wahl der Min- destbeschattungsänderungsrate mittels der Mindestbeschattungsänderungsrate ein durchtretender Ball leicht von durch langsam erfolgende Änderungen der Umgebungsbeleuchtung hervorgerufenen Änderungen der Messwerte in benachbarten Lichtsensoren unterschieden werden. Beispielsweise können Messwerte mit nicht ausreichender Beschattungsänderungs- rate direkt durch die Auswerteeinheit aussortiert werden. Die Mindestbeschattungsände- rungsrate gibt eine Änderungsrate an ab der eine Änderung zweier aufeinanderfolgender Messwerte eines Lichtsensors als durch eine Beschattung eines durchtretenden Balls hervorgerufen angesehen werden. Die Mindestbeschattungsänderungsrate kann manuelle oder automatisch an den kalibrierten Umgebungsreferenzwert angepasst werden.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit so ausgebildet sein, dass sie prüft, ob das erhaltene Beschattungsmuster zusammenhängend ist. Beispielsweise prüft die Auswerteeinheit ob die Messwerte im Beschattungsmuster zeitlich zusammenhängende Messwerte und/oder räumlich zusammenhängende Messwerte sind, d.h. die Auswerteeinheit prüft ob das Beschattungsmuster in zeitlicher und/oder räumlicher Richtung des Koordinatensystems Lücken aufweist, d.h. ob das Beschattungsmuster Zeitpunkte ohne beschattete Lichtsensoren zwischen Zeitpunkten mit beschatteten Lichtsensoren aufweist, bzw. ob es nicht beschattete Lichtsensoren zwischen beschatteten Lichtsensoren aufweist. Ist beispielsweise mindestens ein Lichtsensor nicht beschattet, der räumlich zwischen zwei beschatteten Lichtsensoren liegt, so können z.B. Durchtritte mehrerer Bälle gleichzeitig erfolgt sein, oder es kann ein Fehler in dem nicht beschatteten Lichtsensor vorliegen.
Außerdem kann die Auswerteeinheit so ausgebildet sein, dass sie das erhaltene Beschattungsmuster mit einem Referenzbeschattungsmuster oder einem Katalog von Referenzbeschattungsmustern vergleicht um einen Durchtritt des Balls zu erkennen.
Insbesondere sollte der Durchtritt eines Balls durch den Lichtvorhang binnen eines Bruchteils einer Sekunde erfolgen. Beschattungsmuster die zeitlich länger als z.B. eine Sekunde andauern weisen auf Beschattungen hin, die nicht durch einen durchtretenden Ball hervorgerufen wurden. Weiter kann ein Verlauf der Messwerte eines einzelnen Lichtsensors im zeitlichen Verlauf ausgewertet werden, hier sollte der Durchtritt eines Balls beispielsweise zunächst eine schnell anwachsende Beschattung aufweisen, dann beispielsweise ein Plateau folgen und dann beispielweise wieder ein schnell fallende Beschattung. Das Beschattungsmuster kann außerdem auch für einen bestimmten Zeitpunkt im Beschattungsmuster entlang der Anordnung der Lichtsensoren analysiert werden um z.B. den Ort des Balls in der Richtung entlang der Anordnung der Lichtsensoren zu bestimmen. Beispielsweise sollte für einen Zeitpunkt der Schatten in der Mitte des Beschattungsmusters entlang der Richtung der Lichtsensoren dunkler als im Randbereich des Beschattungsmusters sein.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie für jeden aufgezeichneten Messwert einen Betrag einer relativen Änderungsrate zweier aufeinanderfolgender Messwerte eines Lichtsensor bestimmt und wenn der Betrag der relativen Änderungsrate in einer Mindestanzahl nebeneinanderliegender Lichtsensoren einen Grenzwert erreicht, das Beschattungsmuster bestimmt, wobei die Mindestanzahl und der Grenzwert vorzugsweise einstellbar sind.
Durch Bestimmen der relativen Änderungsraten kann der Durchtritt des Ball auf einfache Weise von durch Änderungen des Umgebungslichts hervorgerufenen Änderungen der Lichtintensität unterschieden werden. Ein Ball mit einem Durchmesser von z.B. 22,5 cm mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 40 km/h passiert den Lichtvorhang bei senkrechtem Durchtritt durch den Lichtvorhang innerhalb von zwei Hundertstelsekunden. Dementsprechend umfasst das Beschattungsmuster nur Messwerte die binnen zwei Hundertstelsekunden aufgenommen wurden und entlang der zweiten Achse aufgetragen sind. Ändert sich dahingegen z.B. die Umgebungsbeleuchtung weil z.B. die Sonne durch Wolken verdeckt wird oder weil die Sonne durch ihr Wanderung am Himmel das Tor durch die Umgebung beschattet wird, so treten auch in mehreren benachbarten Sensoren Änderungen der Messwerte gleichzeitig auf, allerdings mit einer ganz anderen Dynamik. Daher ermöglicht eine Auswertung der relativen Änderungsraten eine schnelle Unterscheidung zwischen schnell durchtretenden Bällen und Änderungen des Umgebungslichts durch andere Umstände.
Weiter kann der Durchtritt eines Balls auch von anderen Beschattungen einfach unterschieden werden. Beispielsweise bewirken Beschattungen von Sensoren durch in das Tor gestreckte Hände oder andere Gliedmaßen ein Beschattungsmuster, das mehrere Zehntelsekunden oder Sekunden andauert. Solche Beschattungen können also auf einfache Weise allein durch die Länge des Beschattungsmusters in der Zeitrichtung von Durchtritten von Bällen unterschieden werden. Beispielsweise können Gegenstände, wie z.B. herabfallendes Laub, einige der Lichtgeber verdecken, wodurch einige der Lichtsensoren, die in dem Bereich liegen der von dem beschatteten Lichtgeber beleuchtet wird, einen niedrigeren Messwert ausgeben. Diese Änderungen erscheinen aber im Verhältnis zu von Durchtritten eines Balls hervorgerufenen Beschattungsmustern nahezu stationär bzw. dauern sehr viel länger an und können daher leicht herausgefiltert werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie im zusammenhängenden Beschattungsmuster einen Eintrag mit einem frühesten Zeitpunkt und einen Eintrag mit einem spätesten Zeitpunkt bestimmt und aus dem spätesten Zeitpunkt und dem frühesten Zeitpunkt eine Durchtrittsdauer des Balls durch den Lichtvorhang bestimmt. Aus der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren, der Lichtgeber, der Durchtrittsdauer und dem Durchmesser des Balls bestimmt die Auswerteeinheit eine erste Durchtrittsgeschwindigkeitskomponente des Balls in einer ersten Richtung senkrecht zum Lichtvorhang.
Bevor im zusammenhängenden Beschattungsmuster ein frühester Zeitpunkt und ein spätester Zeitpunkt bestimmt werden, kann beispielsweise auch ein Schwellwert gesetzt werden, um ein Hintergrundrauschen, hervorgerufen durch die Umgebungsbeleuchtung, zu unterdrücken. Dieser Schwellwert sollte hinreichend niedrig gewählt werden, um nicht einen Teil des zusammenhängenden Beschattungsmusters abzuschneiden. Dadurch, dass das Beschattungsmuster eine Folge von Messwerten beschatteter Lichtsensoren enthält, kann eine Durchtrittsdauer und aus der Durchtrittsdauer und einem Durchmesser des Balls eine Durchtrittsgeschwindigkeit des Balls durch den Lichtvorhang leicht aus dem Beschattungsmuster bestimmt werden.
Vorzugsweise ist die räumliche Anordnung der Lichtsensoren und der Lichtgeber so ausgebildet, dass die Lichtgeber auf einer Lichtgeraden und die Lichtsensoren auf einer Sensorgeraden angeordnet sind, die Lichtgerade und die Sensorgerade auf parallelen Seiten des intelligenten Tors angeordnet sind, wobei die Lichtsensoren vorzugsweise auf einer oberen Querstrebe des intelligenten Tors, die Lichtgeber auf einer unteren Querstrebe angeordnet sind und die Lichtgeber so ausgebildet sind, dass sie das Licht vorzugsweise senkrecht zur Lichtgeraden aussenden. Die Anordnung der Lichtsensoren und Lichtgeber auf parallelen Seiten des Tors ermöglicht eine sehr ressourcensparende und wenig rechenintensive Rekonstruktion von Durchtrittsort, Durchtrittsgeschwindigkeit und Durchtrittsrichtung eines Durchtritts des Balls durch den Lichtvorhang. Durch Anordnung der Lichtsensoren auf einer oberen Querstrebe des intelligenten Tors wird der Einfluss der Umgebungsbeleuchtung, insbesondere des Sonnenlichts, minimiert, da weniger Umgebungslicht in die Lichtsensoren fällt.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie für einen ersten Zeitpunkt und einen zweiten Zeitpunkt im Beschattungsmuster jeweils eine Position des Mittelpunkts des Balls entlang der Sensorgeraden bestimmt, und aus dem ersten und zweiten Zeitpunkt ein erstes Zeitintervall bestimmt, so dass aus einem Abstand der bestimmten Position zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitintervall eine zweite Durchtrittsgeschwindigkeitskomponente parallel zur Sensorgeraden bestimmt wird.
Durch die Kugelform des Balls kann für jeden Zeitpunkt im Beschattungsmuster anhand der beschatteten Lichtsensoren eine Position des Mittelpunkts des Balls entlang der Sensorgeraden bestimmt werden, da der Mittelpunkt des Balls entlang der Sensorgeraden aus dem Mittelpunkt des Beschattungsmusters zu der Zeit, der Anordnung der Lichtgeber und Lichtsensoren sowie der Richtung in die die Lichtgeber das Licht abstrahlen bestimmt werden kann. Hier wird beispielsweise anhand der Anordnung der Lichtsensoren ein Mittelpunkt der beschatteten Lichtsensoren bestimmt, es kann aber auch beispielsweise eine Lichtintensität in die Bestimmung der Position des Mittelpunktes des Balls einbezogen werden. Beispielsweise wird ein Schwerpunkt des Beschattungsmusters zu dem jeweiligen Zeitpunkt bestimmt in dem die Positionen der Lichtsensoren entsprechend der Lichtintensität oder der Beschattung gewichtet werden. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Zeitpunkte im Beschattungsmuster betrachtet werden, es kann zum Beispiel eine Mittelwertbildung bei der Bestimmung der zweiten Durchtrittsgeschwindigkeitskomponente über mehrere Paare von Zeitpunkten erfolgen, oder es kann für alle Zeitpunkte im zusammenhängenden Beschattungsmuster eine lineare Regression durchgeführt werden, aus der ein zurückgelegter Weg des Balls entlang der Sensorgerade bestimmt wird und aus dem frühesten und spätesten Zeitpunkt ein für den Durchtritt benötigte Zeit. Alternative können auch fortschrittliche Mustererkennungen, neuronale Netze oder maschinelles Lernen für die Auswertung der Beschattungsmuster herangezogen werden um die Genauigkeit bei der Bestimmung der zweiten Geschwindigkeitskomponente zu verbessern.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass für einen Zeitpunkt im Beschattungsmuster aus einer maximalen Abweichung eines Messwerts eines Lichtsensors von einem entsprechend der Umgebungsbeleuchtung kalibrierten Umgebungsreferenzwert oder aus einer Anzahl der zu dem Zeitpunkt beschatteten Lichtsensoren und dem Durchmesser des Balls ein Abstand des Mittelpunktes des Balls von den Lichtsensoren in einer dritten Richtung senkrecht zur Sensorgeraden und parallel zum Lichtvorhang bestimmt wird.
Da die Lichtsensoren Messwerte proportional zur Lichtintensität ausgeben und die Beschattung eines Lichtsensors stärker ausfällt, je dichter ein Ball an dem Lichtsensor vorbeifliegt, kann aus einer maximalen Abweichung von einem entsprechend der Umgebungsbeleuchtung kalibrierten Umgebungsreferenzwert und aus dem Durchmesser des Balls der Abstand des Balls, bzw. des Mittelpunktes des Balls, von den Lichtsensoren in einer dritten Richtung senkrecht zu der Sensorgeraden und parallel zum Lichtvorhang bestimmt werden. Da jeder Lichtsensor von mehreren der Lichtquellen beleuchtet wird, ändert sich in gleicher Weise die Anzahl der beschatteten Lichtsensoren mit dem Abstand des Mittelpunktes des Balls von den Lichtsensoren bzw. mit dem Abstand des Mittelpunktes des Balls von den Lichtquellen. Demzufolge kann auch aus der Anzahl der beschatteten Lichtsensoren und dem Durchmesser des Balls unmittelbar der Abstand des Mittelpunktes des Balls von den Lichtsensoren bestimmt werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie für einen dritten und vierten Zeitpunkt jeweils den Abstand des Mittelpunkts des Balls von den Lichtsensoren bestimmt und aus den bestimmten Abständen zum dritten und vierten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitintervall zwischen dem dritten und vierten Zeitpunkt eine dritte Durchtrittsgeschwindigkeitskomponente des Balls entlang der dritten Richtung bestimmt.
Dadurch, dass ein Abstand des Mittelpunktes des Balls von den Lichtsensoren auf einfache Weise bestimmt werden kann, kann aus dem Beschattungsmuster für je zwei Zeitpunkte einfach eine Bewegungsrichtung des Balls in Richtung der dritten Richtung bestimmt werden. Die Auswertung der dritten Geschwindigkeitskomponente kann mit einfachen arithmetischen Operationen realisiert werden und bedarf keiner komplexen Auswertefunktion. Um die Genauigkeit bei der Bestimmung der dritten Geschwindigkeitskomponente zu erhöhen, können wiederum die Geschwindigkeitskomponenten für mehr als zwei Zeitpunkte bestimmt werden, beispielsweise durch lineare Regression oder mit Hilfe von Mustererkennung, neuronalen Netzwerken oder maschinellem Lernen. Vorzugsweise kann auch die Form bzw. der Durchmesser des Balls und eine relative Position des Zeitpunkts im Beschattungsmuster mit in die Bestimmung der Position des Mittelpunktes des Balls und somit der Bestimmung des Abstandes des Mittelpunktes des Balls von den Lichtsensoren mit einbezogen werden. Bevorzugt wird der kalibrierte Umgebungsreferenzwert fortlaufend an bleibende Änderungen der Umgebungsbeleuchtung angepasst.
Bevorzugt werden die Betriebsparameter der Lichtgeber und Lichtsensoren fortlaufend an die Umgebungsbeleuchtung angepasst.
Dadurch, dass der kalibrierte Umgebungsreferenzwert fortlaufend an die bleibenden Änderungen der Umgebungsbeleuchtung angepasst wird, können die Betriebsparameter der Lichtsensoren und der Lichtgeber entsprechend den Umgebungsvariablen gewählt und so das intelligente Tor energieeffizient betrieben werden. Beispielsweise kann sich die Umgebungsbeleuchtung im Verlauf des Trainings durch Wolken, Schatten oder ähnliches ändern. Entsprechend dieser Änderungen kann der kalibrierte Umgebungsreferenzwert nachgeführt werden. Auch kann der kalibrierte Umgebungsreferenzwert von der Trainingssituation abhängen. Das Training kann beispielsweise in einer Sporthalle unter künstlichem Licht stattfinden, auf einem Fußballplatz unter freiem Himmel zur Mittagssonne, oder auf einem Fußballplatz zur Dämmerung oder unter Flutlicht. In solchen Situation unterscheidet sich das Umgebungslicht sehr stark und mittels des kalibrierten Umgebungsreferenzwerts kann dies entsprechend berücksichtigt werden. Durch die laufende Anpassung des kalibrierten Umgebungsreferenzwertes kann zum Beispiel eine durch einen auf einer Torlinie liegenden Gegenstand hervorgerufenen Beschattung berücksichtigt und identifiziert werden und es können trotz einzelner verdeckter Lichtgeber trotzdem weiterhin Treffer auf das intelligente Tor registriert werden. Beispielsweise kann der kalibrierten Umgebungsreferenzwert bei zu stark variierenden Umgebungslichtverhältnissen in den verschiedenen Lichtsensoren für jeden der Lichtsensoren einzeln fortlaufend angepasst werden, so dass zum Beispiel für Lichtsensoren für die einzelne Lichtquellen, beispielsweise durch Gegenstände beschattet werden, der kalibrierte Umgebungsreferenzwert entsprechend niedriger gewählt wird. Beispielsweise kann der kalibrierte Umgebungsreferenzwert ein Mittelwert der Lichtintensität aller Lichtsensoren über einen geeigneten Zeitraum sein, oder der kalibrierte Umgebungsreferenzwert wird für jeden der Lichtsensoren aus dem jeweiligen Mittelwert der Lichtintensität über den geeigneten Zeitraums bestimmt. Der geeignete Zeitraum kann Beispielsweise eine Minute, ein paar Minuten, oder einige zehn Sekunden betragen.
Die Betriebsparameter der Lichtgeber umfassen z.B. eine Lichtintensität des ausgesendeten Lichts. Diese kann für jeden der Lichtgeber oder für alle Lichtgeber gemeinsam einstellbar sein. Die Betriebsparameter für die Lichtsensoren umfassen beispielsweise einen Sensor- schwellwert, Verstärkerspannung und/oder eine Empfindlichkeit. Diese können z.B. für jeden der Lichtsensoren einzeln oder für alle Lichtsensoren gemeinsam einstellbar sein.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie den frühesten Zeitpunkt als dritten und fünften Zeitpunkt verwendet und den spätesten Zeitpunkt als den vierten und sechsten Zeitpunkt verwendet und aus den damit bestimmten ersten, zweiten und dritten Durchtrittsgeschwindigkeitskomponenten die Durchtrittsrichtung des Balls bestimmt.
Dadurch, dass die Auswerteeinheit mit einfachen Mitteln alle drei Durchtrittsgeschwindigkeitskomponenten im Raum bestimmen kann, kann auch eine Durchtrittsrichtung des Balls durch den Lichtvorhang genau bestimmt werden. Auch der Durchtrittsort kann sehr einfach bestimmt werden.
Vorzugsweise sind die Lichtgeber so ausgebildet, dass sie infrarotes Licht aussenden. Dadurch, dass die Lichtquellen infrarotes Licht aussenden, wird der Einfluss des Umgebungslichts auf die Messungen des intelligenten Tors verringert.
Bevorzugt sind die Lichtsensoren Infrarottransistoren. Alternativ können die Lichtsensoren auch Sensoren für sichtbares Licht plus einem Filter für infrarotes Licht sein. Dadurch, dass die Lichtsensoren Sensoren für den Infrarotanteil des Spektrums sind, wird der Untergrund durch das Umgebungslicht signifikant reduziert.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie jeden der Lichtsensoren mit einer Abtastrate von mindestens einem kHz ausliest. Dadurch, dass die Lichtsensoren mit einer Abtastrate von mindestens einem kHz ausgelesen werden, wird die Genauigkeit bei der Bestimmung der verschiedenen Durchtrittsgeschwindigkeitskomponenten in den verschiedenen Raumrichtungen erhöht. Auch die Genauigkeit der Richtungsbestimmung kann hierdurch erhöht werden. Alternativ können die Lichtsensoren auch mit einer Abtastrate von 2, 3, 5, 7 oder 10 kHz ausgelesen werden. Mit der Wahl höherer Abtastraten können auch höhere Geschwindigkeit mit guter Genauigkeit bestimmt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System, umfassend ein intelligentes Tor gemäß dem ersten Aspekt sowie den weiteren bevorzugten Ausführungen des intelligenten Tors, eine Ballmaschine und eine Mastereinheit. Die Mastereinheit, das intelligente Tor und die Ballmaschine sind so ausgebildet, dass sie über ein Netzwerk miteinander verbunden sind und die Mastereinheit ist so ausgebildet, dass sie über das Netzwerk Vorgaben über eine Trainingsform an die Ballmaschine und das intelligente Tor kommuniziert. Vorzugsweise enthält das System mehrere intelligente Tore und/oder mehrere intelligente Ballmaschinen. Dadurch, dass das System modular aus dem intelligenten Tor, der Ballmaschine und der Mastereinheit aufgebaut ist, ist das System sehr mobil und kann in verschiedensten Trainingsumgebungen eingesetzt werden. Außerdem erlaubt der modulare Aufbau auf einfache Weise eine Ergänzung des Systems durch weitere Komponenten, z.B. weiter intelligente Tore oder Ballmaschinen. Die weiteren Komponenten können an das Netzwerk des Systems angeschlossen werden und dann ebenfalls mit der Ballmaschine dem intelligenten Tor und der Mastereinheit kommunizieren, wodurch komplexere Trainingsformen realisiert werden.
Vorzugsweise enthalten die Vorgaben über eine Trainingsform Vorgaben für einen von der Ballmaschine gespielten Ball und/oder Vorgaben für auf dem intelligenten Tor erzielte Treffer, wobei die Vorgaben für einen von der Ballmaschine gespielten Ball beispielsweise eine Ballgeschwindigkeit, eine Ballrichtung, einen Balldrall und/oder eine Ballfrequenz, mit der Bälle von der Ballmaschine gespielt werden, beinhalten.
Die Vorgaben für auf das intelligente Tor erzielte Treffer enthalten beispielsweise eine Trefferquote, eine Treffergeschwindigkeit, eine Trefferrichtung, einen Trefferort und/oder eine Trefferzeit.
Die Ballmaschine ist so ausgebildet, dass sie die Bälle entsprechend der Vorgaben spielt, die Auswerteeinheit ist so ausgebildet, dass sie die Treffer auf das intelligente Tor entsprechend der Vorgaben auswertet und die Auswertung der Treffer der Mastereinheit zu Verfügung stellt.
Dadurch, dass die Auswertung der Treffer der Mastereinheit zur Verfügung gestellt werden, kann die Mastereinheit unmittelbar die Auswertung mit den Vorgaben aus der Trainingsform abgleichen und daraus einen Trainingsstand bzw. einen Trainingserfolg der Trainingsform ableiten.
Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit eine Torereignisdatenextraktionseinheit und eine Torereignisdatenauswerteeinheit, wobei die Torereignisdatenextraktionseinheit so ausgebildet ist, dass sie einen möglichen Durchtritt eines Balls durch den Lichtvorhang feststellt und die zu dem möglichen Durchtritt gehörenden Messwerte gesammelt als Torereignisdaten an eine Torereignisdatenauswerteeinheit weiterleitet. Die Torereignisdatenauswerteeinheit ist so ausgebildet, dass sie die Torereignisdaten empfängt, das Beschattungsmuster erzeugt und das erzeugte zusammenhängende Beschattungsmuster auswertet. Die Trainingsdatenauswerteeinheit bestimmt beispielsweise aus dem Beschattungsmuster die drei Geschwindigkeitskomponenten, den Ort des Durchtritts, und gleicht die bestimmten Auswerteergebnisse mit den Vorgaben der Trainingsform ab.
Die Torereignisdatenextraktionseinheit ist vorzugsweise direkt im Torkörper des intelligenten Tors angeordnet und die Torereignisdatenauswerteeinheit vorzugsweise in der Mastereinheit angeordnet.
Dadurch, dass die Auswerteeinheit aus der Torereignisdatenextraktionseinheit und der Torereignisdatenauswerteeinheit aufgebaut ist, wobei die Torereignisdatenextraktionseinheit lediglich einen möglichen Treffer feststellt, und die zu dem möglichen Treffer gehörenden Messwerte gesammelt als Torereignisdaten an die Torereignisdatenauswerteeinheit weiterleitet, müssen durch die Torereignisdatenextraktionseinheit keine komplexen Analysen der Torereignisdaten durchgeführt werden, weshalb eine von der Torereignisdatenextraktionseinheit benötigte Rechenleistung nur sehr gering ist. Bei einem System, bestehend aus mehreren intelligenten Toren kann beispielsweise jedes intelligente Tor mit einer Torereignisdatenextraktionseinheit ausgestattet werden und eine Mastereinheit mit einer Torereignisdatenauswerteeinheit, die entsprechend mehr Rechen lei stung zur Verfügung stellt. Da die Torereignisdatenauswerteeinheit aber nur einmal benötigt wird, werden wiederum Ressourcen gespart und die Kosten niedrig gehalten.
Vorzugsweise ist die Mastereinheit so ausgebildet, dass sie anhand der Vorgaben der Trainingsform und den ausgewerteten Treffern die Vorgaben der Trainingsform automatisch anpasst und die angepassten Vorgaben an die Ballmaschine und das intelligente Tor kommuniziert. Vorzugsweise gibt es für jede Trainingsform mehrere Schwierigkeitsgrade, zu jedem Schwierigkeitsgrad Vorgaben und die Mastereinheit passt den Schwierigkeitsgrad entsprechend der Auswertung der Treffer an. Dadurch, dass die Mastereinheit direkt die ausgewerteten Treffer mit den Vorgaben der Trainingsform abgleicht und die Vorgaben der Trainingsform dann automatisch anpasst, kann ein Trainingsfortschritt entsprechend dem Fortschritt des Trainierenden optimal angepasst werden. Daher wird sowohl eine Überforderung des Trainierenden als auch eine Unterforderung des Trainierenden vermieden. Vorzugsweise ist das Netzwerk ein drahtloses Netzwerk und die Mastereinheit ist so ausgebildet, dass sie einen Access-Point für das drahtlose Netzwerk ausbildet, die Ballmaschine und das intelligente Tor so ausgebildet sind, dass sie sich mit dem drahtlosen Netzwerk der Mastereinheit verbinden. Dadurch, dass sich die Ballmaschine und das intelligente Tor mit dem von der Mastereinheit zu Verfügung gestellten drahtlosen Netzwerk verbinden, lässt sich das System besonders einfach durch weitere Komponenten, zum Beispiel weitere intelligente Tore oder weitere Ba Ilmasch inen erweitern.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte. Aussenden von Licht durch Lichtgeber einer Lichtquelle in einer bestimmten Richtung zu einem Empfänger zum Ausbilden eines Lichtvorhangs, wobei die Lichtquelle mehrere Lichtgeber aufweist.
Empfangen des Lichts durch Lichtsensoren des Empfängers, wobei jeder der Lichtsensoren Licht von mehreren der Lichtgeber empfängt. Ausgeben von Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität durch jeden der Lichtsensoren bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balles durch den Lichtvorhang.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist dieselben Vorteile auf wie das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße intelligente Tor sowie das entsprechende System.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren noch die folgenden weiteren Schritte. Aufzeichnen der ausgegebenen Messwerte der mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren über die Zeit, wobei sich beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang in einem dreidimensionalen Koordinatensystem aus den aufgezeichneten Messwerten ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, wobei entlang einer ersten Achse des Koordinatensystems die Lichtsensoren angeordnet sind, entlang einer zweiten Achse des Koordinatensystems die Zeit aufgetragen ist und auf einer dritten Achse die Messwerte der Lichtsensoren zu der Zeit aufgenommen sind.
Bestimmen eines Orts, einer Richtung und/oder einer Geschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang aus dem zusammenhängenden Beschattungsmuster, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren und einem Durchmesser des Balls. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dieselben Vorteile auf wie das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße intelligente Tor sowie das entsprechende System.
4. Kurze Zusammenfassung der Figuren
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
Figur 1 schematisch ein intelligentes Tor gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein intelligentes Tor;
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein intelligentes Tor mit einem durchfliegenden Ball;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein intelligentes Tor mit einem durchfliegenden Ball;
Figur 5 schematisch einen Verlauf der Messwerte in den Lichtsensoren eines intelligenten Tors für einen Zeitpunkt während des Durchtritts eines Balls;
Figur 6 schematisch einen Verlauf der Messwerte in den Lichtsensoren eines intelligenten Tors für einen Zeitpunkt während des Durchtritts eines Balls;
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Systems mit einem intelligenten Tor, eine Auswerteeinheit, einer Mastereinheit und einer Ballmaschine;
Figur 8 schematisch bei einem Durchtritt eines Balls beschattete Lichtsensoren für verschiedene Flugkurven des Balls;
Figur 9 schematische Darstellung von Schnitten durch Beschattungsmuster;
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Beschattungsmusters für einen geraden Durchtritt;
Figur 11 eine schematische Darstellung eines Durchtritts, wobei der Ball in einer vertikalen Richtung schräg durch das Tor durchtritt;
Figur 12 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Ballmaschine und mehreren der intelligenten Tore.
5. Detaillierte Beschreibung der Ausführunasformen
Der grundsätzliche schematische Aufbau eines intelligenten Tors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in Figur 1 gezeigt. Das intelligente Tor 1 umfasst zwei parallele Pfosten 2, eine obere Querlatte 3, eine untere Querlatte 4, eine Lichtquelle 5, einen Empfänger 6, so- wie mehrere visuelle Signalgeber 7. Die untere Querlatte 3 vorzugweise parallel zu oberen Querlatte 4 angeordnet ist und die untere Querlatte 3 in einem rechten Winkel zu den parallelen Pfosten 2 steht.
Die Lichtquelle 5 ist vorzugsweise aus mehreren Lichtgebern 8 ausgebildet, wie beispielsweise in Figur 2 gezeigt. Jeder der Lichtgeber 8 sendet vorzugsweise Licht in einer bestimmten Richtung zum Empfänger 6 aus, so dass das von den Lichtgebern 8 ausgesandte Licht einen Lichtvorhang 9 ausbildet.
Der Empfänger 6 weist vorzugsweise mehrere Lichtsensoren 10 auf, siehe beispielsweise Figur 2. Die Lichtsensoren 10 sind so ausgebildet und angeordnet, dass sie von mehreren Lichtgebern 8 Licht empfangen können und bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balls 11 durch den Lichtvorhang 9, wie beispielsweise in den Figuren 3 und 4 gezeigt, Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität ausgeben, wie beispielsweise in den Figur 5 und 6 gezeigt.
Die Lichtsensoren 10 und die Lichtgeber 8 sind vorzugsweise entlang der unteren oder der oberen Querlatte 3, 4 angeordnet. Besonders vorzugsweise sind die Lichtsensoren 10 entlang der oberen Querlatte 4 und die Lichtgeber 8 entlang der unteren Querlatte angeordnet, wie schematisch in den Figure 2, 3 und 4 gezeigt.
Fliegt ein Ball 11 durch das intelligentes Tor 1, wie beispielsweise in Figur 2 und 3 schematisch dargestellt, so bildet sich auf der von den Lichtgebern 8 abgewandten Seite ein Schatten 12. Fliegt der Ball 11 in der Nähe der Lichtsensoren 10 durch das intelligente Tor 1, so bildet sich ein relativ dunkler, scharfer Schatten 12, das heißt der Messwert beschatteter Lichtsensoren 10 ist gegenüber einem kalibrierten Umgebungsreferenzwert 13 stark reduziert, wie in Figur 5 gezeigt. In Figure 5 sind auf der Ordinate die Messwerte der auf der Abszisse aufgetragenen Lichtsensoren 10 des Empfängers 6 aufgetragen.
Der kalibrierte Umgebungsreferenzwert gibt gerade der Erwartungswert für nicht beschattete Lichtsensoren 10 an.
Fliegt der Ball 11 hingegen in der Nähe der Lichtgeber 8 durch den Lichtvorhang 9, wie in Figure 4 dargestellt, so wird der Schatten 12 des Balls 11 sehr viel breiter und heller, d.h. die Lichtintensität bei den beschatteten Lichtsensoren 10 ist sehr viel heller als bei einem Durch- tritt in der Nähe der Lichtsensoren 10 und der ausgegebene Messwert gegenüber dem kalibrierten Umgebungsreferenzwert 13 deutlich weniger stark abgesenkt, wie in Figur 6 gezeigt. Eine Breite des Schattens 12 hängt neben der Durchtrittshöhe des Balls 11 durch das intelligente Tor 1 auch noch vom Durchmesser des Balls 11 ab. Bei bekanntem Durchmesser des Balls 11 lässt sich eine Durchflugshöhe des Balls 11 entweder aus einer Breite Ax des Schattens 12 bestimmen, oder aus einer maximalen Beschattung AI in Figur 5 und 6. Alternativ lässt sich aus der maximalen Beschattung AI und der Breite eines Schattens 12 Ax ein Durchmesser des Balls 11 im Lichtvorhang 9 bestimmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das intelligente Tor 1 mit einer Auswerteeinheit
14 ausgebildet, siehe Figur 7 (a). Die Auswerteeinheit 14 empfängt die von den Lichtsensoren 10 ausgegebenen Messwerte und wertet diese fortlaufend in Bezug auf mögliche Durchtritte eines Balls 11 aus. Erkennt die Auswerteeinheit 14 einen möglichen Durchtritt eines Balls 11 durch den Lichtvorhang 9, so erstellt sie aus den erhaltenen Messwerten der Lichtsensoren 10 ein zusammenhängendes Beschattungsmuster 15.
Zum Erkennen eines Durchtritts des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 durch die Auswerteeinheit 14 prüft die Auswerteeinheit 14 fortlaufend ob es in mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren 10 gleichzeitig zu geeigneten Änderungen von Messwerten kommt und ob sich aus den Messwerte ein zusammenhängendes Beschattungsmuster 15 ergibt, das den Durchtritt eines Balls 11 beschreibt.
Beispielsweise erzeugt die Auswerteeinheit 14 das zusammenhängende Beschattungsmuster
15 wenn mehrere nebeneinander angeordnete Lichtsensoren 10 beschattet sind, wobei beschattete Lichtsensoren 10 eine Lichtintensität unterhalb Beschattungsintensitätsschwellwerts aufweisen. Zum Erzeugen des Beschattungsmusters 16 nimmt die Auswerteeinheit 14 die Messwerte jedes der beschatteten Lichtsensoren so lange in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 auf, wie der jeweilige Lichtsensor beschattet wird. Die Beschattungsintensitätsschwelle gibt die Lichtintensität an, ab der ein Lichtsensor als beschattet gilt. Der zu der Beschattungsintensitätsschwelle korrespondierende Messwert ist der Beschattungsschwellwert 16, beispielsweise in Figur 5 und 6 eingezeichnet.
Die Auswerteinheit 14 kann beispielsweise zum Erzeugen des Beschattungsmusters 16 für jeden der Lichtsensoren 10 mit sich gleichzeitig ändernden Messwerten eine relative Ände- rungsrate zweier aufeinanderfolgender Messwerte bestimmen und nur wenn in einer Min- destanzahl der Lichtsensoren 10 die relative Änderungsrate mindestens einer Mindestbe- schattungsänderungsrate entspricht, die Messwerte der dazugehörigen Lichtsensoren 10 in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufnehmen. Die Messwerte der Lichtsensoren 10 werden dann wiederum so lange in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufgenommen, wie die Lichtsensoren 10 beschattet sind.
Da durchtretende Bälle 11 eine schnelle Änderung der Lichtintensität durch die Beschattung der Lichtsensoren 10 hervorrufen, können durch die Betrachtung der Änderungsrate der Messwerte schnell durchtretende Bälle 11 leicht einer sich ändernden Umgebungsbeleuchtung unterschieden werden. Insbesondere können beim Auftreten von mehreren sich ändernden Messwerten nebeneinanderliegender Lichtsensoren 10 mit nicht ausreichender Be- schattungsänderungsrate die Messwerte direkt durch die Auswerteeinheit 14 aussortiert werden.
Einige schematischen Darstellungen der von der Auswerteeinheit 14 erzeugte zusammenhängende Beschattungsmuster 15 sind in Figur 8 gezeigt. In den abgebildeten zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 ist auf einer Achse die Zeit eingetragen und auf der anderen Achse die Anordnung der Lichtsensoren. Die eingezeichneten Punkte geben die zu dem Zeitpunkt beschatteten Lichtsensoren 10 an. Alle vier dargestellten Muster zeigen Durchtritte eines Balls 11 eines bekannten Durchmessers, wobei eine erste Geschwindigkeitskomponente des Balls 11 in einer Richtung senkrecht zum Lichtvorhang 9 für alle vier dargestellten zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 gleich ist. Außerdem ist eine zweite Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung parallel zu der Sensorgeraden für alle vier dargestellten zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 identisch.
Die vier zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 unterscheiden sich lediglich in einer dritten Geschwindigkeitskomponente parallel zum Lichtvorhang 9 und senkrecht zur Sensorgeraden.
Das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 oben links zeigt einen waagerechten Durchtritt eines Balls 11 in einer bestimmten Entfernung zu den Lichtsensoren 10, d.h. die dritte Geschwindigkeitskomponente ist null. Das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 oben rechts zeigt ebenfalls einen waagerechten Durchflug, allerdings mit geringerer Entfernung zu den Lichtsensoren 10 als bei dem Durchtritt oben links. Dies erkennt man daran, dass das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 bei gleichem Durchmesser des Balls 11 weniger breit ist.
Das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 unten links stellt einen Durchtritt eines Balls 11 dar, wobei die dritte Geschwindigkeitskomponente von den Lichtsensoren 10 weg zeigt. Dies erkennt man daran, dass das Beschattungsmuster unten links im Vergleich zu dem Beschattungsmuster 15 oben links zunächst breiter und dann dünner wird als das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 oben links.
Das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 unten rechts entspricht einem Flug des Balls auf die Lichtsensoren zu, d.h. die dritte Geschwindigkeitskomponente zeigt zu den Lichtsensoren 10 hin, es ist im Vergleich zu dem zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 oben links zu Beginn zunächst dünner und wird dann breiter als das .
Beim Erzeugen des zusammenhängenden Beschattungsmusters 15 kann die Auswerteeinheit die Messwerte der Lichtsensoren 10 beispielsweise ungefiltert in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufnehmen. Alternativ kann die Auswerteeinheit 14 die Messwerte jeweils vom kalibrierten Umgebungsreferenzwert abziehen und die Differenz als Beschattungswert in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufnehmen. Der Beschattungswert ist dann ein Maß für die Beschattung des Lichtsensors und ist maximal, wenn der Lichtsensor 10 vollständig verschattet ist. Werden die Beschattungswerte in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufgenommen, so tauchen nur positive Werte im zusammenhängende Beschattungsmuster 15 auf. Dies hat bei der Visualisierung den Vorteil, dass ein hoher Beschattungswert, bei denen der Ball 11 dicht an den Lichtsensoren 10 vorbei geflogen sein muss, auch als hoher Wert in das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aufgenommen wird und ein hoher Wert im zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 gerade einem Durchflug oben im intelligenten Tor 1 entspricht. Die Beschattungswerte können beispielsweise auch mittels des kalibrierten Umgebungsreferenzwerts 13 normiert werden und die Auswerteeinheit nimmt die normierten Beschattungswerte in das Beschattungsmuster 15 auf. Das hat den Vorteil, dass eine vollständige Verschattung immer dem gleichen Wert im zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 entspricht.
Nach dem Erzeugen des Beschattungsmusters 15 durch die Auswerteeinheit 14 kann die Auswerteeinheit 14 aus dem Beschattungsmuster 15, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren 10, beispielsweise unter Verwendung des bekannten Durchmessers des Balls 11, einen Ort, eine Richtung und/oder eine Geschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 bestimmen.
Die Bestimmung der Geschwindigkeitskomponenten im dreidimensionalen Raum erfolgt für jede der drei Raumrichtungen beispielsweise separat.
Zur Bestimmung der ersten Geschwindigkeitskomponente des Balls 11 in der ersten Richtung senkrecht zum Lichtvorhang 9 wird auf der Zeitachse des zusammenhängenden Beschattungsmusters 15 ein frühester Zeitpunkt 17 und ein spätester Zeitpunkt 18 im Beschattungsmuster 15 bestimmt, siehe z. B. Figur 8. Die Zeitdifferenz zwischen dem frühesten Zeitpunkt 17 und dem spätestens Zeitpunkt 18 ergibt die Durchflugsdauer 19 des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9. Aus der Durchflugsdauer 19 und dem Durchmesser des Balls 11, der gerade der Flugstrecke des Balls durch den Lichtvorhang entlang der ersten Richtung entspricht, kann die Auswerteeinheit 14 die erste Geschwindigkeitskomponente des Balls 11 bestimmen.
Zur Bestimmung der zweiten Geschwindigkeitskomponente parallel zur Sensorgeraden bestimmt die Auswerteeinheit 14 zunächst für mindestens zwei Zeitpunkte jeweils die Position des Mittelpunkts des Balls 11 entlang der Sensorgeraden während des Durchtritts. Die Figuren 9 (a) and (b) zeigen schematisch jeweils einen Beschattungsmusterzeitschnitt 20, also einen Schnitt durch das Beschattungsmuster 15 entlang eines Zeitpunkts, parallel zur Sensorkoordinate 20. In den Beschattungsmusterzeitschnitten 20 in den Figuren 9 (a) und 9 (b) sind die Beschattungswerte gegen die Lichtsensoren 10 eingezeichnet.
Aus dem Beschattungsmusterzeitschnitt 20 kann anhand der getroffenen Lichtsensoren 10 ein Beschattungsmustermittelpunkt 22 des Beschattungsmusters 15 zu dem Zeitpunkt bestimmt werden. Beispielsweise durch Bildung eines Mittelwertes der getroffenen Lichtsensoren 10, oder durch Bildung eines Schwerpunkts des Beschattungsmusterzeitschnitts 21.
Die Position des Beschattungsmustermittelpunkts 21 zum Zeitpunkt entspricht gerade der Position des Mittelpunkts des Balls entlang der Richtung der Sensorgeraden. Aus den für zwei Zeitpunkte bestimmten Positionen des Mittelpunkts des Balls 11 entlang der Sensorgeraden kann eine von dem Ball 11 während des zwischen den zwei Zeitpunkten liegenden Zeitintervalls zurückgelegte Strecke entlang der Richtung der Sensorgeraden bestimmt wer- den. Aus dem Zeitintervall sowie der zurückgelegten Strecke kann die zweite Geschwindigkeitskomponente bestimmt werden.
Zum Bestimmen der dritten Geschwindigkeitskomponente bestimmt die Auswerteeinheit 14 zunächst einen Abstand des Balls 11 zu der Sensorgeraden.
Der Abstand des Balls 11 zur Sensorgeraden lässt sich bei bekanntem Durchmesser des Balls 11 entweder aus der Beschattungsmusterhöhe 22, beispielsweise in Figur 9 eingezeichnet, oder aus der Beschattungsmusterbreite 21 bestimmen. Die Beschattungsmusterhöhe 22 kann beispielsweise wie in den Figuren 9 (a) and 9 (b) bestimmt werden.
Bei nicht bekanntem Durchmesser des Balls 11 kann der Abstand des Balls 11 sowie der Durchmesser des Balls 11 aus der Kombination von Beschattungsmusterhöhe 22, einer Beschattungsmusterbreite 21, sowie einer relativen Position des Zeitpunkts im zusammenhängenden Beschattungsmusters 15 bestimmt werden.
Zum Bestimmen der dritten Geschwindigkeitskomponente senkrecht zur Sensorgeraden und parallel zum Lichtvorhang 9 bestimmt die Auswerteeinheit 14 für mindestens zwei Zeitpunkte jeweils den Abstand des Mittelpunkts des Balls 11 von der Sensorgeraden, und dann zum Beispiel aus zwei Zeitpunkten ein Zeitintervall, aus der Differenz des Abstands zur Sensorgerade zu den zwei Zeitpunkten bestimmt die Auswerteeinheit eine vom Ball 11 während des Zeitintervalls entlang der Richtung der dritten Geschwindigkeitskomponente zurückgelegte Strecke und aus der zurückgelegten Strecke und dem Zeitintervall die dritten Geschwindigkeitskomponente.
Die Auswerteeinheit kann beispielsweise auch für jede der drei Geschwindigkeitskomponenten und alle in den Beschattungsmustern 15 enthaltene Zeitpunkte und den jeweils daraus bestimmten Positionen des Balls 11 die zweite und dritte Geschwindigkeitskomponente mittels zum Beispiel linearer Regression berechnen.
Aus den wie oben bestimmten Positionen des Balls 11 entlang der Sensorgeraden und dem Abstand des Balls 11 von der Sensoregeraden kann außerdem auch der Durchflugsort des Balls im dreidimensionalen Raum zu jedem Zeitpunkt im zusammenhängenden Beschattungsmuster 15 bestimmt werden. Außerdem kann aus den drei Geschwindigkeitskomponenten eine Durchflugsrichtung des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 bestimmt werden. Die Figuren 10 und 11 zeigen zwei Beschattungsmuster 15, bei denen ein Ball 11 jeweils mit einer Geschwindigkeit von 40 km/h geschossen wurde. Das Beschattungsmuster 15 in Figur 11 zeigt einen Durchflug wobei der Ball 11 hier von unten nach oben auf die Lichtsensoren 11 zu fliegt, hier nimmt der Beschattungswert deutlich mit dem Aufsteigen zu. Schematisch ist der zeitliche Verlauf des Beschattungsmusters 15 für einen Lichtsensor 10 in einem Beschattungsmustersensorschnitt 22 entlang eines Lichtsensors 10 in Figure 9 (c) dargestellt. Der in Figur 10 dargestellte Durchtritt erfolgt in etwa waagerecht. Schematisch ist der zeitliche Verlauf des Beschattungsmusters 15 für einen Lichtsensor 10 für einen waagerechten Durchflug in Figur 9 (d) dargestellt. Die Beschattungsmuster 15 aus den Figuren 10 und 11 wurden mit einem Fußball erzeugt und das Tor war ein im Fußballtraining gebräuchliches Mini-Tor.
Das intelligenten Tor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auch für das Training in anderen Sportarten verwendet werden. Beispielsweise kann das intelligente Tor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung beim Training in den Sportarten Handball, Basketball oder auch Tennis verwendet werden. Grundsätzlich kann das intelligente Tor 1 für das Training bei allen Ballsportarten verwendet werden.
Die Größe und Form des intelligenten Tores 1 kann an die jeweiligen Vorgaben der Sportart angepasst werden. Es sind nicht nur eckige Formen möglich, sondern auch runde Formen. Werden runde Formen von intelligenten Toren verwendet muss die Auswertung entsprechend angepasst werden.
Außerdem kann beispielsweise die Anzahl sowie der Abstand der Lichtsensoren 10 und der Lichtgeber 8 z.B. abhängig von der Größe eines Balls angepasst werden. Ist es z.B. vorgesehen, dass das intelligente Tor 1 nur für Fußballtraining verwendet wird, so ist der Ball ein Fußball und der Abstand der Lichtsensoren 10 und Lichtgeber 8 wird so gewählt, dass bei einem Durchtritt des Fußballs immer mehrere Lichtsensoren 10 beschattet werden bzw. mehrere Lichtgeber 8 ein Schatten auf mehreren der Lichtsensoren 10 bilden. Sollen hingegen auch Treffer von kleinere Bälle auf dem intelligenten Tor 1 nachgewiesen werden, so muss der Abstand zwischen den Lichtsensoren 10 sowie der Abstand zwischen den Lichtgebern 8 entsprechend kleiner gewählt werden, z.B. wenn das intelligente Tor 1 auch für Handball- oder auch Tennistraining verwendet werden soll, damit die Lichtgeber 8 auch bei einem Durchtritt des kleineren Spielballs durch den aufgespannten Lichtvorhang 9 ein Schat- ten auf mehreren der Lichtsensoren 10 ausbildet und ein Beschattungsmuster 9 entsprechend bestimmt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System 25 ein intelligentes Tor 1 wie oben beschrieben, eine Mastereinheit 26, sowie eine Ballmaschine 27, siehe Figur 7 (b).
Die Mastereinheit 26, die Ballmaschine 27 und das intelligente Tor 1 sind mittels eines Netzwerks miteinander verbunden.
Die Mastereinheit 26 sendet mittels des Netzwerks Vorgaben über eine oder mehrere Trainingsformen an die Ballmaschine 27 und das intelligente Tor 1. Die Vorgaben über die Trainingsform enthält Vorgaben für einen von der Ballmaschine zu spielenden Ball und/oder Vorgaben für einen oder mehrere auf dem intelligenten Tor 1 mit dem Ball zu erzielende Treffer.
Die Vorgaben für einen von der Ballmaschine 27 zu spielenden Ball 11 können beispielsweise enthalten: Eine Ballgeschwindigkeit, eine Ballrichtung, einen Balldrall und/oder eine Frequenz, mit der die Bälle 11 von der Ballmaschine 27 gespielt werden sollen.
Die Vorgaben für auf das intelligente Tor 1 zu erzielende Treffer können beispielsweise eine zu erzielende Trefferquote, eine Treffergeschwindigkeit, eine Trefferrichtung, einen Trefferort, einen Trefferzeitpunkt und/oder ein Trefferzeitfenster enthalten.
Die Ballmaschine 27 spielt die Bälle entsprechend der Vorgaben in der jeweils aktuellen Trainingsform. Die Auswerteeinheit 14 ist so ausgebildet, dass sie Treffer auf das intelligente Tor 1 auswertet und die Ergebnisse der Auswertung mit den für die Trainingsform maßgeblichen Vorgaben abgleicht und eine entsprechende Auswertung entsprechend der Vorgaben erstellt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 14 aus einer Torereignisdatenextraktionseinheit 28 und einer Torereignisdatenauswerteeinheit 29 bestehen.
Die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 stellt einen möglichen Durchtritt eines Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 fest. Daraufhin sammelt die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 die Torereignisdaten und leitet diese an die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 weiter. Zum Feststellen eines möglichen Treffers prüft die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 fortlaufend die von den Lichtsensoren 10 empfangenen Messwerte auf gleichzeitig in mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren 10 auftretende Änderungen. Stellt die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 , wie oben mit Bezug zur Auswerteeinheit 14 beschrieben, geeignete Änderungen fest, so sendet sie die dazugehörigen Torereignisdaten an die Torereignisdatenauswerteeinheit 29.
Die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 kann beispielsweise einen Ringspeicher aufweisen. Die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 prüft fortlaufend die in den Ringspeicher geschriebenen Messwerte und sobald sie gleichzeitige Änderungen von Messwerten mehrerer nebeneinander angeordneter Lichtsensoren 10 feststellt, liest die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 die Daten aus dem Ringspeicher aus und sendet die dazugehörigen Torereignisdaten an die Torereignisdatenauswerteeinheit 29.
Die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 überprüft, ob sich ein zusammenhängendes Beschattungsmuster 15 aus den empfangenen Torereignisdaten erstellen lässt. Die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 wertet bei Vorliegen eines zusammenhängenden Beschattungsmusters 15 das zusammenhängende Beschattungsmuster 15 aus und bestimmt beispielsweise Geschwindigkeit, Ort und Zeitpunkt des Durchtritts des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 wie oben mit Bezug auf die Auswerteeinheit 14 beschrieben.
Die Mastereinheit 26 kann beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 30 mit der Ballmaschine 27 vorgesehen sein.
Die Torereignisdatenextraktionseinheit 28 kann beispielsweise in dem intelligenten Tor 1 vorgesehen sein.
Die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 kann beispielsweise in der Mastereinheit 26 vorgesehen sein.
Dadurch, dass die Auswerteeinheit 14 aus der Torereignisdatenextraktionseinheit 28 und der Torereignisdatenauswerteeinheit 29 aufgebaut ist, kann man das System 25 so ausbilden, dass bei Vorhandensein mehrerer intelligenter Tore 1 in dem System 25 lediglich eine Torereignisdatenauswerteeinheit 29 in der Mastereinheit 26 vorgesehen werden muss. Die Vorzugsweise in den intelligenten Toren 1 vorgesehenen Torereignisdatenextraktionseinheiten 28 benötigten nur eine sehr geringe Rechenleistung und die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 muss nur einmal in der Mastereinheit 26 vorgesehen sein. Dies spart Ressourcen und Kosten.
Dadurch, dass die Torereignisdatenauswerteeinheit 29 direkt in der Mastereinheit 26 vorgesehen ist, kann die Mastereinheit 26 direkt auf die Auswertung der Torereignisdatenauswerteeinheit 29 zugreifen und die ausgewerteten Treffer mit den Vorgaben der jeweils durchgeführten Trainingsform abgleichen. Entsprechend der ausgewerteten Treffer kann die Mastereinheit 26 feststellen, ob der Trainierende die Vorgaben der Trainingsform erfüllt oder durch die aktuelle Trainingsform übererfordert oder untererfordert ist und die Trainingsform entsprechend dem Ergebnis automatisch an den Trainingsfortschritt des Trainierenden anpassen. Beispielsweise kann jede Trainingsform zusätzlich zu den Vorgaben noch für verschieden Schwierigkeitsgrade einer Trainingsform Vorgaben enthalten und die Mastereinheit
26 kann entsprechend dem Trainingsfortschritt den Schwierigkeitsgrad einer Trainingsform ändern.
Vorzugsweise sind die Mastereinheit 26, die Ballmaschine 27 und die ein oder mehreren intelligenten Tore 1 des Systems 25 mittels eines drahtlosen Netzwerks verbunden.
Beispielsweise bildet die Mastereinheit 26 einen Access-Point für das drahtlose Netzwerk aus.
Der Access-Point des drahtlosen Netzwerks ist dabei so ausgebildet, dass sich Ballmaschinen
27 und intelligente Tore 1 mit dem drahtlosen Netzwerk verbinden.
Wenn die Mastereinheit 26 und die Ballmaschine in einem gemeinsamen Gehäuse 30 verbaut sind, können die Mastereinheit 26 und die Ballmaschine 27 auch mittels eines Kabels miteinander verbunden sein.
Beispielsweise kann jede Ballmaschine 27 in einem gemeinsamen Gehäuse 30 zusammen mit einer Mastereinheit 26 ausgebildet sein. Sind mehrere Ballmaschinen 27 in einem System 25 vorhanden, so muss zunächst eine Mastereinheit 26 der Ballmaschinen 27 ausgewählt werden, die das drahtlose Netzwerk aufspannt, die Vorgaben über die Trainingsformen an die intelligenten Tore und die weiteren Ballmaschinen 27 kommuniziert und die Torereignisdaten von den Torereignisdatenextraktionseinheiten 28 der intelligenten Tore 1 empfängt. Dadurch, dass die Ballmaschine 27, die Mastereinheit 26 und die intelligenten Tore 1 durch ein drahtloses Netzwerk verbunden sind, kann man die verschiedenen Komponenten des Systems 25 einfach und in verschiedenen Anordnungen zueinander aufstellen und diese Anordnung schnell entsprechend anderer oder neuer Trainingsformen abändern. Ein System 25 entsprechend einer Ausführungsform mit einer Ballmaschine 27 und 8 intelligenten Toren ist in Figur 12 gezeigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit 14 so ausgebildet, dass sie zur Auswertung der Treffer auf das intelligente Tor 1 Methoden des fortschrittlichen Maschinenlernens anwendet. Dazu können z.B. unter vorbestimmten Bedingungen Treffer mit bekannten Durchtrittsorten und Durchtrittsgeschwindigkeiten aufgenommen werden, die als Trainingsdaten verwendet werden. Eine Auswertung erfolgt dann beispielsweise durch Musterabgleich.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Ziel bereich beschrieben.
Das Verfahren beginnt mit dem Schritt Aussenden von Licht durch Lichtgeber 8 einer Lichtquelle 5 in einer bestimmten Richtung zu einem Empfänger 6 zum Ausbilden eines Lichtvorhangs 9, wobei die Lichtquelle 5 wie oben beschrieben mehrere Lichtgeber 9 aufweist.
In einem weiteren Schritt umfasst das Verfahren einen Schritt Empfangen des Lichts durch Lichtsensoren 10 des Empfängers 6, wobei jeder der Lichtsensoren 10 Licht von mehreren der Lichtgeber 8 empfängt,
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst Ausgeben von Messwerten proportional zur empfangenen Lichtintensität durch jeden der Lichtsensoren 10 bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balles 11 durch den Lichtvorhang 9.
Optional kann das Verfahren noch weitere Schritte umfassen. Beispielsweise kann das Verfahren noch einen Schritt Aufzeichnen der ausgegebenen Messwerte der mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren über die Zeit, wobei sich beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang in einem dreidimensionalen Koordinatensystem aus den aufgezeichneten Messwerten ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, wobei entlang einer ersten Achse des Koordinatensystems die Lichtsensoren angeordnet sind, entlang einer zweiten Achse des Koordinatensystems die Zeit aufgetragen ist und auf einer dritten Achse die Messwerte der Lichtsensoren zu der Zeit aufgenommen sind, umfassen.
Optional umfasst das Verfahren noch den Schritt Bestimmen eines Orts, einer Richtung und/oder einer Geschwindigkeit des Balls 11 im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls 11 durch den Lichtvorhang 9 aus dem zusammenhängenden Beschattungsmuster, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren und einem Durchmesser des Balls.
Bezugszeichen liste
1 intelligentes Tor
2 Pfosten
3 obere Querlatte
4 untere Querlatte
5 Lichtquelle
6 Empfänger
7 visuelle Signalgeber
8 Lichtgeber
9 Lichtvorhang
10 Lichtsensor
11 Ball
12 Schatten
13 kalibrierter Umgebungsreferenzwert
14 Auswerteeinheit
15 Beschattungsmuster
16 Beschattungsschwellwert
17 frühester Zeitpunkt
18 spätester Zeitpunkt
19 Durchflugsdauer/Beschattungsmusterlänge
20 Beschattungsmusterzeitschnitt
21 Beschattungsmustermittelpunkt
22 Beschattungsmustersensorschnitt
23 Beschattungsmusterbreite
24 Beschattungsmusterhöhe
25 System
26 Mastereinheit
27 Ballmaschine
28 Torereignisdatenextraktionseinheit
29 Torereignisdatenauswerteeinheit
30 gemeinsamen Gehäuse

Claims

Internationale Patentanmeldung
Starball Sports GmbH
P318024WO
Patentansprüche
1. Intelligentes Tor zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich aufweisend: eine Lichtquelle, einen Empfänger, wobei die Lichtquelle mehrere Lichtgeber aufweist, wobei jeder der Lichtgeber so ausgebildet ist, dass er Licht in einer bestimmten Richtung zum Empfänger zum Ausbilden eines Lichtvorhanges aussendet; der Empfänger mehrere Lichtsensoren aufweist, wobei jeder der Lichtsensoren so ausgebildet und angeordnet ist, dass er von mehreren Lichtgebern Licht empfangen kann und bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balles durch den Lichtvorhang Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität ausgibt.
2. Intelligentes Tor, gemäß Anspruch 1, mit einer Auswerteeinheit, die so ausgebildet ist, dass die ausgegebenen Messwerte der mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren über die Zeit aufgezeichnet werden, wobei sich beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang in einem dreidimensionalen Koordinatensystem aus den aufgezeichneten Messwerten ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, wobei entlang einer ersten Achse des Koordinatensystems die Lichtsensoren angeordnet sind, entlang einer zweiten Achse des Koordinatensystems die Zeit aufgetragen ist und auf einer dritten Achse die Messwerte der Lichtsensoren zu der Zeit aufgenommen sind, und aus dem zusammenhängenden Beschattungsmuster, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren und einem Durchmesser des Balls ein Ort, eine Richtung und/oder eine Geschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang bestimmt wird.
3. Intelligentes Tor gemäß Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie bei einer gleichzeitigen Änderung von Messwerten mehrerer nebeneinander angeordneter Lichtsensoren prüft, ob sich ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, das den Durchtritt eines Balls beschreibt. Intelligentes Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 und 3, wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie für jeden aufgezeichneten Messwert einen Betrag einer relativen Änderungsraten zweier aufeinanderfolgender Messwerte eines Lichtsensors bestimmt und wenn der Betrag der relativen Änderungsrate in einer Mindestanzahl nebeneinander liegender Lichtsensoren einen Grenzwert erreicht, das Beschattungsmuster bestimmt, wobei die Mindestanzahl und der Grenzwert vorzugsweise einstellbar sind. Intelligentes Tor gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 2 bis 4 wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie im zusammenhängenden Beschattungsmuster einen Eintrag mit einem frühesten Zeitpunkt und einen Eintrag mit einem spätesten Zeitpunkt bestimmt und aus dem spätesten Zeitpunkt und dem frühesten Zeitpunkt eine Durchflugsdauer des Balls durch den Lichtvorhang bestimmt, und aus der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren und der Lichtgeber, der Durchflugsdauer und dem Durchmesser des Balls eine erste Geschwindigkeitskomponente des Balls in einer ersten Richtung senkrecht zum Lichtvorhang bestimmt. Intelligentes Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die räumliche Anordnung der Lichtsensoren und der Lichtgeber so ausgebildet ist, dass die Lichtgeber auf einer Lichtgeraden und die Lichtsensoren auf einer Sensorgeraden angeordnet sind, die Lichtgerade und die Sensorgerade auf parallelen Seiten des intelligenten Tors angeordnet sind, wobei die Lichtsensoren vorzugsweise auf einer oberen Querstrebe des intelligenten Tores, die Lichtgeber auf einer unteren Querstrebe angeordnet sind und die Lichtgeber so ausgebildet sind, dass sie das Licht vorzugsweise senkrecht zur Lichtgeraden aussenden. Intelligentes Tor gemäß dem vorhergehenden Anspruch 6 wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie für einen ersten Zeitpunkt und einen zweiten Zeitpunkt im Beschattungsmuster jeweils eine Position des Mittelpunkts des Balls entlang der Sensorgeraden bestimmt, und aus dem ersten und zweiten Zeitpunkt ein erstes Zeitintervall bestimmt, und aus einem Abstand der bestimmten Positionen zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitintervall eine zweite Geschwindigkeitskomponente parallel zur Sensorgerade bestimmt. Intelligentes Tor gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 6 und 7 wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass für einen Zeitpunkt im Beschattungsmuster aus einer maximalen Abweichung von einem entsprechend der Umgebungsbeleuchtung kalibrierten Umgebungsreferenzwert oder aus einer Anzahl der zu dem Zeitpunkt beschatteten Lichtsensoren und einem Durchmesser des Balls ein Abstand des Mittelpunkts des Balls von den Lichtsensoren in einer dritten Richtung senkrecht zur Sensorgeraden und parallel zum Lichtvorhang bestimmt wird. Intelligentes Tor gemäß des vorhergehenden Anspruchs 8 wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie für einen dritten und einen vierten Zeitpunkt jeweils der Abstand des Mittelpunkts des Balls von den Lichtsensoren bestimmt und aus den bestimmten Abständen zum dritten und vierten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitintervalls zwischen dem fünften und sechsten Zeitpunkt eine dritte Geschwindigkeitskomponente des Balls entlang der dritten Richtung bestimmt. Intelligentes Tor gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 5, 7 und 9, wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie den frühesten Zeitpunkt als ersten und dritten Zeitpunkt verwendet und den spätesten Zeitpunkt als den zweiten und vierten Zeitpunkt verwendet und aus den damit bestimmten ersten, zweiten und dritten Geschwindigkeitskomponenten die Richtung des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang bestimmt. Intelligentes Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lichtgeber infrarotes Licht aussenden. Intelligentes Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die Lichtsensoren Infrarottransistoren sind. Intelligentes Tor gemäß dem vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie jeden der Lichtsensoren mit einer Abtastrate von mindestens 1 kHz ausliest. System umfassend ein intelligentes Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, eine Ballmaschine und eine Mastereinheit, wobei die Mastereinheit, das intelligente Tor und die Ballmaschine so ausgebildet sind, dass sie über ein Netzwerk miteinander ver- bunden sind und die Mastereinheit so ausgebildet ist, dass sie über das Netzwerk Vorgaben über eine Trainingsform an die Ballmaschine und das intelligente Tor kommuniziert.
15. System gemäß dem vorhergehenden Anspruch 14, wobei Vorgaben über die Trainingsform Vorgaben für einen von der Ballmaschine gespielten Ball und/oder Vorgaben für auf dem intelligenten Tor erzielte Treffer enthalten, wobei die Vorgaben für einen von der Ballmaschine gespielten Ball beispielsweise eine Ballgeschwindigkeit, eine Ballrichtung, Balldrall und/oder ein Ballfrequenz mit der Bälle von der Ballmaschine gespielt werden beinhalten, und die Vorgaben für auf das intelligente Tor erzielte Treffer beispielsweise eine Trefferquote, eine Treffergeschwindigkeit, eine Trefferrichtung, einen Trefferort und/oder Trefferzeit enthalten, wobei die Ballmaschine so ausgebildet ist, dass sie die Bälle entsprechend der Vorgaben spielt; und die Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie die Treffer auf das intelligente Tor entsprechend der Vorgaben auswertet und die Auswertung der Treffer der Mastereinheit zur Verfügung stellt.
16. System gemäß den vorhergehenden Ansprüchen 14 und 15, wobei die Auswerteeinheit eine Torereignisdatenextraktionseinheit und eine Torereignisdatenauswerteeinheit umfasst, wobei die Torereignisdatenextraktionseinheit so ausgebildet ist, dass sie einen möglichen Treffer feststellt und die zu dem möglichen Treffer gehörenden Messwerte gesammelt als Torereignisdaten an eine Torereignisdatenauswerteeinheit weiterleitet, wobei die Torereignisdatenauswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie die Torereignisdaten empfängt und entsprechend der Vorgaben der Trainingsform auswertet, wobei die Torereignisdatenextraktionseinheit vorzugsweise in einem Torkörper des intelligenten Tores angeordnet ist und die Torereignisdatenauswerteeinheit vorzugweise in der Mastereinheit angeordnet.
17. System gemäß dem vorhergehenden Anspruch 16, wobei die Mastereinheit so ausgebildet ist, dass sie anhand der Vorgaben der Trainingsform und der Auswertung der Treffer die Vorgaben über die Trainingsform automatisch anpasst und die angepassten Vorgaben über die Trainingsform an die Ballmaschine und das intelligente Tor kommuniziert, vorzugsweise gibt es für jede Trainingsform mehrere Schwierigkeitsgrade, zu jedem Schwierigkeitsgrad Vorgaben und die Mastereinheit passt den Schwierigkeitsgrad entsprechend der Auswertung der Treffer an. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, wobei das Netzwerk ein drahtloses Netzwerk ist und die Mastereinheit so ausgebildet ist, dass sie einen Access-Point des drahtlosen Netzwerks ausbildet; die Ballmaschine und das intelligente Tor so ausgebildet sind, dass sie sich mit dem drahtlosen Netzwerk verbinden. Verfahren zum Nachweis eines Treffers durch einen Ball auf einem Zielbereich, insbesondere mit einem intelligenten Tor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 aufweisend:
Aussenden von Licht durch Lichtgeber einer Lichtquelle in einer bestimmten Richtung zu einem Empfänger zum Ausbilden eines Lichtvorhangs, wobei die Lichtquelle mehrere Lichtgeber aufweist;
Empfangen des Lichts durch Lichtsensoren des Empfängers, wobei jeder der Lichtsensoren Licht von mehreren der Lichtgeber empfängt,
Ausgeben von Messwerte proportional zur empfangenen Lichtintensität durch jeden der Lichtsensoren bei einer Beschattung beim Durchtritt eines Balles durch den Lichtvorhang. Verfahren, gemäß Anspruch 19, außerdem umfassend:
Aufzeichnen der ausgegebenen Messwerte der mehreren nebeneinander angeordneten Lichtsensoren über die Zeit, wobei sich beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang in einem dreidimensionalen Koordinatensystem aus den aufgezeichneten Messwerten ein zusammenhängendes Beschattungsmuster ergibt, wobei entlang einer ersten Achse des Koordinatensystems die Lichtsensoren angeordnet sind, entlang einer zweiten Achse des Koordinatensystems die Zeit aufgetragen ist und auf einer dritten Achse die Messwerte der Lichtsensoren zu der Zeit aufgenommen sind, und
Bestimmen eines Orts, einer Richtung und/oder einer Geschwindigkeit des Balls im dreidimensionalen Raum beim Durchtritt des Balls durch den Lichtvorhang aus dem zusammenhängenden Beschattungsmuster, der räumlichen Anordnung der Lichtsensoren und einem Durchmesser des Balls.
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