DE19954504A1

DE19954504A1 - Detecting point of incidence of tennis ball on court involves acquiring sequences of images of court using camera, comparing derived ball direction change position with boundary lines

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Publication number: DE19954504A1
Application number: DE19954504A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2000-06-21

Abstract

The method involves acquiring sequences of images of the court or of part of the court using a camera placed on the court. The image exposure time is long enough to enable the ball to cover a distance corresp. to a multiple of its dia. in this time. Images are detected from the sequence in which the ball changes direction, the position (4) of the direction change is detected and compared with defined court boundary lines (2).

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Auftreffpunktes eines Tennisballes auf dem Spielfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a method for determination the point of impact of a tennis ball on the field the preamble of claim 1.

Derartige Verfahren werden beim Tennisspiel, insbesondere bei Wettkämpfen oder Turnieren eingesetzt, um festzustellen, ob der Ball innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes auf den Bodenbelag aufgetroffen ist. Üblicherweise bestimmt dies der Schieds- oder Linienrichter durch Sicht mit dem bloßen Auge. Dieses Vorgehen ist jedoch sehr ungenau und birgt daher die Gefahr von Fehlentscheidungen.Such methods are used in tennis, especially in Competitions or tournaments used to determine if the ball inside or outside the field on the Flooring is hit. Usually this determines the Referee or line judge by sight with the naked eye. However, this procedure is very imprecise and therefore harbors the Risk of wrong decisions.

Im Rahmen von Fernsehübertragungen werden dem Zuschauer u. a. Zeitlupenaufnahmen von Kameras geboten, die in Verlängerung der Spielfeldbegrenzungslinien am Rand des Spielfeldes angeordnet sind. Übliche Kameras sind derzeit in der Lage, nur 50 Bilder je Sekunde zu liefern. Ist die Belichtungszeit der Einzelbilder kurz, so daß der Ball im Bild scharf dargestellt wird, so legt der Ball zwischen zwei Bildern einen so großen Weg zurück, daß der Moment des Auftreffens des Balles auf den Boden häufig nicht erfaßt wird. Die genaue Position des Berühr- und Umkehrpunktes kann daher häufig lediglich vermutet werden.As part of television broadcasts, the viewer u. a. Slow motion footage offered by cameras in Extension of the field boundary lines at the edge of the Playing field are arranged. Common cameras are currently in the Able to deliver only 50 frames per second. Is the exposure time of the individual images briefly, so that the ball in the image is shown sharply the ball places such a big one between two pictures Way back that the moment the ball hits the Soil is often not covered. The exact position of the touch and reversal point can therefore often only be suspected become.

Hochgeschwindigkeitskameras liefern eine größere Anzahl von Einzelbildern je Sekunde. Der Ball kann im Bild scharf oder nahezu scharf dargestellt werden. Da jedoch der Ball, insbesondere nach dem Aufschlag eine so hohe Geschwindigkeit aufweisen kann, daß selbst bei einer Anzahl von 1000 Bildern je Sekunde der von dem Ball zurückgelegte Weg nicht lückenlos verfolgt werden kann, ist diese Methode ebenfalls nicht geeignet, um den Berühr- und Umkehrpunkt des Balles eindeutig zu bestimmen. Darüberhinaus müssen die Daten bzw. Einzelbilder auf teuren Spezialrekordern gespeichert werden, wobei es relativ lange dauert, bis das relevante Bild, in welchem der Berühr- und Umkehrpunkt eindeutig erkannt werden kann, unter den vielen aufgenommenen Bildern ermittelt wird. Sollen die Bilder beispielsweise in eine Live-Fernsehübertragung eines Tennis-Turniers eingeblendet werden, so müssen sie innerhalb weniger Sekunden zur Verfügung stehen. Wird für das Ermitteln der Bilder eine zu lange Zeit benötigt, so sind sie für den Fernsehzuschauer nicht mehr interessant, da sie nicht mit dem betreffenden Spiel in Beziehung gebracht werden können. Soll das Bild dagegen dem Schieds- oder Linienrichter gezeigt werden, so müßte die Genauigkeit höher sein.High speed cameras deliver a larger number of Frames per second. The ball can be sharp or in the picture are displayed almost sharply. However, since the ball such a high speed especially after serving can have that even with a number of 1000 images each Second the path covered by the ball is not complete this method cannot be followed either suitable to the point of contact and reversal of the ball to be clearly determined. In addition, the data or Individual images are saved on expensive special recorders, whereby it takes a relatively long time until the relevant picture in which the point of contact and reversal can be clearly recognized, among the many pictures taken. Should the images, for example, into a live television broadcast Tennis tournaments are shown, so they must be within less seconds are available. Used for investigating the pictures take too long, so they are for the TV viewers are no longer interesting since they are not using the related game can be related. Should the picture, however, is shown to the umpire or line judge the accuracy should be higher.

Darüber hinaus ist es bekannt, den Ballabdruck auf dem Spielfeld mittels einer Infrarotkamera sichtbar zu machen (WO 96/25986). Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es nicht im Freien eingesetzt werden kann. Ursache hierfür sind beispielsweise Nässe, Schatten und unterschiedliche Temperaturen. Darüberhinaus führen nur solche Bälle zu einer mittels der Infrarotkamera erkennbaren Erwärmung des Untergrundes, welche mit hoher Geschwindigkeit auf den Boden auftreffen. Bälle mit geringer kinetischer Energie können daher mittels Infrarotkamera nicht nachgewiesen werden.In addition, it is known the ballprint on the To make the playing field visible using an infrared camera (WO 96/25986). This method has the disadvantage that it is not in the Can be used outdoors. The reason for this are for example wetness, shade and different Temperatures. In addition, only such balls lead to one heating of the infrared camera recognizable Underground, which hits the ground at high speed hit. Balls with low kinetic energy can therefore cannot be detected using an infrared camera.

Bei einer weiteren bekannten Einrichtung zur Erkennung der Position eines Balles (DE-42 33 341) wird im Ball eine Detektor- /Sendeeinheit angeordnet. Entsprechende Empfangs- oder Sendeelemente sind an verschiedenen Punkten in der Nähe der Spielfeldbegrenzungslinien vorgesehen. Die Ortung des Balles erfolgt durch Auswertung der Reflektionen der von aktiven Elementen ausgestrahlten Impulse an den Empfängern. Diese Einrichtung zur Erkennung der Position des Balles hat den Nachteil, daß konstruktive bzw. bauliche Veränderungen an Ball oder Spielfeld erforderlich sind. Außerdem wird nur der Ball erfaßt. Um zu entscheiden, ob der Ball innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes aufgeschlagen ist, muß jedoch auch die Spielfeldbegrenzungslinien erkannt werden.In a further known device for detecting the Position of a ball (DE-42 33 341) is a detector in the ball / Sending unit arranged. Appropriate reception or Transmitting elements are located at various points near the Field boundary lines provided. The location of the ball is done by evaluating the reflections of active Elements emitted pulses on the receivers. This Device for detecting the position of the ball has the Disadvantage that structural or structural changes to the ball or playing field are required. In addition, only the ball detected. To decide whether the ball is inside or hit outside the field, but must also the field boundary lines are recognized.

Bei einem weiteren bekannten Ballortungssystem (WO 89/00066) sind an dem Spielfeld Sender angebracht, welche elektromagnetische Wellen aussenden. Die von dem Ball reflektierten Signale werden empfangen und ausgewertet. Dazu muß der Ball spezielle magnetische Eigenschaften aufweisen. Auch bei diesem System sind konstruktive Veränderungen am Ball sowie bauliche Veränderungen am Spielfeld erforderlich.In another known ball location system (WO 89/00066) transmitters are attached to the playing field, which emit electromagnetic waves. The one from the ball reflected signals are received and evaluated. To the ball must have special magnetic properties. This system is also subject to design changes Ball and structural changes to the field of play required.

Nachteilig bei den bekannten Empfangs- oder Sendesystemen ist außerdem, daß das Ergebnis durch die zum Teil hohen Ballgeschwindigkeiten durch Laufzeitfehler beeinflußt wird. Außerdem kann eine Beeinflussung der Spieler nicht ausgeschlossen werden. Das Sichtbarmachen der mit Hilfe der Systeme ermittelten Informationen für Fernsehzuschauer ist häufig nicht möglich. A disadvantage of the known receiving or transmitting systems moreover, that the result of the partly high Ball speeds are affected by runtime errors. In addition, the players cannot be influenced be excluded. Making it visible with the help of Systems identified information for television viewers often not possible.

The invention and its advantages

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einer am Spielfeldrand fest installierten Kamera Sequenzen von Bildern aufgenommen werden, wobei die Belichtungszeit der einzelnen Bilder so lange ist, daß darauf nicht der Ball in einer Position, sondern in mehreren aufeinanderfolgenden Positionen erkennbar ist. Auf einem derartigen Bild hinterläßt der Ball einen Streifen, der seiner Flugbahn während der Belichtungszeit entspricht. Da der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Bildern der Sequenz nur wenig länger ist, als die Belichtungszeit, wird die Flugbahn des Balles nahezu ununterbrochen und ohne relevante zeitliche Unterbrechungen durch die Kamera erfaßt. Um in den aufgenommenen Bildern die Spielfeldbegrenzungslinien deutlich erkennen zu können, wird die Optik der Kamera entsprechend justiert und anschließend die Position der Kamera nicht mehr verändert. Der durch den Ball in den Bildern hinterlassene Streifen ist seitlich deutlich gegen den Hintergrund abgegrenzt. Da der Ball stets eine andere Farbe hat als der Untergrund, hebt sich der Streifen auf den Bildern deutlich vom Hintergrund ab. Auf eine scharfe Darstellung einzelner Ballpositionen wird verzichtet. Das Verfahren ist damit unabhängig von der Geschwindigkeit des Balles. Aus den aufgenommenen Bildern werden diejenigen ermittelt, in denen der Ball eine Richtungsumkehr erfährt. Diese Richtungsumkehr wird durch ein Aufprallen des Balles auf dem Boden bewirkt. Interessant sind insbesondere diejenigen Bilder, die das Auftreffen des Balles nahe der Spielfeldbegrenzungslinien zeigen. Der tiefste Punkt des die Flugbahn simulierenden Streifens in den Bildern entspricht dem Umkehrpunkt des Balles und damit dem Berührpunkt zwischen Ball und Boden. Da sowohl der Umkehrpunkt als auch die Spielfeldbegrenzungslinien in den Bildern erkennbar sind, kann bestimmt werden, ob der Ball innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes auf dem Boden aufgetroffen ist. Vorteilhafterweise wird die Aufsprungphase des Balles durch eine Langzeitintegration in einem einzelnen Bild erfaßt. Da der zeitliche Abstand zwischen zwei Bildern sehr gering ist, entstehen keine die Genauigkeit des Verfahrens beeinflussende Informationslücken.The inventive method with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that with a camera sequence permanently installed on the edge of the field of pictures are taken with exposure time of the individual pictures is so long that the ball is not on it one position, but in several consecutive Positions is recognizable. Left on such a picture the ball has a streak that follows its trajectory during the Exposure time corresponds. Since the time interval between the individual images in the sequence is only slightly longer than that Exposure time, the trajectory of the ball is almost uninterrupted and without relevant time interruptions captured by the camera. To in the pictures taken to be able to clearly see the field boundary lines, the optics of the camera are adjusted accordingly and then the position of the camera no longer changed. The streak left by the ball in the pictures is sideways clearly delimited against the background. Because the ball always has a different color than the background, the stripe stands out in the pictures clearly from the background. On a sharp one Individual ball positions are not shown. The The process is therefore independent of the speed of the Balles. The pictures taken become those determined in which the ball reverses direction. This Reversal of direction is caused by an impact of the ball on the Soil causes. Of particular interest are the pictures which the impact of the ball near the Show field boundary lines. The lowest point of the The flight path simulating strip in the pictures corresponds to this Reversal point of the ball and thus the point of contact between Ball and ground. Because both the turning point and the Field boundary lines can be seen in the pictures be determined whether the ball is inside or outside the Field has hit the ground. Advantageously is the bouncing phase of the ball by a Long-term integration captured in a single image. Since the the time interval between two pictures is very small, do not affect the accuracy of the method Information gaps.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch mehrere aufeinander abgestimmte Kameras so positioniert und eingestellt werden, daß keine Lücken in der aufgenommenen Bildinformation entstehen. So können beispielsweise zwei Kameras an derselben Position abwechselnd Bilder aufnehmen, so daß während der ganzen Zeit eine Aufnahme erfolgt. Durch eine geeignete Bildverarbeitung unter Verwendung von Computern, können die durch die beiden Kameras gewonnenen Informationen addiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention Procedures can also be several coordinated Cameras are positioned and adjusted so that none Gaps arise in the recorded image information. So For example, two cameras can be in the same position take pictures alternately, so that all the time a recording is made. Through suitable image processing using computers, can by the information obtained from both cameras are added.

Zur Aufnahme der Bilder können übliche optische Kameras verwendet werden, da die Aufnahme einer großen Anzahl von Bildern in kurzen Zeiteinheiten nicht notwendig ist. Das von den Kameras gelieferte Standard-Bildsignal kann problemlos auch über einige hundert Meter von der Kamera zu einem die Bilder verarbeitenden Computer übertragen werden. Dies ist insbesondere bei Wettkämpfen und Turnieren von Bedeutung, da die Auswertung und Verarbeitung der Bilder nicht in der Nähe der Kamera, sondern in einer gewissen räumlichen Distanz vorgenommen wird. Zur Anzeige des Bildes an einem Monitor oder einem Bildschirm oder zur Übertragung des Bildes auf das Fernsehen, kann vorab eine elektronische Verarbeitung und Aufbereitung des Bildes erfolgen. Dies geschieht unter Verwendung eines Computers und geeigneter Software.Conventional optical cameras can be used to take the pictures be used because the inclusion of a large number of Images in short time units are not necessary. That of the Cameras supplied standard image signal can also easily over a few hundred meters from the camera to one of the pictures processing computer. This is important especially in competitions and tournaments, since the evaluation and processing of the images is not in the Proximity of the camera, but at a certain spatial distance is made. To display the image on a monitor or a screen or to transfer the image to the Television, electronic processing and advance The image is processed. This happens under Use of a computer and suitable software.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in die Kamera geeignete optische Filter eingesetzt. Wird beispielsweise mit einem gelben Ball gespielt, so wird ein Filter verwendet, welches gelbes Licht passieren läßt. Eine Überbelichtung des Bildes kann daher ausgeschlossen werden.According to a further advantageous embodiment of the The inventive method are suitable in the camera optical filters used. For example, with a yellow Ball played, a filter is used, which yellow light lets happen. Overexposure to the image can therefore occur be excluded.

Damit können bei Tennisturnieren und Wettkämpfen auch die Begrenzungslinien der Aufschlagfelder mit Kameras im Bereich des sichtbaren Lichts überwacht werden. Eine derartige Überwachung war bisher nur an der Grundlinie möglich, wo die Geschwindigkeit des Balles in der Regel deutlich langsamer ist, als beim Aufschlag. Zur Überwachung des Aufschlagfeldes mußten bisher Infrarotkameras eingesetzt werden.It can also be used in tennis tournaments and competitions Boundary lines of the service fields with cameras in the area of visible light are monitored. Such Monitoring was previously only possible on the baseline, where the Speed of the ball is usually significantly slower than on serve. To monitor the impact field previously had to be used infrared cameras.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kamera in Verlängerung einer Spielfeldbegrenzungslinie am Rand des Spielfelds aufgestellt. Dadurch wird insbesondere der Bereich des Spielfeldes überwacht, der die Spielfeldbegrenzungslinie umfaßt. Dieser ist insbesondere von Interesse, wenn eine Entscheidung getroffen werden muß, ob der Ball innerhalb oder außerhalb des Spielfeldes aufgetroffen ist.According to a further advantageous embodiment of the inventive method, the camera in Extension of a field boundary on the edge of the Field set up. This will particularly affect the area of the field that monitors the field boundary includes. This is of particular interest if one Decision must be made as to whether the ball is inside or hit outside the field.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Spielfeld parallel zur Kamera mit einer Infrarotlichtquelle beleuchtet. Während das Spielfeld von oben stets ausreichend ausgeleuchtet ist und der Ball daher in den aufgenommenen Bildern an seiner von oben beleuchteten Seite ausreichend gut erkennbar ist, erfährt die dem Boden zugewandte Seite des Balles häufig keine ausreichende Beleuchtung. Dies kann dazu führen, daß die Unterseite des Balles in den Bildern nicht gut genug erkennbar ist. Um weder die Spieler noch die Zuschauer durch die Beleuchtung zu stören, wird eine Infrarotlichtquelle gewählt. Der dem sichtbaren Bereich nahe Infrarotbereich wird auch durch übliche optische Kameras erfaßt. Personen nehmen dieses Infrarotlicht jedoch nicht wahr. Damit kann durch eine entsprechende Infrarotbeleuchtung die Flugbahn der Bälle in den aufgenommenen Bildern besser nachvollzogen werden, ohne daß dadurch eine Beeinträchtigung der Spieler oder Zuschauer erfolgt.According to a further advantageous embodiment of the invention the playing field is parallel to the camera with a Illuminated infrared light source. While the playing field from above is always sufficiently illuminated and the ball is therefore in the captured images on its top-lit side is sufficiently recognizable, the floor experiences facing side of the ball often not sufficient Lighting. This can cause the bottom of the Balles is not recognizable enough in the pictures. To neither the players still bother the viewers by the lighting, an infrared light source is selected. The visible The near infrared range is also characterized by usual optical Cameras captured. However, people take this infrared light Is not it. This can be done by a corresponding Infrared lighting the trajectory of the balls in the captured images can be better understood without that thereby affecting the players or spectators he follows.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die aus den Bildern gewonnenen Informationen, insbesondere die Position des Umkehrpunktes im Vergleich zur Spielfeldbegrenzungslinie mit Hilfe eines Computers so bearbeitet, daß sie für einen Fernsehzuschauer oder auch für den Schiedsrichter einfach, schnell und deutlich erfaßt werden können. Der Schiedsrichter kann auch lediglich durch ein akustisches oder optisches Signal darüber informiert werden, daß der Ball außerhalb des Spielfeldes aufgetroffen ist. Da die aufgenommene Datenmenge nicht sehr groß ist, können die Bilder ohne zeitliche Verzögerung überprüft werden. Dies führt dazu, daß der Schiedsrichter unmittelbar nach Auftreffen des Balles über dessen Gültigkeit informiert werden kann. Diese Information liegt ohne nennenswerte Verzögerung gegenüber dem tatsächlichen Ereignis vor.According to a further advantageous embodiment of the invention the information obtained from the pictures, especially the position of the reversal point compared to the Field boundary line using a computer like this edited that for a television viewer or for the referee can be grasped easily, quickly and clearly can. The referee can also only by one acoustic or optical signal are informed that the ball hit outside the field. Since the recorded data is not very large, the Images can be checked without delay. this leads to that the referee immediately after the Balles can be informed of its validity. This Information is opposite without any significant delay the actual event.

Damit ist das Verfahren mit kostengünstigen Kameras und sonstigen Komponenten durchzuführen. Die Menge der aufgenommenen Daten ist relativ gering und kann daher mit üblichen Computern und geeigneter Software bearbeitet werden. Außerdem kann das Verfahren sowohl im Freien als auch in geschlossenen Hallen eingesetzt werden. Es hängt nicht von der Witterung ab.So the process with inexpensive cameras and other components. The amount of recorded data is relatively small and can therefore with usual computers and suitable software become. In addition, the procedure can be both outdoors and can also be used in closed halls. It doesn't hang depending on the weather.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the invention are the following description, the drawing and the Removable claims.

drawing

In der Zeichnung ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgenommenes Bild dargestellt und im folgenden näher erläutert. Es zeigt:In the drawing is a with the inventive method shown picture and shown in more detail below explained. It shows:

Fig. 1 aufgenommenes Bild mit Flugbahn und Spielfeld. Fig. 1 recorded image with trajectory and field.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgenommenes Bild dargestellt. In dieser Darstellung ist die während der Belichtungszeit der Kamera zurückgelegte Flugbahn 1 des Tennisballes als Streifen sowie ein Teil der Spielfeldbegrenzungslinien 2 erkennbar. Zur Aufnahme dieses Bildes wurde die Kamera in Verlängerung des Abschnitts 3 der Spielfeldbegrenzungslinien angeordnet. Anhand der Flugbahn 1 kann der Umkehrpunkt 5 des Balles bestimmt werden. Dieser stimmt mit dem Berührpunkt des Balles mit dem Boden überein. Der Umkehrpunkt weist eine Distanz zum Abschnitt 3 der Spielfeldbegrenzungslinien auf. Der Ball ist damit außerhalb des Spielfeldes auf den Boden aufgetroffen. Diese Information kann eindeutig auf dem Bild ermittelt werden.In Fig. 1, a captured image with the inventive method is illustrated. In this illustration, the trajectory 1 of the tennis ball covered during the exposure time of the camera can be seen as a strip and part of the field boundary lines 2 . To take this picture, the camera was arranged in an extension of section 3 of the field boundary lines. The reversal point 5 of the ball can be determined on the basis of the trajectory 1 . This coincides with the point of contact of the ball with the ground. The reversal point is at a distance from section 3 of the field boundary lines. The ball has hit the ground outside the field. This information can be clearly determined on the picture.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and The features shown in the drawing can be both individually as well as in any combination with each other be essential to the invention.

Reference list

11

Flugbahn des Balles
Trajectory of the ball

22nd

Spielfeldbegrenzungslinien
Field boundary lines

33rd

Abschnitt der Spielfeldbegrenzungslinien
Section of the field boundary lines

44th

Umkehrpunkt des Balles
Reversal point of the ball

Claims

1. A method for determining the point of impact of a tennis ball on the field, characterized in that
that a camera set up on the field records sequences of images of the field or of parts of the field, and
that the exposure time of the images is so long that the ball covers a distance that corresponds to a multiple of its diameter during this time,
that those are determined from the pictures in which the ball reverses direction,
that the position of the reversal point ( 4 ) is determined from these images and compared with the predetermined field boundary lines ( 2 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that Suitable optical filters are used in the camera.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the camera is set up in extension of a field boundary line ( 3 ) on the edge of the field.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that parallel to the camera Playing field is illuminated with an infrared light source.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reversal point ( 4 ) determined from the images is graphically represented with the aid of a computer and displayed on an output device.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that from the pictures gained information broadcast on television becomes.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that from the pictures information obtained is available to the referee is provided.