專利名稱：用于檢定物體在比賽中的觸地面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如主權(quán)利要求類型那樣的、檢定比賽中物體(球、運動員、賽道、滑橇等)同接觸地(地面、桌面、場地邊界等)的接觸面的方法。
這類方法的優(yōu)先使用領(lǐng)域特別是在網(wǎng)球比賽中確定球與接觸地如球場地表或球網(wǎng)邊緣的接觸面。在網(wǎng)球比賽中，有時必須能精確地判斷球的觸地面位置。例如，這涉及到判定球的觸地反彈位置(接觸面或壓痕)是仍在球場內(nèi)還是觸及邊線或是出場。另外，值得追求的是能夠檢定可能的擦網(wǎng)球。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，球的觸地位置由主裁或邊裁確定。但這種方法有缺點，即由于存在誤判危險，所以這種方法是不準確的。還知道一種利用光學(xué)或電磁監(jiān)測設(shè)備來確定球位的方法。
在一種用于識別球位的已知設(shè)備中(DE4233341)，在球內(nèi)安裝了一個探測器/發(fā)送器，其中在靠近界線的不同點上安裝了接收器/發(fā)送器。球位確定是通過對由運動體向接收器所發(fā)脈沖的反射脈沖進行分析而實現(xiàn)的。這種用于識別球位的設(shè)備有缺點，即它必須從結(jié)構(gòu)或建筑上改變球或球場。而且，不是監(jiān)測球的觸地面而是監(jiān)測球本身。
此外，在另一種已知優(yōu)選用于網(wǎng)球比賽的網(wǎng)球定位系統(tǒng)(WO89/00066)中，一條預(yù)定線用于球路監(jiān)視。在這里，在網(wǎng)球場上方或下方安裝了分析球的反射信號的、發(fā)射電磁波的發(fā)送器和/或接收器。對此，網(wǎng)球必須具有特殊磁性。在此系統(tǒng)中也需要從結(jié)構(gòu)上改變球以及改建球場。在這里測量的還是球而不是球的觸地面。
這種已知的球定位系統(tǒng)的另一個缺點是，待監(jiān)視線特別是球場界線被視為理想化的幾何直線。與此相反，線的真實走向通常因重新鋪設(shè)而球場地表明顯不平坦。對這種已知系統(tǒng)來說，這種偏差是不能允許的或只能在付出高昂代價的情況下才可克服這種偏差。
這種已知系統(tǒng)的另一個缺點是，由于球速有時很高而因飛行時間誤差而影響了測量結(jié)果。
另一個缺點是，擊球人可能對接收系統(tǒng)和發(fā)送系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，所以勉強可與獨立的電視錄象配套使用。
與此相比，具有主權(quán)利要求1或7的區(qū)別技術(shù)特征的本發(fā)明的方法或設(shè)備具有以下優(yōu)點，即不是確切地測出物體位置如球位，而是檢定比賽中物體的觸地面。在這里，本發(fā)明方法利用了當比賽中物體與接觸地接觸時因摩擦熱而產(chǎn)生的熱痕。本發(fā)明方法測量熱痕與接觸地之間的溫差，檢定、顯示并分析這種溫差，由此可在顯示屏上示出此觸地面。
由于本發(fā)明方法不是確定比賽中物體的位置，而是更多地記錄并分析熱痕跡，從而可檢定所有接觸面，特別是象圓形或橢圓形這樣的不同類球印或轉(zhuǎn)彎時的汽車輪胎印等。以這樣的方式還可以檢定在接觸地上行走的人或其腳印。
本發(fā)明方法的一個優(yōu)點是，將所檢定的接觸面與在接觸地上的標記特別是界線聯(lián)系起來，或是可以相互確定它們的相關(guān)位置。為此，其先決條件是，本發(fā)明的方法同時測定標記或線。這通常是通過從顏色上對標記和線進行絕對必要的不同安排而實現(xiàn)的，因為不同顏色具有不同的輻射反射值和熱輻射反射值，從而本發(fā)明可同時對其測定。如果這還不起作用，則有可能給相應(yīng)的標記涂上金屬粉特別是鋁粉或涂上紅外可視漆。這兩種處理方式都很簡單且只需很少的成本。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，不必在結(jié)構(gòu)上改變比賽中物體或是改建接觸地。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，不會出現(xiàn)因比賽中物體的運行速度較快而存在的測量不精確性。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，由于熱痕的冷卻時間較長，所以可以實現(xiàn)精確的測量。冷卻后可在此位置上重新進行測量，而為了隨后顯示所作的測量而將以前的測量記錄存貯下來。這樣一來，就可以把在同一位置上但不同時所作的測量進行比較。例如，網(wǎng)球運動員所選擇的球路以及上述球路與理想球路相差多遠等。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，標記和線特別是界線在接觸地上的表面伸長的幾何精度和表面分布精度對待測接觸面而言是不重要的。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，由于兩維監(jiān)測其上帶熱痕的接觸地，所以不會出現(xiàn)視差，這就可以相對接觸地上的標記進行精確定位。就此而論，在接觸地上部布置測量裝置有相當大的自由度。
此外，可實時地使所測定的熱痕被識別。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利設(shè)計方案，比賽中物體是球，而接觸地是地表和/或球網(wǎng)或網(wǎng)邊。在此，球賽類型首先想到的是網(wǎng)球、冰球、乒乓球以及臺球，這種比賽特別是具有一個用若干溫度記錄儀測定的總接觸面且在比賽中出現(xiàn)了相當快的物體速度，或是因為有時出現(xiàn)不易看出或難以檢定的特殊情況。在網(wǎng)球比賽中特別是在模棱兩可的情況下，球是在球場內(nèi)還是壓線或是剛剛出界是很重要的。在另一種球賽類型中如在手球和足球中，測量守門員擊出的球是在球門線后還是未過球門線也是有意義的。在后一種情況下，接觸地可能是例如守門員的手套，在這里即使熱痕只存在很短的時間，也可以確定由此現(xiàn)出的熱痕。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利設(shè)計方案，比賽中物體是一個汽車輪胎，而接觸地是車道等的地表。在這種情況下如在賽車中，檢定特殊情況的問題首先是，即主要是賽車路程較長的問題，而是否是四輪汽車或是賽車等或兩輪汽車如摩托車或自行車是無關(guān)緊要的。測量位置首先設(shè)在這樣的區(qū)域中，即出現(xiàn)極限情況的區(qū)域，如出現(xiàn)緊急剎車或因拐彎出現(xiàn)的偏向或是在拐彎后或駛出彎曲段后的突然加速時出現(xiàn)較大的地面摩擦的區(qū)域。一方面，可以考慮將這種在極限情況下的測量用于分析交通事故，另一方面，也可以為了訓(xùn)練而考慮將此記錄用于揭示最佳解決方案。然而，這種記錄很有利的是它與電視攝像配合使用的情況，這樣一來就可以通過將普通電視圖象與由溫度記錄儀產(chǎn)生的記錄重疊而向觀眾解釋關(guān)鍵的特殊情況。特別是在賽車情況下，觀眾不可能在已知的高車速情況下對駕車作拐彎等操作的頂尖車手的素質(zhì)差別作出評定。即使對這些電視圖象數(shù)字化并以慢動作示出時，也幾乎不能看到上述差別。與此相反，當對以熱溫度記錄方式錄下的不同車的熱記錄顯示進行比較時，觀眾就可以很快判斷出素質(zhì)差別，這不僅可以投其所好，而且也為了從中有所獲益。
根據(jù)本發(fā)明另一個替換設(shè)計方案，比賽中物體至少是一種冬季運動中所用的滑橇，而接觸地是大部分凍結(jié)的地面(冰)。在這種比賽類型中如在雪橇滑雪和冰橇滑道中，同樣產(chǎn)生了很快的速率如高達150km/h，而且這樣的速率是在大部分凍成冰道的軌道上產(chǎn)生的。在這樣高的速度下，理想線自然很重要。每一次偏離理想線都意味著千分之一秒的時間損失，這由此影響了比賽獲勝。在這里，根據(jù)軌道長度而在這樣的區(qū)域內(nèi)安裝了熱痕測量裝置，即偏離理想軌跡的危險最大的區(qū)域。在這里可以以訓(xùn)練為理由但也可以為了給觀眾特別是電視觀眾提供信息而對每個運動員選擇的軌跡進行測量和記錄。這樣一來就可以定位安置這樣的溫度記錄儀，即它通常不讓觀眾看到。就象在其它的大多數(shù)比賽類型中那樣，在這里由于采用了本發(fā)明而提高了比賽普及性，這是因為觀眾可以以嶄新方式投入運動員角色中，就象在普通的電視錄象中可能出現(xiàn)的那樣。除了上述印跡記錄外，還可以確定或記錄下運動員在何處急停，運動員自己可以判斷這種急停是否必要。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的替換設(shè)計方案，比賽中物體是滑雪板，接觸地是滑雪道。這種滑雪道自然因結(jié)冰而光滑或大部分為這樣。特別是在短暫的出發(fā)路程中，可以用較少的溫度記錄儀測出滑雪板在滑雪道上留下的熱痕。這種記錄方法在此也可用于訓(xùn)練目的，這具有很大優(yōu)勢。但是，它首先給電視觀眾一個機會來比較頂尖選手的素質(zhì)。通過本發(fā)明可以判定滑雪者在出發(fā)時是因常見阻力而產(chǎn)生了很多摩擦消耗，還是通過適當?shù)闹亓Ψ只蚺淦渌淖鬓D(zhuǎn)向動作下滑的力的分配滑出了一道較好的理想線并獲得了較高的速率。還可以判定哪種滑行方式特別危險并有受傷的可能。還可以通過本發(fā)明判定滑雪飛躍者在失去機會時用了多大的力并可能飛行了多遠距離。
根據(jù)本發(fā)明的另一個有利方案，使在接觸地內(nèi)或上設(shè)置的紅外線可見記號可被識別。除了可以借此機會使觀眾通?？赡芸床坏降哪撤N比較值變得清晰可見外，這種方法也可用于廣告，從而用肉眼無法看到的廣告可通過將溫度記錄儀的記錄疊加而在電視圖象中顯示出來。
根據(jù)本發(fā)明的一個主要方案，如上所述的那樣，可將記錄下的熱痕跡供觀眾觀看，這不僅可以通過大屏幕投影也可以通過放給觀眾的電視轉(zhuǎn)播來實現(xiàn)。通過本發(fā)明消除了成見，比賽時的熱痕跡錄象不僅供觀眾觀看，而且更重要的是將熱痕跡錄象與電視攝像機錄象方法聯(lián)系起來。這特別是通過夸張地放大圖象或是通過將由溫度記錄儀記錄下的數(shù)據(jù)和由電視攝像機拍攝下的數(shù)據(jù)疊加而實現(xiàn)的。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和有利方案可從以下對附圖的描述和權(quán)利要求書中獲知。
圖中示出了本發(fā)明的多個實施例并隨后對其進行了詳細描述。其中

圖1表示用于網(wǎng)球設(shè)備時的情況；圖2從俯視角度示出了一個網(wǎng)球場；圖3從俯視角度示出了網(wǎng)球接觸面和場地接觸面；圖4表示用于滑橇滑道時的情況；圖5表示用于賽車道時的情況。
在圖1中示出了本發(fā)明用于網(wǎng)球比賽的情況并以很簡單的立體圖示出了這種應(yīng)用狀況。通常在網(wǎng)球場1上由界線3確定出一塊比賽場2。很簡單示意出的運動員4在打網(wǎng)球5，網(wǎng)球被適當?shù)負暨^網(wǎng)球網(wǎng)6，在比賽中遵循已知的網(wǎng)球比賽規(guī)則。監(jiān)督執(zhí)行規(guī)則且適當控制比賽的主裁判8坐在裁判臺7上。在大多數(shù)情況下由邊裁協(xié)助主裁，邊裁必須觀察球5是在賽場2內(nèi)還是恰好壓線或是出場。眾所周知，這種觀察很困難，這是因為特別是在發(fā)球時球速可能很快，所以在模棱兩可的情況下，即使是經(jīng)驗豐富的邊裁也很難判斷球是在界線3內(nèi)或是已出了賽場2。邊裁還要觀察發(fā)球時球是落在發(fā)球區(qū)9內(nèi)或是壓線11還是已落在后場2中。在球速很高的情況下，即使是一架電視攝像機也不一定能測出真實的發(fā)球落點。
根據(jù)本發(fā)明，在足夠的高度上大約在各網(wǎng)球半場的中央安裝了固定在懸臂機構(gòu)13上的攝像機12。這些攝像機紅外攝像且還可以進行數(shù)字式記錄或其它常見記錄。在任何情況下都可以通過一臺顯示器14播放出這種錄象。在這里，這種顯示器可以就是一臺電視。在裁判臺7上為主裁8配備一臺相應(yīng)的特制顯示器15，通過此顯示器記錄各種圖象并可隨時重放。此外，這種錄象不僅有助于主裁8以檢查與球觸地有關(guān)的運動員失誤，還可以在電視轉(zhuǎn)播時隨時使觀眾明白，而且例如這種錄象與廣告有關(guān)。
如圖2所示，兩架攝像機12分別裝在兩個網(wǎng)球半場的中央，在此可以通過這些中心測點檢定網(wǎng)球觸地點。紅外圖象在摩擦發(fā)熱時自動顯示出其摩擦位置并將其記錄下來。數(shù)秒鐘后，接觸面的摩擦熱就散去了。在這里，球速對記錄結(jié)果沒有影響，這是因為只測量所述摩擦熱而不測量球本身。測量精度為毫米級。
在圖3中，從俯視角度對比地在圖左面示出了一個網(wǎng)球而在圖右面示出了網(wǎng)球可能在球場上的接觸面。此接觸面呈橢圓形，這是因為擊地時時網(wǎng)球首先變扁，其次在場地上滑行一段預(yù)定路程。在非彈性物的情況下接觸面就是一條線。
在圖4所示的第二實施例中涉及雪橇滑道的一條冰道16，在冰道內(nèi)用熱成象攝像機記錄下兩條不同的雪橇滑行軌跡17、18，并可借此按示出方式隨后將其反映出來。在這里明顯可以看到，軌跡18一直沿理想軌跡線延伸，軌跡17卻相反不是這樣的，相應(yīng)的雪橇約向外移動并由此不僅具有較長的行駛軌道而費時，并可能產(chǎn)生較多摩擦熱。在這里很有利的是，可以事后顯示出這種軌跡錄象，還可以將其和電視錄象交疊顯示，一方面可借此給運動員一個評判機會而另一方面可以向觀眾表明一方未獲勝的原因。
在圖5所示的第三實施例中，賽車19處于賽車路程21的中途，在車輪胎后留下了熱胎印。如從圖5中清楚看到的那樣，熱胎印有所變化23，這些胎印變化是由剎車、轉(zhuǎn)向或加速造成的，而這些操作總是可能導(dǎo)致其它的摩擦發(fā)熱。以這種方式不僅可從胎印記錄中而且可從與汽車有關(guān)的記錄中獲知駕車狀態(tài)的好壞。例如在汽車脫離地面時，熱胎印中斷。
從說明書、權(quán)利要求書和附圖中獲知的全部技術(shù)特征既可能是獨立的特征，也可能是根據(jù)本發(fā)明實質(zhì)而相互任意組合的特征。
權(quán)利要求
1.檢定在運動中物體(球5，運動員4，輪胎，滑橇等)和接觸地(地2，9，桌面，界線3，11等)的接觸面的方法，其特征在于運動時所使用的物體(4，5，19)和接觸地(2，9)接觸時產(chǎn)生的熱痕(17，22，23)通過測量熱痕和接觸地之間的溫差和輻射差來得以檢定，記錄，分析和顯示。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，運動中所使用物可是一個球(5)或類似物或一個人(4)，接觸地是地表面(2，9)和/或一個網(wǎng)(6)或一個網(wǎng)邊緣。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，運動時的物體是一汽車(19)的輪胎，并且接觸地是車道(21)地表。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，運動時的物體至少是一個在冬季運動中的滑橇并且接觸地是一個大部分凍結(jié)的地面(冰)。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，運動時的物體是一個雪橇并且接觸地是一個滑雪道。
6.按權(quán)利要求1至6所述的方法，其特征在于，在接觸地中或上設(shè)置的紅外可見記號可被識別。
7.實施按上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，運動時物體(4，5，19)和接觸地(2，3，9，11)接觸時產(chǎn)生的熱痕通過使用至少一個溫度記錄儀(12，熱成像裝置)測量在熱痕和接觸地之間的溫度差的檢定，并且被記錄、存貯在一個熱成象系統(tǒng)中，經(jīng)分析最后在一個顯示器上進行顯示。
8.按權(quán)利要求7所述的實施上述方法的裝置，其特征在于，所記錄的熱痕可為公眾所看到。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于記錄和分析在比賽過程中在物體(人9,球5)和接觸地(運動場2,9或場地界線3,11)之間產(chǎn)生的熱痕的方法和設(shè)備。
文檔編號G01K1/00GK1175907SQ96192044
公開日1998年3月11日 申請日期1996年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月21日
發(fā)明者呂迪格·施羅特 申請人:賴澤·施羅特公民權(quán)利協(xié)會