System und Verfahren zur automatisierten Analyse eines Wettkampfverlaufes

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren zur automatisierten Analyse der Bewegungen und Interaktionen mehrerer Sportler und Sportgeräte mittels mehrerer aktiver und passiver Positionsbestimmungssystemβ.

Im Profi- wie im Breitensport wird zur Analyse eines Wettkampfes oder Trainings zunehmend moderne, vorzugsweise bildgebende Technik eingesetzt.

Durch die Auswertung des Bildmaterials ist es möglich, die Leistung eines Sportlers, wie z. B. die von inm zurückgelegte Lauflänge oder seine Geschwindigkeit, zu bestimmen, wobei im Falle der Geschwindigkeitsbewertung üblicherweise Videotracking angewandt wird. Ferner ist es möglich, aus den gewonnenen Daten Hinweise auf zukünftige sinnvollerweise einzusetzende Trainingsschwerpunkte zu gewinnen.

Im Falle von Mannschaftssportarten, wie beispielsweise Fußball oder Basketball, werden Videoaufzeichnungen auch dafür eingesetzt, Bewegungsmuster einer gegnerischen Mannschaft, beispielsweise bei einem Konter, zu analysieren und die eigene Spieltaktik darauf abzustellen.

Des weiteren können im Falle von Mannschaftssportarten, wie beispielsweise Eishockey, aufgezeichnete Videosequenzen zur Bewertung strittiger Spielsituationen, wie Fouls oder unübersichtlichen Torsituationen, verwendet werden.

Im Laufsport oder Schwimmen werden die aufgezeichneten Videomitschnitte vorzugsweise zur Analyse und Optimierung von Bewegungsabläufen eingesetzt.

Nachteile bei den heute verwendeten Videoaufzeichnungen bestehen in der Anfälligkeit gegenüber Verdeckungen sowie hinsichtlich Bildqualität bei sich schnell ändernden Lichtverhältnissen. Darüber hinaus liefern viele bisher bekannte Systeme keine präzisen Geschwindigkeits- und Beschleunigungsinformationen und weisen Probleme beim Automatisieren des Auswerteprozesses auf.

So kann zum Beispiel die Frage, ob ein Tor gefallen ist, nur dann entschieden werden, wenn die Sicht auf den Ball frei ist und aus einem bestimmten Winkel zur Torlinie gewährleistet ist. Ferner ist gerade in komplexen Szenarien, in denen sich mehrere Personen einander annähern oder in denen sehr schnelle Bewegungen auftreten, die

automatisierte Auswertung von Videosequenzen oft fehlerhaft, da es passieren kann, dass Personen nicht mehr aufgelöst werden können und damit Verwechselungen auftreten können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Position eines oder mehrerer Sportler genauer zu bestimmen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Bewegung eines Sportlers genauer zu bestimmen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Position eines Sportgerätes genauer zu bestimmen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät genauer zu bestimmen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus den Daten über die Bewegung eines Sportlers Empfehlungen für zukünftige Traiπingseinheiten zu ermitteln.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus den Daten über die Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät Empfehlungen für zukünftige Trainingseinheiten zu ermitteln.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Computerspiel durch hochgenaue Daten über die Bewegung eines Sportlers und die Interaktion zwischen Sportler und Sportgerät realistischer und interaktiv auszugestalten.

Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme durch die Fusion von Daten verschiedener an Sportler, Sportstätte und Sportgerät angebrachten Sensoren und Signalsendem, wodurch die automatisierte Auswertung von Sportlerbewegungen und Spielverlauf ermöglicht wird. Die gewonnen Daten können dann, ähnlich einem Computerspiel, virtuell dargestellt werden, wobei über unterschiedliche Menüpunkte zusätzliche Leistungsangaben darstellbar sind.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung aktiver und passiver

Positionsbestimmungssystemβ und dazugehörige mitgeführtβ sowie zentrale Auswerteeinheiten gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer mit einem passiven

Positionsbestimmungssystem ausgestatteten Sportstätte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer mit aktivem

Positionsbestimmungssystem ausgestatteter Sportstätte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 4 eine schematische Darstellung zum Prinzip, wie eine Kalibrierung eines

Senders und eines Empfängers erfolgen kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 5 eine schematische Darstellung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Sportlers gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Balles mit zwei dreidimensionalen Magnetfeldsensoren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 7 eine schematische Darstellung eines Sportgerätes mit Drucksensoren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 8 eine schematische Darstellung eines Sportgerätes mit Anzeige eines zu treffenden Bereichs gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung; und

Figur 9 eine schematische Darstellung einer Anzeige auf einer zentralen

Auswerteeinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung aktiver und passiver Positionsbestimmungssysteme und dazugehörige mitgeführtβ sowie zentrale Auswerteeinheiten gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Darin wird ein Sportler (100) mit einem oder einer Kombination aus mehreren passiven oder aktiven Positionsbestimmungssystemen (110) ausgestattet.

Die passiven Positionsbestimmungssysteme (110a) bestehen aus einem oder mehreren Empfängern, wobei jeder Empfänger mit dem Sportler (100) verbunden ist. Die Empfänger empfangen Signale von einem oder mehreren während des Messvorgangs stationären Sendern (120). Die Empfänger leiten die empfangenen Signale an eine zentrale Auswerteeinheit (200) weiter, welche aus den empfangenen Signalen die Position des Sportlers (100) berechnet. Alternativ zum übersenden an die zentrale Auswerteeinheit (200) können die empfangenen Signale auf einer mitgeführten Auswerteeinheit (210) lokal gespeichert, ausgewertet und/oder angezeigt werden.

Die aktiven Positionsbestimmungssysteme (110b) bestehen aus einem oder mehreren Sendern, wobei jeder Sender mit dem Sportler (100) verbunden ist. Jeder Sender sendet Signale aus, die von mehreren stationären Empfängern (130) empfangen und an die zentrale Auswerteeinheit (200) weitergeleitet werden.

Bei der Verwendung von mehreren Positionsbestimmungssystemen werden die Positionsdaten in der zentralen Auswerteeinheit (200) assoziiert und fusioniert, zum Beispiel mittels eines Kaiman-Filters.

Die Energieversorgung der nicht-stationären Systemkomponenten erfolgt vorzugsweise mittels Batterie oder Akku. Beim Einsatz passiver Transponder kann auf eine eigene Energiequelle verzichtet werden.

Die zentrale bzw. die mitgeführten Auswerteeinheiten sind in der Lage, die empfangenen Daten auszuwerten, anzuzeigen und abzuspeichern. Ferner können die Daten per Funk oder per Kabelverbindung oder eine sonstige übertragungsart an andere Einheiten weitergeleitet werden. Vorzugsweise erfolgt die Funkübertragung über WLAN und die kabelgebundene übertragung per USB. Dadurch ist es möglich, eine Internetverbindung aufzubauen, die vorhandenen Daten per Email zu verschicken, sie als Web-Cast-Event anderen Teilnehmern zur Verfügung zu stellen oder per Mini-USB-Kabel an einen PDA oder ein Mobiltelefon zu übertragen.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer mit einem passiven Positionsbestimmungssystem ausgestatteten Sportstätte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Darin wird ein Sportler (100) mit einem Ultraschallsender (111) ausgestattet. Der Ultraschallsender (111) sendet für eine vorgegebene Zeit Ultraschallwellen einer bestimmten Schallstärke. Um zu verhindern, dass sich mehrere Ultraschallsender fortlaufend stören, werden die Sendezeiten zufällig gewählt.

Die Ultraschallwellen werden von am Spielfeldrand installierten Ultraschallsensoren (131) empfangen. Um die Messwerte eindeutig dem Sportler (100) zuordnen zu können, senden die Ultraschallsender (111) entweder auf einer bestimmten Frequenz oder im gepulsten Betrieb, welcher die codierte übertragung einer Identifizierung ermöglicht.

Schallstärke und Identifikation werden anschließend an eine zentrale Auswerteeinheit (200) weitergeleitet, oder verworfen, wenn sich die Ultraschallwellen mehrerer Ultraschallsender überlagert haben. Kann die gemessene Schallstärke eines Ultraschallsenders (111) einem Sportler zugeordnet werden, ist es möglich, die Entfernung zwischen Ultraschallsender (111) und Ultraschallsensor (131) aus dem bekannten Zusammenhang zwischen Schallwellenausbreitung und Abnahme der Schallstärke in radialer Richtung zu bestimmen.

Befinden sich die Ultraschallsensoren (131) am Spielfeldrand (140) und der Sportler (100) im Spielfeld und sind die Positionen der Ultraschallsensoren (131) bekannt, ist die

Position des Sportlers (100) bereits aus der von zwei Ultraschallsensoren gemessenen

Schallstärke bestimmbar, wenn sich die Abstandskreise um die Sensoren nur einmal innerhalb des Spielfeldes schneiden. Gelingt die Zuordnung von wenigstens drei

Messwerten, kann die Position des Sportlers (100) spielfeldunabhängig bestimmt werden.

Da Ultraschallwellen nur eine geringe Reichweite haben, kann der Sportler zusätzlich mit einer Infrarotlicht aussendenden Lichtquelle, beispielsweise in Form einer Leuchtdiode (LED), ausgestattet werden. Um überlagerungen zu vermeiden, beginnt die LED zu zufälligen Zeitpunkten, Infrarotlicht einer spezifischen Lichtstärke auszusenden. Dabei werden Sendeintervall und Wiederholfrequenz in Abhängigkeit der Anzahl der LEDs vorzugsweise so gewählt, dass im Schnitt mindestens zwei Messwerte pro 0,1 s ohne Störung empfangen werden können.

Die Lichtstärke wird von mehreren, zum Beispiel am Rand der Sportstatte verteilten, Infrarotlichtsensoren detektiert. Wenn keine überlappung der Sendezeiten zweier oder mehrerer Infrarotlichtquellen auftritt, werden die Messwerte an die zentrale Auswerteeinheit weitergesendet.

Um die übertragenen Messwerte eindeutig einer Infrarotlichtquelle zuordnen zu können, wird entweder gepulstes Infrarotlicht verwendet und eine codierte Identifizierung gesendet oder Infrarotlicht einer spezifischen Wellenlänge verwendet. Die Positionsbestimmung des Sportlers ist dann analog zum Verfahren, das oben für die Positionsbestimmung mit Ultraschallsensoren beschrieben wurde.

Da die Ortung mittels einer Lichtquelle Störungen, wie z. B. Verdeckungen oder überlagerungen verschiedener Lichtfrequenzen, ausgesetzt sein kann, kann der Sportler zusätzlich mit einem GPS-Empfänger ausgestattet sein. Dieser GPS-Empfänger kann die empfangenen Positionsdaten sowie eine eindeutige Identifikationsnummer entweder an die zentrale Auswerteeinheit oder an eine mitgeführte Auswerteeinheit senden.

Die mitgeführte Auswerteeinheit sendet nach Empfangen eines Anforderungssignals die gespeicherten Positions-Daten an die zentrale Auswerteeinheit oder ermöglicht es der zentralen Auswerteeinheit direkt auf die Daten zuzugreifen, vorzugsweise über USB oder WLAN.

Da die Updaterate eines GPS-Empfängers für schnelle Bewegungen zu gering sein kann und das GPS-Signal in geschlossenen Räumen nicht verfügbar ist, kann die Position aus der Messung eines bekannten Magnetfeldes abgeleitet werden.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer mit aktivem Positionsbestimmungssystem ausgestatteter Sportstätte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Darin wird ein Sportler (100) mit einem dreidimensionalen Magnetfeldsensor (112) ausgestattet. Dieser misst ein von mehreren Spulen (120) erzeugtes Wechselmagnetfeld.

Dabei wird zur Messung der magnetischen Feldlinien vorzugsweise eine Spule verwendet. Alternativ kann aber auch ein Hall-Sensor, ein magnetoresistiver Sensor, ein Josephson-Kontakt oder ähnliches verwendet werden.

Die Messwertβ werden an die zentrale Auswerteeinheit (200) oder die mitgeführte Auswerteeinheit (210) gesendet. Werden die Messwerte an die zentrale Auswerteeinheit gesendet, so wird die Empfangszeit und eine eindeutige Identifikation hinzugefügt, welche es der Auswerteeinheit ermöglicht die empfangenen Messwerte eindeutig einer Spule und einem Magnetfeldsensor zuzuordnen.

Die Identifikation einer Spule wird bei gleichzeitigem Betrieb aller Spulen über die gemessene Frequenz des Wechselmagnetfeldes oder bei sequenziellem Betrieb über den Zeitpunkt der Messung bestimmt, wobei die Bestromungsdauer der Spulen und die Reihenfolge, in der die Spulen bestromt werden, bekannt ist. Beim gleichzeitigen Betrieb der Spulen werden die gemessenen Signale entweder durch Bandfilter oder durch eine Fourier-Analyse getrennt.

Eine Möglichkeit, die Position des Sportlers zu bestimmen, besteht darin, Feldstärke, Feldrichtung und Phasenlage des Magnetfeldes mit zuvor gespeicherten Daten zu vergleichen. Dabei werden für eine Vielzahl von Raumpunkten Feldstärke, Feldrichtung und Phasenlage vorab berechnet und in einer Datenbank auf der mitgeführten bzw. der zentralen Auswerteeinheit abgelegt. Die Messwerte werden dann mit den Werten in der Datenbank verglichen und anschließend wird der am besten passende Datensatz ausgewählt. Die diesem Datensatz zugeordnete Position wird als Position des Sportlers verwendet.

Alternativ kann die Positionsbestimmung aus dem bekannten Zusammenhang zwischen Ausbreitung eines Magnetfeldes und radialer Abnahme der Magnetfeldstärke entsprechend des Abstandes des Sportlers zu jeder Magnetfeldspule bestimmt werden. Die Positionsbestimmung erfolgt dann analog zur Positionsbestimmung mit Ultraschallsensoren.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Position durch Aufstellen und Lösen der magnetischen Feldgleichungen zu bestimmen.

Für den Fall, dass ferromagnetische Materialien oder Stromkabel die Feldgeometrie stören, wird die Feldgeometrie ausgemessen und die dabei ermittelten Störungen können dann bei der Positionsbestimmung berücksichtigt werden.

Wenn mehrere passive oder aktive Positionsbestimmungssysteme parallel betrieben werden, kann es passieren, dass die Datenübertragung eines ersten Positionsbestimmungssystems an die zentrale Auswerteeinheit durch die

Datenübertragung eines zweiten Positionsbestimmungssystems gestört wird. Daher werden die Daten der Positionsbestimmungssysteme zu zufälligen Zeitpunkten übertragen, sodass keine dauerhafte Störung der übertragung zu erwarten ist.

Alternativ dazu werden die Messwerte auf der mitgeführten Auswerteeinheit zwischengespeichert und später an die zentrale Auswerteeinheit übertragen. Zur Kommunikation zwischen aktiven bzw. passiven Positionsbestimmungssystemen und der mitgeführten bzw. zentralen Auswerteeinheit kommen insbesondere Funksignale im 2,4-GHz-Band in Betracht.

Die Funksignale können darüber hinaus auch dafür benutzt werden, die Position der stationären Sender bzw. Empfänger relativ zueinander zu bestimmen. Dabei wird analog zu den bisher beschriebenen Verfahren die Funksignalstärke aller, während des Messvorgangs stationären Sensoren von der zentralen Auswerteeinheit gemessen. Dieser Messvorgang wird an mindestens drei verschiedenen Orten durchgeführt.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung zum Prinzip, wie eine Kalibrierung eines Senders und eines Empfängers erfolgen kann, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Darin wird eine zentrale Auswerteeinheit (200) in einem Kalibriermodus betrieben und misst an drei verschiedenen Positionen die Funkstärke der stationären Sender (120) bzw. Empfänger (130) und berechnet daraus die relativen Positionen der Sender bzw. Empfänger zueinander. Nach Festlegung eines Koordinatenursprungs (150) können alle Positionsangaben in diesem Koordinatensystem zur Anzeige gebracht werden.

Sind GPS-Positionsangaben verfügbar, kann auch ein globales Koordinatensystem, beispielsweise WGS84, verwendet werden.

Die Positionsdaten können bei Vorhandensein einer Videokamera dazu verwendet werden, diese automatisch mittels zwischen Kamerastativ und Kamera angebrachter

Elektromotoren so zu steuern, dass ein bestimmter Bereich der Sportstätte im

Kamerabild zu sehen ist. Dazu muss die Position der Kamera zur Sportstätte bekannt sein, was bevorzugter Weise analog zur oben beschriebenen Positionsbestimmung der

Sensoren und Empfänger geschieht. Dann wird die Ausrichtung der Kamera bestimmt, indem ein Fixpunkt anvisiert wird, welcher vorzugsweise die bereits bekannte Position eines Senders oder Empfängers ist. Aus diesem Zusammenhang kann die Kamera auf jeden beliebigen Punkt ausgerichtet werden, indem die horizontale und vertikale

Abweichung der aktuellen Kameraausrichtung bestimmt wird und die Kamera um diese Abweichungen durch die Elektromotoren gedreht wird. Ist zusätzlich noch eine Bewegung der Kamera relativ zu ihrer aktuellen Position möglich, beispielsweise durch einen auf Schienen fahrenden Schlitten, kann sie auch so gesteuert werden, dass eine bestimmte Ansicht des Bereiches erreicht wird.

So ist es zum Beispiel möglich, den Ball führenden Spieler beim Fußball oder den das Läuferfeld anführenden Läufer oder jeden anderen Sportler automatisch im Bild zu behalten.

Ferner können die ermittelten Positionsdaten dazu benutzt werden, die bisher praktizierte videobasierte Verfolgung (Videotracking) eines Sportlers oder Sportgerätes zu stabilisieren bzw. zu verbessern.

Dabei werden beispielsweise die von den Positionsbestimmungssystemen ermittelten Trajektorien mit den vom Videotracking ermittelten Trajektorien verglichen und bei Verwechslungen wieder richtig zugewiesen. Ferner ist es möglich, die Bildbereiche, in denen sich ein Sportler befindet, bereits vor Auswerten der Bilddaten zu bestimmen und an die Bildverarbeitung zu senden, wodurch diese bereits die richtigen Bereiche nach Konturen einer Person absuchen kann. Dadurch wird auch erreicht, dass insbesondere die relevanten Bildbereich ausgewertet werden und diese mit erhöhter Rate im Vergleich zur normalen Bildauswertung analysiert werden können.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der Positionsdaten besteht in der Erkennung von spieltypischen Aktionen. So sind im Fußball oder Basketball beispielsweise Elfmeter oder Freiwürfe durch die Position des Balls bzw. des den Elfmeter oder Freiwurf Ausführenden gut identifizierbar. Dazu werden in der Datenbank typische Merkmale von Aktionen hinterlegt, beispielsweise zwei Spieler im 16-Meter-Raum sowie Ball am Elfmeterpunkt für eine Elfmetersituation. In der Auswerteeinheit werden die aktuellen Positionsdaten mit den gespeicherten Merkmalen abgeglichen und somit spieltypische Aktionen erkannt.

Ferner können aus den Positionsdaten die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Sportlers geschätzt werden. Dies ist insbesondere deshalb interessant, da es dem Sportler zum Beispiel Aufschluss geben kann, ob er an seiner Maximalgeschwindigkeit oder besser an seiner Ausdauer arbeiten muss, und wie er sich einen Wettkampf optimal einteilen sollte.

Beim Ski- oder Snowboardfahren kann zum Beispiel die gefahrene Trajektorie und die Anzahl der gefahrenen Rechts- und Linkskurven ermittelt werden. Ferner kann die Zeit zwischen einzelnen Kurven ermittelt werden und dazu dienen, diese Daten mit den Daten anderer Sportler zu vergleichen, oder Fahrfehler zu erkennen.

Obwohl in der vorliegenden Beschreibung ein Sportler mit dem Positionsbestimmungssystem ausgestattet ist, ist es klar, dass das gleiche Verfahren auch auf Objekte anderer Art oder Personen in anderen Zusammenhangen als Sportveranstaltungen anwendbar ist.

So könnte zum Beispiel die Positionsbestimmung mittels Magnetfeldern auch bei der Bestimmung des Weges einer Person in einem Supermarkt verwendet werden. Dazu würden zum Beispiel die Einkaufswagen mit aktiven oder passiven

Positionsbestimmungssystemen, vorzugsweise jedoch mit dem beschriebenen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungssystem ausgestattet werden, da dieses gegen die im Supermarkt unausweichlich auftretenden Verdeckungen weitgehend unempfindlich ist.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit liegt in der Kameraführung oder der Beleuchtungsführung bei Veranstaltungen wie bei Theater oder Konzerten. Dazu würden zum Beispiel die Schauspieler oder Musiker mit aktiven oder passiven Positionsbestimmungssystemen, vorzugsweise jedoch mit dem beschriebenen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungssystem ausgestattet werden, da dieses gegen Störeinflüsse, wie künstliche Beleuchtung oder Schallwellen, unempfindlich ist.

Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines mit Beschleunigungssensoren ausgestatteten Sportlers gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist als eigenständige Erfindung zu werten. Er kann mit den oben und weiter unten erwähnten Aspekten kombiniert sein, jedoch auch alleine verwirklicht sein.

Um eine Bewegungsanalyse eines Sportlers (100) zu ermöglichen, werden darin Beschleunigungssensoren (400) an den Extremitäten des Sportlers (100) angebracht, welche ihre Daten an die mitgeführte oder die zentrale Auswerteeinheit (200) weiterleiten. Aus den Beschleunigungssensoren ist es insbesondere möglich, hochgenau relative Positions- und Geschwindigkeitsveränderungen über kurze Zeitintervalle mittels

Aufintegrieren des Beschleunigungsvektors nach Kompensation der Erdbeschleunigung zu ermitteln. Da zur Kompensation der Erdbeschleunigung die Ausrichtung des Beschleunigungssensors bekannt sein muss, werden zusätzlich dreidimensionale Drehratensensoren oder Sensoren zur Messung des Erdmagnetfeldes verwendet oder alternativ dazu der Sensor so dreidimensional gelagert, dass eine Ausrichtung relativ zur Erdbeschleunigung konstant bleibt, zum Beispiel durch den Einsatz eines Gyroskops.

Somit ist es zum Beispiel möglich, beim Weitsprung oder Hochsprung oder bei Sportarten wie Turnen, ein genaues Abbild der Bewegung zu rekonstruieren und daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten. Im Falle von Hochsprung könnte dies zum Beispiel die Information sein, dass der Sportler zu früh oder zu spät die Beine nach oben schiebt.

Da bei vielen Sportarten nicht nur der Sportler, sondern auch ein Sportgerät von großer Relevanz ist, ist es nötig auch die Bewegung des Sportgerätes und die Interaktion mit dem Sportler zu analysieren.

Daher kann das Sportgerät, beispielsweise ein Ball, mit einem RF-ID-Chip ausgestattet sein. Dieser ermöglicht es, in der Nähe von elektromagnetische Wellen aussendenden und empfangenden Funkeinheiten stattfindende Bewegung zu verfolgen. Die Funkeinheiten können beispielsweise in beweglichen Elementen, wie Pylonen oder auch in stationären Elementen, wie beispielsweise in Torpfosten, verbaut sein.

Dabei wird die Identifikation des im Ball befindlichen Transponders von einem Funkempfänger empfangen und an die zentrale oder mitgeführte Auswerteeinheit weitergeleitet. Dieses Signal kann dann zum Beispiel dazu verwendet werden, die

Bewegung des Balls in der Nähe von Pylonen zu verfolgen, und somit zum Beispiel das

überschreiten einer Torlinie, welche mittels zweier Pylone abgegrenzt ist, zu detektieren.

Die empfangenen Daten können dann von der zentralen Auswerteeinheit benutzt werden, um die Anzahl der gefallenen Tore zu ermitteln.

Wenn die Reichweite des RF-ID-Chips nicht ausreicht, kann der Ball alternativ zum RF- ID-Chip mit einem dreidimensionalen Magnetfeldsensor ausgestattet werden. Dabei wird zur Messung magnetischer Feldlinien vorzugsweise eine Spule verwendet. Alternativ kann auch ein Hall-Sensor, ein Magnetoresistiver-Sensor, ein Josephson-Kontakt oder ahnliches verwendet werden.

Vorzugsweise wird damit das Magnetfeld im Zentrum des Balls gemessen. Um die schwingungsfreie Platzierung des Magnetfeldsensors exakt im Zentrum des Balls zu

gewährleisten kann der Magnetfeldsensor mittels Seilen im Ballmittelpunkt positioniert werden.

Alternativ zur Platzierung der Sensoren in der Mitte des Balls sind in einer bevorzugten Ausgestaltungsform zwei Magnetfeldsensoren vorgesehen.

Figur 6 zeigt dazu eine schematische Darstellung eines Balles mit zwei dreidimensionale Magnetfeldsensoren.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist als eigenständige Erfindung zu werten. Er kann mit den oben und weiter unten erwähnten Aspekten kombiniert sein, jedoch auch alleine verwirklicht sein.

Die Magnetfeldsensoren werden gemäß Figur 6 gegenseitig an der Innenwand des Balls (500) befestigt. Hierbei werden beide Magnetfeldsensoren in Modulscheiben (510) eingegossen, wobei eine Modulscheibe (510a) am Ventil und die andere Modulscheibe (510b) als Gegengewicht auf der gegenüberliegenden Seite angebracht ist.

Die Messwerte beider Sensoren werden dazu benutzt, den zu erwartenden Messwert im Mittelpunkt des Balles (500) zu bestimmen. Dies kann im Falle der Magnetfeldstärke zum Beispiel durch einfache Mittelwertbildung geschehen.

Beide Modulscheiben (510) werden mit Flex-Platinen verbunden. Die Modulscheibe (510a) am Ventil trägt zusätzlich zum Magnetfeldsensor einen Funksender mit Antenne und eine CPU. Auf der gegenüberliegenden Modulscheibe (510b) sitzt der Akku (520), der so angebracht ist, dass er auf der Seite liegt, die in den Ball zeigt.

Um hohe Beschleunigungen zu entschärfen, sitzen beide Modulscheiben auf Gummi- Noppen (530), welche den größten Teil des Impulses absorbieren.

Diese Konfiguration kann auch in einem American-Football verwendet werden. Dort können die Daten der zwei Sensoren noch zusätzlich verwendet werden, um die Orientierung des Balls zu bestimmen.

Der bzw. die Magnetfeldsensoren werden dazu verwendet die Position des Balles auf dem Spielfeld zu bestimmen, indem die von mehreren Spulen erzeugten Magnetfelder gemessen und die Messwerte an die zentrale Auswerteeinheit gesandt werden. Das Senden kann je nach Bedarf in Echtzeit oder nach Zwischenspeicherung im Ball nach einem Anforderungssignal der zentralen Auswerteeinheit erfolgen.

Das Magnetfeld kann entweder durch im Spielfeld oder am Spielfeldrand fest installierte Magnetfeldspulen, oder durch einen mobilen Aufbau bestehend aus in einer Matte oder in Pylonen eingebauten Magnetfeldspulen erzeugt werden. Die Positionsbestimmung erfolgt dann analog zu den oben beschriebenen Verfahren der Positionsbestimmung eines Sportlers.

Aus den Positionsdaten können dann zum Beispiel die Trajektorie, Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Balls errechnet werden.

Femer kann ein im Ball verbauter RF-ID-Chip oder eine im Ball verbaute Spule auch dazu benutzt werden, um Ballkontakte eines Sportlers zu detektieren.

Dabei wird zum Beispiel eine elektromagnetische Signalquelle, vorzugsweise ein Fuksender, am Sportler angebracht. Die vom Funksender ausgesandten Signale regen den im Ball verbauten Transponder an, worauf dieser selbst Signale aussendet. Das empfangene Transpondersigπal wird entweder an die mitgeführte Auswerteeinheit oder zusammen mit einer eindeutigen Identifikation des Sportlers an die zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet.

Alternativ dazu wird der Sportler mit einer Magnetspule ausgestattet, welche ein Magnetfeld einer bestimmten Frequenz erzeugt. Die Magnetfeldspule kann beispielsweise am Schienbeinschoner eines Fußballspielers angebracht sein. Das Magnetfeld kann von dem im Ball verbauten Magnetfeldsensor detektiert werden. Aus der gemessenen Magnetfeldstärke kann der Abstand berechnet werden. Aus der spezifischen Frequenz des Magnetfeldes kann eine eindeutige Identifikation der Spule bestimmt werden. Beide Informationen werden entweder im Ball gespeichert oder an die zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet.

Damit ist es zum Beispiel möglich zu erkennen, welcher Spieler den Ball geschossen hat.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Sportler mit einem Funksender kurzer Reichweite auszustatten, welcher eine eindeutige Kennung an den Ball überträgt. Die Kennung kann vom Ball entweder gespeichert oder direkt an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden, sodass Ballkontakte einem Sportler zugeordnet werden können.

Ferner kann der Ball mit einem Drucksensor ausgestattet werden, welcher die Aktivierung der im Ball befindlichen Magnetfeldsensoren, beispielsweise durch mehrfaches Drücken des Balles, ermöpücht. Ferner kann der Drucksensor dazu

verwendet werden, während des Spielverlaufes den Luftdruck innerhalb des Balles zu kontrollieren und bei Unterschreiten des idealen Luftdrucks ein akustisches oder optisches Warnsignal abzugeben.

Der Einsatz von Drucksensoren ist auch in anderen Sportgeraten von Vorteil zum S Beispiel in Schlägern, wie sie beispielsweise im Eishockey- oder Baseballschläger .verwendet werden.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Sportgerätes mit Drucksensoren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist als eigenständige Erfindung zu werten. Er0 kann mit den oben und weiter unten erwähnten Aspekten kombiniert sein, jedoch auch alleine verwirklicht sein.

Darin werden in einem Eishockeyschläger (600) verbaute Drucksensoren (610) dazu benutzt, zu bestimmen, an welcher Stelle ein Puk (620) den Eishockeyschläger (600) berührt und mit welchem Druck bzw. welcher Schusskraft diese Berührung verknüpft5 war. Diese Information wird dann an die mitgeführtβ oder zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet. Zur Weiterleitung ist der Eishockeyschläger (600) mit einem Funkmodul (630) ausgestattet, wobei Funkmodul (630) per Kabel mit den Drucksensoren verbunden ist.

Analog kann ein Baseballschläger ein Schuh mit Drucksensoren ausgestattet werden. Auch hier wird die Position, an welcher der Ball den Baseballschläger bzw. den Schuh berührt sowie der dabei auftretende Druck, an die mitgeführte oder zentrale Auswerteeinheit weitergeleitet.

Nachdem die Trajektorie des Puks oder Balls mittels eines oben beschriebenen Positionsbestimmungsverfahrens an die zentrale Auswerteeinheit übermittelt worden ist, kann durch die zentrale Auswerteeinheit Feedback gegeben werden, wo der Schläger bzw. der Schuh den Puk oder Ball hätte berühren müssen, um eine optimale Trajektorie zu erreichen. Dieser optimale Berührungspunkt wird dann zum Beispiel in der Form von LEDs (640) am Schläger (600) bzw. Schuh oder auf einem Display der mitgeführten Auswerteeinheit angezeigt.

Dazu wird beispielsweise die Abweichung der ermittelten Trajektorie des Balls oder Puks von einer optimalen Trajektorie berechnet und der Einfluss des Berührungspunktes und des Impulsübertrages auf die Trajektorie ^es Puks oder Balls bestimmt. Aus diesen

Daten wird dann ein optimaler Berührungspunkt und ein optimaler Impulsübertrag errechnet und als Handlungsempfehlung auf dem Sportgerät oder der mitgeführtβn Auswerteeinheit zur Anzeige gebracht.

Ein analoges Verfahren ist auch in einer Sportart wie Basketball von Vorteil, wo der Ball oft unter zu Hilfenahmβ des Bretts in den Korb geworfen wird. Ist die Position des Sportlers und/oder des Balls aus einer der oben beschriebenen Positionsbestimmungsverfahren bekannt, kann eine optimale Trajektorie des Balls berechnet werden und dem Sportler in Form von mittels Flüssigkristallen oder LEDs markierten Bereichen auf dem Brett angezeigt werden.

Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Sportgerätes mit Anzeige eines zu treffenden Bereichs gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung ist als eigenständige Erfindung zu werten. Er kann mit den oben und weiter unten erwähnten Aspekten kombiniert sein, jedoch auch alleine verwirklicht sein.

Darin wird ein Basketballbrett (700) mit mehreren LEDs (710) und einer Funkempfaπgseinheit (720) ausgestattet. Wenn der Spieler (100) mit dem Ball (500) in der Nähe des Basketballbretts (700) steht, wird die Position des Balls (500) mittels eines der oben beschriebenen Verfahren bestimmt. Aus der Position wird von der Auswerteeinheit (200) berechnet, welcher Bereich des Basketballbretts (700) getroffen werden muss, um einen Korb zu werfen. Dieser Bereich wird durch LEDs (710) angezeigt wodurch der Spieler erkennt, wo der Ball das Brett berühren muss.

Zur übertragung des anzuzeigenden Bereichs kann Funk, beispielsweise im 2,4-GHz- Band, zum Einsatz kommen.

Um die Sensoren und die Funkeinheit zur übertragung der gemessenen Daten an die mitgeführte oder zentrale Auswerteeinheit mit Energie zu versorgen, ist das Sportgerät mit einer Batterie ausgestattet. Alternativ dazu kann auch ein Akku, der über eine Induktionsspule wieder aufgeladen werden kann, verwendet werden. Bei der Verwendung von Piezo-Drucksensoren ist es auch möglich, die durch den Druck entstehende elektromagnetische Spannung zur Signalübertragung zu verwenden.

Je nach Bedarf kann die mitgeführte Auswerteeinheit z. B. als tragbarer Minicomputer, als ein mit spezieller Software ausgestattetes Mobiltelefoπ oder als PDA ausgestaltet

sein, während die zentrale Auswerteeinheit typischerweise als Laptop oder PC ausgestaltet ist.

Die zentrale Auswerteeinheit ist in der Lage, alle gemessenen Daten zusammenzuführen, und in einer Form ähnlich eines Computerspieles darzustellen.

Figur 9 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Anzeige auf einer zentralen Auswerteeinheit gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung.

Darin wird ein Abbild einer Sportveranstaltung in Form animierter Figuren (800) dargestellt, die sich wie die entsprechenden realen Sportler (100) über die virtuelle Sportstätte (900) bewegen. Dabei kann jederzeit ein Sportler ausgewählt werden (810), worauf weitere Daten zur Verfügung gestellt werden. Dies können insbesondere Daten über Bewegungsmuster sein, wie beispielsweise gelaufener Weg, Sprungweite, Geschwindigkeit, oder auch Beschleunigung der Bewegung oder einzelner Gliedmassen oder Interaktionsmuster wie beispielsweise Schuss, Wurf oder Schlag eines Balls, Puks oder irgendeines anderen Sportgeräts.

Ferner ist es möglich das berechnete Bewegungs- oder Interaktionsmuster mit gespeicherten Bewegungs- oder Interaktionsmustern zu vergleichen und Abweichungen auf dem Display der Auswerteeinheit darzustellen. Die Abweichungen der Interaktionsmuster können insbesondere Unterschiede in der Schuss-, Wurf,- oder Schlaghärte, sowie unterschiedliche Berührungspunkte zwischen beispielsweise Schuh und Ball oder Schläger und Ball oder Puk aufzeigen. Ferner kann auch der Unterschied in der Anzahl der Berührungen zwischen Sportler und Sportgerät zur Anzeige kommen.

Die vorhandene Information kann ferner dazu genutzt werden, um ein Computerspiel mit Leistungsdaten der Sportler zu versorgen, um dadurch die Spielfiguren mit echten Daten auszustatten und damit realer wirken zu lassen bzw. den Spielreiz zu erhöhen. Dazu werden die ermittelten Daten an einen Computer gesendet, der die Daten in einer Datenbank speichert. Die Daten in der Datenbank können dann von einem Computerspiel genutzt werden, um die Fähigkeiten von im Computerspiel vorgesehenen virtuellen Sportlern festzulegen. Ferner können die Daten dazu benutzt werden, die Interaktionsmöglichkeit zwischen Sportler und einem oder mehreren Sportgeräten festzulegen.