WO2023023680A1 - Am körper tragbares gerät, insbesondere handgerät - Google Patents

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    • G01S7/51—Display arrangements

Definitions

  • Device wearable on the body in particular hand-held device
  • the invention relates to a device that can be worn on the body, in particular a hand-held device, for visualizing a distance from a reference object using at least one marking, a method for visualizing a distance from a reference object using at least one marking using a device that can be worn on the body, in particular a hand-held device, a computer program (in particular app) for carrying out the method and a data signal for transmission of the computer program.
  • a preferred application of the invention is in the field of ball sports, in particular football.
  • the following explanations therefore deal primarily with this possible application of the invention.
  • the invention is suitable for all applications in which it is important to quickly and precisely determine and mark a distance from a reference object.
  • GB 2 401231 A shows a hand-held device for measuring the distance from a specific point to a reference object in the form of a soccer ball and for detecting another object between said point and the reference object, and a visualization device for visualizing the distance determined by the distance determination device.
  • the object of the invention is to provide a device that can be worn on the body, in particular a hand-held device, for visualizing a distance from a reference object by means of at least one marking and a method for visualizing a distance from a reference object by means of at least one marking using a device that can be worn on the body, in particular a hand-held device , in which a rapid, accurate and objective It is possible to determine the distance to the reference object, which can be easily integrated into the referee's process.
  • a device according to the invention that can be worn on the body, in particular a hand-held device, has at least:
  • An image capturing device for capturing at least one image of the reference object
  • an object recognition device which automatically identifies the reference object in the at least one image captured by the image capture device
  • a distance determination device for determining the distance in relation to the reference object identified by the object recognition device
  • a visualization device for visualizing the distance determined by the distance determination device by means of at least one marking as a function of the distance determined by the distance determination device
  • the reference object is automatically identified in the captured at least one image by an object recognition device
  • the distance is determined in relation to the reference object identified by the object recognition device
  • the distance determined by the distance determining device is visualized by means of at least one marking
  • the at least one marking can be, for example, a laser line projected onto the ground and/or a (virtual) marking on a display.
  • an object detection device for automatically detecting the reference object and determining the distance in relation to the reference object identified by the object detection device objectifies the measurement of the distance because it is no longer important for the operator to detect the reference object precisely.
  • the invention is used where a further action takes place at a defined target distance from a reference object, e.g. B. the formation of the wall mentioned above.
  • the defined target distance is preferably editable.
  • the device that can be worn on the body is always referred to as a "handheld device" for the sake of simplicity.
  • the operator moves either away from or towards the reference object and points the hand-held device at the reference object to measure the distance.
  • the tolerance range can preferably be edited.
  • the distance determination device has at least one laser diode for emitting laser signals and a receiving unit for receiving laser signals reflected by the reference object, and the distance determination device is configured to determine the distance to the reference object by a transit time measurement or laser interferometry. The distance is determined by hitting a laser point on the reference object.
  • the hand-held device when the hand-held device is switched on, the distance is measured by means of a continuous measurement.
  • the hand-held device is equipped with an object recognition device, which detects and detects the previously trained reference object that recurs in the application and aligns the laser point to the reference object for distance measurement relevant distances (this is the case, for example, for the solid state sensors).
  • Visualization takes place through an optical marking on the floor using a laser diode.
  • the laser point produced is preferably fanned out onto a line with the aid of a cylindrical lens.
  • the laser diode only projects a laser line if it is at a predetermined angle (e.g. from about 4° to about 10° ) is held to ensure that the laser line is pointing to the ground.
  • a predetermined angle e.g. from about 4° to about 10°
  • the laser line is pivotable in a range of 90°, so that it already indicates the position of a predetermined target distance while the operator is moving.
  • the laser line remains fixed on the ground - only the operator moves.
  • the hand-held device can be designed in the form of an independent device that integrates all the devices required for operation in a common housing.
  • the hand-held device is designed in the form of a smartphone, tablet or an augmented reality device (eg in the form of glasses) configured by means of the computer program (eg an app).
  • a device not per se present in such a device such as the laser diode mentioned, a LIDAR arrangement discussed below, or a holder for a marking spray can be provided in the form of an attachment.
  • the image capture device can function in different ways. For example, it can have an optical camera and/or a LIDAR sensor. developments in the area LIDAR are increasing. Driven primarily by the automotive industry, they are being used more and more in measurement systems. Among other things, so-called solid state sensors are used. Examples of this are the "Velabit” or “Velarray” lidar sensors from Velodyne or "OS0" from Ouster. The latest generations of distance imaging systems, in which LIDAR sensors are integrated into smartphones and tablets, are already available.
  • the image capturing device has at least one optical camera and if it is configured to record at least one color image and one distance image, the following sequence and mode of operation can be provided (example based on a wall to be built in a free-kick situation):
  • the referee is more than 9.15 meters away from the ball and is holding the smartphone camera in the direction of the ball - The ball and a distance of 9.15 m must be in the field of view of the camera.
  • - Line is displayed visually (camera image or laser line on the ground) and optionally there is a vibration signal, since an acoustic signal may not be heard in the stadium.
  • the referee notes the position of the line by looking at a turf or by putting his foot down with his toes.
  • the images and depth information are recorded and analyzed per frame, which describes the number of images per second.
  • Commercially available smartphones of the upscale category generate e.g. B. 60 frames per second.
  • Distance images and color images are recorded simultaneously if possible. In many cases, the device manufacturers already provide
  • the ball is detected by the object recognition device in the color image, which z. B. using machine learning (e.g. AI-based segmentation and classification).
  • machine learning e.g. AI-based segmentation and classification
  • each depth point is transformed into the 2D pixel coordinate system of the color camera with the help of a transformation.
  • 3D points that fall within the area of the ball in the 2D color image are then corresponding 3D points of the ball. This is done by transforming the individual 3D points into pixel points. If necessary, the calibration parameters of the camera system are used for this.
  • the distance from the smartphone to the ball can now be determined.
  • the use of multiframes is provided, ie several frames are used as the output variable, whose result is averaged.
  • This variant is advantageous if the data quality of the hardware (e.g. lidar sensor) is not sufficient.
  • the individual frames must be prompt, e.g. B. within a second, recorded and superimposed on each other.
  • a so-called "trajectory approach” takes place.
  • the prerequisite is hardware that supplies information regarding orientation and movement.
  • Commercially available tablets of the upper category are equipped accordingly.
  • Such a device records this information and thus transmits position and orientation information - trajectory / Pose Pose is the device's current own position and orientation at any point in time in space.
  • the referee is close to the ball and points the smartphone/tablet camera towards the ball.
  • the referee moves away from the ball -
  • the smartphone/tablet points diagonally forward or to the ground.
  • the reference line is displayed.
  • the distance is determined in the same way as in one of the variants mentioned above. - In addition, information on the 3D position of the ball in the distance image and the current device pose are recorded.
  • the current position is calculated immediately and displayed relative to the position of the ball.
  • the reference line is displayed.
  • image-based 3D data is generated: color images recorded by the camera in continuous mode are processed and evaluated by means of image processing. With the help of "structure for motion", 3D information is obtained from the images by overlapping offset images.
  • the relevant parameter the opening angle of the camera
  • an automatic object recognition of the following form through the object recognition device.
  • the ball whose shape and size have been learned or stored in advance, is recognized as such and the distance to this is determined via the linear change in size.
  • Another way of determining the distance is to calculate the trajectory using pixels to determine the distance using fixed image structures (good feature to track) or by triangulation.
  • the referee should be shown the exact position of the wall at a distance of 9.15 meters from the ball. This can be done in two ways, for example, when using a smartphone, tablet or AR glasses: Visualization option 1: smartphone plus app plus line laser attachment
  • the line at a distance is created using an attachment.
  • the attachment is connected to the smartphone via the respective mechanical interfaces Micro-USB, USB-C, Lightning socket or similar.
  • At least one laser diode is placed in the attachment, which is designed, if necessary using a cylindrical lens, to emit a marking on the ground in the form of a laser line.
  • Visualization option 2 smartphone plus app plus projection of a virtual line into the live camera image
  • a virtual line showing the defined distance to the ball is projected into the live camera image.
  • the area around the ball is extracted from the depth image and accepted as the reference surface, in order to then calculate the virtual line as a marking in the 3D image and project it into the color image via extrinsic and intrinsic. If the distance between the referee and the ball is still too small for the line to come into view, information on the display will navigate accordingly.
  • Embodiments of the invention are discussed with reference to FIGS. 1 to 8.
  • Figure 1 shows the use of a hand-held device 1 for visualizing a distance from a reference object 2 in the form of a soccer ball using at least one marking 3.
  • an object recognition device which automatically identifies the reference object in the at least one image captured by the image capture device; this is configured in the evaluation unit 10
  • a distance determination device for determining the distance in relation to the reference object identified by the object detection device, this is formed by one of the laser light sources 6, the transmitting optics 7, a receiving unit 9 for receiving reflected laser signals 8 and the evaluation unit 10
  • a target distance and a tolerance range can be entered or edited via the control panel 11 .
  • Figure 4 shows a variant using a color image and a range image system per frame as described above.
  • FIG. 5 shows a variant using a trajectory approach as described above.
  • FIG. 6 shows a variant using a smartphone 14 with a projection of a virtual reference line 19 in a live camera image as described above. Both the reference object 2 in the form of the real soccer ball and the ball 17 in the live image on the display 12 of the smartphone can be seen.
  • Figures 7a and 7b show a variant using a smartphone 14 and an attachment 15 for contacting by means of a mechanical interface 16 to generate a reference line 19 on the ground in the form of a laser line.

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Abstract

Am Körper tragbares Gerät, insbesondere Handgerät (1), zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt (2) mittels wenigstens einer Markierung (3), umfassend: - eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Bildes des Referenzobjekts (2), - eine Objekterkennungseinrichtung, welche das Referenzobjekt im von der Bilderfassungseinrichtung erfassten wenigstens einen Bild selbsttätig identifiziert, - eine Distanzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt, - eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels wenigstens einer Markierung (3) in Abhängigkeit von der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz.

Description

Am Körper tragbares Gerät, insbesondere Handgerät
Die Erfindung betrifft ein am Körper tragbares Gerät , insbesondere Handgerät , zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt mittels wenigstens einer Markierung, ein Verfahren zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt mittels wenigstens einer Markierung unter Verwendung eines am Körper tragbaren Geräts , insbesondere Handgeräts , ein Computerprogramm ( insbesondere App ) zur Durchführung des Verfahrens und ein Datensignal zur Übertragung des Computerprogramms .
Ein bevorzugter Einsatz zweck der Erfindung liegt auf dem Gebiet des Ballsports , insbesondere des Fußballspiels . Nachfolgende Erläuterungen gehen daher primär auf diese Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ein . Die Erfindung ist allerdings für alle Anwendungen geeignet , bei denen es darauf ankommt , schnell und genau eine Distanz von einem Referenzobj ekt zu bestimmen und zu markieren .
Während eines Fußballspiels kann es aus verschiedenen Gründen erforderlich sein, eine genaue Distanz von einem Referenzobjekt in Form des Fußballs zu bestimmen .
Ein Beispiel stellt die Situation eines vom Schiedsrichter einer der beiden Mannschaften gewährten Freistoßes dar, bei welchem es der anderen Mannschaft gestattet ist , zur Abwehr eines Torerfolges des Freistoßschützes durch Aufstellen in einem bestimmten Mindestabstand zum Ball eine sogenannte „Mauer" zu bilden . Derzeit beträgt dieser Mindestabstand 9 , 15 Meter ( entspricht 10 yards ) . Im Fußball geht es um viel Geld und Standardsituationen wie der Freistoß werden immer relevanter, um enge Spiele zu entscheiden . Eine Unterstützung des Schiedsrichters zur möglichst objektiven und schnellen Bestimmung dieses Mindestabstands ist bereits seit langem Ziel der technischen Entwicklung.
So zeigt GB 2 401231 A ein Handgerät zur Messung der Distanz von einem bestimmten Punkt zu einem Referenzobjekt in Form eines Fußballes und zur Erkennung eines weiteren Objekts zwischen dem besagten Punkt und dem Referenzobjekt sowie einer Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz.
Ähnliche Handgeräte gehen aus WO 2013 108 003 A1 und WO 2020 014 694 A1 hervor.
Problematisch am Stand der Technik ist die Tatsache, dass die Genauigkeit der durch das Handgerät bestimmten Distanz zum Referenzobjekt wesentlich von einer genauen Erfassung des Referenzobjekts durch einen Bediener des Handgeräts abhängt. Diese genaue Erfassung ist zum einen über die Distanz sehr problematisch, wenn man bedenkt, dass der Schiedsrichter dieses in der Hand hält und dabei sein Puls oftmals weit über dem Ruhepuls liegt. Wird das Referenzobjekt vom Bediener nicht genau erfasst, kann es mitunter zur Visualisierung einer falsch bestimmten Distanz kommen. Ebenso ist die Anwendung in der Praxis verhältnismäßig aufwändig, dauert zu lange und ist für den Bediener mühsam. Das Ergebnis der Messung ist also vom Bediener abhängig und daher subjektiv beeinflusst.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines am Körper tragbaren Geräts, insbesondere Handgeräts, zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt mittels wenigstens einer Markierung und eines Verfahrens zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt mittels wenigstens einer Markierung unter Verwendung eines am Körper tragbaren Geräts, insbesondere Handgeräts, bei welchen eine rasche, genaue und objektive Bestimmung der Distanz zum Referenzobjekt möglich ist, welches in den Ablauf des Schiedsrichters einfach integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein am Körper tragbares Gerät, insbesondere Handgerät, mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13, ein Computerprogramm nach Anspruch 14 und ein Datensignal nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der abhängigen Ansprüche definiert.
Ein erfindungsgemäßes am Körper tragbares Gerät, insbesondere Handgerät, weist wenigstens auf:
- eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Bildes des Referenzobjekts
- eine Objekterkennungseinrichtung, welche das Referenzobjekt im von der Bilderfassungseinrichtung erfassten wenigstens einen Bild selbsttätig identifiziert
- eine Distanzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt
- eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels wenigstens einer Markierung in Abhängigkeit von der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz
Bei einem erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren ist vorgesehen, dass
- wenigstens ein Bild des Referenzobjekts erfasst wird
- das Referenzobjekt im erfassten wenigstens einen Bild durch eine Objekterkennungseinrichtung selbsttätig identifiziert wird
- die Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt bestimmt wird
- eine Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels wenigstens einer Markierung erfolgt Bei der wenigstens einen Markierung kann es sich beispielsweise um eine auf den Boden projizierte Laserlinie und/oder um eine (virtuelle) Markierung auf einem Display handeln.
Der Einsatz einer Objekterkennungseinrichtung zum selbsttätigen Erfassen des Referenzobjekts und die Bestimmung der Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt objektivieren die Messung der Distanz, weil es nun nicht mehr auf eine genaue Erfassung des Referenzobjekts durch den Bediener ankommt.
Grundsätzlich findet die Erfindung dort Anwendung, wo bei einer definierten Zieldistanz zu einem Referenzobjekt eine weitere Aktion stattfindet, z. B. die Bildung der oben erwähnten Mauer. Bevorzugt ist die definierte Zieldistanz editierbar.
Im Folgenden wird das am Körper tragbares Gerät der Einfachheit halber stets als „Handgerät" bezeichnet.
Der Bediener bewegt sich entweder vom Referenzobjekt weg oder zu diesem hin und richtet das Handgerät zur Entfernungsmessung auf das Referenzobjekt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich das Handgerät beim Einschalten in einem Dauermessmodus befindet, sodass eine Veränderung der Distanz durch die Bewegung des Bedieners live visualisiert, z. B. an einem Display abgelesen, werden kann z., B. in Form „xy cm to target" ..
Es kann vorgesehen sein, dass in Bezug auf eine vorgegebene oder vorgebbare Zieldistanz ein Toleranzbereich definiert ist. Befindet sich der Bediener im definierten Toleranzbereich, wird die Visualisierungsvorrichtung aktiv, z. B. schaltet wird als Markierung eine Laserlinie sichtbar oder eine virtuelle Markierung erscheint auf dem Display, welche die aktuelle Position des Handgeräts auf dem Boden markiert. Bevorzugt erhält der Bediener akustisch (Ton) und/oder visuell (Laserlinie blinkt, oder farbliche Darstellung auf dem Display) eine Information über die Nähe zur Zielentfernung. Ist die Zielentfernung erreicht, wird dies ebenfalls auf gleichem Wege signalisiert. Der Toleranzbereich lässt sich bevorzugt editieren.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Distanzbestimmungsvorrichtung wenigstens eine Laserdiode zur Abgabe von Lasersignalen und eine Empfangseinheit zum Empfang von vom Referenzobjekt reflektierter Lasersignale aufweist und die Distanzbestimmungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Distanz zum Referenzobjekt durch eine Laufzeitmessung oder Laserinterferometrie zu bestimmen. Die Entfernung wird dabei durch Auftreffen eines Laserpunktes auf dem Referenzobjekt ermittelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Einschalten des Handgeräts die Entfernungsmessung mittels Dauermessung erfolgt. Zur einfachen und objektiven Erfassung des Referenzobjektes ist das Handgerät mit einer Objekterkennungseinrichtung ausgestattet, welche das vorab trainierte und im Anwendungsfall wiederkehrende Referenzobjekt erkennt, erfasst und den Laserpunkt zur Entfernungsmessung auf das Referenzobjekt ausrichtet Wenn der Laser ein Raster abfährt, könnte hier auch die für das Objekt relevanten Entfernungen ausgewählt werden (das ist z.B. für die Solid State Sensoren der Fall). Eine Visualisierung erfolgt durch eine optische Markierung auf dem Boden mit Hilfe einer Laserdiode. Dabei wird bevorzugt der erzeugte Laserpunkt mit Hilfe einer Zylinderlinse auf eine Linie aufgefächert . Um die Sicherheit von in der Nähe stehenden Personen nicht zu gefährden, kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass die Laserdiode nur dann eine Laserlinie projiziert, wenn sie in einem vorbestimmten Winkel (z. B. von etwa 4° bis etwa 10°) gehalten wird und somit sichergestellt ist, dass die Laserlinie auf den Boden zeigt.
In einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Laserlinie in einem Bereich von 90° schwenkbar angeordnet ist, sodass sie die Position einer vorbestimmten Zieldistanz bereits während der Bewegung des Bedieners anzeigt. Dabei bleibt die Laserlinie am Boden fixiert - nur der Bediener bewegt sich.
Es kann vorgesehen sein, dass sich das Handgerät nach einer vorgegebenen Zeit, z. B. eine Minute nach dem Einschalten automatisch wieder ausschaltet.
Grundsätzlich kann das Handgerät in Form eines eigenständigen Geräts ausgebildet sein, welches alle für den Betrieb erforderlichen Vorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse integriert .
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Handgerät in Form eines mittels des Computerprogramms (z. B. einer App) konfigurierten Smartphones, Tablets oder einer Augmented-Reality-Einrichtung (z. B. in Form einer Brille) ausgebildet ist. Eine an sich nicht bei einem solchen Gerät vorhandene Vorrichtung, wie beispielsweise die erwähnte Laserdiode, eine weiter unten diskutierte LIDAR-Anordnung oder eine Halterung für einen Markierspray kann in Form eines Aufsatzes bereitgestellt werden.
Die Bilderfassungseinrichtung kann auf unterschiedliche Weise funktionieren. Sie kann beispielsweise eine optische Kamera und/oder einen LIDAR-Sensor aufweisen. Entwicklungen im Bereich LIDAR nehmen zu. Vor allem getrieben von der Fahrzeugindustrie finden sie immer mehr Einsatz in Messsystemen. Zum Einsatz kommen dabei unter anderem sogenannte Solid State Sensoren. Als Beispiele dazu lassen sich die Lidar Sensoren „Velabit" oder „Velarray" von Velodyne oder „OS0" von Ouster nennen. Entfernungsbildsysteme, bei denen LIDAR Sensoren in Smartphones und Tablets integriert werden, sind aktuell schon in den neuesten Generationen verfügbar.
Im nachfolgenden werden unterschiedlichen Funktionsweisen anhand eines mittels des Computerprogramms (App) konfigurierten Smartphones erläutert, welches über die App ein Live-Kamerabild anzeigt, dessen Inhalte analysiert, ausgewertet und visualisiert werden. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, denn es kann vorgesehen sein, dass ein nur für diesen Anwendungszweck zu verwendendes Handgerät bereitgestellt wird.
Weist die Bilderfassungseinrichtung wenigstens eine optische Kamera auf und ist sie zur Aufnahme wenigstens eines Farbbildes und eines Entfernungsbildes konfiguriert, können (beispielhaft anhand einer zu bildenden Mauer in einer Freistoßsituation) folgender Ablauf und folgende Funktionsweise vorgesehen sein:
Ablauf:
- Der Schiedsrichter hat sich mehr als 9,15 Meter vom Ball entfernt und hält die Kamera des Smartphone in Richtung Ball - Ball samt Abstand von 9,15m müssen im Blickfeld der Kamera sein.
- Linie wird visuell angezeigt (Kamerabild oder Laserlinie am Boden) und optional erfolgt ein Vibrationssignal, da man ein akustisches Signal im Stadion eventuell nicht hört.
- Schiedsrichter merkt sich die Position der Linie anhand einer Grasnarbe oder durch Abstellen des Fußes mit der Fußspitze.
- Schiedsrichter markiert dort die Position der Mauer. Funktionsweise:
Die Aufzeichnung und Analyse der Bilder und Tiefeninformationen erfolgt pro Frame, was die Anzahl Bilder pro Sekunde beschreibt. Handelsübliche Smartphones der gehobenen Kategorie erzeugen z. B. 60 Bilder pro Sekunde. Entfernungsbilder und Farbbilder werden dabei möglichst gleichzeitig aufgenommen. In vielen Fällen stellen die Devicehersteller bereits
Softwareschnittstellen zur Verfügung, die direkt kolorisierte Tiefenbilder liefern.
- Anschließend wird der Ball durch die Objekterkennungseinrichtung im Farbbild detektiert, was z. B. mittels maschinellem Lernen (z. B. KI basierte Segmentierung und Klassifizierung) durchgeführt werden kann.
Im Anschluss werden alle für das Objekt relevanten 3D Punkte im Tiefenbild bestimmt. Hierfür wird jeder Tiefenpunkt mit Hilfe einer Transformation in das 2D Pixelkoordinatensystem der Farbkamera transformiert. 3D Punkte, die in den Bereich des Balles im 2D Farbbild fallen, sind dann entsprechende 3D Punkte des Balles. Dies erfolgt durch Transformation der einzelnen 3D Punkte in Pixelpunkte. Hierfür werden, wenn notwendig, die Kalibrierungsparameter des Kamerasystems herangezogen.
- Es kann vorgesehen sein, dass eine Plausibilitätsprüfung der Punkte in Nachbarschaft in Bezug auf einen definierten Range (z. B. nearest neigbour - statistische Auswertung) erfolgt, z. B. unter Verwendung eines Outlier Filters.
- Mithilfe der Mittelung der Entfernungspunkte bzw. mit Hilfe von statistischer Auswertung kann nun der Abstand von Smartphone zum Ball ermittelt werden.
- Referenzlinie wird am Boden (falls ein entsprechender Aufsatz vorhanden ist) und/oder am Smartphone angezeigt.
Bei einer Variante ist die Verwendung von Multiframes vorgesehen, d. h. es werden als Ausgangsgröße mehrere Frames herangezogen, deren Ergebnis gemittelt wird. Diese Variante ist dann vorteilhat, wenn die Datenqualität der Hardware (z. B. Lidar Sensor) nicht ausreichend ist. Die einzelnen Frames müssen in diesem Fall zeitnah, z. B. innerhalb einer Sekunde, aufgenommen werden und übereinander gelegt aufeinander liegen.
Bei einer weiteren Variante erfolgt ein sogenannter „Trajectory Ansatz". Voraussetzung ist eine Hardware, die Informationen hinsichtlich Ausrichtung und Bewegung liefert. Handelsübliche Tablets der gehobenen Kategorie sind entsprechend ausgestattet. Ein solches Gerät erfasst diese Informationen und übermittelt somit Position- und Orientierungsinformation - Trajectory / Pose. Pose ist die aktuelle eigene Position und Orientierung des Gerätes zu jedem Zeitpunkt im Raum.
Ablauf bei dieser Variante:
- Der Schiedsrichter befindet sich in der Nähe des Balls und hält die Kamera des Smartphones/Tablets in Richtung Ball.
- Schiedsrichter entfernt sich von Ball - Smartphone/Tablet zeigt schräg nach vorne oder auf den Boden.
- Sobald die Kamera in den Abstandsbereich blickt, wird die Referenzlinie angezeigt.
- Referenzlinie bleibt trotz Bewegung des Schiedsrichters immer auf der gewünschten Position.
- Schiedsrichter nähert sich exakt der eingeblendeten Referenzlinie und markiert dort die Position der Mauer.
Funktionsweise dieser Variante:
- Sobald die Kamera den Ball erfasst, wird dessen Position im Koordinatensystem (3D Koordinaten) erkannt.
- Die Entfernungsbestimmung erfolgt gleich wie in einer der vorgenannten Varianten. - Zusätzlich werden Informationen zur 3D Position des Balles im Entfernungsbild und die aktuelle Geräte-Pose erfasst.
- Es erfolgt die unmittelbare Berechnung der aktuellen Position und relative Anzeige zur Position des Balles.
- Anhand der ermittelten relativen Position zum Ball wird die Referenzlinie angezeigt.
Bei einer weiteren Variante erfolgt eine Generierung imagebasierter 3D Daten: Durch die Fotokamera im Dauermodus aufgenommenen Farbbilder werden mittels Bildverarbeitung aufbereitet und ausgewertet. Mit Hilfe von „structure for motion" werden aus den Bildern 3D Informationen durch Überlappung versetzter Bilder gewonnen.
Da der relevante Parameter, der Öffnungswinkel der Kamera, bekannt ist, besteht die Möglichkeit durch die Objekterkennungseinrichtung eine automatische Objekterkennung der folgenden Form zu nutzen. Der Ball, dessen Form und Größe vorab gelernt oder hinterlegt wurden, wird als solcher erkannt und die Distanz zu diesem über die lineare Größenänderung ermittelt.
Eine andere Möglichkeit der Ermittlung der Entfernung ist die Berechnung der Trajectory über Bildpunkte zur Bestimmung der Entfernung anhand von fixen Bildstrukturen (good feature to track) oder durch Triangulierung.
Für alle Varianten gilt:
Nachdem der Ball erfasst, seine Position definiert und die Entfernung zur aktuellen Position bestimmt wurde, soll dem Schiedsrichter die exakte Position der Mauer in 9,15 Meter Abstand zum Ball angezeigt werden. Dies kann bei Verwendung eines Smartphones, eines Tablets oder einer AR-Brille beispielsweise durch zwei Arten erfolgen: Visualisierung Möglichkeit 1: Smartphone plus App plus Aufsatz Linienlaser
Entfernungsmessung gemäß eine der vorgenannten Varianten. Die Linie im Abstand wird über einen Aufsatz erzeugt. Der Aufsatz wird über die jeweiligen mechanischen Schnittstellen Micro-USB, USB-C, Lightning Buchse oder ähnliches mit dem Smartphone verbunden. Im Aufsatz ist wenigstens eine Laserdiode platziert, welche ggf. unter Verwendung einer Zylinderlinse zur Abgabe einer Markierung am Boden in Form einer Laserlinie ausbildet ist.
Visualisierung Möglichkeit 2: Smartphone plus App plus Projizierung einer virtuellen Linie ins Live-Kamerabild
Entfernungsmessung gemäß eine der vorgenannten Varianten. Es wird eine virtuelle Linie, die den definierten Abstand zu Ball anzeigt, in das Live-Kamerabild projiziert. Dabei wird der Bereich um den Ball herum aus dem Tiefenbild extrahiert und als die Referenzfläche angenommen um dann die virtuelle Linie als Markierung im 3D Bild zu berechnen und über extrinsik und intrinsic ins Farbbild zu projizieren. Ist der Abstand des Schiedsrichters zum Ball noch zu gering, um die Linie ins Sichtfeld kommen zu lassen, so wird er durch Informationen auf dem Display entsprechend navigiert.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Figuren 1 bis 8 diskutiert .
Figur 1 zeigt den Einsatz eines Handgeräts 1, zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt 2 in Form eines Fußballes mittels wenigstens einer Markierung 3.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 4 vorgesehen: - eine Bilderfassungseinrichtung (Empfangseinheit 9) zum Erfassen wenigstens eines Bildes des Referenzobjekts 2 mit einer optischen Kamera
- eine Objekterkennungseinrichtung, welche das Referenzobjekt im von der Bilderfassungseinrichtung erfassten wenigstens einen Bild selbsttätig identifiziert, diese ist in der Auswerteeinheit 10 ausgebildet
- eine Distanzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt, diese wird durch eine der Laserlichtquellen 6, die Sendeoptik 7, eine Empfangseinheit 9 zum Empfang reflektierter Lasersignale 8 und die Auswerteeinheit 10 gebildet
- eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels einer Referenzliniel9, welche von der Laserlichtquelle 6 in Verbindung mit der Zylinderlinse 13 erzeugt wird
Über das Bedienfeld 11 können eine Zieldistanz und ein Toleranzbereich eingegeben oder editiert werden.
Figur 4 zeigt eine Variante unter Verwendung eines Farbbildes und eines Entfernungsbildsystems pro Frame wie oben beschrieben.
Figur 5 zeigt eine Variante unter Verwendung eines Trajectory- Ansatzes wie oben beschrieben.
Figur 6 zeigt eine Variante unter Verwendung eines Smartphones 14 mit Projektion einer virtuellen Referenzlinie 19 in einem Live- Kamerabild wie oben beschrieben. Erkennbar sind sowohl das Referenzobjekt 2 in Form des realen Fußballes als auch der Ball 17 im Live-Bild auf dem Display 12 des Smartphones. Figuren 7a und 7b zeigen eine Variante unter Verwendung eines Smartphones 14 und eines Aufsatzes 15 zur Kontaktierung mittels einer mechanischen Schnittstelle 16 zur Erzeugung einer Referenzlinie 19 am Boden in Form einer Laserlinie.
BezugsZeichen:
1 Handgerät
2 Referenzobjekt
3 Markierung
4 Gehäuse
5 Gehäuseöffnung
6 Laserlichtquelle
7 Sendeoptik
8 reflektierte Lasersignale
9 Empfangseinheit
10 Auswerteeinheit
11 Bedienfeld
12 Display
13 Zylinderlinse
14 Smartphone
15 Aufsatz
16 mechanische Schnittstelle
17 Referenzobjekt in Live-Bild auf Display
18 Abstandsanzeige
19 Referenzlinie

Claims

Patentansprüche :
1.Am Körper tragbares Gerät, insbesondere Handgerät (1), zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt (2) mittels wenigstens einer Markierung (3), umfassend: eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen wenigstens eines Bildes des Referenzobjekts (2) eine Objekterkennungseinrichtung, welche das Referenzobjekt im von der Bilderfassungseinrichtung erfassten wenigstens einen Bild selbsttätig identifiziert eine Distanzbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt eine Visualisierungsvorrichtung zur Visualisierung der durch die Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels wenigstens einer Markierung (3) in Abhängigkeit von der durch die Distanzbestimmungs-vorrichtung bestimmten Distanz.
2. Gerät nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die
Objekterkennungseinrichtung dazu konfiguriert ist, das Referenzobjekt (2) mittels maschinellem Lernen zu identifizieren.
3. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinrichtung wenigstens eine optische Kamera und/oder einen LIDAR-Sensor umfasst.
4. Gerät nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Bilderfassungseinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Farbbildes und/oder eines Entfernungsbildes konfiguriert ist.
5. Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät eine Vorrichtung zur Ermittlung von Position und Orientierung des Geräts aufweist und die Distanzbestimmungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Distanz zum Referenzobjekt (2) unter Berücksichtigung der Position und Orientierung des Handgeräts (1) zu bestimmen. Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bilderfassungseinrichtung dazu konfiguriert ist, 3D Informationen aus den erfassten Bildern zu gewinnen und die Distanzbestimmungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Distanz zum Referenzobjekt (2) durch Berechnung einer scheinbaren Größenänderung des Referenzobjekts (2) zu bestimmen. Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Distanzbestimmungseinrichtung wenigstens eine Laserlichtquelle (6), bevorzugt Laserdiode, zur Abgabe von Lasersignalen und eine Empfangseinheit (9) zum Empfang von vom Referenzobjekt (2) reflektierter Lasersignale (8) aufweist und die Distanzbestimmungsvorrichtung bevorzugt dazu konfiguriert ist, die Distanz zum Referenzobjekt (2) durch eine Laufzeitmessung oder Laserinterferometrie zu bestimmen. Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Visualisierungsvorrichtung zur Abgabe eines linienförmigen Lasersignals ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die
Visualisierungsvorrichtung nur dann eine Laserlinie projiziert, wenn das Handgerät (1) in einem vorbestimmten Winkel gehalten wird und somit sichergestellt ist, dass die Laserlinie auf den Boden zeigt. Gerät nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Laserlinie in einem Bereich von 90° schwenkbar angeordnet ist, sodass sie die Position einer vorbestimmten Zieldistanz bereits während einer Bewegung des Bedieners anzeigt.
. Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät ein Display aufweist, über welches von der Bilderfassungseinrichtung erfasste Bilder darstellbar sind und die Visualisierungsvorrichtung zur Erzeugung einer virtuellen Markierung auf dem Display (12) konfiguriert ist. . Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät in Form eines dedizierten Gerätes, eines Smartphones, eines Tablets oder einer am Körper tragbaren Augmented-Reality-Einrichtung ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Visualisierungsvorrichtung zur Abgabe eines linienförmigen Lasersignals ausgebildet und in Form eines am Smartphone, Tablet oder der Augmented-Reality- Einrichtung befestigbaren Aufsatzes (15) ausgebildet ist, oder die Visualisierungsvorrichtung im Smartphone, Tablet oder der Augmented-Reality-Einrichtung ausgebildet ist und zur Erzeugung einer virtuellen Markierung auf einem Display des Smartphones (14), Tablets oder der Augmented-Reality- Einrichtung konfiguriert ist . Gerät nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gerät zumindest eine Halterung für andere Gegenstände, vorzugsweise für einen Markierspray aufweist. . Computerimplementiertes Verfahren zur Visualisierung einer Distanz von einem Referenzobjekt (2) mittels wenigstens einer Markierung (3) unter Verwendung eines Geräts, insbesondere eines Geräts nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: wenigstens ein Bild des Referenzobjekts (2) erfasst wird das Referenzobjekt im erfassten wenigstens einen Bild durch eine Objekterkennungseinrichtung selbsttätig identifiziert wird die Distanz in Bezug auf das von der Objekterkennungseinrichtung identifizierte Referenzobjekt (2) bestimmt wird eine Visualisierung der durch die
Distanzbestimmungsvorrichtung bestimmten Distanz mittels wenigstens einer Markierung (3) erfolgt. Computerprogramm, insbesondere App, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein einen Computer aufweisendes, am Körper tragbares Gerät, vorzugsweise in Form eines Smartphones, eines Tablets oder einer am Körper tragbaren Augmented-Reality-Einrichtung, dieses veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 13 auszuführen. Datensignal, welches das Computerprogramm nach dem vorangehenden Anspruch überträgt.
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