Lichtschranke für Geschwindigkeitsmessung im Badminton

[OberhausenerJung]

Hallo liebes Forum,

ganz kurz meine Idee:
Ich bin nebenberuflich Badmintontrainer und hauptberuflich Informatikstudent. Leistungsdiagnostik ist bei uns beim Badminton noch ziemlich mau. Aber eine Idee hat mich zu dieser Idee gebracht. Es gab an der Sporthochschule Köln letztes Jahr jemanden, der eine einfache Kontaktmatte wie man sie unter Fussmatten legt dazu benutzt hat die Sprunghöhe mit einer Software zu messen.

Meine Idee ist jetzt die Schlaghärte / Schlaggeschwindigkeit beim Badminton mittels einer Lichtschranke zu messen und am besten mittels einer Software für die weitere trainingstechnische Verarbeitung (Verbesserung, Verschlechterung) auf einem Laptop zu speichern.

Gibt es dort von eurer Seite Produktempfehlungen. Am besten wäre irgendwas, was ich direkt an USB anschließen und ansprechen könnte. Bei dieser Kontaktmatte war das glaube ich ein RS232 nach USB.

Gibts da Ideen von euch wie man sowas umsetzen könnte? Bitte mich nicht direkt steinigen, ich komme eher von den Hochsprachen und habe mit C, Assembler und Löten nicht allzuviel zu tun ;-)!

Danke und Gruß
Benny

[ähM_Key]

Soll der Ball oder der Schläger gemessen werden?

Bei letzterem bieten sich Dehnmesstreifen am Schaft an.

[Pyro-Mike]

Ich würde sagen, er will die Geschwindigkeit des Balls messen, das problem ist aber, dass der Ball nicht immer durch die gleiche Stelle geht.
Man könnte dann entweder mit Spiegeln arbeiten, die das Licht erst ein paar mal reflektieren, bevor sie auf den Empfänger auftreffen, oder man könnte was mit Bilderkennung machen, wäre aber nicht ganz einfach!
Oder ein Funk-Beschleunigungsmesser im Ball, das wäre wahrscheinlich am genausten!

Wenn du die Schlägergeschw. meinst, dann bitte ignorieren... ;)

[OberhausenerJung]

Hallo,

ne ich meine schon die Geschwindigkeit des Balles, wenn er zum Beispiel über das Netz fliegt.

Danke und Gruß
Benny

[ähM_Key]

Das ist zwar mit Lichtschranken nicht unmöglich, aber ein großer Aufwand, weil du ein rießiges, doppeltes Lichtgitter brauchst.

Da wird Bildererkennung sicher die einzige praktikable Lösung sein. Je nach Hintergrund und Lichtverhältnissen aber auch entsprechend fehleranfällig.

[OberhausenerJung]

Hallo,

also OK Bilderkennung scheint das Zauberwort zu sein. Wie fange ich an? Wie könnte das Konzept aussehen?

Gruß
Benny

[i_make_it]

Also im Tennis werden Radarpistolen zur Messung der Ballgeschwindigkeit genommen.

Um das per Bildverarbeitung zu erledigen sind zwei Kameras notwendig und eine Zeiteinblendung mit millisekunden.
Die kameras werden zu einer Stereokamera aufgebaut und können so die Position des Balls bestimmen.
das nächste Bild bringt eine neue Position und per Zeiteinblendung ein Zeitliches Delta.
Jetzt kommt der recht einfache Teil:
Beide Positionen sind die Endpunkte einer Strecke die wir errechnen und durch die vergangene Zeit teilen und schon haben wir eine Geschwindigkeit. Und sogar one Winkelfehler wie er bei Lichtschranken auftreten würde wenn der Ball nicht genau rechtwinklig diese durchfliegt.

Die Zeit einiblendung ins bild ist zwingend für eine genaue messung.
Selbst die Polizei musste das vor Gericht feststellen.
Als Beweisvideos gegen Raser nicht als Beweise anerkannt wurden weil der beschuldigte beweisen konnte das die CCD Chips ein Bild mal schneller und mal langsamer erstellen. (hängt wohl von der Bildhelligkeit der Pixel und der Ladung der Zellen ab)

[Besserwessi]

Die Zeiteinblendung ist nicht unbedingt nötig, wenn man den Film in einzelbildern vorliegen hat und weiss wie viele Bilder pro Sekunge man hat.
Die Geschwindigkeit der Bilder hängt von der Kamera ab. Normalerweise ist die sehr konstant, außer vielleicht bei einigen Modellen bei sehr wenig Licht. Das hat aber nichts mit dem CCD zu tun, sondern der Software in der Camera.

[wkrug]

Ich weiß nicht recht, ob die optische Geschichte mit Kameras wirklich so gut ist.
Wenn der Ball schräg übers Netz fliegt kriegt man auch da vermutlich einen Winkelfehler.
Eine Lösung wäre die Kamera über dem Spielfeld anzubringen.
Aber auch da kann die Flugbahn steigend oder Fallend sein, was wiederum einen Winkelfehler verursacht.

Ich meine eine Messung mit einem Beschleunigungssensor im Ball und einer Funk Übertragung sollte eventuell einfacher zu realisieren und aussagekräftiger sein.
Vorausgesetzt man bringt die Komponenten im Ball, wegen der Größe und des Gewichts, unter.

[Herkulase]

Oder ein kräftiger US-Sender, der im Ball verstaut wird. gemessen wird dann entweder die Frequenz (Dopplereffekt) oder eben die Laufzeit mit mehreren Mikrofonen.

[Bernhard667]

Das mit den Kameras scheint mir auch das besste zu sein.
Eine von oben
Eine von der Seite
Damit kannst Du die Position im Raum X Y Z bestimmen und die Ableitung daraus -> Geschwindigkeit.

Der Federball sollte in einer einmaligen Farbe sein, dann sollte er im Bild zu erkennen sein.

Die Sache ist nicht trivial. Der mathematische Teil sollte aber für einen Studenten eines naturwissenschaftlichen Fachs machbar sein.
Die Bildverarbeitung ist mehr ein IT Problem, genau richtig für eine Informatiker :-))

Nachdem so ein Federball ein sehr leichtes Ding ist, lässt er sich wohl kaum mit aktiver Hardware aufrüsten. Dann würde er zu schwer.

Bernhard

[HannoHupmann]

Das muss doch mit einer Kamera auch gehen.

Die Kamera hängt mittig über dem Spielfeld und der Ball ist z.B. rot. Dann nimmt die Kamera mit 24 Bildern pro Sekunde auf (vielleicht 2 Sekunden) Naja dann betrachtet man das erste und das letzte Bild und misst die Distanz zwischen den beiden Punkten. Bei einer starren Kamera kann man dann wunderbar die Geschwindigkeit extrapolieren.

[Pyro-Mike]

Dann hat man aber einen Fehler, wenn der Ball nicht orthogonal zum Netz fliegt, sondern schräg!

[Yossarian]

Hallo
Könnte man nicht den Ball manipulieren?
Einen kleinen Sender, Schwingkreis, RFID o.ä. einkleben?

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Herkulase]

Das Problem bei einer Kamer dürfte meines Erachtens nach aber sein, dass ein Badmintonball sehr schnell an Geschwindigkeit verliert, und daher durch die zeitliche Rasterung keine sehr genauen Aussagen gemacht werden können.

Ein kleiner Piezopiepser, ne Minibatterie, ein Oszillator und fertig wäre der US-Piepser im Ball. Das könnte man doch locker in dem Knubbel unterhalb der Federn unterbringen.

[OberhausenerJung]

hmmm danke schonmal für die sehr vielen Antworten und Ideen. Also ein RFID Chip lässt sich wohl unterbringen. Der Knubbel unterhalb der Feder ist übrigens ein Korken ;-). Kamera und Bildverarbeitung scheitert denke ich an dem komplizierten Aufbau.

RFID gefällt mir gut, wie könnte es damit klappen? Übrigens keine Ahnung wie groß so ein US-Piepser so ist.

Danke schonmal, sehr nette Community hier.
Benny

[the_Ghost666]

Für RFID brauchst du aber entsprechende Leistungen, um in der Bewegung in zb 2m vom Leser das Signal zu bekommen. Das geht nur mit extrem aufwändigen Antennen oder aktiven Tags, die ne eigene Energiequelle haben. Dabei manipuliert das alles den recht leichten Federball, d.h. man verändert das Spielverhalten.

Nochmal zur Variante mit den Lichtschranken: Du brauchst zwei komplette Lichtschranken, da gäbe es die Möglichkeit, mit vielen Spiegeln einen Vorhang mit 5cm Raster aufzuspannen. Das geht, indem du zwei Leisten (am edelsten sind sicher Alu-Profile, vielleicht sogar von Bosch oder Item, die sind mit nuten Ausgestattet und sehr stabil) pro Lichtschranke nimmst, und ne Menge einfacher Würfel um 45° anschrägst, Spiegel aufklebst und diese halben Würfel auf Nutensteinen oder mit Kleber auf den Leisten ausrichtest. Das gibt dann ein zick-zack-Muster, ist teurer als ne Webcam aber mit einer Laserquelle und einer Photodiode könntest du sehr bequem arbeiten, sauber ausgerichtet sind auch die komplette Netzbreite möglich. Du müsstest ja vielleicht nur 1,2m über dem Netz überwachen, bei schnellen Tennisspielen sollte das genauso gehen.
Möglichkeit 2: Lichtvorhang über eine Leiste mit Reflektoren, auf der anderen Seite mit 5cm Abstand eine Lichtquelle und eine Empfangsdiode. Das könnte ohne Laserquellen kritisch werden, weil du für LEDs ne saubere Kondensorlinse brauchst, die das Licht auch direkt dahin leitet, klingt insgesamt recht teuer.
Letzte Variante: Lichtvorhang mit einer rotierenden Quelle. Du nimmst einen Laser, z.b. in der oberen rechten Ecke des Messbereichs und lässt ihn von einem Spiegel sauber ablenken, sodass sich ein Viertelkreis bildet. Z.B. mit einem Gleichstrommotor.
Jetzt fehlt noch der Empfänger, und da bin ich mir nicht sicher. Dieses Reflektorband, wie von Warnwesten, ist ja so gemacht, dass das Licht genau zurück zur Quelle geworfen wird. Ich bin mir nicht sicher, wie groß der Winkel sein darf, damti das immernoch geht, 90°, kein Problem, aber was ist mit viel kleineren Winkeln. Auf jeden Fall wäre es nötig, die Lichtquelle zu modulieren und das Empfangssignal mit einem Bandpass zu filtern.

Nachteil allgemein, du brauchst zwei (dafür identische) aufbauten, um die Geschwindigkeit als Zeitunterschied über bekannter Strecke zu messen. Der elektronische Aufbau ist nicht so kompliziert, der mechanische recht Aufwändig.

Bildverarbeitung: Wenns hoch hergeht und nicht nur gerade über das Netz geschlagen wird, könnte man mit einer zweiten Kamera und einer echten 3D-Analyse rausrechnen. Ne einfache Webcam ist wohl nur eingeschränkt nutzbar, weil sie viel zu geringe Bildwiderholraten hat.

Die Ultraschallgeschichte gefällt mir gut, mit 3 Empfängern ums Spielfeld kannst du die genaue Ballposition erfassen, mit einem nur den Dopplereffekt nutzen. Nachteil ist nur, dass die Ultraschall-Sender recht groß und schwer sind (die ich kenne), viel Energie brauchen und ne ausgeprägte Richtcharakteristik besitzen. So kann leicht eine Abschattung durch den Spieler entstehen, und der Sendekegel weg von allen Empfängern abstrahlen.

[Herkulase]

Hm, hast Du schonmal nen Laser über mehrere Spiegel ausgerichtet? Das ist eine Schweinearbeit (mit feinverstellbaren Speigelhaltern auf nem sehr stabilen Untergrund geht das ja noch), und die kleinste Vibration birngt Dein Netz zum "einstürzen". Vor allem , wenn Du am Enden noch so nen mini Detektor treffen musst. Da wär es einfacher (ist vielleicht auch ne Idee?) mit einem Linienlaser den "Vorhang" spannen. Als Detektor dient eine Kamera (oder ein anderer, schnellerer Sensor) neben der Laserquelle der den Blitz empfängt, der entsteht, wenn der Ball den "Vorhang" durchquert. Das ganze wird zwei mal gemacht, und die Zeitdifferenz bestimmt. Vorteile:1) Keinerlei Modifikation am Ball vonnöten. 2) Keine Reflektoren und positionsauflösenden Sensoren benötigt (Kamera ist halt bequem, weil man sie nicht groß ausrichten muß) Edit: achja: 3) Sehr einfach zu realisieren, da keine großartigen 3D-Analysen etc. realisiert werden müssen

[oberallgeier]

.. Das ganze wird zwei mal ... keine großartigen 3D-Analysen etc. ...Nehmen wir mal an, der Ball fliegt im Winkel von 60° durch diesen Vorhang, sowas kommt im Spiel nicht selten vor. Dann wird als Fluggeschwindigkeit nur der halbe Wert gemessen . . . . .