Как можно реализовать фиксирование заброшенной шайбы в ворота?

Question

[golira]

Здравствуйте всем! Есть, как мне кажется, интересный вопрос. Начну с небольшого описания сути проблемы: я занимаюсь любительским хоккеем, точнее просто арендуем площадку и собираемся компанией раз в неделю. До этого момента подсчет голов происходит устно и никто особо не следит за этим. У меня внезапно появилась идея немного автоматизировать этот процесс и придумать систему, которая бы автоматически фиксировала гол, передавала сигнал на микроконтроллер и через него обновлялся счет на табло. С последней задачей, а именно отображения информации на табло я справлюсь, как никак опыт есть. Основная проблема заключается в том, какой датчик лучше подобрать чтобы фиксировать шайбу в воротах?

у меня есть несколько вариантов:

1. Датчик на базе геркона + вмонтированный в шайбу магнит. Настрою чувствительность модуля и может тогда избавлюсь от ложных срабатываний.
2. установить инфракрасный барьер на створ ворот. как только попадет шайба появится сигнал.

это мои основные идеи, но пока не знаю что будет реальнее установить. Кстати, сигнал будет передаваться по блютус на микроконтроллер ESP32.

Может, если у вас есть опыт и идеи буду крайне благодарен совету!

Comments

[pfg21]

читал очень много лет назад.
в шайбу встраивали схему с ИК-светодиодами и процессором который мигал ими очень быстро в определенной последовательности. по этому коду и отлавливали чисто шайбу.

[Виктор]

pfg21, и я читал (и тоже очень давно) о том, что в футбольный мяч монтировали некие излучатели, позволяющие полностью и точно фиксировать его траекторию над полем. Это давало возможность прямо по горячим следам решать спорные моменты не только о голах, но и например, насчёт "игры рукой". Но в широкую практику, как мы сейчас видим, это не пошло - федерация футбола не решилась на введение аппаратуры, радикально меняющей игровые отношения.
Вмонтировать это в хоккейную шайбу и расставить вокруг ворот приёмники - полагаю, на современном уровне техники проблем тут нет. А на исполнительском уровне самым сложным, КМК, будет написать программу-трекер с выводом на экран траектории в реальном времени, да ещё и в 3D.

Answer 1

[Rsa97]

1. Геркон - это единицы сантиметров и невысокая скорость срабатывания. Отпадает.
2. ИК-барьер реагирует на всё, ему что шайба, что клюшка, что нога вратаря, всё едино. Отпадает.

Comments

[golira]

(((((( очень грустно...

[hint000]

Геркон - это единицы сантиметров и невысокая скорость срабатывания.

RFID-метка в шайбе? Но, видимо, тоже не быстро работает.

Уголковые отражатели с обоих торцов шайбы и сканирование лазерами минимум с двух точек с замером расстояния?

[Rsa97]

hint000, Фокус ещё в том, что надо чётко засечь, что шайба полностью пересекла линию ворот, иначе гол не засчитывается. Причём шайба может не скользить по льду, а лететь в центр ворот, при этом произвольно вращаясь.
Ну и наводить лазеры на шаюбу, летящую со скоростью 100 км/ч - это отдельная задача.

[hint000]

Rsa97, не наводить, а сканировать простанство внутри ворот, как в сканерах штрих-кода или в лазерных уровнях - развёртка луча вращающимся зеркалом, но с поправкой на скорость шайбы (2d-развёртка медленнее, чем 1d) потребуется ещё расщепить один луч на ~двадцать (ворота метра два шириной?) и развёртывать в каждое мгновение сразу двадцать параллельных линий, как граблями прочесывая ворота.

Дальномерная функция должна дать одно расстояние, угол в любой момент известен сканеру, т.к. он сам манипулирует углом поворота зеркала. С другой точки ещё одно расстояние и один угол - и можно попытаться вычислить позицию. А уголковый отражатель не позволит перепутать шайбу с клюшкой, рукой, ногой. Очень сложно получается, не отрицаю, но у меня нет практического интереса автора, я тут порассуждать о том, что техническое решение в принципе возможно. Ну и возражения обсудить, конечно.

spoiler

Тут буквально несколько недель назад где-то мимоходом слышал (не помню где, то ли по радио, то ли у блогеров...) беседу насчёт будущих противодронных технологий. И в некотором роде похожие аргументы были. Один собеседник говорил о подсветке лазером дрона, чтобы на эту подсветку наводилась турель. Другой возражал насчёт скорости, малого размера дрона, что нереально удерживать луч лазера на цели. Я ещё тогда мысленно пожал плечами на это: и не надо точно удерживать на цели, достаточно хотя бы грубо удерживать конус, внутри которого цель, а в пределах конуса сканировать лазером - в точке, где цель есть, луч отразится от цели, во всех остальных точках луч пролетит мимо, этого вроде должно быть достаточно. Ну или я чего-то не догоняю.

Кстати, всё новое - хорошо забытое старое,

вспомнил про световое перо на древнючих ПК с ЭЛТ-мониторами, где это световое перо было до смешного тупым - фоторезистор\фототранзистор в корпусе типа фломастера на проводе. Прикладывалось к экрану, а для определения координат ловили пером луч экрана и определяли по развёртке, где в этот момент находится луч. Требовалось аппаратное взаимодействие пера с монитором. (Я-то это световое перо только на картинках видел в книгах, которые были неактуальными уже тогда, 30+ лет назад.)

А ещё были древние игровые автоматы - световой тир, то же самое, только вместо пера пистолет с линзой и фотоэлементом, а на экране светящиеся цели, и тот же примитивный, но работающий метод определения, направлен ли пистолет в цель при нажатии на курок.

[Rsa97]

hint000,

в точке, где цель есть, луч отразится от цели

Но не обязательно в сторону приёмника.
Классическая пеленгация использует ненаправленное излучение в надежде, что хоть часть из попавшего на цель отразится к приёмнику. На этом основана стелс-технология, когда корпус делают "гранёным" с минимумом изогнутых поверхностей и каждая грань отражает сигнал в одном направлении. Если не повезёт, то это отражение придёт к приёмнику, но более вероятно, что оно пройдёт мимо.
С шайбой теоретически может сработать микроуголковое покрытие, хорошо отражающее в невидимом диапазоне, чтобы в видимом шайба оставалась чёрной. Тогда можно ставить на линии ворот несколько щелевых приёмников, совмещённых с источниками ненаправленной подсветки и ловить отражение.
Ну либо делать покрытие максимально рассеивающим, чтобы от любой области свет отражался по максимально возможному конусу.
Но как такое покрытие будет выдерживать удары по шайбе - это большой вопрос.

Answer 2

[99insania99]

Несколько камер и CV для детекта положения шайбы. Хороший проект для практики скорее с ИИ, чем с электроникой.

Comments

[Rsa97]

Только камеры нужны очень хорошие. Скорость полёта шайбы в среднем 100 км/ч, у рекордсменов достигает 190 км/ч. Размер шайбы 7.5 см, свой диаметр она проходит за 1/350 - 1/700 секунды. Если ваша камера имеет экспозицию 1/60, то придётся научиться детектировать как круг 7.5 см, когда шайба неподвижна, так и полосу в 75 см, когда она летит на большой скорости. А ещё шайба может вращаться и оказаться как плоскостью к камере, так и ребром.

В общем, даже в профессиональном хоккее сейчас используют судей за воротами и видеоповторы со скоростной камеры в случае спорных ситуаций..

[Александр К]

В зоне ворот размещаем индукционные датчики перед заливкой и замораживанием поля. Размещаем их в виде ячеек на равных расстояниях друг от друга в нужном количестве с расстоянием от покрытия примерно 1 см. Показания датчиков считываем одновременно в непрерывном цикле. От ботинка с коньками такой метод не годится, при этом на шайбу с металлическим сердечником реакция будет.

[golira]

Спасибо за ответ! Я тоже думал над таким вариантом, но камеры они ведь дорогие и поэтому для себя я эту идею отмел. Но буквально сейчас наткнулся на вот такой модуль камеры для микроконтроллера ESP32 с модулем вай фая. Посмотрел всякие проекты на ютубе с этим модулем и в общем-то вроде он может подойти.

Только сейчас у меня возникли дополнительные вопросы, на которые я наверное, в силе своих ограниченных на данный момент знаний, не смогу ответить, но может Вы уже с этим сталкивались.

Так вот, первое что приходит в голову это модуль вай фая. У нас кстати площадка не стандартная а сильно урезанная, поэтому интересно хватит ли длины сигнала антенны? по данным из интернета антенны хватит на 50-100 метров, что очень даже подходит.

и второй вопрос: как лучше запитывать контроллер и модуль? если возьму, например, повербанк на 10 000 мАч должно хватить на сеанс игры. или нет?

Answer 3

[WhoMe]

А может…просто кнопку? В роли датчика будет выступать вратарь. Нажал и счет увеличился. Технически не так интересно конечно, но просто и надежно.

Answer 4

[Алексей Черемисин]

Фиксацию шайбы нужно делать на скоростной видеокамере. Вопрос, что нормальная скоростная камера должна быть как минимум 120 fps, и чем выше, эти самые fps, тем лучше.

Поэтому для видеофиксации линий, бросков, и прочей спортивной хрени ставят обычно линейные видеокамеры. Картинка с них так себе, мягко говоря, толкьо для компухтерной обработки (интернет в помошь), но, с той картинки можно однозначно запечатлеть шайбу, бегуна, авто и прочие спортивные снаряды, пересекающие некую черту. - https://en.wikipedia.org/wiki/Line-scan_camera

И да, скорее всего это будет Ч/Б камера.

Про блютуз на спортивных площадках можно просто забыть! Пр и большом стечении народа он работает в радиусе полу метра. Wifi еще как-то подходит, но нужна направленная антена. Иначе приходит телевидение со своими направленными антеннами, передатчиками для SDI и у вас все ложится.
(В течении 7 лет проводил спортивные мероприятия, знаю о чем пишу).
И Увы, это дорого, очень дорого!

Конкретно к хоккею, вот статья - https://www.silversevensens.com/nhl-puck-tracking-...

Answer 5

[rPman]

Самое дешевле, что я бы порекомендовал, сделать видео фиксацию на базе скоростной камеры, попробовать использовать дешёвые (порядка 24т.р.) смартфоны, которые идут с 240 fps 720hd.

Разместить камеру так, чтобы снимать строго внутреннюю область ворот (скорее всего разместить над воротами на штативе) а шайбу покрыть светоотражающим покрытием...

Сами смартфоны с обработкой не справятся (точнее они справляться но софт писать будет сложно, сенсор не доступен напрямую, документации нет, хотя, если найдете с рабочим canera api 2, то почему не попробовать), поэтому понадобится компьютер

Answer 6

[Aragorn]

Да не парьтесь вы - дешевле нанять человека с улицы, который вам будет считать как заправский судья, чем покупать за бешеные деньги камеры, лазеры и прочую ерунду, которая ещё неизвестно, как будет работать

Answer 7

[Yarickrr]

Так же, как это делает рамка на выходе из супермаркета. Но на шайбу придется клеить радиочастотную метку. Или, поскольку хоккей любительский, интегрировать метку прямо в шайбу. А на воротах рамка разумеется.

Comments

[Yarickrr]

Я имел в виду не метку с чипом, а магнитную метку. Или полоску определенной длины, которая имеет свою резонансную частоту. Котушка на воротах не должна бы такую метку пропустить и не успеть среагировать.

Answer 8

[Refguser]

Чисто теоретически и вряд ли бюджетно: в шайбе некий излучатель, а по бортам поля несколько датчиков, быстро определяющих точное направление на излучатель. Таким образом можно получить координаты и траекторию полёта шайбы. Траектория позволит узнать пересечение линии ворот, но для контроля и не помешает определить/ настроить объём ворот, куда попадает шайба. Но с поправкой на прогиб сетки при внешнем попадании шайбы.

Comments

[Алексей Черемисин]

Больше скажу, была система FaskTrack, где в шайбу были вделаны инфракрасные светодиоды с батарейкой. Применялась в 199х в NHL.

[Rsa97]

Алексей Черемисин, Только не FastTrack, а FoxTrax. И не в самой NHL, а в Fox Sports. И не для судейства, а для телевидения. А так всё верно :)

FoxTrax, также известная как светящаяся шайба, — это система дополненной реальности, которая использовалась в телепередачах Fox Sports о Национальной хоккейной лиге (НХЛ) с 1996 по 1998 год. Система была предназначена для того, чтобы помочь телезрителям визуально следить за хоккейной шайбой на льду, особенно в нижней части катка, где традиционная камера не могла её видеть из-за бортов, закрывающих шайбу.

[rPman]

можно ультразвуковую пищалку встроить в шайбу, от нее помех мало, ловить не дорого, правда она должна работать непрерывно, т.е. шайбы постоянно менять/заряжать... несколько детекторов по периметру ворот и внутри, собрать кучу тестовых данных и детектировать, с точки зрения железа мне кажется это самый дешевый вариант но готовое не найти и софт пилить

Answer 9

[Borys Latysh]

Камера.
Установить Внутри ворот. (технически сейчас, это возможно)
И "Глазами" видеть - что произошло.