Der weltbeste Elfmeterkiller

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An ihm beißen sich Messi, Neymar und Co. die Zähne aus. Mit der 20fachen Beschleunigung eines Formel-1-Rennwagens und einer Reaktionszeit von 300ms hält der RoboKeeper die Strafstöße der sichersten Elfmeterschützen.

Auch jetzt bei der gerade laufenden Fußballweltmeisterschaft in Russland werden viele Spiele durch Elfmeter entschieden. In der Regel liegt es in der Hand – besser gesagt am Fuß – des Schützen, ob das Runde im Eckigen landet. Der Torwart kann nur auf einen schlecht geschossenen Elfer hoffen. Nicht so der RoboKeeper!

Der vermutlich schnellste Torwart der Welt pariert nahezu jeden Elfmeter. Selbst Bälle, die mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h flach Richtung Torecke fliegen oder brasilianische Bananenschüsse mit Effet kommen nicht an ihm vorbei. Die reine Flugzeit des Balles beträgt bei dieser Geschwindigkeit etwa 360 ms. In der winzigen Spanne muss der künstliche Torwart die voraussichtliche Flugbahn und den Eintreffpunkt des Balls in der Torebene extrapolieren sowie alle Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge seines Motors abschließen.

Dazu stehen ihm ein Industrie-PC Kontron ThinkIO Duo und ein Servomotor, wie er auch in der Luftfahrt zum Einsatz kommt, zur Verfügung. Die Radialbeschleunigung der Torwartfigur ist damit etwa 20 Mal schneller, als die eines Formel-1-Wagens. Dazu kommt ein schnelles Bildverarbeitungssystem mit zwei Farb-Flächenkameras von Allied Vision seitlich oberhalb des Tores. Bei einer Auflösung von 659 x 493 Bildpunkten liefern sie bis zu 90 Bilder pro Sekunde. Die Auswertung erfolgt dann mit einer Software vom Fraunhofer IML auf dem Dual Core Prozessor-System von Kontron. Dabei werden schon nach drei aufeinanderfolgenden Bildern, in denen eine Bewegung des Balls in Richtung Tor erkannt wird, die ersten Daten an die Motorsteuerung übermittelt.

RoboKeeper mit Blobs

Die Algorithmen untersuchen die Bilddaten auf so genannte Blobs (Binary Large Objects) und klassifizieren die Bildanteile entsprechend der Größe, Farbe und Form. Sind zwei auf den Ball passende Blobs gefunden, berechnet der ThinkIO die Position des Balles im Raum. Die Ballgeschwindigkeit ergibt sich dann aus dem Vergleich zweier aufeinanderfolgendender Bildern. Sind Ballgeschwindigkeit und Position bekannt, kann der Ort bestimmt werden, an dem der Ball „gerne“ die Torlinie passieren würde. Da selbst die Flugkurve in die Berechnungen mit einfliest, wehrt der RoboKeeper auch Schüsse mit Effet oder Aufsetzer ab. Die Werte gelangen via CAN-Interface an den Servomotor, der die Torwartfigur entsprechend „fliegen“ lässt. Damit eignet sich der RoboKeeper auch als Referenzprojekt für Robotik-Systeme, die etwa auf schnell laufenden Förderbändern komplexe Erkennungsalgorithmen für die Objektidentifizierung sowie Positionsbestimmung nutzen und Servomotoren ansteuern müssen.

RoboKeeper am roten Platz

Das vom Fraunhofer IML schon 2005 gestartete Projekt Robokeeper unterscheidet sich etwas von den tatsächlichen Bedingungen. Der Schütze tritt aus rund 9 Metern an und das Tor misst nur 2,0 x 4,0 Meter. Seit 2007 ist der RoboKeeper auch weltweit etwa für Rahmenprogramme von Sportveranstaltungen kommerziell unterwegs. So können zum Beispiel aktuell während der Fußball-Weltmeisterschaft 2018 Fans ihr Glück auf dem Roten Platz in Moskau versuchen.

 


Mehr über Bilder- und Mustererkennung erfahren Sie auf der electronica 2018 in Halle A3.

 

 

 

 

 

RoboKeeper (Bild: Fraunhofer IML)

RoboKeeper auf der Fußballweltmeisterschaft 2018 in Russland. (Bild: Fraunhofer IML).