Fußball und Technik

• Einführung
• Technik
  • I. Der Fußball
  • II. Das Spielfeld
  • III. Das Fußballtor
  • IV. Der Fußballschuh
  • V. Schienbeinschützer
  • VI. Die Spielerbekleidung
  • VII. Die Torwartbekleidung
  • VIII.Schiedsrichter und Regelüberwachung
    • VIII.1 Trillerpfeife
    • VIII.2 Weitere Utensilien
    • VIII.3 Torlinientechnik und Videobeweis
  • IX. Analyse und Daten
  • X. Verschiedenes
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• Impressum & Co.

Die Schiedsrichterausrüstung

Siehe dazu auch den Abschnitt "Der intelligente Ball" in "Der Fußball"!

3. Torlinientechnik und Videobeweis

Seit der Weltmeisterschaft 2014 in Brasilien kommt die Torlinientechnik zum Einsatz. Bei der WM 2018 in Russland wird erstmals der Videobeweis angewendet. Diese beiden Neuerungen stehen nicht nur für die größten Veränderungen im Weltfußball seit Jahrzehnten, sondern sind auch in technischer Hinsicht äußerst interessant. Denn hinter ihnen stecken ein riesiges Ausmaß an Forschung, Entwicklung und zahlreiche geschützte Erfindungen.

Davor lag ein langwieriger Prozess: Schon die "Funkfahne", die eine elektronische Kommunikation zwischen Linien- und Schiedsrichter ermöglicht, hat erst ca. dreißig Jahre nach ihrer Anmeldung beim Patentamt ihren Einzug in den professionellen Fußball gefunden. Bei der Torlinientechnik ging es immerhin etwas schneller.

Das "Wembley-Tor" von 1966, das keines war, erregte (vor allem in Deutschland) jahrzehntelang die Gemüter. Als bei der WM 2010 (diesmal umgekehrt) ein klares Tor der Engländer gegen Deutschland nicht gegeben wurde, sah auch die FIFA ein, dass es an der Zeit war, die vorhandenen technischen Möglichkeiten, einem Spiel zum regelkonformen und fairen Ablauf zu verhelfen, endlich einzusetzen. Sie akzeptierte nach langen Testphasen nun mehrere Systeme, mit denen sich zweifelsfrei feststellen lässt, ob der Ball die Torlinie in vollem Umfang überschritten hat oder nicht.

Der Schiedsrichter hat es ja auch wirklich nicht leicht: Ein Ball müsste mindestens 60 Millisekunden lang hinter der Torlinie gewesen sein, damit sein menschliches Auge dies überhaupt erkennen kann. Da aber die Schussgeschwindigkeit heute teilweise bis zu 120 km/h beträgt, ist dies beispielsweise bei einem Abpraller von der Latte oft nicht der Fall - wie eben 2010 bei Frank Lampards Tor gegen Manuel Neuer, das nicht gegeben wurde. Da kann die Technik heute helfen.

Gemäß den FIFA-Regeln meldet die Torlinientechnik dem Schiedsrichter (und nur ihm!), ob der Ball die Torlinie in vollem Umfang überquert hat. Das Tor wird auf der Spezial-Uhr des Unparteiischen angezeigt. Die Information wird binnen einer Sekunde übermittelt, damit der Schiedsrichter sofort reagieren kann und das Spiel nicht unterbrochen oder anderweitig beeinträchtigt wird.

Die FIFA hat zwei Arten von Torlinientechnik zugelassen: Kamera- und Magnetfeldbasierend.

VIII.3.1 Kamerabasiert

Mehrere zugelassene Technologien arbeiten mit Kameras, die den Ball orten, sowie mit einer Software, die die Bilder aller Kameras auswertet. Das System kann so ermitteln, ob der Ball die Torlinie in vollem Umfang überquert hat.
Ein Beispiel für diese Technik ist "System and method of preparing a playing surface" (US 7846046 B2). Unter dem Namen "Hawk Eye" kommt diese Methode u.a. im Tennis schon seit Jahren zum Einsatz.

Das System "GoalControl" der gleichnamigen deutschen Firma arbeitet mit mehreren Kameras pro Tor, die teils direkt am Tor, teils möglichst weit oben in der Stadionstruktur verankert werden. Alle sind mit einer Rechnereinheit verbunden. Das "Torerkennungssystem, und Verfahren zum Erkennen eines Tors" (WO 2014059971 A1) hat sich seit der WM in Brasilien bewährt.

Ein kamerabasiertes System beschreibt auch das "Ballerkennungssystem" (WO 2020065021 A1): In Kameradaten wird der Ball erkannt und verfolgt. Entlang der Torauslinie wird eine virtuelle Ebene gebildet und in mehrere Sektoren eingeteilt. Mit den Kamerabildern wird überwacht, in welchem Sektor der Ball die Ebene durchquert, um zu erkennen, ob Ball im Tor war.

Einen weiteren Ansatz zur Ballüberwachung beschreibt US 20210279896 A1, nämlich ein Kamerasystem mit mehreren HD-Kameras, wobei in jedem Kamerabild separat eine Ball-Detektion durchgeführt und danach die 3D-Position des Balls rekonstruiert wird.

Wird ein Foul begangen, ist der Ort der Untat oft entscheidend: War es gar innerhalb des Strafraums? Oder bietet sich aus dem resultierenden Freistoß vielleicht eine gute Möglichkeit zum Torschuss? Da kommt es auf jeden Meter an. Es ist also von großer Bedeutung, wo genau der Schiedsrichter das Foul verortet. Er bekommt jetzt vielleicht Hilfe: Das "System und Verfahren zur Spielfeldmarkierung" (AT 523162 B1) nutzt eine Laser-Projektion. Diese ermöglicht eine rasche Markierung einer Stelle, an der es zu einem Regelverstoß kam.

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
US 20210279896 A1	2021	Multi-cam ball location method and apparatus	Kamerasystem mit mehreren HD-Kameras und Ball-Detektion.
WO 2020065021 A1	2020	Ballerkennungssystem, und Verfahren zum Erkennen eines Ereignisses mit einem Ball	In Kameradaten wird der Ball erkannt und verfolgt.
AT 523162 B1	2020	System und Verfahren zur Spielfeldmarkierung	Markierung mittels Laser-Projektion von Stellen, an denen es zu einem Regelverstoß kam.
WO 2014059971 A1	2013	Torerkennungssystem, und Verfahren zum Erkennen eines Tors	siehe Titel
US 7846046 B2	2010	System and method of preparing a playing surface	Unter dem Namen "Hawk Eye" bekannt gewordenes System zur Prüfung, ob ein Ball eine Linie überschritten hat

VIII.3.2 Magnetfelder

Andere Systeme arbeiten mit Magnetfeldern. Dazu werden im Boden und um die Tore Kabel installiert. Zudem ist der Ball mit Empfängern versehen (siehe auch "Intelligenter Ball" und "Spielanalyse"). Durch die Wechselwirkung zwischen den Empfängern im Ball und den Magnetfeldern, die durch die Kabel im Boden erzeugt werden, kann die Software die exakte Position des Balls berechnen und feststellen, ob ein Tor erzielt wurde.

Beispiele dafür sind die funkbasierten Systeme der Firmen GoalRef und Cairos.
GoalRef des gleichnamigen dänischen Unternehmens basiert auf einer Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS . Sein Prinzip: Im Tor herrscht ein Magnetfeld (WO 2009046722 A1), im Fußball befinden sich Spulen (WO 2013149681 Al). Gelangt der Ball in das Tormagnetfeld, baut er mittels Induktion ein eigenes Feld auf. Das Magnetfeld des Balls wird durch die Magnetfeldänderung am Tor von den dort angebrachten Antennen erkannt. Die Auswerteeinheit liest und bewertet die Daten. Ist der Ball in vollem Umfang hinter der Linie, entsteht ein eindeutiges Signal. Das Ergebnis wird nun in Echtzeit verschlüsselt an den Schiedsrichter übertragen. Unter dem Titel "Tordetektor für die Erfassung eines durch eine Torebene gehenden Gegenstands" ließ GoalRef sich das System patentieren (DE 6706107 T1, siehe auch EP 1596945 B1).

Das Unternehmen Cairos aus Karlsbad verwendet wie GoalRef eine Magnetfeldtechnologie. Seine "Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Torraum zur Torentscheidung" (DE 10 2007 009 232 B3) sieht u.a. je eine Spule hinter bzw. im Tor vor. Außerdem setzt es auf einen Magnetfeldsensor im Ball (DE 10 2008 052 215 B4), der ein Signal an den Schiedsrichter sendet, wenn er die Torlinie überquert hat.

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
WO 2013149681 A1	2012	Ball for a sports game with a plurality of loop antennas	Ball mit Spulen; teil des "GoalRef"-Systems
WO 2009046722A1	2008	Goal detector for detection of an object passing a goal plane	Magnetfeld im Tor; Teil des "GoalRef"-Systems
DE 10 2008 052 215 B4	2008	Ball mit Magnetfeldsensor sowie Verfahren zur Messung	Komponente des Torerkennungssystems
DE 10 2007 009 232B3	2007	Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Torraum zur Torentscheidung	siehe Titel
DE 6706107 T1	2006	Tordetektor für die Erfassung eines durch eine Torebene gehenden Gegenstands	siehe Titel
EP 1596945 B1	2004	Tordetektor für die Erfassung eines durch eine Torebene gehenden Gegenstands	siehe Titel

VIII.3.3 Weitere Ansätze

Darüber hinaus gab und gibt es immer neue Ideen zu dieser Problematik:

Die Fraunhofer-Gesellschaft forschte weiter an diesem Thema und erhielt 2016 ein US-Patent für ein Antennensystem und eine Methode zur Bestimmung des Transits eines beweglichen Objekts durch eine Erfassungsebene (US 20160107028 A1, siehe Abbildung).

Die "Ballerkennungsvorrichtung" DE 10 2008 059 095 A1 sieht eine Art Lichtschranke zur Torerkennung vor.

Hinter der "Vorrichtung zur Erfassung, Auswertung und Anzeige von Daten" (DE 10 2007 050 062 A1) verbirgt sich das Prinzip eines Strahlengitters mit Reflektionselementen, das ein Tor zuverlässig erfassen soll.

Sehr aufwändig, aber u.a. wohl auch für die Überwachung von Abseitspositionen geeignet, präsentiert sich die Erfindung "Überwachungsvorrichtung für ein Spielfeld" (DE 10 2006 020 018 A1). Sie sieht bewegliche Messstrahler am Spielfeldrand vor.

DE 10 2005 048 276 B3 beschreibt ein "Verfahren zur Verfolgung eines Spielelements, z. B. eines Balles oder eines Pucks auf einem Spielfeld" mittels gekoppelter Kameras, die bestimmte Sektoren überwachen.

Ein "Trackingsystem" beschreibt EP 1666916 A2: Es sieht die Funkortung des Balls zur Unterstützung des Schiedsrichters vor, u. a. bei Torentscheidungen. Auch die Spieler können geortet werden.

Außerdem gibt es Ansätze zur Fußballortung mittels Ultraschall (US 20070216576 A1, "Ultrasonic Football Linesman"). EP 2375267 A1 beschreibt ein Trackingsystem, bei dem nicht nur der Ball, sondern auch die Spieler mit GNSS-Empfängern (GPS) zur genauen Positionsbestimmung untereinander vernetzt sind.

Die wohl umstrittenste Regel beim Fußball ist das Abseits. Oft sind die Entscheidungen sehr knapp; fast immer sorgen sie für Diskussionen. Neben dem Videobeweis gibt es weitere Ansätze zur besseren Durchsetzung dieser Regel: US 010853658 B2 beschreibt ein elektronisches Erfassungssystem zur sicheren Abseitserkennung im Spiel mittels Bilderkennung. Ein komplexes Zusammenspiel von Kommunikationsnetzwerken und Drohnenbilder soll sicher stellen, dass jede Abseitsposition sicher erkannt wird.

Auch GB 2594685 A widmet sich dem Abseits. Mittels eines Trackingsystems werden die Spieler und ihre Positionen genau erfasst. Informationen zu Ballkontakt und Abseitsposition werden über akustische Signale an den Schiedsrichter oder Linienrichter weitergegeben.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt US 020230226409 A1: Es wird ein neues System zur Positionsfeststellung von Spielern und Ball auf einem Spielfeld durch wechselseitige Kommunikation zwischen fest am Spielfeld installierten Ankern und beweglichen, an Spielern oder Ball befestigten Tags vorgestellt. Hierbei wird das technische Prinzip der sogenannten Zwei-Wege-Abstandsmessung ("Two way ranging") angewandt.

Menschen machen Fehler, trotz aller Hilfssysteme. Also warum nicht gleich den Menschen ganz ersetzen? US 020200054930 A1 beschreibt einen "Automatischen Schiedsrichter", der mithilfe von Sensoren den Spielverlauf überwacht. Anhand der Analyse der aufgenommenen Daten, insbesondere von Bildern des Spielverlaufs, werden bestimmte Spielereignisse, wie etwa das Vorliegen einer Abseits-Position, automatisch erkannt.
Aber wen sollen die Fans dann beschimpfen, wenn kein Schiri mehr auf dem Platz steht?

Nichts regt Fußballfans mehr auf als eine "Schwalbe". Aber es ist für den Schiedsrichter oft ziemlich schwer zu unterscheiden, ob ein Spieler nun vom Gegner gefällt wurde oder von einer leichten Brise.

US 20230222795 A1 will helfen: Die Erfindung bestimmt aus Bilddaten die Stärke einer Kollision, um so Foul von Schwalbe zu unterscheiden. Das Spielfeld wird dazu mit mehreren Kameras gefilmt und aus den synchronisierten Bilddaten werden Skelettmodelle der Spieler erstellt, um zu bestimmen, ob und wie stark eine Kollision vorliegt.

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
US 20230222795 A1	2023	System and Method for Impact Detection and Analysis	Bestimmt aus Bilddaten Stärke einer Kollision
US 020230226409 A1	2023	Local positioning system using two-way ranging	System zur Positionsfeststellung von Spielern und Ball auf einem Spielfeld Hierbei wird das technische Prinzip der Zwei-Wege-Abstandsmessung (TWR) angewandt
GB 2594685 A	2021	Electronic apparatus	Trackingsystem zum Erfassen von Abseits
US 010853658 B2	2020	Image-based detection of offside in gameplay	elektronisches Erfassungssystem zur sicheren Abseitserkennung im Spiel mittels Bilderkennung
US 020200054930 A1	2020	Method, system and computer program for automatic refereeing	"Automatischer Schiedsrichter", der mit Hilfe von Sensoren den Spielverlauf überwacht
US 20160107028 A1	2016	Antenna system and method for determining a transit of a movable object through a detection plane	Torerkennungssystem
EP 2375267 A1	2010	Lokales GNSS-Trackingsystem und -verfahren	System zur Erfassung von Ball und Spielern
DE 10 2008 059 095 A1	2008	Ballerkennungsvorrichtung	nach Lichtschranken-Prinzip
DE 10 2007 050 062 A1	2007	Vorrichtung zur Erfassung, Auswertung und Anzeige von Daten	Torerkennung mittels Strahlengitter und Reflektionselementen
DE 10 2006 020 018 A1	2006	Überwachungsvorrichtung für ein Spielfeld	siehe Titel
US 20070216576 A1	2006	Ultrasonic Football Linesman	Ortung mittels Ultraschall
DE 10 2005 048 276 B3	2005	Verfahren zur Verfolgung eines Spielelements, z. B. eines Balles oder eines Pucks auf einem Spielfeld sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens	siehe Titel
EP 1666916 A2	2005	Tracking-System	Funkortung des Balls

VIII.3.4 Videobeweis

Bei der Fußballweltmeisterschaft 2018 in Russland wird erstmal der Videobeweis bei einem großen Turnier eingesetzt werden. Der Veranstalter, die FIFA, spricht von einem Video Assistant Referee (VAR).

Das VAR-Team besteht aus professionellen Schiedsrichtern und ist während der WM in Moskau stationiert. Dort hat es bei allen Spielen Zugriff auf 33 Übertragungskameras, acht davon Superzeitlupen- und vier Ultrazeitlupenkameras. Darüber hinaus stehen ihm laut FIFA zwei Abseitskameras zur Verfügung, auf die nur das VAR-Team Zugriff hat.

Vier Replay-Operatoren wählen die besten Kamerawinkel aus und stellen diese dem VAR-Team zur Verfügung. Während eines Spiels achtet das VAR-Team fortwährend auf klare und offensichtliche Fehlentscheidungen bei spielentscheidenden Situationen. Nur dann oder bei schwerwiegenden Vorfällen, die übersehen wurden, kommuniziert der VAR über mit dem Schiedsrichter auf dem Platz.

In Zukunft werden Entwicklungen wie beispielsweise "Vorrichtung, Methode und Programm zur Bildverarbeitung" (EP 3300022 A1) diese Technik weiter vorantreiben. Es beschreibt ein Bildbearbeitungsverfahren, mit dem sich der Bereich eines Vordergrundobjekts mit hoher Genauigkeit extrahieren lässt. Es arbeitet mit einer komplexen Verknüpfung von Einheiten für Ziel- bzw. Referenzbildaufnahme, Konvertierung und Extraktion.

Derzeit muss der Schiedsrichter noch das Spielfeld verlassen, wenn er den Video Assistant Referee nutzen will, da die Monitore an der Bande aufgestellt sind. Das möchte WO 2017221078A2 ändern und schlägt vor, dass das Videobild künftig zum Schiedsrichter kommt. Und zwar entweder in Form eines mobilen Roboters oder einer fliegenden Drohne, jeweils mit installiertem Bildschirm, auf dem die strittige Spielszene abgespielt werden kann.

Bisher hält sich die Begeisterung über den Videobeweis bei den meisten Fußballfans in Grenzen. Das liegt auch daran, dass es weiterhin teils strittige Entscheidungen gibt. Daher wird weiter eifrig daran getüftelt, den Videobeweis noch besser zu machen: US 011514678 B2 beschreibt ein Verfahren zur automatischen Auswahl der besten Kamerabilder von einer Vielzahl verschiedener Kameras bei Sportveranstaltungen zur Unterstützung des Video-Schiedsrichterassistenten (VAR), das sich aber auch auf andere Sportarten anwenden lässt.

In der Bundesliga spricht man oft vom "Kölner Keller", wenn der Videoschiedsrichter gemeint ist. Um die dort arbeitenden Regelwächter bei ihrer Arbeit zu unterstützen, schlägt US 20190261027 A1 ein aufwändiges, technisch hoch interessantes Verfahren vor: die Anzeigesteuerung eines Bildwiedergabegerätes für einen Video-Schiedsrichterassistenten - und zwar mittels Augenverfolgung!
Vielleicht würde das die ein oder andere seltsame Entscheidung der Kölner "Kellerkinder" verhindern ...

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
US 011514678 B2	2020	Capturing and analyzing images of sporting events	Verfahren zur automatischen Auswahl der besten Kamerabilder von einer Vielzahl verschiedener Kameras bei Sportveranstaltungen zur Unterstützung des Video-Schiedsrichterassistenten (VAR)
US 20190261027 A1	2019	Image processing apparatuses and methods	Anzeigesteuerung eines Bildwiedergabegerätes für einen Video-Schiedsrichterassistenten (VAR) mittels Augenverfolgung
WO 2017221078 A2	2017	Portable referee monitor	Ein unbemanntes Roboter-Luft- oder Landfahrzeug, das mit einem Monitor zur Unterstützung des Schiedsrichters ausgestattet ist
EP 3300022 A1	2017	Vorrichtung, Methode und Programm zur Bildverarbeitung	siehe Titel
WO 2017/221078 A2	2017	Portable referee monitor	Mobile Monitore für den Schiedsrichter bei Einsatz des Videobeweises

VIII.3.5 Kameras im Stadion

Zur Installation von Kameras im Stadion und zu ihrer Steuerung gibt es immer wieder neue Ideen. Einige Beispiele wollen wir hier nennen:

DE 202016005415 U1 beschreibt ein Kamerabefestigungssystem für Sportplatz-Flutlichtmasten zur mobilen Videoaufzeichnung von Fußballspielen aus erhöhter Position (ähnlich auch DE 202017004719 U1).

Das "Video-Überwachungssystem" DE 102006012239 A1 dient zur Kameraführung, z.B. bei Fußball-Übertragungen.

Ähnlich ist das "Tracking system using proximity and/or presence" (US 020110205077 A1) zur Unterstützung der Kamerasteuerung.

DE 202017005123 U1 sieht vor, dass die Darstellung auf dem Bandendisplay der Spielsituation angepasst wird. Die Spielsituation wird mittels Kameras erfasst, über welche die Position der Spieler ermittelt werden kann. Aus den berechneten Positionen wird die Spielsituation erkannt, die die Einstellung der Kameras und die Darstellung auf dem Bannerdisplay beeinflusst.

Vielleicht steckt hierin großes Potenzial für situativ passende Bandenwerbung: Schmerzmittel oder Pflaster bei Fouls, Brillen-Reklame bei Schiedsrichter-Fehlentscheidungen, Flug-Reklame bei Schwalben, Hochprozentiges (als Zielwasser) bei Strafstößen ...

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
DE 202016005415 U1	2016	Kamerabefestigungssystem für Sportplatz-Flutlichtmasten zur mobilen Videoaufzeichnung	siehe Titel
DE 202017004719 U1	2017	Mobiles Kamerabefestigungssystem für Anbringung an Sportplatz-Fangzäunen oder Flutlichtmasten	siehe Titel
DE 102006012239 A1	2006	Video-Überwachungssystem	Kamerasteuerungssystem
US 020110205077 A1	2010	Tracking system using proximity and/or presence	Kamerasteuerungssystem
DE 202017005123 U1	2017	Positionserfassungssystem oder Kamerasystem für eine Spielstätte, insbesondere Fußballstadion	siehe Titel

VIII.3.6 Schiedsrichter-Kontrolle

Auch der Schiedsrichter selbst kann heute genau überwacht werden. Kürzlich wurde eine Entwicklung zum Patent angemeldet, die mittels "Blickdaten" die Handlungen des Schiedsrichters analysieren und interpretieren will (US 020170364753 A1). Die Entwicklung sieht vor, Key Performance Indikatoren (KPI) zu identifizieren und während des Spiels entsprechende Daten zu sammeln, um zu beurteilen, ob die vom Schiedsrichter getroffenen Entscheidungen korrekt sind. Das System soll sogar die Wahrscheinlichkeit beurteilen können, ob möglicherweise eine Voreingenommenheit bzw. Befangenheit des Schiedsrichters vorliegt und seine Entscheidungen beeinflusst. Die KPI-Daten können über mehrere Spiele hinweg gesammelt werden, um ein Verlässlichkeits-Profil für den Schiedsrichter zu erstellen.

Hilfreich bei der Beurteilung von Schiedsrichterleistungen können auch Entwicklungen wie US 020180039825 A1 sein. Es handelt sich dabei um ein Wiedergabesegment-Extraktionsverfahren, das in einem Video jedes Eingreifen des Schiedsrichter automatisch erkennt und das entsprechende Spielsegment aus dem Film extrahiert, was die nachträgliche Beurteilung der Schiedsrichterleistung erleichtern sollte.

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Patentdokumente zu diesem Abschnitt

Publikationsnummer	Jahr	Titel	Kurzbeschreibung
US 020170364753 A1	2016	Analyzing and Interpreting a Referee's Actions Using Gaze Data	Blickdatenanalyse zur Schiedsrichterkontrolle
US 020180039825 A1	2015	Play segment extraction method and play segment extraction device	Erkennt Eingreifen des Schiedsrichters automatisch und stellte diese Sequenzen zur Analyse zusammen

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