KR101276054B1 - 공 궤적 추적 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공의 일측에 배치되고, 상기 공이 이동하면 트리거신호를 생성하는 공 감지부; 상기 공 상에 배치되고, 상기 트리거신호에 따라 상기 공을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 상기 공의 이동 궤적을 캡처하는 영상 획득부; 상기 영상이미지를 분석하여 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 계산하는 분석 처리부; 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 반영한 가상 공의 영상을 영사하는 영사부를 포함하되, 상기 공 감지부는 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라이고, 상기 영상 획득부는 고속 CCD 카메라를 포함하며, 상기 공에는 상기 회전량을 측정하기 위한 특정 패턴이 상기 공의 상하좌우면에 마킹되어 있는 것을 특징으로 하는 공 궤적 추적 시스템을 제공한다.

Description

공 궤적 추적 시스템{BALL MARK TRACKING SYSTEM}

본 발명은 공 궤적 추적 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 설명하면 저렴하게 구성된 공 궤적 추적 시스템에 관한 것이다.

최근의 게임들은 마치 영화를 본다는 느낌이 들 만큼 예전에는 상상할 수 없었던 뛰어난 그래픽을 선보이고 있다. 또한 게임의 특성상 관람하는 것이 아니라 직접 조작하여 체험하는 것이기 때문에 영화보다 더욱 강렬한 충격을 주기도 한다.

이러한 게임 산업의 발전으로 가장 큰 혜택을 입은 장르를 꼽자면 스포츠 게임을 빼놓을 수 없다. 예전에는 막대기 같은 모습의 선수들이 뛰어다니는 모습이나 현실감 없는 배경만 볼 수 있었지만 최근에는 땀을 흘리거나 바람에 선수들의 옷이 흔들리고 실제와 같이 스포츠 경기장 환경이 모델링되어 게임을 하는 것만으로도 가보지 못한 경기장도 숙지할 수 있을 정도로 표현이 가능하기 때문에 많은 사람들의 지지를 받고 있다.

하지만 스포츠 게임에서 선수의 생성이나 토너먼트 방식을 변경할 수 있는 반면 경기장 같은 경우 별도의 생성이나 변경 없이 주어진 데이터들에 한해서 게임이 가능하다. 특히 요즘 골프 인구가 급격히 증가하고 있는 가운데 스크린골프 시스템의 보급과 활용이 커지고 있다.

스크린 골프 시스템은 보통 실내에서 골프 코스나 골프 연습장을 3D 데이터로 모델링하고, 실제 골프장에서 골프를 즐기는 것과 같은 재미를 느낄 수 있는 골프 시뮬레이터이다.

이미 상용화된 제품으로 국내에는 골프존, 훼밀리 골프, X-Golf, 알바트로스 등의 제품이 있으며 국외로는 About-Golf, 핸디2 등의 제품이 있다. 위에 나열한 제품들은 주로 광센서를 이용하여 사용자가 타격한 골프공의 비행 동작 정보를 인식한다.

광센서보다는 사용자가 타격한 골프공을 촬영하고, 이를 영상처리하는 것이 보다 정확하게 비행동작 정보를 인식할 수 있다. 하지만, 현재는 타격된 골프공을 촬영하는 기기로서 고가의 초고속 카메라를 사용하기 때문에, 상용화에 어려움이 있다.

본 발명은 보다 저렴한 가격으로 공의 궤적을 추적하는 공 궤적 추적 시스템을 제공한다.

본 발명은 공의 일측에 배치되고, 상기 공이 이동하면 트리거신호를 생성하는 공 감지부, 상기 공 상에 배치되고, 상기 트리거신호에 따라 상기 공을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 상기 공의 이동 궤적을 캡처하는 영상 획득부, 상기 영상이미지를 분석하여 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 계산하는 분석 처리부, 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 반영한 가상 공의 영상을 영사하는 영사부를 포함하는 공 궤적 추적 시스템을 포함한다. 여기서, 상기 공 감지부는 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라인 것을 특징으로 하고, 상기 영상 획득부는 고속 CCD 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 공에는 상기 회전량을 측정하기 위한 특정 패턴이 상기 공의 상하좌우면에 마킹되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고가의 초고속 카메라를 대신하여 비교적 저렴한 고속 CCD 카메라를 사용하여 공의 궤적을 추적한다. 이때, 효율적으로 공의 궤적을 추적하기 위해, 공에는 특정 패턴이 마킹된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공 궤적 추적 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2a 내지 도 2i는 공의 회전량을 계산하기 위해 공(1)에 특정패턴을 마킹한 것을 나타낸 도면이다.

본 발명은 기존의 센서 및 고가의 초고속 카메라를 이용하는 방식과는 달리 고속 CCD 카메라를 이용하여 골프공의 비행에 필요한 물리적인 요소를 분석, 검출한다. 또한 물리모델을 설계하여 제작한 골프 시뮬레이터에 카메라 시스템의 결과를 적용한다. 본 발명은 가상 골프 시스템에 한정하는 것이 아니며, 야구, 농구, 탁구, 테니스 등 여러 종목에 적용할 수 있음은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공 궤적 추적 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공 궤적 추적 시스템은 공 감지부(2), 영상 획득부(3), 분석 처리부(4) 및 영사부(5)를 포함한다.

공 감지부(2)는 공(1)의 일측면에 배치되고, 공(2)이 이동하면 트리거신호(TR)를 생성한다. 즉, 공 감지부(2)는 사용자가 공을 때려 이동시키는 시점을 검출하고, 그 시점에 트리거신호(TR)를 생성한다. 이를 위해, 공 감지부(2)는 적외선 센서 또는 카메라를 포함한다.

영상 획득부(3)는 공(1) 상에 배치되고, 트리거신호(TR)에 따라 공(1)을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 공(1)의 이동 궤적을 캡처한다. 즉, 영상 획득부(3)는 공(1)이 이동하기 시작하면 공(1)을 촬영하여 공(1)의 이동 궤적을 캡처한다. 이를 위해, 영상 획득부(3)는 고속 CCD 카메라를 포함한다. 고속 CCD 카메라는 초고속 카메라에 비해 훨씬 저렴하다.

분석 처리부(4)는 영상이미지를 분석하여 공(1)의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 계산한다. 영상이미지에는 공의 이동 궤적뿐만 아니라, 공에 회전량, 회전각도 등도 나타나기 때문에 분석 처리부(4)는 이를 영상이미지로부터 검출해 낸다.

다중노출을 이용한 고속 CCD 카메라는 가로, 세로 간격이 10cm, 가로 크기가 10*6 = 60cm, 세로 크기가 10*5 = 50cm의 마커를 이용하여 카메라 화소의 1pixel 당 cm를 계산한 값을 계산하고, 공의 속도는 획득한 한 장의 영상에서 각 공의 중심점 좌표를 카메라 화소의 1pixel 당 cm를 계산한 값과 계산하여 실제 이동거리를 계산하고, 이 값은 공을 촬영하는데 걸린 시간과 계산한다.

날아가는 방향은 한 장의 영상에서 공의 중심점 좌표를 계산하여 처음 공과 가장 나중의 공의 좌표를 탄젠트 공식을 이용하여 계산한다. 이때 공의 순간 속도가 카메라의 구형물체 캡쳐 순간속도보다 느려서 공이 겹쳐지는 일이 발생할 경우, 다중노출을 이용한 고속 CCD 카메라에서 설정한 다중노출 개수만큼 영상에서의 겹쳐진 공을 분할하여 영상에서의 첫 공의 X위치좌표와 나중 공의 X위치좌표를 계산하고, Y축 프로젝션 기법을 이용하여 첫 공의 Y위치좌표와 나중 공의 Y위치좌표를 계산하여 상기와 같은 방법으로 순간 속도와 날아가는 방향을 계산한다.

영사부(5)는 공(1)의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 반영한 가상 공(6)의 영상을 영사한다. 따라서, 가상 공(6)은 공(1)의 최초 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량이 반영되어 가상의 필드를 비행한다.

도 2a 내지 도 2i는 공(1)의 회전량을 계산하기 위해 공(1)에 특정패턴을 마킹한 것을 나타낸 도면이다.

도 2a 내지 도 2i를 참조하면, 공(1)에 상하측면마다 특정 패턴이 마킹된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 특정 패턴이 마킹된 공(1)은 영상이미지 획득시, 회전에 따라 보이고 사라지는 부분을 나타내 주며, 영상 획득부(3)의 촬영 간격과 연계하면 공(1)의 회전량이 검출된다.

본 실시예에서는 기존에 알고 있는 고가의 초고속 카메라와 다른 타입의 고속 CCD 카메라를 이용하여 공의 비행데이터(공의 속도, 공의 비행방향, 공의 떠오르는 각도, 공의 회전)를 측정할 수 있는 카메라 시스템을 제안한다. 본 실시예에서 사용하는 고속 CCD 카메라는 촬영 시, 한 장의 이미지에 여러 번의 노출을 이용하여 고속으로 촬영한다. 그리고 공이 지나가는지를 알기 위하여 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라를 이용한다. 공이 날아가는데 필요한 비행데이터를 이용하여 설계한 물리모델에 적용하여 제작한 골프 시스템에 직접 적용하였다.

본 발명은 상술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 모든 구기 종목에 적용 가능함은 자명하다.

1: 공 2: 공 감지부
3: 영상 획득부 4: 분석 처리부
5: 영사부 6: 가상 공

Claims (4)

1. 공의 일측에 배치되고, 상기 공이 이동하면 트리거신호를 생성하는 공 감지부;
   상기 공 상에 배치되고, 상기 트리거신호에 따라 상기 공을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 상기 공의 이동 궤적을 캡처하는 영상 획득부;
   상기 영상이미지를 분석하여 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 계산하는 분석 처리부;
   상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도 및 회전량을 반영한 가상 공의 영상을 영사하는 영사부를 포함하되,
   상기 공 감지부는 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라이고,
   상기 영상 획득부는 고속 CCD 카메라를 포함하며,
   상기 공에는 상기 회전량을 측정하기 위한 특정 패턴이 상기 공의 상하좌우면에 마킹되어 있는 것을 특징으로 하는 공 궤적 추적 시스템.
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