CN101410153A - 成像设备和高尔夫球分析设备 - Google Patents

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CN101410153A CNA2007800032941A CN200780003294A CN101410153A CN 101410153 A CN101410153 A CN 101410153A CN A2007800032941 A CNA2007800032941 A CN A2007800032941A CN 200780003294 A CN200780003294 A CN 200780003294A CN 101410153 A CN101410153 A CN 101410153A
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恩斯特·黑格尔斯
乔治·科恩
彼得·赫鲁斯塔廖夫
罗纳德·滕尼斯
斯特凡·梅尔
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Abstract

一种成像设备，其包括：照明装置，其适于在至少两个适时分开的时间间隔期间照明可移动物体；图像传感器装置，其适于拍摄所述可移动物体的图像；以及控制单元，其适于以如下方式协调所述照明装置和所述图像传感器装置，即在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，所述图像传感器装置拍摄所述被照明的可移动物体的图像，并且在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的至少部分时距期间停用所述图像传感器装置。

Description

成像设备和高尔夫球分析设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年1月19日提交的美国临时专利申请No.60/760,148、2006年3月15日提交的美国临时专利申请No.60/782,660、2006年3月15日提交的美国临时专利申请No.60/782,665、以及2006年10月31日提交的美国临时专利申请No.60/863,730的优先权，在此以参引的方式将所述四个申请的公开内容并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种成像设备。
此外，本发明涉及一种高尔夫球分析设备。
本发明进一步涉及一种运动物体的成像方法。
此外，本发明涉及一种程序单元。
进一步地，本发明涉及一种计算机可读介质。
背景技术
US 2005/0026710A1公开了一种视频图像获取设备，其具有一个或多个数字照相机，用于在预定帧频处获取在连续视频模式下至少两次闪光或频闪产生的飞行中的高尔夫球的图像。然后，将每个图像帧从背景中去掉并进行对比，以判定飞行中的球的图像的存在情况。此外，在US2005/0026710A1中还公开了另一种视频图像获取设备，其由至少两个视频照相机组成，用于获取通过在预定时间间隔处的至少两次闪光或频闪产生的飞行中的高尔夫球的图像。然后，该设备对两幅摄影图像进行三角计算，以判定在既定的飞行时间处飞行中的高尔夫球在空间中的确切物理位置。
但是，常规的高尔夫球分析系统的缺点在于它们不适于在例如晴天的高尔夫球场上等非常明亮的环境中使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确的成像系统。
为了实现上述目的，提供了如独立权利要求所述的成像设备、高尔夫球分析设备、运动物体的成像方法、程序单元以及计算机可读介质。
如本发明的一种示例性实施方式所述，提供了一种成像设备，其包括：照明装置，其适于至少在至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间照明可移动物体；图像传感器装置，其适于拍摄所述可移动物体的图像；控制单元，其适于以如下方式协调所述照明装置和所述图像传感器装置，即在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，所述图像传感器装置拍摄所述可移动物体的图像，并且在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距期间(具体是在基本上整个时距期间)停用所述图像传感器装置。
如本发明的另一种示例性实施方式所述，提供了一种高尔夫球分析设备，其用于评估高尔夫球运动员的动作，尤其是击打动作，所述高尔夫球分析设备包括具有上述特征的成像设备，所述成像设备适于拍摄由作为所述可移动物体的高尔夫球和高尔夫球杆中的至少其中一项的图像。
如本发明的另一种示例性实施方式所述，提供了一种运动物体的成像方法，所述方法包括：至少在至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间照明所述运动物体；拍摄所述可移动物体的图像；以如下方式协调所述照明和所述拍摄，即在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，拍摄所述运动物体的图像，并且在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的所述时距期间(尤其是在基本上整个时距期间)不进行所述拍摄。
如本发明的再一种示例性实施方式所述，提供了一种程序单元，当被处理器执行时，所述程序单元适于控制或实施具有上述特征运动物体的成像方法。
如本发明的再一种示例性实施方式所述，提供了一种计算机可读介质，在所述介质中存储有计算机程序，当由处理器执行时，所述计算机程序适于控制或实施具有上述特征的运动物体的成像方法。
如本发明实施方式所述的电子图像获取方案能够由计算机程序即由软件、或者通过使用一个或多个专用的电子优化电路即硬件、或者以混合形式即通过软件部分和硬件部件来实现。
在本申请的上下文中，术语“可移动物体”可具体表示一种物理结构，该物理结构适配、设计或构造成在流体(具体为气体，但也有可能是液体)环境中移动，例如飞行。可移动物体的示例是例如(高尔夫)球或飞盘等运动装置，或者例如航空器等任何种类的运载工具。
术语“两个适时分开的时间间隔”可具体表示一个或多个照相机单元等在特定长时间期间检测图像——例如两次。在所述一个或多个照相机单元的这两个动作间隔之间停用所述一个或多个照相机，因此在此空闲期间不检测任何图像。相应的闪光单元至少在所述照相机的至少部分所述动作时间期间可发出光脉冲，或者在所述照相机多次例如两次致动期间可发出较长的持续闪光。
术语“停用图像传感器装置”可具体表示光子碰撞到所述图像传感器上而导致检测信号被忽视或未被考虑。这可例如通过仅在停用期间之前和之后考虑光子，结合在读出于动作期间所拍摄的信号之后所述图像传感器的重新初始化或重新设定等电子方式获得。可替代地，这可例如通过在停用期间，在所述图像传感器前面设置(能移动的)光子吸收构件等机械方式获得。
术语高尔夫球运动员的“动作”可具体表示在实施击打之前、击打过程中或击打之后，高尔夫球运动员所实施的任何动作。这可具体包括击打之前不久，例如当实施击打前高尔夫球运动员站到球座前并集中精神时的行为。可具体包括击打过程中，例如当高尔夫球运动员摆动高尔夫球杆并撞击高尔夫球时的行为。可具体包括击打之后，例如当高尔夫球离开球座/高尔夫球杆并沿目标方向飞行时的行为。
术语“击打”可具体表示包括在高尔夫球静止之前，高尔夫球杆的摆动、高尔夫球杆和高尔夫球之间的撞击、以及高尔夫球的飞行等整个过程或该过程的一部分。击打可以是此动作的至少一部分。
术语“击打距离”可具体表示击打之前和击打之后高尔夫球的静止位置之间的距离。
术语“撞击”可具体表示很短的时间间隔，在该时间间隔中，高尔夫球杆和高尔夫球之间发生相互作用。
术语“电磁辐射”可具体为光，但是，其它波长(例如红外线和/或紫外线)也是可能的。
术语“高尔夫球分析设备”可具体表示一种可监控高尔夫球运动员的动作并可对应于此动作进行计算的设备。而且高尔夫球模拟器可由该术语“高尔夫球分析设备”所覆盖。例如，这样的高尔夫球分析设备可包括一个或多个照相机，用于制作一幅或多幅高尔夫球和/或高尔夫球杆和/或高尔夫球运动员的图像，以便从中获取信息用于进行高尔夫球击打的分析。
例如，频闪仪可限定获取图像的不同时刻，并且可以利用图像辨识方法来评估单幅图像，以便分析高尔夫球运动员的击打。例如，这样的高尔夫球分析设备可根据击打情况来计算例如速度、角度、加速度、旋转、击打距离等参数。这样的系统也可结合自适应的高尔夫球分析部件来实施，用于允许判定何种身体位置或其它击打参数根据统计能获得好成绩，而何种不能。因此，这样的高尔夫球分析系统可向高尔夫球运动员提供关于如何改进动作的建议，或者提供关于过去有什么参数已经获得成功的信息。
在有这种高尔夫球分析设备的情况下，高尔夫球手可以将高尔夫球放置在球座上，可以选择高尔夫球杆并可实施击打。在球座的附近(例如距离高尔夫球分析设备40厘米处)，使用者(例如位于距离高尔夫球分析设备120厘米处)可设置高尔夫球分析设备，该高尔夫球分析设备可包括照相机或其它图像获取装置，以便能够在撞击球之前、撞击过程中和/或撞击之后拍摄一幅或多幅图像。然后关于球、高尔夫球杆、和/或高尔夫球手的身体姿势来评估这些图像，从而获取参数用于进行击打的分析，进而评估击打的质量。
如示例性实施方式所述，提供了一种系统，用于在多个时间拍摄例如飞行中的高尔夫球等运动物体的图像。可将这多幅图像结合形成一幅图像，用于示出运动过程中多个时间处的可移动物体(例如高尔夫球)，以便能够研究所述可移动物体的运动学。常规地，可产生多次闪光(例如在使用常规的频闪仪的情况下)用于相对于背景多次照明物体，且当环境足够暗时，就能够在图像上多个位置处看见或辨识出该物体。但是，在某些情况下，例如当可移动物体将在晴天被检测时，尤其对于图像处理程序而言，就可能发生因背景太亮以至于难以或不可能检测到在图像上的多个位置处的运动物体。根据这种辨识方式，本发明的实施在相继的闪光或相继的获取时间间隔之间停用图像传感器装置(例如电荷耦合器件(CCD)照相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)照相机)，从而限制背景对图像的影响，因此，甚至在明亮的背景条件下，也能在一幅图像上多次可靠地识别所述运动物体。换言之，如本发明的示例性实施方式可以提高频闪反差。可根据高尔夫球的位置和/或设置在高尔夫球上的图案来评估所拍摄的图像。明亮的结构(如高尔夫球运动员的腿部等)会扰乱图形辨识过程，本发明的示例性实施方式有效地限制这种明亮的结构。
如示例性实施方式所述，设置高尔夫球发射监控器，在其中利用频闪摄影技术可拍摄刚发出的高尔夫球的至少两个初始状态。为了保证在明亮的环境条件下的适当的反差比，选择性地在闪光灯照亮期间不进行图像曝光。
如示例性实施方式所述，发射监控器可利用以频闪方式获取到的图像测量在撞击时刻之前和/或之后被撞击高尔夫球的运动和/或高尔夫球杆的运动。这些图像随后可由处理器处理。例如，可判定标记和/或机构和/或物体(如高尔夫球、球杆头、球杆部)。为此目的，可使用计算机或微处理器。为了图像的自动评估或分析，需要所需物体和背景之间的适当的反差比。为此目的，可以由闪光灯照亮或照明前景中的物体。由于光的强度随距离增大而以平方律减小(“1/r2”定律)，所以例如高尔夫球手的腿部等远距离的物体比例如高尔夫球等近距离的物体受到的照明少很多。在例如太阳直射的明亮的环境条件下，背景中的物体在闪光之前、闪光之后以及闪光期间仍旧会被显著照亮。然而，这会降低所关注的所需近距离的物体相对于背景的反差。如本发明的示例性实施方式所述，通过在特定时间间隔期间停用照相机以防止除闪光时刻外照亮或曝光图像，从而在后续的图像处理程序中提高反差和准确性。可以使用足够快速的电动或机械快门以便保证这样的功能。
存在不同的用于获取图像的示例性可能：
-触发信号可以较短的曝光时间来执行图像获取。
-可以较长的曝光时间并任选地使用闪光灯来执行图像获取。然后触发信号在此曝光时间内致动一次或多次相继的短时闪光。
因此，如示例性实施方式所述，可以实施适时精确控制的另外的获取。
发射监控器可以测量在撞击时刻之前和/或之后被撞击高尔夫球的运动和/或高尔夫球杆的运动。发射监控器可设置有如传感器、附加的照相机或附加的闪光灯等任选的附加装置，用于检测高尔夫球手、高尔夫球和/或装备的运动。能够利用线缆或无线通信路径来实施与所述附加装置的通信。尤其可使用蓝牙来进行这样的通信。还能使用红外通信、无线电频率通信、(移动式)通信网络、无线局域网(WLAN)等。
以下，将说明所述高尔夫球分析设备的进一步示例性实施方式。但是，这些实施方式也适用于高尔夫球分析设备、操纵高尔夫球分析设备的方法、程序单元以及计算机可读介质。
所述高尔夫球分析设备包括以下所列至少其中一项：供电单元，其用于向所述高尔夫球分析设备的至少一部分提供电能；光学显示单元，其用于显示与高尔夫球分析相关的信息；用户界面单元，其用于允许用户与所述高尔夫球分析设备的至少一部分进行交流；传感器单元，其用于感测至少一个与高尔夫球分析相关的传感器参数；以及数据评估单元，其用于评估与高尔夫球分析相关的数据。
所述图像获取装置可以是例如电荷耦合器件照相机或互补金属氧化物半导体照相机。也能设置多个照相机。
所述供电单元可以是电池、蓄电池、太阳能电池等。
所述光学显示单元可以是监视器，如液晶显示(LCD)监视器、薄膜晶体管(TFT)监视器、有机发光二极管(OLED)基显示器、等离子监视器或常规的阴极射线管。
所述用户界面单元可包括输入元件，如键盘、控制杆、跟踪球，或者甚至包括语音分析系统。所述用户界面单元还可包括触摸屏。
传感器单元可以是任何种类的传感器，如声波传感器(例如用于检测高尔夫球杆撞击高尔夫球的时刻)、光学传感器、位置传感器、用于检测高尔夫球手的鞋子内的重量分布的压力传感器、压敏平台或压敏垫(衬垫)等。
可设置一个或多个闪光灯单元，例如频闪仪，以便限定应当能够在照相机的图像中看见高尔夫球的不同时刻。因此，通过拍摄高尔夫球和/或高尔夫球杆和/或高尔夫球运动员的多幅图像，就可从所述拍摄的图像中获取运动参数。
所述数据评估单元可以是中央处理单元(CPU)，并且还可以包括存储装置、输入/输出单元等。这样的数据评估单元可以根据预存储的算法执行计算，以便从所拍摄的信息中获取高尔夫球分析的相关参数。
所述高尔夫球分析设备可包括多个图像获取装置，所述图像获取装置的位置可以从不同视向拍摄正在进行击打的高尔夫球运动员的图像。因此，可增加并提取所提供的且能用于评估击打及其质量的信息量。尤其可获得从不同视向的补充信息。
如示例性实施方式所述，所述图像传感器装置可适于叠加在所述至少两个适时分开的时间间隔期间拍摄的可移动物体的图像，从而形成一幅图示所述可移动物体在所述至少两个适时分开的时间间隔期间的图像。因此，在第一照明时间间隔期间产生了所述可移动物体的第一幅图像之后，此局部图像可被存储(该存储可通过执行快速读出程序来实现)。然后，所述图像传感器装置可保持停用状态直到下一次闪光出现。随后，所述图像传感器装置的光敏部分可被重新初始化，也就是说，可将所有信息从所述图像传感器装置中删除。然后，当下一次闪光出现时，获取第二幅图像，所述第二幅图像可以快速方式读出/复制，并被叠加到先前存储的图像上。此过程能够任选地重复一次或多次。最终，可获得叠加图像，所述叠加图像示出处于相对于背景具有适当的反差的被照明状态中的所关注的物体。然后，可将此总图像读出到存储装置，用于通过图像获取软件进行进一步分析。
所述成像装置可包括快门机构，所述快门机构由所述控制单元控制，并适于在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距期间停用所述图像传感器装置。这样的快门机构(例如机械式快门机构或电动式快门机构)可确保被照明光子的照明和检测仅在特定时刻发生，从而提高所述反差。例如，这种快门的电动构造可允许使所述图像传感器装置的敏感表面仅在当闪光灯照亮时的特定时段期间才作用。通过在相继的闪光之间将存储在这种传感器部分中的信息删除，且通过在每个照明脉冲之后读出单份数据，可实现这样的电动式快门机构。机械式快门机构可通过例如快门叶片等机械方法，以机械方式防止在相继的闪光之间照明所述敏感表面。
所述照明装置可包括一个或多个频闪仪。具体地，由于两个频闪仪可以消除由高尔夫球和单独的频闪仪之间的几何不对称所产生的图像获取误差，所以可布置(具体地为相对于所述照相机对称地布置)两个频闪仪，且所述两个频闪仪可同时照明处于观察中的物体。此外，也可具有超过两个的频闪仪，例如三个或四个频闪仪，或者更多。
所述照明装置可适于至少在所述至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间通过产生电磁辐射的脉冲来照明所述可移动物体。这种脉冲可基本上呈狄拉克(Dirac)脉冲(一种函数，其对于确定时刻的值为基本上无穷大，在别的地方该值为零，其中从负无穷到正无穷的积分为1)的形状，也就是说，可以是非常紧和非常短的时间。脉冲可具有矩形、锯齿形等形状。
限定照相机动作时间(所述动作时间可以是，至少部分是，与闪光时间同步/一致的)的所述至少两个适时分开的时间间隔的持续时间可以在基本上1微秒和基本上200微秒之间的范围内，具体在基本上10微秒和基本上(30微秒或)40微秒之间的范围内。这些时间间隔可具体适于高尔夫球形状和颜色的物体，所述物体布置为距离检测仪大约40厘米。
不同的闪光灯可以用程序控制以使得所述闪光时间不同。例如，各闪光灯的功率可能不同，其各自的闪光时间可以调节为使得闪光能量达到基本相同。
所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距的持续时间在基本上100微秒和基本上1秒之间的范围内，具体在基本上0.5毫秒(例如用于观测高尔夫球杆)和基本上10毫秒(例如用于观测缓慢的高尔夫球)之间的范围内。此外，这种时距可具体取决于所述运动物体的常规速度。因此，可以根据如高尔夫球、高尔夫球杆、飞盘等特定的运动物体来进行所述时距值的重新调整。例如，高尔夫球的常规速度可以在10米/秒和80米/秒之间。
所述图像传感器装置可以在处于基本上2微秒和基本上400微秒之间的范围内、具体是在基本上20微秒和基本上40微秒之间的范围内的致动持续时间期间拍摄被照明的可移动物体的图像。例如照相机(具体为电荷耦合器件照相机或互补金属氧化物半导体照相机)等所述照明传感器装置的照明时间可由硬件限制来限定。所述图像获取时间可被统一为所述闪光时间，或者可以与所述闪光时间不同。
所述成像设备可包括检测单元，所述检测单元适于检测所述可移动物体的撞击，所述撞击使所述可移动物体开始运动，所述检测单元可进一步适于响应于所检测的撞击而触发所述照明装置以照明所述物体。这样的检测单元可以是例如麦克风，所述麦克风检测当由高尔夫球杆撞击高尔夫球时所产生的声波。考虑到所述声波的传播时间(考虑高尔夫球和麦克风之间的距离以及声速)可被用来计算撞击的时刻。据此，可产生触发信号来触发第一光脉冲的产生，和/或可触发所述照相机的第一检测阶段。这就可允许可靠检测高尔夫球位置用于提供关于运动学和所述击打质量的有意义的信息。
所述成像设备可包括评估单元，所述评估单元适用于基于对由图像拍摄装置所拍摄的所述可移动物体的图像的分析来评估运动物体的运动特性。这种运动特性可包括速度、加速度、旋转、角度信息或者所述高尔夫球的击打宽度。为此目的，可以对示出飞行中的高尔夫球的多个位置的图像应用图像处理程序。
具体地，所述评估单元可适于基于图像处理算法来评估作为所述运动物体的球的运动特性，所述图像处理算法辨识由所述球的明亮中心、所述球的暗色边缘以及所述球的边缘和背景之间的交接处中的至少其中一项。当呈球形的高尔夫球被照明时，所述高尔夫球的中心会非常亮，且其边缘会比较暗。取决于背景的亮度，球的边缘甚至可以比背景暗或者，在另一种情况下，比背景亮。但是，由于已如本发明的示例性实施方式所述改善了的所述反差，所以通过高尔夫球软件可以检测所述边缘与所述背景之间的交接处。
如本发明的优选实施方式所述，所述图像传感器装置可包括可照明部分(曝光存储器)和不可照明部分(遮光存储器)。所述可照明部分还可表示为明亮存储器(Hellspeicher、图像阵列)，且所述不可照明部分可表示为暗色存储器(Dunkelspeicher、存储阵列)。所述可照明部分可适于在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，在所述可移动物体由电磁辐射照明的情况下，拍摄所述可移动物体的单幅图像，可适于将所述单幅图像提供(或复制)给所述不可照明部分，并可适于在所述至少两个适时分开的时间间隔期间相继的照明之间被重新初始化。因此，所述可照明部分可被照明以在其中一个特定的所述照明时间间隔拍摄所述高尔夫球的图像。然后，可将此信息以例如微秒数量级的快速方式读出到所述不可照明部分。在下一个检测阶段之前，所述可照明部分可被重新初始化，也就是说，可将关于所述第一时间间隔的已存储信息删除。然后，可以开始新的检测，位于另一个位置处的所述高尔夫球的下一幅图像可被检测并提供给所述不可照明部分。所述不可照明部分可适于叠加由所述可照明部分提供的所述单幅图像以产生叠加后图像，且可适于最终将所述叠加后图像提供给存储装置。换言之，与高尔夫球的各位置相对应的信号可由所述不可照明部分简单总加在一起，然后，结果图像可被传递(也以具有毫秒数量级时间常数的较慢的方式)到例如计算机的硬盘等所述存储装置，用于进一步分析。
如一个实施方式所述，所述照明装置可适于在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的至少部分所述时距期间不照明所述可移动物体。换言之，在所述照相机的至少部分停用时长期间可以停用所述闪光灯。
如另一个实施方式所述，所述照明装置可适于在所述至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间、以及在所述至少两个适时分开的时间间隔之间持续地照明所述可移动物体。换言之，在所述照相机的至少部分停用时长期间可以将持续或延续较长时间的闪光灯保持为被致动状态。
以上限定的各方面以及本发明的其它方面从以下将要描述的实施方式的示例来看是显而易见的，并且参照这些实施方式的示例来对其进行说明。
附图说明
以下将参照实施方式的示例更详细地描述本发明，但本发明不局限于这些示例。
图1图示了如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析系统；
图2图示了如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析设备的各部件的定时；
图3图示了如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析设备的信号处理方案；
图4图示了如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析系统；
图5是由常规高尔夫球分析设备在两个时刻处所获取的高尔夫球的图像；
图6是由如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析设备在两个时刻处所获取的高尔夫球的图像；
图7和图8图示了用于如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析设备执行的物体分析的图像处理方案的原理。
具体实施方式
图中的示例是示意性的。在不同的附图中，相似的或相同的元件标有相同的附图标记。
下面将参照图1描述如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析系统100。
如图1所示，高尔夫球运动员101处于持有高尔夫球杆102的位置，该高尔夫球杆102包括杆部103和杆头104。高尔夫球105放置在球座(未示出)上。
高尔夫球分析设备100包括中央处理单元113(在另一个实施方式中，该中央处理单元113可以是微处理机)，该中央处理单元113包括处理资源和存储资源。中央处理单元113可用作用于整个高尔夫球分析设备100的控制系统。中央处理单元113与电荷耦合器件照相机114(以双向方式或以单向方式)电耦接。代替设置一个电荷耦合器件照相机114，也可以设置两个或多个照相机。但只设置一个照相机特别有利，因为这样可允许以低成本和小尺寸来制造设备100。当设置多个电荷耦合器件照相机114时，设备100可适于从不同的视向/视角来监控高尔夫球运动员101，以便获得用于评估高尔夫球手101击打的补充信息。
此外还设置有第一闪光灯116和第二闪光灯117。闪光灯116、117能够位于高尔夫球分析设备100的任何需要的位置处，特别是附接到高尔夫球分析设备100的壳体。闪光灯116、117可以闪光以便限定照相机114拍摄高尔夫球杆102、高尔夫球105和/或高尔夫球运动员101的图像的时刻。作为闪光灯116、117的替换方案，也可以设置频闪仪。也可以利用发光二极管(LED)，尤其是有机发光二极管，来实施这种闪光源。也可以只使用一个闪光灯或者使用至少三个闪光灯来替代使用两个闪光灯116、117。例如，每个闪光灯116、117都能发出一束闪光，或者一个闪光灯116或117可发出两束或多束闪光。光脉冲的数量也可以变化并能大于或等于二。
此外，中央处理单元113耦接至液晶显示器118，所述液晶显示器118用作用于显示高尔夫球分析结果的光学显示单元。
另外，中央处理单元113耦接至例如键盘、控制杆、触摸屏等输入/输出装置119，以便向中央处理单元113提供控制信息。例如，高尔夫球手101可经由输入/输出装置119输入表示用于击打的球杆102的信息，以便向系统100提供用以评估击打的情况所需要的信息。
如图1中进一步所示出，设置有麦克风124，其用于检测由高尔夫球杆头104和球105之间的撞击所产生的声波。
此外，在高尔夫球分析设备100处还设置有蓝牙通信接口125，并且蓝牙通信接口125与中央处理单元113耦接。经由蓝牙通信接口125，可实现与设置在高尔夫球手101的两只鞋子126、127中的可选传感器128、129的通信。此外还可实现与设置在高尔夫球杆头104中的传感器130以及设置在高尔夫球105中的传感器131的无线通信。
此外，高尔夫球105包括标记150，该标记150可以是文字或符号，其光学特性不同于大致为白色的高尔夫球105。类似地也可以在高尔夫球杆头104处设置标记151，以及在球杆102的杆部103处设置标记152。
下面将更详细地说明系统100的功能性。
当高尔夫球运动员101挥动高尔夫球杆102使得高尔夫球杆头104撞击球105时产生声波。麦克风124以相应的滞后检测到这些声波。从而触发闪光灯116、117以发出光脉冲，具体为时长为20微秒、时间间隔为2毫秒的两个光脉冲。相应地，这些闪光灯116、117限定了照相机114检测在(基本上)撞击期间或撞击之后受击的球105、移动的球杆102、和/或移动的高尔夫球运动员101的图像的时刻。
此外，来自传感器128至131的传感器信息被传送到蓝牙通信接口125。中央处理单元113可以使用所有这些信息项以获得例如角度信息、速度信息、距离信息等高尔夫球分析信息。这种评估的结果可经由显示单元118输出。
作为麦克风124的替换方案，可设置光障以用于检测撞击球105的时间。
更具体地，高尔夫球分析设备100包括成像设备，该成像设备由照明装置(即闪光灯116、117)所形成，所述照明装置适于在两个或多个适时分开的时间间隔期间照明运动中的高尔夫球105，所述时间间隔由闪光的持续时间和相继的闪光之间的时间间隔所限定。电荷耦合器件照相机114(可替代地为互补金属氧化物半导体照相机)设置以拍摄运动的高尔夫球105的图像。中央处理单元113用作控制单元，用于以如下方式协调闪光灯116、117和电荷耦合器件照相机114，即使得电荷耦合器件照相机114在所述两个或多个适时分开的时间间隔期间拍摄被照明的高尔夫球105的图像，并且该电荷耦合器件照相机114在所述至少两次适时分开的时间间隔之间的至少一部分时距期间停用。换言之，照相机114仅在与闪光灯116、117的照明时间至少部分相关的特定时刻期间才启动。这将在下文参照图2和图3更详细地说明。
然而，电荷耦合器件照相机114将在闪光单元116、117的多次闪光期间拍摄的飞行的高尔夫球105的图像叠加，从而形成一幅表示闪光间隔期间的飞行的高尔夫球105的图像。但是，在中央处理单元113的控制下，在闪光灯116、117发出光脉冲之间的大部分时距期间，快门机构、更具体为电动快门机构使电荷耦合器件照相机114停用。如所描述的实施方式所述，闪光灯116、117同时发出光脉冲。可替代地，不同的闪光灯116、117可用来在不同时刻闪光。
中央处理单元113还用作评估单元，用于基于对电荷耦合器件照相机114所拍摄的图像的分析来评估飞行中的高尔夫球105的运动特性。在此图像上，在高尔夫球105飞行过程中的不同时刻，以被照明的方式来显示出高尔夫球105。由于闪光灯116、117的位置使得电荷耦合器件照相机114位于闪光灯116、117之间，所以照相机114的位置基本对称，并检测由球105的暗的圆形边缘所环绕的球105的明亮的中心。在中央处理单元113上运行的图像处理软件具体分析球105的边缘和(灰色)背景之间的交接处。由于在闪光单元116、117产生闪光之间停用照相机114，所以提高或增强了明亮的球和暗色的背景之间的反差，从而允许以更高的准确度执行图像处理程序，并且提供更有意义的高尔夫球分析结果。
以下将参照图2说明图示高尔夫球分析设备100的各部件的定时的定时方案200。
信号210表示用于触发闪光单元116、117的触发信号。信号220表示由闪光单元116、117产生的闪光的持续时间。信号230表示照相机114的快门的触发信号与时间的关系。沿时间轴240绘出了照相机114在其间实际被照明的时间间隔。
方案210、220、230、240的水平方向表示时间，竖直方向表示信号的幅值或逻辑值。
当高尔夫球105被撞击时，这可由麦克风124分析。此信号可从麦克风124传送到中央处理单元或微控制器单元113，该中央处理单元或微控制器单元113产生用于触发闪光灯116、117的触发信号211和212。换言之，在时间间隔211、212期间，闪光灯分别发出闪光脉冲221和222。与此闪光221、222一致地，照相机113的快门被操作，并在时间间隔231和232期间分别产生照相机113控制信号。
相应地，电荷耦合器件照相机113在时间间隔241和242期间分别被照明。这在图2中示意性地示出为三角形，因为在电荷耦合器件照相机114的这些有效时间241、242期间集结或积聚了光子。
括号250示意性地表示出照相机113在时间间隔241和242期间拍摄的单个信号的叠加。此叠加的结果是图像260，其在由于照相机停用而获得的暗色背景之前示出飞行过程中在两个不同位置处的高尔夫球105。
图3表示在电荷耦合器件照相机114内的数据处理的方案300。
在图1的实施方式中使用的电荷耦合器件照相机114包括可照明部分(Hellspeicher)301和不可照明部分302(Dunkelspeicher)。
可照明部分301具有光敏性且适于在至少两个适时分开的时间间隔241、242期间光303照明的情况下拍摄可移动的高尔夫球105的单幅图像。可照明部分301还适于将所述单幅图像提供或复制到不可照明部分302。此外，可在至少两个适时分开的时间间隔241、242期间相继的照明之间重新初始化可照明部分301。
不可照明部分302适于叠加由可照明部分301提供的单幅图像304以产生叠加后的图像305，此叠加后的图像305将被提供给分析计算机(未示出)或中央处理单元113的存储装置306，此叠加后的图像305可由该分析计算机或中央处理单元113进一步处理。
当被照明部分301在时间间隔241期间检测到来自飞行的高尔夫球的光信号之后，此图像数据被复制到未被照明部分302中。这可以是一个呈微秒数量级的非常快速的过程。在用于分开时间间隔241和242的时间间隔之后，可照明部分301可被重新初始化且再次被激活，并在随后的时间间隔处，亦即在时间间隔242期间，拍摄高尔夫球105的图像。与第二图像相关的数据作为数据304被复制到未被照明部分302中。通过采用这种方法，第一图像和第二图像的数据以呈微秒数量级的快速方式简单叠加在未被照明部分302中。只有在拍摄完最后的图像之后(也就是说，在时间间隔242之后)，才将全部图像数据作为数据305传递到存储装置306，此过程可能比较慢，例如呈毫秒数量级。然后将此数据存储在硬盘306上用于进一步分析。
图3的电动快门机构的优点是单元302和306之间缓慢的读出过程只发生一次。
图4示出如本发明示例性实施方式所述的高尔夫球分析设备400，其实现了参照图2和图3所描述的图像获取装置。
如图4中所示的高尔夫球获取装置400包括外壳401。外壳401安装在支架402上。除了对称安装的闪光灯116、117外，还示出了一个电荷耦合器件照相机114。
图5示出了一幅由常规高尔夫球分析设备在明亮的条件下获取的图像500。
在图像500中，在两个不同时刻处只能以较差的质量看出高尔夫球105。在背景中示出了高尔夫球运动员的腿部501。由于高尔夫球105和背景、具体为腿部501之间的反差小，所以自动图像处理程序在检测此分辨率低的高尔夫球105的位置以确定其运动特性时将面临很大问题。
图5的实施方式涉及在相继的闪光之间停用的电荷耦合器件照相机。图像500是以2.2毫秒的持续快门开启时间拍摄的。
与此形成对比，图6示出由图4所示的成像设备拍摄的图像600，其实施了参照图2和图3所描述的图像获取方案。
高尔夫球运动员的腿部几乎不可见，且在两个不同时刻能够以高准确度分辨出高尔夫球105。这是由于在两个相继的闪光之间停用电荷耦合器件照相机113而产生的。
图6的图像是以带有2毫秒时距的两个30微秒的短时快门开启时间来拍摄的。
基于图像600，图像处理软件通过“内部明亮部分”和“周围暗色部分”可准确地判定“两个物体”的最有可能的位置，所述“内部明亮部分”和“周围暗色部分”呈“圆形”并且具有“在预定范围内的尺寸”。因此，可以使用图形辨识算法自动检测在不同位置处的高尔夫球105。可估算设置在高尔夫球105上的标记602以判定旋转特性等。此外，还能够进行从两维到三维的转换，以便判定球105的速度和旋转轴线。
以下将参照图7和图8来说明如本发明的示例性实施方式所述的通过积分时间调整来改善边缘反差的程序。
当设计用于高尔夫球分析设备的照相机时，可以考虑以下帧条件：
1.由于信息能够存储在一帧(图像)内，所以在短时间内的多次曝光能够以节约成本的方式获取频闪图像。在此不需要高速照相机等。
2.为了显著提高所述反差，积分时间Ti应当降低为在没有闪光能量损耗的情况下的闪光持续时间。适当的边缘反差对于图像处理的可靠性和准确性很重要。
参照图7，t是闪光持续时间，S是球的轨迹亮度，R是球的边缘亮度，T是球中心处的亮度。
轨迹亮度S受从(衰减后的)背景亮度的影响以及球105变模糊产生的亮度的影响。如图8所示，边缘亮度R取决于φ的正弦函数。
球的边缘处的亮度R受轨迹亮度S以及闪光亮度之和的影响，该闪光亮度照明球的边缘，因几何形状和散射度而降低。
以下，将计算球边缘和球中心相对于球轨迹的反差：
在本文中，KST表示为球中心相对于球轨迹的反差：
KST＝(T-S)/(T+S)＝1/(C1Ti+1)
KSR表示为球边缘相对于球轨迹的反差：
KSR＝(R-S)/(R+S)＝1/(C2Ti+1)
C1和C2为表示闪光亮度、背景亮度、散光度以及几何形状的影响的常数。
上述等式示出，较短的时间Ti会导致较高的反差KSR和KST。
应当注意，术语“包括”并不排除其它的元件或特征，并且，“一”或“一个”也不排除复数的情况。此外，结合不同的实施方式所描述的元件可以组合。
还应当注意，权利要求书中的附图标记不应解释为对权利要求书的范围的限定。

Claims (19)

1.一种成像设备，包括：
照明装置，其适于至少在至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间照明可移动物体；
图像传感器装置，其适于拍摄所述可移动物体的图像；
控制单元，其适于以如下方式协调所述照明装置和所述图像传感器装置，即在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，所述图像传感器装置拍摄所述可移动物体的图像，并且在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距期间停用所述图像传感器装置。
2.如权利要求1所述的成像设备，
其中，所述图像传感器装置适于选择性地叠加在所述至少两个适时分开的时间间隔期间拍摄的可移动物体的图像，从而形成一幅图示所述可移动物体在所述至少两个适时分开的时间间隔期间的图像。
3.如权利要求1或2所述的成像设备，
包括快门机构，其能够由所述控制单元控制，并适于在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距期间停用所述图像传感器装置。
4.如权利要求3所述的成像设备，
其中，所述快门机构包括机械式快门机构和电动式快门机构中的至少其中一种。
5.如权利要求1到4中任一项所述的成像设备，
其中，所述照明装置包括一个或多个频闪仪，具体为两个相对于所述图像传感器装置呈对称布置的频闪仪。
6.如权利要求1到5中任一项所述的成像设备，
其中，所述照明装置适于至少在所述至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间通过产生电磁辐射的脉冲来照明所述可移动物体。
7.如权利要求1到6中任一项所述的成像设备，
其中，所述至少两个适时分开的时间间隔的持续时间在基本上1微秒和基本上200微秒之间的范围内，具体在基本上10微秒和基本上40微秒之间的范围内，更具体在基本上20微秒和基本上40微秒之间的范围内。
8.如权利要求1到7中任一项所述的成像设备，
其中，所述至少两个适时分开的时间间隔之间的时距的持续时间在基本上100微秒和基本上1秒之间的范围内，具体在基本上0.5毫秒和基本上10毫秒之间的范围内。
9.如权利要求1到8中任一项所述的成像设备，
包括检测单元，其适于检测所述可移动物体的撞击，所述撞击使所述物体开始运动，所述检测单元进一步适于响应于所检测的撞击而触发所述照明装置以照明所述物体。
10.如权利要求1到9中任一项所述的成像设备，
包括评估单元，其适于基于对由图像拍摄装置所拍摄的所述可移动物体的图像的分析来评估所述可移动物体的运动特性。
11.如权利要求10所述的成像设备，
其中，所述评估单元适于基于图像处理算法来评估作为所述可移动物体的球的运动特性，所述图像处理算法辨识由所述球的明亮中心、所述球的暗色边缘以及所述球的边缘和背景之间的交接处中的至少其中一项。
12.如权利要求1到11中任一项所述的成像设备，
其中，所述图像传感器装置包括可照明部分和不可照明部分，
所述可照明部分适于在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，在所述可移动物体由电磁辐射照明的情况下，拍摄所述可移动物体的单幅图像，适于将所述单幅图像提供给所述不可照明部分，并适于在所述至少两个适时分开的时间间隔期间相继的照明之间被重新初始化；
所述不可照明部分适于叠加由所述可照明部分提供的所述单幅图像以产生叠加后图像，且适于最终将所述叠加后图像提供给存储装置。
13.如权利要求1到12中任一项所述的成像设备，
其中，所述照明装置适于在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的至少部分所述时距期间不照明所述可移动物体。
14.如权利要求1到13中任一项所述的成像设备，
其中，所述照明装置适于在所述至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间、以及在所述至少两个适时分开的时间间隔之间持续地照明所述可移动物体。
15.一种高尔夫球分析设备，其用于评估高尔夫球运动员的动作，尤其是击打动作，所述高尔夫球分析设备包括：
如权利要求1到14中任一项所述的成像设备，所述成像设备适于拍摄由作为所述可移动物体的高尔夫球和高尔夫球杆中的至少其中一项的图像。
16.如权利要求15所述的高尔夫球分析设备，
包括以下所列至少其中一项：供电单元，其用于向所述高尔夫球分析设备的至少一部分提供电能；光学显示单元，其用于显示与高尔夫球分析相关的信息；用户界面单元，其用于允许用户与所述高尔夫球分析设备的至少一部分进行交流；传感器单元，其用于感测至少一个与高尔夫球分析相关的传感器参数；以及数据评估单元，其用于评估与高尔夫球分析相关的数据。
17.一种运动物体的成像方法，所述方法包括：
至少在至少两个适时分开的时间间隔的至少一部分期间照明所述运动物体；
拍摄所述可移动物体的图像；
以如下方式协调所述照明和所述拍摄，即在所述至少两个适时分开的时间间隔期间，拍摄所述运动物体的图像，并且在所述至少两个适时分开的时间间隔之间的所述时距期间不进行所述拍摄。
18.一种程序单元，当被处理器执行时，所述程序单元适于控制或实施权利要求17所述的运动物体的成像方法。
19.一种计算机可读介质，其中存储有计算机程序，当由处理器执行时，所述计算机程序适于控制或实施权利要求17所述的运动物体的成像方法。
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