CN107543530B - 用于测量球的旋转的方法、系统及非暂时性计算机可读记录介质 - Google Patents

用于测量球的旋转的方法、系统及非暂时性计算机可读记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于测量球的旋转的方法、系统及非暂时性计算机可读记录介质。根据本发明的一种形态，提供一种用于测量球的旋转的方法，包括如下步骤：在拍摄了作为物理量测量对象的球的多个图像中，分别检测出与所述球相应的区域中出现的至少一个标记(mark)；将与从所述多个图像中分别检测出的所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列(sequence)，所述标记序列包括与所述识别出的标记在所述第一图像中的属性及在所述第二图像中的属性相关的信息；以及将生成的所述标记序列作为参照，测量与所述球的旋转相关的物理量。

Description

用于测量球的旋转的方法、系统及非暂时性计算机可读记录 介质
技术领域
本发明涉及一种用于测量球的旋转的方法、系统及非暂时性计算机可读记录介质。
背景技术
为了使高尔夫用户们在城市中心也能够以较低的成本享受虚拟高尔夫，虚拟高尔夫系统广泛普及。对于这种虚拟高尔夫系统而言，当高尔夫用户击打高尔夫球时，获取拍摄高尔夫球的多个图像，并基于其轨迹、间隔、大小等而测量关于高尔夫球的物理量，且执行模拟而将发射的模拟结果显示于屏幕上，可将如上所述的思想作为其基本理念。在这种虚拟高尔夫系统中，尽量以良好的状态获取高尔夫球的拍摄图像乃是颇为重要的事情。
与之相关地，韩国公开专利公报第10-2009-0112538号(发明的名称：利用照明控制的高尔夫图像获取装置及基于利用该装置的图像处理的高尔夫练习系统)中披露有如下的技术：调节照明的位置或颜色，并拍摄高尔夫练习的场面，从而以更为多样的方式获取高尔夫球的图像(上述韩国公开专利公报的说明书应当视为将其全体编入到本说明书中)。然而，对于包括该技术的多种现有技术而言，在将用于准确测量高尔夫球的物理量的过程中必不可少的高尔夫球的图像以良好的状态获取的方面，对于如下的技术没有表现出关心：利用必要的技术或者可从多个高尔夫球获取的标记序列，测量高尔夫球的物理量。
因此，本发明的诸发明人提出一种如下的新型技术：针对由短时间内可拍摄众多帧的图像的高速摄像机获取到的高尔夫球图像中普遍出现的标记序列(mark sequence)进行分析，从而准确测量高尔夫球的物理量。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，对在拍摄了高尔夫球的多个图像内出现的标记序列进行分析，从而测量高尔夫球的旋转速度和旋转方向。
并且，本发明的另一目的在于，补正或可因如下缘故产生的误差：拍摄运动的高尔夫球的摄像机观察高尔夫球的视线角度因高尔夫球的运动而异。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的代表性构成方式如下。
根据本发明的一种形态，提供一种用于测量球的旋转的方法，包括如下步骤：在拍摄了作为物理量测量对象的球的多个图像中，分别检测出与所述球相应的区域中出现的至少一个标记(mark)；将与从所述多个图像中分别检测出的所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列(sequence)，所述标记系列包括与所识别的标记在所述第一图像中的属性及在所述第二图像中的属性相关的信息；以及将所生成的标记序列作为参照，测量针对所述球的旋转的物理量。
根据本发明的另一形态，提供一种用于测量球的旋转的系统，包括：标记序列管理部，在拍摄了作为物理量测量对象的球的多个图像中，分别检测出与所述球相应的区域中出现的至少一个标记(mark)，将与从所述多个图像中分别检测出的所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列(sequence)，所述标记序列包括与所述识别出的标记在所述第一图像中的属性及在所述第二图像中的属性相关的信息；以及旋转测量部，将所生成的标记序列作为参照，测量所述球的旋转相关的物理量。
此外，还提供用于实现本发明的另一方法、系统及非暂时性计算机可读记录介质。
发明效果
根据本发明，可实现如下的效果：利用在多个高尔夫球图像内出现的标记(mark)的时间序列性的集合(即，标记序列(sequence))，可准确测量出高尔夫球的旋转速度和旋转方向。
并且，根据本发明，可实现如下的效果：可补正可能因用于拍摄运动的高尔夫球的摄像机观察球的视线角度因高尔夫球的运动而异而产生的误差，所以可更加准确地特定在拍摄了运动的高尔夫球的多个图像内出现的标记及标记序列。
附图说明
图1为概略示出根据本发明的一个实施例的虚拟高尔夫系统的整体构造的图。
图2为具体示出根据本发明的一个实施例的拍摄装置100的内部构造的图。
图3为具体示出根据本发明的一个实施例的模拟器200的内部构造的图。
图4为示例性示出根据本发明的一个实施例而实际拍摄的高尔夫球图像的图。
图5是以视觉方式示出根据本发明的一个实施例的可应用于高尔夫球图像的补正模型的图。
图6为示例性示出根据本发明的一个实施例而补正了亮度的高尔夫球图像的图。
图7为示例性示出根据本发明的一个实施例而实际拍摄的在多个高尔夫球图像内出现的标记(mark)的模样的图。
图8为示意性示出误差补正构造的图，所述误差可能因如下缘故而产生：拍摄根据本发明的一个实施例而运动的高尔夫球的摄像机的视线角度因高尔夫球的运动而异。
附图标记说明
100：拍摄装置
110：摄像机部
120：通信部
130：控制部
200：模拟器
210：图像处理部
220：物理量测量部
230：模拟部
240：数据库
250：通信部
260：控制部
具体实施方式
后述的关于本发明的详细说明中参照附图，所述附图示例性示出可用于实施本发明的特定实施例。详细描述实施例，以使本领域技术人员可充分实施本发明。本发明的多样的实施例虽互不相同，但却无需具有排他性。例如，本说明书中记载的特定形状、结构及特性可在不脱离本发明的思想和范围的限度内由一个实施例变更为另一实施例而实现。并且，各个实施例中的个别构成要素的位置或布置方式也可在不脱离本发明的思想和范围的限度内变更。因此，不可按限定性含义理解后述的详细说明，本发明的范围须解释为包括权利要求书的诸权利要求项请求保护的范围及其均等的所有范围。在附图中，类似的附图标记贯穿多个方面而表示相同或类似的构成要素。
以下，为了使本发明所属的技术领域中具备基本知识的人员得以容易实施本发明，参照附图而对本发明的多种优选实施例进行详细的说明。
[本发明的优选实施例]
整个系统的构成
图1为概略示出根据本发明的一个实施例的虚拟高尔夫系统的整体构造的图。
如图1所示，虚拟高尔夫系统可包括：击打部10、照明装置20、拍摄装置100、模拟器200及显示装置300。
首先，根据本发明的一个实施例的击打部10可以是当高尔夫用户利用虚拟高尔夫系统时赖以支撑脚部而登上去并将高尔夫放置并击打的部分。这种击打部10可包括能够调节其倾斜角的公知的仿坡回球台。参考地，本领域技术人员可在本发明应用于其他种类的虚拟体育系统的情况下，可针对击打部10的构造而在必要的情况下连同与之一起联动的其他构成要素的构造一并加以适于相关体育的特性的方式的恰当变更。
其次，根据本发明的一个实施例的照明装置20可以是当高尔夫用户享受室内或室外的虚拟高尔夫时人工照射光的装置。可根据需要而点亮、熄灭这种照明装置20，或者其亮度得到调节。优选地，照明装置20可以是如下的紫外线照明装置：用于防止因光的闪烁现象而引起的高尔夫球图像的自然劣化。
其次，根据本发明的一个实施例的拍摄装置100可包括至少一个摄像机(例如，高速摄像机)(未图示)，从而执行获取两个以上的高尔夫球的图像(例如，正在运动的高尔夫球的图像)。这种拍摄装置100可如图1所示地位于将运动的高尔夫球从上向下观察的位置，然而也可以布置于其他不同的位置。
根据本发明的一个实施例，高尔夫球的图像为，越是显示于该高尔夫球的表面的预定的标记(mark)明显示出从而可特定该标记的形状或位置者，则越是好的高尔夫球的图像。例如，当显示于高尔夫球的图像的球所对应的区域的标记更加鲜明时，如后所述的模拟器200在多个高尔夫球图像内出现的标记的时钟序列性的集合即标记序列(marksequence)可更加准确地得到捕捉，从而可更加准确地运算出高尔夫球的旋转速度和旋转方向。
关于如上所述的拍摄装置100的具体构造，后面将会参照图2更加详细地描述。
其次，根据本发明的一个实施例的模拟器200从拍摄了作为物理量测量的对象的球的多个图像中，分别检测出相当于球的区域中所显示的至少一个标记(mark)，并参照与多个图像中分别检测到的至少一个标记在多个图像的各个中的属性相关的信息，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列(sequence)，所述标记序列包含与如上所述的识别的标记在第一图像中的属性和在第二图像中的属性相关的信息，并且将上述生成的标记序列作为参照，执行测量与球旋转的物理量相关的功能。
并且，根据本发明的一个实施例的模拟器200，针对如上所述地拍摄的多个图像的各个图像，将执行拍摄的摄像机观察球的视线作为参照，可执行补正多个图像中分别检测到的至少一个标记的属性(位置、方向等)的功能。
另外，根据本发明的一个实施例的模拟器200能够与拍摄装置100和显示装置300执行通信，且包括用于虚拟高尔夫模拟的专用处理器。这种专用处理器可以是具有存储单元并具备数值运算能力和图形处理能力的处理器。
关于如上所述的模拟器200的构造，将会参照图3而在后面详细说明。
最后，根据本发明的一个实施例的显示装置300可执行予以显示模拟器200的物理量测量结果、虚拟显示实现结果的功能。这种显示装置300可通过预定的显示单元显示预定的图像，例如可由吸收被击打的高尔夫球的冲击的同时并不直接发光的屏幕和用于将图像输出到这种屏幕的投影机构成。
拍摄装置的构成
以下，对根据本发明的一个实施例的拍摄装置100的内部构造及各个构成要素的功能进行考察。
图2为详细示出根据本发明的一个实施例的拍摄装置100的内部构造的图。
如图2所述，拍摄装置100可包括摄像机部110、通信部120及控制部130。
根据本发明的一个实施例，摄像机部110、通信部120及控制部130可以是，其中的至少一部分与模拟器200执行通信的程序模块。这种程序模块能够以操作系统、应用程序模块或者其他程序模块形态包含于拍摄装置100，在物理意义上可被存储于多种公知的存储装置中。并且，这种程序模块可存储于能够与拍摄装置100执行通信的远程存储装置。另外，这种程序模块包括根据本发明而执行后述的特定任务或者执行抽象数据类型的例程、子例程、程序、对象、组件、数据结构等，然而并非局限于此。
首先，根据本发明的一个实施例的摄像机部110可包括光学意义上可获取多个图像的摄像机。例如，根据本发明的一个实施例的摄像机部110可包括每秒钟能够拍摄数十个帧(frame)的图像的高速摄像机或超高速摄像机。根据本发明的一个实施例，摄像机部110的摄像机可在存在或者不存在运动的高尔夫球的状态下执行拍摄，从而获取预定的图像。
然后，根据本发明的一个实施例的通信部120可根据需要而执行中继控制部130与模拟器200之间的数据收发的功能。根据本发明的一个实施例，通信部120可采取的通信方式并不特别受限，优选如下的方式：有线LAN通信、线缆通信等有线通信方式或无线LAN通信、红外线通信、射频(RF)通信、蓝牙通信等无线通信方式。
最后，根据本发明的一个实施例的控制部130可执行用于控制摄像机部110和通信部120之间的数据的流动的功能。即，根据本发明的控制部130控制来自或者指向拍摄装置100的外部的数据流动或拍摄装置100的各个构成要素之间的数据流动，从而可执行控制以使摄像机部110和通信部120中分别执行固有功能。
模拟器的构成
以下，对根据本发明的一个实施例的模拟器200的内部构造及各个构成要素的功能进行考察。
图3为详细示出根据本发明的一个实施例的模拟器200的内部构造的图。
如图3所示，根据本发明的一个实施例的模拟器200可包括图像处理部210、物理量测量部220、模拟部230、数据库240、通信部250及控制部260。并且，根据本发明的一个实施例，图像处理部210可包括图像获取部(未图示)和图像补正部(未图示)，物理量测量部220可包括视线角度补正部(未图示)、标记序列管理部(未图示)及旋转测量部(未图示)。根据本发明的一个实施例，图像处理部210、物理量测量部220、模拟部230、数据库240、通信部250及控制部260可以是，其中的至少一部分与拍摄装置100或显示装置300执行通信的程序模块。这种程序模块可按操作系统、应用程序模块或其他程序模块的形态包含于模拟器200，而且可在物理意义下存储于多种公知的存储装置中。并且，这种程序模块还可以存储于能够与模拟器200执行通信的远程存储装置中。另外，这种程序模块可根据本发明而包括后述的用于执行特定任务或者执行特定抽象数据类型的例程、子例程、程序、对象、组件、数据结构等，然而并非局限于此。
另外，关于模拟器200，已予如上所述的描述，然而这种描述乃是示例性描述，模拟器200所要求的功能或构成要素的一部分或全部可根据需要而在拍摄装置100中实现或者包含于其中，这对于本领域技术人员来说不言而喻。
亮度补正
首先，根据本发明的一个实施例，图像处理部210(具体而言，图像获取部)可执行如下作用：从如上所述的拍摄装置100中，获取作为物理量测量的对象的球得到拍摄的多个图像。
图4为示例性示出根据本发明的一个实施例的实际拍摄的高尔夫球图像的图。
参照图4，因照明的位置、光照射方向或光强度、摄像机的位置、式样或设定、球的位置或颜色等多样的环境要素，多个图像中相当于球的区域的亮度分布可能因图像而异。例如，相当于球的区域的亮度可能整体上暗淡(参照图4的(a))，相当于球的区域中的中心部的亮度可能比起其他部分而言过于明亮(参照图4的(b))。
首先，根据本发明的一个实施例，图像处理部210(具体而言，图像补正部)可执行如下的功能：在拍摄了作为物理量测量的对象的球的多个图像中，分别计算出相当于球的区域的拍摄的亮度分布。
具体而言，根据本发明的一个实施例的图像补正部可在多个图像中分别计算出相当于球的区域的中心地点、最大亮度地点、半径等，从而在各个图像内特定相当于球的区域。并且，根据本发明的一个实施例的图像补正部可将多个图像的各个图像中相当于球的区域内的预定的地点(例如，中心地点、最大亮度地点等)作为基准，计算出相当于球的区域的亮度分布。
更加具体地，根据本发明的一个实施例的图像补正部可利用线性回归模型(linear regression model)、非参数模型(non-parametric model)等估测模型或统计学模型，计算出多个图像的各个图像中相当于球的区域的亮度分布。
例如，可基于线性回归模型，在多个图像的各个图像中相当于球的区域内计算出最大亮度地点及任意地点之间的距离与相关的任意地点亮度之间的关系。作为另一例，可基于模糊滤波器(blurring filter)、低频滤波器(low pass filter)、高斯滤波器(Gaussian filter)等非参数模型，计算出多个图像的各个图像中相当于球的区域内的任意地点的亮度。
并且，根据本发明的一个实施例，图像处理部210(具体而言，图像补正部)可执行如下功能：参照标准亮度分布，补正多个图像中相当于至少一个图像的球的区域的拍摄亮度分布。在此，根据本发明的一个实施例，基准(reference)亮度分布作为以如下方式已设定的亮度分布可存储于数据库240内：适于检测显示在球的表面上的标记并识别。
具体而言，根据本发明的一个实施例的图像补正部可按如下方式补正相当于相关图像的球的区域的拍摄亮度分布：使成为补正对象的图像的球所对应的区域的拍摄亮度分布的均匀度达到已设定的水平以上。
更加具体地，根据本发明的一个实施例的图像补正部，将相当于第一图像的球的区域的第一拍摄的亮度分布于基准亮度分布进行比较，从而计算出用于补正第一拍摄的亮度分布的补正模型，并可参照上述计算出的补正模型而补正第一拍摄的亮度分布。
例如，根据本发明的一个实施例的补正模型可表示为如同下述数学式1和数学式2所示。
<数学式1>
E(P)＝c×B(P)+d
<数学式2>
F(P)＝B(P)+E(P)或F(P)＝B(P)×E(P)
在上述的数学式1和数学式2中，B(P)指代作为任意地点的点P的亮度，E(P)指代关于点P的亮度的补正模型，c和d指代特定补正模型E(P)的补正系数，F(P)指代基于补正模型E(P)而补正(即，均匀化)的点P的亮度。
图5是以视觉方式示出出根据本发明的一个实施例的可应用于高尔夫球图像的补正模型的图。图5的(a)和(b)分别相当于将可应用于图4的(a)和(b)的图像的补正模型进行了视觉化的结果。
图6为示例性示出根据本发明的一个实施例而实现亮度补正的高尔夫球图像的图。
参照图6，可确认如下的事实：图4的(a)和(b)中分别示出的高尔夫球图像的球所对应的区域的亮度分布实现均匀化。
如上所述，根据本发明的一个实施例，不仅对各个高尔夫球图像进行补正，而且还补正在多个高尔夫球图像内相当于球的区域的亮度分布(即，均匀化)，从而使检测并识别在多个图像内共同显现的标记的过程中因亮度差异而引起的误差产生的可能性减少，于是可提高其检测及识别的准确度。
然而应予说明，根据本发明而补正球图像的亮度分布的方法并非必须限定于以上列举的算法，在可实现本发明的目的之范围内，可任意变更。
利用标记序列的球的旋转测量
另外，根据本发明的一个实施例，物理量测量部220对如上所述地补正(即，亮度分布均匀化)的多个高尔夫球图像(更加具体地，乃是时间上相邻的多个高尔夫球图像)中显示的标记序列进行分析，从而可以执行测量高尔夫球的旋转速度和旋转方向的功能。具体而言，根据本发明的一个实施例的物理量测量部220可将从上述标记序列观察到的标记的高尔夫球表面上的移动速度及移动方向作为参照，估测出高尔夫球的旋转速度和旋转方向。此外，根据本发明的一个实施例的物理量测量部220还可以执行如下的功能：运算高尔夫球的移动轨迹，或者运算高尔夫球的移动速度，或者运算高尔夫球的高度。
具体而言，根据本发明的一个实施例的物理量测量部220(具体而言，标记序列管理部)可执行如下功能：在拍摄作为物理量测量对象的球的多个图像的各个图像中，检测出相当于球的区域内显现的至少一个部件(mark)。并且，根据本发明的一个实施例的物理量测量部220可执行如下的功能：特定如上所述地检测出的至少一个标记在多个图像的各个中的属性。在此，属性中可包括如上所述地检测出的至少一个标记在多个图像的各个中的位置、方向、大小、形状等。
图7为示例性示出根据本发明的一个实施例而实际拍摄的在多个高尔夫图像内显现的标记(mark)的模样的图。
参照图7，从时间上相邻拍摄的5个图像中的各个图像中，可检测出印刷于球701的表面上的多个标记710a至770e。
另外，对于根据本发明的一个实施例的物理量测量部220(具体而言为标记序列管理部)而言，可将与如上所述地检测到的至少一个标记在多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的两个以上的图像内共同检测到的标记，且可以生成标记序列，所述标记序列包括与如此识别的标记在两个以上的图像中的各个图像中的属性相关的信息。
具体而言，对于根据本发明的一个实施例的标记序列管理部而言，若从第一图像中检测出的至少一个标记与从时间上相邻于第一图像的第二图像中检测出的至少一个标记之间存在位置、方向、大小、形状等属性相似已设定水平以上(即，相互匹配)的标记，则可将相关标记识别为在第一图像和第二图像内共同检测出的标记，且可以生成标记序列，所述标记序列包含与如此识别的标记在第一图像和在第二图像中的属性相关的信息。
更加具体地，根据本发明的一个实施例的标记序列管理部可将多个图像中的各个图像的拍摄时间点之间的时间间隔(例如，每秒钟帧数fps)、高尔夫等体育中通常可能发生的球的旋转速度或旋转方向、至今为止已测量的球的旋转速度或旋转方向等作为参照，可设定第二图像内曾时间上相邻于第二图像的第一图像中检测到的特定标记被检测出的可能性较高的候选区域(例如，第一图像中特定标记被检测出的位置的周围区域)，并可将第二图像的上述设定的候选区域内检测到的至少一个标记中形状最为类似于上述特定标记的标记识别为与上述特定标记相匹配的标记。
例如，参照作为时间上相邻拍摄的两个图像的图7的(a)和(b)，根据本发明的一个实施例的标记序列管理部可在时间上先行的图7的(a)的图像中显示的第一标记710a与时间上后行的图7的(b)的图像中显示的第一标记710b在位置、方向、大小及形状方面类似已设定水平以上的情况下，将第一标记710a、710b识别为图7的(a)的图像和图7的(b)的图像中均检测到的标记，并可针对第一标记710a、710b，可生成如下的标记序列：将第一标记710a、710b在图7的(a)的图像和图7的(b)的图像的各个中的属性相关的信息作为序列数据包含在内。
并且，对于根据本发明的一个实施例的标记序列管理部而言，虽然在将位置、方向、大小、形状等属性作为参照而进行判断时并未在第一图像中检测出来，但若时间上相邻于第一图像的第二图像中检测到的标记存在，则可以将相关标记识别为拍摄时间点之后崭新出现的标记，且可以生成从如此识别的标记在第二图像中的属性相关的信息中开始的崭新的标记序列。
例如，参照时间上相邻拍摄的两个图像即图7的(a)和(b)，对于根据本发明的一个实施例的标记序列管理部而言，当存在一种第七标记770b，其虽然并未出现于时间上先行的图7的(a)的图像却出现于时间上后行的图7的(b)的图像时，将第一标记770b识别为首次在图7的(b)的图像中检测出，且可以针对第一标记770b，生成将第七标记770b在图7的(b)的图像中的属性相关信息作为起始数据包含在内的标记序列。
并且，对于根据本发明的一个实施例的标记序列管理部而言，当把位置、方向、大小、形状等属性作为参照进行判断时，若存在从第一图像中检测出来却并未从时间上相邻于第一图像的第二图像中检测出来的标记时，可将相关标记识别为第一图像拍摄时间点以后再也未曾出现的标记，并将针对如此识别的标记而生成的现有的标记序列，作为相关标记在第一图像中的属性相关信息结尾予以终结。
例如，参照时间上相邻拍摄的两个图像即图7的(a)、(b)及(c)，对于根据本发明的一个实施例的标记序列管理部而言，若存在第五标记750a、750b，其虽然出现于时间上先行的图7的(a)和(b)的图像却并未出现于时间上后行的图7的(c)的图像，则将第五标记750a、750b识别为图7的(b)的图像中最后检测出的标记，且可以将针对第五标记750a、750b而生成的当前的标记序列，将第五标记750a、750b的在图7的(b)的图像中的属性相关信息作为最终数据予以终结。
另外，根据本发明的一个实施例，旋转测量部可将关于至少一个标记而生成的标记序列所包含的相关标记的多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，执行测量所拍摄球的旋转速度和旋转方向的功能。
具体而言，根据本发明的一个实施例的旋转测量部可从关于至少一个标记的标记序列中包含的信息中推导得出时间上相邻的两个图像中的各个图像中检测到的标记的位置之间的距离d，并可将上述推导距离与时间上相邻的两个图像的各自拍摄时间点之间的时间间隔Δt作为参照，确定作为测量对象的球的旋转速度(即，旋转角速度)(ω＝360d/2πrΔt)。在此，根据本发明的一个实施例，上述提及的标记的位置及标记之间的距离可将用于定义球表面的球面坐标系作为基准加以特定。
并且，对于根据本发明的一个实施例的旋转测量部而言，可从关于至少一个标记的标记序列中包含的信息中推导得出在时间上连续的两个以上的图像内使标记的位置移动(即，以预定的旋转轴为中心进行旋转)的路径，并可将上述推导得出的方向作为参照而确定成为测量对象的球旋转轴。
例如，参照图7，可基于图7的(a)中检测到的第一标记710a的位置和图7的(b)中检测到的第一标记710b的位置之间的距离，确定球701的旋转速度，并基于在图7的(a)至图7的(e)内检测到的第一标记710a至710e的位置的移动路径，确定球701的旋转轴(即，旋转方向)702。
摄像机视线角度补正
另外，对于根据本发明的一个实施例的物理量测量部220(具体而言，视线角度补正部)而言，针对所拍摄的多个图像中的各个图像，将执行拍摄的摄像机观察作为拍摄对象的球的视线角度作为参照，可执行将如上所述地检测到的至少一个标记在多个图像的各个中的属性(例如，位置、方向等)进行补正的功能。
图8为示意性图示用于拍摄根据本发明的一个实施例而移动的高尔夫球的摄像机的视线角度随着高尔夫球的运动而改变，从而可能产生的误差得到补正的构成方式的图。
在图8的实施例中，在三维现实空间内固定于特定位置的摄像机810可在将相关摄像机810作为基准时使朝向X轴的正(+)方向移动的球820a、820b历时预定时间被拍摄多次，从而可生成针对相关球820a、820b而时间上相邻的多个图像。在此情况下，根据本发明的一个实施例，摄像机810观察作为拍摄对象的球820a、820b的方向(即，视线方向)811a、811b可随着球820a、820b朝预定的行进方向移动而异。因此，在多个图像中的各个图像中，不仅可能出现由球820a、820b本身的移动或旋转引起的球701的形状变化，而且还可能出现由摄像机810观察球820a、820b的视线角度或视线方向的变化引起的球701的形状变化，其可以成为如下的要素：基于多个图像的各个图像中出现的球的形状(具体而言，从多个图像的各个图像中检测到的至少一个标记的模样)，在测量球的旋转的过程中可能引发不少的误差。
对此，根据本发明的一个实施例的视线角度补正部可执行如下的补正：消除摄像机810观察球820a、820b的视线角度或视线方向的变化所引起的误差。
首先，参照图8，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，针对作为摄像机810拍摄存在于第一位置的球820a的结果生成的图像，可计算出实际视线向量811a与虚拟视线向量831a之间的角度θ1，所述实际视线向量811a用于特定摄像机810观察球820a的视线，所述虚拟视线向量831a用于特定虚拟摄像机830a观察球820a的视线，所述虚拟摄像机830a位于平行于定义重力方向的基准轴801(即，Z轴)且经过球820a的虚拟的直线上。
其次，参照图8，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，作为摄像机810拍摄存在于第一位置的球820a的结果，可将生成的图像中检测到的至少一个标记的坐标以预定的补正基准轴为中心予以与上述计算出的角度θ1等量的旋转，从而补正由摄像机的视线差异引起的误差。
在此，根据本发明的一个实施例，作为补正的对象的至少一个标记的坐标可以是定义球的表面的球面坐标系上的坐标。并且，根据本发明的一个实施例，作为补正的对象的至少一个标记的坐标可根据罗德里格斯旋转(Rodrigues rotation)、欧拉旋转(Eulerrotation)等多样的旋转变换技术方法得到执行。
更加具体地，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，可将实际视线向量811a和虚拟视线向量831a作为参照，计算出作为用于上述补正的旋转的中心的轴(即，补正基准轴)得到定义的向量。例如，在实际视线向量811a为Vs且虚拟视线向量831a为Us的情况下，作为补正基准轴向量的a可以是如同下述数学式3那样将Vs与Us进行向量积(cross product)而计算获得的结果向量。
<数学式3>
a＝Vs×Us
因此，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，将从作为摄像机810拍摄存在于第一位置的球820a的结果而生成的图像中检测出的至少一个标记的坐标以根据上述数学式3的补正基准轴为中心而予以与上述计算出的角度θ1等量的旋转，从而可以补正由实际摄像机810与虚拟摄像机830a之间的视线角度或视线方向差异引起的误差。
继而，参照图8，可以假定如下的情形：随着作为测量对象的球朝X轴的正(+)方向进一步移动，球的位置从第一位置820a向第二位置820b挪移。在此情况下，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，针对第二位置处存在的球820b可计算出实际视线向量811b与虚拟视线向量831b之间的角度θ2，并基于实际视线向量811b和虚拟视线向量831b而计算出定义补正基准轴的向量。另外，对于根据本发明的一个实施例的视线角度补正部而言，将从作为摄像机810拍摄存在于第二位置的球820b的结果生成的图像中检测到的至少一个标记的坐标以如上所述地计算出的补正基准轴为中心予以与上述计算出的角度θ2等量的旋转，从而可以补正由实际摄像机810与虚拟摄像机830b之间的视线角度差异引起的误差。
其次，对于根据本发明的一个实施例的模拟部230而言，可基于如上所述地测量的高尔夫球的物理量相关的多样的信息，实现虚拟现实中的高尔夫球的运动(例如，旋转速度、旋转方向、移动速度、移动方向、发射角度等)。并且，对于根据本发明的一个实施例的模拟部230而言，可将高尔夫球的运动反映于图形客体，或者将包含图像信号的控制信号传输到显示装置300，从而可以使高尔夫球的运动在显示装置300中呈现得具有现实感。
另外，对于根据本发明的一个实施例的模拟部230而言，可以使由摄像机部110实际拍摄的图像直接显示于用户画面。具体而言，对于根据本发明的一个实施例的模拟部230而言，可借助于摄像机部110而被实际拍摄，从而将经过上述亮度补正、标记识别、视线角度补正等处理的多个图像显示于用户画面，如上所述地显示的多个图像中可包含用于帮助用户的理解的图形要素(例如，用于指示标记序列、旋转轴等的引导线等)。
因此，根据本发明，可提高针对借助于虚拟高尔夫模拟而测量的高尔夫球的旋转相关物理量的用户的信赖性，并可实现针对虚拟高尔夫环境的用户的云集感提高的效果。
然后，在根据本发明的一个实施例的数据库240中，可存储有高尔夫球的拍摄图像、高尔夫球的亮度分布得到补正的图像、标记序列、视线角度、补正基准轴、运算的物理量等相关信息或者对模拟所必要的信息(例如，对虚拟现实的实现必要的数据等)。虽然图3中以数据库240包含于模拟器200的构成方式为例进行了图示，然而根据实现本发明的本领域技术人员的需要，数据库240也可以与模拟器200相独立地构成。另外，本发明中的数据库240作为包含计算机可读记录介质的概念，不仅可以是狭义的数据库，而且还可以是包括基于文件系统的数据记录等的广义数据库，即使是单纯的日志的集合，若也可以将其检索而提取出数据，则可以成为本发明中的数据库240。
其次，对于根据本发明的一个实施例的通信部250而言，可执行来自或者朝向模拟器200的数据收发。根据本发明的一个实施例，虽然在通信部250可采取的通信方式中没有特别限制，然而优选地可取有线LAN通信、线缆通信等有线通信方式或者无线LAN通信、红外线通信、射频通信、蓝牙通信等无线通信方式。
最后，根据本发明的一个实施例的控制部260可执行如下的功能：将图像处理部210、物理量测量部220、模拟部230、数据库240及通信部250之间的数据的流动进行控制。即，根据本发明的控制部260对来自或者指向模拟器200的外部的数据流或模拟器200的各个构成要素之间的数据流进行控制，从而可执行控制以使图像处理部210、物理量测量部220、模拟部230、数据库240及通信部250中分别执行固有功能。
以上，主要以本发明的虚拟体育系统为虚拟高尔夫系统的情形为主进行了描述，然而对于球运动的模拟不可或缺的所有类型的虚拟体育系统(例如，虚拟棒球系统或虚拟足球系统)，均可应用本发明的技术原理和构造，这对于本领域技术人员来说不言而喻。
以上描述的根据本发明的实施例可由通过多样的计算机构成要素得以执行的程序指令的形态实现，从而被记录于计算机可读记录介质。所述计算机可读记录介质可将程序指令、数据文件、数据结构等单独或组合而包含。所述计算机可读记录介质中记录的程序指令可以是为了本发明而特别设计并构成的指令，或者可以是公知于计算机软件领域的技术人员而可以使用的指令。作为计算机可读记录介质之例，包括：硬盘、软盘及磁带之类的磁介质；CD-ROM和DVD之类的光记录介质、光磁盘(floptical disk)之类的磁-光介质(magneto-opticalmedium)；以及ROM、RAM、闪存之类的为了存储并运行程序指令而特别构成的硬件装置。作为程序指令之例，不仅包括借助于编译器制作而成的机械语言代码，而且还包括使用解释器等而借助于计算机得到执行的高级语言代码。硬件装置可以为了执行根据本发明的处理而变更为一个以上的软件模块，反之亦然。
以上，已对本发明的具体构成要素之类的特定事项和有限的实施例及附图进行了说明，然而这只是为了帮助本发明的全局性理解而提供的示例，本发明并非限定于上述实施例，但凡是本发明所属的技术领域中具备基本知识的人员，即可从上述记载中图谋实现多样的修改和变更。
因此，不应局限于如上所述的实施例而确定本发明，权利要求书及与之等价的内容或者可从中均等地变更的所有内容均属于本发明的思想的范围。

Claims (17)

1.一种在用于测量球的旋转的系统中执行的方法，所述系统包括标记序列管理部、旋转测量部以及视线角度补正部，所述方法包括如下步骤：
通过所述标记序列管理部在拍摄了作为物理量测量对象的球的多个图像中，分别检测出与所述球相应的区域中出现的至少一个标记；
通过所述标记序列管理部将与从所述多个图像中分别检测出的所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列，所述标记序列包括与所述识别出的标记在所述第一图像中的属性及在所述第二图像中的属性相关的信息；
通过所述旋转测量部将生成的所述标记序列作为参照，测量与所述球的旋转相关的物理量；以及
通过所述视线角度补正部，针对所述多个图像的各个图像，将拍摄所述球的摄像机观察所述球的视线作为参照，补正所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性，
其中在所述识别步骤中，若出现于所述第一图像中的第一标记在所述第一图像中的属性与出现于所述第二图像中的第二标记在所述第二图像中的属性之间的关系，满足已设定条件，则将所述第一标记和所述第二标记识别为，相当于在所述第一图像和所述第二图像内共同检测到的标记；
其中在所述测量步骤中，将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置及所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点中的至少一个作为参照，确定与所述球的旋转相关的物理量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述属性包括位置、大小、方向及形状中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，
所述属性以定义所述球的表面的球面坐标系作为基准来特定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
在所述识别步骤中，
将与所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点之间的时间间隔、所述球的一般的旋转速度或旋转方向、以及所述球的已测量的旋转速度或旋转方向中的至少一种相关的信息作为参照，判断所述关系是否满足所述已设定条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
在所述识别步骤中，
若所述第一标记在所述第一图像中的位置及形状与所述第二标记在所述第二图像中的位置及形状之间的相似度达到已设定水平以上，则将所述第一标记和所述第二标记识别为，相当于在所述第一图像和所述第二图像内共同检测到的标记。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
与所述球的旋转相关的物理量包括所述球的旋转速度及旋转方向。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
在所述测量步骤中，
将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置之间的距离及所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点之间的时间间隔作为参照，确定所述球的旋转速度，并将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置之间的移动路径作为参照，确定所述球的旋转方向。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述补正步骤包括：
针对所述多个图像的各个图像，计算出实际视线向量与虚拟视线向量之间的角度，所述实际视线向量特定所述摄像机观察所述球的视线，所述虚拟视线向量特定虚拟摄像机观察所述球的视线，所述虚拟摄像机位于平行于定义重力方向的基准轴且经过所述球的虚拟的直线上；
针对所述多个图像的各个图像，将所述实际视线向量和所述虚拟视线向量作为参照，计算出补正基准轴向量；以及
针对所述多个图像的各个图像，在定义所述球的表面的球面坐标系中，使所述至少一个标记的坐标以所述补正基准轴向量为中心，旋转并移动与计算出的所述角度等量的角度。
9.一种计算机可读记录介质，其中，
记录有计算机程序，所述计算机程序用于执行根据权利要求1所述的方法。
10.一种用于测量球的旋转的系统，其特征在于，包括：
标记序列管理部，在拍摄了作为物理量测量对象的球的多个图像中，分别检测出与所述球相应的区域中出现的至少一个标记，将与从所述多个图像中分别检测出的所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性相关的信息作为参照，识别出在时间上相邻的第一图像和第二图像内共同检测到的标记，并生成标记序列，所述标记序列包括与所述识别出的标记在所述第一图像中的属性及所述第二图像中的属性相关的信息；
旋转测量部，将生成的所述标记序列作为参照，测量与所述球的旋转相关的物理量；以及
视线角度补正部，针对所述多个图像的各个图像，将拍摄所述球的摄像机观察所述球的视线作为参照，补正所述至少一个标记在所述多个图像的各个中的属性，
其中若出现于所述第一图像中的第一标记在所述第一图像中的属性与出现于所述第二图像中的第二标记在所述第二图像中的属性之间的关系，满足已设定条件，则所述标记序列管理部将所述第一标记和所述第二标记识别为，相当于在所述第一图像和所述第二图像内共同检测到的标记；
其中所述旋转测量部将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置及所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点中的至少一个作为参照，确定与所述球的旋转相关的物理量。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述属性包括位置、大小、方向及形状中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，
所述属性以定义所述球的表面的球面坐标系作为基准来特定。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述标记序列管理部，将与所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点之间的时间间隔、所述球的一般的旋转速度或旋转方向、以及所述球的已测量的旋转速度或旋转方向中的至少一种相关的信息作为参照，判断所述关系是否满足所述已设定条件。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述标记序列管理部为，
若所述第一标记在所述第一图像中的位置及形状与所述第二标记在所述第二图像中的位置及形状之间的相似度达到已设定水平以上，则将所述第一标记和所述第二标记识别为，相当于在所述第一图像和所述第二图像内共同检测到的标记。
15.根据权利要求10所述的系统，其中，
与所述球的旋转相关的物理量包括所述球的旋转速度及旋转方向。
16.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述旋转测量部为，
将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置之间的距离及所述第一图像和所述第二图像的各自的拍摄时间点之间的时间间隔作为参照，确定所述球的旋转速度，并将所述识别出的标记在所述第一图像和所述第二图像的各个中的位置之间的移动路径作为参照，确定所述球的旋转方向。
17.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述视线角度补正部为，
针对所述多个图像的各个图像，计算出实际视线向量与虚拟视线向量之间的角度，所述实际视线向量特定所述摄像机观察所述球的视线，所述虚拟视线向量特定虚拟摄像机观察所述球的视线，所述虚拟摄像机位于平行于定义重力方向的基准轴且经过所述球的虚拟的直线上；针对所述多个图像的各个图像，将所述实际视线向量和所述虚拟视线向量作为参照，计算出补正基准轴向量；针对所述多个图像的各个图像，在定义所述球的表面的球面坐标系中，使所述至少一个标记的坐标以所述补正基准轴向量为中心，旋转并移动与计算出的所述角度等量的角度。
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