CN108495691B - 在棒球练习装置中使用的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理方式的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法，其在用于使使用者能够进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置中，取得被投出的球或被打击的球的运动的图像，对该取得的图像进行分析，算出球进行何种运动的准确且迅速的运动模型，准确且迅速地算出被投出的球或被打击的球的运动参数等用于进行棒球练习或棒球比赛的各种信息。

Description

在棒球练习装置中使用的传感装置及传感方法、利用其的棒 球练习装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种棒球练习装置及用于该棒球练习装置的传感装置、传感方法、所述棒球练习装置的控制方法，所述棒球练习装置为使用者用球棒打击发球装置发射的球的棒球练习装置或所谓屏幕棒球系统，所述屏幕棒球系统是使用者在预定大小的室内空间内用球棒打击由发球装置发射的球，传感装置对此进行传感，实现基于该传感结果的模拟影像。

背景技术

近年来，随着棒球人口的增加而出现了所谓屏幕棒球系统，以便克服难以在宽阔的棒球赛场进行实际棒球赛的局限，而在窄狭的室内空间也能够感受棒球比赛的现场感并虚拟进行棒球赛。

通常，屏幕棒球系统在室内设置使用者能够在预定大小的空间击球的打击区域和能够显示虚拟的棒球场的屏幕，设置于该屏幕后面的发球机向打击区域侧发球，在打击区域准备击球的使用者打击从发球机投出的球，此时，传感装置对投出的球及被使用者打击的球的移动进行传感，基于该传感结果，判断是否是好球，并在所述屏幕上实现被打击的球的轨迹的模拟影像。

对于所述的传感装置，在以往的屏幕棒球系统等中，在投出的球或被打击的球经过的道口，安装由多个发光传感器及受光传感器构成的多个光传感器装置，当球经过该光传感器装置时，通过发光传感器检查而接收被球反射的光，从而多个光传感器装置分别获得球的坐标信息，基于此，算出被投出的球或被打击的球的球速、方向等参数。

而且，在使用者持球棒进行打击的情况下，利用另外的传感器装置感测使用者的挥棒与否或打击与否。

在韩国专利申请第10-2015-0041844号、韩国专利申请第10-2015-0041861号、韩国专利申请第10-2014-0054105号、美国注册专利第5443260号、日本注册专利第4743763号等多个现有技术文献中，公开了上述的技术内容。

当利用如上所述的基于光传感器的传感器装置时，需要利用相当多的发光传感器及受光传感器，因而不仅传感器装置的费用相当高，而且传感器装置的损坏及误动作等的可能性高，维护及维修相当困难。尽管如此，在对球运动的准确解析方面有局限，因而存在对球运动的模拟准确度很低的问题。

已出现图像处理方式的传感装置，所述图像处理方式的传感装置在棒球练习装置中取得被投出的球或被打击的球的运动图像，对该取得的图像进行分析，算出球进行何种运动的各种信息。

对于图像处理方式的传感装置而言，虽然具有可以处理多帧的图像并对被投出的球或被打击的球的运动进行准确分析的优点，但是由于需要处理的图像和因该图像处理而发生的数据相当庞大，因而存在难以高效、迅速处理的问题。

发明内容

技术课题

本发明提供一种图像处理方式的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法，其在用于使使用者能够进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置中，取得被投出的球或被打击的球的运动的图像，对该取得的图像进行分析，算出球进行何种运动的准确且迅速的运动模型，准确且迅速地算出被投出的球或被打击的球的运动参数等用于进行棒球练习或棒球比赛的各种信息。

另外，本发明提供一种棒球练习装置和传感装置及传感方法，该棒球练习装置以影像为基础，提供使用者既可以以在打击区域打击球的方式进行进攻，也可以以投出球的方式进行防守的虚拟环境及比赛方式，所述传感装置及传感方法可以在这种棒球练习装置中，针对所述使用者进行进攻的情况和进行防守的情况，分别配置针对球运动的传感进程，无论何种情况下，均可准确且迅速地算出传感信息。

解决课题的方案

本发明一个实施例的传感装置，用于使使用者能够以虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感装置包括：摄像单元，摄像单元，其持续拍摄球的运动的图像；以及传感处理单元，其针对由所述摄像单元拍摄的各个图像，提取预先设定的触发区域并进行分析，发生开始针对运动的球的传感进程的触发，随着所述触发的发生，进行所述传感进程，算出针对所述运动的球的传感信息。

另一方面，本发明一个实施例的传感装置的传感方法，该传感装置用于使使用者能够以虚拟棒球影像为基础并以在打击区域打击从发球装置发射的球的方式进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感方法包括：拍摄由所述发球装置发射而运动的球的图像的步骤；针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的球运动模型的算出进程的触发的步骤；以及随着所述触发的发生，在所述各图像中提取球，计算球在三维空间上的坐标，利用计算出的坐标数据，算出所述球运动模型的步骤。

另一方面，本发明另一实施例的传感装置的传感方法，该传感装置用于使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础并以在投手区向所述屏幕投球的方式进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感方法包括：拍摄被所述使用者投出而运动的球的图像的步骤；针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的球运动模型的算出进程的触发的步骤；以及随着所述触发的发生，在所述各图像中提取球，计算球在三维空间上的坐标，利用计算出的坐标数据，算出所述球运动模型的步骤。

另一方面，本发明其他一实施例的传感装置的传感方法，该传感装置用于使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感方法包括：根据来自所述棒球练习装置的控制装置的信号，执行击球员模式和投手模式中的某一种模式的步骤，其中，所述击球员模式是所述使用者在打击区域打击从发球装置发射的球的情况下，进行球运动的传感进程的模式，所述投手模式是在所述使用者朝向所述屏幕投球的情况下，进行球运动的传感进程的模式；随着所述击球员模式及投手模式中的某一种模式的执行，进行基于摄像单元的图像的拍摄的步骤；针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；在所述触发区域内，根据球的检测及球的行进方向检测，发生触发以便开始针对运动的球的球运动模型的算出进程的步骤；以及随着所述触发的发生，在所述各图像中提取球，计算球在三维空间上的坐标，利用计算出的坐标数据，算出所述球运动模型的步骤。

另一方面，本发明一个实施例的棒球练习装置的控制方法，该棒球练习装置用于使使用者能够以虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛，该控制方法包括：通过实现所述棒球练习或棒球比赛的影像的控制装置，实现虚拟投手投球的影像的步骤；控制发球装置与所述虚拟投手的投球影像同步地向打击区域侧发球的步骤；传感装置拍摄由所述发球装置发射而运动的球的图像，针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；所述传感装置分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的传感进程的触发的步骤；随着所述触发的发生，所述传感装置进行针对运动的球的传感进程，算出传感信息的步骤；以及所述控制装置从所述传感装置接收所述传感信息，基于所述传感信息，实现所述使用者打击球时的模拟影像，或所述使用者未打击球时的棒球练习及棒球比赛的影像的步骤。

另一方面，本发明另一实施例的棒球练习装置的控制方法，该棒球练习装置用于使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛，该控制方法包括：通过实现所述棒球练习或棒球比赛的影像的控制装置，实现与虚拟捕手、虚拟击球员及虚拟裁判相关的影像的步骤；传感装置拍摄被所述使用者投出而运动的球的图像，针对所述拍摄的各个图像，提取在所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；所述传感装置分析所述提取的触发区域图像，发生触发以便开始针对运动的球的传感进程的步骤；随着所述触发的发生，所述传感装置进行针对运动的球的传感进程，算出传感信息的步骤；以及所述控制装置从所述传感装置接收所述传感信息，基于所述传感信息，针对所述使用者投出的球，实现与所述虚拟捕手、击球员及裁判对应的影像的步骤。

另一方面，本发明一个实施例的棒球练习装置，使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛，该棒球练习装置包括：发球装置，其朝向使用者进行打击的打击区域发射球；传感装置，其持续拍摄并收集所述发球装置发射的球、被所述使用者打击的球或被所述使用者投出的球进行运动的图像，分析所述收集的各图像，进行针对运动的球的传感进程，算出针对所述运动的球的传感信息；以及控制装置，其接收由所述传感装置算出的信息，基于所述接收的信息，实现进行所述棒球练习或棒球比赛的影像，所述控制装置构成为，选择性地执行或交替地执行进攻模式或打击练习模式以及防守模式或投球练习模式中的某一个，并构成为针对执行的模式，向所述传感装置传送信号，其中，所述进攻模式是实现包含虚拟投手的防守队的影像，以所述使用者在所述打击区域打击从所述发球装置发射的球的方式进行比赛的模式；所述打击练习模式是所述使用者进行打击练习的模式；所述防守模式是实现与虚拟捕手、击球员、裁判相关的影像，以所述使用者在所述打击区域投球的方式进行比赛的模式；所述投球练习模式是所述使用者进行投球的练习的模式；所述传感装置构成为，根据来自所述控制装置的信号，执行击球员模式和投手模式中的某一种模式，其中，击球员模式是与所述进攻模式或打击练习模式对应地进行球运动的传感进程的模式；投手模式是与所述防守模式或投球练习模式对应地进行球运动的传感进程的模式；所述传感装置构成为，随着所述击球员模式及投手模式中的某一种模式的执行，针对由所述摄像单元拍摄的各个图像，提取预先设置的触发区域并进行分析，发生开始针对运动的球的传感进程的触发，随着所述触发的发生，进行所述传感进程，算出针对所述运动的球的传感信息。

发明效果

本发明的在棒球练习装置中使用的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法具有如下的效果：取得投出的球或被打击的球的运动图像，对该取得的图像进行分析，算出球进行何种运动的准确且迅速的运动模型，而准确且迅速地算出投出的球或被打击的球的运动参数等用于进行棒球练习或棒球比赛的各种信息。

另外，本发明提供一种棒球练习装置，该棒球练习装置使使用者以影像为基础，既可以以在击球区打击球的方式进行进攻，也可以以投出球的方式进行防守，从而具有如下的效果：使使用者在棒球中可以进行进攻和防守等各种比赛，在这种棒球练习装置中，本发明的传感装置及传感方法可以针对所述使用者进行进攻的情况和进行防守的情况，分别配置针对球运动的传感进程，无论何种情况下，均可准确且迅速地算出传感信息。

附图说明

图1及图2是表示本发明一实施例的棒球练习装置的虚拟棒球模拟系统，即所谓屏幕棒球系统的示例，图1表示进攻模式的情况，图2表示防守模式的情况。

图3是表示图1及图2所示的棒球练习装置的结构的框图。

图4至图6是表示具有图3所示的结构的棒球练习装置中的传感装置的传感方法和基于控制装置的控制方法的流程图。

图7是本发明一实施例的假定传感装置的摄像单元中的一个摄像头正在拍摄的影像而显示的图，是用于说明一次全部显示在多帧图像上出现的球图像，传感装置检测球，提取并分析触发区域，算出球运动模型的进程的与产生触发相关的图。

图8是表示本发明另一实施例的传感装置分别设置两个触发区域并进行分析的情况。

图9是本发明一实施例的假定传感装置的摄像单元中的一个摄像头正在拍摄的影像而显示的图，是用于说明一次全部显示在多帧图像上出现的球图像，传感装置检测球，提取并分析触发区域，算出球运动模型的进程的与产生触发相关的图。

具体实施方式

参照附图，具体说明本发明的在棒球练习装置中使用的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法。

将本发明的“棒球练习装置”定义为包含棒球练习系统以及虚拟棒球模拟系统等，所述棒球练习系统是发球机发球，使用者在打击区域打击该被投出球，以便单纯进行打击练习的系统；所述虚拟棒球模拟系统是在室内设置使用者可以在预定大小的空间内进行击球的打击区域和显示虚拟棒球场的屏幕，如果发球机向打击区域侧发球，则在打击区域准备击球的使用者打击从发球机投出的球，传感装置传感投出的球及被使用者打击的球的移动，基于该传感结果，在屏幕上显示有关被打击的球的轨迹的模拟影像。以下，对本发明进行具体说明。

首先，参照图1至图3，对本发明一实施例的棒球练习装置进行说明。图1及图2是表示本发明一实施例的棒球练习装置的虚拟棒球模拟系统，即所谓屏幕棒球系统的示例，图1是表示在使用者打击球的方式的进攻模式下练习的情况，图2是表示在使用者投球的方式的防守模式下练习的情况。图3是表示图1及图2所示的棒球练习装置的结构的框图。

如图1及图2所示，本发明一实施例的棒球练习装置如普通的屏幕棒球系统那样，在由侧壁11和后壁12等形成的空间内配置打击区域30和屏幕20，在所述打击区域30的打击区(31或32，其中，附图标记31表示右打击区，附图标记32表示左打击区。以下，将所述右打击区及左打击区统称为“打击区”，所述“打击区”包括右打击区及左打击区中的至少一个)，使用者可以持球棒进行挥棒及击球。

在此，本发明一实施例的棒球练习装置可以选择性地提供使用者成为击球员而打击球的进攻模式(对于传感装置为击球员模式)和使用者成为投手而投球的防守模式(对于传感装置为投手模式)。在该情况下，所述的打击区域30在防守模式时成为投手区，如图2所示，以打击区域30为投手区，使用者可以进行防守模式下的投球。

在所述屏幕20与后壁12之间的空间部SP，可以配置有用于进行与在所述屏幕20上投影的棒球模拟影像相关的信息处理的控制装置300(控制装置300处理的影像通过影像输出部420投影于屏幕部20上)，且可以设置有向打击区域30侧投出球1的发球装置100，在所述屏幕20上的与所述发球装置100的发球的部分对应的位置形成有使该球1通过的投出孔22。

并且，如图1所示，所述发球装置100在其前面侧具备用于使所述屏幕20上的投出孔22开闭的孔开闭部23。

本发明一实施例的棒球练习装置如图1所示，可以设置好进攻模式或打击练习模式后，根据所述进攻模式或打击练习模式进行棒球练习或棒球比赛，其中，进攻模式是以使用者P1打击从发球装置100发出的球的方式进行棒球比赛的模式，打击练习模式是用于使使用者P1进行打击练习的模式。

此时，可以在投影于屏幕20的影像上，实现包括虚拟投手的与防守队相关的影像，使用者P1在虚拟的棒球场空间，以虚拟的防守队为对手进行进攻的方式，进行棒球练习或棒球比赛。

另外，本发明一实施例的棒球练习装置如图2所示，设置好防守模式或投球练习模式后，根据所述防守模式或投球练习模式进行棒球练习或棒球比赛，其中，防守模式是以使用者P2直接向屏幕20侧投出球1的方式进行棒球比赛的模式，投球练习模式是用于使使用者P2进行投球练习的模式。

此时，可以在投影于屏幕20的影像上，体现与虚拟捕手、击球员、裁判相关的影像，使用者P2在虚拟的棒球场空间，以虚拟的进攻队为对手进行防守的方式，进行棒球练习或棒球比赛。

所述进攻模式及防守模式既可以由使用者选择性地进行，也可以是使用者自身所属的队与使用者选择或预先设定的对手队，在虚拟的棒球场空间，如实际进行棒球比赛那样，交替进攻和防守，即能够使进攻模式和防守模式交替运行。

如上所述，在本发明一实施例的棒球练习装置的控制装置运行进攻模式或打击练习模式时，传感装置设置成可以进行与该模式相对应的传感进程，在控制装置运行防守模式或投球练习模式时，也设置成可以进行与该模式相对应的传感进程。对此的更具体事项将在后面叙述。

本发明一实施例的棒球练习装置的控制系统，如图1至图3所示，可以包括控制装置300、发球装置100、传感装置200等。

所述发球装置100如图3所示，可以包括球供给部110、投球驱动部120及投球控制部130。

所述球供给部110是在保管多个球的保管箱中一个一个地移送球并供给到投球驱动部120的构成要素，即向用于投球的位置供给球的构成要素。

所述投球驱动部120作为发射由所述球供给部110供给的球的构成要素，可以通过如下方式实现：使一个轮旋转，在与引导板之间，利用所述轮的旋转力来发射球的方式(例如，日本公开专利公报第2014-217468号等)；使两个以上的轮旋转，使球位于这些轮之间，利用所述轮的旋转力来发射球的方式(例如，韩国公开专利公报第2014-0100685号、韩国注册专利第0411754号、韩国注册实用新型第0269859号等)；使把持球的臂旋转而投掷球的方式(例如，韩国注册专利第0919371号等)等。

上述的球供给部110及投球驱动部120自身的具体结构已经被多个现有技术文献公开，因而省略对其结构的具体说明。

另一方面，所述传感装置200以分析所拍摄的图像并对图像上的客体进行传感的方式，取得并分析包括打击区域30的预定拍摄范围的图像，算出各种传感信息并传递给控制装置，以便在进行所述的进攻模式或打击练习模式时，或在进行所述的防守模式或投球练习模式时，可以在各相应模式下，在虚拟的棒球场空间，基于影像进行棒球练习或棒球比赛。

如图3所示，所述传感装置200包括摄像单元210、传感处理单元220，所述摄像单元210连续取得包括打击区域30的预定拍摄范围的图像，所述传感处理单元220从所述摄像单元210接收图像，执行与预先设定事项对应的图像分析等传感进程，算出利用所述棒球练习装置的棒球练习或棒球比赛所需的传感信息。

优选地，所述传感装置200的摄像单元210包括第一摄像头211及第二摄像头212并以立体方式(Stereoscopic)构成，以便能够在不同的位置分别拍摄相同的拍摄范围，算出拍摄的图像上的客体的三维位置信息，由此所述传感处理单元220可以通过对所述摄像单元210拍摄的图像进行分析，而获得球的三维坐标数据。

并且，所述传感处理单元220分别从所述摄像单元210的第一摄像头211及第二摄像头212接收并收集所拍摄的图像，分析该收集的各个图像并找到球，提取各球的三维坐标数据，利用该提取的三维坐标数据，算出由发球装置发射而运动的球或被打击而运动的球或由使用者投出而运动的球的球的运动模型，算出球的运动模型后，算出利用所述棒球练习装置的棒球练习或棒球比赛所需的各种信息。

在此，球的运动模型以与发射、打击或投出并运动的球在三维空间上的轨迹相关的运动方程式来表现，如图1及图2所示，将基于本发明的棒球练习装置而进行棒球练习或棒球比赛的空间定义为x轴、y轴及z轴的三维坐标系，根据该定义的坐标系，确定所述球的运动模型。

即，所述球的运动模型可以以x轴方向的运动方程式、y轴方向的运动方程式及z轴方向的运动方程式进行定义，可以分别预先定义为关于球运动的x轴方向函数、y轴方向函数及z轴方向函数，通过图像分析而提取球，把该提取的球在三维空间上的坐标(即，x-y-z坐标系中的坐标)数据应用于所述各方向函数，求出各轴方向的运动方程式，从而算出所述球的运动模型。

另一方面，所述传感装置200算出所述球的运动信息，将该信息传送给控制装置300，所述控制装置300基于接收的球运动信息，实现关于球运动的模拟影像，通过影像输出部420投影于屏幕部20。

另一方面，所述控制装置300如图3所示，包括数据存储部320、影像处理部330及控制部310。

所述数据存储部320是存储用于处理在棒球练习装置形成的棒球模拟影像等数据的部件。所述数据存储部320也可以起临时存储从服务器(未图示)传送的数据的存储部的作用。

所述影像处理部330为了生成虚拟棒球场的影像、球员和裁判及观众等的影像等背景影像，虚拟投手投球的影像、使用者打击的球的轨迹的模拟影像、虚拟捕手、击球员、裁判等的影像等各种与棒球模拟相关影像，对影像数据执行基于预先设定的程序的处理，将处理后的影像传送给影像输出部420，所述影像输出部420执行把接收的影像投影于屏幕20等的影像输出，以便使用者能够观看。

所述控制部310控制本发明的棒球练习装置的各构成要素，基于从所述传感装置200传送的各种信息，执行针对被打击的球的轨迹的模拟等用于实现棒球模拟影像的各种运算。

所述控制部310具有如下功能：决定投出孔22被所述孔开闭部23开放或封闭的时间点、所述发球装置100的投球准备、所准备的球投出(球发射)等各时间点，向所述投球控制部130发送执行相应动作的控制信号。

所述孔开闭部23一般被控制为处于封闭屏幕部20的投出孔22的状态，当所述孔开闭部23处于封闭投出孔的状态时，投影到屏幕部的影像可以在投出孔部分无省略地自然显示。

所述控制部310可以在棒球练习或棒球比赛的影像上，与虚拟投手投球的影像同步，控制所述发球装置100的驱动，以便发球装置100能够向打击区域侧投球。

例如，感知影像上的虚拟投手投球的动作及被投的球的移动状态，发球装置100与虚拟投手的动作或被投的球的状态对应地，把准备好的球发射到打击区域侧，从而对于在打击区准备打击的使用者而言，具有影像上的虚拟投手投出的球如同实际一样飞来的感觉。

另一方面，参照图4至图6所示的流程图，说明本发明一实施例的用于棒球练习装置的传感装置的传感方法及控制装置的控制方法。

图4至图6所示的流程图表示具有图2所示的结构的棒球练习装置中的传感装置的传感方法和基于控制装置的控制方法。图5所示的流程图中，用A及B表示的步骤分别连接到图6所示的A及B。

首先，参照图4，对本发明一实施例的棒球练习装置的控制装置的控制方法进行说明。

随着在本发明一实施例的棒球练习装置中进行棒球比赛(S100)，首先，使用者选择是以进攻模式进行比赛还是以防守模式进行比赛，因此，控制装置以进攻模式进行比赛(S200)，或以防守模式进行比赛(S300)。

根据实施例，棒球练习装置提供各种棒球队，使用者可以选择自身所属的队和对手队并进行棒球比赛，此时，也可以根据在该棒球比赛中规定的规则，根据由哪个队首先进攻，决定是以所述进攻模式进行还是以防守模式进行。

既不是进攻模式也不是防守模式的情况下，控制装置判断棒球比赛是否已结束(S400)，视为棒球比赛已结束(S410)或未决定模式，重新进行棒球比赛。

在图4中，即使分别将进攻模式更换为打击练习模式，将防守模式更换为投球练习模式，之后的进程实质上也相同地进行。

当控制装置决定为以进攻模式进行比赛时(S200)，如果控制装置向传感装置传送击球员模式运行信号(S210)，则传感装置准备执行基于击球员模式的传感进程。

随着进攻模式的进行，控制装置的影像处理部实现虚拟投手的投球影像(S220)，与虚拟投手的投球影像相应地向发球装置传送发球信号(S240)。即，使虚拟投手的投球和发球装置发射的球同步地进行投球，以便使用者观看时，可以感觉影像上的虚拟投手投出的球如同实际一样飞过来。

如果发球装置发射球，传感装置根据击球员模式确定的内容，执行传感进程，算出传感信息，控制装置从传感装置接收该算出的传感信息(S250)。

然后，控制装置基于该接收的传感信息，实现模拟影像(例如，使用者打击的球的球轨迹的模拟影像)或用于进行棒球比赛的影像(例如，可以实现与使用者空挥棒的情况、在使用者没有挥棒的状态下记录为好球(strike)的情况等相关的影像)(S260)。

另一方面，当控制装置决定以防守模式进行比赛时(S300)，如果控制装置向传感装置传送投手模式运行信号(S310)，则传感装置准备进行基于投手模式的传感进程。

随着防守模式的进行，控制装置的影像处理部可以实现与虚拟捕手、虚拟击球员、虚拟裁判等相关的影像(S320)。即，实现虚拟捕手进行接球的准备、虚拟击球员进行打击使用者投出的球的准备的影像。

在该状态下，如果使用者直接向屏幕投球，则传感装置根据投手模式确定的内容，执行传感进程，算出传感信息，控制装置从传感装置接收该算出的传感信息(S330)。

然后，控制装置基于该接收的传感信息，实现模拟影像(例如，使用者投出的球到达屏幕，自到达后至虚拟捕手进行接球为止的使用者投出的球的球轨迹模拟影像)或用于进行棒球比赛的影像(例如，可以实现将使用者投出的球记录为好球，或虚拟击球员打击球的影像等)(S340)。

另一方面，参照图5及图6，对根据所述图4所示的控制装置的控制方法进行的传感装置的传感方法进行说明。

如图5所示，传感装置在从控制装置接收与模式运行相关的信号之前，处于空闲(Idle)状态(S500)。即，不进行任何数据处理地处于待机状态。

如果传感装置从控制装置接收到击球员模式运行信号，则传感装置进行击球员模式的传感进程(S510)，如果传感装置从控制装置接收到投手模式运行信号，则传感装置进行投手模式的传感进程(S520)。

如果在预定时间内，传感装置未从控制装置接收到与任何模式相关的指示，则判断是否停止运转(S530)，结束传感(S532)并重新返回到空闲(Idle)状态。

另一方面，当传感装置以击球员模式进行传感进程时(S510)，传感装置的摄像单元拍摄该拍摄范围内的影像并存储于缓冲器中(S511)。

传感装置的传感处理单元在拍摄的图像上预先设定触发区域，在图像上的预先设定的位置，确定预先设定的大小的区域，在每个图像提取该触发区域，调查该提取的触发区域(S512)。

即，调查在从各图像提取的触发区域中是否检测到某个壳体，即是否检测到球。

如果在触发区域内检测到球(S610)，则传感处理单元继续调查所述触发区域，来检测球的行进方向，即检测所检测到的球向哪个方向行进(S611)。所述传感处理单元既可以调查所述触发区域来检测出所述球行进方向，也可以在触发区域检测到球时，调查该时间点之后的预先设定的个数的图像，并从该图像检测出球行进方向。

在此，对球的行进方向进行说明。在图1中，把从屏幕20侧向打击区域30侧的方向定义为“第一方向”，在图1或图2中，把从打击区域30侧向屏幕20侧的方向定义为“第二方向”。

第一方向不仅表示向打击区域正面行进的方向，当把球行进方向根据图1所示的坐标系分离成各轴方向时，在包含沿y轴相反方向的行进成分的情况下，也可以称为第一方向。另外，第二方向不仅表示垂直于屏幕地行进的方向，当把球的行进方向根据图1所示的坐标系分离成各轴方向时，在包含沿y轴方向的行进成分的情况下，也可以称为第二方向。

所述触发区域，可以设定为发球装置至打击区域之间的任何位置，但由于发球装置发射的球例如为弹跳球，而发生在到达打击区域前掉落到地面或者碰撞到墙壁或顶棚的情况，因此，在这种情况下，如果将所述触发区域设置于靠近打击区域侧的位置，则如所述弹跳球那样，在触发区域无法检测到球或不能正确检测到球。

因此，优选将所述触发区域预先设置于图像上靠近发球装置侧的位置。

返回到图5，在所述S611步骤中，传感处理单元检测出球的行进方向，判断球行进方向是否为第一方向(S612)。

当检测出的球行进方向为第一方向时，传感处理单元发生触发(S613)。即，产生开始如下进程的信号：在击球员模式下，算出与球进行运动(球从发球装置发射而运动或被使用者打击而运动的情况)相关的球运动模型。

在此，把所述击球员模式下的触发与投手模式下的触发相区分，称为第一触发(投手模式下的触发称为第二触发)。以下，如果提到“触发”，则表示第一触发或第二触发。

并且，把为了发生所述击球员模式下的触发，即第一触发，而调查的图像上的触发区域称为第一触发区域(投手模式下的触发区域称为第二触发区域)。

所述第一触发区域和第二触发区域既可以在击球员模式时和投手模式时设置于图像上的相同位置，也可以在各个模式下设置于不同的位置。

球行进方向不是第一方向而是第二方向的情况下，不发生触发。

例如，当站在打击区域的使用者用脚把放在周边地面的球踢到屏幕侧时，虽然随着调查触发区域而可以检测到球，但球行进方向不为第二方向，因而不发生触发。

即，在击球员模式下，只有在球向第一方向行进的情况下，才发生触发，传感装置不执行不必要的作业，而只执行算出传感信息所需的进程，因而能够有效、迅速地算出传感信息。

在此，参照图7，更具体地对所述触发区域的提取及分析进行说明。

图7是表示本发明一实施例的假定传感装置的摄像单元中的一个摄像头正在拍摄的影像而显示的图，是用于说明一次全部显示在多帧图像上出现的球图像，通过传感装置检测球以及提取并分析触发区域的进程。

如图7所示，在通过传感装置的摄像单元而拍摄并收集的图像中，包括持球棒BT并在打击区31准备打击的使用者10和本垒板33，并显示从发球装置发射并向打击区域侧移动的球b1～b14以及各种噪声等。

传感处理单元如图7所示，预先设定触发区域TR，在各图像中提取所述触发区域TR，并只调查该提取出的触发区域TR。

如上所述，在各图像中提取并分析触发区域TR，当球随着运动而进入触发区域TR内而检测到球(例如b7)时，传感处理单元在其下一帧的图像中提取出触发区域并检测出b8，从而可以确定球的行进方向为b7→b8方向，即为第一方向(当然，也可以调查之前图像，例如确定b1→b2方向)。

如上所述，通过在触发区域内检测球并确定球的行进方向，可以发生触发。

如上所述，如果提取触发区域，根据是否检测到球及调查球行进方向而发生触发，则如图6所示，传感处理单元把触发时间点或其之后的预先设定的时间点的图像存储为参考图像(S710)。

为了在各图像中检测出球而针对各图像获得差值影像时使用所述参考图像。

以下，把在击球员模式下随着发生第一触发而存储的参考图像称为第一参考图像，把在投手模式下随着发生第二触发的而存储的参考图像称为第二参考图像。如果提到“参考图像”，则表示第一参考图像或第二参考图像。

另一方面，如上所述如果发生触发，则传感处理单元以所述触发发生时为基准，从缓冲器收集在此之前或在此之后或在此之前及之后的预先设定的个数的图像(S711)，利用所述参考图像，在所述收集到的各图像中，以差值影像等方法检测球，算出各检测到的球在三维空间上的坐标(S712)。

然后，传感处理单元利用所述算出的球的三维坐标数据，根据所述球运动的运动方程式，算出球运动模型(S713)。

如果在图7中对此进行确认，则可以利用在各帧的图像中分别检测到的运动的球b1～b14的坐标数据，算出如MD1那样的球运动模型。

再次返回到图6，所述的球运动模型是从发球装置发射并向打击区侧运动的球的运动模型，此时，在使用者打击所述发射的球的情况下(S714)，传感装置即使在打击后也拍摄图像并进行收集、分析，从而能够算出打击后的球的三维坐标数据，利用该算出的球的三维坐标数据，也可以以在所述S713步骤中算出的方式相同的方式，算出被打击而运动的球的球运动模型(S715)。

传感处理单元根据如上所述算出的运动模型，算出被打击的球的运动参数(例如，运动的球速、方向角、高度角等)，传递给控制装置(S716)。

控制装置可以基于所述接收的运动参数，实现与被打击的球的轨迹相关的模拟影像，并进行棒球比赛。

在使用者未打击所述发球装置发射的球的情况下，传感装置可以识别使用者的挥棒，判别使用者是否进行了空挥棒，并将该信息传递给控制装置，当使用者未挥棒时，可以判别所述发球装置发射的球是好球(strike)还是坏球(ball)，并将该信息传送给控制装置(S717)。

关于所述的挥棒识别、空挥棒与否的判别、坏球/好球与否的判别等的具体进程不包含于本发明的内容，因而省略对此的具体说明。

另一方面，在击球员模式的情况下，不是如图7所示那样设置一个触发区域，而是如图8所示那样设置两个触发区域，分别提取两个触发区域并调查，从而分别发生从投球装置向打击区域侧发射的球所导致的触发和使用者打击该球而再次向屏幕侧运动的球所导致的触发。

在图8中，b1～b14一次显示与发球装置发射并运动的球相关的在各帧图像中检测到的球，h1～h11一次性显示关于随着使用者10用球棒BT打击所发射的球而在各帧图像中检测到的运动的球。

在此，传感处理单元可以分别预先设定第一触发区域TR1和第二触发区域TR2，第一触发区域TR1用于发生对发球装置发射并运动的球的传感进程的触发，第二触发区域TR2用于发生对被使用者打击并运动的球的传感进程的触发。

传感处理单元可以被预先设置成，首先调查第一触发区域TR1，在调查所述第一触发区域TR1的结果发生了触发的情况下，调查第二触发区域TR2。

传感处理单元调查所述第一触发区域TR1，如果检测到球(例如，b7)，则调查球的行进方向，当为第一方向时，发生触发。

接着，当调查第二触发区域TR2的结果，检测到b13球时，如果调查球的行进方向，检测到b13→b14方向，即第一方向，则在该情况下，传感处理单元不发生基于打击的触发。

由于未发生触发，因此，传感处理单元继续进行第二触发区域TR2的调查，如果再次在第二触发区域TR2内检测到球(例如，h4)，则调查球的行进方向，可以检测到h4→h5方向，即第二方向，在该情况下，传感处理单元发生基于打击的触发。

传感处理单元根据第一触发区域TR1的调查结果，如果发生触发，则可以进行算出由发球装置发射并运动的球的球运动模型的进程，接着，根据第二触发区域TR2的调查结果，如果发生触发，则也可以进行算出被使用者打击并运动的球的球运动模型的进程。

另外，所述第一触发区域TR1的调查结果，发生触发后，有可能发生使用者未打击到球而进行空挥棒或落球的情况，因此，不是继续调查所述第二触发区域TR2，而是可以在经过预先设定的时间的情况下，终止对所述第二触发区域TR2的调查。

被使用者打击而运动的球的球运动模型，可以如图8所示那样，利用h1～h11的坐标数据，算出如MD2那样的球运动模型。

在所述图8所示的实施例中，说明了分别预先设定包括第一触发区域和第二触发区域的多个触发区域，调查这些触发区域并发生与球发射相关的触发和与打击相关的触发的情况，但也可以将传感装置构成为，预先设定一个触发区域，调查该一个触发区域，发生与球发射相关的触发和与打击相关的触发。

例如，可以在拍摄图像上的中间程度的位置，设置预先设定的大小的触发区域，先调查是否发生对从发球装置发射的球的触发(球为第一方向时)后，发生了触发，则再调查相应触发区域，判断球是否沿第二方向行进，发生对打击的触发。

另一方面，再回到图5，当传感装置以投手模式进行传感进程时(S520)，传感装置的摄像单元拍摄该拍摄范围内的影像并存储于缓冲器中(S521)。

传感装置的传感处理单元在拍摄的图像上预先设定触发区域(第二触发区域)，在图像上的预先设定的位置，确定预先设定的大小的区域，并从每个图像提取该触发区域，调查该提取的触发区域(S522)。

如果在触发区域内检测到球(S620)，则传感处理单元继续调查所述触发区域，检测球行进方向，即所检测到的球向哪个方向行进(S621)。所述传感处理单元既可以调查所述触发区域来检测出所述球行进方向，也可以在触发区域检测到球时，调查该时间点之后的预先设定的个数的图像，并从该图像检测出球行进方向。

传感处理单元检测球的行进方向，判断球行进方向是否为第二方向(S622)。

当检测出的球行进方向为第二方向时，传感处理单元发生触发(即，第二触发)(S623)。即，产生开始如下进程的信号：在投手模式下，算出与球进行运动(使用者投出球而球进行运动的情况)相关的球运动模型。

球行进方向不是第二方向而是第一方向的情况下，不发生触发。

即，在投手模式下，只有在球向第二方向行进的情况下，才发生触发，从而传感装置不执行不必要的作业，而只执行用于算出传感信息的进程，由此能够有效、迅速地算出传感信息。

在此，参照图9，具体说明所述投手模式下的触发区域的提取及分析。

图9是表示本发明一实施例的假定传感装置的摄像单元中的一个摄像头正在拍摄的影像而显示的图，是用于说明一次显示在多帧图像上出现的球图像，通过传感装置检测球以及提取并分析触发区域的进程。

如图9所示，在通过传感装置的摄像单元而拍摄、收集的图像中，包括在打击区域30投球的使用者10，并全部显示出被所述使用者投出并向屏幕侧移动的球t1～t11和各种噪音等。

传感处理单元如图9所示，预先设定触发区域TR，在各图像中提取所述触发区域TR，只调查该提取的触发区域TR。

如上所述，在各图像中提取触发区域TR并进行分析，当球随着运动而进入触发区域TR内而检测到球(例如t3)时，传感处理单元在其下一帧的图像中提取触发区域并检测出t4，从而可以确认球的行进方向为t3→t4方向，即第二方向(当然，也可以调查之前图像而例如确认为t1→t2方向)。

如上所述，在触发区域内检测球及确认球的行进方向，从而可以发生触发。

如上所述，如果提取触发区域并根据是否检测到球及调查球行进方向而发生触发，则如图6所示，传感处理单元把触发时间点或其之后的预先设定的时间点的图像存储为参考图像(即，第二参考图像)(S720)。

另一方面，如果如上所述发生触发，则传感处理单元以所述触发发生时为基准，从缓冲器收集在此之前或在此之后或在此之前及之后的预先设定的个数的图像(S721)，利用所述参考图像，在所述收集的各图像中，以差值影像等方法检测出球，算出各检测出的球在三维空间上的坐标(S722)。

然后，传感处理单元利用所述算出的球的三维坐标数据，根据所述球运动的运动方程式，算出球运动模型(S713)。即，基于球的坐标数据，完成被使用者投出并向屏幕侧运动的球的x轴、y轴及z轴各方向的运动方程式，从而算出与球运动相关的运动模型。

例如，如图9所示，可以利用t1～t11的坐标数据，算出如MD3那样的球运动模型。

然后，传感处理单元可以利用所述球运动模型，算出被使用者投出的球到达屏幕的位置(碰撞屏幕的点)及球到达屏幕的时间(碰撞屏幕的时间)信息，并将该算出的信息传送给控制装置(S724)。

控制装置既可以利用上述的碰撞屏幕的点及碰撞屏幕的时间信息，实现球从所述碰撞屏幕的点至虚拟捕手所在位置的基于所述球运动模型而行进的模拟影像，也可以根据所述碰撞屏幕的点的信息，判断所述使用者投出的球是好球还是坏球。

如以上说明所示，本发明的用于棒球练习装置的传感装置及传感方法、利用该其的棒球练习装置及其控制方法具有如下优点：取得与投球或打击的球的运动相关图像，并对该取得的图像进行分析，准确且迅速地算出与球进行何种运动相关的运动模型，准确且迅速地算出投球或打击的球的运动参数等进行棒球练习或棒球比赛所需的各种信息。

产业上的利用可能性

本发明的用于棒球练习装置的传感装置及传感方法、利用其的棒球练习装置及其控制方法，在预定大小的室内空间使用者用球棒打击由发球装置发射的球，传感装置对此进行传感而通过前方的屏幕实现模拟影像，从而能够实现使用者的棒球练习或虚拟的棒球比赛。

Claims (8)

1.一种传感装置，用于使使用者能够以虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感装置的特征在于，包括：

摄像单元，其持续拍摄球的运动的图像；以及

传感处理单元，其针对由所述摄像单元拍摄的各个图像，提取预先设定的触发区域并进行分析，发生开始针对运动的球的传感进程的触发，随着所述触发的发生，进行所述传感进程，算出针对所述运动的球的传感信息，

所述传感处理单元构成为，提取所述触发区域并进行分析，来判断是否在所述触发区域内检测出球，在所述触发区域内检测出球时，分析运动的所述球的行进方向，判断为检测出的所述球朝向预先设定的方向行进时发生所述触发，所述球的行进方向不是预先设定的方向时不发生所述触发。

2.根据权利要求1所述的传感装置，其特征在于，

所述传感处理单元构成为，选择性地执行击球员模式或投手模式，其中，所述击球员模式是当所述使用者在打击区域打击从发球装置发射的球时，针对从所述发球装置发射的球、以及打击到所述发射的球时被打击的球中的至少一个球的运动进行传感的模式，所述投手模式是随着所述使用者投出球，对投出而运动的球的运动进行传感的模式，

所述传感处理单元构成为，根据从所述棒球练习装置的控制装置传送的信号，确定执行所述击球员模式还是所述投手模式，并执行与该确定的模式相对应的进程，

当执行所述击球员模式时，提取所述触发区域并进行分析，来判断是否在所述触发区域内检测出球，在所述触发区域内检测出球时，判断运动的球的行进方向是否为朝向所述打击区域侧方向的第一方向，在所述球的行进方向为所述第一方向时，发生所述触发，

当执行所述投手模式时，提取所述触发区域并进行分析，来判断是否在所述触发区域内检测出球，在所述触发区域内检测出球时，判断运动的球的行进方向是否为朝向所述打击区域的相反侧方向的第二方向，在所述球的行进方向为所述第二方向时，发生所述触发。

3.一种传感装置的传感方法，该传感装置用于使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础并以在打击区域打击从设置于屏幕后面的发球装置发射的球的方式进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感方法的特征在于，包括：

拍摄由所述发球装置发射而运动的球的图像的步骤；

针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；

分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的球运动模型的算出进程的触发的步骤；以及

随着所述触发的发生，在所述各个 图像中提取球，计算球在三维空间上的坐标，利用计算出的坐标数据，算出所述球运动模型的步骤，

发生所述触发的步骤包括：

判断是否在所述提取的触发区域内检测出球的步骤；

在所述触发区域内检测出球时，调查该检测出球的时间点之后的预先设定的个数的图像，检测出所述球的行进方向的步骤；以及

检测出的所述球的行进方向为朝向所述打击区域侧的方向时发生所述触发，检测出的所述球的行进方向不是朝向所述打击区域侧的方向时不发生所述触发的步骤。

4.根据权利要求3所述的传感装置的传感方法，其特征在于，

算出所述球运动模型的步骤包括：

以所述触发的发生为基准，将在预先设定的时间点取得的图像存储为参考图像的步骤；

以所述触发的发生时为基准，从所述拍摄的图像收集在此之前或在此之后或在此之前及之后的预先设定的个数的图像的步骤；

利用所述参考图像，在所述收集的各个图像中检测出球并算出所述检测出的球在三维空间上的坐标数据的步骤；以及

利用所述球的坐标数据，算出由所述发球装置发射而运动的球、以及被所述使用者打击而运动的球中的至少一个球的球运动模型的步骤。

5.根据权利要求3所述的传感装置的传感方法，其特征在于，

所述传感装置预先设定的所述触发区域包括位于所述各个 图像的一侧的第一触发区域和位于所述各个 图像的另一侧的第二触发区域，

发生所述触发的步骤包括：

在所述第一触发区域内检测出球，球的行进方向为朝向所述打击区域侧方向的第一方向时，发生所述触发的步骤；以及

当发生所述触发时，所述传感装置提取所述第二触发区域，在该提取的所述第二触发区域内检测出球，球的行进方向为朝向所述打击区域相反侧方向的第二方向时，发生开始针对被所述使用者打击的球的球运动模型的算出进程的触发。

6.一种传感装置的传感方法，该传感装置用于使使用者能够以投影于屏幕上的虚拟棒球影像为基础并以在投手区向所述屏幕投球的方式进行棒球练习或棒球比赛的棒球练习装置，该传感方法的特征在于，包括：

拍摄被所述使用者投出而运动的球的图像的步骤；

针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；

分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的球运动模型的算出进程的触发的步骤；以及

随着所述触发的发生，在所述各个 图像中提取球，计算球在三维空间上的坐标，利用计算出的坐标数据，算出所述球运动模型的步骤，

发生所述触发的步骤包括：

判断是否在所述提取的触发区域内检测出球的步骤；

在所述触发区域内检测出球时，调查该检测出球的时间点之后的预先设定的个数的图像，检测出所述球的行进方向的步骤；以及

检测出的所述球的行进方向为朝向所述屏幕侧的方向时发生所述触发，检测出的所述球的行进方向不是朝向所述屏幕侧的方向时不发生所述触发的步骤。

7.根据权利要求6所述的传感装置的传感方法，其特征在于，

算出所述球运动模型的步骤包括：

以所述触发的发生为基准，将在预先预定的时间点取得的图像存储为参考图像的步骤；

以所述触发的发生时为基准，从所述拍摄的图像收集在此之前或在此之后或在此之前及之后的预先设定的个数的图像的步骤；

利用所述参考图像，在所述收集的各个图像中检测出球并算出所述检测出的球在三维空间上的坐标数据的步骤；以及

利用所述球的坐标数据，算出被所述使用者投出而运动的球的球运动模型的步骤。

8.一种棒球练习装置的控制方法，该棒球练习装置用于使使用者能够以虚拟棒球影像为基础进行棒球练习或棒球比赛，该控制方法的特征在于，包括：

通过实现所述棒球练习或棒球比赛的影像的控制装置，实现虚拟投手投球的影像的步骤；

控制发球装置与所述虚拟投手的投球影像同步地向打击区域侧发球的步骤；

传感装置拍摄由所述发球装置发射而运动的球的图像，针对所述拍摄的各个图像，提取所述图像的预先设定的位置上的预先设定的大小的触发区域的步骤；

所述传感装置分析所述提取的触发区域图像，发生开始针对运动的球的传感进程的触发的步骤；

随着所述触发的发生，所述传感装置进行针对运动的球的传感进程，算出传感信息的步骤；以及

所述控制装置从所述传感装置接收所述传感信息，基于所述传感信息，实现所述使用者打击球时的模拟影像，或所述使用者未打击球时的棒球练习及棒球比赛的影像的步骤，

发生所述触发的步骤包括：

判断是否在所述提取的触发区域内检测出球的步骤；

在所述触发区域内检测出球时，调查该检测出球的时间点之后的预先设定的个数的图像，检测出所述球的行进方向的步骤；以及

检测出的所述球的行进方向为朝向所述打击区域侧的方向时发生所述触发，检测出的所述球的行进方向不是朝向所述打击区域侧的方向时不发生所述触发的步骤。

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