KR100977335B1 - 골프 타구 분석 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실내에서 스크린을 통해 골프 연습시에 임팩트 후 날아가는 골프공의 수직각, 수평각 및 볼속도를 측정하고 골프 클럽 헤드의 수직각, 수평각 및 헤드속도를 측정하여, 정확히 타구 및 타구패턴을 분석함으로써 정확한 골프공의 궤도를 추정하기 위한 골프 타구 분석 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 볼과 클럽의 운동량을 각각 측정하며 측정된 운동량을 이용한 3차원 골프공 비행궤도를 구할 수 있다.

Description

골프 타구 분석 시스템{GOLF ANALYZING SYSTEM}

본 발명은 골프 타구 분석 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실내에서 스크린을 통해 골프 연습시에 임팩트 후 날아가는 골프공의 수직각, 수평각 및 볼속도를 측정하고 골프 클럽 헤드의 수직각, 수평각 및 헤드속도를 측정하여, 정확히 타구 및 타구패턴을 분석함으로써 정확한 골프공의 궤도를 추정하기 위한 골프 타구 분석 시스템에 관한 것이다.

골프가 대중 스포츠로 자리매김하여 감에 따라서, 골프를 시작하는 초심자나 필드에 나가기 전의 숙련자들은 골프 연습을 위하여 쉽게 이용하는 곳이 실내 골프연습장이다. 그러나 실내 골프연습장은 타석과 타겟 사이의 거리가 짧고, 장소가 협소하여, 이용자가 본인의 타구 분석 데이터를 확인하기 매우 어렵다. 따라서, 실내 골프연습장에서 타구를 정확하게 분석할 수 있는 종래기술로서 문헌1이 개시되어 있다.

[문헌1] 등록특허 제753657호

문헌1에 따른 골프 타구 분석 시스템은, 타석과 타켓에 설치된 음향센서를 이용하여 타구를 분석하는 것으로 정확하고 설치 사용이 용이하지만, 골프라운딩에 사용하는 경우, 어프로치샷(100m 이내 샷)과 퍼팅을 측정할 수 없는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 현재 일반적으로 사용되는 타석센서 방식은, 볼의 출발을 인식하는 스타트센서와 볼의 진행방향에 수직 및 수평으로 설치된 포토센서열을 단속하는 골프공을 측정하는 방식이다.

그러나, 상기 방식 역시 여러 가지 문제점을 지닌다.

첫째, 볼의 출발 위치 및 시간을 측정하는 센서로서 반사형 포토센서가 주로 사용되는데, 센서 감도에 따라 1ms 이상의 오차가 있으며, 반사형 센서의 특성상 골프클럽의 재질 및 빛 반사율에 따른 센서단속 시간의 지연 등으로 인하여 출발시간 오차가 있는 문제점이 있다.

둘째, 수직/수평 포토센서를 이용하여 골프공을 측정하는 경우에는 정확히 골프공 클럽헤드와 클럽 샤프트를 구분하여 측정할 수 있는 센싱 및 신호처리가 필요하다. 그러나, 볼이 클럽보다 늦게 날아가는 형태의 샷에서 클럽헤드를 공으로 판단하여 볼속도 및 방향 탄도가 잘못 측정되는 경우가 발생하여 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

셋째, 수직/수평 센서가 작동하기 위한 투광부로써 레이저 라인빔 또는 할로겐 램프 등이 사용되고 있으나, 레이저 라인빔은 좁은 라인 특성으로 인하여 사용중 진동 등에 의한 투광부 또는 포토센서 수광부의 작은 이격이 발생하면 매번 재조정 해야 하는 불편함이 있다. 또한, 할로겐 램프를 투광부로 사용하는 경우는 빛이 면을 구성함으로 사용환경의 변화에 강하고 비용이 저렴해지는 등의 장점이 있으나, 강한 조명으로 사용자에게 불편함을 유발하며, 특히 스크린 빔프로젝터를 이용한 라운딩시에는 화면의 휘도를 크게 감쇄시키는 치명적인 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 골프 타구 분석 시스템은 수직투광부 및 수평투광부를 각각 구비하여, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부로부터 방사되는 빛에 의해 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부가 감지한 수신한 볼 및 클럽의 그림자 정보로부터 볼 및 클럽의 운동량과 볼의 비거리, 고도 및 편향거리를 결정하기 위한 알고리즘부를 포함한다.

상기 센서부는, 볼의 측정 준비상태를 확인하고, 볼의 출발을 인식하는 스타트센서; 상기 스타트센서에 대하여 볼의 진행방향으로 소정의 거리로 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 대하여 수직으로 소정 각도 기울어져 세워져서, 상기 수직투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수직센서부; 및 상기 스타트센서에 대하여 볼의 진행방향으로 상기 수직센서부의 이격거리와 동일하게 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 배치되어, 상기 수평투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수평센서부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부는, 복수개의 눈에 보이지 않는 파장의 투광부와, 소정 개수의 눈에 보이는 레이저 포인터를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 볼의 출발은, 상기 스타트센서의 트리거 신호를 이용하여 감지하는 것이 바람직하다.또, 상기 수직센서부 및 수평센서부는 그림자가 변경되는 경우에 한하여 데이터를 수집한다.

여기서, 상기 알고리즘부는, 상기 수직센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제1저장부; 상기 수평센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제2저장부; 상기 수직센서부 및 수평센서부의 그림자 정보로부터, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수직센서의 인덱스, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수평센서의 인덱스 및 샷 타입을 결정하기 위한 인식부; 상기 인식부가 결정한 수직센서 인덱스 및 수평센서 인덱스를 이용하여, 수직센서 및 수평센서 도달시의 볼 및 클럽의 좌표를 각각 결정하기 위한 좌표 결정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 데이터를 이용하여, 볼 및 클럽의 운동량을 측정하기 위한 운동량 측정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 볼 및 클럽의 좌표와 상기 운동량 측정부가 측정한 운동량을 이용하여 클럽과 볼의 임팩트 후의 백스핀량 및 사이드 스핀량을 결정하기 위한 분석부; 및 상기 분석부의 결과를 이용하여 볼의 고도, 비거리 및 편향거리를 결정하기 위한 예측부를 포함한다. 여기서, 상기 알고리즘부는, 상기 수직센서부 및 상기 수평센서부와, 상기 제1 및 제2저장부를 통신하도록 하는 통신부를 더 포함할 수 있고, 상기 인식부는, 볼패턴을 이용하여 수직/수평 인덱스를 통과하는 볼의 중심 위치를 보정하는 보정부를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 센서부는, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 대하여 수직으로 소정 각도 기울어져 세워져서, 상기 수직투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수직센서부; 및 상기 수직센서부로부터 볼의 진행방향에 대하여 소정 거리 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 배치되어, 상기 수평투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수평 센서부를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부는, 복수개의 눈에 보이지 않는 파장의 투광부와, 소정 개수의 눈에 보이는 레이저 포인터를 포함하여 구성되며, 상기 수직센서부 및 수평센서부는 그림자가 변경되는 경우에 한하여 데이터를 수집하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 알고리즘부는, 볼의 출발을 감지하기 위한 레디 신호를 생성하기 위한 제어부; 상기 수직센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제1저장부; 상기 수평센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제2저장부; 상기 수직센서부 및 수평센서부의 그림자 정보로부터, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수직센서의 인덱스, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수평센서의 인덱스 및 샷 타입을 결정하기 위한 인식부; 상기 인식부가 결정한 수직센서 인덱스 및 수평센서 인덱스를 이용하여, 수직센서 및 수평센서 도달시의 볼 및 클럽의 좌표를 각각 결정하기 위한 좌표 결정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 데이터를 이용하여, 볼 및 클럽의 운동량을 측정하기 위한 운동량 측정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 볼 및 클럽의 좌표와 상기 운동량 측정부가 측정한 운동량을 이용하여 클럽과 볼의 임팩트 후의 백스핀량 및 사이드 스핀량을 결정하기 위한 분석부; 및 상기 분석부의 결과를 이용하여 볼의 고도, 비거리 및 편향거리를 결정하기 위한 예측부를 포함한다. 상기 알고리즘부는, 상기 수직센서부 및 상기 수평센서부와, 상기 제3 및 제4저장부 및 상기 제어부를 통신하도록 하는 통신부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 볼의 출발은, 상기 수직센서부의 트리거 신호 및 상기 제어부의 레디 신호를 이용하여 감지하는 것이 바람직하고, 상기 인식부는, 볼패턴을 이용하여 수직/수평 인덱스를 통과하는 볼의 중심 위치를 보정하는 보정부를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 골프 타구 분석 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 골프 타구 분석 시스템의 설치를 대략적으로 설명하기 위한 개념도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템은 센서부(10)와 알고리즘부(20)로 구성되며, 센서부(10)는 바닥면에 대하여 수직으로 일부 기울어져(예를 들어, 65°) 세워진 수직센서부(11) 및 바닥면에 배치되는 수평센서부(12)를 포함하여 구성된다. 각각 수직센서부(11)와 수평센서부(12)에 빛을 방사하는 수직투광부(30) 및 수평투광부(31)는 위에서 설명한 바와 같이 종래에는 레이저 라인빔 또는 할로겐 램프 등이 사용되고 있으나, 본 발명의 시스템은 적외선(850nm) 투광부를 사용하는 것으로 한다. 즉, 소정 개수(바람직하게는 42개)의 눈에 보이지 않는(invisible) 적외선 투광부와 1개 또는 그 이상의 눈에 보이는(visible) 설치/조정용 레이저 포인터로 구성되어 있으며, 수직/수평센서부로부터 2.5m 이상 이격하여 설치한다. 레이저 포인터는 투광면의 정중앙 또는 상단 하단 등을 지시할 수 있으므로 설치 및 조정이 용이하다.

한편, 본 발명의 센서부(10)는 스타트센서(13)를 포함할 수도 있으며, 포함하지 않을 수도 있는데, 이를 상세히 설명하기로 한다.

스타트센서(13)는 볼의 측정 준비상태(스타트센서가 '온'이면 공이 놓여 있 음을 의미함)를 확인하고, 출발을 인식(스타트센서가 '오프'이면 공의 출발시간 및 출발위치를 확인함)하는 기능을 담당하는 것으로, 특히 골프 스윙시 공을 치기 전에 몇 번의 연습 스윙에 대하여 오동작을 방지하는 용도로 활용될 수 있다. 스타트센서(13)가 존재하는 경우 공의 진행방향에 동일한 이격거리(바람직하게는 약 50cm)에 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)를 설치하고 각 센서부의 신호를 이용하여 볼속도, 수직각 및 수평각을 측정한다.

그러나, 만약 스타트센서(13)가 없다면, 수직센서부(11)로부터 수평센서부(12) 간의 간격을 소정 거리(바람직하게는 약 15cm 이상)만큼 볼의 진행방향에 대하여 이격시켜 설치하고, 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)의 신호 샘플링 주기를 기존보다 소정 배수(바람직하게는, 약 5배(25 마이크로 초))로 데이터를 취한다. 볼의 출발위치는 설치시 지정된 좌표 (티위치, 아이언위치)를 기준값으로 사전 정의하고, 볼의 출발시간은 이격 설치된 수직센서부(11)의 볼 출발시간과 수평센서부(12)의 볼 도달 시간차와 3차원 이격거리를 이용하여, 볼의 비행 볼속도 및 수직각, 수평각을 측정할수 있다.

도 2에서는 스타트센서(13)가 없는 경우로 하여 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)를 이격하여 설치한 것을 예를 들어 설명하였으나, 스타트센서(13)가 있는 경우에는 수직센서부(11)와 수평센서부(12)를 동일한 선상에 놓이게 될 것임은 자명하다.

수직센서부(11)와 수평센서부(12)는 각각 일정한 간격으로 여러 개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 볼의 출발을 감지하고 볼 및 클럽의 그림자 감지 정 보에 대한 데이터를 수집한다. 본 발명의 일실시예에서는, 수직센서부(11)는 수직센서가 40개 배열된 것이며, 마찬가지로 수평센서부(12)는 수평센서가 일정한 간격으로 40개 배열된 것이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 그림자 감지 정보는 바이너리 데이터로 표시된 것으로, 그림자가 감지된 영역은 '1', 그림자가 감지되지 않은 영역은 '0'의 형태로 표시된다. 볼의 출발은 스타트센서(13)를 사용하는 경우에는 스타트센서 트리거 신호로 감지하고, 스타트센서(13)를 사용하지 않는 경우에는 볼의 출발을 알고리즘부(20)의 제어부(29)의 레디 신호와 수직센서부(11)의 트리거 신호를 이용하여 감지한다. 이때 수평센서부(12)의 타이머를 동기하기 위해 수직센서부(11)는 수평센서부(12)로 트리거 신호를 발생한다. 제어부(29)의 레디 신호를 사용하면 사용자가 헛스윙 또는 연습스윙을 할 경우에 볼을 찾지 못하여 에러로 표시할 수 있게 된다. 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)가 수집하는 데이터는 각 포트의 인덱스 변화값과 클럭값을 포함하는 것이다. 본 발명에서는 통신량과 메모리를 줄이기 위해 포트 인덱스 상태가 바뀔 때에만(즉, 그림자가 변화될 때에만) 데이터를 수집하여 패킷을 구성하는 것으로 한다.

한편, 도 1의 알고리즘부(20)는 통신부(21), 수직데이터 저장부(22), 수평데이터 저장부(23), 볼/클럽 인식부(24), 볼/클럽 좌표 결정부(25), 볼/클럽 운동량 측정부(26), 볼/클럽 분석부(27), 볼 비행궤도 예측부(28) 및 제어부(29)를 포함하여 구성된다.

통신부(21)는 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)로부터 데이터를 수신하여, 이를 수직데이터 저장부(22) 및 수평데이터 저장부(23)에 전달한다. 또, 제어 부(29)의 레디 신호를 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)에 전달한다. 수직데이터 저장부(22) 및 수평데이터 저장부(23)는 각각 수직센서부(21) 및 수평센서부(22)로부터의 데이터를 저장한다.

볼/클럽 인식부(24)는 수직센서부(11) 및 수평센서부(12)의 그림자 감지 정보로부터, 볼, 클럽, 샤프트 및 연습자의 혼합 그림자로부터 볼의 수직/수평센서의 인덱스, 클럽의 수직/수평센서의 인덱스 및 샷 타입을 결정한다.

도 3a 내지 도 3d는 수직데이터 저장부에 저장되는 데이터의 일예로서, 도 3a는 볼만 센싱된 데이터(예를 들어, 퍼터), 도 3b는 클럽만 센싱된 데이터(예를 들어, 연습샷), 도 3c는 볼과 클럽이 센싱된 데이터(예를 들어 실제 볼을 친 일반샷), 도 3d는 클럽이 먼저 센싱된 데이터(예를 들어 로브샷)를 나타낸다. 이 데이터는 40개의 수직센서가 각각 인덱스를 이루고 있고, 그림자가 발생하는 인덱스는 '1'로 나타나고, 그림자가 감지되지 않은 인덱스는 '0'으로 나타난다. 위에서 설명한 바와 같이, 통신량과 메모리를 줄이기 위해 포트 인덱스 상태가 바뀔 때에만(즉, 그림자가 변화될 때에만) 데이터를 수집하여 패킷을 구성하였다.

본 발명에서, 볼패턴은 그룹내 3개 이내의 수직센서 인덱스 값이 연속되고, 클럭값이 볼속도에 비례한다. 클럽패턴은, 수직센서 인덱스 값이 클럭 증가에 따라 일정한 기울기로 증감한다(즉, 포트 인덱스 최종번호까지 증가/감소한다).

본 발명에서, 샷 타입은 다음과 같이 결정한다.

즉, 패킷 데이터 열방향 클럭차로 인식(볼 패턴 시작 클럭 - 클럽패턴 시작 클럭차)한 경우에는 볼이 클럽보다 먼저 출발한 것(예를 들어, 일반샷)으로 하여, 이를 예를 들어 '1형'으로 결정한다. 패킷 데이터 행방향 인덱스 증감으로 인식(클럽패턴 인덱스 증감에 위배되는 볼패턴)한 경우에는 볼과 클럽이 같이 감지된 것(예를 들어, 웨지샷, 펀치샷)으로 하여, 이를 '2형'으로 결정한다. 패킷 데이터 행방향 인덱스 최종 증감후 들어오는 볼패턴을 인식한 경우에는, 클럽이 먼저 들어온 것(예를 들어, 로브샷)으로 하여, 이를 '3형'으로 결정한다. 클럽패턴 후 볼패턴이 없는 경우에는, 클럽신호만 있는 것, 즉 볼 그룹이 없는 것(예를 들어, 연습샷)으로 하여, 이를 '4형'으로 결정한다. 마지막으로, 볼패턴만 있는 경우(예를 들어, 퍼팅샷)에는 이를 '5형'으로 결정한다. 다만, 위의 샷타입에 대한 열거에 대해서는, 운영자가 결정할 수 있는 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다.

위의 경우에, '4형'을 제외한 나머지 각각의 경우에 볼의 수직센서 좌표(Vidx)를 결정할 수 있다.

또한, 클럽의 수직 인덱스의 결정에 있어, 수직 인덱스 증가시에는 초기 인덱스(=최소 수직 클럽 인덱스)를 클럽헤드 수직센서 좌표(CVidx)로 하고, 수직 인덱스 감소시에는 최종 인덱스(=최소 수직 클럽 인덱스)를 클럽헤드 수직센서 좌표(CVidx)로 한다.

또, 볼/클럽 인식부(24)는 볼패턴을 이용하여, 2-3개의 수직 인덱스를 통과한 볼의 정확한 중심 위치를 보정할 수 있는데, 각 인덱스 그림자 클럭을 이용하는 방식을 채용한다. 일반적으로, 볼의 반지름은 4.2cm이고, 본 발명에서의 수직센서간의 거리는 2cm이므로, 볼이 통과하는 시간이 클럭이 가장 긴 경우를 중앙 위치로 추정하는 것이다.

도 4는 볼/클럽 인식부가 볼 중앙의 위치를 보정하는 것을 설명하기 위한 일예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 인덱스 N에서의 지속클럭을 A라 하고, 인덱스 N+1에서의 지속클럭을 B라 하고, 인덱스 N-1에서의 지속클럭을 C라 하면, 볼의 중앙 위치 Vidx_center는 다음 수학식에 의해 결정된다.

Vdix_center = N ± {(A+B)/(A×2)} [cm]

한편, 도 5a 내지 도 5d는 수평데이터 저장부에 저장되는 데이터의 일예로서, 도 5a는 볼만 센싱된 데이터(예를 들어, 퍼터), 도 5b는 클럽만 센싱된 데이터(예를 들어, 연습샷), 도 5c는 볼과 클럽이 센싱된 데이터(예를 들어 실제 볼을 친 일반샷), 도 5d는 클럽이 먼저 센싱된 데이터(예를 들어 로브샷)를 나타낸다. 이 데이터는 40개의 수평센서가 각각 인덱스를 이루고 있고, 그림자가 발생하는 인덱스는 '1'로 나타나고, 그림자가 감지되지 않은 인덱스는 '0'으로 나타난다. 수직센서의 경우에서 설명한 바와 같이, 통신량과 메모리를 줄이기 위해 포트 인덱스 상태가 바뀔 때에만(즉, 그림자가 변경될 때에만) 데이터를 수집하여 패킷을 구성하였다.

볼/클럽 인식부(24)가 볼패턴 및 클럽패턴을 구분하고, 샷형태를 결정하고, 수평에서의 볼/클럽 인덱스(Hidx/CHidx) 및 볼의 중앙 위치(Hidx_center)를 결정하는 방식에 대해서는 수직데이터에 대하여 설명한 바와 다르지 않다 할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

볼/클럽 좌표 결정부(25)는 볼/클럽 인식부(24)로부터의 수직센서 인덱스 및 수평센서 인덱스를 이용하여, 수직센서 및 수평센서의 볼 및 클럽의 좌표를 결정한다.

도 7은 본 발명에 따른 볼/클럽 좌표를 설명하기 위한 참고도로서, 수직센서의 인덱스 0을 원점 (0, 0, 0)으로 하여 삼차원 공간을 예로 나타낸 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 수직광원의 좌표는 L(Lx, Ly, Lz)이고, 티 출발 좌표인 티좌표는 T(Tx, Ty, Tz)이고, 아이언 출발 좌표인 아이언좌표는 I(Ix, Iy, Iz)이고, 수평광원의 좌표는 U(Ux, Uy, Uz)로서, 이는 설정되는 값이다. 이를 이용하여, 수직센서의 도달시의 볼좌표 B(Bx, By, Bz)와 수평센서 도달시의 볼좌표 A(Ax, Ay, Az)을 다음을 이용하여 구할 수 있다.

우선, B(Bx, By, Bz)를 먼저 구하기로 하자.

수직광원 L와 수직센서 V를 지나는 직선의 방정식은

와 같으므로, 그 x, y, z 좌표는 다음 수학식과 같다.

한편, 수평센서 H, 수평광원 U 및 볼 출발좌표인 T(I일 수도 있음)가 이루는 평면의 방정식은 다음 수학식과 같다.

여기서,

,

,

이라 하면, 위 수학식 3은 다음과 같이 표현할 수 있다.

위 수학식 2 및 수학식 4에서 t를 구하면 다음과 같다.

이를 수학식 2에 대입하면, x, y, z 값이 다음과 같이 B(Bx, By, Bz)가 된다.

이제, 수평센서 도달시의 볼좌표 A를 구하기로 하자. B에서의 티거리 dist는 다음과 같다.

따라서, B에서의 수직각 thy 및 수평각 thx는 각각 다음과 같다.

따라서, 수평센서 도달시의 볼좌표 A(Ax, Ay, Az)는 다음과 같다.

한편, 수직센서의 도달시의 클럽좌표 CB(CBx, CBy, CBz)와 수평센서 도달시의 클럽좌표 CA(CAx, CAy, CAz)는 위와 같은 과정을 거쳐 구할 수 있다.

이때, CV(CVx, CVy, CVz)는 수직센서의 인덱스에 대한 좌표이다.

CB에서의 수직각을 Cthy, 수평각을 Cthx라 하면, 수평센서 클럽좌표 CA(CAx, CAy, CAz)는 다음과 같다.

다시 도 1을 참조로 하면, 알고리즘부(20)의 볼/클럽 운동량 측정부(26)는, 볼 및 클럽의 비행거리와 속도를 계산하고 볼 및 클럽에 대한 수직센서의 좌표 및 수평센서의 좌표를 결정한다.

위 B 및 A를 이용하면, 볼의 비행거리 L은 다음과 같이 구할 수 있다.

여기서, 수평센서의 클럭을 Hclk, 수직센서의 클럭을 Vclk라 하면, 볼속도 vb는 다음과 같다.

다만, 스타트센서를 사용하는 경우에는, A=B이고, 따라서, 볼속도는 다음과 같다.

이제, 수직센서의 좌표 V(0, Vy, Vz) 및 수평센서의 좌표 H(Hx, 0, 0)]를 구한다. 인덱스 간격을 VSEN_STEP이라 하고, 수직센서의 수직각을 VSEN_ANGLE이라 하면, 수직센서의 좌표는 다음과 같다.

또, 수평센서 간격을 HSEN_STEP이라 하면, 수평센서의 좌표는 다음과 같다.

클럽의 비행거리 CL, 속도 vc, 수직센서의 좌표 CV(0, CVy, CVz) 및 수평센서의 좌표(CHx, 0, 0)도 유사하게 구할 수 있으며, 각각 다음과 같다.

다시, 도 1의 볼/클럽 분석부(27)는 볼 및 클럽의 좌표와 운동량을 이용하여 클럽과 볼의 임팩트 후의 백스핀량 및 사이드 스핀량을 결정한다.

도 8은 본 발명에 따라 결정하는 백스핀량을 설명하기 위한 개략도이다.

볼과 클럽의 임팩트시 볼은 클럽의 접선력에 의하여 클럽면을 따라 마찰력이 작용하므로 구르게 되는데, 이때의 백스핀량은 클럽의 로프트 각도 와 임팩트 전 클럽 속도와 비례하며 다음 식으로 표현된다. 즉 볼의 수직각과 클럽의 수직각 차에 비례한 백스핀량 ωB를 구할 수 있다.

여기서 f는 계수이다.

도 9는 본 발명에 따라 결정되는 사이드 스핀량을 설명하기 위한 개략도이다.

임팩트 후 볼의 방향과 클럽의 스윙 궤도를 비교하여, 사이드 스핀방향 및 스핀량 ωS을 추정할 수 있으며, 부호에 따라 (+)이면 시계방향 슬라이스 스핀이며, (-)이면 반 시계방향 훅 스핀을 적용한다. 다음 식과 같다.

×

여기서, 사이드 스핀각 Sthx는 (볼방향각-클럽방향각)에서 클럽별 표준 보정값을 뺀 것과 같으며, 클럽별 표준 보정값은 클럽별로 미리 정해진다.

마지막으로, 도 1의 볼 비행궤도 예측부(28)는 위에서 결정된 데이터를 이용하여, 볼의 비행궤도를 예측한다.

공기 중에 날아가는 볼은 진행방향과 반대되는 항력을 받게 되며(드래그 파워), 스핀하는 공의 딤플의 영향으로 공이 뜨는 항력(리프트 파워)을 동시에 받게 된다. 볼의 진행방향(X축)과 높이방향(Y축)에는 백스핀량을 이용한 CD, CL 계수를 시간별로 계산하고, 좌/우 방향(Z축)에는 사이드 스핀량을 이용한 SCD, SCL 계수를 시간별로 계산하여 2차 미분 방정식에 대입하여 Y축 고도가 증가하였다 감소한 후 바닥에 떨어진(y=0) 시간까지 증가된 X값(즉, 비거리임), Z값(즉, 편향거리임)을 구할 수 있다. 이는 다음 식과 같다.

도시되지는 않았으나, 본 발명은 디스플레이부를 구비하여, 본 발명에 따라 결정된 볼 및 클럽의 좌표, 운동량과 볼의 비거리, 고도 및 편향거리 등을 표시할 수 있을 것이다.

본 발명은 볼과 클럽의 운동량을 각각 측정하며 측정된 운동량을 이용한 3차원 골프공 비행궤도(Trajectory)를 2차 미분방정식을 이용하여 구할 수 있다.

종래에는, 임팩트 후의 볼의 회전량(spin)은 측정 불가능하거나 대단히 고가의 카메라시스템을 이용하여 측정할 수밖에 없었으나, 본 발명에서는 측정된 임팩트 후의 볼과 클럽의 운동량을 이용하여 간단히 결정할 수 있다.

즉, 공의 수직각과 클럽의 수직각의 차 및 각각의 속도차에 따른 백스핀량 결정이 가능하며, 이 측정값을 이용한 비행궤도 방정식에 스핀량에 따른 항력 및 양력 계수를 보정하여, 실제와 같은 수준의 타구 분석 정확도를 이끌어낼 수 있다. 또한 동일한 원리로 수평센서를 통과한 볼과 클럽의 운동량 측정으로 슬라이스 및 훅을 유발하는 사이드 스핀량 측정이 가능하다.

또한 본 발명에 따르면 수직 수평 센서간의 운동량을 이용하여 스윙패스 측정, 타구패턴 분석(칩샷, 토핑샷, 뒷땅샷, 로브샷, 펀치샷 등)이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 골프 타구 분석 시스템의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 골프 타구 분석 시스템의 설치를 대략적으로 설명하기위한 개념도이다.

도 3a 내지 도 3d는 수직데이터 저장부에 저장되는 데이터의 일예이다.

도 4는 볼/클럽 인식부가 볼 중앙의 위치를 보정하는 것을 설명하기 위한 일예시도이다.

도 5a 내지 도 5d는 수평데이터 저장부에 저장되는 데이터의 일예이다.

도 6은 볼/클럽 인식부가 볼 중앙의 위치를 보정하는 것을 설명하기 위한 일예시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 볼/클럽 좌표를 설명하기 위한 참고도이다.

도 8은 본 발명에 따라 구하는 백스핀량을 설명하기 위한 개략도이다.

도 9는 본 발명에 따라 결정되는 사이드 스핀량을 설명하기 위한 개략도이다.

Claims (15)

1. 수직투광부 및 수평투광부를 각각 구비하여, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부로부터 방사되는 빛에 의해 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부가 감지한 수신한 볼 및 클럽의 그림자 정보로부터 볼 및 클럽의 운동량과 볼의 비거리, 고도 및 편향거리를 결정하기 위한 알고리즘부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템에 있어서,

   상기 센서부는 볼의 측정 준비상태를 확인하고, 볼의 출발을 인식하는 스타트센서; 상기 스타트센서에 대하여 볼의 진행방향으로 소정의 거리로 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 대하여 수직으로 소정 각도 기울어져 세워져서, 상기 수직투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수직센서부; 및 상기 스타트센서에 대하여 볼의 진행방향으로 상기 수직센서부의 이격거리와 동일하게 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 배치되어, 상기 수평투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수평센서부를 포함하고,

   상기 알고리즘부는 상기 수직센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제1저장부; 상기 수평센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제2저장부; 상기 수직센서부 및 수평센서부의 그림자 정보로부터, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수직센서의 인덱스, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수평센서의 인덱스 및 샷 타입을 결정하기 위한 인식부; 상기 인식부가 결정한 수직센서 인덱스 및 수평센서 인덱스를 이용하여, 수직센서 및 수평센서 도달시의 볼 및 클럽의 좌표를 각각 결정하기 위한 좌표 결정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 데이터를 이용하여, 볼 및 클럽의 운동량을 측정하기 위한 운동량 측정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 볼 및 클럽의 좌표와 상기 운동량 측정부가 측정한 운동량을 이용하여 클럽과 볼의 임팩트 후의 백스핀량 및 사이드 스핀량을 결정하기 위한 분석부; 및 상기 분석부의 결과를 이용하여 볼의 고도, 비거리 및 편향거리를 결정하기 위한 예측부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부는, 복수개의 눈에 보이지 않는 파장의 투광부와, 소정 개수의 눈에 보이는 레이저 포인터를 포함하여 구성되는 골프 타구 분석 시스템.
4. 제1항에 있어서, 볼의 출발은, 상기 스타트센서의 트리거 신호를 이용하여 감지하는 골프 타구 분석 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 수직센서부 및 수평센서부는 그림자가 변경되는 경우에 한하여 데이터를 수집하는 골프 타구 분석 시스템.
6. 삭제
7. 제1항, 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알고리즘부는, 상기 수직센서부 및 상기 수평센서부와, 상기 제1 및 제2저장부를 통신하도록 하는 통신부를 더 포함하는 골프 타구 분석 시스템.
8. 제1항, 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인식부는, 볼패턴을 이용하여 수직/수평 인덱스를 통과하는 볼의 중심 위치를 보정하는 보정부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템.
9. 수직투광부 및 수평투광부를 각각 구비하여, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부로부터 방사되는 빛에 의해 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 센서부; 및 상기 센서부가 감지한 수신한 볼 및 클럽의 그림자 정보로부터 볼 및 클럽의 운동량과 볼의 비거리, 고도 및 편향거리를 결정하기 위한 알고리즘부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템에 있어서,

   상기 센서부는 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 대하여 수직으로 소정 각도 기울어져 세워져서, 상기 수직투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수직센서부; 및 상기 수직센서부로부터 볼의 진행방향에 대하여 소정 거리 이격되며, 소정의 간격으로 복수개의 광센서가 직선으로 배열된 형태로서, 바닥면에 배치되어, 상기 수평투광부로부터 수신된 빛을 이용하여 볼 및 클럽의 그림자를 감지하기 위한 수평센서부를 포함하고,

   상기 알고리즘부는 볼의 출발을 감지하기 위한 레디 신호를 생성하기 위한 제어부; 상기 수직센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제1저장부; 상기 수평센서부로부터 수신되는 데이터를 저장하기 위한 제2저장부; 상기 수직센서부 및 수평센서부의 그림자 정보로부터, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수직센서의 인덱스, 볼 및 클럽의 그림자가 감지된 수평센서의 인덱스 및 샷 타입을 결정하기 위한 인식부; 상기 인식부가 결정한 수직센서 인덱스 및 수평센서 인덱스를 이용하여, 수직센서 및 수평센서 도달시의 볼 및 클럽의 좌표를 각각 결정하기 위한 좌표 결정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 데이터를 이용하여, 볼 및 클럽의 운동량을 측정하기 위한 운동량 측정부; 상기 좌표 결정부가 결정한 볼 및 클럽의 좌표와 상기 운동량 측정부가 측정한 운동량을 이용하여 클럽과 볼의 임팩트 후의 백스핀량 및 사이드 스핀량을 결정하기 위한 분석부; 및 상기 분석부의 결과를 이용하여 볼의 고도, 비거리 및 편향거리를 결정하기 위한 예측부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 수직투광부 및 상기 수평투광부는, 복수개의 눈에 보이지 않는 파장의 투광부와, 소정 개수의 눈에 보이는 레이저 포인터를 포함하여 구성되는 골프 타구 분석 시스템.
11. 제9항에 있어서, 상기 수직센서부 및 수평센서부는 그림자가 변경되는 경우에 한하여 데이터를 수집하는 골프 타구 분석 시스템.
12. 삭제
13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알고리즘부는, 상기 수직센서부 및 상기 수평센서부와, 상기 제1 및 제2저장부 및 상기 제어부를 통신하도록 하는 통신부를 더 포함하는 골프 타구 분석 시스템.
14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직센서부의 트리거 신호 및 상기 제어부의 레디 신호를 이용하여 볼의 출발을 감지하는 골프 타구 분석 시스템.
15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인식부는 볼패턴을 이용하여 수직/수평 인덱스를 통과하는 볼의 중심 위치를 보정하는 보정부를 포함하는 골프 타구 분석 시스템.

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