KR101048864B1 - 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템 - Google Patents

단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서, 상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및 상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

Description

단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템{METHOD OF MEASURING PHYSICAL QUANTITIES OF OBJECT BY USING SINGLE LIGHT SOURCE AND PLANAR SENSOR UNIT AND VIRTUAL GOLF SYSTEM UTILIZING SAME}
본 발명은 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 보다 상세하게는, 단일 광원과 이에 대향하는 바닥면에 배치되는 평면 센서부를 이용하여 물체(예를 들면, 골프공)의 그림자를 검출하고, 이를 기초로 하여 상기 물체의 높이 등의 물리량을 측정하는 방법 및 이를 이용하는 가상 골프 시스템에 관한 것이다.
골프를 즐기는 사람의 수는 계속적으로 증가하고 있다. 그러나, 골프를 즐기는 사람이 항상 필드에 나가서 라운딩을 할 수는 없는 것이 현실이므로, 도심 등에서도 적은 비용으로 가상적으로 골프를 즐길 수 있도록 하는 가상 골프 시스템(스크린 골프 시스템)이 널리 보급되고 있다. 이와 같은 가상 골프 시스템은 기본적으로 골퍼가 스크린을 향해 골프공을 치면 골프공의 움직임을 검출하고 소정의 시뮬레이션 과정을 거쳐 골프공을 친 결과를 스크린 상에 가상적으로 표시하여 주는 것을 그 컨셉으로 한다. 이러한 가상 골프 시스템에서는, 골프공의 높이, 이동 속도, 이동 방향 등을 측정하여 골퍼가 골프공의 움직임을 실제의 라운딩 시와 유사하게 느낄 수 있도록 시뮬레이션하는 것이 중요하다.
이를 위하여, 대부분의 종래의 가상 골프 시스템에서는 초고속 카메라와 같은 고가의 광학 장치를 이용하여 타격된 골프공의 움직임에 관한 정보를 수집하고 연산하지만, 이러한 방식은 상당히 복잡한 기술을 요하고 무엇보다도 가상 골프 시스템의 구현에 많은 비용이 들게 하는 요인이 되고 있다.
또한, 일본공개특허공보 제2003-230767호, 미국등록특허공보 제5390927호, 일본등록특허공보 제3394978호 등을 살펴보면 다수의 수평 센서 및 다수의 수직 센서를 이용하여 골프공의 움직임을 검출하는 종래기술에 관하여 개시되어 있으나, 이러한 종래기술을 이용하는 경우에도 여전히 가상 골프 시스템의 복잡도나 가상 골프 시스템의 구현 비용 등의 측면에 있어서 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단일 광원과 평면 센서부만으로도 물체의 물리량을 정확하게 측정하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 적은 비용으로도 효과적으로 동작하는 가상 골프 시스템을 구현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서, 상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및 상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 물체의 물리량을 측정하기 위한 시스템으로서, 단일 광원, 상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 검출하기 위한 평면 센서부 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및 상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하기 위한 측정 장치를 포함하는 측정 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 단일 광원과 평면 센서부만으로도 물체의 물리량을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 적은 비용으로도 효과적으로 동작하는 가상 골프 시스템을 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서열(210)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 그림자의 크기를 기초로 하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어에 관한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 그림자가 센서를 지나가는 시간과, 광원 및 센서를 연결한 직선과 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어에 관한 개념도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
이하의 본 명세서에서는, 본 발명에 따라 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하기 위하여 구현되는 시스템의 예로서 주로 가상 골프 시스템을 들고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 의하여 도출되는 것인 이상, 물체의 물리량을 측정하기 위한 여러 측정 방법이나 시스템은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
전체 시스템의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다. 이러한 전체 시스템은 가상 골프 시스템일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템은 시작부(10)(가상 골프 시스템의 경우에는 타격부(10)), 광원(100), 평면 센서부(200), 측정 장치(300) 및 표시 장치(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원(100)은 (바람직하게는 하나의) 발광체를 포함할 수 있다. 이러한 광원(100)은 빛을 방출하여 빛의 경로 상에 위치하는 물체의 그림자를 생성시킬 수 있다. 본 발명에서는 빛의 직진성을 이용하므로 광원(100)으로서 직진성이 우수한 레이져 광원 등을 사용하는 것이 바람직하겠지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 물체의 그림자를 생성시킬 수 있는 공지된 발광체를 자유롭게 포함시켜 본 발명에 따른 광원(100)을 구성할 수 있음은 자명하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)는 광원(100)에 대향하는 바닥면에 배치될 수 있다. 이러한 평면 센서부(200)는 다수의 센서(광 센서)를 포함할 수 있고, 각 센서는 물체의 그림자를 검출하는 기능을 수행할 수 있다.
즉, 평면 센서부(200)는 시작부(10)에서 출발한 물체(예를 들면, 타격부(10)에서 타격된 골프공)가 광원(100)과 평면 센서부(200) 사이를 지나가는 과정에서 생기는 그림자를 검출할 수 있다. 이에 관하여는 도 2를 참조하여 행해지는 아래의 상세한 설명을 통하여 더 살펴보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치(300)는 평면 센서부(200)에서 검출된 그림자에 관한 정보(즉, 그림자의 크기, 그림자가 센서 상을 지나가는 시간, 그림자의 궤적이 형성하는 각도 등)에 기초하여 해당 물체의 높이, 이동 속도, 이동 방향 등을 산출하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 측정 장치(300)는 표시 장치(400)를 통하여 물체의 움직임에 관한 시뮬레이션 결과를 표시하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 측정 장치(300)는 평면 센서부(200) 및 표시 장치(400)와 통신하는 기능을 포함하는 디지털 기기일 수 있는데,　이러한 디지털 기기는 가상 골프 시스템을 위한 전용 프로세서를 포함할 수 있다.　 이러한 전용 프로세서는 메모리 수단을 구비하고 수치 연산 능력과 그래픽 처리 능력을 갖춘 것일 수 있다.
위와 같은 측정 장치(300)의 구성에 관하여는 도 5를 참조하여 행해지는 아래의 상세한 설명을 통하여 더 살펴보기로 한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(400)는 수치 연산이나 그래픽 처리의 결과를 표시하는 장치로서, 소정의 표시 수단을 통하여 소정의 영상을 표시하는 기능을 수행하는 장치일 수 있다. 바람직하게는, 표시 장치(400)는 타격된 골프공 등의 물체에 의한 충격을 흡수하는 한편 직접 발광하지는 않는 스크린과 이러한 스크린에 영상을 출력하는 프로젝터로 구성될 수 있다.
평면 센서부의 구성
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)는 센서열(210), 오류 검출부(220), 통신부(230) 및 제어부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서열(210), 오류 검출부(220), 통신부(230) 및 제어부(240)는 그 중 적어도 일부가 측정 장치(300)와 통신하는 프로그램 모듈일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 평면 센서부(200)에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 임의의 공지의 기억 장치에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈은 평면 센서부(200)와 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서열(210)은 그림자를 검출하는 기능을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 이러한 센서열(210)은 다수의 광 센서를 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 센서열(210)은 다수의 광 센서가 일정하게 배열되어 있는 센서 라인을 포함할 수 있는데, 이에 관하여는 도 3 및 도 4를 참조하여 행해지는 아래의 상세한 설명을 통하여 더 살펴보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 오류 검출부(220)는, 그림자를 검출하는 과정에서 사용되는 다수의 센서 중 오류를 나타내는 센서가 하나라도 있을 경우에는 심각한 오동작이 발생할 수 있기 때문에, 오류를 검출하여 보정하는 기능을 수행할 수 있다. 이에 관하여는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(230)는 센서열(210)에서 검출된 그림자에 관한 정보를 측정 장치(300)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 전체적으로는, 통신부(230)는 평면 센서부(200)가 측정 장치(300)와 같은 외부 장치와 통신할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있는데, 이러한 통신 방식으로는, 이더넷 통신, USB 통신, IEEE 1394 통신, 직렬 통신(serial communication) 및 병렬 통신(parallel communication)과 같은 유선 통신 방식, 더욱 바람직하게는, 적외선 통신, 블루투스 통신, RF 통신 및 무선 LAN 통신과 같은 무선 통신 방식이 제한 없이 사용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(240)는 센서열(210), 오류 검출부(220) 및 통신부(230) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 외부로부터의 또는 평면 센서부(200)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 센서열(210), 오류 검출부(220) 및 통신부(230)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서열(210)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
물체에 의해 생성된 그림자를 이용하여 물체의 높이, 이동 속도, 이동 방향 등을 정확하게 측정하기 위해서는 센서열(210)에 속하는 각 센서 간의 간격이 작은 것이 바람직하다. 이는, 간격이 작을수록 분해능이 향상되어 측정 오차가 줄어 들게 되기 때문이다. 그러나, 센서열(210) 내의 센서 라인의 각 센서가 대향하는 센서 라인의 각 센서와 하나씩만 대향하도록 배치하여서는 센서 라인 간의 간격이 센서의 지름보다 작게 되기가 어려우므로, 센서열(210)의 구성을 최적화하기 위하여 다음과 같이 할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서열(210)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서열(210)은 다수의 센서(211)를 포함하는 복수의 센서 라인을 가질 수 있다. 센서 라인의 개수는 2 이상일 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 센서 라인을 배치하는 경우, 센서 라인의 개수가 n(n은 2 이상의 자연수)이면, 센서 라인 간의 간격인 hn은 수학식 1을 만족한다.
Figure 112010060067688-pat00001
수학식 1에서, d는 센서(211) 간의 단위 간격으로서 그 최소 값은 센서(211)의 지름과 동일할 수 있고 그 최대 값은 센서(211)의 지름보다 클 수 있다. 그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 두 개의 센서 라인 상의 대향하는 센서(211)들 간의 수평 거리 d'는 (1 / n) × d로 나타낼 수 있다.
위와 같은 구성을 갖춤으로써 본 발명에 따른 센서열(210)의 분해능이 증진될 수 있다.
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 오류 검출부(220)의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
일반적으로, 센서(211)에서 발생될 수 있는 오류의 유형은 다음과 같다.
(i) 오류 유형 1: 물체의 그림자가 없음에도 불구하고 그림자가 있다고 잘못 검출하는 경우가 있다. 일반적으로 stuck-at-1 오류라고도 한다.
(ii) 오류 유형 2: 물체의 그림자가 있음에도 불구하고 그림자가 없다고 잘못 검출하는 경우가 있다. 일반적으로 stuck-at-0 오류라고도 한다.
(iii) 오류 유형 3: 물체의 그림자의 유무와는 상관 없이 시간에 따라 그림자에 관한 정보를 의미 없이 반복 출력하는 경우가 있다.
본 발명에서는 이러한 오류들을 해결하기 위하여, 센서 전압의 기준치인 VREF를 이용할 수 있다.
우선, 소정의 센서(211)의 VREF는 센서(211)에 빛이 그림자 없이 입사하는 경우의 센서 전압(VMAX)으로 그 초기 값이 설정될 수 있다. 이때, 센서(211)의 디지털 출력 값인 S는 0이 된다(이는 그림자 없음을 의미한다). 만약 위의 경우에 센서(211)의 출력 값이 1로 잘못 나오게 되면, VREF는 소정 값만큼 감소되어야 한다. 이러한 VREF의 감소 처리는 회귀적으로 행해질 수 있다.
이렇게 정해진 VREF가 미리 실험 등을 통하여 파악되어 있는, 센서에 허용되는 최소 전압 VTH , min보다 작은 경우, 해당 센서(211)는 오류 유형 1에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 정해진 VREF가 센서에 허용되는 최대 전압 VTH , max보다 큰 경우, 해당 센서(211)는 오류 유형 2에 해당하는 것일 수 있다.
또한, 빛이 그림자 없이 입사하는 경우의 VREF를 수 차례 반복 측정한 후 반복 측정된 VREF의 편차가 센서에 허용되는 편차 값인 VTH , vary보다 큰 경우, 해당 센서(211)는 오류 유형 3에 해당하는 것일 수 있다.
위에서, VTH , min, VTH , max 및 VTH , vary는 실험 조건이나 센서의 특성을 참고하여 미리 설정된 값일 수 있다. VTH , min, VTH , max 및 VTH , vary를 정확하게 정하기 위하여, 많은 센서를 사용하여 통계적인 데이터를 누적할 수 있다.
센서열(210)에 속하는 다수의 센서(211) 중 어느 하나가 위와 같은 유형들 중 한 가지의 오류를 나타낸다고 판단되는 경우에는 해당 센서(211)의 출력 값을 무시하고, 해당 센서(211)에 인접하는 다른 센서(211)의 출력 값을 기초로 하여 올바른 출력 값으로 보정할 수 있다.
구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 오류를 나타내는 센서(211)의 양쪽의 센서(211)가 모두 정상이고 그 출력 값이 같은 경우에는 오류를 나타내는 센서(211)의 출력 값을 그 양쪽의 센서(211)의 출력 값과 동일하게 정할 수 있다.
오류를 나타내는 센서(211)의 양쪽의 센서(211)가 모두 정상이고 그 출력 값이 다른 경우에는 오류를 나타내는 센서(211)의 출력 값을 바로 이전 시점의 출력 값으로 유지할 수 있다.
물론, 뭉쳐 있는 두 개 이상의 센서(211)가 오류를 나타낼 때에도, 오류 보정은 위에서와 마찬가지의 로직에 따라 행해질 수 있다.
측정 장치의 구성
아래에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치(300)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치(300)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 장치(300)는 측정부(310), 시뮬레이션부(320), 데이터 저장부(330), 통신부(340) 및 제어부(350)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정부(310), 시뮬레이션부(320), 데이터 저장부(330), 통신부(340) 및 제어부(350)는 그 중 적어도 일부가 평면 센서부(200) 및/또는 표시 장치(400)와 통신하는 프로그램 모듈일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 측정 장치(300)에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 임의의 공지의 기억 장치에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈은 측정 장치(300)와 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부(310)는 평면 센서부(200)에서 검출된 그림자에 관한 정보를 기초로 하여 물체의 물리량을 측정하는 기능을 수행할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 먼저, 측정부(310)는 물체에 의해 생성된 그림자가 지나가는 센서(211)의 개수를 기초로 하여 물체의 높이를 측정할 수 있다.
또는, 측정부(310)는 물체에 의해 생성된 그림자가 다수의 센서(211)를 지나가는 시간의 합을 구한 후 이로부터 물체의 이동 속도에 의한 변이를 제거한 값으로부터 물체의 높이를 측정할 수도 있다.
또는, 측정부(310)는 물체에 의해 생성된 그림자가 센서(211)를 지나가는 시간과, 광원(100) 및 센서(211)를 연결한 직선과 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 물체의 높이를 측정할 수도 있다.
위와 같은 여러 실시예에 따른 측정부(310)의 높이 측정 방식에 관하여는 도 6 내지 도 8을 참조하여 행해지는 아래의 상세한 설명을 통하여 더 살펴보기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션부(320)는 물체의 높이 등의 측정된 물리량에 관한 정보를 기초로 하여 물체의 움직임을 그래픽 객체에 반영하여 표현하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 시뮬레이션부(320)는 영상 신호를 포함하는 제어 신호를 표시 장치(400)로 전송하여 물체의 움직임이 현실감 있게 표현되도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 저장부(330)는 그림자에 관한 정보나 시뮬레이션 정보를 저장할 수 있다. 이러한 데이터 저장부(330)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(340)는 그림자에 관한 정보를 평면 센서부(200)로부터 수신하고 시뮬레이션 정보를 표시 장치(400)로 전송하는 기능을 수행할 수 있다. 전체적으로는, 통신부(340)는 측정 장치(300)가 평면 센서부(200)나 표시 장치(400)와 같은 외부 장치와 통신할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있는데, 이러한 통신 방식으로는, 이더넷 통신, USB 통신, IEEE 1394 통신, 직렬 통신 및 병렬 통신과 같은 유선 통신 방식, 더욱 바람직하게는, 적외선 통신, 블루투스 통신, RF 통신 및 무선 LAN 통신과 같은 무선 통신 방식이 제한 없이 사용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(350)는 측정부(310), 시뮬레이션부(320), 데이터 저장부(330) 및 통신부(340) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(350)는 외부로부터의 또는 측정 장치(300)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 측정부(310), 시뮬레이션부(320), 데이터 저장부(330) 및 통신부(340)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
물체의 높이의 측정
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 그림자의 크기를 기초로 하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어에 관한 개념도이다.
(1) 그림자가 지나가는 센서의 개수를 기초로 하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 평면 센서부(200)에서는 도 6에 도시된 바와 같이 그림자 1과 그림자 2가 지나가는 센서(211)의 위치와 개수를 검출할 수 있다. 여기서, 그림자 1의 폭은 W1이고 그림자 2의 폭은 W2일 수 있다.
도시된 바에 따르면, W1은 7개의 센서(211)에 대응되는 폭이고, W2는 5개의 센서(211)에 대응되는 폭인 것으로 결정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 각 센서(211) 간의 간격은 기지의 정보이므로 그림자가 검출되는 센서(211)의 개수에 기초하여 그림자의 크기가 측정될 수 있다.
가장 단순하게, 물체가 광원(100)과 바닥면 사이의 바로 아래 부분을 지나가는 경우(도 7의 왼편의 경우)의 물체의 높이 h는 수학식 2와 같다.
Figure 112010060067688-pat00002
여기서, W는 그림자의 크기(지름), D는 물체의 크기(지름) 그리고 H는 광원(100)과 평면 센서부(200) 간의 최단 거리를 의미한다. 본 발명에 따르면, D와 H의 값은 정해진 것일 수 있다.
한편, 물체가 광원(100)의 위치를 기준으로 하여 광원(100)과 바닥면 사이의 수선과 각도 A를 이루는 경우(도 7의 오른편의 경우)의 물체의 높이 h'는 수학식 3과 같다.
Figure 112010060067688-pat00003
여기서, cosA는 H와 광원(100) 및 그림자가 지나가는 센서(211) 사이의 거리를 이용하여 용이하게 구할 수 있다.
(2) 그림자가 다수의 센서를 지나가는 시간의 합을 구한 후 이로부터 물체의 이동 속도에 의한 변이를 제거한 값으로부터 물체의 높이를 측정하는 아이디어
센서(211)를 지나가는 그림자의 이동 시간은 그림자의 크기와 그림자의 이동 속도(즉, 물체의 이동 속도)에 의해서 결정될 수 있다. 이에 따라, 다음과 같은 양을 정의할 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00004
여기서, p는 그림자가 지나가는 첫 번째 센서(211)의 인덱스, q는 그림자가 지나가는 마지막 센서(211)의 인덱스, s_i(si)는 그림자가 지나가는 i 번째 센서(211)의 출력 강도, t_i(ti)는 그림자가 i 번째 센서(211)를 지나가는 시간, S는 그림자가 지나가는 센서(211)의 출력 강도와 그림자가 센서(211)를 지나가는 시간의 가중 합을 의미한다.
이러한 값을 그림자가 센서 라인을 지나가는 시간으로 나누어서 정규화하면 수학식 5에서와 같이 그림자 크기의 추정치 A를 얻을 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00005
여기서, T는 그림자가 센서 라인을 지나가는 시간이다. 상기와 같은 방법으로 그림자의 크기를 추정하게 되면, 물체의 높이는 다양한 방법에 의해서 구할 수 있게 된다. 실험 상수 a1, b1, a2 및 b2를 이용하는 수학식 6과 수학식 7은 이러한 방법들을 수치화한 예가 될 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00006
Figure 112010060067688-pat00007
위와 같은 수학식으로 구한 물체의 높이 h는 물체가 광원(100) 바로 아래를 지나가는 경우의 측정 값이 되므로, 그렇지 않은 경우에는 수학식 3에서와 마찬가지로
Figure 112010060067688-pat00008
를 곱해 줌으로써 수학식 8을 성립시킬 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00009
한편, 수학식 4에서와 같이, 그림자가 지나가는 모든 센서(211)에 대하여 가중 합을 구하지 않고, 그림자가 지나가는 일부 센서(211)에 대하여만 가중 합을 구할 수도 있다. 이 경우에는 다음의 수학식이 이용될 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00010
여기서, 집합 Z는 연산의 대상이 되는 센서(211)의 인덱스로 구성된 집합을 의미한다.
수학식 9가 적용되는 예로는 다음과 같은 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 가상 골프 시스템에서, 골프공의 그림자와 다른 부품(예를 들면, 골프채)의 그림자가 겹치는 경우, 우선적으로 골프공의 그림자와 다른 부품의 그림자를 분리하는 과정을 수행하게 될 수 있는데, 골프공의 그림자와 다른 부품의 그림자를 명확하게 분리하여 골프공의 그림자에 대응되는 센서(211)들의 인덱스만을 집합 Z에 포함시킬 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00011
여기서, U(Z)는 인덱스가 집합 Z에 속하는 센서(211)들만을 이용하는 경우의 보정 계수를 의미한다. 예를 들면, Z가 물체의 그림자가 지나가는 센서(211)들 중에서 절반의 센서(211)들의 인덱스만을 포함하는 경우의 보정 계수 U(Z)는 2가 될 수 있다. 계산된 S2는 상술된 수학식 5 내지 수학식 8에서 S 대신에 이용될 수 있다.
한편, 수학식 10은 소정의 보정 계수를 곱셈에 의하여 적용하는 것에 관한 것이지만, 당업자의 응용에 따라 다른 다양한 선형, 비선형 수학식이 도출될 수 있음은 물론이다.
(3) 그림자가 센서를 지나가는 시간과, 광원 및 센서를 연결한 직선과 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 그림자가 센서를 지나가는 시간과, 광원 및 센서를 연결한 직선과 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 물체의 높이를 측정하는 아이디어에 관한 개념도이다.
우선, 도 8에 나타나 있는 포인트 내지 변수에 관하여 살펴보면, G는 물체의 이동 시작점, J는 광원(100)에서 바닥면에 내린 수선의 발, P는 물체의 그림자가 센서 라인 A 상을 지나갈 때의 센서(211)의 위치, θA는 광원(100)과 P를 이은 직선과 물체의 실제 궤적이 이루는 각도, φA는 광원(100)과 P를 이은 직선과 광원(100)과 바닥면 사이의 수선이 이루는 각도, d는 물체가 센서(211)에 그림자를 드리우는 동안 움직이는 거리의 절반, r은 구형인 물체의 반지름, LG는 J와 G와의 거리, LAB는 센서 라인 A와 센서 라인 B 사이의 거리를 의미한다.
움직이는 물체가 센서 라인 A에 그림자를 드리우는 시간은 2d의 거리를 움직이는 시간인 tA로 표현될 수 있다. 이러한 시간 tA는 물체의 이동 속도(v)가 일정하다는 가정 하에서, tA = 2d / v를 만족할 수 있다. 여기서, d = r / sinθA로 나타낼 수 있다. 따라서, tA는 최종적으로 다음과 같은 수학식 11로 표현될 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00012
그리고, 물체가 센서 라인 A와 센서 라인 B 사이를 지나가는 시간을 tAB라고 하면 tAB = LAB / vx와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, vx는 물체의 이동 속도 v의 바닥면과 평행한 성분의 크기이다.
이어서, 각도 θA는 다음의 수학식 12에 의해서 구할 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00013
따라서, 물체의 그림자가 센서 라인 A 상을 지나갈 때의 물체의 높이 hA는 수학식 13에서와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00014
여기서, 물체의 그림자가 센서 라인 A 상을 지나갈 때의 물체로부터 바닥면에 내린 수선의 발과 G 사이의 거리를 LG 대신에 사용하는 것이 더 바람직할 수 있다.
이와 동일한 원리로, 센서 라인 B에 관한 각도 θB와 물체의 높이 hB는 수학식 14 및 수학식 15에서와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010060067688-pat00015
Figure 112010060067688-pat00016
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 광원
200: 평면 센서부
300: 측정 장치
400: 표시 장치

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  9. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 그림자 검출 단계는, 상기 평면 센서부에 속하는 적어도 하나의 센서의 오류를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 오류 검출 단계는, 상기 적어도 하나의 센서의 기준 센서 전압이 허용 최소 전압보다 크고 허용 최대 전압보다는 작은지 여부를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 그림자 검출 단계는, 상기 평면 센서부에 속하는 적어도 하나의 센서의 오류를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 오류 검출 단계는, 상기 적어도 하나의 센서의 기준 센서 전압의 편차가 허용 전압 편차보다 작은지 여부를 검출하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 그림자 검출 단계는,
    상기 평면 센서부에 속하는 적어도 하나의 센서의 오류를 검출하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 센서의 오류를 보정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오류 보정 단계는, 상기 적어도 하나의 센서의 양쪽의 센서들의 공통된 출력 값을 상기 적어도 하나의 센서의 출력 값으로 정하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 오류 보정 단계는, 상기 적어도 하나의 센서의 양쪽의 센서들의 출력 값이 서로 다른 경우, 상기 적어도 하나의 센서의 이전의 출력 값을 그대로 유지하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 삭제
  15. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 물리량 측정 단계는, 상기 그림자가 지나가는 상기 평면 센서부 상의 센서의 개수를 기초로 하여 상기 물체의 높이를 측정하는 단계를 포함하며,
    상기 높이 h'는,
    Figure 112011020744665-pat00028

    의 수학식으로 표현되고,
    여기서, W'는 상기 그림자의 크기이고, D는 상기 물체의 크기이며, H는 상기 단일 광원으로부터 상기 평면 센서부까지의 최단 거리이고, A는 상기 물체가 상기 단일 광원의 위치를 기준으로 하여 상기 단일 광원과 상기 바닥면 사이의 수선과 이루는 각도인
    방법.
  16. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 물리량 측정 단계는, 상기 그림자가 상기 평면 센서부의 다수의 센서를 지나가는 시간과 상기 시간 동안의 상기 다수의 센서의 출력의 가중 합을 상기 시간으로 나눔으로써 산출되는 상기 그림자의 크기의 추정치에 기초하여 상기 물체의 높이를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가중 합은 상기 다수의 센서 중 일부에 대하여 산출된 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 그림자의 크기의 추정치는 상기 가중 합에 소정의 보정 계수를 적용하여 산출되는 방법.
  19. 단일 광원과 평면 센서부를 이용하여 물체의 물리량을 측정하는 방법으로서,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 상기 평면 센서부에서 검출하는 단계 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 물리량 측정 단계는, 상기 그림자가 상기 평면 센서부의 하나의 센서를 지나가는 시간과, 상기 단일 광원 및 상기 하나의 센서를 연결한 직선과 상기 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 상기 물체의 높이를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 높이 h는,
    Figure 112011020744665-pat00029

    의 수학식으로 표현되고,
    여기서, LG는 상기 단일 광원으로부터 상기 바닥면에 내린 수선의 발과 상기 물체의 이동 시작점 사이의 거리이고, θA는 상기 단일 광원과 상기 하나의 센서를 이은 직선과 상기 물체의 궤적이 이루는 각도이며, φA는 상기 단일 광원과 상기 하나의 센서를 이은 직선과 상기 수선이 이루는 각도인
    방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 물체의 물리량을 측정하기 위한 시스템으로서,
    단일 광원,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 검출하기 위한 평면 센서부 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하기 위한 측정 장치
    를 포함하고,
    상기 측정 장치는 상기 그림자가 상기 평면 센서부의 다수의 센서를 지나가는 시간과 상기 시간 동안의 상기 다수의 센서의 출력의 가중 합을 상기 시간으로 나누어 정규화함으로써 산출되는 상기 그림자의 크기의 추정치에 기초하여 상기 물체의 높이를 측정하는 측정 시스템.
  30. 물체의 물리량을 측정하기 위한 시스템으로서,
    단일 광원,
    상기 단일 광원으로부터 방출되는 빛에 의하여 생성되는 상기 물체의 그림자를 검출하기 위한 평면 센서부 - 상기 평면 센서부는 상기 단일 광원에 대향하는 바닥면에 배치되어 있음 - , 및
    상기 그림자에 관한 정보에 기초하여 상기 물체의 물리량을 측정하기 위한 측정 장치
    를 포함하고,
    상기 측정 장치는 상기 그림자가 상기 평면 센서부의 하나의 센서를 지나가는 시간과, 상기 단일 광원 및 상기 하나의 센서를 연결한 직선과 상기 물체의 궤적이 이루는 각도에 기초하여 상기 물체의 높이를 측정하는 측정 시스템.
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