KR101189665B1

KR101189665B1 - 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101189665B1
Application number: KR1020100071471A
Authority: KR
Inventors: 이정한; 김형식; 탁계래
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-10-10
Also published as: KR20120010016A

Abstract

본 발명은 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 구현이 간편한 USB 카메라를 이용하고, 볼의 위치를 홀컵과 스윗 스팟(sweet spot)을 기준으로 거리와 방향을 제시할 수 있는 극 좌표(polar coordinates)를 이용함으로써, 퍼팅 수행 후 결과를 간편하고 정확하게 분석 및 기록할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 홀 컵과 수직한 상부에 홀 컵과 서로 대향하도록 고정되어, 홀 컵 및 퍼팅된 볼에 관한 영상 데이터를 취득하는 카메라 장치; 및 상기 카메라 장치를 통해 취득한 영상 데이터를 바탕으로, 홀 컵의 중심으로부터의 볼 중심과의 거리 및 각도를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 분석 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR ANALYZING GOLF PUTTING RESULT USING CAMERA AND METHOD THEREFOR}

본 발명은 골프 퍼팅 결과 분석 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구현이 간편한 USB 카메라를 이용하고, 볼의 위치를 홀컵과 스윗 스팟(sweet spot)을 기준으로 거리와 방향을 제시할 수 있는 극 좌표(polar coordinates)를 이용함으로써, 퍼팅 수행 후 결과를 간편하고 정확하게 분석 및 기록할 수 있는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

골프 경기의 전체 타수에서 퍼팅 스트로크가 차지하는 비율은 40~50%로 매우 중요하며, 골프의 대표적 4가지 스윙 중 대부분의 골퍼들이 가장 어려움을 느끼는 스트로크이다. 이 때문에 성공적인 퍼팅 스트로크를 위하여 운동학적(kinematic), 운동역학적(kinetic), 심리학적(psychological)인 방법 등으로 많은 연구가 수행되어 왔으며 이를 뒷받침하기 위한 여러 계측 시스템들이 개발되어 쓰이고 있다.

대표적인 계측시스템으로 광학적 방법을 이용하는 적외선 3차원 동작 분석 카메라와 고속 비디오 카메라는 운동학적 연구에 기반이 되었고, 센서기반의 전자기기인 지면 반력기와 관성 측정 시스템은 운동학적과 운동역학적 연구에 활용되었다.

또한, 기계적 방법인 퍼팅머신을 이용하는 방법이 운동역학적으로 에너지를 분석하고 개발된 퍼터의 성능을 검증하는 연구에 사용되었다. 이러한 장비들은 주로 피험자의 동작 제어와 동작 수행 측면의 연구에 많이 활용되고 있으나 퍼팅 스트로크의 결과인 볼의 위치는 주로 성공과 실패로 대별하여 분석하였다. 이는 퍼팅 수행 결과인 볼의 위치를 활용하여 분석하는 방법과 장치는 아직까지 많이 연구되어 있지 않기 때문이다.

한편, 볼의 위치를 제시하는 방법으로서, 피험자의 시각을 기준으로 홀의 위쪽을 A구역 아래쪽을 B구역의 두 구역으로 나누는 방법과 0~9의 10구역으로 나누어 측정하는 방법이 있으나, 구역이 크고 경계가 모호하여 퍼팅 후 결과를 객관적으로 기록하기가 어려웠다.

또한, 인조 퍼팅 매트 위에 얇은 실을 이용하여 직각 좌표계를 구성하고 볼의 위치를 파악하는 방법이 있으나, 재현성이 어렵고, 볼의 위치 파악이 수동이어서 정확성에 한계가 있었으며, 볼의 움직임이 실에 의해 영향을 받을 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 구현이 간편한 USB 카메라를 이용하고, 볼의 위치를 홀컵과 스윗 스팟(sweet spot)을 기준으로 거리와 방향을 제시할 수 있는 극 좌표(polar coordinates)를 이용함으로써, 퍼팅 수행 후 결과를 간편하고 정확하게 분석 및 기록할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템에 관한 것으로서, 홀 컵과 수직한 상부에 홀 컵과 서로 대향하도록 고정되어, 홀 컵 및 퍼팅된 볼에 관한 영상 데이터를 취득하는 카메라 장치; 및 상기 카메라 장치를 통해 취득한 영상 데이터를 바탕으로, 홀 컵의 중심으로부터의 볼 중심과의 거리 및 각도를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 분석 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 카메라 장치는, 상기 분석 장치와 USB 케이블로 연결되는 USB 카메라인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 분석 장치는, 크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 홀 컵을 중심으로 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출하는 왜곡 보정부; 상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역(Region Of Interest: ROI)으로서 추출하는 관심영역 추출부; 상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 볼 중심 추출부; 퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리 및 이루는 각도를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 볼 위치 계산부; 및 상기 카메라 장치로부터 실시간으로 입력되는 관심영역에 따른 영상 데이터를 저장하고, 상기 볼 위치 계산부를 통해 계산된 데이터를 상기 영상 데이터와 함께 표시하는 표시 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 왜곡 보정부는, 크로스 형태의 그리드 내의 각 정사각형의 모서리를 추출하여, 중심으로부터 모서리 간의 간격이 일정한지 여부를 확인하여, 일정하지 않을 경우 왜곡이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 볼 중심 추출부는, 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵 및 볼의 색상과, 상기 홀 컵 및 볼의 배경 색상이 서로 다른 색상을 가지는 2진 영상으로 변환하는 영상 변환모듈; 상기 2진 영상에서 홀 컵의 색상을 상기 배경 색상과 동일한 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거하는 홀 컵 이미지 제거모듈; 및 볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출하는 볼 중심 추출모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 볼 위치 계산부는, 상기 극 좌표 상에서 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리(A)를 계산하고, 각도(

)를 계산하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 볼 위치 계산부는, 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하고, -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는

으로부터 0°~ 360°범위의 각도(θ)를 계산하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법에 관한 것으로서, (a) 카메라 장치가 영상 데이터를 취득하는 과정; (b) 분석 장치의 왜곡 보정부가 크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출하는 과정; (c) 분석 장치의 관심영역 추출부가 상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역으로서 추출하는 과정; (d) 분석 장치의 볼 중심 추출부가 상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 과정; (e) 분석 장치의 볼 위치 계산부가 퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 삼각함수를 이용하여 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리(A) 및 이루는 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 과정; 및 (f) 분석 장치의 표시 제어부가 상기 볼 위치 계산부를 통해 계산된 데이터를 상기 관심영역에 따른 영상 데이터와 함께 표시하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 (d) 과정은, (d-1) 상기 볼 중심 추출부가 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵 및 볼의 색상과, 상기 홀 컵 및 볼의 배경 색상이 서로 다른 색상을 가지는 2진 영상으로 변환하는 단계; (d-2) 상기 볼 중심 추출부가 상기 2진 영상에서 홀 컵의 색상을 상기 배경 색상과 동일한 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거하는 단계; 및 (d-3) 상기 볼 중심 추출부가 볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 (e) 과정은, (e-1) 상기 볼 위치 계산부가 극 좌표 상에서 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심까지의 거리(A)를 계산하고, 각도(

)를 계산하는 단계; (e-2) 상기 볼 위치 계산부가 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및 (e-3) 상기 볼 위치 계산부가 -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는

으로부터 0°~ 360°범위의 각도(θ)를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 구현이 간편한 USB 카메라를 이용하고, 볼의 위치를 홀컵과 스윗 스팟(sweet spot)을 기준으로 거리와 방향을 제시할 수 있는 극 좌표(polar coordinates)를 이용함으로써, 퍼팅 수행 후 결과를 간편하고 정확하게 기록할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 범용으로 사용되는 USB 카메라를 이용하고 분석 장치(PC)와 연결하기 위한 케이블 연결로 설치가 완료됨으로써, 매우 적은 비용으로 전체 시스템을 구현할 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명에 따르면, 시스템 설치 후, 간단한 왜곡 보정과정을 수행하면, 추후 퍼팅 실험 시에 왜곡보정작업이 필요치 않아, 사용자의 불편함을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 기존의 방법과 다르게 퍼팅 결과를 영상 자료로도 저장할 수 있어, 다양한 그래픽 편집 툴을 이용하여 결과를 분석할 수도 있으며, 3차원 동작 분석 장치, 지면 반력기, 생체신호 계측 시스템인 BioPAC(MP100, USA), 퍼터의 움직임과 악력을 측정할 수 있는 스마트 퍼터 시스템 등과 같은 별도의 시스템과 동기화시켜 사용할 수 있는 효과도 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 분석 장치에 관한 세부 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 왜곡을 보정하기 위한 그리드를 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 볼 중심 추출부에 관한 세부 구성도.
도 5 는 본 발명에 따른 볼의 중심을 추출하는 과정을 보이는 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표로 변환한 모습을 보이는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 관심영역에 따른 영상 데이터와, 극 좌표를 이용하여 홀 컵의 중심과 볼 중심과의 거리와, 스윗 스팟을 기준으로 한 각도를 나타낸 모습을 보이는 일예시도.
도 8 은 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템이 소프트웨어로 적용되었을 경우의 유저 인터페이스를 보이는 일예시도.
도 9 는 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법에 관한 전체 흐름도.
도 10 은 본 발명에 따른 볼 중심 추출부가 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 제 4 과정에 관한 세부 흐름도.
도 11 은 본 발명에 따른 볼 위치 계산부가 볼의 위치를 계산하는 제 5 과정에 관한 세부 흐름도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템에 관하여 도 1 내지 도 8 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 카메라 장치(100) 및 분석 장치(200)를 포함하여 이루어진다.

카메라 장치(100)는 상기 도 1 에 도시된 바와 같이, 분석 장치(200)와 USB 케이블(10)로 연결되는 범용 USB 카메라로서, 홀 컵(20)과 수직한 상부에 홀 컵(20)과 서로 대향하도록 천정 등에 고정되어, 홀 컵(20) 및 퍼팅된 볼(30)에 관한 영상 데이터를 취득하는 기능을 수행한다.

본 실시예에서, 카메라 장치가 USB 케이블로 연결되어 분석 장치와 통신하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 무선 통신 기능을 가지는 카메라 장치를 이용하여 분석 장치와 무선 통신하는 것으로도 설정 가능하다.

그리고, 분석 장치(200)는 상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터를 바탕으로, 홀 컵의 중심으로부터의 볼 중심과의 거리(A) 및 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 기능을 수행하는 바, 도 2 에 도시된 바와 같이 왜곡 보정부(210), 관심영역 추출부(220), 볼 중심 추출부(230), 볼 위치 계산부(240) 및 표시 제어부(250)를 포함한다.

본 발명에 따른 왜곡 보정은 실험 환경에 따라 시야각의 변화와 렌즈에 의한 공간 왜곡을 보정하기 위한 과정으로서, 퍼팅 전에 수행토록 한다.

왜곡 보정부(210)는 도 3 의 (b) 와 같은 크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치(100)로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 도 3 의 (a) 와 같은 홀 컵(20)을 중심으로 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출한다.

한편, 렌즈에 의한 대표적 왜곡 현상은 술통형(Barrel) 왜곡과 바늘쌈(Pincushion) 왜곡이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 왜곡 보정부(210)는 크로스 형태의 그리드 내의 각 정사각형의 모서리를 추출하여, 중심으로부터 모서리 간의 간격이 일정한지 여부를 확인하여, 일정하지 않을 경우 왜곡이 발생한 것으로 판단한다.

관심영역 추출부(220)는 상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역(Region Of Interest: ROI)으로서 추출한다. 이때, 관심 영역의 크기는 홀 컵을 중심으로 도 3 의 (b) 와 동일한 가로 세로 80×80cm의 범위로 128×128 화소(pixel)이다.

볼 중심 추출부(230)는 상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 기능을 수행하는 바, 도 4 에 도시된 바와 같이 영상 변환모듈(231), 홀 컵 이미지 제거모듈(232) 및 볼 중심 추출모듈(233)을 포함한다.

구체적으로, 영상 변환모듈(231)은 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터(도 5 의 (a) 참조)의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵(20) 및 볼(30)은 흰 색상을 가지며, 상기 홀 컵(20) 및 볼(30)의 배경인 퍼팅 매트는 검은 색상을 가지는 2진 영상으로 변환한다(도 5 의 (b) 참조).

여기서, 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법은, 명암 변화 방법의 일종으로서, 8비트(256레벨)로 처리되는 영상에서 색상을 비트(Bit) 단위로 연산하여 해상도를 낮추는 방법이다. 여기서, 해상도는 2의 승수로(2ⁿ, n: 비트수) 정해진다. 예를 들어, 비트수를 7로 하면 주어진 256레벨의 영상에서 하위 128개의 값은 0으로 되어 원 영상의 해상도가 감소되며, 비트수를 1로 하면 영상의 정보가 거의 남지 않는다.

홀 컵 이미지 제거모듈(232)은 상기 2진 영상에서 홀 컵(20)의 색상을 검은 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거한다(도 5 의 (c) 참조). 이때, 홀 컵 및 볼의 크기는 이미 알고 있는 정보이므로, 홀 컵 이미지 제거모듈(232)은 정확하게 홀 컵 이미지를 추출하여 색상을 검은 색상으로 변환할 수 있다.

볼 중심 추출모듈(233)은 볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출한다(도 5 의 (d) 참조). 이를 통해, 볼(30)의 중심을 간단히 계산할 수 있으며, 조명에 따라 발생할 수 있는 그림자에 의한 오차의 영향을 줄일 수 있다.

볼 위치 계산부(240)는 도 6 에 도시된 바와 같이 퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 [수식 1] 및 [수식 2] 와 같은 삼각함수를 이용하여 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리(A) 및 이루는 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산한다.

[수식 1]

[수식 2]

여기서, 도 6 에 도시된 바와 같이, x는 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리이며, y는 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리이다.

구체적으로, 볼 위치 계산부(240)는 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, [수식 1] 과 같이 홀 컵(20)의 중심으로부터 볼(30) 중심까지의 거리(A)를 계산하고, [수식 2] 와 같이 각도(

)를 계산한다.

이후, 볼 위치 계산부(240)는 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하고, -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는

으로부터 다음의 [수식 3] 을 통해 0°~ 360°범위의 각도(θ)를 계산한다.

[수식 3]

표시 제어부(250)는 상기 카메라 장치(100)로부터 실시간으로 입력되는 관심영역에 따른 영상 데이터를 저장하고, 도 7 에 도시된 바와 같이 상기 볼 위치 계산부(240)를 통해 계산된 데이터를 상기 영상 데이터와 함께 표시한다.

도 7 에 도시된 바와 같이, (a) 는 관심영역에 따른 영상 데이터이며, (b) 는 극 좌표를 이용하여 홀 컵의 중심과 볼 중심과의 거리(Distance)와, 스윗 스팟을 기준으로 한 각도(Degree)를 나타낸 모습이다.

한편, 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템(S)이 소프트웨어로 적용될 경우, 도 8 에 도시된 바와 같이 별도의 사용자 버튼 및 뷰어(View)를 포함하는 유저 인터페이스가 구현되어, 영상 데이터를 표시하고, 홀 컵의 중심과 볼 중심과의 거리와 스윗 스팟을 기준으로 한 각도를 계산하여, 그래픽으로 표현할 수 있다. 또한, 기존에 저장된 영상 데이터 및 그에 따른 분석 결과를 불러와 표시할 수도 있다.

이하에서는, 상술한 시스템을 통해 골프 퍼팅 결과를 분석하는 방법에 관하여 도 9 내지 도 11 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 9 는 본 발명에 따른 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법에 관한 전체 흐름도로서, 도시된 바와 같이 카메라 장치(100)가 영상 데이터를 취득하는 제 1 과정(S100), 분석 장치(200)의 왜곡 보정부(210)가 크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치(100)로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출하는 제 2 과정(S200), 분석 장치(200)의 관심영역 추출부(220)가 상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역(Region Of Interest: ROI)으로서 추출하는 제 3 과정(S300), 분석 장치(200)의 볼 중심 추출부(230)가 상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 제 4 과정(S400), 분석 장치의 볼 위치 계산부(240)가 퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 삼각함수를 이용하여 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리(A) 및 이루는 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 제 5 과정(S500) 및 분석 장치(200)의 표시 제어부(250)가 상기 볼 위치 계산부(240)를 통해 계산된 데이터를 상기 관심영역에 따른 영상 데이터와 함께 표시하는 제 6 과정(S600)을 포함하여 이루어진다.

도 10 은 본 발명에 따른 볼 중심 추출부(230)가 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 제 4 과정(S400)에 관한 세부 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 볼 중심 추출부(230)의 영상 변환모듈(231)은 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵(20) 및 볼(30)은 흰 색상을 가지며, 상기 홀 컵(20) 및 볼(30)의 배경인 퍼팅 매트는 검은 색상을 가지는 2진 영상으로 변환한다(S410).

이후, 볼 중심 추출부(230)의 홀 컵 이미지 제거모듈(232)은 상기 2진 영상에서 홀 컵(20)의 색상을 검은 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거한다(S420).

그리고, 볼 중심 추출부(230)의 볼 중심 추출모듈(233)은 볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출한다(S430).

도 11 은 본 발명에 따른 볼 위치 계산부(240)가 볼의 위치를 계산하는 제 5 과정(S500)에 관한 세부 흐름도로서, 도시된 바와 같이, 볼 위치 계산부(240)는 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, 상기 [수식 1] 과 같이 홀 컵(20)의 중심으로부터 볼(30) 중심까지의 거리(A)를 계산하고, 상기 [수식 2] 와 같이 각도(

)를 계산한다(S510).

그리고, 볼 위치 계산부(240)는 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하고(S520), -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는

으로부터 상기 [수식 3] 을 통해 0°~ 360°범위의 각도(θ)를 계산한다(S530).

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

S: 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템
100: 카메라 장치 200: 분석 장치
210: 왜곡 보정부 220: 관심영역 추출부
230: 볼 중심 추출부 240: 볼 위치 계산부
250: 표시 제어부 231: 영상 변환모듈
232: 홀 컵 이미지 제거모듈 233: 볼 중심 추출모듈
10: USB 케이블 20: 홀 컵
30: 볼

Claims

카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템에 있어서,
홀 컵(20)과 수직한 상부에 홀 컵(20)과 서로 대향하도록 고정되어, 홀 컵(20) 및 퍼팅된 볼(30)에 관한 영상 데이터를 취득하는 카메라 장치(100); 및
상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터를 바탕으로, 홀 컵의 중심으로부터의 볼 중심과의 거리(A) 및 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 분석 장치(200); 를 포함하되,
상기 분석 장치(200)는,
크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치(100)로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 홀 컵(20)을 중심으로 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출하는 왜곡 보정부(210);
상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역(Region Of Interest: ROI)으로서 추출하는 관심영역 추출부(220);
상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 볼 중심 추출부(230);
퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리(A) 및 이루는 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 볼 위치 계산부(240); 및
상기 카메라 장치(100)로부터 실시간으로 입력되는 관심영역에 따른 영상 데이터를 저장하고, 상기 볼 위치 계산부(240)를 통해 계산된 데이터를 상기 영상 데이터와 함께 표시하는 표시 제어부(250); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 카메라 장치(100)는,
상기 분석 장치(200)와 USB 케이블(10)로 연결되는 USB 카메라인 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 왜곡 보정부(210)는,
크로스 형태의 그리드 내의 각 정사각형의 모서리를 추출하여, 중심으로부터 모서리 간의 간격이 일정한지 여부를 확인하여, 일정하지 않을 경우 왜곡이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 볼 중심 추출부(230)는,
비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵(20) 및 볼(30)의 색상과, 상기 홀 컵(20) 및 볼(30)의 배경 색상이 서로 다른 색상을 가지는 2진 영상으로 변환하는 영상 변환모듈(231);
상기 2진 영상에서 홀 컵(20)의 색상을 상기 배경 색상과 동일한 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거하는 홀 컵 이미지 제거모듈(232); 및
볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출하는 볼 중심 추출모듈(233); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 볼 위치 계산부(240)는,
상기 극 좌표 상에서 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, [수식 1] 과 같이 홀 컵(20)의 중심으로부터 볼(30) 중심까지의 거리(A)를 계산하고, [수식 2] 와 같이 각도(
)를 계산하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
[수식 1]

[수식 2]
제 6 항에 있어서,
상기 볼 위치 계산부(240)는,
볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하고, -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는
으로부터 다음의 [수식 3] 을 통해 0° ~ 360°범위의 각도(θ)를 계산하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 시스템.
[수식 3]
카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법에 있어서,
(a) 카메라 장치(100)가 영상 데이터를 취득하는 과정;
(b) 분석 장치(200)의 왜곡 보정부(210)가 크로스 형태의 그리드를 이용하여 상기 카메라 장치(100)로부터 취득한 영상 데이터의 왜곡을 확인하고, 상기 영상 데이터에 동심원 형태의 그리드를 적용함으로써, 왜곡이 보정된 영상 데이터를 추출하는 과정;
(c) 분석 장치(200)의 관심영역 추출부(220)가 상기 보정된 영상 데이터를 참조하여, 퍼팅 수행 후 상기 카메라 장치(100)를 통해 취득한 영상 데이터로부터 홀 컵과 볼이 위치한 중심 부분을 관심영역(Region Of Interest: ROI)으로서 추출하는 과정;
(d) 분석 장치(200)의 볼 중심 추출부(230)가 상기 관심영역에 따른 영상 데이터로부터 볼의 중심을 추출하는 과정;
(e) 분석 장치(200)의 볼 위치 계산부(240)가 퍼터 페이스의 스윗 스팟을 기준으로 좌표를 극 좌표(Polar Coordinates)로 변환하고, 극 좌표 상에서 삼각함수를 이용하여 홀 컵의 중심으로부터 볼 중심과의 거리(A) 및 이루는 각도(θ)를 계산함으로써, 볼의 위치를 계산하는 과정; 및
(f) 분석 장치(200)의 표시 제어부(250)가 상기 볼 위치 계산부(240)를 통해 계산된 데이터를 상기 관심영역에 따른 영상 데이터와 함께 표시하는 과정; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 (d) 과정은,
(d-1) 상기 볼 중심 추출부(230)가 비트-플래너 슬라이싱(Bit-Planar Slicing) 영상처리 방법을 적용하여 영상 데이터의 해상도를 소정 비트수로 낮춤으로써, 홀 컵(20) 및 볼(30)의 색상과, 상기 홀 컵(20) 및 볼(30)의 배경 색상이 서로 다른 색상을 가지는 2진 영상으로 변환하는 단계;
(d-2) 상기 볼 중심 추출부(230)가 상기 2진 영상에서 홀 컵(20)의 색상을 상기 배경 색상과 동일한 색상으로 변환함으로써 홀 컵 이미지를 제거하는 단계; 및
(d-3) 상기 볼 중심 추출부(230)가 볼 이미지의 좌/우/상/하 각각의 끝을 검출하여, 이를 바탕으로 가상의 사각형을 생성하고, 가상의 사각형 내부에 위치한 볼의 중심을 추출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 (e) 과정은,
(e-1) 상기 볼 위치 계산부(240)가 극 좌표 상에서 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)에 삼각함수를 적용하여, [수식 1] 과 같이 홀 컵(20)의 중심으로부터 볼(30) 중심까지의 거리(A)를 계산하고, [수식 2] 와 같이 각도(
)를 계산하는 단계;
(e-2) 상기 볼 위치 계산부(240)가 볼의 중심과 스윗 스팟까지의 수직거리(x), 홀 컵의 중심과 볼 중심의 스윗 스팟에 대한 정사영 위치와의 거리(y)의 부호를 통해 사분면 중 어느 하나를 선택하는 단계; 및
(e-3) 상기 볼 위치 계산부(240)가 -90°~ +90°의 범위의 값을 갖는
으로부터 [수식 3] 을 통해 0°~ 360°범위의 각도(θ)를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라를 이용한 골프 퍼팅 결과 분석 방법.
[수식 1]

[수식 2]

[수식 3]