KR101871937B1 - 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 - Google Patents
고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 Download PDFInfo
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Abstract
고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산하는 통합 처리부를 포함할 수 있다.
또한, 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 통합 제어부를 포함하는 제1 고속 영상 카메라 시스템을 포함하고, 통합 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다.
또한, 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 제어부를 포함하는 제2 고속 영상 카메라 시스템 및 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산하는 처리부를 포함하고, 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산할 수 있다.
고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 방법은 상기 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정하는 1차 설정 단계, 상기 1차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영하는 1차 촬영 단계, 상기 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 상기 비행물체의 예비비행데이터를 계산하는 예비 계산 단계, 상기 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정하는 2차 설정 단계, 상기 2차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영하는, 2차 촬영 단계 및 상기 1차 및 2차 촬영 단계에서 촬영된 영상들로부터 상기 비행물체의 비행데이터를 계산하는 비행데이터 계산 단계를 포함한다. 또한, 상기 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라 등을 이용하여 상기 비행물체의 발사를 감지하는, 발사 감지 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 실시형태에 따른 비행물체의 비행데이터 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 포함할 수 있다.
또한, 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 통합 제어부를 포함하는 제1 고속 영상 카메라 시스템을 포함하고, 통합 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다.
또한, 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 제어부를 포함하는 제2 고속 영상 카메라 시스템 및 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산하는 처리부를 포함하고, 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산할 수 있다.
고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 방법은 상기 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정하는 1차 설정 단계, 상기 1차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영하는 1차 촬영 단계, 상기 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 상기 비행물체의 예비비행데이터를 계산하는 예비 계산 단계, 상기 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정하는 2차 설정 단계, 상기 2차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영하는, 2차 촬영 단계 및 상기 1차 및 2차 촬영 단계에서 촬영된 영상들로부터 상기 비행물체의 비행데이터를 계산하는 비행데이터 계산 단계를 포함한다. 또한, 상기 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라 등을 이용하여 상기 비행물체의 발사를 감지하는, 발사 감지 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 실시형태에 따른 비행물체의 비행데이터 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 1개 또는 다수의 고속 카메라를 이용하여 골프공 또는 야구공과 같은 비행물체의 영상을 취득하고, 취득한 영상을 3차원 스테레오 영상처리기법 등으로 분석하여 비행데이터를 측정하는 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 관한 것이다.
실내 골프연습장 또는 실내 야구연습장과 같은 시설에서 타격한 골프공 또는 야구공의 비행궤적을 정확히 예측하기 위해서는 우선 공의 초기 비행데이터를 정확히 측정해야 한다. 이를 위해서 많은 기존 시스템은 1개 또는 복수의 고속 카메라를 이용하여 공의 초기 비행 영상을 순차적으로 여러 장을 취득하고, 각종 영상 기법들을 이용하여 취득한 영상으로부터 비행데이터를 산출하는 방법을 이용하고 있다. 그러나, 골프공의 경우, 80~90 m/s의 최고 발사속도 및 10,000rpm의 회전량을 측정하기 위해서는 고화질의 초고속 영상을 넓은 범위에서 수회 이상 촬영해야 한다. 이는 고가의 고속 카메라 장비와 실시간으로 영상처리 및 분석을 하기 위해 고가의 고속 통신 및 연산 장비들을 필요로 하게 된다.
실내 골프 연습장 등에서 비행하는 골프공의 영상 이미지를 이용하여 골프공의 비행거리, 비행속도 및 비행방향을 측정하고 이를 실내 스크린 등에 현시하기 위한 골프공의 비행데이터를 측정하는 방법으로는 대한민국 등록특허 제1044887호, "고속 씨씨디 카메라의 촬상 이미지를 이용한 골프공의 비행데이터 측정방법" 이 있다. 상기 방법은 고속 CCD 카메라를 이용하여 한 장의 이미지에 여러 컷의 골프공 이미지가 포함되도록 골프공의 영상을 중복시켜 연속적으로 촬영하고, 촬영된 영상 이미지를 카메라 시스템에 연결된 컴퓨터 장치를 이용하여 골프공의 비행거리, 비행속도 및 비행방향을 계산한다. 다만, 상기 방법은 골프공의 회전을 고려하지 않아 비행데이터가 부정확하다는 단점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제1230613호, "CMOS 센서를 기반으로 한 구형물체의 비행정보 측정 시스템 및 방법" 에서는 카메라 센서의 총 영역을 공이 지나가는 방향의 수직 방향으로 다수의 영역 (예를 들어 3~4개의 영역)으로 나누고, 각 영역에서 공이 통과할 때 트리거 신호가 발생 되게끔 라인 트리거 카메라 장치 (또는 유사 장치)를 별도로 설치하여 카메라와 연동시켜 공이 발사된 후 각 영역을 순차적으로 통과할 때 트리거 신호가 발생되고, 공이 통과하고 있는 해당 영역의 영상만 취득하도록 시스템을 구성하였다. 이 방법은 촬영되는 영상의 크기를 영역의 수만큼 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 공 이외의 많은 부분을 촬영 범위에서 제외시켜 영상의 크기 즉, 영상의 총 해상도를 줄일 경우, 골프공 영상의 해상도는 해치지 않으면서 촬영 속도를 올리고 취득된 영상의 연산처리시간을 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 카메라 및 통신/연산 장비의 사양을 낮추고 장비의 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나, 위 특허에서는 공이 비행하는 한쪽 방향의 수직 방향으로만 영역을 나눌 수 있고, 비행하는 방향으로는 영역을 나눌 수 없는 단점이 있다. 예를 들면, 공이 비행할 때 카메라 촬영영역의 좌측에서 우측 방향으로 공이 진행되게끔 카메라가 배치되었을 경우, 상단 끝에서 하단 끝을 잇는 띠 형태의 영역들을 순차적으로 만들 수 있으나 상하 방향으로는 영역을 나눌 수 없다. 또한, 촬영영역들의 위치 및 크기를 미리 정해야 하는데, 저속, 고속, 저회전, 고회전 등 여러 비행조건에서 최적의 영역 배분이 다르기 때문에 촬영영역을 나누고 정하는 과정이 복잡하거나 타협적으로 이루어지게 된다. 그리고 카메라의 설치 위치와 트리거 라인의 위치에 따라 공이 아닌 다른 물체 (예로, 골프채, 타격자의 발, 지나가는 벌래 등)가 트리거를 발생시킬 수 있는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제1244044호, "스테레오 카메라를 이용하는 구형물체의 비행속도 추정방법" 은 위의 등록특허 10-1230613 내용과 유사하나, 별도의 트리거 카메라 또는 장치 없이 영상취득 카메라 내에서 트리거 라인을 만들고 공이 지나가는 것이 감지되면, 트리거 라인상에서 공이 지나가는 위치를 감지하고 이 위치를 기준으로 공의 영상이 포함되는 상하좌우 영역이 분할된 더욱 작은 촬영영역을 촬영하는 방식이다. 그러나, 이 방법 역시 상기 등록특허 10-1230613과 마찬가지로 트리거 라인의 위치를 미리 정해야 하는 단점이 있으며, 트리거 라인상에 공이 아닌 다른 물체가 지나가거나 움직이면 트리거가 발생될 수 있는 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은 고속 영상 카메라의 총 촬영영역 내에서 비행물체가 지나가는 작은 영역만을 순간적으로 예측하고 촬영함으로써 영상의 데이터 크기를 최소화 할 수 있는 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 일 목적은 비행물체가 발사된 이후 다음 촬영시기들을 임의로 정할 수 있도록 함으로써 비행물체의 발사 상황에 따라 원하는 촬영시기들을 다르게 정하여 촬영할 수 있는 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 고속 영상 카메라를 제어하고 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산하는 통합 처리부를 포함한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 1차 촬영영역 및 2차 촬영영역에서 필요한 만큼의 영역만 촬영하기 때문에 촬영된 영상데이터의 크기가 작고, 대용량의 영상데이터 저장공간을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 통합 제어부를 포함하는 제1 고속 영상 카메라 시스템을 포함하고, 통합 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 통합 제어부를 별도로 포함하여 고속 영상 카메라를 제어하고 예비비행데이터 및 연산처리능력에 따라 비행데이터를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 장치는, 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부, 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 제어부를 포함하는 제2 고속 영상 카메라 시스템 및 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산하는 처리부를 포함하고, 제어부는 고속 영상 카메라를 제어하고, 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 제어부에서 예비비행데이터를 계산하고, 처리부에서 비행데이터를 계산하도록 하여 연산처리를 좀더 빨리 수행하도록 할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 통합 처리부는 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정하고, 1차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정함으로써 비행물체를 놓치는 경우가 없고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정함으로써 신속하게 촬영영역을 설정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 통합 제어부는 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정하고, 1차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정한다.
일 실시 예에 의하면, 제어부는, 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정하고, 1차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정한다.
일 실시 예에 의하면, 고속 영상 카메라는 2차 촬영영역에서 비행물체를 1회 이상 촬영하고, 통합 처리부는 1차 및 2차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 비행물체가 비행하는 전 영역을 촬영하지 않고 비행데이터를 얻기 위한 일부 영역만 촬영하므로 연산 속도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 고속 영상 카메라는 2차 촬영영역에서 비행물체를 1회 이상 촬영하고, 통합 제어부는 1차 및 2차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 연산처리능력이 향상된 경우, 통합 제어부에서도 비행데이터를 계산할 수 있도록 하여 설치비용을 절감할 수 있고, 연산 속도를 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 고속 영상 카메라는 2차 촬영영역에서 비행물체를 1회 이상 촬영하고, 처리부는 1차 및 2차 촬영영역에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산한다.
일 실시 예에 의하면, 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함하고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향을 포함한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 다양한 비행데이터를 얻을 수 있어 좀더 정확한 비행정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 비행데이터로 사용된다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 1차 및 2차 촬영영역에서 촬영된 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산하는데, 이때 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 발사 신호 생성부는 발사감지카메라를 이용하여 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생시킨다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 발사감지카메라를 이용하여 비행물체의 발사여부를 판단하므로 1차 촬영영역에서 비행물체를 놓치는 경우가 없고 실효적으로 촬영할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 발사 신호 생성부는 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생시킨다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 발사여부를 판단하므로 1차 촬영영역에서 비행물체를 놓치는 경우가 없고 실효적으로 촬영할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 1차 촬영 영역으로 정지상태에 있는 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정하기 때문에 비행물체를 놓치지 않고 비행물체를 촬영하여 예비비행데이터를 얻을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 예비비행데이터를 이용하여 비행물체의 위치를 예측하고 이를 기준으로 2차 촬영영역을 설정하여 해당 영역에서만 촬영하기 때문에 비행물체가 지나가는 전 영역을 촬영할 필요가 없게 된다.
일 실시 예에 의하면, 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해진다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 촬영시간이 미리 지정되거나 예비비행데이터로부터 계산되기 때문에 복잡한 장비 없이 간단하게 2차 촬영영역의 위치를 설정할 수 있고, 비행데이터의 정확도를 최대화 시킬 수 있는 촬영시간을 다양한 기준으로 정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 소정의 촬영시간(T)은 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 촬영시간(T)을 2개 이상 설정하여 2차, 3차 또는 그 이상의 촬영영역을 설정할 수 있기 때문에 각 영역에서 비행물체를 촬영하고 이를 이용하여 비행데이터를 계산할 수 있으므로 더욱 정확한 비행 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 방법은, 1차 설정 단계, 1차 촬영 단계, 예비 계산 단계, 2차 설정 단계, 2차 촬영 단계, 비행데이터 계산 단계를 포함한다. 1차 설정 단계는 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역으로 설정한다. 1차 촬영 단계는 1차 촬영영역에서 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영한다. 예비 계산 단계는 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 비행물체의 예비비행데이터를 계산한다. 2차 설정 단계는 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정한다. 2차 촬영 단계는 2차 촬영영역에서 고속 영상 카메라를 이용하여 1회 이상 촬영한다. 비행데이터 계산 단계는 1차 및 2차 촬영 단계에서 촬영된 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 1차 촬영 단계 및 2차 촬영 단계에서 필요한 만큼의 영역만 촬영하기 때문에 촬영된 영상데이터의 크기가 작고, 대용량의 영상데이터 저장공간을 필요로 하지 않는다.
일 실시 예에 의하면, 예비 계산 단계에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 비행데이터 계산 단계에서의 비행데이터로 사용된다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법에서, 비행데이터 계산 단계에서는 1차 및 2차 촬영 단계에서 촬영된 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산하는데, 이때 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터 계산 단계에서의 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 발사 감지 단계를 더 포함한다. 발사 감지 단계는 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라를 이용하여 비행물체의 발사를 감지한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 별도로 발사감지카메라를 이용하기 때문에 고속 영상 카메라를 이용하여 발사를 감지할 필요가 없으므로 고속 영상 카메라의 제어회로 설계가 간편해지고 발사 감지 속도가 빠르고 정확한 장점이 있다.
일 실시 예에 의하면, 발사 감지 단계를 더 포함한다. 발사 감지 단계는 1차 촬영 단계 이전에 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 발사를 감지한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 고속 영상 카메라를 이용하여 발사를 감지하기 때문에 별도의 발사감지카메라를 설치할 필요가 없어 설계가 간편해지고 제작비용도 절감할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함하고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등을 포함한다. 골프공과 같은 경우에는 비행물체가 발사 이후 직선으로 움직인다는 가정을 할 수 있으므로 예비비행데이터는 비행속도 및 비행방향만 구해도 주어진 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 계산할 수 있다. 이러한 본 발명의 비행물체의 예비비행데이터들은 카메라 제어 시스템의 자체 연산처리장치 또는 FPGA 등을 이용하여 매우 빠르게 계산될 수 있기 때문에 비행물체가 비행하는 동안 실시간으로 계산을 할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 1차 설정 단계에서, 비행물체가 지나가는 영역으로, 정지상태에 있는 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정하기 때문에 비행물체를 놓치지 않고 비행물체를 촬영하여 예비비행데이터를 얻을 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 2차 설정 단계에서, 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 예비비행데이터를 이용하여 비행물체의 위치를 예측하고 이를 기준으로 2차 촬영영역을 설정하여 해당 영역에서만 촬영하기 때문에 비행물체가 지나가는 전 영역을 촬영할 필요가 없게 된다.
일 실시 예에 의하면, 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해진다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 2차 촬영영역의 위치를 설정하기 위하여 촬영시간(T)이 필요하며, 촬영시간은 미리 지정되거나 예비비행데이터로부터 계산되기 때문에 복잡한 장비 없이 간단하게 2차 촬영영역의 위치를 설정할 수 있고, 비행데이터의 정확도를 최대화 시킬 수 있는 촬영시간을 다양한 기준으로 정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 2차 설정 단계에서, 소정의 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 촬영시간(T)을 2개 이상 설정하여 2차, 3차 또는 그 이상의 촬영영역을 설정할 수 있기 때문에 각 영역에서 비행물체를 촬영하고 이를 이용하여 비행데이터를 계산할 수 있으므로 더욱 정확한 비행 정보를 얻을 수 있다.
상술한 실시형태에 따른 비행물체의 비행데이터 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 비행물체를 촬영하기 위해 고속 영상 카메라가 총 촬영영역을 동일한 시간 간격으로 촬영하는 기존 방법에 비해 비행물체가 지나가는 작은 영역만 촬영하므로 촬영된 영상데이터 크기가 상대적으로 매우 작아 전송시간이 짧고, 영상처리를 위한 연산속도가 빠르며, 대용량의 영상데이터 저장공간을 필요로 하지 않는 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 구현할 수 있다.
본 발명은 1차 촬영단계 이후 원하는 시기에 비행물체를 촬영할 수 있다.
본 발명은 트리거 라인과 같은 기능을 사용하지 않으므로 비행물체가 아닌 다른 물체가 트리거 신호를 발생시키는 일이 없고, 잘못 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 분석하는 일이 없다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 제 1 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 제2 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 3은 제3 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 4는 실내 골프 시뮬레이션에 본 발명을 적용했을 때 주요 구성품 및 설치 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 절차도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영영역에서 비행물체가 1회 이상 촬영되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 2차 촬영영역을 설정하는 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라를 이용하여 비행물체의 발사여부를 감지하는 발사 감지 단계를 더 포함하는 것을 나타내는 절차도이다.
도 10은 촬영시간(T)을 2개 이상 지정하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정하는 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 제2 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 3은 제3 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 4는 실내 골프 시뮬레이션에 본 발명을 적용했을 때 주요 구성품 및 설치 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 절차도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영영역을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영영역에서 비행물체가 1회 이상 촬영되는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 2차 촬영영역을 설정하는 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라를 이용하여 비행물체의 발사여부를 감지하는 발사 감지 단계를 더 포함하는 것을 나타내는 절차도이다.
도 10은 촬영시간(T)을 2개 이상 지정하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정하는 것을 나타내는 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성요소 중 종래기술에 의하여 통상의 기술자가 명확하게 파악할 수 있고 용이하게 재현할 수 있는 것에 관하여는 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위하여 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
본 발명은 비행물체의 일 예로서 야구공의 비행데이터 측정 등의 용도로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 비행물체의 비행데이터를 얻기 위해 1개 또는 다수의 고속 영상 카메라를 사용하는 경우 모두 적용할 수 있다. 다만, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예로, 실내 골프 시뮬레이션 시설에서 비행물체의 일 예인 골프공의 비행데이터를 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체를 설명하기로 한다.
도 1은 제1 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이고, 도 2는 제2 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다. 도 3은 제3 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템의 블록도이다. 도 4는 실내 골프 시뮬레이션에 본 발명을 적용했을 때 주요 구성품 및 설치 예를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 제1 실시 예에 의한 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템은 발사 신호 생성부(100), 고속 영상 카메라(220, 230) 및 통합 처리부(300)를 포함한다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 제2실시 예에 의한 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템은 발사 신호 생성부(100), 고속 영상 카메라(220, 230) 및 통합 제어부(210)를 포함하는 제1 고속 영상 카메라 시스템(200)을 포함한다. 또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제3 실시 예에 의한 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 시스템은 발사 신호 생성부(100), 고속 영상 카메라(220, 230) 및 제어부(215)를 포함하는 제2 고속 영상 카메라 시스템(2200) 및 처리부(305)를 포함한다.
발사 신호 생성부(100)는 골프공(700)의 발사여부를 판단하여, 골프공이 발사되면 신호를 발생하는 장치이다. 바람직하기로는, 발사 신호 생성부(100)는 골프공(700)의 발사여부를 감지하여, 발사되는 순간이나 또는 발사된 직후 짧은 시간 이내에 신호를 발생한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 골프공(700)의 발사여부를 판단하는 수단으로서는, 기존 상용 시스템들에 사용되는 많은 장치 중에서 선택할 수 있으며, 골프공이 놓여지는 초기 위치가 정해졌을 경우에는 골프공 아래에 LED, 레이저 센서 또는 라인 스캔 카메라를 설치할 수 있고, 골프공이 임의의 위치에 놓일 수 있는 경우에는 별도의 카메라를 사용할 수 있다. 별도의 카메라를 사용하는 경우에는, 카메라는 골프공이 발사된 후 비행하는 것을 촬영할 필요가 없으므로 상기 고속 영상 카메라(220, 230)와 같은 종류의 카메라 또는 해상도가 조금 더 낮은 카메라도 사용할 수 있고, 카메라의 제어 기능을 변경하여 골프공의 발사를 감지하는 기능을 수행 할 수 있도록 만들 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 별도의 발사 감지 센서 장치 없이, 골프공을 촬영하기 위해 설치된 고속 영상 카메라(220, 230) 중 1대를 이용하여 골프공의 발사 여부를 감지할 수 있다. 이 경우 고속 영상 카메라(220, 230)가 골프공의 발사여부를 모니터링 하다가 골프공이 발사되면 바로 3D 영상을 취득하기 위한 용도로 카메라를 변환하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 별도의 카메라 또는 고속 영상 카메라(220, 230) 중 1대를 이용하여 골프공의 발사여부를 감지할 경우에는 발사 시 골프공이 지나갈 수밖에 없는 골프공의 위치 바로 앞에 또는 골프공의 이미지 위에 작은 감지면적 또는 감지선을 지정하여 빠른 주파수로 스캐닝(scanning) 하다가 골프공이 감지면적을 지나거나 감지면적에서 없어지면서 스캐닝하고 있는 영상에 변화가 발생될 때 발사 신호를 주는 형식으로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 발사감지카메라(110)를 별도로 설치하여 골프공의 발사여부를 감지할 수 있다. 발사감지카메라(110)의 위치는 골프공의 발사여부를 감지할 수 있는 위치라면 어디든 상관없으며, 비행물체가 놓일 수 있는 초기위치 영역과 비행물체의 발사여부를 감지하는 영역(40)을 인식할 수 있는 위치라면 발사감지카메라(110)가 어디에 있든 본 발명을 실행할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라, 좀더 정확성 있는 비행데이터를 얻기 위해 고속 영상 카메라(220, 230)를 2대 및 그 이상 설치하여 비행물체의 비행영상을 촬영할 수 있다. 본 발명의 실시 예인 도 1에서는 통합 처리부(300)가 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다. 본 발명의 실시 예인 도 2에서는 제1 고속 영상 카메라 시스템(200)의 통합 제어부(210)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다. 본 발명의 실시 예인 도 3에서는 제2 고속 영상 카메라 시스템(2200)의 제어부(215)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산할 수 있다. 그리고, 처리부(305)에서는 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산할 수 있다.
고속 영상 카메라(220, 230)는 총 촬영영역(10) 내에서 임의로 원하는 위치에 작은 촬영영역을 지정하여 촬영하는 기능을 구현할 수 있는 카메라이다. 고속 영상 카메라(220, 230)는 발사 신호 생성부(100)에서 신호가 발생된 이후에 비행물체를 촬영할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)는 시중에 나와 있는 많은 카메라 센서들 중에서 선택할 수 있으며, 특히 CMOS 계열의 센서들은 이러한 기능을 갖추고 있으며, 촬영영역을 작게 지정할 경우 그만큼 빠른 속도로 연속촬영이 가능하다.
본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)는 1차 촬영영역(20)에서 비행물체를 1회 이상 촬영할 수 있고, 2차 촬영영역(20)에서도 비행물체를 1회 이상 촬영할 수 있다. 비행물체가 비행하는 전 영역을 촬영하지 않고 비행데이터를 얻기 위한 일부 영역만 촬영하므로 대용량의 데이터 저장 공간이 필요 없고, 연산 속도를 향상시킬 수 있다. 1차 촬영영역(20)은 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영 영역(20)으로 정지상태에 있는 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 설정할 수 있다. 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정하기 때문에 비행물체를 놓치지 않고 비행물체를 촬영하여 예비비행데이터를 얻을 수 있다. 2차 촬영영역(20)은 예비비행데이터를 이용하여 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)가 발사감지카메라(110) 등 발사 신호 생성부(100)에서 발생된 발사신호를 받으면, 하기에서 설명하는 방식으로, 고속 영상 카메라(220, 230)가 비행하는 골프공을 촬영하고 촬영된 영상들은 통합 처리부(300), 통합 제어부(210) 또는 제어부(215)로 전송된다.
통합 제어부(210)는 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 고속 영상 카메라(220, 230)로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다. 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함할 수 있고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정 장치는, 다양한 비행데이터를 얻을 수 있어 좀더 정확한 비행정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
통합 제어부(210)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있다. 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있다. 본 발명의 비행데이터 측정 장치는, 촬영영역을 설정하여 해당 영역에서만 촬영하기 때문에 비행물체가 지나가는 전 영역을 촬영할 필요가 없게 된다. 여기서 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해질 수 있다. 촬영시간이 미리 지정되거나 예비비행데이터로부터 계산되기 때문에 복잡한 장비 없이 간단하게 2차 촬영영역(30)의 위치를 설정할 수 있고, 비행데이터의 정확도를 최대화 시킬 수 있는 촬영시간을 다양한 기준으로 정할 수 있다. 또한, 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정할 수 있다. 촬영시간(T)을 2개 이상 설정하여 2차, 3차 또는 그 이상의 촬영영역을 설정할 수 있기 때문에 각 영역에서 비행물체를 촬영하고 이를 이용하여 비행데이터를 계산할 수 있으므로 더욱 정확한 비행 정보를 얻을 수 있다.
통합 제어부(210)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 영상을 분석하여 골프공의 비행속도 및 비행방향 등 예비비행데이터를 계산할 수 있다. 본 절차는 통합 제어부(210)에 있는 자체 연산처리장치 또는 FPGA를 이용하여 계산할 수 있고, 계산된 비행속도 및 비행방향 등은 다음 촬영영역들의 위치를 계산하는데 사용되므로 다음 촬영영역들의 경계 내에 골프공이 위치될 수 있을 정도의 정확도만 있으면 충분하다.
또한, 통합 제어부(210)는 1차 및 2차 촬영영역(20, 30)에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행데이터를 계산할 수 있다. 연산처리능력이 향상된 경우, 통합 제어부(210)에서 비행데이터를 계산할 수 있도록 하여 설치비용을 절감할 수 있고, 연산 속도를 향상시킬 수 있다. 통합 제어부(210)에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나는 비행데이터로 사용될 수 있다. 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
통합 처리부(300)는 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 고속 영상 카메라(220, 230)로부터 받은 골프공의 촬영된 영상들을 이용하여 골프공의 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다. 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함할 수 있고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등을 포함할 수 있다. 통합 처리부(300)는 일반적으로 PC로 구성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 비행물체의 촬영된 영상들을 이용하여 예비비행데이터 및 비행데이터를 계산할 수 있다면 어떠한 장치도 사용될 수 있다. 즉, 통합 처리부(300)는 반드시 PC와 같은 별도의 장치로 구성될 필요는 없으며, 연산 능력만 충분하다면 통합 제어부(210)에 연산 보드 또는 회로 내에 연산처리 기능을 포함시켜 제1 고속 영상 카메라 시스템(200)에 포함된 형태로 구성될 수 있다.
통합 처리부(300)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산할 수 있고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있다. 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역을 설정할 수 있다. 여기서 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해질 수 있다. 또한, 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정할 수 있다.
통합 처리부(300)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 영상을 분석하여 골프공의 비행속도 및 비행방향 등 예비비행데이터를 계산할 수 있다. 본 절차는 통합 제어부(210)에 있는 연산처리장치 또는 FPGA를 통합 처리부(300)에 설치하고 이를 이용하여 계산할 수 있고, 계산된 비행속도 및 비행방향 등은 다음 촬영영역들의 위치를 계산하는데 사용될 수 있다.
또한, 통합 처리부(300)는 1차 및 2차 촬영영역(20, 30)에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행데이터를 계산할 수 있다. 통합 처리부(300)에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나는 비행데이터로 사용될 수 있다.
제어부(215)는 고속 영상 카메라(220, 230)를 제어하고, 고속 영상 카메라(220, 230)로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산할 수 있다. 그리고, 처리부(305)에서는 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산할 수 있다. 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함할 수 있고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등을 포함할 수 있다. 처리부(305)는 일반적으로 PC로 구성되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 비행물체의 촬영된 영상들을 이용하여 비행데이터를 계산할 수 있다면 어떠한 장치도 사용될 수 있다.
제어부(215)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있다. 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있다. 여기서 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해질 수 있다. 또한, 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정할 수 있다.
제어부(215)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 영상을 분석하여 골프공의 비행속도 및 비행방향 등 예비비행데이터를 계산할 수 있다. 본 절차는 제어부(215)에 있는 자체 연산처리장치 또는 FPGA를 이용하여 계산할 수 있고, 계산된 비행속도 및 비행방향 등은 다음 촬영영역들의 위치를 계산하는데 사용될 수 있다.
처리부(305)는 1차 및 2차 촬영영역(20, 30)에서 촬영된 비행물체의 영상들로부터 비행데이터를 계산할 수 있다. 제어부(215)에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나는 비행데이터로 사용될 수 있다. 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 비행물체인 골프공의 비행데이터, 즉, 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등은 많이 알려진 기존의 여러 가지 방법 등으로 계산될 수 있다. 예를 들면, 골프공의 회전량을 계산하는 방식으로는 골프공에 마킹(marking)을 한 후 순차적으로 찍은 영상에서 마킹의 움직임을 산출하여 회전량을 계산하는 방법이 있으며, 골프공에 따로 마킹하지 않고 골프공의 홈(dimple)의 배열을 영상처리법으로 분석하여 홈 배열의 변화를 인식하여 회전량과 회전방향을 계산하는 방법이 있다. 본 발명의 실시 예에서는 이러한 계산법은 따로 설명하지 않기로 한다.
도 4에서는 본 발명의 실시 예에 따라, 실내 골프 시뮬레이션 시설에서 골프공이 날아가는 영상을 보여주기 위한 빔프로젝터(400)와 스크린(500)이 도시되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230) 및 발사감지카메라(110)의 위치를 달리할 수 있다. 고속 영상 카메라(220, 230)는 골프공의 비행영상을 촬영하기 위해 카메라 렌즈가 수평방향을 향하도록 설치될 수 있고. 경우에 따라서는 수직방향을 향하여 설치될 수도 있다. 발사감지카메라(110)의 위치는 골프공의 발사여부를 감지하는 것이므로 골프공 가까이에 설치될 수 있다. 다만, 반드시 골프공 가까이에 설치되어야만 하는 것은 아니며, 골프공의 발사여부를 감지할 수 있는 위치라면 어디든 상관없다. 비행물체가 발사 전 놓일 수 있는 초기위치의 영역 및 비행물체의 발사여부를 감지하는 영역(40)을 인식할 수 있는 위치라면 발사감지카메라(110)가 어디에 있든 본 발명을 실행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용한 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위한 절차도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 방법은, 1차 설정 단계(S10), 1차 촬영 단계(S20), 예비 계산 단계(S30), 2차 설정 단계(S40), 2차 촬영 단계(S50), 비행데이터 계산 단계(S60)를 포함한다. 1차 설정 단계(S10)에서 비행물체의 일 예인 골프공이 지나가는 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정하고, 그 다음 1차 촬영 단계(S20)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 1차 촬영영역(20)을 지나가는 골프공을 1회 이상 촬영하며, 그 다음 예비 계산 단계(S30)에서 1차 촬영 단계(S20)에서 촬영된 영상으로부터 비행물체의 예비비행데이터를 계산한다. 그리고, 그 다음 단계인 2차 설정 단계(S40)에서 전단계에서 계산된 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 설정하고, 그 다음 2차 촬영 단계(S50)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 지나가는 골프공을 1회 이상 촬영한다. 그 후 비행데이터 계산 단계(S60)에서는 1차 및 2차 촬영 단계(S20, S50)에서 촬영된 영상들로부터 골프공의 비행데이터를 계산한다. 아래와 같은 방법으로 비행물체의 비행데이터를 측정한다.
(1) 1차 설정 단계(S10)
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 설정 단계(S10)에서는 비행물체의 발사 이후 비행물체가 지나가는 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정한다. 도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영영역(20)을 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따라 1차 촬영영역(20)은 다양하게 설정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 설정 단계(S10)에서, 비행물체가 지나가는 영역으로, 정지상태에 있는 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정할 수 있다. 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정하기 때문에 비행물체를 놓치지 않고 비행물체를 촬영하여 예비비행데이터를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 비행 예정 방향의 영역으로 비행물체의 바로 앞부분을 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 비행물체의 바로 앞부분이 아니라 비행물체를 포함하는 일정 영역을 1차 촬영영역(20)으로 설정할 수 있다. 비행물체가 정지상태에서 출발하면 발사 신호 생성부(100)에서 발사신호를 고속 영상 카메라(220, 230)에 보내게 되고, 고속 영상 카메라(220, 230)가 비행물체를 1차 촬영영역(20)에서 1회 이상 촬영할 수만 있으면 1차 촬영영역(20)이 출발 전 정지상태의 비행물체를 포함하더라도 상관없다.
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영영역(20)을 비행물체의 바로 앞부분이 아니라 일정 거리를 이격시켜 설정하더라도 비행물체를 촬영할 수 있다면 1차 촬영영역(20)으로 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 비행물체가 지나가는 영역이 1차 촬영영역(20)으로 설정되면, 골프공의 비행속도 및 비행방향 등을 고려하여 골프공이 촬영될 수 있도록 1차 촬영영역(20)의 크기를 설정한다.
본 발명의 실시 예에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)의 총 촬영영역(10)의 크기를 단순히 2차원적으로 대략적인 계산을 하면, 1.5 Mpixel (1280x1024 해상도)의 센서를 사용하고, 1cm 당 14개의 픽셀(pixel)을 갖도록 고속 영상 카메라 렌즈를 선택하면, 골프공의 직경길이는 약 60 픽셀의 해상도를 가진다. 이는 골프공에 표시된 마킹을 인식하고 회전량을 계산하기에 충분한 해상도이다. 이때 고속 영상 카메라(220, 230)가 촬영할 수 있는 총 촬영영역(10)의 크기는 약 910x730mm 이며, 이는 비행하는 골프공의 비행데이터 즉, 비행속도 및 비행방향 등을 정확하게 계산할 수 있는 크기이다.
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영영역(20)을 320x240 픽셀로 정할 경우, 1차 촬영영역(20)의 크기는 1차 촬영영역(20)의 가로와 세로 방향으로 골프공이 5개와 4개가 들어갈 수 있는 크기이며, 골프공의 최대 속도(약 90m/s) 때 1차 촬영영역(20) 내에서 골프공을 2번 이상 촬영하기 위해서는 약 500 fps(frame per second) 이상의 촬영속도가 필요하다. 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 최대 회전수(약 10,000rpm)를 측정하기 위해서는 골프공 면에 표시된 마킹이 회전하여 보이지 않는 쪽으로 이동하기 전에 2~3번 이상 촬영할 수 있어야 한다. 예를 들어, 1,000 fps로 연속 촬영할 경우, 10,000 rpm으로 회전하는 골프공이 각 프레임당 회전하는 각도는 약 60도이다. 이 경우 180도 회전하기 전에 3번 촬영될 수 있다. 따라서, 고속 영상 카메라(220, 230)의 연속촬영 속도가 1,000 fps 이상이면 최대 회전수에서도 골프공의 영상들을 촬영할 수 있으며, 최대 속도로 골프공이 발사 되더라도 적어도 2~3번 이상 골프공을 촬영할 수 있다.
현재 시판되고 있는 영상 카메라 센서들 중 위와 같이 320x240 해상도로 1,000 fps 이상 연속촬영 가능하고, 1.5 Mpixel 이상의 총 해상도를 가지면서 촬영영역을 자유롭게 설정할 수 있는 영상 카메라 센서는 이미 존재하며, 많은 영상 카메라 제품들에 사용되고 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 현재 판매되고 있는 상용 제품들을 사용하여 충분히 실현 가능하다.
(2) 1차 촬영 단계(S20)
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영 단계(S20)에서는 1차 촬영영역(20)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 1회 이상 촬영한다. 도 7은 1차 촬영영역(20)에서 비행물체가 1회 이상 촬영되는 것을 나타내는 도면이다. 도 7은 2대의 고속 영상 카메라(220, 230) 중 1대가 1차 촬영영역(20)에서 촬영한 2개의 영상을 겹쳐서 나타낸 것이다. 다른 고속 영상 카메라에서도 유사한 영상이 나타날 것이며, 2대의 고속 영상 카메라(220, 230)에서 촬영된 영상을 조합하면 3차원 비행데이터 정보를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영영역(20)에서 골프공을 1회만 촬영할 수 있다. 골프공을 1회 촬영할 경우에는 골프공의 발사 전 초기 위치에서의 골프공 영상과 비교하여 비행속도 및 비행방향 등을 계산하게 된다. 이 경우 골프클럽과 골프공이 만나는 순간 골프공의 압축 및 팽창, 골프공의 미끄러짐 등 물리적 현상들로 인하여 계산 값이 다소 부정확할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 골프공을 2번 이상의 횟수로 촬영했을 경우에는 발사 후 비행 중인 골프공의 영상들이 고려되므로 예비비행데이터들이 좀더 정확히 계산될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따라 1차 촬영 단계(S20)에서는 1회 이상 다양하게 촬영될 수 있다.
(3) 예비 계산 단계(S30)
본 발명의 실시 예에 따라, 예비 계산 단계(S30)에서는 1차 촬영 단계(S20)에서 촬영된 영상으로부터 비행물체의 예비비행데이터를 계산한다. 여기에서 예비비행데이터를 "소정의 촬영 시간(T) 이후 비행물체가 지나가는 위치를 계산하기 위하여 1차 촬영 단계(S20)에서 촬영된 영상들로부터 산출된 데이터"로 정의할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 제어부(215)는 1차 촬영영역(20)에서 촬영된 영상을 분석하여 골프공의 비행속도 및 비행방향 등 예비비행데이터를 계산한다. 본 절차는 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 제어부(215)에 있는 연산처리장치 또는 FPGA를 이용하여 계산할 수 있고, 계산된 비행속도 및 비행방향 등은 다음 촬영영역들의 위치를 계산하는데 사용되므로 다음 촬영영역들의 경계 내에 골프공이 위치될 수 있을 정도의 정확도만 있으면 충분하다. 또한, 예비 계산 단계(S30)에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 비행데이터 계산 단계(S60)에서의 비행데이터로 사용될 수 있다. 비행데이터 계산 단계(S60)에서는 1차 및 2차 촬영 단계(S20, S50)에서 촬영된 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산하는데, 이때 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터 계산 단계(S60)에서의 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
(4) 2차 설정 단계(S40)
본 발명의 실시 예에 따라, 2차 설정 단계(S40)에서는 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역(30)을 설정한다. 도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 1차 촬영 단계(S20)에서 촬영된 영상으로부터 2차 촬영영역(30)을 설정하는 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따라, 설정된 촬영시간(즉, 미리 지정되거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해진 촬영시간)에 골프공이 지나가는 위치를 계산하면 다음과 같다. 본 발명의 실시 예에서는 골프공이 총 촬영영역(10)에서 직선 및 등속으로 비행한다고 가정한다. 도 8에서 골프공의 X와 Y방향 속도는 각각
Vx = (x2-x1)/Δt1
Vy = (y2-y1)/Δt1
이다. 여기서 Δt1은 골프공을 연속으로 촬영한 시간간격이다. 설정된 촬영시간(T)이 1차 촬영영역(20)에서의 첫 촬영시간보다 Δt2 이후라면 그때 골프공이 지나갈 위치는,
X3 = x1 + Vx x Δt2
Y3 = y1 + Vy x Δt2
이다. 따라서 2차 촬영영역(30)은 X3, Y3 지점을 기준으로 320x240 픽셀 크기의 영역을 나타낸다. 이것이 2차 촬영영역(30)으로 설정되며, Δt2가 경과될 때 고속 영상 카메라(220, 230)가 2차 촬영영역(30)을 촬영하여 비행하는 골프공의 영상을 얻는다. 2차 촬영영역(30)의 크기는 예비비행데이터를 얼마나 정확하게 계산할 수 있느냐에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 다른 방법들을 이용하여 2차 촬영영역(30)의 위치를 계산할 수 있고, 이를 기준으로 다양한 픽셀 크기로 2차 촬영영역(30)을 설정할 수 있으며, 이는 본 발명의 2차 설정 단계(S40)에 포함된다.
(5) 2차 촬영 단계(S50)
본 발명의 실시 예에 따라, 2차 촬영 단계(S50)에서는 2차 촬영영역(30)에서 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 1차 촬영영역(20)에서 첫 촬영시간보다 Δt2 시간이 경과한 시점에서 1회 이상 촬영한다. 1차 촬영 단계(S20)에서와 동일한 방법으로 촬영될 수 있다.
(6) 비행데이터 계산 단계(S60)
본 발명의 실시 예에 따라, 비행데이터 계산 단계(S60)에서는 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 처리부(305)가 1차 및 2차 촬영 단계(S20, S50)에서 촬영된 영상들을 이용하여 비행물체의 비행데이터를 계산한다. 본 발명의 실시 예에 따라, 비행물체인 골프공의 비행데이터, 즉, 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등은 많이 알려진 기존의 여러 가지 방법 등으로 계산될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 1차 촬영영역(20)에서 여러 프레임을 고속 촬영하여 취득된 영상들은 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 처리부(305)에서 차후에 골프공의 회전속도 등을 정확히 계산하는데 사용될 수 있고, 이론적으로 골프공의 비행속도 및 비행방향 등도 모두 계산될 수 있다. 그러나, 1차 촬영영역(20)에서 취득한 영상들만으로 비행데이터들을 계산할 경우, 작은 영역에서 비행속도 및 비행방향 등이 계산되므로 순간 순간의 골프공의 위치 오차는 비행속도 및 비행방향 등을 계산하는데 상대적으로 큰 영향을 미치게 된다. 골프공의 회전수가 높은 경우에는 고속으로 촬영해야 정확한 비행데이터를 얻을 수 있다. 다만, 골프공의 회전수가 낮은 경우에도 골프공의 회전수가 높은 경우와 같이 고속촬영을 하게 되면, 프레임과 프레임 사이에 골프공에 표시된 마크의 움직임이 작아서 마크의 위치 오차가 회전량 계산에 더 크게 영향을 미친다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 1차 촬영영역(20) 이후에 시간이 조금 더 지난 후 골프공의 위치가 조금 멀어졌을 때 추가로 골프공을 촬영하고 촬영된 골프공의 영상들을 고려하여 골프공의 비행속도, 비행방향 등을 계산할 경우 정확도가 향상된 비행데이터를 얻을 수 있다. 또한, 골프공이 낮은 회전수로 회전할 경우에도 정확한 비행데이터를 얻을 수 있다.
이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정방법은, 1차 촬영 단계(S20) 및 2차 촬영 단계(S50)에서 필요한 만큼만 촬영하기 때문에 촬영된 영상데이터의 크기가 작고, 대용량의 영상데이터 저장공간을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 예비 계산 단계(S30)에서 계산된 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 비행데이터 계산 단계(S60)에서의 비행데이터로 사용될 수 있다. 비행데이터 계산 단계(S60)에서는 1차 및 2차 촬영 단계(S20, S50)에서 촬영된 영상들로부터 비행물체의 비행데이터를 계산하는데, 이때 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나를 비행데이터 계산 단계(S60)에서의 비행데이터로 사용하면 연산속도를 향상시킬 수 있어 좀더 빠른 비행데이터를 얻을 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예들에 따라, 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하기 위해 1차 촬영 단계(S20) 이전에 발사감지카메라(110)를 이용하여 비행물체의 발사여부를 감지하는 발사 감지 단계(S05)를 더 포함하는 것을 나타내는 절차도이다.
본 발명의 실시 예에 따라, 본 발명은 1차 촬영 단계(S20) 이전에 발사 감지 단계(S05)를 더 포함한다. 발사 감지 단계(S05)에서는 1차 촬영 단계(S20) 이전에 발사감지카메라(110)를 이용하여 비행물체의 발사를 감지한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정방법은, 별도로 발사감지카메라(110)를 이용하기 때문에 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 비행물체의 발사를 감지하다가 3D 영상을 취득하는 용도로 카메라를 변환하여 사용할 필요가 없다.
본 발명의 실시 예에 따라, 발사감지카메라(110)는 비행물체가 비행하는 영상을 촬영할 필요 없이 비행물체가 초기에 놓일 수 있는 영역만 관찰하면 되므로 고속 영상 카메라(220, 230)와 해상도가 같거나 더 작은 카메라를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 발사감지카메라(110)의 위치는 골프공의 발사여부를 감지할 수 있는 위치라면 어디든 상관없으며, 비행물체의 발사여부를 감지하는 영역(40)을 인식할 수 있는 위치라면 발사감지카메라(110)가 어디에 있든 본 발명을 실행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 골프공이 초기 위치에 놓여지고 1차 촬영영역(20)이 설정되면, 발사감지카메라(110)는 골프공의 작은 면적 또는 골프공 바로 앞의 작은 면적을 초고속으로 모니터링(monitoring) 한다. 발사감지카메라(110)는 모니터링 하는 면적에 일정 값 이상의 변화가 발생하면 발사 신호를 발생시켜 고속 영상 카메라(220, 230)에 전달한다.
고속 영상 카메라(220, 230)가 발사 신호를 받으면, 고속 영상 카메라(220, 230)가 1차 촬영영역(20)을 미리 정한 촬영속도 (예로 1,000fps 이상)로 1회 이상 연속촬영을 한다.
본 발명의 실시 예에 따라, 발사 감지 단계에서 발사감지카메라(110)를 이용하지 않고 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 비행물체의 발사를 감지할 수 있다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정방법은, 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 발사를 감지하기 때문에 별도의 발사감지카메라(110)를 설치할 필요가 없어 설계가 간편해지고 제작비용도 절감할 수 있다. 이 경우에는 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용하여 비행물체의 발사를 감지하다가 3D 영상을 취득하는 용도로 카메라를 변환하여 사용할 필요가 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 예비비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함하고, 비행데이터는 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향 등을 포함한다. 골프공의 경우 비행물체가 발사 이후 직선운동을 한다고 가정할 수 있으므로 예비비행데이터는 비행속도와 비행방향만 구하여도 주어진 시점에 비행물체가 지나가는 위치를 계산할 수 있다. 이러한 본 발명의 비행물체의 예비비행데이터들은 카메라 제어 시스템의 자체 연산처리장치 또는 FPGA 등을 이용하여 매우 빠르게 계산될 수 있기 때문에 비행물체가 비행하는 동안 실시간으로 계산될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 예비비행데이터는 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 제어부(215)에서 계산될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 2차 설정 단계(S40)에서, 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하면 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역(30)을 설정한다. 이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정방법은, 예비비행데이터를 이용하여 비행물체의 위치를 예측하고 이를 기준으로 2차 촬영영역(30)을 설정하여 해당 영역에서만 촬영하기 때문에 비행물체가 지나가는 전 영역을 촬영할 필요가 없게 된다.
본 발명의 실시 예에 따라, 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해진다.
본 발명의 실시 예에 따라, 촬영시간(T)을 미리 지정하는 방법으로는 사용자가 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 제어부(215)에 입력하여 지정할 수 있다. 촬영시간(T) 및 연속촬영 횟수 등 촬영변수들은 가장 정확한 비행데이터를 계산할 수 있는 비행영상들이 확보 될 수 있도록 정해져야 되는데 비행데이터의 범위가 크면 촬영시간(T)이 타협적으로 정해지는 경우가 많다. 골프공의 경우 드라이버로 골프공을 고속으로 쳤을 때 촬영범위를 벗어나지 않게끔 촬영시간(T)를 정하면, 골프공을 저속으로 쳤을 때는 골프공의 이동거리가 작아서 골프공의 비행속도 및 비행방향을 계산하는데 있어 오차가 커질 수 있다. 이런 문제점을 해결하기 위한 한가지 방법으로는 촬영영역을 하나 더 만들어 저속으로 이동 중인 골프공이 충분히 이동한 다음 촬영이 추가적으로 이루어지도록 만드는 방법이 있다. 이러한 방법 이외에도 사용자의 용도에 맞게 촬영시간(T)은 다양하게 정해질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 촬영시간(T)을 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해지는 경우에는 촬영시간(T)를 비행물체의 비행상황에 따라 가변적으로 정할 수 있는 장점이 있다. 골프공의 경우, 골프공의 속도에 따라 이동거리가 전 촬영영역 내에 있으면서 최대로 이동할 수 있는 거리(S)만큼 골프공이 비행하면 촬영이 될 수 있도록 촬영시간(T)를 간단한 방정식 즉, T=S/V로 정할 수 있다. (V는 예비비행데이터 중 골프공의 비행속도이다). 이 경우 골프공의 비행속도가 어떤 값이든 발사 후 이동거리(S)만큼 골프공이 이동하면 촬영이 이루어진다. 이러한 방법 이외에도 사용자의 용도에 따라 다양한 계산방법으로 촬영시간(T)을 정할 수 있다.
이러한 본 발명의 비행물체의 비행데이터 측정방법은, 2차 촬영영역(30)의 위치를 설정하기 위하여 소정의 촬영시간(T)이 필요하며, 촬영시간은 미리 지정되거나 예비비행데이터로부터 계산되기 때문에 복잡한 장비 없이 간단하게 2차 촬영영역(30)의 위치를 설정할 수 있다.
도 10은 촬영시간(T)을 2개 이상 지정하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정한 경우 이를 나타내는 도면이다. 본 발명의 실시 예에 따라, 2차 설정 단계(S40)에서는 소정의 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정할 수 있다. 3차 이상의 촬영영역들이 필요한 경우, 촬영시간(T)을 미리 지정하거나 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해질 때 촬영시간(T)을 2개 이상 정해지도록 함으로써 2차, 3차 또는 그 이상의 촬영영역을 설정할 수 있다. 즉, 촬영시간(T)을 1차 촬영영역(20)에서의 첫 촬영시간보다 Δt2, Δt3, 또는 그 이상 정해지도록 하여 2차, 3차 또는 그 이상의 촬영영역을 설정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 또는 비행물체의 비행조건에 따라 촬영시간(T)을 2개 이상 임의로 지정할 수 있게 함으로써 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 임의로 설정할 수 있고, 각 비행환경에 맞는 정확한 비행데이터를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라, 예비비행데이터를 계산하는 방법은 통합 제어부(210), 통합 처리부(300) 및 제어부(215)에 있는 연산처리장치 또는 FPGA를 이용하여 계산할 수 있고, 최종적으로 비행데이터를 계산하는 방법으로는 많이 알려진 기존의 3차원 스테레오 영상처리 방법으로 계산할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 골프공의 회전량을 계산하는 방법으로 골프공에 마킹하여 마킹의 움직임을 산출하여 회전량을 계산할 수 있고, 골프공의 홈(dimple)의 배열을 영상처리법으로 분석하여 골프공의 회전량과 회전방향을 계산할 수 있다. 기타 다양한 방법이 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있다. 이러한 본 발명의 비행데이터 측정방법은, 예비비행데이터, 비행데이터를 계산하는 방법으로 다양한 방법을 이용할 수 있기 때문에 비행데이터의 비행조건에 따라 다양한 계산방법을 선택해서 적용할 수 있다.
위와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 방법은, 비행물체를 촬영하기 위해 고속 영상 카메라(220, 230)가 총 촬영영역(10)을 동일한 시간 간격으로 촬영하는 기존 방법에 비해 설정된 촬영시간에 비행물체가 지나가는 작은 영역만 촬영하므로 촬영된 영상데이터 크기가 상대적으로 매우 작아 전송시간이 짧고, 영상처리를 위한 연산속도가 빠르며, 영상데이터 저장공간 또한 대용량을 필요로 하지 않는 효과가 있다. 나아가, 1차 촬영 단계(S20) 이후 원하는 시기에 비행물체를 촬영할 수 있고, 비행물체의 비행속도와 비행방향 등에 따라 최적의 촬영시간을 정할 수 있다.
또한, 상대적으로 낮은 사양의 고속 영상 카메라 센서 및 연산처리장치로 고가의 카메라 사양 및 연산처리장치의 기능을 구현할 수 있으므로 설비 원가를 낮추는 효과가 있다.
도 1 내지 도 10에서 설명한 본 발명의 실시 형태에 따른 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터로 판독가능한 기록매체의 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 실행하도록 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 실행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상, 본 발명의 실시 예들에 따른 고속 영상 카메라(220, 230)를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 따라서 이러한 수정과 변경에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 총 촬영영역 20: 1차 촬영영역
30: 2차 촬영영역 35: 3차 촬영영역
40: 비행물체의 발사여부를 감지하는 영역 50: 비행물체의 비행방향
60: T1일 때 비행물체의 위치 70: T2일 때 비행물체의 위치
80: T3일 때 비행물체의 예상위치 90: T4일 때 비행물체의 예상위치
100: 발사 신호 생성부 110: 발사감지카메라
200: 제1 고속 영상 카메라 시스템 2200: 제2 고속 영상 카메라 시스템
210: 통합 제어부 215: 제어부
220: 고속 영상 카메라1 230: 고속 영상 카메라2
300: 통합 처리부 305 : 처리부
400: 빔프로젝터 500: 스크린
600: 통신선 700: 골프공
800: 매트
30: 2차 촬영영역 35: 3차 촬영영역
40: 비행물체의 발사여부를 감지하는 영역 50: 비행물체의 비행방향
60: T1일 때 비행물체의 위치 70: T2일 때 비행물체의 위치
80: T3일 때 비행물체의 예상위치 90: T4일 때 비행물체의 예상위치
100: 발사 신호 생성부 110: 발사감지카메라
200: 제1 고속 영상 카메라 시스템 2200: 제2 고속 영상 카메라 시스템
210: 통합 제어부 215: 제어부
220: 고속 영상 카메라1 230: 고속 영상 카메라2
300: 통합 처리부 305 : 처리부
400: 빔프로젝터 500: 스크린
600: 통신선 700: 골프공
800: 매트
Claims (27)
- 삭제
- 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부; 및
상기 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 상기 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 통합 제어부를 포함하는 제1 고속 영상 카메라 시스템;을 포함하고,
상기 고속 영상 카메라는 총 촬영영역 내에서 임의로 원하는 위치에 작은 촬영영역을 지정하여 촬영하는 기능을 구비하며,
상기 통합 제어부는, 상기 비행물체가 발사된 이후 상기 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정하고, 상기 설정된 1차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하도록 하며, 상기 1차 촬영영역에서 촬영된 상기 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 상기 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역의 위치를 설정하고,
상기 설정된 2차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하도록 하고,
상기 통합 제어부는 상기 고속 영상 카메라를 제어하고, 상기 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산하며,
상기 1차 촬영영역 및 상기 2차 촬영영역은 상기 고속 영상 카메라의 총 촬영영역 내의 상기 총 촬영영역보다 작은 크기의 촬영영역인,
비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 비행물체의 발사여부를 판단하여, 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생하는 발사 신호 생성부;
상기 발사 신호 생성부에서 신호가 발생된 이후에 상기 비행물체를 촬영하는 고속 영상 카메라 및 제어부를 포함하는 제2 고속 영상 카메라 시스템; 및
상기 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 비행데이터를 계산하는 처리부;를 포함하고,
상기 고속 영상 카메라는 총 촬영영역 내에서 임의로 원하는 위치에 작은 촬영영역을 지정하여 촬영하는 기능을 구비하며,
상기 제어부는 상기 고속 영상 카메라를 제어하고, 상기 고속 영상 카메라로부터 촬영된 영상들로부터 예비비행데이터를 계산하고,
상기 제어부는, 상기 비행물체가 발사된 이후 상기 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정하고, 상기 설정된 1차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하도록 하며, 상기 1차 촬영영역에서 촬영된 상기 비행물체의 영상으로부터 예비비행데이터를 계산하고, 상기 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역의 위치를 설정하고,
상기 설정된 2차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하도록 하며,
상기 1차 촬영영역 및 상기 2차 촬영영역은 상기 고속 영상 카메라의 총 촬영영역 내의 상기 총 촬영영역보다 작은 크기의 촬영영역인,
비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 예비비행데이터는 상기 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함하고, 상기 비행데이터는 상기 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 상기 비행데이터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 발사 신호 생성부는 발사감지카메라를 이용하여 상기 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생시키는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 발사 신호 생성부는 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체가 발사된 것으로 판단되면 신호를 발생시키는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 삭제
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 상기 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 2차 촬영영역의 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 제15항에 있어서,
상기 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 상기 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 제16항에 있어서,
상기 촬영시간(T)은 2개 이상 미리 지정하거나 상기 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여, 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 장치.
- 고속 영상 카메라를 이용하여 비행물체의 비행데이터를 측정하는 방법으로써,
(a) 상기 비행물체가 발사된 이후 상기 비행물체의 비행 예정 방향의 영역을 1차 촬영영역으로 설정하는 1차 설정 단계;
(b) 상기 설정된 1차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하는, 1차 촬영 단계;
(c) 상기 1차 촬영 단계에서 촬영된 영상으로부터 상기 비행물체의 예비비행데이터를 계산하는 예비 계산 단계;
(d) 상기 예비비행데이터를 이용하여 2차 촬영영역을 설정하는 2차 설정 단계;
(e) 상기 설정된 2차 촬영영역에서 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체를 1회 이상 촬영하는, 2차 촬영 단계; 및
(f) 상기 1차 촬영 단계 및 상기 2차 촬영 단계에서 촬영된 영상들로부터 상기 비행물체의 비행데이터를 계산하는 비행데이터 계산 단계;
를 포함하고,
상기 고속 영상 카메라는 총 촬영영역 내에서 임의로 원하는 위치에 작은 촬영영역을 지정하여 촬영하는 기능을 구비하며,
상기 2차 설정 단계는, 상기 예비비행데이터를 이용하여 소정의 촬영시간(T)이 경과하는 시점에 상기 비행물체가 지나가는 위치를 예측하여 이를 기준으로 상기 2차 촬영영역의 위치를 설정하고,
상기 1차 촬영영역 및 상기 2차 촬영영역은 상기 고속 영상 카메라의 총 촬영영역 내의 상기 총 촬영영역보다 작은 크기의 촬영영역인 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 예비 계산 단계에서 계산된 상기 예비비행데이터 중 적어도 어느 하나가 상기 비행데이터 계산 단계에서의 상기 비행데이터로 사용되는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 1차 촬영 단계 이전에 발사감지카메라를 이용하여 상기 비행물체의 발사를 감지하는, 발사 감지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 1차 촬영 단계 이전에 상기 고속 영상 카메라를 이용하여 상기 비행물체의 발사를 감지하는, 발사 감지 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 예비비행데이터는 상기 비행물체의 비행속도, 비행방향을 포함하고, 상기 비행데이터는 상기 비행물체의 비행속도, 비행방향, 회전속도 및 회전방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제18항에 있어서,
상기 촬영시간(T)은 미리 지정되거나 상기 비행물체의 예비비행데이터로부터 계산에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항에 있어서,
상기 2차 설정 단계에서, 소정의 촬영시간(T)을 2개 이상 미리 지정하거나 상기 예비비행데이터로부터 계산에 의해 2개 이상 정해지도록 하여 2차 또는 3차 이후의 촬영영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 비행물체의 비행데이터 측정 방법.
- 제18항 내지 제22항 및 제25항 내지 제26항 중 어느 하나에 따른 비행물체의 비행데이터 측정 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160152027A KR101871937B1 (ko) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | 고속 영상 카메라를 이용한 비행물체의 비행데이터 측정 장치 및 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체 |
| JP2017214984A JP6484321B2 (ja) | 2016-11-15 | 2017-11-07 | 高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体 |
| US15/812,593 US10564250B2 (en) | 2016-11-15 | 2017-11-14 | Device and method for measuring flight data of flying objects using high speed video camera and computer readable recording medium having program for performing the same |
| CN201711132420.5A CN108226562B (zh) | 2016-11-15 | 2017-11-15 | 测量飞行物体的飞行数据的装置和方法及记录介质 |
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|---|---|---|---|
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| KR20180054279A KR20180054279A (ko) | 2018-05-24 |
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