KR101950412B1 - 승마 시뮬레이터 및 승마 시뮬레이션 방법 - Google Patents

승마 시뮬레이터 및 승마 시뮬레이션 방법 Download PDF

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Abstract

사용자에 적응적으로 동작하는 승마 시뮬레이터 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법에 관한 기술이 개시된다. 승마 시뮬레이터는 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별하는 사용자 식별부와, 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출하는 자세 인식부와, 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 코칭부와, 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 기반하여 승마 기구를 제어하는 실감 구현부를 포함한다. 따라서, 사용자의 식별 및 사용자 승마 자세 인식을 통하여 사용자 맞춤형 승마 교육을 제공할 수 있다. 또한, 사용자 의도 자세에 상응하도록 승마 기구의 모드를 변환함으로써 사용자에게 실감형 승마 시뮬레이션을 제공할 수 있다.

Description

승마 시뮬레이터 및 승마 시뮬레이션 방법{SIMULATOR FOR HORSE RIDING AND METHOD FOR SIMULATION OF HORSE RIDING}
본 발명은 승마 시뮬레이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자에 적응적으로 동작하는 승마 시뮬레이터 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 진행되면서 건강에 대한 관심이 고조되어 운동 기능을 증진시키고자 하는 움직임이 활발하다. 특히, 개인의 건강관리, 감각 및 운동 기능 증진 등을 위한 신체기능증진기술을 영상 정보 처리 및 로봇 기술 등에 접목한 새로운 IT 융합 솔루션 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
헬스 케어와 영상 처리/분석 기술을 융합한 IT 융합 솔루션은 운동하는 사용자의 제스처나 모션 정보를 카메라로 획득하여 자세를 분석하고 교정해 줄 수 있다. 또한, 이는 스포츠 종목 별로 사용자 맞춤형 코칭 기능을 제공해 주는 등 개인 별 운동 학습이나 체력 증진의 목적에 활용되고 있다.
현장에서 획득한 영상으로부터 특정 물체 영역을 검출하여 인식하거나 추적하는 기술은 골프, 스케이트, 승마 등과 같은 운동 종목에 적용되고 있고, 이를 통하여, 사용자의 자세 교정 및 코칭 등에 응용되어 바른 자세로 운동할 수 있도록 하고 있다.
기존에 개발된 사용자 자세 교정 및 코칭은 골프에 적용되어 카메라를 이용하여 운동자의 스윙 자세가 포함된 영상 정보를 획득하고, 획득한 영상 정보를 이용하여 운동하는 사람의 스윙 자세를 분석할 수 있다. 또한, 센서를 몸에 부착하여 정밀한 수준의 모션 정보를 획득하여 자세 정보를 분석하고 교정하기 위한 연구가 진행되고 있다.
특히, 최근에 스포츠 산업이 골프에서 승마로 변화되면서 소수의 개발자들이 승마 시뮬레이터를 이용한 사용자 승마 자세 코칭 방법을 제안하고 있다. 그러나, 승마 시뮬레이터를 이용하여 사용자의 승마 자세를 교육하는 방법은 미비한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 사용자의 식별 및 사용자 승마 자세 인식을 통하여 사용자 맞춤형 교육 및 실감형 승마 시뮬레이션을 제공할 수 있는 승마 시뮬레이터를 제공하는데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 사용자의 식별 및 사용자 승마 자세 인식을 통하여 사용자 맞춤형 교육 및 실감형 승마 시뮬레이션을 제공할 수 있는 승마 시뮬레이션 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 승마 시뮬레이터는, 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별하는 사용자 식별부와, 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출하는 자세 인식부와, 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 코칭부를 포함한다.
여기에서, 상기 승마 시뮬레이터는, 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 기반하여 승마 기구를 제어하는 실감 구현부를 더 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 사용자 식별부는, 입력 영상으로부터 사용자 얼굴의 정면을 인식하여 사각형 형태의 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 검출부와, 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 추출하고 얼굴 특징점을 기준으로 미리 설정된 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성 및 히스토그램 분포 특성에 기반한 얼굴 특징 벡터를 이용하여 사용자 식별정보를 산출하는 얼굴특징 추출부를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 자세 인식부는, 입력 영상으로부터 사용자 영역을 추출하는 사용자 영역추출부와, 사용자 영역을 분할하고 사용자 얼굴의 정면 방향을 기준으로 한 측면 실루엣 정보를 이용하여 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 포함하는 사용자 자세정보를 산출하는 자세정보 산출부를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 코칭부는, 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보를 포함하는 사용자 운동 모델을 저장하는 운동 데이터 저장부와, 사용자 운동 모델과 표준 운동 모델을 정합하여 자세 오차를 산출하는 모델 정합부와, 자세 오차에 기반하여 음성 또는 영상으로 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 승마 교육부를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 표준 운동 모델은, 승마 기구의 보행 모드에 따른 표준적인 승마 자세에 대한 정보를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 승마 교육부는, 자세 오차가 미리 설정된 값 이상인 경우 사용자에게 경고 메시지를 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 실감 구현부는, 사용자 자세정보에 기반한 보행 패턴을 분석하여 사용자 의도 자세를 산출하는 의도 자세 산출부와, 사용자 의도 자세에 상응하여 평보, 구보, 속보를 포함하는 보행 모드에 따라 승마 기구를 제어하는 기구 제어부를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 승마 시뮬레이션 방법은, 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별하는 단계와, 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출하는 단계와, 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터 및 승마 시뮬레이션 방법을 이용할 경우에는 사용자의 식별 및 사용자 승마 자세 인식을 통하여 사용자 맞춤형 승마 교육을 제공할 수 있다.
또한, 사용자 의도 자세에 상응하도록 승마 기구의 모드를 변환함으로써 사용자와 승마 기구가 상호 교감할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 식별 및 사용자 자세정보의 산출을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 자세정보의 산출을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터는 사용자가 승마 기구(20)를 이용하는 경우, 다중의 시각 센서(10)에 의해 획득된 영상을 이용하여 사용자를 식별하고, 사용자의 자세에 대한 정보를 산출할 수 있다.
사용자는 승마 기구(20)를 이용하여 실제 승마를 하고 있는 것과 유사한 경험을 할 수 있다. 즉, 승마 기구(20)는 사용자에게 실제 승마를 통하여 얻을 수 있는 다양한 운동 효과를 줄 수 있도록 다양한 보행 패턴에 따른 모드를 지원할 수 있다.
시각 센서(10)는 승마 기구(20)의 전면 또는 측면에 위치하여 승마 기구(20)를 이용하는 사용자에 대한 영상을 다양한 방향에서 획득할 수 있다. 또한, 시각 센서(10)는 승마 기구(20)와의 거리를 달리하여 위치할 수 있으며, 이를 통하여 승마 기구(20)를 이용하는 사용자에 대한 영상을 다양한 거리에서 획득할 수 있다. 본 발명에 있어 다수 개의 시각 센서(10)가 설치될 수 있으나, 그 개수에 대해서는 특별한 제한은 없다.
본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터는 승마 기구(20) 및 시각 센서(10)와 연동하여 사용자에게 적합한 승마 자세 교육을 수행할 수 있다.
예컨대, 승마 시뮬레이터는 시각 센서(10)가 획득한 다양한 영상을 수신하여 사용자를 식별할 수 있다. 또한, 승마 시뮬레이터는 시각 센서(10)가 획득한 다양한 영상을 수신하여 사용자의 자세에 대한 정보를 추출할 수 있으며, 이를 이용하여 사용자 맞춤형 승마 교육을 제공할 수 있다.
또한, 승마 시뮬레이터는 사용자의 자세에 대한 정보를 분석하여 사용자가 의도하는 자세를 산출할 수 있으며, 사용자가 의도하는 자세에 따라 승마 기구(20)를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터는 사용자 별로 특화된 승마 시뮬레이션을 제공할 수 있으며, 사용자의 승마 자세를 분석하여 사용자 맞춤형 승마 교육을 제공할 수 있다. 또한, 사용자의 자세에 대한 정보를 이용한 사용자의 움직임을 예측하여 승마 기구(20)의 모드를 자동으로 변환할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터는 사용자 식별부(100), 자세 인식부(200), 코칭부(300) 및 실감 구현부(400)를 포함한다.
사용자 식별부(100)는 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별할 수 있다. 입력 영상은 다중의 시각 센서(10)에 의해 획득된 적어도 하나의 영상을 의미할 수 있다. 특히, 승마 기구(20)의 전면에 위치한 시각 센서(10)를 통하여 획득한 입력 영상이 사용자의 얼굴 정보를 포함할 수 있다.
사용자 식별부(100)는 얼굴 검출부(110) 및 얼굴특징 추출부(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 얼굴 검출부(110)는 입력 영상으로부터 사용자 얼굴의 정면을 인식하여 사각형 형태의 얼굴 영역을 추출할 수 있다. 또한, 얼굴특징 검출부는 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 추출하고, 얼굴 특징점을 기준으로 미리 설정된 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성 및 히스토그램 분포 특성에 기반한 얼굴 특징 벡터를 이용하여 사용자 식별정보를 산출할 수 있다.
예컨대, 얼굴 검출부(110)는 얼굴 검출 알고리즘을 이용하여 입력 영상으로부터 얼굴의 위치를 추정하여 얼굴 영역을 추출할 수 있다. 여기서, 얼굴 영역은 사각의 형태로 추출될 수 있으며, 얼굴 영역 주변에 나타나는 여러 개의 사각형 영역을 추출하여 평균한 사각형 위치에 기반하여 얼굴 영역을 추출할 수 있다.
얼굴특징 추출부(120)는 얼굴 영역으로부터 사용자의 눈, 코, 입 등과 같은 얼굴 윤곽선에서 얼굴 특징점을 추출할 수 있고, 각 얼굴 특징점에서 임의의 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성에 대한 특성 및 화소들의 분포에 대한 히스토그램 특성에 따른 얼굴 특징 벡터를 산출할 수 있다. 즉, 얼굴특징 추출부(120)는 얼굴 특징 벡터를 활용하여 사용자를 식별할 수 있다.
따라서, 사용자 식별부(100)는 사용자 별로 얼굴 특징 벡터에 기반한 사용자 식별정보를 미리 저장할 수 있으며, 저장된 사용자 식별정보와 산출한 사용자 식별정보를 비교하여 사용자를 식별할 수 있다. 또한, 사용자 식별부(100)는 저장된 사용자 식별정보를 새롭게 산출된 사용자 식별정보를 이용하여 갱신할 수 있다.
자세 인식부(200)는 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출할 수 있다.
입력 영상은 사용자에 대한 영상과 배경에 대한 영상을 포함하므로, 입력 영상에서 사용자에 대한 영상인 사용자 영역을 추출한다.
또한, 추출한 사용자 영역을 분할하여 사용자의 신체 부위 별 위치 또는 움직임 등에 대한 정보를 추출하여 사용자의 승마 자세에 대한 정보를 산출할 수 있다. 즉, 평보, 구보, 속보 등과 같이 말의 보행 형태에 따라 승마 자세는 다르지만 사용자의 얼굴, 손, 발의 위치 및 사용자의 옆면 실루엣을 추출하면 사용자의 승마 자세를 인식할 수 있다.
자세 인식부(200)는 사용자 영역추출부(210) 및 자세정보 산출부(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 사용자 영역추출부(210)는 입력 영상으로부터 사용자 영역을 추출할 수 있다. 또한, 자세정보 산출부(220)는 사용자 영역을 분할하고 사용자 얼굴의 정면 방향을 기준으로 한 측면 실루엣 정보를 이용하여 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 포함하는 사용자 자세정보를 산출할 수 있다.
예컨대, 입력 영상으로부터 배경 영상 생성 및 갱신을 통하여 사용자 영역을 추출할 수 있으며, 손, 발과 같은 사용자의 특정 신체 부위를 추출할 수 있다. 사용자 영역 및 사용자의 특정 신체 부위는 사용자의 측면에 설치된 시각 센서(10)를 이용하여 획득한 영상으로부터 추출할 수 있다.
또한, 사용자 얼굴 정면의 검출 여부를 통하여 말의 진행 방향과 같은 방향으로 사용자의 시선이 향하고 있는지를 체크할 수 있다. 사용자의 측면 실루엣을 통하여 사용자의 허리 및 등이 말과 이루는 각도를 추출하여 말의 보행 패턴에 따른 사용자 자세정보를 검출할 수 있다.
또한, 사용자의 손 또는 발의 위치 및 움직임에 대한 정보를 검출하여 말의 보행 패턴에 따른 사용자 자세를 검출할 수 있다.
코칭부(300)는 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공할 수 있다. 즉, 코칭부(300)는 사용자 자세정보를 인식하여 말의 보행 형태에 따른 승마 자세가 올바른 자세인지를 확인할 수 있다.
코칭부(300)는 사용자의 특정 신체 부위의 위치 및 각도 등에 대한 정보를 승마 표준 자세에 따른 전문가의 특정 신체 부위의 위치 및 각도 등에 대한 정보와 함께 표현하도록 하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육을 제공할 수 있다.
코칭부(300)는 운동 데이터 저장부(310), 모델 정합부(320) 및 승마 교육부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
상세하게는, 운동 데이터 저장부(310)는 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보를 포함하는 사용자 운동 모델을 저장할 수 있고, 모델 정합부(320)는 사용자 운동 모델과 표준 운동 모델을 정합하여 자세 오차를 산출할 수 있으며, 승마 교육부(330)는 오차에 기반하여 음성 또는 영상으로 사용자에게 승마 자세에 대한 교육을 제공할 수 있다. 여기서, 표준 운동 모델은 승마 기구(20)의 보행 모드에 따른 표준적인 승마 자세에 대한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 승마 교육부(330)는 자세 오차가 미리 설정된 값 이상인 경우 사용자에게 경고 메시지를 제공할 수 있다. 예컨대, 전문가의 승마 자세로부터 생성한 표준 운동 모델과 사용자 운동 모델과의 정합 오차 추정을 통해서 돌발 상황의 경우 사용자에게 경고 메시지를 전달함으로써 안전한 환경에서 사용자의 승마 교육이 이루어 지도록 할 수 있다.
또한, 코칭부(300)는 사용자에게 교육을 제공하기 위한 출력 장치와 연동될 수 있으며, 출력 장치로는 오디오 장치 또는 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다.
실감 구현부(400)는 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 기반하여 승마 기구(20)를 제어할 수 있다. 즉, 실감 구현부(400)는 실감 시뮬레이션의 구현을 위하여 사용자 자세정보를 분석하여 산출한 사용자 의도 자세에 상응하도록 승마 기구(20)의 모드(말의 보행 패턴)를 변환할 수 있다.
상세하게는, 실감 구현부(400)는 의도 자세 산출부(410) 및 기구 제어부(420)를 포함하여 구성될 수 있다. 의도 자세 산출부(410)는 사용자 자세정보에 기반한 보행 패턴을 분석하여 사용자 의도 자세를 산출할 수 있고, 기구 제어부(420)는 사용자 의도 자세에 상응하여 평보, 구보, 속보를 포함하는 보행 모드에 따라 상기 승마 기구(20)를 제어할 수 있다.
예컨대, 의도 자세 산출부(410)는 자세 인식부(200)로부터 사용자 자세정보를 수신하여 분석할 수 있다. 즉, 의도 자세 산출부(410)는 사용자 자세정보를 분석하여 승마 기구(20)의 정지, 가속, 감속 또는 방향 전환 등과 같은 사용자의 의도를 인식할 수 있다.
또한, 기구 제어부(420)는 사용자의 의도 인식을 통하여 승마 기구(20)의 모드를 자동으로 변환시킬 수 있다. 즉, 기구 제어부(420)는 승마 기구(20)와 연동될 수 있다.
상술한 본 발명에서의 사용자 식별부(100), 자세 인식부(200), 코칭부(300) 및 실감 구현부(400)는 서로 독립적으로 개시되지만, 사용자 식별부(100), 자세 인식부(200), 코칭부(300) 및 실감 구현부(400)는 하나의 단일한 형태, 하나의 물리적 장치로 구현될 수 있다. 이뿐만 아니라, 사용자 식별부(100), 자세 인식부(200) , 코칭부(300) 및 실감 구현부(400)는 각각 하나의 물리적 장치 또는 집단이 아닌 복수의 물리적 장치 또는 집단으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보의 산출을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 자세정보의 산출을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 다중의 시각 센서(10)를 통하여 획득한 영상을 입력 영상으로 하여 사용자를 식별하고 사용자의 자세를 인식할 수 있다.
입력 영상은 사용자에 대한 영상(사용자 영역)뿐만 아니라 배경에 대한 영상(배경 영역)을 포함한다. 따라서, 입력 영상에서 사용자 영역을 추출하기 위하여, 배경에 대한 영상을 획득하고 시각 센서(10)에 의해 획득된 입력 영상과 배경에 대한 영상을 차분하여 사용자 영역을 추출할 수 있다.
먼저, 사용자 식별을 위한 절차를 설명하면 다음과 같다.
사용자 영역 중에서 사용자의 머리에 해당하는 영역으로부터 사용자 얼굴 정보를 획득하여 사용자를 식별할 수 있다.
여기서, 입력 영상은 주변 조명의 변화 등에 따른 영상 특성의 왜곡이 발생할 수 있으므로, 입력 영상에 대한 영상 전처리 과정을 수행할 수 있다.
영상 전처리 과정이 수행된 영상으로부터 사용자의 얼굴 영역을 추출할 수 있고, 추출한 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 이용하여 얼굴 특징 벡터로 표현될 수 있는 사용자 식별정보를 산출할 수 있다.
다음으로, 사용자 자세정보를 산출하는 절차로, 사용자 영역을 분할하여 사용자의 특정 신체 부위를 인식할 수 있고, 인식된 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 산출할 수 있다.
예컨대, 사용자 영역에서 승마 기구(20)의 정면에 위치한 시각 센서(10)가 획득한 영상을 이용하여 사용자의 정면 얼굴을 검출할 수 있고 검출된 사용자의 정면 얼굴을 이용하여 사용자가 전방을 주시하고 있는지 확인할 수 있다.
또한, 승마 기구(20)의 측면에 위치한 시각 센서(10)를 이용하여 사용자의 손, 발 등의 위치 및 사용자의 등과 허리에 해당하는 사용자 실루엣을 추출하여 사용자 자세 정보를 추출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터를 이용한 승마 시뮬레이션 방법은, 사용자를 식별하는 단계(S100), 사용자 자세정보를 산출하는 단계(S200), 사용자에게 승마 자세를 교육하는 단계(S300) 및 승마 기구(20)를 제어하는 단계(S400)를 포함한다.
사용자를 식별하는 단계(S100)는 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별할 수 있다.
입력 영상으로부터 사용자 얼굴의 정면을 인식하여 사각형 형태의 얼굴 영역을 추출할 수 있다. 또한, 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 추출하고, 얼굴 특징점을 기준으로 미리 설정된 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성 및 히스토그램 분포 특성에 기반한 얼굴 특징 벡터를 이용하여 사용자 식별정보 산출할 수 있다.
상세하게는, 사용자의 정면에 설치한 시각 센서(10)를 이용하여 사용자 식별을 위한 사용자 얼굴 영상을 획득할 수 있다.
주변 조명 영향을 줄이기 위한 영상 전처리 기술을 적용하고 얼굴 검출 알고리즘을 이용하여 정면 얼굴 영역을 검출한 후, 다양한 크기로 입력되는 얼굴 영상의 크기를 일정하게 하는 정규화 과정을 수행할 수 있다.
조명 변화 및 시간 변화에 따른 얼굴 특성 변화에도 강인하게 얼굴 인식을 수행하기 위하여 눈, 코, 입 등과 같은 얼굴 윤곽선 상에 있는 얼굴 특징점을 추출한 후, 얼굴 특정점 주변의 국소 영역에 분포하고 있는 화소의 방향성 특정 및 화소의 분포를 나타내는 히스토그램에 기반하여 얼굴 특징 벡터를 추출할 수 있다.
사용자 자세정보를 산출하는 단계(S200)는 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출할 수 있다.
입력 영상으로부터 사용자 영역을 추출할 수 있으며, 사용자 영역을 분할하고 사용자 얼굴의 정면 방향을 기준으로 한 측면 실루엣 정보를 이용하여 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 포함하는 사용자 자세정보를 산출할 수 있다.
예컨대, 배경 영역과 구별되는 사용자 영역 검출을 위하여 배경 영상을 획득하여 시각 센서(10)에 의해 획득된 입력 영상과 차분할 수 있다.
정면의 시각 센서(10)를 이용하여 획득한 영상의 사용자 영역으로부터 사용자의 정면 얼굴을 검출할 수 있다. 또한, 측면의 시각 센서(10)를 이용하여 획득한 영상의 사용자 영역으로부터 사용자의 손, 발 등과 같은 사용자의 특정 신체 부위를 추출할 수 있고, 사용자의 등과 허리에 해당하는 사용자 실루엣을 추출할 수 있다.
사용자의 신체 부위 중 정면 얼굴 영역을 추출하여 사용자의 승마 자세에서 머리를 똑바로 세웠는지 여부와 말의 보행 방향으로 사용자의 시선이 향하고 있는지 등을 검출할 수 있다. 사용자 실루엣 정보를 이용하여 허리가 곧게 펴진 상태인지 또는 말의 보행 패턴에 따라 일정 각도로 굽혀져 있는지 등을 확인할 수 있다.
사용자에게 승마 자세를 교육하는 단계(S300)는 사용자 식별정보 및 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공할 수 있다.
사용자 식별정보 및 사용자 자세정보를 포함하는 사용자 운동 모델을 획득하고, 사용자 운동 모델과 표준 운동 모델을 정합하여 자세 오차를 산출할 수 있다. 또한, 자세 오차에 기반하여 음성 또는 영상으로 사용자에게 승마 자세에 대한 교육을 제공할 수 있으며, 자세 오차가 미리 설정된 값 이상인 경우 사용자에게 경고 메시지를 제공할 수 있다.
승마 기구(20)를 제어하는 단계(S400)는 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 상응하는 보행 모드에 따라 승마 기구(20)를 제어할 수 있다.
사용자 자세정보에 기반한 보행 패턴을 분석하여 사용자 의도 자세를 산출할 수 있고, 사용자 의도 자세에 상응하여 평보, 구보, 속보를 포함하는 보행 모드에 따라 승마 기구(20)를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이션 방법은 상술한 승마 시뮬레이터에 의해 구현될 수 있으므로, 상술한 승마 시뮬레이터에서 설명한 구체적인 실시예에 대한 설명은 생략한다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 승마 시뮬레이터 및 승마 시뮬레이션 방법은, 다중 시각 센서를 이용하여 승마 시뮬레이터를 이용하는 사용자의 식별 및 사용자 승마 자세 인식을 통하여 사용자 맞춤형 교육을 제공할 수 있다. 또한, 사용자 의도 자세에 상응하도록 승마 기구의 모드를 변환함으로써 사용자와 승마 기구가 상호 교감할 수 있도록 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 시각 센서 20: 승마 기구
100: 사용자 식별부 110: 얼굴 검출부
120: 얼굴특징 추출부 200: 자세 인식부
210: 사용자 영역추출부 220: 자세정보 산출부
300: 코칭부 310: 운동 데이터 저장부
320: 모델 정합부 330: 승마 교육부
400: 실감 구현부 410: 의도 자세 산출부
420: 기구 제어부

Claims (14)

  1. 입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별하는 사용자 식별부;
    상기 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출하는 자세 인식부; 및
    상기 사용자 식별정보 및 상기 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 코칭부를 포함하되,
    상기 사용자 식별부는,
    상기 입력 영상으로부터 사용자 얼굴의 정면을 인식하여 사각형 형태의 얼굴 영역을 추출하는 얼굴 검출부; 및
    상기 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 추출하고, 상기 얼굴 특징점을 기준으로 미리 설정된 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성 및 히스토그램 분포 특성에 기반한 얼굴 특징 벡터를 이용하여 상기 사용자 식별정보를 산출하는 얼굴특징 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 기반하여 승마 기구를 제어하는 실감 구현부를 더 포함하는 승마 시뮬레이터.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 자세 인식부는,
    상기 입력 영상으로부터 사용자 영역을 추출하는 사용자 영역추출부; 및
    상기 사용자 영역을 분할하고 사용자 얼굴의 정면 방향을 기준으로 한 측면 실루엣 정보를 이용하여 상기 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 포함하는 상기 사용자 자세정보를 산출하는 자세정보 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 코칭부는,
    상기 사용자 식별정보 및 상기 사용자 자세정보를 포함하는 사용자 운동 모델을 저장하는 운동 데이터 저장부;
    상기 사용자 운동 모델과 표준 운동 모델을 정합하여 자세 오차를 산출하는 모델 정합부; 및
    상기 자세 오차에 기반하여 음성 또는 영상으로 사용자에게 상기 승마 자세에 대한 교육을 제공하는 승마 교육부를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 표준 운동 모델은,
    승마 기구의 보행 모드에 따른 표준적인 승마 자세에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 승마 교육부는,
    상기 자세 오차가 미리 설정된 값 이상인 경우 사용자에게 경고 메시지를 제공하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 실감 구현부는,
    상기 사용자 자세정보에 기반한 보행 패턴을 분석하여 사용자 의도 자세를 산출하는 의도 자세 산출부; 및
    상기 사용자 의도 자세에 상응하여 평보, 구보, 속보를 포함하는 보행 모드에 따라 상기 승마 기구를 제어하는 기구 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이터.
  9. 승마 시뮬레이터를 이용한 승마 시뮬레이션 방법에 있어서,
    입력 영상으로부터 추출한 사용자 얼굴 정보에 따른 사용자 식별정보를 이용하여 사용자를 식별하는 단계;
    상기 입력 영상으로부터 사용자의 특정 신체 부위 별 정보를 추출하여 사용자 자세정보를 산출하는 단계; 및
    상기 사용자 식별정보 및 상기 사용자 자세정보에 기반하여 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 사용자를 식별하는 단계는,
    상기 입력 영상으로부터 사용자 얼굴의 정면을 인식하여 사각형 형태의 얼굴 영역을 추출하는 단계; 및
    상기 얼굴 영역에 위치한 사용자 얼굴의 윤곽선에 기반한 얼굴 특징점을 추출하고, 상기 얼굴 특징점을 기준으로 미리 설정된 국소 면적 내에 분포하는 화소들의 방향성 및 히스토그램 분포 특성에 기반한 얼굴 특징 벡터를 이용하여 상기 사용자 식별정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이션 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 사용자 자세정보에 대한 분석을 통하여 산출한 사용자 의도 자세에 상응하는 보행 모드에 따라 승마 기구를 제어하는 단계를 더 포함하는 승마 시뮬레이션 방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 사용자 자세정보를 산출하는 단계는,
    상기 입력 영상으로부터 사용자 영역을 추출하는 단계; 및
    상기 사용자 영역을 분할하고 사용자 얼굴의 정면 방향을 기준으로 한 측면 실루엣 정보를 이용하여 상기 사용자의 특정 신체 부위 별 위치, 각도 및 움직임에 대한 정보를 포함하는 상기 사용자 자세정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이션 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 사용자에게 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 단계는,
    상기 사용자 식별정보 및 상기 사용자 자세정보를 포함하는 사용자 운동 모델을 획득하고, 상기 사용자 운동 모델과 표준 운동 모델을 정합하여 자세 오차를 산출하는 단계; 및
    상기 자세 오차에 기반하여 음성 또는 영상으로 사용자에게 상기 승마 자세에 대한 교육 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이션 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 사용자에게 상기 승마 자세에 대한 교육을 제공하는 단계는,
    상기 자세 오차가 미리 설정된 값 이상인 경우 사용자에게 경고 메시지를 제공하는 것을 특징으로 하는 승마 시뮬레이션 방법.
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