KR102251315B1 - 운동 트레이닝 시스템 - Google Patents

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KR102251315B1
KR102251315B1 KR1020200178304A KR20200178304A KR102251315B1 KR 102251315 B1 KR102251315 B1 KR 102251315B1 KR 1020200178304 A KR1020200178304 A KR 1020200178304A KR 20200178304 A KR20200178304 A KR 20200178304A KR 102251315 B1 KR102251315 B1 KR 102251315B1
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오은열
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성결대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 사용자 전신을 촬영한 이미지를 분석하여, 사용자별 움직임의 정상 가동 범위를 영상으로 디스플레이하는 운동 트레이닝 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 「입점(立點, Standing Point) 기준으로 사용자 전신의 정면과 측면을 촬영하는 카메라부, 상기 카메라부의 촬영 이미지를 분석하여 인체 관절 위치에 노드(Node) 설정하고, 상기 입점을 원점으로 하는 공간좌표계에 상기 노드를 배치하여 사용자 노드 좌표값을 도출하는 이미지 분석부, 및 기 설정된 표준 노드 좌표값에 매칭된 운동 동작별 정상 노드 가동범위를 상기 사용자 노드 좌표값에 맞추어 보정하여, 상기 사용자 노드 정상 가동 상태를 정면 영상과 측면 영상으로 생성하여 디스플레이하는 재생부를 포함하여 구성된 운동 트레이닝 시스템」을 제공한다.

Description

운동 트레이닝 시스템{Exercise training system}
본 발명은 사용자 전신을 촬영한 이미지를 분석하여, 사용자별 움직임의 정상 가동 범위를 영상으로 디스플레이하는 운동 트레이닝 시스템에 관한 것이다.
규칙적인 운동은 영양섭취와 휴식과 더불어 현대인의 건강유지 3대 요건 중 하나이다.
건강한 생활을 영위하기 위해 운동에 대한 현대인들의 관심은 증가했지만, 시간과 비용 등의 문제로 전문운동센터 방문 및 전문 트레이너의 지도가 모든 사람들에게 동등하게 적용되지 못하고 있는 실정이다.
우선적인 대안으로 최근 스마트폰을 이용하여 다양한 어플리케이션을 통해 '홈트레이닝'으로 운동을 하는 사람들이 증가했다. 어플리케이션 설치만으로 간단히 운동을 시작할 수 있지만, 이 경우의 대부분은 시연영상을 볼 수만 있고, 자신의 자세에 대해 교정을 받을 수 없는 일방적인 진행 시스템으로써 개인의 신장과 관절 등 신체조건에 대한 이해가 없는 동일한 운동법 안내는 오히려 사용자의 부상을 초래할 수 있다.
이러한 문제점을 보완하여 최근 운동 마니아들을 위해서 개인의 신체 조건을 파악하기에 용이한 별도의 마커를 몸에 부착하거나, 기기를 별도 소지하여 운영되는 운동 시스템이 보급 중이나, 운동에 앞서 부수적인 과정이 요구되어 번거로움이 있을 것으로 사료된다.
또한, 닌텐도 피트니스 복싱, PS 저스트 댄스 등의 기존 운동 시스템은 사용자가 추구해야 할 운동 형태를 단면적으로 인식시킬 수는 있으나, 화면에 미처 표현되지 못한 다른 관절의 가동범위를 안내하는데 미비할 수 있다.
상기와 같은 이유로 최근에는 사용자별 움직임의 정상 가동 범위를 영상으로 디스플레이하는 운동 트레이닝 시스템에 대한 필요성이 증대되고 있다.
1. 등록특허 10-1849373 "인체의 관절구조를 추정하기 위한 장치 및 방법" 2. 공개특허 10-2014-0113125 "개인 맞춤형 운동 관리 방법 및 시스템"
본 발명은 사용자 전신을 촬영한 이미지를 분석하여 사용자별 움직임의 정상 가동 범위가 영상으로 디스플레이 되는 운동 트레이닝 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 「입점(立點, Standing Point) 기준으로 사용자 전신의 정면과 측면을 촬영하는 카메라부, 상기 카메라부의 촬영 이미지를 분석하여 인체 관절 위치에 노드(Node) 설정하고, 상기 입점을 원점으로 하는 공간좌표계에 상기 노드를 배치하여 사용자 노드 좌표값을 도출하는 이미지 분석부, 및 기 설정된 표준 노드 좌표값에 매칭된 운동 동작별 정상 노드 가동범위를 상기 사용자 노드 좌표값에 맞추어 보정하여, 상기 사용자 노드 정상 가동 상태를 정면 영상과 측면 영상으로 생성하여 디스플레이하는 재생부를 포함하여 구성된 운동 트레이닝 시스템」을 제공한다.
상기 운동 동작별 정상 노드 가동범위는 노드별 시간-공간좌표 매칭 데이터로 설정된 것을 적용할 수 있다.
또한, 상기 카메라부에서 촬영한 사용자의 실시간 운동 영상과 상기 재생부에서 생성한 사용자 노드 정상 가동 상태를 대조하여, 사용자 운동자세의 정ㆍ오를 판별하는 판독부를 더 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 판독부의 판별 결과에 따라 정ㆍ오 메세지를 송출하는 안내부를 더 포함하여 구성할 수 있다.
또한, 상기 재생부에서 생성한 사용자 노드 정상 가동 상태의 정면 영상과 측면 영상은, 상기 입점의 정면과 측면에 설치된 거울에 구비된 투명 패널에 디스플레이 되어, 상기 거울에 비친 사용자 상(象)에 오버랩핑 되도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음의 효과가 있다.
1. 전문운동센터 방문 및 전문가의 지도 없이 쉽게 전문적으로 운동할 수 있다.
2. 사용자의 신체조건에 맞추어 사용자 노드 좌표값이 보정되어 적절한 관절 가동범위가 설정되기 때문에 부상을 방지 할 수 있다.
3. 별도의 마커를 사용자에게 부착하지 않고 관절 노드를 수치화하여 편리하게 사용할 수 있다.
4. 사용자 노드 정상 가동 범위를 정면과 측면 영상으로 재생하여 2D 운동 프로그램보다 더 정확한 안내를 할 수 있다.
5. 사용자의 운동자세를 판별 후 정ㆍ오 메세지를 송출하여 즉각적인 자세교정의 효과를 얻을 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 가상의 X-Y-Z축을 형성하여 사용자의 신체에 접하는 X, Y, Z 좌표를 추출하는 것을 설명하는 사시도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 각 1개의 거울과 투명 패널로 구성된 경우, 별도의 외부 카메라로 측면 영상을 촬영하여 각 1개의 거울에 비치거나 투명 패널에 재생되는 사용자의 정면 및 측면 모습과, 사용자 노드 정상 가동 상태를 영상으로 재생하는 것을 설명하는 사시도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 사용자의 운동자세를 판별 후 정ㆍ오 메세지를 송출하는 것을 설명하는 사시도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
본 발명은 「입점(10)(立點, Standing Point) 기준으로 사용자 전신의 정면과 측면을 촬영하는 카메라부(100); 상기 카메라부(100)의 촬영 이미지를 분석하여 인체 관절 위치에 노드(Node)(210) 설정하고, 상기 입점(10)을 원점으로 하는 공간좌표계(220)에 상기 노드(210)를 배치하여 사용자 노드 좌표값을 도출하는 이미지 분석부(200); 및 기 설정된 표준 노드 좌표값에 매칭된 운동 동작별 정상 노드 가동범위를 상기 사용자 노드 좌표값에 맞추어 보정하여, 상기 사용자 노드 정상 가동 상태를 정면 영상과 측면 영상으로 생성하여 디스플레이하는 재생부(300); 를 포함하여 구성된 운동 트레이닝 시스템」을 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
상기 입점(立點, Standing Point)(10)은 운동 시작에 앞서 사용자의 기본 위치로 인식되는 지점이며, 운동 트레이닝 시스템 진행시 실행되는 각 운동 동작의 기본 위치로 설정 될 수 있다.
상기 카메라부(100)는 입점(10)을 기준으로 사용자 전신의 정면과 측면을 촬영할 수 있다. 또한, 상기 카메라부(100)는 서로 마주보게 배치 된 거울(20) 및 투명 패널(30)에 형성되거나, 거울(20) 및 투명 패널(30)의 외부에 부착 되거나, 별도의 지지대를 조립하여 사용자 주변에 구비 될 수 있다.
상기 이미지 분석부(200)는 상기 카메라부(100)에서 수신된 촬영 이미지를 분석하여 인체 주요 관절을 기준점으로 추출하여 노드(210)로 설정할 수 있다. 또한, 상기 입점(10)을 원점으로 하는 공간좌표계(220)에 상기 노드(210)를 배치하여 사용자 노드 좌표값을 도출할 수 있다.
또한, 상기 이미지 분석부(200)는 사용자가 별도의 마커를 부착하거나 기기를 소지하지 않아도 사용자의 노드(210)를 추출할 수 있고, 촬영된 이미지를 분석하여 사용자의 신체 이미지를 머리, 몸통, 팔, 다리로 분류하고, 각 신체 분류의 범위를 특정하여 사용자의 신체 범위를 도출할 수 있다. 상기 도출된 신체 범위는 상기 도출된 노드(210)와 매칭되어 사용자의 동작 범위를 정확하게 측정할 수 있다.
상기 사용자 노드 좌표값은 상기 입점(10)을 원점(0,0,0)으로 하는 가상의 X-Y-Z축으로 이루어진 공간좌표계(220) 상의 값으로, 상기 이미지 분석부(200)에서 사용자의 주요 관절의 위치정보를 추출하여 상기 공간좌표계(220)상에 좌표값으로 환산한 것이다.
상기 공간좌표계(220)는 가상의 X-Y-Z축으로 이루어진 좌표계로 구성 될 수 있다. 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 가동되고 사용자가 상기 입점(10)에 위치한 경우, 상기 이미지 분석부(200)가 상기 공간좌표계(220) 내에서 사용자의 신체에 해당하는 부위의 X, Y, Z 좌표값을 추출할 수 있다.
이는 하기에서 [도 2]를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
[도 2]는 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템의 좌표설정 과정을 도시한 것으로, 상기 이미지 분석부(200)는 사용자가 입점(10)에 위치할 경우, 가상의 X-Y-Z축으로 구성된 공간좌표계(220)를 형성하고 사용자의 주요 관절 부위(노드)의 X, Y, Z 좌표값을 추출하여, 사용자 노드 좌표값으로 도출할 수 있다.
상기 사용자의 주요 관절 부위는 머리, 어깨, 팔꿈치, 손목, 허리, 고관절, 무릎, 발목 등 운동 시 가동되는 기준점으로 주요한 관절을 포함 할 수 있다.
상기 재생부(300)는 기 설정된 표준 노드 좌표값에 매칭된 운동 동작별 정상 노드 가동범위를 상기 사용자 노드 좌표값에 맞추어 보정하여, 상기 사용자 노드(210)의 정상 가동 상태를 정면 영상과 측면 영상으로 생성하여 디스플레이 할 수 있다.
상기 표준 노드 좌표값은 대한민국 표준 남ㆍ여 나이를 기준으로 하여 머리, 어깨, 팔꿈치, 손목, 허리, 고관절, 무릎, 발목 등 신체 주요 관절 위치를 좌표화한 값으로, 운동 트레이닝 시스템 작동시 기본값이 될 수 있다.
상기 운동 동작별 정상 노드 가동범위는 상기 사용자 노드 좌표값을 기준으로 노드별 시간-공간좌표 매칭 데이터를 참고하여 사용자의 신체 조건에 맞게 관절 움직임의 좌표값이 보정된 것을 특징으로 할 수 있다. 사용자의 신체 조건과 체형에 맞춘 관절의 허용 가동범위로 동작을 유도하여 부상의 위험을 감소시키며, 최적의 운동 효과를 유도할 수 있다.
상기 시간-공간좌표 매칭 데이터는 표준 노드 좌표값을 기준으로 머리, 어깨, 팔꿈치, 손목, 허리, 고관절, 무릎, 발목 등 운동 시 동작에 관여하는 주요한 관절의 허용 가동범위가 설정된 데이터를 포함할 수 있다. 상기 시간-공간좌표 매칭 데이터는 운동의 단계별로 설정된 정상 노드 가동범위를 순서대로 저장한 것으로 각각의 운동별로 단계별 동작의 시간 및 가동범위가 각 노드별 좌표값과 매칭되어 저장되어 있다. 스쿼트 동작에 대한 시간-공간좌표 매칭 데이터를 예를 들면, 스쿼트의 준비단계에서 양 발을 어깨 넓이로 벌리고 서는 동작을 취하는데 이때의 양 발목의 관절 노드를 비롯한 주요 관절 노드의 허용범위가 설정된 좌표값이 입력되고, 그 후 무릎을 굽히는 동작의 단계에서 무릎관절의 노드가 시간의 순서에 따라 굽혀지는 위치의 허용범위가 설정된 좌표값을 입력하는 방식으로 상기 시간-공간좌표 매칭 데이터 값을 설정할 수 있다.
상기 운동 동작은 제자리 기본 동작, 맨손운동, 기구운동 등을 포함할 수 있다. 또한 운동 트레이닝 시스템이 인터넷에 연결된 상태인 경우, 이미지 분석부(200)가 인터넷에 접속하여 새로운 운동영상을 스트리밍 및 다운로드 하여 운동 동작을 단계적으로 분석할 수 있고, 분석한 동작을 운동 트레이닝 시스템에 추가 적용하여 사용할 수 있다.
상기 사용자 노드 정상 가동 상태는 상기 정상 노드 가동범위를 사용자의 신체에 맞게 영상화한 것으로, 정면 영상과 측면 영상으로 생성되어 재생부(300)에서 디스플레이 될 수 있다.
상기 재생부(300)에서 생성한 사용자 노드 정상 가동 상태의 정면 영상과 측면 영상은, 상기 입점(10)의 정면과 측면에 설치된 거울(20)에 구비된 투명 패널(30)에 디스플레이 되어, 상기 거울(20)에 비친 사용자 상에 오버랩핑 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 사용자는 거울(20)에 비친 사용자 상과 사용자 노드 정상 가동 상태를 동시에 확인 할 수 있기 때문에 전문 트레이너의 지도 없이 올바른 자세로 운동을 시도할 수 있다.
이때, 상기 거울(20)에 투영되는 사용자 상은 좌우가 반전되어 투영되므로 노드의 정상 가동 상태 역시 좌우가 반전된 상태로 표시 될 수 있다.
또한, 본 발명은 「상기 카메라부(100)에서 촬영한 사용자의 실시간 운동 영상과 상기 재생부(300)에서 생성한 사용자 노드 정상 가동 상태를 대조하여, 사용자 운동자세의 정ㆍ오를 판별하는 판독부(400); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운동 트레이닝 시스템」을 함께 제공한다.
상기 판독부(400)는 상기 카메라부(100)에서 촬영한 사용자의 실시간 운동 영상과 상기 재생부(300)에서 생성한 사용자 노드 정상 가동 상태를 비교하여 사용자 운동자세의 정.오를 판별할 수 있다. 이때, 판독부(400)는 사용자의 실시간 운동 영상과 사용자 노드 정상 가동 상태로 허용되는 오차범위(이하, '허용 오차범위')에 따라 사용자 운동 자세의 정확도를 분석할 수 있다. 판독부(400)에서 판독한 사용자의 자세가 상기 허용 오차범위 내에 있는 경우, 현재 사용자의 자세가 적정 수준에 해당한다고 판별할 수 있다.
또한, 판독부(400)는 상기 허용 오차범위를 초과하는 일정 한계선을 설정하여 '교정범위'로 설정하고, 상기 교정범위를 넘는 영역은 오류범위로 인식하도록 구성할 수 있다. 이에 따라 상기 사용자의 자세가 상기 허용 오차범위를 초과하지만 상기 교정범위 내에 있는 경우에는 현재 사용자의 자세가 적정 수준을 벗어난 경우로 판별하여 사용자의 자세 교정을 요청하는 신호를 생성할 수 있다. 사용자의 자세가 상기 교정범위를 넘는 경우에는 임계 오차를 벗어난 경우로 판별하여 잘못된 운동 자세임을 알려 주는 신호를 생성할 수 있다.
또한, 설치된 거울(20)과 구비된 투명 패널(30)이 1개씩일 경우, 1개의 카메라부(100)가 정면 영상을 촬영할 수 있고, 측면에 별도로 설치된 외부 카메라(110) 영상을 촬영하여 1개의 투명 패널(30)로 정면과 측면 영상 및 정면과 측면 사용자 노드 정상 가동 상태를 확인하도록 설정할 수 있다.
이는 [도 3]을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
[도 3]을 참조하면, 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 설치된 거울(20)과 구비된 투명 패널(30)이 1개씩일 경우, 1개의 카메라부(100)가 사용자의 정면을 촬영할 수 있고, 측면의 외부 카메라(110)는 사용자의 측면을 촬영할 수 있으며, 정면과 측면의 영상 및 사용자 노드 정상 가동 상태를 1개의 거울(20)과 투명 패널(30)에서 동시에 재생되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 「상기 판독부(400)의 판별 결과에 따라 정ㆍ오 메세지를 송출하는 안내부(500); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운동 트레이닝 시스템」을 함께 제공한다.
상기 안내부(500)는 상기 판독부(400)의 판별 결과에 따라 투명 패널(30)에 정ㆍ오 메시지를 송출 할 수 있다. 상기 안내부(500)는 상기 판독부(400)로부터 전달받은 사용자의 자세 정보가 상기 허용 오차범위 이내인 경우 'PERFECT', 허용 오차범위를 초과하지만 교정범위 이내인 경우 'MISS', 상기 교정범위를 초과한 경우 'FAIL' 신호를 송출 할 수 있다. 상기 'PERFECT', 'MISS', 'FAIL' 신호는 문자, 음성, 빛 등을 매개로 송출할 수 있다.
이는 [도 4]를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
[도 4]를 참조하면, 본 발명에 따른 운동 트레이닝 시스템이 사용자의 운동자세를 판별 후 정ㆍ오 메세지를 송출하는 사시도이며, 사용자의 자세 정보가 상기 허용 오차범위 이내인 경우 상기 안내부(500)에서 'PERFECT' 메시지가 송출되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 안내부(500)는 운동 트레이닝 시스템 시작 및 종료할 경우, 안내 문구를 출력할 수 있으며, 운동 동작명과 운동 자세 시작 전 준비단계 카운트다운, 운동 자세 시작 후 유지동작 카운트다운 등을 포함하여 송출 할 수 있다.
10 : 입점 20 : 거울
30 : 투명 패널
100 : 카메라부
110 : 외부 카메라
200 : 이미지 분석부
210 : 노드 220 : 공간좌표계
300 : 재생부
400 : 판독부
500 : 안내부

Claims (5)

  1. 입점(立點, Standing Point)(10) 기준으로 사용자 전신의 정면과 측면을 촬영하는 카메라부(100);
    상기 카메라부(100)의 촬영 이미지를 분석하여 인체 관절 위치에 노드(Node)(210) 설정하고, 상기 입점(10)을 원점으로 하는 가상의 X-Y-Z축으로 구성된 공간좌표계(220)에 상기 노드(210)를 배치하여 사용자 노드 좌표값을 도출하는 이미지 분석부(200);
    기 설정된 표준 노드 좌표값에 매칭된 운동 동작별 정상 노드 가동범위를 상기 사용자 노드 좌표값에 맞추어 보정하여, 상기 사용자 노드의 정상 가동 상태를 정면 영상과 측면 영상으로 생성하여 디스플레이하는 재생부(300); 및
    상기 카메라부(100)에서 촬영한 사용자의 실시간 운동 영상과 상기 재생부(300)에서 생성한 사용자 노드의 정상 가동 상태를 대조하여, 사용자 운동자세의 정·오를 판별하는 판독부(400); 를 포함하고,
    상기 운동 동작별 정상 노드 가동범위는 노드별 시간-공간좌표 매칭 데이터로 설정되며,
    상기 재생부(300)에서 생성한 상기 사용자 노드의 정상 가동 상태의 정면 영상과 측면 영상은, 상기 입점(10)의 정면과 측면에 설치된 거울(20)에 구비된 투명 패널(30)에 디스플레이 되어, 상기 거울에 비친 사용자 상(象)에 오버랩핑 되도록 구성되고,
    상기 이미지 분석부(200)는 인터넷에 접속하여 새로운 운동영상을 스트리밍 또는 다운로드하여 운동 동작을 단계적으로 분석하고, 분석된 동작의 데이터를 상기 재생부(300)에 추가 적용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 운동 트레이닝 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 판독부(400)의 판별 결과에 따라 정·오 메세지를 송출하는 안내부(500); 를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 운동 트레이닝 시스템.
  5. 삭제
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