KR102335944B1 - 스포츠 공 타격 요소의 충격 특성을 결정하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 방법은 제 1 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트 및 이미지들로부터 제 2 이미지를 식별하는 단계를 포함한다. 제 1 및 제 2 이미지는 물체 타격 요소와 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되고 그리고 충격 시간에서의 물체의 위치에 대응하는 제 1 및/또는 제 2 이미지에서의 위치를 결정하는 단계와 결합하여(combination) 충격의 충격 시간을 결정한다. 제 1 및 제 2 이미지의 제 1 포인트의 위치에 기초하여, 충격 시간에서의 제 1 포인트의 위치에 대응하는 제 1 및/또는 제 2 이미지에서의 위치를 결정한다. 상기 방법은 또한 이미저로부터 물체 및 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하고 그리고 제 1 포인트에 대한 물체의 충격 장소를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

스포츠 공 타격 요소의 충격 특성을 결정하는 시스템 및 방법

본 발명은 2017년 12월 22일자로 출원된 미국특허출원 제62/609,867호에 우선권을 주장한다. 상기 출원의 명세서는 여기에 참조로 포함된다.

타격된 물체의 충격 특성은 물체의 비행에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 골프 공이 골프 클럽의 면에 충격하는 위치는 골프 샷의 결과에 크게 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 골프 샷의 충격 특성에 관한 정보는 골퍼, 골프 강사, 클럽 피터 등에게 유용하다. 다른 충격 특성은 공과의 충격 포인트까지 골프 클럽의 어택 앵글을 포함한 골프 클럽의 경로에 의해 기술된 3차원 방향, 그리고 클럽 면의 페이스 앵글, 다이나믹 로프트 및 다이나믹 라이와 같은 특성을 포함한 공과 충격 직전의 골프 클럽의 3차원 배향을 포함할 수 있다. 미국특허 제8,951,138호와 같이 충격 특성을 결정하기 위한 종래 기술은 충격 특성을 얻기 위해 스테레오-비전 기술을 이용하여 충격시 클럽 페이스를 향한 복수의 카메라를 사용하여 클럽과 공 사이 충격의 시각적 관측을 요구한다. 그러나 그러한 시스템을 위한 카메라가 골퍼의 전방(즉, 다가오는 골프 샷의 경로)에 있어야 하기 때문에 카메라가 타격된 볼에 부딪힐 위험에 노출된다. 또한, 미국특허 제8,951,138호의 시스템은 클럽 페이스 상에 반사 마커를 정확하게 배치 할 것을 요구하는데, 이는 시간이 걸리고 어려운 과정이며 골프 공을 칠 때 골퍼의 정상적인 흐름을 방해할 수 있으며, 여러 대의 카메라가 필요하므로 시스템의 복잡성과 비용이 증가한다.

본 발명은 스포츠 공 타격 요소와 같은 물체 타격 요소의 충격 특성을 결정하기 위한 새로운 방법을 사용하는 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 단일의 이미저(imager)를 포함할 수 있다. 이미저는 시각 또는 비시각 파장 영역에서 작동할 수 있고 일반적으로 150 내지 4000fps의 알려진 프레임 속도로 작동할 수 있다. 이미저는 특수 목적 장치의 일부이거나 스마트폰 또는 이와 유사한 카메라일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 시스템은 충격 특성 결정의 정확성을 향상시키기 위한 또 다른 이미저, 레이저 또는 마이크로폰과 같은 추가적인 센서를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에 기술된 몇몇 실시예는 공 타격 요소 또는 공의 임의의 특별한 마킹을 요구하지 않고, 대신 골프 클럽의 호젤(hosel) 또는 토우(toe), 야구 또는 크리켓 배트의 팁 또는 손잡이, 테니스, 배드민턴, 스쿼시 또는 다른 라켓의 팁 또는 헤드, 축구화의 힐 및/또는 토우와 같은 개별 공 타격 요소 상의 일반적인 고정점을 식별한다. 상기 고정점들은 공 타격 요소의 운동 동안 이미저의 넓은 시야각으로부터 공이 타격될 장소 및/또는 넓은 범위의 각도로 보이는 이미지들에서 명확하게 식별 가능한 기준에 따라 선택된다. 고정선은 예를 들어, 골프 클럽, 하키 스틱 또는 라켓의 샤프트일 수 있다. 고정선의 다른 예는 손잡이가 위치하는 야구 또는 크리켓 배트의 중앙선(central line) 이다. 고정선은 일반적으로 직선이지만, 스윙 중에 공 타격 요소의 각 가속도로 인해, 이러한 고정선은 충격 시간 전후에 약간의 곡선 모양을 경험할 수 있는데, 여기서 선수는 일반적으로 공과 충격하기 위한 공 타격 요소 부분의 속도를 가속화하려고 시도한다.

고정점은 또한 골프 클럽 상의 클럽 페이스의 중심과 같은 공 타격 요소의 사용자 친화적인 좌표계로 직접 또는 용이하게 전달될 수 있도록 선택된다. 예를 들어, 골프 클럽의 호젤(hosel)에서 클럽 페이스의 중심으로의 이러한 전환은 일반적으로 병진 및 회전을 모두 포함할 것이다. 전환에 필요한 파라미터는 미리 결정되거나 고정점 및 고정선 추적을 통해 결정될 수 있으며, 선택적으로 클럽 페이스의 중심이 골프 클럽의 토우와 힐 사이 페이스의 중간에 있는 것 등과 같은 가정과 조합된다.

개시된 실시예에 따른 방법은 제 1 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트 및 일련의 이미지로부터 제 2 이미지를 식별하는 단계를 포함하며, 여기서 제 1 및 제 2 이미지는 물체 타격 요소와 물체의 충격의 미리 결정된 시간 범위 이내에 캡쳐되며 충격 시간에 물체의 장소에 대응하는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 이미지의 위치를 결정하는 것, 및 제 1 및 제 2 이미지의 위치를 기반으로, 충격 시간에 제 1 위치에 대응하는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 이미지 상의 장소를 결정하는 것과 결합하여 물체와 물체 타격 요소의 충격의 충격 시간이 결정된다. 이 방법은 또한 이미저로부터 물체와 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하고 제 1 포인트에 대한 물체의 충격 장소를 결정하는 것을 포함한다.

추가 실시예에 따른 방법은 일련의 이미지로부터 제 1 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트를 식별하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 및 제 2 이미지는 물체와 물체 타격 요소의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에 캡쳐되며 물체와 물체 타격 요소의 충격의 충격 시간을 결정하고 미리 결정된 시간 범위 동안 이미저로부터 물체 타격 요소까지 거리의 변화율을 결정하는 것을 포함한다. 이 방법은 또한 이미저로부터 물체와 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하고 미리 결정된 시간 범위 동안 물체 타격 요소의 운동의 3차원 방향을 결정하는 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방법은 일련의 이미지로부터 적어도 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 선을 식별하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서 제 1 및 제 2 이미지는 물체와 물체 타격 요소의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에 캡쳐되고 충격 시간에 라인의 각도를 결정하는 것과 결합하여 물체와 물체 타격 요소의 충격의 충격 시간을 결정한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 충격 특성을 결정하기 위한 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 제 1 배면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 제 2 배면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 야구공에 충격을 주는 야구 배트의 도면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 테니스 공에 충격을 주는 테니스 라켓의 도면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예 중 하나에서 필요한 단계의 흐름도를 도시한다.
도 7A 및 7B는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 클럽 좌표계의 도면을 도시한다.
도 8A는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시간에 따른 공 타격 요소의 위치, 거리 또는 각도의 성분을 도시한다.
도 8B는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 시간에 따른 공 타격 요소의 속도 성분을 도시한다.
도 9A 및 9B는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 클럽의 샤프트의 편향이 감지되는 위치에서 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 배면도를 도시한다.
도 10a 내지 10f은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공에 충격을 주는 일련의 이미지를 도시한다.

예시적인 실시예는 다음의 설명 및 관련 첨부 도면을 참조하여 추가로 이해될 수 있으며, 여기서 동일한 요소는 동일한 참조 번호가 제공된다. 예시적인 실시예는 타격받는 물체와 물체 타격 요소, 특히 공과 공 타격 요소의 충격 특성을 결정하고, 예를 들어, 다음을 식별하는 시스템 및 방법에 관한 것이다: 스포츠 공과 접촉하는 공 타격 요소 상의 장소; 스포츠 공과의 충격 직전 및 충격을 통한 스포츠 공 타격 요소의 3차원 경로; 스포츠 공 타격 요소와의 충격 직전 및 충격을 통한 공의 경로 등. 골프와 같은 특정 응용에서, 스포츠 공은 공 타격 요소와 충격 전에 정지될 수 있는 반면, 야구와 같은 다른 경우에는 공이 배트와의 충격 전에 움직일 것이다. 본 명세서에 설명된 다양한 예시적인 실시예는 골프 클럽 및 골프 공의 추적을 설명하지만, 당업자는 임의의 스포츠 공 및 스포츠 공 타격 요소, 또는 심지어 스포츠와 관련되지 않은 물체가 같은 방식으로 시스템에서 추적될 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 골프 공(110)에 충격을 주는 골프 클럽(120)의 타격 특성을 결정하기 위한 예시적인 실시예에 따른 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 충격 영역, 즉 골프 클럽(120)과 골프 공(110) 사이의 충격이 발생하는 장소로 예상되는 영역을 포함하는 시야(FoV)를 갖는 이미저(108)를 포함하는 장치(102)를 포함한다. 이미저(108)는 골프 샷의 수행 동안 다양한 시간에 일련의 이미지를 캡쳐한다. 이미지는 본 명세서에서 프레임으로 지칭된다. 일련의 이미지는 골프 클럽(120)과 골프 공(110)의 위치를 나타내는 복수의 프레임을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시간(t-2)에서, 골프 클럽(120)이 위치(120)(t-2)를 갖고 골프 공(110)이 위치(110)(t-2)를 가진다. 마찬가지로, 시간(t-1)에서, 골프 클럽(120)은 위치(120(t-1))을 갖고 골프 공은 위치(110(t-1))를 갖는다. 시간(t0)은 충격하는 시간이다. 본 실시예에서, 충격 전의 골프 공의 위치, 즉, 110(t-2), 110(t-1) 및 충격시 골프 공의 위치, 즉 110(t0)는 동일하다. 그러나, 다른 실시예에서, 물체는 충격 이전에 움직일 수 있다. 예시적인 실시예들은 충격(t0)의 정확한 순간이 프레임에서 캡쳐 되는 것을 요구하지 않는다. 연속적인 프레임들 사이, 예를 들어 (t-2)에서 캡쳐 프레임 및 (t-1)에서 캡쳐 프레임에서, 시간 범위는 이미저(108)의 프레임 속도와 관련이 있다. 충격 전후 골프 스윙의 복수의 프레임을 캡쳐하기에 충분히 높은 프레임 속도를 가지고 있는 임의의 이미저(108)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 10a 내지 10f은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 일련의 이미지를 도시한다. 6개의 연속적인 프레임은 6ms의 시간 증가에서 골프 샷으로 도시되며, 이는 167fps의 프레임 속도와 관련이 있다.

장치(102)는 프로세서 및 컴퓨터 판독 가능한 메모리를 포함하는 처리 장치(101)를 포함한다. 처리 장치(101)는 데이터를 송수신하기 위한 트랜시버와 충격 특성을 표시하기 위한 디스플레이를 선택적으로 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의한 실행을 위해 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 저장할 수 있다. 메모리는 특정 골프 클럽 또는 골프 클럽 유형(드라이버, 3번 우드, 4번 아이언, 5번 아이언 등)의 기하학적 모델 또는 참조 이미지 및 골프 공의 기하학적 모델 또는 참조 이미지뿐만 아니라 클럽 좌표계에 대한 고정점 및 고정선의 장소를 추가로 저장할 수 있다. 다른 실시예들에서, 메모리는 하나 이상의 추가 객체 타격 요소들(배트, 라켓 등)의 기하학적 모델 또는 참조 이미지 및 대응하는 물체(야구공, 테니스공)의 기하학적 모델 및 참조 이미지뿐만 아니라 물체 좌표계에 대한 고정점 및 고정선의 장소를 저장할 수 있다. 처리 장치는 도 1에 장치(102)의 필수 부분으로 도시되어 있지만, 처리 장치(101)는 장치(102)의 일체화된 부분이 아닐 수 있으며 적절한 유선 또는 무선 인터페이스를 통해 이미저(108)와 연결된 컴퓨터 일 수 있다. 선택적으로, 장치(102)는 레이더 수신기(104) 및 하나 이상의 레이더 송신기(106)를 포함할 수 있다. 레이더는 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 전체 시스템의 정확성 및 견고성을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 장치(102)는 마이크로폰(도 1에 도시되지 않음) 및/또는 하나 이상의 추가 이미저와 같은 다른 센서를 또한 포함할 수 있다. 추가 이미저는 다른 이미저 설정에서 작동하거나 이미저(108)에 의해 사용되는 것과 다른 파장을 사용함으로써 시스템(100)의 신뢰도를 증가시키기 위해 이미저(108)와 함께 사용될 수 있다. 추가 이미저에 의해 캡쳐된 이미지는 고정점 및 고정선을 식별하고 추적하기 위해 스테레오 비전 기술을 사용하여 또한 처리될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 장치(102)는 타격된 골프 공(110)에 대한 의도된 목표 라인 뒤에 배치되어, 골프 클럽의 움직임과 공의 경로(109)가 가능한 이미저의 시야(FoV)에 나타나는 것을 보장하는 동시에 장치(102)가 목표 외 골프 샷에 의해 충격 받을 위험이 없도록 보장한다. 장치(102)의 다른 장소도 또한 사용될 수 있다. 실제로, 골프 클럽(120) 및 골프 공(110)의 충격 시간 즈음에 골프 클럽(120)과 골프 공(110)의 움직임을 묘사하는 충분한 수의 프레임이 캡쳐만 되면 장치(102)에 대한 임의의 장소가 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 골프 공(110)에 충격을 주는 골프 클럽(120)의 배면도를 도시한다. 도시된 배면도는 이미저(108)로부터의 이미지일 수 있다. 이는 이미저(108)가 충격 전후 이미지를 포함하는 일련의 이미지를 캡쳐할 수 있다고 이해될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 골프 클럽(120) 샤프트(128)의 바닥 부분의 중앙선과 같이 공 타격 요소의 고정선(126)이 식별될 수 있다. 그러나, 식별된 고정선은 공 타격 요소의 모양에 따라 다양할 수 있다. 고정선 외에도 골프 클럽(120) 헤드(112) 상의 다양한 고정점(121-125)은 고정점(121-125)이 보이는 일련의 이미지들의 각 이미지에서 식별된다. 모든 고정점(121-125)이 각 이미지들에서 명확히 보이지는 않는다. 예를 들어, 클럽 헤드(112)의 바닥은 이미저(108)로부터 볼 때, 풀에 덮혀 고정점(122, 123, 및 125)의 감지를 어렵게 만들 수 있다. 골프 공(11)의 장소는 또한 일련의 이미지들의 적어도 일부에 의해 결정된다. 골프 공(110)의 장소는 충격 전 즉, 시간(t-1)의 적어도 하나의 이미지 및 충격 후 즉, 시간(t1)에서의 적어도 하나의 이미지에 의해 결정된다. 충격시(t0) 골프 공(110)의 장소는 도 2에 110(t0)으로, 충격 후 시간(t1, t2)은 110(t1) 및 110(t2)로 도시된다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 공(110)에 충격을 주는 골프 클럽(120)의 제 2 배면도(300)를 도시한다. 도 3에서, 마커(127)가 골프 샤프트 상에 배치되었다. 선택적 마커(127)는 일련의 프레임의 각각 또는 증가된 수의 프레임에서 이 점의 감지를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 마커(127)는, 도 6과 관련하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 임의의 다른 고정점(121-125) 또는 고정선(126)의 결정의 정확성을 확인하기 위해 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 야구공(130)에 충격을 주는 야구 배트(140)의 도면(400)을 도시한다. 도시된 뷰(view)는 이미저(108)로부터의 이미지 일 수 있다. 도 2-3에 기술된 실시예들과 유사하게, 야구 배트(140)의 고정선은 야구 스윙의 충격 특성을 측정하기 위해 식별될 수 있다. 상기 예에서 골프 클럽과 대조적으로, 야구 배트(140)의 고정선(145)는 야구 배트의 중심선, 즉 배트(140)의 종축으로 선택될 수 있다. 야구 배트는 일반적으로 회전 대칭 모양을 가지므로, 특정 배트 유형 또는 모델을 알지 못하더라도 배트의 종축을 식별하는 것은 일반적으로 쉽다. 야구 배트(140)의 고정점은, 예를 들어, 손잡이에서부터 가장 먼 배트의 팁(141) 및 배트 손잡이의 손잡이 끝(142)일 수 있다. 이러한 고정점은 예를 들어, 140(t-1), 140(t0) 등 여러 번의 이미지에서 배트의 위치를 확실하게 결정하기 위해 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 야구공(130)은 충격 전, 예를 들어 130(t-2), 130(t-1) 및 충격 후, 예들 들어 103(t1), 130(t2) 모두에서 감지된다. 비록, 충격시 공의 위치(103)(t0)가 이미지에서 정확하게 보이지 않거나, 야구 배트 또는 야구 배트를 휘두르는 선수에 가려질 수 있더라도 충격 전후 모두 공을 감지함으로써 충격시 공의 위치(130)(t0)를 결정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 테니스공(150)에 충격하는 테니스 라켓(160)의 도면을 도시한다. 도시된 뷰는 이미저(108)로부터의 이미지 일 수 있다. 도 2-4에 기술된 실시예들과 유사하게, 테니스 라켓(160)의 고정선은 테니스 라켓 스윙의 충격 특성을 측정하기 위해 결정될 수 있다. 그러나, 테니스 라켓(160)의 고정선(165)은 테니스 라켓 샤프트(164)와 손잡이의 중심선 일 수 있다. 테니스 라켓(160)의 고정점은 라켓 손잡이의 바닥(162), 라켓의 손잡이와 헤드의 교차점에서의 목부(throat)(163) 및 라켓 헤드(166)의 팁(161) 일 수 있다. 또한, 라켓 헤드(166)의 프레임의 전체 또는 일부가 결정될 수 있다. 이들 고정점 및 라인 중 하나 이상을 사용하여, 장치(102)는 예를 들어, 160(t-1), 160(t)와 같이 이미지에서 라켓의 위치를 여러 번 확실하게 결정할 수 있다. 유사한 방식으로, 테니스공(150)은 충격 전, 예를 들어 150(t-2), 150(t-1) 및 충격 후, 예를 들어 150(t1), 150(t2) 모두에서 감지될 수 있다. 충격시 공의 위치(150)(t0)은 이미지에서 사용할 수 없거나 테니스 라켓 또는 테니스 선수에 의해 가려질 수 있다. 그러나 충격 전후의 공을 감지하고 이들 위치 사이에 보간함으로써, 충격시 공의 위치(150)(t0)를 결정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 볼 타격 요소를 갖는 공의 충격 특성을 결정하기 위한 방법(600)을 도시한다. 도 6에는 본 발명의 바람직한 단계가 도시되어 있다. 도 6의 각 단계에 대한 보다 상세한 설명은 다음과 같다.

단계(605)에서, 프로세서(101)는 주어진 프레임 속도로 이미저(108)로부터 일련의 이미지를 수신한다. 일련의 이미지는 물체와 물체 타격 요소, 예를 들어, 스포츠 공 및 공 타격 요소, 이 예에서는 골프 공 및 골프 클럽을 도시한다. 이미저(108)가 프레임을 캡쳐하는 프레임 속도는 사용된 이미저에 의존하며 설정 가능할 수 있다. 충격 전후의 골프 스윙의 복수의 프레임을 캡쳐하기에 충분히 높은 프레임 속도를 갖는 임의의 이미저(108)가 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 이미지는 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐된다. 예들 들어, 프레임은 충격 50ms 전의 시간부터 충격 50ms 후의 시간까지 캡쳐될 수 있다. 바람직하게는, 프레임은 충격 전 25ms 전의 시간부터 충격 후 25ms 시간까지 캡쳐될 수 있다.

단계(610)에서, 고정점 및 고정선은 일련의 프레임에서 식별된다. 이미지에서 고정점 및 고정선의 식별은 많은 다른 방식으로 수행될 수 있다. 제 1 예에서, 프로세서(101)는 "모션 이미지(motion image)"를 생성하기 위해 현재 프레임으로부터 추정된 배경 이미지를 감지함으로써, 인접한 프레임에 대한, 이미지상의 움직임을 먼저 감지할 수 있다. 가능한 강건하고 정확한 모션 감지를 위해 모션 이미지에 다양한 평활화 및 필터링이 수행될 수 있다. 이미지에서 감지된 움직임은 전형적으로 공 타격 요소, 공 타격 요소를 스윙하는 선수 및 공과 일치할 것이다. 일부 적용예에서, 예를 들어 골프에서는, 공이 충격 후에만 움직인다. 모션 이미지는 또한 MOG 또는 MOG2와 같은 다양한 전경 대 배경 측정 기술을 사용하여 구성될 수 있다. 모션 이미지로부터, 캐니 에지 측정기(Canny edge detector) 또는 허프 변환 (Hough transform)과 같은 상이한 컴퓨터 비전 기술을 사용하여 공 타격 요소의 윤곽을 결정하고, 그로부터 고정점을 갖는 기존의 공 타격 요소의 미리 정해진 세트를 갖는 공 타격 요소의 윤곽을 비교함으로써 고정점 및 고정선을 식별한다. 신경망을 사용하는 머신러닝 접근법과 같은 다른 기술도 사용될 수 있다. 신경망은 이미지의 테스트 세트로부터 많은 수의 이미지들에서 고정점 및 고정선의 인간 주석에 의해 훈련될 수 있다. 이 훈련된 신경망은 그 후 장치(102) 상에 구현되어 고정점이 존재하는 임의의 미래 이미지에서 고정점 및 고정선을 결정할 수 있다. 이미지에서 물체를 감지하기 위한 다른 방법뿐만 아니라 상기 언급된 2가지 방법의 결합이 사용될 수 있다.

각 프레임에 대한 단일 고정점 결정만이 예시적인 실시예를 구성하기 위해 사용될 수 있지만, 각 프레임에 대한 복수의 고정점 및/또는 고정선의 결정이 바람직하다. 더 많은 고정점/선을 추가함으로써, 시스템은, 각각의 프레임에서 서로에 대해, 복수의 고정점의 장소를 더욱 일관되게 결정하여 시스템을 보다 정확하고 견고하게 만들 수 있으며, 시스템이 오류 및 의심스러운 고정점 결정을 식별하고 거부할 수 있고 공 타격 요소를 보다 정확하고 지속적으로 추적할 수 있다. 또한, 골프 클럽의 샤프트 앵글과 같은 고정선의 결정은 충격 특성, 예를 들어 충격 장소를 클럽 헤드의 좌표계로 보다 정확하게 전환하기 위해 사용될 수 있다. 고정점(들) 및/또는 고정선(들)은 공과의 충격 직전에 적어도 2개의 프레임에서 결정된다. 충격 전후에 더 많은 프레임을 사용할 때 더욱 높은 정확도와 견고성을 일반적으로 경험한다.

단계(615)에서, 공과 공 타격 요소의 충격 시간이 결정된다. 공 타격 요소와 공 사이의 접촉 시간이 일반적으로 매우 짧기 때문에(예를 들어, 골프 클럽과 골프 공의 경우 약 0.5ms), 충격 시간은 일반적으로 이미저의 두 프레임 사이에서 발생한다. 공 타격 요소와 공 사이의 첫 접촉 순간, 접촉 시간의 중간 순간, 공의 최대 압축 순간, 또는 공 타격 요소와 공 사이의 분리 순간으로 간주되는 충격 시간의 정확한 정의는 다르게 설명된 실시예에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 스포츠 공 타격 요소와 공이 접촉한 채로 있는 짧은 시간으로 인해, 본 설명의 나머지 부분에서, 충격은 무한히 작은 시간 간격 동안에 발생하여 본 발명의 일반적인 원리의 설명을 용이하게 하는 것으로 가정될 것이다.

공 타격 요소 움직임을 나타내는 수신된 프레임의 시간에 대한 공과 공 타격 요소 충격 시간의 결정은 여러 가지 다른 방법으로 수행될 수 있다. 충격 시간을 감지하기 위한 바람직한 실시예는 이미지에서 공을 감지하는 것을 포함한다. 골프에서와 같이 충격 전 정지 상태에서, 공은 충격 전 하나의 프레임에서만 그리고 충격 후 두 프레임에서 감지될 수 있다. 이미지에서 공의 이러한 최소 3개의 결정된 위치를 상관시킴으로써 서브 프레임 단계에서 충격 시간을 결정할 수 있다. 이는 충격 후의 공(110)의 이미지에서 일정한 속도가 충격 시간(t0)을 계산할 수 있다고 가정하여, 110(t1)과 110(t2) 사이의 이미지에서 거리를 결정하고, 110(t0)에서 110(t1)까지의 이미지에서 거리를 결정함으로써 간단한 선형 보간법으로 수행될 수 있다. 충격 전 공이 움직이면 동일한 접근법이 사용될 수 있지만, 공은 충격 후 2개의 프레임에 추가하여, 충격 전 최소한 2개의 프레임에서 감지될 것이다.

충격 시간을 결정하기 위한 또 다른 실시예는 도 8A 및 8B에 도시된 바와 같이 공 타격 요소의 감속 및/또는 방향 변화를 결정된다. 공 타격 요소의 에너지 손실은 충격 동안 공으로 전달된 에너지의 결과이며, 결과적으로 다소 순간적으로 발생한다. 공 타격 요소의 감속 또는 방향 변화는 고정점 및 선의 선형 또는 각속도의 불연속성을 측정함으로써 감지될 것이다. 이 방법은 충격 전 적어도 2개의 프레임 및 충격 후 적어도 2개의 프레임에서 공 타격 요소의 감지를 이용할 수 있다. 측정된 속도 불연속성은 도 8B에 도시된 바와 같이 시간의 함수로서 임의의 유형의 속도를 볼 때 명확하게 볼 수 있지만, 이 방법은 속도 결정에서 높은 시간 해상도를 요구할 수 있다. 대안적으로, 위치 또는 각도는 도 8A에 도시된 바와 같이, 충격 전 경로와 충격 후 경로의 교차로 결정된 시간 및 충격 시간에 따라 평가될 수 있다.

충격 시간을 결정하는 또 다른 방법은 이미지 감지를 시스템의 일부로서 레이더 센서와 결합하는 것이다. 도플러 레이더는 속도 변화를 감지하기 위한 감도가 매우 높고 샘플 주파수가 매우 높다. 공 타격 요소 및 공 모두에서 속도 변화의 감지는 매우 정확할 수 있다. 이미저의 프레임 및 레이더 신호는 이 방법을 수행하기 위해 시간 동기화 될 수 있다. 대안적으로, 마이크로폰은 이미저의 추가적인 센서로 사용될 수 있다. 공 타격 요소와 공 사이의 충격은 일반적으로 시간 내에 정확하게 위치될 수 있는 예리한 단기 오디오 서명(audio signature)과 관련이 있다. 레이더 방법과 유사하게, 이미저의 프레임 및 마이크로폰의 신호는 이 방법을 수행하기 위해 시간 동기화 될 수 있다. 하드웨어 또는 소프트웨어 해결책을 포함하여, 시간 동기화를 달성하기 위한 많은 다른 접근법이 존재한다.

당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 공 타격 요소 및 공의 충격 시간을 결정하기 위한 전술 한 대안적인 방법은 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

단계(620)에서, 고정점 및 선의 위치 및 방향은 충격시 결정된다. 610에서 고정점/선을 갖는 복수의 프레임이 미리 결정되었고, 620에서는 먼저 고정점/선의 정확도를 높이고, 또한 미리 결정된 충격시점에서 추정된 고정점(들) 위치와 충격 직전에 고정점(들)과 공 타격 요소의 3차원적 접선 방향 모두를 결정하기 위해 평활화가 수행된다. 평활화는 예를 들어 다항식 피팅일 수 있다. 평활화는 또한 예를 들어 3D 원 또는 타원과 같은 공 타격 요소의 예상 움직임에 유사한 물리적 모델일 수 있으며, 레이더로부터 공 타격 요소의 속도 데이터를 사용할 수 있다. 고정점(들)/선(들)의 시간에 따른 미리 결정된 충격 시간 및 평활화된 위치를 사용하여, 정확한 충격 시간에 실제로 이용 가능한 이미지가 없더라도 고정점(들)/선(들)의 위치 및 방향이 충격시에 정확히 결정될 수 있다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 골프 클럽의 고정점(들)/선(들)의 위치 및 방향은 충격 시간시 공격각(attack angle) 및 클럽 경로를 결정하는데 사용될 수 있다. 공격각은 수평선에 대해 측정된 충격 직전의 클럽 헤드의 수직 방향으로 정의될 수 있는 반면 클럽 경로는 공의 현재 장소에서 목표까지의 목표 라인과 같은 기준선에 대해 충격 직전의 클럽 헤드의 수평 방향으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 충격 직전의 클럽 경로 및 공격각은 클럽 경로 및 공격각에서 유의한 변화가 발생하지 않을 것으로 예상되는 충격 주변의 시간 기간 내에 촬영된 2개 이상의 이미지에 도시된 클럽 위치의 선형 보간에 의해 결정될 수 있다. 즉, 충격 전후의 짧은 기간 동안 클럽의 경로와 공격은 크게 다르지 않으며 충격 중인 클럽의 상태는 다음의 위치로부터 보간에 기초하여 결정될 수 있다: 1) 충격 직전에 촬영된 2개의 이미지; 2) 충격 직후에 촬영된 2개의 이미지; 또는 3) 충격 직전에 촬영된 하나의 이미지 및 충격 직후에 촬영된 하나의 이미지. 이 시간 프레임은 충격 전 50밀리초에서 충격 후 50밀리초, 바람직하게는 충격 후 25밀리초일 수 있다. 따라서, 충격 직전의 클럽 경로 및 공격각은 이 시간 프레임 동안 촬영된 임의의 2개의 이미지에 도시 된 클럽 위치의 선형 보간에 의해 결정될 수 있다. 그러나, 이러한 클럽 경로 및 공격각은 지금까지 이미지 평면에서만 결정되었다. 클럽 헤드의 3차원 클럽 방향, 즉 클럽 경로 및 공격각의 3D 버전을 결정하기 위해, 시간 프레임 동안 이미저로부터 클럽 헤드의 범위 변화를 결정하는 것이 필요하다. 이미저로부터 클럽 헤드의 범위 변화는 이미저로부터 제 3 프레임에서 고정점을 결정하거나, 또는 이미저에 대해 레이더의 위치를 알고 있는 경우 시간 프레임 동안 레이더로부터 범위 변화 (방사 속도)를 결정함으로써 결정될 수 있다. 공격각 및 클럽 경로 결정의 위해 충격 후 프레임을 사용하는 경우, 선형 및 각 모멘텀의 보존에 관한 물리 법칙을 만족시키기 위해 충격의 결과로 클럽 헤드에서 발생하는 작은 편향을 고려할 수 있다.

단계(625)에서, 충격시의 공 위치가 결정된다. 이 단계는 선택적일 수 있으며 공 타격 요소 상에 공의 충격 장소가 바람직한 경우에만 실행될 수 있다. 예를 들어, 골프에 적용하는 것과 같이, 충격 전 공이 정지된 상황에서, 이 단계는 충격 전 임의의 이미지에서 공의 장소를 감지함으로써 간단하게 수행된다. 바람직한 실시예에서, 이미저는 발사될 골프 공의 의도된 목표 방향 뒤에 위치 될 때, 충격 전에 근접하게 촬영된 이미지에서 골프 공은 골프 클럽에 의해 가려질 수 있다. 그러나, 임의의 이전 이미지는 충격 전 이미지에서 공의 장소를 결정하는데 사용될 수 있다. 방법(600)의 이전 단계 관점에서, 백스윙 및 포워드스윙의 지속 시간이 일부 범위 내에서 알려져 있음을 고려하면, 충격 전 이미저로부터 정지된 공을 겨냥하는 명확한 선이 있을 때 충격 이전의 시점을 결정하는 것은 일반적으로 쉽다.

공이 충격 전에 움직이고 있는 상황에서, 615에서 공과 공 타격 요소의 충격 시간을 결정하기 위해 전술 한 바람직한 방법을 먼저 사용하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 충격 전후 이미지에서 공의 위치를 상관시킴으로써, 충격 시간이 결정된다. 충격 전 2개의 이미지 또는 충격 후 2개의 이미지에서 공의 경로와 상관된 결정된 충격 시간은 충격시 이미지에서 공이 보이지 않는 경우 및/또는 충격시 이미지가 존재하지 않는 경우에도 충격시 공의 위치를 결정할 수 있게 한다. 이는 충격시 공 위치 결정의 정확도를 증가시키기 위해 감지된 공의 위치에 평활화를 적용하는데 유리할 수 있다.

단계(630)에서, 이미저로부터 공의 거리는 충격시 결정된다. 이미지에서 위치의 감지는 일반적으로 각도 측정이다. 거리 결정은 공 타격 요소의 충격 특성에 대한 최종 좌표의 결정을 알려줄 수 있다. 거리 결정은 적어도 다음과 같은 방식으로 수행될 수 있다.

제 1 실시예에서, 충격시 이미저로부터 공의 거리는 미리 결정될 수 있다. 예를 들어 골프, 아구, 또는 크리켓에서, 충격시 공이 위치하는 영역은 일반적으로 상당히 작다. 따라서, 작은 오차 범위만으로, 충격시 공의 거리는 골프에서 티 영역, 야구에서 홈 플레이트, 그리고 크리켓에서 위킷에 대해 이미저가 위치하는 곳에 기초하여 결정되는 특정 거리로 가정할 수 있다.

제 2 실시예에서, 충격시 이미저로부터 공의 거리는 이미지에서 공의 크기를 먼저 결정하고 크기(픽셀)를 스포츠 공의 알려진 치수와 상관시킴으로써 결정될 수 있다. 관련된 제 3 실시예에서, 충격시 이미저로부터 공의 거리는 감지된 고정점과 고정선 사이의 이미지에서의 거리를 공 타격 요소의 알려진 치수와 상관시킴으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 골프 클럽 헤드의 크기는 일반적으로 야구 배트 및 크리켓 배트의 길이와 같이 비교적 표준화 되어있다.

제 4 실시예에서, 충격시 이미저로부터 공까지의 거리는 시스템에서 레이더와 같은 다른 센서를 포함함으로써 결정될 수 있다. 다른 센서는 공 및/또는 공 타격 요소까지의 거리를 독립적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 이미저 시스템에서 도플러 레이더를 포함하는 것은 공 및 공 타격 요소 모두의 범위/거리 및 범위 속도/속도가 임의의 시점에서 정확히 측정될 수 있다는 추가적인 이점을 제공할 수 있다. 이는 일반적으로 본 발명으로부터 도출된 3차원 충격 특성의 정확도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 도플러 레이더가 공과 골프 클럽의 충격을 감지할 수 있는 경우, 시스템의 일부로 도플러 레이더를 포함시킴으로써, 이미저 기반 측정치를 레이더 측정치와 결합할 후 있으며, 이는 분석할 프레임의 수를 줄이고 공 또는 골프 클럽이 위치할 것으로 예상되는 각각의 이미지의 영역을 추가로 정의하는데 사용될 수 있다. 이러한 접근은 이미지 감지에 필요한 계산 노력을 크게 줄인다.

단계(635)에서 충격 특성이 결정된다. 충격 특성은 이미저에 의해 정의된 좌표계에서 결정될 수 있다. 그러나, 많은 예에서, 충격 특성의 일부 또는 전부를 보다 의미있는 좌표계로 제시하는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 도 7A 및 7B에서, 골프 클럽 좌표계는 골프 클럽의 고정점(121-125) 및 고정선(126)의 위치에 대해 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 골프 클럽 좌표계의 원점(129)은 원점에서 면에 대해 수직인 방향에서 클럽 페이스로부터 돌출된 X축, 원점에서 면에 평행한 제 1 방향에서 돌출된 Y축, 및 원점에서 면에 평행한 제 2 방향에서 돌출된 Z축을 갖는 골프 클럽의 면(120)의 중심에 위치 할 수 있다. 아이언 타입 골프 클럽의 중심에 대한 일반적인 정의는 클럽의 바닥으로부터 5번째 또는 6번째 그루브 라인(groove line)의 중간이다. 우드 및 드라이버와 같은 다른 골프 클럽의 경우, 클럽 페이스의 중심은 일반적으로 클럽 페이스 상에 표시함으로써 표시된다. 클럽 페이스의 중심의 장소는 골프 클럽 상에 감지된 하나 이상의 고정점 및/또는 고정선에 대해 가정될 수 있거나, 미리 결정될 수 있다. 대안적으로, 클럽 페이스의 중심은 고정점 및/고정선의 장소에 기초하여 직접 추정될 수 있다. 예를 들어, 클럽 페이스 중심은 골프 클럽의 힐과 토 사이의 중간에 위치하거나 이 장소로부터의 백분율 오프셋이라고 가정하는 것이 유효할 수 있다.

골프 클럽 페이스 좌표계의 방향은 클럽의 라이(lie)(119)와 로프트(loft)(118)의 두 각도에 의해 설명될 수 있다. 라이(119)와 로프트(118)는 감지된 고정점 및 고정선으로부터 가정되거나, 미리 결정되거나 또는 결정될 수 있다. 6번 아이언 또는 드라이버 또는 웨지와 같은 유사한 유형의 골프 클럽은 일반적으로 매우 비슷한 오프셋 및 라이/로프트 각을 가지므로, 따라서 많은 경우 사용자는 라이 및 로프트 각을 충분히 정확하게 추정하기 위해 자신이 사용하는 클럽의 유형을 간단히 나타낼 수 있다. 클럽 페이스의 오프셋 및 방향이 고정점 및/또는 고정선에 대해 알려지면, 충격 특성은 골프 클럽 좌표계로 좌표 전환될 수 있다.

예를 들어, 클럽의 경로, 공격각, 다이나믹 로프트, 페이스 각 및 다이나믹 라이를 포함하는 골프 클럽의 다른 충격 특성에 대해 의미 있는 좌표계는 충격 전의 원점이 공의 장소인 좌표계일 수 있다. 좌표계의 제 1 축은 의도된 목표 방향일 수 있고, 좌표계의 제 2 축은 연직선과 평행할 수 있고, 제 3 축은 직교 좌표계를 완성한다. 충격 포인트에서 골프 클럽의 3차원 방향을 결정하기 위해, 먼저 기준점, 즉, 골프 클럽의 어느 부분에서 이러한 파라미터가 결정되어야 하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 골프 클럽의 힐에서 클럽 경로는 골프 클럽의 토에서 클럽 경로와 동일하지 않다. 대부분의 경우 클럽 페이스의 중심은 골프 클럽의 방향을 결정하기 위한 기준점으로 선택된다. 다른 경우, 클럽 헤드의 기하학적 중심 또는 클럽 헤드의 질량 중심이 기준점으로 선택된다. 선택된 기준점의 움직임을 결정하기 위해, 골프 클럽의 결정된 고정점(들)/선(들)과 가능한 잘 짝이 맞는(매칭되는) 골프 클럽의 기하학적 모델이 사용될 수 있다. 그 후 움직임 결정은 시간에 따라 하나 이상의 결정된 고정점(들)/선(들)에 대해 이루어진다.

공격각은 수평선에 대해 측정된 충격 직전 클럽 헤드의 수직 방향으로 정의될 수 있다. 클럽 경로는 목표 선에 대해 측정된 충격 직전 클럽 헤드의 수평 방향으로 정의될 수 있다. 다이나믹 로프트는 클럽 페이스의 중심 또는 충격시 클럽 페이스의 충격 장소 포인트에서 수평선에 대해 측정되는 클럽 페이스의 수직 각(클럽 페이스에 대해 90°), 즉 충격시 클럽 페이스 상의 로프트 양으로 정의될 수 있다. 유사하게, 페이스 각은 클럽 페이스의 중심 또는 충격시 클럽 페이스의 충격 장소 포인트에서 목표 선에 대해 측정되는 클럽 페이스 직각(클럽 페이스에 대해 90°)으로 정의될 수 있다. 다이나믹 라이는 클럽 헤드와 연결된 샤프트 단부에서, 연직선에 대한 샤프트의 각으로 정의될 수 있다.

단계(640)에서, 공 타격 요소의 충격 특성은 장치(102)의 디스플레이로 출력된다. 다른 예시적인 실시예에서, 디스플레이는 컴퓨터 스크린, 스마트폰 스크린, 또는 태블릿 스크린 일 수 있다. 충격 특성은 스포츠 이벤트의 방송을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 공 타격 요소가 골프 클럽인 경우, 골프 경기 방송 중 골프 샷의 충격 특성이 디스플레이될 수 있다. 제 2 예에서, 공 타격 요소가 야구 배트인 경우, 야구 경기 방송 중 야구 스윙의 충격 특성이 디스플레이될 수 있다.

다른 유형의 공 타격 요소에 대해 유사한 모델링이 사용될 수 있다. 야구와 같은 다른 스포츠에서, 충격 장소는 바람직하게는 배트의 회전 대칭 축과 동일한 축 및 팁에서 원점을 갖는 좌표계로 나타낼 것이다. 그러나, 3차원 방향 (스윙 경로 및 충격각) 및 충격시 배트의 2차원 방향 (배럴 각 및 베어링 (배트는 회전 대칭))과 같은 다른 충격 특성에 대해, 선호되는 좌표계는 들어오는 공과 정렬된 경기장 또는 좌표계일 가능성이 있다.

테니스와 같은 라켓 스포츠의 경우, 충격 장소는 라켓의 좌표계에서 선호되는 반면, 3차원 방향 및 3차원 방위는 경기장 또는 들어오는 공에 대한 좌표계가 선호된다.

볼 타격 요소의 다양한 충격 특성을 결정 하는 것 이외에도 공 속도, 발사각 및 발사 방향과 같은 발사 데이터를 제공할 수 있다. 이러한 데이터는 충격시 결정된 공까지의 거리와 결합된 이미지에서 결정된 공 위치로부터 쉽게 도출 될 수 있다. 공 발사 데이터는 공의 결정된 각 위치에 공기 역학적 모델을 맞추는 것을 포함하여 보다 강력하고 정확한 추정을 제공할 수 있다. 선택적으로, 시스템은 레이더를 포함할 수 있다. 이미저에 도플러 레이더를 포함시키는 것은 공의 임의의 시점에서 범위 및 범위 속도가 정확하게 측정될 수 있다는 추가 이점을 갖는다. 이는 일반적으로 공의 발사 데이터의 정확도를 증가시킨다. 충격 전 공이 움직이고 있는 상황에서, 유사한 방식으로 들어오는 공에 대해 분명히 유사한 충격 데이터가 결정될 수 있다. 이는 접근 속도, 접근 각도 및 접근 방향과 같은 공에 대한 데이터 포인트를 제공한다.

공 타격 요소의 충격 특성을 공 접근 및 발사 데이터와 상관시키는 것은 많은 유용한 응용을 갖는 공 타격 요소와 공의 충격의 매우 상세한 측정을 제공한다.

도 9A 및 9B는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 골프 클럽의 샤프트의 편향이 감지되는 위치에서 골프 공에 충격을 주는 골프 클럽의 배면도를 도시한다. 샤프트 고정 라인(126)을 감지하고 이를 직선(126a)과 비교함으로써, 샤프트의 굴곡 양이 결정될 수 있다. 골프 클럽의 호젤 상의 고정점(124) 외에, 170과 같은 추가적인 고정점이 골프 클럽의 그립 단부를 향해 감지될 수 있다. 추가 고정점(170)은 샤프트의 굴곡 또는 클럽 헤드, 샤프트 및 그립의 서로에 대한 초기 형상, 위치 및 배향에 대한 변화를 감지하기 위해 샤프트 고정선(126)과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 그립과 클럽 헤드의 서로에 대한 3차원적 위치는 클럽의 휴지 형상을 설정하기 위해 선수가 스윙을 시작 하기 전에 감지될 수 있다. 그 후 스윙이 진행됨에 따라, 시스템은 스윙 전체에서 샤프트의 굴곡 양을 나타내는 그립에 대한 클럽 헤드의 움직임(즉, 클럽 헤드에서 그립까지의 거리를 변화 시키는 임의의 움직임)을 감지하고 측정하기 위해 고정점(170, 124) 및 고정선(126)을 모니터링할 수 있다. 이 정보는 비 굴곡 상황에서 클럽 헤드의 드롭 각 또는 이동량과 같은 원하는 형식으로 선수에게 제공될 수 있다.

골프 클럽이 잔디에서 골프 샷을 하는 동안과 같이 공과 접촉하기 전 또는 접촉 동안 땅에 부딪히는 경우, 골프 클럽 헤드는 클럽 헤드를 위로 밀어 올리는 지면으로부터의 힘을 경험하게 되어, 골프 샤프트의 굴곡이 변화하게 된다. 골프 티로부터 공이 타격을 받는 경우, 일반적으로 골프 클럽과 골프 공 사이의 경사 충격으로 인해 클럽 헤드가 아래 쪽으로 편향될 것이다. 또한, 스윙 전체에 걸쳐 샤프트의 굴곡이 감지될 수 있다. 클럽은 일반적으로 백스윙의 최고점에서 또는 공과의 충격 직전 또는 후에서 최대 굴곡을 경험할 것이며, 포워드 스윙 동안 공을 타격할 때 골퍼가 추가적인 힘을 제공하기 위해 플렉스(flex)를 이용할 수 있다. 경우에 따라, 골프 클럽은 공에 충격을 주기 전에 지면에 영향을 미쳐 소위 '팻 샷(fat shot)'으로 클럽 헤드를 가속시키고 클럽 헤드의 방향과 방위를 바꿀 수 있다. 여기에 개시된 본 발명을 사용하여 샤프트의 굴곡 및/또는 클럽 헤드의 운동 특성을 감지함으로써, 샷이 '팻'인지 아닌지를 감지하고 골퍼에게 통지할 수 있으며, 따라서 클럽 헤드가 공에 충격을 주기 전에 지면에 영향을 미치지 않는 시나리오와 비교하여 다른 샷 결과에 대한 이유를 제시할 수 있게 된다.

샤프트 굴곡의 이러한 변화 뿐만 아니라 굴곡의 절대량의 감지는 개별 골퍼를 위해 샤프트 굴곡 프로파일을 최적화 하고, 새로운 골프 샤프트를 개발하고, 뿐만 아니라 골프 클럽과 골프 공 사이의 충격이데 대해 보다 관련성 있는 측정 파라미터를 제공하는데 중요하다. 하키 스틱, 테니스 라켓, 야구 배트 등과 같은 다른 공 타격 요소에서 분명히 유사한 굴곡 특성을 경험할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 일련의 이미지는 제 3 의 이미지를 포함하고, 제 1 이미지는 충격 전에 캡쳐되고, 제 2 및 제 3 이미지는 충격 후에 캡쳐되며, 물체는 충격 전에 정지되고 여기서 충격 시간은 제 1, 제 2 및 제 3 이미지에서 물체의 위치에 기초하여 결정된다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 일련의 이미지는 제 3 이미지 및 제 4 이미지를 포함하고, 제 1 및 제 3 이미지는 충격 전에 캡쳐되고 제 2 및 제 4 이미지는 충격 후에 캡쳐되며, 제 1 포인트는 제 3 및 제 4 이미지에서 식별된다. 충격 시간은 다음에 의해 결정된다: 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 이미지에서 제 1 포인트 및 물체 중 하나의 위치를 결정하는 단계; 및 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 이미지에서 제 1 포인트 및 물체 중 하나의 위치에 기초하여 물체 타격 요소와 물체 중 하나의 속도에서 불연속 타이밍을 식별하는 단계.

본 발명의 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 상기 방법은 이미저를 마이크로폰과 동기화하는 단계; 및 미리 결정된 시간 범위 동안 마이크로폰을 통해 마이크로폰의 신호를 수신하는 단계를 더 포함한다. 미리 결정된 시간 범위는 충격 시간을 포함한다. 충격 시간은 마이크로폰의 신호에서 충격 소리를 감지함으로써 결정된다.

본 발명의 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 충격 시간에서 물체의 위치는 미리 결정되어 있다. 충격 전 물체가 정지되어 있을 때, 물체로부터 이미저까지의 거리는 충격 시간 전에 캡쳐된 이미지에서 물체의 사이즈에 기초하여 결정된다. 충격 시간에서 물체의 위치는 이미지에서 물체의 크기를 물체의 알려진 기하학적 특성과 비교함으로써 결정된다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 상기 방법은 이미저 좌표계를 물체 타격 요소 표면의 관점으로의 좌표계로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 실시예의 방법에 따르면, 상기 방법은 충격 시간에 물체 타격 요소 표면 상에 물체의 충격 장소를 디스플레이 하는 것을 더 포함할 수 있다. 물체 타격 요소는 클럽, 라켓, 배트, 패들, 스틱 및 발 중 하나이다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 방법은 제 1 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트 및 일련의 이미지로부터 제 2 이미지를 식별하되, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 물체와 물체 타격 요소의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되는 단계; 물체와 물체 타격 요소의 충격의 충격 시간을 결정하는 단계; 미리 정해진 시간 간격 동안 이미저로부터 거리의 변화율을 결정하는 단계; 이미저로부터 물체와 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하는 단계; 및 미리 정해진 시간 범위 동안 물체 타격 요소의 3차원 운동 방향을 결정하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 충격 시간 직전의 순간에 물체 타격 요소의 속도 및 방향을 디스플레이 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 물체 타격 요소는 클럽, 라켓, 배트, 패들, 스틱 및 발 중 하나이다.

상기 방법은 제 1 및 제 2 이미지에서 제 1 선의 물체 타격 요소의 알려진 기하학적 특성에 대한 편차를 결정하는 단계; 및 결정된 편차에 기초하여 지면에 접촉된 물체 타격 요소를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은 충격 시간 전, 중, 또는 후에 지면과 접촉이 발생 했는지를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 물체 타격 요소의 굴곡을 디스플레이 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 물체 타격 요소는 클럽, 라켓, 배트, 패들, 스틱 및 발 중 하나이다.

Claims (15)

1. 단일의 이미저(imager)로부터 수신된 일련의 이미지로부터 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트를 식별하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소와 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위(time span) 내에서 캡쳐되는, 단계;
   상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 충격의 충격 시간을 결정하는 단계;
   상기 충격 시간에서의 상기 물체의 장소(location)에 대응하는 상기 제 1 및 제 2 이미지 중 적어도 하나의 위치(position)를 결정하는 단계;
   상기 제 1 및 제 2 이미지의 상기 제 1 포인트의 위치에 기초하여, 상기 충격 시간에서의 상기 제 1 포인트의 위치에 대응하는 상기 제 1 및 제 2 이미지 중 적어도 하나의 위치를 결정하는 단계;
   상기 이미저로부터 상기 물체 및 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하는 단계; 및
   상기 제 1 포인트에 대한 상기 물체의 충격 장소를 결정하는 단계를 포함하는,
   방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 물체 타격 요소의 알려진 기하학적 특성을 검색(retrieve)하는 단계; 및
   상기 충격 시간에서의 상기 물체 타격 요소의 3차원 장소를 결정하고 그리고 상기 물체가 상기 물체 타격 요소에 충격을 주는 상기 물체 타격 요소 상의 충격 장소를 결정하기 위해, 상기 제 1 포인트의 위치와 상기 알려진 기하학적 특성을 비교하는 단계를 더 포함하는,
   방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 물체 타격 요소가 클럽 페이스를 포함하는 골프 클럽일 때, 상기 제 1 포인트로부터 상기 클럽 페이스의 중심까지의 거리를 계산하고 상기 충격 장소와 상기 클럽 페이스의 중심과의 관계를 결정하는 단계를 더 포함하는,
   방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미저를 레이더와 동기화하는 단계; 및
   상기 레이더로부터, 상기 미리 결정된 시간 범위 동안 상기 물체 타격 요소와 상기 물체 중 적어도 하나의 속도를 나타내는 데이터를 수신하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 충격 시간은 상기 시간 범위에 걸쳐 상기 물체 타격 요소와 상기 물체 중 하나의 속도에서 불연속의 시점(timing)에 기초하여 결정되는,
   방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미저를 레이더와 동기화하는 단계; 및
   상기 레이더를 통해, 상기 충격 시간을 포함하는 시간 범위에 걸쳐 상기 물체의 레이더 데이터를 수신하는 단계; 를 더 포함하고,
   상기 충격 시간에서의 상기 물체의 위치는 상기 레이더 데이터와 상기 이미저로부터의 데이터를 상관시키는 것에 기초하여 결정되는,
   방법.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 이미지에서, 상기 물체 타격 요소 표면 상의 제 2 포인트를 식별하는 단계;
   상기 제 1 및 제 2 이미지에서, 상기 제 1 및 제 2 포인트 사이의 거리를 측정하는 단계;
   상기 충격 시간에서 상기 제 1 및 제 2 포인트 사이의 거리를 결정하는 단계; 및
   상기 충격 시간에서 결정된 거리를 상기 물체 타격 요소의 상기 알려진 기하학적 특성과 상관시키는 단계를 더 포함하고,
   상기 충격 시간에서 상기 물체 타격 요소의 위치는 상기 상관에 기초하여 결정되는,
   방법.
   
7. 단일의 이미저로부터 수신된 일련의 이미지로부터 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트를 식별하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소와 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되는, 단계;
   상기 물체 타격 요소 및 물체와의 충격의 충격 시간을 결정하는 단계;
   상기 미리 결정된 시간 범위 동안 이미저로부터 상기 물체 타격 요소까지의 거리의 변화율을 결정하는 단계;
   상기 이미저로부터 상기 물체 및 상기 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하는 단계; 및
   상기 미리 결정된 시간 범위 동안 상기 물체 타격 요소의 이동의 3차원 방향을 결정하는 단계를 포함하는,
   방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 미리 결정된 시간 동안 상기 물체 타격 요소의 방향은 수평선에 대하여 상기 물체 타격 요소의 수직 방향으로 규정된 공격각(attack angle)을 포함하는,
   방법.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 미리 결정된 시간 동안 상기 물체 타격 요소의 이동의 경로는 기준선(reference line)에 대하여 상기 물체 타격 요소의 수직 방향으로 규정된 요소 경로를 포함하는,
   방법.
   
10. 단일의 이미저로부터 수신된 일련의 이미지로부터 적어도 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 라인을 식별하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소 및 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되는, 단계;
    상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 충격의 충격 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 충격 시간에서 상기 라인의 각도를 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 충격 시간에서 상기 라인의 3차원 각도를 결정하기 위해, 상기 물체 타격 요소의 알려진 기하학적 특성과 상기 식별된 라인을 비교하는 단계;
    상기 물체 타격 요소가 클럽 페이스를 포함하는 골프 클럽이고 그리고 상기 라인이 상기 골프 클럽의 샤프트의 축일 때, 상기 미리 결정된 시간 범위 동안 상기 클럽의 배향(orientation)을 결정하는 단계; 및
    상기 축 및 상기 클럽 페이스와 클럽 샤프트 사이의 알려진 각 관계에 기초하여, 상기 충격 시간에서 상기 클럽 샤프트의 3차원 배향을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 이미지 중 적어도 하나에서, 상기 물체 타격 요소의 알려진 기하학적 특성에 대하여, 제 1 라인의 편향을 결정하는 단계; 및
    상기 미리 결정된 시간 범위 동안 상기 물체 타격 요소의 굴곡(flexing)을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
    
13. 일련의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 단일의 이미저; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 이미저로부터 수신된 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서, 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트를 식별하되, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소 및 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되도록 식별하고;
    상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 상기 충격의 충격 시간을 결정하고;
    상기 충격 시간에서 상기 물체의 장소에 대응하는 제 1 및 제 2 이미지 중 적어도 하나에서 위치를 결정하고;
    상기 제 1 및 제 2 이미지에서 상기 제 1 포인트의 위치에 기초하여, 상기 충격 시간에서 제 1 포인트의 위치에 대응하는 제 1 및 제 2 이미지 중 적어도 하나에서 위치를 결정하고;
    상기 이미저로부터 상기 물체 및 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하고; 그리고
    상기 제 1 포인트에 대한 상기 물체의 충격 장소를 결정하도록 구성된,
    시스템.
    
14. 일련의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 단일의 이미저로서, 적어도 제 1 이미지 및 제 2 이미지가 물체 타격 요소 및 물체와의 충격 이전에 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되는, 이미저;
    충격 시간을 포함하는 시간 범위에 걸쳐 상기 물체 및 상기 물체 타격 요소의 레이더 데이터를 캡쳐하도록 구성된 레이더; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    물체 및 물체 타격 요소를 보여주는(portraying) 상기 이미저로부터 수신된 일련의 이미지의 적어도 제 1 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 포인트를 식별하되, 상기 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소 및 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되도록 식별하고;
    상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 충격의 충격 시간을 결정하며;
    상기 이미저로부터 상기 물체 및 상기 물체 타격 요소가 서로 충격하는 장소까지의 거리를 결정하고;
    상기 미리 결정된 시간 범위 동안 이미저로부터 상기 물체 타격 요소까지의 거리의 변화율을 결정하며; 그리고
    상기 미리 결정된 시간 범위 동안 상기 물체 타격 요소의 이동의 3차원 방향을 결정하도록 구성된,
    시스템.
    
15. 일련의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 단일의 이미저로서, 적어도 제 1 이미지 및 제 2 이미지가 물체 타격 요소 표면 및 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되는 이미저; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 이미저로부터 수신된 일련의 이미지로부터 적어도 제 1 이미지 및 제 2 이미지에서 물체 타격 요소 상의 제 1 라인을 식별하며, 상기 적어도 제 1 및 제 2 이미지는 상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 충격의 미리 결정된 시간 범위 내에서 캡쳐되도록 식별하고;
    상기 물체 타격 요소 및 상기 물체와의 충격의 충격 시간을 결정하며; 그리고
    상기 충격 시간에서 상기 라인의 각도를 결정하도록 구성된,
    시스템.

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