KR102471711B1 - 스키드 및 롤 추적 시스템 - Google Patents

스키드 및 롤 추적 시스템 Download PDF

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Abstract

물체를 추적하는 시스템은 제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치를 포함한다. 시스템은 또한 추적 장치로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터로부터 시간에 따른 물체의 속도를 식별하되, 시간에 따른 물체의 속도 변화에 기초하여, 물체가 바운싱 상태 및 슬라이딩 상태 중 하나의 상태에 있었던 물체 경로의 제1 부분을 식별하는 프로세서를 포함한다.

Description

스키드 및 롤 추적 시스템
골프공과 같은 물체의 비행을 추적하기 위한 시스템들이 공지되어 있다. 그러나 이러한 시스템들은 때로는 물체의 바운스(bounce), 슬라이드(slide) 및 롤(roll)을 구별하고 측정하지 못한다. 이전의 시스템들은 물체들의 바운스와 슬라이드 둘 다를 포함하는 스키드(skid)를 측정하는 것을 의도했지만, 이는 벨벳 카펫과 같은 특별한 표면들 상에서만 가능했고 예를 들어 퍼팅 그린을 가로지르는 골프공의 움직임과 같은 실제 상황에서는 불가능했다. 다른 시스템들은 공의 회전속도를 선속도와 비교하여 공이 실제로 롤하는 시간을 식별하기 위해 물체들 상에 특별한 마크들을 요구했다. 그러나 이러한 시스템들은 특별한 공들을 이용하여 작동하고, 플레이어가 이러한 특별 마크들을 포함하지 않는 공들을 사용하는 상황들에는 적합하지 않다.
본 발명은 물체를 추적하는 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치를 포함한다. 시스템은 또한 추적 장치로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터로부터 시간에 따른 물체의 속도를 식별하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는, 시간에 따른 물체의 속도 변화에 기초하여, 물체가 바운싱하고 있는 동안의 물체 경로의 제1 부분들, 물체가 슬라이딩하고 있는 경로의 제2 부분들 및 물체가 롤링하고 있는 경로의 하나 이상의 제3 부분을 식별한다.
추적 장치는 최소한 시간에 따른 공의 속도를 측정할 수 있는 임의의 추적 장치일 수 있다. 바람직하게는, 공의 위치가 또한 측정된다. 추적 장치는 비접촉식으로 그리고 바람직하게는 공에 대한 어떠한 개조도 없이 추적을 수행한다. 추적 장치는 도플러 레이더, 라이더(lidar) 또는 카메라 추적 장치, 또는 이들의 임의 조합일 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 다수의 시간 프레임 각각에 대해, 프로세서가 제1 추적 장치로부터 신호를 수신하고 이 신호로부터 식별된 물체의 위치 및 속도값을 포함하는 물체 데이터를 계산한다.
예시적인 실시예에 따르면, 프로세서가 다수의 시간 프레임 각각에서 물체의 속도값을 결정함으로써 시간에 따른 물체의 속도를 결정한다.
예시적인 실시예에 따르면, 프로세서가 물체의 경로를 속도 변화에 기초하여 다수의 세그먼트로 분리한다. 예를 들어, 각각의 세그먼트는 속도 미분값(감속도)이 실질적으로 일정한 총 경로의 일부분을 나타낼 수 있다. 즉, 세그먼트들은 감속도의 불연속성이 검출되는 시점들에서 분리될 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 다수의 세그먼트 각각은 세그먼트 중의 감속도 및/또는 세그먼트 중에 진행한 거리에 기초하여 바운스, 슬라이드 또는 롤 상태 중 하나의 상태로 식별된다. 세그먼트 중에 진행한 거리(R)는 바람직하게는 시간 간격 또는 세그먼트 중의 속도 대 시간 곡선(V(t)) 아래의 면적으로 계산될 수 있다.
Figure 112019044706140-pct00001
예시적인 실시예에 따르면, 세그먼트 중의 감속도가 2m/s2보다 크고(가속도가 2m/s2보다 작고) 이전 세그먼트가 롤 상태가 아니었을 때, 물체는 슬라이드 상태인 것으로 결정된다.
예시적인 실시예에 따르면, 세그먼트 중의 감속도가 0.5m/s2보다 크지만 2m/s2보다 낮을 때, 물체는 롤 상태이다.
예시적인 실시예에 따르면, 세그먼트 중의 감속도가 0.5m/s2보다 작고 세그먼트 중에 물체가 진행한 거리를 물체의 전체 경로 중에 진행한 총 거릴 나눈 값이 0.3보다 크면, 물체는 바운스 상태이다.
예시적인 실시예에 따르면, 물체가 바운스, 슬라이드 또는 롤링 상태에서 진행한 거리가 속도 대 시간 곡선의 각각의 바운스, 슬라이드 또는 롤링 세그먼트 아래의 면적을 계산하는 것에 의해 결정된다.
예시적인 실시예에 따르면, 시스템이 속도 및 그 미분값(가속도)에 있어서의 불연속성들을 검출하여 각각의 세그먼트의 시작과 종료를 식별한다.
예시적인 실시예에 따르면, 불연속성들은 인접한 제1 및 제2 데이터 시점 간의 차이가 설정 임계값보다 큰 곳에서 검출된다.
예시적인 실시예에 따르면, 추적 장치는 연속파 도플러 레이더이다. 이 경우 레이더에 대한 물체의 반경 방향 속도(Vrad)가 레이더 신호 중의 도플러 주파수 편이(Fd)로부터 도플러 방정식 Vrad=Fd*λ/2를 이용하여 바로 측정될 수 있으며, 여기서 λ는 레이더의 전송 주파수의 파장이다.
예시적인 실시예에 따르면, 시스템이 데이터를 디스플레이하는 스크린을 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 제1 레이더 전송 주파수가 10GHz 내지 125GHz이다.
예시적인 실시예에 따르면, 시스템이 제2 추적 장치를 더 포함하며, 제2 추적 장치는 제2 추적 장치의 제2 시야가 제1 시야 외부에 있는 목표 체적의 일부분을 포함하는 목표 체적의 적어도 일 부분을 커버하도록 목표된다.
도 1은 본 발명의 제1 예시 실시예에 따른 레이다 추적 시스템을 구비하는 퍼팅 그린의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 레이더 특정 컴퓨터의 작동 방법의 흐름도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 물체 속도를 추적하고 세그먼트화(segmenting)하는 방법의 흐름도이다.
도 4a는 도플러 레이더로부터 얻은 제1 시료 도플러 주파수 스펙트럼 사진을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 도 4a의 도플러 주파수 스펙트럼 사진에서 검출된 물체의 시간에 따른 속도 그래프이다.
도 4c는 도 4b의 속도로부터 결정된 물체의 가속도 그래프이다.
도 5a는 도플러 레이더로부터 얻은 제2 시료 도플러 주파수 스펙트럼 사진을 나타내는 그래프이다.
도 5b는 도 5a의 도플러 주파수 스펙트럼 사진에서 검출된 물체의 시간에 따른 속도 그래프이다.
도 5c는 도 5b의 속도로부터 결정된 물체의 가속도 그래프이다.
도 6은 세그먼트가 슬라이드, 롤 또는 바운스 상태와 관련되는지 여부를 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 퍼팅 그린에 있는 사용자와 연관되는 장치의 예시적인 디스플레이 스크린이다.
도 8은 이동 거리에 따른 물체의 높이 그래프이다.
예시적인 실시예들은 아래의 설명과 첨부 도면을 참조하면 더 잘 이해할 수 있는데, 유사한 요소들은 동일한 도면 번호를 갖는다. 예시적인 실시예들은 예를 들어 레이더 장치와 같은 추적 장치를 사용하여 발사 위치로부터 발사된 물체의 궤적을 물체가 영역을 통과하여 이동함에 따라 추적함으로써 물체의 이동을 바운스, 슬라이드 또는 롤 상태로 그리고 각각의 세그먼트에 대해 진행한 시간/거리를 분류하는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 제1 추적 장치의 조준선 방해(line-of-sight blockage)와 같은 실제적인 이슈들뿐만 아니라 발사 영역의 물리적 크기에 따라, 시스템에 의해 감시되는 체적의 감시 범위와 정확도를 증가시키기 위해 시스템에 하나 이상의 추가 레이더 장치를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서 설명하는 예시적인 실시예들이 골프공의 추적에 관한 것이지만, 통상의 기술자는 임의의 스포츠 공들 또는 스포츠와 관련되지 않은 물체까지도 동일한 방식으로 본 발명의 시스템에 의해 추적될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 물체를 추적하는 제1 시스템(100)을 도시한다. 제1 시스템(100)은 물체들이 발사되어 향할 목표 영역 둘레에 분포된 추적 장치(102)(즉 레이더 장치)를 포함한다. 도 1의 실시예에서, 시스템(100)은 퍼팅 그린(106)의 제1 영역(108)에 위치된 퍼팅 발사 위치(104)로부터, 목표 영역(예컨대 연습 그린(106)) 내에서, 타격된 골프공(112)을 추적하는 시스템이다. 이해되는 바와 같이, 퍼팅 발사 위치(104)는 퍼팅 그린(106) 내의 임의의 영역에 위치될 수 있다. 아래에서 설명하는 바와 같이, 목표 영역은 임의의 특별히 생성된 영역일 필요가 없으며, 불규칙하고, 기복이 있는 잔디 표면 및 하나 이상의 홀들 또는 다른 목표물을 구비하는 골프 그린 또는 연습 그린일 수 있다. 레이더(102)는, 예를 들어, 최대 500밀리와트의 실효 등방향 방사 출력(EIRP: effective isotropic radiated power)의 출력으로 X-대역(10.5 내지 10.6GHz)의 마이크로파를 방출하고 이에 따라 단거리 의도 방사기(intentional radiator)들에 대한 FCC 및 CE 규제를 준수하기에 적합한 연속파 도플러 레이더일 수 있다. 그러나 다른 관할권에서는 그곳의 규정에 따라 다른 출력 레벨들이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 마이크로파는 예를 들어 10GHz 내지 125GHz 사이의 보다 높은 주파수로 방출된다. 보다 정확한 측정을 위해, 보다 낮은 물체 속도에서, 20GHz 이상의 주파수가 사용될 수 있다. 상 또는 주파수 변조 연속파(CW) 레이더, 다중 주파수 CW 레이더 또는 단일 주파수 CW 레이더를 포함하는 임의의 유형의 연속파 도플러 레이더가 사용될 수 있다. 가시 또는 비가시 주파수 구간에서 방사하는 라이다(lidar)와 같은 다른 추적 장치들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 현재의 펄스 레이더 시스템들은 레이더 장치 가까이 있는 물체들을 추적하는 능력에 한계가 있다. 그러나 이러한 펄스 레이더 시스템들로부터 물체가 떨어져 있어야 하는 거리는 시간에 따라 감소되어 왔고, 계속해서 감소될 것으로 예상된다. 따라서 이러한 유형의 레이더는 조만간 이러한 작업들에 효과적일 수 있고, 아래에서 설명하는 본 발명의 시스템들에 사용하는 것도 생각할 수 있다. 본 출원 전체를 통해, 물체들의 추적은 도플러 주파수 스펙트럼을 사용하는 것에 기초하여 설명한다. 이해되는 바와 같이, 이러한 도플러 주파수 스펙트럼은 연속파 도플러 레이더로부터의 데이터를 가리킨다. 펄스 레이더 시스템이 사용되면, 유사한 데이터가 물체에서 반사된 후에 레이더로 복귀하는 펄스에 대해 요구되는 시간에 기초하여 계산될 것이다. 여기서 설명한 것과 유사한 물체를 3차원적으로 추적할 수 있는 임의의 다른 유형의 레이더가 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 1차원 도플러 레이더와 같은 1차원 추적 장치가 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 물체가 발사되어 향할 목표 영역 주변에 분포된 다수의 추적 장치를 사용할 수 있다. 이 실시예에서, 추적 장치 각각은 그린 둘레의 임의의 위치에 놓일 수 있고, 다수의 추적 장치들이 사용되면, 이들은 시야가 중첩되게 그린 둘레에 배치될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있듯이, 레이더 장치(102)는 목표 영역(108) 가까이에 그리고 이 목표 영역과 대향하도록 위치된다. 이 실시예의 레이더 장치(102)는 레이더 장치(102)의 시야(110)가 전체 연습 그린(106) 및 주변 영역의 일부를 포함하도록 위치된다. 연습 그린(106)에 가까운 위치는 레이더 장치(102)가 (그린 상의 중간에 끼어드는 물체들 또는 사람에 의해 가로막히지 않는 한) 연습 그린(106) 내의 거의 임의의 위치로부터 발사된 물체들을 나무들, 빌딩들 또는 기타 구조물들로부터의 방해 없이 추적하는 것을 허용하도록 선택된다. 전형적인 연습 그린(106)의 경우, 이는 레이더 장치(102)가 a) 연습 그린(106)의 중앙에 또는 b) 플레이어들 위에 높게 위치되는 것을 의미한다. 어떤 실시예들에서, 레이더 장치의 최적 위치는, 퍼팅의 길이에 따라, 의도된 퍼팅 시작 위치 바로 뒤, 예컨대 5 내지 10피트 뒤거나 혹은 후방으로 퍼팅의 시작 위치를 바라보는 의도된 퍼팅 방향 바로 앞, 예컨대 10 내지 40피트 앞일 수 있다.
통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 시스템(100)은 유선 또는 무선 접속을 통해 레이더 장치(102)(또는 다수의 레이더 장치)에 결합되는 하나 이상의 컴퓨터를 포함할 수 있는 데이터 처리 시스템(200)을 포함한다. 실시예에서, 데이터 처리 시스템(200)은 레이더장치(102)와 결합된 컴퓨터(202)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 컴퓨터(202)는 레이더 장치(102)로부터의 데이터에 관련된 3차원 레이더 좌표를 규정하며, 이 좌표는 컴퓨터(202)가 시야(110)를 통과하여 이동하는 물체(112)와 같은 물체들을 추적하고 그린(106)에 대한 물체(112)의 궤적을 작성하는 것을 허용한다. 통상의 기술자는 계산을 간단하게 하기 위해 범용 좌표계가 레이더 좌표계와 동일하게 또는 다중 레이더 시스템의 레이더 장치들 중 하나의 레이더 좌표계와 동일하게 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 그러나 시야(110)에 상시적으로 존재하는 물리적 피처에 기초하여 범용 좌표계를 규정하여 시스템(100)이 필요에 따라 상시적으로 존재하는 물리적 피처에 대해 재보정될 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 좌표계는 그린(106)의 중앙으로부터 그린(106)의 끝선의 중앙까지 연장하는 수평축선에 기초할 수 있다. 따라서, 레이더 장치(102)가 이동하면, 레이더 장치는 물체들의 위치와 궤적을 그린(106)의 피처에 정확하게 관련시키도록 용이하게 재보정될 수 있다.
도 2의 흐름도는 컴퓨터(202)에 의해 실시되는 작업 방법(300)을 도시하는데, 방법은 측정이 이루어지는 각각의 시간 간격으로 반복된다. 예를 들어, 예시적인 시스템에서, 컴퓨터(200)는 도 2의 방법을 10ms마다(또는 초당 100회) 수행할 수 있다. 각각의 시간 간격에 대해, 단계(310)에서, 컴퓨터(202)는 레이더 장치(202)로부터 데이터를 수신하여 로우 도플러 레이더 데이터(raw Doppler radar data)를 컴퓨터로 전송한다. 단계(320)에서, 컴퓨터(202)는 스펙트럼 사진을 형성하는 다수의 시간 간격에 대해 도 4a, 도 5a에 도시된 바와 같은 도플러 주파수 스펙트럼(204)을 예를 들어 고속 푸리에 변환(FFT: fast Fourier transform)을 이용하는 것에 의해 계산한다. 단계(330)에서, 컴퓨터(202)는 공지의 기법들을 사용하여 도플러 주파수 스펙트럼(204)으로부터 국부 최고 세기(intensity maxima)를 식별한다. 그러면, 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 레이더 데이터에서 표현되는 물체(112)의 속도 데이터가 각각의 식별된 시점마다 계산될 수 있다. 그런 다음, 단계(340)에서, 컴퓨터(202)가 도 4b, 도 5b에 도시된 바와 같이 시간에 따른 물체(112) 속도의 결과 그래프를 계산한다. 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 속도 그래프의 기울기는 도 4c, 도 5c에 도시된 바와 같이 물체(112)의 가속 또는 감속에 대응하고, 기울기 아래의 영역은 물체(112)가 진행한 거리에 대응한다. 통상의 기술자는 도플러 레이더 전송 주파수가 높을수록 동일한 관찰 시간 동안의 속도 분해능이 높을 것이라는 점을 이해할 것이다. 높은 분해능은 낮은 속도, 대략 10m/s 미만의 속도로 나타나는 퍼팅들을 추적하고 공을 필드 내의 다른 물체들, 즉 퍼터 헤드(putter head), 퍼터 샤프트 및 골퍼와 분리하는데 데 바람직할 것이다. 예시적으로 0.25m/s 미만의 속도 분해능이 바람직하다. 높은 속도 분해능은 또한 속도 도약들을 정확하게 추적하여 공의 바운스, 슬라이드 및/또는 롤 상태들 간의 전이를 식별하는 것을 가능하게 하는 짧은 관측 시간(예컨대 0.100초 이하)에도 유용하다. 예를 들어, 8 내지 12GHz 정도로 낮은 X-대역을 이용하여 양호한 추적이 달성되었다. 예시적인 실시예에서, 20GHz를 초과하는 높은 주파수가 바운스, 슬라이드 및/또는 롤 상태들 간의 전이의 식별 정확도를 향상시키고 낮은 속도의 공들을 추적하는 데 사용될 수 있다. 통상의 기술자는 비록 실제 상황들에서는 시간에 따른 속도를 정확하게 추적하는 것이 상당한 도전이 될 수 있지만 8GHz 미만의 전송 주파수를 사용하는 것이 또한 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이 실시예에서, 컴퓨터(202)는 각각의 시간 간격마다 도 3의 방법(400)을 수행하여 시스템과 관련된 이동을 식별하고(즉, 물체(112)와 시야(11)를 통과하여 이동하는 새들, 잎사귀들 및 다른 물품들 간을 구별), 물체(112)의 속도를 특정 속도 구간들로 세그먼트화한다. 즉, 세그먼트가 시간 간격으로 획정되는데, 이 시간 간격 중에는 속도가 연속적이며, 세그먼트는 연속 도함수(continuous derivative)를 갖는다. 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 퍼팅된 공의 이동과 연관된 패턴을 따르지 않는 이동 물품들(즉, 골프 클럽, 골퍼, 잎사귀들, 새들)이 검출되고 분석에서 제외된다. 단계(410)에서, 컴퓨터(202)는 시간에 따른 물체의 속도 및 물체의 속도 미분값, 즉 감속도(부의 가속도)를 추적한다. 예를 들어, 컴퓨터(202)는 퍼터와 공 간의 접촉 이동이 처음 검출되는 시각 0에서 시작하는 속도를 추적한다. 단계(420)에서, 속도 및/또는 그 미분값(가속도)에 있어서의 임의의 불연속성을 검출하는 불연속성 검출이 실시된다. 예시적인 실시예에서, 불연속성은 하나의 데이터 점에서 인근 데이터 점까지의 속도 또는 미분값 도약의 변화가 설정된 임계치보다 큰 임의의 시각에 프로세서에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 속도 불연속성에 대한 예시적인 임계값은 0.05m/s의 변화일 수 있고, 가속도 불연속성에 대한 임계값은 0.2m/s2의 변화일 수 있다. 불연속성이 검출되면, 컴퓨터(202)는 이 불연속성 및 바로 직전의 불연속성(또는 시각 0) 사이에서 연속되는 부분을 제1 세그먼트로 지정하고, 이 세그먼트가 저장된다. 예를 들어, 도 4b에서, 제1 세그먼트는 0에서 TB1까지 연장하고, 속도 기울기의 변화는 불연속성이 있는 것으로 결정된다. 단계(440)에서, 컴퓨터는 제1 세그먼트의 종료 속도가 TB1에서 0보다 큰지 여부를 결정한다. 그렇다면, 컴퓨터는 단계(420)로 복귀하여 속도 추적을 계속하는데, 이번에는 TB1에서 시작한다. 방법은 시각 Tlastdata에서 속도가 0(또는 그 아래에서는 추적 장치(102)가 물체(112)를 추적할 수 없는 속도)에 도달할 때까지 반복되고, 컴퓨터는 인접한 불연속성들 사이의 각각의 속도 세그먼트를 저장한다.
물체(112)의 속도가 사용되고 있는 특정 추적 장치(들)에 의해 검출될 수 있는 최저 레벨 아래로 떨어지면, 물체(112)의 속도는 레이더 장치(102)에 의해 검출된 마지막 세그먼트 중의 속도 기울기를 도 4b, 도 5b에 도시된 바와 같이 0의 속도까지 연장하는 것에 의해 추정될 수 있다. 예를 들어, 도 4b에서, Tskid로부터 Tlastdata(Tlastdata는 추적 장치(102)가 물체의 속도를 마지막으로 검출한 시점임)까지 속도 기울기는 단순하게 Tlastdata까지 로부터 Tend까지 연장하고, Tend는 물체가 이동을 멈춘 시각이다. 통상의 기술자는 일단 물체(112)가 롤링하기 시작하면, (그린 표면의 경사에 의해 영향받을 때를 제외하면) 시간에 따른 감속 또는 속도 변화가 비교적 일정할 것이라는 것을 이해할 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 세그먼트화된 부분에 대해, 컴퓨터는 속도 기울기를 분석하여 물체(112)의 상태(즉, 세그먼트 시간 간격 중의 슬라이드, 바운스 또는 롤)를 결정한다. 평평한 그린 위에서 롤링하는 공에 대해, 속도/시간 그래프의 최저 기울기는 대략 -0.35m/s2인 반면 최고 기울기는 대략 -1.4m/s2이다. 평평한 그린 위에서 슬라이딩하는 공과 연관된 기울기는 롤링하는 공보다 예를 들어 -1.4m/s2 내지 -5.6m/s2인 것과 같이 전형적으로 4배 정도 더 큰 음수인 반면, 바운싱하는 공의 기울기는 0.1m/s2 내지 -0.5m/s2이다. 통상의 기술자는 도면들이 단지 예시적이고, 예를 들어 물체가 이동하는 표면(예컨대 잔디의 길이와 특성, 물체의 크기 및 표면이 경사지거나 혹은 기울어져 있는지 여부, 풍속 및 풍향 등) 및 바운싱 및 슬라이딩 중의 공의 회전과 같은 여러 가지 요인들에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일반적으로 공은 정지하기 전에 최종적으로 롤링 상태에서 끝나기 때문에, 마지막 세그먼트에서의 감속도를 분석하고 이를 사용하여 롤링 가속도 임계치 및 슬라이딩 가속도 임계치를 설정하는 것이 권장된다.
그린이 평평하지 않으면, 공의 슬라이딩 및 롤링 상태 중에 sin(α)*G와 동일한 중력 가속도 성분이 공에 더해질 수 있는데, 여기서 α는 퍼팅 방향으로 수선(waterline)에 대한 지면의 경사도이고, G는 지구 중력 가속도(9.81m/s2)이다. 공의 슬라이딩 및 롤링 상태 결정 간의 보다 양호한 경계화를 위해, 비-바운스 세그먼트에 대해 공의 슬라이딩 또는 롤링 상태들을 결정하기 위해 사용되는 가속도가 Aslope_corrected=Ameasured-sin(α)*G로 보상될 수 있는데, α는 물체(112)의 진행 방향으로 그린(106)이 내리막 경사이면 양수이고 그린(106)이 오르막 경사이면 음수이다. 추적 시스템이 진행 거리에 따른 물체의 높이를 측정할 수 있으면, 이는, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 임의의 정해진 시각에 있어서의 기울기(α)를 계산하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 기울기는 사전 결정될 수 있다.
통상의 기술자는 퍼팅된 공(112)이 항상 슬라이드 또는 바운스 상태에서 시작할 것, 즉 퍼팅된 공이 정지 상태에서부터 슬라이딩 또는 바운싱 없이 잔디 위에서 바로 롤링하지 않을 것이라는 점을 이해할 것이다. 소정 시간 후에, 공(112)은 슬라이딩 없이 롤링하기 시작할 수 있고, 그 후에 공은 더 이상 슬라이딩하지 않고 공(112)이 예를 들어 스틱, 돌멩이 또는 흙덩어리와 같은 표면 상의 물체와 부딪히면 단지 바운싱만 할 것이다. 단계(510)에서, 세그먼트의 기울기가 임계값(Aslide)보다 작은지 여부를 결정하도록 세그먼트가 분석된다. Aslide는 전형적으로 대략 -2m/s2이다. 기울기가 Aslide보다 작은 것으로 판명되고 이전 세그먼트가 롤링 상태가 아니었다면, 세그먼트는 슬라이딩 상태인 것으로 결정되고 방법은 단계(540)로 이동한다. 그러나 이전 세그먼트가 롤링 상태였고 기울기가 Aslide보다 크면, 컴퓨터(202)는 단계(520)로 이동한다. 단계(520)에서, 세그먼트의 기울기가 임계값(Aroll)보다 작은지 여부를 결정하기 위해 세그먼트는 더 분석되는데, Aroll은 전형적으로 -0.5m/s2이다. 기울기가 -0.5m/s2보다 작은 것으로 판명되면, 세그먼트는 롤링 상태인 것으로 결정되고 방법은 단계(540)로 이동한다. 기울기가 -0.5m/s2보다 큰 것으로 판명되면, 컴퓨터(202)는 단계(530)로 이동한다. 단계(530)에서, 컴퓨터(202)는 공이 진행한 총 거리(Rtotal(Rbounce+Rslide+Rroll+Rroll-extrapolated))로 나눈 속도 대 시간 세그먼트 아래의 영역에 대응하는, 이 세그먼트 중에 진행한 거리(R)가 임계값(SRmax)보다 큰지 여부를 결정하는데, 여기서 SRmax는 전형적으로 0.3이다. 그렇다면, 세그먼트는 롤링 상태인 것으로 결정된다. 그렇지 않으면, 세그먼트는 바운싱 상태인 것으로 결정되고, 방법은 단계(540)로 이동한다. 단계(540)에서, 컴퓨터(202)는 아직 분석되지 않은 다른 저장 세그먼트가 있는지 여부를 결정한다. 그렇다면, 컴퓨터(202)는 이러한 다음 저장 세그먼트(예컨대, 이전에 분석된 세그먼트 뒤의 시간적으로 다음 세그먼트)를 분석하고, 모든 세그먼트가 분석되고 각각의 세그먼트와 연관된 상태가 확립될 때까지 단계들(510 내지 540)을 다시 진행한다. 단계(550)에서, 모든 세그먼트들이 분석되고 나면, 데이터가 도 7에 도시된 바와 같은 출력 장치(212)(예컨대, 퍼팅 그린(106) 또는 사용자가 데이터를 검토할 수 있는 임의의 다른 위치에 인접한 장치)에 제공된다. 예를 들어, 이 장치(212)는 데이터를 디스플레이하는 스크린, 그린(106)에 위치해 있는 사용자와 관련된 모바일 장치 등일 수 있다. 앞에서 언급한 것처럼, 임계값들(Aslide, Aroll)은 사전 결정되거나 혹은 마지막 세그먼트의 측정된 가속도(Alast)에 따라 조정될 수 있다. 마지막 세그먼트에서는 거의 모든 경우에 공이 롤링할 것이기 때문에, Alast는 롤링 상태의 가속도(Aroll)와 동일할 것이다. 결과적으로, Aroll의 적당한 임계값은 대략 0.5*Alast일 것이다. 유사하게, Aslide의 적당한 임계값은 대략 2*Alast일 것이다.
어떤 예들에서, 사용자는 물체(112)가 롤 상태를 시작하기 전에 진행한 거리, 즉 물체(112)가 롤링을 시작하기 전에 바운싱하고 그리고/또는 슬라이딩한 거리를 알기를 희망할 수 있다. 비록 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 6의 방법들(400, 500)이 속도 및/또는 감속도의 모든 불연속성을 찾아내는 것을 목표로 하지만, 이것이 요구되지는 않는다. 예를 들어, 사용자는 공이 롤링 상태로 들어가기 전에 발생한 바운스 및/또는 슬라이드 세그먼트들의 양을 결정하지 않고 공이 롤링 상태로 들어간 시점까지 공이 진행한 시간과 거리만을 결정하기를 원할 수 있다. 컴퓨터(202)는 바운스 또는 슬라이드 상태인 것으로 결정된 각각의 속도 대 시간 세그먼트 아래의 총 면적을 계산하는 것에 의해 거리를 결정한다. 그러면 이 거리 데이터가 장치(212)로 정송될 수 있고, 이 거리가 총 퍼팅 길이와 비교될 수 있다. 통상의 기술자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 장치(212)에 전송된 이 데이터는 물체(112)의 그 궤적을 따르는 속도를 나타내는 그래픽 데이터, 발사 속도, 초기 롤링 속도, 각기 다른 세그먼트들에 의해 커버되는 거리 세그먼트들의 감속도, 바운스 수와 같은 변수와 관련된 도표 데이터 등을 포함할 수 있다. 특히 관심가는 감속도는 물체가 롤링하는 지면 경사에 대해 보상되는 롤링 상태 감속도(Arcorrected)이다. 이 값은 골프 그린 속도 조건의 특성화를 위한 핵심 요인인 그린의 "스팀프미터(stimpmeter)" 판독과 직접 관련된다. 스팀프미터는 공이 완전히 롤링하고 있는 상태로 잘 규정된 초기 속도(V0(대략 1.94m/s))로 그린 위에서 골프공을 발사하는데 사용되는 기계식 장치이다. 스팀프미터 판독은 Stimpmeter_ft=0.5*V02/Arcorrected/0.3048로부터 결정될 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 그린의 "스팀프미터" 판독을 결정하는 매우 매력적인 방법을 제공한다.
통상의 기술자는 비록 앞에서 설명한 실시예들이 골프공이 연습 그린에서 타격되는 것을 설명하고 있지만 상술한 예시적인 실시예가 임의의 표면 위의 임의의 구형 물체의 속도와 이동을 추적하도록 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 시스템(100)은 골프장의 임의의 그린 위에서의 퍼팅, 그린 위로의 칩샷, 골프장의 임의의 부분(예컨대, 러프, 페어웨이, 벙커, 에이프런, 그린 등)으로 타격하는 풀샷(full golf shot)을 추적할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 상술한 시스템(100)은 임의의 다른 스포츠공을 추적하여 (예컨대, 타격된 야구공이 페어인지 또는 파울인지 여부, 테니스샷이 인인지 아웃인지 여부 등을 결정하도록) 공의 경로를 경계와 비교하는 데에도 또한 사용될 수 있다. 다른 응용분야는 볼링과 당구(예컨대 볼링공 또는 당구공이 초기의 슬라이딩 및/또는 바운싱의 기간 후에 롤링을 시작할 때를 결정) 및 축구(예컨대, 킥의 바운스, 슬라이드 및 롤을 측정)를 포함한다.
통상의 기술자는 위에서 설명한 예시적인 실시예들이 임의의 적당한 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 형태 또는 이들의 조합으로 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 실시예를 실시하기 위한 예시적인 하드웨어 플랫폼은 예를 들어 호환되는 운영 체계를 갖춘 인텔 x86계 플랫폼, 윈도우(Windows) 플랫폼, 리눅스(Linux) 플랫폼, 맥(MAC) 플랫폼 및 맥 OS, iOS, 안드로이드 등과 같은 운영 체계를 구비한 휴대 장치를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 위에서 설명한 방법의 예시적인 실시예들은 프로세서 또는 마이크로프로세서에서 실행될 수 있으며 비일시성 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 코드 라인들을 포함하는 프로그램으로 구현될 수 있다.
본 개시 내용의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시 내용에서 여러 개조예들이 가능할 수 있다는 것이 통상의 기술자에게는 명백할 것이다. 따라서 본 개시 내용은 본 개시 내용의 개조예들 및 변형예들을 포괄하며 이들은 특허청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 속한다는 점을 의도하고 있다.

Claims (19)

  1. 물체의 속도를 추적하는 시스템으로,
    제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치; 및
    제1 추적 장치로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터로부터 시간에 따른 물체의 속도 데이터를 식별하는 프로세서를 포함하고,
    프로세서가 물체의 속도와 가속도 중 하나의 변화가 설정 임계값보다 큰 속도 데이터에 있어서 제1 전이점을 식별하고, 프로세서가 제1 전이점을 물체가 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제1 상태로부터 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제2 상태로 전이하는 제1 지점으로 식별하는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    프로세서가 제1 전이점보다 시간적으로 늦은 속도 데이터 내의 제2 전이점을 물체의 속도 및 가속도 중 하나의 변화가 설정 임계값보다 큰 제2 지점으로 식별하고, 프로세서가 제2 전이점을 물체가 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제1 상태로부터 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제2 상태로 전이하는 제2 지점으로 식별하고, 프로세서가 물체 이동의 다수의 세그먼트를 식별하되, 제1 세그먼트가 제1 전이점에 앞서서 연장하고, 제2 세그먼트는 제1 전이점과 제2 전이점 사이에 있으며, 제3 세그먼트는 제2 전이점에 후속하는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    다수의 세그먼트 각각은 세그먼트의 속도 기울기에 부분적으로 기초하여 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 하나의 상태로 식별되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    프로세서는 물체가 롤링 상태에 있을 때 물체의 감속도를 결정하고 그리고 물체가 롤링하는 표면의 기울기에 기초하여 결정된 감속도를 조정하여 스팀프 판독을 생성하는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    세그먼트의 속도 기울기가 제1 사전 결정 임계값보다 낮을 때, 해당 세그먼트보다 시간적으로 앞선 세그먼트에 대해 물체가 롤링 상태이었던 것으로 결정되지 않는 한 해당 세그먼트에 대해 물체는 슬라이딩 상태인 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    세그먼트의 속도 기울기가 제2 사전 결정 임계값보다 낮을 때, 해당 세그먼트에 대해 물체는 롤링 상태인 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    세그먼트의 속도 기울기가 제2 사전 결정 임계값보다 크고 세그먼트 중에 진행한 거리를 물체가 진행한 총 거리로 나눈 값이 제3 사전 결정 임계값보다 클 때, 해당 세그먼트에 대해 물체는 바운싱 상태인 것으로 결정되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    물체가 바운싱, 슬라이딩 또는 롤링 상태 중 하나의 상태에서 진행한 거리가 속도 대 시간 곡선의 각각의 바운싱, 슬라이딩 및 롤링 세그먼트(들) 아래의 면적을 계산하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1 추적 장치가 연속파 도플러 레이더인 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    제2 추적 장치를 더 포함하되, 제2 추적 장치가 제2 추적 장치의 제2 시야가 제1 시야 외부에 있는 목표 체적의 일부분을 포함하는 목표 체적의 적어도 일부분을 커버하도록 목표되는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  11. 물체의 이동을 추적하는 방법으로,
    제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치를 위치시키는 단계;
    프로세서를 이용하여, 제1 추적 장치로부터 수신된 데이터에 기초하여 다수의 시점 각각에서의 물체의 속도값을 결정하여 시간에 따른 속도값들의 함수로서 속도 곡선을 생성하는 단계;
    상기 속도 곡선 내의 전이점들을 물체의 속도값 및 속도 곡선의 미분값 중 하나의 변화가 설정 임계값보다 큰 지점들로 식별하는 단계; 및
    속도 곡선을 다수의 세그먼트로 분리하되, 각각의 세그먼트가 세그먼트의 속도 곡선의 기울기에 부분적으로 기초하여 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 하나로 식별되고, 전이점들은 물체가 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제1 상태로부터 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 제2 상태로 전이하는 지점들인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 이동을 추적하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    세그먼트의 속도 곡선 아래의 면적을 계산하는 것에 의해 물체가 세그먼트들 중 하나의 세그먼트에서 진행한 거리를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    제1 레이더 전송 주파수가 10GHz 내지 125GHz인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 물체의 속도를 추적하는 시스템으로,
    제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치; 및
    상기 추적 장치로부터, 상기 물체가 제1 시야를 통해 진행할 때 시간 범위에 걸쳐 상기 물체의 데이터를 수신하고, 상기 물체가 제1 시야를 통해 진행할 때 상기 데이터로부터 시간에 걸쳐 물체의 속도를 식별하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 시간 범위 동안 주어진 시간에 상기 물체가 바운싱 상태, 슬라이딩 상태 및 롤링 상태 중 어느 상태에 있는지를 결정하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    제1 추적 장치가 물체와 물리적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서,
    물체가 개조되지 않은 골프공인 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  17. 물체의 속도를 추적하는 시스템으로,
    제1 추적 장치로, 물체가 발사 위치로부터 발사되어 향할 목표 체적의 적어도 일부분을 제1 추적 장치의 제1 시야가 커버하도록 목표된 제1 추적 장치; 및
    상기 추적 장치로부터, 상기 물체가 제1 시야를 통해 진행할 때 시간 범위에 걸쳐 상기 물체의 데이터를 수신하고, 상기 물체가 제1 시야를 통해 진행할 때 상기 데이터로부터 시간에 걸쳐 물체의 속도를 식별하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서가 상기 시간 범위 동안 상기 속도의 변화에 기초하여 물체가 슬라이딩 상태이었던 상기 물체의 경로의 일부분을 식별하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    프로세서가 슬라이딩 상태로부터 롤링 상태로 물체가 전이하는 물체의 경로의 전이점을 식별하는 것을 특징으로 하는 물체의 속도를 추적하는 시스템.
  19. 삭제
KR1020197012632A 2016-10-31 2017-10-26 스키드 및 롤 추적 시스템 KR102471711B1 (ko)

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