KR102567199B1 - golf simulation system using 3D information - Google Patents

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KR102567199B1 KR1020210053030A KR20210053030A KR102567199B1 KR 102567199 B1 KR102567199 B1 KR 102567199B1 KR 1020210053030 A KR1020210053030 A KR 1020210053030A KR 20210053030 A KR20210053030 A KR 20210053030A KR 102567199 B1 KR102567199 B1 KR 102567199B1
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Abstract

본 발명은 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자를 촬영하는 제1 단계, 촬영되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 제2 단계, 카메라의 좌표와 전등의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 제3 단계, 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하여 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 제4 단계, 카메라에 의해 촬영되는 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 계산하는 제5 단계, 카메라에 의해 촬영되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위 치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 추정하는 제6단계, 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 제7 단계, 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 제8 단계; 및 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 스크린상에 표시하는 제9 단계로 구성된다.The present invention relates to a golf simulation method using three-dimensional information. The second step of recognizing the X, Y coordinates of the ball flying in the air by analyzing the direction in which the ball's shadow moved in The third step of calculating the Z coordinate value, the fourth step of measuring and storing the 3D coordinates of the ball flying in the air by repeatedly performing steps 1 to 3 above, and the time of each image frame captured by the camera. A fifth step of calculating the azimuth and launch angle of the ball using the gap and the position difference of the ball in each image. In the image taken by the camera, comparing neighboring frames to check whether there is a change in the position of the pixel, The 6th step of estimating the ball's hitting and the club's direction, the 7th step of simulating the sidespin of the ball based on the difference between the club's direction and the ball's azimuth, and preset data. An eighth step of simulating the backspin of the ball based on the set data; and a ninth step of calculating the ball's trajectory based on the ball's backspin, sidespin, azimuth and launch angle, and displaying it on the screen.

Description

3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템{golf simulation system using 3D information}Golf simulation system using 3D information

본 발명은 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 카메라에 의해 촬영된 영상으로부터 취득한 골프 클럽의 진행 방향(각도)과 사이드스핀과 백스핀을 포함하는 공의 3차원정보를 근거로 골프공의 궤적을 계산하여 가상 골프 코스에서의 골프공 궤적 시뮬레이션을 정확하게 구현할 수 있는 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a golf simulation system using 3-dimensional information, and more particularly, the 3-dimensional data of a ball including the direction (angle), side spin, and back spin of a golf club obtained from an image captured by a single camera. A golf simulation system using 3D information capable of accurately realizing a golf ball trajectory simulation in a virtual golf course by calculating a golf ball trajectory based on the information.

최근 야구, 축구, 농구, 그리고 골프 등과 같은 인기 스포츠 경기를 실내나 특정 장소에서 시뮬레이션을 통해 인터랙티브 스포츠 게임(Interactive Sports Game)의 형태로 즐길 수 있도록 하는 여러 가지 다양한 장치들에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, various devices that allow users to enjoy popular sports games such as baseball, soccer, basketball, and golf in the form of an interactive sports game through simulation indoors or in a specific place have been actively developed. are losing

특히, 최근에는 이른바 스크린 골프 시스템이 등장하여 사용자가 골프 클럽을 들고 골프 스윙을 함에 따라 타격 매트에 놓인 볼을 타격하면 감지장치가 이를 감지하여 이동하는 골프공의 물리적 특성을 추출하고 이를 바탕으로 가상의 골프코스에서 볼의 궤적이 시뮬레이션되도록 함으로써, 사용자가 가상 현실상에서 골프를 즐길 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있다.In particular, recently, a so-called screen golf system has appeared, and when a user swings a golf club with a golf club and hits a ball placed on a hitting mat, a sensing device detects this and extracts the physical characteristics of the moving golf ball, based on which a virtual golf ball is played. A technology is being developed to enable users to enjoy golf in virtual reality by simulating a trajectory of a ball on a golf course.

이와 같은 인터랙티브 스포츠 게임에서 골프공 등의 볼을 이용하는 스포츠에 대한 시뮬레이션이 이루어지도록 하기 위해 운동하는 볼의 움직임에 대한 물리적 정보를 정확하게 감지하기 위한 각종 감지시스템에 대한 연구개발이 매우 활발하게 진행되고 있다.
그 결과 해당 기술분야에 대한 다수의 특허출원이 이루어지고 이미 공개된 바 있는데, 그 중 특허 제10-1963090호(2019. 03. 27. 등록공고)의 '모의 골프클럽을 이용한 복합 플레이 방식의 가상 골프 시뮬레이션 장치'는, 청구항 1에 기재된 바와 같이, 가상의 골프코스 및 가상의 골프공을 디스플레이하는 스크린; 및 상기 가상의 골프코스에 있어서 상기 가상의 골프공의 움직임을 산출하는 제어부를;포함하고, 복합 플레이 방식이 구비되어 있어서 사용자는 제1 및 제2 플레이 모드 중 어느 하나에서 플레이 할 수 있고, 상기 제1 플레이 모드에서 사용자는 타격 플레이트에 놓여있는 실제의 골프공을 타격하며, 상기 제어부는 상기 실제의 골프공에 대한 타격결과에 근거하여 상기 가상의 골프공의 움직임을 산출하고, 상기 제2 플레이 모드에서 사용자는 실제의 골프공을 타격하지 않고 골프클럽만을 스윙하며, 상기 제어부는 상기 골프클럽의 스윙결과에 근거하여 상기 가상의 골프공의 움직임을 산출하는 것이다.
또한, 특허 제10-1048089호(2011. 07. 08. 등록공고)의 '가상 골프 시뮬레이션 장치와 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법'은, 청구항 1, 10 및 13에 기재된 바와 같이, 센싱장치는, 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치에 있어서, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 적어도 하나의 센서부; 상기 센서부로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버; 상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터; 및 상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부를 포함하여 구성되고,
시뮬레이션 장치는, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 카메라 유닛; 및 상기 카메라 유닛으로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버와, 상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터와, 상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부를 포함하는 센싱처리유닛을 포함하는 센싱장치와, 상기 센싱처리유닛에서 추출된 정보에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현유닛을 포함하여 구성되며,
센싱방법은, 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 있어서, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 단계; 상기 연속적으로 취득하는 이미지를 전달받아 저장하는 단계; 상기 저장되는 이미지를 전달받아 이미지 처리를 함으로써 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계; 상기 타격 준비가 완료된 경우, 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계; 및 상기 타격이 감지된 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 특허 제10-1729746호(2017. 04. 25. 등록공고)의 '골프공 감지센서를 이용한 네트워크 골프 시스템은, 청구항 4에 기재된 바와 같이, 골프공의 위치 및 방향을 감지하는 골프공 감지센서를 포함하고, 골프공의 위치 및 방향에 따라 속도를 산출하며, 풍향 및 습도 정보를 기초로 비거리를 산출하고, 네트워크를 통해 다른 골프 연습장 또는 다른 타석에 구비된 골프 연습기와 골프 게임을 제어하며, 인도어에 마련된 골프 연습기; 및 상기 골프 연습기와 다른 골프장 또는 다른 타석에 구비된 골프 연습기 간의 골프 연습을 중계하거나 골프 게임을 중계해주는 골프연습 중계 서버를 포함하고, 상기 골프 연습기는 골프공의 위치 및 방향을 감지하는 골프공 감지센서; 골퍼를 촬영하기 위한 카메라; 풍향을 측정하는 풍향계; 습도를 측정하는 습도계; 감지한 골프공의 위치 및 방향 정보에 측정한 풍향 및 습도 정보를 적용하여 비거리를 산출하며, 산출한 비거리 및 속도 정보와 감지한 위치 및 방향 정보에 따라 생성한 골프 게임 정보의 저장 및 표시를 제어하고, 상기 골프 게임 정보의 전송을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 감지한 골프공의 위치 정보를 기초로 속도를 산출하는 속도 산출부; 상기 골프공 감지센서에서 감지한 위치 및 방향 정보를 골프공 방향정보로 산출하는 방향 산출부; 상기 속도 및 방향 정보에 풍향 및 습도정보를 적용하여 비거리를 산출하는 비거리 산출부; 상기 카메라에 의해 획득한 영상을 처리하는 영상 처리부를 포함하고 있다.
위와 같은 선행기술문헌들을 포함하는 종래기술에서는, 적외선 센서를 이용한 감지장치, 레이저 센서를 이용한 감지장치, 음향 센서를 이용한 감지장치, 그리고 카메라 센서를 이용한 감지장치 등 다양한 감지 방식이 등장하고 있으며, 운동하는 볼의 상태를 정확하게 감지하기 위하여 운동하는 볼에 대한 이미지를 취득하여 분석하는 카메라 센서 방식의 감지장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
In such an interactive sports game, research and development on various sensing systems for accurately detecting physical information about the motion of a ball in motion is being actively conducted in order to simulate sports using balls such as golf balls. .
As a result, a number of patent applications have been made and have already been published in the related technology field. Among them, Patent No. 10-1963090 (registration announcement on March 27, 2019), 'virtual composite play method using simulated golf clubs' As described in claim 1, the 'golf simulation device' includes a screen displaying a virtual golf course and a virtual golf ball; and a control unit for calculating the motion of the virtual golf ball in the virtual golf course; and, since a complex play method is provided, the user can play in any one of first and second play modes, wherein the In the first play mode, the user hits a real golf ball placed on a hitting plate, and the control unit calculates the motion of the virtual golf ball based on the hitting result for the real golf ball, and the second play mode. In this mode, the user swings only the golf club without hitting an actual golf ball, and the control unit calculates the motion of the virtual golf ball based on a swing result of the golf club.
In addition, as described in Claims 1, 10 and 13, 'Virtual Golf Simulation Device and Sensing Device and Sensing Method Used in It' of Patent No. 10-1048089 (registration announcement on July 8, 2011), the sensing device , A sensing device used in a virtual golf simulation device, comprising: at least one sensor unit that continuously acquires images of a predetermined shooting range in which hitting is performed; a grabber for obtaining and storing an image from the sensor unit; a shot detector for receiving and processing the image transmitted from the grabber to detect whether a hit is ready and whether a hit has been made by the user; and an image processor configured to extract physical characteristic information of a moving ball by processing an image thereof when a hit is detected by the shot detector,
The simulation device includes a camera unit that continuously acquires images for a certain shooting range in which a hit occurs; and a grabber that obtains and stores an image from the camera unit, a shot detector that receives and processes the image transmitted from the grabber, and detects whether or not a hit is ready and whether a hit is made by the user, and the shot detector When a hit is detected, a sensing device including a sensing processing unit including an image processing unit that extracts physical characteristic information of a moving ball by processing an image thereof, and a trajectory of the ball according to the information extracted from the sensing processing unit It is configured to include an image implementation unit that implements a simulation image for
The sensing method, in the sensing method for virtual golf simulation, continuously acquires images for a certain shooting range in which hitting occurs; receiving and storing the continuously obtained images; detecting whether preparation for hitting is completed by receiving the stored image and processing the image; detecting whether or not a hit has been made by the user when the preparation for the hit is completed; and extracting physical characteristic information of a moving ball by processing an image thereof when the hit is sensed.
In addition, Patent No. 10-1729746 (registration announcement on April 25, 2017) 'network golf system using golf ball detection sensor', as described in claim 4, detects golf ball position and direction It includes a sensor, calculates the speed according to the position and direction of the golf ball, calculates the flight distance based on the wind direction and humidity information, and controls the golf practice machine and golf game provided in other driving ranges or other at-bats through the network. , a golf practice machine provided in the indoor; and a golf practice relay server relaying a golf practice or a golf game between the golf exerciser and a golf exerciser provided at a different golf course or at another table, wherein the golf exerciser detects the position and direction of the golf ball. sensor; a camera for filming the golfer; a wind vane that measures wind direction; Hygrometer to measure humidity; It calculates the flight distance by applying the measured wind direction and humidity information to the detected location and direction information of the golf ball, and controls the storage and display of golf game information generated according to the calculated flight distance and speed information and the detected location and direction information. and a control unit for controlling transmission of the golf game information, wherein the control unit includes a speed calculator for calculating a speed based on the detected position information of the golf ball; a direction calculation unit that calculates the position and direction information detected by the golf ball detection sensor as golf ball direction information; a flight distance calculating unit that calculates a flight distance by applying wind direction and humidity information to the speed and direction information; It includes an image processing unit that processes the image acquired by the camera.
In the prior art including the above prior art documents, various sensing methods such as a sensing device using an infrared sensor, a sensing device using a laser sensor, a sensing device using an acoustic sensor, and a sensing device using a camera sensor have appeared, and movement In order to accurately detect the state of a ball in motion, research on a camera sensor type sensing device that acquires and analyzes an image of a ball in motion is being actively conducted.

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또한, 종래의 IR 센서 골프 시스템은, 조명으로서 할로겐 전구를 사용하고, 공의 전방, 즉 스크린을 향하는 공의 전방에 2열로 배열되는 두 개의 IR 센서모듈만을 이용하여, 타격으로 인해 공중을 비행하는 공을 감지하여 인식하고 있으나, 이 경우 공의 비행을 단순히 2열로 배열된 두 개의 IR 센서모듈로만 두 번만 감지하기 때문에 공의 비행 감지가 연속적으로 반복적으로 이루어지지 않아 공의 비행정보와 함께 클럽에 대한 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.In addition, the conventional IR sensor golf system uses a halogen bulb as lighting and uses only two IR sensor modules arranged in two rows in front of the ball, that is, in front of the ball facing the screen, to prevent flying through the air due to hitting. The ball is sensed and recognized, but in this case, the flight of the ball is detected only twice with two IR sensor modules arranged in two rows, so the ball flight is not detected continuously and repeatedly. There is a problem with low accuracy.

특히, IR 센서 모듈의 해상도가 낮아, IR 센서모듈에 의해 감지되는 정보를 기초로 하는 클럽이나 공의 진행방향, 공의 속도, 회전 등에 대한 정보 역시 정확도가 낮다는 문제점이 있다.In particular, since the resolution of the IR sensor module is low, there is a problem in that information about the direction of movement of the club or ball, the speed of the ball, and rotation based on the information detected by the IR sensor module is also low in accuracy.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 타격으로 인해 공중을 비행하는 골프공의 영상 이미지의 해상도를 높여 정밀한 정보를 취득하여 가상 골프 코스에서의 골프공의 궤적을 정확하게 계산할 수 있는 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems of the prior art, the present invention increases the resolution of a video image of a golf ball flying in the air due to a hit and acquires precise information to accurately calculate the trajectory of a golf ball in a virtual golf course. Its purpose is to provide a golf simulation system using 3D information.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자를 촬영하는 제1 단계; 촬영되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 제2 단계; 카메라의 좌표와 전등의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 제3 단계; 상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하여 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 제4 단계; 카메라에 의해 촬영되는 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 계산하는 제5 단계; 상기 카메라에 의해 촬영되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향(각도)을 추정하는 제6단계; 상기 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이, 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 제7 단계; 상기 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 제8 단계; 및 상기 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 스크린상에 표시하는 제9 단계로 구성되는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법에 의 해 달성된다.An object of the present invention as described above is a first step of photographing a ball flying in the air from a reference point (tee) due to a hit and a shadow of the ball formed on the floor with light from a lamp; A second step of recognizing the X and Y coordinates of the ball flying in the air by analyzing the direction in which the shadow of the ball has moved in the captured video image; A third step of calculating the Z coordinate value of the ball by triangulating the position coordinate value of the ball and its shadow based on the coordinates of the camera and the coordinates of the lamp; a fourth step of repeatedly performing the first to third steps to measure and store the three-dimensional coordinates of the ball flying in the air; a fifth step of calculating the azimuth and launch angle of the ball using the time interval of each image frame captured by the camera and the position difference of the ball in each image; A sixth step of estimating the hitting of the ball and the moving direction (angle) of the club by checking whether there is a change in the location of a pixel by comparing neighboring captured frames in the image captured by the camera; A seventh step of simulating sidespin of the ball based on the difference between the club's traveling direction and the ball's azimuth, and preset data; An eighth step of simulating backspin of the ball based on the vertical angle of the ball and preset data; and a ninth step of calculating the trajectory of the ball based on the backspin, sidespin, azimuth, and launch angle of the ball and displaying it on a screen.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 제1 단계는, 촬영된 영상에서 마름모꼴로 촬영되는 타격 영역의 이미지를 직사각형의 이미지로 보정 처리하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the first step is characterized in that it is configured to further include the step of correcting the image of the hit area captured in a diamond shape in the captured image into a rectangular image.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 제4 단계는, 공의 3차원 좌표들이 직선이 되도록 보정하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the fourth step is characterized in that it is configured to further include the step of correcting the three-dimensional coordinates of the ball to be a straight line.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제6 단계는, 상기 카메라에 의해 촬영되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀을 감지 기록하는 단계; 및 상기 단계에서의 픽셀의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향(각도)을 계산하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the sixth step may include comparing the first and second frames in the image captured by the camera with neighboring frames, detecting and recording pixels having differences; and calculating the direction (angle) of the ball hitting and club moving by analyzing the pixel difference in the above step.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 제1 단계 이전에 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라와 전등에 대한 위치 정보를 입력하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, it is characterized in that it is configured to further include the step of inputting positional information about the camera and the lamp with the starting position (tee) of the ball as a reference point before the first step.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 단계는, 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 단계; 공의 시작 위치를 기준점으로 전등의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 단계; 카메라가 공의 시작 위치를 지향하는 상태에서, 공으로 시작 위치를 기준점으로 타격 영역에 대응하는 직사각형을 만들고 카메라를 통해 기준점을 확인하여, 타격 영역의 가로 및 세로값을 입력하는 단계; 및 공의 시작위치와 타격 영역의 모서리 위치를 기준으로 카메라의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the step may include inputting X, Y, and Z coordinate values for the position of the camera with the starting position (tee) of the ball as a reference point; inputting X, Y, and Z coordinate values for the position of the lamp with the starting position of the ball as a reference point; With the camera pointing at the starting position of the ball, making a rectangle corresponding to the hitting area using the starting position as a reference point, checking the reference point through the camera, and inputting horizontal and vertical values of the hitting area; and obtaining values for correcting the reference position of the camera, the viewing angle, and the curvature of the lens based on the starting position of the ball and the corner position of the hitting area.

본 발명의 다른 목적은, 카메라에 의해 촬영된 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자에 대한 영상이 입력되는 영상 입력부; 상기 영상 입력부를 통해 입력되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 공 X, Y 좌표 인식부; 상기 카메라의 좌표와 전등의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 공 Z 좌표 인식부; 상기 공의 X, Y, Z 좌표를 연속적으로 인식 및 계산하여, 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 3차원 좌표 측정부; 상기 영상 입력부를 통해 입력되는 영상의 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 포함하는 공의 비행정보를 계산하는 비행정보 계산부; 상기 영상 입력부를 통해 입력되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 추정하는 타격과 클럽 진행방향 확인부; 상기 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이, 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 사이드스핀 시뮬레이션부; 상기 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 백스핀 시뮬레이션부; 및 상기 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 프로젝트 구동 제어부를 매개로 스크린상에 표시하는 골프공 궤적 계산부로 구성되는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템에 의해 달성된다.Another object of the present invention is an image input unit for inputting an image of a ball flying in the air from a tee due to a hit taken by a camera and a shadow of the ball formed on the floor by light of a lamp; a ball X and Y coordinate recognizing unit for recognizing the X and Y coordinates of a ball flying in the air by analyzing the direction in which the ball's shadow moves in the video image input through the video input unit; a ball Z-coordinate recognizing unit calculating a Z-coordinate value of the ball by triangulating positional coordinates of the ball and its shadow based on the coordinates of the camera and the coordinates of the lamp; a 3D coordinate measurement unit for continuously recognizing and calculating the X, Y, and Z coordinates of the ball and measuring and storing the 3D coordinates of the ball flying in the air; a flight information calculation unit that calculates flight information of the ball including the azimuth and launch angle of the ball using the time interval of each image frame of the video input through the video input unit and the position difference of the ball in each image; a batting and club moving direction checking unit for estimating the ball hitting and club moving direction by comparing adjacent captured frames in the image input through the image input unit to check whether there is a change in pixel position; a sidespin simulation unit for simulating sidespin of the ball based on the difference between the club's traveling direction and the ball's azimuth, and preset data; a backspin simulation unit simulating backspin of the ball based on the vertical angle of the ball and preset data; and a golf ball trajectory calculation unit that calculates the ball's trajectory based on the ball's backspin, sidespin, azimuth, and launch angle, and displays it on a screen via a project drive control unit. A golf simulation system using three-dimensional information. is achieved by

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 영상 입력부는, 촬영된 영상에서 마름모꼴로 촬영되는 타격 영역의 이미지를 직사각형의 이미지로 보정 처리하는 이미지 보정 처리부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, the image input unit is characterized in that it is configured to further include an image correction processing unit for correcting the image of the hit area captured in the shape of a lozenge to a rectangular image.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 공의 3차원 좌표들이 직선이 되도록 보정하는 3차원 좌표 보정부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, it is characterized in that it is configured to further include a three-dimensional coordinate correction unit for correcting the three-dimensional coordinates of the ball to be a straight line.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 타격과 클럽 진행방향 확인부는, 상기 영상 입력부를 통해 입력되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀의 위치 변화를 감지 기록하는 픽셀 위치 변화 감지부; 및 상기 픽셀 위치 변화 감지부에서의 픽셀의 위치 변화의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향을 계산하는 분석 계산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the hitting and club moving direction confirmation unit compares the first and second frames in the image input through the image input unit with neighboring frames, and changes the position of a pixel having a difference. a pixel position change detector for detecting and recording; and an analysis calculation unit that analyzes the difference in position change of the pixel in the pixel position change detection unit and calculates the strike of the ball and the moving direction of the club.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라와 전등에 대한 위치 정보를 입력하는 입력부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, it is characterized in that it is configured to further include an input unit for inputting positional information about the camera and the lamp with the starting position (tee) of the ball as a reference point.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 입력부는, 상기 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 카메라 위치정보 입력부; 상기 공의 시작 위치를 기준점으로 전등의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 전등 위치정보 입력부; 상기 공의 시작 위치를 카메라가 지향하는 상태에서, 공으로 시작 위치를 기준점으로 타격 영역에 대응하는 직사각형을 만들고 카메라를 통해 기준점을 확인하여, 타격 영역의 가로 및 세로값을 입력하는 타격 영역 정보 입력부; 및 상기 공의 시작위치와 타격 영역의 모서리 위치를 기준으로 카메라의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, the input unit may include: a camera location information input unit for inputting X, Y, and Z coordinate values for the location of the camera with the starting position (tee) of the ball as a reference point; a lamp location information input unit for inputting X, Y, and Z coordinate values for the location of the lamp using the starting location of the ball as a reference point; a hitting area information input unit for making a rectangle corresponding to a hitting area with the starting position of the ball as a reference point while the camera is pointing at the starting position of the ball, confirming the reference point through the camera, and inputting horizontal and vertical values of the hitting area; and a correction unit for obtaining values for correcting the reference position of the camera, the viewing angle, and the curvature of the lens based on the starting position of the ball and the corner position of the hitting area.

본 발명에 의하면, 높은 해상도의 카메라에 의해 촬영된 영상으로부터 취득한 골프 클럽의 진행 방향과 사이드스핀과 백스핀을 포함하는 공의 3차원정보를 근거로 골프공의 궤적을 계산하여 골프공 궤적 시뮬레이션을 구현함으로써, 정밀도 높은 정보를 취득하여 가상 골프 코스에서의 골프공의 궤적을 정확하게 계산할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the golf ball trajectory simulation is performed by calculating the trajectory of the golf ball based on the three-dimensional information of the ball including the direction of movement of the golf club and the sidespin and backspin obtained from the image taken by the high-resolution camera. By implementing it, there is an effect of obtaining high-precision information and accurately calculating the trajectory of a golf ball in a virtual golf course.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템의 구성도이다.
도 1b는 도 1a에 개시된 카메라와 전등의 설치상태를 보인 도면이다.
도 2는 도 1a에 개시된 입력부의 상세 구성도이다.
도 3은 도 1a에 개시된 골프공 궤적 시뮬레이션부의 상세 구성도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1a의 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템에 의해 골프 가상 코스에서 골프공 궤적의 시뮬레이션 과정을 보여주는 흐름도이다.
1A is a configuration diagram of a golf simulation system using 3D information according to an embodiment of the present invention.
Figure 1b is a view showing the installation state of the camera and lights disclosed in Figure 1a.
2 is a detailed configuration diagram of the input unit disclosed in FIG. 1A.
3 is a detailed configuration diagram of the golf ball trajectory simulation unit disclosed in FIG. 1A.
4A and 4B are flowcharts showing a simulation process of a golf ball trajectory in a virtual golf course by the golf simulation system using the 3D information of FIG. 1A.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a는 본 발명의 실시예에 의한 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템의 구성도, 도 1b는 도 1a에 개시된 카메라와 전등의 설치상태를 보인 도면이다. 1A is a configuration diagram of a golf simulation system using 3D information according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an installation state of a camera and lights disclosed in FIG. 1A.

도 1a 및 도 1b에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템은, 천장에 위치하여 비행하는 공을 촬영하는 고해상도의 카메라(100), 높은 조도의 할로겐 전등(200), 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라(100)와 전등(200)에 대한 위치 정보를 입력하는 입력부(300), 카메라(100)에 의해 촬영되는 골프 클럽과 공에 대한 영상을 분석하여, 가상 골프 코스에서의 골프 시뮬레이션을 위한 공의 궤적 데이터를 계산하는 골프공 궤적 시뮬레이션부(400), 가상 골프 코스와 공의 궤적을 표시하기 위한 프로젝트의 구동을 제어하는 프로젝트 구동 제어부(500), 및 골프 가상 코스와 골프공의 움직임이 표시되는 스크린(600)으로 구성된다.1A and 1B, the golf simulation system using three-dimensional information according to an embodiment of the present invention includes a high-resolution camera 100 located on the ceiling and photographing a flying ball, and a halogen lamp 200 with high illumination. The input unit 300 for inputting location information about the camera 100 and the lamp 200 with the starting position (tee) of the ball as a reference point, analyzing the images of the golf club and the ball captured by the camera 100 , a golf ball trajectory simulation unit 400 that calculates ball trajectory data for golf simulation in a virtual golf course, a project driving control unit 500 that controls driving of a project to display the virtual golf course and the trajectory of a ball, and a screen 600 displaying the golf virtual course and the motion of the golf ball.

위 실시예에서, 영상 입력부(410)는, 촬영된 영상에서 마름모꼴로 촬영되는 타격 영역의 이미지를 직사각형의 이미지로 보정 처리하는 이미지 보정 처리부(411)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In the above embodiment, the image input unit 410 may further include an image correction processing unit 411 that corrects an image of a hit area captured in a lozenge shape in a captured image into a rectangular image.

또한, 본 발명에 의한 실시예는, 골프 매트(2)의 시작위치에 놓인 골프공(1)의 수직 상단의 천장에 할로겐 등과 같은 전등(200)이 배치되고, 골프공 궤적 시뮬레이션부(400)를 포함하는 키오스크와 연결된 카메라(100)가 전등(200)과 일정간격을 두고 배치된다.In addition, in the embodiment according to the present invention, a lamp 200 such as a halogen is disposed on the ceiling of the vertical top of the golf ball 1 placed at the starting position of the golf mat 2, and the golf ball trajectory simulation unit 400 A camera 100 connected to a kiosk including a lamp 200 is disposed at regular intervals.

도 2는 도 1a에 개시된 입력부의 상세 구성도이다.2 is a detailed configuration diagram of the input unit disclosed in FIG. 1A.

도 2에 의하면, 도 1a에 개시된 입력부(300)는, 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라(100)의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 카메라 위치정보 입력부(310), 공의 시작 위치를 기준점으로 전등(200)의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 전등 위치정보 입력부(320), 공의 시작 위치를 카메라(100)가 지향하는 상태에서, 공으로 시작 위치를 기준점으로 타격 영역에 대응하는 직사각형을 만들고 카메라(100)를 통해 기준점을 확인하여, 타격 영역의 가로 및 세로값을 입력하는 타격 영역 정보 입력부(330) 및 공의 시작위치와 타격 영역의 모서리 위치를 기준으로 카메라의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는 보정부(340)로 구성된다.Referring to FIG. 2 , the input unit 300 disclosed in FIG. 1A is a camera location information input unit 310 that inputs X, Y, and Z coordinate values for the position of the camera 100 with the starting position (tee) of the ball as a reference point. , the light location information input unit 320 inputting the X, Y, and Z coordinate values for the position of the light 200 with the starting position of the ball as a reference point, and the starting position of the ball as the ball in a state where the camera 100 is directed. Using the starting position as a reference point, a rectangle corresponding to the hitting area is created, and the reference point is confirmed through the camera 100. The hitting area information input unit 330 inputs the horizontal and vertical values of the hitting area, and the starting position of the ball and the hitting area It consists of a correction unit 340 that obtains values for correcting the reference position of the camera, the angle of view, and the curvature of the lens based on the corner position.

도 3은 도 1a에 개시된 골프공 궤적 시뮬레이션부의 상세 구성도이다.3 is a detailed configuration diagram of the golf ball trajectory simulation unit disclosed in FIG. 1A.

도 3에 의하면, 도 1a에 개시된 골프공 궤적 시뮬레이션부(400)는, 카메라(100)에 의해 촬영된 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등(200)의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자에 대한 영상이 입력되는 영상 입력부(410), 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 공 X, Y 좌표 인식부(420), 카메라(100)의 좌표와 전등(200)의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 공 Z 좌표 인식부(430), 공의 X, Y, Z 좌표를 연속적으로 인식 및 계산하여, 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 3차원 좌표 측정부(440), 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상의 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 속도, 방위각과 발사각을 포함하는 공의 비행정보를 계산하는 비행정보 계산부(450), 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 확인하는 타격과 클럽 진행방향 확인부(460), 골프 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이, 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 사이드스핀 시뮬레이션부(470), 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 백스핀 시뮬레이션부(480), 및 상기 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 프로젝트 구동 제어부(500)를 매개로 스크린(600)상에 표시하는 골프공 궤적 계산부(490)로 구성된다.Referring to FIG. 3 , the golf ball trajectory simulation unit 400 disclosed in FIG. 1A shows a ball flying in the air from a reference point (tee) due to a hit photographed by the camera 100 and a light from the lamp 200 on the floor. An image input unit 410 for inputting an image of the shadow of the formed ball, and an X, Y coordinate of the ball flying in the air are recognized by analyzing the direction in which the shadow of the ball moves in the video image input through the video input unit 410 Ball Z coordinate recognition that calculates the Z coordinate value of the ball by triangulating the position coordinate values of the ball and ball shadow based on the coordinates of the ball X, Y coordinate recognizing unit 420, the camera 100 and the lamp 200. The unit 430 continuously recognizes and calculates the X, Y, and Z coordinates of the ball and measures and stores the 3D coordinates of the ball flying in the air through the 3D coordinate measurement unit 440 and the image input unit 410. A flight information calculation unit 450 and an image input unit 410 that calculate flight information of the ball including speed, azimuth, and launch angle of the ball using the time interval of each image frame of the input video and the position difference of the ball in each image. ), the hitting and club moving direction confirmation unit 460 that checks the ball hitting and club moving direction by comparing neighboring captured frames to check whether there is a change in pixel position, A sidespin simulation unit 470 that simulates the sidespin of the ball based on the direction of travel, the difference in the azimuth of the ball, and preset data, and the backspin of the ball based on the vertical angle of the ball and preset data The backspin simulation unit 480 that simulates, and the ball's backspin, sidespin, azimuth and launch angle calculate the trajectory of the ball, and display it on the screen 600 through the project drive control unit 500 It is composed of a golf ball trajectory calculation unit 490.

위 실시예에서, 공의 3차원 좌표들이 직선이 되도록 보정하는 3차원 좌표 보정부(441)를 더 포함하여 구성될 수 있다.In the above embodiment, a 3D coordinate correction unit 441 correcting the 3D coordinates of the ball to be a straight line may be further included.

위의 실시예에서, 타격과 클럽 진행방향 확인부(460)는, 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀의 위치 변화를 감지 기록하는 픽셀 위치 변화 감지부(461) 및 픽셀 위치 변화 감지부(461)에서의 픽셀의 위치 변화의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향을 계산하는 분석 계산부(462)를 포함하여 구성될 수 있다.In the above embodiment, the batting and club moving direction confirmation unit 460 compares the first and second frames in the image input through the image input unit 410 with neighboring frames, and determines the number of pixels with a difference. A pixel position change detector 461 that detects and records the position change and an analysis calculator 462 that analyzes the difference in position change of the pixel in the pixel position change detector 461 to calculate the hit of the ball and the moving direction of the club ).

도 4a 및 도4b는 도 1a에 개시된 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템에 의해 골프 가상 코스에서 골프공 궤적의 시뮬레이션 과정을 보여주는 흐름도이다.4A and 4B are flowcharts showing a simulation process of a golf ball trajectory in a virtual golf course by the golf simulation system using 3D information disclosed in FIG. 1A.

도 4a 및 도 4b에 의하면, 가상 스크린 골프, 즉 골프 가상 코스에서의 골프공 궤적 시뮬레이션을 실행하기에 앞서, 사용자는 공(골프공)을 골프 매트 위의 시작 위치(tee)에 배치한다(S1).4A and 4B, prior to executing virtual screen golf, that is, golf ball trajectory simulation on a golf virtual course, the user places a ball (golf ball) at a starting position (tee) on a golf mat (S1 ).

이어서, 사용자는 공의 시작 위치(tee)를 기준으로 측면 상단(천장)에 카메라(100)를 배치(S2)한다. 위의 실시예에서 언급한 측면 상단이 아닌 후면 상단(천장)에 배치하거나 골프공 시뮬레이션부(400)를 포함하는 키오스크에 배치할 수 있다. 이때 하단에서 언급되는 할로겐 전등(200)과의 거리는 카메라(100)에 장착된 렌즈에 따라 변동 가능한데, 본 발명의 실시예에서는 카메라(100)와 전등(200)의 거리를 1미터를 예로 설명한다. 또한, 할로겐 전등(200)(또는 적외선이 강한 LED 전구)은 공의 직상방, 즉 대략 3미터 높이의 천장에 배치(S3)한다.Next, the user places the camera 100 on the upper side (ceiling) of the ball based on the starting position (tee) of the ball (S2). It may be placed on the top of the rear side (ceiling) instead of the top of the side mentioned in the above embodiment, or it may be placed in a kiosk including the golf ball simulation unit 400 . At this time, the distance from the halogen lamp 200 mentioned at the bottom is variable according to the lens mounted on the camera 100. In the embodiment of the present invention, the distance between the camera 100 and the lamp 200 is described as 1 meter as an example. . In addition, the halogen lamp 200 (or LED bulb with strong infrared rays) is placed directly above the ball, that is, on the ceiling at a height of approximately 3 meters (S3).

카메라(100)와 할로겐 전등(200)을 배치한 후 사용자는 공의 시작 위치를 기준점으로 하는 카메라(100)의 위치에 대한 X(좌우), Y(전후), Z(상하) 좌표값을 입력(S4)한다. 또한, 사용자는 카메라(100)의 위치좌표와 함께 할로겐 전등(200)의 위치에 대한 대한 X(좌우), Y(전후), Z(상하) 좌표값을 입력(S5)한다.After arranging the camera 100 and the halogen lamp 200, the user inputs X (left and right), Y (front and back), and Z (up and down) coordinate values for the position of the camera 100 with the starting position of the ball as a reference point. (S4). In addition, the user inputs X (left and right), Y (front and back), and Z (up and down) coordinate values for the position of the halogen lamp 200 together with the position coordinates of the camera 100 (S5).

천장에 위치한 카메라(100)가 공을 지향하도록 조정한 상태에서, 사용자는 공으로 타격 영역, 즉 타격 매트에 대응하는 직사각형을 만들고, 카메라(100)를 통해 기준점을 확인하여 입력한 뒤 직사각형의 가로값과 세로값을 입력(S6)한다. 여기서, 직사각형은 공의 위치를 기준점으로 전후좌우로의 거리는 대략 20 cm로 할 수 있다.With the camera 100 located on the ceiling adjusted to point at the ball, the user creates a rectangle corresponding to the hitting area, that is, the hitting mat, with the ball, confirms the reference point through the camera 100 and inputs the horizontal value of the rectangle. and vertical values are input (S6). Here, the rectangle may have a distance of approximately 20 cm in the front, rear, left, and right directions with the position of the ball as a reference point.

이때, 골프공 궤적 시뮬레이션부(400)는 공의 시작 위치와, 타격 영역, 즉 타격 매트의 각 모서리를 기준점으로 하여, 카메라(100)의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는다(S7).At this time, the golf ball trajectory simulation unit 400 uses the starting position of the ball and the hitting area, that is, each corner of the hitting mat as reference points to obtain values for correcting the reference position of the camera 100, the angle of view, and the curvature of the lens. (S7).

이렇게 천장에 위치한 카메라(100)는 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중을 비행하는 공의 영상과 함께 전등(200) 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자를 촬영한 영상을 영상 입력부(410)를 통해 공 X, Y 좌표 인식부(420), 비행정보 계산부(450) 및 타격 및 클럽 진행방향 확인부(460)에 각각 입력한다(S8).The camera 100 located on the ceiling transmits the image of the ball flying in the air from the reference point (tee) due to the blow and the image of the shadow of the ball formed on the floor with the light of the lamp 200 through the image input unit 410. Through this, the ball X, Y coordinates are input to the recognizing unit 420, the flight information calculation unit 450, and the batting and club moving direction confirmation unit 460, respectively (S8).

이때, 카메라(100)에 의해 촬영되는 영상에서 타격 영역이 원근과 시야각에 의해 마름모꼴로 촬영되는데, 이를 이미지 처리를 통해 직사각형의 이미지로 보정 처리(S9)함으로써, 후방으로 입력되는 영상이 지면을 직상방향에서 촬영한 것처럼 보여질 수 있다.At this time, in the image captured by the camera 100, the hitting area is captured in a diamond shape according to the perspective and angle of view. By correcting this into a rectangular image through image processing (S9), the image input to the rear is directly above the ground It can be seen as if it was shot from the direction.

이어서, 공 X, Y 좌표 인식부(420)는 영상 입력부(410)를 통해 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식(S10)하고, 공 Z 좌표 인식부(430)는 카메라(100)의 좌표와 전등(200)의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산한다(S11).Subsequently, the ball X, Y coordinate recognizing unit 420 analyzes the direction in which the shadow of the ball has moved in the video image through the video input unit 410 to recognize the X and Y coordinates of the ball flying in the air (S10), and The Z coordinate recognizing unit 430 calculates the Z coordinate value of the ball by triangulating the location coordinate values of the ball and its shadow based on the coordinates of the camera 100 and the lamp 200 (S11).

위 단계 S8 내지 단계 S11을 반복적으로 수행한 결과가 공급되는 공 3차원 좌표 측정부(400)는 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장한다(S12). 이때, 공 3차원 좌표 측정부(400)는 공의 3차원 좌표들을 직선이 되도록 보정(S13)한다.The ball 3-dimensional coordinate measurement unit 400, to which the result of repeatedly performing the above steps S8 to S11 is supplied, measures and stores the 3-dimensional coordinates of the ball flying in the air (S12). At this time, the ball 3D coordinate measuring unit 400 corrects the 3D coordinates of the ball to be a straight line (S13).

이어서, 카메라(100)에 의해 촬영되는 영상이 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 비행 정보 계산부(450)는 영상의 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 변화의 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 계산(S14)한다. 또한, 타격 및 클럽 진행방향 확인부(460)는 카메라(100)에 의해 촬영되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 추정(S15)한다.Subsequently, the flight information calculator 450, in which the image captured by the camera 100 is input through the image input unit 410, uses the time interval of each image frame of the image and the difference in the position change of the ball in each image The azimuth and launch angle of the ball are calculated (S14). In addition, the batting and club moving direction checking unit 460 compares the adjacent captured frames in the image captured by the camera 100 to check whether there is a change in pixel position, and determines the hitting of the ball and the moving direction of the club. Estimate (S15).

보다 상세하게는, 타격 및 클럽 진행방향 확인부(460)는 카메라(100)에 의해 촬영되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀을 감지 기록하고, 그리고 기록되 픽셀의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향을 추정한다.In more detail, the hitting and club moving direction confirmation unit 460 compares the first and second frames in the image taken by the camera 100 with neighboring frames, detects and records pixels with differences, , And by analyzing the difference between the recorded pixels, the hit of the ball and the moving direction of the club are estimated.

이어서, 사이드스핀 시뮬레이션부(470)는 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이, 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션(S16)하고, 백스핀 시뮬레이션부(480)는 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션(S17)한다.Next, the sidespin simulation unit 470 simulates the sidespin of the ball based on the difference between the club's traveling direction and the ball's azimuth, and preset data (S16), and the backspin simulation unit 480 simulates the ball's sidespin. The backspin of the ball is simulated (S17) based on the upper and lower angles of and preset data.

그리하면, 골프공 궤적 계산부(490)는 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적 데이터를 계산하여, 프로젝트 구동 제어부(500)를 통해 스크린(600)상에 가상 골프 코스와 함께 공의 궤적을 표시한다(S18).Then, the golf ball trajectory calculation unit 490 calculates the trajectory data of the ball based on the ball's backspin, sidespin, azimuth and launch angle, and displays virtual golf on the screen 600 through the project drive control unit 500. The trajectory of the ball is displayed along with the course (S18).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 구조들은 본 발명의 기술 사상으로부터 벗어나는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is common in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modified implementations are possible by those with knowledge of, and these modified structures should not be understood as departing from the technical spirit of the present invention.

100 : 카메라 200 : 전등
300 : 입력부 400 : 골프공 궤적 시뮬레이션부
410 : 영상 입력부 411 : 이미지 보정 처리부
420 : 공 X, Y 좌표 인식부 430 : 공 Z 좌표 인식부
440 : 공 3차원 좌표 측정부 450 : 비행정보 계산부
460 : 타격 및 클럽 진행방향 확인부 470 : 사이드스핀 시뮬레이션부
480 : 백스핀 시뮬레이션부 490 : 골프공 궤적 계산부
500 : 프로젝트 구동 제어부 600 : 스크린
100: camera 200: light
300: input unit 400: golf ball trajectory simulation unit
410: video input unit 411: image correction processing unit
420: Ball X, Y coordinate recognition unit 430: Ball Z coordinate recognition unit
440: Ball 3D coordinate measurement unit 450: Flight information calculation unit
460: hitting and club direction confirmation unit 470: side spin simulation unit
480: backspin simulation unit 490: golf ball trajectory calculation unit
500: Project driving control unit 600: Screen

Claims (12)

타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자를 촬영하는 제1 단계;
촬영되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 제2 단계;
카메라의 좌표와 전등의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 제3 단계;
상기 제1 단계 내지 상기 제3 단계를 반복적으로 수행하여 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 제4 단계;
카메라에 의해 촬영되는 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 계산하는 제5 단계;
상기 카메라에 의해 촬영되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 추정하는 제6단계;
상기 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 제7 단계;
상기 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 제8 단계; 및
상기 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 스크린상에 표시하는 제9 단계
로 구성되는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
A first step of photographing a ball flying into the air from a tee due to a hit and a shadow of the ball formed on the floor with light from an electric lamp;
A second step of recognizing the X and Y coordinates of the ball flying in the air by analyzing the direction in which the shadow of the ball has moved in the captured video image;
A third step of calculating the Z coordinate value of the ball by triangulating the position coordinate value of the ball and its shadow based on the coordinates of the camera and the coordinates of the lamp;
a fourth step of repeatedly performing the first to third steps to measure and store the three-dimensional coordinates of the ball flying in the air;
a fifth step of calculating the azimuth and launch angle of the ball using the time interval of each image frame captured by the camera and the position difference of the ball in each image;
A sixth step of estimating the hit of the ball and the moving direction of the club by comparing neighboring captured frames in the image captured by the camera to check whether there is a change in pixel position;
A seventh step of simulating sidespin of the ball based on the difference between the club's traveling direction and the ball's azimuth and preset data;
An eighth step of simulating backspin of the ball based on the vertical angle of the ball and preset data; and
A ninth step of calculating the ball's trajectory based on the ball's backspin, sidespin, azimuth and launch angle, and displaying it on the screen
Consisting of, golf simulation method using three-dimensional information.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계는,
촬영된 영상에서 마름모꼴로 촬영되는 타격 영역의 이미지를 직사각형의 이미지로 보정 처리하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
According to claim 1,
The first step is
A golf simulation method using three-dimensional information, characterized in that it further comprises the step of correcting the image of the hitting area captured in the form of a lozenge in the captured image into a rectangular image.
제1항에 있어서,
상기 제4 단계는, 공의 3차원 좌표들이 직선이 되도록 보정하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
According to claim 1,
The fourth step further comprises correcting the three-dimensional coordinates of the ball so that they become straight lines.
제1항에 있어서,
상기 제6 단계는,
상기 카메라에 의해 촬영되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀을 감지 기록하는 단계; 및
상기 단계에서의 픽셀의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향을 계산하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
According to claim 1,
The sixth step,
detecting and recording a pixel having a difference by comparing a first frame and a second frame in an image captured by the camera with neighboring frames; and
A golf simulation method using three-dimensional information, characterized in that it comprises the step of calculating the ball hitting and club moving direction by analyzing the pixel difference in the step.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계 이전에 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라와 전등에 대한 위치 정보를 입력하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
According to claim 1,
Golf simulation method using three-dimensional information, characterized in that it further comprises the step of inputting positional information about the camera and lights with the starting position (tee) of the ball as a reference point prior to the first step.
제5항에 있어서,
상기 단계는,
공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 단계;
공의 시작 위치를 기준점으로 전등의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 단계;
카메라가 공의 시작 위치를 지향하는 상태에서, 공으로 시작 위치를 기준점으로 타격 영역에 대응하는 직사각형을 만들고 카메라를 통해 기준점을 확인하여, 타격 영역의 가로 및 세로값을 입력하는 단계; 및
공의 시작위치와 타격 영역의 모서리 위치를 기준으로 카메라의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는 단계
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 방법.
According to claim 5,
The step is
inputting X, Y, and Z coordinate values of the camera position using the starting position (tee) of the ball as a reference point;
inputting X, Y, and Z coordinate values for the position of the lamp with the starting position of the ball as a reference point;
With the camera pointing at the starting position of the ball, making a rectangle corresponding to the hitting area using the starting position as a reference point, checking the reference point through the camera, and inputting horizontal and vertical values of the hitting area; and
The step of obtaining values to correct the reference position of the camera, angle of view, and curvature of the lens based on the starting position of the ball and the position of the edge of the hitting area
A golf simulation method using three-dimensional information, characterized in that it is configured to include.
카메라(100)에 의해 촬영된 타격으로 인해 기준점(tee)에서 공중으로 비행하는 공과 전등(200)의 불빛으로 바닥면에 형성된 공의 그림자에 대한 영상이 입력되는 영상 입력부(410);
상기 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상 이미지에서 공의 그림자가 나아간 방향을 분석하여 공중으로 비행하는 공의 X, Y 좌표를 인식하는 공 X, Y 좌표 인식부(420);
상기 카메라(100)의 좌표와 전등(200)의 좌표를 기준으로 공과 공 그림자의 위치 좌표값을 삼각 측량하여 공의 Z 좌표값을 계산하는 공 Z 좌표 인식부(430);
상기 공의 X, Y, Z 좌표를 연속적으로 인식 및 계산하여, 공중을 비행하는 공의 3차원 좌표를 측정 저장하는 3차원 좌표 측정부(440);
상기 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상의 각 이미지 프레임의 시간 간격과 각 이미지에서 공의 위치 차이를 이용하여 공의 방위각과 발사각을 포함하는 공의 비행정보를 계산하는 비행정보 계산부(450);
상기 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상에서, 이웃하는 촬영되는 프레임을 비교하여 픽셀의 위치 변화가 있는지 확인하여, 공의 타격과 클럽의 진행방향을 확인하는 타격과 클럽 진행방향 확인부(460);
상기 클럽의 진행방향과 공의 방위각 차이 그리고 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 사이드스핀(sidespin)을 시뮬레이션하는 사이드스핀 시뮬레이션부(470);
상기 공의 상하각과 미리 설정된 데이터를 기준으로 공의 백스핀(backspin)을 시뮬레이션하는 백스핀 시뮬레이션부(480); 및
상기 공의 백스핀, 사이드스핀, 방위각 및 발사각을 근거로 공의 궤적을 계산하여, 프로젝트 구동 제어부(500)를 매개로 스크린(600)상에 표시하는 골프공 궤적 계산부(490)
로 구성되는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
An image input unit 410 for inputting an image of a ball flying in the air from a reference point (tee) due to a hit photographed by the camera 100 and a shadow of the ball formed on the floor by the light of the lamp 200;
a ball X, Y coordinate recognizing unit 420 for recognizing the X and Y coordinates of a ball flying in the air by analyzing the direction in which the ball's shadow moves in the video image input through the video input unit 410;
a ball Z coordinate recognizing unit 430 that calculates a Z coordinate value of the ball by triangulating the position coordinate values of the ball and its shadow based on the coordinates of the camera 100 and the lamp 200;
a 3D coordinate measurement unit 440 that continuously recognizes and calculates the X, Y, and Z coordinates of the ball and measures and stores the 3D coordinates of the ball flying in the air;
A flight information calculation unit 450 that calculates flight information of the ball including the azimuth and launch angle of the ball using the time interval of each image frame of the image input through the image input unit 410 and the position difference of the ball in each image. );
In the image input through the image input unit 410, a hitting and club moving direction checking unit 460 checks whether there is a change in pixel position by comparing neighboring captured frames to check the hitting of the ball and the moving direction of the club. );
a sidespin simulation unit 470 simulating sidespin of the ball based on the difference between the direction of the club and the azimuth of the ball and preset data;
a backspin simulation unit 480 simulating backspin of the ball based on the vertical angle of the ball and preset data; and
A golf ball trajectory calculator 490 that calculates the ball's trajectory based on the ball's backspin, sidespin, azimuth and launch angle, and displays it on the screen 600 via the project drive control unit 500
Consisting of, golf simulation system using three-dimensional information.
제7항에 있어서,
상기 영상 입력부(410)는,
촬영된 영상에서 마름모꼴로 촬영되는 타격 영역의 이미지를 직사각형의 이미지로 보정 처리하는 이미지 보정 처리부(411)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
According to claim 7,
The video input unit 410,
A golf simulation system using three-dimensional information, characterized in that it is configured to further include an image correction processing unit 411 for correcting and processing an image of a hitting area captured in a lozenge shape in a captured image into a rectangular image.
제7항에 있어서,
공의 3차원 좌표들이 직선이 되도록 보정하는 3차원 좌표 보정부(441)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
According to claim 7,
A golf simulation system using 3-dimensional information, characterized in that it further comprises a 3-dimensional coordinate correction unit 441 for correcting the 3-dimensional coordinates of the ball so that they become straight lines.
제7항에 있어서,
상기 타격과 클럽 진행방향 확인부(460)는,
상기 영상 입력부(410)를 통해 입력되는 영상에서 첫 번째와 두 번째 프레임을 시작으로 이어지는 이웃하는 프레임과 비교하여 차이가 있는 픽셀의 위치 변화를 감지 기록하는 픽셀 위치 변화 감지부(461); 및
상기 픽셀 위치 변화 감지부(461)에서의 픽셀의 위치 변화의 차이를 분석하여 공의 타격과 클럽의 진행방향을 계산하는 분석 계산부(462)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
According to claim 7,
The hitting and club traveling direction confirmation unit 460,
a pixel position change detection unit 461 that compares the first and second frames in the image input through the image input unit 410 with neighboring frames and detects and records a position change of a pixel having a difference; and
Characterized in that it comprises an analysis calculation unit 462 that analyzes the difference in the position change of the pixel in the pixel position change detection unit 461 to calculate the hitting of the ball and the moving direction of the club. A golf simulation system using
제7항에 있어서,
공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라(100)와 전등(200)에 대한 위치 정보를 입력하는 입력부(300)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
According to claim 7,
A golf simulation system using three-dimensional information, characterized in that it is configured to further include an input unit 300 for inputting location information about the camera 100 and the lamp 200 with the starting location (tee) of the ball as a reference point.
제11항에 있어서,
상기 입력부(300)는,
상기 공의 시작 위치(tee)를 기준점으로 카메라(100)의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 카메라 위치정보 입력부(310);
상기 공의 시작 위치를 기준점으로 전등(200)의 위치에 대한 X, Y, Z 좌표값을 입력하는 전등 위치정보 입력부(320);
상기 공의 시작 위치를 카메라(100)가 지향하는 상태에서, 공으로 시작 위치를 기준점으로 타격 영역에 대응하는 직사각형을 만들고 카메라(100)를 통해 기준점을 확인하여, 타격 영역의 가로 및 세로값을 입력하는 타격 영역 정보 입력부(330); 및
상기 공의 시작위치와 타격 영역의 모서리 위치를 기준으로 카메라의 기준 위치, 시야각, 렌즈의 곡률을 보정할 값을 얻는 보정부(340)
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 정보를 이용한 골프 시뮬레이션 시스템.
According to claim 11,
The input unit 300,
a camera location information input unit 310 for inputting X, Y, and Z coordinate values of the location of the camera 100 with the starting location (tee) of the ball as a reference point;
a lamp location information input unit 320 inputting X, Y, and Z coordinate values for the location of the lamp 200 using the starting location of the ball as a reference point;
With the camera 100 pointing at the starting position of the ball, a rectangle corresponding to the hitting area is created using the starting position of the ball as a reference point, and the reference point is checked through the camera 100, and the horizontal and vertical values of the hitting area are input. a hitting area information input unit 330; and
A correction unit 340 that obtains values for correcting the reference position of the camera, the viewing angle, and the curvature of the lens based on the starting position of the ball and the corner position of the hitting area
A golf simulation system using three-dimensional information, characterized in that it is configured to include.
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