KR20090040944A - 공의 발사조건 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공의 발사조건 감지방법에 관한 것으로서, 타석에 설치된 카메라를 통해 발사된 공을 촬영한 매 프레임 영상에 나타난 공의 잔상을 통해 공의 발사각, 발사속도, 스핀각 등의 발사조건을 감지하여 공의 비행궤적에 따른 비거리 및 예상낙하지점을 예측할 수 있으며, 카메라가 부착된 PDA나 휴대폰 등을 통해서도 간편하게 실내외 골프연습장이나 필드에서 간단하게 사용하여 자신이 타격한 공의 비행궤적을 정확하게 확인하고 예측할 수 있는 효과가 있다.

발사조건, 발사각, 발사속도, 스핀각, 비거리, 착지지점, 골프공, 궤적, 잔상

Description

공의 발사조건 감지장치{METHOD FOR MONITORING LAUNCHING CONDITION OF BALL}

본 발명은 공의 발사조건 감지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타석에 설치된 카메라를 통해 발사된 공을 촬영한 매 프레임 영상에 나타난 공의 잔상을 통해 공의 발사각, 발사속도, 스핀각 등의 발사조건을 감지하기 위한 공의 발사조건 감지방법에 관한 것이다.

최근, 골프가 대중화됨에 따라 많은 사람들이 골프장을 찾고 있으며, 초보자나 시간이 여의치 않은 사람들은 골프연습장을 자주 이용하고 있는 실정이다. 이에 따라 실제 골프장에서 골프를 즐기듯이 골프경기를 할 수 있도록 구성된 골프 시뮬레이션 시스템이 개발되어 실내 골프연습장에 설치되어 이용되고 있다.

이와 같이 골프 시뮬레이션 시스템은 골프공을 타격하는 타격구역, 타격된 골프공의 방향과 속도 등 공의 발사조건을 감지하는 발사조건 감지수단, 영사기에 의해 출력되는 골프장의 3차원 영상이 디스플레이 되는 영상스크린, 그리고 발사조 건 감지수단에 의해 예측된 비행궤적에 따라 골프장의 3차원 영상을 영사기로 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.

즉, 골퍼가 타격구역에서 골프공을 타격하면 타격된 골프공의 발사조건이 발사조건 감지수단에 의해 감지된 후 제어부로 입력된다. 이와 같이 감지된 발사조건의 데이터를 입력받은 제어부에서는 그 골프공의 비행거리와 정지지점을 산출된 비행경로를 따라 진행되는 3차원 영상신호를 영사기에 입력시킴으로써 비행경로를 따라 진행되는 골프장의 3차원 영상이 영상스크린 상에 디스플레이 되는 것이며 이에 따라 골퍼가 실제 골프장에서 골프경기를 하는 것과 같은 시각적 감각을 갖고 골프연습을 할 수 있게 되는 것이다.

그런데 이러한 골프 시뮬레이션 시스템의 경우 고가의 장비로써 개인이 설치할 수 없을 뿐만 아니라 실내 골프연습장의 경우에도 고가의 골프 시뮬레이션 시스템의 설치보다는 저가인 골프연습네트를 통해 연습을 하고 있는 실정이다.

그러나 실내나 실외 골프연습장에서 골프연습네트를 통해 연습할 경우 네트로 인한 비행거리의 제한으로 자신이 친 골프공의 비행궤적을 알 수 없기 때문에 연습을 통한 자신의 타격에 대한 비행궤적을 예측할 수 없게 되어 필드에서 경기를 할 경우에도 자신의 타격에 대한 비행궤적 및 볼의 착지지점을 예측할 수 없어 게임을 운영하는데 많은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 타석에 설치된 카메라를 통해 발사된 공을 촬영한 매 프레임 영상에 나타난 공의 잔상을 통해 공의 발사각, 발사속도, 스핀각 등의 발사조건을 감지하기 위한 공의 발사조건 감지방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명은 카메라를 통해 타석에서 발사되는 공을 일정 시간 간격으로 촬영한 프레임 영상을 입력받는 단계와, 입력받는 현재 프레임 영상과 다음 프레임 영상에서 변화가 발생한 프레임 영상을 통해 공의 궤적을 검출하는 단계와, 검출된 공의 궤적에 의해 공의 발사조건을 산출하여 출력하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 공의 발사조건을 산출하여 출력하는 단계는 궤적의 중심선 기울기와 궤적의 너비 변화를 통해 발사각을 산출하고, 산출된 발사각과 궤적의 길이와 촬영한 일정 시간을 통해 발사속도를 산출하는 것을 특징을 한다.

또한, 본 발명은 궤적에 나타난 줄무늬의 기울기와 궤적의 중심선 기울기 사이의 각도와 발사각과 발사속도를 통해 스핀각을 산출하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 궤적의 길이는 현재 프레임 영상과 다음 프레임 영상에서 검출된 궤적들의 일정지점간 길이인 것을 특징으로 한다.

이때 궤적들의 일정지점은 궤적들의 시작점과 시작점이나 궤적의 끝점과 끝 점인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 발사각은 궤적의 너비 변화에 대응되는 공의 크기에 따른 카메라로부터의 거리변화를 통해 비행각도를 산출하고 궤적의 중심선 기울기를 통해 비행 편향각을 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 궤적의 길이에 대응되는 비행거리는 궤적의 너비에 대응되는 공의 크기 변화에 의한 카메라와의 거리에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 궤적의 너비 변화는 궤적이 검출된 각 프레임 영상의 궤적을 모두 연결하여 산출된 궤적에서 공의 진행방향에 의한 시작점의 너비와 끝점의 너비 변화로 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 궤적에 나타난 줄무늬는 공의 회전에 따라 공에 마킹된 마크에 의해 발생되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 프레임 영상은 일정시간 간격 이내에서 셔터가 가변적으로 열리는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 카메라의 촬영방향은 공의 진행방향의 전방 하부에서 상부를 촬영하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 카메라의 촬영방향은 공의 진행방향의 전방이나 후방에서 사선방향의 상부나 하부를 촬영하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 산출된 공의 발사조건에 의해 공의 비행궤적을 산출하여 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은 산출된 공의 발사조건에 의해 공의 특성을 판단하여 영상이나 음 성으로 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 타석에 설치된 카메라를 통해 발사된 공을 촬영한 매 프레임 영상에 나타난 공의 잔상을 통해 공의 발사각, 발사속도, 스핀각 등의 발사조건을 감지하여 공의 비행궤적에 따른 비거리 및 예상낙하지점을 예측할 수 있으며, 카메라가 부착된 PDA나 휴대폰 등을 통해서도 간편하게 실내외 골프연습장이나 필드에서 간단하게 사용하여 자신이 타격한 공의 비행궤적을 정확하게 확인하고 예측할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 공의 발사조건 감지방법을 적용하기 위한 카메라의 설치상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 공의 발사조건 감지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

여기에 도시된 바와 같이 발사된 공(10)을 촬영하기 위한 카메라(20)는 공(10)의 진행방향의 전방 하부에서 상부를 촬영하도록 설치된다.

또한 이와 같은 방법 이외에도 공을 촬영하기 위해 카메라(20)를 공(10)의 진행방향의 전방이나 후방에서 사선방향으로 촬영할 수 있도록 전방이나 후방의 상부나 하부에 설치하여 사선방향의 하부나 상부를 촬영하도록 할 수도 있다.

또한, 카메라(20)는 CMOS 이미지센서나 CCD 이미지센서가 장착된 초당 30프레임 이상을 촬영하는 일반적인 카메라로써 셔터는 프레임 속도인 일정시간 이내에서 주변밝기 등의 영향에 따라 노출시간이 자동으로 결정되어 촬영된다. 즉, 초당 30프레임을 촬영하는 카메라인 경우 1/30초 이내에서 글로벌 셔터나 롤링 셔터 방식으로 주변밝기 등에 의해 결정된 자동 결정된 일정한 노출시간동안 이미지센서에 집광된 영상을 입력받게 된다.

따라서 하나의 프레임 영상에는 1/30초 이내의 일정한 노출시간 동안 피사체가 움직인 움직임이 촬영된다(S10).

이와 같이 동작되는 카메라(20)를 통해 타석(30)에서 발사되는 공(10)을 1/30초 간격으로 촬영한 프레임 영상을 입력받는다(S12).

이렇게 입력받는 현재 프레임 영상과 다음 프레임 영상을 차감하여 변화가 발생한 프레임 영상을 통해 공(10)의 궤적을 검출한다(S14).

즉, 도 3에 예시된 바와 같이 CMOS 이미지 센서의 롤링셔터 방식에 의해 1/30초의 프레임 사이클 시간(Frame cycle time) 간격으로 일정한 노출시간(Exposure time) 동안 노출되어 촬영된 프레임 영상을 순차적으로 입력받을 때 (a)(b)(c)(d)(e)의 프레임 영상에서 공의 궤적이 검출된다.

이와 같이 촬영된 프레임 영상에서 공의 궤적을 검출하기 위해 현재 프레임 영상의 RGB 데이터를 다음 프레임 영상의 RGB 데이터에서 차감한 후 절대값을 취할 경우 도 4의 (A)(B)(C)의 프레임 영상에서와 같이 공의 궤적만이 프레임 영상에 남게 된다. 이렇게 절대값을 취한 프레임 영상의 APL(Average Picture Level)값이 일정값 이상인 프레임 영상을 취할 경우 공의 궤적을 검출할 수 있게 된다.

이렇게 검출된 공의 궤적을 통해 공(10)의 발사유무를 판단하게 된다(S16).

이때 공의 궤적이 검출되어 공이 발사된 것으로 판단되지 않을 경우에는 계속해서 촬영하게 되고(S10), 공의 궤적이 검출되어 공이 발사된 것으로 판단될 경우에는 공(10)의 발사조건을 산출하여 출력하게 된다(S18).

먼저 공(10)의 궤적이 검출된 도 4의 프레임 영상을 모두 합성하여 궤적을 연결하여 도 5와 같은 궤적을 얻음으로써 궤적의 너비 변화나 기울기 등을 검출하기 용이하게 할 수도 있다.

이렇게 얻어진 궤적의 너비 변화 즉, B1의 길이와 B2의 길이변화 및 궤적의 중심선 기울기(α)를 통해 발사각을 산출한다.

즉, 카메라(20)가 하부에서 상부로 촬영한 경우 공(10)의 지름이 일정한 관계로 궤적의 시작점 너비인 B1의 길이와 끝점의 너비인 B2의 길이로 카메라로부터의 거리를 산출할 수 있어 이 거리의 변화를 통해 공(10)이 상승한 거리를 산출할 수 있게 됨에 따라 비행각도를 산출할 수 있으며, 궤적의 중심선 기울기(α)의 변화로 공의 비행 편향각을 산출할 수 있게 된다.

이렇게 산출된 발사각과 도 6에 도시된 각 프레임 영상에서 현재 프레임 영 상과 다음 프레임 영상에서 검출된 공의 궤적들의 일정지점간 길이인 궤적의 길이(L) 즉, 궤적들의 시작점과 시작점간의 길이(L)나 궤적들의 끝점과 끝점간의 길이(L)를 통해 프레임 시간 동안 비행한 거리를 파악할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서 프레임 영상은 일정한 프레임 시간 간격으로 즉, 1/30초 간격으로 일정한 노출시간동안 노출되어 촬영된 영상으로써 프레임 영상에 나타난 공의 궤적의 길이(L)는 프레임 시간 간격인 1/30초 동안 비행한 비행거리와 대응되기 때문에 발사각과 궤적의 길이(L)를 통해 발사속도를 산출할 수 있게 된다.

또한, 도 7과 같이 공(10)에 마킹된 마크에 의해 'A'와 같은 줄무늬가 궤적에 나타날 경우 줄무늬의 기울기(β)와 궤적의 중심선 기울기(α) 사이의 각도와 발사각과 발사속도를 통해 스핀각을 산출하게 된다.

이와 같은 공의 발사조건 감지방법을 카메라(20)가 내장된 휴대폰(미도시)이나 PDA(미도시) 등에 탑재하여 카메라(20)로 촬영된 영상을 통해 산출된 공(10)의 발사조건에 의해 공(10)의 비행궤적에 따른 비거리와 예상 낙하지점을 산출하여 그래프나 음성으로 출력하는 과정을 계속해서 반복하게 된다(S20)(S22).

따라서, 실내외 골프연습장이나 필드에서도 간단하게 자신이 타격한 공의 비행궤적을 정확하게 확인하고 예측할 수 있을 뿐만 아니라 골프 시뮬레이션 시스템을 구축할 수 있다.

한편, 이와 같은 공의 발사조건의 감지방법은 골프공 뿐만 아니라 야구공이 나 테니스공 등 사용자가 타격하여 발사되는 공의 발사조건 감지방법에 모두 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 공의 발사조건 감지방법을 적용하기 위한 카메라의 설치상태를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 공의 발사조건 감지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3은 본 발명에 의한 공의 발사조건 감지를 위해 입력받는 프레임 영상을 나타낸 도면이다.

도 4는 도 3에서 입력되는 프레임 영상들에서 현재 프레임 영상을 다음 프레임 영상에서 차감한 후 절대값을 취하여 얻은 공의 궤적이 검출된 프레임 영상들이다.

도 5는 도 4에서 공의 궤적이 검출된 프레임 영상을 모두 합성하여 궤적을 연결하여 나타낸 도면이다.

도 6은 도 3에서 하나의 프레임 영상에 궤적의 시작점과 끝점이 모두 존재하는 궤적을 나타낸 도면이다.

도 7은 공의 궤적에 줄무늬가 나타난 궤적을 나타낸 도면이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 공 20 : 카메라

30 : 타석

Claims (15)

1. 카메라를 통해 타석에서 발사되는 공을 일정 시간 간격으로 촬영한 프레임 영상을 입력받는 단계와,

   입력받는 현재 프레임 영상과 다음 프레임 영상에서 변화가 발생한 프레임 영상을 통해 공의 궤적을 검출하는 단계와,

   검출된 상기 공의 궤적에 의해 공의 발사조건을 산출하여 출력하는 단계

   를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공의 발사조건을 산출하여 출력하는 단계는

   상기 궤적의 중심선 기울기와 상기 궤적의 너비 변화를 통해 발사각을 산출하고, 산출된 상기 발사각과 상기 궤적의 길이와 촬영한 상기 일정 시간을 통해 발사속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 궤적에 나타난 줄무늬의 기울기와 상기 궤적의 중심선 기울기 사이의 각도와 상기 발사각과 상기 발사속도를 통해 스핀각을 산출하여 출력하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 궤적의 길이는 상기 현재 프레임 영상과 상기 다음 프레임 영상에서 검출된 상기 궤적들의 일정지점간 길이인 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 궤적들의 일정지점은 상기 궤적들의 시작점과 시작점이나 상기 궤적들의 끝점과 끝점인 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 발사각은 상기 궤적의 너비 변화에 대응되는 공의 크기에 따른 상기 카메라로부터의 거리변화를 통해 비행각도를 산출하고, 상기 궤적의 중심선 기울기를 통해 비행 편향각을 산출하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 궤적의 길이에 대응되는 비행거리는 상기 궤적의 너비에 대응되는 상기 공의 크기 변화에 의한 상기 카메라와의 거리에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
8. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 궤적의 너비 변화는 상기 궤적이 검출된 상기 프레임 영상의 궤적을 모두 연결하여 산출된 상기 궤적에서 상기 공의 진행방향에 의한 시작점의 너비와 끝점의 너비 변화로 산출하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
9. 제 3항에 있어서, 상기 궤적에 나타난 줄무늬는 상기 공의 회전에 따라 상기 공에 마킹된 마크에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 프레임 영상은 일정시간 간격 이내에서 셔터가 가변적으로 열리는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 카메라의 촬영방향은 상기 공의 진행방향의 전방 하부에서 상부를 촬영하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 카메라의 촬영방향은 상기 공의 진행방향의 전방이나 후방에서 사선방향으로 상부나 하부를 촬영하는 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
13. 제 1항에 있어서, 산출된 상기 공의 발사조건에 의해 상기 공의 비행궤적을 산출하여 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
14. 제 1항에 있어서, 산출된 상기 공의 발사조건에 의해 상기 공의 특성을 판단하여 영상이나 음성으로 출력하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공의 발사조건 감지방법.
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항으로 이루어진 공의 발사조건 감지방법에 의한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.

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