KR20090084576A - 골프스윙의 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 골프스윙의 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법이 개시된다. 상기 골프스윙의 자세분석 방법은 의복화된 감광성 식별마크를 착용한 교습자의 정면, 측면, 그리고 상면에 설치되어 있는 촬상장치로부터 교습자의 스윙 모션을 포착한 연속 영상들을 취득하는 단계, 취득된 연속 영상들에 대해 영상인식 알고리즘을 적용하여, 식별마크를 포함하는 고 휘도 또는 저 휘도 패턴을 인식하는 단계, 인식된 휘도 패턴을 이용하여, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 취해진 영상을 추출하는 단계, 추출된 영상으로부터 왼쪽 어깨의 회전각도를 검출하는 단계, 검출된 회전각도로부터 이상적인 표본자세에 관한 데이터를 취득하는 단계 및 표본자세를 표시해주는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 교습자 자신의 스윙자세와 이상적인 자세를 비교 분석한 그래픽 정보를 제공함으로써 잘못된 자세를 바로잡고 자세교정을 유도하는 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법이 제공된다.

Description

골프스윙의 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법{Motion analysis system for golf swing and motion analysis method adapted for the same}

본 발명은 골프스윙의 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법에 관한 것으로, 교습자 자신의 스윙자세와 이상적인 자세를 비교 분석한 그래픽 정보를 제공함으로써 잘못된 자세를 바로잡고 자세교정을 유도하는 자세분석 시스템 및 이를 이용한 자세분석 방법에 관한 것이다.

최근 생활수준의 향상과 여가시간의 증가로 인하여 골프의 대중화가 점진적으로 이루어지고 있는 추세에 있으며 여가 활용의 일환으로 골프에 입문하는 초심자들이 증가하고 있는바, 이러한 추세에 부응하기 위해 골프와 관련된 제반 산업 및 서비스 분야가 크게 확대되고 있다. 그러나, 올바른 스윙자세가 정착되지 못한 초심자들이 전문 골퍼로부터 개인적인 교습을 받는다는 것은, 현실적으로 전문 골퍼가 소속되지 않고 연습시설만 운용하는 골프 연습장도 다수 있으며, 전문 골퍼의 교습을 받기 위해 원거리 시설을 이용해야 하거나, 교습시간에 맞추기 위해 개인적인 시간 활용이 제한되는 등의 불편함이 있고, 또한, 전문 골퍼 1인이 담당하는 다수의 초심자들에게 충분한 시간을 할애하여 집중적인 개인 교습을 수행하는 것 역 시 전문 골퍼의 입장에서 쉽지 않은 측면이 있으며, 반복학습을 통하여 비로소 체득되는 자세교정의 특성상, 만족할 만한 교습효과가 발휘되지 못하는 한계가 있다.

본 발명의 목적은 교습자의 자세와 이상적인 표본자세를 비교 분석해줌으로써, 교습자가 스스로 자세를 교정하도록 유도하는 골프스윙의 자세분석 시스템 및 자세분석 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 골프스윙의 자세분석 방법은,

의복화된 감광성 식별마크를 착용한 교습자의 정면, 측면, 그리고 상면에 설치되어 있는 촬상장치로부터 교습자의 스윙 모션을 포착한 연속 영상들을 취득하는 단계;

상기 취득된 연속 영상들에 대해 영상인식 알고리즘을 적용하여, 상기 식별마크를 포함하는 고 휘도 또는 저 휘도 패턴을 인식하는 단계;

상기 인식된 휘도 패턴을 이용하여, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 취해진 영상을 추출하는 단계;

상기 추출된 영상으로부터 왼쪽 어깨의 회전각도를 검출하는 단계;

검출된 회전각도로부터 이상적인 표본자세에 관한 데이터를 취득하는 단계; 및

상기 표본자세를 표시해주는 단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 표본자세를 표시해주는 단계에서는,

교습자의 자세가 포착된 영상에 더하여, 상기 표본자세를 합성하여 함께 표시해준다.

본 발명에 있어서 바람직하게,

머리의 회전각도와 신체 마디가 이루는 각도로, 각도변수 θ1, θ2, θ3,..,θn을 정의할 때,

상기 표본자세에 관한 데이터는, 상기 왼쪽 어깨의 회전각도 θ1을 입력으로 하여, 데이터 테이블 또는 함수관계로부터 출력된 각도변수 θ2, θ3,..,θn의 값을 포함한다.

본 발명에 있어서 바람직하게,

상기 자세가 취해진 영상을 추출하는 단계에서는,

상기 왼쪽 어깨의 회전각도가 상승하기 시작하는 순간에 취해진 자세를 상기 어드레스 자세로 판단하고,

상기 왼쪽 어깨의 회전각도가 최대가 되는 순간에 취해진 자세를 상기 백 스윙 자세로 판단하며,

클럽 헤드와 골프공의 접촉 순간에 취해진 자세를 상기 타격 자세로 판단한다.

본 발명에 있어서 바람직하게,

상기 식별마크는 교습자가 착용하는 상의, 하의와 모자에 부착되어 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 골프스윙의 자세분석 시스템은

각 신체 마디 부분에 감광성 식별마크가 부착되어 있는 의복;

상기 의복을 착용한 교습자의 정면, 측면, 그리고 상면의 영상을 포착하는 촬상장치;

상기 교습자의 영상으로부터 상기 식별마크를 포함하는 고 휘도 또는 저휘도 패턴을 인식하고,

인식된 휘도 패턴을 이용하여 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 취해진 영상을 추출하며,

추출된 영상에서 왼쪽 어깨의 회전각도를 검출하는 한편, 검출된 회전각도로부터 이상적인 표본자세에 관한 데이터를 취득하는 호스트 컴퓨터; 및

상기 호스트 컴퓨터의 제어를 받아 상기 표본자세를 표시해주는 디스플레이 장치;를 포함한다.

본 발명에 의하면, 풀 스윙 모션을 포착한 연속 영상들로부터 중요 구분동작들, 예를 들어, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고, 타격 자세들을 자동으로 추출해내고, 추출된 영상에서 검출된 특정 기준각도를 이용하여 표본자세와 비교 매칭시킴으로써, 교습자가 스스로 자신의 자세에서 잘못된 부분을 인지하고 교정할 수 있도록 유도한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따른 골프스윙 자세분석 시스템의 구성이 도시되어 있다. 도시된 자세분석 시스템에서는 골프공의 안착위치를 표시하는 위치마크(110)와, 상기 위치마크(110)에 대해 교습자의 발을 정렬시키기 위한 발판 패드(120)가 형성된 플랫폼(100)이 마련된다. 그리고, 교습자의 스윙 모션을 지정된 방향에서 촬영하기 위해 정면, 측면, 그리고 상방에 고정적으로 설치되어 있는 다수의 촬상장치들(C10,C20,C30)이 구비된다. 또한, 상기 자세분석 시스템에는 촬상장치들(C10,C20,C30)로부터 출력되는 영상 데이터의 흐름을 저장하는 기억장치와 이들의 촬영동작을 총괄하며 데이터 흐름을 제어하는 디지털 신호 처리기를 포함하는 호스트 컴퓨터(PC)가 구비된다. 그리고, 궁극적으로 교습자의 자세와 이상적인 표본자세를 비교 분석한 결과를 그래픽으로 표시해주는 디스플레이 패널(150)을 구비함으로써, 교습자 스스로 자신의 잘못된 자세를 확인하고 교정하도록 이른바, 자동 교습 기능을 발휘하게 된다.

상기 플랫폼(100)에는 골프공의 존재를 확인하여 타격순간을 감지하기 위한 골프공 감지센서(LD,PD)가 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 골프공 감지센서(LD,PD)는 광학적인 매커니즘을 적용하여 골프공의 존재 여부를 자동으로 포착할 수 있다. 예를 들어, 골프공 감지센서(LD,PD)는 위치표시 직하에 설치되어 레이저를 출사하는 레이저 다이오드(LD)와, 광 경로 상에서 레이저를 수집하는 포토 다이오드(PD)의 쌍으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 포토 다이오드(PD)에서는 이진화된 센서 신호로서, 고 레벨의 제1 신호(S1)와 저 레벨의 제2 신호(S2)를 출력할 수 있으며, 신호변화가 감지된 시점(t1)을 골프공이 이탈된 타격시점으로 감지할 수 있다. 이렇게 감지된 시점을 매개로 하여, 시간 축에 대해 연속적으로 저장되어 있는 다수의 영상 프레임들로부터 타격시점의 프레임을 정확하게 추출할 수 있다.

상기 발판 패드(120)는 교습자의 양쪽 발이 정렬됨으로써 교습자를 정 위치시킴과 아울러 올바른 신체 각도를 유지할 수 있도록 한다. 이것은 골프공에 대한 최적의 위치와 목표지점에 대한 최적화된 타격방향을 맞추기 위해 필요할 뿐만 아니라, 일정한 위치에서 고정적으로 설치된 촬상장치들이 예정된 방향에서 교습자의 스윙 모션을 촬영하기 위해서도 필요한 것이다. 다만, 골프공의 타격 위치는 교습자의 개인적인 체격 조건에 따라 달라질 수 있는 것이므로, 상기 발판 패드(120)는 타격 위치를 개인화시킬 수 있도록 위치 가변이 가능한 방식으로 설치될 수 있다.

상기 자세분석 시스템에서는 3차원 공간에서 이루어지는 교습자의 입체적인 동작을 2차원 촬상 면으로 투영시킨 정면과 측면, 그리고 상면의 영상을 포착함으로써, 각 방향에서 촬영된 교습자의 자세와 이상적인 표본자세를 2차원적으로 비교한다. 여기서, 상기 표준자세란 프로골퍼의 자세들을 수집하고 여기에 통계적인 방식을 적용하여 획득되는 이상적인 자세를 의미한다. 그리고, 교습자와 표준자세를 상호 비교한다는 것은 교습자의 자세가 표시되어 있는 영상에다가, 표준자세를 합성하여 함께 표시해줌으로써, 교습자가 스스로 잘못된 부분을 교정할 수 있도록 안내하는 것을 의미한다.

상기 촬상장치(C10,C20,C30)는 교습자(또는 발판 패드(120))를 기준으로 하여 서로 독립적인 3방향에 배치되는데, 정면에 배치되는 제1 카메라(C10), 측면에 배치되는 제2 카메라(C20), 그리고, 상방에 배치되는 제3 카메라(C30)를 기본적으로 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 동일한 자세가 취해진 순간에 정면, 측면 그리고 상면에서 촬영된 3개의 영상을 디스플레이 패널(150) 상의 한 화면상에 서 구획된 분할영역에 나누어 표시함으로써, 여러 방향에서 포착된 자신의 자세를 동시에 확인하고 스스로의 교정을 유도할 수 있다.

상기 호스트 컴퓨터(PC)에는 교습자의 자세를 분석할 수 있도록 모든 센서류(LD,PD), 촬상장치(C10,C20,C30) 및 기억장치 등을 전반적으로 제어하기 위한 명령어들이 제어 로직 프로그램으로 내장되어 있을 수 있다. 특히, 본 발명에서는 촬영된 영상들에 대해 일련의 영상처리기법을 적용함으로써 교습자의 자세를 인지하게 되므로, 상기 호스트 컴퓨터(PC)에는 영상처리 로직이 기본적으로 포함되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 디스플레이 패널(150)은 최종적으로 교습자의 자세를 분석한 결과를 그래픽 정보로 반환함으로써 자세 교정을 유도하며, 예를 들어, 교습자의 눈높이에 맞춰 소정의 높이에서 디스플레이 패널(150)을 지지하는 거치대(140) 상에 놓여질 수 있다. 한편, 상기 자세분석 시스템에는 교습자로부터의 각종 명령을 수령하여 판독 가능한 데이터 형태로 변환하기 위한 사용자 조작부(130)가 더 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 사용자 조작부(130)는 데이터의 저장과 처리의 전반을 담당하는 호스트 컴퓨터(PC)로부터 연장된 케이블의 말단에 마련될 수 있으며, 또는 호스트 컴퓨터(PC)에 장착된 무선통신모듈을 통하여 데이터를 송수신하는 리모컨 형태로 마련될 수도 있다. 상기 사용자 조작부(130)는 자세분석절차의 개시 및 종료를 위한 시작버튼과 종료버튼을 포함할 수 있으며, 그 밖에도 특정한 구분동작에 관한 교습 내용을 확인하기 위한 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 타격 자세 등의 구분동작에 관한 선택버튼들을 포함할 수 있다.

도 2는 일반적인 골프 스윙 모션을 개략적으로 도시한 도면으로, 자세의 명 확한 도시를 위하여, 신체 마디를 링크 절로 형상화하여 도시한 개략적인 도면이다. 도면을 참조하면, 골프의 전체적인 풀 스윙 모션은 도시된 구분 동작들의 연속으로 구성될 수 있다. 여기서, 도 2의 (a)는 스윙 모션을 시작하는 예비적인 동작으로 교습자의 양발 위치를 결정하고 클럽 헤드를 지면에 대고 서 있는 어드레스 자세, 도 2의 (c)는 골프 클럽을 최대한 후방으로 들어올린 백 스윙 자세, 도 2의 (e)는 골프 클럽으로 골프공을 타격하는 순간의 타격 자세, 그리고, 도 2의 (g)는 타격 이후의 마무리 단계인 피니쉬 자세를 각각 나타내고 있다. 어드레스 자세(도 2의 (a))로부터 타격 자세(도 2의 (e))에 이르는 일련의 타격전 동작들은 왼쪽 어깨를 회전중심(힌지 축)으로 하는 스윙 운동으로 이해될 수 있으며, 이에 따라 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)가 가장 큰 변화를 보이게 된다. 즉, 링크구조로 단순화된 신체의 움직임에서 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)가 최대 변동을 보이는 것이다. 본 발명에서는 교습자의 자세와 표준자세를 상호 비교하는데, 전체적인 스윙 모션에서 동일한 단계의 구분동작 끼리 비교할 필요가 있다. 예를 들어, 교습자의 어드레스 자세와 표준적인 어드레스 자세가 상호 비교대상으로 매칭되는 것이 필요한 것이며, 교습자의 어드레스 자세와 표준적인 타격 자세가 상호 비교대상이 된다면 정확한 교정이 불가능하게 된다. 또한, 연속적으로 이루어지는 스윙 모션의 특성상 동일한 어드레스 자세라고 하더라도 교습자의 자세와 정확하게 대응되는 비교대상(표준자세)을 추출하는 것은 쉽지 않다. 본 발명에서는 스윙 모션에서 순시적으로 변화하는 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)를 이용하여 교습자와 표준자세를 서로 매칭시키게 된다. 즉, 교습자의 왼쪽 어깨의 회전각도 θ1=α로 측정될 때, 사전에 입력된 표준자세로부터 왼쪽 어깨의 회전각도 θ1=α에 해당되는 표준자세를 권장한다는 것이다.

상기 자세분석 시스템의 일 실시 형태에서는 연속동작으로 이루어지는 풀 스윙 모션 중에서 지정된 몇 개의 순간동작들을 포착하고, 이를 시스템 내에 저장된 동일시점의 표준자세와 상호 비교한다. 여기서, 지정된 순간동작으로, 어드레스 자세(도 2의 (a)), 골프 클럽을 최대한 후방으로 들어올린 백 스윙 자세(도 2의 (c)), 골프공을 타격하는 순간의 타격 자세(도 2의 (e))를 기본적으로 포함하는 것이 바람직하며, 여기에 추가하여, 타격 이후의 마무리 단계인 피니쉬 자세(도 2의 (g)) 등도 포함할 수 있다.

이때, 자세분석 시스템이 교습자에게 의존하지 않고 스스로 지정된 동작들이 취해지는 순간을 자동으로 포착하기 위해서는 촬영된 영상들에 대해 영상처리기법을 적용하며, 각 동작에 따른 고유한 특성이 나타나는지를 확인하게 된다. 예를 들어, 백 스윙 자세(도 2의 (c))는 클럽 헤드가 최대한 후방으로 회전된 상태이므로, 상방의 카메라(C30)에서 연속 출력되는 영상신호들을 분석하여 클럽 헤드의 회전각도가 최대로 검출되는 시점을 백 스윙 시점으로 판단하고, 시간 축을 기준으로 기억장치에 저장되어 있는 다수의 영상 프레임들 중에서 백 스윙 시점의 영상 프레임을 정확하게 선택할 수 있다.

그리고, 골프공을 타격하는 순간(도 2의 (e))은 정지위치(위치표시 110에 해당)로부터 골프공이 이탈되는 시점을 파악함으로써 감지될 수 있는데, 골프공 감지센서(LD,PD)의 출력신호에 기초하여 타격순간(t1)을 검출할 수 있으며, 제1 내지 제3 카메라(C10,C20,C30)로부터 입수되는 연속적인 영상의 흐름으로부터 검출된 타격순간(t1)의 영상을 타격 자세를 포착한 영상으로 판단할 수 있다. 대안으로, 상기 골프공의 타격 순간은 영상 인식 알고리즘을 적용하여 클럽 헤드와 골프공이 상호 접촉하는 순간을 포착함으로써, 타격순간을 검출할 수 있을 것이다. 이 경우에는 별도의 센서가 필요없는 센서리스(sensor-less) 방식으로 타격순간을 검출할 수 있으며, 소프트웨어적인 처리를 동원하여 전체적인 시스템을 구축하기 위한 소요비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

한편, 어드레스 동작(도 2의 (a))에서는 지면에 근접한 클럽 헤드가 상승하기 시작하는 시점을 포착하여 어드레스 순간으로 정의할 수 있다. 교습자는 발판 패드(120) 위에 양쪽 발을 정렬시키고 올바른 신체 각도를 잡는 것과 함께 골프공의 조준 등에 위하여 어느 정도의 준비시간을 요하는 것이 일반적이다. 따라서, 준비시간을 충분히 갖고 본격적인 스윙 모션에 들어가는 클럽 헤드의 상승 시점을 어드레스 순간으로 정의하는 것이 바람직할 것이다. 어드레스 순간을 포착하기 위해서는 별도의 알고리즘 적용이 필요한데, 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3은 어드레스로부터 타격에 이르기까지 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)가 변화하는 양상을 보여준다. 도면을 참조하면, 초반에 교습자가 자세를 취하며 회전각도(θ1)의 미세한 변화를 보여주는 미동 구간(P1)과 클럽 헤드가 지면으로부터 본격적으로 상승하는 상승 구간(P2)으로 크게 구분될 수 있으며, 상기 미동 구간(P1)과 상승 구간(P2)을 직선적으로 보간한 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2)이 교차하는 순간을 어드레스 순간(t0)으로 검출할 수 있다.

한편, 기구학적인 관점으로부터, 본 발명은 교습자의 신체구조를 링크구조로 단순화시켜서 인식하는데, 보다 구체적으로 핀 조인트를 이용하여 서로에 대해 회전 가능하게 연결된 다수 절의 링크 구조로 파악한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 교습자의 각 신체 마디는 링크 절로 모델링되는 것이며, 각 관절 부분은 핀 조인트로 모델링되는 것이다. 영상 인식 알고리즘을 적용하여 교습자의 각 신체 마디를 포착함으로써, 신체 구조를 링크 구조로 형상화시킬 수 있다. 그리고, 이들 신체 마디가 서로 교차하는 교차점을 관절 부분으로 검출할 수 있다. 신체 마디로서는 왼쪽어깨와 오른쪽어깨를 서로 연결하는 어깨 마디와, 상반신을 가로지르는 척추 골격을 형상화시킨 상반신 상부마디와 하부마디를 고려할 수 있다. 그리고, 왼팔, 오른팔, 왼쪽 다리, 그리고 오른쪽 다리의 사지 각각에 상부마디와 하부마디를 고려할 수 있다. 한편, 교습자의 신체 마디는 아니지만, 교습자의 손목회전에 의해 조정되는 골프 클럽은 자세분석에서 중요한 정보를 제공하므로, 신체 마디와 같이 취급될 수 있다. 신체의 관절 부분은 상대적인 회전 운동이 가능한 부분들로서, 어깨, 팔꿈치, 손목 등의 상반신 부분과, 허리, 무릎 등의 하반신 부분에 존재한다.

본 발명에서는 각 신체 마디들을 광 감응성 식별마크로 표시함으로써 휘도신호 분포에 기반하는 영상 인식이 효율적으로 진행될 수 있도록 한다. 예를 들어, 주위 배경광에 반응하여 고 휘도 패턴 또는 저 휘도 패턴으로 포착되는 광 감응성 식별마크를 채용함으로써, 영상처리과정에서 인식율을 높이기 위한 일련의 전 처리단계들이 모두 생략될 수 있고, 이에 따라 호스트 컴퓨터의 처리 부담을 획기적으로 줄이면서도 인식 실패의 우려를 일소할 수 있다.

신체 마디들을 광 감응성 식별마크로 표지하는 것과 관련하여, 예를 들어, 주변 광에 반응하여 고 휘도를 생성하는 야광 띠를 신체의 관절 부분에 끼우거나, 역으로 주변 광을 흡수하여 저 휘도를 생성하는 암색 띠를 신체의 관절 부분에 끼우는 방식이 예시될 수 있다. 각각의 제1 내지 제3 카메라(C10,C20,C30)에서 출력되는 영상으로부터 주변영역과 비교하여 고 휘도 패턴이나 저 휘도 패턴을 포착함으로써 특징점들을 검출할 수 있다. 다만, 출원인의 실험결과에 기초하고 주위환경에 산재하는 광 반사성 요소들을 고려할 때, 수집된 영상 데이터 내에서 고 휘도 패턴을 포착하는 것보다는 저 휘도 패턴을 포착하는 것이 위치 검출의 정확도에서 유리한 것으로 판단된다.

각 신체 마디마다 식별마크를 개별적으로 표식하는 번거로움을 줄이기 위해, 일군의 식별마크들을 의복화시킬 수 있다. 즉, 소요위치마다 식별마크가 부착된 의복을 착용함으로써, 1회의 탈착으로 다수의 특징점들에 대한 동시 표식이 가능하다. 도 5에는 식별마크(M)가 부착된 의복의 일 실시 형태가 도시되어 있다. 식별마크(M)가 부착된 의복은 착용의 편의를 위해 상의/하의로 마련될 수 있으며, 식별마크(M)의 부착위치로는 신체의 각 사지 마다 두 개씩, 양쪽 어깨에 하나 씩, 그리고 허리의 숙임을 감지하기 위해 가슴 부분과 허리 부분에 하나 씩 마련될 수 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 상의에는 왼팔 상부, 왼팔 하부, 오른쪽 팔 상부, 오른쪽 팔 하부, 그리고, 왼쪽 어깨 및 오른쪽 어깨와, 가슴 부분과 허리 부분에 각기 식별마크(M)가 부착될 수 있다. 그리고, 하의에는 왼쪽 다리 상부와 왼쪽 다리 하부, 그리고, 오른쪽 다리 상부와 오른쪽 다리 하부에 각기 식별마크(M)가 부착될 수 있다. 교습자의 영상에서 식별마크(M)를 포착함으로써 해당되는 신체 마디를 검출할 수 있다. 예를 들어, 교습자의 양쪽 어깨에 표지된 식별마크(M)를 포착하여 서로 연결시킴으로써 어깨 마디를 검출할 수 있으며, 어깨 마디의 회전상태를 알 수 있는 것이다.

한편, 교습자의 머리 회전각도 즉, 시선 방향도 스윙자세를 평가하는 중요한 인자가 되므로, 각 신체 마디 위치에 대한 식별마크(M)와는 별도로, 머리 회전각도를 표시할 수 있는 식별마크(M)도 함께 마련되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 식별마크(M)는 교습자가 착용하는 모자에 부착되며, 보다 구체적으로, 교습자의 정면방향을 따라 연장된 스트라이프 패턴으로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 식별마크(M)도 주위 광에 반응하여 고 휘도 또는 저 휘도로 포착되는 광학적 특성을 기본적으로 갖는 것이 바람직하다. 이때, 상방 위치의 제3 카메라(C30)에서 입수된 영상 데이터로부터 주위 배경과 휘도 차이가 선명한 식별마크를 용이하게 인식할 수 있다.

한편, 도 6은 교습자의 신체를 링크구조로 형상화하여 어드레스 자세를 정면에서 도시한 도면이다. 이하에서는 링크화된 신체구조를 고려하고 기구학적인 관점으로부터, 교습자의 스윙자세를 기술하는 동시에 분석/교정의 대상이 되는 각도변수들에 관하여 설명하기로 한다. 여기서, 교습자의 스윙자세를 기술한다는 것은, 선정된 각도변수들을 이용하여 교습자가 취한 자세가 대부분 묘사될 수 있으며, 교습자의 자세에서 관찰되는 다른 기구학적인 특징들은 상기 각도변수들에 의존하여 연동된다는 것이다. 다만, 이하에서 소개되는 각도변수들은 예시적인 것에 불과할 뿐이며, 더욱 상세하고 자세한 분석을 위하여 각도변수의 개수를 늘리는 것은 가능하다.

상술한 바와 같이, 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)를 매개로 하여, 교습자의 자세와 이상적인 표본자세가 비교대상으로 서로 매칭된다. 여기서, 이상적인 표본자세는 임의의 회전각도 θ1과, 나머지 각도변수의 세트(θ2,θ3,..,θn)를 1:1 대응시키는 데이터 테이블 형태로 저장되어, 특정한 회전각도 θ1=α에 대해 나머지 각도변수의 값들 θ2=β,θ3=δ,..,θn=Ω를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 데이터 테이블로부터 제공되는 다른 각도변수의 값들 θ2=β,θ3=δ,..,θn=Ω이 교습자에게 표본자세로서 권장된다. 다만, 이러한 각도변수의 값을 정량적인 수치 자체로 제공하기보다는 권장되는 각도변수를 사잇각으로 하는 쐐기 마크(∠)로 표시해주면 시각적인 효과를 부여할 수 있다. 한편, 상기 표본자세는 데이터 테이블 형식 이외에, 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)를 인수로 하고 다른 각도변수들(θ2,θ3,..,θn)을 함수값으로 반환하는 수학적인 함수관계로 저장되어 있을 수도 있다. 이에 따라 교습자의 자세로부터 추출된 회전각도, θ1=α를 입력으로 하고, 시스템에 저장되어 있는 함수관계로부터 다른 각도변수의 값, θ2=β,θ3=δ,..,θn=Ω가 제공됨으로써, 교습자 스스로 자신의 자세에서 잘못된 부분을 확인하고 교정하는 이른바, 자동교습이 수행될 수 있다.

한편, 상술한 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)를 포함하여 일부 각도변수들은 수평축 및 수직축을 기준으로 측정되는데, 수평축 및 수직축에 대해서는 외부로부터의 영상입력이 요구된다. 예를 들어, 디스플레이 패널(150)을 고정하는 거치 대(140) 등의 고정된 구조물 상에 수직축을 따라 스트라이프 패턴을 인위적으로 형성하고, 이 스트라이프 패턴의 영상을 수직축으로 인식하고, 이와 직각관계를 수평축으로 인식할 수 있다. 그리고, 교습자의 상방 위치에서 취득되는 상방 영상에 관하여서는 교습자가 위치하는 발판 패드(120)를 중심으로 제1 축과 제2 축을 십자모양으로 형성하고 이들의 영상을 인식하면 기준방향을 설정할 수 있을 것이다.

이하에서는 교습자의 정면 영상, 측면 영상, 그리고 상면 영상으로부터 정의되는 다양한 각도변수들에 대해 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 열거되는 각도변수들은 예시적인 것이며, 그외의 다양한 각도변수들이 추가로 정의될 수 있음은 물론이다. 도 6을 참조하면, 정면 영상으로부터는 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)가 정의되는데, 이것은 왼팔 상부마디와 수직축이 이루는 각도, 또는 왼팔 상하부 마디와 수직축이 이루는 각도(θ1, 왼쪽 어깨의 회전각도)로 정의될 수 있다. 여기서, 왼팔 상하부 마디는 왼팔 상부마디와 하부마디를 보간하는 일 직선으로 이루어는 가상의 신체 마디를 의미하는 것이다. 또한, 상기 정면 영상으로부터는 왼팔 상부마디와 하부마디가 이루는 각도(θ2)가 정의되며, 왼팔 하부마디와 골프 클럽이 이루는 각도(θ3)가 정의될 수 있다. 또한, 어깨 마디가 수평축과 이루는 각도(θ4)가 정의될 수 있는데, 어깨 마디는, 예를 들어, 식별마크(M)를 부착한 오른쪽 어깨와 왼쪽 어깨를 직선적으로 연결하는 라인으로 정의될 수 있다.

도 7은 어드레스 자세를 취한 교습자의 측면 영상으로, 신체를 링크구조로 형상화시킨 도면이다. 도면을 참조하면, 오른팔의 상하부마디와 골프 클럽이 이루는 각도(θ5)가 정의될 수 있는데, 상기 오른팔의 상하부마디란 오른팔의 상부마디 및 하부마디를 모두 포괄하는 것으로, 상기 각도(θ5)는 개략적으로 상부마디와 하부마디를 보간하여 새로운 상하부마디를 형성하고, 이 상하부마디와 골프 클럽이 이루는 각도로 정의될 수 있을 것이다. 대안으로, 상기 각도(θ5)는 상부마디 또는 하부마디와 골프 클럽이 이루는 각도로 정의될 수도 있을 것이다. 한편, 상반신에서는 허리 숙임 각도(θ6)와 등 펴짐 각도(θ7)가 각기 정의될 수 있다. 상기 등 펴짐 각도는 상반신 상부마디와 하부마디 사이의 각도로 정의될 수 있다. 그리고, 하반신에서는 오른쪽 다리의 상부마디와 하부마디가 이루는 각도(θ8)가 정의될 수 있다.

도 8은 어드레스 자세를 취한 교습자의 상방 영상으로, 신체를 링크구조로 형상화시킨 도면이다. 도면을 참조하면, 왼팔의 상하부마디와 제1축이 이루는 각도(θ9)가 정의될 수 있다. 상기 왼팔의 상하부마디란 왼팔의 상부마디 및 하부마디를 모두 포괄하는 것으로, 상기 각도(θ9)는 개략적으로 상부마디와 하부마디를 보간하여 새로운 상하부마디를 형성하고 이것과 제1축이 이루는 각도로 정의될 수 있다. 대안으로, 상기 각도(θ9)는 왼팔의 상부 또는 하부마디와 제1축 사이의 각도로 정의될 수 있다.

그리고, 상기 왼팔의 상하부마디와 클럽 헤드 사이의 각도(θ10)가 정의될 수 있으며, 또한, 식별마크(M)를 부착한 오른쪽 어깨와 왼쪽 어깨를 직선상으로 연결하는 어깨 마디와 제2축 사이의 각도(θ11)가 정의될 수 있다. 그리고, 교습자가 착용한 모자에 부착된 식별마크(M)로부터 교습자의 시선방향(S)과 제1축 사이의 각도(θ12)가 정의될 수 있다.

이상에서 정의된 각도변수들 θ1~θ12는 어드레스 자세는 물론이고, 이후의 백 스윙 자세, 타격 자세, 그리고 피니쉬 자세를 포함하여 풀 스윙 모션의 모든 구분동작에서 정의될 수 있는 것이다. 그리고, 이러한 각도변수들에 대해서는 교습자가 취한 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)를 입력으로 하여, 사전에 시스템에 저장되어 있던 데이터 테이블 또는 함수관계로부터 반환되는 권장치들이 제시된다. 다만, 교습자의 풀 스윙 모션 중에서 어느 한 순간동작들을 포착하여 자동 교습을 수행할 때, 상술한 제 각도변수들에 대한 모든 권장치들이 제시될 수도 있으나, 경우에 따라, 구분동작 단계에 따라 선별된 동작 변수들을 중심으로 자세분석이 이루어질 수도 있다.

이하에서는 골프스윙의 자세분석방법에 대해 설명하기로 한다. 작동 전원이 인가되어 교습자의 명령을 대기하던 호스트 컴퓨터(PC)는 사용자 조작부(130)로부터 시작신호를 감지함으로써 자세분석을 위한 일련의 프로세스를 개시할 수 있다. 다만, 시작신호만으로 자세분석이 개시될 수도 있으나, 시작신호와 함께 플랫폼(100)상의 발판 패드(120)로부터 교습자의 중량이 감지되는 것을 필요충분조건으로 자세분석이 개시될 수도 있다. 보다 구체적으로, 호스트 컴퓨터(PC)는 촬상장치들(C10,C20,C30)을 가동하여 교습자의 스윙 모션을 연속적인 영상들로 포착하게 된다(S11). 예를 들어, 촬상장치(C10,C20,C30)로부터 초당 60 프레임으로 출력되는 영상 데이터들이 시간 축에 대해 연속적인 흐름으로 기억장치 내에 축적된다. 교습자의 풀 스윙 모션이 포착된 다음, 사용자 조작부(130)로부터 교습자의 종료신호가 감지되면, 감지된 신호에 따라 호스트 컴퓨터(PC)는 촬상장치들(C10,C20,C30)의 촬영동작을 정지시킨다. 그리고, 기억장치에 축적된 영상 데이터들에 대해 영상인식 알고리즘을 적용하여 본격적인 자세분석을 개시한다(S12). 즉, 호스트 컴퓨터(PC)는 영상 데이터의 휘도분포로부터 주위에 비해 상대적으로 휘도가 높은 고휘도 또는 상대적으로 휘도가 낮은 저휘도 영역을 검출하게 된다. 이와 관련하여, 교습자가 착용한 의복 및 모자에 부착된 광 감응성 식별마크(M)는 주위에 비해 상대적으로 고휘도 또는 저휘도 영역으로 포착될 것이다. 또한, 골프 클럽은 특유의 금속성 광택으로 별도의 식별마크로 표지되어 있지 않더라도 주위에 비해 고휘도 영역으로 쉽게 포착될 수 있을 것이다.

다음에, 이렇게 영상 인식된 고휘도/저휘도 영역을 이용하여 교습자의 풀 스윙 모션으로부터 지정된 각 자세들, 예를 들어, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 포착된 영상을 추출하게 된다(S13). 이때, 기억장치 내부에는 시간 축에 대해 연속적으로 저장된 다수의 영상 데이터들이 저장되어 있을 것인데, 호스트 컴퓨터(PC)는 각 자세가 취하여진 영상을 선별할 수 있다. 예를 들어, 골프공 감지센서(LD,PD)의 출력신호에 근거하여 타격 순간을 정확히 검출할 수 있고, 타격 자세가 포착된 정면, 측면, 그리고 상방 영상을 선별할 수 있다. 또한, 클럽 헤드가 상승하기 시작하는 시점으로 정의되는 어드레스 자세는 도 3에 도시된 바와 같이, 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1)의 변화를 모니터링하여 본격적인 상승 구간(P2)이 시작되는 시점(t0)을 어드레스 순간으로 판단하여 어드레스 자세가 포착된 정면, 측면, 그리고 상방의 영상들을 추출할 수 있다. 그리고, 백 스윙 자세에서는 클럽 헤드가 최대한 후방으로 회전된 상태인 점을 고려하여, 상방에 위치한 카메라(C30)의 영상을 분석하여 클럽 헤드의 회전각도가 최대가 되는 시점을 백 스윙 시점을 검출하고 백 스윙 자세가 포착된 정면, 측면, 그리고 상방의 영상들을 추출할 수 있다.

이렇게 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 포착된 영상들을 선별한 후, 선별된 각 영상으로부터 교습자가 취한 왼쪽 어깨의 회전각도를 추출한다(S14). 그리고, 추출된 왼쪽 어깨의 회전각도(θ1=α)를 이용하여 시스템에 입력되어 있는 데이터 베이스를 조회하거나, 또는 회전각도(θ1=α)를 입력으로 하여 시스템에 입력되어 있는 함수관계로부터 다른 각도변수들, 예를 들어, 도 6 내지 도 8에 나타난 다양한 각도변수들(θ2,...,θ12)의 권장치를 획득한다.

다음에, 교습자의 자세가 포착된 영상에다가, 상기 각도변수(θ2,...,θ12)의 권장치들을 합성하여(오버 레이) 표시한다. 상기 각도변수(θ2,...,θ12)의 권장치들은 텍스트 형식으로 표시되기보다는, 교습자가 이해하기 쉽도록 해당각도를 사잇각으로 하여 분기된 쐐기형태(∠)의 그래픽 표시로 제공되는 것이 바람직할 것이다. 한편, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 타격 자세 등 각 구분동작에 대해서는 하나의 화면을 할당하며, 할당된 하나의 화면을 분할하여 각 구분동작이 취해진 정면, 측면, 그리고 상면 영상을 표시하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 어드레스 자세에서 촬영된 정면, 측면, 그리고 상면 영상이 교습내용(각도변수에 관한 권장치에 해당)과 함께 한 화면상에 제공되는 것이며, 이후 교습자의 선택에 따라 다른 백 스윙 자세 및/또는 타격 자세에 대한 선택에 따라 화면이 전환되면서 선택된 자 세에 해당되는 정면, 측면, 그리고 상방 영상이 한 화면상에 표시되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 골프스윙의 개시로부터 완료에 이르는 전체 동작을 연속으로 촬영한 다음, 교습자가 취한 자세에 교습 내용을 부가하여 표시해주는 실시 형태와, 골프 스윙을 몇 개의 구분동작 단계들로 나누어, 어느 선택된 단계에 대해 집중적인 교습을 제공하는 실시 형태를 모두 고려한다. 전자의 경우에는 풀 스윙 이후에 각 단계에 대한 자신의 자세와 교습내용을 사후적으로 확인하는 형태라고 한다면, 후자의 경우에는 자신의 자세와 교습내용을 실시간으로 확인하면서 자세 교정을 할 수 있는 형태이다. 예를 들어, 어드레스 자세에 대해 집중적으로 훈련하고자 한다면, 모드 선택 기능을 활용하여 어드레스 모드를 선택할 수 있다. 이때, 교습자는 현재 자신이 취하고 있는 자세의 영상에 합성된 교본자세를 실 시간으로 확인하면서 교본자세에 근접하도록 스스로 자세 교정을 함으로써, 특정한 단계에 대한 집중적인 훈련을 실시할 수 있을 것이다. 바람직하게, 각 구분동작에 대해 개별적인 모드가 지원될 수 있으며, 예를 들어, 어드레스 모드, 백 스윙 모드, 그리고, 타격 모드가 기본적으로 제공될 수 있을 것이다.

한편, 도 10a 내지 도 10d는 스윙 모션을 정면에서 촬영한 사진들로서, 보다 구체적으로 각각 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 타격 자세 그리고 피니쉬 자세를 촬영한 사진들이다. 또한, 도 11a 내지 도 11d는 스윙 모션을 측면에서 촬영한 사진들이며, 각기 어드레스 자세로부터 피니쉬 자세를 촬영한 사진들이다. 그리고, 도 12a 내지 도 12d는 스윙 모션을 상방에서 촬영한 사진들로서, 각기 어드레스 자세로부터 피니쉬 자세를 촬영한 사진들이다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 골프스윙의 자세분석 시스템에 관한 전체적인 구성도이다.

도 2는 골프스윙의 연속적인 구분동작을 순서적으로 도시한 도면들이다.

도 3은 어드레스 순간을 포착하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 링크 절로 형상화된 신체 구조를 보여주는 도면이다.

도 5는 의복화된 식별마크와 상기 식별마크로 인식되는 각 신체 마디들을 대응시켜 도시한 도면이다.

도 6은 정면 어드레스 자세를 도시한 것으로, 정면 자세에서 정의되는 각종의 각도변수들을 보여주는 도면이다.

도 7은 측면 어드레스 자세를 도시한 것으로, 측면 자세에서 정의되는 각종의 각도변수들을 보여주는 도면이다.

도 8은 상방 어드레스 자세를 도시한 것으로, 상방 자세에서 정의되는 각종의 각도변수들을 보여주는 도면이다.

도 9는 본 발명의 다른 측면에 따른 골프스윙의 자세분석 방법에서 수행되는 일련의 단계들을 도시한 플로우 차트이다.

도 10a 내지 도 10d는 어드레스, 백 스윙, 타격 그리고, 피니쉬 자세를 정면에서 촬영한 사진들이다.

도 11a 내지 도 11d는 어드레스, 백 스윙, 타격 그리고, 피니쉬 자세를 측면에서 촬영한 사진들이다.

도 12a 내지 도 12d는 어드레스, 백 스윙, 타격 그리고, 피니쉬 자세를 상방 에서 촬영한 사진들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 플랫폼 110 : 위치마크

120 : 발판 패드 130 : 사용자 조작부

140 : 거치대 150 : 디스플레이 패널

C10,C20,C30 : 촬상장치 PC : 호스트 컴퓨터

LD, PD : 골프공 감지센서 M : 식별마크

θ1,θ2,θ3,..,θ12 : 각도변수

Claims (6)

1. 의복화된 감광성 식별마크를 착용한 교습자의 정면, 측면, 그리고 상면에 설치되어 있는 촬상장치로부터 교습자의 스윙 모션을 포착한 연속 영상들을 취득하는 단계;

   상기 취득된 연속 영상들에 대해 영상인식 알고리즘을 적용하여, 상기 식별마크를 포함하는 고 휘도 또는 저 휘도 패턴을 인식하는 단계;

   상기 인식된 휘도 패턴을 이용하여, 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 취해진 영상을 추출하는 단계;

   상기 추출된 영상으로부터 왼쪽 어깨의 회전각도를 검출하는 단계;

   검출된 회전각도로부터 이상적인 표본자세에 관한 데이터를 취득하는 단계; 및

   상기 표본자세를 표시해주는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 표본자세를 표시해주는 단계에서는,

   교습자의 자세가 포착된 영상에 더하여, 상기 표본자세를 합성하여 함께 표시해주는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 방법.
3. 제1항에 있어서,

   머리의 회전각도와 신체 마디가 이루는 각도로, 각도변수 θ1,θ2,θ3,..,θn을 정의할 때,

   상기 표본자세에 관한 데이터는, 상기 왼쪽 어깨의 회전각도 θ1을 입력으로 하여, 데이터 테이블 또는 함수관계로부터 출력된 각도변수 θ2,θ3,..,θn의 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 자세가 취해진 영상을 추출하는 단계에서는,

   상기 왼쪽 어깨의 회전각도가 상승하기 시작하는 순간에 취해진 자세를 상기 어드레스 자세로 판단하고,

   상기 왼쪽 어깨의 회전각도가 최대가 되는 순간에 취해진 자세를 상기 백 스윙 자세로 판단하며,

   클럽 헤드와 골프공의 접촉 순간에 취해진 자세를 상기 타격 자세로 판단하는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 식별마크는 교습자가 착용하는 상의, 하의와 모자에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 방법.
6. 각 신체 마디 부분에 감광성 식별마크가 부착되어 있는 의복;

   상기 의복을 착용한 교습자의 정면, 측면, 그리고 상면의 영상을 포착하는 촬상장치;

   상기 교습자의 영상으로부터 상기 식별마크를 포함하는 고 휘도 또는 저휘도 패턴을 인식하고,

   인식된 휘도 패턴을 이용하여 어드레스 자세, 백 스윙 자세, 그리고 타격 자세가 취해진 영상을 추출하며,

   추출된 영상에서 왼쪽 어깨의 회전각도를 검출하는 한편, 검출된 회전각도로부터 이상적인 표본자세에 관한 데이터를 취득하는 호스트 컴퓨터; 및

   상기 호스트 컴퓨터의 제어를 받아 상기 표본자세를 표시해주는 디스플레이 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프스윙의 자세분석 시스템.

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