KR20160135581A - 실시간 구기 트래킹 방법, 시스템 및 이에 관한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 - Google Patents

실시간 구기 트래킹 방법, 시스템 및 이에 관한 컴퓨터 판독가능 저장 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 UWB 태그 및 액세스 포인트를 활용하는 실시간 구기 트래킹 방법, 시스템, 및 이에 관한 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 관한 것으로, 다수의 태그와 구기 트래킹 공간에 배치되는 여러 개의 액세스 포인트 간의 UWB 통신으로 개별 태그의 위치 정보를 측정하고 이를 관리 서버에서 가공하여 관리자 단말에서 실시간 위치 정보를 가상의 구기 트래킹 공간에 맵핑하여 디스플레이할 수 있는 실시간 구기 트래킹 시스템 및 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 한다.

Description

실시간 구기 트래킹 방법, 시스템 및 이에 관한 컴퓨터 판독가능 저장 매체{A METHOD, A SYSTEM, AND A COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM FOR REAL TIME TRACKING IN BALL GAMES}
본 발명은 UWB 태그 및 액세스 포인트를 활용하는 실시간 구기 트래킹 방법, 시스템, 및 이에 관한 컴퓨터 판독가능 저장 매체에 관한 것이다.
데이터 처리 기술을 비롯한 정보통신기술의 발전으로, 축구, 농구, 야구, 배구 등과 같이 공으로 하는 구기 종목의 훈련시에, 카메라를 활용한 분석 시스템이 널리 활용되고 있다. 예를 들어, 영국 프리미어리그에 적용된 소니(Sony)사의 호크아이는 경기장 주변에 다수의 카메라를 배치하고 이를 통해 수집된 영상 정보를 분석하여 훈련시에 활용하는데, 카메라를 통한 영상 정보의 활용은 실제 경기 중 정확한 판정이나 실감있는 중계와도 연계되어 활용될 수 있을 것이다.
뿐만 아니라, 비특허문헌 1의 인터넷 기사에 의하면, 지브라 테크놀로지(Zebra Technologies)는 미국 전역의 17개 미식축구 경기장에 설치된 UWB RFID 시스템에서 RFID가 6.35GHz 내지 6.75GHz의 UWB 신호를 초당 약 25회 송신하여, 약 100m의 판독거리를 갖게 된다고 기술하고 있다.
그러나, 이에 따른 지브라 테크놀로지의 내용에 의할 경우, 한정된 공간에서 다수의 RFID가 매우 빠른 시간 간격으로 신호를 송신함으로 인하여 RFID 송수신 과정에서 빈번하게 간섭이 발생할 소지가 있을 뿐만 아니라, 위치 신호 외에 부가적인 정보를 계측할 수 없다는 한계점은 여전히 존재한다고 할 수 있다.
이러한 기술분야와 관련된 선행기술문헌 중에서, 특허문헌 1은 트래킹되고 모니터링되면서 운동 활동을 수행하는 방법 및 컴퓨터 판독가능 매체를 개시하면서, 사용자에 대한 물리적 활동 데이터를 수신하고, 인터페이스 상에 디스플레이된 복수의 장소 중 제1 장소에 대한 사용자 선택을 수신하고, 이에 따른 운동 활동량을 시각적으로 업데이트하는 구성을 기술하고 있다. 그러나 본 문헌은 클라이언트 장치 단에 전술한 기능을 통한 구현한 것으로서, 사용자 개개인이 활용하기 위한 목적으로 GPS와 같은 기존의 위치 측위 시스템을 활용하고 있기 때문에 전술된 상황에 적용될 수 없다는 한계가 있다.
다른 선행특허문헌에 의할지라도, 위치 정보보다는 움직임 정보를 가공하여 활용하는 측면에서 구기 종목의 스포츠에 적용하기 위한 것이 대부분이기 때문에, 전술된 환경에서 적용하여 시스템의 효율성을 개선하고자 하는 기술수요가 존재하며, 본 발명자는 UWB 통신 기법을 구기 트래킹 시스템 및 방법에 적용함으로써 본 발명을 제안하기에 이르렀다.
[1] 국제공개특허번호 WO2011028383(MONITORING AND TRACKING ATHLETIC ACTIVITY) [2] 미국공개특허 제2010-0302142(SYSTEM AND METHOD FOR TRACKING AND ASSESSING MOVEMENT SKILLS IN MULTIDIMENSIONAL SPACE) [3] 한국공개특허 제10-2011-0143847호(팀 스포츠 환경에서 운동 성과를 모니터링하는 시스템 및 방법)
[1] 2014년 10월 13일자 기사, 지브라, "NFL 선수의 모든 움직임 UWB RFID 기술로 담아내다"(http://www.industrysolutions.co.kr/)
본 발명은 다수의 태그와 구기 트래킹 공간에 배치되는 여러 개의 액세스 포인트 간의 UWB 통신으로 개별 태그의 위치 정보를 측정하고 이를 관리 서버에서 가공하여 관리자 단말에서 실시간 위치 정보를 가상의 구기 트래킹 공간에 맵핑하여 디스플레이할 수 있는 실시간 구기 트래킹 시스템 및 방법을 제안하는데에 기본적인 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 개별 태그에 의한 위치 정보 뿐만 아니라, 개별 태그와 연관된 영상 정보, 생체 정보 및 동적 정보를 통합적으로 제공하면서도, 개별 태그 간에 간섭을 최소화할 수 있는 실시간 구기 트래킹 시스템 및 방법을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예로서, 실시간 구기 트래킹 시스템이 개시된다. 상기 실시간 구기 트래킹 시스템은, 스케줄링된 기간에 따라 액세스 포인트 각각에 대해 UWB 신호를 송신하는 제1 개수의 태그; 구기 트래킹 공간에 서로 이격되어 각각 배치되고, 상기 제1 개수의 태그 각각으로부터 송신된 상기 UWB 신호를 수신하는 제2 개수의 액세스 포인트; 상기 액세스 포인트 각각으로부터 상기 UWB 신호를 통신망을 통해 전달받아 상기 제 1 개수의 태그 각각에 대한 위치 정보를 산출하는 관리 서버; 및 상기 관리 서버로부터 상기 통신망을 통해 상기 위치 정보를 수신하고, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 상기 위치 정보를 실시간으로 맵핑(mapping)하여 디스플레이가능한 관리자 단말을 포함하는데, 태그의 수인 제1 개수는 1보다 큰 정수이며, 액세스 포인트의 수인 제2 개수는 4 이상의 짝수일 수 있다.
이러한 제1 개수의 태그 중 적어도 하나의 태그는, 공에 설치되고, 상기 공에 설치된 태그를 제외한 태그는, 선수의 신체나 의류에 부착되거나 착용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 개수의 태그는, 상기 제2 개수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트에 의해 송신되는 클록 동기화 패킷(CSP; Clock Synchronization Packet) 및 상기 제1 개수의 태그 각각에 할당되는 고유값에 기초하여, 서로 구분되는 시간 구간 내에 상기 UWB 신호를 각각 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
추가로, 상기 실시간 구기 트래킹 시스템은, 상기 구기 트래킹 공간을 향하여 소정의 영역을 촬영하기 위한 제3 개수의 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈 각각에서 촬영된 영상 정보를 상기 관리 서버에 상기 통신망을 통하여 송신하는 통신부로 구성되는 촬영 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 촬영 장치 중 통신부는, 상기 관리 서버로부터 상기 제 1 개수의 태그 각각에 대한 위치 정보를 수신가능하고, 상기 촬영 장치의 카메라 모듈 각각은, 팬 모터 및 틸트 모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 촬영 장치는, 상기 카메라 모듈을 좌우로 회전시키는 팬 모터의 기준 위치를 검출하는 팬센서; 상기 카메라 모듈을 상하로 이동시키는 틸트 모터의 기준 위치를 검출하는 틸트 센서; 및 상기 관리자 단말에서 선택된 태그의 위치 정보와 인접한 카메라 모듈의 상기 팬 모터 또는 상기 틸트 모터를 구동시키기 위한 구동부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 관리자 단말은, 상기 디스플레이되는 위치 정보 중 선택된 태그에 관한 영상 정보를 추가로 디스플레이가능할 수 있다.
추가적인 양상으로, 상기 공에 설치된 태그를 제외한 태그는 센서 모듈과 수반되어 선수의 신체나 의류에 부착되거나 착용되는 것을 특징으로 할 수 있는데, 이 경우 센서 모듈은, 상기 태그를 부착한 선수의 심장 박동, 호흡량 및 체온 중 적어도 하나의 바이오 정보를 측정하기 위한 바이오 센서; 상기 태그를 부착한 선수의 속도 및 가속도를 동적 정보로 감지하기 위한 모션 센서; 및 상기 측정된 바이오 정보 및 상기 감지된 동적 정보를, 상기 통신망을 통하여 상기 관리 서버로 송신하기 위한 통신부를 포함할 수 있다.
상기 시스템이 센서 모듈을 포함하는 경우에, 상기 관리 서버는, 상기 바이오 정보 및 상기 동적 정보를 상기 위치 정보와 연관시켜 상기 관리자 단말로 송신하고, 상기 관리자 단말은, 상기 디스플레이되는 위치 정보 중 선택된 태그에 관하여 상기 바이오 정보 및 상기 동적 정보를 분석하여 2차원 또는 3차원의 그래프로 추가로 디스플레이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템에서 통신망이라 함은, 3G, LTE(Long Term Evolution), WiFi(Wireless Fidelity) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 제1 개수의 태그와 제2 개수의 액세스 포인트 간에 UWB 신호를 송수신함으로써 상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치를 실시간으로 추적하는 단계; 상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치 정보를 관리 서버를 통해 관리자 단말로 송신하는 단계; 및 상기 관리 서버로부터 수신된 위치 정보를, 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에, 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 단계를 포함한다.
상기 태그 각각에 대한 위치를 추적하는 단계는, 상기 제2 개수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트에 의해 송신되는 클록 동기화 패킷(CSP) 및 상기 제1 개수의 태그 각각에 할당되는 고유값에 기초하여, 서로 구분되는 시간 구간 내에 상기 UWB 신호를 각각 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 상기 구기 트래킹 공간 중 소정의 영역을 촬영한 영상 정보를, 카메라 모듈로부터 상기 관리 서버를 통해, 수신하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이 경우 디스플레이하는 단계는, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 부가하여 상기 영상 정보를 선택적으로 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
추가로, 상기 방법은 상기 제1 개수의 태그 중 일부와 연관된 센서 모듈로부터 바이오 정보 및 동적 정보를, 상기 관리 서버를 통해 수신하는 단계를 더 포함할 수도 있으며, 이 경우 디스플레이하는 단계는, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 부가하여 상기 바이오 정보 및 동적 정보를 분석하여 2차원 또는 3차원의 그래프의 형식으로 선택적인 디스플레이하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 또한 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 제1 개수의 태그와 제2 개수의 액세스 포인트 간에 UWB 신호를 송수신함으로써 상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치를 실시간으로 추적하기 위한 명령; 상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치 정보를 관리 서버를 통해 관리자 단말로 송신하기 위한 명령; 및 상기 관리 서버로부터 수신된 위치 정보를, 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에, 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하기 위한 명령을 포함한다.
본 발명에 의하면, UWB 정밀 측위 기법을 실시간 구기 트래킹 시스템과 방법에 적용함으로써, 30 cm의 오차범위로 실시간 위치 정보를 실시간으로 제공함으로써 정확한 측위가 가능하며, UWB 태그와 액세스 포인트 간의 통신 과정에서 간섭을 최소화할 수 있는 스포츠 분석 솔루션을 제공가능하다는 효과가 인정된다.
이러한 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하면, 종래의 카메라에 기반한 트래킹 시스템과 비교하여 설비 구축 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 본 발명은 위치 정보 외에 영상 정보, 생체 정보 및 동적 정보를 통합적으로 제공하여 선수 개개인별, 팀별 운동거리, 패스 성공률, 볼 점유율 등의 경기 분석 자료를 통합적으로 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명으로 인한 효과는 전술한 사항에 제한되지 아니하고 폭넓게 인정될 수 있음을 인지할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 구기 트래킹 시스템의 구성도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 실시간 구기 트래킹 시스템의 일부 구성요소의 기능적 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 구기 트래킹 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 구기 트래킹 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 구기 트래킹 방법 및 시스템이 이루어지는 양상에 있어서, 다수의 UWB 태그들이 일부 액세스 포인트와의 관계에서 신호 송수신이 이루어지는 과정을 설명하기 위한 시간 다이어그램이다.
도 6a는 본 발명이 구현되기 위한 실제 구기 트래킹 공간의 예시 이미지이고, 도 6b는 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하여 단말에서 출력되는 가상의 구기 트래킹 공간을 도시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 시스템 및 방법을 구성요소인 관리자 단말에서 출력되는 예시적 양상을 도시한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 UWB 태그 및 액세스 포인트를 활용한 실시간 구기 트래킹 방법 및 시스템의 다양한 실시 태양이 설명된다.
본 명세서에서 '포함한다'라는 표현으로 언급되는 구성요소, 특징, 단계 및 컴포넌트는 해당 구성요소, 특징, 단계 및 컴포넌트가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 구성요소, 특징, 단계, 컴포넌트 및 이와 동등한 것을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단수형으로 특정되어 언급되지 아니하는 한 복수의 형태를 포함함에 유의한다. 즉, 본 명세서에서 '포함한다'라는 표현으로 언급된 구성요소 등은 하나 이상의 다른 구성요소 등의 존재나 추가를 의미할 수 있음에 유의한다.
본 명세서에서 '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되더라도, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 '액세스 포인트'라 함은 액세스 단말들과 통신하는데 사용되는 고정국을 지칭하는데, 노드, eNodeB, HeNB 또는 다른 용어로 지칭될 수 있으며, 액세스 포인트는 랜덤 액세스 포인트(Random Access Point), 릴레이 액세스 포인트(Relay Access Point), 라우터 액세스 포인트(Router Access Point) 등 시장에서 일컬어지는 용어와 관계없이 단말들과 통신하기 위한 기능을 갖는 다양한 대상을 일컫는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 '단말'은 이동국(Mobile Station; MS), 이동 단말(Mobile Terminal; MT), 가입자국(Subscriber Station), 휴대 가입자국(Portable/Mobile Subscriber Station), 사용자 장치(User Equipment; UE), 액세스 단말(Access Terminal; AT) 등의 기술용어로서 지칭되는 대상을 가리키는데, 이동국, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자국, 사용자 장치, 액세스 단말 등의 전부 또는 일부 기능을 포함하는 사용자형 전자통신기기일 수도 있다.
이외에, 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 기술용어는 가능한 현재 보편적으로 사용되는 일반적인 기술용어를 선택하였으나, 일부 경우에 있어 본 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데, 이 경우 용어의 명칭에 국한되기보다는 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 문맥상 의미를 고려하여 의미가 파악되어야만 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 구기 트래킹 시스템(1)의 구성도를 도시한다. 본 발명에 의한 특허출원에 개시된 '구기 트래킹 시스템'에 따른 실제 트래킹 공간은 연습을 위한, 또는 실제 경기가 이루어지기 위한 경기장을 지칭할 수 있고, 이러한 구기 트래킹 공간의 최외곽에 이격되어 액세스 포인트(20)가 배치되고, 다수의 UWB 태그로부터 신호를 수신할 수 있다. 도 1에서는 4개의 액세스 포인트(20)가 배치되는 것으로 도시되었지만, 이 개수는 4개, 6개, 8개, 10개 등과 같이 위치 측위를 위한 수만큼 적절히 시스템의 사양에 따라 배치될 수 있다.
액세스 포인트(20)에 UWB 신호를 송수신하기 위한 UWB 태그(10)는 스케줄링된 기간에 따라 UWB 신호를 액세스 포인트에 송수신함으로써, UWB 태그(10)와 액세스 포인트(20) 간에 송수신된 신호의 관계에 의해 태그(10) 각각의 위치를 추적하게 된다.
이러한 다수의 UWB 태그(10) 중 임의의 하나 이상의 태그(10a; 제 1 UWB 태그)는 공 내부에 장착되거나 공의 외부 표면에 탈부착이 가능한 형태로 구비될 수 있다. 그리고 상기 제 1 UWB 태그(10a)를 제외한, 다른 UWB 태그(10b; 제 2 UWB 태그)는 선수의 신체나 의류에 부착되거나 착용될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 선수의 손목에 착용할 수 있는 손목 보호대의 형태로 구현될 수 있을 뿐 아니라, 팔목, 허벅지, 허리 등 인체 다양한 부위에 착용가능한 형태일 수 있다.
다수의 UWB 태그(10)와 액세스 포인트(20) 간의 신호 송수신 관계가, 통신망(200)을 통하여 관리 서버(30)에 전달될 수 있다. 통신망(200)이라 함은 다른 중계국, 중계기, 기지국 등을 통하여 커버리지를 확장시키고 많은 양의 데이터를 빠른 속도로 송수신이 가능하도록 하는 데이터 통신 방식으로, 예컨대, 3G, LTE(Long Term Evolution), WiFi(Wireless Fidelity) 중 하나일 수 있다.
이러한 UWB 태그(10)와 액세스 포인트(20) 간의 관계에 의하여, 관리 서버(30)는 다수의 UWB 태그(10) 각각에 대한 위치를 모니터링할 수 있다. 경우에 따라 여러 개의 액세스 포인트(20) 중 마스터 액세스 포인트(20)와 같이, 특정한 액세스 포인트 일부에서 개별 UWB 태그(10)의 위치를 측위할 수도 있다.
한편, 관리 서버(30)에서 UWB 태그(10)의 위치 정보를 파악하여 이를 관리자 단말(40)에서 실제 구기 트래킹 공간과 매칭되는 이미지 상에 위치 정보를 오버랩하여 출력하고자 함에 있어, UWB 태그(10)에 대한 영상 정보가 부가적으로 출력될 수 있을 뿐 아니라, 바이오 센서 및 동적 세서를 통해 측정된 정보가 추가로 출력될 수 있다(미도시). 이러한 추가적인 양상과 관련하여, 이후의 도면을 참조로 설명한다.
본 발명에 따른 실시간 구기 트래킹 시스템의 일부 구성요소의 기능적 구성도를 도시한 도 2를 참조한다.
본 발명에 따른 구기 트래킹 공간에 제 1 개수로 구비되어 각각의 위치가 파악되기 위한 태그(10)는 UWB 신호 송신부(11)와 UWB 신호 수신부(12)로 구성된다. 이에 대응하여 개별 액세스 포인트(20) 또한, UWB 신호 송신부(21)와 UWB 신호 수신부(22)를 포함한다. 이들 UWB 신호 송수신부에 의해 태그(10)와 액세스 포인트(20) 간에 스케줄링된 간격을 기준으로 송수신되는 신호 간의 시간 간격을 측정함으로써, 태그의 위치를 파악하는 기반이 될 수 있다.
액세스 포인트(20)는 추가로, 통신부(23) 및 제어부(24)를 더 포함하는데, 통신부(23)는 액세스 포인트(20)가 관리 서버(30)와 데이터 송수신을 위한 것이고, 추가로, 센서 모듈(50)과의 데이터 송수신을 위한 것일 수도 있지만, 센서 모듈(50)이 관리 서버(30)와 직접 통신이 이루어질 경우, 통신부(23)는 액세스 포인트(20)와 관리 서버(30)의 관계를 위한 것이다.
액세스 포인트(20)의 제어부(24)는 태그(10)와의 관계에서 송수신된 UWB 신호 관계를 관리 서버(30)에 포워딩함에 있어 필요한 데이터 프로세싱을 할 수 있고, 이는 관리 서버(30)와 대응하는 방식으로 설정될 수 있다.
한편, 공에 설치되는 제 1 태그(도 1에서 10a)를 제외한 태그(즉, 도 1에서 10b로서 도시되었고, 선수의 인체에 착용가능한 형태로 구비되는 태그를 가리킴)는 센서 모듈(50)과 연결, 연관될 수 있다. 센서 모듈(50)은 태그(10)를 부착한 선수의 심장 박동, 호흡량 및 체온 중 적어도 하나의 바이오 정보를 측정하기 위한 바이오 센서(51), 태그(10)를 부착한 선수의 속도 및 가속도를 동적 정보로 감지하기 위한 모션 센서(52), 및 측정된 바이오 정보와 감지된 동적 정보를, 관리 서버(30)로 송신하기 위한 통신부(53)를 포함할 수 있다.
추가로, 본 발명에 따른 구기 트래킹 시스템 및 방법은 촬영 장치(60)를 더 구비할 수 있다. 촬영 장치(60)는 태그(10) 주위의 영상 정보를 획득하기 위한 것으로서, 실제 구기 트래킹 공간인 경기장을 향해 소정의 영역을 촬영하기 위한 제 3 개수의 카메라 모듈(61)을 구비하며, 각각의 카메라 모듈에서 촬영된 영상 정보를 관리 서버(30)에 송신하기 위한 통신부(62)를 포함한다.
추가로, 개별 카메라 모듈을 동작시키기 위한 모터부(63)를 포함할 수 있는데, 이 경우, 태그(10)에 의해 측위되는 위치 정보 및 센서 모듈(50)에 의해 감지되는 동적 정보에 따라 촬영 장치(60)가 패닝(panning)되거나 틸팅(tilting)될 수 있다.
촬영 장치(60)가 모터부(63)를 더 포함하는 경우, 카메라 모듈을 좌우로 회전시키는 팬 모터의 기준 위치를 검출하고, 카메라 모듈을 상하로 이동시키는 틸트 모터의 기준 위치를 검출하기 위한 모터 센서(64), 및 관리자 단말(40)에서 선택된 태그의 위치 정보와 인접한 카메라 모듈의 상기 팬 모터 또는 상기 틸트 모터를 구동시키기 위한 구동부(65)를 더 포함할 수 있다.
관리 서버(30)는 액세스 포인트(20), 관리자 단말(40), 센서 모듈(50), 촬영 장치(60) 각각과 데이터 통신을 하기 위한 통신부(31)를 포함하고, 상기 데이터 통신이 이루어지는 다른 구성요소와의 통신 프로토콜의 설정, 송수신된 데이터 프로세싱, 및 시스템의 운용에 부가되는 추가적인 데이터의 가공을 수행하기 위한 제어부(32)를 포함한다. 또한, 관리 서버(30)는 처리된 위치 정보를 비롯한 영상 정보, 센서 측위 데이터 등 본 발명에 따른 트래킹 시스템에서 생성, 가공되는 데이터를 저장하기 위한 메모리(33)를 포함한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구기 트래킹 방법의 흐름도를 각기 달리 도시하고 있는데, 도 3은 위치 정보를 중심으로 처리되는 양상을 설명하고, 도 4는 위치 정보 외에 촬영된 이미지 정보, 바이오 정보 및 동적 정보를 연관지어 처리되는 양상과 관련하여 설명된다.
먼저, 도 3을 참조하면, 태그와 액세스 포인트 간에 UWB 신호를 송수신함으로써 태그 각각에 대한 위치를 실시간으로 추적하게 된다(S31 단계). 그리고 각각의 태그에 대한 위치 정보를 관리 서버를 통해 관리자 단말로 송신하고(S32 단계), 관리 서버로부터 수신된 위치 정보를, 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에, 실시간으로 맵핑하여 디스플레이할 수 있다(S33 단계).
또 다른 실시예로서, 도 4를 참조하면, 태그와 액세스 포인트 간에 UWB 신호를 송수신함으로써 태그 각각에 대한 위치를 실시간으로 추적하는데(S41 단계), 이는 도 3의 S31 단계와 동일, 유사하게 인지될 수 있다.
그리고 촬영 장치에 의해 구기 트래킹 공간 중 소정의 영역을 촬영하고(S42 단계), 각각의 태그와 연관된 센서 모듈로부터 바이오 정보 및 동적 정보를 측정하게 된다(S43 단계). 여기서 바이오 정보라 함은, 선수의 심장 박동, 호흡량 및 체온 중 적어도 하나를 의미할 수 있고, 동적 정보는 선수의 속도 및 가속도에 관한 정보를 의미할 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
이들 과정에 의하여 각각의 태그에 대한 위치 정보는 개별 태그로부터 수신하고, 바이오 정보 및 동적 정보를 개별 센서 모듈로부터 수신하고, 영상 정보를 개별 촬영 장치로부터 관리 서버에서 수신된다(S44 단계).
관리 서버는 위치 정보, 바이오 정보, 동적 정보 및 영상 정보를 가공하고 이를 관리자 단말로 포워딩하면, 관리자 단말에서는 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 실시간으로 맵핑하거나, 2차원 내지 3차원 그래픽 형태로 변환하여 디스플레이하게 된다(S45 단계).
도 3의 S33 단계 또는 도 4의 S45 단계와 같이, 본 발명에 따른 실시간 구기 트래킹 방법 및 시스템이 관리자 단말에서 출력되는 양상과 관련하여, 도 6a 내지 도 8을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 6a는 본 발명이 구현되기 위한 실제 구기 트래킹 공간의 예시 이미지이고, 도 6b는 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하여 단말에서 출력되는 가상의 구기 트래킹 공간을 도시하는데, 도 6a에서 표시된 선수의 위치(예컨대, 10b)가 도 6b의 2차원 공간 상에 공의 위치(10b)와 함께 출력되는 것을 인지할 수 있다.
이처럼, 선수의 위치 정보 및 공의 위치 정보는 선수들이 착용한, 그리고 공에 부착된 UWB 태그와 구기 트래킹 공간에 구비되는 액세스 포인트와의 신호 송수신 관계에 의하여, 관리자 단말에서 실시간으로 선수와 공의 위치가 추적되어 디스플레이될 수 있는 것이다.
본 명세서의 상세한 설명에서 기술되었듯이, 관리자 단말(40)은 그 형태나 명칭에 관계없이, 데이터 통신이 가능하며 가입자 또는 사용자단으로 전기적 디스플레이 출력 수단을 구비한 전자통신기기를 지칭하므로, 도 7에 도시된 통상의 개인용 컴퓨터, 일체형 PC, 노트북 등일 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 태블릿 PC, 스마트폰 등일 수 있다.
도 7에 도시된 것처럼, 구기 트래킹 공간에서 위치 정보 뿐만 아니라, 경기 자체에 관한 부가 정보가 출력될 수도 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 영상 정보, 바이오 정보, 동적 정보와 연관되어 추가적인 양상 패턴으로 출력될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구기 트래킹 시스템 및 방법의 구성요소인, UWB 태그들이 액세스 포인트와의 관계에서 신호 송수신이 이루어지는 과정을 설명하기 위한 시간 다이어그램을 도시하고 있는 도 5를 참조한다.
액세스 포인트(10)와 다수의 UWB 태그(20) 간에 구체적인 신호의 흐름과 관련하여, 시간 다이어그램을 도시한 도 2를 참조한다.
도시된 바와 같이, 시간 축을 기준으로 좌측으로부터 TR, T1, T2, T3, ..., TK, TK+1, TR이 표시되며, 가장 선행하여 표시된 TR은 액세스 포인트로부터 각각의 UWB 태그에 대해 선행하는 클록 동기화 패킷(CSPn)이 수신된 기준 시점을 표시하며, 후행하여 표시된 TR은 액세스 포인트로부터 차순위 클록 동기화 패킷(CSPn+1)이 수신된 기준 시점을 표시한다. 도 5와 관련하여 n번째 클록 동기화 패킷(CSPn)의 수신이 이루어진 시점에서, 액세스 포인트와 다수의 UWB 태그 간에 송수신되는 신호 흐름에 대해 집중하여 설명한다.
n번째 클록 동기화 패킷(CSPn)이 수신되기에 앞서, 각각의 UWB 태그는 고유값을 지니게 되는데, 태그에 대한 고유값은 AP 중 마스터로 지정된 특정 액세스 포인트에 의해 지정될 수도 있거나, 별도로 마스터로 지정되는 AP에 의하지 아니하고 랜덤 AP에 의해 태그에 대한 고유값이 지정될 수도 있다. 나아가, UWB 태그들 각각의 신호 교환 방식에 의해 고유값을 자체적으로 할당받을 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 구기 트래킹 공간에서 30개의 UWB 태그를 운용 중이면, 각각의 태그는 0부터 29까지의 값을 가질 수도 있고, 1부터 30까지의 값을 가질 수 있으며, 그 범위에 따라 개별 UWB 태그 별로 중복되지 않도록 고유한 값이 지정될 수 있는 것이다.
그리고 클록 동기화 패킷이 CSPn의 TR 시점에 수신되면, 클록 동기화 패킷에 따른 주기(TCSP) 중 초기 마진 구간(M1)과 최종 마진 구간(M2)을 제외한 시간 구역(즉, BT×내에서 k개의 UWB 태그가 자신에게 고유하게 할당된 BT(Blink Term) 동안에 응답 패킷(신호)을 액세스 포인트에 송신하게 된다.
앞서 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 구기 트래킹 공간에서 30개의 UWB 태그를 운용 중이고, 각각의 태그가 0부터 29까지의 고유값을 할당받았고, 클록 동기화 패킷에 따른 전체 주기는 100 ms이며, 초기 마진 구간(M1)은 10 ms라고 가정하자.
위의 예에, 부가하여, 최종 마진 구간(M2) 또한 초기 마진 구간(M1)과 같이 10 ms라고 가정한다면, 산술적으로 계산된 BT는
Figure pat00001
이 되므로, 이 경우 #0부터 #4로 넘버링된 UWB 태그의 BT 구간은 예시적으로 다음과 같다.
BT 시작 시점 BT 종료 시점
UWB #0 10 ms 12.6666…ms
UWB #1 12.6666…ms 15.3333…ms
UWB #2 15.3333…ms 17.9999…ms
UWB #3 17.9999…ms 20.6666…ms
UWB #4 20.6666…ms 23.3333…ms
이러한 BT의 산출은 가우스 기호 수식에 의하여 정수화됨으로써, 각각의 BT는 2 ms로 계산될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 구기 트래킹 공간에서 다음 수식에 의해 BT가 구해질 수 있다.
Figure pat00002
여기서, MI과 ML은 각각, 단일한 클록 동기화 패킷에 대한 초기 마진 시간과 최종 마진 시간을 가리키며, 위 기간 중에는 다수의 UWB 태그 중 어떠한 태그도 응답 패킷의 송신이 이루어지지 않는 보호 구간을 의미한다. 위의 수식과 같이 가우스 연산에 의해, 각각의 BT가 2 ms로 결정된다면, 다수의 UWB 태그 중 i번째 태그는
Figure pat00003
에 의해 자신이 응답 패킷을 송신할 개시 시각을 송출하여, 산출된 송신 개시 시각으로부터 BT 내에, i번째 태그가 응답 패킷을 개시하게 된다.
이에 의해 첫 번째 UWB 태그(위의 예에서, UWB #0이지만, i값을 1로 정의됨)는 10ms까지는 대기하다가 10 ms부터 12 ms 내에 첫 번째 응답 패킷을 송신하고, 두 번째 UWB 태그(위의 예에서, UWB #1)는 12ms까지는 대기하다가 12 ms부터 14ms 내에 두 번째 응답 패킷을 송신하고, ..., (마찬가지 방식으로) 29번째 UWB 태그(위의 예에서, UWB #28)는 66ms까지는 대기하다가 66ms부터 68ms 내에 29번째 응답 패킷을 송신하며, 마지막으로 30번째 UWB 태그(위의 예에서, UWB #29)는 68ms까지는 대기하다가 68ms부터 70 ms 내에 30번째 응답 패킷을 송신하게 된다. 이에 따라 최종 마진 시간(ML)은 잔여 시간인 70 ms로부터 100ms까지의 30ms 기간으로 도출되어, 최초 설정된 최종 마진 시간(ML)인 10ms에서 30ms로 조정될 수 있다.
이와 같은 방식에 의하여, 실시간 구기 트래킹 시스템을 구성하는 다수의 UWB 태그가 서로 다른 구간에서 응답 패킷을 송신하기 때문에, UWB 태그의 수가 증가함에 따라 각각의 UWB 태그가 송신하게 되는 응답 패킷의 수가 증가하더라도, 개별 태그들로부터 액세스 포인트로 송신되는 패킷이 무선 영역에서 충돌하지 않고 간섭을 회피할 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명에 의하면, UWB 정밀 측위 기법을 실시간 구기 트래킹 시스템과 방법에 적용함으로써, 30 cm의 오차범위로 실시간 위치 정보를 실시간으로 제공함으로써 정확한 측위가 가능하며, UWB 태그와 액세스 포인트 간의 통신 과정에서 간섭을 최소화할 수 있는 스포츠 분석 솔루션을 제공가능하다는 효과가 인정된다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하면, 종래의 카메라에 기반한 트래킹 시스템과 비교하여 설비 구축 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 본 발명은 위치 정보 외에 영상 정보, 생체 정보 및 동적 정보를 통합적으로 제공하여 선수 개개인별, 팀별 운동거리, 패스 성공률, 볼 점유율 등의 경기 분석 자료를 통합적으로 제공할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시예들에 관한 예시적인 모듈, 로직 블록, 수단, 단계 또는 이들의 조합은 전자 하드웨어(코딩 등에 의해 설계되는 디지털 설계), 소프트웨어(프로그램 명령을 포함하는 다양한 형태의 애플리케이션) 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어 및/또는 소프트웨어 중 어떠한 형태로 구현되는지는 사용자 단말에 부여되는 설계상의 제약에 따라 달라질 수 있다.
일부 실시 양상에서는, 본 명세서에서 설명된 구성의 하나 이상은 컴퓨터 프로그램 명령으로서 메모리에 저장될 수 있는데, 이러한 컴퓨터 프로그램 명령은 디지털 신호 프로세서를 중심으로 본 명세서에서 설명된 방법을 실행할 수 있다. 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 특정되는 컴포넌트 간의 연결 예는 단지 예시적인 것으로, 이들 중 적어도 일부는 생략될 수도 있고, 반대로 이들 컴포넌트뿐 아니라 추가적인 컴포넌트를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
본 명세서에서 설명된 실시예들에 관한 예시적인 모듈, 로직 블록, 수단, 단계 또는 이들의 조합은 전자 하드웨어(코딩 등에 의해 설계되는 디지털 설계), 소프트웨어(프로그램 명령을 포함하는 다양한 형태의 애플리케이션) 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어 및/또는 소프트웨어 중 어떠한 형태로 구현되는지는 사용자 단말에 부여되는 설계상의 제약에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
1: 실시간 구기 트래킹 시스템
10: 태그
11: UWB 신호 송신부 12: UWB 신호 수신부
20: 액세스 포인트
21: UWB 신호 송신부 22: UWB 신호 수신부
23: 통신부 24: 제어부
30: 관리 서버
31: 통신부 32: 제어부
33: 메모리
40: 관리자 단말
50: 센서 모듈
60: 촬영 장치

Claims (15)

  1. 실시간 구기 트래킹 시스템으로서,
    스케줄링된 기간에 따라 액세스 포인트 각각에 대해 UWB 신호를 송신하는 제1 개수의 태그;
    구기 트래킹 공간에 서로 이격되어 각각 배치되고, 상기 제1 개수의 태그 각각으로부터 송신된 상기 UWB 신호를 수신하는 제2 개수의 액세스 포인트;
    상기 액세스 포인트 각각으로부터 상기 UWB 신호를 통신망을 통해 전달받아 상기 제 1 개수의 태그 각각에 대한 위치 정보를 산출하는 관리 서버; 및
    상기 관리 서버로부터 상기 통신망을 통해 상기 위치 정보를 수신하고, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 상기 위치 정보를 실시간으로 맵핑(mapping)하여 디스플레이가능한 관리자 단말
    을 포함하고, 상기 제1 개수는 1보다 큰 정수이며, 상기 제2 개수는 4 이상의 짝수인 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개수의 태그 중 적어도 하나의 태그는, 공에 설치되고,
    상기 제1 개수의 태그 중, 상기 공에 설치된 태그를 제외한 태그는, 선수의 신체나 의류에 부착되거나 착용되는 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개수의 태그는, 상기 제2 개수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트에 의해 송신되는 클록 동기화 패킷(CSP; Clock Synchronization Packet) 및 상기 제1 개수의 태그 각각에 할당되는 고유값에 기초하여, 서로 구분되는 시간 구간 내에 상기 UWB 신호를 각각 송신하는 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구기 트래킹 공간을 향하여 소정의 영역을 촬영하기 위한 제3 개수의 카메라 모듈; 및 상기 카메라 모듈 각각에서 촬영된 영상 정보를 상기 관리 서버에 상기 통신망을 통하여 송신하는 통신부로 구성되는 촬영 장치를 더 포함하고,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관리자 단말은, 상기 디스플레이되는 위치 정보 중 선택된 태그에 관한 영상 정보를 추가로 디스플레이가능한 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 촬영 장치의 통신부는, 상기 관리 서버로부터 상기 제 1 개수의 태그 각각에 대한 위치 정보를 수신가능하고, 상기 촬영 장치의 카메라 모듈 각각은, 팬 모터 및 틸트 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 촬영 장치는,
    상기 카메라 모듈을 좌우로 회전시키는 팬 모터의 기준 위치를 검출하는 팬센서;
    상기 카메라 모듈을 상하로 이동시키는 틸트 모터의 기준 위치를 검출하는 틸트 센서; 및
    상기 관리자 단말에서 선택된 태그의 위치 정보와 인접한 카메라 모듈의 상기 팬 모터 또는 상기 틸트 모터를 구동시키기 위한 구동부를 더 포함하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 개수의 태그 중, 상기 공에 설치된 태그를 제외한 태그는 센서 모듈과 수반되어 선수의 신체나 의류에 부착되거나 착용되는 것을 특징으로 하고, 상기 센서 모듈은,
    상기 태그를 부착한 선수의 심장 박동, 호흡량 및 체온 중 적어도 하나의 바이오 정보를 측정하기 위한 바이오 센서;
    상기 태그를 부착한 선수의 속도 및 가속도를 동적 정보로 감지하기 위한 모션 센서; 및
    상기 측정된 바이오 정보 및 상기 감지된 동적 정보를, 상기 통신망을 통하여 상기 관리 서버로 송신하기 위한 통신부
    를 포함하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 관리 서버는, 상기 바이오 정보 및 상기 동적 정보를 상기 위치 정보와 연관시켜 상기 관리자 단말로 송신하고,
    상기 관리자 단말은, 상기 디스플레이되는 위치 정보 중 선택된 태그에 관하여 상기 바이오 정보 및 상기 동적 정보를 분석하여 2차원 또는 3차원의 그래프로 추가로 디스플레이가능한 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통신망은 3G, LTE(Long Term Evolution), WiFi(Wireless Fidelity) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    실시간 구기 트래킹 시스템.
  11. 실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법으로서,
    제1 개수의 태그와 제2 개수의 액세스 포인트 간에 UWB 신호를 송수신함으로써 상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치를 실시간으로 추적하는 단계;
    상기 제1 개수 태그 각각에 대한 위치 정보를 관리 서버를 통해 관리자 단말로 송신하는 단계; 및
    상기 관리 서버로부터 수신된 위치 정보를, 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에, 실시간으로 맵핑하여 디스플레이하는 단계
    를 포함하는,
    실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 태그 각각에 대한 위치를 추적하는 단계는, 상기 제2 개수의 액세스 포인트 중 하나의 액세스 포인트에 의해 송신되는 클록 동기화 패킷(CSP) 및 상기 제1 개수의 태그 각각에 할당되는 고유값에 기초하여, 서로 구분되는 시간 구간 내에 상기 UWB 신호를 각각 송신하는 것을 특징으로 하는,
    실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구기 트래킹 공간 중 소정의 영역을 촬영한 영상 정보를, 카메라 모듈로부터 상기 관리 서버를 통해, 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계는, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 부가하여 상기 영상 정보를 선택적으로 디스플레이하는 것을 특징으로 하는,
    실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 개수의 태그 중 일부와 연관된 센서 모듈로부터 바이오 정보 및 동적 정보를, 상기 관리 서버를 통해 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 디스플레이하는 단계는, 상기 구기 트래킹 공간에 따른 이미지 데이터 상에 부가하여 상기 바이오 정보 및 동적 정보를 분석하여 2차원 또는 3차원의 그래프의 형식으로 선택적인 디스플레이하는 것을 특징으로 하는,
    실시간 트래킹을 구현하기 위한 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 적어도 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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