KR20170031006A

KR20170031006A - 당구 게임용 보조 시스템

Info

Publication number: KR20170031006A
Application number: KR1020160005600A
Authority: KR
Inventors: 임재각; 배유석; 박정웅; 신요섭; 김현석; 김장식; 이현숙
Original assignee: 임재각
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-03-20
Also published as: KR101790773B1

Abstract

본 발명은 카메라에 의해 촬영된 당구대 전체 이미지를 수신하는 영상 취득부, 당구대 전체 이미지에서 당구공의 위치 및 당구공의 색깔을 식별하고, 현재 프레임과 이전 프레임 간 당구공의 위치 변화를 파악하여 각 당구공의 이동 여부 및 이동하는 당구공의 이동 궤적을 생성하는 공위치 파악부, 상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 쿠션에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 쿠션충돌 파악부, 상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 어떠한 목적구에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 공충돌 파악부, 상기 쿠션충돌 파악부 및 상기 공충돌 파악부로부터 수신된 정보를 통해 수구가 쿠션에 적어도 3회 충돌하고 2개의 목적구와 모두 충돌하였음을 파악하면 해당 수구에 대하여 점수를 부여하는 점수 파악부, 그리고 각 구성으로부터 수신되는 신호에 대응하여 쓰리쿠션 룰에 입각한 점수 자동 계산이 이루어지도록 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 당구 게임용 보조 시스템에 관한 것이다.

Description

당구 게임용 보조 시스템{ASSISTANCE SYSTEM FOR BILLIARDS GAME}

본 발명은 당구 게임의 보조 시스템에 관한 것으로, 쓰리쿠션(3 cushion) 당구 경기를 진행 시 자동으로 점수획득 여부를 인식 및 출력하는 당구 게임용 보조 시스템에 관한 것이다.

당구 게임은 많은 사람이 애용하는 게임으로서, 사구 게임, 쓰리쿠션 게임, 포켓 게임 등이 있다. 일반적으로 당구 게임은 게임자의 육안 확인을 통해서 점수 획득 여부를 파악하며, 점수 획득 시에 주판과 유사하게 생긴 점수판의 포인트볼을 사용자가 직접 움직여 점수를 표시한다. 즉 종래의 당구 게임은 게임자의 행동이 있어야 진행이 이루어지도록 되어 있었다.

이러한 불편함을 해소하기 위해서 터치스크린 기능을 포함하는 디지털 점수판이 개발되었으며 UI(User Interface)를 터치 또는 선택하는 것으로 쉽게 점수를 표시할 수 있게 하였다(한국공개특허 제2009-0008415호 참조). 또한 한국공개특허 제2014-0090904호에는 당구대의 일부에 디스플레이장치가 설치되고 디스플레이장치를 통해 타격 방법과 각 공의 포지션에 대응한 코칭 경로를 표시하여 게임자가 쉽게 당구 실력을 높일 수 있게 하는 기술이 개시되어 있다.

한편 쓰리쿠션 당구 게임에서 시시비비가 많은 경우는 점수 득점 여부 즉, 수구가 목적구에 맞았는지의 여부와 쓰리쿠션 여부 등이다. 그리고 디지털 점수판을 이용하는 경우에도 게임자가 UI를 터치 또는 선택하는 행위를 해야 하는 번거로움이 있다. 그러므로 원활한 쓰리쿠션 게임 진행을 위해서는 자동으로 점수 득점 여부를 판단하고 이를 기반으로 자동으로 획득 점수를 표시하는 기술 및 시스템이 요구된다.

1. 한국공개특허공보 제2014-0090904호 (2014.07.18) 2. 한국공개특허공보 제2009-0008415호 (2009.08.21)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 쓰리쿠션 게임 진행시 자동으로 점수 획득 여부를 판단하는 당구 게임용 보조 시스템을 제공하는 것이다. 또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자동으로 타격 순서를 알리고 획득 점수를 표시하는 당구 게임용 보조 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 실시 예는 당구 게임용 보조 시스템을 제공한다. 이 당구 게임용 보조 시스템은 카메라에 의해 촬영된 당구대 전체 이미지를 수신하는 영상 취득부, 당구대 전체 이미지에서 당구공의 위치 및 당구공의 색깔을 식별하고, 현재 프레임과 이전 프레임 간 당구공의 위치 변화를 파악하여 각 당구공의 이동 여부 및 이동하는 당구공의 이동 궤적을 생성하는 공위치 파악부, 상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 쿠션에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 쿠션충돌 파악부, 상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 어떠한 목적구에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 공충돌 파악부, 상기 쿠션충돌 파악부 및 상기 공충돌 파악부로부터 수신된 정보를 통해 수구가 쿠션에 적어도 3회 충돌하고 2개의 목적구와 모두 충돌하였음을 파악하면 해당 수구에 대하여 점수를 부여하는 점수 파악부, 그리고 각 구성으로부터 수신되는 신호에 대응하여 쓰리쿠션 룰에 입각한 점수 자동 계산이 이루어지도록 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 공위치 파악부는 현재 프레임의 당구대 전체 이미지를 저장된 배경 영상과 비교하고 실제 당구공의 크기를 비교하여 상기 당구대 전체 이미지에서 각 당구공의 이미지 영역 및 위치좌표를 파악하고, 상기 각 당구공의 이미지 영역에 대한 색상값을 파악하여 각 당구공의 색을 파악하며, 각 당구공의 위치좌표를 해당 당구공의 색에 대응시켜 관리한다. 상기 공위치 파악부는 상기 각 당구공의 이미지 영역에 대하여 이미지 영역을 이루는 각 셀의 색상을 파악하고 파악한 각 셀의 색상에 대한 평균 색상값을 구하며, 구해진 각 당구공의 이미지 영역에 대한 평균 색상값을 빨간색 공, 노란색 공, 흰색 공의 고유한 색상값과 유사도를 비교하여 각 당구공을 식별한다.

상기 쿠션충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 수구의 궤적 데이터를 이용하여 속도, 가속도 및 진행방향을 구하고, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 수구가 계속 진행하게 되면 부딪힐 것으로 예측되는 쿠션의 한 지점인 쿠션충돌 예측좌표를 구하고, 상기 다음위치좌표와 상기 쿠션충돌 예측좌표 간의 거리차이가 기준값 이하인 경우에 상기 수구와 쿠션간의 충돌로 판단한다. 또는 상기 쿠션충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 수구의 궤적 데이터를 이용하여 속도, 가속도 및 진행방향을 구하고, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 수구의 궤적의 연장선에 위치한 쿠션 경계를 파악하고 상기 다음위치좌표와 상기 쿠션 경계를 비교한 후 상기 다음위치좌표가 상기 쿠션 경계를 넘어선 경우에 수구와 쿠션간의 충돌로 판단한다.

상기 공충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 각 공의 궤적 데이터를 수신하여 이동중인 당구공을 파악하고, 수구의 궤적 데이터를 이용하여 공의 속도, 가속도 및 진행방향을 파악하며, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 상기 다음위치좌표와 상기 현재 프레임의 위치좌표를 잇는 직선을 구한 후 구해진 상기 직선과 현재 프레임의 위치좌표간의 최소 거리가 기준치 이하인 목적구에 해당 목적구의 다음위치좌표와 수구의 다음위치좌표간의 거리차이가 설정치 이하인 경우에 충돌이라고 판단한다.

상기 공위치 파악부 또는 상기 점수 파악부는 매 타격 순서마다 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단한다. 또는 상기 공위치 파악부 또는 상기 점수 파악부는 게임 시작 후 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단하고, 최초 판단한 수구를 기준으로 점수 획득에 실패하였을 때 이전에 판단한 수구와 다른 색의 공을 수구로 판단한다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면 사용자의 별도의 개입없이 자동으로 점수 획득 여부의 판단이 이루어지고, 이에 따라 타격 순서 및 획득 점수가 자동으로 표시되어 게임 진행이 원활히 이루어지게 하고 게임자가 게임에만 집중할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 당구 게임용 보조 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 당구 게임용 보조 시스템의 개략적인 동작을 보인 순서도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공위치 파악부의 동작을 보인 순서도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 쿠션충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 쿠션충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공의 속도, 가속도 및 진행 방향을 구하는 방식을 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수구가 목적구와 쿠션에 동시에 충돌하는 경우에 쿠션 충돌 및 공 충돌을 파악하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.

본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 당구 게임용 보조 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 당구 게임용 보조 시스템(100)은 영상 취득부(120), 공위치 파악부(130), 쿠션충돌 파악부(140), 공충돌 파악부(150) 및 점수 파악부(160)를 포함한다. 경우에 따라 당구 게임용 보조 시스템(100)은 카메라(110) 또는 디스플레이장치(또는 디지털 점수 표시장치)(200) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

카메라(110)는 당구대 위에 설치되어 당구대 전체를 촬영하고 촬영한 당구대 전체 이미지를 디지털 정보로 하여 영상 취득부(120)에 제공한다. 이때 제공되는 당구대 전체 이미지는 한 프레임(frame)의 영상 정보이다. 본 발명의 실시 예에 따른 당구 게임용 보조 시스템(100)은 한 프레임씩 영상 이미지를 분석하므로, 카메라(110)의 촬영 속도가 빠르고 해상도가 높을수록 보다 정밀한 결과값을 얻을 수 있다. 실험에 사용된 카메라(110)의 촬영 속도는 40FPS(Frame Per Second) 정도이며, 이 실험에 따른 결과값은 만족할 만하였다. 한편 상업용 당구장에 본 발명의 실시 예에 따른 당구 게임용 보조 시스템(100)이 설치되는 경우에, 카메라(110)는 당구장에 설치되어 있는 게임 시간 측정용 장치(디스플레이장치(200)나 점수 표시장치(200) 또는 그 밖의 장치)의 시작 명령 및 종료 명령에 동기하여 동작하도록 할 수 있다.

영상 취득부(120)는 카메라(110)로부터 당구대 전체의 이미지 정보를 수신하며, 저장부(미도시)에 수신한 해당 이미지 정보를 저장한다. 공위치 파악부(130)는 당구대 전체 이미지에서 당구공의 위치 및 당구공의 색깔을 식별한다.

쿠션충돌 파악부(140)는 공위치 파악부(130)에서 파악한 각 공의 위치를 이용하여 수구가 쿠션에 충돌하였는지의 여부를 파악하고, 공충돌 파악부(150)는 공위치 파악부(130)에서 파악한 각 공의 위치를 이용하여 수구가 어떠한 목적구에 충돌하였는지의 여부를 파악한다.

점수 파악부(160)는 쿠션충돌 파악부(140)의 출력과 공충돌 파악부(150)의 출력을 수신하여 점수 획득 여부를 파악하며, 점수 획득시 디스플레이장치(200) 또는 점수 표시장치(200)로 점수 획득 여부를 알린다. 여기서 공위치 파악부(130)는 모든 공이 멈추었는지를 파악하고, 모든 공이 멈춘 경우에 점수 파악부(160)로 이를 알린다. 물론 모든 공이 멈추었는지에 대한 정보 파악은 쿠션충돌 파악부(140) 또는 공충돌 파악부(150) 중 하나에서 수행하도록 할 수 있다.

디스플레이장치(200)는 이미지 정보 및 각종 정보를 표시하는 화면 및 표시기능을 수행하며, 또한 점수판 표시 기능을 수행한다. 디스플레이장치(200)의 표시기능은 현재 각 공의 위치, 수구 또는 각 공의 이동궤적, 게임 시간 등의 정보를 화면상에 표시한다. 그리고 점수판 기능은 공위치 파악부(160)로부터 각 공의 이동정보와 점수 획득 신호에 따라 타격할 순서를 파악하며, 일반 당구장의 점수판에 대한 이미지를 표시하거나 디지털 점수판을 표시한 후 점수 파악부(160)로부터 점수 획득 신호에 대응하여 해당 타격 순서의 점수판에 획득 점수를 증가시킨다.

여기서 수구에 대한 판단은 모든 당구공이 멈춘 상태에서 가장 먼저 움직인 공에 대한 정보를 제공하는 공위치 파악부(130)의 출력 정보를 근거로 이루어진다. 예컨대 매 타격 순서마다 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단한다. 또는 게임 시작 후 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단하고, 최초 판단한 수구를 기준으로 점수 획득에 실패하였을때 자동으로 이전에 판단한 수구와 다른 색의 공을 수구로 판단한다. 물론 수구는 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나이다. 이러한 수구에 대한 판단은 공위치 파악부(130) 또는 점수 파악부(160) 중 하나에서 수행되며, 점수 파악부(160)는 매 타격시마다 수구에 대한 정보를 파악하여 점수 처리를 한다.

제어부(170)는 각 구성(110 내지 160)의 전반적인 동작을 제어하며, 각 구성(110 내지 160)으로부터 수신되는 신호에 대응하여 쓰리쿠션 룰에 입각한 점수 자동 계산이 이루어지게 한다.

점수 표시장치(200)는 디스플레이장치를 이용하지 않거나 디스플레이장치에서 점수판 기능을 제공하지 않는 경우에 이용된다. 점수 표시장치는 화면을 통해 점수판을 표시하거나 디지털 표시 기능을 통해 점수를 표시한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 당구 게임용 보조 시스템(100)은 전원 온/오프, 플레이어의 이름 입력, 플레이어의 수 지정 등을 사용자가 설정할 수 있도록 하는 버튼이나 터치스크린 등의 사용자 입력부를 더 포함할 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 당구 게임용 보조 시스템의 개략적인 동작을 도 2를 참조로 하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 당구 게임용 보조 시스템의 개략적인 동작을 보인 순서도이다.

당구 게임이 시작되면 카메라(100)가 동작하여 당구대 전체를 촬영하고 촬영한 당구대 전체 이미지를 하나의 프레임의 영상으로 영상 취득부(120)에 제공한다(S201). 영상 취득부(120)에서 수신된 당구대 전체 이미지는 저장되거나 공위치 파악부(130)에 제공되며, 공위치 파악부(130)는 현재 수신된 프레임의 영상(즉, 현재 프레임)의 영상과 바로 전에 수신된 프레임의 영상(즉, 직전 프레임)이 영상을 비교하여 당구대 전체 이미지에서 각 당구공의 위치 및 색을 식별하고, 이동하는 당구공에 대하여 궤적 데이터를 생성한다(S202).

쿠션충돌 파악부(140) 및 공충돌 파악부(150)는 공위치 파악부(130)를 통해 수구의 이동 정보를 파악하면 현재 프레임과 2개 이상의 이전프레임(직전 프레임 포함)을 이용하여 이동궤적을 산출한다(S203). 그리고 쿠션충돌 파악부(140) 및 공충돌 파악부(150)는 각각 수구가 쿠션에 충돌하는지, 수구가 하나의 목적구에 충돌하는지를 판단하고 충돌이 발생하는 경우에 충돌정보를 점수 파악부(160)에 알린다(S204, S205) 여기서 쿠션충돌 파악부(140)에서 제공되는 충돌정보는 예컨대 수구가 쿠션에 충돌하였음을 알리는 정보이고, 공충돌 파악부(150)에서 제공되는 충돌정보는 수구가 충돌한 공의 색깔을 알리는 정보이다.점수 파악부(160)는 쿠션충돌 파악부(140) 및 공충돌 파악부(150)로부터 수신되는 충돌정보를 수집하고 저장한다(S206). 이러한 충돌정보의 수집 동작 즉, 1회 타격에 대응한 쿠션충돌 파악부(140)와 충돌 파악부(150)의 동작은 모든 공이 정지할 때까지 수행된다(S207).

그리고 모든 공이 정지한 경우에 점수 파악부(160)는 저장된 충돌정보를 분석하여 포인트 조건을 만족하였는지를 판단한다(S208).

점수획득조건은 수구가 제1 및 제2 목적구 모두와 충돌하고 수구가 쿠션을 3회 이상 충돌하는 것이다.

점수 파악부(160)는 점수획득조건이 만족되면 해당 순서의 게임자의 점수를 1점 증가시키고 증가된 점수를 디스플레이장치(200) 또는 점수 표시장치(200)를 통해 표시한다(S209).

이와 더불어, 공위치 파악부(130)는 모든 공이 정지하였다고 판단하면 각 공의 최종위치 즉, 멈춘 위치를 파악한 후 저장하고 공의 정지를 점수 파악부(160)에 알린다(S210).

상기 S208 판단 과정에서 수집한 충돌정보가 포인트 조건을 만족하지 않으면 점수 파악부(160)는 해당 수구에 대한 타격이 종료하였다고 판단하여 해당 수구와 다른 색깔의 수구를 다음 타격시의 수구로 설정한다(S211).

한편 전술한 실시 예에서는 포인트 조건을 판별하는 시점을 모든 공이 정지된 후에 수행하는 것으로 설명하였지만, 공 충돌 또는 쿠션 충돌이 있을 때 마다 수행되도록 할 수 있고, 수구가 제1 및 제2 목적구 모두와 출돌하였을 때 또는 수구가 3회 쿠션과 충돌하였을 때 수행되도록 할 수 있다. 물론 이러한 포인트 조건을 판별하는 시점은 이에 한정되지 않는다.

이하에서는 도 3을 참조로 하여 공위치 파악부(130)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공위치 파악부의 동작을 보인 순서도이다.

공위치 파악부(130)는 현재 프레임의 영상 즉, 당구대 전체 이미지를 저장된 배경 영상과 비교하여 차영상을 생성한다(S301). 여기서 배경 영상은 카메라(110)가 당구대 위에 공이 올려져 있지 않은 상태에서 촬영된 당구대 전체 이미지로서, 복수의 프레임 예컨대, 30 프레임을 취득한 후 30 프레임 모두의 평균 이미지를 구해서 얻어진 것이다.

공위치 파악부(130)는 현재 프레임의 영상에서 배경영상과 일치하는 부분을 제거하여 검정색으로 표시하고 일치하지 않는 부분의 이미지만 남김으로써 차영상을 생성한다. 이 때 일치하지 않은 부분의 이미지는 3개의 공, 큐대, 카메라에 잡힌 사람의 모습 등이 이에 해당한다.

그런 다음 공위치 파악부(130)는 검출된 이미지 영역의 크기와 위치를 구하고 이미지 영역의 크기를 실제 당구공의 크기와 비교하여 해당 영역이 사람인지, 공인지를 파악한다(S302).

공위치 파악부(130)는 검출된 이미지 영역의 크기와 비율이 실제 당구공의 크기와 비슷한 경우에 후보영역으로 설정하고, 나머지는 제거한다(S303). S303 과정에서 당구공보다 크기가 큰 사람 영역과 당구공의 크기보다 현저히 작은 영역 (노이즈), 길이가 길어 비율이 다른 큐대 영역 등은 제거된다.

공위치 파악부(130)는 후보영역의 이미지 즉, 당구공의 이미지에 대하여 이미지를 이루는 각 셀의 색상을 파악하고 파악한 각 셀의 색상에 대한 평균 색상을 구한다(S304). 평균 색상을 구하는 것은 당구공의 광택과 빛의 영향으로 모든 영역이 일정한 색으로 보일 수 없기 때문이며, 이 과정을 수행하여 색상값을 이용할 수 있도록 한다.

각 당구공 이미지에 대한 색상값을 파악하면, 공위치 파악부(130)는 각 당구공 이미지의 색상값을 빨간색 공, 노란색 공, 흰색 공의 고유한 색상값과 유사도를 비교하여 각 당구공을 식별한다(S305). 이 때 색상값의 유사도는 HSV 색공간과 RGB 색공간의 유클리드 거리로 정의한다. 이는 공1의 RGB값을 (R1,G1,B1), HSV값을 (H1,S1,V1)라 하고, 공 2의 RGB값을 (R2,G2,B2), HSV값을 (H2,S2,V2)이라 했을 때 다음의 수학식 1로 구할 수 있다.

전술한 예에서는 당구공의 색을 식별하기 위하여 RGB값과 HSV값을 이용하는 것으로 설명하였지만, 모든 공은 각각 고유한 색상값을 갖기 때문에 RGB값와 HSV값 중 하나만을 이용하여도 무방하다.

공위치 파악부(130)는 각 이미지 영역에 대한 색을 식별하는 것으로 노란색 공, 흰색 공 및 빨간색 공을 식별하며, 각 당구공의 중심점의 좌표를 현재 프레임의 위치좌표로 파악하고 파악한 각 위치좌표를 해당 당구공의 색에 대응하여 저장한다(S306).

그리고 공위치 파악부(130)는 현재 프레임의 위치좌표가 이전 프레임의 위치좌표와 차이가 있는 공에 대하여 이동중이라고 판단하고 해당 공의 궤적 데이터를 생성한 후 현재 프레임의 위치좌표를 궤적 데이터에 추가한다.

한편, 공위치 파악부(130)는 현재 프레임에서의 각 공의 위치 및 각 공의 식별정보를 저장하며, 가장 먼저 움직인 공에 대한 정보도 저장한다.

이하에서는 도 4 및 도 7을 참조로 하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 쿠션충돌 파악부(140)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 쿠션충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 쿠션충돌 파악부(140)는 공위치 파악부(130)에서 생성한 당구공의 궤적 데이터를 이용하여 공의 속도, 가속도, 진행방향을 구한다(S401). 여기서 속도(v)는 단위시간(즉, 단위 프레임당) 이동한 거리(Δd)(단위:pixel)로 정의할 수 있다. 즉, v=Δd/t=pixel/frame이다. 그리고 단위시간(t)을 프레임의 취득 간격이라 하면 속도(v)는 한 프레임 동안 이동한 좌표 사이의 거리라 할 수 있으며, 가속도(a)는 연속적으로 구해진 속도 사이의 차이라 할 수 있다. 즉, 연속적으로 구해진 3개의 좌표 (x1,y1), (x2,y2), (x3,y3)를 이용하면 속도 v1과 v2는 각각 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있고, 가속도는 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

쿠션충돌 파악부(140)는 공의 속도, 가속도 및 진행방향의 정보를 이용하여 예측되는 바로 다음 순간(다음 프레임)의 위치 좌표 즉, 다음위치좌표를 계산한다(S402). 다음위치좌표의 계산은 최소 3개 이상의 궤적 포인트를 이용하여 산출되며, 3개 이상의 궤적 포인트는 현재 프레임의 위치좌표와 더불어 현재 프레임에 가까운 2개 이상의 이전 프레임의 위치좌표이다.

도 7을 참조로 하여 다음위치좌표를 계산하는 일 예를 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 공의 속도, 가속도 및 진행 방향을 구하는 방식을 보인 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 쿠션충돌 파악부(140)는 이전 프레임의 위치좌표 P1(x1, y1), 직전 프레임의 위치좌표 P2(x2, y2) 및 현재 프레임의 위치좌표 P3(x3, y3)를 이용하여 다음위치좌표를 계산한다.

여기서 x 좌표의 속도(pixel/frame)는 x 좌표의 이동량과 같고, y좌표의 속도(pixel/frame)은 y좌표의 이동량과 같다. 그러므로 속도 v1(x) = x2-x1, v2(y) = y2-y1 이고, v2(x) = x3-x2, v2(y) = y3-y2 이다. 그리고 가속도 ax = v2(x)-v1(x), ay = v2(y)-v1(y) 이다. 따라서 다음위치좌표(e)의 x 좌표(e_x)는 x3 + (v2(x) + ax) 이고, y 좌표(e_y)는 y3 + (v2(y) + ay)가 된다.

다음으로 쿠션충돌 파악부(140)는 쿠션충돌 예측좌표를 산출한다(S403). 쿠션충돌 예측좌표는 공이 계속 진행하게 되면 부딪힐 것으로 예측되는 쿠션의 한 지점 즉, 수구의 이동궤적의 연장선과 궤적의 연장선에 위치한 쿠션의 경계선이 만나는 지점이다. 이러한 쿠션충돌 예측좌표는 현재 좌표와 3에서 구해진 예측 좌표를 잇는 직선의 방정식에 쿠션의 조건 (x=0 or x=당구대 가로길이 or y=0 or y=당구대 세로길이)을 대입하여 구할 수 있다.

다음위치좌표와 쿠션충돌 예측좌표가 산출되면, 쿠션충돌 파악부(140)는 다음위치좌표와 쿠션충돌 예측좌표간의 차이값 즉, 거리차이를 산출하고(S404), 거리차이가 기준값 이하인지를 판단한다(S405).

여기서 기준값은 당구공의 반지름인 것이 양호하나, 당구공의 반지름보다 클 수 있다. 물론 이때 당구공의 반지름보다 큰 값은 당구공의 반지름보다 수mm 범위내이다.

쿠션충돌 파악부(140)는 S405 판단 과정에서 거리차이가 기준값 이하이면 쿠션 충돌로 판단한 후(S406), 쿠션 충돌을 카운트하고(S407). 거리차이가 기준값보다 크면 S401 과정으로 리턴한다. 여기서 쿠션충돌 파악부(140)는 쿠션 충돌시 쿠션 충돌 사실을 점수 파악부(160)에 알려 점수 파악부(160)가 쿠션충돌의 카운트를 하게 할 수 있다.

한편 전술한 실시 예에서는 다음위치좌표와 쿠션충돌 예측좌표간의 차이값을 이용하여 충돌여부를 판단하였지만, 쿠션충돌 예측좌표 대신에 도 8에 도시된 쿠션 충돌감지선(A)을 이용하고 다음위치좌표 대신에 현재 프레임의 위치좌표를 이용할 수 있다. 이 경우에 쿠션충돌 파악부(140)는 현재 프레임의 위치좌표가 상기 쿠션 충돌감지선(A)과의 최소 거리가 기준치(예; 당구공의 반지름) 이하인 경우에 쿠션과의 충돌이라고 판단한다. 여기서 쿠션 충돌감지선은 쿠션의 내측 경계선(B)로부터 당구공의 반지름만큼 떨어져 있다.

이하에서는 도 5를 참조로 하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 쿠션충돌 파악부(140)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 쿠션충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 쿠션충돌 파악부(140)는 공위치 파악부(130)에서 생성한 당구공의 궤적 데이터를 이용하여 공의 속도(v), 가속도(a), 진행방향을 구한다(S501). 그리고 쿠션충돌 파악부(140)는 공의 속도(v), 가속도(a) 및 진행방향의 정보를 이용하여 예측되는 바로 다음 순간(다음 프레임)의 위치 좌표 즉, 다음위치좌표를 계산한다(S502). 여기서 공의 속도(v), 가속도(a), 진행방향의 산출 및 다음위치좌표의 산출은 전술한 도 4를 참조로 한 설명과 동일하다.

그럼 다음 쿠션충돌 파악부(140)는 궤적의 연장선에 위치한 쿠션 경계를 파악하고 다음위치좌표와 쿠션 경계를 비교한 후(S503), 다음위치좌표가 쿠션 경계를 넘어섰는지를 판단한다(S504). 여기서 쿠션의 경계는 x좌표가 '0' 또는 max값이고, y좌표가 '0' 또는 max값으로 설정된다.

쿠션충돌 파악부(140)는 S504 판단 과정에서 다음위치좌표가 쿠션 경계를 넘어선 경우에 충돌로 판단하고(S505), 쿠션 충돌을 카운트하며(S506), 다음위치좌표가 쿠션 경계를 넘어서지 않은 경우에 S501 과정으로 리턴한다.

이하에서는 도 6을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 공충돌 파악부(150)의 동작을 보다 상세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공충돌 파악부의 동작을 보인 순서도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 공충돌 파악부(150)는 공위치 파악부(130)으로부터 당구공 식별정보와 당구공의 궤적 데이터를 수신하여 이동중인 당구공을 파악한다. 그리고 공충돌 파악부(150)는 수구의 궤적 데이터를 이용하여 공의 속도, 가속도 및 진행방향을 파악한다(S601).

공충돌 파악부(150)는 공의 속도(v), 가속도(a) 및 진행방향의 정보를 이용하여 예측되는 다음위치좌표를 계산한다(S602). 그런 다음 공충돌 파악부(150)는 다음위치좌표와 현재 프레임의 위치좌표를 잇는 직선의 방정식을 구하고(S603), 구해진 직선과 각 목적구의 현재 프레임의 위치좌표간의 최소 거리를 산출한다(S604).

여기서 직선의 방정식 ax+by+c=0과 목적구의 현재 프레임의 위치좌표 (x1,y1) 사이의 최소 거리(d)는 다음의 수학식 4로 구할 수 있다.

공충돌 파악부(150)는 산출한 최소 거리가 공 2개의 반지름의 합 즉, 당구공의 지름보다 작은지를 비교하여 최소 거리가 당구공의 지름보다 작은 목적구가 있는 경우에 해당 목적구를 충돌 가능성이 있는 목적구로 판단한다(S605).

그런 다음 공충돌 파악부(150)는 수구의 다음위치좌표와 충돌 가능성이 있는 목적구의 다음위치좌표를 비교하여 수구와 목적구 간의 거리 차이를 산출하고(S607), 산출한 거리 차이가 기준값(예; 당구공의 지름) 이하인지를 판단한다(S608).

공충돌 파악부(150)는 거리 차이가 기준값 이하이면 공들간의 충돌이라고 판단하고(S609), 수구와 충돌한 목적구의 식별정보, 충돌시간 및 충돌위치좌표를 저장한다(S610). 반면에 거리 차이가 기준값보다 크면 S601 과정으로 리턴한다.

이하에서는 도 8을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 수구가 목적구에 거의 동시에 충돌하는 경우를 설명한다. 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수구가 목적구와 쿠션에 거의 동시에 충돌하는 경우에 쿠션 충돌 및 공 충돌을 파악하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 공 1은 수구이고, 공 2는 목적구이다.

수구와 쿠션의 충돌을 감지하거나 수구와 목적구의 충돌을 감지하는 두가지 경우 모두 공의 다음위치좌표를 구하는 과정이 포함된다. 어떤 프레임에서 수구가 목적구 및 쿠션과 동시에 충돌한다고 감지되는 경우는 수구의 다음 다음위치좌표가 수구와 목적구의 충돌 감지 조건인 “중심점 사이의 거리가 공의 지름 이하일 것”과 수구와 쿠션의 충돌감지 조건인 “수구의 중심점 좌표가 쿠션의 경계를 넘어갈 것” 이 동시에 만족되었다는 의미이다.

이때 제1 내지 제3 거리(1), (2), (3)을 다음과 같이 정의한다.

제1 거리(1)는 수구에 대한 현재 프레임의 위치좌표와 다음위치좌표 사이의 거리 즉, 현재 위치에 있는 수구가 다음 프레임까지 이동할 수 있는 거리를 의미한다. 제2 거리(2)는 수구에 대한 현재 프레임의 위치좌표와 쿠션충돌 예측좌표 사이의 거리 즉, 수구가 쿠션의 경계를 넘어가기 위해 이동해야 하는 거리를 의미한다. 그리고 제3 거리(3)는 수구에 대한 현재 프레임의 위치좌표와 목적구의 충돌예측좌표 사이의 거리 즉, 수구가 목적구에 충돌하기 위해 이동해야 하는 거리를 의미한다. 이때 수구가 목적구에 충돌하는 지점은 전술한 S602 내지 S604 과정을 이용하여 산출한다.

이렇게 수구가 쿠션과 충돌하기까지의 거리인 제2 거리(2)와 수구가 목적구와 충돌하기까지의 거리인 제3 거리(3)가 산출되면, 제2 거리(2)와 제3 거리(3)를 비교함으로써 수구가 쿠션에 먼저 충돌하는지 또는 수구가 목적구에 먼저 충돌하는지를 판단할 수 있다. 이는 먼저 충돌이 발생하는 것은 나중에 충돌이 발생하는 것에 비해 수구가 이동해야 하는 거리가 짧기 때문이다.

예컨대, 도 8에서는 수구와 쿠션 사이의 충돌발생 예상 거리인 제2 거리(2)가 수구와 목적구 사이의 충돌발생 예상 거리인 제3 거리(3) 보다 작으므로, 수구는 쿠션과의 충돌이 먼저 일어난 것으로 판단된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 공위치 파악부(130)는 모든 공이 멈추었는지를 판단한다. 이때, 실시간 디지털 이미지의 특성상 공이 멈추어 있다 하더라도 미세한 밝기 변화 등에 따라 좌표가 약간씩 변화할 수 있으므로, 이런 경우 역시 공이 멈춘 상태로 판단할 수 있도록 하기 위해 좌표가 설정치 이하로 아주 적은 거리를 이동한 것으로 계산될 경우에는 이전 프레임의 위치좌표를 그대로 사용한다.

이상에서 본 발명의 실시에에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 당구 게임용 보조 시스템 110 : 카메라
120 : 영상 취득부 130 : 공위치 파악부
140 : 쿠션충돌 파악부 150 : 공충돌 파악부
160 점수 파악부 170 : 제어부
200 : 디스플레이장치, 점수 표시장치

Claims

카메라에 의해 촬영된 당구대 전체 이미지를 수신하는 영상 취득부,
당구대 전체 이미지에서 당구공의 위치 및 당구공의 색깔을 식별하고, 현재 프레임과 이전 프레임 간 당구공의 위치 변화를 파악하여 각 당구공의 이동 여부 및 이동하는 당구공의 이동 궤적을 생성하는 공위치 파악부,
상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 쿠션에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 쿠션충돌 파악부,
상기 공위치 파악부에서 파악한 각 공의 위치 및 당구공의 색깔을 이용하여 수구가 어떠한 목적구에 충돌하였는지의 여부를 파악하는 공충돌 파악부,
상기 쿠션충돌 파악부 및 상기 공충돌 파악부로부터 수신된 정보를 통해 수구가 쿠션에 적어도 3회 충돌하고 2개의 목적구와 모두 충돌하였음을 파악하면 해당 수구에 대하여 점수를 부여하는 점수 파악부, 그리고
각 구성으로부터 수신되는 신호에 대응하여 쓰리쿠션 룰에 입각한 점수 자동 계산이 이루어지도록 각 구성의 동작을 제어하는 제어부,
를 포함하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항에서,
상기 공위치 파악부는 현재 프레임의 당구대 전체 이미지를 저장된 배경 영상과 비교하고 실제 당구공의 크기를 비교하여 상기 당구대 전체 이미지에서 각 당구공의 이미지 영역 및 위치좌표를 파악하고, 상기 각 당구공의 이미지 영역에 대한 색상값을 파악하여 각 당구공의 색을 파악하며, 각 당구공의 위치좌표를 해당 당구공의 색에 대응시켜 관리하는 당구 게임용 보조 시스템.
제2항에서,
상기 공위치 파악부는 상기 각 당구공의 이미지 영역에 대하여 각 셀의 색상을 파악하고 파악한 각 셀의 색상에 대한 평균 색상값을 구하며, 구해진 각 당구공의 이미지 영역에 대한 평균 색상값을 빨간색 공, 노란색 공, 흰색 공의 고유한 색상값과 유사도를 비교하여 각 당구공을 식별하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항에서,
상기 쿠션충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 수구의 궤적 데이터를 이용하여 속도, 가속도 및 진행방향을 구하고, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 수구가 계속 진행하게 되면 부딪힐 것으로 예측되는 쿠션의 한 지점인 쿠션충돌 예측좌표를 구하고, 상기 다음위치좌표와 상기 쿠션충돌 예측좌표 간의 거리차이가 기준값 이하인 경우에 상기 수구와 쿠션간의 충돌로 판단하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항에서,
상기 쿠션충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 수구의 궤적 데이터를 이용하여 속도, 가속도 및 진행방향을 구하고, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 수구의 궤적의 연장선에 위치한 쿠션 경계를 파악하고 상기 다음위치좌표와 상기 쿠션 경계를 비교한 후 상기 다음위치좌표가 상기 쿠션 경계를 넘어선 경우에 수구와 쿠션간의 충돌로 판단하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항에서,
상기 공충돌 파악부는 상기 공위치 파악부에서 생성한 각 공의 궤적 데이터를 수신하여 이동중인 당구공을 파악하고, 수구의 궤적 데이터를 이용하여 공의 속도, 가속도 및 진행방향을 파악하며, 현재 프레임의 위치좌표를 포함한 적어도 연속하는 3개의 궤적 포인트를 이용하여 수구의 다음위치좌표를 산출하며, 상기 다음위치좌표와 상기 현재 프레임의 위치좌표를 잇는 직선을 구한 후 구해진 상기 직선과 현재 프레임의 위치좌표간의 최소 거리가 기준치 이하인 목적구에 해당 목적구의 다음위치좌표와 수구의 다음위치좌표간의 거리차이가 설정치 이하인 경우에 충돌이라고 판단하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
상기 공위치 파악부 또는 상기 점수 파악부는 매 타격 순서마다 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단하는 당구 게임용 보조 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
상기 공위치 파악부 또는 상기 점수 파악부는 게임 시작 후 최초 움직인 흰색 공 또는 노란색 공 중 하나를 수구로 판단하고, 최초 판단한 수구를 기준으로 점수 획득에 실패하였을 때 이전에 판단한 수구와 다른 색의 공을 수구로 판단하는 당구 게임용 보조 시스템.