KR20210120148A - 운동자세 분석 시스템 - Google Patents

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KR20210120148A
KR20210120148A KR1020200035349A KR20200035349A KR20210120148A KR 20210120148 A KR20210120148 A KR 20210120148A KR 1020200035349 A KR1020200035349 A KR 1020200035349A KR 20200035349 A KR20200035349 A KR 20200035349A KR 20210120148 A KR20210120148 A KR 20210120148A
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Abstract

본 발명은 운동자세 분석 시스템에 관한 것으로, 사용자의 동작을 촬영하여 동작영상을 취득하는 촬영부와, 상기 영상을 토대로 상기 사용자의 신체에 부착된 각 센서를 통해 위치데이터를 추출하고, 지면 반력데이터를 추출하는 데이터추출부와, 상기 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 상기 사용자의 동작을 분석하고, 상기 사용자의 신체 부위 별 파워를 계산하는 동작분석부 및 상기 동작분석부에서 계산된 상기 사용자의 신체 부위 별 파워가 표시된 분석영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함함으로써, 동작에 따른 각 관절의 움직임과 각 관절의 파워를 쉽게 파악하여 운동자세를 정확하게 분석할 수 있으므로 스포츠 현장에서 지도자들이 선수들에게 지도하는데 유용하고, 선수들이 피드백을 보다 쉽게 수 받을 수 있다.

Description

운동자세 분석 시스템{Method for analysis of exercising posture}
본 발명은 운동자세 분석 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 관절에서의 파워가 실시간으로 표현됨에 따라 별도의 데이터를 보지 않고 디스플레이되는 하나의 영상만으로 현재 각 관절의 파워를 실시간으로 확인할 수 있는 운동자세 분석 시스템에 관한 것이다.
사람이 움직이는 동안 관절에서는 움직임을 위한 파워가 나온다. 예컨대, 점프 동작 시 점프를 위한 파워가 관절에서 나오게 된다.
이러한 관절에서 발생한 파워를 확인하기 위해서는 각 관절의 파워 그래프를 확인해야 하나, 동작을 진행하는 동안 파워의 변화를 보기 위해서는 관절의 위치를 파악할 수 있는 위치데이터와 해당 위치데이터에서의 파워 그래프를 번갈아 봐야 하며, 이 과정 중에서 파워의 변화를 정확하게 파악하기에 어려움이 있다.
또한 분석하고자 하는 시점에서 발목, 무릎, 엉덩 관절 중 가장 큰 파워가 나온 관절을 찾고자 할 경우 파워 그래프에서 그래프의 크기를 확인해야 한다. 즉, 사람의 움직임을 볼 수 있는 영상과 파워 그래프의 변화량을 교차하여 봐야 하므로번거로움이 있으며, 발목, 무릎, 엉덩 관절 중 어느 관절이 가장 강한 파워를 내고 있는지를 각각의 파워 그래프를 비교해야 하기 때문에 불편함이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0017948호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은 동작에 따른 각 관절의 움직임과 파워를 쉽게 파악하여 운동자세를 정확하게 분석할 수 있는 운동자세 분석 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템은 사용자의 동작을 촬영하여 동작영상을 취득하는 촬영부와, 상기 영상을 토대로 상기 사용자의 신체에 부착된 각 센서를 통해 위치데이터를 추출하고, 지면 반력데이터를 추출하는 데이터추출부와, 상기 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 상기 사용자의 동작을 분석하고, 상기 사용자의 신체 부위 별 파워를 계산하는 동작분석부 및 상기 동작분석부에서 계산된 상기 사용자의 신체 부위 별 파워가 표시된 분석영상을 디스플레이하는 디스플레이부를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템은 동작에 따른 각 관절의 움직임과 각 관절의 파워를 쉽게 파악하여 운동자세를 정확하게 분석할 수 있으므로 스포츠 현장에서 지도자들이 선수들에게 지도하는데 유용하고, 선수들이 피드백을 보다 쉽게 수 받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템을 도시한 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템에 따른 디스플레이 화면을 나타낸 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 분석영상을 비교하는 디스플레이 화면을 나타낸 그림.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시간대 별 변화 과정이 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 추진력 변화와 추진력 방향이 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 추진을 위한 신체의 추진 각도가 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 기술 등은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 더불어, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
부가적으로, 각 도면에 걸쳐 표시된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 본 발명의 설명된 실시예의 논의를 불필요하게 불명료하도록 하는 것을 피하기 위해 공지된 특징 및 기술의 상세한 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템을 도시한 블럭도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템은 촬영부(110), 데이터추출부(120), 동작분석부(130), 저장부(140) 및 디스플레이부(150)를 포함한다.
상기 촬영부(110)는 신체의 각 부위에 센서를 부착한 사용자의 동작을 촬영하여 동작영상을 취득할 수 있다.
이때, 상기 촬영부(110)는 카메라 일 수 있으며, 사용자의 정면을 촬영하는 하나의 카메라로 구성될 수 있다. 또는, 사용자의 상면, 정면, 측면, 후면을 동시에 촬영하도록 배치된 다수의 카메라로 구성될 수 있다. 이에 따라, 시상면(Sagittal plane), 관상면(Coronal plane), 횡단면(Transeverse plane) 등의 다방향으로 카메라를 배치하여 사용자의 전, 후, 좌, 우 등 각 방향에서 촬영할 수 있고, 이를 기초로 사용자의 동작을 분석할 수 있다. 물론, 전, 후, 좌, 우를 제외한 사용자의 다른 방향에도 카메라를 배치하여 사용자의 동작을 더 정밀하게 분석할 수도 있다.
상기 데이터추출부(120)는 촬영부(110)에서 촬영된 영상을 토대로 사용자의 신체에 부착된 각 센서를 통해 위치데이터를 추출하고, 지면 반력데이터를 추출할 수 있다.
구체적으로, 상기 데이터추출부(120)는 사용자의 신체에 부착된 각 센서를 통해 위치데이터를 추출할 수 있는데 이때, 센서는 반사마커(Reflective marker)일 수 있으며, 사용자의 옷 위에 부착되거나, 또는 피부에 직접 부착될 수 있다. 특히 사용자의 관절 부분에 부착되어 촬영부(110) 전면부에 있는 적외선 발생기로부터 나온 적외선을 반사시켜 다시 촬영부(110)로 빛을 보내줌으로써, 사용자의 관절 위치 선별을 보다 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 데이터추출부(120)는 사용자의 발 밑에 부착되거나, 사용자의 발 밑에 배치된 센서를 통해 압력을 측정할 수 있으며, 촬영부(110)에서 촬영된 사용자의 동작에 따라 변화되는 압력을 측정하고, 그에 따른 지면발력데이터를 추출할 수 있다.
상기 동작분석부(130)는 데이터추출부(120)에서 추출되는 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 사용자의 동작을 분석하고, 사용자의 신체 부위 별 파워를 계산할 수 있다.
상기 디스플레이부(140)는 동작영상과 함께 계산된 사용자의 신체 부위 별 파워가 표시된 분석영상을 디스플레이할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운동자세 분석 시스템에 따른 디스플레이 화면을 나타낸 그림이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 분석영상을 비교하는 디스플레이 화면을 나타낸 그림이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 시간대 별 변화 과정이 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 추진력 변화와 추진력 방향이 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 추진을 위한 신체의 추진 각도가 표시된 디스플레이 화면을 나타낸 그림이다.
여기서, 상기 디스플레이부(140)는 사용자의 동작에 따라 각 신체부위 별 파워의 세기를 도형의 크기로 표시하되, 파워가 클 수록 도형의 크기가 커지도록 디스플레이될 수 있다.
구체적으로, 상기 디스플레이부(140)는 사용자의 동작에 따라 분석영상이 디스플레이되는데 동작분석부(130)에서 계산된 각 신체부위 별 파워가 동작이 변화됨에 따라 모든 영상 프레임에 파워가 도형의 크기로 표시되어 실시간으로 변화되는 것을 눈으로 확인할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 각 관절에 원형이 표시될 수 있으며, 해당 관절에서의 파워에 따라 원형의 크기가 변화될 수 있는데, 원형의 크기가 가장 큰 엉덩이 부위가 가장 큰 파워를 발휘하고 그 다음 무릎, 발목 순으로 파워가 나온다는 것을 쉽게 확인할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부(140)는 사용자의 동작에 따라 각 신체부위 별 파워의 총합이 디스플레이될 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지면 부위에 원형이 표시되는데, 원형의 크기를 통해 사용자가 해당 동작을 하는데 각 관절에서 발생한 파워의 총합을 확인할 수 있다. 예컨대, 점프 동작 시 사용자의 각 관절에서 발생한 파워의 총합을 눈으로 확인할 수 있다.
한편, 본 발명은 분석영상이 저장되는 저장부(150)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 저장부(150)는 사용자의 분석된 분석영상이 누적되어 저장될 수 있다.
이때, 상기 디스플레이부(140)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 저장부(150)에 저장된 분석영상 중 두 개의 분석영상을 하나의 화면에 나란히 또는 겹치게 디스플레이하여 동작에 따른 각 관절의 파워가 변화는 것을 비교할 수 있다.
예컨대, 상기 디스플레이부(140)는 한 사용자에 대한 두 개의 분석영상을 하나의 화면에 나란히 디스플레이하거나, 다른 사람의 분석영상과 해당 사용자의 분석영상을 하나의 화면에 나란히 디스플레이하여 동작을 실시간으로 비교할 수 있으며, 각 동작의 변화 과정에서 각 관절의 파워를 비교하여 최적화된 자세를 도출할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부(140)는 최적화된 동작을 분석한 분석영상과 사용자의 분석영상을 하나의 화면에 나란히 디스플레이하여 한눈에 숙련자와 사용자의 동작을 실시간으로 비교할 수 있으며, 각 동작의 변화 과정에서 각 관절의 파워를 비교하여 사용자의 잘못된 자세 등을 판단할 수 있다.
아울러, 상기 디스플레이부(140)는 도면에 도시되어 있지 않으나 최적화된 동작의 분석영상과 사용자의 분석영상을 겹쳐지게 디스플레이하여 비교할 수 있다. 즉, 다른 사람의 분석영상과 하나의 화면에 디스플레이하여 비교할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저장부(150)에 저장된 분석영상을 처음, 1개월, 2개월, 3개월, 4개월과 같이 시간 순으로 하나의 화면에 나란히 디스플레이하여 사용자의 동작에 따른 각 관절의 파워가 변화는 것을 비교하여 과거로부터 현재까지 시간대 별 동작에 대한 변화 과정 및 발전 정도를 쉽게 확인할 수 있다.
한편, 동일한 동작을 다름 사람이 하거나, 또는 동일한 사람이 동일한 동작을 하더라도 동작 시 속도가 다를 수 있다. 이 경우 동일한 프레임의 카메라로 촬영하더라도 다른 개수의 영상프레임이 나오게 되며, 동작영상의 재생시 동일한 시점에서 동작을 비교하는데 어려움이 있습니다.
그러나, 본 발명의 실시예에서 동작분석부(130)는 서로 다른 동작 속도의 동작영상을 보간법을 이용하여 동일한 시점으로 분석할 수 있다.
구체적으로, 상기 동작분석부(130)는 두 개의 동작영상을 비교 분석 시 각 동작의 프레임 중 비어 있는 위치에 동작에 대한 좌표를 넣어줌으로써, 모든 동작을 동조시킬 수 있다. 이에 따라, 동일한 사용자의 동작 또는 다른 사람과의 동작에 대하여 동작을 일치시킴으로써, 동일한 시점에서 분석하여 분석영상을 생성할 수 있다.
한편, 상기 동작분석부(130)는 지면 반력데이터를 토대로 벡터의 합 방식을 통해 추진력 방향 및 추진력 크기를 분석하고, 디스플레이부(140)는 추진력 방향 및 추진력 크기가 표시된 분석영상이 디스플레이될 수 있다.
여기서, 상기 동작분석부(130)는 데이터추출부(120)에서 추출된 3가지 방향(전후, 좌우, 수직)의 지면 반력데이터를 벡터의 합(Sum of Vector) 방식을 통해 벡터들의 합으로 정리하여 추진력 방향 및 추진력 크기를 계산할 수 있다. 이렇게 동작분석부(130)에서 계산된 추진력 방향 및 추진력 크기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(140)에 디스플레이될 수 있다. 이때, 추진력 크기는 선의 길이로 디스플레이될 수 있다. 예컨대, 추진력 크기가 커질 수록 선의 길이가 길어지게 디스플레이될 수 있다. 이에 따라, 추진력 방향과 함께 해당 방향으로의 추진력 크기를 눈으로 확인할 수 있으므로 현재 동작에서 어느 방향으로 얼마 정도의 추진력을 발생시키는 추진력 크기를 실시간으로 쉽게 확인할 수 있다.
또한, 추진력 방향에 대해 3가지 방향을 함께 디스플레이하여 추진력 방향이 그 방향으로 발생된 원인을 보다 쉽게 파악할 수 있다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(140)에 디스플레이됨으로써, 전방보다는 수직 방향으로의 파워가 더 크므로 지면 반력이 앞쪽 보다는 수직방향으로 파워가 기울었다는 것을 쉽게 파악할 수 있다. 또한, 전후와 수직방향의 벡터의 합에 의한 추진력 크기를 비교함으로써, 제자리 멀리 뛰기나 점프 등의 동작 시 얼마나 효과적으로 힘을 사용하였는지를 비교 분석할 수 있다.
한편, 상기 동작분석부(130)는 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 사용자의 추진을 위한 신체의 추진 각도를 분석하고, 디스플레이부(140)는 신체의 추직 각도가 표시된 분석영상이 디스플레이될 수 있다.
이는, 점프 시 지면반력에 의한 추진력이 무게 중심으로부터 멀리 작용될 경우 그 힘이 점프를 위해 사용되는 것이 아닌 회전력으로 누수가 될 수 있으므로,
무게 중심을 찾는 것이 중요하기 때문이다.
구체적으로, 상기 동작분석부(130)는 지면 반력데이터를 통해 지면 반력이 발생하는 지점(압력 중심(COP) : Center Of Pressure)을 찾고, 인체계측학적 분석을 통해 인체의 무게 중심(COM)을 찾는다. 이때, 지면 반력이 발생하는 지점(압력 중심(COP))으로부터 인체의 무게 중심(COM)까지 선을 긋고 지면으로부터의 사잇 각도를 실시간으로 측정하여 신체의 추진 각도를 분석할 수 있다.
이렇게 동작분석부(130)에서 분석된 신체의 추진 각도를 디스플레이부(140)에 디스플레이됨으로써, 사용자가 동작 시 지면반력에 의한 실제 추진력 방향과 지면 반력이 발생하는 지점(압력 중심(COP))으로부터 인체의 무게 중심(COM)까지 연결한 선을 비교하여 추진력의 누수가 없는지 눈으로 확인할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
110 : 촬영부
120 : 데이터추출부
130 : 동작분석부
140 : 디스플레이부
150 : 저장부

Claims (7)

  1. 사용자의 동작을 촬영하여 동작영상을 취득하는 촬영부;
    상기 영상을 토대로 상기 사용자의 신체에 부착된 각 센서를 통해 위치데이터를 추출하고, 지면 반력데이터를 추출하는 데이터추출부;
    상기 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 상기 사용자의 동작을 분석하고, 상기 사용자의 신체 부위 별 파워를 계산하는 동작분석부; 및
    상기 동작분석부에서 계산된 상기 사용자의 신체 부위 별 파워가 표시된 분석영상을 디스플레이하는 디스플레이부;
    를 포함하는 운동자세 분석 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는
    상기 사용자의 동작에 따라 각 신체부위 별 파워의 세기를 도형의 크기로 표시하되, 상기 파워가 클 수록 도형의 크기가 커지도록 디스플레이되는 운동자세 분석 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이부는
    상기 사용자의 동작에 따라 상기 각 신체부위 별 파워의 총합이 디스플레이되는 운동자세 분석 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    분석된 상기 분석영상이 누적되어 저장되는 저장부를 더 포함하고,
    상기 디스플레이부는
    누적 저장된 상기 분석영상을 나란히 또는 겹치게 디스플레이하여 비교하는 운동자세 분석 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동작분석부는
    서로 다른 동작 속도의 동작영상을 보간법을 이용하여 동일한 시점으로 분석하는 운동자세 분석 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 동작분석부는
    상기 지면 반력데이터를 토대로 벡터의 합 방식을 통해 추진력 방향 및 추진력 크기를 분석하고,
    상기 디스플레이부는 상기 추진력 방향 및 추진력 크기가 표시된 분석영상이 디스플레이되는 운동자세 분석 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동작분석부는
    상기 위치데이터 및 지면 반력데이터를 토대로 상기 사용자의 추진을 위한 신체의 추진 각도를 분석하고,
    상기 디스플레이부는 상기 신체의 추직 각도가 표시된 분석영상이 디스플레이되는 운동자세 분석 시스템.
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