KR20220044157A - 골프공 착지형 검출방법, 시스템 및 저장매체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 골프공 착지형 검출방법, 시스템 및 저장매체를 개시하는 바, 상기 방법은, 카메라의 왜곡 보정 단계; 카메라의 캘리브레이션 단계; 카메라가 수집한 픽처에서의 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하되, 이 위치의 픽셀 변화값이 임계값을 초과하면 스트로크 트리거로 하는 스트로크 트리거 단계; 스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득하는 골프공의 포지셔닝 단계; 파라미터 계산 단계; 포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득하는 골프공의 회전속도 검출 단계를 포함한다. 본 발명은 골프 시스템이 포지셔닝 처리를 진행하는 과정에서의 포지셔닝 정확도를 향상시킨다.

Description

골프공 착지형 검출방법, 시스템 및 저장매체

본 발명은 골프 시뮬레이션 기술분야에 관한 것으로, 특히 골프공 착지형 검출방법, 시스템 및 저장매체에 관한 것이다.

골프 시스템은 타석, 센서, 계산 유닛 및 디스플레이 스크린을 포함한다. 골프 시스템은 실내 골프 또는 실외 골프 운동 이벤트에 사용될 수 있다.

사용자가 타석에서 골프공을 치고, 센서가 골프공의 타격정보 및 운동 정보를 수집하며, 계산 유닛은 이러한 정보에 근거하여 골프공의 운동 궤적을 시뮬레이션 함과 동시에 디스플레이 스크린에서 디스플레이 한다. 센서는 이미지 센서 또는 광 센서 등이다. 이미지 센서를 사용할 경우, 골프공의 운동 변화 정보를 획득하여 이의 운동 궤적을 시뮬레이션 하도록 이미지 정보를 분석 처리하여야 한다.

그러나, 현재의 골프 시스템은 이미지 센서가 수집한 픽처를 처리할 경우, 픽처에 대해 환경 적응적 처리를 진행하지 않았는데 이는 골프공의 포지셔닝 과정에서의 포지셔닝 정확도에 영향을 주게 된다.

따라서, 선행기술은 아직도 더 발전이 필요하다.

상기 선행기술의 단점을 감안하여, 본 발명의 목적은 골프공 착지형 검출방법, 시스템 및 저장매체를 제공하는 것인데, 골프 시스템이 포지셔닝 처리를 진행하는 과정에서의 포지셔닝 정확도를 향상시킨다.

상기 목적을 구현하기 위하여 본 발명은 아래와 같은 기술적 해결수단을 사용한다.

제1 양태에서, 본 발명은 골프공 착지형 검출방법을 제기하는데, 측면에 카메라가 배치된 골프 시스템에 응용되어 마크가 설치된 골프공을 검출하는 골프공 착지형 검출방법에 있어서,

카메라의 왜곡 이미지 좌표계에 대해 극좌표 변환 보정을 사용하는 카메라의 왜곡 보정 단계S10;

보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 카메라의 캘리브레이션 단계S20;

카메라가 수집한 픽처에서의 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하되, 이 위치의 픽셀 변화값이 임계값을 초과하면 스트로크 트리거로 하는 스트로크 트리거 단계S30;

스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득하는 골프공의 포지셔닝 단계S40;

포지셔닝하여 얻은 골프공의 좌표 데이터를 세계 좌표계에 대입시켜 골프공의 운동 파라미터를 계산하는 파라미터 계산 단계S50;

포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득하는 골프공의 회전속도 검출 단계S60를 포함한다.

제2 양태에서, 본 발명은 골프 시뮬레이션 시스템을 제기하는데, 여기서, 상기 시스템은 메모리, 프로세서 및 상기 메모리에 저장되어 상기 프로세서에 의해 실행되도록 배치되는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 상기 프로세서가 상기 컴퓨터 프로그램을 실행할 경우, 상술한 방법을 구현한다.

제3 양태에서, 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장매체를 제기하는데, 여기서, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장매체에는 컴퓨터 프로그램이 저장되고, 상기 컴퓨터 프로그램이 실행될 경우, 상술한 방법을 구현한다.

본 발명의 골프공 착지형 검출방법은, 카메라의 왜곡 보정을 사용하고, 포지셔닝 할 때 사용한 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할과 결합하여 픽처 처리가 주변광의 변화에 적응하도록 함으로써 포지셔닝의 정확도를 향상시키며, 이와 동시에 스트로크 트리거 판정을 통해 골프공 서브 위치의 좌표를 얻은 후, 더이상 위치 모니터링을 진행하지 않고 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하는 것으로 변화함으로써 좌표 포지셔닝으로부터 픽셀 모니터링으로 바꾸어 골프 시스템의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예 또는 선행기술에서의 기술적 해결수단을 더욱 뚜렷이 하기 위하여 아래에는 실시예 또는 선행기술에서 사용해야 할 도면에 대해 간단히 소개하고자 하는데, 아래 설명에의 도면은 단지 본 발명의 일부 실시예로서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 진보적인 창출에 힘쓸 필요가 없이 이러한 도면에 따라 기타 도면을 획득할 수 있다는 것은 자명한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 골프공 착지형 검출방법의 제1 실시예의 흐름 모식도이고;
도 2는 본 발명에 따른 이미지 좌표계와 세계 좌표계의 전환 과정 모식도이며;
도 3은 본 발명에 따른 골프공 운동 파라미터 계산 모식도이고;
도 4는 본 발명에 따른 골프공의 글로벌 포지셔닝의 제1 실시예의 흐름 모식도이며;
도 5는 본 발명에 따른 포지셔닝에서 시뮬레이션 배경 휘도 모식도이고;
도 6은 본 발명에 따른 포지셔닝에서 시뮬레이션 배경 휘도를 배제하고 간섭 배경을 제거하는 과정 모식도이며;
도 7은 본 발명에 따른 포지셔닝에서 오리지널 픽처가 퍼지 엔트로피 동적 분할을 거친 후 타깃 윤곽을 얻는 과정 모식도이고;
도 8은 본 발명에 따른 포지셔닝에서 타깃 윤곽이 면적, 종횡비, 휘도 선별을 거치는 과정 모식도이며;
도 9는 본 발명에 따른 포지셔닝에서 타깃 선별 후, 픽처가 맞춤 보정을 거치는 과정 모식도이고;
도 10은 본 발명에 따른 골프공 회전속도 검출의 제1 실시예의 흐름 모식도이며;
도 11은 본 발명에 따른 골프공 회전속도 검출에서 빛의 분포를 시뮬레이션하고 조절하는 모식도이고;
도 12는 본 발명에 따른 골프공 회전속도 검출에서 mark 그래프를 얻는 과정 모식도이다.

이하 본 발명의 실시예의 도면과 결부하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 뚜렷하고 완전하게 설명하고자 하는데 설명된 실시예는 단지 본 발명의 일부 실시예일 뿐 모든 실시예가 아님은 자명한 것이다. 본 발명의 실시예에 기반하면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 진보적인 창출에 힘쓸 필요가 없이 획득한 모든 기타 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.

본 발명은 측면에 카메라가 설치된 골프 시스템에 응용되어 마크(mark)가 설치된 골프공의 운동 상태를 검출하는 골프공 착지형 검출방법을 제기한다.

측면에 카메라가 배치된 골프 시스템이 바로 착지형 카메라의 골프 시스템인 바, 이가 수집한 픽처는 골프공 측면의 시각이다. 착지형 카메라의 골프 시스템은 해상도가 낮은 중저 성능의 골프 시스템에서의 골프공의 운동 상태 검출에 적용된다.

착지형 카메라가 더 많은 데이터를 캡쳐하는 것을 만족시키기 위하여 이 유형의 골프 시스템의 렌즈는 일반적으로 광각 카메라를 사용하지만 광각 카메라는 어안 왜곡이 존재하여 반드시 보정해야 한다. 동시에, 측면의 시각으로 골프공을 촬영할 경우, 인체와 골프공에 중합이 발생하여 큰 간섭이 존재하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 측면에 카메라가 설치된 골프 시스템은 아래 방법에 적용되어 골프공의 운동을 검출함으로써 시스템의 반응 속도를 향상시킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이는 본 발명에 따른 골프공 착지형 검출방법의 흐름으로서, 아래와 같은 단계를 포함한다.

단계S10, 카메라의 왜곡 보정: 카메라의 왜곡 이미지 좌표계에 대해 극좌표 변환 보정을 사용한다.

광각 카메라를 사용하여 어안 왜곡이 존재하고, 경험에 따라 이 왜곡은 이미지의 상이한 위치 좌표를 세계 좌표로 전환할 때의 정밀도가 상이하도록 하여 롱아이언 볼 스피드가 실제보다 늦어지도록 하므로 보정해야 한다. 렌즈의 규격이 고정되므로 이에 대해 고정된 기하학적 변환 신속 보정 왜곡 좌표를 사용하여 이로 하여금 투시 원리로 돌아오도록 해야 한다.

바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 카메라의 왜곡 이미지 좌표계에 대해 극좌표 변환 보정을 사용함에 있어서 사용되는 보정 공식은,

여기서,

phi는 방위각이고, x, y는 이미지 좌표계 좌표이며, DST와 dst는 각각 출력 평면과 이미지 평면 극좌표계에서의 반경 길이이고, r는 카메라의 렌즈의 물리적 반경 길이이며, L은 줌 배수이다.

이렇게 되면, 이상의 보정 공식의 극좌표계를 사용하여 보정한 후의 좌표계를 구하여 이미지의 왜곡 문제를 해결함으로써 이미지 정밀도를 향상시킬 수 있다.

단계S20, 카메라의 캘리브레이션: 보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환한다.

이미지 처리를 진행하는 과정에서, 공간 물체 표면의 어느 한 점의 3차원 기하학 위치 및 이가 이미지에서 대응하는 포인트 사이의 상호 관계를 확정하기 위하여 반드시 카메라 이미징의 기하학적 모델을 구축해야 하는데, 대다수 조건에서 이러한 파라미터는 반드시 실험과 계산을 통해 얻을 수 있고 이 파라미터를 해결하는 과정을 사진기 캘리브레이션(또는 카메라 캘리브레이션)이라고 한다. 사진기의 캘리브레이션은 바로 진실한 이미지의 수학적 의미를 계산 가능하고 조작 가능한 디지털화로 전환하는 실현과정이다.

카메라의 캘리브레이션은 후속적인 계산의 정밀도에 영향을 미치게 되어 오차가 알고리즘에서 점차적으로 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이는 효과적인 계산 목표물을 구현하는 관건이다.

본 발명은 캘리브레이션 과정에서, 높이가 상이하고 분포가 균일한 고정 수량의 고정 위치의 캘리브레이션 블록을 사용하고, 캘리브레이션 블록의 분포는 실험에 기반하여 효율이 제일 높은 설계이며 안착한 후의 캘리브레이션 블록에 높이 정보가 포함되므로 한번만 캘리브레이션 하면 된다.

본 발명의 카메라는 단안 카메라 또는 쌍안 카메라를 사용할 수 있는데, 쌍안 카메라를 사용할 경우, 각 카메라를 단독으로 캘리브레이션 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 과정은 먼저 이미지 좌표계를 이미지 평면 좌표계로 전환한 다음 이미지 평면 좌표계를 카메라 좌표계로 전환하고, 그 다음 카메라 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 것이다.

바람직하게, 본 발명에서 보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 것은 아래 전환 공식을 사용하는데,

여기서,

은 카메라의 내부 파라미터 매트릭스이고,

는 카메라의 외부 파라미터 매트릭스이며,

×

=

,

은 매핑 매트릭스이다.

본 발명의 카메라가 쌍안 카메라일 경우, 쌍안 카메라에 대해 각각 캘리브레이션 하여 매핑 매트릭스

를 얻고, 쌍안 카메라의 좌표와 매트릭스를 대입 연립하여 세계 좌표를 구한다.

단계S30, 스트로크 트리거: 카메라가 수집한 픽처에서의 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하되, 이 위치의 픽셀 변화값이 임계값을 초과하면 스트로크 트리거로 한다.

스트로크 트리거의 판정은 서브 전의 각 프레임의 픽처마다 모두 포지셔닝 처리를 진행하는 것을 방지하여 시스템의 픽처 처리량을 감소하며 시스템의 반응 처리 속도를 향상시킬 수 있다.

스트로크 전에 카메라는 먼저 픽처를 수집하고 픽처에서 초기 포지셔닝을 진행하여 골프공이 서브 위치에서의 좌표를 획득한다. 골프공의 서브 위치의 좌표를 획득한 후, 본 발명은 서브 전에 더 이상 골프공의 좌표위치의 변화를 모니터링하지 않고 골프공의 서브 위치에서의 픽셀 변화값을 실시간으로 모니터링하게 되는데, 이는 골프공의 좌표위치의 변화 모니터링은 전체 이미지에 대해 글로벌 포지셔닝을 진행해야 하고 픽셀 모니터링은 단지 골프공의 서브 위치에서의 부분 픽처만 처리하면 되므로 픽처의 처리 면적과 콘텐츠를 감소하기 때문이다. 좌표 포지셔닝으로부터 픽셀 모니터링으로 바꾸어 골프 시스템의 반응 속도를 향상시킬 수 있다.

단계S40, 골프공의 포지셔닝: 스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득한다.

이는 측면에 카메라가 배치된 골프 시스템에 있어서, 인체와 골프공에 중합이 발생하게 되고 간섭이 크며, 픽처를 처리할 경우, 타깃의 변화 및 간섭물의 변화와 같은 환경의 변화에 적응해야 하기 때문이다. 변화에는 휘도, 형상 변화 등이 있다.

그러나 본 발명은 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 이용하여 픽처를 처리하게 되므로 전경 및 배경에서의 환경 변화에 잘 적응할 수 있고 필요한 타깃을 정확히 분리할 수 있어 포지셔닝의 정확도를 향상시킬 수 있다.

단계S50, 파라미터 계산: 포지셔닝하여 얻은 골프공의 좌표 데이터를 세계 좌표계에 대입시켜 골프공의 운동 파라미터를 계산한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 단계S30에서 포지셔닝하여 얻은 좌표를 세계 좌표로 전환하면 볼 스피드, 사이드 플라이 각도, 도약 각도 등 파라미터를 포함하는 운동 파라미터를 계산할 수 있는데

는 사이드 플라이 각도이고 γ는 도약 각도이며 V는 공간 볼 스피드이다.

단계S60,골프공의 회전속도 검출: 포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득한다.

본 발명은 골프공에 미리 마크(mark)를 설치하는데 이렇게 되면 픽처에서의 마크(mark)의 각도 변화에 근거하여 회전속도를 계산할 수 있다.

전경 휘도 분포가 불균일하고 각 프레임의 휘도 변화가 비교적 크므로 낮은 해상도의 픽처에서 골프공의 mark를 추출하는 것은 상당한 어려움이 존재하는 바, 그레이스케일 값의 분할에 사용하기 적합하지 않다. 본 발명의 구배에 의한 동적 분할 방법은 낮은 해상도에서의 픽처에서 골프공의 mark를 정확히 추출하여 후속적인 회전 검출을 담보한다.

단계S50의 파라미터 계산에 의해 포지셔닝 하여 얻은 좌표를 세계 좌표로 전환한 후 볼 스피드, 사이드 플라이 각도, 도약 각도 등 파라미터를 계산한 다음, 단계S60에서 획득한 골프공의 회전속도와 결합하여 스트로크한 후 골프공의 완전한 운동 궤적 및 궤적에서의 골프공의 회전 상태를 시뮬레이션 하여 계산할 수 있다. 본 발명의 검출과 시뮬레이션은 일반적으로 나누어 진행하게 되는데, 시뮬레이션은 일반적으로 클라이언트단이 완성하게 된다.

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득하게 되는데 구체적으로는 아래 단계를 포함한다.

단계S401, 스트로크 트리거 후의 픽처를 획득하고, 이 픽처에 대해 시뮬레이션 배경 휘도를 배제하는 방식을 사용하여 간섭 배경을 제거한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 픽처 환경의 배경의 휘도를 시뮬레이션한 다음 오리지널 픽처에서 상기 시뮬레이션 배경 휘도를 제거한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 왼쪽은 오리지널 픽처인데, 이에는 인체 다리의 간섭 배경이 선명하게 존재하며, 다음 이 도면에서 시뮬레이션 배경 휘도를 제거한 후 오른쪽의 도면을 얻는데 오른쪽의 도면에서 간섭 배경은 이미 제거되었다.

단계S402, 간섭 배경을 제거한 후의 픽처에 대해 퍼지 엔트로피 동적 분할을 진행하여 뚜렷한 이진화 타깃 윤곽을 획득한다.

스트로크 후, 볼과 카메라의 거리가 변하는 전제하에, 볼 표면의 휘도는 큰 구간의 변화(약 [40-120])를 나타내게 되는데 휘도가 동적으로 변화할 경우, 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할을 이용하여 스트로크 후 볼과 카메라 거리가 변화한 후의 픽처 환경에서의 변화에 양호하게 적응하여 픽처에서의 타깃을 정확하게 분할할 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 퍼지 엔트로피 동적 분할의 분할값은 아래 공식을 이용하여 계산하는데,

여기서, u는 멤버십이고, m은 그레이스케일 값에 기반한 특성값이며, v는 픽셀값이고, entropy는 퍼지 엔트로피이며;

상기 식의 픽셀 범위 내에 부합되는 각 픽셀을 상기 식에 대입시켜 이의 전경 및 배경의 퍼지 엔트로피를 구하고, 최소치를 최적의 분할값으로 선택한다. 마지막으로 타깃 윤곽이 뚜렷한 이진화 픽처를 얻는다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은 스트로크 후 카메라가 수집한 오리지널 픽처가 퍼지 엔트로피 동적 분할처리를 거쳐 도 7의 오른쪽 픽처를 얻게 되는데, 이때의 타깃물의 중간과 가장자리 각 부분은 모두 밝게 표시되어 타깃의 뚜렷한 윤곽을 얻게 된다.

단계S403, 이 이진화 타깃 윤곽에 대해 면적, 종횡비, 휘도 선별을 진행한 후 골프공이 아닌 타깃을 제거하고 골프공 타깃을 보류하여 골프공 타깃 픽처를 획득한다.

이 단계는 픽처에 존재하는 골프공 타깃이 아닌 잡물을 제거하기 위한 것인 바, 예를 들어 픽처에서의 클럽 헤드 및 기타 빛 반사 형상 등 형상을 제거한다. 이는 골프공에 특정된 면적, 종횡비, 휘도 등 특징을 구비하여 이러한 특징을 선별할 수 있기 때문이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 왼쪽은 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할을 거쳐 얻은 이진화 타깃 윤곽 픽처 인 바, 이 픽처에는 골프공 형상이 아닌 잡물이 존재하며, 그 다음 순차적으로 면적, 종횡비, 휘도 선별을 거친 후 도 8에서의 오른쪽의 픽처를 얻게 되는데, 이때 잡물은 이미 픽처에서 제거되었다.

단계S404, 선별한 후의 골프공 타깃 픽처에서의 볼 윤곽에 대해 최소 제곱법을 사용하여 맞춤 보정함으로써 완전한 골프공 윤곽 픽처를 획득한다.

그림자 등 요소의 영향으로 인하여 골프공 타깃 픽처에서의 골프공의 윤곽은 도 9에서 왼쪽 부분이 도시한 바와 같이 하나의 완전한 원형이 아닐 수 있는 바, 이렇게 되면 픽처에서 골프공의 중심을 포지셔닝 할 수 없게 된다. 따라서, 타깃 픽처에서의 볼 윤곽을 보정해야 한다. 본 발명의 실시예는 최소 제곱법 맞춤 보정을 이용하여 골프공의 완전한 원형 윤곽을 얻게 되는데, 도 9에서 오른쪽 부분이 도시한 것은 맞춤 보정한 후의 완전한 볼 윤곽의 픽처이다.

단계S405, 상기 완전한 골프공 윤곽 픽처에 따라 골프공의 볼 중심 좌표를 획득한다.

완전한 골프공 윤곽 픽처는 볼의 중심을 정확하게 포지셔닝하고, 그 다음 픽셀 포인트 좌표를 통해 골프공의 볼 중심 좌표를 얻을 수 있다.

구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에서, 포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득하는 단계는 구체적으로 아래와 같은 단계를 포함한다.

단계S601, 카메라가 발송한 적외선 평행광을 기반으로 하여 볼 면의 빛 분포를 시뮬레이션 함으로써 빛 시뮬레이션 분포도를 획득하고, 후속적인 포지셔닝에서 얻은 픽처에서의 볼 표면의 빛 분포를 상기 빛 시뮬레이션 분포도에 넣어 빛 분포 조절을 진행함으로써 빛 조절 분포도를 획득한다.

도 12에서 왼쪽 도면이 도시한 바와 같이, 본 발명은 골프공에 마크(mark)를 미리 설치하는데, 이렇게 되면 픽처에서의 마크(mark)에 따라 마크 그래프를 얻을 수 있다.

도 11에서 왼쪽에 도시된 바와 같이, 먼저 볼 표면의 빛에 대해 시뮬레이션 분포를 진행하되, 이 시뮬레이션 분포는 적용 범위가 넓으나 이의 분포 효과가 약하므로 후속적인 포지셔닝에서 얻은 볼 표면의 빛 분포를 넣은 후 조절하여 오른쪽의 빛 조절 분포도를 얻어 이 환경에서 최적화한 빛 분포 효과에 도달할 수 있다.

단계S602, 포지셔닝 하여 얻은 오리지널 픽처와 이 빛 조절 분포도의 차이를 만들어 열에너지 맵을 획득함으로써 휘도 변화로 인한 영향을 배제하고, 상기 열에너지 맵에서 x, y축 방향에서의 구배를 구하여 중첩함으로써 부분 변화가 제일 뚜렷한 마크 그래프를 획득한다.

전경 휘도 분포가 불균일하고 각 프레임의 픽처의 휘도 변화가 크므로 획득한 픽처의 해상도가 낮게 되는데, 이때 만약 그레이스케일 값을 사용하여 분할하게 되면 뚜렷하고 정확하게 골프공의 마크(mark)를 획득할 수 없게 된다. 본 발명은 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 먼저 왼쪽의 오리지널 픽처와 빛 조절 분포도의 차이를 만든 후 가운데의 열 에너지 맵을 획득하게 되는데, 이 열에너지 맵은 휘도 변화로 인한 영향을 배제한다. 다음, 이 열에너지 맵에서 x, y 축방향에서의 구배를 구하여 중첩함으로써 오른쪽의 부분 변화가 제일 선명한 마크 그래프를 얻는다.

단계S603, 상기 마크 그래프에 대해 벡터 특이값 분해 방식을 사용하여 마크의 각도 특징을 추출하고, 미리 셋업한 각도 샘플 특징 라이브러리와 비교하여 이 각도 특징이 각도 샘플 특징 라이브러리에서 매칭되는 3차원 좌표 정보를 획득한다.

특이값 분해(SVD)를 이용하여 마크 그래프에서의 마크(mark)의 각도 특징을 추출한다. 각도 샘플 특징 라이브러리에는 골프공의 마크(mark)의 여러 가지 각도 및 여러 가지 각도와 대응되는 3차원 좌표 정보가 저장된다. 골프공의 마크(mark)가 픽처에서의 각도 특징을 추출한 후, 각도 샘플 특징 라이브러리와 매칭하여 대응되는 3차원 좌표 정보를 얻는다.

본 발명의 실시예에 따른 특이값 분해(SVD)방식으로 마크의 각도 특징을 추출하는 것은 골프공의 마크(mark)의 고정된 상황이다. 기타 실시예에서, 골프공의 마크(mark)가 고정되지 않을 경우, 마크(mark)의 질량 중심을 찾아 타깃 포인트로 하고 타깃 포인트의 볼 면과 대응되는 3차원 좌표에 근거하여 회전속도를 계산할 수 있다.

단계S604, 연속되는 두 프레임의 픽처에서의 마크가 획득한 3차원 좌표 정보로 골프공의 회전속도를 계산한다.

골프공의 회전속도를 얻은 후, 포지셔닝하여 얻은 좌표 정보와 결합하여 골프공이 궤적의 각 포인트에서의 회전 상태를 시뮬레이션 할 수 있어 시스템 시뮬레이션의 진실감을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제기한 골프공 착지형 검출방법은, 카메라의 왜곡 보정을 사용하고, 포지셔닝 할 때 사용한 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할과 결합하여 픽처 처리에서 주변광의 변화에 적응할 수 있도록 함으로써 포지셔닝의 정확도를 향상시키며, 이와 동시에 스트로크 트리거 판정을 통해 골프공 서브 위치의 좌표를 얻은 후, 더이상 위치 모니터링을 진행하지 않고 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하는 것으로 변화함으로써 좌표 포지셔닝으로부터 픽셀 모니터링으로 바꾸어 골프 시스템의 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 회전속도 검출 과정에서 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 골프공의 마크(mark)를 추출함으로써 골프공의 각도 특징을 정확하게 획득하여 회전속도를 계산하도록 낮은 해상도의 픽처에서 골프공의 마크(mark)를 정확하게 추출할 수 있다.

본 발명은 골프 시뮬레이션 시스템을 더 제기하는데, 상기 시스템은 메모리, 프로세서 및 상기 메모리에 저장되어 상기 프로세서에 의해 실행되도록 배치되는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 상기 프로세서가 상기 컴퓨터 프로그램을 실행할 경우, 상기 방법을 구현한다.

예시적으로, 상기 컴퓨터 프로그램은 하나 또는 다수의 모듈/유닛으로 분할될 수 있고, 상기 하나 또는 다수의 모듈/유닛은 상기 메모리에 저장되어 상기 프로세서에 의해 수행되어 본 발명을 완성한다. 상기 하나 또는 다수의 모듈/유닛은 특정된 기능의 일련의 컴퓨터 프로그램 명령 세그먼트를 완성할 수 있고, 이 명령 세그먼트는 상기 컴퓨터 프로그램이 비동기 메시지 처리 단말기기에서의 실행과정을 설명하는데 사용된다.

메인 제어 모듈은 프로세서, 메모리를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 상기 부품이 단지 시스템에 기반하여 예시한 것일 뿐 메인 제어 모듈을 한정하기 위한 것이 아니며, 상술한 것보다 더 많거나 더 적은 부품을 포함하거나 또는 일부 부품 또는 상이한 부품을 조합할 수 있는 바, 예를 들어, 메인 제어 모듈은 입출력 기기, 네트워크 액세스 기기, 버스 등을 더 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

프로세서란 중앙 처리 유닛(Central Processing Unit，CPU)일 수도 있고, 기타 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor，DSP), 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(Field-Programmable Gate Array, FPGA) 또는 기타 프로그램 가능 논리 소자, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리 소자, 개별 하드웨어 어셈블리 등 일 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로 프로세서 또는 임의의 통상적인 프로세서 등 일 수 있는 바, 상기 프로세서는 상기 기기의 제어 센터로서 여러 가지 인터페이스와 라인을 통해 전체 메인 제어 모듈의 각 부분을 연결한다.

상기 메모리는 상기 컴퓨터 프로그램 및/또는 모듈을 저장할 수 있고, 상기 프로세서는 상기 메모리 내에 저장된 컴퓨터 프로그램 및/또는 모듈을 운행시키거나 수행 및 메모리 내에 저장된 데이터를 호출하는 것을 통해 상기 기기의 여러 가지 기능을 구현한다. 상기 메모리는 주요하게 프로그램 저장 영역과 데이터 저장 영역을 포함할 수 있는데, 여기서, 프로그램 저장 영역은 운영체제, 적어도 하나의 기능에 필요한 애플리케이션 프로그램(예를 들어, 오디오 플레이 기능, 이미지 플레이 기능 등) 등을 저장할 수 있고; 데이터 저장 영역은 사용에 따라 생성한 데이터(예를 들어 오디오 데이터, 전화번호부) 등을 저장할 수 있다. 이 외에, 메모리는 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수도 있고 하드웨어, 램, 플러그인 하드 드라이브와 같은 비휘발성 메모리, 스마트 메모리 카드(Smart Media Card, SMC), 안전 디지털(Secure Digital, SD) 카드, 플래시 카드(Flash Card), 적어도 하나의 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치, 또는 기타 휘발성 솔리드 스테이트 메모리 장치를 포함할 수도 있다.

본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장매체를 더 제기하는데, 상기 컴퓨터 판독 가능 저장매체에는 컴퓨터 프로그램이 저장되고, 상기 컴퓨터 프로그램이 실행될 경우, 상술한 방법을 구현한다.

본 발명의 골프공 착지형 검출방법에서 집적된 상기 모듈/유닛이 만약 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현되고 별도의 제품으로 판매 또는 사용될 경우, 하나의 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장될 수 있다. 본 발명의 컴퓨터 판독 가능 저장매체의 구체적인 구현방식은 상기 골프공 오버헤드 검출방법에 사용되는 각 실시예와 기본적으로 동일한 바, 여기서 더이상 설명하지 않는다.

설명해야 할 것은, 이상에서 설명한 실시예는 단지 예시적인 것으로, 여기서, 분리부품으로 설명된 상기 유닛은 물리적으로 분리된 것이거나 아닐 수 있고, 유닛으로 표시된 부품은 물리적 유닛이거나 아닐 수 있는 바, 즉 한 곳에 위치하거나 또는 다수의 네트워크 유닛에 분포될 수도 있다. 실제 수요에 근거하여 그 중의 일부 또는 전부 유닛을 선택하여 본 실시예의 기술적 해결수단의 목적을 구현할 수 있다. 그 밖에, 본 발명이 제공하는 실시예의 도면에서, 모듈 사이의 연결관계는 이들 사이에 통신 연결을 구비한다는 것을 나타내는 바, 구체적으로는 한 갈래 또는 여러 갈래의 통신 버스 또는 신호 라인으로 구현될 수 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 진보적인 창출에 힘쓸 필요가 없이 이해 및 실시할 수 있다.

이상의 설명은 단지 본 발명을 뚜렷이 설명하기 위해 열거한 것으로서, 본 발명의 보호범위가 이로써 한정되지 않으며, 여기서 모든 실시형태를 전부 나열할 수 없으나 본 발명의 구상에서 본 발명의 기술적 해결수단의 내용을 이용하여 진행한 등가적 구조 변화 또는 직접/간접적으로 기타 관련 기술분야에 운용된 것은 모두 본 발명의 특허보호범위 내에 포함된다.

Claims (8)

1. 골프공 착지형 검출방법에 있어서,
   측면에 카메라가 배치된 골프 시스템에 응용되어 마크가 설치된 골프공을 검출하고,
   카메라의 왜곡 이미지 좌표계에 대해 극좌표 변환 보정을 사용하는 카메라의 왜곡 보정 단계S10;
   보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 카메라의 캘리브레이션 단계S20;
   카메라가 수집한 픽처에서의 골프공 서브 위치의 픽셀 변화값에 대해 실시간 모니터링을 진행하되, 이 위치의 픽셀 변화값이 임계값을 초과하면 스트로크 트리거로 하는 스트로크 트리거 단계S30;
   스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득하는 골프공의 포지셔닝 단계S40;
   포지셔닝하여 얻은 골프공의 좌표 데이터를 세계 좌표계에 대입시켜 골프공의 운동 파라미터를 계산하는 파라미터 계산 단계S50;
   포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득하는 골프공의 회전속도 검출 단계S60를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 카메라의 왜곡 이미지 좌표계에 대해 극좌표 변환 보정을 사용함에 있어서 사용되는 보정 공식은,
   

   

   
   여기서,
   

   

   
   phi는 방위각이고, x, y는 이미지 좌표계 좌표이며, DST와 dst는 각각 출력 평면과 이미지 평면 극좌표계에서의 반경 길이이고, r는 카메라의 렌즈의 물리적 반경 길이이며, L은 줌 배수인 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 보정한 후의 이미지 좌표계를 세계 좌표계로 전환하는 것은 아래 전환 공식을 사용하는데,
   

   

   
   여기서,

   

   은 카메라의 내부 파라미터 매트릭스이고,

   

   는 카메라의 외부 파라미터 매트릭스이며,

   

   ×

   

   =

   

   ,

   

   은 매핑 매트릭스인 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
4. 제1항에 있어서,
   스트로크 트리거 후 카메라가 수집한 픽처에 대해 퍼지 엔트로피에 의한 동적 분할 방식을 사용하여 픽처를 처리하고, 처리한 후의 픽처를 포지셔닝하여 골프공의 좌표 데이터를 획득하는 상기 단계는 구체적으로,
   스트로크 트리거 후의 픽처를 획득하고, 이 픽처에 대해 시뮬레이션 배경 휘도를 배제하는 방식을 사용하여 간섭 배경을 제거하는 단계S401;
   간섭 배경을 제거한 후의 픽처에 대해 퍼지 엔트로피 동적 분할을 진행하여 뚜렷한 이진화 타깃 윤곽을 획득하는 단계S402;
   이 이진화 타깃 윤곽에 대해 면적, 종횡비, 휘도 선별을 진행한 후 골프공이 아닌 타깃을 제거하고 골프공 타깃을 보류하여 골프공 타깃 픽처를 획득하는 단계S403;
   선별한 후의 골프공 타깃 픽처에서의 볼 윤곽에 대해 최소 제곱법을 사용하여 맞춤 보정함으로써 완전한 골프공 윤곽 픽처를 획득하는 단계S404;
   상기 완전한 골프공 윤곽 픽처에 따라 골프공의 볼 중심 좌표를 획득하는 단계S405를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 퍼지 엔트로피 동적 분할의 분할값은 아래 공식을 이용하여 계산하는데,
   

   

   
   여기서, u는 멤버십이고, m은 그레이스케일 값에 기반한 특성값이며, v는 픽셀값이고, entropy는 퍼지 엔트로피이며;
   상기 식의 픽셀 범위 내에 부합되는 각 픽셀을 상기 식에 대입시켜 이의 전경 및 배경의 퍼지 엔트로피를 구하고, 최소치를 최적의 분할값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
6. 제1항에 있어서,
   포지셔닝에 사용되는 픽처에서의 골프공의 마크에 대해 구배에 의한 동적 분할 방법을 사용하여 추출을 진행하고, 상기 추출된 마크가 픽처에서의 각도 변화를 통해 회전속도를 획득하는 단계는 구체적으로,
   카메라가 발송한 적외선 평행광을 기반으로 하여 볼 면의 빛 분포를 시뮬레이션 함으로써 빛 시뮬레이션 분포도를 획득하고, 후속적인 포지셔닝에서 얻은 픽처에서의 볼 표면의 빛 분포를 상기 빛 시뮬레이션 분포도에 넣어 빛 분포 조절을 진행함으로써 빛 조절 분포도를 획득하는 단계S601;
   포지셔닝 하여 얻은 오리지널 픽처와 이 빛 조절 분포도의 차이를 만들어 열에너지 맵을 획득함으로써 휘도 변화로 인한 영향을 배제하고, 상기 열에너지 맵에서 x, y축 방향에서의 구배를 구하여 중첩함으로써 부분 변화가 제일 뚜렷한 마크 그래프를 획득하는 단계S602;
   상기 마크 그래프에 대해 벡터 특이값 분해 방식을 사용하여 마크의 각도 특징을 추출하고, 미리 셋업한 각도 샘플 특징 라이브러리와 비교하여 이 각도 특징이 각도 샘플 특징 라이브러리에서 매칭되는 3차원 좌표 정보를 획득하는 단계S603;
   연속되는 두 프레임의 픽처에서의 마크가 획득한 3차원 좌표 정보로 골프공의 회전속도를 계산하는 단계S604를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프공 착지형 검출방법.
7. 메모리, 프로세서 및 상기 메모리에 저장되어 상기 프로세서에 의해 실행되도록 배치되는 컴퓨터 프로그램을 포함하는 골프 시뮬레이션 시스템에 있어서,
   상기 프로세서가 상기 컴퓨터 프로그램을 실행할 경우, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 것을 특징으로 하는 골프 시뮬레이션 시스템.
8. 컴퓨터 프로그램이 저장되는 컴퓨터 판독 가능 저장매체에 있어서,
   상기 컴퓨터 프로그램은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 저장매체.

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