TW201435811A - 供感測移動球體的裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種供感測移動球體的裝置及其方法，是從移動球體的連續影像中提取標示於球體上之例如商標、標記等的特徵部，而連續影像是以預設照相機實現之影像獲取器而獲取，並基於特徵部計算球體的旋轉軸及旋轉量，且球體的旋轉是用低運算量而被簡單、快速且精確地計算，藉以達到在非常低性能的系統中快速且穩定地計算球體。該感測裝置包含用以獲取球體的連續影像的影像獲取器、用以從獲取影像中提取球體的特徵部的影像處理器、以及用以使用已提取的特徵部而計算旋轉的旋轉計算器。

Description

供感測移動球體的裝置及其方法

本發明係有關供感測移動球體的裝置及其方法，用以獲取移動球體的影像，並處理及分析該影像以計算球體的旋轉。

關於運動遊戲，具體而言，高爾夫，一直以來都在試圖精確感測被高爾夫者敲擊的移動球體的物理特性，藉以分析飛行中的球體，或使用感測數值以影像形式實現飛行中的球體，藉以將結果應用至模擬高爾夫，例如所謂的螢幕高爾夫。

尤其是，當球體被敲擊而飛行時，球體相對於三維(3D)空間的軸是以非常快地速度轉動，因而很難量測球體旋轉，並需要很昂貴的設備以精確量測球體的旋轉。用以量測球體旋轉的代表性方法是使用雷達感測器的方法。

然而，這種昂貴的感測設備不適合在所謂螢幕高爾夫中或在練習場上用於分析飛行中球體的一般用途感測裝置，是依據高爾夫球桿的揮擊以感測飛行中的球體，計算球體軌跡，並依據所計算的軌跡提供虛擬高爾夫球場上的高爾夫模擬。需要一種快速且精確感測球體旋轉的技術，而且是在相當不貴且低性能系統中。

因此，本發明是有鑒於上述問題而做成，並且本發明的目的在於提供一種供感測移動球體的裝置及其方法，是從移動球體的連續影像中提取標示於球體上之例如商標、標記等等的特徵部，而連續影像是以預設照相機實現之影像獲取器而獲取，並且基於特徵部計算球體的轉動的旋轉軸及旋轉量，因而球體的旋轉是用低運算量而簡單、快速且精確地計算，藉以達成在相對低性能的系統中快速且穩定之球體的計算。

依據本發明的特點，上述及其他目的達成是藉提供一種供感測移動球體的裝置，用以獲取並分析移動球體的影像以計算移動球體的旋轉，該裝置包含：一影像獲取器，用以依據一球體的移動，獲取球體的連續影像，該球體包括具有標示一預設特徵部於其上的一表面；一影像處理器，用以從該影像獲取器所連續獲取的每個影像中只提取一球體部的一特徵部；以及一旋轉計算器，用以依據藉由使用一隨機旋轉軸及旋轉量至構成一第一影像上一球體部的一特徵部的像素的位置資訊所獲得的結果，比較並分析一特徵部的每個像素的位置資訊、以及比較並分析構成一第二影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊，而該第一影像是當作二連續所獲取影像中的一先前獲取影像，而該第二影像是當作該二連續所獲取影像中的一下一獲取影像，藉以依據從該第一影像至該第二影像的球體移動，計算一旋轉軸及旋轉量。

依據本發明的另一特點，提供一種供感測移動球體的裝置，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該裝置包括：一影像獲取器，用以依據一球體的移動，獲取球體的連續影像，該球體包括具有標示一預設特徵部於其上的一表面；一影像處理器，用以從該影像獲取器所連續獲取的每個影像中提取一球體部的一特徵部，並從該球體部中提取一特徵部，以備妥每個該等連續影像的一特徵部影像；以及一旋轉計算器，用以計算一3D空間中的一旋轉軸及旋轉量，藉以將二連續特徵部影像之一先前獲取影像的一特徵部轉換成一後續獲取影像的一特徵部。

依據本發明的另一特點，提供一種感測移動球體的方法，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該方法包括：依據一球體的移動獲取連續影像，該球體具有一表面，該表面具有標示於其上的 一預設特徵部；提取標示於每個該等連續獲取影像的一球體部的一側上的特徵部；依據藉由使用一隨機旋轉軸及旋轉量至構成一第一影像上一球體部的一特徵部的像素的位置資訊所獲得的結果，計算一特徵部的每個像素的位置資訊，該第一影像是當作一移動球體的二連續獲取影像中的一先前獲取影像；以及依據使用該隨機旋轉軸及旋轉量所獲得的結果，比較並分析構成一第二影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊、以及依據使用該隨機旋轉軸及旋轉量所獲得的結果之該特徵部的每個像素的位置資訊，藉以依據從該第一影像至該第二影像的球體移動，計算一旋轉軸及旋轉量。

依據本發明的另一特點，提供一種感測移動球體的方法，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該方法包括：獲取對應於一球體的移動的連續影像，該球體具有一表面，該表面具有標示於其上的一預設特徵部；從每個該等連續獲取影像，由一球體部中提取一特徵部，藉以備妥一特徵部影像；以及在一3D空間中尋找一旋轉軸及旋轉量，用以使二連續獲取影像的一第一影像的一特徵部轉換成一第二影像的一特徵部。

依據本發明的供感測移動球體的裝置及其方法可從移動球體的連續影像中提取標示於球體上之例如商標、標記等等的特徵部，而連續影像是以預設照相機實現之影像獲取器而獲取，並且基於特徵部計算移動球體的旋轉軸及旋轉量，因而球體的旋轉是用低運算量而簡單、快速且精確地計算，藉以達成在非常低性能的系統中快速且穩定之球體的計算。

10‧‧‧球體

21、22、23‧‧‧球體部

100‧‧‧影像獲取器

110‧‧‧第一照相機

120‧‧‧第二照相機

200‧‧‧影像處理器

210‧‧‧球體影像提取器

211、212、213‧‧‧球體影像

230‧‧‧球體特徵部提取器

300‧‧‧旋轉計算器

310‧‧‧位置校正器

320‧‧‧隨機旋轉施加器

330‧‧‧旋轉決定器

C‧‧‧中心點

d‧‧‧方向

F1、F2、F3‧‧‧特徵部

G‧‧‧地表面

FC1、FC2‧‧‧特徵部

p‧‧‧平面

S10~S72‧‧‧步驟

藉由參考以下詳細說明連結所附圖式將會更加了解本發明的特點以及許多優點，其中：第1圖是顯示依據本發明實施例之供感測移動球體的裝置的方塊示意圖；第2圖是使用第1圖所示元件由影像擷取以計算球體旋轉的元件功能 的解釋的示意圖；第3圖是顯示依據本發明實施例的移動球體以及當作影像獲取器以立體方式配置的二照相機的示意圖；第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)是連續獲取影像的來源影像；第5圖(a)、第5圖(b)及第5圖(c)是用於從第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)所示來源影像中分別提取球體部的程序的解釋的示意圖；第6圖是用於用以提取第5圖的球體部的示範的典型提取方法的解釋的示意圖；第7圖(a)、第7圖(b)及第7圖(c)是分別顯示第5圖(a)、第5圖(b)及第5圖(c)所示提取球體部影像的正規化影像；第8圖(a)及第8圖(b)是分別從連續二來源影像中提取的球體部影像的正規化影像，而第8圖(c)及第8圖(d)顯示從第8圖(a)及第8圖(c)所示之影像中提取的特徵部影像；第9圖是用於計算移動球體旋轉的解釋的示意圖；第10圖及第11圖是用於用以對照相機的位置及方向進行校正以計算球體的旋轉的原理的解釋的示意圖；以及第12圖是用於依據本發明實施例之感測移動球體的方法的解釋的流程圖。

[最佳模式]

下文中，將參考所附圖式詳細說明供感測移動球體的方法及裝置的示範性實例。

本發明可基本上配置成經由預設的照相機，對被使用者的高爾夫球桿敲擊的高爾夫球(此後稱作球體)照像，藉以分析擷取影像並計算飛行中球體的旋轉。在此，照相機可為三維(3D)照相機或立體照相機，是用複數個照相機以立體方式而配置，並可配置成將球體影像的二維(2D)座標轉換成3D座標，反之亦然。

此外，依據本發明供感測移動球體的方法及裝置可應用到不同領域，例如依據使用者的高爾夫揮桿分析敲擊球體，使用虛擬實境模擬器的虛擬高爾夫等等。

首先，參考第1圖及第2圖以說明依據本發明實施例之供感測移動球體的裝置。

如第1圖及第2圖所示，依據本發明實施例之供感測移動球體的裝置包括影像獲取器100、影像處理器200以及旋轉計算器300。

影像獲取器100可為照相機裝置，也可為經由3D照相機裝置或包含多照相機之立體照相機而實現，如背景技術中所述。第1圖顯示影像獲取器100是用包含第一照相機110及第二照相機120之立體照相機實現。

影像處理器200是一種從影像獲取器100所獲取的每個影像中提取球體影像的元件，而球體影像是對應於球體部的影像，並從球體影像中移除凹紋部及不同雜訊部，用以提取球體影像的特徵部，亦即例如標示於球體上的商標或標記、刮痕等等未指定的標示。

影像處理器200可包含球體影像提取器210及球體特徵部提取器230。

球體影像提取器210配置成從來源影像中提取球體影像，是對應於球體部的影像，而來源影像是藉影像獲取器100所獲得的影像，並提取球體部的中心座標，將詳述於後。

球體特徵部提取器230是一種對球體影像提取器210所提取之每個球體影像的大小、亮度等等進行正規化處理提取標示於影像上的特徵部(亦即未指定的標示，例如標示於球體上的商標或標記、刮痕等等)的元件，將詳述於後。

旋轉計算器300是配置成分析從二隨意連續球體影像中分別提取的特徵部的位置變化，亦即分析預設三維(3D)空間中的旋轉軸及旋轉量，藉此，先前獲取影像的特徵部被轉換成下一獲取影像上的特徵部，藉以計算球體的最終旋轉軸及旋轉量資訊。如第1圖及第2圖所示，旋轉計算器300包括位置校正器310、隨機旋轉施加器320及旋轉決定器330。

位置校正器310可在當二連續影像是在相對應位置及相同角度上觀看時，針對球體的旋轉計算，方便旋轉計算，藉以精確計算旋轉，以下將詳細說明。

依據本發明，分析基本上是以連續照像移動球體的影像中的影像為單位而進行。當先前獲取影像是指第一影像，而下一獲取影像是指第二影像時，用以擷取第一影像的某一點的球體狀態被轉換成用以擷取第二影像的某一點的球體狀態時的旋轉可被計算，而且詳細而言，可使用計算旋轉軸及旋轉量的方法，用以使第一影像中的特徵部的位置被轉換成第二影像中的特徵部的位置而計算。

隨機旋轉施加器320提取並施加隨機旋轉軸及旋轉量資訊，藉以計算旋轉軸及旋轉量，使第一影像上的特徵部的的位置被轉換成第二影像上的特徵部的的位置。因此，旋轉決定器330可決定，隨機旋轉施加器320所施加的隨機旋轉軸及旋轉量資訊是否靠近目標旋轉軸及旋轉量資訊，藉以計算旋轉資訊。

亦即，直到最終旋轉資訊被計算出之前，每次隨機旋轉施加器320提取並施加隨機旋轉軸及旋轉量資訊，且旋轉決定器330檢驗施加結果並決定最適合的隨機旋轉資訊當作最終旋轉資訊，底下將詳細說明。

如第3圖所示，位置資訊可從球體影像中基於地表面G的i、j、k座標系統，依據球體10的移動，在球體影像被第一照相機110及第二照相機120個別獲取時的位置而獲得。

亦即，每個第一照相機110及第二照相機120可為具有立體配置的影像擷取裝置，且可從經由二照相機藉相同物體照像所獲取的影像中，提取物體的3D座標資訊，亦即，第一照相機110及第二照相機120。在第3圖中，隨著球體10從第一位置移動到第二位置，第一位置的座標資訊(x,y,z)以及第二位置的座標資訊(x’,y’,z’)可被提取。此時，第一照相機110及第二照相機120是固定。因此，第一照相機110及第二照相機120的位置座標可被辨識且可一直是固定。

在此狀態中，任一照相機的某些連續獲取影像可顯示於第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)。

亦即，第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)顯示只有球體部21、22、23留下時的影像，是從對移動球體在某一視角內經由固定照相機在預設時間間隔下照像所獲取的影像中，藉使用差分影像以移除背景部等等。

如第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)所見，目前的狀態是球體在左對角方向上飛行。如第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)所見，當球體靠近照相機時，觀看到的球體被放大成如第4圖(a)所示的球體部21，接著球體逐漸離開照相機，觀看到的球體變得更小，如第4圖(b)及第4圖(c)所示的球體部22、23。

在此，第4圖(a)、第4圖(b)及第4圖(c)所示的影像，亦即，當作移動部的球體部的影像，從一開始獲取的影像中經由差分影像等等除移背景部及許多干擾部後所留下，是當作來源影像。

關於來源影像上的球體部21、22、23，標示在球體表面上的特徵部F1、F2、F3的位置是隨球體轉動而改變。

在此，所關注的物體是球體上的特徵部F1、F2、F3。對此，特徵部F1、F2、F3可被精確提取，且特徵部F1、F2、F3的位置改變可被分析以計算球體的旋轉。

為此，必須有效的只提取球體部21、22、23的影像，亦即只有來自來源影像的球體影像，如第4圖所示。

第5圖(a)、第5圖(b)及第5圖(c)顯示從每個來源影像中只提取球體部的程序。首先，球體部21、22、23被精確的從來源影像中提取，使得球體部21的中心點C是球體影像211的中心部，而球體部21的輪廓本質上是對應到球體影像211的輪廓，如第6圖所示。

從個別來源影像中只提取球體部21、22、23所獲得的影像，亦即球體影像211、212、213，是具有對應於個別來源影像上球體位置的大小，並且因此具有不同大小。標示在個別來源影像上的球體影像211、212、213是依據與照相機的距離藉照明而有不同的影響，並且因此對於每個個別球體影像，亮度也變動。

為了精確提取球體特徵部，必須均等化球體影像211、212、213的大小，並正規化球體影像211、212、213的亮度。

第7圖(a)、第7圖(b)及第7圖(c)顯示包含對應於第5圖(a)、第5圖(b)及第5圖(c)的球體影像的影像，而其大小及亮度已被正規化。

亦即，球體影像211、212、213可依據個別預設大小而被放大或縮小，或者留下的球體影像可基於球體影像211、212、213的任意其中之一而被放大或縮小，亦即，正規化處理可對每個球體影像進行，藉以均等化球體影像211、212、213的大小。

此外，正規化處理可使用構成球體部的所有像素的平均值而對每個球體影像進行，藉以均等化球體影像的整個亮度。

如上所述，在對每個球體影像完成正規化後，使用球體特徵部提取器的球體特徵部提取是對每個正規化球體影像進行，如第8圖所示。

亦即，當第8圖(a)的球體影像是第一球體影像且第8圖(b)的球體影像是第二球體影像時，第一球體影像是二連續獲取影像中的第一獲取影像，而第二球體影像是二連續獲取影像中的第二獲取影像。第8圖(c)顯示具有從第一球體影像中完全提取特徵部F1所獲得的特徵部FC1的第一特徵部影像。第8圖(d)顯示具有從第二球體影像中完全提取特徵部F2所獲得的特徵部FC2的第二特徵部影像。

在此，特徵部可使用不同影像處理方式而提取，例如差分影像方式等等。

當具有提取特徵部FC1、FC1的特徵部影像已備妥時，計算移動球體旋轉資訊的程序是使用旋轉計算器而進行。

在此，球體的旋轉可藉基於i軸、j軸及k軸座標系統計算3D空間中關於旋轉軸的座標資訊，以及相對於旋轉軸用於轉動的角度，亦即關於旋轉量的資訊，而被計算，如第9圖所示。

如第9圖所示，在3D空間中用以代表轉動運動的成分是包括傾斜角(pitch)、擺動角(yaw)、滾動角(roll)(例如，當旋轉軸對應於k軸時，球體只具有側面旋轉，而當旋轉軸對應於i軸時，球體只具有向後旋轉或向前旋轉)。此外，當i軸方向的轉動成分為θ，j軸方向的轉動成分為λ且k軸方向的轉動成分為ρ時，，目標旋轉的向量可依據以下的方程式1表示。

基於旋轉向量(ω)，旋轉軸資訊及旋轉量資訊可分別依據以下的方程2及方程式3計算。在此，α是旋轉量資訊。

因此，旋轉軸及旋轉量資訊可藉計算θ當作移動球體的旋轉的擺動角(yaw)轉動成分，λ是滾動角(roll)轉動成分且ρ是傾斜角(pitch)轉動成分而獲得。

旋轉軸及旋轉量資訊可從球體影像中提取的特徵部而獲得，如第7圖所示。

亦即，如第8圖所示，旋轉軸及旋轉量資訊可使用該二連續球體影像的特徵部影像(第8圖(c)及第8圖(d))而提取。

為此，首先，必須校正構成特徵部的每個像素的位置資訊。

亦即，關於照相機所獲取影像上的球體的位置，旋轉軸及旋轉量是依據照相機所朝向的方向而看起來不相同，因而必須精確建立參考，並基於該參考以計算絕對旋轉軸及旋轉量。為此，照相機的位置及方向資訊可被校正成如同連續獲取影像上的個別球體是在相對於照相機的相同位置及方向上觀看，藉以精確計算球體的旋轉資訊。

第10圖及第11圖是解釋上述位置校正原理的示意圖。

依據本發明的感測裝置及方法是從二連續影像的特徵部的位置變化以計算旋轉資訊。為了精確計算旋轉資訊，一對的連續影像必須是在相同位置及方向上觀看。亦即，必須校正連續獲取影像，如同影像上的個別球體是在相對於照相機的相同位置及方向上觀看，而照相機是與球體一起移動(穿越的球體是一直被固定的照相機所照像)。

當作建立照相機的位置及方向的參考的實例，如第10圖所示，當球體10是在方向d上移動時，平行於地表面G的向量成分並包含正交於於對應於球體10前進的方向的向量成分Bj的平面p的方向Bi是可被建立成參考。

亦即，在第11圖中，必須產生位置校正資訊，用以校正照相機10的位置及方向，並使用位置校正資訊至旋轉資訊，如同對於每個個別位置，照相機10所獲取的影像是在平行於地表面G且垂直於球體10於其方向上移動的向量成分Bj的向量成分Bi的方向上觀看。

位置校正可藉使用固定照相機的座標資訊以及球體的中心座標資訊，以校正相對於照相機觀看球體的角度而達成，是眾所周知。位置校正可藉使用關於要被校正的一部分的資訊至每個提取特徵部中的像素的位置座標而達成，而非實際上校正影像。

構成第一特徵部FC1(參考第8圖)的每個像素的位置資訊是被轉換成3D位置資訊，結果數值是藉使用上述位置校正資訊及使用隨機旋轉軸及旋轉量至3D位置資訊而獲得，然後結果資訊是被再次轉換成2D位置資訊。

比較已轉換的2D位置資訊以及構成第二特徵部的像素的位置資訊，當2D位置資訊是對應於構成第二特徵部的像素的位置資訊時，所使用的隨機旋轉軸及旋轉量資訊可為精確的目標旋轉軸及旋轉量資訊。

照樣的如上所述，依據本發明的感測裝置及方法可重複使用隨機旋轉軸及旋轉量資訊以獲得位置資訊，並可發現在預設程度或高於預設程度對應於所獲得的位置資訊的旋轉軸及旋轉量資訊，藉以計算最終旋轉資訊。

這是依據以下方程式而表示。

這可藉依據以下的方程式4及5轉換構成每個第一及第二特徵部的像素的位置資訊成3D位置資訊而表示。

方程式4 PC1set_3D=C1*P1set_3D

方程式5 PC2set_3D=C2*P2set_3D

在方程式4及5中，PC1set_3D是藉轉換PC1set成3D座標資訊所獲得的矩陣，其中PC1set是第一特徵部FC1上每個像素的座標(2D座標)之矩陣(參考第8圖)。

PC2set_3D是藉轉換PC2set成3D座標資訊所獲得的矩陣，其中PC2set是第二特徵部FC2上每個像素的座標(2D座標)之矩陣(參考第8圖)。

C1及C2是依據第10圖及第11圖所示的原理計算以當作位置校正資訊的轉動矩陣，C1是用以校正第一特徵部的像素的位置座標，而C2是用以校正第二特徵部的像素的位置座標。

PC1set_3D是藉校正第一特徵部的像素的3D座標之位置所獲得的矩陣，而PC2set_3D是藉校正第二特徵部的像素的3D座標之位置所獲得的矩陣。

當作目標最終旋轉資訊的旋轉軸向量是ω而且旋轉量是α時，轉動矩陣R(ω,α)可使用ω以及α而計算。R(ω,α)的關聯，以及藉轉換個別特徵部的像素的位置成3D座標資訊所獲得的PC1set_3D與PC2set_3D，滿足以下的方程式6。

方程式6 R(ω,α)*PC1set_3D=PC2set_3D

上述的方程式4及5可被取入上述的方程式6而獲得以下方程式7所代表的關聯。

方程式7 PC2set_3D=C2T*R(ω,α)*C1*P1set_3D

在此，C2T是矩陣C2的轉置(transpose)。

依據上述方程式7，第一特徵部的像素的位置資訊可被轉換成3D位置資訊，且最後數值可藉使用位置校正資訊並使用旋轉資訊至3D位置資訊而獲得。亦即，隨機旋轉資訊可被代入R(ω,α)，當作上述方程式7中的最終旋轉資訊。

當Tset_3D是藉將使用隨機旋轉軸ω'及隨機旋轉量α'當作隨機旋轉資訊所計算的轉動矩陣R(ω',α')代入上述方程式7中所獲的結果時，以下的方程式8被滿足。

方程式8 Tset_3D=C2T*R(ω',α')*C1*P1set_3D

當Tset是藉轉換依據上述方程式8所計算的Tset_3D成2D座標而獲得時，如果Tset及P2set相互對應，則R(ω',α')及R(ω,α)具有相同的數值，因而R(ω',α')當作隨機旋轉資訊，R(ω',α')可被決定成最終旋轉資訊。

亦即，使用至最靠近P2set的Tset的隨機旋轉資訊，亦即，在使用不同隨機旋轉資訊的複數個Tset中具有最高相似度是可被決定成最終旋轉資訊。

亦即，如果比較Tset及P2set並計算具有相對應位置座標的像素的數目，而當相對應像素的數目等於或大於預設程度，或如果Tset的像素以及P2set的像素之間的相似度是依據預設函數而計算，是等於或大於預設程度，則使用到相對應Tset的隨機旋轉資訊是最終旋轉資訊。

在此，相似度可被決定，例如，基於相對應像素的數目對所有像素的比例。

將參考第12圖以說明上述計算移動球體的旋轉的程序。

首先，移動球體的連續影像被獲取(S10)，且背景部等等是從所獲取的影像中移除以提取個別來源影像(S12)。

此外，球體部是從每個來源影像中找出，以提取球體影像(S20)，且球體特徵部是從每個球體影像中提取以備妥個別特徵部影像(S30)。

當連續特徵部影像中的二影像的先前影像是被指定成第一特徵部影像且該二影像中的下一影像是被指定成第二特徵部影像時，可使用構成第一特徵部影像上第一特徵部的像素的位置資訊以及構成第二特徵部影像上第二特徵部的像素的位置資訊，計算旋轉。

亦即，構成第一特徵部的像素的位置資訊被轉換成3D位置資訊(S42)，且且位置校正資訊是使用至3D位置資訊(S44)。

此外，隨機旋轉軸及旋轉量是被提取並使用至3D位置資訊(S52)，且3D位置資訊被再次轉換成2D位置資訊(S54)。

在步驟S54中轉換的2D位置資訊是與構成第二特徵部的像素的位置資訊被轉換成3D位置資訊作比較(S62)。當具有相對應位置座標的像素的數目被計算時，而如果數目等於或大於預設數目(S64)，所使用的隨機旋轉軸及旋轉量被決定成最終旋轉軸及旋轉量(S72)。

當所計算的「相對應像素數目」未達到預設數目時，使用其他隨機旋轉軸及旋轉量以重複S52、S64、S62、S64等等的操作，而當「相對應像素數目」為最高時，隨機旋轉軸及旋轉量被決定成最終旋轉軸及旋轉量。

在此，第12圖顯示當「相對應像素數目」是等於或大於預設數目時，隨機旋轉軸及旋轉量是最後被選取。然而，本發明本未受限於此。例如，預設數目可不為相對於「相對應像素數目」，不同隨機旋轉資訊可重複使用，且當「相對應像素數目」是最高時，最後可選取隨機旋轉資訊。

此外，除了由像素的數目選取最終旋轉資訊，相似度可依據一函數而計算，且最終旋轉資訊可依據相似度而選取。

考慮到用於使用隨機旋轉軸時所有的傾斜角轉動成分、擺動角轉動成分、滾動角轉動成分，如第9圖所示，可意指考慮到極大數目，用以提取隨機旋轉軸及旋轉量。因此，用於隨機旋轉軸的限制範圍可被合理的設定。而且，用於隨機旋轉量的限制範圍可針對使用隨機旋轉量而被合理的設定。然後，隨機旋轉軸及旋轉量資訊可主要地在限制範圍內被提取，以大幅降低要考慮的狀況數目，並大幅降低運算量，藉以快速計算旋轉。

亦即，用於提取隨機旋轉軸及旋轉量的限制條件可考慮球體移動的特性以及照相機的圖框速率而設定，藉以快速計算旋轉。

當高爾夫球被高爾夫球桿敲擊到時，傾斜角轉動成分及擺動角轉動成分，在旋轉的三個轉動成分中可強烈地被呈現，而滾動角轉動成分是未出現或幾乎被忽略，如第9圖所示。

亦即，當高爾夫球被敲擊，左側及右側旋轉以及正向及反向旋轉被實現，且滾動角轉動成分依據球體的前進方向而不出現或幾乎被忽略。

因此，隨機旋轉軸可只考慮傾斜角轉動成分及擺動角轉動成分而選取，不考慮滾動角轉動成分到某種程度，因而要考慮的狀況數目可大幅降低。

當高爾夫球被高爾夫球桿敲擊到時，從某一圖框的獲取影像的球體狀態到後續圖框的獲取影像的球體狀態，在旋轉程度上是有限制。

亦即，既然轉動的最大旋轉依據使用者擊球是有限制，而且照相機，用以獲取影像的圖框速率是有限制，所以針對隨機旋轉量，要考慮的狀況數目可大幅降低。

因此如上所述，針對隨機旋轉軸及旋轉量的限制範圍可被預設以降低院算量，藉以快速計算旋轉。

到此，已經說明關於在連續獲取影像中只有二影像的計算旋轉資訊的程序。另一情形是，每秒數十個圖框到數千個圖框可依據照相機而獲取，而且上述旋轉計算程序可對所有多個連續影像或某些連續影像而進行。

亦即，上述旋轉計算程序可對包括二連續獲取影像的先前獲取影像及後續獲取影像的多對影像而進行，藉以獲得多個旋轉資訊。多個旋轉資訊可稍微不同且可依據預設函數而收集(例如，提取平均值或只提取具有高相似度的數個數值的平均值)，藉以計算最終旋轉資訊，或在所計算的多個旋轉資訊中具有最高相似度的旋轉資訊可被選取成當作最終旋轉資訊。

[發明模式]

用以實現本發明的不同實施例是已經用實現本發明的最佳模式而說明。

[產業利用性]

依據本發明之供感測移動球體的裝置及其方法可應用於關於高爾夫訓練的工業領域，包含依據高爾夫揮桿分析飛行中的高爾夫球，是一種所謂的螢幕高爾夫工業領域，提供虛擬實境模擬，讓使用者遊玩虛擬高爾夫遊戲等等。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

100‧‧‧影像獲取器

110‧‧‧第一照相機

120‧‧‧第二照相機

200‧‧‧影像處理器

210‧‧‧球體影像提取器

230‧‧‧球體特徵部提取器

300‧‧‧旋轉計算器

310‧‧‧位置校正器

320‧‧‧隨機旋轉施加器

330‧‧‧旋轉決定器

Claims (19)

1. 一種供感測移動球體的裝置，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該裝置包括：一影像獲取器，用以依據一球體的移動，獲取球體的連續影像，該球體包括具有標示一預設特徵部於其上的一表面；一影像處理器，用以從該影像獲取器所連續獲取的每個影像中只提取一球體部的一特徵部；以及一旋轉計算器，用以依據藉由使用一隨機旋轉軸及旋轉量至構成一第一影像上一球體部的一特徵部的像素的位置資訊所獲得的結果，比較並分析之一特徵部的每個像素的位置資訊，以及比較並分析構成一第二影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊，而該第一影像是當作二連續所獲取影像中的一先前獲取影像，而該第二影像是當作該二連續所獲取影像中的一下一獲取影像，藉以依據從該第一影像至該第二影像的球體移動，計算一旋轉軸及旋轉量。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之供感測移動球體的裝置，其中該影像獲取器是以一三維(3D)照相機或一立體照相機而實現，而該立體照相機是由複數個照相機安置在相對於相同球體的不同位置上而配置。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之供感測移動球體的裝置，其中該影像處理器包括：一球體影像提取器，用以尋找該影像獲取器所獲取之一影像上的一球體部，並提取該球體部，當作具有一預設大小的一影像；以及一球體特徵部提取器，用以從該球體影像中提取該特徵部，藉以備妥一球體特徵部影像。
4. 依據申請專利範圍第3項所述之供感測移動球體的裝置，其中：該球體影像提取器分別針對該第一影像及該第二影像提取一第一球體影像及一第二球體影像；以及 該旋轉計算器計算一旋轉軸及旋轉量，用以將該第一特徵部影像轉換成第二特徵部影像，同時該球體特徵部分別針對該第一球體影像及該第二球體影像提取器提取一第一特徵部影像及一第二特徵部影像。
5. 依據申請專利範圍第2項所述之供感測移動球體的裝置，其中該旋轉計算器包含：一隨機旋轉施加器，用以將構成該第一影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊轉換成3D位置資訊，並施加一隨機旋轉軸及旋轉量至該3D位置資訊，且再次將該3D位置資訊轉換成2D位置資訊，藉以計算隨機旋轉特徵部資訊；以及一旋轉決定器，用以相互比較該隨機旋轉特徵部與該第二影像上一球體部的一特徵部，藉以計算相似度，並當該相似度等於或大於一預設值時，決定相對應旋轉軸及旋轉量資訊當作最終旋轉軸及旋轉量資訊。
6. 依據申請專利範圍第2項所述之供感測移動球體的裝置，其中該旋轉計算器包含：一隨機旋轉施加器，用以將構成該第一影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊轉換成3D位置資訊，並施加一隨機旋轉軸及旋轉量至該3D位置資訊，且再次將該3D位置資訊轉換成2D位置資訊，藉以計算隨機旋轉特徵部資訊；以及一旋轉決定器，用以比較該隨機旋轉特徵部的資訊與構成該第二影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置，藉以計算相對應像素的數目，並當該相對應像素的數目等於或大於一預設值時，決定相對應旋轉軸及旋轉量資訊當作最終旋轉軸及旋轉量資訊。
7. 依據申請專利範圍第5項或第6項所述之供感測移動球體的裝置，其中該旋轉計算器進一步包含一位置校正器，用以計算供校正一照相機的位置及方向的位置校正資訊，如同連續獲取影像上的個別球體是在相對於該照相機的相同位置及方向上看到，並使用該位置校正資訊至構成每個特徵部影像上一特徵部的每個像素的位置資訊。
8. 依據申請專利範圍第5項或第6項所述之供感測移動球體的裝置，其中該隨機旋轉施加器依據一預設限制條件，考量球體移動的特性以及該照相機的圖框速率以選擇並使用一隨機旋轉軸及旋轉量。
9. 一種供感測移動球體的裝置，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該裝置包括：一影像獲取器，用以依據一球體的移動，獲取球體的連續影像，該球體包括具有標示一預設特徵部於其上的一表面；一影像處理器，用以從該影像獲取器所連續獲取的每個影像中提取一球體部的一特徵部，並從該球體部中提取一特徵部，以備妥每個該等連續影像的一特徵部影像；以及一旋轉計算器，用以計算一3D空間中的一旋轉軸及旋轉量，藉以將二連續特徵部影像的一先前獲取影像的一特徵部轉換成一後續獲取影像的一特徵部。
10. 一種感測移動球體的方法，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該方法包括：依據一球體的移動獲取連續影像，該球體具有一表面，該表面具有標示於其上的一預設特徵部；提取標示於每個該等連續獲取影像的一球體部的一側上的特徵部；依據藉由使用一隨機旋轉軸及旋轉量至構成一第一影像上一球體部的一特徵部的像素的位置資訊所獲得的結果，計算一特徵部的每個像素的位置資訊，該第一影像是當作一移動球體的二連續獲取影像中的一先前獲取影像；以及比較並分析構成一第二影像上一球體部的一特徵部的每個像素的位置資訊、以及依據使用該隨機旋轉軸及旋轉量所獲得的結果之該特徵部的每個像素的位置資訊，藉以依據從該第一影像至該第二影像的球體移動，計算一旋轉軸及旋轉量。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之感測移動球體的方法，其中該提取特徵部包括：針對所提取的特徵部，將構成每個特徵部的像素的位置資訊轉換成三維(3D)位置資訊；以及計算位置校正資訊，用以校正一照相機的位置及方向，如同連續獲取影像上的個別球體是在相對於該照相機的相同位置及方向上看到，其中該位置校正資訊是使用至已轉換的3D位置資訊，藉以使用該隨機旋轉資訊並計算旋轉資訊。
12. 依據申請專利範圍第10項或第11項所述之感測移動球體的方法，其中依據使用隨機旋轉軸及旋轉量所獲得的結果計算特徵部的每個像素的位置資訊包括：將構成該第一影像上特徵部的每個像素的位置資訊轉換成3D位置資訊；提取隨機旋軸及旋轉量資訊並使用該隨機旋軸及旋轉量資訊至已轉換的3D位置資訊；將被供應該隨機旋軸及旋轉量的該3D位置資訊轉換成2D位置資訊，藉以計算隨旋轉特徵部資訊。
13. 依據申請專利範圍第10項或第11項所述之感測移動球體的方法，其中依據從該第一影像傲該第二影像的球體移動計算旋轉軸及旋轉量包括：比較依據使用一隨機旋轉軸及旋轉量所獲得之結果之該特徵部的每個像素的位置資訊、以及構成該第二影像上球體部的特徵部的每個像素的位置資訊，藉以計算相對應像素的數目或相似度；以及當該相似度等於或大於一預設數值或相對應像素的數目等於或大於一預設數值時，決定相對應旋轉軸及旋轉量資訊，當作最終旋轉軸及旋轉量資訊。
14. 依據申請專利範圍第12項所述之感測移動球體的方法，其中使用至已轉換的3D位置資訊的該隨機旋轉軸資訊包括從依據相對於一物體的轉 動時滾動角(roll)方向、傾斜角(pitch)方向、擺動角(yaw)方向中的二成分的一範圍中，隨機選取的旋轉軸資訊。
15. 依據申請專利範圍第12項所述之感測移動球體的方法，其中使用至已轉換的3D位置資訊的該隨機旋轉量資訊包括依據針對被使用者敲擊而轉動的最大旋轉限制以及用以擷取影像的一照相機的一圖框速率，從一預設範圍中隨機選取的旋轉量資訊。
16. 一種感測移動球體的方法，用以獲取並分析移動球體之影像而計算移動球體之旋轉，該方法包括：依據一球體的移動獲取連續影像，該球體具有一表面，該表面具有標示於其上的一預設特徵部；從每個該等連續獲取影像，由一球體部中提取一特徵部，藉以備妥一特徵部影像；以及在一3D空間中尋找一旋轉軸及旋轉量，用以使二連續獲取影像的一第一影像的一特徵部轉變至一第二影像的一特徵部。
17. 依據申請專利範圍第16項所述之感測移動球體的方法，其中尋找旋轉軸及旋轉量包括計算位置校正資訊，用以校正一照相機的位置及方向，如同連續獲取影像上的個別球體是在相對於該照相機的相同位置及方向上看到，並使用該位置校正資訊至構成每個特徵部影像上特徵部的每個像素的位置資訊。
18. 依據申請專利範圍第16項所述之感測移動球體的方法，其中尋找旋轉軸及旋轉量包括：使用隨機旋轉軸及旋轉量的隨機旋轉資訊至構成二連續獲取影像中的一第一獲取影像的一特徵影像上一特徵部的每個像素的位置資訊；比較使用隨機旋轉資訊的該等像素的位置資訊、以及構成該二連續獲取影像中一第二獲取影像的一特徵部影像上一特徵部的每像素的位置資 訊；以及當使用該旋轉資訊的位置資訊類似於構成該第二特徵部影像上一特徵部的每個像素的位置資訊達到一預設程度時，決定該隨機旋轉資訊的旋轉軸及旋轉量當作最終旋轉軸及旋轉量資訊。
19. 依據申請專利範圍第18項所述之感測移動球體的方法，其中尋找旋轉軸及旋轉量包括：使用該隨機旋轉資訊至複數對的每個，各該對具有二連續影像的一先前獲取影像以及一後續獲取影像；比較位置資訊；以及收集藉由依據一預設函數執行決定最終旋轉軸及旋轉量所計算的複數個旋轉資訊，以計算移動球體的旋轉資訊。