TWI694851B - 虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置與虛擬跑步系統 - Google Patents

虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置與虛擬跑步系統 Download PDF

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Abstract

本發明的課題為提供一種虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置，該裝置是能夠以簡易的構成且以精確地同步的狀態來取得所拍攝的行走路線的影像及所測定的關於行走路線的傾斜狀況的訊號，及提供一種虛擬跑步系統，該系統是能夠藉由該影像及梯度訊號取得裝置所取得的行走路線的影像以及與此同步而取得並儲存的關於行走路線的傾斜狀況的訊號，來進行忠實地對應實際行走路線的訓練。本發明用以解決課題的手段為一種虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置，該裝置具備：攝影機構，具有類比聲音輸入端子及記憶機構，並拍攝行走路線的影像以取得數位影像訊號；傾斜檢測器，在攝影機構進行拍攝的同時檢測行走路線的傾斜狀態並輸出類比梯度訊號；訊號處理機構，將由傾斜檢測器輸出的類比梯度訊號轉換成數位串列訊號；及位準轉換機構，將由訊號處理機構輸出的數位串列訊號進行位準轉換並輸出。攝影機構是構成為將由位準轉換機構透過類比聲音輸入端子所輸入的數位串列訊號進一步進行數位轉換並使該數位串列訊號與數位影像訊號同步並儲存至記憶機構。

Description

虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置與虛擬跑步系統
本發明是有關於一種取得所攝錄的行走路線的影像及該行走路線的梯度訊號之影像及梯度訊號取得裝置以及虛擬跑步系統。
以往，為了使用者能夠不會生厭地進行跑步練習，室內跑步機構成為先將以風景為背景的行走路線錄影成錄影帶，並利用錄放影機將之播放而放映在電視接收器上，同時檢測使用者的行走速度並對應其速度而控制錄影帶的播放速度，如果使用者的速度變快則隨之加快播放速度，反之如果變慢則隨之放慢播放速度(專利文獻1)。
另外，為了使訓練更為逼真，提案有一種配合跑步路徑的圖像而改變使用者的負荷之跑步機(專利文獻2)。
在專利文獻2所記載的跑步機，利用圖像訊號產生機構來產生跑步路徑的圖像，並將之顯示於CRT顯示器上，相應於使用者的跑步速度而將跑步路徑的圖像往跑步方向後方移動，相應於上坡的跑步路徑的顯示，透過將跑步機構的傾斜角度加大或將跑步帶的行走速度加速的方式來增加對於使用者的負荷，或者，相應於下坡的跑步路徑 的顯示，透過將跑步機構的傾斜角度縮小或將跑步帶的行走速度放慢的方式來減少對於使用者的負荷，又，相應於顯示左右方向的訊號的產生，將使用者的圖像與跑步路徑以及障礙物的圖像相對地左右移動而顯示，以上述方式可一邊進行電視遊戲且一邊進行訓練。
先前技術文獻 專利文獻
【專利文獻1】日本特開昭54-159030號公報
【專利文獻2】日本特公平6-9621號公報
發明揭示
然而，專利文獻1所記載的跑步機，並非是配合行走路線的影像而增減對於使用者的負荷的，因此有無法進行對應於實際行走路線的訓練的問題。
又，專利文獻2所記載的跑步機為如果跑步路徑的圖像是坡道的話，其傾斜角度以類比的方式顯示在CRT顯示器的輔助畫面上，相應於所顯示的角度而改變跑步機構的傾斜角度，以增減對於使用者的負荷之跑步機，但並非是實際行走路線的圖像，並且，顯示於輔助畫面上的角度是同步並對應實際行走路線的角度，因此，無法進行對應實際行走路線的訓練的課題未獲解決。
因此，本發明的目的在於提供一種虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置，該裝置是能夠以簡易的構 成且以精確地同步的狀態來取得所拍攝的行走路線的影像及所測定的關於行走路線的傾斜狀況的訊號。
本發明的另一個目的在於提供一種虛擬跑步系統，該系統是能夠藉由該影像及梯度訊號取得裝置所取得的行走路線的影像以及與此同步而取得並儲存的關於行走路線的傾斜狀況的訊號，來進行忠實地對應實際行走路線的訓練。
根據本發明，虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置具備：攝影機構，具有類比聲音輸入端子及記憶機構，並拍攝行走路線的影像以取得數位影像訊號；傾斜檢測器，在攝影機構進行拍攝的同時檢測行走路線的傾斜狀態並輸出類比梯度訊號；訊號處理機構，將由傾斜檢測器輸出的類比梯度訊號轉換成數位串列訊號；及位準轉換機構，將由訊號處理機構輸出的數位串列訊號進行位準轉換並輸出。攝影機構是構成為將由位準轉換機構透過類比聲音輸入端子所輸入的數位串列訊號進一步進行數位轉換並使該數位串列訊號與數位影像訊號同步並儲存至記憶機構。
將在拍攝行走路線時所取得的來自傾斜檢測器之類比梯度訊號轉換成數位串列訊號，並進行位準轉換後輸入於攝影機構的類比聲音輸入端子，藉此該數位串列訊號被識別為類比訊號，並與數位影像訊號同步後儲存。因此，能夠以精確地同步的狀態來取得所拍攝的行走路線的 影像及所測定的關於行走路線的傾斜狀況的訊號。
攝影機構與傾斜檢測器較佳為設置於沿著行走路線以預定速度移動的同一個移動體上。藉此，能夠取得對應實際的行走路線的影像訊號以及該行走路線的梯度訊號。
位準轉換機構較佳為光耦合器等的光隔離機構。藉此，不僅能夠易於進行數位訊號的位準轉換，且因為會進行訊號隔離化，故還能夠避免混入雜訊等。
記憶機構較佳為攝影機構的內部記憶體或是外部記憶體。若為外部記憶體，便可將對應行走路線的影像訊號與該行走路線的梯度訊號直接取出至外部。即便是內部記憶體，只要將該記憶資料複製至外部記憶體，便同樣可取出至外部。
根據本發明，虛擬跑步系統具備：跑步機構，可供使用者在跑步帶上行走；顯示機構，從記憶機構讀取藉由上述的影像及梯度訊號取得裝置所取得的數位影像訊號，並對在跑步帶上行走的使用者顯示；及傾斜角度控制機構，可控制跑步機構的跑步帶的傾斜角度。傾斜角度控制機構是為了讓顯示機構的影像與跑步帶的傾斜角度同步，而讀取儲存於記憶機構的數位串列訊號，並依照讀取的數位串列訊號來控制跑步帶的傾斜角度。
藉由使用上述的虛擬跑步系統，對應於所拍攝的行走路線的影像及與之同步的行走路線的傾斜狀況，能夠以良好的精度來控制跑步帶的傾斜角度，因此可進行忠實 對應實際的行走路線(例如為道路、公園、田野、原野、海岸、登山道等的跑步路徑)之更為逼真的訓練。
根據本發明，能夠以精確地同步的狀態取得所拍攝的行走路線的影像以及所測定的關於行走路線的傾斜狀況的訊號，並且，能夠實現忠實對應實際的行走路線之更為逼真的訓練。
10‧‧‧攝影機
10a‧‧‧攝影部
10b‧‧‧類比聲音輸入端子
10c‧‧‧聲音及圖像處理部
10d‧‧‧記憶部
20‧‧‧傾斜檢測器
30‧‧‧訊號處理機構
40‧‧‧光隔離機構
100‧‧‧影像及梯度訊號取得裝置
200‧‧‧虛擬跑步系統
210‧‧‧顯示機構
220‧‧‧跑步機構
220a‧‧‧跑步帶
220b‧‧‧速度檢測機構
220c‧‧‧速度調整機構
220d‧‧‧角度調整機構
230‧‧‧訊號處理機構
240‧‧‧控制機構
圖1是作為本發明的一實施形態的方塊圖，概略地顯示虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置的構成。
圖2是作為本發明的一實施形態的方塊圖，概略地顯示虛擬跑步系統的構成。
圖3是示意圖，概略地顯示圖2所示的虛擬跑步系統的構成。
符號說明
10‧‧‧攝影機
10a‧‧‧攝影部
10b‧‧‧類比聲音輸入端子
10c‧‧‧聲音及圖像處理部
10d‧‧‧記憶部
20‧‧‧傾斜檢測器
30‧‧‧訊號處理機構
40‧‧‧光隔離機構
100‧‧‧影像及梯度訊號取得裝置
200‧‧‧虛擬跑步系統
210‧‧‧顯示機構
220‧‧‧跑步機構
220a‧‧‧跑步帶
220b‧‧‧速度檢測機構
220c‧‧‧速度調整機構
220d‧‧‧角度調整機構
230‧‧‧訊號處理機構
240‧‧‧控制機構
用以實施發明之最佳形態
圖1概略地顯示作為本發明的一實施形態之虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置100的構成。
如圖1所示，本實施形態中的影像及梯度訊號取得裝置100具備：作為本發明的攝影機構之一例之攝影機10、檢測作為本發明的行走路線之一例之道路的傾斜狀況之傾斜檢測器20、訊號處理機構30，及作為本發明的位準轉換機構之一例之光隔離機構40。該影像及梯度訊號取得裝置100是搭載於以一定速度行走並在道路上移動的移動體(例如為汽車)上且取得影像及梯度訊號。攝影機10具備：攝影部10a，以行走的使用者的視線來拍攝道路以取得數位影像訊號、類比聲音輸入端子10b、聲音及圖像處理部10c，將 輸入在類比聲音訊號中的類比訊號轉換為數位訊號並使該數位訊號與數位影像訊號相互同步的狀態，及作為本發明的記憶機構之一例之記憶部10d，儲存該同步的數位訊號與數位影像訊號。
攝影機10是具有類比聲音輸入端子10b的市售數位攝影機。將該攝影機10安裝在以一定速度(例如10km/h)移動的移動體上，例如在汽車上，並藉由其攝影部10a以行走的使用者的視線拍攝道路風景。利用攝影部10a攝像而取得的數位影像訊號是在受軟體控制的聲音及圖像處理部10c中進行圖像處理並與數位聲音訊號同步的狀態儲存於記憶部10d。
傾斜檢測器20是用以檢測道路的傾斜狀況(梯度)。例如使用OMRON製的線性傾斜檢測器(D5R-L02-15型)作為傾斜檢測器20，但不限定為此。該傾斜檢測器20是與攝影機10一同安裝在同一個移動體上，並構成為在攝影的同時檢測道路的傾斜角度(上坡傾斜角度或下坡傾斜角度)，且輸出對應其角度的類比梯度訊號。
訊號處理機構30在本實施形態中是以PLC(可程式控制器)構成的。該訊號處理機構30是構成為將來自傾斜檢測器20的類比梯度訊號轉換為數位梯度訊號，並進一步轉換為數位串列訊號。
作為光隔離機構40，使用例如光耦合器。該光隔離機構40是構成為對由訊號處理機構30輸入的數位串列訊號進行隔離而進行位準轉換，並將位準轉換成低位準的數 位串列訊號輸入至攝影機10的類比聲音輸入端子。藉由光隔離機構40，可去除雜訊，而可將雜訊引起的影響降為最低。另外，亦可將光隔離機構40的輸入側與輸出側之間電性絕緣。
攝影機10的聲音及圖像處理部10c是將由光隔離機構40經過類比聲音輸入端子10b施加的數位串列訊號更進一步地轉換為數位訊號，並使該數位訊號同步於藉由攝影部10a拍攝的道路之數位影像訊號。如此相互同步的數位訊號與數位影像訊號儲存於記憶部10d。在本實施形態中，利用攝影機10的聲音及圖像處理部10c來同步影像訊號與梯度訊號。藉此，用攝影機10拍攝的道路影像訊號與用傾斜檢測器20檢測的道路梯度訊號可簡單地進行同步化並儲存。另外，在本實施形態中，記憶部10d可為內部記憶體，亦可為外接HDD、USB記憶體、SD卡或MS卡(memory stick)等的外部記憶體。
如以上詳細說明，本實施形態的影像及梯度訊號取得裝置100構成為具備：攝影機10、傾斜檢測器20、訊號處理機構30，及光隔離機構40，並搭載於以一定速度行走並移動在道路上的移動體(例如為汽車)上且取得影像及梯度訊號。藉此，能夠精確地同步並取得藉由攝影機10所拍攝的影像訊號及藉由傾斜檢測器20所檢測的道路梯度訊號，並且，為達成上述功效的構造也是簡易的。該影像訊號及道路梯度訊號可利用於虛擬跑步系統。行走路線除了道路之外，也可適用例如公園、田野、原野、海岸、登山道等 各種跑步路徑。
圖2及圖3概略地顯示虛擬跑步系統200的構成。該虛擬跑步系統200是利用藉由影像及梯度訊號取得裝置100所取得的相互同步的影像訊號與梯度訊號。
如這些圖式所示，虛擬跑步系統200具備：顯示機構210，播放並顯示從攝影機構10的作為記憶部10d的內部記憶體或外部記憶體所讀取的道路的數位影像訊號；跑步機構220，可供使用者在跑步帶220a上步行或跑步；訊號處理機構230；及控制機構240，控制顯示機構210及跑步機構220。
顯示機構210是具備影像播放功能的液晶顯示器或投影機等之影像顯示裝置，並構成為播放並顯示從記憶部10d讀取輸入的道路之數位影像訊號。該顯示機構210設置於例如跑步機構220的前方，可供使用者一邊觀看顯示在顯示機構210的影像一邊在跑步帶220a上進行步行或跑步。
跑步機構220是室內跑步機，且具備：跑步帶220a，用以供使用者進行步行或跑步；速度檢測機構220b，檢測使用者的步行或跑步速度；速度調整機構220c，調整跑步機構220的跑步帶220a的移動速度；及角度調整機構220d，調整跑步帶220a的傾斜角度。
訊號處理機構230是PLC(可程式控制器)。該訊號處理機構230是構成為將來自速度檢測機構220b的類比訊號轉換為數位訊號，進而轉換為數位串列訊號。又，訊號 處理機構230是構成為將已經與所輸入的影像同步的梯度訊號轉換為數位訊號，進而轉換為串列訊號。
控制機構240具備CPU，且藉由執行控制程式來根據藉由速度檢測機構220b檢測出來的使用者的行走速度而控制顯示機構210的影像撥放速度，並控制速度調整機構220c以調整跑步機構220的跑步帶220a之移動速度。並且，根據已與該影像訊號同步的道路的梯度訊號來控制角度調整機構220d以調整跑步機構220的跑步帶220a之傾斜角度。例如，若是上坡道路，根據已與影像訊號同步的梯度訊號而將跑步帶220a的傾斜角度調整成與實際道路相同的傾斜角度；若是下坡道路，根據已與影像訊號同步的梯度訊號而將跑步帶220a的傾斜角度調整成與實際道路相同的傾斜角度。另外，也可以構成為在調整傾斜角度的同時調整跑步帶220a的移動速度。
如以上詳細說明，本實施形態的虛擬跑步系統200，是利用以影像及梯度訊號取得裝置100所取得並儲存的道路的影像訊號以及與之同步的道路的梯度訊號，而藉以逼真地重現實際的道路，且可進行忠實對應實際的道路的訓練。
又，上述的影像及梯度訊號取得裝置100當中，顯示機構210是以具備影像播放功能的液晶顯示器或投影機等之影像顯示裝置為例而加以說明，但本發明並不限定於此。例如也可以將播放部與顯示部構成為個別的構件。
以上所述的實施形態皆為用以例示性地揭示本 發明者，而非為限定性的揭示，本發明亦可藉由其他各種變形態樣及變更態樣而予以實施。因此，本發明的範圍應僅以申請專利範圍及其均等範圍而界定。
產業上之可利用性
本發明可適用於室內跑步機用的行走路線影像的提供以及顯示行走路線影像的室內跑步機之製造。
10‧‧‧攝影機
10a‧‧‧攝影部
10b‧‧‧類比聲音輸入端子
10c‧‧‧聲音及圖像處理部
10d‧‧‧記憶部
20‧‧‧傾斜檢測器
30‧‧‧訊號處理機構
40‧‧‧光隔離機構
100‧‧‧影像及梯度訊號取得裝置

Claims (5)

  1. 一種虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置，其特徵在於具備：攝影機構，具有類比聲音輸入端子及記憶機構，並拍攝行走路線的影像以取得數位影像訊號；傾斜檢測器，在前述攝影機構進行拍攝的同時檢測前述行走路線的傾斜狀態並輸出類比梯度訊號；訊號處理機構，將由前述傾斜檢測器輸出的類比梯度訊號轉換成數位串列訊號；及位準轉換機構，將由前述訊號處理機構輸出的數位串列訊號進行位準轉換並輸出；且前述攝影機構是構成為將由前述位準轉換機構透過前述類比聲音輸入端子所輸入的數位串列訊號，進一步進行數位轉換並使該數位串列訊號與前述數位影像訊號同步並儲存至前述記憶機構。
  2. 如請求項1之影像及梯度訊號取得裝置，其中，前述攝影機構及前述傾斜檢測器設置在同一個移動體，該移動體是沿著前述行走路線以預定速度移動。
  3. 如請求項1之影像及梯度訊號取得裝置，其中，前述位準轉換機構為光隔離機構。
  4. 如請求項1至3中任一項之影像及梯度訊號取得裝置，其中，前述記憶機構為前述攝影機構的內部記憶體或外部記憶體。
  5. 一種虛擬跑步系統，其特徵在於具備：跑步機構，可供使用者在跑步帶上行走；顯示機構，將藉由請求項1至4中任一項之影像及梯度訊號取得裝置所取得的數位影像訊號從前述記憶機構讀取出來，並對在前述跑步帶上行走的前述使用者顯示；及傾斜角度控制機構，可控制前述跑步機構的前述跑步帶的傾斜角度，前述傾斜角度控制機構是為了讓前述顯示機構的影像與前述跑步帶的傾斜角度同步，而讀取儲存於前述記憶機構的數位串列訊號，並依照讀取到的數位串列訊號來控制前述跑步帶的傾斜角度。
TW105102927A 2015-02-20 2016-01-29 虛擬跑步系統用之影像及梯度訊號取得裝置與虛擬跑步系統 TWI694851B (zh)

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