WO2012128572A2 - Virtual golf simulation device, and sensing device and method used in same - Google Patents

Virtual golf simulation device, and sensing device and method used in same Download PDF

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(주) 골프존
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Definitions

  • the present invention relates to a virtual golf simulation apparatus and method, and a sensing apparatus and a sensing method used therein. More specifically, the trajectory of the golf ball hit by the user is simulated by the virtual golf course is simulated by the sensing device
  • the present invention relates to a virtual golf simulation apparatus and method, and a sensing apparatus and a sensing method used therein, which are sensed and simulated in the virtual golf course.
  • the sensing device senses the physical characteristics of the moving golf ball by sensing the moving ball.
  • a technology has been developed to allow a user to enjoy golf in virtual reality.
  • sensing devices such as a sensing device using an infrared sensor, a sensing device using a laser sensor, a sensing device using an acoustic sensor, and a sensing device using a camera sensor are emerging.
  • Research into a sensing device of a camera sensor type that acquires and analyzes an image of a ball has been actively conducted.
  • the present invention simulates the trajectory of the ball by acquiring an image of the user hitting the ball and finding the ball from the ball to calculate the motion trajectory in order to sense that the user using the virtual golf simulation hits the ball with the golf club.
  • it is possible to extract the ball easily and accurately from the image so that the trajectory of the ball can be accurately calculated. It is to provide a golf simulation device, a sensing device and a sensing method used therein.
  • the sensing device used in the virtual golf simulation apparatus the camera unit for obtaining a plurality of images of the frame hitting the ball by the user's swing; And preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the image acquired by the camera unit, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and the size of the ball candidate for the extracted ball candidate.
  • a sensing processing unit including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template.
  • the virtual golf simulation apparatus including a plurality of cameras for acquiring a plurality of frames each for hitting the ball by the user's swing; And preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the images acquired by the respective cameras, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and storing the extracted ball candidate in the size of the ball candidate.
  • a sensing device including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template, and a simulation image of a ball trajectory according to the information extracted from the sensing processing unit. And an image implementing unit.
  • the sensing method for a virtual golf simulation the step of acquiring a plurality of images of the frame hitting the ball by the user's swing; Extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the acquired image; And extracting ball information from the extracted ball candidates by variably matching a stored ball template, which is previously set as a reference image for the ball according to the size of the ball candidate.
  • the present invention simulates the trajectory of the ball by acquiring an image of the user hitting the ball and finding the ball from the ball to calculate the motion trajectory in order to sense that the user using the virtual golf simulation hits the ball with the golf club.
  • it is possible to extract the ball easily and accurately from the image so that the trajectory of the ball can be accurately calculated. It is to provide a golf simulation device, a sensing device and a sensing method used therein.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a screen golf system to which a virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a more detailed configuration of the sensing device illustrated in FIG. 2 and functions of each component.
  • FIG. 4A illustrates an image acquired by a camera unit
  • FIG. 4B illustrates a source image obtained by dividing a region of a predetermined section from the image illustrated in FIG.
  • FIG. 5A illustrates an image of a source image
  • FIG. 5B illustrates an image showing a stationary background image
  • FIG. 5C illustrates an image in which a background image is removed from a source image.
  • FIG. 6A illustrates the ball candidates (C1-1, etc.) of several frames in one image by combining several frames processed as shown in FIGS. 4 and 5, in which ball candidates are extracted.
  • (B) shows the ball template T which is preset and stored as a reference image for the ball.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a sensing method for a virtual golf simulation according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1 and 2 First, a virtual golf simulation apparatus and a sensing apparatus used therein will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a view showing an example of a screen golf system to which the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a block showing the configuration of the virtual golf simulation apparatus applied to the screen golf system shown in FIG. It is also.
  • the virtual golf simulation apparatus is a sensing device (S) for sensing the user hitting the ball (B), and the image of the virtual golf course It is configured to include a simulator (1) for performing a virtual golf simulation by providing a simulation image of the trajectory of the ball in the virtual golf course according to the sensing result of the sensing device (S).
  • a screen golf system to which a virtual golf simulation apparatus is applied has a batter that allows a user to swing a golf on the bottom of a golf booth 2 that provides a predetermined size of space.
  • 110 is provided, the batting mat 120 is provided on one side of the plate at bat 110 so that the user can hit the ball (B) placed on the batting mat 120 in the plate at bat 110 by the golf swing
  • the batter 110 and the hitting mat 120 may be provided on the bottom surface of the golf booth 2, but may be provided on the swing plate 100 as shown in FIG.
  • the swing plate 100 may be inclined at a predetermined angle in front, rear, left, and right directions, and may be connected to the simulator 1 to form a slope corresponding to the terrain of the virtual golf course that is currently implemented.
  • a sensing device S is provided in the golf booth 2 to sense that the user strikes the ball B.
  • the sensing device S includes a camera unit 50 including a plurality of cameras 51 and 52 and a physical characteristic of a ball moving by processing an image acquired by the camera unit 50. It may be configured to include a sensing processing unit 60 for extracting.
  • the camera unit 50 may be configured by a camera for one image sensing or may be configured by two or more cameras.
  • the camera unit 50 acquires an image of a moving ball B and adjusts the coordinates of the ball in three-dimensional space.
  • two or more cameras 51 and 52 may be driven in conjunction with each other to configure a stereo camera unit.
  • the physical characteristics of the ball moving may include the speed of the ball, the direction of movement of the ball (horizontal direction of movement), the angle of height of the ball (direction of movement in the vertical direction), the spin applied to the ball, and the like.
  • the sensing processing unit 60 receives a grabber 71 that sequentially obtains and collects the images acquired through the camera unit 50 in units of frames, and receives and processes an image transmitted from the grabber 71.
  • Shot detector 72 for detecting whether the preparation is completed and whether the hit by the user has been made, and when the shot is detected by the shot detector 72 receives the image related to the hit from the shot detector 72
  • the ball image processor 80 extracts the physical property information of the moving ball by performing the image processing of the ball, and the spin of the ball by analyzing the motion locus of the golf club from the image received from the shot detector 72. It may be configured to include a club image processing unit 90 for extracting information.
  • the sensing processing unit 60 matches the images acquired from each of the plurality of cameras 51 and 52 with each other to obtain two-dimensional information (information extracted from one camera is two-dimensional information) for each camera image. It is preferable to include conversion means (73) which is provided to convert the three-dimensional information extracted by matching the plurality of camera images with each other, or vice versa, into two-dimensional information.
  • the simulator 1 constituting the virtual golf simulation apparatus includes a controller M, a database 10, an image processor 20, an image output unit 30, and the like. This is preferable.
  • the database 10 stores all data necessary for the virtual golf simulation. For example, data necessary for driving the system, data about the image implementation of the virtual golf course, data about the simulation image implementation for the ball trajectory, and the like are stored.
  • the image processor 20 is a part where predetermined image processing is performed to implement an image of a virtual golf course or a simulation image of a trajectory of a ball unfolding in a virtual golf course.
  • the image output unit 30 is for outputting the image information received from the image processing unit 20 on the screen for the user to see.
  • the controller M receives information according to the sensing result from the sensing device S so as to control operations of all components such as the database 10, the image processor 20, and the image output unit 30. It is provided. That is, the control unit M, the database 10, the image processing unit 20 and the like function as image implementing means for implementing a simulation image of the trajectory of the ball according to the sensing result of the sensing device S.
  • the flow of information transmission in the sensing device includes a camera unit 50-> grabber 71-> shot detector 72-> ball image processing unit 80 and a club image processing unit ( 90)-> Simulator (1) in the order.
  • the camera unit 50 acquires an image of several hundred frames per second while photographing a predetermined range including a portion at which a turn at bat and a hit mat are provided.
  • the obtained image is transmitted to the grabber 71, and the grabber 71 receives the image from the camera unit 50 and stores the image, and transfers the image to the shot detector 72 to perform image processing.
  • the shot detector 80 detects whether the ball is ready to hit by finding a ball in the image received from the grabber and determining whether the ball meets a predetermined condition, and whether the ball moves from the position where the ball is ready to hit. Determining whether or not the blow was made by the user by determining whether or not.
  • the shot detector 72 stores both the image at the time of hitting and the image of a plurality of frames thereafter, which is transmitted to the ball image processing unit 80 to perform image processing.
  • the shot detector 72 when a shot is made, the shot detector 72 also stores images of a plurality of frames before the hitting point, and transmits the shot detector 72 to the club image processing unit 90, and the club image processing unit 90 receives an image received from the shot detector 72. And extracting and processing the golf club from the image processed by the ball image processor 80 to derive the motion trajectory of the golf club head to estimate the spin of the ball.
  • the physical property information of the ball extracted by the ball image processing unit 80 and the club image processing unit 90 is transmitted to the simulator 1, and the simulator 1 simulates the movement of the ball in the virtual golf course based on the same.
  • the virtual golf simulation is performed by outputting an image.
  • the ball image processing unit 80 performs preprocessing means 81 for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the images acquired by the respective cameras, and sets and stores a ball template as a reference image for the ball in advance.
  • a template matching means 82 for extracting ball information by variably matching the ball template with respect to the ball candidate according to the size of the ball candidate.
  • the image acquired by the camera includes the image of the ball, but because there are various noises similar to the shape of the ball (for example, a specific part of the surrounding terrain, a part of the user's body, a head of the golf club, etc.)
  • the pre-processing means 81 performs a predetermined process on the image and selects and extracts what can be regarded as a ball primarily as a ball candidate, and the template matching means is selected from among the extracted ball candidates.
  • the most similar to the ball template is recognized as a ball, and the coordinates of the recognized ball are extracted to calculate the ball trajectory information.
  • the size of the ball candidate may be different for each frame, and the size of the ball may be different for each frame. Because the shooting area of the camera is fixed and the distance to the camera changes as the ball moves in the shooting area, the image of the moving ball must appear in different sizes for each frame.
  • the ball template has a fixed size and shape, so if you compare the ball candidate with the ball template as it is, it becomes impossible to determine how similar the ball candidate is to the ball template. do.
  • the template matching means estimates the size of the ball candidate and variably matches the ball candidate and the ball template according to the estimated size to extract the similarity, thereby enabling accurate ball recognition.
  • the preprocessing means 81 separates the source image 220 as shown in FIG. 4B from the image 200 acquired from the camera as shown in FIG. 4A. .
  • the image 200 acquired from the camera includes all images of a wide shooting area, it takes a long time to process all of them, so that only the necessary parts are extracted and only the extracted image is processed, thereby shortening the image processing time. It was made to be.
  • the source image 220 shown in (b) of FIG. 4 corresponds to a section from the image shown in (a) of FIG. 4 to a point P2 separated by a predetermined distance forward from the point P1. It can be defined as an image.
  • the ball when the ball is hit, it flies toward the front screen 3 (see FIG. 1), so that information such as the speed, direction, and height angle of the ball is analyzed by analyzing the movement of the ball from the point where the hit was made to a predetermined distance forward. Can be sufficiently calculated.
  • the point P2 illustrated in FIG. 4A may be a position corresponding to the screen 3 (refer to FIG. 1) or may be a preset point located a predetermined distance further from the screen.
  • the source image as shown in FIG. 4B can be obtained.
  • the source image obtained as described above can be obtained only the image for the ball candidate by removing the background image through the difference operation, as shown in Figure 5, the source image 220 shown in (a) of FIG.
  • FIG. 5B only the moving image may be extracted as illustrated in FIG. 5C by removing the background image 230 illustrated in FIG. 5B through the difference operation.
  • the preprocessing means designates the portions of the image 240 that are calculated as the ball candidates based on the geometric characteristics of the balls. For example, if the aspect ratio is too large, it cannot be viewed as a 'ball', so it is preferable to exclude it, and because it is too small to display as one or two pixels, it is excluded.
  • ball candidates As described above, the remaining parts removed based on the geometrical characteristics of the ball are designated as ball candidates.
  • FIG. 5C two ball candidates C1-1 and C1-2 are extracted.
  • the ball image processing unit according to the present invention obtains each of the images obtained by each camera at the time of hitting and thereafter.
  • the image candidates are extracted by performing image processing on the images of all the frames of the camera.
  • 6 (a) shows the ball candidates (C1-1, etc.) of several frames in one image by combining several frames processed as shown in FIGS. 4 and 5 to which ball candidates are extracted.
  • 6 (b) shows the ball template T which is preset and stored as a reference image for the ball.
  • C1-1 and C1-2 are ball candidates extracted from the source image of the first frame
  • C2-1 is in the second frame
  • C3-1 is in the third frame
  • C4- is 1 represents the ball candidates extracted in the fourth frame, respectively.
  • the template matching means 82 includes estimating means 82a for estimating the size of the ball candidate extracted by the preprocessing means 81 (see FIG. 5C), and the ball template corresponding to the ball candidate.
  • Normalizing means 82b for normalizing the image of the ball candidate to a size that matches the ball candidate and the ball template with the normalized ball candidate are extracted to extract a similarity to find a ball among the ball candidates.
  • matching means 82c for extracting coordinate information.
  • the estimating means 82a estimates the size of each extracted ball candidate in the three-dimensional space. Since the images acquired by each of the plurality of cameras contain two-dimensional information, the size of the ball candidate in the three-dimensional space is determined. In order to know, the 3D coordinate information of each ball candidate is extracted through the conversion means 73 (see FIGS. 2 and 3), and the extracted 3D coordinate information is used to extract the camera and the camera in the 3D space of the ball candidate. The distance information and the like are estimated to estimate the size of each ball candidate therefrom.
  • the estimation means 82a estimates the size in the three-dimensional space by using the conversion means 73 for each of the ball candidates (C1-1, etc.) of the various frames shown in FIG.
  • the ball candidates of the respective frames have different sizes, which is caused by the distance between the camera and the ball as the ball moves in the photographing area. Therefore, by estimating the size of the ball candidates of each frame using coordinate values in three-dimensional space, the size of each ball candidate is modified to fit the ball template, or conversely, the size of the ball template is modified to fit each ball candidate. By comparing, it is possible to determine exactly how similar each ball candidate is compared with the ball template, so that it is easy to find which ball candidate among the ball candidates is the real ball.
  • the normalizing means 82b normalizes the ball template T to a size corresponding to the ball template T in consideration of the size of each ball candidate estimated by the estimating means 82a, or individually processes the ball template T itself. Means for normalizing to correspond to the size of the ball candidate.
  • the normalizing process refers to deforming the image so as to correspond to the size of the ball template T so that the ball candidate image can be easily compared with the ball template T while maintaining the shape, pixel ratio, and the like of the ball candidate image
  • the ball template T Normalizing the conversely means deforming the image to correspond to the size of the ball candidate so that the ball template T can be easily compared with the ball candidate while maintaining the shape, pixel ratio, and the like of the ball template T image.
  • the matching means 82c compares each ball candidate and the ball template with each other and extracts each similarity.
  • the similarity is derived by converting the result determined by various criteria such as the overall shape, pixel ratio, and pixel value distribution into numerical values.
  • the similarity value is higher than or equal to a preset value, the ball candidate may be recognized as a 'ball'. have.
  • coordinate values of the ball candidates recognized as balls may be extracted, and physical characteristic information such as speed, direction, and height angle of the ball may be calculated by changing the extracted coordinate values.
  • the user prepares to hit the ball on the hitting mat.
  • the sensing device acquires an image of the ball placed on the hitting mat and finds the ball in the acquired image (S10).
  • the ball finding process is performed in the shot detector.
  • the shot detector After the preparation for hitting is completed, the shot detector starts to detect whether the user hits the ball (S12), and if the hit is made (S20), accurately grasps the hitting time point and the image of the hitting time point and subsequent frames. Obtain and pass to the image processing unit for viewing. If the blow is not made, the flow returns to the blow detection step S12.
  • the ball image processor extracts a source image by separating a predetermined area from the received image (S32).
  • the background image is removed from the extracted source image (S33), and the ball candidate is extracted (S34).
  • Three-dimensional coordinate information is obtained by matching a plurality of camera images with respect to the extracted ball candidates, and information about the distance to the camera of the ball candidate is extracted therefrom to estimate the size of the ball candidate (S40).
  • the normalization process for the ball candidate or the normalization process for the ball template is performed in consideration of the estimated size of the ball candidate (S50).
  • the ball candidate and the ball template are matched with each other (S61).
  • the degree of similarity of the ball candidate with the ball template is calculated by converting the similarity into a numerical value (S62).
  • the ball candidate is determined to be non-ball and excluded (S63). If the calculated similarity is equal to or greater than a preset value, the ball candidate is recognized as a ball and a coordinate value is extracted (S64).
  • a ball candidate having a predetermined value or more among the ball candidates on each frame is recognized as a ball, a coordinate value of the corresponding ball is extracted, and a ball trajectory is calculated by connecting the coordinate values of the extracted ball to each other (S65).
  • the calculated ball trajectory is implemented as a simulation image through a simulator (S70).
  • the virtual golf simulation device, the sensing device and the sensing method used according to the present invention is a golf game or a so-called screen golf industry that can allow a user to enjoy a virtual golf game by performing a golf simulation based on virtual reality It can be used.

Abstract

The purpose of the present invention is to provide a virtual golf simulation device, and a sensing device and method used in same, wherein the virtual golf simulation device can present an image of a simulated trajectory of a ball, so as to sense a ball hit with a golf club by a user using a virtual golf simulation, by acquiring an image of the ball hit and extracting a trajectory of motion for the ball found in the image, and more specifically, can solve a problem of a difficult extraction of a ball due to the changing size of a ball on an image obtained from a camera, and thus easily and accurately extract the ball from the image, thereby accurately extracting a trajectory of the ball.

Description

가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법Virtual golf simulation device, sensing device and sensing method used therein
본 발명은 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 그 방법과, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 가상의 골프코스가 영상화되어 시뮬레이션 되고 사용자가 타격한 골프공의 궤적이 센싱장치에 의해 센싱되어 상기 가상의 골프코스에서 시뮬레이션 되는 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 그 방법과, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법에 관한 것이다.The present invention relates to a virtual golf simulation apparatus and method, and a sensing apparatus and a sensing method used therein. More specifically, the trajectory of the golf ball hit by the user is simulated by the virtual golf course is simulated by the sensing device The present invention relates to a virtual golf simulation apparatus and method, and a sensing apparatus and a sensing method used therein, which are sensed and simulated in the virtual golf course.
최근 야구, 축구, 농구, 그리고 골프 등과 같은 인기 스포츠 경기를 실내나 특정 장소에서 시뮬레이션을 통해 인터액티브 스포츠 게임(Interactive Sports Game)의 형태로 즐길 수 있도록 하는 여러 가지 다양한 장치들에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, various developments have been actively developed to enable popular sports games such as baseball, soccer, basketball, and golf to be enjoyed in the form of interactive sports games through simulation indoors or in specific places. It is done.
특히 최근에는 이른바 스크린 골프 시스템이 등장하여 사용자가 골프 클럽을 들고 골프 스윙을 함에 따라 타격 매트에 놓인 볼을 타격하면 센싱장치가 이를 센싱하여 이동하는 골프공의 물리적 특성을 추출하고 이를 바탕으로 가상의 골프코스에서 볼의 궤적이 시뮬레이션 되도록 함으로써 사용자가 가상 현실상에서 골프를 즐길 수 있도록 하는 기술이 개발되고 있다.In particular, a so-called screen golf system has recently emerged. As a user swings a golf club with a golf club, the sensing device senses the physical characteristics of the moving golf ball by sensing the moving ball. By tracking the trajectory of the ball on the golf course, a technology has been developed to allow a user to enjoy golf in virtual reality.
이와 같은 인터액티브 스포츠 게임에서 골프공 등의 볼을 이용하는 스포츠에 대한 시뮬레이션이 이루어지도록 하기 위해 운동하는 볼의 움직임에 대한 물리적 정보를 정확하게 센싱하기 위한 각종 센싱시스템에 대한 연구 개발이 매우 활발하게 진행되고 있는 실정이다.In this interactive sports game, research and development on various sensing systems for accurately sensing the physical information about the movement of the ball in order to simulate the sports using the ball, such as golf balls, is very active. There is a situation.
예컨대 적외선 센서를 이용한 센싱장치, 레이저 센서를 이용한 센싱장치, 음향 센서를 이용한 센싱장치, 그리고 카메라 센서를 이용한 센싱장치 등 다양한 센싱 방식이 등장하고 있으며, 운동하는 볼의 상태를 정확하게 센싱하기 위하여 운동하는 볼에 대한 이미지를 취득하여 분석하는 카메라 센서 방식의 센싱장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.For example, various sensing methods such as a sensing device using an infrared sensor, a sensing device using a laser sensor, a sensing device using an acoustic sensor, and a sensing device using a camera sensor are emerging. Research into a sensing device of a camera sensor type that acquires and analyzes an image of a ball has been actively conducted.
그러나 카메라의 촬영 영역은 고정되어 있고 그 안에서 볼이 운동하는 것에 대한 이미지를 취득하기 때문에 이미지 상에서 볼의 크기는 볼이 운동을 함에 따라 점점 변화할 수밖에 없어 다른 노이즈와 볼을 구분하는 것이 매우 어려우며 특히 성능이 그리 높지 않은 카메라를 사용할 경우 이미지 상에서 볼을 찾는 것이 상당히 어려워 볼의 궤적을 정확하게 산출하는 것이 쉽지 않다는 문제점이 있었다.However, since the shooting area of the camera is fixed and the image of the ball moving in it is acquired, the size of the ball on the image is inevitably changed as the ball moves, so it is very difficult to distinguish the ball from other noises. When using a camera that does not have a high performance, it is difficult to find the ball trajectory on the image, which makes it difficult to accurately calculate the ball trajectory.
본 발명은 가상 골프 시뮬레이션을 이용하는 사용자가 골프클럽으로 볼을 타격하는 것을 센싱하기 위하여 사용자가 볼을 타격하는 것에 대한 이미지를 취득하여 이로부터 볼을 찾아 그 운동 궤적을 산출함으로써 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상이 구현되도록 한 것으로, 특히 카메라에서 취득되는 이미지 상에서 볼의 크기가 변화하여 볼을 추출하기 어렵다는 문제점을 해결하여 이미지로부터 용이하고 정확하게 볼을 추출해 내도록 함으로써 볼의 궤적을 정확하게 산출할 수 있도록 하는 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention simulates the trajectory of the ball by acquiring an image of the user hitting the ball and finding the ball from the ball to calculate the motion trajectory in order to sense that the user using the virtual golf simulation hits the ball with the golf club. In order to solve the problem that it is difficult to extract the ball due to the change in the size of the ball on the image acquired from the camera, it is possible to extract the ball easily and accurately from the image so that the trajectory of the ball can be accurately calculated. It is to provide a golf simulation device, a sensing device and a sensing method used therein.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치는, 사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 취득하는 카메라 유닛; 및 상기 카메라 유닛에서 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 전처리 수단과, 볼에 대한 기준 이미지로서 볼 템플릿을 미리 설정하여 저장하며, 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 템플릿 매칭 수단을 포함하는 센싱처리유닛을 포함한다.The sensing device used in the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, the camera unit for obtaining a plurality of images of the frame hitting the ball by the user's swing; And preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the image acquired by the camera unit, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and the size of the ball candidate for the extracted ball candidate. And a sensing processing unit including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치는, 사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대해 각각 복수 프레임의 이미지를 취득하는 복수개의 카메라를 포함하는 카메라 유닛; 및 상기 각 카메라에서 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 전처리 수단과, 볼에 대한 기준 이미지로서 볼 템플릿을 미리 설정하여 저장하며 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 템플릿 매칭 수단을 포함하는 센싱처리유닛;을 포함하는 센싱장치와, 상기 센싱처리유닛에서 추출된 정보에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현유닛을 포함한다.On the other hand, the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, the camera unit including a plurality of cameras for acquiring a plurality of frames each for hitting the ball by the user's swing; And preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the images acquired by the respective cameras, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and storing the extracted ball candidate in the size of the ball candidate. And a sensing device including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template, and a simulation image of a ball trajectory according to the information extracted from the sensing processing unit. And an image implementing unit.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법은, 사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 취득하는 단계; 상기 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 볼에 대한 기준 이미지로서 미리 설정하여 저장된 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 단계를 포함한다.On the other hand, the sensing method for a virtual golf simulation according to an embodiment of the present invention, the step of acquiring a plurality of images of the frame hitting the ball by the user's swing; Extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the acquired image; And extracting ball information from the extracted ball candidates by variably matching a stored ball template, which is previously set as a reference image for the ball according to the size of the ball candidate.
본 발명은 가상 골프 시뮬레이션을 이용하는 사용자가 골프클럽으로 볼을 타격하는 것을 센싱하기 위하여 사용자가 볼을 타격하는 것에 대한 이미지를 취득하여 이로부터 볼을 찾아 그 운동 궤적을 산출함으로써 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상이 구현되도록 한 것으로, 특히 카메라에서 취득되는 이미지 상에서 볼의 크기가 변화하여 볼을 추출하기 어렵다는 문제점을 해결하여 이미지로부터 용이하고 정확하게 볼을 추출해 내도록 함으로써 볼의 궤적을 정확하게 산출할 수 있도록 하는 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention simulates the trajectory of the ball by acquiring an image of the user hitting the ball and finding the ball from the ball to calculate the motion trajectory in order to sense that the user using the virtual golf simulation hits the ball with the golf club. In order to solve the problem that it is difficult to extract the ball due to the change in the size of the ball on the image acquired from the camera, it is possible to extract the ball easily and accurately from the image so that the trajectory of the ball can be accurately calculated. It is to provide a golf simulation device, a sensing device and a sensing method used therein.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치가 적용된 스크린 골프 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a screen golf system to which a virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치의 구성에 관하여 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing the configuration of a virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 도시된 센싱장치에 대한 좀 더 구체적인 구성 및 각 구성요소들의 기능에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a more detailed configuration of the sensing device illustrated in FIG. 2 and functions of each component.
도 4의 (a)는 카메라유닛에서 취득된 이미지이고, 도 4의 (b)는 (a)에 도시된 이미지에서 미리 설정된 구간에 대한 영역을 분리한 소스 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 4A illustrates an image acquired by a camera unit, and FIG. 4B illustrates a source image obtained by dividing a region of a predetermined section from the image illustrated in FIG.
도 5의 (a)는 소스 이미지를 나타낸 이미지이고, 도 5의 (b)는 정지된 배경 영상을 나타낸 이미지이며, 도 5의 (c)는 소스 이미지에서 배경 영상을 제거한 상태의 이미지를 나타낸 것이다.FIG. 5A illustrates an image of a source image, FIG. 5B illustrates an image showing a stationary background image, and FIG. 5C illustrates an image in which a background image is removed from a source image. .
도 6의 (a)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 처리되어 볼 후보가 추출된 여러 프레임을 하나로 합쳐서 하나의 이미지에서 여러 프레임의 볼 후보(C1-1 등)를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 볼에 대한 기준 이미지로서 미리 설정되어 저장된 볼 템플릿(T)을 나타낸 것이다.FIG. 6A illustrates the ball candidates (C1-1, etc.) of several frames in one image by combining several frames processed as shown in FIGS. 4 and 5, in which ball candidates are extracted. (B) shows the ball template T which is preset and stored as a reference image for the ball.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 관한 플로우차트를 나타낸 것이다.7 is a flowchart illustrating a sensing method for a virtual golf simulation according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법에 대한 실시예를 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.An embodiment of a virtual golf simulation apparatus according to the present invention, a sensing apparatus and a sensing method used therein will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 이에 이용되는 센싱장치에 관하여 설명한다.First, a virtual golf simulation apparatus and a sensing apparatus used therein will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치가 적용된 스크린 골프 시스템의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 스크린 골프 시스템에 적용된 가상 골프 시뮬레이션 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a view showing an example of a screen golf system to which the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block showing the configuration of the virtual golf simulation apparatus applied to the screen golf system shown in FIG. It is also.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치는 사용자가 볼(B)을 타격하는 것을 센싱하기 위한 센싱장치(S)와, 가상의 골프코스에 관한 영상을 구현하며 상기 센싱장치(S)의 센싱 결과에 따라 가상의 골프코스에서 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 제공하도록 하여 가상 골프 시뮬레이션을 진행하는 시뮬레이터(1)를 포함하도록 구성된다.1 and 2, the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention is a sensing device (S) for sensing the user hitting the ball (B), and the image of the virtual golf course It is configured to include a simulator (1) for performing a virtual golf simulation by providing a simulation image of the trajectory of the ball in the virtual golf course according to the sensing result of the sensing device (S).
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치가 적용된 스크린 골프 시스템은, 소정 크기의 공간을 제공하는 골프 부스(2)의 바닥에 사용자가 골프 스윙을 할 수 있는 타석(110)이 마련되고, 상기 타석(110)의 일측에는 타격매트(120)가 마련되어 사용자는 타석(110)에서 타격매트(120)에 놓인 볼(B)을 골프 스윙에 의해 타격할 수 있도록 하며, 전방에는 스크린(3)이 마련되어 시뮬레이터(1)로부터 영상 정보를 전달받은 영상출력을 위한 장치(도 2에 도시된 영상출력부(30)로서, 예컨대 빔 프로젝트 등)가 상기 스크린(3) 상에 가상 골프 시뮬레이션에 관한 영상을 투영시키도록 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, a screen golf system to which a virtual golf simulation apparatus is applied according to an embodiment of the present invention has a batter that allows a user to swing a golf on the bottom of a golf booth 2 that provides a predetermined size of space. 110 is provided, the batting mat 120 is provided on one side of the plate at bat 110 so that the user can hit the ball (B) placed on the batting mat 120 in the plate at bat 110 by the golf swing In front of the screen 3 is provided a device for outputting the image information received from the simulator 1 (image output unit 30 shown in Figure 2, for example, a beam project, etc.) on the screen (3) And to project an image relating to the virtual golf simulation.
여기서 상기 타석(110) 및 타격매트(120)는 골프 부스(2)의 바닥면에 마련될 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 스윙플레이트(100) 상에 마련되도록 하는 것도 가능하다.The batter 110 and the hitting mat 120 may be provided on the bottom surface of the golf booth 2, but may be provided on the swing plate 100 as shown in FIG.
상기 스윙플레이트(100)는 전후좌우 방향으로 소정 각도 기울어질 수 있도록 구비되며 시뮬레이터(1)와 연결되어 현재 구현되고 있는 가상의 골프코스의 지형에 대응하여 기울기를 형성할 수 있다.The swing plate 100 may be inclined at a predetermined angle in front, rear, left, and right directions, and may be connected to the simulator 1 to form a slope corresponding to the terrain of the virtual golf course that is currently implemented.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 골프 부스(2) 내에는 센싱장치(S)가 구비되어 사용자가 볼(B)을 타격하는 것을 센싱한다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, a sensing device S is provided in the golf booth 2 to sense that the user strikes the ball B. FIG.
즉 도 2에 도시된 바와 같이 센싱장치(S)는 복수개의 카메라(51, 52)로 구성되는 카메라 유닛(50)과, 상기 카메라 유닛(50)에서 취득한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성을 추출하는 센싱처리유닛(60)을 포함하여 구성될 수 있다.That is, as shown in FIG. 2, the sensing device S includes a camera unit 50 including a plurality of cameras 51 and 52 and a physical characteristic of a ball moving by processing an image acquired by the camera unit 50. It may be configured to include a sensing processing unit 60 for extracting.
상기 카메라 유닛(50)은 하나의 이미지 센싱을 위한 카메라에 의해 구성될 수도 있고 2 이상의 카메라에 의해 구성될 수도 있는데, 이동하는 볼(B)의 이미지를 취득하여 3차원 공간에서의 볼의 좌표를 추출하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이 2 이상의 카메라(51, 52)가 서로 연동되어 구동됨으로써 스테레오(Stereo) 방식의 카메라 유닛을 구성하도록 함이 바람직하다.The camera unit 50 may be configured by a camera for one image sensing or may be configured by two or more cameras. The camera unit 50 acquires an image of a moving ball B and adjusts the coordinates of the ball in three-dimensional space. In order to extract, as shown in FIG. 1, two or more cameras 51 and 52 may be driven in conjunction with each other to configure a stereo camera unit.
여기서 이동하는 볼의 물리적 특성은 볼의 속도, 볼의 이동 방향(수평 방향의 이동 각도), 볼의 높이각(수직 방향의 이동 각도), 볼에 걸리는 스핀(Spin) 등을 포함할 수 있다.Here, the physical characteristics of the ball moving may include the speed of the ball, the direction of movement of the ball (horizontal direction of movement), the angle of height of the ball (direction of movement in the vertical direction), the spin applied to the ball, and the like.
상기 센싱처리유닛(60)은 상기 카메라 유닛(50)을 통해 취득된 이미지를 프레임 단위로 순차적으로 입수하여 수집하는 그래버(71)와, 상기 그래버(71)로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터(72)와, 상기 샷 디텍터(72)에 의해 타격이 감지되는 경우 상기 샷 디텍터(72)로부터 타격에 관련된 이미지를 전달받아 소정의 이미지 처리를 함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 볼 이미지 처리부(80), 그리고 상기 샷 디텍터(72)로부터 전달받은 이미지로부터 골프클럽의 운동궤적을 분석함으로써 볼의 스핀(Spin)에 관한 정보를 추출하는 클럽 이미지 처리부(90)를 포함하여 구성될 수 있다.The sensing processing unit 60 receives a grabber 71 that sequentially obtains and collects the images acquired through the camera unit 50 in units of frames, and receives and processes an image transmitted from the grabber 71. Shot detector 72 for detecting whether the preparation is completed and whether the hit by the user has been made, and when the shot is detected by the shot detector 72 receives the image related to the hit from the shot detector 72 The ball image processor 80 extracts the physical property information of the moving ball by performing the image processing of the ball, and the spin of the ball by analyzing the motion locus of the golf club from the image received from the shot detector 72. It may be configured to include a club image processing unit 90 for extracting information.
또한 상기 센싱처리유닛(60)은 복수개의 카메라(51, 52) 각각으로부터 취득되는 이미지를 서로 매칭하여 각각의 카메라 이미지에 대한 2차원 정보(카메라 한대에서 추출되는 정보는 2차원 정보이다)를 3차원 정보로 변환하거나, 반대로 복수개의 카메라 이미지를 서로 매칭하여 추출한 3차원 정보를 2차원 정보로 역변환하도록 구비되는 변환수단(73)을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the sensing processing unit 60 matches the images acquired from each of the plurality of cameras 51 and 52 with each other to obtain two-dimensional information (information extracted from one camera is two-dimensional information) for each camera image. It is preferable to include conversion means (73) which is provided to convert the three-dimensional information extracted by matching the plurality of camera images with each other, or vice versa, into two-dimensional information.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치를 구성하는 시뮬레이터(1)는, 제어부(M), 데이터베이스(10), 영상처리부(20) 및 영상출력부(30) 등을 포함하여 구성됨이 바람직하다.Meanwhile, the simulator 1 constituting the virtual golf simulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a controller M, a database 10, an image processor 20, an image output unit 30, and the like. This is preferable.
상기 데이터베이스(10)는 가상 골프 시뮬레이션에 필요한 모든 데이터가 저장된다. 예컨대 시스템 구동에 필요한 데이터와, 가상의 골프코스의 영상 구현에 관한 데이터, 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상 구현에 관한 데이터 등이 저장된다.The database 10 stores all data necessary for the virtual golf simulation. For example, data necessary for driving the system, data about the image implementation of the virtual golf course, data about the simulation image implementation for the ball trajectory, and the like are stored.
상기 영상처리부(20)는 가상의 골프코스에 관한 영상이나 가상의 골프코스에서 펼쳐지는 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상 등을 구현하기 위한 소정의 영상 처리가 이루어지는 부분이다.The image processor 20 is a part where predetermined image processing is performed to implement an image of a virtual golf course or a simulation image of a trajectory of a ball unfolding in a virtual golf course.
상기 영상출력부(30)는 상기 영상처리부(20)로부터 전달받은 영상 정보를 스크린 상에 출력하여 사용자가 볼 수 있도록 하기 위한 것이다.The image output unit 30 is for outputting the image information received from the image processing unit 20 on the screen for the user to see.
상기 제어부(M)는 센싱장치(S)로부터 센싱 결과에 따른 정보를 전달받아 상기 데이터베이스(10), 영상처리부(20) 및 영상출력부(30) 등의 모든 구성요소들의 동작을 제어할 수 있도록 구비된다. 즉 상기 제어부(M), 데이터베이스(10), 영상처리부(20) 등은 센싱장치(S)의 센싱 결과에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현수단으로서 기능한다.The controller M receives information according to the sensing result from the sensing device S so as to control operations of all components such as the database 10, the image processor 20, and the image output unit 30. It is provided. That is, the control unit M, the database 10, the image processing unit 20 and the like function as image implementing means for implementing a simulation image of the trajectory of the ball according to the sensing result of the sensing device S.
한편, 도 3을 참조하여 도 2에 도시된 센싱장치(S)에 관한 좀 더 구체적인 구성과 각 구성요소의 기능에 관하여 설명한다.On the other hand, with reference to Figure 3 will be described in more detail the configuration of the sensing device (S) shown in Figure 2 and the function of each component.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 센싱장치에서의 정보 전달 흐름은 카메라 유닛(50) -> 그래버(71) -> 샷 디텍터(72) -> 볼 이미지 처리부(80) 및 클럽 이미지 처리부(90) -> 시뮬레이터(1)의 순서로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the flow of information transmission in the sensing device according to the present invention includes a camera unit 50-> grabber 71-> shot detector 72-> ball image processing unit 80 and a club image processing unit ( 90)-> Simulator (1) in the order.
카메라 유닛(50)은 타석과 타격매트가 마련되어 있는 부분을 포함하는 일정 범위를 촬영하면서 1초당 수백 프레임의 이미지를 취득한다.The camera unit 50 acquires an image of several hundred frames per second while photographing a predetermined range including a portion at which a turn at bat and a hit mat are provided.
이렇게 취득되는 이미지는 그래버(71)로 전송되고, 그래버(71)는 카메라 유닛(50)으로부터 이미지를 전송받아 저장하면서 샷 디텍터(72)로 전달하여 이미지 처리가 이루어지도록 한다.The obtained image is transmitted to the grabber 71, and the grabber 71 receives the image from the camera unit 50 and stores the image, and transfers the image to the shot detector 72 to perform image processing.
상기 샷 디텍터(80)는, 상기 그래버로부터 전달받은 이미지에서 볼을 찾아서 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 판단함으로써 타격 준비가 완료되었는지 여부를 감지하며, 볼이 상기 타격 준비가 완료된 위치로부터 이동하는지 여부를 판단함으로써 사용자에 의해 타격이 이루어졌는지 여부를 감지한다.The shot detector 80 detects whether the ball is ready to hit by finding a ball in the image received from the grabber and determining whether the ball meets a predetermined condition, and whether the ball moves from the position where the ball is ready to hit. Determining whether or not the blow was made by the user by determining whether or not.
샷 디텍터(72)의 타격준비 감지 및 타격 감지에 관한 구체적인 방법은 본 발명의 핵심적인 사항이 아니므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Since the method for detecting the hitting preparation and the hitting detection of the shot detector 72 is not essential to the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
만약 타격이 이루어지는 경우, 샷 디텍터(72)는 타격 시점의 이미지 및 그 이후의 복수 프레임의 이미지를 모두 저장하는데, 이는 볼 이미지 처리부(80)로 실시간 전송되어 이미지 처리가 이루어지도록 하기 위한 것이다.If the hit is made, the shot detector 72 stores both the image at the time of hitting and the image of a plurality of frames thereafter, which is transmitted to the ball image processing unit 80 to perform image processing.
또한 상기 샷 디텍터(72)는 타격이 이루어지는 경우 타격 시점 이전의 복수 프레임의 이미지도 함께 저장하여 클럽 이미지 처리부(90)로 전송하며, 클럽 이미지 처리부(90)는 샷 디텍터(72)로부터 전송받은 이미지 및 상기 볼 이미지 처리부(80)에서 처리된 이미지에서 골프클럽을 추출하여 처리함으로써 골프클럽 헤드의 운동궤적을 도출함으로써 볼의 스핀을 추정한다.In addition, when a shot is made, the shot detector 72 also stores images of a plurality of frames before the hitting point, and transmits the shot detector 72 to the club image processing unit 90, and the club image processing unit 90 receives an image received from the shot detector 72. And extracting and processing the golf club from the image processed by the ball image processor 80 to derive the motion trajectory of the golf club head to estimate the spin of the ball.
상기 볼 이미지 처리부(80) 및 클럽 이미지 처리부(90)를 통해 추출된 볼의 물리적 특성 정보는 시뮬레이터(1)로 전달되고, 시뮬레이터(1)는 이를 기초로 가상의 골프코스에서 볼이 이동하는 시뮬레이션 영상을 출력함으로써 가상 골프 시뮬레이션이 진행된다.The physical property information of the ball extracted by the ball image processing unit 80 and the club image processing unit 90 is transmitted to the simulator 1, and the simulator 1 simulates the movement of the ball in the virtual golf course based on the same. The virtual golf simulation is performed by outputting an image.
여기서 볼 이미지 처리부(80)는 상기 각 카메라에서 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 전처리 수단(81)과, 볼에 대한 기준 이미지로서 볼 템플릿을 미리 설정하여 저장하며 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 템플릿 매칭 수단(82)을 포함하여 구성됨이 바람직하다.Here, the ball image processing unit 80 performs preprocessing means 81 for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the images acquired by the respective cameras, and sets and stores a ball template as a reference image for the ball in advance. And a template matching means 82 for extracting ball information by variably matching the ball template with respect to the ball candidate according to the size of the ball candidate.
즉 카메라에서 취득한 이미지에는 볼에 대한 이미지도 포함되어 있지만 볼과 비슷한 형상의 여러 가지 노이즈(예컨대 주변에 놓인 지형물의 특정 부분이나 사용자의 신체 일부분, 골프클럽의 헤드 부분 등)가 함께 존재하기 때문에 이로부터 정확하게 볼을 추출해 내기 위해 상기 전처리 수단(81)에 의해 이미지에 대해 소정의 처리를 하고 일차적으로 볼이라고 볼 수 있는 것을 볼 후보로서 선정하여 추출하며, 상기 템플릿 매칭 수단은 그 추출된 볼 후보 중에서 볼 템플릿과 가장 유사한 것을 볼로서 인식하고 그 인식된 볼의 좌표 등을 추출하여 볼의 궤적 정보를 산출하도록 하는 것이다.In other words, the image acquired by the camera includes the image of the ball, but because there are various noises similar to the shape of the ball (for example, a specific part of the surrounding terrain, a part of the user's body, a head of the golf club, etc.) In order to extract the ball accurately from the pre-processing means 81 performs a predetermined process on the image and selects and extracts what can be regarded as a ball primarily as a ball candidate, and the template matching means is selected from among the extracted ball candidates. The most similar to the ball template is recognized as a ball, and the coordinates of the recognized ball are extracted to calculate the ball trajectory information.
그런데, 상기 템플릿 매칭 수단에 의해 볼 후보와 볼 템플릿을 서로 비교하는 것이 쉽지는 않은데, 그 이유는 볼 후보의 크기가 프레임마다 다를 수 있기 때문이며 같은 볼에 대해서도 프레임마다 그 크기가 다르게 나타날 수 있다. 왜냐하면 카메라의 촬영영역은 고정되어 있고 그 촬영영역에서 볼이 움직임에 따라 카메라와의 거리가 변화하기 때문에 움직이는 볼에 대한 이미지는 프레임마다 다른 크기로 나타날 수밖에 없기 때문이다.However, it is not easy to compare the ball candidate and the ball template by the template matching means, because the size of the ball candidate may be different for each frame, and the size of the ball may be different for each frame. Because the shooting area of the camera is fixed and the distance to the camera changes as the ball moves in the shooting area, the image of the moving ball must appear in different sizes for each frame.
이에 대해 볼 템플릿은 크기와 모양 등이 일정하게 고정되어 있기 때문에 볼 후보와 볼 템플릿을 그대로 비교하게 되면 볼 후보가 얼마나 볼 템플릿과 유사한지 여부를 판단할 수 없게 되고 결국 볼을 정확하게 추출할 수 없게 된다.In this regard, the ball template has a fixed size and shape, so if you compare the ball candidate with the ball template as it is, it becomes impossible to determine how similar the ball candidate is to the ball template. do.
따라서 상기 템플릿 매칭 수단은 볼 후보의 크기를 추정하여 그 추정된 크기에 따라 볼 후보와 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시켜 유사도를 추출함으로써 정확한 볼 인식이 가능하게 되는 것이다.Accordingly, the template matching means estimates the size of the ball candidate and variably matches the ball candidate and the ball template according to the estimated size to extract the similarity, thereby enabling accurate ball recognition.
먼저 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 전처리 수단에 의한 이미지 처리에 관하여 설명한다.First, image processing by the preprocessing means will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
먼저 전처리 수단(81, 도 3 참조)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 카메라로부터 취득된 이미지(200)에서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 소스 이미지(220)를 분리한다.First, the preprocessing means 81 (see FIG. 3) separates the source image 220 as shown in FIG. 4B from the image 200 acquired from the camera as shown in FIG. 4A. .
즉 카메라로부터 취득된 이미지(200)는 넓은 촬영영역에 대한 이미지를 모두 포함하고 있으므로 이를 모두 처리하는데에는 시간이 많이 소요되기 때문에 필요한 부분만을 추출하여 그 추출된 이미지만을 처리하도록 함으로써 이미지 처리 시간을 단축시키도록 한 것이다.That is, since the image 200 acquired from the camera includes all images of a wide shooting area, it takes a long time to process all of them, so that only the necessary parts are extracted and only the extracted image is processed, thereby shortening the image processing time. It was made to be.
도 4의 (b)에 도시된 소스 이미지(220)는 도 4의 (a)에 도시된 이미지에서 타격이 이루어진 지점(P1)을 기준으로 전방으로 소정 거리 떨어진 지점(P2)까지의 구간에 대한 이미지로서 정의될 수 있다.The source image 220 shown in (b) of FIG. 4 corresponds to a section from the image shown in (a) of FIG. 4 to a point P2 separated by a predetermined distance forward from the point P1. It can be defined as an image.
즉 볼이 타격되면 전방의 스크린(3, 도 1 참조)을 향해 날아가기 때문에 타격이 이루어진 지점으로부터 전방으로 소정 거리 떨어진 지점까지의 볼의 움직임을 분석함으로써 볼의 속도, 방향 및 높이각 등의 정보는 충분히 산출될 수 있다.That is, when the ball is hit, it flies toward the front screen 3 (see FIG. 1), so that information such as the speed, direction, and height angle of the ball is analyzed by analyzing the movement of the ball from the point where the hit was made to a predetermined distance forward. Can be sufficiently calculated.
여기서 도 4의 (a)에 도시된 P2 지점은 스크린(3, 도 1 참조)에 해당하는 위치일 수도 있고 스크린 보다 소정 거리 더 안쪽의 미리 설정된 지점일 수도 있다.Here, the point P2 illustrated in FIG. 4A may be a position corresponding to the screen 3 (refer to FIG. 1) or may be a preset point located a predetermined distance further from the screen.
카메라로부터 취득된 이미지에서 P1 지점과 P2 지점을 지정하여 그 구간에 해당하는 이미지를 분리함으로써 도 4의 (b)에 도시된 바와 같은 소스 이미지를 얻을 수 있다.By specifying the P1 point and the P2 point in the image acquired from the camera and separating the image corresponding to the section, the source image as shown in FIG. 4B can be obtained.
한편, 상기한 바와 같이 얻어진 소스 이미지는 도 5에 도시된 바와 같이 차연산을 통해 배경 영상이 제거됨으로써 볼 후보에 관한 이미지만을 얻을 수 있는데, 도 5의 (a)에 도시된 소스 이미지(220)에서 도 5의 (b)에 도시된 배경 영상(230)을 차연산을 통해 제거함으로써 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 움직이는 영상만 추출할 수 있다.On the other hand, the source image obtained as described above can be obtained only the image for the ball candidate by removing the background image through the difference operation, as shown in Figure 5, the source image 220 shown in (a) of FIG. In FIG. 5B, only the moving image may be extracted as illustrated in FIG. 5C by removing the background image 230 illustrated in FIG. 5B through the difference operation.
차연산을 통해 추출된 이미지상에서 움직이는 부분이 모두 볼이라고 볼 수는 없고 그 중에는 골프클럽의 헤드에 대한 부분이나 사용자의 신체 일부 등의 노이즈에 해당하는 부분들이 존재한다.Not all moving parts in the image extracted through the difference operation are seen as balls, among which there are parts corresponding to noise, such as a part of the head of the golf club or a part of the user's body.
따라서 전처리 수단은 차연산되어 나온 이미지(240)에서 볼의 기하학적 특성에 기초하여 볼이라고 볼 수 있는 부분들을 볼 후보로서 지정한다. 예컨대 가로 세로 비율이 너무 크게 차이 나는 경우에는 '볼'이라고 볼 수 없으므로 이는 제외하는 것이 바람직하고, 너무 작아서 1 ~ 2 개 정도의 픽셀로 표시되는 것도 '볼'이라고 볼 수 없기 때문에 제외한다.Therefore, the preprocessing means designates the portions of the image 240 that are calculated as the ball candidates based on the geometric characteristics of the balls. For example, if the aspect ratio is too large, it cannot be viewed as a 'ball', so it is preferable to exclude it, and because it is too small to display as one or two pixels, it is excluded.
이와 같이 볼의 기하학적 특성에 기초하여 제거된 나머지 부분들이 볼 후보로서 지정되는데, 도 5의 (c)에서는 C1-1과 C1-2의 두 개의 볼 후보가 추출된 것을 볼 수 있다.As described above, the remaining parts removed based on the geometrical characteristics of the ball are designated as ball candidates. In FIG. 5C, two ball candidates C1-1 and C1-2 are extracted.
도 4 및 도 5에 도시된 일련의 절차는 하나의 프레임의 이미지에 대해 처리한 것을 나타낸 것이고, 본 발명에 따른 볼 이미지 처리부는 각 카메라가 취득하는 이미지들 중 타격 시점 및 그 이후에 입수되는 각 카메라의 모든 프레임의 이미지에 대해 상기한 바와 같은 과정으로 이미지 처리를 하여 볼 후보를 추출한다.4 and 5 show the processing of the image of one frame, and the ball image processing unit according to the present invention obtains each of the images obtained by each camera at the time of hitting and thereafter. The image candidates are extracted by performing image processing on the images of all the frames of the camera.
한편, 도 3 및 도 6을 참조하여 상기한 템플릿 매칭 수단에 의한 이미지 처리에 관하여 설명한다. 여기서 도 6의 (a)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 처리되어 볼 후보가 추출된 여러 프레임을 하나로 합쳐서 하나의 이미지에서 여러 프레임의 볼 후보(C1-1 등)를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 볼에 대한 기준 이미지로서 미리 설정되어 저장된 볼 템플릿(T)을 나타낸 것이다.Meanwhile, the image processing by the template matching means described above will be described with reference to FIGS. 3 and 6. 6 (a) shows the ball candidates (C1-1, etc.) of several frames in one image by combining several frames processed as shown in FIGS. 4 and 5 to which ball candidates are extracted. 6 (b) shows the ball template T which is preset and stored as a reference image for the ball.
*도 6의 (a)에서 C1-1 및 C1-2는 제1 프레임의 소스 이미지에서 추출된 볼 후보이고, C2-1은 제2 프레임에서, C3-1은 제3 프레임에서, 그리고 C4-1은 제4 프레임에서 각각 추출된 볼 후보를 나타낸 것이다.In Fig. 6A, C1-1 and C1-2 are ball candidates extracted from the source image of the first frame, C2-1 is in the second frame, C3-1 is in the third frame, and C4- is 1 represents the ball candidates extracted in the fourth frame, respectively.
상기 템플릿 매칭 수단(82)은 상기 전처리 수단(81)에 의해 추출된 볼 후보(도 5의 (c) 참조)의 크기를 추정하는 추정수단(82a)과, 상기 볼 후보에 대해 볼 템플릿에 대응되는 크기로 상기 볼 후보에 대한 이미지를 노멀라이즈(Normalize) 처리하는 노멀라이즈 수단(82b)과, 상기 노멀라이즈 처리된 볼 후보와 상기 볼 템플릿을 서로 매칭하여 유사도를 추출함으로써 볼 후보 중 볼을 찾아 좌표 정보를 추출하는 매칭 수단(82c)을 포함하여 구성된다.The template matching means 82 includes estimating means 82a for estimating the size of the ball candidate extracted by the preprocessing means 81 (see FIG. 5C), and the ball template corresponding to the ball candidate. Normalizing means 82b for normalizing the image of the ball candidate to a size that matches the ball candidate and the ball template with the normalized ball candidate are extracted to extract a similarity to find a ball among the ball candidates. And matching means 82c for extracting coordinate information.
여기서 상기 추정수단(82a)은 추출된 각각의 볼 후보의 3차원 공간상에서의 크기를 추정하는데, 복수개의 카메라 각각이 취득한 이미지는 2차원 정보를 담고 있기 때문에 3차원 공간에서 해당 볼 후보의 크기를 알기 위하여 변환수단(73, 도 2 및 도 3 참조)을 통해 각각의 볼 후보에 대한 3차원 좌표 정보를 추출하고, 그 추출된 3차원 좌표 정보를 이용하여 해당 볼 후보의 3차원 공간상에서 카메라와의 거리 정보 등을 파악하여 그로부터 각각의 볼 후보의 크기를 추정한다.Here, the estimating means 82a estimates the size of each extracted ball candidate in the three-dimensional space. Since the images acquired by each of the plurality of cameras contain two-dimensional information, the size of the ball candidate in the three-dimensional space is determined. In order to know, the 3D coordinate information of each ball candidate is extracted through the conversion means 73 (see FIGS. 2 and 3), and the extracted 3D coordinate information is used to extract the camera and the camera in the 3D space of the ball candidate. The distance information and the like are estimated to estimate the size of each ball candidate therefrom.
즉 도 6의 (a)에 도시된 여러 프레임의 볼 후보(C1-1 등) 각각에 대해 상기 추정수단(82a)은 변환수단(73)을 이용하여 3차원 공간에서의 크기를 추정한다.That is, the estimation means 82a estimates the size in the three-dimensional space by using the conversion means 73 for each of the ball candidates (C1-1, etc.) of the various frames shown in FIG.
여기서 도 6의 (a)에서 각각의 프레임의 볼 후보의 크기가 서로 다른 것을 알 수 있는데, 볼이 촬영영역 내에서 움직임에 따라 카메라와 볼 사이의 거리가 변화하기 때문에 생기는 현상이다. 따라서 각각의 프레임의 볼 후보의 크기를 3차원 공간상의 좌표값을 이용하여 추정하여 각각의 볼 후보의 크기를 볼 템플릿에 맞게 변형시키거나 반대로 볼 템플릿의 크기를 각각의 볼 후보에 맞게 변형시켜 서로 비교함으로써 정확하게 각각의 볼 후보가 볼 템플릿과 비교하여 얼마나 유사한지 여부를 판단할 수 있어 볼 후보들 중 어느 볼 후보가 진짜 볼인지를 용이하게 찾아낼 수 있는 것이다.Here, it can be seen from FIG. 6A that the ball candidates of the respective frames have different sizes, which is caused by the distance between the camera and the ball as the ball moves in the photographing area. Therefore, by estimating the size of the ball candidates of each frame using coordinate values in three-dimensional space, the size of each ball candidate is modified to fit the ball template, or conversely, the size of the ball template is modified to fit each ball candidate. By comparing, it is possible to determine exactly how similar each ball candidate is compared with the ball template, so that it is easy to find which ball candidate among the ball candidates is the real ball.
상기 노멀라이즈 수단(82b)은 상기 추정수단(82a)에 의해 추정된 각각의 볼 후보의 크기를 고려하여 볼 템플릿(T)에 대응되는 크기로 노멀라이즈 처리하거나, 볼 템플릿(T) 자체를 각각의 볼 후보의 크기에 대응되도록 노멀라이즈 처리하는 수단이다.The normalizing means 82b normalizes the ball template T to a size corresponding to the ball template T in consideration of the size of each ball candidate estimated by the estimating means 82a, or individually processes the ball template T itself. Means for normalizing to correspond to the size of the ball candidate.
여기서 노멀라이즈 처리는 볼 후보 이미지의 형상, 픽셀 비율 등을 그대로 유지하면서 볼 템플릿(T)과 비교하기 용이하도록 볼 템플릿(T)의 크기에 대응되도록 이미지를 변형하는 것을 말하며, 볼 템플릿(T)을 노멀라이즈 처리하는 것은 반대로 볼 템플릿(T) 이미지의 형상, 픽셀 비율 등을 그대로 유지하면서 해당 볼 후보와 비교하기 용이하도록 해당 볼 후보의 크기에 대응되도록 이미지를 변형하는 것을 말한다.Here, the normalizing process refers to deforming the image so as to correspond to the size of the ball template T so that the ball candidate image can be easily compared with the ball template T while maintaining the shape, pixel ratio, and the like of the ball candidate image, and the ball template T Normalizing the conversely means deforming the image to correspond to the size of the ball candidate so that the ball template T can be easily compared with the ball candidate while maintaining the shape, pixel ratio, and the like of the ball template T image.
상기 노멀라이즈 수단(82b)에 의해 볼 후보 또는 볼 템플릿에 대한 노멀라이즈 처리가 완료되면, 상기 매칭 수단(82c)은 각각의 볼 후보와 볼 템플릿을 서로 비교하여 각각의 유사도를 추출한다.When the normalization process for the ball candidate or the ball template is completed by the normalization means 82b, the matching means 82c compares each ball candidate and the ball template with each other and extracts each similarity.
유사도는 전체적인 형상이나 픽셀 비율, 픽셀값 분포 등 다양한 판단 기준에 의해 판단된 결과가 수치로 환산되어 도출되는데, 유사도 값이 미리 설정된 값 이상으로 나온 경우에 해당 볼 후보를 '볼'이라고 인식할 수 있다.The similarity is derived by converting the result determined by various criteria such as the overall shape, pixel ratio, and pixel value distribution into numerical values. When the similarity value is higher than or equal to a preset value, the ball candidate may be recognized as a 'ball'. have.
매칭 결과에 따라 볼 후보 중 볼로서 인식된 것의 좌표값을 추출할 수 있고, 상기 추출된 좌표값의 변화를 통해 볼의 속도, 방향, 높이각 등의 물리적 특성 정보를 산출할 수 있다.According to the matching result, coordinate values of the ball candidates recognized as balls may be extracted, and physical characteristic information such as speed, direction, and height angle of the ball may be calculated by changing the extracted coordinate values.
한편, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 관하여 설명한다.Meanwhile, a sensing method for a virtual golf simulation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
먼저 가상 골프 시뮬레이션이 시작되면, 사용자는 타격매트 상에 볼을 놓고 타격을 할 준비를 한다. 이때 센싱장치는 타격매트 상에 놓인 볼에 대한 이미지를 취득하고 그 취득된 이미지에서 볼을 찾는다(S10). 이와 같은 볼 찾기 과정은 샷 디텍터에서 이루어진다.First, when the virtual golf simulation begins, the user prepares to hit the ball on the hitting mat. At this time, the sensing device acquires an image of the ball placed on the hitting mat and finds the ball in the acquired image (S10). The ball finding process is performed in the shot detector.
취득된 이미지에서 볼을 찾아 볼이 놓인 좌표 정보 등을 확인한 후에, 미리 설정된 요건이 만족되면 타격 준비가 완료된다(S11).After the ball is found in the acquired image and the coordinate information on which the ball is placed is checked, if the predetermined requirement is satisfied, the preparation for the hit is completed (S11).
타격 준비가 완료된 후에는, 샷 디텍터는 사용자가 볼을 타격하는지 여부를 감지하기 시작하며(S12), 만약 타격이 이루어졌다면(S20) 타격 시점을 정확하게 파악하여 타격 시점 및 그 이후의 복수 프레임의 이미지를 입수하여 볼 이미지 처리부로 전달한다. 만약 타격이 이루어진 것이 아니라면 다시 타격 감지 단계(S12)로 돌아간다.After the preparation for hitting is completed, the shot detector starts to detect whether the user hits the ball (S12), and if the hit is made (S20), accurately grasps the hitting time point and the image of the hitting time point and subsequent frames. Obtain and pass to the image processing unit for viewing. If the blow is not made, the flow returns to the blow detection step S12.
타격 감지 후, 샷 디텍터가 복수 프레임의 이미지를 입수하여 실시간으로 볼 이미지 처리부로 전송하면, 볼 이미지 처리부는 전송받은 이미지에서 미리 설정된 영역을 분리하여 소스 이미지를 추출한다(S32).After the hit detection, when the shot detector acquires a plurality of frames of images and transmits them to the ball image processor in real time, the ball image processor extracts a source image by separating a predetermined area from the received image (S32).
그리고 추출된 소스 이미지에서 배경 영상을 제거하고(S33), 볼 후보를 추출한다(S34).The background image is removed from the extracted source image (S33), and the ball candidate is extracted (S34).
추출된 볼 후보에 대해 복수개의 카메라 영상을 서로 매칭함으로써 3차원 좌표 정보를 얻고 그로부터 해당 볼 후보의 카메라와의 거리 등에 관한 정보를 추출하여 해당 볼 후보의 크기를 추정한다(S40).Three-dimensional coordinate information is obtained by matching a plurality of camera images with respect to the extracted ball candidates, and information about the distance to the camera of the ball candidate is extracted therefrom to estimate the size of the ball candidate (S40).
그리고 볼 후보의 추정된 크기를 고려하여 볼 후보에 대한 노멀라이즈 처리 또는 볼 템플릿에 대한 노멀라이즈 처리 과정을 수행한다(S50).The normalization process for the ball candidate or the normalization process for the ball template is performed in consideration of the estimated size of the ball candidate (S50).
그리고 노멀라이즈 처리가 이루어진 후에 볼 후보와 볼 템플릿을 서로 매칭시킨다(S61).After the normalization process is performed, the ball candidate and the ball template are matched with each other (S61).
그리고 볼 후보가 볼 템플릿과 얼마나 일치하는지 그 유사도를 수치로 환산하여 산출한다(S62).The degree of similarity of the ball candidate with the ball template is calculated by converting the similarity into a numerical value (S62).
상기 산출된 유사도가 미리 설정된 설정값 미만인 경우 해당 볼 후보는 볼이 아니라고 판단하여 제외시킨다(S63). 상기 산출된 유사도가 미리 설정된 설정값 이상인 경우에는 해당 볼 후보를 볼로서 인식하여 좌표값을 추출한다(S64).If the calculated similarity is less than the preset value, the ball candidate is determined to be non-ball and excluded (S63). If the calculated similarity is equal to or greater than a preset value, the ball candidate is recognized as a ball and a coordinate value is extracted (S64).
이와 같은 방식으로 각 프레임상의 볼 후보들 중 설정값 이상인 볼 후보를 볼로서 인식하여 해당 볼의 좌표값을 추출하며, 추출된 볼의 좌표값을 서로 연결하여 볼 궤적을 산출한다(S65).In this manner, a ball candidate having a predetermined value or more among the ball candidates on each frame is recognized as a ball, a coordinate value of the corresponding ball is extracted, and a ball trajectory is calculated by connecting the coordinate values of the extracted ball to each other (S65).
산출된 볼 궤적은 시뮬레이터를 통해 시뮬레이션 영상으로 구현된다(S70).The calculated ball trajectory is implemented as a simulation image through a simulator (S70).
발명의 실시를 위한 최선의 형태 항목에서 구체적으로 기재하고 있다.The best mode for carrying out the invention is described in detail.
본 발명에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법은 가상 현실 기반의 골프 시뮬레이션이 이루어지도록 함으로써 사용자가 가상의 골프 경기를 즐길 수 있도록 할 수 있는 골프 게임이나 소위 스크린 골프 산업 분야 등에 이용 가능하다.The virtual golf simulation device, the sensing device and the sensing method used according to the present invention is a golf game or a so-called screen golf industry that can allow a user to enjoy a virtual golf game by performing a golf simulation based on virtual reality It can be used.

Claims (12)

  1. 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치에 있어서,In the sensing device used for the virtual golf simulation device,
    사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 취득하는 카메라 유닛; 및A camera unit for acquiring a plurality of frames of images for hitting the ball by the swing of the user; And
    상기 카메라 유닛에서 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 전처리 수단과, 볼에 대한 기준 이미지로서 볼 템플릿을 미리 설정하여 저장하며, 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 템플릿 매칭 수단을 포함하는 센싱처리유닛;Preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the image acquired by the camera unit, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and storing the extracted ball candidate in the size of the ball candidate. A sensing processing unit including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template accordingly;
    을 포함하는 센싱장치.Sensing device comprising a.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전처리 수단은,The method according to claim 1, wherein the pretreatment means,
    상기 각 카메라에서 취득한 이미지에서 타격이 이루어진 지점을 기준으로 미리 설정된 구간에 대한 이미지를 분리하여 마련된 소스 이미지에서 상기 볼 후보를 추출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And a ball candidate is extracted from a source image prepared by separating an image for a predetermined section based on a point where a hit is made from the images acquired by the respective cameras.
  3. 제1항에 있어서, 상기 템플릿 매칭 수단은,The method of claim 1, wherein the template matching means,
    상기 볼 후보의 크기를 추정하여 상기 볼 템플릿의 크기에 대응하도록 이미지 처리하여 서로 매칭시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And estimating the size of the ball candidate and processing the image to correspond to the size of the ball template to match each other.
  4. 제1항에 있어서, 상기 템플릿 매칭 수단은,The method of claim 1, wherein the template matching means,
    상기 볼 후보의 크기를 추정하여 상기 볼 템플릿을 상기 볼 후보의 크기에 대응하도록 이미지 처리하여 서로 매칭시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And estimating the size of the ball candidate to image the ball template to match the size of the ball candidate to match each other.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 카메라 유닛은 서로 연동하여 구동되며 각각 복수 프레임의 이미지를 취득하는 복수개의 카메라로 구성되며,The camera unit is driven in conjunction with each other and consists of a plurality of cameras, each of which acquires a plurality of frames of images
    상기 센싱처리유닛은,The sensing processing unit,
    상기 복수개의 카메라 각각으로부터 취득되는 이미지를 서로 매칭하여 2차원 정보를 3차원 정보로 변환하거나 3차원 정보를 2차원 정보로 역변환하도록 구비되는 변환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And a converting means adapted to convert two-dimensional information into three-dimensional information or inversely convert the three-dimensional information into two-dimensional information by matching images acquired from each of the plurality of cameras with each other.
  6. 제5항에 있어서, 상기 템플릿 매칭 수단은,The method of claim 5, wherein the template matching means,
    상기 변환수단을 통해 상기 추출된 볼 후보에 대한 3차원 정보를 추출하여 상기 볼 후보의 크기를 추정하는 추정수단과,Estimation means for estimating the size of the ball candidate by extracting three-dimensional information about the extracted ball candidate through the conversion means;
    상기 볼 후보에 대해 상기 볼 템플릿에 대응되는 크기로 상기 볼 후보에 대한 이미지를 노멀라이즈 처리하는 노멀라이즈 수단과,Normalizing means for normalizing an image for the ball candidate with a size corresponding to the ball template with respect to the ball candidate;
    상기 노멀라이즈 처리된 볼 후보와 상기 볼 템플릿을 서로 매칭하여 유사도를 추출함으로써 상기 볼 후보 중 볼을 찾아 좌표 정보를 추출하는 매칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And matching means for extracting coordinate information by finding a ball among the ball candidates by extracting a similarity by matching the normalized ball candidate and the ball template with each other.
  7. 제5항에 있어서, 상기 템플릿 매칭 수단은,The method of claim 5, wherein the template matching means,
    상기 변환수단을 통해 상기 추출된 볼 후보에 대한 3차원 정보를 추출하여 상기 볼 후보의 크기를 추정하는 추정수단과,Estimation means for estimating the size of the ball candidate by extracting three-dimensional information about the extracted ball candidate through the conversion means;
    상기 볼 템플릿에 대해 상기 볼 후보의 추정된 크기에 대응하도록 노멀라이즈 처리하는 노멀라이즈 수단과,Normalizing means for normalizing the ball template to correspond to the estimated size of the ball candidate;
    상기 노멀라이즈 처리된 볼 템플릿과 상기 볼 후보를 서로 매칭하여 유사도를 추출함으로써 상기 볼 후보 중 볼을 찾아 좌표 정보를 추출하는 매칭 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.And matching means for extracting coordinate information by finding a ball among the ball candidates by extracting similarity by matching the normalized ball template with the ball candidate.
  8. 사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대해 각각 복수 프레임의 이미지를 취득하는 복수개의 카메라를 포함하는 카메라 유닛; 및 상기 각 카메라에서 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 전처리 수단과, 볼에 대한 기준 이미지로서 볼 템플릿을 미리 설정하여 저장하며 상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 템플릿 매칭 수단을 포함하는 센싱처리유닛;을 포함하는 센싱장치와,A camera unit including a plurality of cameras each obtaining a plurality of frames of images for striking the ball by a user's swing; And preprocessing means for extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the images acquired by the respective cameras, and presetting and storing a ball template as a reference image for the ball, and storing the extracted ball candidate in the size of the ball candidate. And a sensing processing unit including a template matching means for extracting ball information by variably matching the ball template.
    상기 센싱처리유닛에서 추출된 정보에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현유닛을 포함하는 가상 골프 시뮬레이션 장치.And a video implementation unit for implementing a simulation image of a ball trajectory according to the information extracted by the sensing processing unit.
  9. 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 있어서,In the sensing method for the virtual golf simulation,
    사용자의 스윙에 의해 볼을 타격하는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 취득하는 단계;Acquiring a plurality of frames of images about hitting the ball by the user's swing;
    상기 취득한 이미지에 대해 소정의 처리를 하여 볼 후보를 추출하는 단계; 및Extracting a ball candidate by performing a predetermined process on the acquired image; And
    상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 볼 후보의 크기에 따라 볼에 대한 기준 이미지로서 미리 설정하여 저장된 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시킴으로써 볼 정보를 추출하는 단계;Extracting ball information by variably matching the stored ball template with the ball candidate pre-set as a reference image for the ball according to the size of the ball candidate;
    를 포함하는 센싱방법.Sensing method comprising a.
  10. 제9항에 있어서, 상기 볼 후보를 추출하는 단계는,The method of claim 9, wherein extracting the ball candidates comprises:
    상기 각 카메라에서 취득한 이미지에서 타격이 이루어진 지점을 기준으로 미리 설정된 구간에 대한 이미지를 분리하여 소스 이미지를 마련하는 단계와,Preparing a source image by separating an image for a preset section based on a point where a hit is made from the images acquired by the cameras;
    상기 소스 이미지에 대해 차연산을 통해 배경 영상을 제거하는 단계와,Removing a background image through the difference operation on the source image;
    상기 차연산 된 이미지에서 기하적 특성에 기해 볼이 아닌 것으로 판단되는 이미지를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.And removing an image determined to be non-ball based on geometrical characteristics from the difference- computed image.
  11. 제9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 이미지를 취득하는 단계에서는 복수개의 카메라가 각각 복수 프레임의 이미지를 취득하도록 하며,In the acquiring of the image, a plurality of cameras respectively acquire images of a plurality of frames.
    상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시키는 단계는,Variablely matching the ball template,
    상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 복수개의 카메라가 각각 취득한 이미지를 서로 매칭하여 상기 볼 후보의 크기를 추정하는 단계와,Estimating the size of the ball candidate by matching images acquired by the plurality of cameras with respect to the extracted ball candidates, respectively;
    상기 크기가 추정된 볼 후보에 대해 상기 볼 템플릿에 대응되는 크기로 노멀라이즈 처리하는 단계와,Normalizing the ball candidate having the estimated size to a size corresponding to the ball template;
    상기 노멀라이즈 처리된 볼 후보와 상기 볼 템플릿을 서로 매칭하여 유사도를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.And matching the ball candidate with the normalized ball candidate with the ball template to extract similarity.
  12. 제9항에 있어서, The method of claim 9,
    상기 이미지를 취득하는 단계에서는 복수개의 카메라가 각각 복수 프레임의 이미지를 취득하도록 하며,In the acquiring of the image, a plurality of cameras respectively acquire images of a plurality of frames.
    상기 볼 템플릿을 가변적으로 매칭시키는 단계는,Variablely matching the ball template,
    상기 추출된 볼 후보에 대해 상기 복수개의 카메라가 각각 취득한 이미지를 서로 매칭하여 상기 볼 후보의 크기를 추정하는 단계와,Estimating the size of the ball candidate by matching images acquired by the plurality of cameras with respect to the extracted ball candidates, respectively;
    상기 볼 템플릿을 상기 추정된 볼 후보의 크기에 대응되는 크기로 노멀라이즈 처리하는 단계와,Normalizing the ball template to a size corresponding to the estimated size of the ball candidate;
    상기 노멀라이즈 처리된 볼 템플릿과 상기 볼 후보를 서로 매칭하여 유사도를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.And matching the normalized ball template with the ball candidate to extract a similarity.
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