WO2021256641A1 - 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법 - Google Patents

트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법 Download PDF

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이수웅
원홍인
박세경
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Korea Institute of Industrial Technology KITECH
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Definitions

  • the present invention relates to a method of measuring the amount of exercise of a user using a trampoline by using a trampoline, and more particularly, to precisely measuring the amount of exercise of a user performing a repetitive action, and at the same time simplifying the configuration of a device for this purpose It's about technology.
  • a trampoline is a device having a resilient mat, and a person can jump on the mat or perform a predetermined motion.
  • Such trampolines are used for purposes such as children's play, life sports, gymnastics, and the like, and the rate of its spread is increasing in recent years.
  • An object of the present invention for solving the above problems is to measure the exercise amount of the user while maintaining the mechanical durability of the trampoline.
  • a portion of the user's body is in contact with the contact surface, which is the upper surface of the elastic pad portion formed of a color and translucent material, and the lower surface of the elastic pad portion and the user's a first step of collecting a captured image by capturing a contact shadow that is a shadow on a body part; a second step in which an action force, which is a force by the user, is provided to the elastic pad part, and the captured images for the shape change of the elastic pad part and the shape and position change of the contact shadow are collected; a third step of extracting the elastic pad region by creating an elastic pad mask that is a mask that defines the elastic pad region as one object in the captured image; a fourth step of extracting the contact shadow area by creating a shadow mask that is a mask that defines the contact shadow area, which is another object, in the captured image; a fifth step of deriving a user's movement amount, which is a three-dimensional position change on a part of the user's body
  • the elastic pad color difference which is an image by the V color difference signal It may include extracting the image.
  • the third step may further include converting the color difference image of the elastic pad into a binarized image to extract the binarized image of the elastic pad.
  • the third step may further include removing noise from the binarized image of the elastic pad to generate the elastic pad mask and extracting the elastic pad part region.
  • the image is an image using the luminance signal and the color difference signal It may include extracting the shadow color difference image.
  • the fourth step may further include extracting the shadow binarization image by converting the shadow color difference image into a binarized image.
  • the shadow mask is generated by performing a binary image operation using the image of the area of the elastic pad and the shadow binarization image, and thus the contact shadow area in the area of the elastic pad. It may further include the step of extracting.
  • the x and y coordinates of the center point of the contact shadow, respectively measured when the elastic pad part and the contact moment on the user's body part are determined, and the length of the contact shadow It may include measuring a reference length, which is a reference length, and a reference distance, which is a distance between the elastic pad unit and an imaging unit for collecting the captured image.
  • the fifth step may further include measuring an action length that is a length of the contact shadow measured when it is determined that the action force is being provided.
  • the z-coordinate of the center point of the contact shadow may be extracted using the ratio of the reference length and the working length and the reference distance.
  • the length of the contact shadow may be measured as the length of the longest line connecting one point and another point in the contact shadow area and passing through the center point of the contact shadow.
  • an average value for each momentum value can be derived. have.
  • the method may further include a seventh step of transmitting information on the amount of exercise of the user to a predetermined electronic device used by the user.
  • the effect of the present invention according to the above configuration is that the user's exercise amount is measured using the image change of the trampoline pad without forming a complex sensor configuration, so that the measurement can be performed while maintaining the mechanical durability of the device.
  • an effect of the present invention is that the user's exercise amount can be quantitatively and precisely measured by quantitatively measuring the image change of the marker according to the user's exercise.
  • an effect of the present invention is that the user's exercise amount is measured by analyzing the image after performing imaging with a single camera without using a stereo camera, so that the configuration of the device is simplified and the cost is reduced.
  • FIG. 1 is a perspective view of a trampoline device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of a trampoline device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a photographed image related to the elastic pad unit and a color difference image of the elastic pad according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a shadow color difference image and a shadow binarization image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an image of an elastic pad part and a contact shadow area according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a process of extracting x and y coordinates of a contact shadow according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a z-coordinate extraction process of a contact shadow according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a captured image according to whether or not an action force is provided according to an embodiment of the present invention.
  • the contact surface which is the upper surface of the elastic pad portion formed of a color and translucent material, is placed on the user's body.
  • FIG. 1 is a perspective view of a trampoline device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the trampoline device according to an embodiment of the present invention.
  • the trampoline device of the present invention includes a contact surface 120 that is a surface that a user contacts, and an action force that is a force by the user acting on the contact surface 120 is provided to the contact surface 120
  • the elastic pad part 100 which has a variable shape and is restored to its initial shape when the action force is released;
  • An image of the imaging surface 110 that is formed spaced apart from the imaging surface 110 , which is a surface formed on the opposite side of the contact surface 120 in the elastic pad part 100 , and that changes when an action force is repeatedly applied to the contact surface 120 .
  • the trampoline apparatus of the present invention may further include a lighting unit 320 for irradiating light toward the imaging surface (110).
  • the support part 400 is formed along the edge of the elastic pad part 100 and is coupled to the elastic pad part 100 to support the elastic pad part 100, the frame 410 and the frame 410 are combined.
  • a support 420 for supporting the frame 410 may be provided.
  • the frame 410 and the support 420 may be formed of metal or synthetic resin, the frame 410 may have a circular or polygonal shape, and the support 420 is disposed along the circumferential direction of the frame 410 . It may be formed to support the frame 410 .
  • the elastic pad part 100 may be formed of a material having elasticity, such as rubber or synthetic resin, and the elastic pad part 100 and the frame 410 may be directly coupled to each other.
  • a plurality of springs are disposed at the edge of the elastic pad part 100 and the plurality of springs are coupled to the frame 410 to connect the elastic pad part 100 and the frame 410 to the elastic pad part 100 to form a frame. 410 may be supported.
  • the lighting unit 320 may be formed along the circumferential direction of the imaging unit 310 .
  • the lighting unit 320 may be formed of an LED.
  • the outer side of the imaging unit 310 may have a cylindrical shape, and the lighting unit 320 may have a cylindrical shape along the outer shape of the imaging unit 310 correspondingly. .
  • the shape of the imaging unit 310 and the illumination unit 320 is formed as described above, the installation space of the imaging unit 310 and the illumination unit 320 is minimized and the imaging unit 310 and the illumination unit 320 are integrated. Installation of the elastic exercise device of the present invention may be easy.
  • the imaging unit 310 and the lighting unit 320 are formed as described above, it is not limited thereto, and the imaging unit 310 is formed in a different shape and a plurality of illumination units 320 . may be formed by being disposed along the circumferential direction of the imaging unit 310 .
  • the imaging unit 310 may include an element such as a CCD, but is not limited to this example.
  • the imaging unit 310 may be formed of at least one or more, and the imaging unit 310 may include a wide-angle lens. Although a plurality of imaging units 310 may be formed, in the trampoline apparatus of the present invention, the configuration may be simplified by using one imaging unit 310 .
  • FIG. 3 is a captured image and an elastic pad color difference image related to the elastic pad unit 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an elastic pad binarization image and noise in the elastic pad binarization image according to an embodiment of the present invention.
  • the image has been removed.
  • Fig. 3 (a) is for the captured image
  • Fig. 3 (b) is for the elastic pad color difference image
  • Fig. 4 (a) is for the elastic pad binarization image
  • Fig. 4 (b) is the image expansion operation for noise removal of the elastic pad binarization image
  • Figure 4 (c) is erosion after the expansion operation It is a computed image.
  • FIG. 5 is a shadow color difference image and a shadow binarization image according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is an image of the elastic pad unit 100 and the contact shadow 200 region according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 (a) is for a shadow color difference image
  • Fig. 5 (b) is for a shadow binarization image
  • Fig. 6 (a) shows the contact shadow 200 area as an image after performing binary image operation on the elastic pad mask and the shadow binarization image
  • Fig. 6 (b) is the elastic pad part 100 area. and the contact shadow 200 region located therein.
  • the contact surface 120 which is the upper surface of the elastic pad part 100 formed of a color and translucent material, and the lower surface of the elastic pad part 100 and the user It is possible to start collecting the captured image by capturing the contact shadow 200 that is the shadow on the body part of the .
  • an action force which is a force by the user, is provided to the elastic pad part 100 , and captured images for the shape change of the elastic pad part 100 and the shape and position change of the contact shadow 200 are collected can be
  • the shape and position change of the contact shadow 200 which is a shadow on a part of the user's body, is measured by the captured image, and on the part of the user's body A three-dimensional position change can be derived. Details on this will be described below. And, in the embodiment of the present invention, although it is described that the elastic pad part 100 is formed in a translucent red color, the color of the elastic pad part 100 is not limited thereto. As described above, since the elastic pad part 100 is made of a translucent material, as shown in FIG. The shape of a part of the user's body can be clearly detected as a contact shadow 200 by the imaging unit 310 through the elastic pad unit 100 . Here, both feet of the user come into contact with the contact surface 120 , but the contact shadow 200 may be a shadow for each of both feet of the user. Hereinafter, it is the same.
  • the imaging unit 310 may transmit the photographed image to the analysis module 500 by photographing the imaging surface 110 of the elastic pad unit 100 per unit time.
  • the unit time may be in units of milliseconds (milliseconds, ms), and of course, imaging may be performed in units smaller than units of milliseconds (ms) in order to improve precision.
  • the elastic pad part 100 area and the contact shadow 200 area are extracted from the captured image, and the elastic pad part 100 area Since it is possible to derive a three-dimensional position change of the contact shadow 200, that is, a three-dimensional position change on a part of the user's body, by using the shape change of the contact shadow 200 and the shape and position change of the area of the contact shadow 200, It will be described in detail.
  • the elastic pad part 100 area may be extracted by creating an elastic pad mask, which is a mask that defines the area of the elastic pad part 100 as one object in the captured image.
  • the distortion correction unit provided in the analysis module 500 compensates for the distortion of the captured image by removing the distortion of the captured image when the captured image is transmitted.
  • the distortion compensation unit can process lens system distortion, image (image) distortion, image (image) coordinate distortion, etc., and such camera calibration and distortion correction are by the prior art, and detailed descriptions will be omitted. do.
  • the analysis module 500 converts the captured image into YUV data composed of a luminance signal (Y) and color difference signals (U, V), and then It is possible to extract the color difference image of the elastic pad, which is an image.
  • the analysis module 500 may include a color gamut conversion unit for outputting image data converted through color space conversion with respect to RGB data of the captured image.
  • the color gamut conversion unit may receive the captured image from the distortion compensating unit and convert the color gamut from the RGB area to the YUV area. Accordingly, the RGB data of the captured image is converted into a luminance signal (Y) and a color difference signal (U, V).
  • the color gamut converter may extract a V color difference signal (V Channel) from the YUV data. Accordingly, as shown in (b) of FIG. 3 , an image of the elastic pad unit 100 having a predetermined color may be image-processed to be highlighted in the captured image, and a color difference image of the elastic pad may be extracted.
  • the analysis module 500 may convert the elastic pad color difference image into a binarized image to extract the elastic pad binarized image.
  • the analysis module 500 may include a binarization processing unit that performs a binarization process on the color difference image of the elastic pad, which is the image received from the color gamut conversion unit.
  • the binarization processing unit performs binarization on the color difference image of the elastic pad using the Otsu algorithm, and a flexible threshold is set according to the environment through the Otsu algorithm in this way, which is called the elastic pad unit 100. A region of an object may be extracted.
  • the binarization processing unit performs binarization on the color difference image of the elastic pad using Otsu's algorithm, but the present invention is not limited thereto, and various known methods for generating a binarized image may be used. .
  • the analysis module 500 removes noise from the elastic pad binarization image to generate an elastic pad mask and extract the elastic pad part 100 region.
  • the analysis module 500 removes noise from the elastic pad binarization image to generate an elastic pad mask and extract the elastic pad part 100 region.
  • noise is present at the boundary of the elastic pad binarization image.
  • Such noise is due to inaccurate detection of the boundary of the elastic pad part 100 and needs to be removed because it may reduce the measurement accuracy of the elastic pad part 100 region.
  • the analysis module 500 may include a noise removing unit for removing noise from the binarized image of the elastic pad.
  • the noise removing unit can remove the noise existing at the boundary of the elastic pad binarized image by performing a morphological operation. To this end, a dilation operation as shown in FIG. 4(b) and FIG. 4
  • the erosion operation as shown in (c) of (c) can be sequentially performed.
  • an expansion operation is performed to remove the noise (noise) of the binarized image of the elastic pad, and then an erosion operation is performed with an area smaller than the area of the elastic pad unit 100 before processing, so that noise in the outer region of the image can be removed.
  • An elastic pad mask is generated by performing the algorithm as described above, and an image of the area of the elastic pad unit 100 can be extracted by applying the elastic pad mask.
  • a shadow mask which is a mask for limiting the contact shadow 200 area, which is another object, in the captured image may be generated to extract the contact shadow 200 area.
  • the analysis module 500 converts the captured image into a luminance signal (Y) and a color difference signal (U, V) to generate a shadow mask. After converting to the configured YUV data, it is possible to extract the shadow color difference image, which is an image by the luminance signal and the color difference signal.
  • the captured image here is the same image as the captured image used for extracting the above-described elastic pad color difference image.
  • the color gamut conversion unit that extracts the elastic pad color difference image from the captured image received as described above may perform color gamut conversion on the RGB data of the same captured image to convert it into YUV data.
  • the color gamut conversion unit may perform a mixing operation using the luminance signal Y, the U color difference signal, and the V color difference signal for contrast for binarization. Accordingly, a shadow color difference image can be extracted.
  • the analysis module 500 may extract the shadow binarization image by converting the shadow color difference image into a binarized image.
  • the binarization processing unit that generated the elastic pad binarization image as described above may receive the shadow color difference image after extracting the elastic pad binarization image, and perform binarization on the shadow color difference image using the Otsu algorithm. In this way, a fluid threshold according to the environment is set through the Otsu algorithm, and the region of the object called the contact shadow 200 can be extracted.
  • the binarization processing unit performs binarization on the shadow color difference image using the Otsu algorithm, but the present invention is not limited thereto, and various known methods for generating a binarized image may be used.
  • the analysis module 500 generates a shadow mask by performing a binary image operation using the area image of the elastic pad part 100 and the shadow binarization image, and the elastic pad part It is possible to extract the contact shadow (200) area within the (100) area.
  • the analysis module 500 may include a binary image operation unit that performs binary image operation.
  • the binary image operation unit may perform a binary image operation using a hole filling algorithm, but is not limited thereto.
  • the shadow mask in order to extract the contact shadow 200 region image within the elastic pad part 100 region, the shadow mask is generated by generating a binary image using the elastic pad part 100 region image and the shadow binarization image. generated, and by applying such a shadow mask, an image of the contact shadow 200 region can be extracted.
  • FIG. 6 (b) the contact shadow 200 in the elastic pad part 100 region ), a final extracted image that is a region image can be extracted.
  • an elastic pad mask which is a mask for limiting the area of the elastic pad part 100, which is one object
  • a shadow mask which is a mask, which is a mask for defining the area of the contact shadow 200, which is another object
  • the trampoline device of the present invention may use the elastic pad mask when generating the shadow mask after first generating the elastic pad mask.
  • the analysis module 500 based on the center point of the elastic pad part 100 region in the final extracted image, the elastic pad part 100 area boundary line (Contour) and 3D coordinates of the contact shadow 200 region boundary are generated, and the 3D coordinates of x, y, and z of the center point of the contact shadow 200 can be extracted using this.
  • each coordinate may be calculated by a pixel coordinate value.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the x, y coordinate extraction process of the contact shadow 200 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a z coordinate extraction process of the contact shadow 200 according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram for
  • the point O represents the center point of the lens of the imaging unit 310
  • the figure including the sides of a', b' and c' represents the image of the elastic pad unit 100 formed on the imaging unit 310 .
  • Figure 8 (a) shows the measurement of the reference length (Len) and the reference distance (Dist)
  • Figure 8 (b) shows the measurement of the working length (Len ')
  • (c) shows the process of calculating the working distance Dist', which is the movement distance in the z-coordinate direction of the contact shadow 200, using the reference length (Len), the reference distance (Dist), and the working length (Len') .
  • the fifth step by using the change in the formation of the elastic pad unit 100 and the change in the three-dimensional coordinates of the center point of the contact shadow 200, it is possible to derive the movement amount of the user, which is a three-dimensional position change on a part of the user's body.
  • the process thereof will be described in detail.
  • each The measured x and y coordinates for the center point of the contact shadow 200, the reference length Len that is the length of the contact shadow 200, and the reference distance Dist that is the distance between the elastic pad unit 100 and the imaging unit 310 ) can be measured.
  • the length of the contact shadow 200 may be measured as the length of the longest line passing through the center point of the contact shadow 200 while connecting one point and another point in the contact shadow 200 region.
  • the reference point (0 point) of each of the x, y, and z coordinates may be the center point of the elastic pad part 100 at the position of the first elastic pad part 100 before the contact between the elastic pad part 100 and a part of the user's body.
  • the moment of contact between the elastic pad part 100 and a part of the user's body may be a moment when the distance between the elastic pad part 100 and the imaging unit 310 changes, and the region of the elastic pad part 100 extracted as described above. It is possible to track the initial position of the elastic pad part 100 using the image, and determine whether to provide an action force by using the shape change of the elastic pad part 100 .
  • the analysis module 500 stores the initial shape of the elastic pad part 100 region, and the elastic pad part 100 region boundary line and the elastic pad part 100 are extracted by analyzing the captured image transmitted in real time. When the boundary lines of the initial shape of the region coincide, the analysis module 500 can determine even a state in which no action force is applied to the elastic pad part 100, and the elastic pad part 100 is set to the initial position and shape. It can be judged that there is
  • the analysis module 500 starts providing an action force when the boundary line of the elastic pad part 100 and the boundary line of the initial shape of the elastic pad part 100 coincide as described above. Or you can decide to stop.
  • the trampoline device of the present invention may include a position sensor 330 for measuring a change in the depth of the elastic pad part 100 (the distance that the center point of the elastic pad part 100 moves from the reference point).
  • the position sensor 330 may be installed around the elastic pad part 100 .
  • the position sensor 330 determines the case in which the center point of the elastic pad unit 100 approaches the imaging unit 310 in the positive (+) direction (depth>0) based on the z-coordinate reference point as described above.
  • a case where the center point of the elastic pad unit 100 is spaced apart from the imaging unit 310 may be determined in a negative (-) direction (depth ⁇ 0).
  • the position sensor 330 may transmit the center point motion information of the elastic pad unit 100 to the analysis module 500 in real time.
  • the analysis module 500 When it is analyzed that the shape of the region of the elastic pad part 100 is changed in the analysis module 500 and the depth of the elastic pad part 100 is less than 0 (depth ⁇ 0), the analysis module 500 provides an action force This can be considered discontinued. In addition, when it is analyzed that the shape of the area of the elastic pad part 100 changes and the depth of the elastic pad part 100 is greater than 0 (depth>0), the analysis module 500 determines that the action force is being provided. can Here, when it is analyzed that the shape of the elastic pad part 100 does not change and the depth of the elastic pad part 100 is 0, the analysis module 500 determines that the elastic pad part 100 is in the initial position.
  • the analysis module 500 may determine that the provision of the action force to the elastic pad part 100 is stopped.
  • the action length (Len') is the length of the contact shadow 200 measured when it is determined that the action force is being provided by the analysis module 500 .
  • the z-coordinate for the center point of the contact shadow 200 may be extracted using the ratio of the reference length Len and the working length Len' and the reference distance Dist.
  • the change in the working length Len' can be measured.
  • the change in the working distance Dist' can be measured using the similarity ratio operation, that is, the following [Equation 1].
  • such a working distance (Dist') value may be a z-coordinate with respect to the center point of the contact shadow 200 .
  • Len may mean a reference length
  • Dist may mean a reference distance
  • Len' may mean a working length
  • Dist' may mean a working distance
  • the analysis module 500 when the working length (Len') forms a maximum value, can determine that the amount of change in the formation of the elastic pad part 100 is the maximum, and also, the working distance (Dist') It can be determined to be the maximum, and in this case, the three-dimensional coordinate value is set as the final coordinate of the contact shadow 200 , and the user's momentum can be calculated using the final coordinate of the contact shadow 200 .
  • the amount of movement of the user may be measured as a three-dimensional displacement of the change of the x, y, and z coordinates, but in the present invention Since the amount of movement of the user is mainly formed in the direction of gravity (the z-axis direction) in the trampoline device of Therefore, the three-dimensional coordinates of the center point of the contact shadow 200 when the operating force is provided are the x-coordinate and y for the center point of the contact shadow 200 measured when the elastic pad part 100 and the contact moment on the user's body part are judged. It may be formed as a z-coordinate with respect to the center point of the contact shadow 200 when the coordinates and the working length Len' are changed.
  • FIG. 9 is a captured image according to whether or not an action force is provided according to an embodiment of the present invention.
  • (a) of FIG. 9 is an image of a matter in which the three-dimensional coordinates of the center point of the contact shadow 200 are displayed on the captured image when the action length Len' is the maximum
  • (b) of FIG. 9 is the action force
  • the display line (blue thick line) along the boundary line of the area of the elastic pad part 100 is the same. It is an image showing the matter where the line) is formed.
  • the three-dimensional coordinates of the center point of the contact shadow 200 measured as described above, whether the elastic pad unit 100 returns to the initial position, etc. can be displayed by matching the captured image.
  • the movement amount of the user and the elastic modulus of the elastic pad unit 100 may be used to calculate the user's exercise amount.
  • the analysis module 500 may calculate the user's momentum by using the elastic modulus of the elastic pad part 100 and the amount of change in the three-dimensional position of the contact shadow 200 .
  • the value of the elastic modulus k (x, y) for each point of the two-dimensional (x, y) contact surface 120 of the elastic pad part may be experimentally measured and stored, and Measured as may be that the elastic modulus is measured by providing an action force at each pixel unit position in the elastic pad unit 100 and measuring the strain at each pixel unit position according to the operating force.
  • the elastic pad part 100 may have a linear elastic force.
  • the linear elastic force may mean that the elastic force changes linearly at each point of the elastic pad part 100 .
  • the analysis module 500 substitutes the user's contact position and the user's movement amount into the following [Equation 2] polynomial to obtain energy by the user's muscle strength. can be calculated.
  • W(t) is the user's momentum
  • t is the shape deformation time of the elastic pad part 100
  • k(x, y) is the elastic pad part 100 for the coordinates (x, y) of the contact shadow 200 .
  • z(t) may be the amount of movement of the user at time t.
  • the elastic pad part 100 may have a non-linear elastic force.
  • the non-linear elastic force may mean that the elastic force changes non-linearly at each point of the elastic pad part 100 .
  • the analysis module 500 substitutes the user's contact position and the user's movement amount into the following [Equation 3] polynomial to obtain energy by the user's muscle strength. can be calculated.
  • W(t) is the user's momentum
  • t is the shape deformation time of the elastic pad part 100
  • k(x, y) is the elastic pad part 100 for the coordinates (x, y) of the contact shadow 200 .
  • z(t) may be the amount of movement of the user at time t.
  • an average value for each momentum value may be derived.
  • the contact shadow 200 may be a shadow that forms one area
  • a plurality of user body parts contact the contact surface 120 to form a plurality of contact shadows 200 when the user's momentum is measured. have.
  • a contact shadow 200 for each of both feet instead of one foot may be formed.
  • the analysis module 500 calculates the user's exercise amount by each foot, that is, each contact shadow 200, and derives the average value for each momentum value as the user's exercise amount.
  • the analysis module 500 may transmit information about the user's exercise amount to a predetermined electronic device used by the user.
  • information on the amount of exercise of the user may be transmitted to the electronic device worn by the user.
  • the electronic device may be a smart watch, a smart phone, a tablet PC, a notebook computer, or the like.
  • Information on the user's exercise amount may be converted into data and stored in an electronic device.
  • the momentum measuring method of the present invention it is possible to build an exercise amount measuring system for measuring the amount of exercise of a user using the trampoline device of the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 반복적인 행동을 수행하는 사용자의 운동량을 정밀하게 측정함과 동시에, 이를 위한 장치 구성을 단순화하는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법은, 색상을 구비하고 반투명한 소재로 형성되는 상기 탄성패드부의 상면인 접촉면에 사용자의 신체 일부위가 접촉하고, 상기 탄성패드부의 하면 및 상기 사용자의 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자를 촬상하여 촬상이미지를 수집 시작하는 제1단계;상기 탄성패드부에 상기 사용자에 의한 힘인 작용힘이 제공되고, 상기 탄성패드부의 형상 변화와 상기 접촉그림자의 형상 및 위치 변화에 대한 상기 촬상이미지가 수집되는 제2단계; 상기 촬상이미지에서 하나의 객체인 상기 탄성패드부 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크를 생성하여 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 제3단계; 상기 촬상이미지에서 다른 객체인 상기 접촉그림자 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 제4단계; 상기 탄성패드부의 형성 변화와 상기 접촉그림자 중심점의 3차원 좌표 변화를 이용하여, 상기 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화인 사용자의 이동량을 도출하는 제5단계; 및 상기 사용자의 이동량 및 상기 탄성패드부의 탄성계수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 연산하는 제6단계;를 포함한다. <대표도> 도 9

Description

트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법
본 발명은 트램폴린을 이용하여 트램폴린을 사용하는 사용자의 운동량을 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반복적인 행동을 수행하는 사용자의 운동량을 정밀하게 측정함과 동시에, 이를 위한 장치 구성을 단순화하는 기술에 관한 것이다.
트램폴린(trampoline)은 탄력 있는 매트를 구비하는 기구로써, 매트 위에서 사람이 뛰어오르거나 소정의 동작을 펼칠 수 있다. 이와 같은 트램폴린은 아동 놀이용, 생활 체육용, 체조 경기용 등의 용도로 이용되며, 최근에는 그 보급 속도가 증가하고 있다.
기존의 트램폴린은 단순히 뛰어오르는 기능만을 구비하여 런닝머신과 같이 운동량을 정량적으로 측정하는 기능을 구비하지 않았고, 트램폴린을 이용하는 사용자의 운동량을 측정하려는 시도가 있기는 하나, 기계적 내구성 저하 등의 이유로 센서를 설치하기 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1675548호(발명의 명칭: 운동량 측정이 가능한 운동기구 및 이를 이용한 운동량 측정방법)에서는, 지면에 고정 설치되는 고정부; 상기 고정부에 일부가 회전 또는 이동 가능하게 설치되어 사용자의 운동에 따라 회전 또는 이동하는 운동부; 상기 운동부에 고정 설치되며 자기장을 발생하는 자성체; 및 상기 고정부에 고정 설치되며, 상기 운동부 및 자성체의 회전 또는 이동에 따른 자기장의 변화 특성으로부터 상기 사용자의 운동량을 측정하는 휴대 단말기가 거치되는 거치대를 포함하는 운동량 측정이 가능한 운동기구가 개시되어 있다.
<선행기술문헌> 대한민국 등록특허 제10-1675548호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 트램펄린의 기계적 내구성을 유지하면서 사용자의 운동량을 측정하는 것이다.
그리고, 본 발명의 목적은, 반복적인 행동을 수행하는 사용자의 운동량을 정밀하게 측정함과 동시에, 이를 위한 장치 구성을 단순화하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 색상을 구비하고 반투명한 소재로 형성되는 상기 탄성패드부의 상면인 접촉면에 사용자의 신체 일부위가 접촉하고, 상기 탄성패드부의 하면 및 상기 사용자의 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자를 촬상하여 촬상이미지를 수집 시작하는 제1단계; 상기 탄성패드부에 상기 사용자에 의한 힘인 작용힘이 제공되고, 상기 탄성패드부의 형상 변화와 상기 접촉그림자의 형상 및 위치 변화에 대한 상기 촬상이미지가 수집되는 제2단계; 상기 촬상이미지에서 하나의 객체인 상기 탄성패드부 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크를 생성하여 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 제3단계; 상기 촬상이미지에서 다른 객체인 상기 접촉그림자 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 제4단계; 상기 탄성패드부의 형성 변화와 상기 접촉그림자 중심점의 3차원 좌표 변화를 이용하여, 상기 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화인 사용자의 이동량을 도출하는 제5단계; 및 상기 사용자의 이동량 및 상기 탄성패드부의 탄성계수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 연산하는 제6단계;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계는, 상기 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, V색차신호에 의한 이미지인 탄성패드색차이미지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계는, 상기 탄성패드색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 탄성패드이진화이미지를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제3단계는, 상기 탄성패드이진화이미지에서 노이즈를 제거하여 상기 탄성패드마스크를 생성하고 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제4단계는, 상기 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, 상기 휘도신호와 색차신호에 의한 이미지인 그림자색차이미지를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제4단계는, 상기 그림자색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 그림자이진화이미지를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제4단계는, 상기 탄성패드부 영역 이미지와 상기 그림자이진화이미지를 이용한 이진영상 연산을 수행하여 상기 그림자마스크를 생성함으로써, 상기 탄성패드부 영역 내 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제5단계는, 상기 탄성패드부와 상기 사용자 신체 일부위의 접촉 순간으로 판단 시 각각 측정되는 상기 접촉그림자의 중심점에 대한 x와 y좌표, 상기 접촉그림자의 길이인 기준길이 및, 상기 탄성패드부와 상기 촬상이미지를 수집하는 촬상부 간 거리인 기준거리를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제5단계는, 상기 작용힘이 제공 중인 것으로 판단 시 측정되는 상기 접촉그림자의 길이인 작용길이를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제5단계는, 상기 기준길이와 상기 작용길이의 비율 및 상기 기준거리를 이용하여 상기 접촉그림자의 중심점에 대한 z좌표를 추출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 접촉그림자의 길이는, 상기 접촉그림자 영역에서 하나의 점과 다른 점을 연결하면서 상기 접촉그림자의 중심점을 통과하는 선 중 가장 긴 선의 길이로 측정될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 제6단계에서, 상기 접촉그림자가 복수 개로 형성되는 경우, 복수 개의 접촉그림자 각각에 의한 상기 사용자 운동량을 연산 후, 각각의 운동량 값에 대한 평균 값을 도출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 사용자가 이용하는 소정의 전자기기로 상기 사용자의 운동량에 대한 정보를 전달하는 제7단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 복잡한 센서 구성을 형성하지 않고 트램폴린의 패드의 이미지 변화를 이용하여 사용자의 운동량을 측정하므로, 장치의 기계적 내구성을 유지하면서 측정을 수행할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 효과는, 사용자의 운동에 따른 마커의 이미지 변화를 정량적으로 측정하여 사용자의 운동량을 정량적으로 정밀하게 측정할 수 있다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 스테레오 카메라 등을 이용하지 않고 단일의 카메라로 촬상 수행 후 이미지를 분석하여 사용자의 운동량을 측정하므로, 장치의 구성이 단순해져 비용이 절감된다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트램폴린 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 트램폴린 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드부 관련 촬상이미지와 탄성패드색차이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드이진화이미지와 탄성패드이진화이미지에서 노이즈가 제거된 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그림자색차이미지와 그림자이진화이미지이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드부와 접촉그림자 영역에 대한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉그림자의 x,y좌표 추출 과정에 대한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉그림자의 z좌표 추출 과정에 대한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작용힘 제공 여부에 따른 촬상이미지이다.
본 발명에 따른 가장 바람직한 일 실시예는, 탄성을 구비하는 탄성패드부를 구비하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법에 있어서, 색상을 구비하고 반투명한 소재로 형성되는 상기 탄성패드부의 상면인 접촉면에 사용자의 신체 일부위가 접촉하고, 상기 탄성패드부의 하면 및 상기 사용자의 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자를 촬상하여 촬상이미지를 수집 시작하는 제1단계; 상기 탄성패드부에 상기 사용자에 의한 힘인 작용힘이 제공되고, 상기 탄성패드부의 형상 변화와 상기 접촉그림자의 형상 및 위치 변화에 대한 상기 촬상이미지가 수집되는 제2단계; 상기 촬상이미지에서 하나의 객체인 상기 탄성패드부 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크를 생성하여 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 제3단계; 상기 촬상이미지에서 다른 객체인 상기 접촉그림자 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 제4단계; 상기 탄성패드부의 형성 변화와 상기 접촉그림자 중심점의 3차원 좌표 변화를 이용하여, 상기 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화인 사용자의 이동량을 도출하는 제5단계; 및 상기 사용자의 이동량 및 상기 탄성패드부의 탄성계수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 연산하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 운동량 측정 방법에 이용되는 트램폴린 장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 트램폴린 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 트램폴린 장치의 측면도이다.
도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 트램폴린 장치는, 사용자가 접촉하는 면인 접촉면(120)을 구비하고, 접촉면(120)에 작용하는 사용자에 의한 힘인 작용힘이 접촉면(120)에 제공 시 형상이 가변하며, 작용힘이 해소되면 초기 형상으로 복원되는 탄성패드부(100); 탄성패드부(100)에서 접촉면(120)의 반대 측에 형성되는 면인 촬상면(110)으로부터 이격되어 형성되고, 접촉면(120)에 대해 반복적으로 작용힘 제공 시 변화하는 촬상면(110)의 이미지인 촬상이미지를 수집하는 촬상부(310); 탄성패드부(100)를 지지하는 지지부(400); 및 촬상부(310)로부터 전달받은 촬상이미지를 분석하여 사용자의 근력에 대한 에너지인 운동량을 정량적으로 분석하는 분석모듈(500);를 포함한다. 또한, 본 발명의 트램폴린 장치는, 촬상면(110)을 향해 광을 조사하는 조명부(320)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 지지부(400)는, 탄성패드부(100)의 가장자리를 따라 형성되고 탄성패드부(100)와 결합하여 탄성패드부(100)를 지지하는 프레임(410), 및 프레임(410)과 결합하여 프레임(410)을 지지하는 지지체(420),를 구비할 수 있다.
프레임(410)과 지지체(420)는 금속 또는 합성수지로 형성될 수 있으며, 프레임(410)은 원형 또는 다각형의 형상을 구비할 수 있고, 지지체(420)는 프레임(410)의 둘레 방향을 따라 배치되어 프레임(410)을 지지하도록 형성될 수 있다.
그리고, 탄성패드부(100)는 고무 또는 합성수지 등 탄성을 구비하는 소재로 형성될 수 있으며, 탄성패드부(100)와 프레임(410)이 직접 결합할 수 있다. 또는, 탄성패드부(100)의 가장자리에는 복수 개의 스프링이 배치되고 복수 개의 스프링이 프레임(410)과 결합하여 탄성패드부(100)와 프레임(410)이 연결됨으로써 탄성패드부(100)가 프레임(410)에 의해 지지될 수 있다.
조명부(320)는, 촬상부(310)의 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다. 그리고, 조명부(320)는 LED로 형성될 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 촬상부(310)의 외측은 원통형의 형상을 구비할 수 있고, 조명부(320)도 이에 대응되게 촬상부(310)의 외측 형상을 따라 원통형의 형상을 구비할 수 있다. 촬상부(310)와 조명부(320)의 형상이 상기와 같이 형성되는 경우, 촬상부(310)와 조명부(320)의 설치 공간을 최소화됨과 동시에 촬상부(310)와 조명부(320)가 일체화됨으로써 본 발명의 탄성 운동 장치의 설치가 용이할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 촬상부(310)와 조명부(320)가 상기와 같이 형성된다고 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 촬상부(310)가 다른 형상으로 형성되고 복수 개의 조명부(320)가 촬상부(310)의 둘레 방향을 따라 배치되어 형성될 수도 있다.
촬상부(310)에는, CCD 등의 소자가 포함될 수 있는데, 이러한 예에 한정할 것은 아니다. 그리고, 촬상부(310)는 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 촬상부(310)는 광각렌즈를 구비할 수 있다. 촬상부(310)가 복수 개로 형성될 수도 있으나, 본 발명의 트램폴린 장치에서는 하나의 촬상부(310)를 이용함으로써 구성을 단순화시킬 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 트램폴린 장치를 이용한 본 발명의 운동량 측정 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드부(100) 관련 촬상이미지와 탄성패드색차이미지이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드이진화이미지와 탄성패드이진화이미지에서 노이즈가 제거된 이미지이다. 여기서, 도 3의 (a)는 촬상이미지에 대한 것이고, 도 3의 (b)는 탄성패드색차이미지에 대한 것이다. 그리고, 도 4의 (a)는 탄성패드이진화이미지에 대한 것이고, 도 4의 (b)는 탄성패드이진화이미지의 노이즈 제거를 위해 팽창 연산된 이미지이고, 도 4의 (c)는 팽창 연산 후 침식 연산된 이미지이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 그림자색차이미지와 그림자이진화이미지이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성패드부(100)와 접촉그림자(200) 영역에 대한 이미지이다. 여기서, 도 5의 (a)는 그림자색차이미지에 대한 것이고, 도 5의 (b)는 그림자이진화이미지에 대한 것이다. 그리고, 도 6의 (a)는 탄성패드마스크와 그림자이진화이미지에 대해 이진영상 연산을 수행한 후의 이미지이로써 접촉그림자(200) 영역을 나타내고, 도 6의 (b)는 탄성패드부(100) 영역과 그 내부에 위치하는 접촉그림자(200) 영역을 나타낸다.
먼저, 제1단계에서, 색상을 구비하고 반투명한 소재로 형성되는 탄성패드부(100)의 상면인 접촉면(120)에 사용자의 신체 일부위가 접촉하고, 탄성패드부(100)의 하면 및 사용자의 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자(200)를 촬상하여 촬상이미지를 수집 시작할 수 있다. 그리고, 제2단계에서, 탄성패드부(100)에 사용자에 의한 힘인 작용힘이 제공되고, 탄성패드부(100)의 형상 변화와 접촉그림자(200)의 형상 및 위치 변화에 대한 촬상이미지가 수집될 수 있다.
색상을 구비하고 반투명한 소재의 탄성패드부(100)에 작용힘 제공 시, 촬상이미지에 의해 사용자 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자(200)의 형상 및 위치 변화를 측정하여, 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화를 도출할 수 있다. 이에 대한 상세한 사항을 하기에 기재하도록 한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 탄성패드부(100)가 반투명한 적색으로 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 탄성패드부(100)의 색이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기와 같이 탄성패드부(100)가 반투명한 소재로 형성되므로, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이, 사용자의 신체 일부위(사용자의 발)가 탄성패드부(100)와 접촉하는 경우, 사용자의 신체 일부위의 형태가 탄성패드부(100)를 투과하여 촬상부(310)에 의해 접촉그림자(200)로써 선명하게 감지될 수 있다. 여기서, 접촉면(120)에는 사용자의 양 발이 접촉하나, 접촉그림자(200)는 사용자의 양 발 각각에 대한 그림자일 수 있다. 이하, 동일하다.
그리고, 탄성패드부(100)에 복수 회의 작용힘이 제공되어 탄성패드부(100)가 복수 회 형상 변형되고, 탄성패드부(100)에 비쳐진 접촉그림자(200)의 형상 및 위치가 변화되는 동안, 촬상부(310)가 단위 시간 당 탄성패드부(100)의 촬상면(110)을 촬영하여 촬영된 촬상이미지를 분석모듈(500)로 전달할 수 있다. 여기서, 단위 시간은, 밀리초(millisecond, ms)단위일 수 있고, 정밀도의 향상을 위하여, 밀리초(millisecond, ms)단위보다 더 작은 단위로 촬영을 수행할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 운동량 측정 방법에서는, 접촉그림자(200)의 형상 및 위치 변화를 측정하기 위해 촬상이미지에서 탄성패드부(100) 영역과 접촉그림자(200) 영역을 추출하고, 탄성패드부(100) 영역의 형상 변화와 접촉그림자(200) 영역의 형상 및 위치 변화를 이용하여 접촉그림자(200)의 3차원 위치 변화, 즉, 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화를 도출할 수 있으므로, 하기에서 이에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제3단계에서, 촬상이미지에서 하나의 객체인 탄성패드부(100) 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크를 생성하여 탄성패드부(100) 영역을 추출할 수 있다.
제3단계에서는, 먼저, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)에 구비된 왜곡보완부에서는, 촬상이미지가 전달되는 경우 촬상이미지의 왜곡을 제거하여 촬상이미지에 대한 왜곡 보완을 수행할 수 있다. 왜곡보완부에서는 렌즈계 왜곡, 영상(이미지) 왜곡, 영상(이미지) 좌표 왜곡 등을 처리할 수 있으며, 이와 같은 카메라 캘리브레이션(Calibration) 및 왜곡 보정은 종래기술에 의한 것으로써, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)은, 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, V색차신호에 의한 이미지인 탄성패드색차이미지를 추출할 수 있다. 여기서, 분석모듈(500)은, 촬상이미지의 RGB데이터에 대해 색영역변환(Color space conversion)을 통해 변환된 이미지데이터를 출력하는 색영역변환부를 구비할 수 있다. 색영역변환부는 상기된 왜곡보완부로부터 촬상이미지를 전달받고, RGB영역을 YUV영역으로 색영역을 변환할 수 있으며, 이에 따라 촬상이미지의 RGB데이터는 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환될 수 있다. 그리고, 색영역변환부는, YUV데이터에서 V색차신호(V Channel)를 추출할 수 있다. 이에 따라, 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이, 촬상이미지에서 소정의 색상을 구비하는 탄성패드부(100)의 이미지가 부각되도록 이미지 처리될 수 있고, 탄성패드색차이미지가 추출될 수 있다.
다음으로, 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)은, 탄성패드색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 탄성패드이진화이미지를 추출할 수 있다. 여기서, 분석모듈(500)은, 상기된 색영역변환부로터 전달받은 이미지인 탄성패드색차이미지에 대해 이진화 처리를 수행하는 이진화처리부를 구비할 수 있다. 이진화처리부는, 오츠 알고리즘(Otsu algorithm)을 이용하여 탄성패드색차이미지에 대해 이진화를 수행하며, 이와 같이 오츠 알고리즘을 통해 환경에 따른 유동적인 임계값(Threshold)가 설정되어 탄성패드부(100)라는 객체의 영역이 추출될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 이진화처리부에서 오츠 알고리즘을 이용하여 탄성패드색차이미지에 대해 이진화를 수행한다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이진화 이미지 생성을 위한 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있다.
그 후, 도 4의 (b)와 (c)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)은, 탄성패드이진화이미지에서 노이즈를 제거하여 탄성패드마스크를 생성하고 탄성패드부(100) 영역을 추출할 수 있다. 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 탄성패드이진화이미지의 경계 부분에서 노이즈가 존재함을 확인할 수 있다. 이러한, 노이즈는 탄성패드부(100) 영역 경계의 부정확한 검출에 기인한 것으로, 탄성패드부(100) 영역에 대한 측정 정확도를 감소시킬 수 있으므로 제거될 필요가 있다.
분석모듈(500)은, 탄성패드이진화이미지의 노이즈를 제거하는 노이즈제거부를 구비할 수 있다. 노이즈제거부는 모폴로지 연산(Morphological operation)을 수행하여 탄성패드이진화이미지의 경계 부분에 존재하는 노이즈를 제거할 수 있으며, 이를 위해 도 4의 (b)에서 보는 바와 같은 팽창 연산(dilation operation) 및 도 4의 (c)에서 보는 바와 같은 침식 연산(erosion operation)을 순차적으로 수행할 수 있다. 노이즈제거부에서는, 먼저, 탄성패드이진화이미지의 노이즈(잡음) 제거를 위해 팽창 연산을 수행한 다음, 처리 전의 탄성패드부(100) 영역 면적보다 작은 면적으로 침식 연산을 수행하여 이미지의 외각 영역 노이즈를 제거할 수 있다. 상기와 같은 알고리즘의 수행에 의하여 탄성패드마스크가 생성되고, 이와 같은 탄성패드마스크를 적용하여 탄성패드부(100) 영역 이미지가 추출될 수 있다.
제4단계에서, 촬상이미지에서 다른 객체인 접촉그림자(200) 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 접촉그림자(200) 영역을 추출할 수 있다.
제4단계에서는, 상기와 같이 탄성패드부(100) 영역을 추출하면서, 분석모듈(500)은, 그림자마스크의 생성을 위하여, 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, 휘도신호와 색차신호에 의한 이미지인 그림자색차이미지를 추출할 수 있다. 여기서의 촬상이미지는, 상기된 탄성패드색차이미지의 추출을 위해 이용된 촬상이미지와 동일한 이미지이다.
상기와 같이 전달받은 촬상이미지에서 탄성패드색차이미지를 추출한 색영역변환부는, 다시 동일한 촬상이미지의 RGB데이터에 대해 색영역변환을 수행하여 YUV데이터로 변환시킬 수 있다. 그리고, 색영역변환부는, 도 5의 (a)에서 보는 바와 같이, 이진화를 위한 명암 대비를 위하여, 휘도신호(Y)와 U색차신호 및 V색차신호을 이용하여 혼합 연산을 수행할 수 있으며, 이에 따라, 그림자색차이미지가 추출될 수 있다.
다음으로, 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)은, 그림자색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 그림자이진화이미지를 추출할 수 있다. 상기와 같이 탄성패드이진화이미지를 생성시킨 이진화처리부는, 탄성패드이진화이미지 추출 후 그림자색차이미지를 전달받아, 오츠 알고리즘(Otsu algorithm)을 이용하여 그림자색차이미지에 대해 이진화를 수행할 수 있다. 이와 같이 오츠 알고리즘을 통해 환경에 따른 유동적인 임계값(Threshold)가 설정되어 접촉그림자(200)라는 객체의 영역이 추출될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 이진화처리부에서 오츠 알고리즘을 이용하여 그림자색차이미지에 대해 이진화를 수행한다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 이진화 이미지 생성을 위한 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있다.
그 후, 도 6의 (a)에서 보는 바와 같이, 분석모듈(500)은, 탄성패드부(100) 영역 이미지와 그림자이진화이미지를 이용한 이진영상 연산을 수행하여 그림자마스크를 생성함으로써, 탄성패드부(100) 영역 내 접촉그림자(200) 영역을 추출할 수 있다. 여기서, 분석모듈(500)은, 이진영상 연산을 수행하는 이진영상연산부를 구비할 수 있다. 여기서, 이진영상연산부는 홀필링(hole filling) 알고리즘을 이용하여 이진영상 연산을 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이진영상연산부에서, 탄성패드부(100) 영역 내 접촉그림자(200) 영역 이미지의 추출을 위해, 탄성패드부(100) 영역 이미지와 상기의 그림자이진화이미지를 이용하여 이진영상을 생성함으로써 그림자마스크가 생성되고, 이와 같은 그림자마스크를 적용하여 접촉그림자(200) 영역 이미지가 추출될 수 있으며, 구체적으로는, 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이, 탄성패드부(100) 영역 내 접촉그림자(200) 영역 이미지인 최종추출이미지가 추출될 수 있다.
상기와 같이, 촬상이미지에서 하나의 객체인 탄성패드부(100) 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크와 다른 객체인 접촉그림자(200) 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 각각의 영역을 추출할 수 있다. 그리고, 본 발명의 트램폴린 장치는 탄성패드마스크를 먼저 생성한 후, 그림자마스크 생성 시 탄성패드마스크를 이용할 수 있다.
상기와 같이 촬상이미지로부터 최종추출이미지가 추출되는 경우, 분석모듈(500)은, 최종추출이미지에서 탄성패드부(100) 영역의 중심점을 기준으로, 탄성패드부(100) 영역 경계선(Contour)과 접촉그림자(200) 영역 경계선에 대한 3차원 좌표를 생성하고, 이를 이용하여 접촉그림자(200) 중심점의 x,y,z의 3차원 좌표 추출할 수 있다. 여기서, 각각의 좌표는 픽셀(Pixel) 좌표 값에 의해 연산될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉그림자(200)의 x,y좌표 추출 과정에 대한 모식도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 접촉그림자(200)의 z좌표 추출 과정에 대한 모식도이다.
도 7에서, O점은 촬상부(310) 렌즈의 중심점을 나타내고, a', b' 및 c'의 변을 포함하는 도형은 촬상부(310)에 맺히는 탄성패드부(100)의 상을 나타낼 수 있다. 그리고, 도 8의 (a)는 기준길이(Len)와 기준거리(Dist)를 측정한 사항을 나타내고, 도 8의 (b)는 작용길이(Len')를 측정한 사항을 나타내며, 도 8의 (c)는 기준길이(Len)와 기준거리(Dist) 및 작용길이(Len')를 이용하여 접촉그림자(200)의 z좌표 방향 이동거리인 작용거리(Dist')를 연산하는 과정을 나타낸 것이다.
제5단계에서, 탄성패드부(100)의 형성 변화와 접촉그림자(200) 중심점의 3차원 좌표 변화를 이용하여, 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화인 사용자의 이동량을 도출할 수 있다. 이하, 이의 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기와 같이 본 발명의 트램폴린 장치를 이용한 3차원 위치 변화를 도출하기 위하여, 제5단계에서는, 먼저, 분석모듈(500)에서 탄성패드부(100)와 사용자 신체 일부위의 접촉 순간으로 판단 시 각각 측정되는 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 x와 y좌표, 접촉그림자(200)의 길이인 기준길이(Len) 및, 탄성패드부(100)와 촬상부(310) 간 거리인 기준거리(Dist)를 측정할 수 있다. 여기서, 접촉그림자(200)의 길이는, 접촉그림자(200) 영역에서 하나의 점과 다른 점을 연결하면서 접촉그림자(200)의 중심점을 통과하는 선 중 가장 긴 선의 길이로 측정될 수 있다. 이하, 동일하다. 그리고, x, y, z좌표 각각의 기준점(0점)은 탄성패드부(100)와 사용자 신체 일부위의 접촉 전 최초 탄성패드부(100)의 위치에서 탄성패드부(100)의 중심점일 수 있다.
탄성패드부(100)와 사용자 신체 일부위의 접촉 순간은, 탄성패드부(100)와 촬상부(310) 간 거리가 변화하는 순간일 수 있으며, 상기와 같이 추출된 탄성패드부(100) 영역 이미지를 이용하여 탄성패드부(100)의 초기 위치를 추적하고, 탄성패드부(100)의 형상 변화를 이용하여 작용힘 제공 여부를 판단할 수 있다.
탄성패드부(100)에서 사용자의 발이 떠 있는 경우, 접촉그림자(200) 영역의 이미지가 옅어지므로 접촉그림자(200)의 정확한 좌표 추적이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 탄성패드부(100) 영역의 형상 변화로 탄성패드부(100)의 초기 위치를 추적할 수 있다. 구체적으로, 분석모듈(500)에는 탄성패드부(100) 영역의 초기 형상이 저장되어 있으며, 실시간으로 전달되는 촬상이미지를 분석하여 추출되는 탄성패드부(100) 영역 경계선과 탄성패드부(100) 영역의 초기 형상의 경계선이 일치하는 경우, 분석모듈(500)은 탄성패드부(100)에 작용힘이 제공되지 않은 상태라도 판단할 수 있으며, 탄성패드부(100)가 초기 위치 및 형상으로 되어 있다고 판단할 수 있다.
그리고, 탄성패드부(100)에 작용힘이 제공되기 시작하면 탄성패드부(100) 영역의 형상이 변화되기 시작하고, 탄성패드부(100)에 작용힘의 제공이 중단되면 탄성패드부(100) 영역의 형상 변화가 종료되므로, 분석모듈(500)은, 상기와 같이 탄성패드부(100) 영역 경계선과 탄성패드부(100) 영역의 초기 형상의 경계선이 일치하는 경우, 작용힘의 제공 시작 또는 중단을 판단할 수 있다.
다만, 작용힘의 제공 시작 및 중단 모두의 경우에 탄성패드부(100) 영역 경계선과 탄성패드부(100) 영역의 초기 형상의 경계선이 일치하므로, 작용힘의 제공 시작 및 중단 각각의 구분을 위해 본 발명의 트램폴린 장치는, 탄성패드부(100)의 깊이(depth, 탄성패드부(100)의 중심점이 기준점으로부터 이동한 거리) 변화를 측정하는 위치센서(330)를 포함할 수 있다. 위치센서(330)는 탄성패드부(100)의 주위에 설치될 수 있다. 그리고, 위치센서(330)는 상기와 같은 z좌표 기준점을 기준으로, 탄성패드부(100)의 중심점이 촬상부(310)에 근접하는 경우를 플러스(+) 방향으로 판단(depth>0)하고, 탄성패드부(100)의 중심점이 촬상부(310)에서 이격되는 경우를 마이너스(-) 방향으로 판단(depth<0)할 수 있다. 그리고, 위치센서(330)는 탄성패드부(100)의 중심점 운동 정보를 실시간으로 분석모듈(500)로 전달할 수 있다.
분석모듈(500)에서 탄성패드부(100) 영역의 형상이 변화하는 것으로 분석되고 탄성패드부(100)의 깊이가 0보다 작은 경우(depth<0), 분석모듈(500)은 작용힘의 제공이 중단된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 탄성패드부(100) 영역의 형상이 변화하는 것으로 분석되고 탄성패드부(100)의 깊이가 0보다 큰 경우(depth>0), 분석모듈(500)은 작용힘이 제공 중인 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 탄성패드부(100) 영역의 형상이 변화하지 않는 것으로 분석되고 탄성패드부(100)의 깊이가 0인 경우, 분석모듈(500)에서 탄성패드부(100)가 초기 위치인 상태로 판단되는 것은 당연하다. 다만, 탄성을 구비하는 탄성패드부(100)의 특성 상 작용힘의 제공이 중단될 때도 소정의 진동폭으로 진동을 수행할 수 있으므로, 탄성패드부(100)의 깊이가 소정의 범위 내에서 변화하는 것으로 위치센서(330)에서 측정되는 경우에는, 분석모듈(500)은 탄성패드부(100)에 작용힘의 제공이 중단된 것으로 판단할 수 있다.
다음으로, 분석모듈(500)에 의해 작용힘이 제공 중인 것으로 판단 시 측정되는 접촉그림자(200)의 길이인 작용길이(Len')를 측정할 수 있다. 그 후, 기준길이(Len)와 작용길이(Len')의 비율 및 기준거리(Dist)를 이용하여 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 z좌표를 추출할 수 있다.
구체적으로, 상기와 같이 접촉그림자(200) 영역에서 접촉그림자(200)의 길이 변화를 실시간으로 측정하여 작용길이(Len')의 변화를 측정할 수 있다. 그리고, 닮은 비 연산, 즉, 하기의 [수학식 1]을 이용하여 작용거리(Dist')의 변화를 측정할 수 있다. 그리고, 이와 같은 작용거리(Dist') 값이 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 z좌표일 수 있다.
[수학식 1]
Len : Len’ = Dist : Dist'
여기서, Len은 기준길이, Dist는 기준거리, Len'는 작용길이, Dist'는 작용거리를 의미할 수 있다.
상기의 과정을 통해 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 3차원 좌표 변화가 측정될 수 있다. 여기서, 분석모듈(500)은, 작용길이(Len')가 최대 값을 형성하는 경우, 탄성패드부(100)의 형성 변화량이 최대인 것으로 판단할 수 있고, 또한, 작용거리(Dist')가 최대인 것으로 판단할 수 있으며, 이와 같은 경우의 3차원 좌표 값을 접촉그림자(200)의 최종 좌표로 설정하고, 접촉그림자(200)의 최종 좌표를 이용하여 사용자의 운동량을 연산할 수 있다.
다만, 작동힘 제공 전과 후 각각에 대한 접촉그림자(200)의 중심점 x, y좌표가 변화될 수도 있어, 사용자의 이동량은 x, y, z좌표 변화의 3차원 변위로 측정될 수 있으나, 본 발명의 트램폴린 장치에서 사용자의 이동량이 주로 중력 방향(z축 방향)으로 형성되므로, 소정의 시간(t)에서의 z좌표(z(t)) 값이 사용자의 이동량일 수 있다. 따라서, 작동힘 제공 시 접촉그림자(200)의 중심점 3차원 좌표는, 탄성패드부(100)와 사용자 신체 일부위의 접촉 순간으로 판단 시 측정되는 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 x좌표와 y좌표 및, 작용길이(Len') 변화 시 접촉그림자(200)의 중심점에 대한 z좌표로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작용힘 제공 여부에 따른 촬상이미지이다. 여기서, 도 9의 (a)는 작용길이(Len')가 최대인 경우 촬상이미지에 접촉그림자(200) 중심점의 3차원 좌표가 표시된 사항에 대한 이미지이고, 도 9의 (b)는 작용힘의 제공이 중단된 경우, 상기와 같이 탄성패드부(100) 영역 경계선과 탄성패드부(100) 영역의 초기 형상의 경계선이 일치하는 경우, 탄성패드부(100) 영역 경계선을 따라 표시선(파란색의 굵은 선)이 형성되는 사항을 나타내는 이미지이다. 도 9에서 보는 바와 같이, 상기와 같이 측정된 접촉그림자(200) 중심점 3차원 좌표, 탄성패드부(100)의 초기 위치 복귀 여부 등을 촬상이미지에 매칭시켜 나타낼 수 있다.
제6단계에서, 사용자의 이동량 및 탄성패드부(100)의 탄성계수를 이용하여 사용자의 운동량을 연산할 수 있다. 구체적으로, 분석모듈(500)은, 탄성패드부(100)의 탄성계수 및 접촉그림자(200)의 3차원 위치 변화량을 이용하여 사용자의 운동량을 연산할 수 있다. 먼저, 분석모듈(500)에는 탄성부패드부의 접촉면(120) 2차원(x, y) 각 지점에 대한 탄성계수 k(x, y)에 대한 값이 실험적으로 측정되어 저장되어 있을 수 있으며, 실험적으로 측정된다는 것은 탄성패드부(100)에서 각각의 픽셀 단위 위치에서 작용힘을 제공하고 작용힘에 따른 각각의 픽셀 단위 위치에 대한 변형률을 측정하여 탄성계수가 측정되는 것일 수 있다. 그리고, 접촉그림자(200) 중심점의 초기 위치 좌표(x0, y0, z0)로부터 시간 t에서의 좌표(x(t), y(t), z(t))로 이동하는 경우, 상기와 같이 x좌표와 y좌표는 탄성패드부(100)와 사용자의 신체 일부위와 접촉 후 접촉 해제 전까지 유지되는 것으로 판단하므로, 각각의 위치에서의 k(x, y) 값을 측정할 수 있다.
탄성패드부(100)는 선형 탄성력을 구비할 수 있다. 여기서, 선형 탄성력은, 탄성패드부(100)의 각 지점에 있어서 탄성력이 선형적으로 변하는 것을 의미할 수 있다. 상기와 같이 탄성패드부(100)가 선형 탄성력을 구비하는 경우, 분석모듈(500)은, 사용자의 접촉 위치와 사용자의 이동량을 아래의 [수학식 2] 다항식에 대입하여 사용자의 근력에 의한 에너지를 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020017852-appb-img-000001
여기서, W(t)는 사용자의 운동량, t는 탄성패드부(100)의 형상 변형 시각, k(x, y)는 접촉그림자(200)의 좌표(x, y)에 대한 탄성패드부(100)의 탄성계수, z(t)는 시간 t에서의 사용자의 이동량,일 수 있다.
또한, 탄성패드부(100)는 비선형 탄성력을 구비할 수 있다. 여기서, 비선형 탄성력은 탄성패드부(100)의 각 지점에 있어서 탄성력이 비선형적으로 변하는 것을 의미할 수 있다. 상기와 같이 탄성패드부(100)가 비선형 탄성력을 구비하는 경우, 분석모듈(500)은, 사용자의 접촉 위치와 사용자의 이동량을 아래의 [수학식 3] 다항식에 대입하여 사용자의 근력에 의한 에너지를 연산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2020017852-appb-img-000002
여기서, W(t)는 사용자의 운동량, t는 탄성패드부(100)의 형상 변형 시각, k(x, y)는 접촉그림자(200)의 좌표(x, y)에 대한 탄성패드부(100)의 탄성계수, z(t)는 시간 t에서의 사용자의 이동량,일 수 있다.
그리고, 제6단계에서, 접촉그림자(200)가 복수 개로 형성되는 경우, 복수 개의 접촉그림자(200) 각각에 의한 사용자 운동량을 연산 후, 각각의 운동량 값에 대한 평균 값을 도출할 수 있다. 상기와 같이 접촉그림자(200)는 하나의 면적을 형성하는 그림자일 수 있으므로, 사용자의 운동량 측정 시, 접촉면(120)에 복수의 사용자 신체 부위가 접촉하여 접촉그림자(200)가 복수 개로 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 3 내지 도 6에서 보는 바와 같이 하나의 발이 아닌 양 발 각각에 대한 접촉그림자(200)가 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 분석모듈(500)은, 각각의 발에 의한, 즉, 각각의 접촉그림자(200)에 의한 사용자의 운동량을 연산하고, 각각의 운동량 값에 대한 평균 값을 사용자의 운동량으로 도출할 수 있다.
제7단계에서, 분석모듈(500)은, 사용자가 이용하는 소정의 전자기기로 사용자의 운동량에 대한 정보를 전달할 수 있다. 편리성을 위하여 사용자의 운동량에 대한 정보를 사용자가 착용한 전저기기로 전달할 수 있다. 여기서, 전자기기는 스마트와치, 스마트폰, 테블릿PC, 노트북 컴퓨터 등일 수 있다. 사용자의 운동량에 대한 정보는 데이터화되어 전자기기에 저장될 수 있다. 그리고, 상기와 같은 전자기기 등을 이용하고, 본 발명의 운동량 측정 방법을 이용하여, 본 발명의 트램폴린 장치를 사용하는 사용자의 운동량을 측정하는 운동량 측정 시스템을 구축할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
<부호의 설명>
100 : 탄성패드부
110 : 촬상면
120 : 접촉면
200 : 접촉그림자
310 : 촬상부
320 : 조명부
330 : 위치센서
400 : 지지부
410 : 프레임
420 : 지지체
500 : 분석모듈

Claims (14)

  1. 탄성을 구비하는 탄성패드부를 구비하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법에 있어서,
    색상을 구비하고 반투명한 소재로 형성되는 상기 탄성패드부의 상면인 접촉면에 사용자의 신체 일부위가 접촉하고, 상기 탄성패드부의 하면 및 상기 사용자의 신체 일부위의 그림자인 접촉그림자를 촬상하여 촬상이미지를 수집 시작하는 제1단계;
    상기 탄성패드부에 상기 사용자에 의한 힘인 작용힘이 제공되고, 상기 탄성패드부의 형상 변화와 상기 접촉그림자의 형상 및 위치 변화에 대한 상기 촬상이미지가 수집되는 제2단계;
    상기 촬상이미지에서 하나의 객체인 상기 탄성패드부 영역을 한정하는 마스크(Mask)인 탄성패드마스크를 생성하여 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 제3단계;
    상기 촬상이미지에서 다른 객체인 상기 접촉그림자 영역을 한정하는 마스크인 그림자마스크를 생성하여 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 제4단계;
    상기 탄성패드부의 형성 변화와 상기 접촉그림자 중심점의 3차원 좌표 변화를 이용하여, 상기 사용자 신체 일부위의 3차원 위치 변화인 사용자의 이동량을 도출하는 제5단계; 및
    상기 사용자의 이동량 및 상기 탄성패드부의 탄성계수를 이용하여 상기 사용자의 운동량을 연산하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, V색차신호에 의한 이미지인 탄성패드색차이미지를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 탄성패드색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 탄성패드이진화이미지를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 탄성패드이진화이미지에서 노이즈를 제거하여 상기 탄성패드마스크를 생성하고 상기 탄성패드부 영역을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4단계는, 상기 촬상이미지를 휘도신호(Y)와 색차신호(U, V)로 구성된 YUV데이터로 변환시킨 후, 상기 휘도신호와 색차신호에 의한 이미지인 그림자색차이미지를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제4단계는, 상기 그림자색차이미지를 이진화된 이미지로 변환하여 그림자이진화이미지를 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제4단계는, 상기 탄성패드부 영역 이미지와 상기 그림자이진화이미지를 이용한 이진영상 연산을 수행하여 상기 그림자마스크를 생성함으로써, 상기 탄성패드부 영역 내 상기 접촉그림자 영역을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제5단계는, 상기 탄성패드부와 상기 사용자 신체 일부위의 접촉 순간으로 판단 시 각각 측정되는 상기 접촉그림자의 중심점에 대한 x와 y좌표, 상기 접촉그림자의 길이인 기준길이 및, 상기 탄성패드부와 상기 촬상이미지를 수집하는 촬상부 간 거리인 기준거리를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제5단계는, 상기 작용힘이 제공 중인 것으로 판단 시 측정되는 상기 접촉그림자의 길이인 작용길이를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제5단계는, 상기 기준길이와 상기 작용길이의 비율 및 상기 기준거리를 이용하여 상기 접촉그림자의 중심점에 대한 z좌표를 추출하는 단계 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  11. 청구항 8 및 청구항 9에 있어서,
    상기 접촉그림자의 길이는, 상기 접촉그림자 영역에서 하나의 점과 다른 점을 연결하면서 상기 접촉그림자의 중심점을 통과하는 선 중 가장 긴 선의 길이로 측정되는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제6단계에서, 상기 접촉그림자가 복수 개로 형성되는 경우, 복수 개의 접촉그림자 각각에 의한 상기 사용자 운동량을 연산 후, 각각의 운동량 값에 대한 평균 값을 도출하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자가 이용하는 소정의 전자기기로 상기 사용자의 운동량에 대한 정보를 전달하는 제7단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법.
  14. 청구항 1에 의한 트램폴린을 이용한 운동량 측정 방법을 이용하여 상기 트램폴린을 사용하는 상기 사용자의 운동량을 측정하는 운동량 측정 시스템.
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