TWI445564B - 虛擬高爾夫模擬裝置及其使用之感測裝置與感測方法 - Google Patents

Description

虛擬高爾夫模擬裝置及其使用之感測裝置與感測方法

本發明係有關於一種虛擬高爾夫模擬裝置及其使用之感測裝置與感測方法，尤其是一種其中虛擬高爾夫球場被成像並模擬且使用者所敲擊之高爾夫球的軌跡被感測裝置感測並在虛擬高爾夫球場上模擬的虛擬高爾夫模擬裝置，以及其使用之感測裝置與感測方法。

近年來，已開發出許多裝置，在室內或在特定地方經由模擬而以互動運動遊戲的形式，讓使用者享受到受歡迎的運動遊戲，比如棒球、足球、籃球及高爾夫。

尤其是近年來，已經開發出所謂的螢幕高爾夫系統，其中當使用者揮動高爾夫球桿以敲擊安置於擊球墊上的高爾夫球時，感測器感測被敲擊的高爾夫球以抽取出移動之高爾夫球上的物理資訊，使得高爾夫球的軌跡能在虛擬高爾夫球場上被模擬，藉以讓使用者能享受到虛擬實境中的高爾夫。

為了在這類互動運動遊戲中模擬使用比如高爾夫球之球類的運動，許多研究已經被導入到許多感測系統，用於精確感測移動之高爾夫球上的物理資訊，亦即高爾夫球的移動。

例如，許多感測裝置，比如使用紅外線感測器的感測裝置、使用雷射感測器的感測裝置、使用聲波感測器的感測裝置以及使用照像感測器的感測裝置，都已經推出到市場上。許多研究已經被導入照像感測器型的感測裝置，用於獲得並分析移動高爾夫球的影像，藉以精確感測移動高爾夫球的狀態。

然而，在照像感測型的感測裝置中，具有高解析的超高速照像機對於大幅增加感測裝置成本的精確感測是必要的。另一方面，如果使用具有非常低解析及非常低速的照像機，照像機所獲得的影像品質會很低，其結果是很難精確抽取並分析高爾夫球。

因此，本發明是著眼於上述問題而產生，並且本發明的目的在提供一種虛擬高爾夫模擬裝置，其中使用虛擬高爾夫模擬，獲得使用者揮動高爾夫球桿敲擊高爾夫球所敲擊之高爾夫球的影像，並從所獲得的影像找尋高爾夫球，計算高爾夫球的移動軌跡，藉以實現高爾夫球軌跡的模擬影像，尤其是其中分析在照像機所獲的影像中被辨識為高爾夫球的高爾夫球候者的二維軌跡，精確並快速抽取高爾夫球，藉以精確及快速計算移動高爾夫球物理特性上的資訊，即時是使用具有低解析及低速的照像機；以及其使用的感測裝置與感測方法。

依據本發明的特點，上述及其他目的可藉提供一種用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置而完成，該感測裝置包括：一照像單元，用於獲得使用者揮動高爾夫球桿敲擊高爾夫球所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像；以及一感測處理單元，用於從所獲得的該等圖框影像抽取多個高爾夫球候選者，轉換每個高爾夫球候選者的三維座標成二維座標，並分析每個高爾夫球候選者的二維軌跡，以抽取高爾夫球軌跡，藉以計算移動高爾夫球之物理特性上的資訊。

依據本發明的另一特點，提供一種虛擬高爾夫模擬裝置，包括一感測裝置，該感測裝置包括：一照像單元，用於獲得使用者揮動高爾夫球桿敲擊高爾夫球所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像、以及一感測處理單元，包括一高爾夫球軌跡列表裝置及一高爾夫球軌跡決定裝置，該高爾夫球軌跡列表裝置用於從個別圖框相對於所獲得的該等影像抽取多高爾夫球候選者，並用於產生一高爾夫球軌跡列表，相對於連續的該等影像連結個別的高爾夫球候選者，而該高爾夫球軌跡決定裝置用於相對於所產生之高爾夫球軌跡列表進行二次多項式迴歸分析，以產生多個高爾夫球軌跡候選者，並用於依據一預設條件從該等高爾夫球軌跡候選者抽取高爾夫球軌跡；以及一影像實現單元，用於依據該感測處理單元所抽取之資訊，實現該高爾夫球之軌跡的模擬影像。

依據本發明的又一特點，提供一種用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，包括：獲得使用者對擊高爾夫球揮動高爾夫球桿所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像；從所獲得的該等圖框影像抽取多個高爾夫球候選者；將每個高爾夫球候選者的三維座標轉換為每個高爾夫球候選者的二維軌跡；以及 分析每個高爾夫球候選者的二維軌跡以抽取高爾夫球，藉以計算移動之高爾夫球的物理特性上的資訊。

現在，將參考所附圖式詳細說明依據本發明的虛擬高爾夫模擬裝置及方法以及其使用之感測裝置與感測方法的示範性實施例。

首先，將參考第1圖及第2圖說明依據本發明實施例的虛擬高爾夫模擬裝置以及其使用的感測裝置。

第1圖是顯示依據本發明實施例虛擬高爾夫模擬裝置所應用的螢幕高爾夫系統實例的示意圖，而第2圖是顯示第1圖中螢幕高爾夫系統所應用的虛擬高爾夫模擬裝置之結構的方塊圖。

如第1圖及第2圖所示，依據本發明實施例的虛擬高爾夫模擬裝置包括用於感測使用者所敲擊的高爾夫球B的感測裝置S、以及用於實現虛擬高爾夫球場之影像並依據感測裝置S的感測結果在虛擬高爾夫球場上提供高爾夫球B之軌跡的模擬影像的模擬器1，以使得虛擬高爾夫模擬能進行。

如第1圖所示，依據本發明實施例的虛擬高爾夫模擬裝置所應用的螢幕高爾夫系統可配置成具有一種結構，其中擊球台110設置在提供預設大小的空間之高爾夫室2的地面上，而使用者是在擊球台110上敲擊高爾夫球B，擊球墊120設置在擊球台110的一側，而高爾夫球B安置在擊球墊120上使得使用者能在擊球台110上敲擊高爾夫球B，以及螢幕3設置在高爾夫室2的前方，從影像輸出裝置(第2圖中所示的影像輸出部30，比如光束投影機)輸出的虛擬高爾夫模擬之影像被投影到螢幕3上，而影像資訊從模擬器1傳送至影像輸出裝置。

擊球台110及擊球墊120設置在第1圖所示的擊球板100上。另一方式是，擊球台110及擊球墊120可設置在高爾夫室2的地面上。

可設置擊球板100使得擊球板100能在向前及向後的方向上以及在左邊及右邊方向上傾斜預設角度。而且，擊球板100可連結至模擬器1，使得擊球板100可對應於目前實現的虛擬高爾夫球場的地形而傾斜。

同時，如第1圖所示，感測裝置S設置在高爾夫室2內，以感測使用者所敲擊的高爾夫球B。

亦即，如第2圖所示，感測裝置S包括照像單元50以及感測處理單元60，而照像單元50包含有複數個照像機51及52，且感測處理單元60用於處理照像單元50所獲得的影像，藉以抽取移動高爾夫球的物理特性。

照像單元50可由用於影像感測的單一照像機或更多個照像機來構成。為了獲得移動高爾夫球B的影像並抽取高爾夫球在三維空間的座標，較佳的是配置使用二個或更多個相互協同連結之照像機51及52的立體型照像單元，如第1圖所示。

移動高爾夫球之物理特性可包括高爾夫球的速度、高爾夫球的移動方向(高爾夫球在水平方向的移動角度)、高爾夫球的高度(高爾夫球在垂直方向的移動角度)以及高爾夫球的旋轉。

感測處理單元60可包括抓取器71、擊球偵測器72、高爾夫球影像處理裝置80以及高爾夫球桿影像處理裝置90，其中抓取器71以每個圖框為基礎依序收集照像單元50所獲得的影像，擊球偵測器72用於接收並處理抓取器71所收集的圖框影像，藉以感測擊球準備是否已經完成且擊球是否已經由使用者進行，高爾夫球影像處理裝置80用於在擊球偵測器72感測到高爾夫球已經被使用者敲擊時，處理從擊球偵測器72接收的影像，藉以抽取移動高爾夫球之物理特性上的資訊，而高爾夫球桿影像處理裝置90用於從擊球偵測器72接收的影像，分析高球桿的移動軌跡，藉以抽取高爾夫球旋轉上的資訊

而且，感測處理單元60進一步包括轉換裝置73，用於匹配照像機51及52所獲得的影像，藉以轉換每個照像機影像的二維資訊(從每個照像機抽取的資訊是二維資訊)為三維資訊，或相反地，將匹配複數個找像機影像所抽取的的三維資訊轉換為二維資訊。

同時，構成依據本發明實施例虛擬高爾夫模擬裝置的模擬器1較佳地包括控制器M、資料庫10、資料處理部20以及影像輸出部30。

資料庫10儲存虛擬高爾夫模擬必要的所有資料。例如，資料庫10儲存驅動系統所必要的資料、實現虛擬高爾夫球場之影像所必要的資料、以及實現高爾夫球軌跡之模擬影像所必要的資料。

資料處理部20是進行預設影像處理以實現虛擬高爾夫球場之影像或虛擬高爾夫球場上高爾夫球軌跡之模擬影像的部件。

影像輸出部30輸出從資料處理部20接收的影像資訊到螢幕，使得使用者能看到影像。

控制器M依據感測裝置S的感測結果接收資訊，以控制所有元件的操作，比如模擬器1的資料庫10、資料處理部20以及影像輸出部30。亦即，控制器M、資料庫10以及資料處理部20的功能如同影像實現單元，用於依據感測裝置S的感測結果實現高爾夫球軌跡之模擬影像。

下文中，將參考第3圖說明第2圖所示之感測裝置S的更加詳細結構以及構成感測裝置S之個別元件的功能。

如第3圖所示，依據本發明感測裝置中資訊的傳送是以照像單元50→抓取器71→擊球偵測器72→高爾夫球影像處理裝置80→高爾夫球桿影像處理裝置90→模擬器1的次序來進行。

照像單元50拍攝預設範圍，包括設置有擊球台及擊球墊的部分，以獲得每秒數百圖框影像。

所獲得圖框影像傳送至抓取器71。抓取器71儲存從照像單元50接收的影像，並同時傳送影像至擊球偵測器72，以進行影像處理。

較佳地，擊球偵測器72從抓取器接收的影像找尋高爾夫球，並決定高爾夫球是否滿足預設條件，以感測擊球準備是否已經完成。而且擊球偵測器72決定高球是否從擊球準備已經完成的位置上移動，藉以感測擊球是否已經由使用者進行。

感測擊球準備是否已經完成以及感測擊球是否已經進行的擊球偵測器72之方法，並不是本發明的核心，因而詳細說明將省略

在感測到使用者已經敲擊高爾夫球時，擊球偵測器72會儲存高爾夫球已經被敲擊時的影像、以及之後的複數個圖框影像。這些影像被即時傳送至高爾夫球影像處理裝置80，使得該等影像能被高爾夫球影像處理裝置80處理。

此外，在感測到使用者已經敲擊高爾夫球時，擊球偵測器72也會儲存高爾夫球已經被敲擊之前的複數個圖框影像，並傳送所儲存的該等圖框影像至高爾夫球桿影像處理裝置90。高爾夫球桿影像處理裝置90從擊球偵測器72接收的影像以及高爾夫球影像處理裝置80所處理的影像，抽取高爾夫球桿的影像，以驅動高爾夫球桿頭的動軌跡，藉以估計高球的旋轉。

高爾夫球影像處理裝置80以及高爾夫球桿影像處理裝置90所抽取的高爾夫球之物理特性上的資訊被傳送至模擬器1。模擬器1輸出模擬影像，其中高爾夫球依據所接收的資訊而在虛擬高爾夫球場上移動，使得虛擬高爾夫模擬可進行。

高爾夫球影像處理裝置80基本上抽取多個高爾夫球候選者，從照像單元50所獲得之個別圖框中的該等影像，將每個高爾夫球候選者的三維座標轉換為二維座標，並分析每個高爾夫球候選者的二維軌跡，以抽取高爾夫球的最終軌跡，藉以計算移動高爾夫球之物理特性上的資訊。

具體而言，高爾夫球影像處理裝置80較佳地包括高爾夫球軌跡列表裝置81以及高爾夫球軌跡決定裝置82，其中高爾夫球軌跡列表裝置81用於從個別圖框相對於照像單元50所獲得該等影像抽取高爾夫球候選者，並用於產生高爾夫球軌跡列表，相對於連續的該等圖框連結個別高爾夫球候選者，而高爾夫球軌跡決定裝置82用於相對於所產生之高爾夫球軌跡列表進行二次多項式迴歸分析，以產生多個高爾夫球軌跡候選者，並用於依據預設條件，從該等高爾夫球軌跡候選者抽取高爾夫球的軌跡。

高爾夫球軌跡列表裝置81較佳地包括高爾夫球候選者抽取裝置81a以及列表產生裝置81b，其中高爾夫球候選者抽取裝置81a用於處理個別的該等圖框影像，以抽取高爾夫球候選者，而列表產生裝置81b用於結合個別該等圖框中該等高爾夫球候選者，以產生高爾夫球軌跡列表。

高爾夫球軌跡決定裝置82較佳地包括高爾夫球軌跡抽取裝置82a、迴歸分析裝置82b以及高爾夫球軌跡檢查裝置82c，其中高爾夫球軌跡抽取裝置82a用於在三維座標系統的平面上描繪列表產生裝置81b所產生之高爾夫球軌跡列表之個別高爾夫球候選者的座標，亦即在平面上將個別高爾夫球候選者的三維座標描繪為二維座標，藉以產生二維軌跡，亦即多個高爾夫球軌跡候選者，藉以進行二次多項式迴歸分析，迴歸分析裝置82b用於檢查每個高爾夫球軌跡候選者的二次函數，藉以抽取滿足該預設條件的高爾夫球軌跡候選者，而高爾夫球軌跡檢查裝置82c用於檢查藉迴歸分析裝置所抽取之該等高爾夫球軌跡候選者，依據移動高爾夫球之物理特性，是否滿足一預設數值，以選取高爾夫球的最終軌跡。

既然每個照像機所獲得的影像包含許多種具有類似高爾夫球形狀及 高爾夫球影像的雜訊(例如，高爾夫球附近地形的特定部分、使用者身體的一部分以及高爾夫球桿的頭部)，所以必需從影像精確抽取高爾夫球。為此，三維座標描繪為二維座標以獲得二維軌跡，並且分析二維軌跡以移除可被視為高爾夫球軌跡的二維軌跡，以抽取可在物理上被視為高爾夫球之移動軌跡的二維軌跡，選取高爾夫球的最終軌跡，並獲得所選高爾夫球之軌跡上高爾夫球的座標，藉以計算高爾夫球的最終物理特性。

下文中，將參考第3圖至第8圖說明通過由高爾夫球軌跡列表裝置所進行之高爾夫球候選者的抽取以及所抽取高爾夫球候選者的結合之列表的產生。

首先，高爾夫球軌跡列表裝置81的高爾夫球候選者抽取裝置81a從第4圖(a)所示之由照像機獲得的影像200分離第4圖(b)所示之來源影像220。

既然照像機獲得的影像200包含寬拍攝範圍的整個影像，所以要花費很多時間處理影像200。為此，抽取必要的部分，並且只處理所抽取的影像，藉以降低影像處理時間。

第4圖(b)所示的來源影像220定義為從第4圖(a)所示之影像中已經進行擊球的點P1到點P2範圍的區段之影像，而點P2是向前離點P2一段預設距離。

亦即，當高爾夫球被敲擊時，高爾夫球飛向螢幕3(見第1圖)。結果，分析高爾夫球從已經進行擊球的一點到離已經進行擊球的該點向前相距一段預設距離的移動，藉以足夠計算資訊，比如高爾夫球的速度、方向及高度角。

第4圖(a)所示的點P2可為對應於螢幕3(見第1圖)的位置或離螢幕向前一段預設距離的位置。

點P1及點P2從照像機所獲得的影像來指定，且對應於點P1及點P2之間區段的影像從照像機所獲得的影像分離，以獲得第4圖(b)所示的來源影像。

同時，背景應像經由差異操作從上述所獲得的來源影像移除，如第5圖所示，藉以只獲得高爾夫球候選者。例如，第5圖(b)所示的背景影像230可經由差異操作從第5圖(a)所示之來源影像220獲得第5圖(c)所示之只具 有移動部分的影像。

經差異操作所抽取之影像240的移動部分不被視為高爾夫球。某些移動部分會是雜訊，比如高爾夫球桿頭的一部分或使用者身體的一部分。

結果，高爾夫球候選者抽取裝置81a指定依據高爾夫球的幾何性，經差異操作所獲得影像200中被視為高爾夫球的部分以作為高爾夫球候選者。例如，大的寬度高度比的部分是不被視為高爾夫球，並因而排除這類的部分。而且，具有一個或二個像素大小的部分是很小，不被視為高爾夫球，並因而排除這類的部分。

上述依據高爾夫球幾何特性所獲得影像的剩餘部分被指定為主要高爾夫球候選者。該主要高爾夫球候選者與高爾夫球樣板作比較。類似於高爾夫球樣板的程度使得相似程度等於或大於預設數值的主要高爾夫球候選者，被視為次要高爾夫球候選者。

高爾夫球樣板是預設並儲存作為高爾夫球之參考影像的影像。數值上類似於高爾夫球樣板一預設程度的主要高爾夫球候選者被指定為次要高爾夫球候選者。

高爾夫球候選者抽取裝置81a較佳地包括樣板匹配裝置，用於匹配主要高爾夫球候選者以及高爾夫球樣板，抽取其間的相似程度，藉以抽取次要高爾夫球候選者。

然而，很不容易如上所述比較高爾夫球候選者以及高爾夫球樣板，以精確找尋高爾夫球。理由是，高爾夫球的大小在不同圖框中會不相同。亦即，照像機的拍攝區域為固定，且照像機以及高爾夫球之間的距離依據高爾夫球的移動而在拍攝區域內改變，其結果是，圖框中移動高爾夫球影像的大小會彼此不同。結果，高爾夫球的大小在不圖框中會不相同，且高爾夫球樣板的大小為固定，其結果是，很難精確決定高爾夫球候選者對高爾夫球樣板是如何相似。

為此，樣板匹配裝置估計高爾夫球候選者的大小，並依據所估計的高爾夫球候選者的大小，變動匹配高爾夫球候選者以及高爾夫球樣板，以抽取其間的相似程度，因而可高精確性的找尋高爾夫球。

第6圖(a)是顯示影像上多個圖框的高爾夫球候選者(主要是抽取的高爾夫球候選者)的示意圖，以解釋樣板匹配裝置變動匹配高爾夫球候選者以 及高爾夫球樣板，而第6圖(b)是顯示預設並儲存作為高爾夫球之參考影像的高爾夫球樣板T的示意圖。

在第6圖(a)中，C1-1及C1-2表示從來源影像的第一圖框抽取的高爾夫球候選者，C2-1表示從第二圖框抽取的高爾夫球候選者，C3-1表示從第三圖框抽取的高爾夫球候選者，C4-1表示從第四圖框抽取的高爾夫球候選者。可以看出來的是，個別圖框中高爾夫球候選者的大小是彼此不相同。

首先，樣板匹配裝置估計高爾夫球候選者C1-1至C4-1的大小，用於變動匹配高爾夫球樣板。亦即，當高爾夫球候選者同時被複數個照像機拍攝時，可獲得高爾夫球候選者在三維空間的座標(每個照像機所獲得之影像的二維資訊會由轉換裝置73(見第2圖及第3圖)轉換為三維資訊，且三維資訊會被抽取)。而且，可從高爾夫球候選者的座標獲得資訊，比如在高爾夫球候選者以及其中相對應的照像機之間的距離，藉以估計高爾夫球候選者的大小。

此外，改變上述所估計的每個高爾夫球候選者的大小使得每個高爾夫球候選者的大小是等同於高爾夫球樣板的大小，或改變高爾夫球樣板的大小使得高爾夫球樣板的大小等同於每個高爾夫球候選者的大小，且個別的高爾夫球候選者與高爾夫球樣板比較而決定高爾夫球候選者如何相似於高爾夫球樣板，藉以輕易找尋其中相似於真實高爾夫球的高爾夫球候選者。

亦即，考慮到估計的每個高爾夫球候選者的大小，每個高爾夫球候選者被正規化使得每個高爾夫球候選者的大小等同於高爾夫球樣板T的大小，或高爾夫球樣板T被正規化使得高爾夫球樣板T的大小等同於每個高爾夫球候選者的大小，然後該等高爾夫球候選者與高爾夫球樣板T比較。

高爾夫球候選者的正規化改變高爾夫球候選者影像的處理，使得高爾夫球候選者的大小等同於高爾夫球樣板T的大小，而保持高爾夫球候選者影像的形狀及像素比，藉以達成輕易比較高爾夫球候選者以及高爾夫球樣板。另一方面，高爾夫球樣板T的正規化改變高爾夫球樣板影像的處理，使得高爾夫球樣板T的大小等同於相對應高爾夫球候選者的大小，而保持高爾夫球樣板影像的形狀及像素比，藉以達成輕易比較高爾夫球樣板以及高爾夫球候選者。

在完成上述高爾夫球候選者的正規化或高爾夫球樣板的正規化時，高爾夫球候選者與高爾夫球樣板比較，以抽取其間的相似程度，藉以選取具有相似程度等於或大於預設數值的高爾夫球候選者，作為次要高爾夫球候選者。

相似程度依據許多決定準則所決定被轉換為數值，比如整體形狀、像素比及像素值分佈。

同時，上述由高爾夫球候選者抽取裝置81a從個別圖框影像所抽取的高爾夫球候選者之實例顯示於第7圖中。

可由第7圖中看出，高爾夫球候選者1_1及1_2是最後從第1號圖框(frame 1)抽取，高爾夫球候選者2_1及2_2是最後從第2號圖框抽取，而高爾夫球候選者3_1及3_2是最後從第3號圖框抽取。當然，上述的高爾夫球候選者可從數十個或數百個圖框中抽取。

高爾夫球軌跡列表裝置81的列表產生裝置81b依據狀況數目結合第7圖所示的高爾夫球候選者，以產生高爾夫球軌跡列表。

亦即，如第8圖所示，高爾夫球候選者針對每個圖框依據狀況數目而結合，以產生高爾夫球軌跡列表。第8圖只顯示第1號軌道(track 1)至第5號軌道(track 5)，作為相對於三個圖框的高爾夫球軌跡列表。當然，許多高爾夫球候選者可相對於數十個或數百個圖框而結合，以產生軌道。

同時，當高爾夫球軌跡如上所述由高爾夫球軌跡列表裝置81產生時，高爾夫球軌跡決定裝置82(見第3圖)使用高爾夫球軌跡列表抽取真實高爾夫球的軌跡，以計算移動高爾夫球的物理特性上的資訊。

高爾夫球軌跡決定裝置82的高爾夫球軌跡抽取裝置82a抽取列表產生裝置81b所產生之高爾夫球軌跡列表(見第8圖)的個別軌道上高爾夫球候選者的三維座標數值(個別的照像機影像可藉轉換裝置73(見第2圖及第3圖)來匹配，藉以抽取三維資訊)，並在二維座標平面上描繪高爾夫球候選者的三維座標數值。

亦即，座標系統是定義為，假設擊球台110及擊球墊120所在的寬度方向是x軸，螢幕3所在的長度方向是y軸，且垂直方向是z軸，如第9圖所示。

在x軸、y軸及z軸的座標系統中，高爾夫球軌跡抽取裝置82a將在 高爾夫球軌跡列表的個別軌道上高爾夫球候選者的座標描繪於yz平面上。此時，轉換裝置73(見第2圖及第3圖)可將列表上高爾夫球候選者的三維座標資訊轉換為yz平面上的二維座標資訊。

第10圖是顯示在yz平面上由高爾夫球軌跡抽取裝置82a所描繪高爾夫球軌跡列表的高爾夫球軌跡候選者之實例的示意圖。

如第10圖所示，二維軌跡曲線，曲線1至曲線3，亦即高爾夫球軌跡候選者可從yz平面上高爾夫球軌跡候選者1_1至4_2，依據高爾夫球軌跡列表上的結合而推導。

每個高爾夫球軌跡候選者的二次函數，亦即每個二維軌跡，會以z=A+By+Cy² 的形式來計算，其中A、B及C是常數。而且，B是第一階係數，而C是第二次係數。如果C>0，則二維軌跡是向下凹。另一方面，如果C<0，則二維軌跡是向上凸。

高爾夫球軌跡決定裝置82的迴歸分析裝置82b檢查每個高爾夫球軌跡候選者的二次函數的第二次係數，以抽取主要近似高爾夫球軌跡的高爾夫球軌跡候選者。

亦即，可看出第10圖所示之二維軌跡的曲線2及曲線3是過分向下凹，而穿過地面。

如果高爾夫球是被精確敲擊，則高爾夫球飛過地面，而不會穿透地面。為此，曲線2及曲線3在地面底下向下凹是不正確的軌跡，或是包含高爾夫球桿軌跡的軌跡。

結果，在地面底下過分向下凹的軌跡，亦即曲線2及曲線3，會被排除。

亦即，不正確的軌跡或高爾夫球桿的軌跡可藉檢查每個二次函數的第二次係數而確認。如果軌跡的第二次係數是小於預設數值，則決定該軌跡是不正確的軌跡或高爾夫球桿的軌跡，因而該軌跡可被排除。這種預設數值可經由實驗而被適當的預設。

如果迴歸分析裝置82b所抽取的高爾夫球軌跡候選者的數目是1，如上所述，則高爾夫球軌跡候選者可被決定為高爾夫球的軌跡。另一方面，如果迴歸分析裝置82b所抽取的高爾夫球軌跡候選者的數目大於1，則不正確的軌跡依據另一特定準則來移除，藉以獲得高爾夫球的最終軌跡。

如果迴歸分析裝置82b所抽取的高爾夫球軌跡候選者的數目大於1，則高爾夫球軌跡決定裝置82的高爾夫球軌跡檢查裝置82c檢查個別高爾夫球軌跡候選者的軌跡上之個別高爾夫球候選者的座標移動是否滿足預設條件，並選取滿足預設條件的高爾夫球軌跡候選者，作為高爾夫球的最終軌跡。

應用於高爾夫球軌跡檢查裝置82c的預設條件可從移動高爾夫球的物理特性來設定，如第11圖所示。

如第11圖所示，高爾夫球的水平速度可定義為V₀ cosθ，而高爾夫球的垂直速度可定義為V₀ sinθ，並假設高爾夫球是以初速V₀ 及高度角θ來移動。

隨著高爾夫球移動，高爾夫球的水平速度Vy保持V₀ cosθ而沒有改變，而且高爾夫球的垂直速度Vz由於重力加速度gt變成V₀ sinθ-gt(其中t是表示高爾夫球的移動時間)。

亦即，理論上，當高爾夫球如第11圖所示而移動時，高爾夫球的座標以均一速度在y軸方向上移動，而高爾夫球的座標以均一加速度在z軸方向上移動。

然而，實際上，當高爾夫球移動時，依據許多實驗，存在許多變數，比如空氣阻力。結果，高爾夫球並未如第11圖所示來移動。然而，如果高爾夫球是在非常短的區段內移動，許多變數所引起的效應可被忽略，因而，第11圖所示的理論特性被精確地應用到某種程度。

亦即，如果從擊球墊120到螢幕3的高爾夫球的移動被第1圖所示螢幕高爾夫系統的感測裝置感測到，則螢幕的長度很短，例如約5m至7m。結果，可認為高爾夫球依據第11圖所示的理論特性來移動。

結果，高爾夫球軌跡檢查裝置82c檢查高爾夫球候選者上個別高爾夫球軌跡候選者的座標移動，抽取在y軸方向上以均一速度且在z軸方向上以均一加速度移動的高爾夫球軌跡候選者，並決定所抽取的高爾夫球軌跡候選者是高爾夫球的最終軌跡。

如上所述，在被抽取作為高爾夫球的最終軌跡的軌跡上，每個高爾夫球的移動被轉換為三維座標(二維座標可藉轉換裝置73(見第2圖及第3圖)轉換為三維座標)，並且分析三維空間中每個高爾夫球的移動，以計算移動 高爾夫球的物理特性上的資訊。

下文中，將參考第12圖說明依據本發明實施例用於虛擬高爾夫模擬的感測方法。

首先，當虛擬高爾夫模擬開始時，使用者安置高爾夫球於擊球墊上，使得使用者能敲擊高爾夫球。此時，感測裝置獲得安置於擊球墊上之高爾夫球的影像，並從所獲得的影像找尋高爾夫球(S10)。這種高爾夫球找尋處理藉由擊球偵測器來進行。

從所獲得的影像找尋高爾夫球，並且確認高爾夫球所在之座標上的資訊。如果預設條件被滿足，則擊球準備完成(S11)。

在完成擊球準備時，擊球偵測器開始感測擊球是否已經由使用者進行(S12)。在感測到擊球已經進行時(S20)，擊球偵測器確認何時擊球已經進行，收集擊球已經完成時的圖框影像以及之後的複數個圖框影像(S31)，並傳送所收集的圖框影像至高爾夫球影像處理裝置。另一方面，在感測到擊球還未進行時，處理程序回到擊球感測步驟(S12)。

如果擊球偵測器收集該等圖框影像，並在感測到擊球已經進行之後即時傳送所收集的該等圖框影像至高爾夫球影像處理裝置，則高爾夫球影像處理裝置從所接收的影像分離預設區域，以抽取來源影像(S32)。

接著，高爾夫球影像處理裝置從所抽取的源影像移除背景影像(S33)，以抽取多個高爾夫球候選者(S34)。高爾夫球候選者的抽取在先前已經詳細說明，因而省略進一步的說明。

在高爾夫球候選者從每個圖框抽取後，連續圖框的高爾夫球候選者結合以產生高爾夫球軌跡列表(S40)。

高爾夫球軌跡列表是在yz平面上多項式經迴歸分析，以抽取二維軌跡，亦即高爾夫球軌跡候選者(S51)。

既然個別的高爾夫球軌跡候選者是二維軌跡，所以個別高爾夫球軌跡候選者的二次函數被計算(S52)，且每個計算的二次函數的二次係數與預設數值比較，藉以只抽取具有二次係數等於或大於該預設數值的高爾夫球軌跡候選者(S53)。

所抽取高爾夫球軌跡候選者中的高爾夫球軌跡候選者，其高爾夫球候選者的座標移動滿足預設條件(如第11所示在水平方向上均一速度移動條 件以及在垂直方向上均一加速度移動條件)，是被決定成高爾夫球的最終軌跡(S61)。

接著，所決定高爾夫球的軌跡上高爾夫球的座標被轉換為三維座標(S62)，而從座標數值計算移動高爾夫球的物理特性上的資訊(S63)。

所計算的移動高爾夫球的物理特性上的資訊傳送至模擬器，而且模擬器依據所接收的移動高爾夫球的物理特性上的資訊，實現高爾夫球軌跡的模擬影像(S70)。

從上述說明中顯而易見的是，在虛擬高爾夫模擬裝置以及其使用的感測裝置與方法中，使用虛擬高爾夫模擬，獲得使用者揮動高爾夫球桿敲擊高爾夫球所敲擊之高爾夫球的影像，並從所獲得的影像找尋高爾夫球，計算高爾夫球的移動軌跡，藉以實現高爾夫球軌跡的模擬影像，尤其是，其中分析在照像機所獲得的影像中被決定為高爾夫球的高爾夫球候選者的二維軌跡，以精確並快速計算移動高爾夫球的物理特性上的資訊，即使是使用低解析且低速的照像機。

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

1‧‧‧模擬器

2‧‧‧高爾夫球室

3‧‧‧螢幕

10‧‧‧資料庫

20‧‧‧資料處理部

30‧‧‧影像輸出部

50‧‧‧照像單元

51‧‧‧拍攝裝置

52‧‧‧拍攝裝置

60‧‧‧感測處理單元

71‧‧‧抓取器

72‧‧‧擊球偵測器

73‧‧‧轉換裝置

80‧‧‧高爾夫球影像處理裝置

81‧‧‧高爾夫球軌跡列表裝置

81a‧‧‧高爾夫球候選者抽取裝置

81b‧‧‧列表產生裝置

82‧‧‧高爾夫球軌跡決定裝置

82a‧‧‧高爾夫球軌跡抽取裝置

82b‧‧‧迴歸分析裝置

82c‧‧‧高爾夫球軌跡檢查裝置

90‧‧‧高爾夫球桿影像處理裝置

100‧‧‧擊球板

110‧‧‧擊球台

120‧‧‧擊球墊

200‧‧‧影像

220‧‧‧來源影像

230‧‧‧背景影像

240‧‧‧影像

B‧‧‧高爾夫球

C1-1~C4-1‧‧‧高爾夫球候選者

M‧‧‧控制器

P1、P2‧‧‧點

S‧‧‧感測裝置

S10~S12‧‧‧步驟

S20‧‧‧步驟

S31~S70‧‧‧步驟

T‧‧‧高爾夫球樣板

本發明的上述及其他目的、特點及其他優點，可由以上的詳細說明結合所附圖式而被更加清楚了解，其中：第1圖是顯示依據本發明實施例虛擬高爾夫模擬裝置所應用的螢幕高爾夫系統之實例的示意圖；第2圖是顯示依據本發明實施例虛擬高爾夫模擬裝置之結構的方塊圖；第3圖是顯示第2圖感測裝置的詳細結構及構成感測裝置之元件的功能的示意圖；第4圖(a)顯示照像單元所獲得影像的示意圖，而第4圖(b)顯示藉從第4圖(a)所示之影像分離對應於預設區段之區域所獲得之來源影像的示意圖；第5圖(a)是顯示來源影像的示意圖，第5圖(b)是顯示靜止背景影像的示意圖，而第5圖(c)顯示藉從來源影像移除背景影像所獲得之影像的示意圖； 第6圖(a)是顯示藉結合多個圖框所獲得之影像上多個圖框的高爾夫球候選者，其等如第4圖及第5圖所示之處理以抽取高爾夫球候選者，而第6圖(b)是顯示預設並儲存作為高爾夫球之參考影像的高爾夫球樣板T的示意圖；第7圖是顯示個別圖框中最終選取的高爾夫球候選者的示意圖；第8圖是顯示結合第7圖所示之個別圖框中高爾夫球候選者以產生高爾夫球軌跡列表之實例的示意圖；第9圖是顯示依據本發明實施例用於虛擬高爾夫模擬裝置之感測裝置的座標系統的示意圖；第10圖是顯示藉在yz平面上描繪第8圖所示之高爾夫球軌跡列表所獲得之高爾夫球軌跡候選者的示意圖；第11圖是顯示移動高爾夫球之物理特性的示意圖；以及第12圖是顯示依據本發明實施例用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測方法的流程圖。

1‧‧‧模擬器

50‧‧‧照像單元

71‧‧‧抓取器

72‧‧‧擊球偵測器

73‧‧‧轉換裝置

80‧‧‧高爾夫球影像處理裝置

81‧‧‧高爾夫球軌跡列表裝置

81a‧‧‧高爾夫球候選者抽取裝置

81b‧‧‧列表產生裝置

82‧‧‧高爾夫球軌跡決定裝置

82a‧‧‧高爾夫球軌跡抽取裝置

82b‧‧‧迴歸分析裝置

82c‧‧‧高爾夫球軌跡檢查裝置

90‧‧‧高爾夫球桿影像處理裝置

Claims (15)

1. 一種用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，包括：一照像單元，用於獲得使用者揮動高爾夫球桿敲擊高爾夫球所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像；以及一感測處理單元，包括：一高爾夫球軌跡列表裝置，用於從個別圖框相對於所獲得的該等影像抽取多高爾夫球候選者，並用於產生一高爾夫球軌跡列表，相對於連續的該等影像連結個別的該等高爾夫球候選者；以及一高爾夫球軌跡決定裝置，用於相對於所產生之高爾夫球軌跡列表進行二次多項式迴歸分析，以產生多個高爾夫球軌跡候選者，並用於依據一預設條件從該等高爾夫球軌跡候選者抽取高爾夫球的軌跡，其中該感測處理單元從該高爾夫球軌跡決定裝置所抽取的高爾夫球軌跡來計算移動高爾夫球之物理特性上的資訊。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該高爾夫球軌跡列表裝置包括：一高爾夫球候選者抽取裝置，用於處理個別的該等圖框影像，以抽取高爾夫球候選者；以及一列表產生裝置，用於結合個別該等圖框中該等高爾夫球候選者，以產生一高爾夫球軌跡列表。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該高爾夫球候選者抽取裝置包括一樣板匹配裝置，用於預設並儲存一高爾夫球樣板，作為高爾夫球的一參考影像，並用於從所獲得的該等影像，抽取與該高爾夫球樣板相匹配的高爾夫球候選者。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該高爾夫球軌跡決定裝置包括：一高爾夫球軌跡抽取裝置，用於在一三維座標系統上描繪所產生之該高爾夫球軌跡列表的座標，藉以產生多個高爾夫球軌跡候選者，進行二次多項 式迴歸分析；以及一迴歸分析裝置，用於檢查每個高爾夫球軌跡候選者的一二次函數，藉以抽取滿足該預設條件的高爾夫球軌跡候選者。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該迴歸分析裝置配置以抽取具有等於或大於一預設數值的二次函數之二次係數的高爾夫球軌跡候選者。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該高爾夫球軌跡決定裝置進一步包括一高爾夫球軌跡檢查裝置，用於依據移動高爾夫球之物理特性檢查由迴歸分析裝置所抽取之該等高爾夫球軌跡候選者是否滿足一預設數值，以選取高爾夫球的最終軌跡。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之用於虛擬高爾夫模擬裝置的感測裝置，其中該高爾夫球軌跡檢查裝置配置以檢查在由該迴歸分析裝置所抽取之該等高爾夫球軌跡候選者的軌跡上之個別高爾夫球候選者的座標移動是否滿足一預設數值，並配置以選取滿足該預設數值的高爾夫球軌跡候選者，作為高爾夫球的最終軌跡。
8. 一種虛擬高爾夫模擬裝置，包括：一感測裝置，包括一照像單元以及一感測處理單元，該照像單元用於獲得使用者對高爾夫球揮動高爾夫球桿所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像，而該感測處理單元包括一高爾夫球軌跡列表裝置及一高爾夫球軌跡決定裝置，該高爾夫球軌跡列表裝置用於從個別圖框相對於所獲得的該等影像抽取多高爾夫球候選者，並用於產生一高爾夫球軌跡列表，相對於連續的該等影像連結個別的高爾夫球候選者，而該高爾夫球軌跡決定裝置用於相對於所產生之高爾夫球軌跡列表進行二次多項式迴歸分析，以產生多個高爾夫球軌跡候選者，並用於依據一預設條件從該等高爾夫球軌跡候選者抽取高爾夫球的軌跡；以及一影像實現單元，用於依據該感測處理單元所抽取之資訊，實現該高 爾夫球之軌跡的模擬影像。
9. 一種用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，包括：獲得使用者對擊高爾夫球揮動高爾夫球桿所敲擊之高爾夫球的複數個圖框影像；從所獲得的該等圖框影像抽取多個高爾夫球候選者；產生一高爾夫球軌跡列表，以連結相對於連續圖框的個別高爾夫球候選者；相對於所產生之高爾夫球軌跡列表進行二次多項式迴歸分析，以產生多個高爾夫球軌跡候選者；以及分析所產生的該多個高爾夫球軌跡候選者，以抽取高爾夫球的軌跡而計算移動之高爾夫球的物理特性上的資訊。
10. 依據申請專利範圍第9項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該抽取高爾夫球以計算移動之高爾夫球的物理特性上的資訊的步驟包括：決定滿足一預設條件的該等高爾夫球軌跡候選者作為高爾夫球的軌跡；在所決定之高爾夫球的軌跡上轉換高爾夫球的座標；以及分析所轉換的高爾夫球之座標的移動，以計算移動高爾夫球的物理特性。
11. 依據申請專利範圍第9項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該抽取高爾夫球候選者的步驟包括：從每個所獲得的該等影像移除一背景影像；以及將在該等影像中移除該背景影像的每個影像所出現的多個物件與預設並儲存作為高爾夫球之參考影像的一高爾夫球樣板匹配，以抽取高爾夫球候選者。
12. 依據申請專利範圍第9項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該產生高爾夫球軌跡列表的步驟包括依據該等高爾夫球候選者結合的狀況數目結合個別圖框上該等高爾夫球候選者，藉以產生對應於該等高爾夫球候選者結合之該狀況數目的一高爾夫球軌跡列表。
13. 依據申請專利範圍第10項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該產生高爾夫球軌跡候選者的步驟包括：將所產生高爾夫球軌跡列表中之每個高爾夫球候選者的座標描繪在一yz平面上，以產生一二維軌跡；以及計算在該yz平面上該二維軌跡的一二次函數。
14. 依據申請專利範圍第13項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該決定滿足一預設條件的該等高爾夫球軌跡候選者作為高爾夫球的軌跡的步驟包括：比較該二次函數的一二次係數與一預設數值；以及抽取具有該二次函數的二維軌跡，而該二次函數的二次係數是等於或大於該預設數值。
15. 依據申請專利範圍第14項所述之用於虛擬高爾夫模擬的感測方法，其中該決定滿足一預設條件的該等高爾夫球軌跡候選者作為高爾夫球的軌跡的步驟包括：依據移動高爾夫球的物理特性，檢查該二維軌跡是否滿足一預設條件，而該二維軌跡的二次係數是等於或大於該預設數值；以及依據移動高爾夫球的物理特性，決定滿足該預設條件的該二維軌跡作為高爾夫球的軌跡。