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WO2012128568A2 - 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법 - Google Patents

가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법 Download PDF

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WO2012128568A2
WO2012128568A2 PCT/KR2012/002072 KR2012002072W WO2012128568A2 WO 2012128568 A2 WO2012128568 A2 WO 2012128568A2 KR 2012002072 W KR2012002072 W KR 2012002072W WO 2012128568 A2 WO2012128568 A2 WO 2012128568A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ball
image
hit
sensing
region
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/002072
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012128568A3 (ko
Inventor
장형욱
박현진
윤형식
정현담
Original Assignee
(주) 골프존
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 골프존 filed Critical (주) 골프존
Priority to CN201280013718.3A priority Critical patent/CN103533993B/zh
Priority to AU2012231925A priority patent/AU2012231925B2/en
Priority to JP2014501004A priority patent/JP5811264B2/ja
Priority to US14/004,930 priority patent/US9162132B2/en
Priority to CA2830497A priority patent/CA2830497C/en
Publication of WO2012128568A2 publication Critical patent/WO2012128568A2/ko
Publication of WO2012128568A3 publication Critical patent/WO2012128568A3/ko

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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
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    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/36—Training appliances or apparatus for special sports for golf
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/36—Training appliances or apparatus for special sports for golf
    • A63B69/3658—Means associated with the ball for indicating or measuring, e.g. speed, direction
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B67/00—Sporting games or accessories therefor, not provided for in groups A63B1/00 - A63B65/00
    • A63B67/02—Special golf games, e.g. miniature golf or golf putting games played on putting tracks; putting practice apparatus having an elongated platform as a putting track
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/003—Repetitive work cycles; Sequence of movements
    • G09B19/0038—Sports

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.
  • the present invention recognizes the user at any position on the hitting mat and recognizes it and implements the inclination on the swing plate to quickly and accurately find the position of the ball even when tilted at a predetermined angle.
  • Virtual golf simulation device that does not have a separate trigger sensor to sense the detection and can accurately detect the hit even with a relatively inexpensive sensing device, so that both the cost reduction and the accuracy and reliability of the sensing can be obtained, It is to provide a sensing device and a sensing method used for this.
  • the sensing device used in the virtual golf simulation apparatus at least one sensor unit for continuously acquiring an image for a predetermined shooting range to be hit; A grabber for obtaining and storing an image from the sensor unit; A shot detector for detecting whether the hit is completed and whether the hit by the user has been made by receiving and processing the image transmitted from the grabber; And an image processing unit for extracting physical characteristic information of a moving ball by processing an image thereof when a hit is detected by the shot detector.
  • the virtual golf simulation apparatus for continuously acquiring an image for a predetermined shooting range to be hit; And a grabber that acquires and stores an image from the camera unit, a shot detector that detects whether a blow is ready for a hit by a user by receiving and processing an image transmitted from the grabber, and by the shot detector.
  • a sensing device including a sensing processing unit including an image processing unit for extracting physical characteristic information of a moving ball by processing an image thereof, and the trajectory of the ball according to the information extracted from the sensing processing unit. It includes an image implementing unit for implementing a simulation image for.
  • the sensing method for the virtual golf simulation comprising the steps of: continuously obtaining an image for a certain shooting range to be hit; Receiving and storing the continuously acquired image; Detecting whether the blow is ready by receiving the stored image and performing the image processing; Detecting whether a hit is made by a user when the hit preparation is completed; And when the hit is detected, extracting physical characteristic information of the moving ball by processing an image thereof.
  • the sensing method for a virtual golf simulation the step of storing a ball template which is preset as a reference image for the ball; Continuously acquiring an image for a predetermined shooting range in which the hit is made; Extracting a ball candidate from the acquired image and finding and recognizing a ball by comparing the ball template with the ball candidate; Detecting whether the ball is ready for hit by determining whether the recognized ball satisfies a preset condition; When the strike preparation is completed, a region of a predetermined size is set as a region of interest based on the coordinates where the ball is located in the acquired image, and is set as a substantially half of the image in the region of interest and the ball template. Comparing the half templates to determine whether there is a hit by determining whether a ball exists in the ROI; And when the hit is detected, extracting physical characteristic information of the moving ball by processing an image thereof.
  • the virtual golf simulation apparatus and the sensing device and the sensing method used therein, recognizes the ball at any position on the hitting mat and recognizes it and the tilt of the swing plate is inclined at a predetermined angle. Speed and accuracy, and the user can detect the exact time of hitting the ball without the need for a separate trigger sensor. It is effective to obtain both accuracy and reliability.
  • 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.
  • Figure 4 (a) is an image showing a state in which the hitting area is set in the source image
  • Figure 4 (b) is a view for explaining the principle of hitting area setting by the hitting area setting means.
  • FIG. 5 (a) shows the impact area separated in FIG. 4 (a)
  • FIG. 5 (b) shows the image which has been subjected to the pretreatment process with respect to the image shown in FIG. 5 (c) and 5 (d) show a ball template and a half template, respectively.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a ball searching process by the ball sensing means
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a hit preparation detection process by the ball ready means.
  • FIG. 8A illustrates an image of a region of interest for hit detection
  • FIG. 8B illustrates an image of a state in which a ball does not exist in the region of interest in the state illustrated in FIG. 8A. It is shown.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a hit detection process by the hit detection means.
  • 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.
  • the hitting mat 120 may be made of artificial turf, and as shown in FIG. 1, the fairway zone 121, the rough zone 122, and the bunker zone 123 so as to correspond to the fairway, rough and bunker of the actual golf course, respectively. These may be provided to distinguish from each other.
  • the fairway zone 121, the rough zone 122, and the bunker zone 123 may be configured to have different lengths of artificial turf or that the zones 121, 122, and 123 may be made of different materials. By doing so, you can get closer to reality. 1 illustrates a case in which the striking mat 120 is configured to include the fairway zone 121, the rough zone 122, and the bunker zone 123, respectively, but is not limited thereto. Only the fairway zone 121 is provided or the fairway is not limited thereto. In addition to the zone 121, any one of the rough zone 122 and the bunker zone 123 may be provided.
  • Reference numeral 124 denotes a tee.
  • the sensing device S used in the simulation apparatus includes a camera unit 50 and a sensing processing unit 60.
  • the camera unit 50 may be configured by a sensor unit for sensing an image or may be configured by two or more sensor units.
  • the camera unit 50 acquires an image of a moving ball B to obtain an image of a ball in a three-dimensional space.
  • the sensing device S includes a camera unit 50 composed of a plurality of sensor units 51 and 52, and a ball moving by processing an image acquired by the camera unit 50. It comprises a sensing processing unit 60 for extracting the physical characteristics, wherein the physical characteristics of the moving ball is the speed of the ball, the direction of movement of the ball (moving angle in the horizontal direction), the height of the ball (moving in the vertical direction) Angle), spin on the ball, and the like.
  • the sensing processing unit 60 sequentially acquires and collects a source image acquired through the camera unit 50 in units of frames, and collects an image transmitted from the grabber 70.
  • the shot detector 80 detects whether the blow is ready and whether the blow is made by the user by processing the received and processed, and when the blow is detected by the shot detector 80, the shot detector 80 is related to the blow. It may be configured to include an image processing unit 90 for extracting the physical characteristic information of the moving ball by receiving the image by performing a predetermined image processing.
  • 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 70-> shot detector 80-> image processor 90-> simulator 1 Is done in the order of.
  • 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 70, and the grabber 70 receives the image from the camera unit 50 and stores the image and transfers the image to the shot detector 80 while the image is processed.
  • the shot detector 80 detects a ball from an image transmitted from the grabber, that is, a ball detection means 81 for finding a ball on the image, and a condition in which the ball detected by the ball detection means 81 is preset.
  • Ball-ready means 82 for determining whether or not the blow preparation is completed by detecting whether the ball is satisfied, and determining whether the blow has been made by the user by determining whether the ball moves from the position where the blow preparation is completed.
  • a buffering means 84 for storing a plurality of frames of images of the ball being hit by the user and transmitting the impact detection means 83 to the image processing unit when the strike is detected by the hit detection means 83. It is preferably configured to include.
  • the ball detecting means 81 is a blow area setting means 81a for setting a blow area of a predetermined size to be hit by the user in the image received from the grabber 70 and the ball in the set blow area. It is preferably configured to include ball recognition means 81b for extracting the candidate and finding the ball therefrom.
  • the hitting area is preferably set as a hitting area on the swing plate on the hitting mat, which will be described with reference to FIG. 4.
  • the ball recognizing means 81b searches for a ball based on a pre-set and stored ball template or half template, which will be described with reference to FIG. 5.
  • the hit detection means 83 is a region of interest setting means 83a for setting, as the region of interest, an area of a predetermined size around the position coordinates of the ball ready state by the ball ready means 82; And a region of interest check means 83b which determines whether a hit is made to the ball by determining whether the sensed ball is present in the region of interest. Details regarding the hit detection will be described later.
  • the shot detector 80 processes the image received from the grabber 70 to detect whether the hit is ready, and if the hit is ready, detects whether the user hits the ball placed on the hit mat with the golf club. do.
  • the shot detector 80 stores both the image at the time of hitting and the image of a plurality of frames before and after the hitting through the buffering means 84, which is transmitted to the image processor 90 in real time to transmit the image. It is for the processing to take place.
  • the image processor 90 extracts the physical characteristics of the moving ball by transferring the image transmitted when the shot detector 80 detects a hit and transmits the image to the simulator 1.
  • FIG. 4A illustrates one of several frame source images transmitted from the grabber 70 (see FIG. 3) to the shot detector 80 (see FIG. 3).
  • the ball detecting means 81 (see Fig. 3) of the shot detector 80 sets and separates the striking area from the source image through the striking area setting means 81a (see Fig. 3), and then the ball recognition means 81b (Fig. 3). To find the ball.
  • the striking area 220 is set in the source image 200 through the striking area setting means 81a. As shown in (a) of FIG. 4, an area corresponding to part or all of the striking mat 120 is defined.
  • the hitting area 220 may be set. That is, an area of a predetermined range may be set as the hitting area 220 based on the position where the ball is placed on the hitting mat 120.
  • a ball is placed in the fairway zone 121 of the hitting mat 120 and the hitting area setting means 81a is the fairway zone ( It indicates that the area corresponding to 121 is set as the striking area 220. If the ball is placed in the rough zone 122, an area corresponding to the rough zone 122 may be set as the hitting area. If the ball is placed in the bunker zone 123, the area corresponding to the bunker zone 123 may be set. It can be set as a striking area.
  • the swing plate 100 is provided on the swing plate 100 so that the swing plate 100 is inclined at a predetermined angle in response to the terrain information of the virtual golf course. Even in this case, the hitting area setting means 81a may set the hitting area 220 in the source image 200 with considerable accuracy in consideration of this.
  • the hitting area setting means sets the reference points P0 to P8 in advance on the hitting mat 120 shown in FIG. 4B and stores the coordinates of each of the reference points P0 to P8.
  • the swing plate 100 when the swing plate 100 is inclined at a predetermined angle, the coordinates of the reference points P0 to P8 are also changed.
  • the swing plate 100 receives information about the inclined angle value and receives the reference points P0 to P8 therefrom. Calculate the changed coordinates of
  • the reference point (P0 ⁇ P8) when the slope of the swing plate changes by making a database of the coordinates of the change of the reference point (P0 ⁇ P8) for each predetermined unit for the change of the angle of the swing plate 100
  • the coordinate value of) can be known and the hitting area can be set accurately from it.
  • the hitting state of the state as shown in FIG. 5B through a preprocessing process such as Gaussian blur to remove the noise. Obtain an area 220 image.
  • the ball candidates can be found based on the geometrical characteristics of the ball.
  • the ball candidate is searched for as close to the shape of the ball as possible, except for a rectangular object or an object having a shape difficult to be called a ball. That is, as shown in FIG. 5B, an object close to the shape of the ball is selected as the ball candidate 230.
  • the ball candidate 230 extracted as described above is extracted with similarity compared to the ball template 241 or the half template 242.
  • the ball template 241 is preset and stored as a reference image for the ball, as shown in FIG.
  • the half template 242 is previously set as a reference image and stored as an image of a part of the ball, as shown in (d) of FIG. 5.
  • the half template 242 is preferably set as a portion corresponding to approximately half of the ball template 241.
  • the degree of similarity ie, similarity, in the shape, pixel value, number of pixels, etc. may be calculated numerically.
  • the similarity must be equal to or greater than a preset reference value to recognize a ball candidate as a ball.
  • the similarity is extracted by comparing the ball template 241 with the ball candidates.
  • the half template 242 may be used to recognize the ball by extracting the similarity with a part of the ball candidate, but it is difficult to cover the part of the ball with the head of the golf club or acquire an image of the ball intact. Because it is not, it is more desirable to find the ball using the ball template 241 than to find the ball using the correct half template 242.
  • the impact area may be set and separated immediately from the image (S13). If there is a change in the slope, the coordinate value of the reference point changed according to the change angle of the swing plate may be extracted (S12). It is possible to set and separate the hitting area in the image by calculating the coordinates (S13).
  • the separated hit area image is extracted through a preprocessing process (S14) and a ball candidate (S15).
  • the extracted ball candidate and the ball template are compared with each other to extract similarity (S16), and when the similarity is greater than or equal to the reference value, the ball candidate is recognized as a ball (S17). .
  • the ball ready means 82 may know where the ball is located on the image, and the ball may be stopped at a preset time. It may be determined whether or not there is (S21).
  • the ball ready means In the ball ready state, the ball ready means continuously inspects the image to determine whether there is a change in the ball. That is, the ball does not move, but the user may cover the ball with the golf club or a ball covering that the body part of the user covers the ball may occur.
  • the ball ready means detects whether or not a ball occlusion has occurred (S23), and if the ball occlusion does not occur, it stores the ball position coordinates of the ready state (S25) and completes the striking preparation.
  • the current ball position is the same as the last ball ready position (i.e., whether the coordinates of the current ball and the coordinates of the ball in the last ball ready state are the same).
  • the ball position coordinates of the ball ready state are stored (S25), and the preparation for hitting is completed, and if not the same, the process of searching for the ball shown in FIG.
  • the hit detection by the hit detection means 83 (refer to FIG. 3) is performed as shown in FIGS. 8 and 9. Proceed.
  • the region of interest is set based on the position coordinates of the ball stored by the region of interest setting means 83a of the hit detection means 83 (see FIG. 3).
  • a region of interest R having a predetermined size is set around the ball in the image of the striking region 220, and the region of interest R has about one ball. It is preferable that the size is set to a small size that can be included, and it can be easily detected by investigating whether or not the user hits the ball in the region of interest R only.
  • the hit may be detected by detecting that the ball does not exist in the RO region in the state as shown in FIG. 8A and as shown in FIG. 8B.
  • the region of interest check means 83b compares the image in the region of interest R with the half template 242 (see FIG. It can be seen whether or not exist (S32).
  • the image in the region of interest R may be compared with the ball template 241 or the half template 242, and it may be more accurate to calculate the similarity through the half template 242 than the ball template 241. have. Because the head of the golf club is in contact with the ball when the user hits the ball, the ball part and the club head part appear to overlap a little in the image for this, so if the ball template 241 is applied as it is, the exact value for the similarity This may not be calculated, in which case the exact value may be calculated by calculating the similarity through the half template 242.
  • the object existing in the region of interest R may appear very low because the object is completely different from the half template. That is, if the similarity extracted in the step S32 is less than the reference value, this cannot be called a ball, and thus it may be determined that the ball does not exist in the ROI, which means that the hit is made (S34).
  • the hitting detection means checks the image of the plurality of frames obtained before the detected time point to determine the exact time point at which the ball starts to move (S35), and the image frame at the time the ball starts to move. Is designated as a trigger frame (S36).
  • the image of the previous frame is stored based on the trigger frame (S37), and then transmitted to the image processor 90 (see FIG. 3) to perform image processing. Analyzing the previous images as a reference is mainly to analyze the motion trajectory of the golf club head to infer the spin of the ball.
  • the buffering means 84 (see FIG. 3) of the shot detector 80 (see FIG. 3) receives the image of the trigger frame and the image of the plurality of frames after that and sequentially stores the image of the trigger detector 80 (see FIG. 3).
  • the buffering means 84 (see FIG. 3) of the shot detector 80 (see FIG. 3) receives the image of the trigger frame and the image of the plurality of frames after that and sequentially stores the image of the trigger detector 80 (see FIG. 3).
  • To extract the physical properties of the moving ball where the trigger frame and subsequent images are analyzed primarily to calculate the ball's speed, direction, height angle, etc.). do.
  • 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.

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Abstract

본 발명은 사용자가 타격매트 상의 어느 위치에 볼을 놓더라도 이를 인식하고 스윙플레이트에 경사가 구현되어 소정 각도로 기울어지더라도 볼의 위치를 빠르고 정확하게 찾아낼 수 있으며, 사용자가 볼을 타격하는 정확한 시점을 센싱하기 위해 별도의 트리거 센서를 구비하지 않고 또한 비교적 저렴한 센싱장치를 가지고도 정확하게 타격을 감지할 수 있도록 함으로써 비용의 절감과 센싱의 정확성 및 신뢰성을 모두 획득할 수 있도록 하는 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법을 제공하기 위한 것이다.

Description

가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법
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.
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.
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.
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.
예컨대 적외선 센서를 이용한 센싱장치, 레이저 센서를 이용한 센싱장치, 음향 센서를 이용한 센싱장치, 그리고 카메라 센서를 이용한 센싱장치 등 다양한 센싱 방식이 등장하고 있다.
본 발명은 사용자가 타격매트 상의 어느 위치에 볼을 놓더라도 이를 인식하고 스윙플레이트에 경사가 구현되어 소정 각도로 기울어지더라도 볼의 위치를 빠르고 정확하게 찾아낼 수 있으며, 사용자가 볼을 타격하는 정확한 시점을 센싱하기 위해 별도의 트리거 센서를 구비하지 않고 또한 비교적 저렴한 센싱장치를 가지고도 정확하게 타격을 감지할 수 있도록 함으로써 비용의 절감과 센싱의 정확성 및 신뢰성을 모두 획득할 수 있도록 하는 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치는, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 적어도 하나의 센서부; 상기 센서부로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버; 상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터; 및 상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부를 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치는, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 카메라 유닛; 및 상기 카메라 유닛으로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버와, 상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터와, 상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부를 포함하는 센싱처리유닛을 포함하는 센싱장치와, 상기 센싱처리유닛에서 추출된 정보에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현유닛을 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법은, 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 단계; 상기 연속적으로 취득하는 이미지를 전달받아 저장하는 단계; 상기 저장되는 이미지를 전달받아 이미지 처리를 함으로써 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계; 상기 타격 준비가 완료된 경우, 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계; 및 상기 타격이 감지된 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법은, 볼에 대한 기준 이미지로 미리 설정되는 볼 템플릿을 저장하는 단계; 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 단계; 상기 취득된 이미지에서 볼 후보를 추출하고, 상기 볼 템플릿을 상기 볼 후보와 비교함으로써 볼을 찾아내어 인식하는 단계; 상기 인식된 볼이 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 판단함으로써 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계; 상기 타격 준비가 완료된 경우, 상기 취득된 이미지에서 볼이 위치하는 좌표를 중심으로 미리 설정된 크기의 영역을 관심 영역으로 설정하고 상기 관심 영역 내의 이미지와 상기 볼 템플릿의 실질적으로 절반에 해당하는 부분으로서 설정되는 하프 템플릿을 비교하여 상기 관심 영역 내에 볼이 존재하는지 여부를 판단함으로써 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계; 및 상기 타격이 감지된 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법은 사용자가 타격매트 상의 어느 위치에 볼을 놓더라도 이를 인식하고 스윙플레이트에 경사가 구현되어 소정 각도로 기울어지더라도 볼의 위치를 빠르고 정확하게 찾아낼 수 있으며, 사용자가 볼을 타격하는 정확한 시점을 센싱하기 위해 별도의 트리거 센서를 구비하지 않고 또한 비교적 저렴한 센싱장치를 가지고도 정확하게 타격을 감지할 수 있도록 함으로써 비용의 절감과 센싱의 정확성 및 신뢰성을 모두 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치가 적용된 스크린 골프 시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치의 구성에 관하여 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 센싱장치에 대한 좀 더 구체적인 구성 및 각 구성요소들의 기능에 관하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 소스 이미지에서 타격영역이 설정된 상태를 나타낸 이미지이고, 도 4의 (b)는 타격영역 설정수단에 의한 타격영역 설정 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 도 4의 (a)에서 분리된 타격영역을 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 이미지에 대해 전처리 과정을 거친 이미지를 나타낸 것이며, 도 5의 (c) 및 (d)는 각각 볼 템플릿 및 하프 템플릿을 나타낸 도면이다.
도 6은 볼 감지 수단에 의한 볼 찾기 과정을, 도 7은 볼 레디 수단에 의한 타격 준비 감지 과정을 각각 나타낸 플로우차트이다.
도 8의 (a)는 타격 감지를 위한 관심영역을 표시한 이미지이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 도시된 상태에서 관심영역 내에 볼이 존재하지 않게 된 상태의 이미지를 나타낸 것이다.
도 9는 타격 감지 수단에 의한 타격 감지 과정에 관하여 나타낸 플로우차트이다.
본 발명에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치와, 이에 이용되는 센싱장치 및 센싱방법에 대한 실시예를 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치 및 이에 이용되는 센싱장치에 관하여 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
상기 타격매트(120)는 인조잔디로 이루어질 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 실제 골프장의 페어웨이, 러프 및 벙커에 각각 대응되도록 페어웨이존(121), 러프존(122) 및 벙커존(123)이 각각 서로 구분되도록 구비될 수 있다. 이때 바람직하게는 상기 페어웨이존(121), 러프존(122) 및 벙커존(123) 각각을 인조잔디의 길이를 다르게 하거나 각각의 존(121, 122, 123)이 서로 다른 재질로 이루어질 수 있도록 구성함으로써 실제와 가깝도록 할 수 있다. 도 1에서는 타격매트(120)가 페어웨이존(121), 러프존(122) 및 벙커존(123)을 각각 구비하도록 구성되는 경우를 나타내고 있으나 이에 한정되지 않고 페어웨이존(121)만 구비되거나, 페어웨이존(121)과 함께 러프존(122) 및 벙커존(123) 중 어느 하나가 구비되도록 구성할 수도 있다. 도면번호 124는 티(Tee)를 나타낸다.
한편, 골프 부스(2) 내에는 센싱장치(S)가 구비되어 사용자가 볼(B)을 타격하는 것을 센싱하는데, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치(S)는 카메라 유닛(50) 및 센싱처리유닛(60)을 포함한다.
상기 카메라 유닛(50)은 하나의 이미지 센싱을 위한 센서부에 의해 구성될 수도 있고 2 이상의 센서부에 의해 구성될 수도 있는데, 이동하는 볼(B)의 이미지를 취득하여 3차원 공간에서의 볼의 좌표를 추출하기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이 2 이상의 센서부(51, 52)로 스테레오(Stereo) 방식의 카메라 유닛을 구성하도록 함이 바람직하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 센싱장치(S)는 복수개의 센서부(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 구성되는데, 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.
상기 센싱처리유닛(60)은 상기 카메라 유닛(50)을 통해 취득된 소스 이미지(Source Image)을 프레임 단위로 순차적으로 입수하여 수집하는 그래버(70)와, 상기 그래버(70)로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터(80)와, 상기 샷 디텍터(80)에 의해 타격이 감지되는 경우 상기 샷 디텍터(80)로부터 타격에 관련된 이미지를 전달받아 소정의 이미지 처리를 함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부(90)를 포함하여 구성될 수 있다.
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.
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.
상기 영상처리부(20)는 가상의 골프코스에 관한 영상이나 가상의 골프코스에서 펼쳐지는 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상 등을 구현하기 위한 소정의 영상 처리가 이루어지는 부분이다.
상기 영상출력부(30)는 상기 영상처리부(20)로부터 전달받은 영상 정보를 스크린 상에 출력하여 사용자가 볼 수 있도록 하기 위한 것이다.
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.
한편, 도 3을 참조하여 도 2에 도시된 센싱장치(S)에 관한 좀 더 구체적인 구성과 각 구성요소의 기능에 관하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 센싱장치에서의 정보 전달 흐름은 카메라 유닛(50) -> 그래버(70) -> 샷 디텍터(80) -> 이미지 처리부(90) -> 시뮬레이터(1)의 순서로 이루어진다.
카메라 유닛(50)은 타석과 타격매트가 마련되어 있는 부분을 포함하는 일정 범위를 촬영하면서 1초당 수백 프레임의 이미지를 취득한다.
이렇게 취득되는 이미지는 그래버(70)로 전송되고, 그래버(70)는 카메라 유닛(50)으로부터 이미지를 전송받아 저장하면서 샷 디텍터(80)로 전달하여 이미지 처리가 이루어지도록 한다.
상기 샷 디텍터(80)는, 상기 그래버로부터 전달받은 이미지로부터 볼을 감지하는, 즉 이미지상에서 볼을 찾는 볼 감지 수단(81)과, 상기 볼 감지 수단(81)에 의해 감지된 볼이 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 감지함으로써 타격 준비가 완료되었는지 여부를 결정하는 볼 레디 수단(82)과, 볼이 상기 타격 준비가 완료된 위치로부터 이동하는지 여부를 판단함으로써 사용자에 의해 타격이 이루어졌는지 여부를 결정하는 타격 감지 수단(83)과, 상기 타격 감지 수단(83)에 의해 타격이 감지되는 경우 사용자에 의해 볼이 타격되는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 저장하고 상기 이미지 처리부로 전송하는 버퍼링 수단(84)을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
여기서 상기 볼 감지 수단(81)은, 상기 그래버(70)로부터 전달받은 이미지에서 사용자에 의해 타격이 이루어지는 소정 크기의 타격 영역을 설정하는 타격 영역 설정 수단(81a)과, 상기 설정된 타격 영역 내에서 볼 후보를 추출하고 그로부터 볼을 찾아내도록 하는 볼 인식 수단(81b)을 포함하여 구성됨이 바람직하다.
여기서 상기 타격 영역은 스윙플레이트 상의 타격매트에 해당하는 영역을 타격 영역으로 설정하는 것이 바람직한데, 이에 대해서는 도 4를 참조하여 설명하기 로 한다.
그리고 상기 볼 인식 수단(81b)은 미리 설정되어 저장된 볼 템플릿 또는 하프 템플릿을 기준으로 하여 볼을 찾는데, 이에 대해서는 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
한편, 상기 타격 감지 수단(83)은, 상기 볼 레디 수단(82)에 의해 볼이 레디 상태에 있는 위치 좌표를 중심으로 미리 설정된 크기의 영역을 관심 영역으로서 설정하는 관심 영역 설정 수단(83a)과, 상기 관심 영역 내에 상기 감지된 볼이 존재하는지 여부를 판단함으로써 볼에 대한 타격이 이루어졌는지 여부를 결정하는 관심 영역 체크 수단(83b)을 포함하여 구성됨이 바람직하다. 타격 감지에 관한 구체적인 사항은 후술하기로 한다.
상기 샷 디텍터(80)는 상기 그래버(70)로부터 전달받은 이미지를 처리하여 타격 준비가 완료되었는지 여부를 감지하고, 타격 준비가 완료된 경우 사용자가 골프클럽으로 타격매트에 놓인 볼을 타격하는지 여부를 감지한다.
만약 타격이 이루어지는 경우, 샷 디텍터(80)는 타격 시점의 이미지, 그 이전 및 그 이후의 복수 프레임의 이미지를 버퍼링 수단(84)을 통해 모두 저장하는데, 이는 이미지 처리부(90)로 실시간 전송되어 이미지 처리가 이루어지도록 하기 위한 것이다.
상기 이미지 처리부(90)는 샷 디텍터(80)가 타격을 감지한 경우에 전송되는 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성을 추출하여 시뮬레이터(1)로 전달한다.
한편, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱장치의 샷 디텍터가 그래버로부터 전달받은 이미지에서 볼을 찾는 과정에 관하여 설명한다.
도 4의 (a)는 그래버(70, 도 3 참조)로부터 샷 디텍터(80, 도 3 참조)로 전달되는 여러 프레임의 소스 이미지 중 하나를 나타내고 있다.
샷 디텍터(80)의 볼 감지 수단(81, 도 3 참조)은 타격영역 설정 수단(81a, 도 3 참조)을 통해 소스 이미지에서 타격영역을 설정하여 분리한 후 그로부터 볼 인식 수단(81b, 도 3 참조)을 통해 볼을 찾는다.
먼저 타격영역 설정 수단(81a)을 통해 소스 이미지(200)에서 타격영역(220)을 설정하는데, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 타격매트(120)의 일부 또는 전부에 해당하는 영역을 타격영역(220)으로 설정할 수 있다. 즉 타격매트(120) 상에 볼이 놓인 위치를 기준으로 소정 범위의 영역을 타격영역(220)으로 설정할 수 있다.
도 4의 (a)에 도시된 소스 이미지(200)에서는 타격영역(220)을 타격매트(120)의 페어웨이존(121)에 볼이 놓여 있고 상기 타격영역 설정 수단(81a)은 상기 페어웨이존(121)에 해당하는 영역을 타격영역(220)으로 설정하고 있는 것을 나타내고 있다. 만약 볼이 러프존(122)에 놓여 있다면 상기 러프존(122)에 해당하는 영역을 타격영역으로서 설정할 수 있고, 볼이 벙커존(123)에 놓여 있다면 상기 벙커존(123)에 해당하는 영역을 타격영역으로서 설정할 수 있다.
만약 타격매트(120)가 바닥에 고정된 상태가 아니라 스윙플레이트(100) 상에 마련되어 상기 스윙플레이트(100)가 가상의 골프코스의 지형 정보에 대응하여 소정 각도로 경사를 구현함으로써 위치가 변화되는 경우에도 상기 타격영역 설정 수단(81a)은 이를 고려하여 소스 이미지(200)에서 타격영역(220)을 상당한 정확도로 설정하는 것이 가능하다.
즉 타격영역 설정 수단은, 도 4의 (b)에 도시된 타격매트(120)상에 기준포인트(P0 ~ P8)를 미리 설정하여 상기 모든 기준포인트(P0 ~ P8) 각각의 좌표를 저장한다.
여기서 스윙플레이트(100)가 소정 각도로 기울어지면 상기 기준포인트(P0 ~ P8)의 좌표도 변화되는데, 스윙플레이트(100)가 기울어진 각도값에 대한 정보를 전달받아 그로부터 상기 기준포인트(P0 ~ P8)의 변화된 좌표를 산출한다.
즉 스윙플레이트(100)의 각도의 변화에 대한 소정 단위마다 상기 기준포인트(P0 ~ P8)의 변화되는 좌표값을 데이터베이스화하여 이를 참조함으로써 스윙플레이트의 기울기가 변화할 때 상기 기준포인트(P0 ~ P8)의 좌표값을 알 수 있고 그로부터 타격영역을 정확하게 설정할 수 있는 것이다.
한편, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 타격영역(220)이 설정되면, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 타격영역(220)을 분리하여 그로부터 볼을 찾는 작업을 수행한다. 따라서 소스 이미지 전체에서 볼을 찾는 것보다 훨씬 빠르고 정확하게 볼을 찾을 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 타격영역(220) 이미지는 여러 가지 노이즈가 포함된 상태이므로 이를 제거하기 위해 가우시안 블러 등의 전처리 과정을 거쳐서 도 5의 (b)에 도시된 바와 같은 상태의 타격영역(220) 이미지를 획득한다.
그리고 도 5의 (b)에 도시된 이미지에서 볼 후보를 조사한다. 볼 후보는 볼의 기하학적 특성에 기초하여 찾을 수 있는데, 전처리된 이미지에서 사각 형상의 객체나 볼이라고 하기 어려운 형상을 갖는 객체를 제외하고 최대한 볼의 형상에 가까운 객체를 찾아서 볼 후보로서 선정한다. 즉 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 볼의 형상에 가까운 객체를 볼 후보(230)로서 선정한다. 볼 후보(230)는 하나가 될 수도 있지만 노이즈가 얼마나 포함되었는가에 따라 복수개가 될 수도 있다.
이와 같이 추출된 볼 후보(230)는 볼 템플릿(241) 또는 하프 템플릿(242)과 비교하여 유사도가 추출된다.
여기서 볼 템플릿(241)은 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 볼에 대한 기준 이미지로서 미리 설정되어 저장된 것이다. 그리고 하프 템플릿(242)은 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 볼의 일부분에 대한 이미지로서 기준 이미지로 미리 설정되어 저장된 것이다. 상기 하프 템플릿(242)은 볼 템플릿(241)의 대략 절반에 해당하는 부분으로서 설정됨이 바람직하다.
따라서 상기 볼 템플릿(241) 또는 하프 템플릿(242)을 상기 볼 후보(230)와 비교함으로써 그 형상이나 픽셀값, 픽셀 개수 등에 있어서 서로 유사한 정도, 즉 유사도를 수치로 계산할 수 있다.
유사도는 미리 설정된 기준값 이상이어야 볼 후보를 볼로서 인식할 수 있다.
그리고 타격준비가 완료되었는지 여부를 감지하기 위해 볼을 인식하는 과정에서는 상기 볼 템플릿(241)과 볼 후보를 서로 비교함으로써 유사도가 추출되도록 함이 바람직하다.
물론 상기 하프 템플릿(242)을 이용하여 볼 후보의 일부분과의 유사도를 추출하여 볼을 인식할 수도 있지만, 골프 클럽의 헤드로 볼의 일부를 가리거나 볼에 대한 이미지를 온전하게 취득하기 어려운 상황이 아니기 때문에 정확한 하프 템플릿(242)을 이용하여 볼을 찾는 것보다 볼 템플릿(241)을 이용하여 볼을 찾는 것이 더 바람직하다.
한편, 도 6 및 도 7을 참조하여 볼 감지 수단에 의한 볼을 찾는 과정 및 볼을 찾은 후 타격 준비 여부를 감지하는 과정에 관하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이 그래버로부터 이미지가 입수되면(S10), 스윙플레이트의 기울기가 기준 위치에서 변화되었는지 여부를 판단한다(S11: 이 경우 스윙플레이트가 어떤 각도값을 갖는지 판단하도록 함이 바람직하다).
기울기의 변화가 없다면 곧바로 이미지에서 타격영역을 설정하여 분리하면 되고(S13), 기울기의 변화가 있다면, 스윙플레이트의 변화 각도에 따라 변경된 기준포인트의 좌표값을 추출함으로써(S12) 설정될 타격영역에 대한 좌표를 산출하여 이미지에서 타격영역을 설정 및 분리할 수 있다(S13).
분리된 타격영역 이미지는 전처리 과정을 거쳐(S14) 볼 후보가 추출된다(S15).
그리고 앞서 설명한 바와 같이 추출된 볼 후보와 볼 템플릿을 서로 비교하여 유사도를 추출하고(S16), 유사도가 기준값 이상으로 나오는 경우 그 볼 후보를 볼로서 인식하게 됨으로써(S17) 볼 찾기가 완료될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 볼 찾기가 완료되면(S20), 볼 레디 수단(82, 도 3 참조)은 이미지상에서 볼이 어디에 위치하는지 알 수 있고, 미리 설정된 설정시간 동안 볼이 정지상태에 있는지 여부를 판단할 수 있다(S21).
만약 상기 설정시간 내에 볼이 움직이는 것이 감지되면, 도 6에 도시된 볼을 찾는 과정이 다시 수행되고, 상기 설정시간 동안 볼이 움직이지 않고 정지해 있는 것을 판단한 경우에는 볼 레디 상태가 된다(S22).
볼 레디 상태에서 볼 레디 수단은 계속적으로 이미지를 검사하여 볼에 변화가 있는지 여부를 판단한다. 즉 볼이 움직이지는 않았으나 사용자가 골프 클럽으로 볼을 가리거나 사용자의 신체 일부가 볼을 가리게 되는 볼 가림이 발생할 수 있다. 볼 레디 수단은 볼 가림이 발생하였는지 여부를 감지하여(S23), 볼 가림이 발생하지 않는다면 레디 상태의 볼 위치 좌표를 저장하고(S25) 타격 준비를 완료한다.
만약 볼 가림이 발생한 경우에는 현재 볼 위치가 마지막 볼 레디 위치와 동일한지 여부를 판단하여(즉 현재 볼의 좌표와 마지막 볼 레디 상태에서의 볼의 좌표가 동일한지 여부를 판단하여), 동일하다면 현재 볼 레디 상태의 볼 위치 좌표를 저장하고(S25) 타격 준비를 완료하며, 동일하지 않다면 도 6에 도시된 볼 찾기 과정부터 다시 진행하게 된다.
상기한 바와 같이 볼 감지 수단에 의한 볼의 감지 및 볼 레디 수단에 의한 타격 준비가 완료된 후에는, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 타격 감지 수단(83, 도 3 참조)에 의한 타격 감지가 진행된다.
먼저 도 9에 도시된 타격 감지 플로우를 설명하면서 도 8에 도시된 사항에 관하여 설명하기로 한다.
상기한 바와 같이 타격 준비가 완료되면(S30), 타격 감지 수단(83, 도 3 참조)의 관심영역 설정수단(83a)에 의해 저장된 볼의 위치 좌표를 중심으로 관심 영역이 설정된다(S31).
즉 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 타격영역(220)에 대한 이미지에서 볼을 중심으로 소정 크기의 관심영역(R)이 설정되는데, 상기 관심영역(R)은 볼 하나 정도가 여유있게 포함될 수 있는 정도의 작은 크기로 설정됨이 바람직하며, 사용자가 타격을 했는지 여부는 상기한 관심영역(R) 내에 볼이 존재하는지 존재하지 않는지 여부만을 조사하면 쉽게 감지할 수 있다.
따라서 도 8의 (a)에 도시된 바와 같은 상태에서 도 8의 (b)에 도시된 바와 같은 상태로 관심영역(R) 내에 볼이 존재하지 않게 된 것을 감지함으로써 타격을 감지할 수 있다.
즉 관심영역 체크수단(83b, 도 3 참조)은 관심영역(R) 내의 이미지와 하프 템플릿(242, 도 5의 (d) 참조)을 비교하여 유사도를 추출함으로써 관심영역(R) 내에 볼이 존재하는지 존재하지 않는지 알 수 있다(S32).
여기서 상기 관심영역(R) 내의 이미지를 볼 템플릿(241)과 비교할 수도 있고 하프 템플릿(242)과 비교할 수도 있는데, 볼 템플릿(241) 보다는 하프 템플릿(242)을 통해 유사도를 계산하는 것이 더 정확할 수 있다. 왜냐하면 사용자가 볼을 타격하는 경우 골프클럽의 헤드가 볼과 접촉되는 상태이므로, 이에 대한 이미지에서는 볼 부분과 클럽 헤드 부분이 약간 겹치도록 나타나기 때문에 볼 템플릿(241)을 그대로 적용하면 유사도에 대한 정확한 값이 계산되지 않을 수 있어, 이러한 경우에는 하프 템플릿(242)을 통해 유사도를 계산함으로써 정확한 값을 산출할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 이미지에서 관심영역(R) 내에 존재하는 객체는 하프 템플릿과 완전히 다르기 때문에 유사도가 매우 낮게 나타날 것이다. 즉 상기 S32 과정에서 추출된 유사도가 기준값 미만인 경우에는 이를 볼이라고 할 수 없으므로 관심영역 내에는 볼이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있고 이는 곧 타격이 이루어졌음을 의미한다(S34).
상기한 바와 같이 타격이 감지되면, 타격 감지 수단은 감지된 시점 이전에 입수된 복수 프레임의 이미지를 조사하여 볼이 움직이기 시작한 정확한 시점을 파악하고(S35), 볼이 움직이기 시작한 시점의 이미지 프레임을 트리거 프레임(Trigger Frame)으로 지정한다(S36).
그리고 상기 트리거 프레임을 기준으로 이전의 복수 프레임의 이미지를 저장하였다가(S37), 이미지 처리부(90, 도 3 참조)로 전송하여 이미지 처리가 이루어지도록 함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성(여기서 트리거 프레임을 기준으로 그 이전의 이미지들을 분석하는 것은 주로 골프 클럽 헤드의 운동 궤적을 분석하여 볼의 스핀을 유추하기 위한 것이다)을 추출할 수 있도록 한다.
그리고 샷 디텍터(80, 도 3 참조)의 버퍼링 수단(84, 도 3 참조)은 트리거 프레임의 이미지 및 그 이후의 복수 프레임의 이미지를 순차적으로 입수하여 저장하면서 실시간으로 이미지 처리부(90, 도 3 참조)로 전송하여 이미지 처리가 이루어지도록 함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성(여기서 트리거 프레임 및 그 이후의 이미지들을 분석하는 것은 주로 볼의 속도, 방향, 높이각 등을 산출하기 위한 것이다)을 추출할 수 있도록 한다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태 항목에서 구체적으로 기재하고 있다.
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.

Claims (17)

  1. 가상 골프 시뮬레이션 장치에 이용되는 센싱장치에 있어서,
    타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 적어도 하나의 센서부;
    상기 센서부로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버;
    상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터; 및
    상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부;
    를 포함하는 센싱장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 샷 디텍터는,
    상기 그래버로부터 전달받은 이미지로부터 볼을 감지하는 볼 감지 수단과,
    상기 볼 감지 수단에 의해 감지된 볼이 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 감지함으로써 타격 준비가 완료되었는지 여부를 결정하는 볼 레디 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 샷 디텍터는,
    상기 그래버로부터 전달받은 이미지로부터 볼을 감지하는 볼 감지 수단과,
    상기 볼 감지 수단에 의해 감지된 볼이 이동하는지 여부를 판단함으로써 사용자에 의해 타격이 이루어졌는지 여부를 결정하는 타격 감지 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 샷 디텍터는,
    사용자에 의한 타격이 감지되는 경우, 사용자에 의해 볼이 타격되는 것에 대한 복수 프레임의 이미지를 저장하고 상기 이미지 처리부로 전송하는 버퍼링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 볼 감지 수단은,
    상기 그래버로부터 전달받은 이미지에서 사용자에 의해 타격이 이루어지는 소정 크기의 타격 영역을 설정하는 타격 영역 설정 수단과,
    상기 설정된 타격 영역 내에서 볼 후보를 추출하고 그로부터 볼을 찾아내도록 하는 볼 인식 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 볼 인식 수단은,
    볼에 대한 기준 이미지로 미리 설정되어 저장되는 볼 템플릿과 상기 볼 후보를 비교하여 유사도를 산출함으로써 미리 설정된 기준값 이상인 유사도를 갖는 볼 후보를 볼로서 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 볼 인식 수단은,
    볼의 일부분에 대한 이미지로서 기준 이미지로 미리 설정되어 저장되는 하프 템플릿과 상기 볼 후보의 일부분을 비교하여 유사도를 산출함으로써 미리 설정된 기준값 이상인 유사도를 갖는 볼 후보를 볼로서 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 타격 감지 수단은,
    상기 볼 감지 수단에 의해 감지된 볼의 좌표를 중심으로 미리 설정된 크기의 영역을 관심 영역으로서 설정하는 관심 영역 설정 수단과,
    상기 관심 영역 내에 상기 감지된 볼이 존재하는지 여부를 판단함으로써 볼에 대한 타격이 이루어졌는지 여부를 결정하는 관심 영역 체크 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 관심 영역 체크 수단은,
    볼의 일부분에 대한 이미지로서 기준 이미지로 미리 설정되어 저장되는 하프 템플릿과 상기 관심 영역 내에 존재하는 이미지를 비교하여 유사도를 산출하되 미리 설정된 기준값 보다 낮은 유사도가 산출되는 경우를 타격이 이루어진 경우로서 판단하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센싱장치.
  10. 타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 카메라 유닛; 및 상기 카메라 유닛으로부터 이미지를 입수하여 저장하는 그래버와, 상기 그래버로부터 전송되는 이미지를 전달받아 처리함으로써 타격 준비 완료 여부 및 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 샷 디텍터와, 상기 샷 디텍터에 의해 타격이 감지되는 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 이미지 처리부를 포함하는 센싱처리유닛을 포함하는 센싱장치와,
    상기 센싱처리유닛에서 추출된 정보에 따라 볼의 궤적에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 영상구현유닛;
    을 포함하는 가상 골프 시뮬레이션 장치.
  11. 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 있어서,
    타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 단계;
    상기 연속적으로 취득하는 이미지를 전달받아 저장하는 단계;
    상기 저장되는 이미지를 전달받아 이미지 처리를 함으로써 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계;
    상기 타격 준비가 완료된 경우, 사용자에 의한 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 타격이 감지된 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계;
    를 포함하는 센싱방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계는,
    상기 전달받은 이미지에서 사용자에 의해 타격이 이루어지는 소정 크기의 타격 영역을 설정하는 단계와,
    상기 설정된 타격 영역 내에서 볼을 찾아내어 볼로서 인식하는 단계와,
    상기 볼로서 인식된 부분이 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 감지함으로써 타격 준비가 완료되었는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 볼로서 인식하는 단계는,
    상기 설정된 타격 영역 내에서 볼의 기하학적 특성에 기초하여 볼 후보를 추출하는 단계와,
    볼에 대한 이미지로서 기준 이미지로 미리 설정되어 저장되는 볼 템플릿과 상기 볼 후보를 비교하여 유사도를 산출하는 단계와,
    미리 설정된 기준값 이상인 유사도를 갖는 볼 후보를 볼로서 인식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계는,
    상기 전달받은 이미지에서 볼이 위치하는 좌표를 중심으로 미리 설정된 크기의 영역을 관심 영역으로서 설정하는 단계와,
    상기 관심 영역 내에 볼이 존재하는지 여부를 판단함으로써 볼에 대한 타격이 이루어졌는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 관심 영역 내에 볼이 존재하는지 여부를 판단하는 단계는,
    볼의 일부분에 대한 이미지로서 기준 이미지로 미리 설정되어 저장되는 하프 템플릿과 상기 관심 영역 내에 존재하는 이미지를 비교하여 유사도를 산출하는 단계와,
    상기 산출된 유사도가 미리 설정된 기준값 보다 낮은 값을 갖는지 여부를 결정하여 기준값 보다 낮은 유사도인 경우 타격이 이루어진 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계는,
    상기 관심 영역 내에 볼이 존재하지 않는 경우, 이전의 복수 프레임의 이미지를 조사함으로써 볼이 움직이기 시작한 시점을 판단하는 단계와,
    볼이 움직이기 시작한 시점의 이미지 프레임을 트리거 프레임으로 지정하는 단계와,
    상기 트리거 프레임 및 그 이전의 복수 프레임의 이미지와 그 이후의 복수 프레임의 이미지를 저장하고 이미지 처리가 이루어지도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱방법.
  17. 가상 골프 시뮬레이션을 위한 센싱방법에 있어서,
    볼에 대한 기준 이미지로 미리 설정되는 볼 템플릿을 저장하는 단계;
    타격이 이루어지는 일정 촬영 범위에 대한 이미지를 연속적으로 취득하는 단계;
    상기 취득된 이미지에서 볼 후보를 추출하고, 상기 볼 템플릿을 상기 볼 후보와 비교함으로써 볼을 찾아내어 인식하는 단계;
    상기 인식된 볼이 미리 설정된 조건을 만족시키는지 여부를 판단함으로써 타격 준비 완료 여부를 감지하는 단계;
    상기 타격 준비가 완료된 경우, 상기 취득된 이미지에서 볼이 위치하는 좌표를 중심으로 미리 설정된 크기의 영역을 관심 영역으로 설정하고 상기 관심 영역 내의 이미지와 상기 볼 템플릿의 실질적으로 절반에 해당하는 부분으로서 설정되는 하프 템플릿을 비교하여 상기 관심 영역 내에 볼이 존재하는지 여부를 판단함으로써 타격이 이루어졌는지 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 타격이 감지된 경우, 그에 대한 이미지를 처리함으로써 이동하는 볼의 물리적 특성 정보를 추출하는 단계;
    를 포함하는 센싱방법.
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