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KR0126443B1 - Swing motion analysis system of golf - Google Patents

Swing motion analysis system of golf

Info

Publication number
KR0126443B1
KR0126443B1 KR1019940004235A KR19940004235A KR0126443B1 KR 0126443 B1 KR0126443 B1 KR 0126443B1 KR 1019940004235 A KR1019940004235 A KR 1019940004235A KR 19940004235 A KR19940004235 A KR 19940004235A KR 0126443 B1 KR0126443 B1 KR 0126443B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
swing
analyzer
image
input
motion
Prior art date
Application number
KR1019940004235A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR950026536A (en
Inventor
민병우
배창석
윤호섭
김태현
김명배
Original Assignee
양승택
한국전자통신연구원
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 양승택, 한국전자통신연구원 filed Critical 양승택
Priority to KR1019940004235A priority Critical patent/KR0126443B1/en
Publication of KR950026536A publication Critical patent/KR950026536A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR0126443B1 publication Critical patent/KR0126443B1/en

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Abstract

The golf T-shot swing motion analyzing system comprises a shot analyzer 2, a weight distribution measuring device 3, and an image analyzer 4. The shot form analyzer 2 finds out the velocity and direction of the golf club and the golf ball by analyzing the image detected by a photo-detector. The weight distribution measuring device 3 finds out the change of the body weight distribution when swing the T-shot. The image analyzer 4 takes the swing image and finds out the necessary information to correct the swing form.

Description

골프 티샷 스윙 모션분석 시스템Golf Tee Shot Swing Motion Analysis System

제1도는 티샷 스윙 모션분석 시스템의 블럭 다이어그램.1 is a block diagram of a tee shot swing motion analysis system.

제2도는 지시기의 인터페이스 블럭 다이어그램.2 is an interface block diagram of an indicator.

제3도는 티샷 스윙 모션분석을 위한 하드웨어 시스템의 구성도.3 is a block diagram of a hardware system for tee shot swing motion analysis.

제4도는 타구분석을 위한 인터페이스 보드의 블럭 다이어그램.4 is a block diagram of an interface board for batting analysis.

제5도는 타구분석을 위한 광센서의 배치도.5 is a layout view of the optical sensor for hit analysis.

제6도는 클럽 페이스를 구분하는 방법을 보인 도면.6 shows how to distinguish club faces.

제7도는 타구방향을 9가지 종류로 구분하는 방법을 보인 도면.7 is a view showing a method of dividing the hitting direction into nine types.

제8도는 체중 이동분석을 위한 입력 파형도.8 is an input waveform diagram for weight shift analysis.

제9도는 표준 스윙의 좌우 체중 이동 파형 및 9개의 특정위치도를 보인 그래프.9 is a graph showing left and right weight shift waveforms and 9 specific position diagrams of a standard swing.

제10도는 신경망 입력 벡터값 설정을 위한 특징들의 위치 및 정의를 나타낸 그래프.10 is a graph showing the location and definition of features for setting neural network input vector values.

제11도는 신경망 입력 벡터값 설정을 위한 함수 정의를 나타낸 그래프.11 is a graph showing a function definition for setting neural network input vector values.

제12도는 체중 이동 파형 분석을 위해 구현된 신경망 구조를 보인 구성도.12 is a diagram showing a neural network structure implemented for weight shift waveform analysis.

제13도는 표준 스윙 파형에서 9개 특징점간의 위치비를 보인 그래프.13 is a graph showing the position ratio between nine feature points in a standard swing waveform.

제14도는 9개의 특징점 추출을 위한 흐름도.14 is a flowchart for extracting nine feature points.

제15도는 모션 영상으로부터 9개의 특징 프레임 추출을 위한 흐름도.15 is a flowchart for extracting nine feature frames from a motion image.

제16도는 모션 영상분석을 위한 영상의 피라미드 구조도.16 is a pyramid structure diagram of an image for motion image analysis.

제17도는 백 스윙 1, 백 스윙 2, 톱, 다운 스윙 1 그리고 팔로 스루 등 5개의 특징 프레임 추출을 위한 명도 검색 영역을 보인 구성도.FIG. 17 is a diagram showing a brightness search region for extracting five feature frames such as back swing 1, back swing 2, top, down swing 1, and follow through.

제18도는 표준 스윙 모션에서 특징 프레임 사이의 시간 간격도.18 is a time interval diagram between feature frames in standard swing motion.

본 발명은 골프운동시의 티샷 스윙 모션의 분석에 관한 것으로 , 골프 클럽 및 골프공의 속도, 방향 등을 분석하는 타구 분석기, 티샷 스윙시의 체중분포의 이동을 분석하는 체중 이동분석기 그리고 티샷 스윙 모션의 영상을 분석할 수 있는 영상분석기의 세가지 분석장비로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to the analysis of the tee shot swing motion during a golf exercise, a golf ball and a ball analyzer for analyzing the speed and direction of the golf ball, a weight movement analyzer for analyzing the movement of the weight distribution during the tee shot swing and tee shot swing motion It is characterized by consisting of three analysis equipment of the image analyzer that can analyze the image of the.

종래의 티샷 스윙 모션 분석기는 모션의 종합분석을 위해 필요한 타구분석, 체중 이동분석 그리고 영상 분석을 종합적으로 수행하지 못했다.Conventional tee shot swing motion analyzer has not comprehensively performed batting analysis, weight shift analysis and image analysis necessary for comprehensive analysis of motion.

또한 이러한 분석들이 과학적인 신체운동 분석이라기 보다는 흥미를 위주로 한 시스템이었다.Also, these analyzes were more interesting systems than scientific physical exercise analysis.

일 예로 타구분석 시스템은 타구분석 자체의 기술보다는 대형 스크린을 이용하여 골프장의 바뀐 장면을 보여주는 시스템들이 일반적이었다.For example, the batting analysis system is generally a system that shows the changed scene of the golf course using a large screen rather than the technology of the batting analysis itself.

그리고, 분석 기술이 단순한 수학적 해석방법을 이용함으로써 인공지능 측면의 기술로서 해결해야 하는 면들을 충족시키지 못했으며, 시스템의 작동이 사용자가 개입하여야 가능하였다.In addition, the analysis technique did not satisfy the problems to be solved as a technique of artificial intelligence by using a simple mathematical analysis method, and the operation of the system was possible only by the user's intervention.

이러한 접근방법은 정확한 과학적인 뒷받침이 없이 개발되어 운영되기 때문에 자신의 골프 스윙 모션을 정확히 분석하여 잘못된 자세를 교정하기 원하는 골퍼들에게 불신감을 갖게 하였고, 컴퓨터 분석에 의한 스포츠 과학화에도 나쁜 영향을 끼쳤다. 따라서 기존의 분석 접근 방법이 신뢰성을 갖기 위해서는 최신의 첨단 과학적 접근이 필요하며, 분석이 어느 한 방법에 그치지 말고 세가지 분석기을 동시에 활용한 종합분석이 되어야 하며, 사용시에 골퍼의 개입이 필요하지 않은 자동분석 시스템이 되어야 한다.Since this approach is developed and operated without accurate scientific support, it has distrusted golfers who want to accurately analyze their golf swing motion and correct their incorrect posture, and it has a bad influence on sports science by computer analysis. Therefore, in order to be reliable, the existing analysis approach requires the latest advanced scientific approach, and the analysis should be not only one method but also a comprehensive analysis using three analyzers at the same time. It must be a system.

본 발명의 제1목적은 티샷 스윙 분석에 필요한 세가지 분석 방법을 통합하여 종합 분석결과를 제공하는 것이다.The first object of the present invention is to integrate the three analysis methods required for the tee shot swing analysis to provide a comprehensive analysis results.

본 발명의 제2목적은 각 분석방법의 과학적인 접근방법에 있다.The second object of the present invention is the scientific approach of each analysis method.

따라서 타구분석은 광학센서에 의한 테이블 정합(matching)을 이용하였고, 체중 이동분석기는 신경 회로망(neural network) 기법을 활용하여 개발하였다. 그리고, 영상분석기는 연속 프레임에서 9가지 특징 프레임을 패턴인식 및 시간 보간 기술에 의해 자동으로 추출하여 표준 모델과 비교분석을 행한다.Therefore, batting analysis was performed using table matching by optical sensor and weight shift analyzer was developed by using neural network. In addition, the image analyzer automatically extracts nine feature frames from the continuous frame by pattern recognition and time interpolation, and performs a comparative analysis with a standard model.

본 발명의 제3목적은 분석을 위한 표준 모델의 선정을 각 골퍼에 가장 유사한 모델을 선정하여 분석함으로써, 골퍼의 여러 신체적인 조건에 가장 알맞은 분석 결과를 도출하는 것에 있다.A third object of the present invention is to derive an analysis result that is most suitable for various physical conditions of a golfer by selecting and analyzing a model most similar to each golfer to select a standard model for analysis.

본 발명의 제4목적은 분석의 전과정을 사용자의 개입이 필요치 않도록 자동화하는 것에 있다.The fourth object of the present invention is to automate the entire process of analysis so that no user intervention is required.

본 발명의 제5목적은 분석 시간을 최소화함으로써 티샷 스윙 완료 후 즉시 분석결과를 얻을 수 있는 실시간 분석 결과의 도출에 있다.The fifth object of the present invention is to derive a real-time analysis result that can be obtained immediately after completion of the tee shot swing by minimizing the analysis time.

본 발명의 제6목적은 세가지 분석 결과를 시각적으로 보여줌으로써 초보자도 쉽게 분석 결과를 이해할 수 있도록 하는데 있다.A sixth object of the present invention is to visually show three analysis results, so that even a beginner can easily understand the analysis results.

본 발명에서 신체운동 분석의 대상으로 하는 골프의 티샷은 임팩트(impact)시 클럽 헤드의 이동 속도가 약 200km/h에 이르는 고속이다.In the present invention, the tee shot of golf, which is the subject of physical exercise analysis, is a high speed at which the movement speed of the club head is about 200 km / h at impact.

CCD 카메라로부터 입력되는 영상 정보만을 이용하여 이러한 고속운동을 분석한다는 것은 매우 어렵다.It is very difficult to analyze such a high speed motion using only image information input from a CCD camera.

따라서, 티샷시에 클럽 헤드의 궤적 및 공의 이동에 관한 정보를 입력받아 공의 이동속도 및 타구방향등을 계산하여 결과를 분석할 수 있는 타구분석, 티샷시 오른발과 왼발에 실리는 체중의 이동분포를 분석하는 체중이동분석 그리고 영상에 의한 모션 분석을 함께 수행함으로써 티샷 스윙시의 신체운동을 종합적으로 분석할 수 있다.Therefore, the tee shot receives the information about the club head's trajectory and ball movement, and calculates the ball's movement speed and the direction of the ball, and analyzes the results. By performing weight movement analysis to analyze distribution and motion analysis by image, it is possible to comprehensively analyze physical movement during tee shot swing.

스윙시 골퍼의 자세를 교정하기 위한 시스템인 본 발명은 보다 과학적이고 정확한 분석을 위하여 타구 분석기, 체중이동분석기 그리고 모션 영상분석기의 세가지 분석장비로 구성된다.The present invention, which is a system for correcting a golfer's posture during swing, is composed of three analyzers, such as a batter analyzer, a weight shift analyzer, and a motion image analyzer, for more scientific and accurate analysis.

제1도에서 이들 세가지 분석장비와 지시기의 블럭 다이어그램을 보여주고 있다.Figure 1 shows a block diagram of these three analyzers and indicators.

지시기(1)에서 동작버튼은 'START', 'MODE', 'SELECT', 'LEFT', 'RIGHT' 그리고, 'PRINT'의 6개 버튼(101a~101f)으로 구성된다. 'START'버튼(101a)은 시스템에 동작의 시작을 지시한다. 'MODE'버튼(101b)은 디스플레이의 모드를 변경할 때 사용된다. 'SELECT'버튼(101c)은 클럽이나 비교할 모델을 선정할 때 사용 된다.In the indicator 1, the operation button is composed of six buttons 101a to 101f of 'START', 'MODE', 'SELECT', 'LEFT', 'RIGHT' and 'PRINT'. 'START' button 101a instructs the system to start operation. The 'MODE' button 101b is used to change the mode of the display. The SELECT button 101c is used to select clubs or models to compare.

'LEFT'와 'RIGHT'버튼(101d)(101e)은 화면의 좌우이동을 제어한다. 마지막으로 'PRINT'버튼(101f)은 분석결과를 프린터(9)를 이용해서 인쇄하고자 할 때 사용한다.The LEFT and RIGHT buttons 101d and 101e control the horizontal movement of the screen. Finally, the 'PRINT' button 101f is used to print the analysis result using the printer 9.

지시기(1)에서 동작버튼(101)인터페이스를 위한 인터페이스 보드(102)의 블럭 다이어그램은 제2도와 같다. 동작버튼(101)에서 입력되는 스캔 테이타(scan data)는 인터페이스 보드(102)상의 래취(latch)(102a)를 통해 디코드(decode)된 후 입력된다. 이때 인터페이스 보드(102)의 동작은 PC상의 중앙처리장치(Central Processing Unit : CPU)(5)에 의해 제어된다.The block diagram of the interface board 102 for the operation button 101 interface in the indicator 1 is shown in FIG. Scan data input from the operation button 101 is input after being decoded through a latch 102a on the interface board 102. At this time, the operation of the interface board 102 is controlled by a central processing unit (CPU) 5 on the PC.

제3도에서와 같이 골퍼가 전자체중계(301)(302)에 올라선 후 클럽으로 'START'버튼(101a)을 누르면, 광센서 정보, 체중이동 정보 그리고 모션영상 정보가 입력되기 시작한다. 이들 세가지 정보는 각각의 인터페이스 보드(209)(303)(402)를 통하여 입력된다.As shown in FIG. 3, when the golfer climbs on the electronic weight scale 301 and 302 and presses the START button 101a to the club, light sensor information, weight movement information, and motion image information are started. These three pieces of information are entered through the respective interface boards 209, 303, 402.

타구 분석기(2)에서 입력되는 광센서 정보로부터 구한 클럽의 궤도정보를 이용하여 자동으로 검출한 스윙종료 신호가 광센서 정보의 입력을 종료시키고, 체중분석기(3)와 영상분석기(4)로 전달되어 체중이동의 입력과 모션영상의 입력을 종료시킨다.The swing end signal automatically detected by using the club track information obtained from the optical sensor information input from the batting analyzer 2 terminates the input of the optical sensor information and is transmitted to the weight analyzer 3 and the image analyzer 4. The input of the weight shift and the input of the motion image are terminated.

이 시간동안 입력된 광센서 정보를 이용하여 타구 분석기(2)에서는 클럽 헤드의 속도, 클럽 페이스, 백스윙과 다운 스윙의 궤도, 임팩트 포인트 및 공의 방향 등을 분석한다. 체중이동분석기(3)는 입력된 체중이동데이타로부터 스윙영역을 검출하고, 그 스윙영역에서 스윙의 특성을 결정지을수 있는 어드레스(Ad), 백 스윙 1(B1), 백 스윙 2(B2), 톱(Tp), 다운 스윙1(D1), 다운 스윙2(D2), 임팩트(Im), 팔로 스루(Ft) 그리고 피니쉬(Fn)의 9개 동작점을 자동으로 추출한다.Using the optical sensor information input during this time, the batting analyzer 2 analyzes the speed of the club head, the club face, the trajectory of the backswing and downswing, the impact point, and the direction of the ball. The weight shift analyzer 3 detects the swing region from the input weight shift data and determines the characteristics of the swing in the swing region, Ad, back swing 1 (B 1 ), and back swing 2 (B 2 ). , 9 operating points of Top Tp, Down Swing 1 (D 1 ), Down Swing 2 (D 2 ), Impact (Im), Follow Through (Ft) and Finish (Fn) are automatically extracted.

또한 영상분석기(4)에서는 입력된 모션영상으로부터 앞의 9개의 동작점에 해당하는 프레임을 실시간으로 자동추출한다.In addition, the image analyzer 4 automatically extracts, in real time, a frame corresponding to the preceding nine operating points from the input motion image.

타구 분석기(2)에서는 필요한 정보들이 제1도의 블럭 다이어그램에서 보여주는 바와 같이 광센서(201~208)를 통하여 입력된 정보가 인터페이스 보드(209)상의 Z80 프로세서에 의해 컴퓨터-제1CPU(5)-로 전송되어 클럽 헤드의 방향, 각도 그리고 공의 맞는 위치 등을 분석하고 이로부터 스윙템포, 클럽 헤드의 속도, 클럽 페이스, 스윙패스 그리고 타구방향 등을 계산한다. 이들 정보들은 제1디스플레이(6)에 표시된다.In the batting analyzer 2, the information inputted through the optical sensors 201 to 208 is transferred to the computer-first CPU 5 by the Z80 processor on the interface board 209 as necessary information are shown in the block diagram of FIG. From there, it analyzes the club head's direction, angle, and the ball's position and calculates the swing tempo, club head speed, club face, swing path, and ball direction. These information are displayed on the first display 6.

또한, 스윙시 광센서(201~208)로부터 입력되는 정보를 이용하여 스윙의 종료를 자동으로 검출하여 이를 체중이동 분석기(4)로 전달함으로써 이들 정보의 입력을 종료시키도록 한다.In addition, by using the information input from the photosensors 201 ~ 208 during the swing automatically detects the end of the swing and transfers it to the weight shift analyzer (4) to terminate the input of these information.

타구 분석기(2)의 동작을 위한 인터페이스 보드(209)의 블럭 다이어그램은 제4도와 같다. 고속 광센서(201~208)로 부터 168nS(nano second)마다 입력되는 신호는 증폭기(209a)를 거쳐 증폭되고, 래취(209b)를 통해 필요시 입력된 데이타를 읽어와 메모리(209c)에 저장한다. 메모리(209c)에 저장된 데이타 중에서 필요한 데이타만을 추출한 후 컨버터(convertor)(209d)를 통해 포멧(format)을 정리한다.The block diagram of the interface board 209 for the operation of the hit analyzer 2 is shown in FIG. The signal input every 168 nS (nano second) from the high speed optical sensors 201 to 208 is amplified by the amplifier 209a, and the data inputted as necessary through the latch 209b is read and stored in the memory 209c. . After extracting only necessary data from the data stored in the memory 209c, the format is arranged through a converter 209d.

이상의 과정을 거친 타구 데이타는 통신 포트(209e)를 통해 PC-제1CPU(5)로 전송된다.The batting data which passed through the above process is transmitted to the PC-first CPU 5 through the communication port 209e.

타구분석을 위한 광센서 다이오드는 8개씩 8개의 포트(port)로 배열하여 총 64개로 구성하였으며, 이의 자세한 구조는 제5도와 같다.A total of 64 optical sensor diodes for batting analysis are arranged in eight ports of eight, and the detailed structure thereof is shown in FIG.

광센서로부터 입력된 데이타는 하나의 포트로부터 입력되는 정보를 단위로 하여 Z80 프로세서(209F)에 의해 컴퓨터로 전송된다.Data input from the optical sensor is transmitted to the computer by the Z80 processor 209F in units of information input from one port.

제5도에서와 같이 각 포트와 광센서의 기능은 다음과 같다.As shown in FIG. 5, the functions of each port and the optical sensor are as follows.

·P1~P8 : 포트 번호(port number)P1 ~ P8: port number

·P8의 ④에서 ⑦은 시작(start) 센서④ to ⑦ of P8 is the start sensor

·P8의 ①에서 ③은 종료(end) 센서P8 ① to ③ are end sensors

·P3의 센싱데이타를 기준으로 클럽 페이스(face)를 결정Determine the club face based on P3 sensing data

·P1과 P2의 결합 데이타(B1)로부터 백 스윙과 다운 스윙의 패스를 결정The path for back swing and down swing is determined from the combined data (B1) of P1 and P2.

·P4과 P5의 결합 데이타(B2)로부터 임팩트 포인트를 결정The impact point is determined from the combined data (B2) of P4 and P5.

·P6와 P7의 결합 데이타(B3)로부터 타구방향을 결정The shot direction is determined from the combined data (B3) of P6 and P7.

설계된 타구 분석기(2)에 의해 입력된 정보로 부터 스윙템포, 클럽 헤드의 속도, 스윙 패스, 임팩트 포인트, 클럽 페이스 그리고 타구방향(ball spin)의 6가지 정보를 도출한다.From the information input by the designed batting analyzer 2, six pieces of information such as swing tempo, club head speed, swing path, impact point, club face and ball spin are derived.

스윙템포는 어드레스부터 임팩트까지에 소요된 시간이고, 클럽 헤드의 속도는 임팩트 시점에서의 헤드 속도를 의미한다.Swing tempo is the time taken from the address to the impact, and the club head speed is the head speed at the point of impact.

스윙패스는 티샷동작에서 클럽의 궤도를 나타내며, 임팩트 포인트는 클럽 헤드가 공에 맞는 부분을 의미하고 힐(heel), 센터(center) 그리고 토우(toe)의 3종류로 분류한다.The swing path represents the club's trajectory during the tee shot, and the impact point means the part where the club head hits the ball, and is classified into three types: heel, center, and toe.

클럽 페이스는 90도를 기준으로 열린 (open) 상태와 닫힌(close) 상태로 나누어 9가지로 구분한다. 타구방향은 임팩트포인트, 클럽 페이스 그리고 다운 스윙 패스의 3가지 정보를 기준으로 9가지 종류로 분류한다.The club face is divided into nine types, which are divided into an open state and a closed state with respect to 90 degrees. The hit direction is divided into nine categories based on three pieces of information: impact point, club face, and downswing pass.

64개의 광센서로부터 입력된 데이타에 의해 앞에서 언급한 6가지 정보를 구하기 위한 기준은 다음의 1)에서 6)의 식 또는 테이블 정합에 따른다.The criterion for obtaining the above-mentioned six pieces of information from the data input from 64 light sensors is based on the formula or table matching in 1) to 6) below.

1) 스윙템포(단위 : 초)1) Swing tempo (unit: second)

총 스캔수/8184.91Total scans / 8184.91

여기서, 총 스캔 수는 어드레스부터 임팩트까지 64개의 광센서 데이타를 읽어들인 횟수를 의미하며, 8184.91은 초당 64개의 데이타를 읽어들인 횟수를 의미한다.Here, the total number of scans means the number of times 64 optical sensor data is read from an address to an impact, and 8184.91 means the number of times 64 data is read per second.

2) 클럽 헤드의 속도(단위 : km/h)2) Speed of club head (unit: km / h)

3600*0.00002/(B1와 B2 사이의 스캔수)3600 * 0.00002 / (number of scans between B1 and B2)

여기서, 3600은 1시간을 초단위로 환산한 것이고, 0.00002는 B1와 B2 사이의 거리를 km 단위로 표현한 것이다.Here, 3600 represents one hour in seconds, and 0.00002 represents the distance between B1 and B2 in km.

3)스윙 패스3) Swing Pass

P1과 P2의 조합된 데이타(B1)의 중앙값을 기준으로 다음과 같이 9가지로 구분한다.Based on the median of the combined data (B1) of P1 and P2, it is divided into nine as follows.

백 스윙 패스Back swing pass

(1) : 인사이드 4(INSIDE 4)(2) : 인사이드 3(INSIDE 3)(1): Inside 4 (INSIDE 4) (2): Inside 3

(3) : 인사이드 2(INSIDE 2)(4) : 인사이드 1(INSIDE 1)(3): Inside 2 (4): Inside 1 (INSIDE 1)

(5) : 스트레이트(STRAIGHT)(6) : 아웃 사이드 1(OUTSIDE 1)(5): STRAIGHT (6): Outside 1 (OUTSIDE 1)

(7) : 아웃 사이드 2(OUTSIDE 2)(8) : 아웃 사이드 3(OUTSIDE 3)(7): Outside 2 (8): Outside 3 (OUTSIDE 3)

(9) : 아웃 사이드 4(OUTSIDE 4)(9): Outside 4 (OUTSIDE 4)

다운 스윙 패스Downswing pass

(1) : 인사이드-아웃 4(INSIDE-OUT 4)(1): Inside-out 4

(2) : 인사이드-아웃 3(INSIDE-OUT 3)(2): INSIDE-OUT 3

(3) : 인사이드-아웃 2(INSIDE-OUT 2)(3): Inside-out 2

(4) : 인사이드-아웃 1(INSIDE-OUT 1)(4): INSIDE-OUT 1

(5) : 스트레이트(STRAIGHT)(5): STRAIGHT

(6) : 아웃 사이드-인 1(OUTSIDE-IN 1)(6): OUTSIDE-IN 1

(7) : 아웃 사이드-인 2(OUTSIDE-IN 2)(7): OUTSIDE-IN 2

(8) : 아웃 사이드-인 3(OUTSIDE-IN 3)(8): OUTSIDE-IN 3

(9) : 아웃 사이드-인 4(OUTSIDE-IN 4)(9): OUTSIDE-IN 4

4) 임팩트 포인트4) Impact Point

P4과 P5의 조합된 데이타(B2)의 중앙값을 기준으로 다음과 같이 3가지로 구분한다.Based on the median of the combined data (B2) of P4 and P5 is divided into three as follows.

5) 클럽 페이스5) Club Face

P5의 데이타로부터 90도를 기준으로 제6도에서와 같이 열린(open)상태와 (close) 상태로 크게 나누고 이들을 다시 각각 4가지 종류로 세분하여 전체 9가지로 구분한다.From the data of P5, as shown in FIG. 6 based on 90 degrees, it is divided into the open state and the close state, and they are divided into four types and divided into nine types.

· 스퀘어(SQUARE) : 90도SQUARE: 90 degrees

· 오픈-1(open-1) : 1~7도 오픈(OPEN)Open-1: 1 ~ 7 degree open (OPEN)

· 오픈-2(open-2) : 8~15도 오픈(OPEN)Open-2: 8 ~ 15 degree open (OPEN)

· 오픈-3(open-3) :15~30도 오픈(OPEN)Open-3: 15-30 degrees open (OPEN)

· 오픈-4(open-4) : 30도 이상 오픈(OPEN)Open-4: Open more than 30 degrees (OPEN)

· 클로즈-1(CLOSE-1) : 1~7도 클로즈(CLOSE)CLOSE-1: 1 to 7 degrees close

·클로즈-2(CLOSE-2) : 8~15도 클로즈(CLOSE)CLOSE-2: 8 to 15 degrees close

·클로즈-3(CLOSE-3) : 15~30도 클로즈(CLOSE)CLOSE-3: 15 to 30 degrees close

·클로즈-4(CLOSE-4) : 30도 이상 클로즈(CLOSE)CLOSE-4: CLOSE above 30 degrees

6) 타구방향(ball spin)6) Ball spin

타구방향은 임팩트 포인트, 클럽 페이스 그리고 다운 패스의 정보를 기초로 하여 제7도에서와 같이 9가지로 구분하며 다음 표 1에서 3과 같이 결정된다.The batting direction is divided into nine types as shown in FIG. 7 based on the impact point, club face, and down pass information.

[표 1] 임팩트 포인트가 센타(CENTER)인 경우[Table 1] When the impact point is CENTER

[표 2] 임패트 포인트가 힐(HEEL)인 경우[Table 2] If the impact point is a heel

[표 3] 임팩트 포인트가 토우(TOE)인 경우[Table 3] Impact point is Toe

체중분포 이동분석기(3)는 제1도에서 보여주는 바와 같이 골퍼의 티샷 스윙시 왼발과 오른발에 실리는 체중의 연속적 변화를 두개의 전자 체중계(301)(302)에 의해 지시기(1)의 동작버튼(101)에서 'START' 신호가 입력되는 순간부터 각각 초당 12회씩 감지하여 그 정보를 입력받는다.As shown in FIG. 1, the weight distribution movement analyzer 3 displays the continuous change of the weight on the left foot and the right foot during the tee shot swing of the golfer by means of two electronic scales 301 and 302. At 101, 12 times per second are detected from the moment when the START signal is input, and the information is received.

앞에서 언급한 바와 같이 타구 분석기(2)에서 감지한 스윙의 종료신호를 인터페이스 보드(303)가 전달받아 체중분포의 입력을 종료한다. 이와 같이 입력된 체중분포 이동파형은 스윙하는 사람에 따라 여러가지 형태를 보인다. 이러한 다양한 형태의 파형을 일정한 분류기준으로 분류하는 것은 매우 어렵다. 즉 모든 형태의 파형에 대하여 스윙 조건을 만족하는 규칙을 찾기 힘들며, 모호한 경우가 많이 발생한다.As mentioned above, the interface board 303 receives the end signal of the swing detected by the batter analyzer 2 and ends the input of the weight distribution. The weight distribution moving waveform input in this way has various forms depending on the swinging person. It is very difficult to classify these various types of waveforms by certain classification criteria. That is, it is difficult to find a rule that satisfies the swing condition for all types of waveforms, and there are many ambiguities.

이러한 단점을 극복하기 위해서 본 발명에서는 패턴 분류에 좋은 성능을 갖는 오류 역전파(error backpropagation) 신경망 모델을 사용하여 체중분포 이동 파형을 분류하는 방법을 적용하였다. 신경망을 사용하기 위해서는 효율적으로 패턴을 구별할 수 있는 입력 벡터의 선택 및 추출이 필요하며, 신경망의 각 노드의 갯수 및 학습횟수 등의 조정을 통해 인식률을 개선해야 한다. 체중 분포 이동 파형을 분석한 결과는 영상 분석과 함께 골프 스윙의 자세 교정에 중요한 정보로 활용될 수 있다.In order to overcome this drawback, the present invention applies a method for classifying weight distribution moving waveforms using an error backpropagation neural network model having good performance for pattern classification. In order to use neural networks, it is necessary to select and extract input vectors that can efficiently distinguish patterns, and to improve recognition rates by adjusting the number and learning frequency of each node of the neural network. The result of analyzing the weight distribution shift waveform can be used as an important information for posture correction of the golf swing together with image analysis.

제3도에서와 같이 골퍼가 전자저울 (301)(302) 위에서 연속적으로 3~4번의 스윙을 하였을 때, 좌우 각각초당 12회씩 체중을 추출한 파형의 예를 제 8도에서 볼 수 있다.As shown in FIG. 3, when the golfer swings three to four times continuously on the electronic balances 301 and 302, an example of a waveform in which the body weight is extracted 12 times each second is shown in FIG. 8.

체중 분포 파형 중에서 골프 스윙의 9개 동작은 하나의 지점에 각각 사상(mapping)된다.Nine motions of the golf swing in the weight distribution waveform are mapped to one point each.

따라서, 스윙시 체중분포의 분석을 위해서는 먼저 제8도와 같은 연속된 파형에서 제9도에서와 같은 한회의 스윙 패턴을 추출해야 한다. 이렇게 추출된 스윙 패턴에서 9가지 특징점들을 분석함으로써 스윙시의 체중 분포 이동의 특성을 알수 있다.Therefore, in order to analyze the weight distribution during the swing, one swing pattern as shown in FIG. 9 must be extracted from the continuous waveform as shown in FIG. By analyzing 9 feature points in the extracted swing pattern, we can know the characteristics of weight distribution shift during swing.

본 발명에서는 스윙시의 체중분포 파형을 분류하기 위해 신경망의 입력 벡터로 사용되는 총 8개 입력벡터들을 정의하였다. 이들 입력 벡터를 추출하는 방법은 다음과 같다.In the present invention, a total of eight input vectors used as input vectors of a neural network are defined to classify a weight distribution waveform during a swing. The method of extracting these input vectors is as follows.

먼저 제8도와 같이 연속적인 입력 파형에서 교차점을 찾는다. 다음 교차되는 시점에서 왼발의 체중은 줄어들고 오른발의 체중은 증가하는가를 검사하여 이에 해당하면 제10도와 같은 두개의 교차점을 갖는 파형으로 분리한다. 이 분리된 파형안에서 제11도의 예와 같이 입력 벡터 값들을 찾게 되는데 이 값들을 신경망에 입력하기 위하여 0에서 1사이의 실수값을 정규화된다.First, find the intersection point in the continuous input waveform as shown in FIG. At the next intersection, the weight of the left foot is decreased and the weight of the right foot is increased. If applicable, the result is separated into a waveform having two intersection points as shown in FIG. In this separated waveform, the input vector values are found as in the example of FIG. 11, and the real values between 0 and 1 are normalized to input these values into the neural network.

즉, 함수 V는 8개의 입력 벡터의 추출값을 0~1 사이의 값으로 정규화하며, 다음의 식에서 Max(WL), Min(WL), Max(WR), Min(WR)은 좌우 각각 최대 및 최소의 체중 값을 나타낸다. 이러한 입력 벡터는 여러 사람으로 부터 얻은 각각의 입력 파형을 분석하여 공통적으로 나타나는 특징을 찾고, 이들 규칙 기반으로 적용해 본 결과 분류에 가장 적합하다고 판단된 8개의 입력 벡터를 선택하였다.That is, the function V normalizes the extracted values of the eight input vectors to a value between 0 and 1, and Max (WL), Min (WL), Max (WR), and Min (WR) correspond to the maximum of left and right, respectively, in the following equation. The minimum weight value is indicated. These input vectors analyze the input waveforms from several people, find common features, and apply these rules. Based on these rules, eight input vectors were determined to be most suitable for classification.

1) V(PrevRun) : 첫번째 좌우 체중의 교차점으로부터 두번째 체중분포 교차점까지의 시간에 의한 벡터 값1) V (PrevRun): Vector value by time from the intersection of the first left and right body weight to the intersection of the second weight distribution

2) V(FirstRun) : 두번째 좌우 체중분포의 교차점으로부터 세번째 좌우 체중분포의 교차점까지 시간에 의한 벡터 값2) V (FirstRun): Vector value by time from the intersection of the second left and right weight distribution to the intersection of the third left and right weight distribution

3) V(SecondRun) : 세번째 좌우 체중분포 교차점으로부터 네번째 체중분포 교차점까지의 시간에 의한 벡터 값3) V (SecondRun): Vector value by time from the third left and right weight distribution intersection to the fourth weight distribution intersection

4) V(PeakRun) : 세번째와 네번째의 체중분포 교차점 사이의 구간내에 존재하는 첫번째 정점의 폭과 높이의 비4) V (PeakRun): The ratio of the width and height of the first vertex that exists within the interval between the third and fourth weight distribution intersections.

5) V(PrevRatio) : PrevRun 구간내의 우측 체중의 최소값과 좌측 체중의 최대값 사이의 비5) V (PrevRatio): The ratio between the minimum value of the right weight and the maximum value of the left weight within the PrevRun section.

6)V(FirstRatio) : FirstRun 구간내의 좌측 체중의 최소값과 우측 체중의 최대값 사이의 비6) V (FirstRatio): The ratio between the minimum value of left weight and the maximum value of right weight within the FirstRun interval.

7)V(SecondRatio) : SecondRun 구간내의 우측 체중의 최소값과 좌측 체중의 최대값 사이의 비7) V (SecondRatio): The ratio between the minimum value of the right weight and the maximum value of the left weight in the SecondRun section.

8)V(PeakLoc) : 첫번째 피크(Peak)가 존재하는 시간의 전체 구간에 대한 상대적 위치에 의한 벡터값8) V (PeakLoc): Vector value by relative position with respect to the whole section of time when the first peak is present

체중분포 이동 분석을 위해 구현한 오류 역전파 모델은 3층으로 구성되었으며, 8개의 입력 노드와 2개의 출력 노드를 갖는다. 신경망 변수로는 학습률 0.1, 모멘텀 0.9를 사용하였다. 학습시에 각 노드를 연결하는 초기 가중치는 랜덤 함수를 사용하여 0에서 1사이의 값을 갖도록 하였다.The error backpropagation model implemented for weight distribution shift analysis consists of three layers and has eight input nodes and two output nodes. We used a learning rate of 0.1 and momentum of 0.9 as the neural network variables. The initial weight that connects each node at the time of learning has a value between 0 and 1 using a random function.

학습데이타로는 60명의 골퍼로부터 178개의 스윙영역과 422개의 비스윙영역을 추출하여 총 600개의 데이타를 사용하였다. 이를 바탕으로 최적의 신경망을 구축하기 위해 히든 노드와 학습 횟수를 조정하여 인식률의 변동을 살펴보았다.As the training data, 178 swings and 422 nonswings were extracted from 60 golfers and 600 data were used. Based on this, in order to construct the optimal neural network, the variation of recognition rate was examined by adjusting the hidden node and the number of training.

본 발명에서 가장 좋은 경우는 히든 노드 10개, 학습횟수 5,000, 6,000, 7,000회의 경우로서 동시에 97.75% 이상의 높은 인식률을 보인다.In the present invention, the best case is 10 hidden nodes, 5,000, 6,000, 7,000 learning counts, showing a high recognition rate of 97.75% or more.

이와 같이 얻어진 실험결과를 바탕으로 히든 노드 10개로 5,000번 학습 하였을 때, 최적의 신경망 모델을 구축할 수 있다.Based on the experimental results thus obtained, we can construct an optimal neural network model when we train 5,000 times with 10 hidden nodes.

제12도는 구현된 신경망의 구조를 나타낸다.Figure 12 shows the structure of the implemented neural network.

티샷 모션을 분석하기 위해서는 추출된 체중 분포 파형으로부터 골프 스윙시의 특징 동작인 Ad, B1,B2, Tp, D1,D2,Im,Ft 그리고 Fn에 상응하는 9개의 특징점을 찾아야 하며, 이 특징점들은 영상분석시의 9개의 특징 프레임과 동일한 시점에서 발생한다. 체중 분포 파형에서 교차점과 피크의 위치를 이용해서 어드레스(Ad). 임팩트(Im) 그리고 팔로 스루(Ft)를 쉽게 찾을 수 있다.In order to analyze the tee shot motion, it is necessary to find 9 feature points corresponding to Ad, B1, B2, Tp, D1, D2, Im, Ft and Fn, which are the characteristics of the golf swing, from the extracted weight distribution waveform. It occurs at the same time point as nine feature frames in the analysis. Address (Ad) using the location of the intersection and peak in the weight distribution waveform. Impact (Im) and follow-through (Ft) are easy to find.

따라서 본 발명에서는 쉽게 찾을 수 있는 3곳의 위치를 먼저 찾고 나머지 위치는 3곳의 위치를 기준으로 시간 보간하여 찾는 방법을 사용한다.Therefore, the present invention uses a method of first finding three positions that can be easily found and finding the remaining positions by time interpolation based on the three positions.

특징점의 위치 중 가장 변함이 없고 뚜렷한 특징을 갖는 위치는 교차점에 위치한 임팩트(Im)부분이다.The most invariable and distinct feature of the feature points is the impact (Im) portion at the intersection.

신경망을 이용하여 추출된 파형의 시작위치는 스윙 파형의 어드레스(Ad) 부근이기 때문에 임팩트(Im) 부분을 추출하기 위해서는 이 위치에서 오른쪽으로 일정거리 이상 이동하여 교차점을 찾은 후 이를 임팩트(Im) 위치로 저장한다.Since the starting position of the waveform extracted using the neural network is near the address (Ad) of the swing waveform, in order to extract the impact (Im) part, it moves over a certain distance to the right from this position to find the intersection point and then the impact (Im) position. Save as.

다음 이 임팩트(Im) 위치를 기준으로 우측의 일정 간격 안에서 피크의 위치를 찾아 팔로 스루(Ft)의 위치로 저장한다.Next, the position of the peak is found within a certain interval on the right side based on the impact position Im and stored as the position of the follow through Ft.

다음에는 임팩트(Im) 위치를 기준으로 일정거리 이상 좌측으로 이동하여 교차점을 찾은 후 어드레스(Ad) 위치로 저장한다. 어드레스(Ad)와 임팩트(Im)가 구해지면 이 구간 사이에서 2/3 정도에 위치한 톱(Tp)의 위치를 찾는다.Next, find the intersection by moving to the left over a certain distance based on the position of impact (Im) and store it as an address (Ad) position. When the address Ad and the impact Im are found, the position of the saw Tp located about two thirds between the intervals is found.

톱(Tp)의 위치도 피크가 항상 발생하지 않으므로 피크가 없는 경우에는 2/3 지점을 톱(Tp)의 위치로 정한다. 쉽게 찾을 수 있는 3개 특징점의 위치가 구해지면 나머지 특징점은 시간 보간에 의해 쉽게 구할 수 있다.Since the peak does not always occur in the position of the saw Tp, when there is no peak, the 2/3 point is set as the position of the saw Tp. Once the positions of the three feature points that can be easily found are found, the remaining feature points can be easily obtained by time interpolation.

제13도는 시간 보간에 의해 나머지 특징점을 구하기 위한 특징점들간의 위치의 비를 보여준다. 일반적으로 골퍼의 전체스윙 시간은 차이가 있으나, 전체 스윙시간에서 9개 특징점 위치 사이의 비는 대부분 일정한 것으로 판명되었다.13 shows a ratio of positions between feature points for obtaining the remaining feature points by time interpolation. In general, the golfer's total swing time is different, but the ratio between the nine feature point positions in the overall swing time is found to be mostly constant.

제14도는 특징점 추출 알고리즘의 흐름도를 보여준다. 이와 같이 제1CPU(5)에서 계산된 체중분포 이동파형은 제1디스플레이(6)에 표시된다.14 shows a flowchart of a feature point extraction algorithm. In this way, the weight distribution moving waveform calculated by the first CPU 5 is displayed on the first display 6.

모션 영상분석기(4)는 골퍼의 티샷 장면을 정면에서 CCD 카메라(401)로 촬영한 후 이를 분석대상으로 한다.The motion image analyzer 4 captures the golfer's tee shot scene with the CCD camera 401 from the front and analyzes the shot.

제1도에서 보여주는 바와 같이 지시기(1)의 동작버튼(101)에서 'START' 신호가 전달되는 순간부터 초당 30프레임씩 모션 영상이 입력된다. 모션 영상 입력의 종료는 타구 분석기(2)에서 감지한 스윙 종료 신호가 인터페이스 보드(402)에 전달되는 순간에 이루어진다.As shown in FIG. 1, the motion image is input at 30 frames per second from the moment when the 'START' signal is transmitted from the operation button 101 of the indicator 1. The end of the motion image input is performed at the moment when the swing end signal sensed by the hit analyzer 2 is transmitted to the interface board 402.

영상분석기(4)에서는 이와 같이 입력된 모션 영상으로부터 스윙자세를 교정하는데 필요한 9개의 특징 프레임을 자동으로 추출한다.The image analyzer 4 automatically extracts nine feature frames necessary to correct the swing posture from the input motion image.

분석에 사용되는 모션 영상은 각 프레임당 256×240 화소의 크기를 가진다. 초당 30프레임씩 디스플레이 되는 모션 영상에서 256×240 화소 크기의 각 프레임의 원 영상을 분석하는 데는 많은 처리시간을 필요로 한다.The motion image used for analysis has a size of 256 × 240 pixels in each frame. It takes a lot of processing time to analyze the original image of each frame of 256x240 pixels in the motion image displayed at 30 frames per second.

따라서 처리시간의 감소를 위해 입력된 모션 영상의 각 프레임의 크기를 단계적으로 축소시킴으로써 계층화된 구조를 보이는 피라미드 영상을 구축한다. 이 피라미드 영상의 최상 계층에서 골퍼의 영상영역을 제외한 가장자리에서 클럽이 존재할 수 있는 특징영역의 명도 정보를 이용하여 백 스윙1(B1), 백 스윙2(B2), 톱(Tp), 다운스윙1(D1) 그리고 팔로 스루(Ft)의 5개 특징 프레임을 추출한다. 이들을 제외한 어드레스(Ad), 다운스윙 2(D2), 임팩트(Im) 그리고 피니쉬(Fn)의 4개 프레임에서는 클럽과 골퍼의 영상이 겹쳐지거나 클럽이 고속으로 이동하므로, 클럽이 존재할 수 있는 특정영역의 명도 정보를 이용하여 클럽의 위치를 구하는 것은 매우 어렵다.Therefore, in order to reduce processing time, a pyramid image showing a layered structure is constructed by gradually reducing the size of each frame of the input motion image. Back swing 1 (B1), back swing 2 (B2), top (Tp), and down swing (1) using the brightness information of the feature area where a club may exist at the edge of the pyramid image except the golfer's image area. (D1) and extract five feature frames of follow through (Ft). In the four frames of the address (Ad), downswing 2 (D2), impact (Im) and finish (Fn) except these, the club and the golfer's images overlap or the club moves at high speed. It is very difficult to determine the club's location using the brightness information.

따라서, 이들 4개의 프레임은 명도 특성을 이용하여 구한 5개의 특징 프레임 사이의 시간 보간에 의해 구한다.Therefore, these four frames are obtained by temporal interpolation between five feature frames obtained using the brightness characteristic.

이상의 과정을 통해 스윙 자세의 분석에 필요한 9개의 특징 프레임을 추출할 수 있다. 특징 프레임을 추출하기 위하여 모션 영상자료를 제2CPU(8)에 공급한다.Through the above process, nine feature frames necessary for analyzing the swing posture can be extracted. Motion image data is supplied to the second CPU 8 to extract the feature frame.

제15도는 9개의 특징 프레임 추출을 위한 흐름을 보여준다.15 shows a flow for extracting nine feature frames.

초당 30프레임씩 입력된 티샷 모션 영상을 실시간으로 처리하기 위하여 입력 영상을 피라미드 구조로 계층화하며 이를 위한 계산식은 다음과 같다.In order to process the tee shot motion image input at 30 frames per second in real time, the input image is hierarchized into a pyramid structure.

Ik=1(i,j)=(1/4)×(Ik(2i,2j)+Ik(2i,2j+1)+Ik(2i+1,2j)+Ik(2i+1,2j+1))I k = 1 (i, j) = (1/4) × (I k (2i, 2j) + I k (2i, 2j + 1) + I k (2i + 1,2j) + I k (2i + 1,2j + 1))

영상의 피라미드 구조는 제16도와 같은 계층적 형태를 가진다. 피라미드 구조에서 한 계층의 영상의 크기는 이전 계층의 영상의 크기의 1/4이다. 피라미드 구조에서 해석의 정확성을 기하기 위해서는 피라미드 계층의 깊이를 결정하는 문제가 중요하다.The pyramid structure of the image has a hierarchical form as shown in FIG. In the pyramid structure, the size of an image of one layer is 1/4 of the size of an image of the previous layer. In order to ensure the accuracy of the interpretation in the pyramid structure, the problem of determining the depth of the pyramid hierarchy is important.

본 발명에는 피라미드의 최하 계층으로부터 최상 계층까지의 높이를 3개의 계층으로 구성하였다.In the present invention, the height from the lowest layer to the highest layer of the pyramid is composed of three layers.

본 발명에서 구축한 피라미드의 최하 계층인 계층 0에서 영상 I0의 크기는 원영상의 크기와 동일한 256×240 화소이고, 중간 계층인 계층 1에서 영상 I1의 크기는 계층 0의 크기의 1/4인 128×120 화소이다.The size of the image I 0 from the lowest layer, layer 0 of the pyramid construction in the present invention is the image I 1 in a same 256 × 240 pixels and the size of the original image, the intermediate layer, the layer 1 The size of the layer 0, the size of 1 / 4 pixels of 128 x 120 pixels.

파라미드의 최상 계층인 계층 2에서의 영상 I2크기는 계층 1의 크기의 1/4인 64×60 화소이다. 이 보다 더 높은 계층의 영상은 원래 영상 정보의 보존도가 현저히 저하되므로 본 발명에서는 고려하지 않았다.Image I 2 on the size of the p-top layer, a mid layer 2 is 1/4 of 64 × 60 pixels of the first layer size. The higher layer image is not considered in the present invention because the degree of preservation of the original image information is significantly reduced.

본 발명에서는 검은 색의 배경과 은백색의 클럽을 사용하며, 골퍼가 흰색의 장갑을 착용한 것으로 가정한다. 이러한 가정은 본 발명의 적용대상인 실내 골프 연습장에서 가장 적합한 환경이다. 입력되는 영상 I에서 클럽의 위치는 골퍼의 영상 영역을 제외한 가장자리 영역에 나타나는 명도가 높은 영역으로 정의되며, 클럽의 위치 정보를 이용하여 특징 프레임을 추출한다. 이때 입력 영상에서 골퍼의 영역을 제외한 가장자리 영역만을 검색 대상으로 하기 때문에, 골퍼의 복장은 알고리즘의 수행결과에 영향을 미치지 않는다.In the present invention, a black background and a silver white club are used, and it is assumed that the golfer wears white gloves. This assumption is the most suitable environment in the indoor golf driving range to which the present invention is applied. In the input image I, the club position is defined as a high brightness region that appears in the edge region excluding the golfer's image region, and the feature frame is extracted using the club position information. In this case, since only the edge area of the input image is searched except for the golfer area, the clothing of the golfer does not affect the performance of the algorithm.

클럽의 위치를 찾기 위해 각 특징 프레임에서 클럽이 존재할 수 있는 영역에 대한 사전지식(a prioriknowledge)을 이용한다.In order to locate a club, we use a priori knowledge of the area in which a club may exist in each feature frame.

특정 영역에서의 명도 특성에 의한 5개의 특징 프레임 추출은 다음과 같은 방법으로 수행된다. 먼저, 입력된 모션 영상을 첫번째 프레임부터 디스플레이하면서, 각 프레임을 3개의 계층을 갖는 피라미드 구조로 구축한다.Extraction of five feature frames by brightness characteristics in a specific region is performed in the following manner. First, the input motion image is displayed from the first frame, and each frame is constructed in a pyramid structure having three layers.

다음에는 구축된 피라미드의 최상 계층에서 클럽이 존재할 수 있는 특정 영역의 명도정보를 이용하여 특징 프레임을 추출한다.Next, the feature frame is extracted using brightness information of a specific area where a club may exist in the top layer of the constructed pyramid.

제17도는 5개의 특징 프레임에서 명도 특성에 의한 특징 프레임 선택을 위한 검색영역을 보여준다.17 shows a search area for selecting a feature frame based on brightness characteristics in five feature frames.

본 발명에서 구축된 환경에서의 실험 결과 RGP 각각 8비트씩의 해상도를 가지는 모션 영상에서 배경과 클럽 사이의 명도 차는 최소 50 이상으로 나타난다는 것을 알 수 있었다.Experimental results in the environment constructed in the present invention was found that the difference in brightness between the background and the club is at least 50 in the motion image having a resolution of 8 bits each RGP.

백 스윙 1(B1)에서는 클럽이 화면의 좌측 하단을 향한다.In back swing 1 (B1), the club faces the lower left of the screen.

따라서, 제17a도와 같이 화면의 좌측하단에 명도가 높은 화소들이 나타나는지를 감지하기 위한 영역 Rb1을 정의하여 Rb1에 명도가 배경과 50이상의 명도 차를 갖는 화소들이 나타나는 순간의 영상을 백 스윙1(B1)으로 선택한다. 이와 유사하게 백 스윙2(B2)에서는 클럽이 화면의 좌측 상단에 위치하므로 화면의 좌측 상단에 영역 Rb2를 정의하여 Rb2에 명도가 높은 화소들이 나타나는 순간 의상을 백 스윙 2(B2)로 선택한다.Therefore, as shown in FIG. 17A, an area R b1 is defined to detect whether pixels having high brightness appear at the bottom left of the screen, so that the image at the moment when pixels having a brightness difference greater than or equal to 50 is displayed in R b1 . Select (B1). Similarly, in back swing 2 (B2), the club is located at the top left of the screen, so the area R b2 is defined at the top left of the screen to select the costume as the back swing 2 (B2) when the bright pixels appear in R b2 . do.

톱(Tp)에서는 클럽 화면의 우측 상단에 수평으로 위치한다. 톱(Tp)은 백 스윙에서 다운 스윙으로 변화되는 순간이므로 클럽이 화면의 우측 상단에서 내려오다가 다시 올라가는 순간이다.In the top Tp, it is positioned horizontally in the upper right corner of the club screen. The top (Tp) is the moment that changes from the back swing to the down swing, so the club descends from the top right of the screen and then rises again.

따라서, 화면의 우측 상단에 영역 Rtp를 정의하여 Rtp의 가장 낮은 위치에 명도가 높은 화소들이 나타나는 순간의 영상을 톱(Tp)으로 선택한다.Therefore, the area R tp is defined on the upper right side of the screen, and the top Tp is used to select an image at the moment when high brightness pixels appear at the lowest position of R tp .

다운 스윙 1(D1)에서는 클럽이 화면의 좌측 상단을 향한다.In down swing 1 (D1), the club faces the upper left corner of the screen.

따라서, 제17b도와 같이 화면의 좌측 상단에 명도가 높은 화소들이 나타나는지를 감지하기 위한 영역 Rd1을 정의하여 Rd1에 명도가 높은 화소들이 나타나는 순간의 영상을 다운 스윙1(D1)으로 선택한다.Therefore, as shown in FIG. 17B, the area R d1 for detecting whether high brightness pixels appear in the upper left of the screen is defined, and the image at the moment when the high brightness pixels appear in R d1 is selected as the down swing 1 (D1).

마지막으로 팔로 스루(Ft)에서는 클럽이 화면의 우측 상단에 위치하므로, 화면의 우측 상단에 영역 Rft를 정의하여 Rft에 명도가 높은 화소들이 나타나는 순간의 영상을 팔로 스루(Ft)로 선택한다.Finally, in follow-up (Ft), the club is located on the upper right side of the screen, so define the area R ft in the upper right-hand corner of the screen and select the image of the moment when the bright pixels appear at R ft as the follow-up (Ft). .

이상과 같은 방법을 이용하여 입력된 모션 영상으로부터 클럽의 위치 정보에 의해 원하는 9개의 특징 프레임 중 백 스윙 1(B1), 백 스윙2(B2), 다운 스윙 1(D1) 그리고 팔로 스루(Ft) 등 5개의 특징 프레임을 추출한다.Back swing 1 (B1), back swing 2 (B2), down swing 1 (D1), and follow through (Ft) of the nine feature frames desired by the club's position information from the motion image input using the above method. And five feature frames.

특징 프레임에서 클럽이 나타날수 있는 영역의 명도 정보를 이용하여 구한 5개의 특징 프레임을 제외한 어드레스(Ad), 다운 스윙 2(D2), 임팩트(Im) 그리고 피니쉬(Fn)등 4개의 특징 프레임은 구해진 5개의 특징 프레임으로부터 시간 보간에 의해 구한다. 시간 보간법을 사용하는 이유는 이미 설명된 것과 같이 이들 4개의 특징 프레임에서 클럽이 골퍼의 영상 영역과 겹쳐지거나 고속으로 이동하기 때문에, 특정 영역의 명도 정보를 이용하여 추출하기가 어렵다.Four feature frames (Address, Ad, Downswing 2 (D2), Impact (Im) and Finish (Fn), except for 5 feature frames obtained using the brightness information of the area where the club can appear in the feature frame) are obtained. Obtained by time interpolation from two feature frames. The reason for using the temporal interpolation method is that it is difficult to extract using the brightness information of a specific area since the club overlaps the golfer's video area or moves at high speed as described above.

여러 개의 스윙 모션 영상에 대한 실험 결과 정상적인 스윙의 경우 다운 스윙 1(D1)에서 다운 스윙 2(D2)까지의 시간을 1로 할때, 다운 스윙 2(D2)와 임팩트(Im) 사이의 시간은 약 1이고, 임팩트(Im)와 팔로 스루(Ft) 사이의 시간은 약 2이다. 또 어드레스(Ad)와 백 스윙 1(B1) 사이의 시간은 약 4이고 팔로 스루(Ft)와 피니쉬(Fn)사이의 시간은 약 5이다.Experimental results on several swing motion images show that the time between down swing 1 (D1) and down swing 2 (D2) is 1 for the normal swing, and the time between down swing 2 (D2) and impact (Im) About 1 and the time between impact Im and follow through Ft is about 2. The time between the address Ad and the back swing 1 B1 is about 4, and the time between the follow through Ft and the finish Fn is about 5.

제18도는 시간 보간에 사용한 특징 프레임들 사이의 시간 간격을 보여준다.18 shows time intervals between feature frames used for time interpolation.

이상의 과정을 통해 모델의 정형화된 티샷 모션 동작과의 비교 및 검토를 위한 기본 모션 프레임으로 사용가능한 9개으 특징 프레임을 추출할 수 있다. 특징 프레임에 해당하는 영상이면 제2CPU(8)는 모션 영상분석기(4)를 제어하여 제2디스플레이(7)에 영상을 출력하도록 한다.Through the above process, nine feature frames that can be used as basic motion frames for comparison and review with the standard tee shot motion operation of the model can be extracted. If the image corresponds to the feature frame, the second CPU 8 controls the motion image analyzer 4 to output the image to the second display 7.

본 발명의 효과는 티샷 스윙 모션 분석에서 타구 분석기, 체증이동 분석기 그리고 영상 분석기를 동시에 활용함으로써 종합적이고 과학적인 신체운동의 분석이 가능하게 되고, 인공지능기술을 이용함으로써 종래의 단순한 수학적 해석방법을 탈피하여 스윙하는 삶에 따라 여러가지 형태를 보이는 체중이동 분석파형에서 모든 형태의 파형에 대하여 스윙조건을 만족하는 규칙을 찾을 수 있으며, 모션 영상분석에서 분석시간을 최소화함으로써 실시간 분석을 할 수 있고, 분석 전과정의 시스템 작동이 사용자의 개입없이 자동으로 이루어지며, 이 시스템을 여러 스포츠 분야의 모션분석에 적용함으로써 스포츠 과학에 기여할 수가 있다.The effect of the present invention is to enable the comprehensive and scientific analysis of physical movement by using the batting analyzer, weight movement analyzer and image analyzer at the same time in the tee shot swing motion analysis, and break away the conventional simple mathematical analysis method by using artificial intelligence technology In this paper, you can find the rules that satisfy the swing conditions for all types of waveforms in the weight shift analysis waveform, which shows various shapes according to the swinging life.You can perform real-time analysis by minimizing the analysis time in motion image analysis. The system's operation is done automatically without user intervention, and it can contribute to sports science by applying the system to motion analysis in various sports fields.

Claims (16)

시스템 동작 명령을 사용자가 입력하기 위한 입력 수단 (지시기)과; 스윙의 종료시점을 검출하기 위하여 클럽 헤드의 방향, 각도, 공의 맞는 위치 등의 정보를 광센서에 의해 입력받아 인식하고, 이 인식된 정보를 처리하는 타구 분석기와; 체중분포 이동파형을 분석하기 위하여 상기 입력수단(지시기)에서 START 신호가 입력된 순간부터 상기 타구 분석에서 검출된 스윙 종료 시점까지 골퍼의 왼발과 오른발에 실리는 체중의 이동변화를 연속적으로 측정하여 그 데이타를 처리하는 체중 이동분석기와; 상기 타구 분석기에서처리된 정보를 입력 받아 스윙템포, 클럽 헤드의 속도, 스윙 패스, 임팩트 포인트, 클럽 페이스 그리고 타구 방향을 계산하고, 상기 체중 이동분석기에서 처리된 정보를 입력받아 체중 분포 이동파형을 계산하여, 상기 계산된 결과를 출력하는 제1CPU와; 상기 제1CPU에서 계산된 스윙템포, 클럽 헤드의 속도, 스윙 패스, 임팩트 포인트, 클럽 페이스, 타구방향 그리고 체중 분포이동 파형 등을 표시하기 위한 제1디스플레이와; 스윙자세 교정시 영상을 추출하기 위하여 상기 지시기에서 START 신호가 입력된 순간부터 상기 타구 분석기에서 검출된 스윙 종료시점까지 골퍼의 스윙영상을 촬영하여 모션 영상자료를 출력하는 모션 영상분석기와; 상기 모션영상분석기에서 출력된 모션 영상자료를 입력받아 골퍼의 스윙 모션을 분석 하여 출력하는 제2CPU와; 상기 제2CPU에서 출력된 골퍼의 스윙 모션 분석 영상을 표시하는 제2디스플레이를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석 시스템.Input means (instructions) for inputting a system operation command by a user; A batting analyzer for receiving information such as the direction of the club head, the angle, the correct position of the ball, and the like, by detecting the end point of the swing, and processing the recognized information; In order to analyze the weight distribution moving waveform, the change in weight on the left and right feet of the golfer is continuously measured from the moment when the START signal is input from the input means (indicator) to the end of the swing detected by the hit analysis. A weight shift analyzer for processing data; Calculate swing tempo, club head speed, swing path, impact point, club face and batting direction by receiving the processed information from the batting analyzer, and calculate the weight distribution moving waveform by receiving the processed information from the weight moving analyzer. A first CPU for outputting the calculated result; A first display for displaying a swing tempo, a club head speed, a swing path, an impact point, a club face, a hitting direction, and a weight distribution movement waveform calculated in the first CPU; A motion image analyzer for outputting motion image data by capturing a swing image of a golfer from a moment when a START signal is input from the indicator to a swing end point detected by the batter analyzer to extract an image during swing posture correction; A second CPU that receives the motion image data output from the motion image analyzer and analyzes and outputs a swing motion of a golfer; Golf tee shot swing motion analysis system comprising a second display for displaying a swing motion analysis image of the golfer output from the second CPU. 제 1항에 있어서, 상기 모션 영상 분석기는, 제2CPU와 접속되어 입력된 모션 영상으로부터 특징 프레임을 추출하기 위하여 모션 영상 자료를 제2CPU에 공급하고, 제2CPU는 모션 영상자료 중 특징 프레임에 해당하는 영상이면 모션 영상분석기에서 제2디스플레이어에 영상을 출력하도록 모션 영상 분석기를 제어하는 것을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The motion image analyzer of claim 1, wherein the motion image analyzer is connected to a second CPU and supplies motion image data to the second CPU to extract a feature frame from an input motion image, and the second CPU corresponds to a feature frame of the motion image data. If it is an image, the golf tee shot swing motion analysis system, characterized in that for controlling the motion image analyzer to output the image to the second display. 제1항에 있어서, 상기 타구 분석기는, 스윙시의 정보를 센싱하는 다수의 광센서와; 상기 다수의 광센서에 입력된 신호를 증폭하는 증폭기와; 상기 증폭기에서 증폭된 데이타를 저장하기 위한 래취 및 메모리와; 상기 메모리에 저장된 데이타중 필요한 자료를 포맷하기 위한 컨버터와; 상기 포맷된 자료를 제1CPU로 전송하기 위한 통신포트와; 상기 메모리에 데이타를 저장하고, 컨버터가 포멧을 하며, 포멧된 자료를 제1CPU로 전송하도록 상기 래취, 상기 메모리, 상기 컨버터와 상기 통신포트를 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The apparatus of claim 1, wherein the batter analyzer comprises: a plurality of optical sensors configured to sense information during a swing; An amplifier for amplifying signals input to the plurality of optical sensors; A latch and a memory for storing data amplified by the amplifier; A converter for formatting necessary data among the data stored in the memory; A communication port for transmitting the formatted data to a first CPU; A microprocessor controlling the latch, the memory, the converter and the communication port to store data in the memory, format the converter, and transmit the formatted data to the first CPU. Motion analysis system. 제1항에 있어서, 상기 입력수단(지시기)은, 시스템의 적절한 동작명령을 입력하는 다수의 동작버튼과, 이 동작버튼과 타구 분석기 및 제1CPU와의 데이타 교환을 위한 인터페이스 보드를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The method of claim 1, wherein the input means (instructions) comprises a plurality of operation buttons for inputting an appropriate operation command of the system, and the operation button and the interface board for exchanging data with the ball analyzer and the first CPU. Golf tee shot swing motion analysis system. 제3항에 있어서, 상기 타구 분석기의 광센서는, 임팩트 순간 타구의 자세한 분석을 위해 64개의 광센서를 전체 8개의 포트로 구성하며 각 포트를 분석할 정보에 기초하여 3개의 블럭으로 구성하는 광센서 배치로 이루어짐을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The optical sensor of claim 3, wherein the optical sensor of the batting analyzer comprises 64 optical sensors including eight ports in total for detailed analysis of the impact shot and three blocks based on information to analyze each port. Golf tee shot swing motion analysis system characterized in that the sensor arrangement. 제5항에 있어서, 상기 광센서 배열의 각 포트로부터 입력되는 데이타에 의해 스윙패스를 9가지로 구분함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.6. The golf tee shot swing motion analysis system according to claim 5, wherein the swing path is classified into nine types by data input from each port of the optical sensor array. 제5항에 있어서, 상기 광센서 배열의 임의의 2개 포트(포트 4와 포트 5)가 조합된 데이타를 기준으로 임팩트 포인트를 구분함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.6. The golf tee shot swing motion analysis system of claim 5, wherein the impact points are distinguished based on a combination of two ports (ports 4 and 5) of the light sensor array. 제5항에 있어서, 상기 광센서 배열의 임의의 1개 포트(포트5)의 데이타로부터 클럽 페이스를 90도를 기준으로 열린(OPEN) 상태와 닫힌(CLOSE) 상태로 크게 나누고 이를 다시 각각 4종류로 세분하여 전체 9가지로 구분함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.6. The method according to claim 5, wherein the club face is divided into four types, each of which is divided into an open state and a closed state based on 90 degrees from data of any one port (port 5) of the optical sensor array. Golf tee shot swing motion analysis system, characterized in that divided into nine categories. 제5항에 있어서, 상기 광센서 배열의 임의의 1개 포트(포트8)의 4개 광센서(광센서 0~3)에서 얻어지는 정보를 이용하여 스윙의 종료를 감지하고, 이 감지된 신호로 타구 분석기, 체중이동분석기, 모션 영상 분석기로부터의 정보 입력을 종료시킴을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The method of claim 5, wherein the end of the swing is sensed by using information obtained from four optical sensors (photo sensors 0 to 3) of any one port (port 8) of the optical sensor array, and the detected signal is used. A golf tee shot swing motion analysis system characterized in that it terminates input of information from a batting analyzer, a weight moving analyzer, and a motion image analyzer. 제1항에 있어서, 상기 체중 이동분석기는, 연속적으로 입력되는 체중 이동 분포 파형으로부터 스윙영역을 찾아내기 위해 신경회로망을 사용하고, 이 신경회로망의 각 입력 노드에 주어지는 벡터값을 입력 체중의 이동 감지 파형의 패턴으로부터 구함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The weight shift analyzer of claim 1, wherein the weight shift analyzer uses a neural network to find a swing region from a continuously input weight shift distribution waveform, and detects a shift of an input weight based on a vector value given to each input node of the neural network. Golf tee shot swing motion analysis system characterized in that obtained from the pattern of the waveform. 제10항에 있어서, 상기 신경회로망의 입력 벡터값을 이용해서 추출된 스윙영역으로부터 스윙 자세의 분석에 필요한 9개의 특징점을 추출하고, 이 추출된 특징점을 이용해서 체중 이동의 분석을 수행함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The method of claim 10, wherein the nine feature points necessary for the analysis of the swing posture are extracted from the extracted swing region using the input vector value of the neural network, and the weight movement analysis is performed using the extracted feature points. Golf tee shot swing motion analysis system. 제1항에 있어서, 상기 모션 영상분석기는, 처리시간의 감소를 위해 입력된 모션 영상의 각 프레임의 크기를 단계적으로 축소시켜 계층화된 구조를 보이는 피라미드 영상을 구축하고, 이 피라미드 영상의 최상계층에서 골퍼의 영상영역을 제외한 가장자리에서 클럽이 존재할 수 있는 특정 영역을 선정하고, 이 특정 영역의 명도 정보를 이용해서 모션 영상의 특징 프레임을 추출함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The pyramid image of claim 1, wherein the motion image analyzer constructs a pyramid image having a hierarchical structure by gradually reducing the size of each frame of the input motion image to reduce processing time. A golf tee shot swing motion analysis system comprising selecting a specific area where a club may exist at an edge except for an image area of a golfer, and extracting a feature frame of a motion image using brightness information of the specific area. 제12항에 있어서, 상기 특징 프레임중에서 백 스윙 1, 백스윙 2, 톱, 다운스윙 1, 팔로 스루의 5개 특징 프레임을 먼저 추출하고, 나머지 어드레스, 다운 스윙 2, 임팩트, 피니쉬의 4개 특징 프레임은 상기 5개의 특징 프레임을 기준으로 시간 보간 방식으로 추출함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The method of claim 12, wherein five feature frames of back swing 1, back swing 2, top, down swing 1, and follow through are first extracted from the feature frames, and four feature frames of remaining address, down swing 2, impact, and finish. Golf tee shot swing motion analysis system characterized in that the extraction based on the five feature frames in a time interpolation method. 제12항에 있어서, 상기 모션 영상 분석기의 특징 프레임은 어드레스, 백 스윙 1, 백스윙 2, 톱, 다운스윙 1, 다운 스윙 2, 임팩트, 팔로 스루, 피니쉬의 9개 특징 프레임으로 추출함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.The method of claim 12, wherein the feature frame of the motion image analyzer is extracted into nine feature frames of address, back swing 1, back swing 2, top, down swing 1, down swing 2, impact, follow through, and finish. Golf tee shot swing motion analysis system. 제11항에 있어서, 상기 특징점은 어드레스, 백 스윙 1, 백스윙 2, 톱, 다운스윙 1, 다운 스윙 2, 임팩트, 팔로 스루, 피니쉬의 9개의 특징점으로 추출함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석시스템.12. The golf tee shot swing motion analysis of claim 11, wherein the feature points are extracted into nine feature points: address, back swing 1, back swing 2, top, down swing 1, down swing 2, impact, follow through, and finish. system. 제 16항에 있어서, 상기 특징점들 중에서 찾기 쉬운 어드레스, 임팩트, 팔로 스루 3개의 특징점을 임팩트를 기준으로 찾고, 상기 3개의 특징점을 제외한 나머지 백 스윙 1, 백스윙 2, 톱, 다운스윙 1, 다운 스윙 2, 피니쉬등 6개의 특징점들은 3개의 특징점을 기준으로 하여 시간 보간 방식으로 구함을 특징으로 하는 골프 티샷 스윙 모션 분석 시스템.The method of claim 16, wherein three feature points that are easy to find among the feature points, an impact, and a follow through are searched based on impact, and the back swing 1, the back swing 2, the top, the down swing 1, and the down swing except for the three feature points are identified. Golf tee shot swing motion analysis system characterized in that six feature points such as 2 and finish are obtained by time interpolation based on three feature points.
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