KR101133736B1 - 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대상체의 움직임을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라가 장착되며, 상기 대상체의 이동 방향을 따라 이동하는 이동모듈; 및 상기 이동모듈에 장착된 적어도 하나 이상의 카메라로부터 입력된 촬영 영상에 기초하여, 상기 대상체의 이미지를 추출하여 수영 패턴을 분석하고, 상기 분석된 결과를 이용하여 상기 이동모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

본 발명의 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치에 따르면, 수영 선수와 같은 속도로 이동하면서 수영 선수를 촬영함으로써 수영 선수의 수영 패턴 분석 시에 발생할 수 있는 이동 속도 연산의 오차 및 스트로크 연산의 오차를 최소화하여 수영 선수의 수영 습관 및 자세를 정확하게 분석할 수 있다. 또한, 수영 선수를 한 방향이 아닌 전후좌우 및 상하에서 촬영함으로써 수영 선수의 입체적인 위치 이동을 체크할 수 있고, 좌우 스트로크에 대한 정확한 대비 및 분석이 가능하게 된다.

카메라, 촬영, 수영, 훈련

Description

촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR SWIMMER'S TRAINING USING PHOTOGRAPHING IMAGE AND A METHOD FOR CONTROLLING IT}

본 발명은 수영 훈련 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 수영 선수의 수영 패턴을 분석한 후 잘못된 수영 자세 또는 수영 패턴을 바로 잡는 것은 수영 선수의 기록 향상을 위한 매우 중요한 요소가 된다. 수영 시의 잘못된 습관에 기인한 잘못된 수영 자세는 수영 선수의 기록 향상을 방해하는 가장 큰 요인이 되며, 이러한 잘못된 수영 자세를 바로잡기 위해서는 정확한 분석이 필요로 하게 된다. 이러한 이유로 종래에는 수영 선수의 역영 모습을 촬영하여 저장한 후에, 촬영된 영상을 코치, 감독 등의 수영 전문가가 육안으로 분석하는 것에 의해 수영 선수의 수영 패턴을 분석하여 기록 향상을 위한 훈련에 적용하였다. 그러나 이러한 종래의 방법은 코치나 감독 등의 숙련도에 의존하는 것으로서 분석자에 따라 많은 오차가 발생하게 되므로 부정확 분석이 될 수 있다는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수영 선수의 몸에 카메라와 센서 등의 측정 기구를 부착하고, 이를 통해 수집된 정보를 이용하여 수영 자세 및 패턴을 분석하려는 시도가 있었다. 또한, 수영장의 일정 위치에 여러 대의 고정식 카메라를 설치하고, 각각의 카메라로부터 촬영된 수영 선수의 영상을 이용하여 훈련에 이용하는 방법 등이 개발되었다. 그러나 수영 선수에게 별도의 장치를 부착시킬 경우, 수영 선수의 몸에 장비를 부착함으로 인하여 중량이 추가된다든지, 선수의 몸놀림에 불편을 초래하게 되므로 실제 수영 자세 및 영법과는 다른 형태 및 기록이 나타나는 문제점을 갖게 된다. 또한, 수영장에 고정식 카메라를 설치하는 방법의 경우에는 수영 선수의 한쪽 측면 영상만을 촬영하고, 이에 따라 수영 선수의 측면 또는 저면 등의 단면적인 2차원 모습만을 분석하게 되므로 좌우의 균형적인 대비 및 스트로크 분석을 위한 데이터를 충분히 확보할 수 없으며, 이는 결국 수영 선수의 입체적인 위치 이동을 체크할 수 없으므로 속도 측정에 대한 오차 또한 발생하게 된다는 문제점을 갖게 된다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 카메라를 구비한 이동체가 수영 선수의 이동을 추적하여 수영 선수와 같은 속도로 이동하면서 수영 선수를 촬영함으로써 수영 선수의 습관 또는 자세 분석 시에 발생할 수 있는 이동 속도 연산의 오차 및 스트로크 연산의 오차를 최소화할 수 있는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 수영 중인 수영 선수를 한 번에 다양한 방향에서 촬영함으로써 수영 선수의 입체적인 수영 자세를 정확하게 분석할 수 있는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치는,

대상체의 움직임을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라가 장착되며, 상기 대상체의 이동 방향을 따라 이동하는 이동모듈; 및

상기 이동모듈에 장착된 적어도 하나 이상의 카메라로부터 입력된 촬영 영상에 기초하여, 상기 대상체의 이미지를 추출하여 수영 패턴을 분석하고, 상기 분석된 결과를 이용하여 상기 이동모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하는 것을 그 구성 상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어 모듈에서 분석된 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이동모듈은, 상기 적어도 하나 이상의 카메라를 상기 이동모듈에 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 지지대를 더 포함하고, 상기 카메라는 상기 지지대에 의해 대상체의 이동방향의 상, 하, 좌, 우, 옆면 중 적어도 하나 이상의 위치에 설치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이동모듈의 구간 반복 횟수, 최초 구동 속도, 평균 구동 속도, 시작 신호, 또는 종료 신호 중 적어도 하나를 포함하는 설정 정보를 입력받는 설정부를 더 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 설정부에서 입력받은 설정 정보에 따라 상기 이동모듈의 구동을 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제어 모듈은,

상기 카메라로부터 입력된 촬영 영상을 이용하여 상기 대상체의 이미지 정보를 추출하는 이미지 추출부;

상기 이미지 추출부에서 추출된 상기 대상체의 이미지 변화로부터 상기 대상체의 수영 패턴을 분석하는 패턴 분석부;

상기 패턴 분석부로부터 파악된 상기 대상체의 속도 정보와 상기 이미지 추출부에서 추출된 이미지 정보를 이용하여, 상기 이동모듈의 이동방향과 속력제어를 위한 데이터를 생성하는 추적데이터 생성부; 및

상기 추적데이터 생성부에서 생성된 데이터에 따라 상기 이동모듈의 이동방향과 속도를 제어하는 이동모듈 제어부를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 패턴 분석부에서 분석된 결과를 상기 이미지 추출부에서 추출된 이미지 정보에 조합하여 상기 분석 결과에 대한 3차원 그래픽 영상으로 생성하는 3차원 영상 생성부를 더 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어 모듈은, 상기 이미지 추출부로부터 추출된 이미지로부터 대상체의 신체분할점을 파악하고, 상기 신체분할점에 기초하여 미리 설정된 각 신체 부위에 마크를 부여하는 마크 처리부를 더 포함할 수 있다.

더더욱 바람직하게는, 상기 패턴 분석부는, 상기 이미지 추출부에서 추출된 상기 대상체의 이미지 변화로부터 수영속도를 포함하는 물리변화량을 산출하는 변화량 산출 수단을 더 포함할 수 있다.

더더욱 바람직하게는, 상기 패턴 분석부는, 상기 마크 처리부에서 부여된 마크의 변화를 이용하여 스트로크와 킥에 대한 변화량을 분석하는 스트로크 분석 수 단을 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법은,

(1) 적어도 하나 이상의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 수영 패턴을 분석할 대상체의 이미지를 분리하여 추출하는 단계;

(2) 상기 추출된 대상체의 이미지를 미리 설정된 신체분할점에 기초하여 구획하고, 각 신체 부위에 마크를 부여하는 단계;

(3) 상기 부여된 마크의 변화를 미리 설정된 시간동안 좌표에 기록하는 단계; 및

(4) 상기 기록된 좌표에 기초하여 상기 대상체의 수영 패턴 정보를 분석하는 단계를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 수영 패턴 정보는, 상기 대상체의 이동 속도, 스트로크 및 킥 변화, 좌우 스트로크별 이동거리, 좌우 스트로크의 균형도, 스타트 속도, 턴 속도, 구간별 평균 속도, 최고 속도 및 최저 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

바람직하게는,

설정부로부터 입력받은 설정 정보에 따라 상기 적어도 하나 이상의 카메라가 장착된 이동모듈의 구동 정보를 설정하는 단계;

상기 설정된 구동 정보에 따라 상기 이동모듈의 구동을 시작하는 단계;

패턴 분석부로부터 파악된 상기 대상체의 속도 정보와 상기 이동모듈의 설정 정보를 이용하여 상기 대상체의 추적을 위한 추적데이터를 생성하는 단계; 및

상기 생성된 추적데이터에 기초하여 상기 이동모듈의 이동방향과 이동속력을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치에 따르면, 수영 선수와 같은 속도로 이동하면서 수영 선수를 촬영함으로써 수영 선수의 수영 패턴 분석 시에 발생할 수 있는 이동 속도 연산의 오차 및 스트로크 연산의 오차를 최소화하여 수영 선수의 수영 습관 및 자세를 정확하게 분석할 수 있다.

또한, 수영 선수를 한 방향이 아닌 전후좌우 및 상하에서 촬영함으로써 수영 선수의 입체적인 위치 이동을 체크할 수 있고, 좌우 스트로크에 대한 정확한 대비, 분석이 가능하게 된다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 사 용 상태도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 측면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치는, 대상체(예를 들어 수영 선수, 이하 설명상의 편의를 위하여 대상체 대신에 “수영 선수”로 칭함)의 상부, 하부, 정면, 후면 또는 옆면에 설치되는 적어도 하나 이상의 카메라(10)가 구비된 이동모듈(30)에 의해, 수영장 내에서 수영 선수의 이동방향에 따라 같은 속도로 이동하면서 수영 선수에 대한 영상을 촬영한다. 이로부터 선수의 실력 향상을 위해 필요한 분석 정보를 수집할 수 있으며, 선수의 입체적인 위치 이동을 체크하고, 좌우 스트로크에 대한 정확한 대비 및 분석이 가능하게 된다. 또한, 수영 선수와 같은 속도로 이동하면서 수영 선수를 촬영하여 선수의 수영 패턴 및 자세 분석 시에 발생할 수 있는 이동 속도 연산의 오차 및 스트로크 연산의 오차를 최소화하여 수영 선수의 수영 패턴을 정확하게 분석하게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수영 선수의 상부, 하부(수중의 저면), 및 정면 촬영을 위해 수영 선수의 이동 방향에서 수영 선수의 전면 및 후면의 수중에 위치되는 카메라(10)를 구비한 이동모듈(30)은, 수영장 풀의 측부에 이동 가능하게 설치되어 수영 선수와 같은 이동방향 및 속도로 이동된다. 이때, 카메라는 적어도 하나 이상의 개수가 이동모듈(30)에 고정된 지지대의 단부에 각각 설치되며, 수영 선수의 상부 촬영을 위하여 수영 선수의 상부에, 수영 선수의 하부 촬영을 위하여 수중에서 수영 선수의 하부에, 우측 방향 이동시 수영 선수의 정면을 촬영하기 위하여 수영 선수의 이동방향의 전면에서 수중 하부에 위치된 후 수영 선수의 방향을 촬영하도록 일정 각도를 가지도록 설치되는 정면에, 및 수영 선수가 턴을 한 경우 방향이 바뀐 정면의 모습을 촬영하기 위한 수영 선수의 후면에 각각 위치되도록 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 장치는, 수영 선수의 움직임을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라(10)가 장착되며, 수영 선수의 이동 방향을 따라 이동하는 이동모듈(30), 이동모듈(30)에 장착된 적어도 하나 이상의 카메라(10)로부터 입력된 촬영 영상에 기초하여, 수영 선수의 이미지를 추출하여 수영 패턴을 분석하고, 분석된 결과를 이용하여 이동모듈을 제어하는 제어 모듈(100)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 장치는, 이동모듈의 구간 반복 횟수, 최초 구동 속도, 평균 구동 속도, 시작 신호, 또는 종료 신호 중 적어도 하나를 포함하는 설정 정보를 입력받는 설정부(50), 및 제어 모듈에서 분석된 결과를 표시하는 디스플레이 모듈(200)을 더 포함할 수 있다.

카메라(촬영 모듈)(10)는, 수영 선수의 움직임을 촬영하여 촬영된 이미지를 제어 모듈(100)로 제공하는 역할을 한다. 이를 위해, 적어도 하나 이상의 카메라(10)가 지지대에 의해 이동모듈(30)에 장착되며, 수영 선수의 이동 방향 및 속도에 따라 이동하는 이동모듈(30)에 의해 선수와 동일한 속도로 움직이며 수영 선수의 움직임을 촬영할 수 있게 된다. 이때 카메라(10)는 지지대에 의해 수영 선수의 이동방향의 상하좌우 및 전후방 중 적어도 하나의 이상의 위치에 설치되어 수영 선수의 수영 자세를 입체적으로 촬영하게 되며, 카메라가 설치되는 지지대 각각의 길이 조절이 가능하므로 수영하는 선수의 동작에 방해되지 않는 범위에서 설치 및 촬영이 가능하도록 한다.

이동모듈(30)은, 적어도 하나 이상의 카메라(10)를 이동모듈에 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 지지대를 더 포함하며, 적어도 하나 이상의 카메라가 장착되어 수영장의 레인 밖에서 수영 선수를 따라 동일한 속도로 움직이게 된다. 이동모듈(30)은 유선 또는 무선 통신 방식에 의해 제어 모듈(100)과 통신 가능하게 구성될 수 있으며, 제어 모듈(100)의 추적데이터 생성부(130)로부터 생성된 수영 선수의 이동방향 및 속도가 포함된 추적 데이터에 의해 구동되도록 이동모듈 제어부(140)가 제어한다. 즉, 이동모듈(30)에 구비된 구동 장치(예를 들어,구동 모터)는 제어 모듈(100)의 이동모듈 제어부(140)와의 통신 또는 그 밖의 방법에 의해 연결되어 그 구동이 제어될 수 있다.

설정부(50)는, 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 사용자(예를 들어, 수영 선수, 코치, 감독 등)로부터 이동모듈(30)의 구간 반복 횟수, 최초 구동 속도, 평균 구동 속도, 시작 신호, 또는 종료 신호 중 적어도 하나를 포함하는 설정 정보를 입력받을 수 있도록 하는 역할을 한다. 이때 입력받은 설정 정보에 따라, 제어 모듈(100)의 이동모듈 제어부(140)가 이동모듈(30)의 구동 속도 및 반복 횟수 등을 제어하게 된다. 이렇게 설정부(50)를 통해 이동모듈(30)에 대한 설정 정보를 입력받는 이유는, 초기 수영 선수의 움직임을 따라 동일한 속도로 움직이기 위해서는 최초 입력된 출발 속도가 필요하기 때문이다. 또한, 일반적으로 계주 또는 50미터를 초과하는 거리에 대한 훈련 시에는 훈련 장치를 수영장의 레인을 따라 반복 구동시켜야 하기 때문이며, 선수의 훈련 속도가 장치의 속도에 맞춰 이루어지도록 하기 위해 초기에 미리 구동 속도를 설정할 수 있도록 하는 효과도 있다.

제어 모듈(100)은, 이동모듈(30)에 장착된 적어도 하나 이상의 카메라(10)로부터 입력된 촬영 영상에 기초하여, 수영 선수의 이미지를 추출하여 수영 패턴을 분석하고, 분석된 결과를 이용하여 이동모듈을 제어하는 역할을 한다. 이를 위해 제어 모듈(100)은, 카메라로부터 입력된 촬영 영상을 이용하여 수영 선수의 이미지 정보를 추출하는 이미지 추출부(110), 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지 변화로부터 수영 선수의 수영 패턴을 분석하는 패턴 분석부(120), 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지 정보 및 패턴 분석부(120)로부터 파악된 수영 선수의 속도 정보를 이용하여 이동모듈의 이동방향과 속력 제어를 위한 데이터를 생성하는 추적데이터 생성부(130), 및 추적데이터 생성부(130)에서 생성된 데이터에 따라 이동모듈의 이동방향과 속도를 제어하는 이동모듈 제어부(140)를 포함한다. 또한, 패턴 분석부(120)에서 분석된 결과를 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지 정보에 조합하여 분석 결과에 대한 3차원 그래픽 영상으로 생성하는 3차원 영상 생성부(150)와 이미지 추출부(110)로부터 추출된 이미지로부터 수영 선수의 신체분할 점을 파악하고, 신체분할점에 기초하여 미리 설정된 각 신체 부위에 마크를 부여하는 마크 처리부(160)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 모듈(100)은 이동모듈(30)과 분리되어 수영장 풀의 일측에 별도로 구성될 수 있다. 한편, 본 발명의 일실시예에서는 제어 모듈(100)이 이동모듈(30)과는 별도로 구성되도록 하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 이동모듈(30)의 구동 제어를 원활히 하고 수영을 가르치는 코치, 감독 등의 지도자가 이동모듈(30)에 탑승한 상태로 수영 선수의 수영 패턴을 모니터링할 수 있도록 제어 모듈(100) 자체를 이동모듈(30)에 함께 구성되도록 할 수 있다. 또한, 이러한 제어 모듈(100)은 별도의 장치가 아닌 수영 패턴 분석 소프트웨어 또는 컴퓨터로 실행 가능한 기록매체가 탑재된 랩탑 또는 데스크 탑 등의 컴퓨터 장치로 구현될 수도 있다.

이미지 추출부(110)는, 카메라로부터 입력된 촬영 영상을 이용하여 수영 선수의 이미지 정보를 추출하는 역할을 한다. 수영 선수의 이미지 정보를 추출하는 과정에서는, 카메라(촬영 모듈)(10)들로부터 입력된 영상에서 배경 영상과 선수의 움직임 영상의 차이, 또는 배경 영상과 움직이는 선수 영상의 색상 차이 등이 이용된다. 이때 이미지 추출부(110)가 하나의 카메라(11)로부터 수영 선수의 영상 이미지를 수신하는 경우에는 추출된 수영 선수의 이미지 데이터를 2차원 좌표로 표시하고, 2개 이상의 카메라로부터 수영 선수 영상을 입력받는 경우에는 수영 선수의 이미지 데이터를 3차원 좌표로 출력하게 된다. 이렇게 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지는 패턴 분석부(120) 및 마크 처리부(160)로 제공되는데, 패턴 분석부(120)로 바로 전해진 이미지는 수영 선수의 속도 등의 단순한 물리량을 산출하거나, 이동모듈(30)을 구동시키는데 필요한 추적 데이터를 생성하는데 이용된다. 또한, 마크 처리부(160)에 제공되는 이미지는 일단 마크 처리부(160)에서의 신체 각 부분에 대한 마크 부여와 마크가 부여된 이미지를 통한 패턴 분석부(120)에서의 정확한 이미지 분석에 의해 수영 선수의 훈련을 위한 분석 자료 생성에 이용된다.

패턴 분석부(120)는, 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지 변화로부터 선수의 수영 패턴을 분석하는 역할을 하며, 시간에 따른 수영 선수의 이미지 변화로부터 수영 선수의 이동거리, 수영속도 등을 산출한다. 수영 선수의 이동거리, 수영속도 산출 방법의 예로는, 수영 선수의 중심부 또는 신체 특정 부위에 대한 이미지 변화를 분석하는 방법을 들 수 있으며, 그 밖에 마크가 부여된 각 신체 부분의 좌표와 이를 통해 이동거리를 계산하는 방법들을 들 수 있다. 또한, 마크 처리부(160)에서 팔과 다리를 나타내는 관절부위에 부여된 마크 변환에 따라 스트로크와 킥의 모양, 스트로크 및 킥에 따른 수영 선수의 이동속도 변화 등의 수영 패턴을 분석하여 저장할 수 있다. 이와 동시에 패턴 분석부(120)는 수영 선수의 이동속도 정보를 추적데이터 생성부(130)로 제공할 수 있다. 이러한 각각의 기능들을 수행하기 위해 패턴 분석부(120)는 변화량 산출 수단(123)과 스트로크 분석 수단(125)을 포함할 수 있다.

변화량 산출 수단(123)은, 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지 변화로부터 수영속도를 포함하는 물리변화량을 산출하는 구성요소로서, 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지의 움직임으로부터 수영 선수의 스타트 속도, 턴 속도, 구간별 최고 속도, 최저 속도, 평균 속도 등의 물리변화량을 산출한다. 이때 물리변화량을 산출하는 방법은 카메라(10)를 통해 촬영된 수영 선수의 이미지가 일정 구간(이동거리)에 도달하는데 걸린 시간을 통해 산출할 수 있으며, 변화량 산출 수단(123)에서 산출된 값은 추적데이터 생성부(130)로 제공되어 수영 선수의 움직임을 추적하여 동일한 속도로 이동모듈(30)이 움직일 수 있도록 하는데 이용된다. 또한, 더욱 정확한 물리변화량은 마크 처리부(160)에서 이미지의 각 신체 부분에 마크를 부여한 뒤, 패턴 분석부(120)에 제공한 이미지로부터 구해질 수 있는데, 미리 설정된 시간 동안(예를 들어, 10초, 30초, 1분 등) 마크가 부여된 각 신체 부분의 좌표 상 이동 거리를 통해서도 파악될 수 있다.

스트로크 분석 수단(125)은, 마크 처리부(160)에서 부여된 마크의 변화를 이용하여 스트로크와 킥에 대한 변화량 및 좌우 스트로크의 균형도, 좌우 스트로크별 이동 거리 등을 분석한다. 이때 스트로크(stroke)의 경우, 팔의 특정부위를 나타내는 마크의 한 주기 변화가 한 주기의 스트로크가 되고, 킥(kick)은 다리 부위의 특정 부위를 나타내는 마크의 한 주기 변화가 한 주기의 킥을 이루게 된다. 본 발 명에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치에 있어서 스트로크에 대하여는 도 4를 통해 더욱 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 스트로크별 수영 선수의 속도 변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 속도 변화 그래프에서 하나의 주기가 하나의 스트로크를 나타내며, 이때의 속도 값이 세로축으로 나타내어진다. 도 4의 그래프에서 속도가 상승하는 곡선이 나타내는 것은 팔을 물속에서 당기는 동작으로 인한 속도 상승을 나타내며, 속도가 하강하는 곡선이 나타내는 것은 한쪽 팔이 물속에서 당기는 동작의 최종점에 위치되고 다른 쪽 팔이 수면 위에서 앞으로 위치 이동되는 것에 의한 속도 하강 상태를 나타낸다. 상술한 바와 같은 도 4의 그래프의 분석에 의해 수영 선수의 속도 향상에 가장 좋은 스트로크 모양을 분석한 후 훈련할 수 있게 된다. 또한, 스트로크 분석 수단(125)에 의해 좌우 팔에 의한 힘의 균형도 및 이동 거리에 대한 분석 또한 가능해진다.

추적데이터 생성부(130)는, 패턴 분석부(120)로부터 파악된 수영 선수의 속도 정보와 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지 정보를 이용하여 이동모듈의 이동방향과 속력 제어를 위한 데이터를 생성하는 역할을 한다. 또한, 더욱 정확한 추적을 위해, 패턴 분석부(120)로부터 수영 선수의 이동속도 정보를 수신한 추적데 이터 생성부(130)는 수영 선수의 이동속도 정보로부터 미리 지정된 시간 이내에 수영 선수의 중심을 나타내는 마크가 있어야 할 위치를 계산하고, 그 위치까지의 이동거리를 계산하여 이동모듈(30)이 지정된 시간에 해당 위치로 이동될 수 있도록 이동속도 정보를 생성한다. 또한, 이동방향의 경우, 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지의 진행 방향이 역전되는 시기에 맞춰 이동모듈(30)의 이동방향 또한 변화되도록 제어할 수 있다. 이렇게 생성된 이동속도 및 이동방향 정보는 이동모듈 제어부(140)로 제공되어 이동모듈(30)의 제어에 이용될 수 있다.

이동모듈 제어부(140)는, 추적데이터 생성부(130)에서 생성된 데이터에 따라 이동모듈의 이동방향과 속도를 제어하는 역할을 한다. 제어부(20)의 추적데이터 생성부(130)를 통해 생성된 추적 정보를 유무선 통신을 통해 이동모듈 제어부(140)로부터 수신한 이동모듈(30)은 이동속도 정보에 따라 구동되며, 수영 선수와 동일한 방향과 속도로 이동된다. 이에 따라 이동모듈(30)에 고정되어 수영 선수의 상부, 하부(저면) 및 정면에 위치된 카메라가 수영 선수와 같은 속도로 이동하면서 계속하여 수영 선수의 상부면, 하부면(저면) 및 정면의 수영 모습을 촬영하여 제어 모듈(100)로 제공하게 된다.

3차원 영상 생성부(150)는, 패턴 분석부(120)에서 분석된 결과를 이미지 추출부(110)에서 추출된 이미지 정보에 조합하여 분석 결과에 대한 3차원 그래픽 영상으로 생성하는 역할을 한다. 3차원 영상 생성부(150)를 통해 생성된 영상은 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 3차원 영상 생성부(150)에서 생성된 3차원 그래픽 영상을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치는, 3차원 영상 생성부(150)를 통해 수영장에서 훈련 중인 수영 선수에 대한 3차원 영상을 생성하여 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같이 전면에서 바라본 수영 선수의 모습으로부터는 수영 선수의 훈련 시, 몸의 균형이 바르게 나타나는지, 아니면 어느 한쪽의 힘이 더 세서 몸의 균형이 무너지는지를 파악할 수 있다. 또한, 왼손과 오른손으로 물을 저을 경우, 각 신체 부위 간에 이루는 각도를 파악할 수 있으며, 이를 통해 팔이 어떠한 각도를 이루며 물을 저을 경우에 더 빨리 나아갈 수 있는지 등의 정보를 분석할 수 있게 된다. 이는 비단 전면 영상을 통한 팔 동작의 분석뿐만 아니라 측면의 영상을 통한 허리의 각도, 팔의 움직임, 다리의 움직임의 경우도 파악이 가능하며, 배면 영상을 통해 다리의 움직임, 각도 또한 상세히 파악하여 분석이 가능하도록 해준다. 이러한 3차원 영상의 재생은 수영 선수의 각 신체 부분에 부여된 마크(165)를 중심으로 좌표 상에서의 움직임을 이미지 추출부에서 추출된 이미지 정보에 조합하여 재생함으로써 가능하게 된다.

마크 처리부(160)는, 이미지 추출부(110)로부터 추출된 이미지로부터 수영 선수의 신체분할점을 파악하고, 신체분할점에 기초하여 미리 설정된 각 신체 부위 에 마크(165)를 부여하는 역할을 한다. 마크 처리부(160)는 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지를 통해 반복적으로 변화하는 지점을 검출하는 방법에 의해 팔, 다리, 머리, 또는 상체부, 하체부의 신체분할점을 파악하고, 각 신체 부분에 대한 변화중심점을 검출한다. 이때 수영 선수의 팔, 다리 영역 중에서 오른쪽과 왼쪽의 팔, 다리 부분을 검출하는 방법은, 추출된 팔, 다리의 영상 이미지 중 수영 선수의 이동방향을 고려하여 추출된다. 즉, 수영 선수가 우측방향으로 이동하고, 이동모듈(30)이 수영 선수의 좌측에 위치되어 수영 선수와 함께 이동하는 경우, 촬영된 영상에서 얼굴이 가려지는 스트로크가 발생하면 수영 선수의 좌측 팔로 인식하고, 얼굴과 함께 나타나는 스트로크가 발생하면 우측 팔로 인식한다. 그 후, 검출된 팔, 다리, 머리의 이미지에서 변화중심점을 찾아 관절 부위를 검출하게 된다. 이렇게 검출된 각각의 팔, 다리, 머리 및 관절부위에 대하여 마크 처리부(160)에서 마크(165)를 부여한다. 이렇게 마크가 부여된 이미지는 패턴 분석부(120)에서 물리변화량 파악 및 패턴 분석에 이용되거나, 3차원 영상 생성부(150)에서 3차원 분석 이미지를 생성하는데 이용된다. 한편, 본 발명의 일실시예에서는 마크 처리부(160)에서 수영 선수의 신체분할점을 파악하고, 각각의 변화중심점을 찾아 자동으로 관절 부위에 마크를 생성, 부여하도록 구성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 사용자가 디스플레이 모듈(200)에 나타난 이미지의 각 신체부분(관절 부분, 또는 그 밖의 분석에 중요한 신체 부분)을 포인팅 장치 등을 통해 표시하고, 이렇게 표시된 지점을 기준으로 마크가 부여되도록 구성할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법은, 촬영된 수영 선수의 이미지를 이용하여 수영 패턴을 분석하기 위한 것으로서, 적어도 하나 이상의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 수영 패턴을 분석할 수영 선수의 이미지를 분리하여 추출하는 단계(S110), 추출된 수영 선수의 이미지를 미리 설정된 신체분할점에 기초하여 구획하고, 각 신체 부위에 마크를 부여하는 단계(S120), 부여된 마크의 변화를 미리 설정된 시간 동안 좌표에 기록하는 단계(S130), 및 기록된 좌표에 기초하여 수영 선수의 수영 패턴 정보를 분석하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.

단계 S110은, 적어도 하나 이상의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 수영 패턴을 분석할 수영 선수의 이미지를 분리하여 추출하는 단계이다. 본 단계는 카메라(10)에서 촬영된 영상으로부터 배경 영상과 움직임을 갖는 수영 선수의 영상을 분리하는 과정으로서, 이미지 추출부(110)를 통해 수행될 수 있다.

단계 S120은, 단계 S110에서 추출된 수영 선수의 이미지를 미리 설정된 신체분할점에 기초하여 구획하고, 각 신체 부위에 마크를 부여하는 단계로서, 이를 위해 우선 마크 처리부(160)는 단계 S110에서 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지를 통해 변화점을 검출하는 방법에 의해 팔, 다리, 머리, 또는 상체부, 하체부의 신체분할점을 파악하고, 각 신체분할점에 위치한 신체 부분들에 대한 변화중심점을 검출하여 마크를 부여한다. 신체분할점 의 구획 및 각 신체 부분에 마크를 부여하는 방법은 앞서의 마크 처리부(160)에서의 설명을 참조하기로 한다.

단계 S130은, 단계 S120에서 부여된 마크의 변화를 미리 설정된 시간 동안 좌표에 기록하는 단계로서, 이렇게 좌표에 기록된 내용에 의해 수영 선수의 기록에 대한 분석 및 3차원 영상 재생이 제어 모듈(100) 및 3차원 영상 생성부(150)에 의해 수행될 수 있다.

단계 S140은, 기록된 좌표에 기초하여 수영 선수의 수영 패턴 정보를 분석하는 과정으로서, 여기서 수영 패턴 정보는, 수영 선수의 이동속도, 스트로크 및 킥 변화, 좌우 스트로크별 이동거리, 좌우 스트로크의 균형도, 스타트 속도, 턴 속도, 구간별 평균 속도, 최고 속도 및 최저 속도 중 적어도 하나를 포함하는 정보일 수 있다. 이러한 수영 패턴 정보의 분석은 주로 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 모듈(100)에 포함된 패턴 분석부(120)와 3차원 영상 생성부(150)에 의해 생성된 영상에 의해 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법은, 설정부로부터 입력받은 설정 정보에 따라 적어도 하나 이상의 카메라가 장착된 이동모듈의 구동 정보를 설정 하는 단계(S210), 설정된 구동 정보에 따라 이동모듈의 구동을 시작하는 단계(S220), 패턴 분석부로부터 파악된 수영 선수의 속도 정보와 상기 이동모듈의 구동 정보를 이용하여 수영 선수의 추적을 위한 추적데이터를 생성하는 단계(S230), 및 생성된 추적데이터에 기초하여 이동모듈의 이동방향과 이동속력을 제어하는 단계(S240)를 포함할 수 있다.

단계 S210은, 설정부로부터 입력받은 설정 정보에 따라 적어도 하나 이상의 카메라가 장착된 이동모듈의 구동 정보를 설정하는 과정으로서, 설정부(50)를 통해 사용자로부터 이동모듈(30)이 수영장의 총 구간을 반복해야하는 횟수, 최초 구동 속도, 평균 구동 속도, 시작 신호 또는 종료 신호 등과 같은 설정 신호를 입력받는다. 이렇게 입력받은 설정 정보는 이동모듈 제어부(140)에 의해 이동모듈(30)을 제어하는데 이용되며, 처음 장치를 구동하는 경우에는 수영 선수의 속도를 알 수 없으므로 미리 설정된 값에 의해 수영 선수와의 속도 차이 없이 최초 구동 속도로 구동함으로써 정확한 측정이 가능하도록 제어될 수 있다.

단계 S220은, 설정된 구동 정보에 따라 이동모듈 제어부(140)가 이동모듈(30)의 구동을 시작하는 단계이다.

단계 S230은, 패턴 분석부(120)로부터 파악된 수영 선수의 속도 정보와 이동모듈(30)의 설정 정보를 이용하여 수영 선수의 추적을 위한 추적데이터를 생성하는 단계이다. 이때 패턴 분석부(120)로부터 제공된 수영 선수의 속도 정보를 이용하여 추적데이터를 생성하는 경우는 추적데이터 생성부(130)에서 생성된 수영 선수의 이동속도에 맞춰 이동모듈 제어부(140)가 이동모듈(30)의 구동 속도를 제어하고자 하는 경우이고, 이동모듈(30)의 설정 정보를 이용하는 경우는 본 발명의 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치를 이용하여 수영 선수의 훈련 속도를 조절하기 위해 설정부(50)를 통해 미리 설정된 이동모듈(30)의 구동 속도에 따라 이동모듈 제어부(140)가 이동모듈(30)을 구동시키는 경우에 해당한다.

단계 S240은, 추적데이터 생성부(130)에서 생성된 추적데이터에 기초하여 이동모듈의 이동방향과 이동속력을 제어하는 단계로서, 이때 수영 선수의 이동속도 및 이동방향을 추적하기 위한 추적데이터를 생성하는 방법에는 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 그 중 계산이 복잡하지 않고, 더욱 간단한 방법으로는, 이미지 추출부(110)에서 추출된 수영 선수의 이미지가 일정 구간(총 이동거리 5미터 구간, 혹은 10미터 구간)에 도달하는데 걸린 시간을 통해 이동속도 및 이동방향을 산출하는 방법이다. 또한, 더욱 정확한 추적을 위해, 패턴 분석부(120)로부터 수영 선수의 이동속도 정보를 수신한 추적데이터 생성부(130)가 이동속도 정보로부터 마크가 미리 지정된 시간 이내에 수영 선수의 중심을 나타내는 마크가 있어야 할 위치를 계산하고, 그 위치까지의 이동거리를 계산하여 이동모듈(30)이 지정된 시간에 해당 위치로 이동될 수 있도록 이동모듈의 이동속도 정보를 생성할 수도 있다. 이렇게 생성된 이동 속도 정보는 이동모듈 제어부(140)로 제공되어 이동모듈(30)의 제어에 이용될 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 사용상태도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 측면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 블록도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 스트로크별 대상체의 속도 변화를 나타낸 그래프를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 3차원 영상 생성부에서 생성된 3차원 그래픽 영상을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법을 나타낸 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 카메라(촬영 모듈)

30: 이동모듈

50: 설정부

100: 제어 모듈

110: 이미지 추출부

120: 패턴 분석부

130: 추적데이터 생성부

140: 이동모듈 제어부

150: 3차원 영상 생성부

160: 마크 처리부

165: 마크

200: 디스플레이 모듈

Claims (12)

1. 대상체의 움직임을 촬영하는 적어도 하나 이상의 카메라가 장착되며, 상기 대상체의 이동 방향을 따라 이동하는 이동모듈; 및

   상기 이동모듈에 장착된 적어도 하나 이상의 카메라로부터 입력된 촬영 영상에 기초하여, 상기 대상체의 이미지를 추출하여 수영 패턴을 분석하고, 상기 분석된 결과를 이용하여 상기 이동모듈을 제어하는 제어 모듈을 포함하되,

   상기 제어 모듈은,

   상기 카메라로부터 입력된 촬영 영상을 이용하여 상기 대상체의 이미지 정보를 추출하는 이미지 추출부;

   상기 이미지 추출부에서 추출된 상기 대상체의 이미지 변화로부터 상기 대상체의 수영 패턴을 분석하는 패턴 분석부;

   상기 이미지 추출부에서 추출된 이미지 정보 및 상기 패턴 분석부로부터 파악된 상기 대상체의 속도 정보를 이용하여, 상기 이동모듈의 이동방향과 속력 제어를 위한 데이터를 생성하는 추적데이터 생성부; 및

   상기 추적데이터 생성부에서 생성된 데이터에 따라 상기 이동모듈의 이동방향과 속도를 제어하는 이동모듈 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어 모듈에서 분석된 결과를 표시하는 디스플레이 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이동모듈은, 상기 적어도 하나 이상의 카메라를 상기 이동모듈에 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 지지대를 더 포함하고,

   상기 카메라는 상기 지지대에 의해 대상체의 이동방향의 상, 하, 좌, 우, 옆면 중 적어도 하나 이상의 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용 한 수영 훈련 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 이동모듈의 구간 반복 횟수, 최초 구동 속도, 평균 구동 속도, 시작 신호, 또는 종료 신호 중 적어도 하나를 포함하는 설정 정보를 입력받는 설정부를 더 포함하고,

   상기 제어 모듈은, 상기 설정부에서 입력받은 설정 정보에 따라 상기 이동모듈의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 패턴 분석부에서 분석된 결과를 상기 이미지 추출부에서 추출된 이미지 정보에 조합하여 상기 분석 결과에 대한 3차원 그래픽 영상으로 생성하는 3차원 영상 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제어 모듈은, 상기 이미지 추출부로부터 추출된 이미지로부터 대상체의 신체분할점을 파악하고, 상기 신체분할점에 기초하여 미리 설정된 각 신체 부위에 마크를 부여하는 마크 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 패턴 분석부는, 상기 이미지 추출부에서 추출된 상기 대상체의 이미지 변화로부터 수영 속도를 포함하는 물리변화량을 산출하는 변화량 산출 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 패턴 분석부는, 상기 마크 처리부에서 부여된 마크의 변화를 이용하여 스트로크와 킥에 대한 변화량을 분석하는 스트로크 분석 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치.
10. (1) 적어도 하나 이상의 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 수영 패턴을 분석할 대상체의 이미지를 분리하여 추출하는 단계;

    (2) 상기 추출된 대상체의 이미지를 미리 설정된 신체분할점에 기초하여 구획하고, 각 신체 부위에 마크를 부여하는 단계;

    (3) 상기 부여된 마크의 변화를 미리 설정된 시간동안 좌표에 기록하는 단계; 및

    (4) 상기 기록된 좌표에 기초하여 상기 대상체의 수영 패턴 정보를 분석하는 단계를 포함하되,

    설정부로부터 입력받은 설정 정보에 따라 상기 적어도 하나 이상의 카메라가 장착된 이동모듈의 구동 정보를 설정하는 단계;

    상기 설정된 구동 정보에 따라 상기 이동모듈의 구동을 시작하는 단계;

    패턴 분석부로부터 파악된 상기 대상체의 속도 정보와 상기 이동모듈의 설정 정보를 이용하여 상기 대상체의 추적을 위한 추적데이터를 생성하는 단계; 및

    상기 생성된 추적데이터에 기초하여 상기 이동모듈의 이동방향과 이동속력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 수영 패턴 정보는, 상기 대상체의 이동 속도, 스트로크 및 킥 변화, 좌우 스트로크별 이동거리, 좌우 스트로크의 균형도, 스타트 속도, 턴 속도, 구간별 평균 속도, 최고 속도 및 최저 속도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬영 영상을 이용한 수영 훈련 장치의 제어 방법.
12. 삭제

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