KR20130001534A

KR20130001534A - Ball mark tracking system

Info

Publication number: KR20130001534A
Application number: KR1020110062357A
Authority: KR
Inventors: 윤태수; 이동훈; 박현우; 김기현; 송진호
Original assignee: 동서대학교산학협력단
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-04
Also published as: KR101276054B1

Abstract

PURPOSE: A system for tracking the locus of a ball is provided to trace the locus of a ball using a high speed CCD camera. CONSTITUTION: A system for tracking the locus of a ball comprises a ball sensing part(2), an image acquisition part(3), an analysis processing part(4), and an image projecting part(5). The ball sensing part is arranged on one side of a ball and generates a trigger signal. The image acquisition part is arranged on the ball. The analysis processing part analyzes an image and calculates moving direction, moving speed, flying angle, flying speed, and rotation degree of a ball. [Reference numerals] (4) Analysis processing part

Description

Ball trajectory tracking system {BALL MARK TRACKING SYSTEM}

본 발명은 공 궤적 추적 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 설명하면 저렴하게 구성된 공 궤적 추적 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a ball trajectory tracking system, and more particularly, to a ball trajectory tracking system configured inexpensively.

최근의 게임들은 마치 영화를 본다는 느낌이 들 만큼 예전에는 상상할 수 없었던 뛰어난 그래픽을 선보이고 있다. 또한 게임의 특성상 관람하는 것이 아니라 직접 조작하여 체험하는 것이기 때문에 영화보다 더욱 강렬한 충격을 주기도 한다.
Today's games have superb graphics that could not have been imagined before, as if you were watching a movie. In addition, because of the nature of the game, rather than watching it, you can experience it more directly than a movie.

이러한 게임 산업의 발전으로 가장 큰 혜택을 입은 장르를 꼽자면 스포츠 게임을 빼놓을 수 없다. 예전에는 막대기 같은 모습의 선수들이 뛰어다니는 모습이나 현실감 없는 배경만 볼 수 있었지만 최근에는 땀을 흘리거나 바람에 선수들의 옷이 흔들리고 실제와 같이 스포츠 경기장 환경이 모델링되어 게임을 하는 것만으로도 가보지 못한 경기장도 숙지할 수 있을 정도로 표현이 가능하기 때문에 많은 사람들의 지지를 받고 있다.
The genre that has benefited the most from the development of the game industry is sports games. In the past, only stick-like players were running around or there was no realistic background, but recently, they were sweating or swayed by their clothes, and the sports stadium environment was modeled as if it were a game. It is supported by many people because it can be expressed enough to understand.

하지만 스포츠 게임에서 선수의 생성이나 토너먼트 방식을 변경할 수 있는 반면 경기장 같은 경우 별도의 생성이나 변경 없이 주어진 데이터들에 한해서 게임이 가능하다. 특히 요즘 골프 인구가 급격히 증가하고 있는 가운데 스크린골프 시스템의 보급과 활용이 커지고 있다.
In sports games, however, players can be created or tournaments changed, while in the case of stadiums, games can be played only with the given data, without any additional creation or modification. In particular, the popularity of the screen golf system is increasing as the golf population is rapidly increasing.

스크린 골프 시스템은 보통 실내에서 골프 코스나 골프 연습장을 3D 데이터로 모델링하고, 실제 골프장에서 골프를 즐기는 것과 같은 재미를 느낄 수 있는 골프 시뮬레이터이다.
Screen golf systems are typically golf simulators that model indoor golf courses or driving ranges as 3D data and have fun like playing golf on a real golf course.

이미 상용화된 제품으로 국내에는 골프존, 훼밀리 골프, X-Golf, 알바트로스 등의 제품이 있으며 국외로는 About-Golf, 핸디2 등의 제품이 있다. 위에 나열한 제품들은 주로 광센서를 이용하여 사용자가 타격한 골프공의 비행 동작 정보를 인식한다.
Already commercialized, there are products such as Golf Zone, Family Golf, X-Golf, and Albatross in Korea, and About-Golf, Handy 2 and others. The products listed above mainly use the optical sensor to recognize flight motion information of the golf ball hit by the user.

광센서보다는 사용자가 타격한 골프공을 촬영하고, 이를 영상처리하는 것이 보다 정확하게 비행동작 정보를 인식할 수 있다. 하지만, 현재는 타격된 골프공을 촬영하는 기기로서 고가의 초고속 카메라를 사용하기 때문에, 상용화에 어려움이 있다.
Shooting the golf ball hit by the user rather than the optical sensor, and image processing it can recognize the flight motion information more accurately. However, at present, since an expensive ultrafast camera is used as a device for shooting the hit golf ball, it is difficult to commercialize.

본 발명은 보다 저렴한 가격으로 공의 궤적을 추적하는 공 궤적 추적 시스템을 제공한다.
The present invention provides a ball trajectory tracking system for tracking a ball trajectory at a lower price.

본 발명은 공의 일측에 배치되고, 상기 공이 이동하면 트리거신호를 생성하는 공 감지부, 상기 공 상에 배치되고, 상기 트리거신호에 따라 상기 공을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 상기 공의 이동 궤적을 캡처하는 영상 획득부, 상기 영상이미지를 분석하여 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도, 비행 속도 및 회전량을 계산하는 분석 처리부, 상기 공의 이동방향, 이동속도, 비행각도, 비행속도 및 회전량을 반영한 가상 공의 영상을 영사하는 영사부를 포함하는 공 궤적 추적 시스템을 포함한다. 여기서, 상기 공 감지부는 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라인 것을 특징으로 하고, 상기 영상 획득부는 고속 CCD 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 공에는 상기 회전량을 측정하기 위한 특정 패턴이 상기 공의 상하좌우면에 마킹되어 있는 것을 특징으로 한다.
The present invention is disposed on one side of the ball, the ball detection unit for generating a trigger signal when the ball is moved, is disposed on the ball, the continuous movement of the ball in accordance with the trigger signal to move the ball in one image image Image acquisition unit for capturing the trajectory, analysis processing unit for calculating the moving direction, moving speed, flight angle, flight speed and rotation amount of the ball by analyzing the image image, movement direction, moving speed, flight angle, flight of the ball And a ball trajectory tracking system including a projection unit for projecting an image of a virtual ball reflecting a speed and a rotation amount. The ball detector may be an infrared sensor or a line scan camera, and the image acquisition unit may include a high-speed CCD camera, and the ball may have a specific pattern for measuring the amount of rotation. It is characterized by being marked on the left and right sides.

본 발명은 고가의 초고속 카메라를 대신하여 비교적 저렴한 고속 CCD 카메라를 사용하여 공의 궤적을 추적한다. 이때, 효율적으로 공의 궤적을 추적하기 위해, 공에는 특정 패턴이 마킹된다.
The invention tracks the trajectory of the ball using a relatively inexpensive high speed CCD camera in place of an expensive ultrafast camera. At this time, in order to efficiently track the trajectory of the ball, a specific pattern is marked on the ball.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공 궤적 추적 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2a 내지 도 2i는 공의 회전량을 계산하기 위해 공(1)에 특정패턴을 마킹한 것을 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing a ball trajectory tracking system according to an embodiment of the present invention.
2A to 2I are diagrams showing the marking of a specific pattern on the ball 1 to calculate the amount of rotation of the ball.

본 발명은 기존의 센서 및 고가의 초고속 카메라를 이용하는 방식과는 달리 고속 CCD 카메라를 이용하여 골프공의 비행에 필요한 물리적인 요소를 분석, 검출한다. 또한 물리모델을 설계하여 제작한 골프 시뮬레이터에 카메라 시스템의 결과를 적용한다. 본 발명은 가상 골프 시스템에 한정하는 것이 아니며, 야구, 농구, 탁구, 테니스 등 여러 종목에 적용할 수 있음은 자명하다.
The present invention, unlike the conventional method using a sensor and expensive ultra-high speed camera using a high-speed CCD camera to analyze and detect the physical elements necessary for the flight of the golf ball. In addition, the results of the camera system are applied to the golf simulator designed and manufactured by the physical model. The present invention is not limited to the virtual golf system, it is obvious that it can be applied to various sports such as baseball, basketball, table tennis, tennis.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공 궤적 추적 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing a ball trajectory tracking system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 공 궤적 추적 시스템은 공 감지부(2), 영상 획득부(3), 분석 처리부(4) 및 영사부(5)를 포함한다.
As shown in FIG. 1, the ball trajectory tracking system includes a ball detector 2, an image acquisition unit 3, an analysis processor 4, and a projection unit 5.

공 감지부(2)는 공(1)의 일측면에 배치되고, 공(2)이 이동하면 트리거신호(TR)를 생성한다. 즉, 공 감지부(2)는 사용자가 공을 때려 이동시키는 시점을 검출하고, 그 시점에 트리거신호(TR)를 생성한다. 이를 위해, 공 감지부(2)는 적외선 센서 또는 카메라를 포함한다.
The ball detector 2 is disposed on one side of the ball 1 and generates a trigger signal TR when the ball 2 moves. That is, the ball detector 2 detects a time point at which the user strikes the ball and generates a trigger signal TR at that time point. To this end, the ball detector 2 includes an infrared sensor or a camera.

영상 획득부(3)는 공(1) 상에 배치되고, 트리거신호(TR)에 따라 공(1)을 연속촬영하여 하나의 영상이미지에 공(1)의 이동 궤적을 캡처한다. 즉, 영상 획득부(3)는 공(1)이 이동하기 시작하면 공(1)을 촬영하여 공(1)의 이동 궤적을 캡처한다. 이를 위해, 영상 획득부(3)는 고속 CCD 카메라를 포함한다. 고속 CCD 카메라는 초고속 카메라에 비해 훨씬 저렴하다.
The image acquiring unit 3 is disposed on the ball 1, and continuously captures the ball 1 according to the trigger signal TR to capture the movement trajectory of the ball 1 in one image image. That is, when the ball 1 starts to move, the image acquisition unit 3 captures the ball 1 to capture the movement trajectory of the ball 1. To this end, the image acquisition unit 3 includes a high speed CCD camera. High speed CCD cameras are much cheaper than ultrafast cameras.

분석 처리부(4)는 영상이미지를 분석하여 공(1)의 이동방향, 이동속도, 비행각도, 비행 속도 및 회전량을 계산한다. 영상이미지에는 공의 이동 궤적뿐만 아니라, 공에 회전량, 회전각도 등도 나타나기 때문에 분석 처리부(4)는 이를 영상이미지로부터 검출해 낸다. The analysis processor 4 analyzes the image image and calculates the moving direction, the moving speed, the flying angle, the flying speed, and the rotation amount of the ball 1. Since not only the movement trajectory of the ball but also the rotation amount, the rotation angle, and the like appear in the image image, the analysis processing unit 4 detects it from the image image.

다중노출을 이용한 고속 CCD 카메라는 가로, 세로 간격이 10cm, 가로 크기가 10*6 = 60cm, 세로 크기가 10*5 = 50cm의 마커를 이용하여 카메라 화소의 1pixel 당 cm를 계산한 값을 계산하고, 공의 속도는 획득한 한 장의 영상에서 각 공의 중심점 좌표를 카메라 화소의 1pixel 당 cm를 계산한 값과 계산하여 실제 이동거리를 계산하고, 이 값은 공을 촬영하는데 걸린 시간과 계산한다. The high-speed CCD camera using multiple exposure calculates the cm value per pixel of the camera pixel using markers of 10cm width, 10 * 6 = 60cm width, and 10 * 5 = 50cm width. The ball speed is calculated by calculating the center point coordinates of each ball in the obtained image with the calculated value of cm per pixel of the camera pixel, and the actual moving distance, which is calculated from the time taken to shoot the ball.

날아가는 방향은 한 장의 영상에서 공의 중심점 좌표를 계산하여 처음 공과 가장 나중의 공의 좌표를 탄젠트 공식을 이용하여 계산한다. 이때 공의 순간 속도가 카메라의 구형물체 캡쳐 순간속도보다 느려서 공이 겹쳐지는 일이 발생할 경우, 다중노출을 이용한 고속 CCD 카메라에서 설정한 다중노출 개수만큼 영상에서의 겹쳐진 공을 분할하여 영상에서의 첫 공의 X위치좌표와 나중 공의 X위치좌표를 계산하고, Y축 프로젝션 기법을 이용하여 첫 공의 Y위치좌표와 나중 공의 Y위치좌표를 계산하여 상기와 같은 방법으로 순간 속도와 날아가는 방향을 계산한다.
The flying direction is calculated by calculating the coordinates of the center point of the ball in one image using the tangent formula for the coordinates of the first ball and the last ball. If the ball overlaps because the instantaneous speed of the ball is slower than the spherical object capture instantaneous speed of the camera, the overlapping ball in the image is divided by the number of multiple exposures set by the high-speed CCD camera using multiple exposure. Calculate the X position coordinate and the X position coordinate of the later ball and calculate the Y position coordinate of the first ball and the Y position coordinate of the later ball by using the Y-axis projection technique. do.

영사부(5)는 공(1)의 이동방향, 이동속도, 비행각도, 비행속도 및 회전량을 반영한 가상 공(6)의 영상을 영사한다. 따라서, 가상 공(6)은 공(1)의 최초 이동방향, 이동속도, 비행각도, 비행속도 및 회전량이 반영되어 가상의 필드를 비행한다.
The projection unit 5 projects an image of the virtual ball 6 reflecting the moving direction, the moving speed, the flying angle, the flying speed, and the rotation amount of the ball 1. Therefore, the virtual ball 6 is flying through the virtual field by reflecting the initial moving direction, moving speed, flight angle, flight speed and rotation amount of the ball (1).

도 2a 내지 도 2i는 공(1)의 회전량을 계산하기 위해 공(1)에 특정패턴을 마킹한 것을 나타낸 도면이다.2A to 2I show the marking of a specific pattern on the ball 1 in order to calculate the amount of rotation of the ball 1.

도 2a 내지 도 2i를 참조하면, 공(1)에 상하측면마다 특정 패턴이 마킹된 것을 확인할 수 있다. 이렇게 특정 패턴이 마킹된 공(1)은 영상이미지 획득시, 회전에 따라 보이고 사라지는 부분을 나타내 주며, 영상 획득부(3)의 촬영 간격과 연계하면 공(1)의 회전량이 검출된다.
2A to 2I, it can be seen that the specific pattern is marked on the upper and lower sides of the ball 1. Thus, the ball 1 marked with a specific pattern shows a portion that is visible and disappears as the image is acquired and rotated when the image is acquired. The rotation amount of the ball 1 is detected in association with the shooting interval of the image obtaining unit 3.

본 실시예에서는 기존에 알고 있는 고가의 초고속 카메라와 다른 타입의 고속 CCD 카메라를 이용하여 공의 비행데이터(공의 속도, 공의 비행방향, 공의 떠오르는 각도, 공의 회전)를 측정할 수 있는 카메라 시스템을 제안한다. 본 실시예에서 사용하는 고속 CCD 카메라는 촬영 시, 한 장의 이미지에 여러 번의 노출을 이용하여 고속으로 촬영한다. 그리고 공이 지나가는지를 알기 위하여 적외선 센서 또는 라인스캔 카메라를 이용한다. 공이 날아가는데 필요한 비행데이터를 이용하여 설계한 물리모델에 적용하여 제작한 골프 시스템에 직접 적용하였다.
In this embodiment, the ball flight data (ball speed, ball flight direction, ball rising angle, ball rotation) can be measured by using a high-speed CCD camera of a different type from a high-speed camera known in the art. We propose a camera system. The high-speed CCD camera used in the present embodiment shoots at high speed by using multiple exposures in one image at the time of shooting. An infrared sensor or line scan camera is used to see if the ball is passing. It was applied directly to the golf system that was applied to the physics model designed using the flight data needed for the ball to fly.

본 발명은 상술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 모든 구기 종목에 적용 가능함은 자명하다.
It is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiment and is applicable to all ball games.

1: 공 2: 공 감지부
3: 영상 획득부 4: 분석 처리부
5: 영사부 6: 가상 공1: ball 2: ball detector
3: Image Acquisition Unit 4: Analysis Processing Unit
5: Consular Officer 6: Virtual Balls

Claims

A ball detector disposed on one side of the ball and generating a trigger signal when the ball moves;
An image acquisition unit disposed on the ball and capturing the ball in a single image by continuously photographing the ball according to the trigger signal;
An analysis processor for analyzing the video image to calculate a moving direction, a moving speed, a flying angle, a flying speed, and a rotation amount of the ball;
Projection unit for projecting the image of the virtual ball reflecting the movement direction, movement speed, flight angle, flight speed and rotation amount of the ball
Ball trajectory tracking system comprising a.

The method of claim 1,
And the ball detector is an infrared sensor or a line scan camera.

The method of claim 1,
And the image acquisition unit comprises a high speed CCD camera.

The method of claim 1,
The ball trajectory tracking system, characterized in that the specific pattern for measuring the rotation amount is marked on the top, bottom, left and right surfaces of the ball.