KR20180014141A - 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치 - Google Patents

Abstract

스크린골프 시스템의 골프볼 궤적 분석장치가 개시된다. 골프볼 궤적 분석장치는 초기위치에서의 골프볼 이동을 감지하고 이동시점에 볼 트리거 신호를 생성하는 볼트리거신호 발생부와; 골프볼의 위치변화를 감지하며, 상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 진행방향의 소정 영역을 촬영하여 각각 하나의 영상프레임을 생성하는 복수의 이미지센서를 포함하는 볼감지부와; 상기 볼감지부의 복수 이미지센서가 각각 생성한 복수 영상프레임을 기초로 골프볼의 비행거리 및 비행방향을 분석하는 프로세서를 포함한다. 본 발명에 따른 골프볼 궤적 분석장치는 가격이 저렴한 이미지센서를 복수개 적용하여 고가인 고속 이미지센서를 대체하면서도 정확하고 넓은 범위를 감지할 수 있어 골프스크린 사업자 및 플레이어를 만족시킬 수 있다.

Description

스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치{A TRAJECTORY ANALYSIS DEVICE OF A GOLF BALL FOR A SCREEN GOLF SYSTEM}

본 발명은 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적 분석장치에 관한 것이다.

스크린골프는 실내에서 친 골프 볼을 특정 구간에서 초고속 계측카메라로 촬영하여 골프볼의 수평변화, 수직 변화, 속도, 및 스핀량을 분석하여 골프볼의 궤적을 분석하여 스크린에 가상으로 표시한다. 초고속 계측카메라는 플레이어가 친 고속의 골프볼을 짧은 구간 내에서 짧은 시간 동안에 적어도 2 이상의 영상프레임을 얻을 수 있도록 초고속으로 촬영할 수 있어야 골프볼의 궤적을 분석할 수 있다. 이와 같이 초고속 촬영이 가능한 초고속 계측카메라는 상당히 고가로서 스크린골프 시스템의 전체 설치비용의 큰 비중을 차지하여 스크린골프 사업의 확대에 상당한 저해요소가 되고 있다.

또한, 초고속 계측카메라는 낮은 조도의 실내에서 촬영할 경우 불충분한 광량에 의해 계측 정확도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 초고속 계측카메라는 골프볼의 초기위치에 가까운 전방의 짧은 영역만을 감지할 수 있기 때문에 계측범위를 벗어나는 미스샷을 감지할 수 없거나 잘못된 감지 결과를 나타내는 경우도 발생한다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 목적은 성능을 좋게 할 뿐만 아니라 제조원가로 낮출 수 있는 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 낮은 조도에서도 선명한 이미지 확보를 통해 정확한 감지가 가능한 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 범위의 감지영역을 제공하여 현실감 있고 정확하게 감지할 수 있는 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치를 제공하는데에 있다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치는, 초기위치에서의 골프볼 이동을 감지하고 이동시점에 볼 트리거 신호를 생성하는 볼트리거신호 발생부와; 골프볼의 위치변화를 감지하며, 상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 진행방향의 소정 영역을 촬영하여 각각 하나의 영상프레임을 생성하는 복수의 이미지센서를 포함하는 볼감지부와; 상기 볼감지부의 복수 이미지센서가 각각 생성한 적어도 2개의 영상프레임을 기초로 골프볼의 비행거리 및 비행방향을 분석하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

복수의 이미지센서는 천정에 설치되며, 각각 진행하는 골프볼을 위에서 촬영하며, 상기 프로세서는 상기 적어도 2개의 영상프레임의 골프볼 위치 차이를 이용하여 수평변화를 감지하고, 적어도 2개의 영상프레임에 촬영된 골프볼의 크기 차이를 이용하여 골프볼의 수직변화를 감지할 수 있다.

복수의 이미지센서는 지면에 돌출되도록 설치되며, 각각 진행하는 골프볼을 측면에서 촬영하며, 상기 프로세서는 적어도 2개의 영상프레임을 골프볼 위치 차이를 이용하여 수직변화를 감지하고, 적어도 2개의 영상프레임에 촬영된 골프볼의 크기 차이를 이용하여 골프볼의 수평변화를 감지할 수 있다.

상기 볼감지부는, 골프볼의 수평 위치변화를 감지하며, 상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 수평진행방향의 수평영역을 촬영하여 각각 하나의 수평 영상프레임을 생성하는 복수의 수평이미지센서를 가진 수평감지부 및 골프볼의 수직 위치변화를 감지하며, 상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 수직진행방향의 수직영역을 촬영하여 각각 하나의 수직 영상프레임을 생성하는 복수의 수직이미지센서를 가진 수직감지부를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 수평감지부의 복수 수평이미지센서가 각각 생성한 적어도 2개의 수평 영상프레임과 상기 수직감지부의 복수 수직이미지센서가 각각 생성한 적어도 2개의 수직 영상프레임을 기초로 골프볼의 비행거리 및 비행방향을 분석할 수 있다.

상기 복수의 수평이미지센서는 골프볼 목표방향의 수직방향을 따라 배치되며, 각각 동일한 영역을 촬영할 수 있다.

상기 복수의 수평이미지센서 및 복수의 수직이미지센서는 각각 골프볼의 목표방향을 따라 배치되며, 상기 복수의 수평이미지센서는 서로 다른 크기의 영역을 촬영하며, 상기 복수의 수직이미지센서는 서로 다른 크기의 영역을 촬영할 수 있다.

상기 촬영영역은 적어도 부분적으로 중첩할 수 있다.

상기 복수의 수평이미지센서 중 하나는 골프볼의 초기위치를 감지할 수 있다.

상기 수평감지부와 상기 수직감지부는 각각 수평 디지털 신호 프로세서와 수직 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 수평감지부와 수직감지부는 각각 수평 프레임 버퍼와 수직 프레임 버퍼를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 각 채널의 복수 수평 및 수직 이미지센서들이 하나의 영상만을 촬영하여 궤적분석에 필요한 2 이상의 영상프레임을 생성하고 분석함으로써 성능을 좋게 하면서도 제조원가를 낮출 수 있는 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적분석장치를 제공할 수 있다.

또한, 수평 및 수직센서채널를 구성하는 복수의 센서는 서로 다른 촬영영역을 갖도록 설정할 수 있기 때문에 넓은 영역을 감지할 수 있다.

또한, 복수의 감지 센서 각각은 하나의 영상 프레임만을 촬영하기 때문에 충분한 조리개 개방시간을 제공함으로써 낮은 조도에도 선명한 이미지를 얻을 수 있어 분석의 정확도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스크린골프 시스템의 배치구조를 나타내는 도,
도 2는 도 1의 스크린골프 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 3은 제1실시예에 따른 수평감지부의 구성을 나타내는 도,
도 4는 제1실시예에 따른 수평 감지부의 촬영영역을 나타내는 도,
도 5는 제실시예에 따른 수직 감지부의 촬영영역을 나타내는 도,
도 6은 제2실시예에 따른 수평감지부의 촬영영역을 나타내는 도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 스크린골프 시스템의 구성을 나타내는 블럭도, 및
도 8은 도 7의 골프볼 궤적분석장치의 볼감지부의 촬영영역을 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경 (modification), 균등물 (equivalent), 및/또는 대체물 (alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 명세서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 1 및 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스크린골프 시스템(1)을 나타낸 도이다. 스크린 골프시스템(1)은 스윙부(100), 볼트리거신호 발생부(200), 수평센서모듈(300), 수직센서모듈(400), 스크린(500), 프로젝터(600), 및 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)를 포함한다.

스윙부(100)는 플레이어가 위치하여 골프볼(10)을 치는 스윙플레이트(110), 및 골프볼(10)을 초기위치에 위치시키는 티박스 영역(120)을 포함한다.

스윙플레이트(110)는 골프볼을 기준으로 한 플레이어의 위치에 따른 경사를 조절하는 경사조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

티박스 영역(120)은 드라이브 티(122), 페어웨이 영역(124), 러프영역(126) 및 벙커영역(128)를 포함한다. 물론 이러한 티박스 구성(120)은 필요에 따라 줄이거나 새로운 영역을 추가할 수도 있다.

볼트리거신호 발생부(200)는 티박스 영역(120)의 전방 지면에서 돌출된 수직이미지센서 설치구조물(130)에 배치된다. 물론 볼트리거신호 발생부(200)는 개별적으로 또는 천정의 수평 이미지센서 설치구조물(140)에 함께 설치될 수도 있다. 볼트리거신호 발생부(200)는 티박스 영역(120) 상의 골프볼(10)의 초기위치를 파악하고, 초기위치에서 골프볼의 이동을 감지하고, 이동시점에 실시간으로 수평카메라모듈(300) 및 수직카메라모듈(400)에 볼트리거신호를 전송한다. 볼트리거신호 발생부(200)는 특정 파장의 적외선 레이저를 소정 주파수로 티박스 영역(120)에 주사하고 티박스 영역으로부터 반사된 적외선 레이저를 수신하여 골프볼(10)의 초기위치 및 움직임을 감지하는 레이저 센서로 구현될 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이 수평센서모듈(300)은 천장에 배치되어 지면을 향해 촬영하는 예를 들면 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340), 수평센서제어부(340), 수평센서 메모리(350), 및 수평센서 디지털신호 프로세서(DSP)(360)를 포함하여 구성한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 천장에 목표방향(y축방향)의 수직방향(x방향), 플레이어와 초기위치의 골프공을 연결하는 라인에 나란하게 배치된다. 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서로 구현될 수 있다. 이와 같이 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)를 플레이어와 초기위치의 골프공을 연결하는 라인에 나란하게 배치하면, 골프공을 감지할 수 있는 영역의 폭이 L11~L42로 넓어지기 때문에 미스센싱의 가능성을 획기적으로 줄일 수 있다. 만일, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)를 목표방향(y축방향)에 나란히 배치하면, 골프공이 떠서 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340) 각각의 감지폭(L11~L12, L21~L22, L31~L32, L41~L42)으로 줄어들어 미스센싱이 발생할 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 사전 설정된 동일한 감지영역(H1~H4)을 촬영한다. 이때, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 상기 볼트리거신호 발생부(200)로부터 전송된 볼트리거신호에 반응하여 각각 하나의 영상프레임을 촬영한다. 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 상기 볼트리거신호에 따라 동시에 촬영하는 것이 아니라 골프볼(10) 진행속도를 감안하여 순차적으로 정해진 시간에 따라 이미지촬영을 수행한다. 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 제1~4의 영상프레임(H1~4)을 촬영한다. 결과적으로, 제1의 영상프레임(H1)에 촬영된 골프공의 위치는 (x1,y1), 제2의 영상프레임(H2)에 촬영된 골프공의 위치는 (x2,y2), 제3의 영상프레임(H3)에 촬영된 골프공의 위치는 (x3,y3), 제4의 영상프레임(H4)에 촬영된 골프공의 위치는 (x4,y4)이다. 골프공의 수평방향 위치변화는 4개의 영상프레임(H1~4)중 제1영상프레임(H1)과 제4영상프레임(H4)을 이용하여 산출할 수 있다. 즉, 제1의 영상프레임(H1)의 골프공 위치(x1,y1)에서 제4의 영상프레임(H4)의 골프공 위치(x4,y4)를 이용하여 골프공 수평변화를 알아낼 수 있다. 제1~4의 영상프레임(H1~4) 모두가 골프공을 촬영하면 2개의 영상프레임, 바람직하게는 제1의 영상프레임(H1)과 제4의 영상프레임(H4)을 선택하여 수평위치 변화를 산출한다. 제1~4의 영상프레임(H1~4)중 적어도 2개의 영상프레임에 골프공이 촬영되기만 수평위치 변화를 산출할 수 있다. 그러나 제1~4의 영상프레임(H1~4)중 하나만 골프공을 촬영할 경우 초기위치(x0,y0)를 이용하여 수평위치 변화를 산출할 수 있다. 만일, 제1~4의 영상프레임(H1~4)중 어느 것도 골프공이 촬영되지 않았으면 에러로 처리하여 초기화한다. 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 하나의 볼트리거신호에 대응하여 정해진 동일 촬영영역에 대한 하나의 영상프레임(H1~H4)을 촬영한 후, 적어도 2개의 영상프레임 내의 객체인 골프공의 이동변화를 이용하기 때문에 고속의 연속촬영을 위한 고가의 고속이미지센서를 사용하지 않더라도 낮은 휘도 환경에서 더 좋은 해상도와 더 넓은 감지영역을 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 수평센서 모듈의 감지영역을 나타낸다. 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 천장에 목표방향(y축방향), 즉 플레이어와 초기위치의 골프공을 연결하는 라인에 수직 라인에 나란하게 배치된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 사전 설정된 다른 감지영역(H1~H4)을 촬영한다. 이때, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 상기 볼트리거신호 발생부(200)로부터 전송된 볼트리거신호에 반응하여 각각 하나의 영상프레임을 촬영한다. 또한, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 각각 골프볼(10)의 진행방향을 따라 순서대로 소정의 영역(H1~H4)을 촬영한다. 즉, 제1-4의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340)는 상기 볼트리거신호에 따라 동시에 촬영하는 것이 아니라 골프볼(10) 진행속도를 감안하여 순차적으로 정해진 시간에 따라 이미지촬영을 수행한다.

제1의 수평이미지센서(310)는 도 5에 나타낸 바와 같은 제1수평영역(H1)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 초기위치(x0,y0)에서 이동한 골프볼(10)의 1차 위치(x1,y1)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 초기 위치(x0,y0)와 1차 위치(x1,y1)를 통하여 1차 이동거리 및 1차 진행각도를 확인할 수 있고, 볼트리거신호 생성시간과 제1수평이미지센서(310)의 촬영시간을 고려하면 수평평면(xy평면)의 1차 이동시간, 1차 이동거리, 1차 이동방향(각)을 알 수 있다.

제2의 수평이미지센서(320)는 도 5에 나타낸 바와 같은 제2수평영역(H2)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 1차위치(x1,y1)에서 이동한 골프볼(10)의 2차 위치(x2,y2)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 1차 위치(x1,y1)와 2차 위치(x2,y2)를 통하여 2차 이동거리 및 2차 진행각도를 확인할 수 있고, 1차 수평이미지 촬영시간과 제2수평이미지센서(320)의 촬영시간을 차이를 고려하면 수평평면(xy평면)의 2차 이동시간, 2차 이동거리, 2차 이동방향(각)을 알 수 있다.

제3의 수평이미지센서(330)는 도 5에 나타낸 바와 같은 제3수평영역(H3)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 골프볼(10)이 확인되지 않는다. 이는 제3의 수평이미지센서(330)와 제4의 수평이미지센서(340)가 나란히 동일한 y축 범위를 촬영하고, 골프볼(10)이 우측으로 휘어져 제4의 수평이미지센서(340)에 의해서만 촬영되기 때문이다.

제4의 수평이미지센서(340)는 도 5에 나타낸 바와 같은 제4수평영역(H4)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 2차 위치(x2,y2)에서 이동한 골프볼(10)의 3차 위치(x3,y3)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 2차 위치(x2,y2)와 3차 위치(x3,y3)를 통하여 3차 이동거리 및 3차 진행각도를 확인할 수 있고, 2차 수평이미지 촬영시간과 제4의 수평이미지센서(340)의 촬영시간을 차이를 고려하면 수평평면(xy평면)의 3차 이동시간, 3차 이동거리, 3차 이동방향(각)을 알 수 있다.

결과적으로 제1, 2, 4의 수평이미지센서(310, 320, 340)에 의해 측정된 제1~3차 수평방향의 이동거리, 이동시간와 이동방향을 결정할 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제1~4의 수평영역(H1~H4)은 적어도 서로 부분 중첩되는 것이 바람직하다. 이는 각 촬영영역들 사이에 촬영 사각지대의 발생을 방지하여 감지의 신뢰성을 높이기 위한 것이다. 선택적으로, 4개의 수평이미지센서(310, 320, 330, 340) 중 하나는 초기위치를 감지하는 이미지센서로 이용할 수도 있다.

수평센서제어부(350)는 예를 들면 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array), 주문형반도체(ASIC)와 같은 반도체 프로세서로 구현될 수 있다. 수평센서제어부(350)는 볼트리거신호 발생부(200)로부터 수신한 볼트리거신호에 따라 초고속 타이머 스위치(미도시)를 이용하여 제1~4의 수평이미지센서가 소정 시간에 정해진 영역들을 촬영할 수 있도록 촬영명령을 전송한다. 수평센서제어부(350)는 제1~4의 수평이미지센서가 촬영한 영상프레임을 수평센서 메모리(360)에 저장한다. 수평센서제어부(350)는 수평센서 메모리(360)에 저장된 영상 프레임을 읽어 수평 디지털신호 프로세서(DSP)(370)에 전송한다.

수평센서 메모리(360)는 프레임 메모리로서 제1~4의 수평이미지센서가 촬영한 영상프레임, 및 기타 한정되지 않은 데이터를 저장한다. 수평센서 메모리(360)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

수평 디지털신호 프로세서(DSP)(370)는 상기 수평센서 메모리에 저장된 영상프레임들을 분석한다. 즉, 4개의 수평영역(H1~H4)을 촬영한 2개 이상의 영상프레임을 분석하여 골프볼(10)의 수평 이동거리, 수평 이동시간, 수평진행방향, 수평회전방향, 수평 회전량을 분석할 수 있다.

수직센서모듈(400)은 도 2에 나타낸 바와 같이 지상으로부터 돌출하여 전방을 향해 촬영하기 위한 예를 들면 제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430), 수직센서제어부(440), 수직센서 메모리(450), 및 수직센서 디지털신호 프로세서(DSP)(460)를 포함하여 구성한다.

제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430)는 각각 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서로 구현될 수 있다. 제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430)는 각각 사전 설정된 다른 감지영역(V1~V3)을 촬영한다. 이때, 제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430)는 상기 볼트리거신호 발생부(200)로부터 전송된 볼트리거신호에 반응하여 각각 하나의 영상프레임을 촬영한다. 제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430)는 각각 골프볼(10)의 진행방향(y방향)을 따라 순서대로 소정의 수직영역(V1~V3)을 촬영한다. 즉, 제1-3의 수직이미지센서(410, 420, 430)는 상기 볼트리거신호에 따라 동시에 촬영하는 것이 아니라 골프볼(10) 진행속도를 감안하여 순차적으로 정해진 시간에 따라 이미지촬영을 수행한다.

제1의 수직이미지센서(410)는 도 6에 나타낸 바와 같은 제1수직영역(V1)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 초기위치(y0,z0)에서 이동한 골프볼(10)의 1차 위치(y1,z1)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 초기 위치(y0,z0)와 1차 위치(y1,z1)를 통하여 1차 이동거리 및 1차 진행각도를 확인할 수 있고, 볼트리거신호 생성시간과 제1수직이미지센서(410)의 촬영시간을 고려하면 수직평면(yz평면)의 1차 이동시간, 1차 이동거리, 1차 이동방향(각)을 알 수 있다.

제2의 수직이미지센서(420)는 도 6에 나타낸 바와 같은 제2수직영역(V2)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 1차위치(y1,z1)에서 이동한 골프볼(10)의 2차 위치(y2,z2)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 1차 위치(y1,z1)와 2차 위치(y2,z2)를 통하여 2차 이동거리 및 2차 진행각도를 확인할 수 있고, 1차 수직이미지 촬영시간과 제2의 수직이미지센서(420)의 촬영시간을 차이를 고려하면 수직평면(yz평면)의 2차 이동시간, 2차 이동거리, 2차 이동방향(각)을 알 수 있다.

제3의 수직이미지센서(430)는 도 6에 나타낸 바와 같은 제3수평영역(H3)에 대한 이미지를 촬영한다. 이때, 촬영된 이미지에는 2차 위치(y2,z2)에서 이동한 골프볼(10)의 3차 위치(y3,z3)를 확인할 수 있다. 여기서, 확인된 2차 위치(y2,z2)와 3차 위치(y3,z3)를 통하여 3차 이동거리 및 3차 진행각도를 확인할 수 있고, 2차 수직이미지의 촬영시간과 제3의 수직이미지센서(430)의 촬영시간을 차이를 고려하면 수직평면(yz평면)의 3차 이동시간, 3차 이동거리, 3차 이동방향(각)을 알 수 있다.

결과적으로 제1~3의 수직이미지센서(410, 420, 430)에 의해 측정된 1~3차 골프볼 이동시간, 이동거리, 이동방향, 회전량을 알 수 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제1~3의 수직영역은 적어도 서로 부분 중첩되는 것이 바람직하다. 이는 각 촬영영역들 사이에 촬영 사각지대의 발생을 방지하여 감지의 신뢰성을 높이기 위한 것이다.

제1~제3의 수직이미지센서(430)는 도 3의 수평이미지센서들(310,320,330,340)과 같이 수직 방향(z방향)으로 나란히 배치하고 동일한 영역을 감지할 수도 있다. 이 경우, 제1~제3의 수직이미지센서(430)는 수직방향 감지범위가 매우 높아져 매우 높은 궤도로 친 골프공도 감지할 수 있다.

수직센서제어부(440)는 예를 들면 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array), 주문형반도체(ASIC)와 같은 반도체 프로세서로 구현될 수 있다. 수직센서제어부(440)는 볼트리거신호 발생부(200)로부터 수신한 볼트리거신호에 따라 초고속 타이머 스위치(미도시)를 이용하여 제1~3의 수직이미지센서가 소정 시간에 정해진 영역들을 촬영할 수 있도록 촬영명령을 전송한다. 수직센서제어부(440)는 제1~3의 수직이미지센서가 촬영한 영상프레임을 수직센서 메모리(450)에 저장한다. 수직센서제어부(440)는 수직센서 메모리(450)에 저장된 영상 프레임을 읽어 디지털신호 프로세서(DSP)(460)에 전송한다.

수직센서 메모리(450)는 제1~3의 수직이미지센서가 촬영한 영상프레임, 및 기타 한정되지 않은 데이터를 저장한다. 수직센서 메모리(450)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다

수직 디지털신호 프로세서(DSP)(460)는 상기 수직센서 메모리(450)에 저장된 영상프레임들을 분석한다. 즉, 3개의 수직영역(V1~V3)을 촬영한 2 이상의 영상프레임을 분석하여 골프볼(10)의 수직 이동거리, 수직 이동시간, 수직진행방향, 수직회전방향, 회전량을 분석할 수 있다.

골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)는 중앙처리장치(CPU), 영상처리장치, MS윈도우와 같은 운영체제(OS), 운영체제 상에서 가동되는 골프볼 궤적 시뮬레이션 프로그램 등을 포함하는 퍼스널 컴퓨터 또는 서버로 구현된다. 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)는 상기 수평센서모듈(300)에서 분석한 수평 이동거리, 수평 이동시간, 수평진행방향, 수평회전방향, 수평회전량과 같은 수평 데이터 및 수직센서모듈(400)에서 분석한 수직 이동거리, 수직 이동시간, 수직진행방향, 수직회전방향, 수직회전량과 같은 수직 데이터를 기초로 3차원상의 벡터값(수평과 수직방향, 속도, 각도)는 물론 공기 역학과 마찰에 의한 변화를 재현하기 위한 스핀값을 계산한다. 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)는 이와 같은 3차원 벡터값과 스핀값을 이용하여 전체적인 골프볼(10) 이동거리와 진행방향을 예측하여 최종 도착지점을 산출한다. 즉, 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)는 각 수평 및 수직 채널별로 획득한 결과값을 종합하여 보정 및 최종 계측값을 도출하고 이 결과 값을 사용하려는 최종 모듈에 전달하는 기능을 수행한다.

골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700)는 플레이어가 티박스(120) 상에서 친 골프볼(10)을 제1~4의 수평센서모듈(300) 및 제1~3의 수직센서모듈(400)에서 감지하여 골프볼(10)의 진행속도, 진행방향 및 회전량을 고려하여 산출한 최종 도달지점을 시뮬레이션하여 가상의 골프장 코스 상에 적용하고, 이를 프로젝터 또는 디스플레이(600)를 이용하여 스크린(500)상에 실시간으로 표시한다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 스크린골프 시스템(1)의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 스크린골프 시스템(1)은 볼트리거신호 발생부(200'), 볼감지부(300'), 스크린(500'), 프로젝터(600'), 및 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')를 포함한다. 도 2의 제1실시예와 다른 점은 골프공의 위치변화를 수평 및 수직 채널로 구분하여 구성하는 것이 아니라 하나의 감지채널만으로 구성한 것이다.

볼트리거신호 발생부(200')는 티박스 영역(120)의 전방 지면에서 돌출된 수직이미지센서 설치구조물(130)에 배치된다. 물론 볼트리거신호 발생부(200')는 개별적으로 또는 천정의 수평 이미지센서 설치구조물(140)에 함께 설치될 수도 있다. 볼트리거신호 발생부(200')는 티박스 영역(120) 상의 골프볼(10)의 초기위치를 파악하고, 초기위치에서 골프볼의 이동을 감지하고, 이동시점에 실시간으로 볼감지모듈(300')에 볼트리거신호를 전송한다. 볼트리거신호 발생부(200')는 특정 파장의 적외선 레이저를 소정 주파수로 티박스 영역(120)에 주사하고 티박스 영역으로부터 반사된 적외선 레이저를 수신하여 골프볼(10)의 초기위치 및 움직임을 감지하는 레이저 센서로 구현될 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이 볼감지모듈(300')은 천장에 배치되어 지면을 향해 촬영하는 예를 들면 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340'), 센서 메모리(350'), 및 센서 디지털신호 프로세서(DSP)(360')를 포함하여 구성한다.

제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 천장에 목표방향(y축방향)의 수직방향(x방향), 플레이어와 초기위치의 골프공을 연결하는 라인에 나란하게 배치된다. 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 각각 CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서로 구현될 수 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 각각 사전 설정된 동일한 감지영역(H1~H4)을 촬영한다. 이때, 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 상기 볼트리거신호 발생부(200')로부터 전송된 볼트리거신호에 반응하여 각각 하나의 영상프레임을 촬영한다. 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 상기 볼트리거신호에 따라 동시에 촬영하는 것이 아니라 골프볼(10) 진행속도를 감안하여 순차적으로 정해진 시간에 따라 이미지촬영을 수행한다. 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 각각 제1~4의 영상프레임(H1~H4)을 촬영한다. 결과적으로, 제1의 영상프레임(H1)에 촬영된 골프공의 위치는 (x1,y1), 제2의 영상프레임(H2)에 촬영된 골프공의 위치는 (x2,y2), 제3의 영상프레임(H3)에 촬영된 골프공의 위치는 (x3,y3), 제4의 영상프레임(H4)에 촬영된 골프공의 위치는 (x4,y4)이다. 골프공의 수평방향 위치변화는 4개의 영상프레임(H1~H4)중 제1영상프레임(H1)과 제4영상프레임(H4)을 이용하여 산출할 수 있다. 즉, 제1의 영상프레임(H1)의 골프공 위치(x1,y1)에서 제4의 영상프레임(H4)의 골프공 위치(x4,y4)를 이용하여 골프공 수평변화를 알아낼 수 있다. 제1~4의 영상프레임(H1~4) 모두가 골프공을 촬영하면 2개의 영상프레임, 바람직하게는 제1의 영상프레임(H1)과 제4의 영상프레임(H4)을 선택하여 수평위치 변화를 산출한다. 제1~4의 영상프레임(H1~4)중 적어도 2개의 영상프레임에 골프공이 촬영되기만 수평위치 변화를 산출할 수 있다. 그러나 제1~4의 영상프레임(H1~H4)중 하나만 골프공을 촬영할 경우 초기위치(x0,y0)를 이용하여 수평위치 변화를 산출할 수도 있다. 만일, 제1~4의 영상프레임(H1~H4)중 어느 것도 골프공이 촬영되지 않았으면 에러로 처리하여 초기화한다. 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 각각 하나의 볼트리거신호에 대응하여 정해진 동일 촬영영역에 대한 하나의 영상프레임(H1~H4)을 촬영한 후, 적어도 2개의 영상프레임 내의 객체인 골프공의 이동변화를 이용하기 때문에 고속의 연속촬영을 위한 고가의 고속이미지센서를 사용하지 않더라도 낮은 휘도 환경에서 더 좋은 해상도와 더 넓은 감지영역을 제공할 수 있다.

골프공의 수직변화는 제1~4의 영상프레임(H1~H4)에 촬영된 각 골프공의 크기변화를 비교하여 알아낼 수 있다. 즉, 초기위치의 골프공 크기와 제4영상프레임(H4)에 촬영된 골프공의 크기를 비교할 때, 수직변화없이 진행하면 수직변화는 없는 것이고 크기가 커지면 수직변화가 있는 것이다. 결과적으로 바닥과 이미지센서까지의 거리와 골프공 크기변화를 기준으로 바닥으로부터의 수직 높이를 산출할 수 있다.

제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 바닥에 돌출시켜 플레이어의 전방에 목표방향(y축방향), 즉 플레이어와 초기위치의 골프공을 연결하는 라인의 수직 라인에 나란하게 배치될 수 있다. 이경우 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')가 각각 촬영한 제1~4영상프레임에 촬영된 골프공의 위치변화를 이용하여 골프공의 수직위치변화를 알아내고, 골프공의 크기변화를 이용하여 수평변화를 알아낼 수 있다.

도 8에서 제1-4의 이미지센서(310', 320', 330', 340')는 동일한 감지영역을 촬영하는 것으로 설명하였지만, 필요에 따라 도 5와 같이 서로 다른 감지영역을 촬영하도록 설계할 수도 있다.

수평센서제어부(350')는 예를 들면 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: Field Programmable Gate Array), 주문형반도체(ASIC)와 같은 반도체 프로세서로 구현될 수 있다. 수평센서제어부(350')는 볼트리거신호 발생부(200')로부터 수신한 볼트리거신호에 따라 초고속 타이머 스위치(미도시)를 이용하여 제1~4의 이미지센서가 소정 시간에 정해진 영역들을 촬영할 수 있도록 촬영명령을 전송한다. 센서제어부(350')는 제1~4의 이미지센서가 촬영한 영상프레임을 센서 메모리(360')에 저장한다. 센서제어부(350')는 센서 메모리(360')에 저장된 영상 프레임을 읽어 디지털신호 프로세서(DSP)(370')에 전송한다.

센서 메모리(360')는 프레임 메모리로서 제1~4의 이미지센서가 촬영한 영상프레임, 및 기타 한정되지 않은 데이터를 저장한다. 센서 메모리(360')는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

디지털신호 프로세서(DSP)(370')는 상기 센서 메모리에 저장된 영상프레임들을 분석한다. 즉, 4개의 수평영역(H1~H4)을 촬영한 2개 이상의 영상프레임을 분석하여 골프볼(10)의 수평 이동거리, 수평 이동시간, 수평진행방향, 수평회전방향, 수평 회전량을 분석할 수 있다.

골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')는 중앙처리장치(CPU), 영상처리장치, MS윈도우와 같은 운영체제(OS), 운영체제 상에서 가동되는 골프볼 궤적 시뮬레이션 프로그램 등을 포함하는 퍼스널 컴퓨터 또는 서버로 구현된다. 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')는 상기 볼감지모듈(300')에서 분석한 수평 이동거리, 수평 이동시간, 수평진행방향, 수평회전방향, 수평회전량과 같은 데이터 및 각 영상프레임에 촬영된 객체인 골프공의 크기 데이터를 이용하여 분석한 수직 이동거리, 수직 이동시간, 수직진행방향, 수직회전방향, 수직회전량과 같은 수직 데이터를 기초로 3차원상의 벡터값(수평과 수직방향, 속도, 각도)는 물론 공기 역학과 마찰에 의한 변화를 재현하기 위한 스핀값을 계산한다. 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')는 이와 같은 3차원 벡터값과 스핀값을 이용하여 전체적인 골프볼(10) 이동거리와 진행방향을 예측하여 최종 도착지점을 산출한다. 즉, 골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')는 각 수평 및 수직 채널별로 획득한 결과값을 종합하여 보정 및 최종 계측값을 도출하고 이 결과 값을 사용하려는 최종 모듈에 전달하는 기능을 수행한다.

골프볼 궤적 시뮬레이션 장치(700')는 플레이어가 티박스(120) 상에서 친 골프볼(10)을 제1~4의 센서모듈(300')에서 감지하고 골프볼(10)의 진행속도, 진행방향 및 회전량을 고려하여 산출한 최종 도달지점을 시뮬레이션하여 가상의 골프장 코스 상에 적용하고, 이를 프로젝터 또는 디스플레이를 이용하여 스크린상에 실시간으로 표시한다.

이상과 같이, 복수의 이미지센서들이 각각 하나의 영상프레임만을 촬영하고 촬영된 영상프레임들 중 적어도 2개를 이용함으로써 넓은 감지영역과 정확한 감지능력을 제공할 뿐만 아니라 낮은 조도 환경에서도 선명한 화질의 피사체를 획득할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 한정된 예시적 실시예와 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 동작들은 단일 또는 복수의 프로세서에 의해 그 동작이 구현될 수 있을 것이다. 이러한 경우 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령이 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판단 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM이나 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 본 발명에서 설명된 기지국 또는 릴레이의 전부 또는 일부가 컴퓨터 프로그램으로 구현된 경우 상기 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체도 본 발명에 포함된다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 스크린 골프 시스템
100: 스윙부
110: 스윙 플레이트
120: 티박스
200: 볼트리거신호 발생부
300: 수평센서모듈
400: 수직센서모듈
500: 스크린
600: 프로젝터
700: 골프볼 궤적 시뮬레이션 유닛

Claims (2)

1. 스크린골프 시스템의 골프볼 궤적 분석장치에 있어서,
   초기위치에서의 골프볼 이동을 감지하고 이동시점에 볼 트리거 신호를 생성하는 볼트리거신호 발생부와;
   상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 수평진행방향의 동일한 수평영역을 각각 촬영하여 각각 하나의 수평 영상프레임을 생성하는 복수의 수평이미지센서, 상기 복수의 수평이미지센서를 제어하는 수평센서제어부, 및 상기 복수의 수평이미지센서가 생성한 2 이상의 수평 영상프레임에 의해 골프볼의 수평면 공간좌표 변화를 분석하는 수평 디지털신호 프로세서를 구비한 수평 볼감지부와;
   상기 볼트리거신호에 따라 골프볼의 초기 위치에서 수직진행방향의 동일한 수직영역을 각각 촬영하여 각각 하나의 수직 영상프레임을 생성하는 복수의 수직이미지센서, 상기 복수의 수직이미지센서를 제어하는 수직센서제어부, 및 상기 복수의 수직이미지센서가 생성한 2 이상의 수직 영상프레임에 의해 골프볼의 수직면 공간좌표 변화를 분석하는 수직 디지털신호 프로세서를 구비한 수직 볼감지부와;
   상기 수평 디지털신호 프로세서와 상기 수직 디지털신호 프로세서가 각각 분석한 골프볼의 수평면 공간좌표 변화와 수직면 공간좌표 변화를 기초로 3차원 벡터값과 스핀값을 계산하고, 상기 3차원 벡터값과 스핀값을 이용하여 전체적인 골프볼 이동거리와 진행방향을 예측하여 최종 도착지점을 산출하는 골프볼 궤적 시뮬레이션 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 골프 시스템의 골프볼 궤적 분석장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수평 볼감지부와 수직 볼감지부는 각각 수평 프레임 버퍼와 수직 프레임 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 골프 시스템의 골프볼 궤적 분석장치.
   

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