推杆分析系统的制作方法

本发明涉及推杆分析系统，更详细而言涉及一种在从相机传感器输入的影像中能够实时地检测出推杆垫、推杆、球的位置以及移动的系统。

背景技术：

在高尔夫竞技的整个杆数中，推杆冲程(puttingstroke)所占据的比率为40～50％而非常重要，其为高尔夫的代表性的四种挥杆(swing)中，大部分的高尔夫球手感到最为困难的冲程。

因此，为了实现成功的推杆冲程，利用运动学、运动力学、心理学的方法等执行有很多研究，并开发出用于辅助其的多种计测系统。

作为代表性的计测系统，利用光学方法的红外线三维动作分析相机和高速视频相机成为运动学研究的基础，作为基于传感器的电子装置的地面反力器和惯性测量系统应用于运动学和运动力学研究。

并且，虽然有在人造推杆垫上方利用薄丝构成直角坐标系并确认球的位置的方法，但是该方法不易再现，并且以手动方式确认球的位置而存在有不准确的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在不利用额外的电子设备的情况下，利用相机实时地分析球的位置及速度，并且不配备特别的设备也能够实现模拟器的菜单选择的系统。

为了实现如上所述的目的，本发明的实施例的推杆分析系统包括：多个垫标记，贴附于用于放置球的垫，以固定的物理布置距离进行贴附；垫，由与所述垫标记的颜色相对比的颜色构成；相机，用于拍摄所述垫标记；以及垫检测部，能够从所述相机拍摄的影像实时地检测所述垫的位置；所述垫检测部利用所述相机拍摄的垫标记的位置和预先决定的所述垫标记的决定的间隔来求出垫标记的三维坐标，通过所述垫检测部求出的三维坐标来提取所述垫和所述相机间的距离和高度以及安装角度，通过求出的所述垫标记的三维坐标能够获取所述垫内移动的物体的物理坐标。

根据本发明的推杆分析系统，具有实时地检测球的移动方向和速度等，从而能够提高模拟器的性能的优点，并且不配备特别的设备也实现指针功能，从而能够实现诸如菜单的选择的模拟器的运用。

附图说明

图1是示出本发明的推杆分析系统的结构的框图。

图2a至图2d是示出根据本实施例在垫布置垫标记的例的图。

图3a至图3d是示出根据本实施例在推杆贴附推杆标记的多样的情况的图。

图4a及图4b是用于说明根据本实施例执行球检测的方法的图。

图5是用于说明根据本实施例将检测出的推杆坐标利用为用于选择模拟器菜单的指针坐标的方法的图。

图6是示出根据本发明的实施例用于限制球移动的球止动件的结构的图。

图7是本发明的第二实施例的球止动件的立体图和剖视图。

图8是示出本实施例的球止动件结合于推杆垫的情形的立体图。

图9是示出基于本发明的第二实施例的球止动件的高尔夫球的排斥力的图。

图10a及图10b是示出本发明的第三实施例的球止动件的截面和使用其的高尔夫球的排斥力的图。

图11a及图11b是示出本发明的第四实施例的球止动件的截面和使用其的高尔夫球的排斥力的图。

具体实施方式

图1是示出本发明的推杆分析系统的结构的框图。

参照图1，实施例的系统包括：垫标记10，用于检测垫的位置及大小；推杆标记20，贴附于用户用手把持的推杆(putter)；以及高尔夫球30。此外，实施例的系统包括：相机50，用于拍摄所述标记；垫检测部100，利用所述相机50拍摄的影像来检测垫的位置；物体检测部110，实时地检测球和推杆的物理位置信息；球计算部120，计算球的速度和方向；指针计算部130，将推杆的移动方向变换为模拟器指针(pointer)移动坐标。

在本发明的实施例中，将推杆垫中预设定的形态的标记配置为特定形态，将其从输入影像进行检测后，使实际标记的垫内的布置信息和从影像获取的信息进行匹配，从而可以提取设置于相机50和推杆垫之间的距离、高度、角度。

此外，可以将相机50拍摄的影像的横向、纵向坐标利用所述垫检测部100和物体检测部110变换为垫内的实际物理位置，通过该过程检测球和推杆后，对检测出的位置信息进行解析，从而能够提取物理移动的距离和路径。如上所述提取出的距离和路径相关的信息通过球计算部120计算球的速度和方向，并且通过指针计算部130变换为指针坐标并利用于诸如菜单的选择的模拟器的运用。

垫的颜色由与球、垫标记以及推杆标记相对比的颜色构成，并且以所述垫标记为基准判断垫的大小及位置，因此，当垫移动的情况下，需要执行基于所述相机的再检测动作。

此外，模拟器运用所需的菜单选择功能可以利用指针计算部130将推杆的位置移动信息使用为指点设备的输入信息，通过这样的技术结构将不受制于相机与推杆垫之间的距离和位置，即使在模拟器运用中垫的位置发生变化，也能够实时地进行再检测以再计算安装信息。

图2a至图2d是示出根据本实施例在垫布置垫标记的例的图。

如图所示，可以将垫标记10以多样的方式配置于垫，垫标记10具有与垫颜色相区别的颜色，所述垫检测部100通过在从相机50输入的影像内检测垫和垫标记10，来计算垫所安装的位置和距离以及角度。垫标记10的形状可以是圆或者多边形等，垫标记10的布置位置可以由直线或多边形或者两个以上的多边形构成。

首先，对根据本发明的实施例从相机50影像获取的坐标的物理坐标变换进行说明。

通过相机50获取的影像将三维空间上的点投影于二维图像平面，针孔相机中这样的关系可以按如下的数学式1表现。

【数学式1】

[x]

[u][fx0cx][r11r12r13t1][y]

s[v]＝[0fycy][r21r22r23t2][z]

[1][001][r31r32r33t3][1]

上述的数学式1或者可以表现为sm＝a[r|t]m。

在所述数学式1中，x、y、z为世界坐标系上的三维坐标，[r|t]为用于将世界坐标系变换为相机坐标系的旋转/移动变换行列。

此外，fx、fy表示焦点长度，cx、cy表示主点，u和v表示投影的图像坐标。

并且，a为相机内部参数，[r|t]为相机外部参数，相机内部及外部参数通过相机校准过程获取。

当知道了图像上投影的坐标(u，v)时，通过利用以上所述的公式计算与之对应的三维空间坐标(x，y，z)，能够算出很多坐标。

但是，在仅知道作为高度成分的z值时，可以知道三维上的(x，y)。

当且时，

上述的数学式1可以表现为如下的数学式2。

【数学式2】

[u][fx0cx][r11r12c1][x]

s[v]＝[0fycy][r21r22c2][y]

[1][001][r31r32c3][1]

上述的数学式2可以整理为如下的数学式3。

【数学式3】

[x][u]

[y]＝sa-1b-1[v]

[1][1]

在推杆垫内，球在z＝0的平面上移动，推杆进行与人的身高成比例的运动，在球被推杆撞击的瞬间，推杆以z值最为靠近0的方式移动。通过这样的条件能够获取二维上投影的物体的三维坐标，因此，可以通过利用以上的数学式从相机传感器获取的二维坐标(u，v)来得到用于实现推杆模拟器的三维坐标x及y。

如图2所示的多样的例，对通过垫标记的检测来提取相机50和垫的安装位置的过程进行说明。

将推杆垫内与垫相对比的颜色的多个垫标记10以直线或者多边形的形态贴附于垫。此时，使垫标记与垫标记之间的物理距离以特定长度保持恒定。

在通过相机50获取的影像中，可以通过垫与垫标记之间的颜色对比来全部找到垫及设置于垫内的多个垫标记，并可以提取从影像检测出的垫标记的位置和垫标记之间的距离以及倾斜度。

当将从影像获取的垫标记的信息和配置于实际垫内的垫标记的信息进行比较时，可以求出垫从相机50隔开的距离和相机50所安装的高度以及在相机观察的方向上垫倾斜的角度。

当三维空间上的坐标和与之对应的图像上的2d坐标对有多个时，可以求出相机外部参数，由于配置于垫的多个垫标记之间的距离和布置的间隔预先进行定义，因而能够知道三维坐标，通过标记检测还能够知道图像上的标记位置，据此能够求出相机外部参数。

在将所述相机的外部参数设为的情况下，相机的位置可以通过如下的数学式4求出。

【数学式4】

cz：相机和垫之间的高度

sqrt(cx*cx+cy*cy+cz*cz)：相机和垫之间的距离

tan(cy/cx)：相机和垫之间的左右角度

tan(cz/sqrt(cx*cx+cy*cy))：相机和垫之间的上下角度

另外，图3a至图3d示出根据本实施例在推杆贴附推杆标记的多样的情况，由于球的大小使用诸如43mm的正规化的规格，推杆标记需要以与之能够相区别的大小进行贴附，并可以利用与球检测相同的方法识别推杆位置，对球检测进行详细的说明。

图4a及图4b是用于说明根据本实施例执行球检测的方法的图。

通过球31、32确认来求出检测出的垫内的垫的平均亮度和平均颜色后，对与求出的亮度及颜色相对比的物体全部进行检测。

标记与标记间的物理距离和影像内的标记与标记间的距离处于比例关系。检测出的物体的大小可以通过该比例关系得知，由于高尔夫球为正规化的规格的具有43mm的大小，可以将与之相符合的物体判别为球。

在图4中，第一垫标记11和第二垫标记12、第三垫标记13和第四垫标记14的水平方向的物理布置距离为相同的phy_distance_hor(单位：mm)，从相机影像获取的第一垫标记11和第二垫标记12的像素(pixel)距离为top_img_distance(单位：pixel，以下，物理距离的单位为mm，影像内的距离的单位为pixel)，第三垫标记13和第四垫标记14的pixel距离为bot_img_distance的情况下，位于第一垫标记11和第二垫标记12的线上的球的大小top_ball_size可以通过如下的数学式5求出。

【数学式5】

top_ball_size＝(43＊top_img_distance)/phy_distance_hor.

top_ball_size：上端标记中的球的图像内pixel大小(第一垫标记和第二垫标记中的球的图像内大小)

top_img_distance：上端标记1、2的图像内的pixel间隔(影像内的第一垫标记和第二垫标记之间的距离)

phy_distance_hor：标记1和2、3和4的物理距离(单位：mm)(第一垫标记和第二垫标记、第三垫标记和第四垫标记的物理距离)

此外，位于第三垫标记13和第四垫标记14的线上的球的大小bot_ball_size可以利用如下的数学式6求出。

【数学式6】

bot_ball_size＝(43＊bot_img_distance)/phy_distance_hor；

bot_ball_size：下端标记中的球的图像内pixel大小

bot_img_distance：下端标记3、4的图像内的pixel间隔

phy_distance_hor：标记1和2、3和4的物理距离(单位：mm)

影像内的横向线上的球的大小可以被认为是相同，因此，标记和标记内、外部的球的大小detect_ball_size可以使用所获取的相机影像中的top_img_distance和bot_img_distance的大小的差异以及上端的标记的pixel位置top_mark_pos和下端的标记的垂直pixel的位置bot_mark_pos以及作为检测出的球的球的影像内垂直位置的detect_ball_pos来求出，其如数学式7所示。

【数学式7】

diff_tb_pixel＝(bot_mark_pos-top_mark_pos)；

diff_top_dist＝(detect_ball_pos-top_mark_pos)；

diff_bot_dist＝(bot_mark_pos-detect_ball_pos)；

detect_ball_size＝((top_ball_size＊diff_bot_dist)+(bot_ball_size＊diff_top_dist))/diff_tb_pixel

diff_tb_pixel：上端和下端标记的图像上的pixel的间隔

diff_top_dist：图像上的球和上端标记的pixel间隔

diff_bot_dist：图像上的球和下端标记的pixel间隔

bot_mark_pos：下端标记的垂直成分pixel位置

top_mark_pos：上端标记的垂直成分pixel位置

detect_ball_pos：图像上的球的垂直成分pixel位置

detect_ball_size：检测出的球的大小

最后，对球及推杆的移动方向和速度检测进行说明。

可以通过采用所述描述的内容获得的三维坐标系来求出球与推杆的移动速度和推杆内移动方向。

物体的移动速度可以利用如下的数学式8求出。

【数学式8】

object_distance＝sqrt((previous_ypos-current-ypos)2+(previous-xpos-current-xpos)2)

object-speed＝(object_distance＊frame-rate)/1000

object_distance：物体的移动距离

previous_ypos：之前影像的物体的三维y坐标

previous_xpos：之前影像的物体的三维x坐标

current_ypos：当前影像的物体的三维y坐标

current_xpos：当前影像的物体的三维x坐标

frame_rate：相机传感器的framerate

objcect_speed：物体的移动速度

物体的移动方向为三维平面上x和y方向成分的之前帧(frame)和当前frame的差分值，将其表现为如下的数学式9。

【数学式9】

move_slope＝(current_ypos-previous-ypos)/(current_xpos-previous_xpos)

move_angle＝atan(move_slope)＊180/π

previous_ypos：之前影像的物体的三维y坐标

previous_xpos：之前影像的物体的三维x坐标

current_ypos：当前影像的物体的三维y坐标

current_xpos：当前影像的物体的三维x坐标

move_slope：物体的移动倾斜度

move_angle：物体的移动角度

图5是示出将根据本实施例检测出的推杆的坐标变换为用于选择模拟器运用所需的菜单的指针坐标来使用的情形的图。

根据本实施例，在推杆上贴附标记20且所述推杆在垫40内移动的情况下，垫内的推杆的位置移动信息90可以使用数学式1、数学式2、数学式3变换为物理位置移动70，可以将变换的物理位置使用作为指点设备的输入并显示于显示装置60，据此不受限于相机与垫的安装位置，并能够实现诸如菜单的选择的用户界面以及模拟器的运用。

另外，图6是示出本发明的第一实施例的球止动件的结构的图。

根据本实施例，在贴附有垫标记10的垫上进行推杆的情况下，当推杆的球返回到原来的位置时，将可能降低推杆练习的集中度。因此，本实施例中构成有球止动件(ballstopper)，以使用户在第一位置进行推杆的球停留于第二位置。

由于大部分在室内进行推杆练习，在基于所述球止动件的球的移动限制或者约束时，避免发生噪音同样重要。

本实施例的球止动件210构成于被推杆的球30经过的路径上，球30经过垫200上，所述球止动件210由能够容置垫200的端部的形状构成。

详细而言，所述球止动件210由诸如“c”字形状的上侧端部211被堵住的形状，其具有使圆形状的一部分被切开而开放的形状，或者其上侧端部被堵住的形状，所述垫200的端部沿着所述球止动件210的内周面与所述球止动件210相紧贴。

尤其是，所述球止动件210的上侧端部211以朝向所述垫200的方式弯折，沿着所述球止动件210内周面紧贴的垫200端部201也以与所述球止动件210的上侧端部211一同弯折的方式配置。

并且，所述球止动件210构成有用于降低所移动的球30的速度的屏障220(barrier)，被推杆的球30在进入所述球止动件210内部的过程中，与由具有预定的弹性的材质构成的屏障220相碰撞而较大地减速，在惯性的作用下，所述球30与所述球止动件210的上侧端部211所具有的向下弯折的部位再次碰撞。即，被推杆的球30先是沿着a方向移动，与所述屏障220相碰撞后沿着b方向移动，并与所述球止动件的上侧端部211再次碰撞而实现减速。

所述屏障220、垫200端部201由在与球30相接触时噪音不大的、具有预定的弹性的橡胶、硅等材质构成，通过这样的结构，能够减少被推杆的球30再次返回到起始位置的情况。

图7是本发明的第二实施例的球止动件的立体图和剖视图。

参照图7，第二实施例的球止动件包括：外部盖311，在其内部具有预定的空间，并且其一侧面呈开放；填充构件312，以接触于所述外部盖311的内侧面的状态被固定，其一部分向所述外部盖311之间露出。所述填充构件312的一部分向所述外部盖311外侧凸出。

所述外部盖311可以是将具有预定的长度的圆筒沿着延伸方向截断为一半的半圆筒形状。对所述外部盖311的侧截面进行描述，其呈诸如“c”字形状的一侧开放、另一侧堵住的形状。

所述填充构件312可以贴附于所述外部盖311以填充所述外部盖311的内侧面，并且可以从所述外部盖311凸出预定的长度大小，以使高尔夫球首先与所述填充构件312相接触。在被所述外部盖311露出的所述填充构件312的表面可以按预定的深度形成有贯通槽317。所述贯通槽317可以形成为具有与所述高尔夫球的半径(直径的1/2)相应的高度，并且使所述贯通槽317位于被碰撞的高尔夫球的中心。

所述填充构件312可以使用低弹性材料，以减小基于高尔夫球的碰撞的排斥力，优选地可以使用记忆棉或者乳胶。

在所述外部盖311和填充构件312之间可以配置有pvc薄膜316。所述pvc薄膜316可以被配置为用于提高所述外部盖311和填充构件312之间的粘结力，在组装球止动件时，所述pvc薄膜316起到使外部盖311和填充构件312之间的结合更加紧密，并使粘结状态维持更持久的作用。

在所述外部盖311的下面部314可以沿着所述外部盖311的延伸方向设置有多个第一连接部313，所述第一连接部313具有预定的直径和长度并向上凸出。所述第一连接部313与叠设于所述下面部314的上部的垫相紧固，以将所述外部盖311和垫进行连接的同时，与配置于所述外部盖311内部的填充构件312的下表面相连接，从而执行固定所述填充构件312的作用。

此外，在所述外部盖311的上面部可以沿着所述外部盖311的延伸方向设置有多个第二连接部315，所述第二连接部315具有预定的直径和长度并向下凸出。所述第二连接部315可以与配置于所述外部盖311的内部的填充构件312的上表面相连接，从而执行固定所述填充构件312的作用。

图8是示出本实施例的球止动件结合于推杆垫的情形的立体图。参照图8，实施例的球止动件310可以沿着推杆垫200的边角配置。由于高尔夫球大部分朝向球洞进行推杆，所述球止动件310优选地配置于高尔夫球主要到达的球洞的附近。

图9是示出基于本发明的第二实施例的球止动件的高尔夫球的排斥力的图。参照图9，其示出当如图8所示在推杆垫200的侧面边角设置球止动件310时，被推杆(putting)的高尔夫球接触于球止动件310的情形。

当被推杆的高尔夫球具有动能进行移动，并与配置于球止动件310的填充构件312相碰撞时，在高尔夫球的动能的作用下，填充构件312的表面的预定部分向内侧引起变形。此时，由于所述填充构件312的表面在其中心部设置有规定大小的贯通槽317，当高尔夫球与所述填充构件312相碰撞时，高尔夫球达到其一部分区域向所述贯通槽317内部进入一部分的状态。

高尔夫球和填充构件312的接触部位可以如s所示。由于所述贯通槽317的表面变形为包围所述高尔夫球的表面，设置于填充构件312的贯通槽317更加拓宽高尔夫球和填充构件312间的接触面积。由此，在填充构件312的作用下，高尔夫球的直行运动对应的能量和旋转运动对应的能量可以被更加分散。

如a、b所示，基于填充构件312的变形的排斥力沿着与填充构件312的接触面垂直的方向发生，随着具有沿着矢量的方向彼此抵消的成分，所述排斥力的大小可以减小。

图10a及图10b是示出本发明的第三实施例的球止动件的截面和使用其的高尔夫球的排斥力的图。参照图10a及图10b，第三实施例的球止动件320与第二实施例相比，外部盖及固定于所述外部盖内部的单元的形状相同，而区别在于填充构件322的形状，因此，将参照示出填充构件322的形状的侧剖视图。

所述第三实施例的填充构件322呈将所述外部盖321所包围的区域中填充的圆形的立柱沿着形成方向截断一部分的模样。具体而言，填充构件322向所述外部盖321外侧凸出的表面可以从所述外部盖320的上表面沿着下表面倾斜的方式形成，并且可以从上方越向下方沿着外部盖321的内侧方向倾斜预定的角度大小。

如图10b所示，当高尔夫球最大程度进入填充构件322的内部并进行接触时，高尔夫球和填充构件312的接触部位可以如s’所示。在此情况下，由于高尔夫球沿着相对于行进方向呈斜面的方式与所述填充构件322相接触，其接触面积将扩大，与行进方向的动能相比显著变小的排斥动能将可能沿着相反方向产生。

图11a及图11b是示出本发明的第四实施例的球止动件的截面和使用其的高尔夫球的排斥力的图。参照图11a及图11b，第四实施例的球止动件320与第一实施例相比，外部盖及固定于所述外部盖内部的单元的形状相同，而区别在于填充构件332的形状。

所述第四实施例的填充构件332的向所述外部盖331外侧露出的表面可以由从上到下按预定深度挖开槽而形成。例如，可以使露出的填充构件332的表面呈曲面的方式形成槽。

通过如上所述的方法，具有能够实时地检测基于推杆动作的球的移动方向和速度等，并且能够提高模拟器的性能的优点。