照明连续地曝光图像。然后所得到的拖尾代表球的飞行，并且球上的标记的移动代表旋转轴和速率。需要以恒定速率激发闪光，以在图像中产生明亮的定时标记从而允许精确的定时信息。可选地，可以使用正常为开的闪光灯，其中短间隔的关断允许计算定时。如果帧速率足够，则在帧结束前停止的曝光会在图像中产生间隙，这将允许找出速度。球上的标记现在具有这样的要求:当它们由于球的旋转而模糊不清时，它们产生不同图案。类似地，可以以正面形式将球杆移动捕获为拖尾或将其捕获为球杆的侧影。根据杆面和照相机之间的3D关系，侧影中的若干照相机中的边缘可以描述杆面的3D移动。需要对所用的球杆的范围起作用的设置，并且该设置允许照相机无妨碍地查看球杆。
[0212]侧影方法一一如果屏幕被拉伸越过球座区的前面、侧面或后面并且以可见光或IR进行照射，则可以通过处理由球或球杆投射到图像传感器上的阴影来测量球或球杆的行程(passage)。该阴影可以来自这样的曝光:其足够短以冻结对象的运动，或者如果更长的话则产生拖尾。不能确定球的内部特征。
[0213]球杆的侧影一一利用所使用的球杆的3D模型，通过足够的照相机由其创建的侧影将允许重构杆面的路径。照相机将需要被定位成使得球杆的临界边(critical edge)在挥杆中的一些点上是可见的。从侧影中的各边重构杆面的6轴位置。照相机可以被滤波以最大化照射波长的影响。对于绿色背景(草色)，绿色陷波滤波器将对可见光光谱具有期望的影响。对于IR照射，存在产生与其在可见光中的颜色无关的漫射照明的材料。烯烃地毯是这种性质的示例。草色垫子将‘掺杂’有这种材料以使其将根据何时用IR光进行照射来产生漫射IR照明。这使得打击区变成背光以呈现出球杆和球的轮廓。注意，照相机与移动轨迹所成的角度通过长曝光来确定侧影图像的强度。
[0214]球杆模型确定一一球杆模型是其几何性质以及诸如质量分布之类的其它性质。3D照相机以及可能的重量传感器用来捕获和导出这些值。可选地，照相机可以用来识别所用的球杆，并且从球杆性质的数据库中取得其性质。用户还可以仅输入需要的值。采用侧影方法，将需要增加球杆采集序列以便确定所用的球杆，这就允许从数据库读取或者由球杆参数确定操作确定其几何形状和性质。通过在球杆几何形状寻找程序正在运行的各个方向上将球杆移动经过照相机的视场来确定球杆参数。另外，一旦已知球杆几何形状，就可以通过从球杆质量分布程序运行的若干方向用球杆击打重量转移传感器来确定球杆质量分布。可能需要已知打击重量转移传感器表面的球杆部分，例如首先要求用底面打击球杆、然后是趾部、然后是跟部、然后是相对该面。
[0215]阴影方法一一如果来自照相机视图的球杆后的场景是黑的，并且照明来自照相机的一般方向且有一些偏移，则球杆会在球杆后面投射阴影。该阴影可以来自这样的曝光，该曝光短得足以冻结对象的运动或者如果更长的话则产生拖尾。这种方法可以与获得球的正常图像配合使用。该阴影没有包含内部特征，但确实包含关于球位置的信息，假设已知灯和照相机位置。
[0216]3D视觉模拟器系统一一包括:球数据系统；推杆系统；球杆系统；挥杆系统；以及广角照相机。
[0217]挥杆系统一一两个或更多照相机，其与进行照明以加亮各个对象相结合地从模拟器的各个区域采集信息。
[0218]广角照相机一一添加这样的照相机，其从模拟器的顶部观察(survey)是广域的。其被校准到模拟器坐标并且与模拟器时间同步。观测是从这个照相机提取的并且用于若干目的:
[0219]如果较高分辨率照相机不能具有足够的观测，则它们可以用来提供附加的观测。这可能在有很大距离的击球上发生。
[0220]得到初始球位置和打击时间。
[0221]得到球杆数据诸如水平发球角和球杆速度。
[0222]从视场中的任何地方捕获推杆信息。
[0223]广角照相机被校准并且可以使用连续照明或闪光照明。捕获并存储图像，其中模拟器的状态和来自主球数据系统的结果用于引导图像的任何处理。通过在装备系统时在图像的击打区中找出球图像，来找出球初始位置。球的高度由击打区中的球位置来确定，其中预先找出高度。另外，告知系统这是否是球座击球。还可以从主3D发球照相机中找出球的初始高度和位置，其中这个照相机中球的初始位置之间的关系连同球撞击模型一起用来准确地确定球的高度。
[0224]首先找出所击打球的定时以及球杆数据。提取球和球杆的图像。球是被直接提取的，而球杆被对照地背景提取为侧影。这个照相机可以被滤波以增强绿色背景的对比度，或者背景可以是用IR照射的IR漫射材料。
[0225]在集中于初始球位置的至少3个位置处找出球杆位置。为了找出球杆速度和水平发球角，已知球初始位置、3D发球角和3D速度。然后把这些位置拟合成与这个数据一致的杆头移动模型，从而在球打击前后找出杆头速度以及水平发球角。
[0226]对于推杆而言，照相机仅采集在初始推杆位置区中的球的图像。球正在相当缓慢地移动。获得至少2个图像，其允许找出推杆的速度和水平发球角。
[0227]这个照相机提高其速度的关键方法是利用球的已知初始位置并且在其上集中小得多的图像采集。如果仅采集区域的1/3，则这允许帧速率提高例如2倍。大多数图像传感器允许这种能力，尽管有时仅在一个方向上允许这种能力。
[0228]照相机必须被定向成允许传感器的整个长度在球飞行方向上。采集的宽度为了速度起见被减少尽可能多，但是大得足以允许典型的球杆和球角度。
[0229]所用的附加信息:简单球杆数据；推杆数据；宽击球数据；以及用于提高的准确度和覆盖度的附加FOV。
[0230]模拟器的模拟一一创建对模拟器的3D体积进行模拟的模拟器。它包含照相机和灯的模型、以及球飞行模型、高尔夫球手、高尔夫挥杆。它允许调节照相机和灯的设置以及改变模拟器的布局。它保存模拟初始条件。它根据样本击球产生图像集。它允许查看对象之间的距离和可能的冲突。它被设置成允许引入使图像恶化的各种噪声和误差条件。它可以用来设置照相机和灯并且确定给定特定模拟器配置下的最终位置。这些位置然后可以用来制作照相机和灯的座架。它允许自动测试球标记系统并且分析预期结果对(versus)所找出的结果。
[0231]可以确定最优的灯/照相机几何形状，其中模拟器上的重复运行(run)评价各个位置。模拟器的照相机/灯位置被示于图9A和9B中。在图9A中，视区40是相对于原点41由与灯43协作的第一照相机42和与灯45协作的第二照相机44所观察到的。在图9B中，增加第三照相机46以观察涵盖视区40的视区47。球的3D轨迹50被示于图10中。第一照相机42沿第一轨迹55线采集在点51 (时间I)和53 (时间3)处的图像。第二照相机44沿第二轨迹56线采集在点52(时间2)和54(时间4)处的图像。组合这个信息以生成3D轨迹线50。
[0232]运动模拟比赛空气环境捕获与模拟一一存在这个系统的若干元件:
[0233]包括海拔的地形的模型。
[0234]地形的延伸，其允许基于该地形对局部风速进行建模。
[0235]气流模型，其在找出给定位置的实际气流的过程中把地形考虑在内。
[0236]气流模型，其使用平均风速数字或天气条件来对围绕地形特征的气流进行建模。
[0237]诸如山、河流、具有树的山、海洋微风等等。
[0238]气流模型，其把季节、天气条件和一天之内的时间考虑在内。模型允许表格重新创建1s米量级的气流。
[0239]创建与位置和海拔对应的测量流值的表，所述位置和海拔提供输入以创建给定当前条件的气流值。编码方案允许高效地存储流模式。装置测量在I米区域中的风速和方向。采样各个区域以允许创建特定时间、季节、天气条件的气流图表。创建附加的风速集。将它们与由该模型针对所指示的位置和条件所给出的预测气流进行比较。如果它们足够大，则记录与模型的偏差。基于位置和条件来对风速变化和方向进行建模。在实际位置并在指定条件下对风速和方向进行测量。计算并存储对模型的修正以允许在特定的条件集下重新创建风速和方向。
[0240]风速和方向被表示为动画，其示出给定各种球飞行经过它时的可能影响。给定球参数时对球速度和方向的影响被建模并被以图形方式示出。这是当前运动事件模拟的延伸，其允许在模拟球飞行结果时更准确地使用球飞行模型。
[0241]依据专利法规的规定，本发明就被认为代表其优选实施例的内容方面进行了描述。然而，应当注意，该发明可以在不偏离其精神或范围的情况下以除了特定图解和描述的之外的方式进行实施。
【主权项】
1.一种用于收集并分析高尔夫相关3D球轨迹数据以实现自动化性能增强的系统，所述3D球轨迹数据包括发球角、球速率和球旋转；所述系统包括挥杆监视器；发球监视器；推杆剖面仪；以及球探测器；所述系统还包括:用于记录视区中的球飞行的图像的至少一个照相机；以及连接到该至少一个照相机的控制装置，并且该控制装置控制所述至少一个照相机记录球进入所述视区的初始部分的图像以检测球的进入，并且所述控制装置根据球在所述视区的初始部分中的图像预测所述视区的另一部分，在该另一部分中用所述至少一个照相机获得球的图像； 其中所述控制装置通过以下步骤使用球飞行模型以及根据球在所述视区中的图像所计算的球旋转来计算球的3D轨迹: 在球飞行的初始第一段期间从所述至少一个照相机获得球的第一多个图像； 根据所述第一多个图像确定最佳拟合第一曲线并且然后确定初始速度和发球向量；在所述球飞行模型中使用所述最佳拟合的初始速度和发球向量投影通过球飞行的第二段的球轨迹； 使用所述球飞行模型来寻找具有各种旋转速率和旋转轴的一系列球轨迹曲线； 在球飞行的第二段期间从所述至少一个照相机获得球的第二多个图像；使用所述第一多个图像和所述第二多个图像来获得最佳拟合的第二曲线；以及a)和b)中的一个，其中a)将所述一系列球轨迹曲线与所述最佳拟合的第二曲线比较并且选择所述球轨迹曲线中使所比较的曲线间的区域最小化的一个；b)确定在给定时刻所述最佳拟合的第二曲线与所述飞行模型球轨迹曲线中具有O旋转的一个的最大偏差。
2.权利要求1的系统，其中，多个照相机或高速照相机与闪光灯或红外线照明结合使用以获得图像。
3.权利要求1的系统，其中，能够分析并改进高尔夫球手的运动轮廓、挥杆设置轮廓以及骨骼运动。
4.一种用于分析球旋转的方法，包括以下步骤:a)用具有预定关系的标记来标记球；在预定时刻、在球移动经过视区期间，用校准的照相机获得所标记球的图像；预测该视区的另一部分，在该另一部分处用照相机获得对象的图像，以及针对该标记的方位来分析图像，以及把从所述图像获得的数据映射为3D表面坐标，从而获得球的3D轨迹。
5.权利要求4的方法，其中所述标记是曲线线段、螺旋线和圆中的一个。
6.权利要求4的方法，还包括:当在相同区域中记录具有已知关系的若干图像以进行比较分析时跟踪未标记球的步骤。
【专利摘要】一种用于检测对象位置与移动的系统和方法利用由与灯(43)协作的第一照相机(42)和与灯(45)协作的第二照相机(44)观测的第一视区(40)。可以增加第三照相机(46)以观测涵盖第一视区(40)的第二视区(47)。第一照相机(42)沿第一轨迹线(55)采集在时间间隔点(51)和(53)处的图像。第二照相机(44)沿第二轨迹线(56)采集在时间间隔点(52)和(54)处的图像。组合这个信息以生成对象的3D轨迹线(50)。
【IPC分类】A63B24-00, A63B69-36
【公开号】CN104524758
【申请号】CN201410709580
【发明人】J. 洛克 T.
【申请人】游戏数据有限责任公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2008年9月19日
【公告号】CN101918089A, EP2185255A1, EP2185255A4, US8328653, US20100210377, WO2009039367A1