최근 체감형 스포츠 게임이 늘어나면서 실제 사용자의 동작을 인식하는 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중에서도 골프에 관한 연구가 활발하다. 본 논문에서는 고속CCD카메라를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정한다. 고속CCD카메라는 촬영 시, 한 장의 이미지에 여러 번의 노출을 이용하여 고속으로 촬영하여 획득한 영상은 영상처리과정을 통하여 촬영된 공의 위치를 측정한다. 계산된 골프공의 위치는 물리공식을 이용하여 골프공의 비행데이터인 속도, 날아가는 방향을 계산한다. 본 시스템은 향후 비행하는 골프공뿐만 아니라, 야구, 테니스 등과 같은 타격 스포츠에서 체감형 게임 형태로 적용이 가능하다.
최근 체감형 스포츠 게임이 늘어나면서 실제 사용자의 동작을 인식하는 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중에서도 골프에 관한 연구가 활발하다. 본 논문에서는 고속CCD카메라를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정한다. 고속CCD카메라는 촬영 시, 한 장의 이미지에 여러 번의 노출을 이용하여 고속으로 촬영하여 획득한 영상은 영상처리과정을 통하여 촬영된 공의 위치를 측정한다. 계산된 골프공의 위치는 물리공식을 이용하여 골프공의 비행데이터인 속도, 날아가는 방향을 계산한다. 본 시스템은 향후 비행하는 골프공뿐만 아니라, 야구, 테니스 등과 같은 타격 스포츠에서 체감형 게임 형태로 적용이 가능하다.
Recently, while 3D sports game increases, the research that it recognizes the operation of the real user actively progresses. Most of all, the research about the golf is active. In this paper, the image acquiring in a high-speed CCD camera measures the flight data of the golf ball through the image ...
Recently, while 3D sports game increases, the research that it recognizes the operation of the real user actively progresses. Most of all, the research about the golf is active. In this paper, the image acquiring in a high-speed CCD camera measures the flight data of the golf ball through the image processing. While photographing, the high-speed camera, using this system, exposes an image at regular intervals. And line scan camera checks whether the golf ball passed or not. After the location information of the calculated golf ball calculates a speed and a direction by using the physical formula, it applies the golf simulation.
Recently, while 3D sports game increases, the research that it recognizes the operation of the real user actively progresses. Most of all, the research about the golf is active. In this paper, the image acquiring in a high-speed CCD camera measures the flight data of the golf ball through the image processing. While photographing, the high-speed camera, using this system, exposes an image at regular intervals. And line scan camera checks whether the golf ball passed or not. After the location information of the calculated golf ball calculates a speed and a direction by using the physical formula, it applies the golf simulation.
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문제 정의
그리고 고속 카메라는 수천만 원대의 고가의 장비들이기 때문에 시스템으로 사용하기엔 적합하지 않다. 본 논문에서는 1000fps이상의 고속카메라에서 획득한 영상과 같은 목적의 영상을 획득할 수 있는 고속 CCD카메라를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정한다. 먼저 골프공이 지나가는 순간을 알기 위하여 라인스캔카메라를 이용하고, 공의 지나감을 판단한 라인스캔카메라는 고속CCD카메라가 공을 촬영할 수 있도록 트리거 신호(Trigger Signal)를 보낸다.
가설 설정
하나의 블랍인 경우 골프공의 진행 방향을 알 수 없을 뿐만 아니라, 골프공의 대각선 성분에 대해 거리를 알아야 속도를 구할수 있기 때문이다. 이 때 Y축 프로젝션에서 가장 처음 만나는 값이 Y축에서의 공의 중심으로 가정한다.
제안 방법
이 때, 골프공의 영상을 보다 확실하게 얻기 위하여 각 카메라 사이에 조명을 설치한다. 그리고 양쪽에는 고속CCD카메라를 설치하여 골프공의 비행 상태를 측정한다.
그림 10은 본 논문에서 제작한 카메라 시스템이다 라인 스캔카메라를 이용하여 공이 지나감과 동시에 고속CCD카메라에 트리거 신호를 발생시켜 공을 촬영하게 하였다. 이 때 고속 카메라의 Exposure Numbers를 5로 정의하고 , Exposure Duration .
라인스캔카메라를 이용하여 골프공의 비행 유무를 판단하였고 고속 CCD 카메라를 이용하여 골프공의 비행 상태를 촬영하였다 그리고 영상처리 과정을 통하여 골프공의 진행·방향과 속도를 구하였다 그리고 나온 결과 데이터를 직접 제작한 물리 시뮬레이터에 적용하여 공의 물리적 요소와 맞는지를 확인하였다.
그림 2는 본 논문에서 사용하는 카메라의 시스템 흐름도이다. 먼저 라인 스캔 카메라를 이용하여 골프공의 비행여부를 판단한다. 골프공이 비행했다고 판단되면 골프공의 비행 모습을 촬영할 수 있는 고속 카메라에 트리거 신호를 보낸다.
본 논문에서 사용하는 고속 카메라는 우리가 일반적으로 알고 있는 한 컷 당 한 장의 이미지를 촬영할 수 있는 고속 카메라와는 달리 한 장의 이미지에 여러 컷의 이미지를 중복 시킨다 본 연구에서 사용하는 고속카메라는 Trigger 신호가 들어오면 영상을 촬영하기 시작한다. 이 때 Sensor Exposure 값은 Exposure Numbers, Exposure Duration, Exposure Interval에 의해 정의된다 여기서 Numbers Numbers의 값은 Trigger신호가 한번 들어왔을 때 몇 장의 이미지를 촬영할지를 정의한다.
카메라 시스템은 천정에 설치하여 바닥을 바라보게 한다. 시스템의 중간에 라인스캔카메라를 설치하고, 양쪽에는 고속카메라를 설치하여 골프공의 비행 상태를 측정한다. 이 때 골프공의 영상을 보다 확실하게 얻기 위하여 각 카메라 사이에 조명을 설치한다.
획득한 영상은 이진화를 하기에 적합한 계수를 찾기 위해 평균 히스토그램의 과정을 거친다. 여기서 구해진 계수를 기준 값으로 영상을 이진화 한 후 라벨링/블랍 과정을 거쳐 다섯 개의 공을 하나씩 분류한다. 이 때, 블랍 된 영상은 오른쪽부터 차례로 라벨링되는 것이 아니기 때문에 선택정렬을 이용하여 공을 다시 오른쪽부터 왼쪽의 순서로 차례로 열거 하였다.
여기서 구해진 계수를 기준 값으로 영상을 이진화 한 후 라벨링/블랍 과정을 거쳐 다섯 개의 공을 하나씩 분류한다. 이 때, 블랍 된 영상은 오른쪽부터 차례로 라벨링되는 것이 아니기 때문에 선택정렬을 이용하여 공을 다시 오른쪽부터 왼쪽의 순서로 차례로 열거 하였다. 처리된 영상(그림6.
카메라에서 받은 영상은 영상처리 과정을 거쳐 비행 속도 및 비행 방향, 그리고 골프공의 회전 속도를 측정한다.
대상 데이터
고속 카메라의 경우 형광등을 조명으로 사용할 경우, 형광등의 깜빡임 때문에 조도가 일정치 않게 된다. 그래서 본 논문에서는 100W의 할로겐램프 두개를 조명으로 사용한다.
이론/모형
이와 같은 경우, Exposure Numbers의 설정 값을 알고 있으므로 한 블랍의 크기 안에 몇 개의 골프공이 겹쳐져 있는지 가정 할 수 있다. 여기서 Y축 프로젝션기법을 이용하여 블랍의 오른쪽과 왼쪽에서의 Y좌표를 구하였다. 하나의 블랍인 경우 골프공의 진행 방향을 알 수 없을 뿐만 아니라, 골프공의 대각선 성분에 대해 거리를 알아야 속도를 구할수 있기 때문이다.
성능/효과
그리고 가장 처음에 촬영된 공과 가장 나중에 촬영된 공의 좌표는 각각 (393, 134), (253, 118)로 공식 2, 3의 계산 결과 약 152.65km/h의 속도를 얻을 수 있었다 또한 공의 진행 방향인 각도는 공식 4의 계산 결과 약 6.52°의 각도를 얻을 수 있었다.
후속연구
계산된 골프공의 위치는 물리공식을 이용하여 골프공의 비행데이터인 속도, 날아가는 방향을 계산한다. 본 시스템은 향후 비행하는 골프공뿐만 아니라, 야구, 테니스 등과 같은 타격 스포츠에서 체감형 게임 형태로 적용이 가능하다.
향후 골프공의 완벽한 비행 상태를 구현하기 위해 스테레오 매칭 알고리즘을 이용하여 골프공의 떠오르는 각의 구현과 영상에 촬영된 공의 회전을 계산하는 방법에 대하여 연구할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반인이 골프채 (드라이버)를 이용하여 골프공을 타격하였을 때, 일반적인 속도는?
그 중에서도 골프에 관한 연구가 활발하다[1]. 일반인이 골프채 (드라이버) 를 이용하여 골프공을 타격하였을 때, 일반적인 속도는 100km/h 이상이다[3].또한 세계적인 골프선수인 타이거우즈가 공을 치는 속도는 250km/h이다.
타이거우즈가 공을 치는 속도를 초 단위로 환산하면?
이를 초단위로 환산하여 . 1 초에 몇 mm를 가는지 환산해보면 1초에 약 69444.44mm를 간다는 계산 결과가 나온다. 골프공의 지름은 약 42.
고속 CCD카메라로 획득할 수 있는영상은?
30fps 1 3033ms의 속도로 찍기 때문에 지나가는 골프공을 촬영할 수없고 촬영되었다 하더라도 골프공 모습이 흐리게 촬영된다 , . 그리고 고속 카메라는 수천만 원대의 고가의 장비들이기 때문에 시스템으로 사용하기엔 적합하지 않다 본 논문에서는 1000fps이상의 고속카메라에서 획득한 영상과 같은 목적의 영상을 획득할 수 있는 고속 CCD카메라를 이용하여 골프공의 비행데이터를 측정한다. 먼저 골프공이 지나가는 순간을 알기 위하여 라인스캔카메라를 이용하고 공의 지나감을 판단한 라인스캔카메라는 고속CCD카메라가 공을 촬영할 수 있도록 트리거 신호(Trigger Signal)를 보낸다 고속CCD카메라는 촬영 시 한 장의 이미지에 여러 번의 노출을 이용하 , 여 고속으로 촬영하여 획득한 영상은 영상처리과정을 통하여 촬영된 공의 위치를 측정한다.
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