1.本发明涉及一种能够在对高尔夫球拍摄的影像中通过标示于高尔夫球的表面的标记的分析计算随着用户用高尔夫球杆击打高尔夫球而移动的高尔夫球快速旋转的旋转信息的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法及利用其的旋转计算装置。
背景技术：
2.对于利用球的体育竞赛，尤其高尔夫，人们一直尝试通过准确地感测被高尔夫球手击打而运动的球的物理特性，并利用所感测到的值进行打球分析，或者将其实现为影像以应用于诸如所谓的屏幕高尔夫的模拟高尔夫领域。
3.尤其，就通过击打而飞走的球的旋转(spin)而言，由于以三维空间上的轴为中心以非常高的速度旋转，因此很难对其进行测量，并且，为了准确的测量，需要非常价昂的装备，代表性的有利用雷达传感器(radar sensor)的方式。
4.然而，这种价昂的感测装置并不适合作为通过感知用户进行高尔夫挥杆而击打的球，计算出球的轨迹，并由此进行在虚拟的高尔夫球场上的高尔夫模拟的泛用于所谓的屏幕高尔夫或高尔夫练习场中的打球分析等的感测装置，并且，当前在相对价廉和低性能的系统中也需要开发一种能够快速准确地感测球的旋转的技术。
5.除了如上所述的雷达传感器之外，利用使用摄像头的感测系统作为用于感测高尔夫球的旋转的装置。
6.在上述摄像头感测系统中，当高尔夫球被击打而移动时，摄像头拍摄对其的影像并从拍摄到的该影像中分析对应于高尔夫球的部分，由此能够计算作为被摄体的高尔夫球的旋转。
7.由于高尔夫球在被击打而移动时的旋转是非常高速的旋转，当利用如上所述的摄像头感测系统计算高尔夫球的旋转时，优选利用拍摄速度较高的超高速摄像头。
8.利用摄像头感测系统来感测高尔夫球的旋转的方式大体上可以分为两种，即，在高尔夫球上人为地做好具有特定形状的标示，并从摄像头拍摄的高尔夫球影像中提取该特定形状的标示，并通过分析其是如何运动的来计算旋转的方式、以及不在高尔夫球上做人为的标示，而是通过拍摄到的高尔夫球影像分析本来就标示在高尔夫球自身上的商标或高尔夫球的凹痕等，并基于此计算旋转的方式。
9.在后一种情况下，由于需要分析标示于高尔夫球上的不特定的标示等，因此需要要求高分辨率、超高速摄像头等高规格的摄像头系统，并且由于每次感测时都需要通过影像找出不特定的标示并判断相似度，因此存在旋转计算结果的准确度并不恒定的问题。
10.作为对应于上述前一种情况的现有技术，已公开有韩国授权专利第10-1386793号、韩国授权专利第10-1182393号、日本授权专利第3235987号、美国授权专利第7324663号等。
11.如上所述的现有技术基于标示在高尔夫球上的特定标记的形状特征，通过连续的
两个球图像之间的特定标记的形状相似度将标记相互匹配起来，并利用所匹配的该结果计算旋转，因此具有能够在某种程度上准确计算出旋转的优点。
12.然而，在如上所述基于标在高尔夫球上的特定标记的形状特征计算旋转的情况下，所存在的问题是，在较快的旋转速度下也要在拍摄到的影像上确保特定标记，因此需要利用影像获取速度非常快的价昂的摄像头装置、以及由于通过对所获取的影像的图像处理提取特定标记，并判断两个球图像中的每一个的特定标记的形状相似度等的运算量相当大，因此运算速度缓慢等。
技术实现要素：
13.技术问题
14.本发明用于提供一种被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法及利用其的旋转计算装置，所述方法在高尔夫球上标示多个标记并通过摄像头快速获取对所设定的区域的拍摄影像，并利用获取到的该球图像中的所述多个标记之间的相对关系在连续的两个球图像之间准确匹配标记以计算旋转，从而能够增加用于计算旋转的运算速度，并且能够进行准确的旋转计算。
15.技术方案
16.本发明的一实施例的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法包括：针对标示有多个标记的高尔夫球被击打而移动，分别获取连续的图像，即第一图像和第二图像的步骤；针对对应于所述第一图像的高尔夫球部分的第一球图像上的多个标记，计算关于基准标记和所述基准标记周边的多个周边标记的信息的步骤；在对应于所述第二图像的高尔夫球部分的第二球图像中特定对应于所述第一球图像的基准标记和多个周边标记的标记的组合的步骤；以及利用所述第一球图像和第二球图像上的对应的标记对的各中心点计算旋转轴和旋转量的步骤。
17.此外，优选地，所述方法的特征在于，所述特定对应的标记的组合的步骤包括：特定具有与关于相对于所述第一球图像上的所述基准标记的所述多个周边标记中的每一个的相对关系的信息匹配的相对关系的第二球图像上的标记的组合的步骤。
18.此外，优选地，所述方法的特征在于，所述特定对应的标记的组合的步骤包括：计算作为对相对于所述第一球图像上的所述基准标记的所述多个周边标记中的每一个的倾斜度的相对角度信息的特征信息的步骤；针对所述第二球图像上任意的基准标记和相对于其的多个周边标记的每个组合，计算对各组合中的倾斜度的相对角度信息的步骤；以及对所述第一球图像上的标记的特征信息和第二球图像上的标记的相对角度信息进行匹配，并特定所匹配的第二球图像上的标记的组合的步骤。
19.此外，优选地，所述方法的特征在于，计算所述旋转轴和旋转量的步骤包括：将所述第一球图像和所述第二球图像上的对应的标记对的各中心点示于一个球体的步骤；以及计算连接所述对应的标记对的各中心点的线和从所述球体的中心点导出的两个以上的平面相交的线作为所述旋转轴的步骤。
20.此外，优选地，所述方法的特征在于，计算所述旋转轴和旋转量的步骤包括：分别计算从所述对应的标记对的各中心点垂直于所述旋转轴的方向上的矢量的步骤；将计算出的所述矢量分别投影到垂直于所述旋转轴的基准面上的步骤；以及利用在所述基准面中使
用的矢量计算以所述旋转轴为中心的所述旋转量的步骤。
21.此外，优选地，所述方法还包括：根据所述移动的高尔夫球的连续的两个图像之间的摄像头的视线的固定，计算图像中每个位置的视线旋转量，并且进行从通过计算所述旋转轴和旋转量的步骤计算出的旋转量减去所计算出的所述视线旋转量的校正的步骤。
22.另一方面，本发明的一实施例的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算装置包括：单摄像头，其与计算被击打而移动的高尔夫球的运动信息的感测装置的摄像头系统单独设置，以分别获取标示有多个标记的高尔夫球被击打而移动的连续的图像，即第一图像和第二图像；标记匹配处理部，其针对对应于所述第一图像的高尔夫球部分的第一球图像上的多个标记，计算关于基准标记和所述基准标记周边的多个周边标记的信息，并且在对应于所述第二图像的高尔夫球部分的第二球图像中特定对应于所述第一球图像的基准标记和多个周边标记的标记的组合；以及旋转计算部，其利用所述第一球图像和第二球图像上的对应的标记对的各中心点计算旋转轴和旋转量。
23.另一方面，本发明的另一实施例的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算装置包括：标记匹配处理部，其从计算被击打而移动的高尔夫球的运动信息的感测装置的摄像头分别接收标示有多个标记的高尔夫球被击打而移动的连续的图像，即第一图像和第二图像，并针对对应于所述第一图像的高尔夫球部分的第一球图像上的多个标记，计算关于基准标记和所述基准标记周边的多个周边标记的信息，并且在对应于所述第二图像的高尔夫球部分的第二球图像中特定对应于所述第一球图像的基准标记和多个周边标记的标记的组合；以及旋转计算部，其利用所述第一球图像和第二球图像上的对应的标记对的各中心点计算旋转轴和旋转量。
24.此外，优选地，所述装置的特征在于，所述标记匹配处理部被配置为：从所述感测装置接收放置所述高尔夫球的坐标信息，并基于此将所述单摄像头要获取的影像的区域设定为兴趣区域；并且将所设定的所述兴趣区域的影像获取为所述第一图像和第二图像。
25.此外，优选地，所述装置的特征在于，所述标记匹配处理部被配置为：计算作为对相对于所述第一球图像上的所述基准标记的所述多个周边标记中的每一个的倾斜度的相对角度信息的特征信息；针对所述第二球图像上任意的基准标记和相对于其的多个周边标记的每个组合，计算对各组合中的倾斜度的相对角度信息；并且对所述第一球图像上的标记的特征信息和第二球图像上的标记的相对角度信息进行匹配，并特定所匹配的第二球图像上的标记的组合。
26.此外，优选地，所述装置的特征在于，所述旋转计算部被配置为：将所述第一球图像和所述第二球图像上的对应的标记对的各中心点示于一个球体；计算连接所述对应的标记对的各中心点的线和从所述球体的中心点导出的两个以上的平面相交的线作为所述旋转轴；分别计算从所述对应的标记对的各中心点垂直于所述旋转轴的方向上的矢量；并且将计算出的所述矢量分别投影到垂直于所述旋转轴的基准面上，以利用在所述基准面中使用的矢量计算以所述旋转轴为中心的所述旋转量。
27.发明的效果
28.本发明的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法及利用其的旋转计算装置具有如下效果，即，在高尔夫球上标示多个标记并通过摄像头快速获取对所设定的区域的拍摄影像，并利用获取到的该球图像中的所述多个标记之间的相对关系在连续的两个球图像
之间准确匹配标记以计算旋转，从而能够增加用于计算旋转的运算速度，并且能够进行准确的旋转计算。
附图说明
29.图1的(a)是示出本发明的一实施例的旋转计算装置的结构的框图，图1的(b)是示出本发明的另一实施例的旋转计算装置的结构的框图。
30.图2是示出本发明的一实施例的旋转计算方法的流程图。
31.图3是示出表面标示有多个标记的高尔夫球的球图像的一例和在该球图像中找出标记以特定其中心点坐标的图，该高尔夫球是在本发明的一实施例的旋转计算装置和旋转计算方法中利用的高尔夫球。
32.图4是示出如图3的(b)所示地特定球图像上的标记并计算每个标记的倾斜度信息的结果的图。
33.图5和图6是用于说明基于本发明的一实施例的旋转计算装置和旋转计算方法对第一球图像上的标记和第二球图像上的标记进行匹配的过程的图。
34.图7是示出基于如图6等所描述的第一球图像与第二球图像之间的标记的匹配将每个匹配的标记的中心点示于一个球体的图。
35.图8是示出利用图7所示球体中的各标记的中心点计算旋转轴的方法的一例的图。
36.图9是示出利用图8所示的球体中的旋转轴和各标记的中心点计算旋转的方法的一例的图。
37.图10是用于说明本发明的一实施例的旋转计算装置中随着摄像头的视线的固定在从第一球图像向第二球图像的无旋转移动时发生旋转量的图。
具体实施方式
38.下面参照附图对关于本发明的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法及利用其的旋转计算装置的具体的内容进行描述。
39.在本发明中，基本上通过利用预定的摄像头拍摄用户用高尔夫球杆击打高尔夫球，并分析拍摄到的该图像，计算被击打的球的旋转，本发明的旋转计算装置既可以通过利用感测高尔夫球的运动的感测装置的摄像头来实现为感测装置的一个功能，也可以与上述感测装置独立地实现为通过设有用于计算旋转的单摄像头并利用通过该单摄像头获取的图像计算旋转的装置。
40.关于上述前者的一例如图1的(a)所示，关于上述后者的一例如图1的(b)所示。
41.首先，就本发明对图1的(a)所示的实施例进行描述。本发明的一实施例的旋转计算装置是利用感测装置sd的摄像头计算旋转的装置，可以构成为包括标记匹配处理部510和旋转计算部520。
42.这里，感测装置sd可以是通过拍摄用户p用高尔夫球杆击打高尔夫球而移动的高尔夫球并分析拍摄到的该图像来计算在空间上移动的高尔夫球的三维坐标信息、并基于该三维坐标信息计算关于高尔夫球的初始速度、方向角、高度角等运动特性的信息的装置。
43.所述感测装置sd可以应用于基于用户的高尔夫挥杆进行打球分析或利用基于虚拟现实的模拟的虚拟高尔夫等多种领域。
44.所述感测装置sd可以构成为包括摄像头110、120以及感测处理部200。
45.所述感测装置sd的摄像头被配置为以观察移动的高尔夫球的视角连续获取图像，为了计算对移动的高尔夫球的三维空间上的位置信息，优选使所述摄像头以彼此不同的视角对相同的对象分别获取图像的多个摄像头，例如图1的(a)和图1的(b)所示的第一摄像头110和第二摄像头120彼此同步而以立体方式配置。
46.如上所述，通过以多个摄像头110、120彼此同步的立体方法配置感测装置的摄像头，可以将从针对相同的客体(高尔夫球)由第一摄像头110获取的图像和由第二摄像头120获取的图中的每一个提取的该高尔夫球的二维信息转换为三维信息。
47.如图1的(a)和图1的(b)所示，所述感测装置sd的感测处理部200可以被配置为包括由多个摄像头110、120分别收集图像并执行预定的图像处理以提取相应高尔夫球的图像处理部210、以及由从图像提取的高尔夫球的二维位置信息计算三维位置信息等的信息计算部220。
48.所述感测处理部200从通过每个所述摄像头110、120收集的图像中的每一个提取运动的高尔夫球并计算该高尔夫球的位置信息并向客户端300传输计算出的该信息，以使所述客户端300能够执行利用所接收的所述高尔夫球的位置信息计算新的信息或者计算分析信息等客户端300固有的功能。
49.例如，当将客户端300实现为在屏幕高尔夫系统中利用的模拟器时，可以从感测处理部200接收高尔夫球和高尔夫球杆的位置信息并利用其来实现虚拟的高尔夫球在虚拟的高尔夫球场上飞行的轨迹的模拟影像。
50.此外，当将所述客户端300实现为高尔夫挥杆分析装置时，可以实现为从感测处理部200接收高尔夫球和高尔夫球杆的位置信息并利用其提供对用户的高尔夫挥杆的分析信息、挥杆的问题诊断及用于解决其的经验信息等。
51.上述图像处理部210可以被配置为为了提取相对于由所述摄像头110、120连续获取的图像中的每一个的基准图像的差分运算图像而执行图像处理，所述信息计算部220可以被配置为从由上述图像处理部提取的所述差分运算图像中的每一个计算运动的高尔夫球的位置信息。
52.作为从获取到图像提取运动的高尔夫球的方法，除了如上所述的利用差分运算图像的方法外，也可以采用预先准备高尔夫球的模板图像，并在每个获取到的图像上通过与所述高尔夫球的模板图像的相似度来提取对应于高尔夫球的部分的方法。
53.如图1的(a)的所示的本发明的一实施例的旋转计算装置是从所述感测装置sd的多个摄像头中的一个摄像头接收球图像并通过标记匹配处理部510和旋转计算部520计算移动的高尔夫球的旋转并传递至客户端300的构件。
54.相对于此，图1的(b)所示的本发明的又一实施例的旋转计算装置可以与感测装置sd独立地具备用于计算高尔夫球的旋转的单摄像头600，并且可以被配置为包括利用所述单摄像头600拍摄的球图像计算旋转的标记匹配处理部510和旋转计算部520。
55.在上述图1的(a)所示的实施例中的感测装置sd的多个摄像头110、120中的一个摄像头或图1的(b)所示的实施例中的单摄像头600可以被配置为，针对标示有多个标记的高尔夫球被击打而移动，分别获取连续的图像，即第一图像和第二图像。
56.例如，可以将摄像头或单摄像头的第n帧的图像称为第一图像，将第n 1帧的图像
称为第二图像。
57.提取对应于所述第一图像中包括的高尔夫球的部分作为第一球图像，并提取对应于所述第二图像中包括的高尔夫球的部分作为第二球图像，从而标记匹配处理部510和旋转计算部520可以通过分别分析所述第一球图像和第二球图像来计算旋转。
58.标记匹配处理部510可以执行在每个球图像上找出并特定多个标记，并针对第一球图像上的多个标记计算关于基准标记和所述基准标记周边的多个周边标记的信息，并且在所述第二球图像中找出并特定对应于所述第一球图像的基准标记和多个周边标记的标记的组合的作用。
59.旋转计算部520可以利用第一球图像和第二球图像上的对应的标记对的各中心点通过几何计算来计算旋转轴和旋转量。
60.关于上述标记匹配处理部和旋转计算部的具体的作用，将在后面描述。
61.另一方面，参照图2所示的流程图对本发明的一实施例的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法进行描述。
62.首先，由感测装置的摄像头或单摄像头获取包括标示有多个标记的高尔夫球的第一图像和与之连续的第二图像的连续的图像(s110)。
63.利用如上述获取到的图像，标记匹配处理部可以通过从图像提取为了旋转计算而标示于高尔夫球上的多个标记并对其进行分析来对第一图像上的高尔夫球和第二图像上的高尔夫球的标记特定相互对应的标记的组合，并且这可以通过图2的流程图上的步骤s120至s160来执行。
64.在所述步骤s110中获取第一图像和第二图像后，提取所述第一图像上对应于高尔夫球的部分作为第一球图像，并提取第二图像上对应于高尔夫球的部分作为第二球图像(s120)。
65.标记匹配处理部可以对所述第一球图像上的多个标记定义基准标记和多个周边标记(s130)，并计算关于相对于所述第一球图像上的基准标记的多个周边标记中的每一个的相对关系的信息。
66.上述相对于基准标记的多个周边标记中的每一个的相对关系可以根据标示于高尔夫球上的多个标记的形状或相位来定义是何种相对关系，例如，当标示于高尔夫球上的多个标记分别具有彼此不同的相位时，即以彼此不同的倾斜度倾斜时，相对于所述基准标记的多个周边标记中的每一个的相对关系可以被计算为相对于基准标记的多个周边标记中的每一个的倾斜度的相对角度信息。
67.即，标记匹配处理部可以针对所述第一球图像上的多个标记定义基准标记和多个周边标记(s130)，并计算相对于所述第一球图像上的基准标记的多个周边标记中的每一个的倾斜度的相对角度信息，即“特征信息”(s140)。
68.标记匹配处理部可以针对第二球图像上的任意的基准标记和相对于其的多个周边标记的每个组合，计算各组合中的倾斜度的相对角度信息(s150)，并通过对第一球图像上的标记的特征信息和第二球图像上的标记的相对角度信息进行匹配来特定所匹配的第二球图像上的标记的组合(s160)。
69.图3至图6示出有关如上所述的标记的匹配的具体的示例。
70.图3是示出表面标示有多个标记的高尔夫球的球图像的一例和在该球图像中找出
标记以特定其中心点坐标的图，该高尔夫球是在本发明的一实施例的旋转计算装置和旋转计算方法中利用的高尔夫球。
71.图4是示出如图3的(b)所示地特定球图像上的标记并计算每个标记的倾斜度信息的结果的图。
72.图5和图6是用于说明对第一球图像上的标记和第二球图像上的标记进行匹配的过程的图。
73.首先，参照图3，图3的(a)示出对标示有多个标记的高尔夫球拍摄的图像的球图像，图3的(b)示出针对图3的(a)所示的球图像上的各标记通过标记区域特定各标记并计算各标记的中心点坐标的结果，图3的(c)和图3的(d)示出图3的(b)所示的各标记和被扩大而示出的标记区域。
74.如图3的(a)所示，本发明中利用的高尔夫球在表面标示有多个标记，并且可以在球图像bi上确认多个标记mk。
75.标示于高尔夫球上的多个标记既可以是如图3的(a)所示具有相同的形状的多个标记，也可以是具有彼此不同的形状的多个标记。
76.无论是哪种情况，优选多个标记可以以一个基准标记为基准在与其周边的其他标记的关系中计算相对的信息的情况。
77.例如，如图3的(a)所示，当具有相同的形状的多个标记mk被标示为分别具有彼此不同的相位，即倾斜度时，可以以一个基准标记为基准计算其他标记中的每一个的倾斜度的相对角度信息，而这可以成为用于匹配标记的特征信息。
78.在如图3的(a)所示的球图像bi中，标记匹配处理部可以如图3的(b)所示地特定每个标记mk，并特定包括对每个标记mk的标记区域r，即各标记mk的区域，并且通过每个标记区域r特定各标记mk的中心点c。
79.如图3的(c)所示，可以以包括倾斜的标记mk1的方式生成标记区域r1，并以该标记区域r1的中心点c1为标记的中心点来计算该中心点坐标(cx1，cy1)。
80.在图3的(d)的情况下，标记mk2被水平地示出，优选使标记区域r2具有预定的大小以设定为使其包括与标记mk2某种程度的背景，而不是将标记区域r2设定得与标记mk2贴紧。
81.在图3的(d)的情况下，同样地，当特定了标记区域r2时，可以以该中心点c2为标记mk2的中心点来计算坐标(cx2，cy2)。
82.此外，除了所特定的每个标记的中心点坐标外，还可以计算每个标记的倾斜度信息。
83.就每个标记的倾斜度角度而言，可以提取标记区域内的像素构成的方向梯度(gradient)的主成分，并将其定义为标记的角度。提取像素梯度(gradient)的主成分的方法可以采用奇异值分解(svd)。
84.图4中示出了如上所述计算在球图像中特定的多个标记中的每一个的倾斜角度的结果的示例。
85.如此计算球图像上出现的每个标记的倾斜角度信息的步骤在第一球图像和第二球图像中均可适用。
86.另一方面，参照图5，附图标记610表示第一球图像，附图标记620表示第二球图像，
并且第一球图像所示的高尔夫球旋转而移动并成为第二球图像所示的高尔夫球，此时，有必要针对第一球图像610上的标记710和第二球图像620上的标记720将彼此相同的标记匹配起来。
87.关于如上所述的标记的匹配，以往利用的是将多个标记分别设定为具有彼此不同的形状的图形，并以图形的形状的相似度对第一球图像和第二球图像上的相同的标记进行匹配的方法。
88.然而，所存在的问题是，为了如此以标记的形状的相似度对相同的标记进行匹配，要求用于获取球图像的摄像头的分辨率非常高，即使分辨率高，出现在图像上的标记的形状不完全出现的请情况较多，因此当通过形状的相似度对标记进行匹配时，准确性也会下降，并且存在局限性。
89.在本发明中，由于使用如前述多个标记中的每一个的倾斜度的信息来对标记进行匹配，而不是以图形的形状对标记进行匹配，因此可以使用于标记的匹配处理的运算的速度非常快，与此同时，还具有能够非常准确地进行标记的匹配的优点。
90.在对标记的图形形状进行匹配的情况下，由于需要处理二维数据，因而运算速度非常慢，相对于此，在根据本发明利用标记的倾斜度信息进行匹配的情况下，由于倾斜度信息被计算为一个值，因此从利用与之等同的倾斜度值进行匹配的方面而言，可以使运算速度非常快。
91.对此，若参照图6更具体地说明，可以将显示在第一球图像610上的多个标记中的一个定义为基准标记，并将该基准标记周边的标记定义为周边标记。
92.例如，如图6所示，可以将距离第一球图像610的中心点最近的标记711定义为“基准标记”，并对以该基准标记711为基准的周边的标记以顺时针方向定义为第一周边标记712、第二周边标记713、第三周边标记714、第四周边标记715等。
93.如此，找出与对第一球图像610上的标记进行定义的基准标记711和周边标记712～715匹配的第二球图像620上的基准标记-周边标记的组合。
94.为此，针对第一球图像610上的基准标记711和周边标记712～715，可以利用每个倾斜度角度信息如下计算相对角度信息，这里将其称为“特征信息”。
95.[表1]
[0096]
《特征信息》
[0097] 基准标记第一周边标记第二周边标记第三周边标记第四周边标记倾斜角度2
°
47
°
137
°2°
92
°
相对角度0
°
45
°
135
°0°
90
°
[0098]
即，通过针对第二球图像上的多个标记标记找出具有对应于上述特征信息的相对角度信息的基准标记-周边标记的组合，可以进行标记的匹配。
[0099]
由于第二球图像620处于从第一球图像610旋转的状态，因而无法直接特定第一球图像610上的基准标记-周边标记的组合，而第二球图像620上的所有标记可能成为基准标记，因此，通过确定第二球图像620上的任意的基准标记并以此为基准确定周边标记的方式针对所有情况分别计算基准标记-周边标记的相对角度信息。
[0100]
例如，如图6所示，在s1的情况下，可以通过将第二球图像621上的标记723确定为基准标记并分别定义其余的周边标记来计算相对角度信息；在s2的情况下，可以通过将第
二球图像622上的标记721确定为基准标记并分别定义其余的周边标记来计算相对角度信息；在s3的情况下，可以通过将第二球图像623上的标记722确定为基准标记并分别定义其余的周边标记来计算相对角度信息。通过这种方式，可以对以所有标记中的每一个为基准标记时的基准标记-周边标记的组合计算各自的相对角度信息。
[0101]
图6中在s1的情况的第二球图像621上的基准标记723和周边标记的组合的情况下的相对角度和在s2的情况的第二球图像622上的基准标记721和周边标记的组合的情况下的相对角度的可以如下表示。
[0102]
[表2]
[0103]
《s1的情况》
[0104] 基准标记第一周边标记第二周边标记第三周边标记第四周边标记倾斜度角度49
°
94
°4°4°
139
°
相对角度0
°
45
°
135
°
135
°
90
°
[0105]
[表3]
[0106]
《s2的情况》
[0107] 基准标记第一周边标记第二周边标记第三周边标记第四周边标记倾斜度角度4
°
49
°
139
°4°
94
°
相对角度0
°
45
°
135
°0°
90
°
[0108]
对比上述特征信息和上述s1的情况的相对角度信息可知彼此不一致，故排除s1的情况。
[0109]
对比上述特征信息和s2的情况的相对角度信息可知彼此一致。由此可知，与第一球图像上的特征信息相匹配的第二球图像上的标记组合是s2的情况。
[0110]
即，在图6中的s2的情况下，可以特定从第一球图像610向第二球图像622的变化是由于旋转引起的变化，并且此时的第一球图像610上的基准标记-周边标记的组合可以与第二球图像622上的基准标记-周边标记的组合相匹配。
[0111]
如上述图3至图6所示的过程可以通过图2所示的流程图的s120至s160的过程来进行。
[0112]
另一方面，如图2所示，在完成前述标记的匹配之后，旋转计算部可以利用上述匹配的结果来计算旋转轴和旋转量。
[0113]
为了计算旋转轴和旋转量，优选地，首先，将第一球图像和第二球图像上的对应的标记对的各中心点示于一个球体上(s210)。
[0114]
然后，可以将连接对应的标记对的各中心点的线和从球体的中心点导出的两个以上的平面相交的线计算为旋转轴(s220)。
[0115]
在如上述计算旋转轴之后，分别计算从对应的标记对的各中心点垂直于旋转轴的方向上的矢量(s230)，并将如上所述计算出的矢量分别投影(projection)到垂直于旋转轴的基准面(s240)。
[0116]
利用如上述投影到基准面上的矢量计算以旋转轴为中心的旋转量(s250)。
[0117]
通过如上述计算旋转轴和旋转量，可以计算从第一球图像向第二球图像的旋转信息。
[0118]
然而，从第一球图像向第二球图像的旋转所致的变化并非仅由实际高尔夫球的旋
转所致。因此，分别拍摄第一球图像和第二球图像的摄像头的视线是固定的，并且从拍摄第一球图像时的高尔夫球位置移动到了拍摄第二球图像时的高尔夫球的位置，因此发生随着从第一球图像到第二球图像的无旋转移动而旋转的旋转量。
[0119]
如此，由于对应于从第一球图像到第二球图像的无旋转移动的旋转量是因摄像头的视线固定而发生的，因而在计算对应于摄像头的视线的固定的图像内每个位置的视线旋转量并如上述计算旋转量之后，通过进行从计算出的该旋转量减去计算出的所述视线旋转量的校正，可以计算准确的旋转量(s260)。
[0120]
图7至图10中示出关于如上所述的旋转的计算的具体示例。
[0121]
图7是示出如图6等所描述的那样基于第一球图像与第二球图像之间的标记的匹配将每个匹配的标记的中心点示于一个球体的图，图8是示出利用图7所示的球体中的各标记的中心点计算旋转轴的方法的一例的图。
[0122]
图9是示出利用图8所示的球体中的旋转轴和各标记的中心点计算旋转的方法的一例的图，图10是用于说明随着摄像头的视线的固定在从第一球图像向第二球图像的无旋转移动时发生旋转量的图。
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首先，参照图7，如图7的(a)所示，第一球图像610的标记712、714分别与第二球图像620的标记722、724匹配，并且可以如图7的(b)所示将各自匹配的标记的中心点(ca1-cb1、ca2-cb2)示于一个球体ob。
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见图7的(b)可知，球体ob从ca1向cb1，并且从ca2向cb2旋转。这里，球体ob可以是基于球图像的轮廓虚拟地假定的球体。
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这里，对应于从ca1向cb1的旋转的旋转轴及旋转量与对应于旋转量和从ca2向cb2的旋转的旋转轴及旋转量可能相互不一致。
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这样相互不一致可能起因于影像分析过程中发生的误差，例如在对标记的像素分析等的过程中表示标记的一些像素可能流失等。
[0127]
虽然图7中示出了显示两对各标记的中心点的对，但不限于此，显然可以根据标记的数量等出现更多的标记中心点的对，如三对、四对等。
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如图7的(b)所示，可以在显示有与球体ob匹配的各标记的中心点的对的状态下利用各中心点计算旋转轴，图8对此进行了图示。
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在图8的(a)至图8的(c)中，球体ob的中心点是co，并且ca1和cb1、以及ca2和cb2是相匹配的标记的中心点的对。
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假定如图8的(a)所示与连接标记的中心点ca1和cb1的直线l1垂直而通过球体ob的中心点co的平面pl1，并假定如图8的(b)所示与连接标记的中心点ca2和cb2的直线l2垂直而通过球体ob的中心点co的平面pl2。
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然后，求出所述平面pl1和pl2的交线，即可将其计算为旋转轴sa。
[0132]
以与上述相同的方式，针对三对以上的标记中心点的组合，每两对为一单位，对所有组合分别计算旋转轴，并利用多个旋转轴计算结果，例如通过平均值计算旋转轴。
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另一方面，当如上所述计算出旋转轴时，可以分别计算从对应的标记对的各中心点垂直于所述旋转轴的方向上的矢量，并将计算出的所述矢量分别投影到垂直于所述旋转轴的基准面上，并利用投影到所述基准面上的矢量计算以所述旋转轴为中心的旋转量。
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如图9所示，可以定义一垂直于旋转轴sa的基准面po，并分别计算从标示于球体ob
上的匹配的标记对的各中心点垂直于旋转轴sa的方向上的矢量，并将计算出的该矢量分别正投影到基准面po上。
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如图9所示，投影到基准面po上的旋转轴sa的中心点是cp点，ca1点处垂直于旋转轴sa的矢量可以被投影为从基准面po上的pa1点向cp点的矢量v1，cb1点处垂直于旋转轴sa的矢量可以被投影为从基准面po上的pb1点向cp点的矢量v2，ca2点处垂直于旋转轴sa的矢量可以被投影为从基准面po上的pa2点向cp点的矢量v3，cb2点处垂直于旋转轴sa的矢量可以比投影为从基准面po上的pb2点向cp点的矢量v4。
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从而，可以利用投影到基准面po上的矢量v1和v2计算以旋转轴cp为中心的旋转量q1，可以利用矢量v3和v4计算以旋转轴cp为中心的旋转量q2。
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旋转量q1的值可以利用以基准面po上的中心点cp为中心由v1矢量和v2矢量形成的角度和圆的周长求出，或者利用连接pa1-pb1-cp的三角形中的中心角作为pa1-pb1的弧的长度求出。旋转量q2的值也同样可以利用以基准面po上的中心点cp为中心由v3矢量和v4矢量形成的角度和圆的周围求出，或者利用连接pa2-pb2-cp的三角形中的中心角作为pa2-pb2的弧的长度求出。
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如此，对于多个旋转量值q1、q2，可以求平均值作为最终的旋转量，当计算出更多数量的旋转量值时，可以利用这些每个旋转量值的统计分析、例如平均和分散、标准偏差等计算出统计上准确的旋转量的值。
[0139]
然而，如上所述，从第一球图像向第二球图像的旋转量中包括对应于随着摄像头的视线的固定而发生的第一球图像向第二球图像的无旋转移动的旋转量，即因图像内的位置而异的视线旋转量，因而有必要从前面计算出的旋转量中减去该视线旋转量。
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可以通过图10确认随着从第一球图像向第二球图像的无旋转移动而发生旋转量(视线旋转量)。
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如图10的(a)所示，当在夹具zg的一侧固定有高尔夫球的状态下将如图10的(b)所示固定在夹具zg的另一侧的状态的高尔夫球照其直线移动时，对每个情况获取球图像即可确认到，尽管从图10的(a)所示的b1向图10的(b)所示的第二球图像b2移动时是无旋转移动，也发生了旋转量。即，可以知道图像内每个位置发生视线旋转量的事实。
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因此，通过测量并预先设定从第一球图像b1向第二球图像b2的无旋转移动时发生的旋转量视线旋转量，并进行从以如在图7至图9中描述的方式计算出的旋转量减去上述预先设定的视线旋转量的校正，最终可以计算准确的旋转量。
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既可以预先测量这样的视线旋转量并将其预先设定为在摄像头校准过程中将其考虑在内，也可以在每当用户进行高尔夫击球时计算如上所述的视线旋转量以利用其校正旋转量。
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如上所述，本发明在高尔夫球上标示多个标记并通过摄像头快速获取对所设定的区域的拍摄影像，并利用获取到的该球图像中的所述多个标记之间的相对关系在连续的两个球图像之间准确匹配标记以计算旋转，从而具有能够比现有技术更快、更准确地计算旋转的优点。
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产业上的利用可能性
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本技术的被击打而移动的高尔夫球的旋转计算方法及利用其的旋转计算装置可以利用于以对在高尔夫挥杆时被高尔夫球杆击打的球的分析为基础的高尔夫分析相关领
域或高尔夫模拟系统相关领域。