成像設備和高爾夫球分析設備的製作方法

2023-07-14 05:40:01 4

專利名稱：成像設備和高爾夫球分析設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種成傳3殳備。 此外，本發明涉及一種高爾夫球分析設備。 本發明進一步涉及一種運動物體的成像方法。 此外，本發明涉及一種程序單元。 進一步地，本發明涉及一種計算機可讀介質。
背景技術：
US 2005/0026710 Al ^>開了 一種碎見頻圖l象獲:^i史備，其具有一個或多 個數位照相機，用於在預定幀頻處獲取在連續視頻模式下至少兩次閃光或 頻閃產生的飛行中的高爾夫球的圖像。然後，將每個圖像幀從背景中去掉 並進行對比，以判定飛行中的球的圖像的存在情況。此外，在US 2005/0026710 Al中還公開了另一種視頻圖像獲取設備，其由至少兩個視頻 照相機組成，用於獲取通過在預定時間間隔處的至少兩次閃光或頻閃產生 的飛行中的高爾夫球的圖像。然後，該設備對兩幅攝影圖傳進行三角計算， 以判定在既定的飛行時間處飛行中的高爾夫球在空間中的確切物理位置。但是，常規的高爾夫球分析系統的缺點在於它們不適於在例如晴天的 高爾夫球場上等非常明亮的環境中使用。發明內容本發明的目的在於提供一種準確的成像系統。為了實現上述目的，提供了如獨立權利要求所述的成像設備、高爾夫 球分析設備、運動物體的成像方法、程序單元以及計算機可讀介質。如本發明的一種示例性實施方式所述，提供了一種成^象設備，其包括 照明裝置，其適於至少在至少兩個適時分開的時間間隔的至少一部分期間 照明可移動物體；圖像傳感器裝置，其適於拍攝所述可移動物體的圖4象； 控制單元，其適於以如下方式協調所述照明裝置和所述圖像傳感器裝置， 即在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，所述圖像傳感器裝置拍攝所 述可移動物體的圖4象，並且在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的時 距期間(具體是在基本上整個時距期間)停用所述圖像傳感器裝置。如本發明的另一種示例性實施方式所述，提供了一種高爾夫球分析設 備，其用於評估高爾夫球運動員的動作，尤其是擊打動作，所述高爾夫球 分析設備包括具有上述特徵的成像設備，所述成像設備適於拍攝由作為所 述可移動物體的高爾夫球和高爾夫艱fr中的至少其中一項的圖^^。如本發明的另一種示例性實施方式所述，提供了一種運動物體的成傳_ 方法，所述方法包括至少在至少兩個適時分開的時間間隔的至少一部分 期間照明所述運動物體；拍才聶所述可移動物體的圖〗象；以如下方式協調所 述照明和所述拍攝，即在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，拍攝所 述運動物體的圖像，並且在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的所述 時距期間(尤其是在基本上整個時距期間)不進行所述拍攝。如本發明的再一種示例性實施方式所述，提供了一種程序單元，當被 處理器執行時，所述程序單元適於控制或實施具有上述特徵運動物體的 成像方法。如本發明的再一種示例性實施方式所述，提供了一種計算機可讀介 質，在所述介質中存儲有電腦程式，當由處理器執行時，所述計算機 程序適於控制或實施具有上述特徵的運動物體的成像方法。如本發明實施方式所述的電子圖像獲取方案能夠由計算積艱序即由軟 件、或者通過使用一個或多個專用的電子優化電路即硬體、或者以混合形 式即通過軟體部分和硬體部件來實現。在本申請的上下文中，術語"可移動物體，，可具體表示一種物理結構， 該物理結構適配、設計或構造成在流體(具體為氣體，但也有可能是液體) 環境中移動，例如飛行。可移動物體的示例是例如(高爾夫)球或飛盤等 運動裝置，或者例如航空器等任何種類的運載工具。術語"兩個適時分開的時間間隔"可具體表示一個或多個照相機單元 等在特定長時間期間檢測圖像一一例如兩次。在所述一個或多個照相機單 元的這兩個動作間隔之間停用所述一個或多個照相機，因此在此空閒期間 不檢測任何圖像。相應的閃光單元至少在所述照相機的至少部分所述動作 時間期間可發出光脈衝，或者在所述照相機多次例如兩次致動期間可發出 較長的持續閃光。術語"停用圖像傳感器裝置"可具體表示光子碰撞到所述圖像傳感器 上而導致檢測信號被忽視或未被考慮。這可例如通過僅在停用期間之前和 之後考慮光子，結合在讀出於動作期間所拍攝的信號之後所述圖像傳感器 的重新初始化或重新設定等電子方式獲得。可替代地，這可例如通過在停 用期間，在所述圖像傳感器前面設置(能移動的)光子吸收構件等機械方 式獲得。術語高爾夫球運動員的"動作"可具體表示在實施擊打之前、擊打 過程中或擊打之後，高爾夫球運動員所實施的任何動作。這可具體包括 擊打之前不久，例如當實施擊打前高爾夫球運動員站到球座前併集中精 神時的行為。可具體包括擊打過程中，例如當高爾夫球運動員擺動高爾 夫球桿並撞擊高爾夫球時的行為。可具體包括擊打之後，例如當高爾夫 球離開球座/高爾夫球桿並沿目標方向飛行時的行為。術語"擊打"可具體表示包括在高爾夫球靜止之前，高爾夫球桿的 擺動、高爾夫球桿和高爾夫球之間的撞擊、以及高爾夫球的飛行等整個 過程或該過程的一部分。擊打可以是此動作的至少一部分。術語"擊打距離"可具體表示擊打之前和擊打之後高爾夫球的靜止 位置之間的距離。術語"撞擊"可具體表示很短的時間間隔，在該時間間隔中，高爾 夫球桿和高爾夫球之間發生相互作用。術語"電磁輻射"可具體為光，但是，其它波長(例如紅外線和/ 或紫外線)也是可能的。術語"高爾夫球分析設備"可具體表示一種可監控高爾夫球運動員 的動作並可對應於此動作進行計算的設備。而且高爾夫球模擬器可由該 術語"高爾夫球分析設備"所覆蓋。例如，這樣的高爾夫球分析設備可 包括一個或多個照相機，用於製作一幅或多幅高爾夫球和/或高爾夫球 杆和/或高爾夫球運動員的圖像，以便從中獲取信息用於進行高爾夫球 擊打的分析。例如，頻閃儀可限定獲取圖像的不同時刻，並且可以利用圖像辨識方法來評估單幅圖像，以便分析高爾夫^:動員的擊打。例如，這樣的 高爾夫球分析設備可根據擊打情況來計算例如速度、角度、加速度、旋 轉、擊打距離等參數。這樣的系統也可結合自適應的高爾夫球分析部件 來實施，用於允許判定何種身體位置或其它擊打參數根據統計能獲得好 成績，而何種不能。因此，這樣的高爾夫球分析系統可向高爾夫球運動 員提供關於如何改進動作的建議，或者提供關於過去有什麼參數已經獲 得成功的信息。在有這種高爾夫球分析設備的情況下，高爾夫球手可以將高爾夫球 放置在球座上，可以選擇高爾夫球桿並可實施擊打。在球座的附近(例 如距離高爾夫球分析設備40釐米處)，使用者(例如位於距離高爾夫球 分析設備120釐米處)可設置高爾夫球分析設備，該高爾夫球分析設備 可包括照相機或其它圖像獲取裝置，以便能夠在撞擊球之前、撞擊過程 中和/或撞擊之後拍攝一幅或多幅圖像。然後關於球、高爾夫球桿、和/ 或高爾夫球手的身體姿勢來評估這些圖像，從而獲取參數用於進行擊打 的分析，進而評估擊打的質量。如示例性實施方式所述，提供了一種系統，用於在多個時間拍攝例 如飛行中的高爾夫球等運動物體的圖像。可將這多幅圖像結合形成一幅 圖像，用於示出運動過程中多個時間處的可移動物體(例如高爾夫球)， 以便能夠研究所述可移動物體的運動學。常規地，可產生多次閃光(例 如在使用常規的頻閃儀的情況下)用於相對於背景多次照明物體，且當 環境足夠暗時，就能夠在圖像上多個位置處看見或辨識出該物體。但是， 在某些情況下，例如當可移動物體將在晴天被檢測時，尤其對於圖像處 理程序而言，就可能發生因背景太亮以至於難以或不可能檢測到在圖像 上的多個位置處的運動物體。根據這種辨識方式，本發明的實施在相繼 的閃光或相繼的獲取時間間隔之間停用圖像傳感器裝置(例如電荷耦合器件(CCD)照相機或互補金屬氧化物半導體(CMOS)照相機)，從 而限制背景對圖像的影響，因此，甚至在明亮的背景條件下，也能在一 幅圖像上多次可靠地識別所述運動物體。換言之，如本發明的示例性實 施方式可以提高頻閃反差。可根據高爾夫球的位置和/或設置在高爾夫 球上的圖案來評估所拍攝的圖像。明亮的結構(如高爾夫球運動員的腿 部等)會擾亂圖形辨識過程，本發明的示例性實施方式有效地限制這種 明亮的結構。如示例性實施方式所述，設置高爾夫球發射監控器，在其中利用頻 閃攝影技術可拍攝剛發出的高爾夫球的至少兩個初始狀態。為了保證在 明亮的環境條件下的適當的反差比，選擇性地在閃光燈照亮期間不進行 圖像曝光。如示例性實施方式所述，發射監控器可利用以頻閃方式獲取到的圖 像測量在撞擊時刻之前和/或之後被撞擊高爾夫球的運動和/或高爾夫球 杆的運動。這些圖像隨後可由處理器處理。例如，可判定標記和/或機 構和/或物體(如高爾夫球、球桿頭、球桿部)。為此目的，可使用計算 機或微處理器。為了圖像的自動評估或分析，需要所需物體和背景之間 的適當的反差比。為此目的，可以由閃光燈照亮或照明前景中的物體。 由於光的強度隨距離增大而以平方律減小("1/r2"定律)，所以例如高 爾夫球手的腿部等遠距離的物體比例如高爾夫球等近距離的物體受到 的照明少很多。在例如太陽直射的明亮的環境條件下，背景中的物體在 閃光之前、閃光之後以及閃光期間仍舊會被顯著照亮。然而，這會降低 所關注的所需近距離的物體相對於背景的反差。如本發明的示例性實施 方式所述，通過在特定時間間隔期間停用照相機以防止除閃光時刻外照 亮或曝光圖像，從而在後續的圖像處理程序中提高反差和準確性。可以 使用足夠快速的電動或機械快門以便保證這樣的功能。存在不同的用於獲取圖像的示例性可能—觸發信號可以較短的曝光時間來執行圖像獲取。一可以較長的曝光時間並任選地使用閃光燈來執行圖像獲取。然後觸 發信號在此曝光時間內致動一次或多次相繼的短時閃光。因此，如示例性實施方式所述，可以實施適時精確控制的另外的獲取。發射監控器可以測量在撞擊時刻之前和/或之後被撞擊高爾夫球的運動和/或高爾夫球桿的運動。發射監控器可設置有如傳感器、附加的照 相機或附加的閃光燈等任選的附加裝置，用於檢測高爾夫球手、高爾夫球 和/或裝備的運動。能夠利用線纜或無線通信路徑來實施與所述附加裝 置的通信。尤其可使用藍牙來進行這樣的通信。還能使用紅外通信、無線電頻率通信、(移動式)通信網絡、無線區域網(WLAN)等。以下，將說明所述高爾夫球分析設備的進一步示例性實施方式。但 是，這些實施方式也適用於高爾夫球分析設備、操縱高爾夫球分析設備 的方法、程序單元以及計算機可讀介質。所述高爾夫球分析設備包括以下所列至少其中一項供電單元，其 用於向所述高爾夫球分析設備的至少一部分提供電能；光學顯示單元， 其用於顯示與高爾夫球分析相關的信息；用戶界面單元，其用於允許用 戶與所述高爾夫球分析設備的至少一部分進行交流；傳感器單元，其用 於感測至少 一 個與高爾夫球分析相關的傳感器參數；以及數據評估單 元，其用於評估與高爾夫球分析相關的數據。所述圖像獲取裝置可以是例如電荷耦合器件照相機或互補金屬氧化 物半導體照相機。也能設置多個照相機。所述供電單元可以是電池、蓄電池、太陽能電池等。所述光學顯示單元可以是監視器，如液晶顯示(LCD)監視器、薄 膜電晶體(TFT)監視器、有機發光二極體(OLED)基顯示器、等離 子監視器或常規的陰極射線管。所述用戶界面單元可包括輸入元件，如鍵盤、控制杆、跟蹤球，或 者甚至包括語音分析系統。所述用戶界面單元還可包括觸控螢幕。傳感器單元可以是任何種類的傳感器，如聲波傳感器(例如用於檢 測高爾夫球桿撞擊高爾夫球的時刻)、光學傳感器、位置傳感器、用於 檢測高爾夫球手的鞋子內的重量分布的壓力傳感器、壓敏平臺或壓敏墊 (襯墊)等。可設置一個或多個閃光燈單元，例如頻閃儀，以便限定應當能夠在 照相機的圖像中看見高爾夫球的不同時刻。因此，通過拍攝高爾夫球和/或高爾夫球桿和/或高爾夫球運動員的多幅圖像，就可從所述拍攝的圖 像中獲取運動參數。所述數據評估單元可以是中央處理單元(CPU),並且還可以包括存儲裝置、輸入/輸出單元等。這樣的數據評估單元可以根據預存儲的 算法執行計算，以便從所拍攝的信息中獲取高爾夫球分析的相關參數。所述高爾夫球分析設備可包括多個圖像獲取裝置，所述圖像獲取裝 置的位置可以從不同視向拍攝正在進行擊打的高爾夫球運動員的圖像。 因此，可增加並提取所提供的且能用於評估擊打及其質量的信息量。尤 其可獲得從不同視向的補充信息。如示例性實施方式所述，所述圖l象傳感器裝置可適於疊加在所述至 少兩個適時分開的時間間隔期間拍攝的可移動物體的圖像，從而形成一像。因此，在第一照明時間間隔期間產生了所述可移動物體的第一幅圖 像之後，此局部圖像可被存儲(該存儲可通過執行快速讀出程序來實 現)。然後，所述圖像傳感器裝置可保持停用狀態直到下一次閃光出現。 隨後，所述圖像傳感器裝置的光敏部分可被重新初始化，也就是說，可 將所有信息從所述圖像傳感器裝置中刪除。然後，當下一次閃光出現時， 獲取第二幅圖像，所述第二幅圖像可以快速方式讀出/複製，並被疊加 到先前存儲的圖像上。此過程能夠任選地重複一次或多次。最終，可獲 得疊加圖像，所述疊加圖像示出處於相對於背景具有適當的反差的被照 明狀態中的所關注的物體。然後，可將此總圖4象讀出到存儲裝置，用於 通過圖像獲取軟體進行進一步分析。所述成像裝置可包括快門機構，所述快門機構由所述控制單元控制，圖像傳感器裝置。這樣的快門機構(例如機械式快門機構或電動式快門 機構)可確保被照明光子的照明和檢測僅在特定時刻發生，從而提高所 述反差。例如，這種快門的電動構造可允許使所述圖像傳感器裝置的敏 感表面僅在當閃光燈照亮時的特定時段期間才作用。通過在相繼的閃光之間將存儲在這種傳感器部分中的信息刪除，且通過在每個照明脈衝之 後讀出單份數據，可實現這樣的電動式快門機構。機械式快門機構可通過例如快門葉片等機械方法，以機械方式防止在相繼的閃光之間照明所 述敏感表面。所述照明裝置可包括一個或多個頻閃儀。具體地，由於兩個頻閃儀 可以消除由高爾夫球和單獨的頻閃儀之間的幾何不對稱所產生的圖像獲取誤差，所以可布置(具體地為相對於所述照相機對稱地布置)兩個 頻閃儀，且所述兩個頻閃儀可同時照明處於觀察中的物體。此外，也可 具有超過兩個的頻閃儀，例如三個或四個頻閃儀，或者更多。所述照明裝置可適於至少在所述至少兩個適時分開的時間間隔的 至少一部分期間通過產生電磁輻射的脈衝來照明所述可移動物體。這種脈衝可基本上呈狄拉克(Dirac)脈衝(一種函數，其對於確定時刻的 值為基本上無窮大，在別的地方該值為零，其中從負無窮到正無窮的積 分為l)的形狀，也就是說，可以是非常緊和非常短的時間。脈衝可具 有矩形、鋸齒形等形狀。限定照相機動作時間(所述動作時間可以是，至少部分是，與閃光 時間同步/一致的)的所述至少兩個適時分開的時間間隔的持續時間可 以在基本上1微秒和基本上200微秒之間的範圍內，具體在基本上10 微秒和基本上(30微秒或)40微秒之間的範圍內。這些時間間隔可具 體適於高爾夫球形狀和顏色的物體，所述物體布置為距離檢測儀大約40 釐米。不同的閃光燈可以用程序控制以使得所述閃光時間不同。例如，各 閃光燈的功率可能不同，其各自的閃光時間可以調節為使得閃光能量達 到基本相同。所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的時距的持續時間在基本 上100微秒和基本上1秒之間的範圍內，具體在基本上0.5毫秒(例如 用於觀測高爾夫球桿)和基本上10亳秒(例如用於觀測緩慢的高爾夫 球)之間的範圍內。此外，這種時距可具體取決於所述運動物體的常規 速度。因此，可以根據如高爾夫球、高爾夫球桿、飛盤等特定的運動物 體來進行所述時距值的重新調整。例如，高爾夫球的常規速度可以在10 米/秒和80米/秒之間。所述圖像傳感器裝置可以在處於基本上2微秒和基本上400微秒之 間的範圍內、具體是在基本上20微秒和基本上40微秒之間的範圍內的 致動持續時間期間拍攝被照明的可移動物體的圖像。例如照相機(具體 為電荷耦合器件照相機或互補金屬氧化物半導體照相機)等所述照明傳 感器裝置的照明時間可由硬體限制來限定。所述圖像獲取時間可被統一 為所述閃光時間，或者可以與所述閃光時間不同。所述成像設備可包括檢測單元，所述檢測單元適於檢測所述可移動 物體的撞擊，所述撞擊使所述可移動物體開始運動，所述檢測單元可進 一步適於響應於所檢測的撞擊而觸發所述照明裝置以照明所述物體。這 樣的檢測單元可以是例如麥克風，所述麥克風檢測當由高爾夫球桿撞擊 高爾夫球時所產生的聲波。考慮到所述聲波的傳播時間(考慮高爾夫球 和麥克風之間的距離以及聲速)可被用來計算撞擊的時刻。據此，可產 生觸發信號來觸發第一光脈衝的產生，和/或可觸發所述照相機的第一 檢測階段。這就可允許可靠檢測高爾夫球位置用於提供關子運動學和所 述擊打質量的有意義的信息。所述成像設備可包括評估單元，所述評估單元適用於基於對由圖像 拍攝裝置所拍攝的所述可移動物體的圖像的分析來評估運動物體的運 動特性。這種運動特性可包括速度、加速度、旋轉、角度信息或者所述 高爾夫球的擊打寬度。為此目的，可以對示出飛行中的高爾夫球的多個 位置的圖像應用圖像處理程序。具體地，所述評估單元可適於基於圖像處理算法來評估作為所述運 動物體的球的運動特性，所述圖像處理算法辨識由所述球的明亮中心、 所述球的暗色邊緣以及所述球的邊緣和背景之間的交接處中的至少其 中一項。當呈球形的高爾夫球被照明時，所述高爾夫球的中心會非常亮， 且其邊緣會比較暗。取決於背景的亮度，球的邊緣甚至可以比背景暗或 者，在另一種情況下，比背景亮。但是，由於已如本發明的示例性實施 方式所述改善了的所述反差，所以通過高爾夫球軟體可以檢測所述邊緣 與所述背景之間的交接處。如本發明的優選實施方式所述，所述圖〗象傳感器裝置可包括可照明 部分(曝光存儲器)和不可照明部分(遮光存儲器)。所述可照明部分還可表示為明亮存儲器(Hellspeicher、圖像陣列)，且所述不可照明部 分可表示為暗色存儲器(Dunkelspeicher、存儲陣列)。所述可照明部分 可適於在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，在所述可移動物體由 電磁輻射照明的情況下，拍攝所述可移動物體的單幅圖像，可適於將所 述單幅圖《象提供(或複製)給所述不可照明部分，並可適於在所述至少 兩個適時分開的時間間隔期間相繼的照明之間被重新初始化。因此，所 述可照明部分可被照明以在其中 一個特定的所述照明時間間隔拍攝所 述高爾夫球的圖像。然後，可將此信息以例如微秒數量級的快速方式讀出到所述不可照明部分。在下一個檢測階段之前，所述可照明部分可被 重新初始化，也就是i兌，可將關於所述第一時間間隔的已存儲信息刪除。 然後，可以開始新的檢測，位於另一個位置處的所述高爾夫球的下一幅 圖像可被檢測並提供給所述不可照明部分。所述不可照明部分可適於疊 加由所述可照明部分提供的所述單幅圖像以產生疊加後圖像，且可適於 最終將所述疊加後圖像提供給存儲裝置。換言之，與高爾夫球的各位置 相對應的信號可由所述不可照明部分簡單總加在一起，然後，結果圖像 可被傳遞(也以具有毫秒數量級時間常數的較慢的方式)到例如計算機 的硬碟等所述存儲裝置，用於進一步分析。如一個實施方式所述，所述照明裝置可適於在所述至少兩個適時分 開的時間間隔之間的至少部分所述時距期間不照明所述可移動物體。換 言之，在所述照相機的至少部分停用時長期間可以停用所述閃光燈。如另一個實施方式所述，所述照明裝置可適於在所述至少兩個適時 分開的時間間隔的至少 一部分期間、以及在所述至少兩個適時分開的時 間間隔之間持續地照明所述可移動物體。換言之，在所述照相機的至少 部分停用時長期間可以將持續或延續較長時間的閃光燈保持為被致動 狀態。以上限定的各方面以及本發明的其它方面從以下將要描述的實施 方式的示例來看是顯而易見的，並且參照這些實施方式的示例來對其進 行說明。


以下將參照實施方式的示例更詳細地描述本發明，但本發明不局限於 這些示例。圖1圖示了如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析系統；圖2圖示了如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析設備的各部 件的定時；圖3圖示了如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析設備的信號 處理方案；圖4圖示了如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析系統；圖5是由常規高爾夫球分析設備在兩個時刻處所獲取的高爾夫球的圖像；圖6是由如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析設備在兩個時 刻處所獲取的高爾夫球的圖像；圖7和圖8圖示了用於如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析 設備執行的物體分析的圖像處理方案的原理。
具體實施方式
圖中的示例是示意性的。在不同的附圖中，相似的或相同的元件標有 相同的附圖標記。下面將參照圖1描述如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析系 統亂如圖1所示，高爾夫g動員101處於持有高爾夫乘frl02的位置， 該高爾夫球桿102包括杆部103和桿頭104。高爾夫球105放置在球座(未 示出)上。高爾夫球分析設備100包括中央處理單元113 (在另一個實施方式中， 該中央處理單元113可以是微處理機)，該中央處理單元113包括處理資源 和存儲資源。中央處理單元113可用作用於整個高爾夫球分析設備100的 控制系統。中央處理單元113與電荷耦合器件照相機114 (以雙向方式或 以單向方式)電耦接。代替設置一個電荷耦合器件照相機114,也可以設 置兩個或多個照相機。但只設置一個照相機特別有利，因為這樣可允許以 低成本和小尺寸來製造設備100。當設置多個電荷耦合器件照相機114時， 設備100可適於從不同的視向/視角來監控高爾夫^il動員101，以便獲得 用於評估高爾夫球手101擊打的補充信息。此外還^L置有第一閃光燈116和第二閃光燈117。閃光燈116、 117能 夠位於高爾夫球分析設備100的任何需要的位置處，特別是附接到高爾夫 球分析設備100的殼體。閃光燈116、 117可以閃光以便限定照相機114拍 攝高爾夫耕102、高爾夫球105和/或高爾夫^動員101的圖像的時刻。 作為閃光燈116、 117的替換方案，也可以設置頻閃儀。也可以利用發光二 極管(LED),尤其是有機發光二極體，來實施這種閃光源。也可以只使 用一個閃光燈或者^f吏用至少三個閃光燈來替4&使用兩個閃光燈116、 117。例如，每個閃光燈116、 117都能發出一束閃光，或者一個閃光燈116或 117可發出兩束或多束閃光。光脈衝的數量也可以變化並能大於或等於二。此外，中央處理單元113耦接至液晶顯示器118，所述液晶顯示器118 用作用於顯示高爾夫球分析結果的光學顯示單元。另外，中央處理單元113耦接至例如鍵盤、控制杆、觸控螢幕等輸V輸 出裝置119,以便向中央處理單元113提供控制信息。例如，高爾夫球手 101可經由輸V輸出裝置119輸入表示用於擊打的球桿102的信息，以便 向系統100提供用以評估擊打的情況所需要的信息。如圖1中進一步所示出，設置有麥克風124，其用於檢測由高爾夫球 桿頭104和球105之間的撞擊所產生的聲波。此外，在高爾夫球分析設備100處還設置有藍牙通信接口 125，並且 藍牙通信接口 125與中央處理單元113耦接。經由藍牙通信接口 125，可 實現與設置在高爾夫球手101的兩隻鞋子126、 127中的可選傳感器128、 129的通信。此外還可實現與設置在高爾夫球桿頭104中的傳感器130以 及設置在高爾夫球105中的傳感器131的無線通信。此外，高爾夫球105包括標記150，該標記150可以是文字或符號， 其光學特性不同於大致為白色的高爾夫球105。類似地也可以在高爾夫球 桿頭104處設置標記151，以M球桿102的杆部103處設置標記152。下面將更詳細地說明系統100的功能性。當高爾夫^動員101揮動高爾夫#102使得高爾夫#頭104撞 擊球105時產生聲波。麥克風124以相應的滯後檢測到這些聲波。從而觸 發閃光燈116、 117以發出光脈衝，具體為時長為20微秒、時間間隔為2 亳秒的兩個光脈衝。相應地，這些閃光燈116、 117限定了照相機114檢測 在(基本上)撞擊期間或撞擊之後受擊的球105、移動的球桿102、和/或 移動的高爾夫g動員101的圖像的時刻。此外，來自傳感器128至131的傳感器信息^L傳送到藍牙通信接口 125。 中央處理單元113可以使用所有這些信息項以獲得例如角度信息、itJL信 息、距離信息等高爾夫球分析信息。這種評估的結果可經由顯示單元118 輸出。作為麥克風124的替換方案，可設置光障以用於檢測撞擊球105的時間。更具體地，高爾夫球分析設備IOO包括成像設備，該成像設備由照明 裝置(即閃光燈116、 117)所形成，所述照明裝置適於在兩個或多個適時 分開的時間間隔期間照明運動中的高爾夫球105,所述時間間隔由閃光的 持續時間和相繼的閃光之間的時間間隔所限定。電荷耦合器件照相機114 (可替代地為互補金屬氧化物半導體照相機)設置以拍攝運動的高爾夫球 105的圖像。中央處理單元113用作控制單元，用於以如下方式協調閃光 燈116、 117和電荷耦合器件照相機114，即使得電荷耦合器件照相機114 在所述兩個或多個適時分開的時間間隔期間拍攝被照明的高爾夫球105的 圖像，並且該電荷耦合器件照相機114在所述至少兩次適時分開的時間間 隔之間的至少一部分時距期間停用。換言之，照相機114僅在與閃光燈116、 117的照明時間至少部分相關的特定時刻期間才啟動。這將在下文參照圖2 和圖3更詳細地說明。然而，電荷耦合器件照相機114將在閃光單元116、 117的多次閃光期 間拍攝的飛行的高爾夫球105的圖像疊加，從而形成一幅表示閃光間隔期 間的飛行的高爾夫球105的圖像。但是，在中央處理單元113的控制下， 在閃光燈116、 117發出光脈衝之間的大部分時距期間，快門機構、更具體 為電動快門機構使電荷耦合器件照相機114停用。如所描述的實施方式所 述，閃光燈116、 117同時發出光脈衝。可替代地，不同的閃光燈116、 117 可用來在不同時刻閃光。中央處理單元113還用作評估單元，用於基於對電荷耦合器件照相機 114所拍攝的圖像的分析來評估飛行中的高爾夫球105的運動特性。在此 圖像上，在高爾夫球105飛行過程中的不同時刻，以被照明的方式來顯示 出高爾夫球105。由於閃光燈116、 117的位置使得電荷耦合器件照相機114 位於閃光燈U6、 117之間，所以照相機114的位置基本對稱，並檢測由球 105的暗的圓形邊緣所環繞的球105的明亮的中心。在中央處理單元113 上運行的圖像處理軟體具體分析球105的邊緣和(灰色)背景之間的交接 處。由於在閃光單元116、 117產生閃光之間停用照相機114，所以提高或 增強了明亮的球和暗色的背景之間的反差，從而允許以更高的準確度執行 圖像處理程序，並且提供更有意義的高爾夫球分析結果。以下將參照圖2說明圖示高爾夫球分析設備100的各部件的定時的定 時方案200。信號210表示用於觸發閃光單元116、 117的觸發信號。信號220表示 由閃光單元116、 117產生的閃光的持續時間。信號230表示照相機114的 快門的觸發信號與時間的關係。沿時間軸240繪出了照相機114在其間實 際被照明的時間間隔。方案210、 220、 230、 240的水平方向表示時間，豎直方向表示信號的 幅值或邏輯值。當高爾夫球105被撞擊時，這可由麥克風124分析。此信號可從麥克 風124傳送到中央處理單元或微控制器單元113，該中央處理單元或^t控 制器單元113產生用於觸發閃光燈116、 117的觸發信號211和212。換言 之，在時間間隔211、 212期間，閃光燈分別發出閃光脈衝221和222。與 此閃光221、 222 —致地，照相機113的快門被操作，並在時間間隔231 和232期間分別產生照相機113控制信號。相應地，電荷耦合器件照相機113在時間間隔241和242期間分別被 照明。這在圖2中示意性地示出為三角形，因為在電荷耦合器件照相機114 的這些有效時間241、 242期間集結或積聚了光子。括號250示意性地表示出照相機113在時間間隔241和242期間拍攝 的單個信號的疊加。此疊加的結果是圖像260,其在由於照相機停用而獲 得的暗色背景之前示出飛行過程中在兩個不同位置處的高爾夫球105。圖3表示在電荷耦合器件照相機114內的數據處理的方案300。在圖1的實施方式中使用的電荷耦合器件照相機114包括可照明部分 (Hellspeicher) 301和不可照明部分302 (Dunkelspeicher )。可照明部分301具有光敏性且適於在至少兩個適時分開的時間間隔 241 、 242期間光303照明的情況下拍攝可移動的高爾夫球105的單幅圖像。 可照明部分301還適於將所述單幅圖像提供或複製到不可照明部分302。 此外，可在至少兩個適時分開的時間間隔241、 242期間相繼的照明之間重 新初始化可照明部分301 。不可照明部分302適於疊加由可照明部分301提供的單幅圖4象304以 產生疊加後的圖像305，此疊加後的圖像305將被提供給分析計算機(未 示出)或中央處理單元113的存儲裝置306，此疊加後的圖像305可由該 分析計算機或中央處理單元113進一步處理。當被照明部分301在時間間隔241期間檢測到來自飛行的高爾夫球的 光信號之後，此圖像數據被複製到未被照明部分302中。這可以是一個呈 微秒數量級的非常快速的過程。在用於分開時間間隔241和242的時間間 隔之後，可照明部分301可被重新初始化且再次被激活，並在隨後的時間 間隔處，亦即在時間間隔242期間，拍攝高爾夫球105的圖像。與第二圖 ^^目關的數據作為數據304被複製到未被照明部分302中。通過採用這種 方法，第一圖像和第二圖像的數據以呈微秒數量級的快速方式簡單疊加在 未被照明部分302中。只有在拍攝完最後的圖《象之後(也就是i兌，在時間 間隔242之後)，才將全部圖像數據作為數據305傳遞到存儲裝置306,此 過程可能比較慢，例如呈毫秒數量級。然後將此數據存儲在硬碟306上用 於進一步分析。圖3的電動快門M的優點是單元302和306之間緩慢的讀出過程只 發生一次。圖4示出如本發明示例性實施方式所述的高爾夫球分析設備400，其 實現了參照圖2和圖3所描述的圖像獲取裝置。如圖4中所示的高爾夫球獲取裝置400包括外殼401。外殼401安裝 在支架402上。除了對稱安裝的閃光燈116、 117外，還示出了一個電荷耦 合器件照相機114。圖5示出了一幅由常規高爾夫球分析設備在明亮的M下獲取的圖像500。在圖像500中，在兩個不同時刻處只能以較差的質量看出高爾夫球 105。在背景中示出了高爾夫艱逸動員的腿部501。由於高爾夫球105和背 景、具體為腿部501之間的反差小，所以自動圖像處理程序在檢測此分辨 率低的高爾夫球105的位置以確定其運動特性時將面臨很大問題。圖5的實施方式涉;M^相繼的閃光之間停用的電荷耦合器件照相機。圖像500是以2.2亳秒的持續快門開啟時間拍攝的。與此形成對比，圖6示出由圖4所示的成傳J殳備拍攝的圖《象600，其 實施了參照圖2和圖3所描述的圖《象獲取方案。高爾夫^動員的腿部幾乎不可見，且在兩個不同時刻能夠以高準確 度分辨出高爾夫球105。這是由於在兩個相繼的閃光之間停用電荷耦合器件照相機113而產生的。圖6的圖4象是以帶有2亳秒時距的兩個30微秒的短時快門開啟時間來 拍攝的。基於圖像600，圖像處理軟體通過"內部明亮部分"和"周圍暗色部 分"可準確地判定"兩個物體"的最有可能的位置，所述"內部明亮部分" 和"周圍暗色部分，，呈"圓形，，並且具有"在預定範圍內的尺寸"。因此， 可以使用圖形辨識算法自動檢測在不同位置處的高爾夫球105。可估算設 置在高爾夫球105上的標記602以判定旋轉特性等。此外，還能夠進行從 兩維到三維的轉換，以便判定球105的速度和旋轉軸線。以下將參照圖7和圖8來說明如本發明的示例性實施方式所述的通過 積分時間調整來改善邊緣反差的程序.當設計用於高爾夫球分析設備的照相機時，可以考慮以下幀條件1. 由於信息能夠存儲在一幀(圖像)內，所以在短時間內的多次曝光 能夠以節約成本的方式獲取頻閃圖像。在此不需要高速照相機等。2. 為了顯著提高所述反差，積分時間Ti應當降低為在沒有閃光能量損 耗的情況下的閃光持續時間。適當的邊緣反差對於圖《象處理的可靠性和準 確性4艮重要。參照圖7， t是閃光持續時間，S是球的軌跡亮度，R是球的邊緣亮度， T是球中心處的亮度。軌跡亮度S受從(衰減後的)背景亮度的影響以及球105變模糊產生 的亮度的影響。如圖8所示，邊緣亮度R取決於d)的正弦函數。球的邊緣處的亮度R受軌跡亮度S以及閃光亮度之和的影響，該閃光 亮度照明球的邊緣，因幾何形狀和散射度而降低。以下，將計算球邊緣和球中心相對於球軌跡的反差在本文中，KsT表示為球中心相對於球軌跡的反差KsT= ( T-S ) / ( T+S ) =1/ (CJi+l)KSR表示為球邊斜目對於球軌跡的反差KSR= (R-S) / (R +S ) =1/ (C2Ti+l)d和C2為表示閃光亮度、背景亮度、散光度以及幾何形狀的影響的常數。上述等式示出，較短的時間Ti會導致較高的反差K犯和KST。應當注意，術語"包括"並不排除其它的元件或特徵，並且，"一"或 "一個"也不排除複數的情況。此外，結合不同的實施方式所描述的元件 可以組合。還
權利要求
1.一種成像設備，包括照明裝置，其適於至少在至少兩個適時分開的時間間隔的至少一部分期間照明可移動物體；圖像傳感器裝置，其適於拍攝所述可移動物體的圖像；控制單元，其適於以如下方式協調所述照明裝置和所述圖像傳感器裝置，即在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，所述圖像傳感器裝置拍攝所述可移動物體的圖像，並且在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的時距期間停用所述圖像傳感器裝置。
2. 如權利要求1所述的成像設備，其中，所述圖〗象傳感器裝置適於選擇性地疊加在所述至少兩個適時分 開的時間間隔期間拍攝的可移動物體的圖像，從而形成一幅圖示所述可移 動物體在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間的圖<象。
3. 如權利要求1或2所述的成像設備，包括快門機構，其能夠由所述控制單元控制，並適於在所述至少兩個 適時分開的時間間隔之間的時距期間停用所述圖像傳感器裝置。
4. 如權利要求3所述的成像設備，其中，所述快門機構包括機械式快門機構和電動式快門機構中的至少 其中一種。
5. 如權利要求1到4中任一項所述的成像設備，其中，所述照明裝置包括一個或多個頻閃儀，具體為兩個相對於所述 圖像傳感器裝置呈對稱布置的頻閃儀。
6. 如權利要求1到5中任一項所述的成像設備，其中，所述照明裝置適於至少在所述至少兩個適時分開的時間間隔的 至少一部分期間通過產生電磁輻射的脈衝來照明所述可移動物體。
7. 如權利要求1到6中任一項所述的成像設備，其中，所述至少兩個適時分開的時間間隔的持續時間在基本上1微秒 和基本上200微秒之間的範圍內，具體在基本上10微秒和基本上40微秒 之間的範圍內，更具體在基本上20微秒和基本上40微秒之間的範圍內。
8. 如權利要求1到7中任一項所述的成像設備，其中，所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的時距的持續時間在基 本上100微秒和基本上1秒之間的範圍內，具體在基本上0.5毫秒和基本 上10毫秒之間的範圍內。
9. 如權利要求1到8中任一項所述的成像設備，包括檢測單元，其適於檢測所述可移動物體的撞擊，所述撞擊使所述 物體開始運動，所述檢測單元進一步適於響應於所檢測的撞擊而觸發所述 照明裝置以照明所述物體。
10. 如權利要求1到9中任一項所述的成像設備，包括評估單元，其適於基於對由圖像拍攝裝置所拍攝的所述可移動物 體的圖像的分析來評估所述可移動物體的運動特性。
11. 如權利要求10所述的成像設備，其中，所述評估單元適於基於圖像處理算法來評估作為所述可移動物 體的球的運動特性，所述圖像處理算法辨識由所述球的明亮中心、所述球 的暗色邊緣以及所述球的邊緣和背景之間的交接處中的至少其中一項。
12.如權利要求1到11中任一項所述的成像設備，其中，所述圖像傳感器裝置包括可照明部分和不可照明部分，所述可照明部分適於在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，在所 述可移動物體由電磁輻射照明的情況下，拍攝所述可移動物體的單幅圖 像，適於將所述單幅圖像提供給所述不可照明部分，並適於在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間相繼的照明之間被重新初始化；所述不可照明部分適於疊加由所述可照明部分提供的所述單幅圖像 以產生疊加後圖像，且適於最終將所述疊加後圖像提供給存儲裝置。
13. 如權利要求1到12中任一項所述的成像i殳備，其中，所述照明裝置適於在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的 至少部分所述時距期間不照明所述可移動物體。
14. 如權利要求1到13中任一項所述的成像設備，其中，所述照明裝置適於在所述至少兩個適時分開的時間間隔的至少 一部分期間、以及在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間持續地照明所 述可移動物體。
15. —種高爾夫球分析設備，其用於評估高爾夫艱逸動員的動作，尤 其是擊打動作，所述高爾夫球分析設備包括如權利要求1到14中任一項所述的成像設備,所述成像設備適於拍攝 由作為所述可移動物體的高爾夫球和高爾夫球桿中的至少其中一項的圖 像。
16.如權利要求15所述的高爾夫球分析設備，包括以下所列至少其中一項供電單元，其用於向所述高爾夫球分析 設備的至少一部分提供電能；光學顯示單元，其用於顯示與高爾夫球分析 相關的信息；用戶界面單元，其用於允許用戶與所述高爾夫球分析設備的 至少一部分進行交流；傳感器單元，其用於感測至少一個與高爾夫球分析 相關的傳感器^lt;以及數據評估單元，其用於評估與高爾夫球分析相關的數據。
17. —種運動物體的成像方法，所述方法包括至少在至少兩個適時分開的時間間隔的至少 一 部分期間照明所述運 動物體；拍才聶所述可移動物體的圖 <象；以如下方式協調所述照明和所述拍攝，即在所述至少兩個適時分開的 時間間隔期間，拍攝所述運動物體的圖像，並且在所述至少兩個適時分開 的時間間隔之間的所述時距期間不進行所述拍攝。
18. —種程序單元，當被處理器執行時，所述程序單元適於控制或實 施權利要求17所述的運動物體的成像方法。
19. 一種計算機可讀^h質，其中存儲有電腦程式，當由處理器執行 時，所述電腦程式適於控制或實施權利要求17所述的運動物體的成像方 法。
全文摘要
一種成像設備，其包括照明裝置，其適於在至少兩個適時分開的時間間隔期間照明可移動物體；圖像傳感器裝置，其適於拍攝所述可移動物體的圖像；以及控制單元，其適於以如下方式協調所述照明裝置和所述圖像傳感器裝置，即在所述至少兩個適時分開的時間間隔期間，所述圖像傳感器裝置拍攝所述被照明的可移動物體的圖像，並且在所述至少兩個適時分開的時間間隔之間的至少部分時距期間停用所述圖像傳感器裝置。
文檔編號A63B24/00GK101410153SQ200780003294
公開日2009年4月15日 申請日期2007年1月19日 優先權日2006年1月19日
發明者喬治·科恩, 克裡斯蒂安·霍赫拉, 彼得·赫魯斯塔廖夫, 恩斯特·黑格爾斯, 斯特凡·梅爾, 羅納德·滕尼斯 申請人:朗吉泰蒙特股份有限公司