專利名稱：利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量的方法及利用該方法的虛擬高爾夫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量的方法及利用該方法的虛擬高爾夫系統(tǒng)。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及利用單一光源和配置在與該光源相對置的底面上的平面?zhèn)鞲衅鞑縼頇z測物體(例如高爾夫球)的影子，并以此為基礎(chǔ)來測量上述物體的高度等物理量的方法及利用該方法的虛擬高爾夫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
喜歡高爾夫的人數(shù)正持續(xù)增加。但是，實(shí)際上喜歡高爾夫的人無法經(jīng)常去現(xiàn)場進(jìn)行比賽，因此在都市中心等也能以較低的費(fèi)用虛擬地打高爾夫的虛擬高爾夫系統(tǒng)(屏幕高爾夫系統(tǒng))正廣泛普及。這種虛擬高爾夫系統(tǒng)的基本概念是，若打高爾夫球的人向屏幕打高爾夫球，則虛擬高爾夫系統(tǒng)檢測高爾夫球的移動，并經(jīng)過規(guī)定的模擬過程，將打出高爾夫球的結(jié)果虛擬地顯示在屏幕上。在這種虛擬高爾夫系統(tǒng)中，重要的是測量高爾夫球的高度、 移動速度、移動方向等并進(jìn)行模擬，以使打高爾夫球的人能夠感覺到與實(shí)際比賽時類似的高爾夫球的移動。

發(fā)明內(nèi)容
(發(fā)明所要解決的問題)為此，在大部分現(xiàn)有的虛擬高爾夫系統(tǒng)中，利用超高速攝像機(jī)等價格昂貴的光學(xué)裝置來收集與被擊出的高爾夫球的移動相關(guān)的信息并進(jìn)行運(yùn)算，但是這種方式需要相當(dāng)復(fù)雜的技術(shù)，尤其是成為實(shí)現(xiàn)虛擬高爾夫系統(tǒng)所需的費(fèi)用較高的主要原因。另外，日本公開專利公報第2003-230767號、美國注冊專利公報第5390927號、日本注冊專利公報第3394978號等公開了有關(guān)利用多個水平傳感器和多個垂直傳感器檢測高爾夫球的移動的現(xiàn)有技術(shù)，但是在利用這種現(xiàn)有技術(shù)的情況下，也仍然存在虛擬高爾夫系統(tǒng)的復(fù)雜程度或虛擬高爾夫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)費(fèi)用等方面的問題。(解決問題的手段)本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有技術(shù)的所有問題。另外，本發(fā)明的另一個目的是僅利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑烤湍軠?zhǔn)確地測量物體的物理量。另外，本發(fā)明的再一個目的是以較低的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)有效地進(jìn)行動作的虛擬高爾夫系統(tǒng)。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，僅利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑恳材軠?zhǔn)確地測量物體的物理量。根據(jù)本發(fā)明，以較低的費(fèi)用也能夠?qū)崿F(xiàn)有效地進(jìn)行動作的虛擬高爾夫系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的整體系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的圖。圖2是詳細(xì)表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的平面?zhèn)鞲衅鞑?00的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。圖3及圖4是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器列210的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是詳細(xì)表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的測量裝置300的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。圖6及圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例以影子的大小為基礎(chǔ)來測量物體的高度的觀念所涉及的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例基于影子經(jīng)過傳感器的時間、連接光源和傳感器的直線與物體的軌跡所形成的角度來測量物體高度的觀念所涉及的示意圖。符號說明100-光源，200-平面?zhèn)鞲衅鞑浚?00-測量裝置，400-顯示裝置。
具體實(shí)施例方式用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的代表性的結(jié)構(gòu)如下。根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量的方法，該方法包括由上述平面?zhèn)鞲衅鞑繖z測根據(jù)從上述單一光源發(fā)出的光而產(chǎn)生的上述物體的影子的步驟，上述平面?zhèn)鞲衅鞑颗渲迷谂c上述單一光源對置的底面上；以及基于有關(guān)上述影子的信息來測量上述物體的物理量的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一個方式，提供一種用于測量物體的物理量的測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)包括單一光源；用于檢測根據(jù)從上述單一光源發(fā)出的光而產(chǎn)生的上述物體的影子的平面?zhèn)鞲衅鞑浚鲜銎矫鎮(zhèn)鞲衅鞑颗渲迷谂c上述單一光源對置的底面上；以及用于基于有關(guān)上述影子的信息來測量上述物體的物理量的測量裝置。后述的關(guān)于本發(fā)明的詳細(xì)說明參照表示能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的特定實(shí)施例的附圖即可。將詳細(xì)說明這些實(shí)施例，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員足以能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。本發(fā)明的各種實(shí)施例雖然彼此不同，但是應(yīng)理解為并不需要相互排斥。例如，在此記載的特定形狀、結(jié)構(gòu)及特性涉及一個實(shí)施例，但也可以在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下由另一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。 另外，應(yīng)該理解為在不脫離本發(fā)明的精神及范圍的情況下，可以變更所公開的各個實(shí)施例內(nèi)的個別結(jié)構(gòu)要素的位置或配置。從而，后述的詳細(xì)說明并不具有限定意義，確切地說，本發(fā)明的范圍由與技術(shù)方案主張的內(nèi)容等同的所有范圍和所附的技術(shù)方案來限定。附圖中類似的參照符號是指在各個方面具有相同或類似的功能。以下，為了使具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的通常知識的人能夠容易實(shí)施本發(fā)明，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。[本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例]在以下本說明書中，作為根據(jù)本發(fā)明為了利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量而實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的例子，主要說明虛擬高爾夫系統(tǒng)，但本發(fā)明并不局限于此，應(yīng)理解為只要是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)思想而導(dǎo)出的用于測量物體的物理量的各種測量方法和系統(tǒng)均屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的整體系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的圖。這種整體系統(tǒng)可以是虛擬高爾夫系統(tǒng)。
參照圖1，本發(fā)明的一個實(shí)施例的整體系統(tǒng)包括開始部10(在虛擬高爾夫系統(tǒng)的情況下為擊球部10)、光源100、平面?zhèn)鞲衅鞑?00、測量裝置300及顯示裝置400。首先，本發(fā)明的一個實(shí)施例的光源100(優(yōu)選為一個)可以包括發(fā)光體。這種光源 100可以發(fā)光而產(chǎn)生位于光路徑上的物體的影子。在本發(fā)明中利用光的直線傳播性，因此光源100優(yōu)選使用直線傳播性良好的激光光源等，但本發(fā)明并不局限于此，當(dāng)然也可以包括能夠產(chǎn)生物體的影子的公知的發(fā)光體來構(gòu)成本發(fā)明的光源100。其次，本發(fā)明的一個實(shí)施例的平面?zhèn)鞲衅鞑?00可以配置在與光源100對置的底面上。這種平面?zhèn)鞲衅鞑?00可以包括多個傳感器(光傳感器)，各傳感器可以執(zhí)行檢測物體的影子的功能。S卩，平面?zhèn)鞲衅鞑?00可以檢測從開始部10出發(fā)的物體(例如，從擊球部10擊出的高爾夫球)在經(jīng)過光源100與平面?zhèn)鞲衅鞑?00之間的過程中產(chǎn)生的影子。對此，將通過參照附圖2進(jìn)行的以下的詳細(xì)說明而進(jìn)一步觀察。另外，本發(fā)明的一個實(shí)施例的測量裝置300可以執(zhí)行基于由平面?zhèn)鞲衅鞑?00檢測出的有關(guān)影子的信息(即，影子的大小、影子經(jīng)過傳感器上的時間、影子的軌跡所形成的角度等)而運(yùn)算該物體的高度、移動速度、和移動方向等的功能。此外，測量裝置300可以執(zhí)行通過顯示裝置400顯示與物體的移動相關(guān)的模擬結(jié)果的功能。這種測量裝置300可以是包括與平面?zhèn)鞲衅鞑?00及顯示裝置400進(jìn)行通信的功能的數(shù)字設(shè)備，這種數(shù)字設(shè)備可以包括用于虛擬高爾夫系統(tǒng)的專用處理器。這種專用處理器可以具備存儲器單元，并具有數(shù)值運(yùn)算功能和圖形處理功能。關(guān)于如上所述的測量裝置300的結(jié)構(gòu)，將通過參照附圖5進(jìn)行的以下的詳細(xì)說明
來進(jìn)一步觀察。最后，本發(fā)明的一個實(shí)施例的顯示裝置400作為用于顯示數(shù)值運(yùn)算或圖形處理的結(jié)果的裝置，可以是執(zhí)行通過規(guī)定的顯示單元顯示規(guī)定的影像的功能的裝置。優(yōu)選顯示裝置400可以由吸收被擊出的高爾夫球等物體引起的沖擊的一方面不直接發(fā)光的屏幕和向該屏幕輸出影像的投影儀構(gòu)成。平面?zhèn)鞲衅鞑康慕Y(jié)構(gòu)以下，對本發(fā)明的一個實(shí)施例的平面?zhèn)鞲衅鞑?00的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)要素的功能進(jìn)行說明。圖2是詳細(xì)表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的平面?zhèn)鞲衅鞑?00的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。參照圖2，本發(fā)明的一個實(shí)施例的平面?zhèn)鞲衅鞑?00可以構(gòu)成為包括傳感器列 210、錯誤檢測部220、通信部230及控制部MO。根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，傳感器列210、錯誤檢測部220、通信部230及控制部 240之中至少一部分可以是與測量裝置300進(jìn)行通信的程序模塊。這種程序模塊能夠以運(yùn)行系統(tǒng)、應(yīng)用程序模塊及其他程序模塊的形式被包含于平面?zhèn)鞲衅鞑?00中，在物理上可以存儲在任意的公知的存儲裝置中。另外，這種程序模塊也可以存儲在能夠與平面?zhèn)鞲衅鞑?00進(jìn)行通信的遠(yuǎn)程存儲裝置中。另一方面，這種程序模塊包括根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行后述的特定工作或特定的抽象數(shù)據(jù)類型的例行程序、子程序、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，但并不局限于此。首先，本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器列210可以執(zhí)行檢測影子的功能。這種傳感器列優(yōu)選可以包括多個光傳感器。更優(yōu)選地，傳感器列210可以包括一定地排列多個光傳感器的傳感器行，對此將通過參照圖3及圖4進(jìn)行的以下的詳細(xì)說明來進(jìn)一步觀察。其次，本發(fā)明的一個實(shí)施例的錯誤檢測部220可以執(zhí)行檢測錯誤并進(jìn)行修正的功能，這是因?yàn)樵跈z測影子的過程中所使用的多個傳感器之中顯示錯誤的傳感器即使只有一個的情況下，有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的誤動作。對此將在后面進(jìn)行更仔細(xì)的說明。另外，本發(fā)明的一個實(shí)施例的通信部230可以執(zhí)行將由傳感器列210檢測的有關(guān)影子的信息傳輸給測量裝置300的功能。一般而言，通信部230可以執(zhí)行使平面?zhèn)鞲衅鞑?200與測量裝置300之類的外部裝置進(jìn)行通信的功能，這種通信方式可任意采用以太網(wǎng)通信、USB 通信、IEEE 1394 通信、串行通信(serial communication)及并行通信(parallel communication)之類的有線通信方式，更優(yōu)選采用紅外線通信、藍(lán)牙通信、RF通信及無線 LAN通信之類的無線通信方式。最后，本發(fā)明的一個實(shí)施例的控制部240可以執(zhí)行控制傳感器列210、錯誤檢測部 220及通信部230之間的數(shù)據(jù)流的功能。即，控制部240控制來自外部的數(shù)據(jù)流，或控制平面?zhèn)鞲衅鞑?00的各結(jié)構(gòu)要素之間的數(shù)據(jù)流，從而控制傳感器列210、錯誤檢測部220及通信部230分別執(zhí)行固有功能。以下對本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器列210的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)要素的功能進(jìn)行詳細(xì)說明。為了利用由物體產(chǎn)生的影子來準(zhǔn)確測量物體的高度、移動速度、移動方向等，優(yōu)選屬于傳感器列210的各傳感器之間的間隔小。這是因?yàn)?，間隔越小，分辨率就越高，從而測量誤差減小。但是，若配置成傳感器列210內(nèi)的傳感器行的各傳感器與對置的傳感器行的各傳感器僅對置各一個，則傳感器行之間的間隔很難小于傳感器的直徑，因此為了得到傳感器列210的最佳結(jié)構(gòu)，可如下構(gòu)成。圖3及圖4是表示本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器列210的結(jié)構(gòu)的圖。參照圖3及圖4，本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器列210具有包括多個傳感器211的多個傳感器行。傳感器行的個數(shù)可以是兩個以上。在如圖3及圖4所示那樣配置傳感器行的情況下，若傳感器行的個數(shù)為η (η為2以上的自然數(shù))，則傳感器行之間的間隔hn滿足公式1。公式1

權(quán)利要求
1.一種方法，是利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量的方法，該方法包括由上述平面?zhèn)鞲衅鞑繖z測根據(jù)從上述單一光源發(fā)出的光而產(chǎn)生的上述物體的影子的步驟，上述平面?zhèn)鞲衅鞑颗渲迷谂c上述單一光源對置的底面上；以及基于有關(guān)上述影子的信息來測量上述物體的物理量的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述單一光源是光的直線傳播性良好的光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述平面?zhèn)鞲衅鞑堪ǘ鄠€傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，多個上述傳感器之中至少一部分形成多個傳感器行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，在多個上述傳感器行的個數(shù)為η的情況下，相鄰的傳感器行之間的間隔hn用以下公式表不，；；其中，d是屬于多個上述傳感器行的傳感器之間的單位間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法， 上述物理量是上述物體的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，有關(guān)上述影子的信息包括上述影子的大小、上述影子經(jīng)過屬于上述平面?zhèn)鞲衅鞑康膫鞲衅鞯臅r間及上述影子的軌跡所形成的角度之中的至少一項(xiàng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述影子檢測步驟包括檢測屬于上述平面?zhèn)鞲衅鞑恐械闹辽僖粋€傳感器的錯誤的步馬聚ο
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，上述錯誤檢測步驟包括檢測上述至少一個傳感器的基準(zhǔn)傳感器電壓是否大于允許最小電壓且小于允許最大電壓的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，上述錯誤檢測步驟包括檢測上述至少一個傳感器的基準(zhǔn)傳感器電壓的偏差是否小于允許電壓偏差的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，上述影子檢測步驟還包括修正上述至少一個傳感器的錯誤的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，上述錯誤修正步驟包括將上述至少一個傳感器的兩側(cè)的各傳感器的共同的輸出值設(shè)定為上述至少一個傳感器的輸出值的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，上述錯誤修正步驟包括在上述至少一個傳感器的兩側(cè)的各傳感器的輸出值彼此不同的情況下，仍然保持上述至少一個傳感器的以前的輸出值的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述物理量測量步驟包括以上述影子所經(jīng)過的上述平面?zhèn)鞲衅鞑恐械膫鞲衅鞯膫€數(shù)為基礎(chǔ)來測量上述物體的高度的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法， 上述高度h'用以下公式表示，
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述物理量測量步驟包括基于上述影子的大小的估算值測量上述物體的高度的步驟， 上述影子的大小的估算值是上述影子經(jīng)過上述平面?zhèn)鞲衅鞑康亩鄠€傳感器的時間、與在上述時間內(nèi)的上述多個傳感器的輸出的加權(quán)和除以上述時間而計(jì)算出的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，上述加權(quán)和是針對上述多個傳感器之中的一部分傳感器計(jì)算出的。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，上述影子的大小的估算值是對上述加權(quán)和應(yīng)用規(guī)定的修正系數(shù)而計(jì)算出的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，上述物理量測量步驟包括基于上述影子經(jīng)過上述平面?zhèn)鞲衅鞑康囊粋€傳感器的時間、 以及連接上述單一光源和上述一個傳感器的直線與上述物體的軌跡所形成的角度，來測量上述物體的高度的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法， 上述高度h用以下公式表示，h = Lg X cot ( θ Α+ΦΑ)其中，Lg是從上述單一光源到上述底面的垂線的支腳與上述物體的移動開始點(diǎn)之間的距離，θ Α是連接上述單一光源和上述一個傳感器的直線與上述物體的軌跡所形成的角度， ΦΑ是連接上述單一光源和上述一個傳感器的直線與上述垂線所形成的角度。
21.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法， 交替地配置上述多個傳感器行。
22.一種測量系統(tǒng)，用于測量物體的物理量，該測量系統(tǒng)包括 單一光源；用于檢測根據(jù)從上述單一光源發(fā)出的光而產(chǎn)生的上述物體的影子的平面?zhèn)鞲衅鞑?，上述平面?zhèn)鞲衅鞑颗渲迷谂c上述單一光源對置的底面上；以及用于基于有關(guān)上述影子的信息來測量上述物體的物理量的測量裝置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)， 上述平面?zhèn)鞲衅鞑堪ǘ鄠€傳感器。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的測量系統(tǒng)，上述多個傳感器之中至少一部分形成多個傳感器行。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的測量系統(tǒng)， 交替地配置多個上述傳感器行。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)， 上述物理量是上述物體的高度。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)，有關(guān)上述影子的信息包括上述影子的大小、上述影子經(jīng)過屬于上述平面?zhèn)鞲衅鞑康膫鞲衅鞯臅r間及上述影子的軌跡所形成的角度之中的至少一項(xiàng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)，上述測量裝置基于上述影子所經(jīng)過的上述平面?zhèn)鞲衅鞑恐械膫鞲衅鞯膫€數(shù)，測量上述物體的高度。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)，上述測量裝置基于上述影子的大小的估算值測量上述物體的大小，上述影子的大小的估算值是上述影子經(jīng)過上述平面?zhèn)鞲衅鞑康亩鄠€傳感器的時間、與在上述時間內(nèi)的上述多個傳感器的輸出的加權(quán)和除以上述時間并進(jìn)行歸一化而計(jì)算出的。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量系統(tǒng)，上述測量裝置基于上述影子經(jīng)過上述平面?zhèn)鞲衅鞑康囊粋€傳感器的時間、以及連接上述單一光源和上述一個傳感器的直線與上述物體的軌跡所形成的角度，來測量上述物體的尚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑縼頊y量物體的物理量的方法及利用該方法的虛擬高爾夫系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供利用單一光源和平面?zhèn)鞲衅鞑繙y量物體的物理量的方法，該方法包括由上述平面?zhèn)鞲衅鞑繖z測根據(jù)從上述單一光源發(fā)出的光而產(chǎn)生的上述物體的影子的步驟，上述平面?zhèn)鞲衅鞑颗渲迷谂c上述單一光源對置的底面上；以及基于有關(guān)上述影子的信息來測量上述物體的物理量的步驟。
文檔編號G01B11/00GK102470268SQ201080030016
公開日2012年5月23日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者石在鎬, 石容昊 申請人:石在鎬, 石容昊