IP카메라기반의 운동선수 코칭용 원격 영상모니터링 시스템
박천일
*, 김경태
*, 김상기
*, 강준상
*, 서승범
**, 이정훈
***, 이승연
****, 임윤식
*****, 유영식
******, 김준원
*******, 이종훈
********, 이종성
*********, 이선희
**********, 차재상
*ⓒImplement remote video monitoring system to sports coaching for athletes Based of IP-Camera
Cheon-Il Park
*, Kyeong-Tae Kim
*, Sang-Gi Kim
*, Joon-Sang Kang
*, SeungBeom Seo
**, Jung-Hoon Lee
***, Seung-Youn Lee
****, Yun-Sik Lim
*****, Young-Sik Yu
******, Joon-Won Kim
*******, Jong-Hoon Lee
********,
Jong-Sung Lee
*********, Seon-Hee Lee
**********, Jae-Sang Cha
*ⓒ요 약
최근 스포츠과학은 운동선수들의 경기력 향상을 위해 다양한 시도가 이루어지고 있다. 기존의 방법 중에 경기 후 선수들의 움직임 및 경기결과에 대한 데이터를 수집하고 분석하여 이를 토대로 취약점등을 보안하고 개선하는 방법이 많이 활용되고 있다. 하지만 이와 같은 방법은 경기결과를 바탕으로 데이터를 분석하기 때문에 실제경기 및 연습중에 경기의 흐름 및 선수들의 움직임 등을 실시 간으로 파악할 수 없는 한계가 존재한다. 이에 IT기술을 활용한 경기력 향상을 위한 경기중에 실시간으로 관리감독이 가능한 IP카메 라기반의 운동선수 코칭용 원격 영상모니터링 시스템을 제안하였다.
Key Words : Sports; Science; Sports IT; IT fusion.
ABSTRACT
Recently sports science is various attempts to improve the athletes' performances. Above all they collect a results for the data and analyze the movement of the players after the game. Based on this, they are utilized to complement the vulnerability and how to improve. However, this way is not able to understand the movement a player and the flow of the game in real time. Because they are analyzed to match results based on the data. Therefore it is possible to managed for performance enhancement used to IT technology during the game in real-time.
※ 이 연구성과의 일부는 서울과학기술대학교 교내 학술연구비 지원으로 수행되었습니다.
*서울과학기술대학교 NID융합기술대학원 방송통신융합프로그램, **서울과학기술대학교 일반대학원 미디어IT공학과
***서울과학기술대학교 IT정책전문대학원 방송통신정책전공, ****동서울대학교 전기정보제어과
*****여주대학교 방송제작/연예과, ******여주대학교 전기과, *******동아방송예술대학교 방송기술과
********부천대학교 전자과, *********서울과학기술대학교 에너지바이오대학 스포츠과학과
**********서울과학기술대학교 정보통신대학 전자IT미디어공학과
ⓒ교신저자 : (chajs@seoultech.ac.kr)
I. 서 론
최근 스포츠는 운동선수들의 경기력 향상을 위해 다양한 기술 및 시도가 이루어지고 있다[1][3]. 이에 스포츠 현장에 서 효과적으로 적용할 수 있는 과학적 코칭 시스템의 한 방 법으로 IP카메라기반의 운동선수 코칭용 원격 영상모니터링 시스템을 연구개발하게 되었다. 본 논문에서는 IP카메라기 반의 운동선수 코칭용 원격 영상모니터링 시스템을 WEP/IP 기반으로 구축된 서버PC를 통해 운동경기장의 선수들의 영
상정보를 실시간으로 모니터링 하며 스마트 단말에 전송하
여 장소에 구애받지 않고 언제 어디서든지 선수모니터링이
가능한 시스템을 구축하고자 한다. 세부적으로는 실시간 감
시가 가능하고, 유사시 알람 메시지 발송, 직관적인 모니터링
GUI 등을 통하여 사고발생에 대한 빠른 상황 대처와 피해를
최소화 하는데 그 목적이 있다. 본 논문의 2장에서는 연구 개
발의 개요 부분으로써, 시스템의 특징과 구성내용을 나누어
서 기술하겠으며, 3장에서는 실질적인 개발 내용으로써 DB
기반의 시스템개발, 영상 모니터링을 위한 SW개발,
WEB/IP를 활용한 GUI개발, 사용자 지향형 부가서비스 개 발에 관한 내용을 기술하도록 하겠으며 4장에서 결론을 도 출하도록 하겠다.
Ⅱ. 기존연구의 분석 및 고찰
1. 기존의 스포츠 선수 코치 방법 분석 1.1 스포츠 경기 모니터링의 현재
스포츠종목 중 국가대표급 축구 코치를 대상으로 한 실험 에서 경기가 끝난 후 경기의 30%만 기억한다는 사실을 1986 년 Franks and Miller의 연구를 통해 알게 되었다[2]. 선수의 운동능력 및 경기력 향상을 시키기 위해서는 경기결과에 대 한 분석과 피드백은 큰 효과가 있다. 하지만 실험결과에서 알 수 있듯이 코치가 기억하는 경기내용은 전체의 3분의 1도 못 미치며 이는 경기분석에 한계를 갖게 되는 결과를 가져왔 다. 이에 이를 보완하기 위한 방법으로 경기의 내용을 녹화 한 비디오 분석 방법이 도입되었다[1].
1.2 스포츠 경기 비디오 분석
스포츠 경기 비디오 분석은 2002월드컵 기간 중 우라니라 의 월드컵대표팀에 적용되면서 현재까지 사용되고 있으며 스포츠 경기 중에 축구뿐만 아니라 다양한 종목에서도 활용 되고 있다[1][4]. 이 방식은 소요되는 비용에 비해 매우 효과 적인 방법이며 촬영된 경기는 감독과 코치의 분석을 통해 선 수들에게 시각적인 전달이 가능하여 기존의 말로만 하는 방 법에 대비 뛰어난 경기력 향상 효과를 얻을 수 있다. 스포츠 경기의 녹화된 비디오 분석절차는 표 1과 같다.
표 1. 스포츠 경기 비디오 분석 절차
1 영상수집 녹화된 비디오 영상을 수집함 2 영상검토 수집된 비디오 영상을 검토함 3 영상분석 검토된 비디오 영상을 분석함 4 영상저장 분석된 비디오 영상을 저장함
스포츠 경기 녹화비디오는 수집-검토-분석-저장의 순으 로 이루어지며 절차에 대한 순서도는 그림 1과 같다.
그림 1. 스포츠 경기 비디오 분석 순서도 (출처:www.siliconcoach.com)
2. 기존방식의 한계 및 연구 필요성
기존의 스포츠 경기 비디오 모니터링 방식은 경기 후의 감독 관리에 초점이 맞춰져 있다는 한계가 있다. 이는 시합 이 끝나고 나서 진행되므로 실제경기 및 연습중에 경기의 흐 름 및 선수들의 움직임 등을 실시간으로 파악할 수 없다[1].
이에 본 논문에서 제안하는 IP카메라기반의 운동선수 코칭 용 원격 영상모니터링 시스템의 구현을 통해 선수 관리 및 경기력 향상을 위한 실시간 모니터링 방식이 필요하다.
Ⅲ. IP카메라기반의 코칭용 원격 모니터링 시스템
1. IP카메라기반 운동경기 모니터링 시스템 1.1 IP카메라기반 운동경기 모니터링 아키텍처 설계
IP카메라기반의 운동경기 모니터링 시스템이 스마트 단말 Web-App과 유연하게 연동될 수 있도록 클라우드 모니터링 서비스를 지원하는 아키텍처는 그림 2와 같다.
그림 2. IP카메라기반 스마트 단말 연동 아키텍처
1.2 시스템구성
IP카메라기반의 운동경기 모니터링 시스템의 구성은 다음
의 그림 3과 같다.
그림 3. IP카메라기반 운동경기 모니터링 시스템 구성도
우선 크게 IP카메라, 모니터링 서버, AP(Access Point)공 유기, 등의 컴퓨팅 환경으로 나눌 수 있고 IP카메라를 기반 으로 서버PC와 AP등이 연결되어 있다. 본 시스템에서는 IP 카메라와 스마트 단말을 활용한 영상모니터링기반 코칭시스 템으로써 무선인터넷을 이용한 운동경기 상황을 스마트 단 말기기의 화면을 통해 모니터링하고 있다.
2. IP카메라기반 운동경기 모니터링 시스템 구현 2.1 WEB / IP 기반의 GUI Software 개발
GUI Software의 개발 목적은 IP카메라기반 운동경기 코 칭 모니터링을 통해 관리하기 위한 관리자의 입장에서 언제 어디서나 지속적인 관리가 필요하기에 개발하였고 SW화면 구성은 그림 4와 같다.
그림 4. IP카메라기반 운동경기 모니터링 메인화면
IP카메라기반 운동경기 코칭 모니터링화면은 왼쪽엔 운 동경기장 전체 지역을 영상모니터링 하고 있는 화면이 위치 해 있고 오른쪽에는 각 지역을 선택할 수 있는 IP카메라 아 이콘, 요약하여 모든 기능을 보는 메인화면인 Integration 아 이콘, 실시간으로 데이터 통계를 보여주는 History 아이콘, 시스템에 환경설정을 위한 Setup 아이콘으로 구성된다.
2.2 WEB / IP 기반의 GUI Software 기능
본 논문에서 제안한 WEB / IP 기반의 GUI SW의 운동경기 코칭 모니터링 시스템의 기능을 구분하면 다음 표 2와 같다.
표 1. 스포츠 경기 비디오 분석 절차
1 모니터링 지속적인 선수 코칭을 위한 운동경기 장 영상 모니터링
2 메인화면 종합적으로 한 화면에 볼 수 있는 운 동경기 코칭 모니터링 메인화면 3 DB 실시간으로 보관한 데이터를 볼 수 있
는 전체 데이터 및 통계 내역 4 설정 영상기기 사양 및 기능에 따른 시스템
설정
운동경기장에서 경기 및 연습중이 선수들의 코칭을 위한 WEB / IP 기반의 운동경기 모니터링 시스템의 기능으로 는 먼저 코칭을 위한 지속적인 “영상모니터링”이 있고 운동경 기장 및 선수들의 운동경기를 종합적이며 직관적으로 볼 수 있는 “메인화면”이 있다. 그리고 “DB"화 시킨 실시간 모니터 링 영상과 통계내역이 있다. 마지막으로 시스템의 다양한 기 능을 조절할 수 있는 ”설정“이 있다.
3. IP카메라기반 운동경기 모니터링 시스템 구축
본 논문에서 제안한 IP카메라기반 운동경기 모니터링 시 스템은 그림 5와 같다.
그림 5. IP카메라기반 운동경기 모니터링 메인화면
그림의 왼쪽에서부터 ①은 스마트 단말로써 원격 영상모 니터링 및 알람을 확인할 수 있다. ②는 AP(Access Point)로 써 시스템의 각각의 장비들을 무선으로 연결해 주고 기기간 영상데이터 및 알람 등의 정보를 전달해 주는 역할을 한다.
③은 영상모니터링을 위한 IP카메라로써 운동경기장의 선수
들의 상황을 실시간으로 촬영하며 코칭 및 관리자에게 영상
데이터를 보내준다. ④는 서버PC써 IP카메라에서 촬영된 영
상데이터를 저장과 동시에 스마트 단말로 보내주어 원격 모
니터링이 가능하도록 해준다.
4. IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모니터링
본 논문에서 제안한 IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모 니터링은 IP카메라, 서버PC , AP(Access Point)공유기, 등의 컴퓨팅 환경으로 나눌 수 있다. IP카메라를 기반으로 서버 PC와 AP등이 연결되어 있으며 무선인터넷을 이용하여 운동 경기 상황을 스마트 단말기기의 화면을 통해 모니터링 한다.
IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모니터링 구조도는 다음 의 그림 6과 같다.
그림 6. IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모니터링 구조도
본 논문에서 제안한 IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모 니터링 시스템의 실제 실험장면은 아래의 그림 7과 같다.
(a) (b)
그림 7. IP카메라기반의 스마트 단말 원격 모니터링
그림 7의 (a)는 본 논문에서 제안한 시스템의 테스트를 위 해 운동장에 설치한 모습이다. (b)에서 보는 바와 같이 IP카 메라에서 촬영된 영상데이터는 화면에서 보는 것과 같이 서 버PC로 전달되어 모니터를 통해 확인이 가능하다. 또한 스 마트 단말을 통해 영상데이터가 보이는 것을 확인하였다.
5. 스마트 단말을 활용한 Push Notification 알람기능
운동경기장에서는 운동선수들의 연습경기일지라도 안전 사고에 노출되어 있고 발생위험도 매우 높다. 또한 선수관리 를 하는 코칭스텝 모두가 상황을 파악하지 못한다면 선수보 호차원에서의 문제가 생길 수 있다. 이에 SNS 알람기능은 선수관리와 보호차원에서 사고발생시 즉시 관련 코칭스텝 모두에게 알람을 보내서 선수를 보호하는 역할을 한다.
(a) (b)
그림 8. 스마트 단말 코칭 Push Notification 알람 기능
6. 실험결과 및 고찰
본 논문의 실험에서는 운동경기장에서 선수들의 코칭을 위하여 선수들에 대한 정확한 상황과 정보의 수집의 중요성 을 인식하고 스텝 및 관리감독자가 언제 어디서나 모니터링 이 가능한 원격 모니터링 시스템에 대한 연구를 진행하였다.
기존의 모니터링의 경우 운동경기후의 녹화된 영상데이 터만을 가지고 분석하기 때문에 경기에 대한 상황 및 정보의 정확성이 현저히 떨어지게 된다. 따라서 보다 직관적이며 효 과적인 실시간 원격 영상모니터링 시스템을 제안하였다.
제안한 시스템은 IP카메라를 기반으로 경기장의 운동선수 들을 모니터링 하는 기술로써 모니터링 시스템 구축을 위하 여 서버를 연동하고 WEB/IP 기반의 GUI를 구현하였다.
그림 9. WEB/IP 기반의 GUI
그림 9는 운동장에서 실험 중에 서버PC에 구현한 WEB/IP기반의 GUI 및 모니터링 화면을 캡처한 것이다.
실험은 운동장의 한 장소에서 진행된 관계로 각각의 카메 라는 모두 동일한 피사체를 향하고 있으나 Zoom기능을 통 해 다른 크기의 영상을 보여주고 있다. 향후 제안한 시스템 이 현장에 적용되어 설치되었을 때 지정된 지역을 모니터링 을 하는데 문제가 없음을 입증하였다.
그리고 스마트 단말을 이용한 영상모니터링 실험을 동시
에 진행 하였으며 구현된 원격 영상모니터링 어플리케이션
의 정상적인 구동을 확인하였다. 그림 10는 원격 스마트 단
말 모니터링 화면을 캡처한 화면이다.
(a) (b) 그림 10. 원격 스마트 단말 모니터링 및 알람
(a)는 스마트 단말의 원격 모니터링 영상으로 WEB/IP기반 의 모니터링 화면의 영상과 동시에 동일한 모니터링 영상을 볼 수 있음을 확인하였다. 또한 (b)는 운동 경기중 선수들의 안전사고 발생 시 코칭스텝 및 관리자전원에게 긴급 상황을 알려 줄 수 있는 Push Notification서비스 전송의 예로서 임의 로 긴급 상황을 가정하여 신호를 보냈을 때 스마트 단말에서 보이는 화면을 확인하였다. 본 연구의 실험은 실제 운동장에 서 테스트를 함으로써 시스템의 동작을 확인하고 운동경기가 진행되는 현장에 설치 및 구축하여도 제안한 기술의 적용에 무리가 없음을 확인하였고 시스템의 활용에 있어 기존의 경기 후 모니터링 방법보다 직관적이며 효율적임 입증하였다.
Ⅳ. 결 론
본 논문에서는 IP카메라기반 운동경기 코칭 모니터링 소 프트웨어의 컴퓨팅 환경에 WEP/IP 기반의 독립적인 GUI소 프트웨어를 넣어 객관적인 모니터링 소프트웨어를 구현함으 로써 본 연구의 목적에 부합하는 실시간 모니터링이 가능하 고, 선수들의 코칭 및 다양한 상황에 대응할 수 있는 능동적 모니터링 시스템 구축하였다.
본 논문에서 연구한 내용을 실내외 다양한 운동경기 현장 의 코칭 시스템으로 활용 및 적용할 경우, 운동경기장의 선 수들의 실시간 코칭 및 모니터링이 가능하여 장소에 구애 받 지 않고 지도 및 지시가 가능하며 IP카메라기반 운동경기 코 칭 모니터링 시스템을 이용하여 선수코칭의 효율성을 증대 시킬 수 있으며, 선수들의 운동경기력 향상을 극대화 할 수 있을 것이다.
참 고 문 헌
[1] 김장훈, "영상추적 기술을 이용한 축구경기분석“, Sportnest, 2011.
[2] Fiedler, F. E. (1967). A theory of leadership effectiveness.
New Yoer:McGraw Hill. leadership effectiveness: A review of empirical findings. Psychological Bulletin, 76, 128-148 [3] 정상진, “H-PSC 및 객체 인식기법을 활용한 지능형 영상무인
감시시스템”, 박사학위논문, 동방대학교,2010.
[4] R. Tori and C. Kirner, “Fundamentos de Realidade Virtual,”
in Symposium of Virtual Reality. Bel´em: SBC, 2006, pp.2.21.
저자
박 천 일(Cheon Il Park) 정회원
․2012년 : 서울과학기술대학교 매체공 학과 석사졸업
․2012년∼현재 : 서울과학기술대학교 NID융합기술대학원 박사과정
<관심분야> : IT융합, 방송통신, 위성통신
김 경 태(Kyeong Tae Kim) 정회원
․1991년 : 강릉대학교 체육학과 학사.
․현재 : 서울과학기술대학교 NID융합 기술대학원 석사과정
<관심분야> : 스포츠과학, IT융합
김 상 기(Sang Gi Kim) 정회원
․1992년 : 인천대학교 전자계산학과 공 학사
․1996년 : 충북대학교 정보통신공학과 공학석사
․현재 : 서울과학기술대학교 NID융합 기술대학원 박사과정 한국국제협력단 기획관
<관심분야> : IT융합, 위성통신
강 준 상(Joon Sang Kang) 정회원
․2012년: 서울과학기술대학교 케이블 공학과 졸업
․2012년∼현재: 서울과학기술대학교 NID융합기술대학원 석사과정
<관심분야> : IT융합, 방송통신, 위성통신
서 승 범(Seung Beom Seo) 정회원
․2003년 : 서일대학교 전기공학과공학 과 공학사
․2012년∼현재 : 서울과학기술대학교 일반대학원 미디어IT공학과 석사과정
<관심분야> : IT융합, 방송통신, 위성통신
이 정 훈(Jung Hoon Lee) 정회원
․1999년 : 성균관대학교 전기전자 및 컴 퓨터공학과 공학사
․2001년 : 성균관대학교 전기전자 및 컴 퓨터공학과 공학석사
․2012년 : 서울과학기술대학교 IT정책 전문대학원 공학박사
<관심분야> : IT융합, 방송통신, 위성통신
이 승 연(Seung youn Lee) 정회원
․2001년 : 성균관대학교 전기전자 및 컴 퓨터공학과 공학석사
․2006년 : 성균관대학교 전기전자 및 컴 퓨터공학과 공학박사
․2006년∼현재 : 동서울대학교 전기정 보제어과 교수
<관심분야> : USN, 모니터링시스템, 유무선통신기술, 전려 제어공학
임 윤 식(Yun Sik Lim) 정회원
․1993년 : 성균관대학교 전기공학과 공 학석사
․1998년 : 성균관대학교 대학원 전기공 학과 공학박사
․1998년∼현재 : 여주대학교 방송제작/
연예과 교수 <관심분야> : IT 융합, 제어공학
유 영 식(Young Sik Yu) 정회원
․1993년 : 성균관대학교 전기공학과공 학과 공학석사
․1998년 : 성균관대학교 대학원 전기공 학과공학과 공학박사
․1998년∼현재 : 여주대학교 전기과 교수
<관심분야> IT융합, 제어이론 및 응용
김 준 원(Joon Won Kim) 정회원
․경희대학교 전자공학과 공학박사
․현재 : 동아방송예술대학교 방송기술 과 교수
<관심분야> IT융합, 제어이론 및 응용
이 종 성(Jong Sung Lee) 정회원
․1990년 : 성균관대학교 전기공학과 공 학사.
․1996년 : 성균관대학교 전기공학과 공 학석사.
․2008년 : 성균관대학교 전자공학과 공 학박사.
․현재 : 부천대학교 전자과 부교수.
<관심분야> : 무선통신, 로봇제어
이 종 훈(Jong Hoon Lee) 정회원
․1995년 : 성균관대학교 이학박사.
․현재 : 서울과학기술대학교 스포츠과 학과 교수.
<관심분야> : 스포츠생체역학, 스포츠IT융합기술
이 선 희(Seon Hee Lee) 정회원
․1978년 : 동국대학교 전자공학과 공 학사
․2001년 : 동국대학교 전자공학과 공학 석사
․2005년 : 동국대학교 전자공학과 공학 박사
․현재 : 서울과학기술대학교 전자IT미디어공학과 교수 <관심분야> : IT융합, 정보통신공학
차 재 상(Jae Sang Cha) 정회원
