CN102316940B - 球形物体的飞行信息测定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种球形物体的飞行信息测定系统及方法。触发信号生成部若检测出球形物体，则生成第1触发信号而输出，若从第1触发信号的生成时刻经过以上述球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度为基础设定的基准时间间隔，则生成第2触发信号而输出。摄影部对于具有预定的面积的第1影像获得区域，分别对第1触发信号及第2触发信号拍摄多个上述球形物体存在的影像。影像获得部将从触发信号生成部输入的第1触发信号及第2触发信号提供到摄影部，分别对应于第1触发信号及第2触发信号，将从摄影部输入的多个影像变换为数字影像进行存储。信息测定部根据多个数字影像计算包含球形物体的飞行速度、飞行角度、旋转速度及旋转轴的飞行信息。

Description

球形物体的飞行信息测定系统及方法

技术领域

本发明涉及球形物体的飞行信息测定系统及方法，更详细地涉及对在空间上行进的球形物体测定包含飞行速度、飞行路径及旋转信息的飞行信息的系统及方法。

背景技术

如高尔夫球、棒球等的球形物体的飞行路径由被施加于球的物理性力量的时刻(即，由高尔夫球棒或棒球棒的击打时刻)决定。在用于决定这种球形物体的飞行路径而使用的信息中包含球的旋转信息(即，旋转速度及旋转轴)、行进方向、速度等。作为预测飞行的球形物体的飞行轨道的系统的一例有高尔夫模拟系统。这种高尔夫模拟系统的大部分是在高尔夫球的轨迹经过的空间利用激光、发光二极管、超声波传感器等生成格子形态的传感区域，在高尔夫球的影子或高尔夫球通过传感区域的瞬间，根据在空间上测定的高尔夫球的位置、高尔夫球的大小等的信息测定高尔夫球的行进方向和速度。但是，这种现有的高尔夫模拟系统不能直接测定高尔夫球的旋转信息，所以利用高尔夫球棒的运动数据(高尔夫球棒头的角度、轨迹等)来推论出球的旋转信息的方式。因此，在高尔夫球的准确的击球的轨迹计算中只能具有极限。并且，现有的高尔夫模拟器为了捕获高速移动的球的运动而判别球是否通过特定位置，使用产生利用发光二极管或激光的光膜的触发装置。在应用这种触发装置的情况下，触发装置与高尔夫球的移动路径及高尔夫球手进行击打时的高尔夫球棒接近配置，具有引起触发装置和高尔夫球及高尔夫球棒的干涉的问题。

另一方面，在美国专利公开公报第2007-0213139号中公开一种通过两个传感器列测定高尔夫球棒的轨迹，通过一个高速摄像机测定形成有标记线条的高尔夫球的飞行信息的系统(以下，称为“现有技术1”)。但是，这与当前商用化的所谓屏幕高尔夫系统实质上相同，根据这种现有技术1，不能准确测定高尔夫球的旋转信息的同时，采用高价的高速摄像机，具有整体性的系统的制造费用高的问题。进而，在使用者所在的击打位置的地面或从地面预定高度设有传感器，从心理性原因作用较大的高尔夫比赛的特性上，对使用者造成心理负担的同时，频繁发生由传感器的错误动作引起的错误的问题。

另外，在韩国登录专利第10-0871595号中公开了如下结构：通过高速线扫描摄像机拍摄形成有两个以上的标记线(作为经线以高尔夫球的中心点为中央形成于高尔夫球的表面的圆)的高尔夫球的图像求出初始速度，以求出的初始速度为基础，向设置于高速线扫描摄像机的左右侧的两台高速摄像机提供触发信号，以便按预定的位移间隔拍摄高尔夫球，从而获得高尔夫球的飞行信息(以下，称为“现有技术2”)。但是，这种现有技术2为了高尔夫球的检测及计算初始速度，采用高速线扫描摄像机，为了测定高尔夫球的飞行信息而采用高速摄像机，具有整体性的系统的制造费用高的问题。另外，现有技术2不考虑高尔夫球的旋转特性，为了通过两台高速摄像机进行连续摄影而提供的触发信号以高尔夫球的位移为基准设定(即，将触发信号的间隔设定为在根据各触发信号拍摄的多个影像中高尔夫球不重叠)。因此，根据现有技术2，如图1所示，具有根据第一个被拍摄的影像和第二个被拍摄的影像不能准确测定高尔夫球朝顺时针方向旋转30°或朝逆时针方向旋转30°的问题。

另外，美国公开专利公报第2007-0060410号公报公开了一种以用一台高速摄像机连续拍摄在五边形的各顶点及中心印刷有点的高尔夫球得到的两个影像或用两台高速摄像机连续拍摄高尔夫球得到的两个影像为基础测定高尔夫球的飞行信息的系统(以下，称为“现有技术3”)。但是，这种现有技术3也未考虑高尔夫球的旋转特性，为了用一台或两台高速摄像机进行连续拍摄而提供的触发信号以高尔夫球的位移为基准设定(即，将触发信号的间隔设定为在根据各触发信号拍摄的多个影像中高尔夫球不重叠)。因此，根据现有技术3，具有根据第一个被拍摄的影像和第二个被拍摄的影像不能准确测定高尔夫球朝顺时针方向旋转或朝逆时针方向旋转的旋转方向的问题。

发明内容

本发明要解决的技术课题是提供一种在击打位置的地面不设置用于测定球形物体的飞行信息的任何装置也能够准确测定球形物体的包含旋转信息的飞行信息的低价的飞行信息测定系统及方法。

本发明要解决的技术课题是提供一种可以用计算机读取的记录介质，用于在计算机上执行在击打位置的地面不设置用于测定球形物体的飞行信息的任何装置也能够准确测定球形物体的包含旋转信息的飞行信息的飞行信息测定方法。

用于实现上述的技术课题的根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统具备：触发信号生成部，若检测出球形物体，则生成第1触发信号而输出，若从上述第1触发信号的生成时刻经过以上述球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度为基础设定的基准时间间隔，则生成第2触发信号而输出；摄影部，对于具有预定的面积的第1影像获得区域，分别对上述第1触发信号及上述第2触发信号拍摄多个上述球形物体存在的影像而输出；影像获得部，将从上述触发信号生成部输入的上述第1触发信号及上述第2触发信号提供到上述摄影部，分别对应于上述第1触发信号及上述第2触发信号，将从上述摄影部输入的多个影像变换为数字影像进行存储；及信息测定部，根据上述多个数字影像计算上述球形物体的包含飞行速度、飞行角度、旋转速度及旋转轴的飞行信息。

用于实现上述的其它技术课题的根据本发明的球形物体的飞行信息测定方法具有：(a)若检测出球形物体，则生成第1触发信号而输出的步骤；(b)对于具有预定的面积的第1影像获得区域，对上述第1触发信号分别拍摄多个上述球形物体存在的第1影像的步骤；(c)若从上述第1触发信号的生成时刻经过以上述球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度为基础设定的基准时间间隔，则生成第2触发信号而输出的步骤；(d)对于上述第1影像获得区域，对上述第2触发信号拍摄多个上述球形物体存在的第2影像的步骤；及(e)根据上述第1影像及上述第2影像计算上述球形物体的包含飞行速度、飞行角度、旋转速度及旋转轴的飞行信息的步骤。

根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统及方法，在击打位置的地面不设置用于测定球形物体的飞行信息的任何装置，通过低价的系统可以准确测定球形物体的包含旋转信息的飞行信息。另外，在构成一般的区域摄像机的图像传感器的CCD线中仅活性化一部分CCD线，增加区域摄像机的A/D变换器的处理速度，从而用一台低价区域摄像机体现两台以上的高速线扫描摄像机，可以减少整体性的系统的制作费用。另外，利用印刷有特定的图案的球形物体，可以准确测定球形物体的旋转信息，考虑球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度，设定两次触发信号的时间间隔，从而可以准确测定球形物体的飞行信息及旋转信息。

附图说明

图1是表示在现有的球形物体飞行信息测定系统中将形成有标记图案的高尔夫球隔着时间差异拍摄的影像的图；

图2是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统的优选的一实施例的结构的图；

图3是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统的优选的一实施例的详细的结构的框图；

图4是表示触发信号生成部所采用的摄像机的详细结构的图；

图5是表示在构成触发信号生成部所采用的图像传感器的CCD线中将一个CCD线指定为活性CCD线的例子的图；

图6及图7是表示分别对位于一个活性CCD线的高尔夫球及存在于该位置的高尔夫球进行拍摄的数字影像信号的图；

图8是表示在构成触发信号生成部所采用的图像传感器的CCD线中朝高尔夫球的行进方向将与高尔夫球的直径的1/2对应的33个CCD线设定为图像扫描窗口的例子的图；

图9及图10是分别对位于由5个活性CCD线构成的图像扫描窗口内的高尔夫球及存在于该位置的高尔夫球进行拍摄的数字影像信号的图；

图11是在构成触发信号生成部所采用的图像传感器的CCD线中将三个CCD线指定为活性CCD线的例子的图。

图12至图15是表示分别通过触发信号生成部得到的多样的影像和活性CCD线内的亮度值的图。

图16是表示摄影部的具体的构成例的图。

图17至图19是分别通过触发信号生成部所具备的区域摄像机的影像拍摄、通过配置在第1列的第1区域摄像机和第2区域摄像机的影像拍摄、及通过配置在第2列的第3区域摄像机和第4区域摄像机的影像拍摄过程的图；

图20及图21是分别表示立体校准技术原理的图及当前使用中的摄像机校准工具的图；

图22至图25是分别表示印刷在高尔夫球的表面的多样的标记图案的例子的图；

图26至图29是表示根据由配置在第1列的区域摄像机拍摄的影像计算高尔夫球的旋转向量的过程的图；

图30至图32是表示根据由配置在第2列的区域摄像机拍摄的影像计算高尔夫球的旋转向量的过程的图；

图33是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定方法的优选实施例的执行过程的流程图；

图34及图35是分别表示对应于第1触发信号的第1影像和第2影像及对应于第2触发信号的第3影像和第4影像的例子的图；

图36是表示影像处理后得到的高尔夫球影像的例子的图；

图37是表示通过信息测定部计算高尔夫球的旋转信息的过程的流程图；以及

图38是表示通过信息测定部计算的高尔夫球的飞行信息及旋转信息、以及记载有高尔夫球的飞行轨迹的使用者界面画面的例子的图。

具体实施方式

在以下参照附图对根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统及方法的优选的实施例进行详细的说明。在以下的说明中，举高尔夫球为球形物体的例子进行说明，但是本发明的范畴不限于此，对如棒球的其它球形物体也可以应用本发明。

图2是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统的优选的一实施例的结构的图；图3是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统的优选的一实施例的详细的结构的框图。

若参照图2及图3，根据本发明的球形物体的飞行信息测定系统具备触发信号生成部210、摄影部220、照明部230、影像获得部240及信息测定部250。

触发信号生成部210设置在高尔夫球所在的击打位置的上部(优选为击打空间的天井)，当高尔夫球通过影像获得区域时产生触发信号。这时，触发信号生成部210为了排除由高尔夫球手引起的干涉，优选稍微向屏幕侧移动而设置。由触发信号生成部210发生的触发信号向影像获得部240提供。作为触发信号生成部210采用由多个列的线传感器构成的区域摄像机，这种区域摄像机的摄影区域优选设定为与设置在摄影部220的4台区域摄像机的摄影区域一致。在本发明中，为了以低价得到高速线扫描摄像机的效果，需要对作为触发信号生成部210采用的区域摄像机进行变更。这是仅活性化设置于区域摄像机的图像传感器的局部区域(即，在N个CCD线中的一部分CCD线)，从而体现为增加每秒可拍摄的帧的数量的方式。

图4是表示触发信号生成部210所采用的摄像机的详细的结构。根据图4，触发信号生成部210由透镜410、图像传感器420、程序存储器430、微处理器440、图像存储器450、通信模块460、触发电路470及电源电路480构成。

图像传感器420将通过透镜410入射的光变换成电信号输出。这种图像传感器420包括：由光电变换元件配置成阵列形态构成的CCD板421、水平方向地址寄存器422、垂直方向地址寄存器423、放大器424、多个A/D变换器425及复用器426。

这种图像传感器420是与安装在一般的区域摄像机的图像传感器相同的结构。但是，安装在一般的区域摄像机的图像传感器通过A/D变换器将所有从CCD线输出的模拟信号变换成数字影像，这种信号变换时需要相当的处理时间。因此，不可能以通过一般的区域摄像机可以测定高尔夫球的旋转信息的程度在短时间内拍摄多个影像，现有的飞行信息测定系统均采用高价的高速线扫描摄像机。为了解决这种问题，在本发明中，提出在构成图像传感器420的CCD板421的多个CCD线中仅活性化一部分CCD线来增加A/D变换器425的处理速度的方式。举出以640×480(像素)的全帧为基准可拍摄每秒250张影像的图像传感器为例，在全体CCD线中若活性化5个CCD线，则由于A/D变换器的处理速度的增加，可拍摄每秒3000张以上的影像。这样，仅活性化5个CCD线的图像传感器420的扫描周期是3kHz，若增加微处理器440的处理速度，则可以得到更高的扫描周期(即，可以每秒拍摄更多的影像)。

如上所述，为了仅活性化一部分CCD线，变更程序存储器430的设定，调节通过A/D变换器425将拍摄影像的模拟信号变换成数字信号的区域。这通过作为触发信号生成部310采用的区域摄像机的随机开窗功能(randomwindowing)可以进行。即，利用图像传感器420支持的随机开窗功能，可以设定为在全体CCD板421的CCD线中仅将一部分线变更为数字影像。并且，通过此，利用低价的单一区域摄像机体现出与利用多个高速线扫描触发摄像机相同的功能。这时，考虑高尔夫球的大小和飞行特性，仅以通过被活性化的CCD线拍摄的影像数据为基础，微处理器540判断高尔夫球的通过与否。这时，从被活性化的CCD线输出的影像通过A/D变换器425变换成数字信号之后临时存储在图像存储器450。

另一方面，在程序存储器430存储有用于摄像机的硬件动作的固件和对在图像传感器420拍摄而存储于图像存储器450的数字影像进行分析来判断高尔夫球的通过与否之后产生触发信号的程序。微处理器440执行通过存储在程序存储器430的程序的执行判断高尔夫球的通过与否之后产生触发信号的功能，将从摄像机外部通过通信接收到的如图像传感器420的活性CCD线的变更(即，摄影区域的变更)的事项应用于图像传感器420的功能。

通信模块460为了触发信号生成部210和外部计算机之间的数字通信而使用，可以为此采用如USB通信模块等的有线通信模块或蓝牙通信模块等的无线通信模块。这时，通过通信模块460的数据通信仅在触发信号生成部210的设定时允许，实际动作时为了实时动作优选限制通过通信模块460的数据通信。在作为通信模块460采用USB通信模块的情况下通过USB口从触发信号生成部210拍摄的影像被传递到安装于外部计算机的摄像机设定程序，由摄像机设定程序指定的影像拍摄区域和与高尔夫球判定相关的变量传送到触发信号生成部210。摄像机设定程序提供对触发信号生成部210的整体摄影区域中要检测高尔夫球通过的区域进行变更的功能和对在触发信号生成部210内动作的判断有无高尔夫球通过的影像分析逻辑的变量的设定值进行变更的功能。触发信号生成部210与在外部计算机执行的摄像机设定程序独立地动作，摄像机设定程序优选仅使用于触发信号生成部210的设定。触发电路470在从微处理器440输入控制命令的时刻向影像获得部240输出TTL等级的触发信号。并且，电源电路480执行摄像机的内部电子电路动作所需的电源管理功能。

在以下对设定图4所示的触发信号生成部210所采用的摄像机的方法及利用它生成触发信号的方法进行说明。

在本发明中，作为触发信号生成部210采用的摄像机是一般的区域摄像机。因此，为了将其作为高速触发摄像机使用，如上所述，需要在整体传感器线中仅选择性地活性化一部分传感器线进行活性化。为此，首先使用者或管理者通过经由通信模块460与触发信号生成部210连接的外部计算机，向微处理器440提供在图像传感器410的CCD线中与要活性化的线相关的信息。微处理器440利用图像传感器410支持的随机开窗功能在全体CCD线中仅活性化使用者或管理者指定的CCD线。这时，将沿高尔夫球行进的方向排列的图像传感器310的CCD线中任意一个以上的CCD线指定为要活性化的CCD线(以下，称为“活性CCD线”)。

在图5表示将一个CCD线指定为活性CCD线的例子。根据图5，若高尔球位于活性CCD线510，则相对于作为背景的人造草坪具有相对高的明亮度(brightness)的预定宽度的影像沿线方向被拍摄。因此，由活性CCD线510拍摄的模拟影像信号通过A/D变换器425变换成数字影像信号。微处理器440根据数字影像信号的亮度等级高于事先设定的临界值的值连续的区域的宽度判断高尔夫球的通过与否。白色的高尔夫球与如高尔夫球棒或高尔夫球手的身体等的障碍物相比具有高的光反射率。因此，能够以数字影像信号的亮度等级为基础检测高尔夫球。这时，若数字影像信号的亮度等级高于事先设定的临界值的值连续的区域的宽度存在于给出的高尔夫球检测宽度的范围(即，以高尔夫球的直径为基准设定的上限值和下限值之间的范围)以内，则微处理器440判定为高尔夫球。这样，将一个CCD线指定为活性CCD线510的情况下，图像传感器410的拍摄周期为每秒3000次，高尔夫球手击打的高尔夫球的最高速度为大约84m/s，则直径大约4.2cm的高尔夫球通过活性CCD线510至少拍摄1次以上。

在图6及图7表示对位于活性CCD线610的各高尔夫球进行拍摄的数字影像信号的例子。观察图6及图7所示的数字影像信号，在输入到微处理器440的数字影像信号，在活性CCD线610拍摄影像的时刻与位于活性CCD线610的高尔夫球的大小对应的部分的亮度值出现比给出的临界值(在人造草坪的亮度等级和高尔夫球的亮度等级之间设定的值)高。因此，若高尔夫球通过活性CCD线610，则微处理器440在依次输入的数字影像信号中检测出具有高于事先设定的临界值的亮度等级的区域的宽度(W₁及W₂)，以该区域的宽度和高尔夫球的直径为基础掌握高尔夫球的通过与否。这时，活性CCD线的位置、亮度临界值及高尔夫球判定宽度的上限值和下限值可以在外部计算机执行的摄像机设定程序中变更。

根据图6和图7所示，基于高尔夫球的位置的具有高于临界值的亮度等级的区域的宽度，与高尔夫球的仅一部分位于活性CCD线610的情况(即，图6的W₁)相比，高尔夫球的中心位于活性CCD线610的情况(即，图7的W₂)更大。如果判断为高尔夫球通过，则微处理器440指示由触发电路470生成触发信号，随之，触发电路470生成触发信号向影像获得部240输出。

这时，为了测定高尔夫球的速度信息及方向信息，需要向影像获得部240提供两次连续的触发信号。另外，为了准确测定高尔夫球的旋转信息，需要适当地调节向影像获得部240输出的两个触发信号之间的时间间隔。这是因为与根据两次连续的触发信号的影像的摄影时刻与旋转轴的变化无关，高尔夫球的旋转量小于180°才能准确掌握高尔夫球的旋转方向。在本发明中，考虑高尔夫球手击打的高尔夫球的最大飞行速度和最大旋转速度来决定这样的两个触发信号之间的时间间隔。

若考虑高尔夫球以最大飞行速度飞行的情况，第一个和第二个触发信号之间的时间间隔需要设定为从摄影部220根据第一个触发信号拍摄高尔夫球的时刻到高尔夫球通过摄影部220的摄影区域之前，摄影部220可以根据第二个触发信号拍摄高尔夫球。因此，考虑高尔夫球的最大飞行速度的触发信号的时间间隔的最大值dT_max1[s]可以由下面的数学式表示。

数学式1

${\mathrm{dT}}_{\max 1}=\frac{(L_v-D_v)}{V_{\max }}$

其中，Lv是摄影部220的摄影区域的竖方向(高尔夫球的行进方向)的长度，Dv是从摄影部220的摄影区域的进入分界到根据第一个触发信号拍摄高尔夫球的时刻为止高尔夫球朝摄影区域的竖方向飞行的距离(这实质上与从摄影部220的摄影区域的进入分界到触发信号生成部210的活性CCD线的摄影区域的进出分界的距离相同)，并且，Vmax是高尔夫球的的最大飞行速度。

另一方面，若考虑高尔夫球以最大旋转速度旋转的情况，在根据第一个触发信号的影像拍摄时刻到根据第二个触发信号的影像拍摄时刻之间，仅在高尔夫球旋转的角度小于180°的情况下可以准确计算高尔夫球的旋转方向和旋转角度。如果两个时刻之间的高尔夫球旋转角度为180°以上，对旋转方向和旋转角度的数学性计算式的解存在2个，所以不能准确判定高尔夫球的旋转。因此，考虑高尔夫球的最大旋转速度的触发信号的时间间隔的最大值dTmax2[s]可以用下面的数学式表示。

${\mathrm{dT}}_{\max 2}=\frac{30}{N_{\max }}$

在此，N_max是高尔夫球的最大旋转速度。

因此，两个触发信号的时间间隔的最大值dT_max成为dT_max1和dT_max2中的最小值，结果两个触发信号的时间间隔由下面的数学式决定。

数学式3

dT_max＝min(dT_max1，dT_max2)

如果，根据第一个触发信号的高尔夫球的拍摄时，假设高尔夫球的位置是从竖长度为26cm的摄影部220的摄影区域的进入分界向进出分界侧隔开5cm的地点，高尔夫球的最大飞行速度为84m/s，若根据数学式1，dT_max1大约为2.5msec，这时可测定的最大旋转速度成为12,000rpm。另外，若将高尔夫球的最大旋转速度设为10,000rpm，则根据数学式2，dT_max2为3msec。因此，考虑高尔夫球的最大飞行速度和最大旋转速度的两个触发信号的时间间隔设定为2.5msec以下。这时，两个触发信号的时间间隔设定得越大，越增加高尔夫球在根据两个触发信号的摄影间隔之间飞行的距离，根据下面的表可知，最终的测定误差减小，所以两个触发信号的时间间隔优选设定为根据数学式3计算的触发信号的时间间隔的最大值。

表1

记载于表1的模拟误差是假定影像处理后从各触发信号的输出时刻的高尔夫球的中心误差为向球的行进方向0.5mm的情况来计算出的值。根据表1可知，在以秒速50m/s的速度击打的高尔夫球的情况下，若触发信号的时间间隔被设定为0.5msec，速度误差可以在49m/s～51m/s之间变动。这种2m/s的误差在计算高尔夫球的飞行距离时造成大的影响。但是，若触发信号的时间间隔被设定为2.5msec，则速度误差在49.8m/s～50.2m/s之间变动，因此，越增大触发信号的时间间隔，可以在计算高尔夫球的飞行距离时越减少误差。这种状况在旋转误差的计算中同样适用。

另一方面，作为活性CCD线指定的CCD线的数量或指定方式根据需要可以多样地变更。作为一例，指定活性CCD线时，可以采用构建由K个CCD线构成的图像扫描窗口之后，从构建图像扫描窗口的CCD线的第一个线以等间距指定M个CCD线的方式。

在图8示出在构成图像传感器410的CCD线中朝高尔夫球的行进方向将与高尔夫球的直径的1/2对应的33个CCD线(即，K＝33)设定为图像扫描窗口710的例子。根据图8，将图像扫描窗口710构成为33个CCD线(即，K＝33)时，沿高尔夫球行进的方向，图像扫描窗口的第一个CCD线720、第九个CCD线725、第十七个CCD线730、第二十五个CCD线735及第三十三个CCD线740被指定为活性化的CCD线。若这样指定活性CCD线，在构成图像传感器410的CCD线中仅5个CCD线的输出信号变换成影像信号，所以可以减少内置于图像传感器410的A/D变换器425的计算负荷。因此，结果每秒可拍摄的帧数从250帧增加到3000帧以上。并且，将5个活性CCD线作为高尔夫球检测线使用，从而与使用一个活性CCD线时相比可以将检测高尔夫球通过与否的程度增加5倍。

如图8所示，将5个CCD线以等间隔设定为活性CCD线时，微处理器440提取5个活性CCD线720至745的影像，分别按每个线分析影像信号，判别在活性CCD线上是否存在高尔夫球。作为一例，如图9所示，若高尔夫球位于3个活性CCD线720、725、730上，从如图10所示的拍摄影像得到的亮度值输入到微处理器440。另一方面，图像传感器410的影像拍摄周期为1/3000sec，高尔夫球的最高球速为84m/s时，高尔夫球在1/3000sec期间移动28mm。因此，在根据高尔夫球半径大小的图像扫描窗口170内通过以等间隔设定的5个活性CCD线判断高尔夫球的有无，则可以得到按5.6mm的间隔监视高尔夫球的通过有无的效果。通过这种方式，微处理器440确认高尔夫球的通过与否向触发电路470输出控制命令以生成第一个触发信号，接着通过如上所述的方法经过决定的时间间隔之后向触发电路470输出控制命令以生成第二个触发信号。

图11是将三个CCD线指定为活性CCD线的例子的图。根据图11，第1活性CCD线910在高尔夫球的击打时使用于检测高尔夫球的影像获得区域通过与否。基于这种第1活性CCD线910的触发信号生成过程与将根据图5说明的一个CCD线指定为活性CCD线而生成触发信号的过程相同，所以省略详细的说明。另一方面，第2活性CCD线920设定为与第1活性CCD线910隔开预定的距离(在高尔夫球的半径21mm以内随着用于判断高尔夫球的低速/高速飞行与否的临界值和用于判断高尔夫球与否的明亮度宽度的设定值可变)。这种第2活性CCD线920为了判断高尔夫球的速度等级而使用。即，微处理器440以分别通过第1活性CCD线910和第2活性CCD线920的高尔夫球检测时刻的间隔和第1活性CCD线910和第2活性CCD线920的间隔距离为基础计算高尔夫球的飞行速度，将高尔夫球的飞行状态区分为低速模式和高速模式。在这种飞行模式的区分中，第1活性CCD线910和第2活性CCD线920的间隔距离事先被设定，实质上若分别通过第1活性CCD线910和第2活性CCD线920的高尔夫球检测时刻的间隔大于事先设定的基准值，则微处理器440判断为低速模式，若小则判定为高速模式。

如上所述，利用第1活性CCD线910和第2活性CCD线920判定高尔夫球的飞行模式的情况下，触发信号生成部210根据飞行模式可变地决定第二个触发信号的输出时刻。例如，在判定为高尔夫球高速运动的情况下，触发信号生成部210从通过第1活性CCD线910检测出高尔夫球而输出第一个触发信号的时刻在2.5msec之后输出触发信号。与此不同，在判定为高尔夫球以低速运动时，触发信号生成部210从通过第1活性CCD线910检测出高尔夫球而输出第一个触发信号的时刻在40msec以后输出触发信号。这样，根据飞行模式调节触发信号的输出间隔的理由如下。高尔夫击打中打球入洞的情况下(即，低速模式)与高速移动时相比高尔夫球的速度明显低，所以按与高速移动时和击打相同的时间间隔拍摄影像时高尔夫球在空间上的位置几乎没有变化。因此，2.5msec期间，高尔夫球移动的距离非常小，计算打球入洞时的高尔夫球的速度和旋转时增加误差。为了补偿这种问题，高尔夫球如打球入洞那样低速通过影像拍摄区间的情况下，触发信号生成部210与高速模式不同以40msec的时间间隔输出第一个及第二个触发信号。

第3活性CCD线930作为对由于高尔夫球手失误的击球在第1活性CCD线910和第2活性CCD线920中发生高尔夫球和球棒重叠的状况做准备的辅助的高尔夫球检测线使用。因此，可以选择性地具备第3活性CCD线930，以与通过第1活性CCD线910的高尔夫球检测方法相同的方式动作。

在图12至图15示出分别通过触发信号生成部210得到的影像和活性CCD线内的亮度值。如图12至图15所示的影像在实际使用时为了实时处理不传送到设置于外部的PC，仅在触发信号生成部210的设定时传送到设置于外部的PC。另外，在图12至图15的左侧影像，活性CCD线的位置可以自由变更，右侧影像的大小为640×480(像素)，可以根据需要变更为了触发信号的输出而设定的亮度等级的临界值和对高尔夫球的宽度的临界值等。

在图12的左侧影像中出现位于活性CCD线即水平线上的高尔夫球(白色圆)和A4用纸(白色四边形)，在右侧影像中出现对应于高尔夫球和A4纸的部分的亮度值高于亮度等级的临界值。另外，在图13的左侧影像出现位于活性扫描线上的高尔夫球(白色圆)，在右侧影像出现对应于高尔夫球的部分的亮度值高于亮度等级的临界值即水平线。另外，图14的左侧影像是对位于活性CCD线即水平线上的高尔夫球和极端放平的沙楔进行拍摄的影像，在右侧影像出现对应于高尔夫球和沙楔的部分的亮度值高于亮度等级的临界值。在图14可知高尔夫球的亮度宽度比沙楔的亮度宽度窄。最后，图15的左侧影像是对位于活性CCD线即水平线上的高尔夫球和极端放平的沙楔进行拍摄的影像，在右侧影像出现对应于高尔夫球的部分的亮度值高于亮度等级的临界值，相反对应于沙楔的部分的亮度值低于亮度等级的临界值。

摄影部220基于从影像获得部240输入的触发信号拍摄高尔夫球之后，将所拍摄的影像信号提供到影像获得部240。在图16表示摄影部200的具体的构成例。根据图16，摄影部220由4个区域摄像机1110、1120、1130、1140构成。4个区域摄像机1110、1120、1130、1140在影像获得1160和屏幕之间的天井设置成2列。4个区域摄像机1110、1120、1130、1140的快门速度设定为1/25000的高速。

这时，在配置于各列的多个摄像机输入相同的触发信号。例如，若在第1列设置4个区域摄像机1110、1120、1130、1140中的第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120，在第2列设置第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140，则向设置在与影像获得区域1160接近的第1列的第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时输入第一个触发信号，向设置在与影像获得区域1160远的第2列的第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140同时输入第二个触发信号。在4个区域摄像机1110、1120、1130、1140中央地点配置具有触发信号生成部210的功能的区域摄像机1150。另一方面，从第1区域摄像机1110到影像获得区域的距离和从第2区域摄像机1120到影像获得区域的距离设定为相同。并且，从第3区域摄像机1130到影像获得区域1160的距离和从第4区域摄像机1140到影像获得区域1160的距离设定为相同。进而优选设置在摄影部220的4个区域摄像机1110、1120、1130、1140的影像获得区域1160设定为一致。

说明通过这样构成的摄影部220的摄影过程如下。首先，若从触发信号生成部210输出的第一个触发信号经过设置于影像获得部240的抓帧器同时输入到配置于第1列的第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120，则第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120分别拍摄影像而输出到设置于影像获得部240的抓帧器。接着，若从触发信号生成部210输出的第二个触发信号经过设置于影像获得部240的抓帧器而同时输入到配置于第2列的第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140，则第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140分别拍摄影像而输出到设置于影像获得部240的抓帧器。图17至图19分别示出通过触发信号生成部210所具备的区域摄像机1150的影像拍摄、及通过配置在第1列的第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120的影像拍摄、及通过配置在第2列的第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140的影像拍摄过程。

另一方面，在摄影部220采用具有2.5msec以内可以拍摄两张以上的影像的性能的区域摄像机的情况下，只能在触发信号生成部210的左右分别设置各一台共两台区域摄像机。这样，在构成摄影部220的情况下，两台区域摄像机的拍摄区域形成为相同，各触发信号同时输入到两台区域摄像机。

照明部230由发出维持预定照度的持续光的照明器具构成。构成照明部230的照明器具与摄影部220邻接设置，因此分别设置在第1区域摄像机1110和第4区域摄像机1140的外侧、和第2区域摄像机1120和第3区域摄像机1130的外侧。构成照明部230的照明器具优选具有可照射大于影像拍摄区域1160的区域的光发散角度，影像拍摄区域1160上的最小照度优选维持大约5000Lux以上。

影像获得部240将从触发信号生成部210输入的触发信号提供到摄影部220，存储从摄影部220输入的影像或提供到信息测定部250。这种影像获得部240由抓帧器构成，对摄影部220执行同步信号提供、触发信号提供、影像变换、影像存储等的功能。首先，影像获得部240向设置于摄影部220的摄像机提供同步信号。接着，从触发信号生成部210输入第一个触发信号，则向第1触发摄像机1110和第2触发摄像机1120同时提供触发信号，若从触发信号生成部210输入第二个触发信号，则向第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140同时提供触发信号。最后，影像获得部240将从各摄像机输入的影像变换成数字影像之后进行存储。这时，从摄影部220输入的影像通过抓帧器变换成数字影像之后存储到抓帧器所具备的存储介质或外部的存储介质。并且，被存储的数字影像输入到信息测定部250。

信息测定部250驱动所安装的影像处理程序，根据从影像获得部240提供的数字影像计算高尔夫球在空间上的飞行信息(即，飞行速度、飞行方向、旋转速度、旋转轴等)。首先，信息测定部250从各数字影像检测高尔夫球的中心，通过立体校准技术，分别对应于第一个摄影时刻和第二个摄影时刻检测空间上的高尔夫球的位置和标示于高尔夫球的表面的点的位置。接着，信息测定部250分别对应于第一个摄影时刻和第二个摄影时刻，以检测出的空间上的高尔夫球的位置及标示于高尔夫球的表面的点的位置为基础计算高尔夫球的速度、行进方向、旋转速度、旋转角度等的飞行信息。并且，附加性地，信息测定部250可以根据高尔夫球的飞行信息求出考虑阻力、旋转等的运动方程式的解而计算高尔夫球的轨迹。

在通过这种信息测定部250计算高尔夫球的飞行信息的过程中需要的技术是用于掌握空间上的位置的立体校准技术和高尔夫球的旋转信息计算技术。在以下，对在本发明中利用的立体校准技术和高尔夫球的旋转信息计算技术进行详细的说明。

立体校准技术是利用由两个以上的不同位置的影像得到的信息测定空间上的准确的位置的技法。信息测定部250通过这种立体校准技术计算高尔夫球的空间上的位置和旋转量。图20是表示立体校准技术的原理的图。根据20，为了通过立体校准识别空间上的位置M点，需要两台摄像机1310、1320。在给出这种两台摄像机1310、1320的设置信息(两台摄像机的空间上的坐标O_cl、O_cr、两摄像机之间的距离T-基准线的长度、以两摄像机的焦点距离为中心的两摄像机之间的角度R等)时，在通过两台摄像机1310、1320拍摄的各影像1315、1325中，根据对应于空间上的位置M点的点即m₁和m_r可知M点的空间上的位置。立体校准由两步骤构成。首先，在各摄像机1310、1320拍摄的两个影像之间检索在三维空间上表示同样的点的对应点。这样，将在两个影像中检索对应的点的过程通常称为影像匹配(image matching)。接着，根据给出的三维点的坐标以摄像机中心投影的光线和对应于各影像的点的交差的观点重建三维结构。将这种过程称为三维结构重建(reconstruction)。

为了应用这种立体校准技术，首先要进行对左右两台摄像机的摄像机校准。摄像机校准表述为求出位于空间上的三维点M和该点表现在摄像机图像上的二维点m的关系式的过程，这通过下面的数学式表现。

数学式4

$\tilde{m}=P\tilde{M}$

在此，是二维点坐标。

是三维的点坐标，并且P是摄像机变换行列。

摄像机校准一般利用粘贴有已知空间上的位置的标识点的校准工具执行。这时，在需要三维影像重建的地方设置校准工具之后，用摄像机获得校准工具的图像，利用位于校准工具上的标识点的位置和图像上的标识点的位置求出摄像机变换行列。在图21表示有当前使用中的摄像机校准工具。根据图21，黑色圆为标识点，使用黑色圆的中心坐标执行摄像机校准。标识点需要位于相互不同的空间上的6个以上，均匀分布在需要三维影像重建的区域在准确性方面有利。另外，标识点坐标的误差对通过三维影像重建求出的空间上坐标的误差造成直接的影响，所以必须为最大0.1mm以内。以上说明的立体校准技法及摄像机校准是本发明所属技术领域的普通技术人员显而易见的事项，所以省略更详细的说明。

另一方面，在本发明中，高尔夫球的旋转信息以印刷在高尔夫球的特定的图案为基础计算。现有的计算高尔夫球的旋转信息的方法中的一个是在高尔夫球的表面印刷以高尔夫球的中心为圆的中央并将高尔夫球的表面上的两点作为交差点的多个标记线之后，由摄像机进行高速摄影而计算高尔夫球的旋转信息的方法。但是，这种方法中，若高尔夫球的旋转角度成为120°以上，则不能判断高尔夫球的旋转方向，所以要在高尔夫球旋转120°以上之前拍摄两个影像。另外，计算现有的高尔夫球的旋转信息的方法中另一个采取在高尔夫球的表面印刷多个点之后用摄像机进行高速摄影而计算高尔夫球的旋转信息的方法。但是，这种方法仍然是高尔夫球的旋转角度若成为180°以上，则不能判断高尔夫球的旋转方向，所以要在高尔夫球旋转180°以上之前拍摄两个影像。现有的高尔夫球旋转信息计算方法不考虑根据高尔夫球的旋转角度的旋转方向的问题，所以为了准确测定高尔夫球的旋转角度，具有需要采用高价的高速摄像机的问题。

与此不同，在本发明中，生成触发信号的触发信号生成部210考虑高尔夫球的最大飞行速度及最大旋转速度而输出第一个触发信号之后，在高尔夫球旋转180°以上之前输出第二个触发信号而可以测定高尔夫球的准确的旋转信息。进而，本发明中，利用表面印刷有标记图案的高尔夫球测定高尔夫球的旋转信息，使得从任何方向看高尔夫球都相互不同。这种标记图案可以由点或线构成。

标记图案由点构成的情况下，如图22所示，标记点在高尔夫球的表面印刷成任意选择三个点制作的各三角形都相互不同(即，三角形的模样或大小不同)。这样，利用标记点时，可以应用将高尔夫球的表面均等分为8个区域之后，在各被分割的区域将3个以上的点印刷成具有相互不同的配置结构的方法。另外，在标记图案由点构成的情况下，如图23所示，在高尔夫球的上半球和下半球，可以在轴分别一致、直径相互不同的假想的圆上印刷标记点。这时，印刷于各假想的圆上的标记点在将各假想的圆进行4等分而构成的弧中的相互面对的弧上要以相五不同数量或间隔配置标记点。由点构成标记图案的情况下，具有影像处理容易、仅用点的中心的计算就能够通过立体校准技法立即得知空间上的位置的优点。另外，具有如下优点：容易印刷多样的图案，通过印刷多个点，从而在由于光的散射而存在一部分被拍摄为不鲜明的点的情况下，也可以通过剩余的点计算旋转信息。

另一方面，在标记图案由线构成的情况下，如图24所示，以高尔夫球的中心为圆的中央的第1圆被印刷在高尔夫球的表面，直径小于第1圆的第2圆在高尔夫球的表面印刷成不与第1圆交差。另外，在标记图案由线构成的情况下，如图25所示，可以在高尔夫球的上半球和下半球分别印刷直径相互不同的圆。若以这种方式在高尔夫球的表面印刷圆，不管在任何方向看高尔夫球均看到相互不同的图案。如以上的标记图案可以通过使用者不能识别的红外线涂料印刷，该情况下，上述的摄像机需要均变更为红外线摄像机，或者采用在红外线区域具有高的灵敏度的摄像机。并且，被印刷于高尔夫球的表面的标记图案除此之外也存在多样的方法，只要满足在任何方向看高尔夫球均看到相互不同的图案的条件，当然包含在本发明的范畴。

在以下，对本发明所采用的高尔夫球的旋转信息测定技法进行详细的说明。

在本发明中，为了计算高尔夫球的旋转信息，利用4台摄像机1110、1120、1130、1140在输入各触发信号的时刻，对由配置于同一列的两台摄像机1110和1120、1130和1140拍摄的影像中存在的被印刷于高尔夫球的表面的点的图案进行分析来计算球的旋转。即，由检测高尔夫球的触发信号生成部210生成的第一个触发信号输入到第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120的瞬间，第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120拍摄高尔夫球的影像，在从第一个触发信号的生成时刻经过预定的时间的时刻由触发信号生成部210生成的第二个触发信号输入到第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140的瞬间，第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140拍摄高尔夫球的影像。

在图26至图29示出根据第1区域摄像机1110及第2区域摄像机1120拍摄的影像内的高尔夫球影像计算高尔夫球的旋转信息的过程。根据图26至图29，两台区域摄像机1110、1120隔着预定的距离配置，各摄像机1110、1120拍摄的影像相互不同。这时，高尔夫球的表面区域在看高尔夫球时，存在被位于左侧的第1区域摄像机1110拍摄的高尔夫球影像1510和位于右侧的第2区域摄像机1120拍摄的高尔夫球影像1520均拍摄到的区域1530、仅被第1区域摄像机1110拍摄的高尔夫球影像1520拍摄到的1532，以及仅被第2区域摄像机1120拍摄的高尔夫球影像1510拍摄到的1534。这对于由第3区域摄像机1130及第4区域摄像机1140分别拍摄的高尔夫球影像也相同。

信息测定部250对通过配置于第一列的两台摄像机1110、1120同时拍摄的各高尔夫球影像中存在于共同的区域1530的标记点应用立体校准技法计算三维空间上的坐标。另外，信息测定部250利用高尔夫球的球方程式和摄像机的位置信息计算在未被第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时拍摄的1532、1534上存在的标记点的空间坐标。在图28示出对与第一个触发信号对应的高尔夫球检测出的标记点。

接着，信息测定部250在事先被存储的参照图案数据中，在对根据相互不同时刻拍摄的高尔夫球影像得到的高尔夫球的标记点的空间坐标中检测出由事先设定的数量(例如，3个)的标记点构成的形状1540相同的参照图案1542。这时，参照图案数据是使高尔夫球的中心位于三维坐标上的圆点之后得到的、构成可以由印刷在高尔夫球的表面的标记点形成的任意的多角形(如果事先设定的数量为3个，则三角形)的标记点的坐标。

接着，信息测定部250计算用于使事先设定的数量的被选择的标记点与同样的参照图案1542匹配的变换行列(将滚转角(roll angle)、偏航角(yaw angle)及俯仰角(pitch angle)的变化量作为因子的行列)。这时，为了计算准确的旋转信息，存在于共同的区域1530的标记点至少需要5个以上，信息测定部250在共同的区域1530存在的标记点中选择最少5个标记点之后，对可以由这些被选择的标记点构成的10个三角形形状分别重复参照图案的检测及变换行列的计算过程。如果，存在于共同的区域1530的标记点小于5个，在仅存在于各高尔夫球影像1510、1520的区域1532、1534中选择追加性的标记点而选择最少5个标记点。优先选择存在于共同的区域1530的标记点的理由在于，这种标记点比由两台摄像机1110、1120均拍摄的标记点的空间上的坐标更加准确。在这样重复计算的10个变换行列中，将由下面的数学式计算的误差值最小的变换行列决定为与第一个触发信号对应的高尔夫球的第1变换行列。

数学式5

$\mathrm{Error}=\frac{\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i}{n}$

在此，Di是与对在n个标记点中任意选择的3个标记点的每一个的三维空间上的坐标值和通过对任意选择的3个标记点计算出的变换行列变换剩余2个标记点得到的二维空间上的坐标值的每一个构成对应的检测出的参照图案的标记点之间的距离，由下面的数学式表现。

数学式6

$D_i=\sqrt{{\left(P_x\right[i]-{\mathrm{Pr}}_x[\mathrm{Idx}\left[j\right]\left]\right)}^2+{\left(p_y\right[i]-{\mathrm{Pr}}_y[\mathrm{Idx}\left[j\right]\left]\right)}^2+{\left(p_z\right[i]-{\mathrm{Pr}}_z[\mathrm{Idx}\left[j\right]\left]\right)}^2}$

在此，P_x，y，z[i]是各标记点的坐标值，Pr_x，y，z[Idx[j]]是分别对应于P_x，y，z[i]的参照图案的标记点的坐标值。

这时，决定第1变换行列的方法可以采用取重复计算出的变换行列的平均值的方法，取误差值存在于预定的范围内的变换行列的平均的方法等多样的方法。并且，信息测定部250根据第1变换行列计算对应于第一个触发信号的高尔夫球的旋转角度(即，滚转角、偏航角及俯仰角)。通过以上的过程，若从根据第一个触发信号拍摄的高尔夫球影像中决定表示高尔夫球的旋转信息的第1变换行列M_AR，则信息检测部250对应于第二个触发信号从由第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140拍摄的影像中决定表示高尔夫球的旋转信息的第2变换行列M_BR。

图30至图32示出信息测定部250决定第2变换行列的过程。根据图30至图32，信息测定部250在通过配置于第二列的两台摄像机1130、1140同时拍摄的各高尔夫球影像中对存在于共同的区域1630的标记点应用立体校准技法计算三维空间上的坐标。这时，信息测定部250利用高尔夫球的球方程式和摄像机的位置信息计算未被第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140同时拍摄的区域1632、1634上存在的标记点的空间坐标。接着，信息测定部250与对应于第一个触发信号拍摄的影像的处理过程相同地，在事先存储的参照图案数据中，对根据在相互不同的时刻拍摄的高尔夫球影像得到的高尔夫球的标记点的空间坐标中，检测出与由事先设定的数量(例如，3个)的标记点构成的形状1640相同的参照图案1642。这时，如图31所示，存在于共同的区域1630的标记点为4个，所以在仅存在于各高尔夫球影像1610、1620的区域1632、1634中，在仅存在于第3区域摄像机1130拍摄的高尔夫球影像的区域1632中选择追加性的标记点，使得选择最少5个标记点。接着，信息测定部250对可以由被选择的5个标记点构成的三角形形状10个的每一个重复参照图案的检测是及变换行列的计算过程。信息测定部250在这样重复计算出的10个变换行列中将具有最小误差值的变换行列决定为对应于第二个触发信号的第2变换行列M_BR。

通过以上的过程，若从根据第一个触发信号及第二个触发信号拍摄的高尔夫球影像中决定表示高尔夫球的旋转信息的第1变换行列M_AR和第2变换行列M_BR，信息测定部250通过下面的数学式，根据对第一个触发信号拍摄的影像内的高尔夫球的变换行列M_AR和对第二个触发信号拍摄的影像内的高尔夫球的变换行列M_BR计算出最终的变换行列M_AB。

数学式7

$M_{\mathrm{AB}}=M_{\mathrm{AR}}\·M_{\mathrm{BR}}^{-1}$

信息测定部250根据通过数学式7得到的最终的变换行列计算在两个摄影时刻之间构成的高尔夫球的旋转信息(旋转速度及旋转轴)。并且，附加性地，信息测定部250可以利用给出的环境变量和计算出的高尔夫球的飞行信息及旋转信息计算高尔夫球的飞行轨迹和边界信息。这时，在环境变量中包括球洞整体的地形信息(如平坦球道、粗糙面等的地形种类、地形的密度、地形的倾斜度等)，高尔夫球飞行的大气信息(湿度、空气密度、风向、风强、阻力系数、挑高系数等)等。

图33是表示对根据本发明的球形物体的飞行信息测定方法的优选的实施例的执行过程的流程图。

根据图33，触发信号生成部210若从通过活性CCD线拍摄的影像中检测出高尔夫球，则生成第1触发信号而输出到影像获得部230(S1800)。影像获得部240在构成摄影部220的以2列配置的4个区域摄像机中向位于第1列的第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时提供第1触发信号(S1810)。若输入第1触发信号，则第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120拍摄相同的影像获得区域而分别向影像获得部240输出第1影像及第2影像(S1820)。在图34示出对应于第1触发信号的第1影像及第2影像。接着，触发信号生成部210从输出第1触发信号的时刻经过事先设定的时间间隔(例如，2.5msec)之后生成第2触发信号而输出到影像获得部240(S1830)。接着，影像获得部240在构成摄影部220的以2列配置的4个区域摄像机中向位于第2列的第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140同时提供第2触发信号(S1840)。若输入第2触发信号，则第3区域摄像机1130和第4区域摄像机1140拍摄相同的影像获得区域而分别将第3影像及第4影像输出到影像获得部240(S1850)。在图35示出对应于第2触发信号的第3影像及第4影像。

信息测定部250分别对第1影像和第2影像、及第3影像和第4影像应用立体校准技法计算对应于第1触发信号及第2触发信号的高尔夫球的空间上的位置(S1860)。信息测定部250以计算出的高尔夫球的空间上的位置为基础计算高尔夫球的速度、发射角度、偏离角度(S1870)。接着，信息测定部250对第1影像至第4影像执行影像处理(去除杂音、检测边界)之后放大高尔夫球部分来得到第1高尔夫球影像至第4高尔夫球影像(S1880)。在图36示出影像处理后得到的高尔夫球影像的例子。接着，信息测定部250以第1高尔夫球影像至第4高尔夫球影像为基础计算高尔夫球的旋转信息(S1890)。

图37是表示通过信息测定部250计算高尔夫球的旋转信息的过程的流程图。

根据图37，信息测定部250对从通过配置于第一列的区域摄像机1110、1120拍摄的影像得到的各高尔夫球影像内的标记点应用上述的立体校准技法计算空间上的坐标(S2100)。接着，信息测定部250利用高尔夫球的球方程式和摄像机的位置信息计算未被第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时拍摄的标记点的空间坐标(S2110)。接着，若被第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时拍摄的标记点的数量为事先设定的基准数量(例如，5个)以上(S2120)，则信息测定部250在该标记点中选择5个标记点(S2130)。若被第1区域摄像机1110和第2区域摄像机1120同时拍摄的标记点的数量小于事先设定的基准数量(例如，5个)(S2120)，则在仅通过第1区域摄像机1110或第2区域摄像机1120拍摄的标记点中选择不足的数量的标记点进行追加(S2140)。接着，信息测定部250检索与在参照图案数据中选择的5个标记点中可选择3个标记点形成的每个三角形形状相同大小和模样的三角形(S2150)。接着，信息测定部250计算用于使在被选择的5个标记点中可选择3个标记点形成的每个三角形形状与在参照图案数据中检测出的参照图案匹配的各变换行列(M_AR1至M_AR10)，在计算出的第1变换行列中将由数学式5表现的误差值成为最小的变换行列决定为从根据第1触发信号拍摄的高尔夫球影像表示高尔夫球的旋转信息的最终的第1变换行列M_AR(S2160)。

在以上说明的S2100步骤至S2160步骤，对通过配置于第二列的区域摄像机1130、1140拍摄的影像也依次执行来决定第2变换行列M_BR(S2170)。接着，信息测定部250利用数学式7根据对在第1触发信号拍摄的影像内的高尔夫球的变换行列M_AR和在第2触发信号拍摄的影像内的高尔夫球的变换行列MBR计算最终的变换行列M_AB(S2180)。接着，信息测定部250根据由数学式7得到的最终的变换行列和各触发信号的时间间隔计算在两个摄影时刻之间构成的高尔夫球的旋转信息(旋转速度及旋转轴)(S2190)。并且，附加性地，信息测定部250可以利用给出的环境变量和计算出的高尔夫球的飞行信息及旋转信息计算高尔夫球的飞行轨迹和边界信息。在图38示出通过信息测定部250计算出的高尔夫球的飞行信息及旋转信息以及高尔夫球的飞行轨迹。

本发明还可以在能够用计算机读取的记录介质体现为计算机可读取的代码。计算机可读取的记录介质包括存储可通过计算机系统读取的数据的所有种类的记录装置。作为计算机可读取的记录介质的例子有ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软磁盘、光数据存储装置等，并且还包括体现为载波(例如通过因特网的传送)的形态。另外，计算机可读取的记录介质可以分散到由网络连接的计算机系统而以分散方式存储并执行计算机可读取的代码。

在以上对本发明的优选实施例进行图示和说明，但是本发明不限于上述的特定的优选实施例，当然该发明所属技术领域的普通技术人员均可以不脱离权利要求书请求的本发明的要旨而进行多样的变形实施，这样的变更属于权利要求书记载的范围。

Claims (24)

1.一种球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于，包括： 

触发信号生成部，若检测出球形物体，则生成第1触发信号而输出，若从上述第1触发信号的生成时刻经过以上述球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度为基础设定的基准时间间隔，则生成第2触发信号而输出； 

摄影部，对于具有预定的面积的第1影像获得区域，分别对上述第1触发信号及上述第2触发信号拍摄多个上述球形物体存在的影像而输出； 

影像获得部，将从上述触发信号生成部输入的上述第1触发信号及上述第2触发信号提供到上述摄影部，分别对应于上述第1触发信号及上述第2触发信号，将从上述摄影部输入的多个影像变换为数字影像进行存储； 

信息测定部，根据上述多个数字影像计算上述球形物体的包含飞行速度、飞行角度、旋转速度及旋转轴的飞行信息； 

上述基准时间间隔被决定为根据下面的数学式A得到的基准时间间隔的最大值： 

[数学式A] 

dT_max=min(dT_max1，dT_max2) 

在此，dT_max是上述基准时间间隔的最大值，dT_max1是 

其中，L_v是上述第1影像获得区域的竖方向的长度，D_v是从上述第1影像获得区域的进入分界到通过上述第1触发信号拍摄上述球形物体的时刻，上述球形物体向上述第1影像获得区域的竖方向飞行的距离，并且，V_max是根据上述球形物体的最大飞行速度决定的值，并且，dT_max2是 

其中，N_max是高尔夫球的最大旋转速度。 

2.根据权利要求1所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述触发信号生成部包括： 

图像传感器，通过透镜输入的光变换成电信号的光电变换元件被配置成阵列形态； 

多个A/D变换器，将上述光电变换元件输出的电信号变换成数字影像； 

图像存储器，存储由上述A/D变换器变换的数字影像； 

触发电路，生成上述第1触发信号及上述第2触发信号进行输出； 

微处理器，在由构成上述图像传感器的光电变换元件中的存在于相同列的光电变换元件构成的CCD线中，将要执行基于上述A/D变换器的信号变换的CCD线设定为对上述第1影像获得区域所包含的带子形状的第2影像获得区域取得影像的活性CCD线，若从存储于上述图像存储器的数字影像中检测出上述球形物体，则指示上述触发电路生成上述第1触发信号，若从上述第1触发信号的生成指示时刻经过上述基准时间间隔，则指示上述触发电路生成上述第2触发信号。 

3.根据权利要求2所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述微处理器从存储于上述图像存储器的数字影像中，若大于事先设定的基准亮度值的区域的大小及模样与上述球形物体的大小及模样匹配，则将大于上述基准亮度值的区域检测为上述球形物体。 

4.根据权利要求3所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述触发信号生成部还包括通信模块，该通信模块从位于外部的信息处理装置接收上述CCD线中要被设定为活性CCD线的CCD线的设定信息、上述基准时间间隔、上述基准亮度值及上述球形物体的大小及模样。 

5.根据权利要求2至4中任一项所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述微处理器在上述CCD线中以预定的间隔将多个CCD线设定为对应于上述第2影像获得区域的上述活性CCD线。 

6.根据权利要求5所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

若从通过上述多个CCD线中的第一个CCD线拍摄的数字影像中检测出上述球形物体的时刻和从通过第二个CCD线拍摄的数字影像检测出上述球形物体的时刻之差小于事先设定的基准时间，则上述微处理器将上述基准时间间隔决定为小于或等于根据上述的数学式A得到的基准时间间隔的最大值的值，若 检测出上述球形物体的时刻和从通过第二个CCD线拍摄的数字影像检测出上述球形物体的时刻之差大于事先设定的基准时间，则将上述基准时间间隔决定为大于根据上述的数学式A得到的上述基准时间间隔的最大值的值。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述摄影部包括在与上述第1影像获得区域的横方向平行设定的多个列上将上述触发信号生成部作为基准相互面对配置的两对区域摄像机， 

上述第1触发信号同时提供到上述多个列中配置于第1列的区域摄像机，上述第2触发信号同时提供到上述多个列中配置于第1列的区域摄像机。 

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述摄影部包括在与上述第1影像获得区域的横方向平行设定的列上将上述触发信号生成部作为基准相互面对配置的两个区域摄像机， 

上述第1触发信号及上述第2触发信号同时提供到上述区域摄像机。 

9.根据权利要求1至4中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

还包括放出维持预定照度的持续光的照明部。 

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述信息测定部根据对应于上述第1触发信号的多个数字影像计算在输出上述第1触发信号时球形物体的空间上的位置即第1位置，根据对应于上述第2触发信号的多个数字影像计算在输出上述第2触发信号时球形物体的空间上的位置即第2位置；根据计算出的上述第1位置、第2位置及上述基准时间间隔计算上述球形物体的飞行速度及上述飞行角度。 

11.根据权利要求10所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述信息测定部根据对应于上述第1触发信号的多个数字影像掌握被印刷在上述球形物体的表面的标记点的空间上的位置即第1标记点，根据对应于第2触发信号的多个数字影像掌握被印刷在球形物体的表面的标记点的空间上的位置即第2标记点，按事先设定的选择数量选择被印刷在上述球形物体的表面的标记点，并由所选择的标记点形成参照图案数据，在所述参照图案数据中检 索具有与按所述选择数量选择上述第1标记点而形成的形状相同形状的参照图案数据即基准参照数据之后，计算出使由上述被选择的第1标记点构成的形状与上述基准参照图案数据的形状匹配的第1变换行列，在上述第2标记点中按所述选择数量选择能形成与上述基准参照数据相同的形状的标记点之后，计算使由上述被选择的第2标记点构成的形状与上述基准参照图案数据的形状匹配的第2变换行列，以上述第1变换行列及上述第2变换行列为基础计算上述球形物体的旋转速度及旋转轴。 

12.根据权利要求11所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

在上述球形物体的表面，上述标记点印刷成由根据上述选择数量选择的标记点构成的形状全部不同。 

13.根据权利要求11所述的球形物体的飞行信息测定系统，其特征在于， 

上述信息测定部在上述第1标记点中选择事先设定的基准数量以上的标记点之后，在被选择的标记点中根据上述选择数量选择标记点来构成多个标记点坐标对，通过分别对上述标记点坐标对计算的上述第1变换行列，在根据上述基准数量选择的标记点中对除了标记点坐标对以外的标记点进行变换后从上述基准参照数据中检索对应的标记点，将使分别与根据上述基准数量选择的标记点对应的基准参照数据的标记点之间的误差为最小的第1变换行列决定为对应于上述第1触发信号的最终的第1变换行列； 

在上述第2标记点中选择事先设定的基准数量以上的标记点之后，在被选择的标记点中根据上述选择数量选择标记点来构成多个标记点坐标对，通过分别对上述标记点坐标对计算的上述第2变换行列，在根据上述基准数量选择的标记点中对除了标记点坐标对以外的标记点进行变换后从上述基准参照数据中检索对应的标记点，将使分别与根据上述基准数量选择的标记点对应的基准参照数据的标记点之间的误差为最小的第2变换行列决定为对应于上述第2触发信号的最终的第2变换行列。 

14.一种球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于，包括： 

(a)若检测出球形物体，则生成第1触发信号而输出的步骤； 

(b)对于具有预定的面积的第1影像获得区域，对上述第1触发信号分别拍摄多个上述球形物体存在的第1影像的步骤； 

(c)若从上述第1触发信号的生成时刻经过以上述球形物体的最大飞行速度及最大旋转速度为基础设定的基准时间间隔，则生成第2触发信号而输出的步骤； 

(d)对于上述第1影像获得区域，对上述第2触发信号拍摄多个上述球形物体存在的第2影像的步骤；及 

(e)根据上述第1影像及上述第2影像计算上述球形物体的包含飞行速度、飞行角度、旋转速度及旋转轴的飞行信息的步骤； 

上述基准时间间隔被决定为根据下面的数学式A得到的基准时间间隔的最大值： 

[数学式A] 

dT_max=min(dT_max1，dT_max2) 

在此，dT_max是上述基准时间间隔的最大值，dT_max1是 

其中，L_v是上述第1影像获得区域的竖方向的长度，D_v是从上述第1影像获得区域的进入分界到通过上述第1触发信号拍摄上述球形物体的时刻，上述球形物体向上述第1影像获得区域的竖方向飞行的距离，并且，V_max是根据上述球形物体的最大飞行速度决定的值，并且，dT_max2是 

其中，N_max是高尔夫球的最大旋转速度。 

15.根据权利要求14所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于，还包括： 

(f)在构成图像传感器的光电变换元件中，存在于相同列的光电变换元件所构成的CCD线中，将要执行向数字信号变换的CCD线设定为与上述第1影像获得区域所包含的带子形状的第2影像获得区域对应的活性CCD线的步骤。 

16.根据权利要求15所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

在上述(a)步骤及上述(c)步骤中，对于上述第2影像获得区域拍摄的各影像内，若大于事先设定的基准亮度值的区域的大小及模样与上述球形物体的大小及模样匹配，则将大于上述基准亮度值的区域检测为上述球形物体。 

17.根据权利要求16所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于，还包括： 

(g)从位于外部的信息处理装置接收上述CCD线中要被设定为活性CCD线的CCD线的设定信息、上述基准时间间隔、上述基准亮度值及上述球形物体的大小及模样的步骤。 

18.根据权利要求15至17中任一项所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

在上述(f)步骤中，在上述CCD线中多个CCD线以预定的间隔设定为上述活性CCD线。 

19.根据权利要求18所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

在上述(f)步骤中，若从通过上述多个CCD线中的第一个CCD线拍摄的数字影像中检测出上述球形物体的时刻和从通过第二个CCD线拍摄的数字影像检测出上述球形物体的时刻之差小于事先设定的基准时间，则将上述基准时间间隔决定为小于或等于根据上述的数学式A得到的基准时间间隔的最大值的值，若检测出上述球形物体的时刻和从通过第二个CCD线拍摄的数字影像检测出上述球形物体的时刻之差大于事先设定的基准时间，则将上述基准时间间隔决定为大于根据上述的数学式A得到的上述基准时间间隔的最大值的值。 

20.根据权利要求14至17中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

在上述(b)步骤中，在与同时接收上述第1触发信号的上述第1影像获得区域的横方向平行设定的多个列中，通过配置于第一列的一对区域摄像机拍摄上述第1影像， 

在上述(d)步骤中，在与同时接收上述第1触发信号的上述第1影像获得区域的横方向平行设定的多个列中，通过配置于第二列的一对区域摄像机拍摄上述第2影像。 

21.根据权利要求14至17中的任一项所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

上述(e)步骤包括： 

(e1)从与上述第1触发信号对应的多个数字影像计算在输出上述第1触发信号时球形物体的空间上的位置即第1位置，根据与上述第2触发信号对应的多个数字影像计算在输出上述第2触发信号时球形物体的空间上的位置即第2位 

置的步骤； 

(e2)根据上述计算出的第1位置、第2位置及上述基准时间间隔计算上述球形物体的飞行速度及上述飞行角度的步骤。 

22.根据权利要求21所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于，上述(e)步骤还包括： 

(e3)根据对应于上述第1触发信号的多个数字影像掌握被印刷在上述球形物体的表面的标记点的空间上的位置即第1标记点，根据对应于上述第2触发信号的多个数字影像掌握被印刷在上述球形物体的表面的标记点的空间上的位置即第2标记点的步骤； 

(e4)按事先设定的选择数量选择被印刷在上述球形物体的表面的标记点，并由所选择的标记点形成参照图案数据，在所述参照图案数据中检索具有与按所述选择数量选择上述第1标记点而形成的形状相同形状的参照图案数据即基准参照数据之后，计算使由上述选择出的第1标记点构成的形状与上述基准参照图案数据的形状匹配的第1变换行列的步骤； 

(e5)在上述第2标记点中按所述选择数量选择能形成与上述基准参照数据相同形状的标记点之后，使由上述选择出的第2标记点构成的形状与上述基准参照图案数据形状匹配的第2变换行列的步骤； 

(e6)以上述第1变换行列及上述第2变换行列为基础计算上述球形物体的旋转速度及旋转轴的步骤。 

23.根据权利要求22所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

在上述球形物体的表面，上述标记点印刷成由根据上述选择数量选择的标记点构成的形状全部不同。 

24.根据权利要求22所述的球形物体的飞行信息测定方法，其特征在于， 

上述(e4)步骤还包括： 

(e4-1)在上述第1标记点中选择事先设定的基准数量以上的标记点之后，在被选择的标记点中根据上述选择数量选择标记点来构成多个标记点坐标对的步骤； 

(e4-2)通过分别对上述标记点坐标对计算的上述第1变换行列，在根据上述基准数量选择的标记点中对除了标记点坐标对以外的标记点进行变换后从上述基准参照数据中检索对应的标记点的步骤； 

(e4-3)将使分别与根据上述基准数量选择的标记点对应的基准参照数据的标记点之间的误差为最小的第1变换行列决定为对应于上述第1触发信号的最终的第1变换行列的步骤； 

上述(e5)步骤还包括： 

(e5-1)在上述第2标记点中选择事先设定的基准数量以上的标记点之后，在被选择的标记点中根据上述选择数量选择标记点来构成多个标记点坐标对的步骤； 

(e5-2)通过分别对上述标记点坐标对计算的上述第2变换行列，在根据上述基准数量选择的标记点中对除了标记点坐标对以外的标记点进行变换后从上述基准参照数据中检索对应的标记点的步骤； 

(e5-3)将使分别与根据上述基准数量选择的标记点对应的基准参照数据的标记点之间的误差为最小的第2变换行列决定为对应于上述第2触发信号的最终的第2变换行列的步骤。