CN1667352A - 测量移动体的移动信息的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够高精度地求得像高尔夫球杆头或伴有旋转量地移动的高尔夫球那样的移动体的移动信息的移动体测量装置。作为其一例的杆头测量装置10，具有：半透半反射镜34；使向半透半反射镜34射出且从其中出射的光照射到高尔夫球杆头上的照射光源32；经由半透半反射镜34拍摄设在高尔夫球杆头上的反射标记的、由反射光形成的像的摄像机36；根据由摄像机32拍摄到的反射标记的像计算高尔夫球杆头的移动信息的移动信息计算部14；照射光源32、摄像机36及半透半反射镜34的配置，被调整为使得从半透半反射镜34的临界面出射的照射光的出射角度，和来自反射标记的反射光向半透半反射镜34的临界面入射的入射角度大体相一致。

Description

测量移动体的移动信息的装置
技术领域
本发明涉及测量在高尔夫挥杆中的高尔夫球杆即将将高尔夫球打出之前的移动速度、移动方向及高尔夫球杆头的方向，或者刚刚由高尔夫球杆打出去之后的高尔夫球的初始速度、移动方向及旋转量等移动体的移动信息的移动体测量装置。
背景技术
以往，人们开发出了沿着移动体的路径设置多个摄像机(照相机)，通过拍摄移动体而测量移动体的移动(运动及动作)，求取移动速度、旋转量等移动信息的方法及装置。
例如，在测定移动体的倾斜度的装置中，在专利文献1中公开了一种同时测量移动体的移动量和倾斜度、且初期设定误差的影响较小的、进行移动体的角度偏差的评价的移动体精度测量装置。
另外，在专利文献2中，公开了一种用2部摄像机测量高尔夫球的飞行轨迹及飞行的方法及装置。在该方法及装置中，用照射光照射设在作为测定对象的移动体上的反射性标记，从而拍摄由此时的反射光形成的像。此时，利用全反射镜来反射来自照射光源的照射光，从而照射在测定对象的测定对象表面的反射性标记上。这时，在全反射镜上设置用于确保2部摄像机的视野范围的孔，经由该全反射镜利用摄像机进行拍摄。即，使照射光和来自反射性标记的反射光的光轴接近，从而测定高尔夫球的飞行轨迹及飞行。由此，能够测定刚刚打出之后的高尔夫球的速度、方向以及方位，从而能够计算高尔夫球的飞行路径。
专利文献1：特开平8-304020号公报
专利文献2：特表2002-525613号公报
发明内容
但是，在专利文献1所公开的发明中，因为大体限定了测定对象的移动方向，所以，为了进行移动体随着旋转而移动的情况下的移动信息的测定，例如为了进行高尔夫球杆头或高尔夫球等移动体的移动信息的测定，就有必要在较大的范围内设定位置检测元件。因此，专利文献1中所公开的装置，并不是适于进行伴随有旋转的移动体的移动信息的测定的装置结构。
另外，在专利文献2所公开的发明中，虽然使射向反射性标记的照射光的光轴和进行拍摄的摄像机的视线轴接近，但并没有大体重叠在一起。特别是，在移动体与测定装置比较接近的情况下，射向反射性标记的照射光的光轴与进行拍摄的摄像机的视线轴就会偏离较大。因此，作为由摄像机拍摄的注视区域的中心区域的周边因为被照射光直接照射所以变得明亮，而中心区域因为被照射光的间接光照射所以变得比周边暗。因此，不能以较高的对比度拍摄来自位于注视区域的反射性标记的反射光，因而产生了要对所拍摄的图像进行复杂的图像处理以进行修正的必要。
本发明的目的，在于消除由上述的以往技术所带来的问题，提供一种能够高精度地求得像高尔夫球杆头或伴随有旋转量地移动的高尔夫球那样的移动体的移动信息(移动速度、移动方向、旋转量等)的移动体测量装置。
尤其是，在作为移动体选择了高尔夫球杆头的情况下，正确地求出高尔夫球的打出之前的极其重要的高尔夫球杆头的击打面的位置和方向的信息等。
为达成上述目的，本发明提供一种移动体测量装置，它是测量作为测量对象的移动体的移动信息的移动体测量装置，其特征在于，具备：具有光入射的临界面，且在该临界面使由一方侧入射的光至少透过，使由另一方侧入射的光至少反射的光学部件；将向上述光学部件射出、并从上述光学部件出射的光作为向上述移动体照射的照射光的照射光源；经由上述光学部件对设在光所照射的上述移动体的表面上的反射标记的、由反射光形成的像进行拍摄的摄像机；以及根据由上述摄像机所拍摄到的上述反射标记的像计算移动体的移动信息的移动信息计算部；并且，上述照射光源、上述摄像机以及上述光学部件的配置，被调整为从上述临界面出射的照射光的出射角度和来自上述反射标记的反射光入射到上述临界面上的入射角度大体相一致。
在此，优选为以将上述摄像机拍摄的来自上述反射标记的反射光的像通过由上述光学部件的临界面反射而进行拍摄的方式配置上述摄像机，且从上述摄像机看在上述临界面的透过方向上设置有光吸收部件。
另外，上述光学部件通过由上述临界面使上述照射光的一部分透过并同时反射从而向不同的2个方向出射，上述照射光源从不同的2个方向照射上述移动体；照射光从上述光学部件的上述临界面向不同的2个方向出射时的各出射角度，与通过从不同的2个方向照射移动体而得到的2个反射光向上述临界面入射时的分别相对应的各入射角度大体相一致。
在此，优选为在上述2个反射光到达上述摄像机之前的光路上设置反射镜，使得包括上述光学部件的反射在内，反射次数均为奇数次或者均为偶数次。
进而，优选为上述摄像机将由通过不同的2个光路的上述2个反射光形成的像作为1个图像拍摄。
上述标记优选是向着照射光的入射方向进行反射的回复反射标记。
上述摄像机，优选为对移动的反射标记的像以一定的时间间隔进行多次曝光而进行拍摄。
在此，上述照射光源在上述摄像机的拍摄过程中连续地射出光，上述摄像机以一定时间间隔进行多次曝光。或者，上述照射光源通过在上述摄像机的拍摄过程中以一定的时间间隔间歇地射出光，从而使得上述摄像机进行多次曝光。
另外，上述摄像机优选为至少1秒钟拍摄120帧或其以上的高速录像机。
根据本发明，因为以从光学部件的临界面出射的照射光的出射角度、和来自反射标记的反射光向光学部件的临界面入射的入射角度大体相一致的方式，调整照射光源、摄像机以及上述光学部件的配置，所以与以往不同，能够使光均匀地照射在反射标记上，能够以较高的对比度拍摄反射标记。因此，能够以比以往更简单的结构，高精度地进行复杂的移动体测量。尤其是在作为移动体选择了高尔夫球杆头的情况下，能够正确地求得高尔夫球的即将打出之前的极其重要的击打面的位置和方向的信息等。
附图说明
图1是简要表示本发明的移动体测量装置的一个实施方式的侧视图。
图2中(a)是说明设置在铁头球杆类的高尔夫球杆头上的回复反射标记(回射标记/后向反射标记)的配置位置的一例的图；(b)是说明设置在木头球杆类的高尔夫球杆头上的回复反射标记的配置位置的一例的图。
图3中(a)是表示在图1中所示的杆头测量装置之中照射·拍摄部的一例的构成的图；(b)是说明由照射·拍摄部所形成的光路的图。
图4是表示在图1中所示的杆头测量装置的构成的框图。
图5中(a)是表示在本发明的移动体测量装置中所得到的反射标记的像的动作(举动/动向)的图；(b)是说明在(a)中所示的照射·拍摄部上所形成的光路的图。
图6中(a)是表示作为本发明的移动体测量装置的一例的杆头测量装置中的照射·拍摄部的另一方式的图；(b)是说明在(a)中所示的照射·拍摄部上所形成的光路的图。
图7是表示作为本发明的移动体测量装置的一例的杆头测量装置中的照射·拍摄部的另一方式的图。
图8是将高尔夫球杆头作为移动体，拍摄在其上所设置的回复反射标记的轨迹所成的图像的示意图；(a)是利用作为本发明的一个实施例的杆头测量装置而拍摄到的图像的一例；(b)是表示用以往方法拍摄到的图像的图。
标号说明
10    移动体测量装置(杆头测量装置) 12    控制装置
14    计算机系统                    16    信号处理部
18    标记位置抽取部                20    解析部
22    输出部                        24    打印机
26    显示器                        28    操作部
30、30a、30b                        照射·拍摄部
34    半透半反射镜                  36    摄像机
38    光吸收部件                    40    平板面
42、42a、42b                        反射镜
50    回复反射标记                  C     高尔夫球杆
G     高尔夫球运动员                B     球
具体实施方式
下面，根据所添附的附图中所示的优选实施方式，详细地说明本发明的移动体测量装置和移动体测量方法。
图1是简要表示本发明的移动体测量装置的一个实施方式的侧视图。在此，高尔夫球杆头为测量对象。
图1中所示的移动体测量装置(以下称为杆头测量装置)10，是测量高尔夫球运动员G握着高尔夫球杆C将高尔夫球打出的高尔夫挥杆时的、高尔夫球被打出的前后的高尔夫球杆头的移动信息的装置。
杆头测量装置10，被构成为包括：摄像机·照射光源等的光学设备具有大体相同的构成、从不同的2个方向对高尔夫球杆头进行拍摄的照射·拍摄部30a、30b；控制照射·拍摄部30a、30b的控制装置12；作为获取由照射·拍摄部30a、30b所拍摄的图像的数据并进行信号处理、图像处理以及动作解析的移动信息计算部的计算机系统14。
在高尔夫球杆C的高尔夫球杆头上，以能够测量高尔夫球杆头的动作的方式在不同的位置上设置至少3个或其以上的标记。并且，以在由照射·拍摄部30a、30b所拍摄的图像中始终能够识别的那样，使标记成为回复反射标记。回复反射标记具有将照射光向照射方向反射的所谓的回复反射(回射/后向反射)功能，例如，采用将众所周知的回复反射片切割成规定的形状而成的回复反射标记。
回复反射标记，例如设置在与击打高尔夫球的击打面相连的高尔夫球杆头的上端面及侧端面的至少一个面上，另外还设置在高尔夫球杆头的杆颈部上。
图2是表示设置在高尔夫球杆C上的回复反射标记的一例的示意图。在图2(a)所示的例子中，是在铁头球杆类的高尔夫球杆的与击打面相连的高尔夫球杆头的上端面及杆颈部上设置回复反射标记。在图2(b)所示的例子中，是在木头球杆类的高尔夫球杆头的与击打面相连的形成冠部的上端面的3个部位上设置回复反射标记。
回复反射标记，在高尔夫球杆头上被设置在至少3个或其以上的部位上，并且以这些回复反射标记构成三角形的顶点、不位于同一条直线上的方式设定其配置位置。在图2(a)的例子中，以不使3个回复反射标记位于一条直线上的方式将回复反射标记设置在杆颈部上。为了进行更高精度的测量，回复反射标记优选为如图2(b)所示，以构成正三角形的顶点的方式设定。
图3(a)是表示构成杆头测量装置10中的照射·拍摄部30a、30b(统称为照射·拍摄部30)之中的1个的部分的立体图。图3(b)是该部分的俯视图。
如图3(a)及(b)所示，照射·拍摄部30被构成为具备对测量对象进行照射的照射光源32、具有使由一方侧入射的光出射(反射及透过)的临界面的平板状的半透半反射镜34、摄像机36、吸收光的光吸收部件38、和用于安装各部件的平板面40。
照射光源32为卤素光源，射出连续光。照射光源32被设置在平板面40上，且以经由半透半反射镜34而向移动体上的反射标记50照射的方式配置。
半透半反射镜34如前所述为平板状，具有使由一方侧入射的光出射(反射及透过)的临界面。在此，前述半透半反射镜34相对于平板面40被垂直的竖立设置，前述临界面朝向能够使照射光源32所射出的光的光路大体成45°的入射角地向半透半反射镜34的临界面入射的方向。
摄像机36具有透镜等光接收部，进行向该光接收部入射的像的拍摄。摄像机36的视线轴，以朝向照射光源32的向半透半反射镜34射出的光所透过的位置、且与透过半透半反射镜34而照射到移动体上的照射光的光路大体成90°的角度的方式设置在平板面40上。
光吸收部件38，由黑色的布或板等构成，被设置在摄像机36的视线轴从摄像机侧透过半透半反射镜34的延长线上的、摄像机的视野范围的区域中。
在此，在照射·拍摄部30中，照射光源32射出朝向半透半反射镜34的临界面的连续光。该射出的连续光入射并透过半透半反射镜34的临界面，透过光从半透半反射镜34的临界面上的位置A向移动体的回复反射标记50出射。在此，回复反射标记50具有回复反射特性。因此，由回复反射标记50反射的反射光方向朝向半透半反射镜34的临界面，反射光入射到半透半反射镜34的临界面的位置A上。此时，透过半透半反射镜34而出射的来自照射光源32的光与半透半反射镜34的临界面所成的出射角度，与来自回复反射标记50的反射光的入射角度大体相一致。
接着通过半透半反射镜34的临界面，反射光被向摄像机36反射。即，照射光源32射出的光在半透半反射镜34的临界面上透过并出射的位置，和来自回复反射标记50的反射光在半透半反射镜34上被反射的位置大体相同。因此，反射光被向视线轴朝向位置A的摄像机36反射。这样，回复反射标记的像便被入射到摄像机36的透镜等光接收部上，从而被拍摄下来。
光吸收部件38，吸收照射光源32射出的光之中由半透半反射镜34的临界面所反射的部分。通过上述的吸收，能够防止因为由上述的照射光源32射出并被半透半反射镜34的临界面所反射的光在照射·拍摄部的箱体内部等发生反射·散射而透过半透半反射镜34的临界面，从而使其像被摄像机36所拍摄到的情况。因此，能够除去摄像机36所拍摄的区域中的光学上的噪音，能够进一步提高所拍摄的由回复反射标记50的反射光形成的像的对比度。
另外，照射光源32虽然采用的是卤素光源，但不限于此，只要是在拍摄中照射出连续光的光源即可，可以根据目的等不同而选择水银荧光灯、氙荧光灯、LED等。另外，照射光源32也可以采用以一定间隔在上述摄像机的拍摄中间歇地射出光的光源，例如闪光灯光源等。这种情况下，上述摄像机36，能够进行由反射标记50的反射光形成的像的多次曝光的拍摄。
另外，在对高尔夫球杆头所具有的回复反射标记进行拍摄的移动体测量的情况下，对于摄像机36，例如采用至少1秒钟拍摄120帧或其以上的高速视频摄像机(高速录像机)或高速快门摄像机等。在这种情况下，摄像机36能够以一定时间间隔进行由反射标记50的反射光形成的像的多次曝光的拍摄。当然，也可以根据测量对象的移动体的移动速度等，自由地设定高速录像机、高速快门摄像机的拍摄速度，另外，根据作为测量对象的移动体的移动速度，也可以使用通常的录像机作为摄像机36。
另外，在照射·拍摄部30的构成之中，也可以代替半透半反射镜34而采用半透半反射棱镜。在这种情况下，半透半反射棱镜的金属被覆面被与上述的半透半反射镜24的临界面同样地设定。另外，即使是除了半透半反射镜及半透半反射棱镜以外，只要是具有使由一方侧投影的像至少透过、且使由另一方侧投影的像至少反射的临界面的光学部件，就可以与半透半反射镜34同样地加以采用。
进而，对于照射·拍摄部30a、30b的设置位置以及设置方向没有特别地限定，只要是能够使照射·拍摄部30a、30b从不同的2个方向拍摄高尔夫球杆头的向高尔夫球进行打出的前后的回复反射标记，并且不会妨碍在规定位置的高尔夫挥杆、球的向规定方向的飞出，就可以自由地进行设置。当然，照射·拍摄部30的平面板40，可以根据设置位置、照射·拍摄部的方向而自由地倾斜设置。
另外，在本实施例中，虽然是由照射·拍摄部30a、30b从不同的2个方向来拍摄高尔夫球打出前后的高尔夫球杆头，但在本发明中，只要是如从不同的3个方向、4个方向……的那样，从不同的至少2个方向或其以上的方向对高尔夫球杆头进行拍摄即可。
控制装置12，是以使照射·拍摄部30a、30b同时地以一定间隔连续地拍摄的方式控制各照射·拍摄部的摄像机，并且在必要的情况下以与其相适应地使照射光源点亮的方式进行控制的装置。另外，控制装置12，具有对由照射·拍摄部30a、30b连续地拍摄所得到的图像信号进行AD转换而转换成数字图像数据，并在对该图像数据进行了暗时修正等之后存储在存储器中的部分。连续地拍摄到的图像的数据，被从存储器中读出而提供给后数的计算机系统14。
图4使表示在杆头测量装置10中所使用的计算机系统14的处理构成的框图。
计算机系统14，是根据高尔夫挥杆过程中的某一高尔夫球杆头所具有的回复反射标记的图像的数据来特定回复反射标记的位置，利用该特定的位置计算出高尔夫球杆头的移动(运动及动作)，进而分析高尔夫挥杆而推荐适于挥杆的高尔夫球杆的装置。
具体而言，具有信号处理部16、标记位置抽取部18、解析部20及输出部22，且连接着显示器26及操作部28。
信号处理部16、标记位置抽取部18、解析部20以及输出部22虽然是通过在CPU、存储器上执行程序来发挥功能的部分，但在本发明中，这些部分，也可以是由电路等硬件构成的。
信号处理部16，是为了能够识别图像内的回复反射标记，例如以仅使回复反射标记的部分的数据值与其以外的数据值相区别开的方式，以规定的处理条件进行图像的数据的明度修正、对比度修正，进而进行2进制化的处理的部分。
标记位置抽取部18，是从高尔夫挥杆中的高尔夫球杆头的图像的数据中特定回复反射标记的位置，利用该特定的位置计算出高尔夫球杆头的动作的部分，具有特定回复反射标记而提取出三维位置的功能，和利用所提取出的三维位置计算出高尔夫球杆头的位置和方向的时间序列数据的功能。
进而，标记位置抽取部18被构成为，从被2进制化的图像之中识别出回复反射标记的部分而提取出其位置，并分别求出在同一时刻由照射·拍摄部30a、30b从不同的方向拍摄到的图像内的回复反射标记的位置坐标，利用该求得的位置坐标求取决定了高尔夫球杆透通过的空间的三维坐标系中的位置坐标，提取出各回复反射标记的在三维坐标中的位置。
因为照射·拍摄部30a、30b的摄像机36的位置及拍摄方向是已知的，所以通过求取由这些摄像机所拍摄的图像的二维位置坐标的信息，就能够求得表达高尔夫球杆头通过的空间的规定的三维坐标系中的三维位置坐标。
回复反射标记的图像，在是例如以1000分之1秒的时间间隔拍摄的情况下，能够求得每1000分之1秒所测量的回复反射标记所存在的三维位置坐标的时间序列数据。当然，因为回复反射标记被设置在高尔夫球杆头的3个部位上，所以求取了3个回复反射标记的三维位置坐标。
因为高尔夫球杆头的杆头速度通常为30～50(m/秒)，所以在1000分之1秒中高尔夫球杆头移动3～5(cm)。图5(a)中，表达3个回复反射标记的3个标图组M1、M2～M10，表示以1000分之1秒的时间间隔拍摄到的3个回复反射标记的位置。这样，根据回复反射标记的位置，就能够得知高尔夫球杆头的位置以及面的方向的变化。
解析部20，是根据由标记位置抽取部18所求得的三维位置坐标，作为时间序列数据计算出高尔夫球杆的位置及方向的部分。
具体而言，被构成为预先将和与高尔夫球杆头的上述回复反射标记的配置位置相对应的三维形状模型上的对应点的位置相关信息存储在存储器等中，读出该数据和信息，计算出高尔夫球杆头的位置及方向的时间序列数据。
进而，解析部20，是利用所计算出的高尔夫球杆头的位置和方向的时间序列数据，进行高尔夫球杆头的击打面上的高尔夫球的击打点位置的特定、在该击打点位置的杆头速度的计算以及高尔夫球杆头上的有效倾斜角度的计算之中的至少一个的部分。
如图5(b)所示，可知在三维形状模型即将击打与高尔夫球相对应的模型B之前的三维形状模型的位置和方向，能够以例如±0.5(mm)以内的精度特定高尔夫球杆头的击打面上的高尔夫球的击打点位置。另外，能够计算出在该击打点位置的杆头速度，并能够以例如±0.5(m/秒)以内的精度计算出杆头速度的变化，进而能够以例如±0.5°以内的精度计算出高尔夫球杆头的有效倾斜角度。
高尔夫挥杆过程中的高尔夫球杆头，大体上按照圆形轨迹移动，此时离心力作用在高尔夫球杆头的重心点上。另一方面，虽然高尔夫球杆头被支撑在高尔夫球杆杆柄上，但由于高尔夫球杆杆柄的支撑位置与高尔夫球杆头的重心点的位置不一致，所以就会通过作用在高尔夫球杆头的重心点上的离心力而在高尔夫球杆头上作用上力矩。所谓高尔夫球杆头的有效倾斜角度，是指高尔夫球杆头的击打面的方向因为该力矩而产生了变化时的倾斜角度。当然，除了有效倾斜角度以外，还能够知道在即将击打之前的击打面为开还是为闭等的击打面的横方向的朝向。
输出部22，是以将上述所计算出的高尔夫球的击打点位置、杆头速度或有效倾斜角度等计算结果向打印机24等外部设备输出的方式进行指示，或者根据需要，根据所计算出的三维形状模型的位置及方向的时间序列数据，分析高尔夫球运动员的高尔夫挥杆的特征，根据分析结果推荐适合于高尔夫挥杆高尔夫球杆，柄输出给打印机24等外部设备的部分。
例如，在由高尔夫球运动员进行高尔夫挥杆的情况下，根据此时的高尔夫球杆头的轨迹，利用上杆、下杆或者平杆的分类；进而利用高尔夫球杆头的轨迹为外侧-内(从外向内的挥杆)、内侧-外(向外挥杆)、进而内侧-内等的挥杆的分类，进而利用打出之前的高尔夫球杆头的击打面为开的挥杆或为闭的挥杆等的分类，或者利用由它们的组合形成的分类，分析高尔夫挥杆的特征。
相对于这样分析出的高尔夫挥杆的特征，利用商品名称或型号，推荐具有以高尔夫球能够笔直地飞出的方式调整了高尔夫球杆头的击打面的方向和高尔夫球杆头的重心位置的高尔夫球杆头的高尔夫球杆。
另外，也可以在测量高尔夫球杆头的动作的同时，还另外测量刚刚打出之后的高尔夫球的初始弹道(初速度、旋转量、打出角度)，利用这些测量结果分析高尔夫挥杆，推荐高尔夫球杆。
计算机系统14的各种功能由CPU来管理控制，存储器是存储保存高尔夫球杆的信息等的部分，所述的高尔夫球杆的信息等，是利用用于分类的高尔夫挥杆的特征，将上述的、由各部分所计算出的计算结果或高尔夫球杆的商品名及型号进行了表格化而成的信息。
显示器26，显示由照射·拍摄部30a、30b所拍摄到的图像、经过了信号处理的图像、回复反射标记的移动的时间历程、进而用于设定对图像施加的处理的条件的输入画面及在各部分所求得的结果。
操作部28，是鼠标或键盘，用于进行对图像施加的处理的条件的设定或在显示器26上显示的显示图像的设定等各种输入设定。
在这样的杆头测量装置10中，首先，在高尔夫球杆头的表面上至少三个部位以上设置如图2(a)及(b)所示的那样的回复反射标记。
该高尔夫球杆头，被配置成规定的瞄准击球状态，在该状态下由摄像机36拍摄静止时的图像，由计算机系统14的回复反射标记位置抽取部18正确地求出与设置在高尔夫球杆头上的3个回复反射标记的配置位置相关的信息。该配置位置的信息被存储在存储器中。所谓配置位置的信息，例如是以高尔夫球杆头的重心位置为原点的三维坐标。
另外，与高尔夫球杆头上的3个回复反射标记有关的配置位置的信息，也可以通过使用杆头测量装置10以外的另一个使用了激光的三维形状测定器来更准确地获取，并预先存储在计算机系统14的存储器中。
其次，握着设有回复反射标记的高尔夫球杆进行高尔夫挥杆，用照射·拍摄部30a、30b拍摄在该挥杆过程中高尔夫球B被打出前后的高尔夫球杆头。
由照射·拍摄部30a、30b所拍摄到的图像，被进行规定的处理，作为数字图像的数据而被提供给信号处理部16。
在信号处理部16中，根据在高尔夫挥杆过程中某一高尔夫球杆头的图像的数据，作为XYZ坐标系中的三维位置坐标抽取出回复反射标记50的位置。
根据所计算出的时间序列数据，根据操作人员的指示，进行高尔夫球杆头的击打面上的高尔夫球的击打点位置的特定、在该击打点位置的杆头速度的计算、以及高尔夫球杆头的有效倾斜角度的计算之中的至少一个。
最后，按照需要，根据所计算出的时间序列数据，分析高尔夫球运动员的高尔夫挥杆的特征，根据分析结果推荐适于该高尔夫挥杆的高尔夫球杆。
另外，也可以在计算机系统14上添加上述的功能以外的功能。
这样，在杆头计算装置10中，没必要像以往那样将回复反射标记设置在高尔夫球杆头的击打面上，就能够求出高尔夫球的即将打出之前的极其重要的击打面的位置和方向、甚至击打面的移动速度。另外，还能够求出杆头的变化及改变高尔夫球杆头的方向的转动速度的变化。
另外，回复反射标记可以设置在高尔夫球杆头的与击打面相连接的上端面和侧端面、或颈部上，没有必要设置在击打面上。因此，摄像机以及照射光源就不必配置在高尔夫球的打出侧。
在本发明的实施形态中，来自照射光源的向设在移动体上的反射标记照射的光，和设在移动体上的反射标记的反射光在光路上重叠。因此，不必像以往的那样为了确保拍摄视野而限制照明光的光路，就能够照明拍摄视野的中心区域，从而较明亮地拍摄回复反射标记的像。由此，因为图像内的反射标记部分和非反射标记部分的分离变得明确，所以标记部分的误检测的降低以及在信号处理部16中的使图像2进制化的处理变得容易，进而，能够计算机系统14以及在计算机系统14内的图像处理的简易化。
另外，因为与以往的方法相比摄像机36所拍摄的像的光接收量增加，所以在进行多次曝光的情况下，能够使快门速度进一步高速化或者使照射光源间歇地射出光的时间间隔进一步缩短。因此，能够提高标记位置抽取部18的标记位置的抽取精度，更高精度地进行移动体的移动信息的测量。
另外，移动体测量装置，在作为测量对象的移动体的运动被限定在一维坐标系或二维坐标系中的情况下，可以将照射·拍摄部30设为1个，将设在移动体上的回复反射标记的数量设为1个或2个。当然，在该情况下，可以自由地变更由上述的计算机系统14所计算出来的移动体的移动信息的项目。
另外，上述的杆头测量装置的照射·拍摄部30a、30b，分别都是用于拍摄由从一方向向回复反射标记照射时的反射光所形成的像的装置。但是，在本发明中，也可以是利用半透半反射镜使光分支，进而利用全反射镜从另一方向进行照射，作为一个图像而用摄像机36拍摄由这些照射形成的来自2个方向的反射光的回复反射标记的像的装置。
在此，图6(a)是表示在杆头测量装置10之中、构成进行立体拍摄的照射·拍摄部30的部分的立体图。图6(b)是照射·拍摄部30的俯视图。
如图6(a)及(b)所示，照射·拍摄部30被构成为具备照射作为测量对象的移动体的照射光源32、具有使入射到临界面上的光透过及反射的性质的半透半反射镜34、摄像机36、具有进行全反射的全反射面且具有上述全反射面的反射方向(角度)以及位置等的调整功能的反射镜42、用于安装这些部件的平板面40。
照射光源32、半透半反射镜34、摄像机36被设置为与上述的图3所示的照射·拍摄部30a、30b相同。
并且，反射镜42，被以从照射光源32射出并由半透半反射镜34反射的光被反射镜42反射，照射到移动体的回复反射标记50上，并且来自回复反射标记50的反射光经由反射镜42及半透半反射镜34而向摄像机36入射的方式设定，且调整其全反射面的方向。
在此，如图6(b)所示，照射·拍摄部30，照射光源32向半透半反射镜34的临界面射出连续光。该射出的光透过半透半反射镜34，并出射透过了半透半反射镜34的临界面上的位置A的透过光。如利用图3(a)及(b)所说明的那样，该出射的透过光被照射在作为测量对象的移动体(高尔夫球杆头)上的回复反射标记50上。来自该回复反射标记的反射光(以后称为标记反射光1)，朝向半透半反射镜34的临界面。在此，与图3所示的实施方式同样地，标记反射光1沿着与照射光相反的方向前进，因为是与照射光光路一致的反射光，所以从半透半反射镜34的临界面向回复反射标记50照射的光与半透半反射镜34的临界面所成的出射角度，与标记反射光1向半透半反射镜34的临界面入射的入射角度大体相同。这样，向半透半反射镜34入射的反射光，被向摄像机36反射，入射到摄像机36的透镜等光接收部上。
另一方面，如图6(b)所示，照射·拍摄部30出射的光之中被半透半反射镜34反射的光，向反射镜42的全反射面入射，在此，被全反射的光，作为照射光而照射在设于作为测量对象的移动体(高尔夫球杆头)上的回复反射标记50上。
此时的来自回复反射标记50的反射光(以后称为标记反射光2)，与由反射镜42全反射而向回复反射标记照射的照射光的光路重叠，朝向反射镜42的全反射面。然后，在反射镜42的全反射面上，标记反射光2被向半透半反射镜34方向反射。在半透半反射镜34上，从半透半反射镜34射出而朝向反射镜42的光的反射角度(射出角)，与标记反射光2向半透半反射镜34入射的入射角度大体相同。
进而，透过了半透半反射镜34的标记反射光2与由半透半反射镜34反射的标记反射光1一起入射到摄像机36的透镜等光接收部上。
因此，就由摄像机36拍摄了由从不同的2个方向反射的与照射光的光路大体相一致的来自回复反射标记50的2个反射光形成的反射标记的像。
在这种情况下，调整反射镜42的位置及方向，以使得由标记反射光2形成的像和由标记反射光1形成的像被以不同的位置拍摄。
这样，就能够用1部摄像机作为立体图像来拍摄移动体的反射标记的像。2个像的获取方法，例如可在图像的上下方向上采用对半分割等而进行获取。
另外，代替半透半反射镜34，只要是在临界面上使沿双方向入射的光反射及透过的光学部件即可，例如，可以采用半透半反射棱镜或各种分光镜等。在此，虽然临界面的反射率的比没有特别地限定，但优选设为大体1比1。
另外，本发明也可以如以下那样利用反射镜而构成。
图7是在照射·拍摄部30构成的光路上除了反射镜42以外还配设反射镜42a、42b，以使标记反射光1及2的光路长度相等的实施例的俯视图。
照射·拍摄部30，如图7所示，在标记反射光1的从回复反射标记50向半透半反射镜34的光路(半透半反射镜34的透过光照射到回复反射标记50上的光路)上，设置有反射镜42a及42b。在此，反射镜42a及42b，调整设置其反射面的方向及位置，使得将透过了半透半反射镜34的来自照射光源32的光向回复反射标记50照射，且使由回复反射标记所反射的反射光向半透半反射镜34入射。
通过将反射镜42a、42b设置在标记反射光1的光路上，从而能够将标记反射光1从回复反射标记50到半透半反射镜34的光路加长，从而使其与标记反射光2的光路等长。也就是说，通过采用图7所示的结构，标记反射光1的光路长变得比图6(b)所示的更长，能够使标记反射光1、2的到摄像机36的光路长度大致相同。
通过这样使光路长度接近，摄像机36能够使焦点相对应地拍摄回复反射标记的2个像。
即使在这样的情况下，从2个不同的方向照射的光从半透半反射镜34的临界面出射时的各自的出射角度，也与从回复反射标记反射来的2个反射光(标记反射光1、2)入射到半透半反射镜34的临界面上时的对应的反射光的入射角度大体相一致。因此，能够分别以较高的对比度拍摄设置在移动体上的回复反射标记的2个反射光的像。
另外，在如上述那样在光路上设置反射镜的情况下，优选为在来自回复反射标记的2个反射光到达摄像机36之前的光路上，以包括半透半反射镜34上的反射在内反射次数均为奇数次或均为偶数次的那样，设置反射镜42a、b……。通过将2个反射光的反射的次数均统一为偶数或奇数，能够将由摄像机36所拍摄的2个反射光的像统一为正像或逆像的一个，能够将在所拍摄的图像内回复反射标记50移动的方向(上下或左右等)统一。在本实施例的情况下，因为设置在标记反射光1的光路上的反射镜为反射镜42a、b两个，所以标记反射光1的反射就按照反射镜42a、反射镜42b、半透半反射镜34的顺序进行3次，标记反射光2的反射在反射镜42处进行1次。也就是说，2个反射光(标记反射光1、2)在从回复反射标记50到摄像机的光路中被反射的次数为奇数次。
由照射·拍摄部30所得到的图像，与图1所示的例子一样，经由控制装置12而被传递给作为移动计算部的计算机系统14。在计算机系统14中，进行与上述的处理内容同样的处理、解析，进行作为测量对象的移动体(高尔夫球杆头)的移动信息的计算及输出。
另外，在本实施例中，虽然进行在图6及图7中所示的照射·拍摄部30为一组的立体拍摄，但本发明不限于此，也可以将设置在杆头测量装置10上的照射·拍摄部30的数量增加为2组、3组……，进行高尔夫球杆头的多组的立体拍摄。另外，也可以将图6及图7所示的进行立体拍摄的照射·拍摄部30和图3所示的进行单一拍摄的照射·拍摄部30组合而拍摄高尔夫球杆头，测量移动信息。
图8(a)及(b)表示的是拍摄在高尔夫挥杆过程中的设在高尔夫球杆头上的回复反射标记的像所得到的图像的示意图。图8(a)是本发明的一个实施例，表示的是利用具有图7所示的照射·拍摄部30的杆头测量装置10所拍摄到的图像，图8(b)表示的是根据以往的方法，在摄像机36的后方设置照射光源32所拍摄到的图像。
在此，图8(a)及(b)所示的图像，均是将卤素光源作为照射光源、将曝光时间间隔设为1/1000秒、利用帕尼克斯(パルニクス)公司制作的摄像机进行拍摄所得到的。
在此，在用于拍摄的高尔夫球杆头上，如图2所示地设置3个回复反射标记。在图8(a)、(b)所示的图中的纵向上并列的6个白点，是从不同的2个方向看3个回复反射标记所得到的6个像。通过调整反射镜的位置及方向，将来自不同的2个方向的像在上下方向上2等分而进行拍摄。在此，依据表示各个3个回复反射标记的像的白点，可知由于作为测量对象的移动体(高尔夫球杆头)的移动，位置及相互的位置关系在发生变化。
由本发明的实施例所得到的图8(a)所示的图像，与由以往的拍摄方法所拍摄到的图8(b)所示的图像相比，表示回复反射标记的白点的对比度高，可输出不受由回复反射标记的反射光形成的像以外的、摄像机的影子·噪音等的影响的图像。由以往方法所得到的图8(b)所示的图像，中央存在较大的白色区域，而在图8(a)所示的图像中则不存在这样的较大的白色区域。
根据这样拍摄到图像，能够高效率地进行图像处理，求得移动体的移动信息。
另外，在本发明的实施方式的说明中，将移动体设为高尔夫球杆头，以设有回复反射标记的高尔夫球杆头的移动体测量装置为中心进行了说明，但本发明并不只限于这样的例子。即使对于将测量对象的移动体设为例如高尔夫球、棒球的球、网球等、或者人类、动物、各种机械、物品等的移动信息的测量，也可以运用本发明。
作为上述的移动信息的测量的例子，例如可以列举将移动体设为人、获取人的动作的运动捕捉。在这种情况下，标记被设置在人体的表面(皮肤、衣服等)上，可以对人体各部例如面部、腕、躯体、脚、各关节等的动作详细地进行测量、分析、记录、输出等。
在这种情况下，作为测量对象的移动体数量(人数)、设在人体上的反射标记的数量、照射光源·摄像机的数量以及配置位置等、以及移动体测量装置的装置构成·处理内容等，可以适当地设定。在此，照射光源的发光波长，考虑拍摄时的室内照明等的影响，优选包含780(nm)或其以上的红外带域，摄像机以及半透半反射镜·反射镜·反射标记也优选采用与该发光波长相对应的产品。进而，根据测量·解析的用途以及条件，对于照射光源射出的光可以采用可见光或紫外光，可以采用与其相对应的照射光源以及摄像机·半透半反射镜·反射标记。另外，摄像机的种类也可以根据测量·解析的用途·对象等自由地选择。
应用了本发明的运动捕捉，例如可以应用于医疗(康复)、娱乐(电视游戏及电影)、运动(姿势解析)、远程控制等。这些之中，在应用于运动(姿势解析)的情况下，例如，可以在图1所示的高尔夫球运动员G的身体的表面各部位上安装上反射标记，或者高尔夫球运动员G穿戴上设有反射标记的衣服、帽子、手套等，在高尔夫球运动员G握着高尔夫球杆C进行挥杆之际，拍摄各反射标记的反射光的像，利用计算机系统对高尔夫球运动员G的高尔夫挥杆的姿势(身体的动作)进行解析、记录、输出等。
这样，在本发明中，在设有反射标记的高尔夫球杆头等移动体测量中，以向反射标记照射的照射光和来自反射标记的反射光的光路大体相同的方式设置半透半反射镜，并由摄像机进行拍摄。因此，由于对反射标记使照射光照射在中心，拍摄来自反射标记的反射光，所以能够进行对比度较高的拍摄。
另外，在本发明的图3(a)及(b)所示的实施方式中，虽然照射光源32射出的光透过半透半反射镜34的临界面并照射在回复反射标记50上，但本发明对其方式并没有特别地限定。例如，也可以采用如下的方式：使图3(a)及(b)所示的照射光源32射出、由半透半反射镜34的临界面反射的光照射到回复反射标记50上，由摄像机30拍摄其反射光之中透过了半透半反射镜34的临界面的光的像。在这种情况下，光吸收部件38就被设置在照射光源32射出的光的相对于半透半反射镜34透过的区域上。进而，也可以在从照射光源32到摄像机30的光路中设置反射镜。
另外，在图6(a)及(b)所示的照射·拍摄部30中，照射光源32射出的光之中，透过了半透半反射镜34的临界面的部分直接照射在回复反射标记50上，且由半透半反射镜34的临界面反射、进而又被反射镜42反射的部分照射回复反射标记50。但是，也可以设为照射光源32射出的光之中由半透半反射镜34的临界面反射的部分直接照射回复反射标记50，透过了半透半反射镜34的临界面的部分被反射镜42反射而照射回复反射标记50的形态。在这种情况下也同样，因为来自2个方向的照射而由回复反射标记50的反射光形成的像，沿着与照射光相反的方向前进，经由半透半反射镜34而被摄像机36所拍摄。
以上，对本发明的移动体测量装置详细地进行了说明，但本发明不限于上述实施形态，显然在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种改良与变更。

Claims (10)

1.一种移动体测量装置，它是测量作为测量对象的移动体的移动信息的移动体测量装置，其特征在于，具备：
具有光入射的临界面，且在该临界面使由一方侧入射的光至少透过，使由另一方侧入射的光至少反射的光学部件；
将向上述光学部件射出、并从上述光学部件出射的光作为向上述移动体照射的照射光的照射光源；
经由上述光学部件对设在光所照射的上述移动体的表面上的反射标记的、由反射光形成的像进行拍摄的摄像机；以及
根据由上述摄像机所拍摄到的上述反射标记的像计算移动体的移动信息的移动信息计算部；
上述照射光源、上述摄像机以及上述光学部件的配置，被调整为从上述临界面出射的照射光的出射角度和来自上述反射标记的反射光向上述临界面入射的入射角度大体相一致。
2.如权利要求1所述的移动体测量装置，其中，以将上述摄像机拍摄的来自上述反射标记的反射光的像通过由上述光学部件的临界面反射而进行拍摄的方式，配置上述摄像机，在从上述摄像机看的上述临界面的透过方向上设置有光吸收部件。
3.如权利要求1所述的移动体测量装置，其中，上述光学部件通过由上述临界面使上述照射光的一部分透过并同时反射从而向不同的2个方向出射，上述照射光源从不同的2个方向照射上述移动体；
照射光从上述光学部件的上述临界面向不同的2个方向出射时的各出射角度，与通过从不同的2个方向照射移动体而得到的2个反射光向上述临界面入射时的分别相对应的各入射角度大体相一致。
4.如权利要求3所述的移动体测量装置，其中，在上述2个反射光到达上述摄像机之前的光路上设置有反射镜，使得包括上述光学部件的反射在内，反射次数均为奇数次或者均为偶数次。
5.如权利要求3或4所述的移动体测量装置，其中，上述摄像机将通过不同的2个光路的上述2个反射光形成的像获取为1个图像。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的移动体测量装置，其中，上述反射标记，是向着照射光的入射方向进行反射的回复反射标记。
7.如权利要求1～6中的任意一项所述的移动体测量装置，其中，上述摄像机，对移动的反射标记的像以一定的时间间隔进行多次曝光而进行拍摄。
8.如权利要求7所述的移动体测量装置，其中，上述照射光源以一定间隔在上述摄像机的拍摄过程中间歇地射出光，上述摄像机以一定的时间间隔进行多次曝光。
9.如权利要求7所述的移动体测量装置，其中，上述照射光源，通过在上述摄像机的拍摄过程中连续地射出光，从而上述摄像机进行多次曝光。
10.如权利要求1～8中的任意一项所述的移动体测量装置，其中，上述摄像机，是至少1秒钟拍摄120帧或其以上的高速视频摄像机。
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