CN1677112A - 飞行体的飞行动作测定装置及飞行体的飞行动作测定方法 - Google Patents

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Abstract

提供能够高精度、容易地测定球状飞行体的飞行动作的飞行体的飞行动作测定装置以及飞行体的飞行动作测定方法。该装置具有：以规定时间间隔光学地记录飞行中的飞行体的记录部；图像信息算出装置，其在由记录部所记录的第1及第2飞行体图像中，对第1飞行体图像检测第1轮廓区域，求取该区域的至少一部分区域中的第1飞行体图像的第1图像信息，对第2飞行体图像也同样地检测第2轮廓区域并求取第2图像信息；以及旋转量算出装置，其分别将第1图像信息及第2图像信息映象在第1假想球体和第2假想球体的表面上，并通过对第1假想球体的表面实施旋转处理而算出第1图像信息和第2图像信息的相关成为最高时的旋转处理所用的旋转量。

Description

飞行体的飞行动作测定装置及飞行体的飞行动作测定方法
技术领域
本发明涉及能够简单地、高精度地测定高尔夫球等球状飞行体的飞行动作(举动/行为)的飞行体的飞行动作测定装置及飞行体的飞行动作测定方法。
背景技术
现在，正在进行着飞行体的飞行动作的测定。例如，进行刚刚击打之后的高尔夫球的飞行动作的图像测定，以该测定为基础，进行模拟高尔夫球的飞行距离的图像测量。
对于由图像测量得到的高尔夫球的飞行动作之中的速度及移动方向，可通过间隔规定的时间间隔地记录图像，提取(抽取出)各高尔夫球的图像轮廓，找出各轮廓的重心，测定各重心点间的距离以及重心的移动角度，从而得出高尔夫球的移动速度及角度。这时，因为高尔夫球的轮廓的提取能够以较高的精度进行，所以移动速度及打出角度也能够以较高的精度测定。
另外，对包括高尔夫球的旋转运动在内的高尔夫球的飞行动作进行测定的测定装置以及测定方法有各种提案(例如，参照专利文献1及专利文献2)。
在专利文献1中，公布了能够通过仅使用1部照相机，对移动体的移动速度、移动方向、旋转角速度以及旋转方向进行正确地测定的移动体的移动参数测定装置。该移动体的移动参数测定装置，特别是能够正确地测定刚刚打出之后的高尔夫球的初速度、打出角度以及高尔夫球的旋转角速度和旋转方向等高尔夫球的初期弹道参数。
在该移动体的移动参数测定装置中，为了测定高尔夫球的自旋(旋转)，如图13所示，在高尔夫球上添加特定的标记。
如图13所示，在1个平面图像100中，记录着第1高尔夫球的像102以及第2高尔夫球的像104。在第1及第2高尔夫球的像102、104上，分别设有标记106、108、110。
另外，第1及第2高尔夫球的像102、104，是隔开规定的时间间隔被记录下来，且被提取出轮廓的像。
在专利文献1中，追踪处理被记录在第1高尔夫球的像102中的各标记106、108、110的在第2高尔夫球的像104中的标记106、108、110的位置，计算出高尔夫球的旋转量。
这样，在专利文献1中，可通过对标记的经过规定时间后的位置进行跟踪处理并进行特定，从而求出高尔夫球的自旋量(旋转量)。
专利文献2中所公布的高尔夫球的旋转运动测定方法，是利用沿着放置好的高尔夫球的飞球线方向相间隔地配置的2部照相机，用这2部照相机对被击中的高尔夫球进行拍摄，从而根据映出的映像来测量所击中的高尔夫球的旋转运动的方法。在测量该高尔夫球的旋转运动的方法中，使用表面上用黑色或者与其类似的暗色印上凸多边形标记的高尔夫球，对于所拍摄的映像，通过利用电脑而不借助于人手的自动的图像处理，检测出凸多边形标记的角的位置，根据由2部照相机得到的拍摄映像间的角的位置的变化，计算出被击中的高尔夫球的旋转运动。
在专利文献2中所公布的方法中也同样，如图14所示，在高尔夫球上设置等腰三角形的标记125而进行。
此时，如图14所示，在1个框120中记录着2个高尔夫球的像122、124。各高尔夫球的像122、124，是间隔规定的时间间隔而被记录的，且被提取出轮廓的。
跟踪处理在高尔夫球的像122中所记录的标记125的角部126、128、130的在高尔夫球的像124中的标记125的位置，计算出高尔夫球的旋转量。
这样，可通过将标记的经过规定时间后的位置特定下来，从而得出高尔夫球的回旋(后旋)及侧旋。
专利文献1：特开2003-57258号公报
专利文献2：特开2000-19186号公报
发明内容
上述的专利文献1以及专利文献2，都是为了测定高尔夫球的旋转量，而在高尔夫球上设置标记，对间隔规定的时间间隔而拍摄到的高尔夫球的像中的各标记进行追踪处理并使其一一对应，从而得出高尔夫球的旋转量。
因此，在高尔夫球以相对于拍摄面垂直的轴为中心旋转时，可通过对标记进行跟踪处理，而得出高尔夫球的旋转量。
但是，在以与拍摄面平行的轴为旋转轴进行旋转时，有时标记的一部分会被隐藏，就不能够拍摄到标记的全体。由此，因为跟踪处理的处理对象消失，所以就有高尔夫球的旋转量的测定精度降低的担心。进而，为了防止像这样的标记被隐藏的情况，就必需进行改变测定条件等的研究。由此，就还存在有测定条件不固定，被迫进行测量器械的设定变更，测定操作变得复杂这样的问题点。
本发明的目的在于提供一种能够消除基于上述以往技术所带来的问题，以较高的精度且较容易地测定高尔夫球等球状飞行体的飞行动作的飞行体的飞行动作测定装置以及飞行体的飞行动作的测定方法。
为了达成上述目的，本发明的第1方案，提供一种飞行体的飞行动作测定装置，它是测定球状的飞行体的飞行动作的飞行体的飞行动作测定装置，其特征在于，具有：记录部，该记录部相隔规定的时间间隔而光学地对飞行中的上述飞行体进行记录；图像信息算出装置，该图像信息算出装置，在由上述记录部所记录的记录时刻不同的第1飞行体图像及第2飞行体图像之中，对上述第1飞行体图像检测上述飞行体的第1轮廓区域，求取上述第1轮廓区域的至少一部分区域中的上述第1飞行体图像的第1图像信息，并且对上述第2飞行体图像检测上述飞行体的第2轮廓区域，对上述第2轮廓区域求取上述第2飞行体图像的第2图像信息；以及旋转量算出装置，该旋转量算出装置将上述第1图像信息映象(写像)在第1假想球体的表面上，将上述第2像信息映象在第2假想球体的表面上，并且通过对第1假想球体实施旋转处理而算出使笫1假想球体的表面上的第1图像信息和第2假想球体的表面上的第2图像信息的相关成为最高时的上述旋转处理所用的旋转量。
在本发明中，优选进一步具有根据上述时间间隔及上述飞行体的旋转量，算出上述飞行体的旋转速度的旋转速度算出装置。
另外，在本发明中，优选上述旋转速度算出装置，进一步将上述飞行体的旋转量分解成3个轴方向的成分，算出各轴方向上的旋转速度。
再者，在本发明中，优选为是相对于水平面具有倾斜角度地飞行的上述球状的飞行体；在上述3个轴方向中，上述第1轴方向是与上述水平面平行的第1方向，第2轴方向是与上述水平面垂直的第2方向。
此外，在本发明中，例如，上述飞行体是高尔夫球；以上述第1轴方向为中心的每单位时间的旋转量为回旋(后旋)；以上述第2轴方向为中心的每单位时间的旋转量为侧旋。
另外，在本发明中，优选为上述第1图像信息及上述第2图像信息，是由灰度值至少为2的浓度图案表示的，且上述第1图像信息及上述第2图像信息灰度值相同。
本发明的第2方案，提供一种飞行体的飞行动作测定方法，其特征在于，具有：以规定的时间间隔光学地记录飞行中的球状的飞行体的步骤；在上述所记录的记录时刻不同的第1飞行体图像及第2飞行体图像之中，对上述第1飞行体图像检测上述飞行体的第1轮廓区域，求取上述第1轮廓区域的至少一部分区域中的上述第1飞行体图像的第1图像信息的步骤；对上述第2飞行体图像检测上述飞行体的第2轮廓区域，对上述第2轮廓区域求取上述第2飞行体图像的第2图像信息的步骤；将上述第1图像信息映象在第1三维假想球体的表面上，将上述第2图像信息映象在第2三维假想球体的表面上的步骤；以及对上述第1假想球体实施旋转处理，算出上述第1假想球体的表面上的第1图像信息和第2假想球体的表面上的第2图像信息的相关成为最高时的上述旋转处理所用的旋转量的步骤。
在本发明中，优选在算出上述飞行体的旋转量的步骤的后续步骤中，进一步具有根据上述时间间隔和上述飞行体的旋转量算出上述飞行体的旋转速度的步骤。
另外，在本发明中，优选为算出上述飞行体的旋转量的步骤，进一步包括将上述飞行体的旋转量分解成3个轴方向的成分，算出在各轴方向上的旋转速度的步骤。
进而，在本发明中，例如，上述飞行体是高尔夫球，且上述高尔夫球是相对于水平面具有倾斜角度地飞行的；在上述3个轴方向之中，以与上述水平面平行的第1轴方向为中心的每单位时间的旋转量为回旋，以与上述水平面垂直的第2轴方向为中心的每单位时间的旋转量为侧旋。
再者，在本发明中，优选为上述第1图像信息及上述第2图像信息，是由灰度值至少为2的浓度图案表示的，且上述第1图像信息及上述第2图像信息灰度值相同。
在本发明的飞行体的飞行动作测定装置中，由于具有：对球状的飞行体记录不同记录时刻的第1飞行体图像及第2飞行体图像的记录部；对第1飞行体图像检测飞行体的第1轮廓区域，求出该第1轮廓区域的至少一部分区域中的第1飞行体图像的第1图像信息，并同时对第2飞行体图像检测飞行体的第2轮廓区域，对该笫2轮廓区域求取笫2飞行体图像的第2图像信息的图像信息算出装置；以及将第1图像信息映象在第1假想球体的表面上，将上述第2图像信息映象在第2假想球体的表面上，并同时通过对第1假想球体实施旋转处理，算出当第1假想球体的表面上的第1图像信息和笫2假想球体的表面上的第2图像信息的关联变为最大时的上述旋转处理所用的旋转量的旋转量算出装置，所以，不在飞行体的表面特别地设置标记等，就能够利用第1图像信息及第2图像信息算出飞行体的旋转量。因此，就没有因标记的一部分不能检测出而使测定精度降低的情况，就能够高精度且较容易地测定飞行体的飞行动作。
另外，在本发明的飞行体的飞行动作测定方法中，因为具有：以规定的时间间隔光学地记录飞行中的球状的飞行体的步骤；在上述所记录的记录时刻不同的笫1飞行体图像及第2飞行体图像之中，对上述笫1飞行体图像检测上述飞行体的第1轮廓区域，求取上述第1轮廓区域的至少一部分区域中的上述第1飞行体图像的第1图像信息的步骤；对上述第2飞行体图像检测上述飞行体的第2轮廓区域，对上述第2轮廓区域求取上述第2飞行体图像的第2图像信息的步骤；将上述第1图像信息映象在第1三维假想球体的表面上，将上述第2图像信息映象在第2三维假想球体的表面上的步骤；以及对上述第1假想球体实施旋转处理，算出上述笫1假想球体的表面上的第1图像信息和第2假想球体的表面上的第2图像信息的相关成为最高时的上述旋转处理所用的旋转量的步骤，所以，对于所记录的球状的飞行体的图像，利用笫1图像信息及第2图像信息，不需在飞行体的表面上设置特别的标记，就能够算出飞行体的旋转量。因此，就没有因标记的一部分不能检测出而使测定精度降低的情况，就能够高精度且较容易地测定飞行体的飞行动作。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施例的飞行体的飞行动作测定装置的一例的初期弹道测定装置的示意侧视图。
图2是表示本实施例的计算部的构成的框图。
图3是表示通过本实施例的初期弹道测定装置所得到的图像的一例的示意图。
图4是说明本实施例中的高尔夫球的旋转轴及旋转量的算出方法的示意立体图。
图5是表示本实施例的轮廓图像的示意图。
图6中(a)是说明本发明的实施例的初期弹道测定装置的校准方法的示意图；(b)是表示记录有在校准方法中所用的多个测定点的校正板的示意图。
图7是说明本实施例的高尔夫球的初期弹道特性值的测定方法的流程图。
图8(a)～(c)是说明对本实施例的初期弹道测定装置的CCD照相机的工作进行控制的信号的定时的一例的定时图(时序图)。
图9(a)～(c)是说明对本实施例的初期弹道测定装置的CCD照相机的工作进行控制的信号的定时的另一例的说明图。
图10是表示本发明的笫2实施例的、作为飞行体的飞行动作测定装置的一例的初期弹道测定装置的示意侧视图。
图11(a)及(b)是按步骤顺序表示由本发明的第3实施例的飞行体的飞行动作测定装置的一例的初期弹道测定装置进行的测定方法的示意图。
图12是表示本实施例的轮廓图像的示意图。
图13是说明专利文献1中的高尔夫球的动作的解析方法的示意图。
图14是说明专利文献2中的高尔夫球的动作的解析方法的示意图。
标号说明
2、2a              初期弹道测定装置   4      高尔夫运动员
6                  高尔夫球杆         8      高尔夫球
10、12、80、82     反射镜             14、86 半透明反射镜
16、90             CCD照相机          17     初期弹道算出部
18                 对称平面           20、20a壳体
22、22a            控制装置           30     平面图像
32、34、36、38     高尔夫球的圆形的像
33、35、37、39     高尔夫球的轮廓图像
33a、35a、37a、39a 浓度图案
40                 图像读取部         42    位置算出部
44                 计算部             45    存储部
46                 CPU                48    显示装置
49                 设定部             50    移动量算出装置
52                 图像图案算出装置   54    旋转成分算出装置
84            调整用反射镜
Q             第1三维假想球体(第1假想球体)
q             第2三维假想球体(第2假想球体)
具体实施方式
以下根据添加的附图所示的最佳实施例，详细说明本发明的飞行体的飞行动作测定装置以及飞行体的飞行动作测定方法。
以下，作为本发明的飞行体的飞行动作测定装置的实施例，对测定高尔夫球的刚被击打后的初速度、高尔夫球的刚被击打后的打出角度、以及高尔夫球的刚被击打后的侧旋及回旋的初期弹道测定装置进行说明。
图1是表示本发明的第1实施例的飞行体的飞行动作测定装置的一个例子的初期弹道测定装置的示意侧视图，图2是表示本实施例的计算部的构成的框图。
如图1所示，高尔夫球8的初期弹道测定装置2，例如是对高尔夫运动员4利用高尔夫球杆6试打了高尔夫球8之际的高尔夫球8的刚被击打后的初期弹道特性值进行测定的装置。在本实施例中，高尔夫球8是相对于水平面HS以规定的倾斜角度被打出并飞行的物体。
初期弹道特性值包括例如初速度、打出角度、侧旋以及回旋等。
在此，水平面HS是指作为初期弹道测定装置2的基准的面。该水平面HS，优选为相对于水平倾斜在±2°或其以内的面，更优选为通过水平仪设定为水平的面。
初期弹道测定装置2主要有下列构成：在隔着作为被拍摄体的高尔夫球8而与高尔夫运动员4相面对的一侧，反射被从载置着高尔夫球8的球座打出的高尔夫球8的像的2个反射镜10、12；使由该两个反射镜10、12反射的2个刚刚打出之后的高尔夫球的像投影在不同的面上，反射从反射镜10投影过来的像，而透过从反射镜12投影过来的像的半透明反射镜(半透半反镜)14；将透过半透明反射镜14的高尔夫球的像和被半透明反射镜14反射的高尔夫球的像统一拍摄的分辨率高的CCD照相机(记录部)16；以及根据由CCD照相机16所拍摄(记录)的高尔夫球的像，计算出高尔夫球8的初期弹道特性值的初期弹道特性值算出部17。
在此，反射镜10、12，以被设置在高尔夫球8的刚被打出之后的设想的弹道路径周围，距刚被打出之后的高尔夫球8离开大体相等距离，分别反射从不同的2个方向看到的各个高尔夫球的像的方式构成。
半透明反射镜14是具有使从一方侧投影的像至少透过，而使从另一方侧投影的像至少反射的临界面的光学部件，以在使反射镜10、12的配置位置成大体对称位置的对称平面18上，使该对称平面18与半透明反射镜14的临界面平行的方式配置。即，相对于半透明反射镜14的面或者对象平面18的反射镜10、12的反射面的倾斜角度，其正负符号相互不同，且绝对值相等(图1中的角度+α及-α)。
另外，高尔夫球8的初期弹道测定装置2被构成为，虽然将由反射镜10、12反射的、从不同的2个方向看到的刚被打出之后的高尔夫球的像投影在半透明反射镜14上，但可通过对反射镜10、12的配置进行微调整，使被投影在半透明反射镜14上的2个高尔夫球的像的投影角度大体相一致，并且通过对反射镜10、12的配置位置进行微调整，而以高尔夫球的像相互尽可能不重叠的方式、靠近地形成高尔夫球的像，将该靠近的高尔夫球的像作为1个图像而用CCD照相机16拍摄。并且，在该CCD照相机16上连接设置着控制装置22，控制装置22，为了以规定的定时进行拍摄，而进行自动地开关快门的控制。这样，利用半透明反射镜14，使从不同的2个方向看到的高尔夫球的像相互靠近，从而能够缩小CCD照相机16的拍摄区域，能够高精度地拍摄高尔夫球8的像。而且，2个高尔夫球的像也不容易重叠，所以使得以后所进行的图像处理及初期弹道特性值的测定成为可能。
该CCD照相机16，虽然可以采用任意的一种光学照相机，但是如以后所说明的那样，因为在测定高尔夫球8的初速度和打出角度、回旋以及侧旋等的旋转角速度和旋转方向等的初期弹道特性值的时候，能够进行所拍摄的高尔夫球8的图像的图像处理然后迅速地检测出高尔夫球8的像，所以通过使用将图像数字化输出的CCD照相机16，能够很容易地进行高尔夫球8的位置的检测，因此这样比较理想。另外，本实施例的高尔夫球8的初期弹道测定装置2，通过将各个配置固定，并收容在将被投影在2个反射镜10、12上的2个被拍摄体的像通过的面由透明体覆盖而成的任意的壳体20中，从而实现便携化，并易于进行移动，因而就能够设置在任意地方。当然，除此以外还应用了在高尔夫球8的拍摄时给高尔夫球8照明的闪光灯装置，或者根据情况而应用在对高尔夫球8进行照明时具有充足的亮度的自然光或人工光的照明装置等。
在这样构成的高尔夫球8的初期弹道测定装置2中，在测定高尔夫球8的初期弹道特性值时，通过规定的时间间隔的2次闪光灯发光(曝光)，将刚击打之后的被打出而飞行的高尔夫球的像作为一个平面图像拍摄下来。此时，如图1所明示的那样，因为反射镜10、12的配置被设定为，由反射镜10反射且由半透明反射镜14再次反射而被投影在CCD照相机16上的高尔夫球8的图像(以下称上侧的图像)，被拍摄在由CCD照相机16所拍摄的图像内的上侧，由反射镜12反射而后透过半透明反射镜14从而被投影在CCD照相机16上的高尔夫球8的图像(以下称下侧的图像)，被拍摄在由CCD照相机16所拍摄的图像内的下侧，因此，如图3所示，在一个平面图像30中，作为图像记录有4个高尔夫球的圆形的像32、34、36、38。
另外，在本实施例中，上侧的图像是镜像，下侧的图像是正像，飞行方向M是相反地被记录下来。另外，高尔夫球的像34、36是与本发明的第1飞行体图像相对应的，高尔夫球的像32、38是与本发明的第2飞行体图像相对应的。
在本实施例中，高尔夫球的像32、34是上述的上侧的图像(镜像)，高尔夫球的像36、38是上述的下侧的图像(正像)。
在此，图3是表示通过本实施例的初期弹道测定装置得到的图像的一个例子的示意图。
另外，因为闪光灯以规定的时间间隔2次发光，所以由最初的闪光灯发光拍摄了高尔夫球的像34、36，由之后的闪光灯发光拍摄了高尔夫球的像32、38。这两次闪光灯的发光，是从触发信号开始推迟规定的时间，在CCD照相机16的快门开启后进行的，其中所说的触发信号，是在挥动的高尔夫球杆即将击打到高尔夫球8之前，因高尔夫球杆6的通过而生成的。然后，就拍摄到了2次闪光灯发光时的高尔夫球的像。
因此，在平面图像30中，作为图像拍摄到了将作为上侧的图像的高尔夫球8的像32、34和作为下侧的图像的高尔夫球8的像36、38，以及首先所拍摄的高尔夫球8的像34、36和经过规定的时间后的高尔夫球8的像32、38组合起来而拍摄到的4个高尔夫球8的像32、34、36、38。
并且，该平面图像30，并不局限于作为图像而拍摄有通过使闪光灯间隔规定的时间间隔发光而由CCD照相机16所拍摄到的4个高尔夫球的像32、34、36、38的图像，也可以是使照相机的快门间隔上述规定的时间间隔而开启(打开)2次，通过多重曝光而拍摄到的高尔夫球的像32、34、36、38的图像，再者，也可以使快门开放上述的规定的时间间隔，从而得到沿移动方向具有余像的高尔夫球8的像，将具有该余像的高尔夫球8的两端的像作为4个高尔夫球的像32、34、36、38，还可以从用高速视频摄像机所拍摄的图像中以相同的规定时间间隔取出图像，将其两端的图像作为4个高尔夫球的像32、34、36、38。
用CCD照相机16拍摄的平面图像30，被输出给初期弹道特性算出部17。
这样，因为使被投影在半透明反射镜14上的2个高尔夫球的像的投影角度大致一致，并且使高尔夫球8的像相互接近，进而使相对于半透明反射镜14的面的反射镜10、12的反射面的倾斜角度正负符号相互不同且绝对值大体相等，所以，从作为被拍摄体的高尔夫球8、由反射镜10或反射镜12反射而到达CCD照相机16为止的高尔夫球的像的路径长度大体相等，不会有像以往那样一方的高尔夫球的像的焦点模糊的情况。
初期弹道特性值算出部17，例如是根据由CCD照相机16拍摄的高尔夫球的像，计算出例如高尔夫球的移动速度、移动方向、回旋及侧旋等的初期弹道特性值的部分。该初期弹道特性值算出部17，具有图像读取部40、位置算出部42、计算部44、存储部45、CPU46以及设定部49。
图像读取部40，是将由CCD照相机16拍摄的平面图像30作为数字数据输入，通过进行图像处理而消去周围的环境等不需要的图像，检测出高尔夫球8的圆形状的轮廓区域(图未示)的部分，在该圆形状的轮廓区域中，包括被轮廓包围的区域。
图像读取部40，是检测出如图3所示的4个高尔夫球的像32、34、36、38的轮廓的部分。
位置算出部42，是算出高尔夫球8的像32、34、36、38的重心位置，进而算出高尔夫球8的实际的移动路径中的垂直面及水平面HS的成分的部分。
另外，位置算出部42优选具有算出高尔夫球8的像32、34、36、38的直径的功能。
如图1所示，因为2个反射镜10、12以任意的角度倾斜，所以由这些反射镜10、12投影、作为平面图像30而得到的图像中的高尔夫球的像32、34、36、38的重心位置的坐标，就会与反射镜10、12的倾斜角度相对应地合成有垂直面及水平面HS(参考图1)的成分。因此，将高尔夫球的像32、34、36、38的重心位置的坐标的数值，以成为垂直面及水平面HS的成分的方式，根据反射镜10、12的配置进行计算、分解。然后，计算出在分解所得到的垂直面和水平面HS的各个成分之中的，在最初的闪光灯发光时刻(以下也称第1时刻)的高尔夫球8的重心位置坐标，以及在第2次闪光灯发光时刻(以下也称第2时刻)的高尔夫球8的重心位置的坐标。所计算出的各坐标被输出给计算部44。
另外，在位置算出部42中，在算出高尔夫球8的重心位置的坐标时，也可以算出最初的闪光灯发光时刻以及第2次闪光灯发光时刻的高尔夫球的像32、34、36、38的直径。并且，也可以将这些所算出的各时刻的高尔夫球的像32、34、36、38的直径输出给计算部44。这样，通过算出高尔夫球的直径，也可以如后述那样算出在三维空间中的高尔夫球的移动路径。
计算部44，是用来算出高尔夫球8的移动速度、移动方向、回旋及侧旋的部分。如图2所示，该计算部44具有移动量算出装置50、图像图案算出装置52及旋转成分算出装置(旋转速度算出装置)54。由位置算出部42以及图像图案算出装置52构成了本发明的图像信息算出装置。
移动量算出装置50，是从高尔夫球8的各像32、34、36、38的重心位置坐标，算出高尔夫球8的三维的重心位置的移动距离以及移动方向，算出高尔夫球8的初速度或者移动速度、以及打出角度的装置。
本实施例中所谓的打出角度，是在与水平面HS垂直且包括打出方向的面上，用将第1时刻的像(高尔夫球的像34)与第2时刻的像(高尔夫球的像32)的移动方向投影在该面上所得到的线、和表示水平面HS的线所成的角度来表示的。该移动方向，例如当飞行体是高尔夫球时，是用高尔夫球的重心位置的移动方向来表示的。
另外，打出方向，表示的是成为初期弹道测定装置2的基准的高尔夫球8(飞行体)的目标方向(飞行方向)，可被适当地设定。
另外，通过该移动量算出装置50而被算出的打出角度、以及初速度或者移动速度，被输出给存储部45。
本实施例的初期弹道测定装置，是从2个方向对高尔夫球进行拍摄的。因此，对于三维空间中的高尔夫球的三维空间飞行轨迹的算出，可以使用从2个方向拍摄的立体投影法。
另外，高尔夫球的在三维空间的飞行轨迹，可以通过预先进行后述的立体投影法的校准来算出。关于校准方法，在后面详细说明。
图像图案算出装置52，是用来算出最初所记录的高尔夫球的轮廓区域的全部区域或者规定区域的第1图像信息的装置。该图像图案算出装置52，针对最初所记录的高尔夫球的像的没有被图像处理的图像数据，变换成规定的灰度值的浓度数据，将由所得到的浓度数据表达的规定的浓度图案作为第1图像信息提取出(抽出)。例如，在针对规定的区域求取第1图像信息时，就将该区域的像素的浓度数据的浓度图案作为第1图像信息。另外，在针对高尔夫球的轮廓区域的全部区域求取第1图像信息时，就将例如污迹等灰度差较大的作为规定的浓度图案。
另外，浓度图案也可以是由人主动观看被显示在显示装置48上的浓度数据而进行设定，这样，作为第1图像信息而被算出的浓度图案，被设定在后述的设定部49中。
进而，图像图案算出装置52，针对经过规定时间后的高尔夫球的轮廓区域，在轮廓区域的整个区域上，以与最初所记录的高尔夫球的轮廓区域同样条件算出浓度数据，进而算出其浓度图案(第2图像信息)。
此外，在本实施例中，因为是将作为第1图像信息以及第2图像信息而求得的浓度图案作为图像特征量来使用，所以其灰度数设为相同。
以下，以图3所示的上侧的图像、即高尔夫球的像34(第1时刻的像)和高尔夫球的像32(第2时刻的像)为例，对本实施例中的高尔夫球的旋转轴及旋转量的算出方法进行说明。
图4是说明本实施例中的高尔夫球的旋转轴及旋转量的算出方法的示意立体图。另外，图4中参照符号V、参照符号H、参照符号W表示相互正交的轴。图4中参照符号V是垂直轴，参照符号W是与垂直轴V正交的第1水平轴，参照符号H是与垂直轴V及第1水平轴W正交的笫2水平轴。第1水平轴W及第2水平轴H被包含在水平面HS中。在图4中箭头M也与图3一样表示飞行方向。
另外，图4中所示的第1水平轴W的水平轴方向，相当于本发明的第1轴方向。另外，图4中所示的垂直轴V的垂直轴方向，相当于本发明的第2轴方向。
在本发明中，在对高尔夫球(飞行体)的旋转轴及旋转量进行算出时，使用了相互正交的3轴，但是本发明不限于此。例如，也可以代替图4所示的第2水平轴H而设为与打出方向平行的轴。
如图4所示，通过图像图案算出装置52，对高尔夫球的像34，将例如通过二进制化处理所得到的浓度图案35a，映象(映射)在设置于假想空间A中的第1三维假想球体Q(以下，称第1假想球体Q)的表面上。另外，对高尔夫球的像32，将例如通过二进制化处理所得到的浓度图案33a，映象(映射)在第2三维假想球体q(以下，称第2假想球体q)的表面上。在本实施例中，第1假想球体Q和第2假想球体q直径相同。移动量算出装置50，根据第1假想球体Q和第2假想球体q，例如通过图像相关法(图像关联法)求得三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量(旋转角度)。
这种情况下，将在通过使笫1假想球体Q三维地旋转、使得浓度图案35a和第2假想球体q中的浓度图案33a的相关系数变得最高的情况下的三维的旋转量，作为在2个时刻间的高尔夫球8的三维的旋转量(三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量(旋转角度))。
将通过图像相关法所得到的三维的旋转量，向图4所示的各轴方向(垂直轴V、第1水平轴W、及第2水平轴H)分解。由此，能够如后述的那样，求得回旋和侧旋。
对于高尔夫球的像36、38的三维的旋转量(旋转轴及旋转角度)，也与高尔夫球的像32、34同样进行。
如上所述，移动量算出装置50，是特定图4所示的高尔夫球的浓度图案35a位于经过规定时刻后的高尔夫球的何处的装置。还具有作为本发明的旋转量算出装置的功能。
在本实施例中，移动量算出装置50，如上所述，对第1假想球体Q实施旋转处理。此时，在将第1假想球体Q的表面的浓度图案35a、和第2假想球体q的表面浓度图案33a进行了比较的情况下，计算出在相关关系达到最高的状态时的旋转处理所用的旋转量。进而，以此为基础，求出第1假想球体Q的在三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量(旋转角度)。
本实施例是以高尔夫球8为球体、规定的区域被形成在该球体之上的情况为前提的。因此，在对被实施旋转处理的第1假想球体Q和第2假想球体q进行比较(图像的映射)时，使第1假想球体Q旋转的旋转轴的数量及旋转轴的方向并没有特别地限定。例如，可列举图4所示的垂直轴V、第1水平轴W及第2水平轴H。
另外，图像图案算出装置52，以高尔夫球的各像32、34、36、38，根据所算出的浓度图案数据，作成具有图5所示的轮廓图像33、35、37、39的平面图像30a，并将其显示在显示装置48上。
图5所示的高尔夫球8的轮廓图像33、35、37、39，是将图4所示的第1假想球体Q和第2假想球体q投影而得到的，为了供用户确认而被显示在显示装置48上。图5所示的轮廓图像33、35、37、39，是将在表面上映象有浓度图案33a、35a、37a、39a的假想球体投影而得到的。
另外，在本实施例中，最初所记录的高尔夫球的像的第1图像信息，只要能够作为用于算出旋转量的特定点而使用即可，所以不需要在高尔夫球的像的轮廓区域的整个区域中算出。只要针对该轮廓区域的至少一部分算出第1图像信息即可。为了使测定精度提高，在算出第1图像信息的轮廓区域中的区域的数量，优选为多个。
另外，在本实施例中，在求取三维的旋转量时，也可以通过除去2个时刻间的高尔夫球8的重心位置的移动量，从而将高尔夫球8的三维的旋转运动置换成模拟地将重心作为中心的旋转运动。
旋转成分算出装置54，是根据记录时间间隔、重心位置的坐标、以及通过移动量算出装置50所算出的上述高尔夫球的三维空间中的旋转轴及旋转量(旋转角度)，算出高尔夫球的旋转速度的装置。该旋转速度的算出结果被输出给存储部45。
另外，旋转成分算出装置54，也可以向图5所示的垂直轴V、笫1水平轴W以及第2水平轴H这3个轴分解，求取围绕各轴的每单位时间的转速。这种情况下，围绕第1水平轴W的每单位时间的转速就是回旋。另外，围绕垂直轴V的每单位时间的转速就是侧旋。
通过旋转成分算出装置54算出的回旋及侧旋的结果，被输出给存储部45。
设定部49，是在初期弹道的测定时，存储有例如图4所示的浓度图案35a那样的由图像图案算出装置52所算出的浓度图案，或者由人设定的浓度图案(第1图像信息)的部分。
另外，设定部49，有的是在例如将设置于高尔夫球的表面上的商标等用于初期弹道的测定的情况下，对设有商标的区域的大小进行设定。
另外，在设定部49中，存储着测定的飞行体的大小，以及在通过后述的校准所得到的三维空间的各坐标位置中所拍摄的点的拍摄图像中的位置。在本实施例中，也可以将测定的高尔夫球的大小存储在设定部49中。
此外，在计算部44上，连接着存储部45。存储部45是用来存储刚击打后的初期弹道特性值(初速度、打出角度、侧旋及回旋)的部分。另外，记录部45具有DRAM等存储元件。
在本发明的初期弹道测定装置中，没有在高尔夫球上设置特别的标记，而是从最初所记录的高尔夫球的像的规定的区域中提取浓度图案。并且，针对在次时刻所记录的高尔夫球的像的整个区域，以与最初所记录的高尔夫球的像同样的条件获取浓度图案。将各时刻的浓度图案映象在第1假想球体及第2假想球体的表面上。针对备假想球体，例如，通过图像相关法，特定出次时刻的第2假想球体中的最初所记录的高尔夫球的像的浓度图案的位置。由此，能够与以往设置标记、进行该标记的位置检测同样地，求得高尔夫球的三维的旋转量(回旋及侧旋)。
而且，在本实施例中，因为使用图像相关法，所以即便在次时刻的高尔夫球的轮廓区域内没能记录浓度图案的一部分的情况下，也能够求出回旋及侧旋，与以往的追踪标记的情况相比，能够使测定精度提高。这样，对于测定数据，能够使其具有很高的广泛性。
另外，一般在高尔夫球上，为了判断其是否是公认球都被添加有标记，进而还形成有凹痕。进而，在高尔夫球上，有的还有在制作高尔夫球时产生的分型线。另外，还有的附着有污迹等。可以将这样的标记、压窝、分型线以及污点等，变换成具有规定的灰度的浓度数据，得到特定的浓度图案，将其作为第1图像信息及第2图像信息。因此，可以将高尔夫球直接原样使用，能够很容易地测定初期弹道。
下面，作为本发明的飞行体的飞行动作测定方法的一例，以高尔夫球的初期弹道算出方法为例，详细地进行说明。
首先，对本实施例的初期弹道测定装置10的校准方法进行说明。
图6(a)是用于说明本发明的实施例的初期弹道测定装置的校准方法的示意图，(b)是表示记录有校准所使用的多个测定点的校正板的示意图。参照符号L表示校正板，图6(a)中用实线表示的校正板L的位置，是高尔夫球8的放置位置。图6(a)及(b)中所示的坐标轴是与图4相对应的。
在本实施例的校准中，首先，如图6(a)所示，将校正板L配置在放置高尔夫球的位置上，拍摄校正板L。该校正板L，沿正交的2个方向以同等间距p形成有是规定的大小的圆B。
其次，使校正板L在与第1水平轴W平行的方向上移动与间距p相同的距离t，然后拍摄校正板L。这样，通过使校正板L移动而进行拍摄，就能够相对于正交的3个轴方向在等间隔的空间格子上拍摄规定大小的圆B：将空间格子上的各点的圆B在拍摄图像中的位置存储在设定部49中。
由此，就可知道从2个方向、各拍摄方向拍摄到的空间格子上的各点的位置和各点的在拍摄图像中的位置的关系。即，能够由从2个方向拍摄的拍摄图像中的各点的位置，算出照相机的位置(距离被拍摄体的距离)、以及拍摄角度等。因此，能够根据从2个方向拍摄的各拍摄图像中的各高尔夫球的重心位置的坐标，特定高尔夫球的在第1水平轴W中的位置。由此，能够特定高尔夫球的在三维空间中的位置。
在此，图7是说明本实施例的高尔夫球的初期弹道特性值的测定方法的流程图。图8(a)～图8(c)是说明对本实施例的初期弹道测定装置的CCD照相机的工作进行控制的信号的定时的一例的定时图。
如图7所示，首先，由高尔夫运动员4或者图未示的挥杆机器人，开始高尔夫球杆6的挥杆(步骤S100)。
接着，当高尔夫球杆6的高尔夫球杆杆头通过被设置在眼看要撞击之前的区域中的图未示的高尔夫球杆杆头检测装置的检测位置时，在高尔夫球杆杆头检测装置上生成图8(a)所示的触发信号(步骤S102)，从高尔夫球杆杆头检测装置送往控制装置22。
在控制装置22中，以在从触发信号的上升沿经过T1秒后打开CCD照相机16的电子快门的方式，生成如图8(b)所示那样的照相机工作信号，并送往CCD照相机16。根据该照相机工作信号，电子快门打开T2秒(步骤S104)。
同时，将图8(c)所示的闪光灯发光信号从控制装置22送往图未示的闪光灯，在电子快门打开的T2秒的期间，闪光灯以T3秒的时间间隔发光2次(步骤S106)，对高尔夫球8进行照明。这样，通过T3秒间隔的2次的闪光灯发光，刚刚被打出后的高尔夫球8的初期弹道就被记录下来(步骤S108)，就能够得到拍摄到了经过T3秒的时间前后的高尔夫球的像的1个平面图像30。
另外，如后所述，为得到1个平面图像，也可以使用将快门打开2次或其以上而拍摄高尔夫球的像的、即进行多次曝光的拍摄的高速照相机。
同时，通过图未示的杆头速度测算(测量)装置能够测算出高尔夫球杆6的杆头速度(步骤S110)。该杆头速度测算装置，也可以是本实施例的高尔夫球8的初期弹道测定装置以外的另一装置。另外，作为杆头速度测算装置，也可以是在前述的高尔夫球杆杆头检测装置上以规定的间隔配置2个传感器，根据由该2个传感器检测杆头的时间间隔来测定高尔夫球杆的杆头速度。
记录有在步骤S108中所得出的高尔夫球8的初期弹道的平面图像30(参照图3)，与在步骤S110中所得到的高尔夫球杆的杆头速度等数据一同被显示在显示装置48上(步骤S112)。
此时，平面图像30(参照图3)，被图像读取部40作为数字数据读取，在消除去周围的环境等不需要的图像后，对高尔夫球8的像32、34、36、38的外形进行图像处理，检测出各时刻的高尔夫球的各轮廓区域(步骤S114)。
接着，算出各高尔夫球的轮廓区域的大小(直径)以及重心位置，并算出各高尔夫球的轮廓区域的重心位置的坐标(步骤S116)。
根据这些轮廓区域的重心位置的坐标、以及时间间隔，算出高尔夫球的三维的移动方向及移动量，在本实施例中，预先通过校准，求出高尔夫球的重心位置的坐标与在第1水平轴W中的位置的关系，所以还能够根据拍摄图像中的轮廓区域的重心位置的坐标，算出在第1水平轴W方向上的移动量。
接着，根据所得到的三维的移动量算出高尔夫球的打出角度及初速度。将其算出结果输出给存储部45。
接下来，提取各高尔夫球轮廓区域的浓度图案(步骤S118)。
在步骤S118中的浓度图案的提取，就是对最初所记录的高尔夫球的轮廓区域(高尔夫球的像)，在该轮廓区域内，变换成例如具有2个灰度值的浓度数据。接着，针对所得到的浓度分布，将规定的浓度图案作为笫1图像信息。
另外，对于经过规定时间后的高尔夫球的轮廓区域(高尔夫球的像)也同样，以与最初所记录的高尔夫球的轮廓区域的浓度图案相同的算出条件，变换成浓度数据。
另外，算出浓度图案(第1图像信息)的区域的大小及数量，并没有特别地限定。算出浓度图案的区域的数量，为了提高测定精度，优选为多个。另外，浓度图案也可以由试验者设定。这样被确定的特定图案被存储在设定部49中。
接着，将从高尔夫球的像34中提取的浓度图案35a，映象在第1假想球体Q的表面上，将从高尔夫球的像32中提取的浓度图案33a，映象在第2假想球体q的表面上(步骤S120)。
接下来，对第1假想球体Q实施旋转处理，使第1假想球体Q作三维的旋转，与第2假想球体q进行比较。此时，判断相关系数是否为最高的值，或者是否为规定的相关系数或其以上的值。反复对第1假想球体Q实施旋转处理，直到相关系数达到最高，或者成为规定的相关系数或其以上的值。也就是说，反复地使第1假想球体Q做三维的旋转。这样，特定第2假想球体q中的第1假想球体Q的浓度图案35a的位置。
在本实施例中，因为高尔夫球为球体，且做旋转运动，所以不一定能维持浓度图案的形状(图像信息)。即使是这样的情况，也要将在被旋转处理的第1假想球体Q和第2假想球体q的相关系数为最高，或者为大于等于规定值的相关系数的情况下的旋转处理所使用的值，设为三维的旋转量。
另外，在本实施例中，考虑到例如用浓度图案表示的规定的区域位于球面上的情况，也可以作成用浓度图案表示的规定的区域因旋转运动而变形后的模拟图像，利用该模拟图像求取相关系数。
接着，根据在步骤S120中所求得的三维的旋转量，算出三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量(旋转成分)(步骤S122)。
接下来，将三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量(旋转角度)分成高尔夫球的纬线方向及经线方向上的各旋转成分，也就是说，将三维空间中的旋转轴及旋转量在图4所示垂直轴V方向、以及第1水平轴W方向上投影。并且，利用时间间隔，由计算部44计算回旋及侧旋等初期弹道特性值。
在测定结束的时刻将高尔夫球8的初期弹道特性值保存在存储部45中(步骤S124)，结束由高尔夫球8的初期弹道测定装置进行的测定。
上述测定方法，虽然是在CCD照相机16的快门开启的期间，以T3秒的间隔使闪光灯2次发光而拍摄高尔夫球的像，但也可以如图9(a)～(c)所示的那样，使用高速照相机，以在从触发信号(图9(a))的上升沿经过T1秒后开启快门、继而在经过T3秒后再次开启快门的方式，生成照相机工作信号(图9(b))，通过2次曝光来拍摄高尔夫球的像。这种情况下，在不能给拍摄确保充足的光量的情况下，如图9(c)所示那样，以至少在快门2次开启的期间中使闪光灯长时间发光的方式，生成闪光灯发光信号。或者，生成与2次的快门同步地使闪光灯发光2次的闪光灯发光信号。另一方面，如果借助于自然光等就能够确保拍摄所需的充足的光量，就不需要闪光灯等的照明光。特别是，当通过2次曝光进行的拍摄是在户外进行的情况下，因为能够获得充足的光量，所以不需要闪光灯等的照明光，能够很容易地进行拍摄。
在本实施例的初期弹道测定方法中，对于所记录的2个高尔夫球的像，分别变换成浓度数据，然后找出最初所记录的高尔夫球的浓度图案。通过利用例如图像相关法来特定该浓度图案在接下来所记录的高尔夫球的轮廓区域中相一致的区域，从而可求出高尔夫球的在三维空间中的旋转轴及围绕旋转轴的旋转量。由此，例如，能够根据记录间隔求出高尔夫球的回旋及侧旋。另外，本实施例的初期弹道测定方法，通过算出高尔夫球的轮廓区域的大小及重心位置，还能够算出打出角度及移动速度。
另外，因为是利用图像相关法求取经过规定时间后的高尔夫球的位置，所以即便在例如侧旋多、算出浓度图案的区域的一部分缺失、不能检测出其区域整体的情况下，也能够特定高尔夫球的位置。因此，本实施例的初期弹道测定方法适合于自动测定。
进而，在以往的对标记检测、追踪的方法中，众所周知在标记的一部分没有被记录的情况下，初期弹道的测定精度明显降低，但在本实施例的初期弹道测定方法中，如上所述，因为使用图像相关法，所以没有测定精度降低的情况。
再者，因为不用设置特定的标记就能够进行测定，所以能够更加容易地进行测定。例如，在高尔夫球上，为了判断是否为公认球而添加有某些标记。本实施例的初期弹道测定方法，通过利用该标记就能够进行测定。
另外，在本实施例中，以其是球体为前提，利用图像相关法，特定浓度图案，因此与经过规定时间后的像中的浓度图案相一致的推定也较容易。
另外，在高尔夫球的像中，算出浓度图案的区域，不限于1个。对于多个区域，也可以算出浓度图案，根据图像相关法，在接下来的时刻所记录的高尔夫球上特定在轮廓区域中的以规定的相关系数或其以上与各浓度图案相一致的区域，求出高尔夫球的在三维空间中的旋转轴及旋转量，进而算出例如回旋及侧旋。由此，测定精度就能够更进一步提高。
进而，在本实施例中，例如，在高尔夫运动员每次打球时的打击方向有差异，打球的实际的飞行方向不一定与所设定的飞行体的目标方向(飞行方向)相一致的情况下，对于打出方向，也可以根据将第1时刻的像(高尔夫球的像34)和第2时刻的像(高尔夫球的像32)的移动方向在水平面上投影所得到的线来进行设定。
这种情况下，打出角度用笫1时刻的像(高尔夫球的像34)和第2时刻的像(高尔夫球的像32)的移动方向与水平面HS所成的角度来表示。此时，求取高尔夫球的在三维空间中的旋转轴以及旋转量的3个轴，例如设为图4中所示的第1的水平轴W、垂直轴V、以及与上述打出方向平行的轴H(图未示)这3个轴。
接着，对本发明的移动体的移动参数测定装置的第2实施例进行说明。
图10是概念地表示本发明的移动体的移动参数测定装置的第2实施例的平面图。另外，对于与图1所示的第1实施例的初期弹道测定装置2相同的构成物，标以相同的标号而省略其详细说明。
图10中所示的本实施例的高尔夫球的初期弹道测定装置2a，与图1所示的初期弹道测定装置相比，反射镜的配置构成不同，除此以外与笫1实施例的初期弹道测定装置2的构成相同，所以省略其详细的说明。
如图10所示，在初期弹道测定装置2a中，具有反射镜80、82、调整用反射镜84、半透明反射镜86、CCD照相机90、与CCD照相机90相连的控制装置22a和初期弹道参数算出部17。
反射镜80、82、调整用反射镜84、半透明反射镜86和CCD照相机90构成了本体部92，本体部92被收容于壳体20a内而可以携带。控制装置22a与CCD照相机90相连接，且与初期弹道参数算出部17相连以使从CCD照相机90输出的图像可被供给初期弹道参数算出部17。另外，在初期弹道参数算出部17连接有显示装置48。
收容在壳体20a中的本体部92，被配置在隔着高尔夫球8而与试打高尔夫球8的高尔夫运动员相面对的位置上。
反射镜80、86，是反射从不同的2个方向看高尔夫球8所看到的高尔夫球8的像的反射镜，被配置在高尔夫球8的打出方向(图10中右方向)的不同位置上。
高尔夫球8，虽然通过高尔夫运动员4的试打而被向打出方向打出，但刚刚被打出后的高尔夫球8的像，由反射镜82反射而被投影在半透明反射镜86上，所投影的高尔夫球8的像透过半透明反射镜86而到达CCD照相机90。
另外，刚刚被打出后的高尔夫球8的像，由反射镜80，继而由调整用反射镜84反射，由调整用反射镜84反射后的高尔夫球8的像，进一步由半透明反射镜86反射而到达CCD照相机90。
这样的2个高尔夫球8的像，为了在由CCD照相机90拍摄时使从不同的方向观看到的高尔夫球8的像尽可能不重叠，而调整反射镜80、82或者调整用反射镜84的配置。
本实施例与上述第1实施例不同，是将反射镜80、82在打出方向的前后方向上配置。但是，本实施例的反射镜80、82的配置，不限于在打出方向的前后方向上配置，也可以与上述第1实施例同样地配置在垂直方向的不同位置上。
另外，本实施例与上述第1实施例不同，被构成为具有调整用反射镜84。对于有调整用反射镜84的原因在后面叙述。
如上所述，本实施例具有调整用反射镜84。
调整用反射镜84，因为与反射镜80和半透明反射镜86一起将投影的像进行反射，所以用CCD照相机90拍摄的高尔夫球的8的像就成为高尔夫球8的镜像。另一方面，由反射镜82反射且在半透明反射镜86透过而到达CCD照相机90的高尔夫球8的像也成为镜像。这样，调整用反射镜84就是用于使由反射镜80反射而到达CCD照相机90的高尔夫球8的像成为镜像的调整用的反射镜，与由反射镜82反射而到达CCD照相机90的高尔夫球8的像同样地成为镜像。
因此，在本实施例中，若用CCD照相机90通过闪光灯发光而实际拍摄刚刚被打出之后的高尔夫球8的像，即，若以一定的时间间隔拍摄2次被打出的高尔夫球8的像，就能够得到4个高尔夫球的像。
这种情况下，利用调整用反射镜84，所拍摄的高尔夫球8的像都成为镜像，高尔夫球8的4个像向同一方向移动。因此，即便使从各个方向拍摄的高尔夫球8的像靠近，各高尔夫球的像也极少会重叠。
另外，本发明不限于像本实施例那样使拍摄的高尔夫球的像均成为镜像的情况，均成为正像地构成也可以。再者，调整用反射镜，如本实施例的构成那样，不仅可配置在由反射镜80反射的光和由半透明反射镜86反射的光相交的地方，而且也可以配置在反射镜82和半透明反射镜86之间。
另外，本实施例中使用了1个调整用反射镜，但也可以使用奇数个调整用反射镜而形成镜像。优选为以至少使通过反射镜80的反射而到达CCD照相机90的高尔夫球8的像和通过反射镜82的反射而到达CCD照相机90的高尔夫球8的像均为镜像或者正像的方式配置调整用反射镜。
另外，在第1实施例以及第2实施例中，在高尔夫球的在第1水平轴W方向上的位置算出上使用了从2个方向的立体投影法，但本发明不局限于此。例如，也可以使用从1个方向拍摄的图像，根据其所记录的高尔夫球轮廓区域的大小，特定高尔夫球的在三维空间中的飞行体的大小。
这种情况下，例如，使图6(b)所示的校正板L在与第1水平轴W平行的方向上移动与间距p相同的距离t，拍摄校正板L。这时，因为使校正板L以距离t移动而拍摄，所以就会相对于正交的3个轴方向在等间隔的空间格子上拍摄特定大小的圆B。将此时的空间格子上的各点的圆B的拍摄图像的大小存储在设定部49中。由此，就能够知道空间格子上的各点的位置和与其相对应的圆B的拍摄图像的大小之间的关系。由此，只要将测定对象物的大小预先设定在设定部49中，就能够从拍摄图像中特定在第1水平轴W方向上的位置。这样，高尔夫球(测定对象物)的在三维空间中的位置就能够特定下来。
因此，在第1实施例以及第2实施例中，还能够根据高尔夫球的轮廓的大小来特定高尔夫球的在三维空间中的位置。
接下来，对根据高尔夫球的轮廓的大小，特定高尔夫球的在三维空间中的位置的测定方法进行说明。
这种情况下，通过位置算出部42，算出高尔夫球8的各像32、34、36、38的轮廓区域的直径，输出给计算部44。然后，在计算部44中，根据轮廓区域的直径，特定出第1水平轴W方向上的高尔夫球8的位置。由此，算出高尔夫球8的三维的移动方向。除此以外的测定方法与第1实施例相同，因此省略其详细的说明。
另外，在上述第1实施例及第2实施例中，虽然设为能够记录从2个方向看到的像，但本发明不限于此。
也适用于如图11(a)所示的平面图像70所表示的那样，例如从1个方向记录有印着商标61的高尔夫球60的情况。
在此，图11(a)及(b)，是按步骤顺序表示本发明的第3实施例的由飞行体的飞行动作测定装置的一例的初期弹道测定装置进行的测定方法的示意图。
图11(a)中，高尔夫球的像60是最初被记录的图像，高尔夫球的像62是经过规定时间后被记录的图像。这种情况下，商标61在经过规定时间后，商标63的一部分就会欠缺。这样，在商标63的一部分欠缺的情况下，在以往的方法中就不能够自动测定。
在本实施例，将高尔夫球的像60进行例如二进制化处理，得到商标61的部分的浓度图案。该浓度图案，由图11(b)所示的被映象在第1假想球体Q的表面上的标记61a来表示。将该标记61a作为特定点(浓度图案)。然后，对于经过规定时间后的高尔夫球的像也同样，以与得到标记61a相同的条件，也进行二进制化处理。这种情况下，得到图11(b)所示的被映象在第2假想球体q的表面上的标记63a。
在本实施例，也是对第1假想球体Q实施旋转处理，通过利用图像相关法求出经过该旋转处理后的第1假想球体Q和第2假想球体q的相关(关联)，从而特定标记61a的在第2假想球体q中的位置。由此，就能够得到高尔夫球的在三维空间中的旋转轴及围绕该旋转轴的旋转量。
另外，根据所得到的三维空间中的旋转轴及围绕该旋转轴的旋转量，能够算出例如高尔夫球的回旋及侧旋。在这种情况下也同样，当然也能进行高尔夫球的三维的打出角度及移动速度的算出。
另外，在本实施例中也同样，为了用户确认，如图12所示，将具有设有标记61a的轮廓图像60a及设有标记63a的轮廓图像62a的平面图像70显示在显示装置48上。
另外，在本实施例中，是从1个方向拍摄高尔夫球。因此，高尔夫球的在三维空间中的位置，根据所记录的高尔夫球的轮廓区域的大小来特定。这种情况下，如上所述，如图6(a)所示，求取空间格子上的各点的位置和与其相对应的圆B的拍摄图像的大小的关系。由此，能够从高尔夫球的轮廓区域的大小来特定高尔夫球的在三维空间中的位置。
另外，不论上述的哪一实施例，都是针对最初所记录的高尔夫球的像和经过规定时间后所记录的高尔夫球的像，分别提取浓度图案。然后，将各浓度图案分别映象在假想球体的表面上。通过对这些假想球体利用图像相关法特定浓度图案的位置，从而算出高尔夫球的旋转量。为使这样的特定点(浓度图案)一致，可以使用在众所周知的PIV(Particle ImageVelocimetry：粒子图像流速测定法)中所用的图像相关法。
另外，不论上述的哪一实施例，例如，虽然以算出高尔夫球的回旋及侧旋为例进行了说明，但显然也可以利用于高尔夫球(飞行体)的在三维空间中的弹道模拟。
另外，不论在上述的哪一实施例中，浓度数据都是将灰度值设为2，但本发明不限于此。在本发明中，可以将任意的灰度值的浓度数据设为图像特征量。
本发明基本上就如以上所述的那样。
以上对于本发明的飞行体的飞行动作测定装置及飞行体的飞行动作测定方法进行了详细说明，但本发明不限于上述的实施例，在不脱离本发明主旨的范围内，显然可以进行各种改良或者变更。
本发明的飞行体的飞行动作测定装置及飞行体的飞行动作测定方法，对高尔夫球以外球体的飞行体，例如，棒球、或者网球等的移动速度、移动方向、旋转角速度以及旋转方向的测定也能够同样地适用。
另外，通过飞行体的在三维空间中的旋转轴及围绕该旋转轴的旋转量所求取的，不限于围绕垂直轴V(参照图4)的侧旋以及围绕第1水平轴W(参照图4)的回旋。在本发明中，还能够算出飞行体的围绕图4所示的第2水平轴H的旋转量(每单位时间的转速)。

Claims (11)

1.一种飞行体的飞行动作测定装置，它是测定球状的飞行体的飞行动作的飞行体的飞行动作测定装置，其特征在于，具备：
记录部，该记录部以规定的时间间隔光学地记录飞行中的上述飞行体；
图像信息算出装置，该图像信息算出装置，在由上述记录部所记录的记录时刻不同的第1飞行体图像及第2飞行体图像之中，对上述第1飞行体图像检测上述飞行体的第1轮廓区域，求取上述第1轮廓区域的至少一部分区域中的上述第1飞行体图像的第1图像信息，并且对上述第2飞行体图像检测上述飞行体的第2轮廓区域，对上述第2轮廓区域求取上述第2飞行体图像的第2图像信息；以及
旋转量算出装置，该旋转量算出装置将上述第1图像信息映象在第1假想球体的表面上，将上述第2像信息映象在第2假想球体的表面上，并且通过对第1假想球体实施旋转处理而算出使第1假想球体的表面上的第1图像信息和第2假想球体的表面上的第2图像信息的相关成为最高时的上述旋转处理所用的旋转量。
2.如权利要求1所述的飞行体的飞行动作测定装置，其中进一步具备根据上述时间间隔以及上述飞行体的旋转量算出上述飞行体的旋转速度的旋转速度算出装置。
3.如权利要求2所述的飞行体的飞行动作测定装置，其中上述旋转速度算出装置，进一步将上述飞行体的旋转量分解成3个轴方向的成分，算出各轴方向上的旋转速度。
4.如权利要求3所述的飞行体的飞行动作测定装置，其中飞行体是相对于水平面具有倾斜角度地飞行的上述球状的飞行体；在上述3个轴方向中，上述第1轴方向是与上述水平面平行的第1方向，第2轴方向是与上述水平面垂直的第2方向。
5.如权利要求4所述的飞行体的飞行动作测定装置，其中上述飞行体是高尔夫球；以上述第1轴方向为中心的每单位时间的旋转量为回旋；以上述第2轴方向为中心的每单位时间的旋转量为侧旋。
6.如权利要求1～5中的任意一项所述的飞行体的飞行动作测定装置，其中上述第1图像信息及上述第2图像信息，是由灰度值至少为2的浓度图案表示的，且上述第1图像信息及上述第2图像信息灰度值相同。
7.一种飞行体的飞行动作测定方法，其特征在于，具备：
以规定的时间间隔光学地记录飞行中的球状的飞行体的步骤；
在上述所记录的记录时刻不同的第1飞行体图像及第2飞行体图像之中，对上述第1飞行体图像检测上述飞行体的第1轮廓区域，求取上述第1轮廓区域的至少一部分区域中的上述第1飞行体图像的第1图像信息的步骤；
对上述第2飞行体图像检测上述飞行体的第2轮廓区域，对上述第2轮廓区域求取上述第2飞行体图像的第2图像信息的步骤；
将上述第1图像信息映象在第1三维假想球体的表面上，将上述第2图像信息映象在第2三维假想球体的表面上的步骤；以及
对上述第1假想球体实施旋转处理，算出上述第1假想球体的表面上的第1图像信息和第2假想球体的表面上的第2图像信息的相关成为最高时的上述旋转处理所用的旋转量的步骤。
8.如权利要求7所述的飞行体的飞行动作测定方法，其中在算出上述飞行体的旋转量的步骤的后续步骤中，进一步具有根据上述时间间隔和上述飞行体的旋转量算出上述飞行体的旋转速度的步骤。
9.如权利要求7或8所述的飞行体的飞行动作测定方法，其中算出上述飞行体的旋转量的步骤，进一步包括将上述飞行体的旋转量分解成3个轴方向的成分，算出在各轴方向上的旋转速度的步骤。
10.如权利要求9所述的飞行体的飞行动作测定方法，其中上述飞行体是高尔夫球，且上述高尔夫球是相对于水平面具有倾斜角度地飞行的；在上述3个轴方向之中，以与上述水平面平行的第1轴方向为中心的每单位时间的旋转量为回旋，以与上述水平面垂直的第2轴方向为中心的每单位时间的旋转量为侧旋。
11.如权利要求7～10中的任意一项所述的飞行体的飞行动作测定方法，其中上述第1图像信息及上述第2图像信息，是由灰度值至少为2的浓度图案表示的，且上述第1图像信息及上述第2图像信息灰度值相同。
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