JP2001208764A - 移動体の到達距離推測装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の移動体の位置とその時間的変位を高速
かつ精度良く検出し、その速度と最終到達距離を推測す
る装置と方法を提供する。 【解決手段】 光軸を指定して所定の距離を隔てて固定
した２台の光学装置により各１回撮影した移動体画像の
画素の数から、移動体と光学装置の相対距離を検出し既
知の実寸との比較により絶対距離に換算する。画像の重
心位置により画面上の相対位置を検出し、絶対距離を用
いて絶対位置を算出する。撮影間隔内の絶対位置の変位
により得た移動体の速度と位置から算出した理論的到達
距離を移動体と環境の特性を考慮して作成した補正テー
ブルで補正して到達距離を推測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の到達距離
を推測する移動体の到達距離推測装置および方法に関
し、特に移動体の３次元の速度と位置を得てその到達距
離を推測する移動体の到達距離推測装置および方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】移動体の位置の変位を知りその速度を同
時に測定する装置には、特開平４−２７６５５４号・特
開平１１−４４７００号に開示されているような、１台
のビデオカメラで時間差を設けて複数枚の画像を撮影
し、記録された移動体の位置を画像処理により得て、そ
の変位から得た２次元の移動量を時間差で除算して速度
を算出するもの、特開平６−６６８２０号に開示されて
いるような、距離を隔てて平行に設置した２台の光学装
置で移動体を検出する時間の差で距離を除算して速度を
得るもの、特開平４−２６９６１８号・特開平６−５２
３１６号・特開平６−３００５２６号に開示されている
ような、２台の光学装置で時間差を設けて複数枚の移動
体の画像を撮影し、記録された移動体の位置の変位から
得た３次元の移動量を時間差で除算して速度を算出する
もの等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
速度測定装置においてビデオカメラを使用しているもの
では、１秒間に３０フレームのＮＴＳＣ方式の制約のた
めにフレーム間の時間は３３ｍ秒しかなく、視野内を３
３ｍ秒以内の高速で移動する対象、例えば１ｍの視野と
するとそれを３３ｍ秒以内で通過する移動体即ち時速１
０８ｋｍ以上の移動体に対しては精度良く測定すること
ができず、特注の高速のビデオカメラを使用するなど経
済的・現実的なものではなかった。

【０００４】特に速度の測定方法として、１台の光学装
置を用いた複数回の撮影または従来の２台の光学装置を
用いた１回の撮影によれば、移動体の変位は撮影した面
上の２次元のものとして得られるので、得られた移動体
の速度は撮影面への正射影としてしか正確でない。この
方法で得た速度により到達距離を推測すると、例えば角
度が４５度ずれた場合値は約７０％となり誤差が大きく
なる。

【０００５】また２台の光学装置を用いた複数回の撮影
によれば、理論的には移動体の３次元の位置と速度を知
ることができるが、移動体の位置の検出に煩瑣な画像処
理プログラムを用いたり、複雑な処理を複数回繰り返す
必要があり、高速の移動体では現場でのリアルタイムの
要求に応じられるものではなかった。

【０００６】本発明の目的は、画像処理ではなく簡単な
物理演算を行うことにより迅速に移動体の到達距離を精
度良く推測する移動体の到達距離推測装置および方法を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに請求項１に記載の移動体の到達距離推測装置は、光
軸を指定して一定の距離を隔てて固定した２台の光学装
置によりその前方を移動する特定の移動体を撮影して得
た、各装置につき１つずつの画像上の前記移動体の大き
さとその位置により前記移動体の３次元の速度と位置を
算出して、それによって前記移動体の到達距離を推測す
ることを特徴とする。

【０００８】かかる構成により本発明の請求項１に記載
の移動体の到達距離推測装置によれば、初等幾何学によ
り算出した移動体の３次元の速度と位置を用いて、簡単
な物理演算を行うことにより迅速に移動体の到達距離を
精度良く推測する移動体の到達距離推測装置を提供する
ことができる。

【０００９】また請求項２に記載の移動体の到達距離推
測装置は、前記撮影は前記移動体が各光学装置の正面を
通過するときに行われることを特徴とする。

【００１０】かかる構成により、本発明の請求項２に記
載の移動体の到達距離推測装置によれば、移動体の位置
検出が光学装置の正面に限られるので移動体の所在は常
に明確にされ、移動体の位置把握のための複雑な画像処
理ではなく初等幾何学により算出した移動体の３次元の
速度と位置を用いて、簡単な物理演算を行うことにより
迅速に移動体の到達距離を精度良く推測する移動体の到
達距離推測装置を提供することができる。

【００１１】また請求項３に記載の移動体の到達距離推
測装置は、前記光学装置がＣＣＤラインセンサであるこ
とを特徴とする。

【００１２】かかる構成により、本発明の請求項３に記
載の移動体の到達距離推測装置によれば、前記移動体の
１次元のスライス画像を順に得てメモリ上で元の画像に
再構成して初等幾何学によりその移動体の３次元の速度
と位置を算出するので、走査を高速化して撮影のための
スキャン回数を増加させ移動体の位置と速度の測定精度
を向上することにより、複雑な画像処理ではなく簡単な
物理演算を行うことにより迅速に移動体の到達距離を精
度良く推測する移動体の到達距離推測装置を提供するこ
とができる。

【００１３】また請求項４に記載の移動体の到達距離推
測方法は、特定の移動体をＣＣＤカメラで撮影して得た
移動体の画像上の最大幅とその重心点から、移動体の３
次元位置を知る動作を時間をおいて複数回繰り返して得
た変位により、前記移動体の速度を算出してその理論的
到達距離を求め、その結果を補正して現実的な到達距離
を推測することを特徴とする。

【００１４】かかる構成により本発明の請求項４に記載
の移動体の到達距離推測方法によれば、画像での解析が
最も困難な移動体との相対距離を撮影された画像の巾で
ある画素の数から初等幾何学により簡単に得て、予め記
憶された特定の移動体の大きさと比較することで絶対距
離に換算し、画像の重心として得た移動体の相対位置と
ともに用いて３次元の速度と位置を得ているので、複雑
な画像処理ではなく簡単な物理演算を行うことにより迅
速に移動体の到達距離を精度良く推測する移動体の到達
距離推測方法を提供することができる。

【００１５】また請求項５に記載の移動体の到達距離推
測方法は、前記ＣＣＤカメラは光軸を指定して一定の距
離を隔てて固定したものが２台あり、それらを１回づつ
使用して撮影することを特徴とする。

【００１６】かかる構成により請求項５に記載の移動体
の到達距離推測方法は、移動体の位置検出が光学装置の
前面に限られるので移動体の所在は常に明確にされ、移
動体の位置把握のための複雑な画像処理ではなく簡単な
物理演算を行うことにより迅速に移動体の到達距離を精
度良く推測する移動体の到達距離推測方法を提供するこ
とができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る移動体の到
達距離推測装置および方法の実施の形態について詳細に
説明する。

【００１８】図１は本発明の移動体の到達距離推測方法
の概要説明図、図２は本発明を適用した光学装置による
移動体の撮影画像の１例、図３は本発明で用いる移動体
の３次元位置の算出方法の説明図、図４は本発明の移動
体の到達距離推測装置の回路構成図、図５は本発明の移
動体の到達距離推測装置の他の実施形態の光学系の構成
図、図６は本発明の移動体の到達距離推測装置をバッテ
ィングセンターに適用した概観図である。

【００１９】図１には、本発明の移動体の到達距離推測
装置の１つの実施形態の概要が示されている。

【００２０】図１に示すように、Ｘ軸方向に一定の距離
ｄを隔ててこの実施形態では光軸を平行に指定して設置
された２つの光学装置１、２（以下、記載の簡便のため
ｉ（ｉ＝１、２）という）の光軸を含む垂直面により定
義された２つの面Ａ、Ｂが移動体３の通過する空間に設
定されている。本発明は方向角φ、上昇角ψで移動する
移動体３の重心が面Ａ、Ｂと交差する２点の３次元位置
とその間の時間経過を得て、移動体３の重心の速度とそ
の進行方向から理論的到達距離を算出し移動体３の特性
と周囲の環境条件に応じて実際的な到達距離に修正する
補正を行って最終の到達距離を推測している。

【００２１】即ち移動体３の重心が時刻ｔ１に面Ａと点
Ｐ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）で交差した後、時刻ｔ２に面Ｂ
と点Ｑ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）で交差して通過する場合、
時間ｔ１、ｔ２と２点Ｐ、Ｑの３次元位置を検出して、
２点ＰＱ間の距離ｒを時間ｔ２−ｔ１で通過する移動体
３の速度ｖおよびその方向を決定し、その移動体３がそ
の後加速されることがなければその理論的最終到達距離
を算出できる。

【００２２】この実施形態では面Ａ、Ｂを定義する２つ
の光学装置ｉ（ｉ＝１、２）として、その焦点面の光軸
を含む垂線の位置にラインセンサを設けたＣＣＤカメラ
が２台使用されている。

【００２３】図２には、ラインセンサによる移動体３の
撮影画像の１例が示されている。この図はラインセンサ
が撮影して得た画像を時系列順に並べたものである。

【００２４】このラインセンサの前面を特定の移動体３
が通過すると、面Ａとの交差開始によりＣＣＤカメラの
ラインセンサの画像が焦点を合わせる部分の対応する画
素に移動体３の先端が画像として結像する。ラインセン
サの各画素は入射光の輝度により０〜２Ｖのアナログ信
号を出力するので、移動体３が結像して対応する画素が
感光し無信号の状態とは異なる信号が出力されるとそれ
を第一回目の走査として装置が起動され、撮影画像の記
録と時刻測定が開始される。

【００２５】第一回目の走査では移動体３の先端部のみ
がラインセンサの正面にあるので、その部分に対応する
画素に先端部が結像して撮影されラインセンサの画素の
１つのみが移動体３を撮影した画像２１が得られる。第
二回目の走査では、移動体３は時間経過分進行している
のでラインセンサの正面にあるのは移動体３の先端から
少し進んだ部分になっており、撮影された画像２２は移
動体３のその部分に対応する画素が３つ分となったスラ
イス画像になっている。このようにして移動体３の側面
のスライス画像が走査毎に順に撮影され、画像２３、２
４と時間が経過するにつれ移動体３の画像を撮影する画
素の数が５、６と増加していく。移動体３の撮影された
側面画像が最大巾になった後は徐々に移動体３の画像を
結像する画素が減ってゆき終端が面Ａを完全に通過して
ラインセンサが無信号化すると、面Ａについて測定が終
了する。面Ａと移動体３の交差状態を表すスライス画像
は順次メモリに取り込まれるので、それらをメモリ上で
順に配置することによりＣＰＵはほぼ完全な移動体３の
側面画像２０を図２に示すように再構成することができ
る。同じ動作が移動体３と面Ｂとの交差時も繰り返さ
れ、移動体３の画像は光学装置１、２それぞれについて
各１つ得られる。

【００２６】このとき装置の動作速度に依存して、走査
の回数が少ないとスライス画像の数は少なくなり３次元
位置の測定精度は低下し、走査の回数が多いとスライス
画像の数は多くなり位置の測定精度は向上する。

【００２７】ＣＰＵは各光学装置ｉ（ｉ＝１、２）によ
る面Ａ、Ｂについて再構成された走査毎の移動体３の画
像が占める画素の数即ちスライス画像の巾を常に計数し
ているので、その画素の最大幅Ｗｉ（ｉ＝１、２）と画
像の重心点の位置を検知することができる。なおここで
は、移動体３は均質で画像の重心点と実際の移動体３の
重心点が一致すると仮定されている。そうでない場合移
動体３は普通重心点周りに自転するので、移動時の回転
中心（回転して進行する移動体３の直進点）を検出する
ことで重心を判別することができる。

【００２８】図３には、移動体３の３次元位置の算出方
法が示されている。

【００２９】この実施形態では光学装置として１次元の
ラインセンサを用いているので、移動体３の画像の重心
点の位置は図３に示されるカメラｉ（ｉ＝１、２）の光
軸中心との相対高さとして撮影される。

【００３０】図３に示されるように、移動体３がＣＣＤ
カメラの近くを通過するほどその画像上の大きさ（画像
の巾＝画素数）は増すことにより比例関係を利用して、
光学装置ｉ（ｉ＝１、２）の焦点Ｏから移動体３の重心
Ｇまでの距離をｒｉ（ｉ＝１、２）、移動体３の既知の
大きさをＫ、光学装置の焦点から見た移動体３の重心Ｇ
がその光軸となす角をθｉ（ｉ＝１、２）、光学装置ｉ
での画像の最大幅をＷｉ（ｉ＝１、２）、移動体３の重
心Ｇの画像Ｇｉ（ｉ＝１、２）の光学装置ｉでの焦点面
における相対高さをｈｉ（ｉ＝１、２）、光学装置ｉ
（ｉ＝１、２）のレンズの焦点距離をｆｉとすると、図
３に示されるように以下の比例関係 Ｋ：ｒｉｃｏｓθｉ＝Ｗｉ：ｆｉ （ｉ＝１、２） 即ち ｒｉ＝Ｋ・ｆｉ／（Ｗｉｃｏｓθｉ）ここで θ
ｉは ｔａｎθｉ＝ｈｉ／ｆｉ となる角である。

【００３１】これにより、光学装置の焦点距離ｆｉと検
知されたＷｉおよびｈｉの関数として光学装置の焦点Ｏ
から移動体３までの距離ｒｉを算出することができる。

【００３２】得られた移動体３の最大巾Ｗｉは移動体３
による外光の反射状況即ち周囲の明るさに依存するの
で、Ｗｉの値が晴天時より小さく検出される曇天時や薄
暮時は、ラインセンサが移動体３の無い状態即ち無信号
を検出しているときの基底値であるバックグラウンドの
明るさに合わせて実際の値になるようにデータを補正す
る最大巾補正テーブルを予め実測で用意して使用する。

【００３３】以上により、移動体３までの絶対距離ｒｉ
および光学装置の光軸と移動体３がなす角θｉを算出で
きたので、移動体３の３次元位置は Ｙｉ＝ｒｉｃｏｓθｉ、 Ｚｉ＝ｒｉｓｉｎθｉ （ｉ
＝１、２） として得られる。

【００３４】上記の計算が移動体３が面Ａ、Ｂと交差す
るときにそれぞれ繰り返され、Ｙ１、Ｚ１、Ｙ２、Ｚ２
が算出される。

【００３５】面Ｂとの交差では、ＣＣＤカメラ２のライ
ンセンサに移動体３の終端が画素としての結像を完了し
て無信号状態に復帰することで全部の測定動作が完了
し、面Ａ、Ｂと移動体３の重心の交差時点（ここでは最
大巾Ｗｉを得た時刻）をそれぞれｔ１、ｔ２として記憶
する。

【００３６】Ｘ２＝Ｘ１＋ｄ であり、Ｙ２＝Ｙ１＋Δ
Ｙ、Ｚ２＝Ｚ１＋ΔＺ、ｔ２=ｔ１＋Δｔ とおき簡単
のためにａの二乗を ｓｑｕｒ［ａ］ と、ａの平方根
を ｒｏｏｔ［ａ］と書くことにすると、２点Ｐ、Ｑの
距離ｒは、 ｒ＝ｒｏｏｔ［ｓｑｕｒ［ｄ］＋ｓｑｕｒ［ΔＹ］＋ｓ
ｑｕｒ［ΔＺ］］ と現され、移動体３の速度ｖは、 ｖ＝ｒ／Δｔ、 移動体３と面Ａ、Ｂに直交する垂直面（Ｘ−Ｚ平面）の
なす方向角φは、 ｔａｎφ ＝ ΔＹ／ｄ （φ＝−１／２π〜１／２
π） 移動体３と水平面（Ｘ−Ｙ平面）のなす上昇角ψは、 ｔａｎψ ＝ ΔＺｃｏｓφ／ｄ、 により与えられる。

【００３７】速度ｖの移動体３はｖの二乗に比例するエ
ネルギーを有し、重力および速度ｖに比例する抵抗を周
囲から受けて減速されながら速度がゼロになるまで移動
するので、その理論的到達距離を算出でき、さらに移動
体３の種類とその移動環境を特定できれば、それぞれの
移動体３について実測で得られた補正を行い理論的到達
距離をその現実の到達距離として換算して推測すること
ができる。

【００３８】特に移動体３が飛翔体で、速度ｖ、地面と
の角度ψ（ψ＞０）でφの方向に移動しており、測定点
の高さＺ１を無視するとその到達距離は、φの方向に ２ｓｑｕｒ［ｖｃｏｓψ］／ｇ ＋ α で与えられる。

【００３９】ここでｇは重力加速度、αは移動体３の種
類に依存する空気抵抗その他による補正項で実測により
得られ、移動体３の種類により個別に選択して使用され
るためにｖの関数としてメモリ４に記憶されている。ま
た、到達距離としてワンバウンドまでを採用するか、最
終的な停止位置までを採用するかの場合により、補正項
を適宜選択することで対応することができる。

【００４０】以下では議論の簡略化のため移動体３を飛
翔体に限定して説明する。

【００４１】図４は、上記の実施形態の移動体の到達距
離推測装置の回路構成図である。

【００４２】この実施形態では移動体の到達距離推測装
置は、２台のＣＣＤカメラ１および２、メモリ４、ＣＰ
Ｕ５、アナログ・ディジタル（以下Ａ／Ｄという）コン
バータ６、ゲートアレイ７、ディスプレイ８および操作
部９とからなっている。

【００４３】これらのＣＣＤカメラ１、２はそれぞれ、
画角１０４度の同型のレンズを有し、横方向のライン数
は１、縦方向のライン数は２０４８になっている２つの
ラインセンサを焦点面の光軸上に垂直にとりつけてあ
り、転送クロック１０ＭＨｚで駆動され、１走査に２１
２０クロックを要する。ここで同期クロックは、 １／（２１２０／１０ＭＨｚ） ＝ ４．７２ ｋＨｚ となり、１秒間に約４千７百回の走査を行って、光軸を
含む垂線が定義する面Ａ、Ｂを横切って通過する移動体
３のスライス画像である１次元画像を得る。

【００４４】操作部９への入力により本発明の移動体の
到達距離推測装置が起動されると、ＣＣＤカメラ１およ
び２はその正面を通過する移動体３がないか監視動作を
始める。これは移動体３がカメラの正面を通過すると、
ＣＣＤカメラ１および２のラインセンサの個々の画素に
結像され、各画素はそれを入射光の輝度の変化として検
知しアナログ信号を出力する、即ち移動体３が面Ａ、Ｂ
と交差を始めると、移動体３の位置に対応する画素から
出力されるアナログ信号が無信号時（基底値）とは異な
ることにより交差開始が検知される。

【００４５】図２で説明したように各走査時にはその時
点の移動体３のスライス画像が撮影されるので、その画
像をメモリ４上で順に並べると移動体３を１回撮影した
全画像が得られる。

【００４６】ここで、移動体３が球形であるとすると移
動体３が面Ａ、Ｂに進入するにつれそのスライスの巾が
大きくなるので、移動体３の画像を構成する各画素はそ
の数を順に増し、球の直径部分で最大巾Ｗｉとなりその
後は順に減少して０になる。

【００４７】Ａ／Ｄコンバータ６は、２台のＣＣＤカメ
ラ１および２の各画素の出力をディジタルに変換してゲ
ートアレイ７に出力する。これにより各画素のアナログ
出力はディジタルに変換され、１走査毎に２０４８の画
素からその出力に応じた２０４８のディジタル信号がゲ
ートアレイに出力される。このとき基底値に依存する閾
値を適宜設けることにより、ラインセンサの各画素の出
力の変化から外乱によるノイズを除去することができ
る。

【００４８】ゲートアレイ７は、Ａ／Ｄコンバータ６の
ディジタル出力を受けてカメラ１および２の正面を通過
した移動体３の画像の１ラインの画素数の走査ごとの変
化を監視する。面Ａ、Ｂでの画素数の増大減少のパター
ンを判別して移動体３の面Ａ、Ｂとの交差開始と完了を
認識してＣＰＵ５に出力する。

【００４９】ＣＰＵ５は、ゲートアレイ７のデータから
最大幅Ｗｉとカメラに対する相対高さｈｉを算出しそれ
を得た時刻ｔｉを認識し、先に説明したように移動体３
とカメラ１、２の焦点との距離（ｒ１、ｒ２）、移動体
３の速度（ｒ／Δｔ）、移動方向φ、上昇各ψを得て理
論的な到達距離を計算し、移動体３の種類により別個に
記憶した空気抵抗等の補正項で加減して実際の到達距離
を推測し、ディスプレイ８に表示して一連の測定動作を
終了する。

【００５０】このとき先に述べたように、ラインセンサ
の無信号時の出力を基底値とした周囲の明るさの検知に
より検出したＷｉとｒｉの関係を現実に合わせて補正す
ることができる。

【００５１】図５は本発明の移動体の到達距離推測装置
の他の実施形態の光学系の構成図である。上記の実施形
態では、それぞれがレンズを有する２台のＣＣＤカメラ
１、２を並べて構成したが、この実施形態では図示のよ
うに平行な面Ａ、Ｂを定義するように設置された１組の
鏡１１、１２、１３を用いて、面Ａ、Ｂを設定しこれら
からの光を２度反射させ１本のレンズに導いてその焦点
面の左右に２本のラインセンサ１４、１５を平行に配置
して構成している。

【００５２】このようにすることにより、レンズ１本分
の設備費が低減される他、誤差を生じやすい２台のＣＣ
Ｄカメラを厳密に平行に設置する作業が単に小さな鏡を
精密に固定するのみで正確な設置が容易となって簡便化
されまた装置全体の小型化が可能となる。

【００５３】図６は、本発明の移動体の到達距離推測装
置をバッティングセンターに適用した例を示す概観図で
ある。

【００５４】バッティングセンターは、野球のボール３
をホームベースに向かって投げるピッチングマシン６１
に対した打者６２が、投球をバットで打ち返す打撃練習
場である。

【００５５】この実施形態では、装置の小型化のためｄ
を０．４ｍとし、ホームベースから２ｍ離れた位置に２
台のＣＣＤカメラ１、２を設置して面Ａ、Ｂを設定して
いる。ここで例えば時速４０ｋｍおよび２００ｋｍでこ
の装置が構成する面Ａ、Ｂと垂直に交差する直径７２．
６ｍｍの野球ボールは、時速４０ｋｍのとき秒速１１．
１ｍ、時速２００ｋｍのとき秒速５５．６ｍであるので
それぞれ６．４８ｍ秒、１．３０ｍ秒所要して面Ａ、Ｂ
とそれぞれ交差し、また面Ａ、Ｂの距離ｄは０．４ｍで
あるので時速４０ｋｍのとき３６ｍ秒、時速２００ｋｍ
のとき７．２ｍ秒で二つの面を通過する。

【００５６】このときラインセンサのボールへのスキャ
ン回数は、時速４０ｋｍのとき３０回、時速２００ｋｍ
のとき６回となり、十分な測定精度が得られる。

【００５７】日照のある昼間のように周囲の明るさが十
分であれば、上記の実施形態で光学装置の画角が１０４
度の場合、ＣＣＤカメラとボールとの距離が１ｍのとき
ボールの画像の最大巾は８７画素、距離が３．１ｍのと
き画像の最大巾は２７画素となることが実際の測定によ
り得られているので、移動体３とＣＣＤカメラの相対距
離は精度良く検出することができる。周囲の明度が低下
するにつれ特に遠方でのボールの画像の最大巾が２次関
数的に低下するが、移動体３が特定されればその低下は
一意的であり、上述のようにＣＣＤカメラのラインセン
サに基底値として検知される周囲の明度の値により適宜
補正することができる。

【００５８】打者６２が打席にはいると、まず本発明の
移動体の到達距離推測装置をリセットして動作が開始さ
れる。ピッチングマシン６１は打者６２に向かって投球
を開始する。打球は面Ａ、Ｂをこの順で通過するのに対
し投球は、面Ｂをまず通過した後に面Ａを通過するの
で、装置はこれを用いて投球と打球を区別して打球のみ
の速度を測定することもできるし、ピッチングマシン６
１の投球速度を同時に計測するために往復ともに動作し
て、投球に対しては到達距離推測を行わず速度のみを計
測し次に打球についてのみ到達距離を推測するように構
成することができる。

【００５９】打者６２は投球を打ち返し、打球は面Ａ、
Ｂをこの順で通過してその速度と位置を検出され、上記
の式によりその到達距離を推測され、図４に示されたデ
ィスプレイに打球の速度、推測した到達距離が表示され
る。このとき投球の速度も同時に表示しても良い。

【００６０】ＣＣＤカメラ１、２の設置位置とその測定
範囲の設定によっては、ファウルボールとフェアボール
を同時に判定することができる。このときＣＣＤカメラ
の最近撮影位置（最近焦点深度限界）がファウルライン
と合致するように設置して、測定値が規定の大きさ以上
の打球は手前側のファウルと判定する。反対側のファウ
ルラインにはそれより遠くを通過したボールがＣＣＤカ
メラのラインセンサに撮影されないように遮光物体を設
置して、ラインセンサがフェアのゴロをも認識すること
ができるようにすれば、その通過を認識できない打球は
撮影範囲内には到達していない、即ちファウルであると
判定するようにすればよい。

【００６１】この適用例では、打球の飛翔開始点（打撃
点）が概ねホームベース付近に限られているので、面
Ａ、Ｂと打球との交差点ＰおよびＱを結ぶ線の延長上と
ホームベースの位置が相当に隔たっている場合はボール
のスピンによる急激な湾曲によるものと考えられる。こ
の打球はそのまま直線飛行をすると推測するのは妥当で
はないので、打撃点、Ｐ、Ｑの位置関係を勘案してファ
ウルと判定する。

【００６２】ホームランに相当する到達距離（方向に依
存して９０〜１２０ｍ以上）と方向（±４５度即ちファ
ウルでない打球）を推測した場合は、図４に示されるよ
うな音声発生回路１０を同時に搭載し別途にメモリ４に
記憶されたファンファーレや花火音と「ホームランです
！ホームラン！」などの音声信号を発生し同時にディス
プレイ４にそれらの表示を再生して臨場感を増すことが
できる。

【００６３】規定回数の投球がある打者に対してなされ
た後または規定回数の打球を認識した後や次の打者の使
用開始を通知するリセット信号の入力により、本発明の
移動体の到達距離推測装置は結果を集計してこの打者の
飛距離の平均値を表示し次の打者の使用のために準備す
る。個別の打者の成績を名前の入力により判別して、別
にメモリ４に記憶集計して操作部９からの信号入力によ
り順次表示して通算記録をとることもできる。

【００６４】本発明のこの実施形態のような場合では野
球のボールである移動体３の飛翔開始時に打撃音が発生
するので、それをマイクロホンにより認識して例えば１
秒間以内にＣＣＤカメラに打球の入力がなければファウ
ルと判定するなど特定の動作を開始するようできる。こ
れによりファウルとフェアの判定がさらに充実される。

【００６５】本発明の移動体の到達距離推測装置は、ま
た陸上競技の投擲競技に適用することができる。

【００６６】投擲競技は砲丸・ヤリ・ハンマー等の危険
物を投げるので他の競技の練習と共存できないため学校
の運動場を使用したクラブ活動ではよほど広い専用の場
所がないとこれらの競技は十分な練習ができないが、本
発明の移動体の到達距離推測装置を適用して投擲体が周
囲に飛び出すことがないような防護壁や防護部材に配慮
をすれば、５ｍ四方程度の狭い場所でも到達距離を推測
して結果を確認しながら安全に練習することができる。

【００６７】これらの各々の競技に使用する場合は、砲
丸・ヤリ・ハンマー等の移動体３の各々について上記に
述べた実寸と撮影時の大きさ、飛翔特性と空気抵抗の影
響を把握することで、上記の３次元の位置判定による理
論的到達距離と飛翔体の到達距離推測式の補正項αを事
前に実測してメモリ４に記憶しておき、使用の際に競技
に合わせて選択することで、一台の移動体の到達距離推
測装置で容易にどの投擲競技にも対応したものとするこ
とができる。先に述べた移動体３が均質でない例が非対
称のハンマーを投げる場合であり、回転して移動するハ
ンマーの最外点は重心点周りに回転しているので、ライ
ンセンサに撮影された画像は最外点が正弦波として現れ
ているので正弦派の中心を算出すれば重心点が得られ
る。

【００６８】投擲競技と同様の適用例として、児童・生
徒の身体能力測定のために実施されるソフトボール投げ
がある。

【００６９】また本発明の移動体の到達距離推測装置
は、サッカー・ラグビー・フットボール等ボールゲーム
のフリーキックやコーナーキック、ペナルティキック等
飛翔開始位置が限られている種類のキック練習に特に好
適に用いることができる。

【００７０】また本発明の移動体の到達距離推測装置に
は誤信号を入力させないように、光学装置に対向する位
置に遮光板を設置することができる。

【００７１】このようにすることにより、移動体３が光
学装置を通過するときに偶々その延長線上を発光体が通
過しても装置が誤動作することがない。

【００７２】また本発明の移動体の到達距離推測装置に
はスポットライト・ストロボライト等の照明器具を付与
することができる。

【００７３】このようにすることにより、移動体３が光
学装置を通過する時に明瞭に捕捉して夜間や曇天の際も
本発明の到達距離推測装置を精度良く使用することがで
きる。

【００７４】なお上記の実施形態では、Ｗｉ、ｈｉ、θ
ｉから移動体３の３次元位置Ｐ、Ｑを算出したが、既に
判っている特定の移動体３の大きさ（最大幅）ＫがＣＣ
Ｄカメラｉ（ｉ＝１、２）の焦点位置との距離ｒｉ（ｉ
＝１、２）の関数として、ＣＣＤカメラに結像する画像
の最大幅Ｗｉの実測のテーブルを装置のメモリ４に予め
用意しておき、このテーブルを検索して画像の最大巾か
らその移動体３への距離ｒｉ（ｉ＝１、２）を求めるよ
うにすることもできる。

【００７５】また、上記の実施形態では光学装置の光軸
を平行に指定して設置した例で説明したが、２つの光学
装置の互いの光軸の関係が指定されていれば特に平行で
なくても面１、２での３次元位置の算出結果をどちらか
の座標に変換して換算することが可能なので上記と同様
の効果を奏するが、３次元位置の算出に占める角度測定
の精度の影響を考慮すると所定の角度を指定して固定す
るより、２つの光学装置を平行にして設置することが最
も簡単に高い精度を実現できる。

【００７６】

【発明の効果】上記のように、本発明の移動体の到達距
離推測装置および方法によれば、移動体の位置把握のた
めの複雑な画像処理ではなく簡単な物理演算を行うこと
により迅速に移動体の到達距離を精度良く推測する移動
体の到達距離推測装置および方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動体の到達距離推測方法の概要説明図。

【図２】移動体の撮影画像の１例。

【図３】移動体の３次元位置の算出方法の説明図。

【図４】移動体の到達距離推測装置の回路構成図。

【図５】移動体の到達距離推測装置の他の実施形態の光
学系の構成図。

【図６】移動体の到達距離推測装置をバッティングセン
ターに適用した例の図。

【符号の説明】

１……ＣＣＤカメラ ２……ＣＣＤカメラ ３……移動体 ４……メモリ ５……ＣＰＵ ６……Ａ／Ｄコンバータ ７……ゲートアレイ ８……ディスプレイ ９……操作部 １０…音声発生回路 １１…鏡 １２…鏡 １３…鏡 １４…ラインセンサ １５…ラインセンサ ２０…移動体の側面画像 ２１〜２４…移動体のスライス画像 ６１…ピッチングマシン ６２…打者

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA04 AA17 AA31 BB07 BB15 CC00 EE00 EE03 EE09 FF09 FF32 JJ02 JJ05 JJ25 NN13 NN17 QQ00 QQ03 QQ21 QQ23 QQ26 QQ28 SS01 SS13 SS15 5L096 CA05 FA54 FA60 FA66 GA28 HA04 9A001 BB01 BB03 BB04 EE05 FF03 HH03 HH15 HH24 HH29 HH30 KK16 KK31 KK37 KK42 KK44 LL02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸を指定して一定の距離を隔てて固定
   した２台の光学装置によりその前方を移動する特定の移
   動体を撮影して得た、各装置につき１つずつの画像上の
   前記移動体の大きさとその位置により前記移動体の３次
   元の速度と位置を算出して、それによって前記移動体の
   到達距離を推測する移動体の到達距離推測装置。
2. 【請求項２】 前記撮影は前記移動体が各光学装置の正
   面を通過するときに行われる請求項１に記載の移動体の
   到達距離推測装置。
3. 【請求項３】 前記光学装置がＣＣＤラインセンサであ
   る請求項２に記載の移動体の到達距離推測装置。
4. 【請求項４】 特定の移動体をＣＣＤカメラで撮影して
   得た移動体の画像上の最大幅とその重心点から、移動体
   の３次元位置を知る動作を時間をおいて複数回繰り返し
   て得た変位により、前記移動体の速度を算出してその理
   論的到達距離を求め、その結果を補正して現実的な到達
   距離を推測する移動体の到達距離推測方法。
5. 【請求項５】 前記ＣＣＤカメラは、光軸を指定して一
   定の距離を隔てて固定したものが２台あり、それらを１
   回づつ使用して撮影する請求項４に記載の移動体の到達
   距離推測方法。