JP2003111880A - ゴルフスイング解析システム及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ボールとクラブヘッドのインパクトの挙動を一
枚の画像に重畳表示する。 【解決手段】生成するインパクトシーン画像Ftrgの各画
素座標を順次、着目画素座標とし、クラブヘッドのボー
ルへのインパクトタイミングの前後周辺の時間帯を撮影
した複数枚の高速度画像Fimp-q〜Fimp+rのうち、着目画
素座標の画素値が、背景のみが含まれるアベレージ画像
Favgの着目画素座標の画素値との差の絶対値が最大の高
速度画像（図ではFimp-q+１)の、着目画素座標の画素値
を、インパクトシーン画像Ftrgの着目画素座標の画素値
とすることにより、背景に比して明るいボールと背景に
比して暗いゴルフヘッドを共にインパクトシーン画像Ft
rg中に重畳表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】

【0002】本発明は、動体を撮影した画像より動きの特性
量を抽出する画像処理技術に関するものであり、特に、
ゴルフスイングの解析への適用に有効な画像処理技術に
関するものである。

【0003】

【従来の技術】

【0004】たとえば、ゴルフスイングの解析のために適用
される画像処理技術としては、特開２００１-５４６０
７号公報や、特開平５−８１２３２号公報記載の画像処
理技術が知られている。

【0005】特開２００１-５４６０７号公報記載の技術
は、被験者のゴルフスイング動作を撮影し、撮影した画
像よりゴルフヘッドのボールへのインパクトタイミング
を検出し、インパクトタイミングから前後の一定期間内
の画像フレームを、インパクトタイミングから遠い時間
帯ほどまばらになるように抽出し、抽出した各画像フレ
ームを順次表示するか、または、分割画面において同時
に表示するものである。

【0006】また、特開平５−８１２３２公報記載の画像処
理技術では、被験者のゴルフスイング動作を撮影し、撮
影した画像よりクラブヘッドの座標の変化を検出し、こ
れよりスイングの速度や加速度を算出することが行われ
ている。

【0007】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】前記特開２００１-５４６０７号公報記載の技
術によれば、被験者のゴルフスイングフォームを連続写
真（分解写真）として見ることができるため、被験者の
フォームの欠点などを容易に把握することができるよう
になる。

【0009】一方、前記特開平５−８１２３２号公報記載の
技術によれば、被験者のゴルフスイングの数値としての
定量的な特性量を把握することができるようになる。

【0010】しかしながら、より進んだゴルフスイングの欠
点等の把握のためには、より多面的な特性量の抽出や、
ゴルフスイングの特性のより認識し易い形態での出力が
望ましい。

【0011】そこで、本発明は、より多面的な特性量の抽
出、または、より認識し易い形態での特性量の出力を行
うことのできる画像処理装置を提供することを課題とす
る。

【0012】

【課題を解決するための手段】

【0013】前記課題達成のために、本発明は、たとえば、
ゴルフスイング解析システムにおいて、フロアのボール
のティアップ又はセット位置の直前の位置に、ボールの
標準的な飛球方向に対して垂直な方向に並べて配置した
複数のセンサと、ゴルフスイングのスイング軌道の特性
を求めるスイング特性判定手段とを設け、前記各センサ
は、当該センサの配置位置の上方へのゴルフヘッドの進
入を検知し、前記スイング特性判定手段は、各センサの
ゴルフヘッドの前記進入の検知時間の時間差に応じて、
ゴルフスイングにおけるゴルフヘッドのフェイス角の特
性を求めるようにしたものである。

【0014】これにより、ボール軌道のフックやスライスに
強い影響を与えるフェイス角の特性をも適切に提示する
ことができるようになる。

【0015】また、前記課題達成のために、本発明は、ゴル
フスイング解析システムにおいて、ゴルフスイング動作
に関する情報を収集する収集手段と、フロアのボールの
ティアップ又はセット位置の直前の位置に、ボールの標
準的な飛球方向に並べて配置された複数のセンサと、ゴ
ルフクラブのボールへのインパクトのタイミングを検出
するインパクトタイミング検出手段と、検出されたイン
パクトタイミングに基づいて定まる期間中に前記収集手
段によって収集された情報を対象に、ゴルフスイングの
特性を抽出する特性抽出手段とを設け、前記各センサ
は、当該センサの配置位置の上方へのゴルフヘッドの進
入を検知し、前記インパクトタイミング検出手段は、各
センサのゴルフヘッドの前記進入の検知時間の時間差よ
り求まるゴルフクラブのボール方向へ向かう速度が所定
速度以上である場合に、前記センサのゴルフヘッドの前
記進入の検知時間より定まるタイミングを前記インパク
トタイミングとして検出するようにしたものである。

【0016】このようなゴルフスイング解析システムによれ
ば、ワッグル動作などによりインパクトタイミングを誤
検出することなく、良好にインパクトタイミングを検出
することができ、これに基づくゴルフスイングの特性抽
出の精度の向上に寄与することができるようになる。

【0017】また、本発明は、前記課題達成のために。ゴル
フスイングの特性を抽出するゴルフスイング解析システ
ムにおいて、フロアのボールのティアップ又はセット位
置の直前の位置に、ボールの標準的な飛球方向に並べて
配置された複数のセンサと、ゴルフクラブのボールへの
インパクトのタイミングを検出するインパクトタイミン
グ検出手段と、ゴルフスイングのスイングテンポを算出
するスイングテンポ算出手段とを設け、前記各センサ
は、当該センサの配置位置の上方へのゴルフヘッドの進
入と当該センサの配置位置の上方からのゴルフヘッドの
退出を検知し、

【0018】前記インパクトタイミング検出手段は、各セン
サのゴルフヘッドの前記進入の検知時間の時間差より求
まるゴルフクラブのボール方向へ向かう速度が所定速度
以上である場合に、前記センサのゴルフヘッドの前記進
入の検知時間より定まるタイミングを前記インパクトタ
イミングとして検出し、前記スイングテンポ算出手段
は、前記インパクトタイミング検出手段が検出したイン
パクトタイミングの直前に、前記センサが検知したゴル
フヘッドの前記退出の検知時間から定まるタイミング
と、前記インパクトタイミングとの時間差をゴルフスイ
ングのスイングテンポして算出するようにしたものであ
る。

【0019】このようなゴルフスイング解析システムによれ
ば、スイング開始からインパクトまでの時間を正確に算
出し、スイングテンポをして提示することができるよう
になる。

【0020】また、前記課題達成のために、本発明は、たと
えば、ゴルフスイング解析システムにおいて、ティアッ
プ又はセットされたボール周辺を含む領域を撮影するカ
メラと、インパクト前後の所定の期間外に前記カメラに
よって撮影された１または複数の画像より、少なくとも
ティアップ又はセットされたボール周辺の、ボールとク
ラブヘッドの画像が含まれない背景画像を生成する背景
画像生成手段と、インパクトシーン画像を生成するイン
パクトシーン画像生成手段とを設け、前記インパクトシ
ーン画像生成手段は、前記インパクトシーン画像の各画
素の値として、当該画素の座標と同じ座標を有する前記
インパクト前後の所定の期間に撮影された各画像の画素
のうちから、前記背景画像の同座標の画素との値の差に
応じて選択した画素の値を用いることにより前記インパ
クトシーン画像を生成するようにしたものである。

【0021】このように、インパクトシーン画像の各画素の
値として、インパクトの時間的周辺で撮影した各画像の
画素の値から背景画像との差に応じて選択した値を用い
ることにより、たとえば、背景に比して暗いクラブヘッ
ドと背景に対して明るいボールの双方を同時に一枚のイ
ンパクトシーン画像に表すことができるようになる。

【0022】また、本発明は、前記課題達成のために、ゴル
フスイング解析システムにおいて、ティアップ又はセッ
トされたボール周辺を含む領域を撮影するカメラと、ク
ラブヘッドのボールへのインパクト直後に前記カメラに
よって撮影された複数の画像のそれぞれについて、当該
画像より当該画像に映されたボールの回転角を算出する
回転角算出手段と、算出された回転角の差より、ボール
のスピン量を算出するスピン算出手段とを設け、前記回
転角算出手段は、相互に角度が異なる複数の投影軸を設
定し、各投影軸について、前記画像に含まれるボールが
映された領域の画素値を当該投影軸に投影した場合に当
該投影軸の各座標に投影される画素値の和を算出し、画
素値の和の投影軸方向の変化が、最も強く所定の特徴を
有する投影軸の角度に応じた角度を前記ボールの回転角
として算出するようにしたものである。

【0023】このようなゴルフスイング解析システムによれ
ば、たとえば異方性ある外観を有するボールを用いるこ
とにより、多少の汚れ等があっても適正にボールのスピ
ン量を算出することができるようになる。

【0024】また、前記課題達成のために、本発明は、ゴル
フスイング解析システムにおいて、ティアップ又はセッ
トされたボール周辺を含む領域を撮影するカメラと、イ
ンパクト前後の所定の期間外に前記カメラによって撮影
された１または複数の画像より、少なくともティアップ
又はセットされたボール周辺のボールとクラブヘッドの
画像が含まれない背景画像を生成する背景画像生成手段
と、インパクト直後に前記カメラによって撮影された複
数の画像中よりボールが映された領域を抽出し、当該抽
出した領域に基づいて前記インパクト直後のボールの挙
動の特性を抽出するボール特性抽出手段とを設け、前記
ボール特性抽出手段は、前記インパクト直後に前記カメ
ラによって撮影された各画像の各々について、当該画像
と前記背景画像との差分画像を生成し、当該差分画像に
基づいて、前記インパクト直後に前記カメラによって撮
影された各画像中におけるボールが映されている領域を
求めるようにしたものである。

【0025】このような画像中のボールが映された領域の抽
出によれば、単純にしきい値との比較をもってボールの
領域を抽出する手法に比べ、背景の一部等がボールの領
域と誤認されることが少なく、よって、より適正にボー
ルの領域を抽出し、これに基づくボールの挙動の特性の
算出などの精度を高めることができるようになる。

【0026】

【発明の実施の形態】

【0027】以下、本発明に係るゴルフスイング解析システ
ムの一実施形態について説明する。

【0028】図１に本実施形態に係るゴルフスイング解析シ
ステムの構成を示す。

【0029】図示するように、本ゴルフスイング解析システ
ムは、ユーザがゴルフスイングを実行するためのティグ
ランドを模したスイングエリア５０を有する。また、ク
ラブヘッド３０のボール２０への水平方向からのインパ
クトシーン撮影用の水平用高速度カメラ１a、クラブヘ
ッド３０のボール２０への垂直方向からのインパクトシ
ーン撮影用の垂直用高速度カメラ１ｂ、ユーザのスイン
グエリア５０におけるゴルフスイング動作を正面より撮
影する正面カメラ２、ユーザのスイングエリア５０にお
けるゴルフスイング動作を上方より撮影する上方カメラ
３、スイングエリア５０を上方より照明する照明装置
４、スイングエリア５０のフロアに配置したティペグ後
方フロア上に配置したセンサマット５、フットスイッチ
６、表示装置７、印刷装置８、入力装置９、解析装置１
０を有する。そして、水平用高速度カメラ１a、垂直用
高速度カメラ１ｂ、正面カメラ２、上方カメラ３、セン
サマット５、フットスイッチ６、表示装置７、印刷装置
８、入力装置９は、それぞれ解析装置１０に接続されて
いる。

【0030】次に、解析装置１０の内部構成を図２に示す。

【0031】図示するように、解析装置１０は、正面カメラ
２の撮影画像を正面画像として蓄積する正面画像メモリ
１１、上方カメラ３の撮影画像を上方画像として記憶す
る上方画像メモリ１２、スイングフォーム画像生成部１
３、タイミング検出部１４、ゴルフスイングのスイング
全体の特性を抽出するスイング特性抽出部１５、水平用
高速度カメラ１aの撮影画像を高速度画像として蓄積す
る水平用高速度画像メモリ１６a、垂直用水平用高速度
カメラ１abの撮影画像を高速度画像として蓄積する垂直
用高速度画像メモリ１６ｂ、ゴルフスイングにおけるイ
ンパクトの特性を抽出する画像処理部１７、表示装置７
や印刷装置８への出力を制御する出力インタフェース制
御部１８、以上各部を制御する主制御部１９を有する。

【0032】ただし、解析装置１０は、ハードウエア的に
は、CPU、主記憶、外部記憶装置や、画像入力ボードな
どを備えた一般的な電子計算機を用いて構成して良く、
この場合、以上の解析装置１０の各部は予め外部記憶装
置等に記憶したプログラムのCPUの主記憶のロードと実
行により電子計算機上にプロセスや記憶資源として形成
されることになる。なお、このプログラムは過般型の記
憶媒体や通信路を介して電子計算機に供給されるもので
あって良い。

【0033】さて、以上のような構成において、本ゴルフス
イング解析システムは、タイミング検出部１４において
センサマット５の出力よりクラブのセンサマット５上方
の通過を検出する。そして、スイング特性抽出部１５
は、タイミング検出部１４の検出内容より、クラブヘッ
ド３０のボール２０とのインパクトのタイミングを検出
する。また、スイング特性抽出部１５は、ゴルフスイン
グ全体の特性の算出として、バックスイング開始からク
ラブヘッド３０のボール２０へのインパクトまでの時間
であるスイングテンポの算出と、インパクト時のクラブ
ヘッド３０の速度であるスイングスピードの算出と、ゴ
ルフクラブのフェイス角の算出を行う。

【0034】一方、画像処理部１７は、高速度メモリに蓄積
された水平用高速度画像メモリ１６aと垂直用高速度メ
モリ１６ｂに蓄積されている高速度画像から、ゴルフス
イングのインパクトの特性の抽出として、クラブヘッド
３０とボール２０の挙動を一枚の画像に重畳表示したイ
ンパクトシーン画像の生成と、打ち出されたボール２０
のバックスピンとサイドスピン量を算出するスピン量算
出と、クラブヘッド３０のブロー角やボール２０の飛球
スピードやボール２０の飛球角を算出するアングル／ス
ピード算出を行う。

【0035】次に、スイングフォーム画像生成部１３は、タ
イミング検出部１４において検出されたインパクトのタ
イミングに基づいて、スイング期間中の正面画像メモリ
１１に蓄積された正面画像又は上方メモリに蓄積された
上方画像を、複数たとえば１６枚読み出して、読み出し
た複数の画像を一枚の画像中に撮影時間順に並べた（た
とえば１６枚の画像を４列４行にラスタ順に配置した）
フォーム分解画像を生成する。

【0036】出力インタフェース制御部１８は、以上のよう
にして抽出されたスイング全体の特性や、インパクトの
特性や、フォーム分解画像を所定のレイアウトによって
表示装置７や印刷装置８に出力する。

【0037】最後に、主制御部１９は、フットスイッチ６を
介して入力されるユーザの指示に応じた以上のような各
部の動作の起動や制御や、入力装置９を介して入力され
るユーザの指示に応じた出力インタフェース制御部１８
による表示内容や表示レイアウトの変更や印刷の制御を
行う。

【0038】以下、以上のようなゴルフスイング解析システ
ムの処理の詳細について説明する。

【0039】まず、前述したインパクトのタイミング検出
と、ゴルフスイング全体の特性の算出の処理について説
明する。

【0040】図３に、センサマット５の配置と、センサマッ
ト５の構造を示す。

【0041】図示するように、センサマット５はスイングエ
リア５０のティペグ２１の直前のフロアに配置され、標
準飛球線４０と垂直な方向に関してティペグ２１に対し
等距離に並べられた二つの光センサ５１の組を、標準飛
球線４０と水平な方向に２組配置した構成を有してい
る。以下、説明の便宜上、フロアと水平かつ標準飛球線
４０方向と水平な方向を飛球方向を前とする前後方向、
フロアと水平かつ標準飛球線４０と垂直な方向を（図３
bの左右に従って）左右方向と呼ぶ。そして、前列の右
側の光センサ５１をR１、前列の左側の光センサ５１をL
１、後列の右側の光センサ５１をR２、後列の左側の光
センサ５１をL２により表すこととする。

【0042】さて、各光センサ５１は、スイングエリア５０
上方に配置された照明装置４の光の受光（オン）、非受
光（オフ）を検出し、タイミング検出部１４に出力す
る。ここで、各光センサ５１上にクラブヘッド３０が存
在する期間は、その光センサ５１は照明装置４の光の非
検知（オフ）を出力する。

【0043】センサマット５の出力を受けたタイミング検出
部１４は、各光センサ５１の出力の光のオフ＞オンへの
変化、光のオン＞オフの変化を検出すると、その変化の
内容に現在の時刻を表すタイムスタンプを付加して、ス
イング特性抽出部１５に出力する。

【0044】スイング特性抽出部１５は、タイミング検出部
１４からの出力内容が、センサマット５上を、所定速度
以上の速さでクラブヘッド３０３０が通過したことを示
した場合に、光センサ５１の前方の列の二つの光センサ
R１、L１において最後にオン＞オフの変化を検出したタ
イムスタンプが表す時刻の平均の時刻をゴルフヘッド３
０のボール２０へのインパクトのタイミングとして算出
し、さらに、スイングテンポ、スイングスピード、スイ
ングの軌道の区別の算出を行う。

【0045】より具体的には、スイング特性抽出部１５は、
以下の処理を行う。

【0046】すなわち、R２のオン＞オフの検出、L２のオン
＞オフの検出、R１のオン＞オフの検出、L１のオン＞オ
フの検出のこの順序による検出シーケンスと、L２のオ
ン＞オフの検出、R２のオン＞オフの検出、L１のオン＞
オフの検出、R１のオン＞オフの検出のこの順序による
検出シーケンスの二つの検出シーケンス監視対象シーケ
ンスとして、監視対象シーケンスの発生を監視し、発生
したならば、R２のオン＞オフの検出からR１のオン＞オ
フの検出までのタイムスタンプが表す時間差と、L２の
オン＞オフの検出からL１のオン＞オフの検出までのタ
イムスタンプが表す時間差とが共に所定のしきい値未満
であるかどうかを調べ、共にしきい値未満であれば、L
１のオン＞オフの検出のタイムスタンプが表す時刻とR
１のオン＞オフの検出のタイムスタンプが表す時刻の平
均をインパクトのタイミングとして検出する。

【0047】ここで、本実施形態によれば、このようにセン
サマット５上を所定速度以上の速さでクラブヘッド３０
が通過した場合にのみインパクトのタイミングを検出す
るので、ユーザがアドレスのセット時のワッグルによっ
てクラブヘッド３０をセンサマット５上で操作しても、
これをインパクトとして誤検出することがない。

【0048】また、スイング特性抽出部１５は、インパクト
のタイミングを検出したならば、発生した監視対象シー
ケンス中における、R２のオン＞オフの検出からR１のオ
ン＞オフの検出までのタイムスタンプが表す時間差と、
L２のオン＞オフの検出からL１のオン＞オフの検出まで
のタイムスタンプが表す時間差との平均で、光センサの
前列と後列との距離を除算し、これをスイングスピード
として算出する。

【0049】また、ユーザが右利きであるとして、スイング
特性抽出部１５は、発生した監視対象シーケンス中にお
ける、L１のオン＞オフの検出とR１のオン＞オフの検出
の時間差dtとし、先に算出したスイングスピードをｖと
し、L１とＲ１の光センサ間距離をaとして、tanθ=ｖｄ
ｔ／aをゴルフクラブのフェイス角θとして算出する。

【0050】すなわち、図３bに示すようにフェイス角が生
じる軌道IO、軌道OIの場合などはクラブヘッド３０は標
準飛球線４０に対して斜め方向に、クラブヘッド３０の
フェイス角が標準飛球線４０と垂直な方向と非水平な状
態で、センサマット５上を通過するため、L１のオン＞
オフの検出時刻とR１のオン＞オフの検出時刻の差はフ
ェイス角の大きさとスイングスピードに応じたものとな
る。

【0051】また、スイング特性抽出部１５は、発生した監
視対象シーケンス中における、L１のオン＞オフの検出
とR１のオン＞オフの検出の平均時刻と、発生した監視
対象シーケンス直前に検出したL２の＞オフオンの検出
とR２のオフ＞オンの検出との平均時刻との時間差をタ
イムスタンプに基づいて、スイングテンポとして算出す
る。ここで、発生した監視対象シーケンス直前に検出さ
れるL２のオフ＞オンとR２のオフ＞オンは、センサマッ
ト５上にクラブヘッド３０を置いたアドレス状態からバ
ックスイングのためにクラブヘッド３０を後方にスイン
グし始めた時に検出される。したがって、本スイング特
性抽出部１５が検出するスイングテンポは、バックスイ
ング開始時からインパクトまでの時間を表すことにな
る。

【0052】ただし、以上のインパクトタイミング、スイン
グスピード、スイングテンポの算出にあたっては、左側
の前後２個の光センサ５１、または、右側の前後２個の
光センサ５１の出力のみを用いて、これを行うようにし
てもかまわない。

【0053】以上、スイング全体の特性量の算出について説
明した。 次に、インパクトの特性の算出について説明
する。前述したように画像処理部１７では、インパクト
の特性の算出として、インパクトシーン画像の生成と、
スピン量算出と、アングル／スピード算出を行う。

【0054】図４に、インパクトの特性の算出を主として行
う画像処理部１７の内部構成を示す。

【0055】図示するように、画像処理部１７は、アベレー
ジ画像生成部１００、ボール／クラブ領域抽出部１１
０、インパクトシーン画像生成部１２０、アングル／ス
ピード算出部１３０、ボールスピン算出部１４０を有す
る。

【0056】それでは、まず、インパクトシーン画像の算出
について説明する。

【0057】前述したようにスイング特性抽出部１５におい
て、インパクトタイミングが検出されると、アベレージ
画像生成部１００は、水平用高速度画像メモリ１６aか
ら、検出されたインパクトタイミングに基づいて、イン
パクトタイミングから所定時間経過後からの一連の高速
度画像Fn〜Fn+pを複数枚読み出し、各座標の画素値とし
て読み出した複数の高速度画像の対応座標の画素値の平
均値を持つアベレージ画像Favgを作成する。ここで、前
記所定時間と高速度画像の枚数pは、スイングがフォロ
ースルー以降へと進み、ボール２０、クラブヘッド３０
の双方が水平用高速度カメラ１aの画角から離脱してい
ることが期待できるインパクトタイミングに近い時間帯
の複数枚の高速度画像、すなわち、インパクトタイミン
グに近い時間帯の背景のみが写り込んでいることが期待
できる複数の高速度画像のみがアベレージ画像Favgの生
成のために用いられるように設定する。

【0058】次に、インパクトシーン画像生成部１２０は、
生成されたアベレージ画像Favgと、水平用高速度画像メ
モリ１６aから読み出した、検出されたインパクトタイ
ミングの時間的前後周辺の時間帯の複数枚の高速度画像
を用いてインパクトシーン画像を生成する。

【0059】図５に、このインパクトシーン画像の生成の手
順を示す。

【0060】図５aに示すように、インパクトシーン画像Ftr
gは、インパクトシーン画像の各画素座標を順次、着目
画素座標とし、水平用高速度画像メモリ１６aから読み
出したインパクトタイミングの前後周辺の時間帯の複数
枚の高速度画像Fimp-q〜Fimp+rのうち、着目画素座標の
画素値が、アベレージ画像Favgの着目画素座標の画素値
との差の絶対値が最大の高速度画像（図ではFimp-q+１)
の、着目画素座標の画素値を、インパクトシーン画像Ft
rgの着目画素座標の画素値とすることにより生成する。
なお、Fimpはインパクト直後の高速度画像を表す。

【0061】この処理により、たとえば、高速度画像F１と
高速度画像F２がインパクトタイミング前後周辺の前記
高速度画像であり、アベレージ画像Favgの座標（x１, y
１）の画素値がaで、高速度画像F１の座標（x１, y１）
の画素値がbで、高速度画像F２の座標（x１, y１）の画
素値がcであり、| a-b |＞| a-c |であれば、インパク
ト画像の座標（x１, y１）の画素値は高速度画像F１の
（x１, y１）から抽出されたbとされ、アベレージ画像F
avgの座標（x２, y２）の画素値がdで、高速度画像F１
の座標（x２, y２）の画素値がeで、高速度画像F２の座
標（x２, y２）の画素値がgであり、| d-e | ＜ | d-g
| であれば、インパクト画像の座標（x２, y２）の画素
値は高速度画像f２の（x２, y２）から抽出されたｇと
されることになる。

【0062】このような比較的単純で高速処理可能な処理の
結果、インパクトシーン画像の各画素座標について、そ
の画素座標にクラブヘッド３０が写った高速度画像がイ
ンパクトタイミングの時間的周辺に存在する場合には、
その画素座標にクラブヘッド３０の画素値が設定され、
その画素座標にボール２０が写った高速度画像がインパ
クトタイミングの時間的周辺に存在する場合には、その
画素座標にボール２０の画素値が設定されることにな
る。したがって、インパクトシーン画像では、図５bに
示すように、複数枚の高速度画像Fimp-q〜Finp+r中に写
り込んでいるクラブヘッド３０とボール２０双方が一枚
の画像中に現れたものとなる。

【0063】なお、同じ領域について、ボール２０の部分が
写り込んだ高速度画像と、クラブヘッド３０の部分が写
り込んだ高速度画像が存在する場合、インパクトシーン
画像Ftrgのその領域には、ボール２０の部分とクラブヘ
ッド３０の部分のうち、よりアベレージ画像Favgのその
領域との差が大きい方が現れることになるが、一般的に
はボール２０は白色であり一般的には黒色であるクラブ
ヘッド３０よりもアベレージ画像Favg（背景）との差分
が大きいので、通常はインパクトシーン画像Ftrgのその
領域にはボール２０の部分が現れることになる。したが
って、通常、インパクトシーン画像Ftrgにおいて、クラ
ブヘッド３０によりボール２０が隠れてしまうようなこ
とは無い。ただし、より万全を期す場合には、以上の処
理を、以下のように修正するようにしても良い。

【0064】すなわち、インパクトシーン画像Ftrgの各画素
座標を順次、着目画素座標とし、水平用高速度画像メモ
リ１６aから読み出したインパクトタイミングの前後周
辺の時間帯の複数枚の高速度画像Fimp-q〜Fimp+rのう
ち、着目画素座標の画素値がアベレージ画像Favgの着目
画素座標の画素値と差が正方向（高速度画像の画素値の
方が大きい）に最大の第１の高速度画像の着目画素座標
の画素値と、着目画素座標の画素値がアベレージ画像Fa
vgの着目画素座標の画素値と差が負方向（高速度画像の
画素値の方が小さい）に最大の第２の高速度画像の着目
画素座標の画素値とを求め、第１の高速度画像の着目画
素座標の画素値について求めた差が所定のしきい値より
大きい（白いボール２０の部分であると推定できる）場
合には、第１の高速度画像の着目画素座標の画素値をイ
ンパクトシーン画像の着目画素座標の画素値とし、第２
の高速度画像の着目画素座標の画素値について求めた差
が所定のしきい値以下である場合には、第１の高速度画
像と第２の高速度画像の着目画素座標の画素値のうち、
それぞれについて求めた差の絶対値が大きい方をインパ
クトシーン画像の着目画素座標の画素値とする。これに
より、同じ領域について、ボール２０の部分が写り込ん
だ高速度画像と、クラブヘッド３０の部分が写り込んだ
高速度画像が存在する場合でも、常にボール２０の方を
優先してインパクトシーン画像Ftrgに現すことができる
ようになる。

【0065】また、以上の処理は、インパクトシーン画像Ft
rgの各画素座標を順次、着目画素座標とし、水平用高速
度画像メモリ１６aから読み出したインパクトタイミン
グの前後周辺の時間帯の複数枚の高速度画像Fimp-q〜Fi
mp+r中に、着目画素座標の画素値が、アベレージ画像Fa
vgの着目画素座標の画素値との差の絶対値が所定のしき
い値を超えるものが存在しない場合には、予め定めた固
定値（たとえば灰色）値を、インパクトシーン画像Ftrg
の着目画素座標の画素値とするように修正しても良い。
このようにすることにより、背景部分を固定色に置き換
えたインパクトシーン画像を生成し、クラブヘッド３０
とボール２０が、より識別しやすい形態で表示されるよ
うにしても良い。

【0066】以上、本実施形態に係るインパクトシーン画像
の生成の技術によれば、単純に、インパクトタイミング
の前後周辺の時間帯の複数枚の高速度画像から適当なし
きい値より画素値（たとえば輝度）が大きい画素を抽出
してね合わせ表示することにより、複数枚の高速度画像
に写り込んでいるボール２０を一枚の画像中に現すよう
な手法では実現できない、クラブヘッド３０とボール２
０の双方を表したインパクトシーン画像を生成すること
ができるようになる。

【0067】以下、スピン量算出と、アングル／スピード算
出の動作について説明する。

【0068】ここで、スピン量算出は、図に示すように予め
ボール２０に印刷等した黒色のスピン参照ライン２２を
利用して行う。スピン参照ライン２２は円環状のライン
であり、ちょうど赤道と日付変更線のように直角に交わ
るようにボール２０に２本印刷等されている。また、予
め、ボール２０はティペグ２１に、一方のスピン参照ラ
イン２２を含む平面が垂直かつ標準飛球線４０と水平と
なるように、他方のピン参照ラインがバックスピン参照
ライン２２を含む平面が標準飛球線４０と垂直となるよ
うにセットする。

【0069】また、アングル／スピード算出は、図３に示す
ように予めクラブヘッド３０に貼り付けた白色円形のシ
ールであるマーカー３１を利用して行う。

【0070】さて、ボール／クラブ領域抽出部１１０は、前
述のようにアベレージ画像生成部１００で水平用高速度
画像メモリ１６aの高速度画像から生成されたアベレー
ジ画像Favgと、水平用高速度画像メモリ１６aから読み
出した、検出されたインパクトタイミングの直前２枚直
後２枚の計４の高速度画像（Finp-２〜Fimp+１）を用い
て、当該４枚の高速度画像それぞれにおける、ボール画
像部分の領域と当該領域の重心と、クラブヘッド３０に
添付したマーカー３１の画像部分の領域の重心を算出す
る。

【0071】各高速度画像からのボール画像部分の領域と当
該領域の重心と、クラブヘッド３０に添付したマーカー
の画像部分の領域の重心の算出は次のように行う。

【0072】すなわち、まず、各高速度画像Finp-２〜Fimp+
１とアベレージ画像Favgの差分画像を生成し、次に、こ
の差分画像を適当なしきい値で二値化する。これにより
高速度画像中のアベレージ画像Favgとの差分が大きい画
素（ボール２０とマーカ３１に対応する画素）が値１と
なり他の差分が小さい画素の値が０となる二値化画像Fb
inが生成される。

【0073】二値化画像が生成されたならば次に、二値化画
像よりボール２０部分の領域と、クラブヘッド３０のマ
ーカー３１部分の領域の抽出を行う。領域の抽出は、た
とえば白画素孤立点の除去と白画素領域の輪郭線の抽出
などにより行う。また、ボール２０とマーカー３１の区
別は、白画素領域の大きさによって区別する。

【0074】そして、次に、ボール２０の領域と、マーカー
３１の領域が抽出できたならば、その領域の重心をそれ
ぞれ求める。

【0075】一方、算出したボール２０の領域を利用して、
インパクトタイミングの直後２枚の二値画像Fbinのボー
ル２０領域外の領域を値０としたマスク画像Fmaskを生
成する。

【0076】次に、アングル／スピード算出部１３０は、ボ
ール／クラブ領域抽出部１１０が水平用高速度画像メモ
リ１６aの高速度画像から算出した、インパクトタイミ
ングの直前２枚の高速度画像Fimp-２、Fimp-１における
マーカーの重心を結んだ線の水平に対する角度よりクラ
ブヘッド３０のブロー角を算出し、インパクトタイミン
グの直後２枚の高速度画像Fimp、Fimp+１におけるボー
ル２０の重心を結んだ線の角度よりボール２０の飛球角
を算出する。また、インパクトタイミングの直後２枚の
高速度画像Fimp、Fimp+１におけるボール２０の重心の
位置移動量を高速度画像のフレーム周期で除算してボー
ル２０の飛球スピードを算出する。

【0077】一方、ボールスピン算出部１４０は、水平用高
速度画像メモリ１６aのインパクトタイミングの直後２
枚の高速度画像Fimp、Fimp+１を、それぞれについてボ
ール／クラブ領域抽出部１１０が水平用高速度画像メモ
リ１６aの高速度画像から生成したマスク画像Fmaskでマ
スクして、ボール２０部分以外の画素値０をしたボール
画像Fballを生成する。

【0078】そして、図６a、bに示すように、２枚のボール
画像Fballについて、ボール２０に印されたスピン参照
ライン２２の角度θ１、θ２を算出し、求めた二つのス
ピン参照ライン２２の角度差を高速度画像のフレーム周
期で除算して、バックスピン量を算出する。

【0079】ここで、スピン参照ライン２２の角度検出は、
具体的には次のように行う。

【0080】すなわち、図６aに示すように、ボール／クラ
ブ領域抽出部１１０が算出したボール２０領域の重心に
対して所定の単位角度dθづつ異なる角度を成す複数の
複数の投影軸１３１を設定し、各投影軸について、当該
投影軸にボール画像の各画素値を垂直に投影し、投影軸
上の同じ座標に投影された画素値の和を求めた濃度投影
マップ１３２を算出する。

【0081】ここで、ボール２０領域の重心に対して角度θ
を成す投影軸１３１への濃度投影マップ１３２の算出
は、たとえば、近似的には、ボール画像Fballの各画素
対してボール２０領域の重心を中心として角度-θ回転
する座標変換を施し、変換度のX座標にその画素値を累
積していくことにより実現できる。

【0082】以上のようにして、各角度についてついて求め
た濃度投影マップ１３２を、横軸に投影軸座標を、縦軸
に画素値の積算値をとってグラフ化すると、そのグラフ
は、図示するように、スピン参照ライン２２と投影方向
が水平な角度において、顕著な負方向のピーク（谷）を
有するものとなる。

【0083】そこで、水平用高速度カメラ１aのフレーム周
期等を考慮して定めたインパクトタイミング直後のボー
ル画像Fballの、初期状態で標準飛球線４０と垂直であ
った方のスピン参照ライン２２の存在可能角度範囲にお
いて、最も強い負方向のピークが観測された投影軸１３
１の回転角度を求め、求まった回転角度を、それぞれス
ピン参照ライン２２の角度ととする。すなわち、たとえ
ば、インパクト直後の１枚目のボール画像では０〜π／
４の範囲をスピン参照ライン２２の存在可能角度範囲と
して、この範囲で投影軸を所定単位角度づつ回転させな
がら検出した、最も強い負方向のピークを有する投影軸
の回転角度をスピン参照ライン２２の角度とし、インパ
クト直後の２枚目のボーl画像では１枚目の１枚目のボ
ール画像で求まったスピン参照ライン２２の角度A〜A+
π／４の範囲を２枚目のボール画像におけるスピン参照
ライン２２の存在可能角度範囲として、この範囲で投影
軸を所定単位角度dθづつ回転させながら検出した、最
も強い負方向のピークを有する投影軸の回転角度をスピ
ン参照ライン２２の角度とする。

【0084】さて、このように、ボール画像Fballの各角度
方向についての濃度投影マップを用いてスピン参照ライ
ン２２の角度を算出することにより、ボール２０に多少
の汚れが付着していても適正にボール２０の回転角度を
算出することができるようになる。

【0085】さて、残る画像処理部１７におけるサイドスピ
ン量の算出の処理は、画像処理部１７が処理対象とする
高速画像を、垂直用高速画像メモリ１６bの高速画像に
切り替えて、以上のバックスピン量算出までの処理と同
様の処理を行うことにより行う。

【0086】以上、本発明に係るゴルフスイング解析システ
ムについて説明した。

【0087】ところで、以上ではセンサマット５の光センサ
５１の出力よりインパクトタイミングを決定したが、こ
れはたとえば水平用高速度カメラ１aの撮影画像におけ
るボールの領域の移動開始の検出により、または、光セ
ンサ５１の出力よりにインパクトタイミングと水平用高
速度カメラ１aの撮影画像におけるボールの領域の移動
開始の検出とを併用して決定するようにしても良い。

【0088】また、以上のゴルフスイング解析システムで用
いた画像処理技術は、他の分野にも適用可能である。

【0089】たとえば、以上で説明したインパクトシーン画
像の生成の技術は、任意の移動体の移動のようすを一枚
に重畳した画像の生成に適用可能であり、この場合にお
いても、背景に比して明るい１又は複数の移動体と、背
景に比して暗い１又は複数の移動体の移動のようすを一
枚の画像中に収めることができる。

【0090】また、以上で説明したボールの回転角の算出の
技術は、外観に異方性を有する任意の対象物の回転角の
検出に適用可能である。すなわち、その対象物の外観上
の異方性に適合するグラフ形状が得られる濃度投影マッ
プが算出された投影軸の角度に応じて対象物の回転角を
算出するようにすれば良い。

【0091】

【発明の効果】

【0092】以上のように、本発明によれば、より多面的な
特性量の抽出、または、より認識し易い形態での特性量
の出力を行うことのできる画像処理装置を提供すること
ができる。

【0093】

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図１】本発明の実施形態に係るゴルフスイング解析シ
ステムの構成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に係る解析装置の構成を示す
図である。

【図３】本発明の実施形態に係るスイング特性の算出法
を示す図である。

【図４】本発明の実施形態に係る画像処理部の構成を示
す図である。。

【図５】本発明の実施形態に係るインパクトシーン画像
生成法を示す図である。

【図６】本発明の実施形態に係るスピン量算出法を示す
図である。

【符号の説明】

１a; 水平用高速度カメラ、１a; 垂直用高速度カメラ
２; 正面カメラ、３;上方カメラ、４; 照明装置、５;
センサマット、６;フ ットスイッチ、７; 表示装置、
８; 印刷装置、９; 入力装置、１０; 解析装置、１１;
正面画像メモリ、１２; 上方画像メモリ、１３;ス イン
グフォーム画像生成部、１４; タイミング検出部、１
５; スイング特性抽出部、１６a; 水平用高速度画像メ
モリ、１６b; 垂直用高速度画像メモリ、１７; 画像処
理部、１８; 出力インタフェース制御部、１９; 主制御
部、２０; ボール、３０; クラブヘッド、５０; スイン
グエリア、５１; 光センサ、１００; アベレージ画像生
成部、１１０; ボール／クラブ領域抽出部、１２０; イ
ンパクトシーン画像生成部、１３０; アングル／スピー
ド算出部、１４０; ボールスピン算出部

フロントページの続き (72)発明者 石川 健次 東京都渋谷区南平台町１−８ 株式会社デ ィテクト内 (72)発明者 中崎 治 東京都渋谷区南平台町１−８ 株式会社デ ィテクト内 Ｆターム(参考） 5B057 BA11 CA08 CA16 CB08 CB16 CE08 CH11 DA07 DA08 DA16 DA17 DB09 5L096 AA06 CA04 EA14 FA69 GA08 HA04 LA05 MA03

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゴルフスイングの特性を抽出するゴルフス
   イング解析システムであって、 フロアのボールのティアップ又はセット位置の直前の位
   置に、ボールの標準的な飛球方向に対して垂直な方向に
   並べて配置した複数のセンサと、 ゴルフスイングのスイングの特性を求めるスイング特性
   判定手段とを有し、 前記各センサは、当該センサの配置位置の上方へのゴル
   フヘッドの進入を検知し、 前記スイング特性判定手段は、各センサのゴルフヘッド
   の前記進入の検知時間の時間差に応じて、ゴルフスイン
   グにおけるゴルフヘッドのフェイス角を求めることを特
   徴とするゴルフスイング解析システム。
2. 【請求項２】ゴルフスイングの特性を抽出するゴルフス
   イング解析システムであって、 ゴルフスイング動作に関する情報を収集する収集手段
   と、 フロアのボールのティアップ又はセット位置の直前の位
   置に、ボールの標準的な飛球方向に並べて配置された複
   数のセンサと、 ゴルフクラブのボールへのインパクトのタイミングを検
   出するインパクトタイミング検出手段と、 検出されたインパクトタイミングに基づいて定まる期間
   中に前記収集手段によって収集された情報を対象に、ゴ
   ルフスイングの特性を抽出する特性抽出手段とを有し、 前記各センサは、当該センサの配置位置の上方へのゴル
   フヘッドの進入を検知し、 前記インパクトタイミング検出手段は、各センサのゴル
   フヘッドの前記進入の検知時間の時間差より求まるゴル
   フクラブのボール方向へ向かう速度が所定速度以上であ
   る場合に、前記センサのゴルフヘッドの前記進入の検知
   時間より定まるタイミングを前記インパクトタイミング
   として検出することを特徴とするゴルフスイング解析シ
   ステム。
3. 【請求項３】ゴルフスイングの特性を抽出するゴルフス
   イング解析システムであって、 フロアのボールのティアップ又はセット位置の直前の位
   置に、ボールの標準的な飛球方向に並べて配置された複
   数のセンサと、 ゴルフクラブのボールへのインパクトのタイミングを検
   出するインパクトタイミング検出手段と、 ゴルフスイングのスイングテンポを算出するスイングテ
   ンポ算出手段とを有し、 前記各センサは、当該センサの配置位置の上方へのゴル
   フヘッドの進入と当該センサの配置位置の上方からのゴ
   ルフヘッドの退出を検知し、 前記インパクトタイミング検出手段は、各センサのゴル
   フヘッドの前記進入の検知時間の時間差より求まるゴル
   フクラブのボール方向へ向かう速度が所定速度以上であ
   る場合に、前記センサのゴルフヘッドの前記進入の検知
   時間より定まるタイミングを前記インパクトタイミング
   として検出し、 前記スイングテンポ算出手段は、前記インパクトタイミ
   ング検出手段が検出したインパクトタイミングの直前
   に、前記センサが検知したゴルフヘッドの前記退出の時
   間から定まるタイミングと、前記インパクトタイミング
   との時間差をゴルフスイングのスイングテンポして算出
   することを特徴とするゴルフスイング解析システム。
4. 【請求項４】ゴルフスイングにおけるクラブヘッドのボ
   ールのインパクト前後のようすを表したインパクトシー
   ン画像を生成するゴルフスイング解析システムであっ
   て、 ティアップ又はセットされたボール周辺を含む領域を撮
   影するカメラと、 インパクト前後の所定の期間外に前記カメラによって撮
   影された１または複数の画像より、少なくともティアッ
   プ又はセットされたボール周辺の、ボールとクラブヘッ
   ドの画像が含まれない背景画像を生成する背景画像生成
   手段と、 インパクトシーン画像を生成するインパクトシーン画像
   生成手段とを有し、 前記インパクトシーン画像生成手段は、前記インパクト
   シーン画像の各画素の値として、当該画素の座標と同じ
   座標を有する前記インパクト前後の所定の期間に撮影さ
   れた各画像の画素のうちから、前記背景画像の同座標の
   画素との値の差に応じて選択した画素の値を用いること
   により前記インパクトシーン画像を生成することを特徴
   とするゴルフスイング解析システム。
5. 【請求項５】請求項４記載のゴルフスイング解析システ
   ムであって、 前記インパクトシーン画像生成手段は、前記インパクト
   画像の各画素の値として、当該画素の座標と同じ座標を
   有する前記インパクト前後の所定の期間に撮影された各
   画像の画素のうちの、前記背景画像の同座標の画素との
   値の差の絶対値が最大の画素の値を用いることにより前
   記インパクトシーン画像を生成することを特徴とするゴ
   ルフスイング解析システム。
6. 【請求項６】ゴルフスイングにおけるクラブヘッドのボ
   ールのインパクトの特性を抽出するゴルフスイング解析
   システムであって、 ティアップ又はセットされたボール周辺を含む領域を撮
   影するカメラと、 クラブヘッドのボールへのインパクト直後に前記カメラ
   によって撮影された複数の画像のそれぞれについて、当
   該画像より当該画像に映されたボールの回転角を算出す
   る回転角算出手段と、 算出された回転角の差より、ボールのスピン量を算出す
   るスピン算出手段とを有し、 前記回転角算出手段は、 相互に角度が異なる複数の投影軸を設定し、 各投影軸について、前記画像に含まれるボールが映され
   た領域の画素値を当該投影軸に投影した場合に当該投影
   軸の各座標にに投影される画素値の和を算出し、 画素値の和の投影軸方向の変化が、最も強く所定の特徴
   を有する投影軸の角度に応じた角度を前記ボールの回転
   角として算出することを特徴とするゴルフスイング解析
   システム。
7. 【請求項７】請求項６記載のゴルフスイング解析システ
   ムであって、 前記ボールには円環状のラインが印されており、 前記所定の特徴は、画素値の和の負方向の強いまたは鋭
   いピークであることを特徴とするゴルフスイング解析シ
   ステム。
8. 【請求項８】ゴルフスイングにおけるクラブヘッドのボ
   ールのインパクト直後のボールの挙動の特性を抽出する
   ゴルフスイング解析システムであって、 ティアップ又はセットされたボール周辺を含む領域を撮
   影するカメラと、 インパクト前後の所定の期間外に前記カメラによって撮
   影された１または複数の画像より、少なくともティアッ
   プ又はセットされたボール周辺のボールとクラブヘッド
   の画像が含まれない背景画像を生成する背景画像生成手
   段と、 インパクト直後に前記カメラによって撮影された複数の
   画像中よりボールが映された領域を抽出し、当該抽出し
   た領域に基づいて前記インパクト直後のボールの挙動の
   特性を抽出するボール特性抽出手段とを有し、 前記ボール特性抽出手段は、前記インパクト直後に前記
   カメラによって撮影された各画像の各々について、当該
   画像と前記背景画像との差分画像を生成し、当該差分画
   像に基づいて、前記インパクト直後に前記カメラによっ
   て撮影された各画像中におけるボールが映されている領
   域を求めることを特徴とするゴルフスイング解析システ
   ム。
9. 【請求項９】二以上の移動体の移動のようすを一枚の画
   像に重畳表示した移動シーン画像を生成する画像処理方
   法であって、 前記各移動体の画像が含まれない背景画像を生成し、前
   記移動シーン画像の画素の値として、当該画素の座標と
   同じ座標を有する前記移動体を撮影した複数の画像の画
   素のうちの、前記背景画像の同座標の画素と値の差を有
   する画素の値を、少なくとも当該差を有する画素が存在
   する場合、または、少なくとも当該差を有する画素が存
   在しかつ当該差が所定レベル以上大きい場合には、用い
   ることにより前記移動シーン画像を生成することを特徴
   とする画像処理方法。
10. 【請求項１０】対象物を撮影した画像より、対象物の回
    転角を算出する画像処理方法であって、 前記画像に対して、相互に角度が異なる複数の投影軸を
    設定し、 各投影軸について、前記画像に含まれる対象物が映され
    た領域の画素値を当該投影軸に投影した場合に、当該投
    影軸の各座標に投影される画素値の和を算出し、 画素値の和の投影軸方向の変化が、最も強く所定の特徴
    を顕す投影軸の角度に応じた角度を前記回転体の回転角
    として算出することを特徴とする画像処理方法。