JP2005291824A - 飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度、容易なゴルフボールなどの球状飛翔体の飛翔挙動測定法の提供。
【解決手段】飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する記録部と、記録部で記録された記録時刻が異なる第１のおよび第２の飛翔体の画像のうち、第１の飛翔体の画像について第１の輪郭領域を検出し、第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求めるとともに、第２の飛翔体の画像について第２の輪郭領域を検出し、第２の輪郭領域について第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める画像情報算出手段と、第１の画像情報を第１の仮想球体の表面に、第２の画像情報を第２の仮想球体の表面に写像するとともに、第１の仮想球体に回転処理を施すことによって第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する回転量算出手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ゴルフボールなどの球状の飛翔体の飛翔挙動を、簡易に高い精度で測定できる飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法に関するものである。

現在、飛翔体の飛翔挙動の測定が行われている。例えば、インパクト直後のゴルフボールの飛翔挙動の画像測定が行われており、この測定をもとに、ゴルフボールの飛距離をシミュレーションする画像計測が行われている。
画像計測によるゴルフボールの飛翔挙動のうち、速度および移動方向については、所定時間間隔をあけて画像を記録し、各ゴルフボールの画像の輪郭を抽出し、各輪郭の重心を求め、各重心点間の距離および、重心の移動角度を測定することにより、ゴルフボールの移動速度および角度を求めることができる。この場合、ゴルフボールの輪郭の抽出は、高い精度で行えるので、移動速度および打出角度も高い精度で測定することができる。
また、ゴルフボールの回転運動も含めたゴルフボールの飛翔挙動を測定する測定装置および測定方法が種々提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１には、移動体の移動速度、移動方向、回転角速度、および回転方向を１台のカメラのみを使用することによって、正確に測定することができる移動体の移動パラメータ測定装置が開示されている。この移動体の移動パラメータ測定装置は、特に、打ち出し直後のゴルフボールの初速度、打出角度およびゴルフボールの回転角速度と回転方向などのゴルフボールの初期弾道パラメータを正確に測定することができるものである。

この移動体の移動パラメータ測定装置においては、ゴルフボールのスピンを測定するために、図１３に示すように、ゴルフボールに特定のマークをつける。
図１３に示すように、１つの平面画像１００に、第１のゴルフボールの像１０２、および第２のゴルフボールの像１０４が記録される。第１および第２のゴルフボールの像１０２、１０４には、それぞれマーク１０６、１０８、１１０が設けられている。
なお、第１および第２のゴルフボールの像１０２、１０４は、所定の時間間隔をあけて記録されたものであり、輪郭抽出されたものである。

特許文献１においては、第１のゴルフボールの像１０２に記録された各マーク１０６、１０８、１１０の第２のゴルフボールの像１０４におけるマーク１０６、１０８、１１０の位置を追跡処理し、ゴルフボールの回転量を算出する。
このように、特許文献１においては、マークの所定時間経過後の位置を追跡処理して、特定することによりゴルフボールのスピン量を求めることができる。

また、特許文献２に開示されたゴルフボールの回転運動測定方法は、セットされたゴルフボールの飛球線方向に沿って間隔を置いて配置された２台のカメラを用い、ヒットされたゴルフボールをこの２台のカメラで撮影することにより、映し出された映像からヒットされたゴルフボールの回転運動を計測する方法が開示されている。このゴルフボールの回転運動を計測する方法においては、凸多角形のマークを黒色またはこれに類する暗色で表面に印したゴルフボールを用い、撮影された映像に対し、コンピュータを利用し人手を介さない自動的な画像処理によって凸多角形マークの角の位置を検出し、２台のカメラによる撮影映像間の角の位置の変化に基づいて、ヒットされたゴルフボールの回転運動を算出するものである。

この特許文献２に開示された方法においても、図１４に示すように、ゴルフボールに、二等辺三角形状のマーク１２５を設けて行う。
この場合、図１４に示すように、１つのフレーム１２０に、２つのゴルフボールの像１２２、１２４が記録されている。各ゴルフボールの像１２２、１２４は、所定の時間間隔をあけて記録されたものであり、輪郭抽出されたものである。
ゴルフボールの像１２２に記録されたマーク１２５の角部１２６、１２８、１３０のゴルフボールの像１２４におけるマーク１２５の位置を追跡処理し、ゴルフボールの回転量を算出する。
このように、マークの所定時間経過後の位置を特定することにより、ゴルフボールのバックスピンおよびサイドスピンを求めることができる。

特開２００３−５７２５８号公報 特開２０００−１９１８６号公報

上述の特許文献１および特許文献２は、いずれもゴルフボールの回転量の測定するために、ゴルフボールにマークを設け、所定時間間隔を空けて撮影されたゴルフボールの像における各マークを追跡処理して対応つけることにより、ゴルフボールの回転量を求めている。

このため、ゴルフボールが撮影面に対して垂直な軸を中心として回転する場合には、マークを追跡処理することにより、ゴルフボールの回転量を求めることができる。
しかしながら、撮影面と平行な軸を回転軸として回転した場合、マークの一部が隠れてしまい、マーク全体を撮影できないことがある。これにより、追跡処理する処理対象がなくなるため、ゴルフボールの回転量の測定精度が低下する虞がある。さらに、このようなマークが隠れることを防止するために、測定条件を変えるなどの工夫が必要になる。これにより、測定条件が一定にならず、測定機器の設定の変更を余儀なくされ、測定作業が煩雑になるという問題点もある。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、高い精度で、かつ容易にゴルフボールなどの球状の飛翔体の飛翔挙動を測定することができる飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体の飛翔挙動測定装置であって、飛翔中の前記飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する記録部と、前記記録部で記録された記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像のうち、前記第１の飛翔体の画像について前記飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、前記第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における前記第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求めるとともに、前記第２の飛翔体の画像について前記飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、前記第２の輪郭領域について前記第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める画像情報算出手段と、前記第１の画像情報を第１の仮想球体の表面に、前記第２の画像情報を第２の仮想球体の表面に写像するとともに、第１の仮想球体に回転処理を施すことによって第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する回転量算出手段とを有することを特徴とする飛翔体の飛翔挙動測定装置を提供するものである。

本発明においては、さらに、前記時間間隔、および前記飛翔体の回転量に基づいて、前記飛翔体の回転速度を算出する回転速度算出手段を有することが好ましい。
また、本発明において、前記回転速度算出手段は、さらに前記飛翔体の回転量を３軸方向の成分に分解し、各軸方向における回転速度を算出することが好ましい。

さらに、本発明において、水平面に対して傾斜角度をもって飛翔する前記球状の飛翔体であって、前記３軸方向のうち、第１の軸方向は前記水平面と平行な第１の方向であり、第２の軸方向は前記水平面に垂直な第２の方向であることが好ましい。
さらにまた、本発明において、例えば、前記飛翔体は、ゴルフボールであり、前記第１の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、バックスピンであり、前記第２の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、サイドスピンである。
また、本発明においては、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が少なくとも２の濃度パターンにより表されるものであり、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が同じであることが好ましい。

また、本発明の第２の態様は、飛翔中の球状の飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する工程と、前記記録された記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像のうち、前記第１の飛翔体の画像について前記飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、前記第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における前記第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求める工程と、前記第２の飛翔体の画像について前記飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、前記第２の輪郭領域について前記第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める工程と、前記第１の画像情報を第１の３次元仮想球体の表面に写像し、前記第２の画像情報を第２の３次元仮想球体の表面に写像する工程と、前記第１の仮想球体に回転処理を施し、前記第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する工程とを有することを特徴とする飛翔体の飛翔挙動測定方法を提供するものである。

本発明においては、前記飛翔体の回転量を算出する工程の後工程に、さらに前記時間間隔と、前記飛翔体の回転量とに基づいて、前記飛翔体の回転速度を算出する工程を有することが好ましい。
また、本発明においては、前記飛翔体の回転量を算出する工程は、さらに、前記飛翔体の回転量を３軸方向の成分に分解し、各軸方向における回転速度を算出する工程を含むものとすることができる。

さらに、本発明においては、例えば、前記飛翔体は、ゴルフボールであり、前記ゴルフボールは、水平面に対して傾斜角度をもって飛翔するものであり、前記３軸方向のうち、前記水平面と平行な第１の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、バックスピンであり、前記水平面に垂直な第２の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、サイドスピンである。

さらにまた、本発明においては、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が少なくとも２の濃度パターンにより表されるものであり、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が同じであることが好ましい。

本発明の飛翔体の飛翔挙動測定装置においては、球状の飛翔体を記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像を記録する記録部と、第１の飛翔体の画像について、飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、この第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求めるとともに、第２の飛翔体の画像について、飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、この第２の輪郭領域について第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める画像情報算出手段と、第１の画像情報を第１の仮想球体の表面に写像し、前記第２の画像情報を第２の仮想球体の表面に写像するとともに、第１の仮想球体に回転処理を施すことによって第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する回転量算出手段とを有することにより、飛翔体の表面に特別にマークなどを飛翔体の表面に設けることなく、第１の画像情報および第２の画像情報を用いて飛翔体の回転量を算出することができる。このため、マークの一部が検出不能になって測定精度が低下することがなく、高精度、かつ容易に飛翔体の飛翔挙動を測定することができる。

また、本発明の飛翔体の飛翔挙動測定方法においては、飛翔中の球状の飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する工程と、前記記録された記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像のうち、前記第１の飛翔体の画像について前記飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、前記第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における前記第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求める工程と、前記第２の飛翔体の画像について前記飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、前記第２の輪郭領域について前記第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める工程と、前記第１の画像情報を第１の３次元仮想球体の表面に写像し、前記第２の画像情報を第２の３次元仮想球体の表面に写像する工程と、前記第１の仮想球体に回転処理を施し、前記第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する工程とを有することにより、記録された球状の飛翔体の画像について、第１の画像情報および第２の画像情報を用いて飛翔体の表面に特別にマークなどを飛翔体の表面に設けることなく、飛翔体の回転量を算出することができる。このため、マークの一部が検出不能になって測定精度が低下することがないので、高精度、かつ容易に飛翔体の飛翔挙動を測定することができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施例に基づいて、本発明の飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法を詳細に説明する。

以下、本発明の飛翔体の飛翔挙動測定装置の実施例として、ゴルフボールの打撃直後の初速度、ゴルフボールの打撃直後の打出角度、ならびにゴルフボールの打撃直後のサイドスピンおよびバックスピンを測定する初期弾道測定装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る飛翔体の飛翔挙動測定装置の一例である初期弾道測定装置を示す模式的側面図であり、図２は、本実施例の演算部の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ゴルフボール８の初期弾道測定装置２は、例えば、ゴルファ４がゴルフクラブ６によってゴルフボール８を試打した際のゴルフボール８の打撃直後の初期弾道特性値を測定するものである。本実施例において、ゴルフボール８は、水平面ＨＳに対して、所定の傾斜角度を持って打ち出され、飛翔するものである。
初期弾道特性値は、例えば、初速度、打出角度、サイドスピンおよびバックスピンなどを含むものである。
ここで、水平面ＨＳとは、初期弾道測定装置２の基準となる面である。この水平面ＨＳは、好ましくは、水平に対して傾きが±２°以内の面であり、最も好ましくは、水準器などにより水平に設定された面である。

初期弾道測定装置２は、被写体であるゴルフボール８を挟んでゴルファ４と対向する側に、ゴルフボール８を載置したティーから打ち出されたゴルフボール８の像を反射する２個のミラー１０、１２と、この２個のミラー１０、１２によって反射した２つの打ち出し直後のゴルフボールの像が異なる面に投影され、ミラー１０から投影された像を反射し、ミラー１２から投影された像を透過するハーフミラー１４と、ハーフミラー１４を透過したゴルフボールの像とハーフミラー１４で反射したゴルフボールの像をまとめて撮像する分解能の高いＣＣＤカメラ（記録部）１６と、ＣＣＤカメラ１６によって撮像（記録）されたゴルフボールの像に基づいてゴルフボール８の初期弾道特性値を算出する初期弾道特性算出部１７とを主に有して構成される。

ここで、ミラー１０、１２は、ゴルフボール８の打ち出し直後の想定される弾道経路の周りに配置され、打ち出し直後のゴルフボール８から略等距離離れ、異なる２方向から見たゴルフボールの像の各々を反射するように構成される。
ハーフミラー１４は、一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する光学部材であって、ミラー１０、１２の配置位置を略対称位置とする対称平面１８上に、この対称平面１８とハーフミラー１４の境界面が平行になるように配置される。すなわち、ハーフミラー１４の面または対象平面１８に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度は、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が等しくなっている（図１中の角度＋α°および−α°）。

また、ゴルフボール８の初期弾道測定装置２は、ミラー１０、１２で反射された、異なる２方向から見た打ち出し直後のゴルフボールの像をハーフミラー１４上に投影するが、ミラー１０、１２の配置を微調整することによって、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させるとともに、お互いのゴルフボールの像が可能な限り重ならないようにミラー１０、１２の配置位置の微調整によって近接してゴルフボールの像を形成させ、この近接したゴルフボールの像をＣＣＤカメラ１６で１つの画像として撮像するように構成される。そして、このＣＣＤカメラ１６には制御装置２２が接続されて設けられており、制御装置２２は所定のタイミングで撮像するために電子シャッタを自動的に開閉する制御を行う。このように、ハーフミラー１４を用いて、異なる２方向から見たゴルフボールの像を近接させることで、ＣＣＤカメラ１６の撮像領域の視野を狭くすることができ、ゴルフボール８の像を精度良く撮像することができる。また、２つのゴルフボールの像が重なりにくいので、以降で行なわれる画像処理および初期弾道特性値の測定が可能となる。

このＣＣＤカメラ１６は任意の光学カメラとすることもできるが、以降で説明するように、ゴルフボール８の初速度と打出角度、ならびにバックスピンおよびサイドスピンなどの回転角速度と回転方向などの初期弾道特性値を測定する際、ゴルフボール８の撮像された画像の画像処理を行ってゴルフボール８の像を迅速に検出できるので、画像をデジタル化して出力するＣＣＤカメラ１６を使用してゴルフボール８の位置の検出を容易にすることが望ましい。また、本実施例のゴルフボール８の初期弾道測定装置２は、それぞれの配置を固定し、２個のミラー１０、１２に投影される２個の被写体の像の通過する面を透明体で覆った任意のケース２０に収納することによってポータブル化し、容易に移動して任意の場所に設置することができる。もちろん、この他にゴルフボール８の撮像時にゴルフボール８を照明するストロボ装置、または、場合によってはゴルフボール８を照明するに十分な明るさの自然光または人工光の照明装置などが用いられる。

このように構成されているゴルフボール８の初期弾道測定装置２では、ゴルフボール８の初期弾道特性値を測定する際には、インパクト直後の打ち出されて飛翔しているゴルフボールの像を所定の時間間隔の２回のストロボ発光により１つの平面画像として撮像する。このとき、図１から明らかなように、ミラー１０で反射しハーフミラー１４で再度反射してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、上側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の上側に、ミラー１２で反射してハーフミラー１４を透過してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、下側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の下側に撮像されるようにミラー１０、１２の配置が設定されるので、図３に示すように、１つの平面画像３０の中に、４個のゴルフボールの円形状の像３２、３４、３６、３８が画像として記録される。
なお、本実施例において、上側の画像が鏡像であり、下側の画像が正像であり、飛翔方向Ｍが反対になって記録される。また、ゴルフボールの像３４、３６が本発明の第１の飛翔体の画像に対応するものであり、ゴルフボールの像３２、３８が本発明の第２の飛翔体の画像に対応するものである。
本実施例においては、ゴルフボールの像３２、３４が上述の上側の画像（鏡像）であり、ゴルフボールの像３６、３８が下側の画像（正像）である。
ここで、図３は、本実施例の初期弾道測定装置により得られた画像の一例を示す模式図である。

また、所定の時間間隔で２回ストロボが発光するので、最初のストロボ発光でゴルフボールの像３４、３６が、後のストロボ発光でゴルフボールの像３２、３８が撮像される。この２回のストロボの発光は、スイングされたゴルフクラブのゴルフボール８へのインパクトの寸前にゴルフクラブ６の通過によって生成されたトリガー信号から所定の時間遅れて、ＣＣＤカメラ１６のシャッタが開いた後、行なわれる。そして、２回のストロボ発光時のゴルフボールの像が撮像される。

したがって、平面画像３０には、上側の画像としてのゴルフボール８の像３２、３４と下側の画像としてのゴルフボール８の像３６、３８、および最初に撮像されたゴルフボール８の像３４、３６と所定の時間経過後のゴルフボール８の像３２、３８が組み合わさって撮像された４個のゴルフボール８の像３２、３４、３６、３８が画像として撮像される。

なお、この平面画像３０は、所定の時間間隔をあけてストロボを発光させてＣＣＤカメラ１６で撮像した４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として写っている画像に限定されるものではなく、上記所定の時間間隔をあけてカメラのシャッタを２回開き多重露光してゴルフボールの像３２、３４、３６、３８を撮像した画像であってもよいし、さらに、上記所定の時間間隔だけシャッタを開放して、移動方向に残像を有するゴルフボール８の像を得て、この残像を有するゴルフボール８の両端の像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよく、高速ビデオカメラで撮像した画像から同じ所定の時間間隔で画像を取り出し、この両端の画像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよい。
ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０は、初期弾道特性算出部１７に出力される。

このように、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させ、しかも、ゴルフボール８の像を近接させ、さらに、ハーフミラー１４の面に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度を、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が略等しくするので、被写体であるゴルフボール８からミラー１０またはミラー１２で反射しＣＣＤカメラ１６に至るゴルフボールの像の経路長は、略等しくなり、従来のように、一方のゴルフボールの像のピントがボケることはない。

初期弾道特性算出部１７は、例えば、ＣＣＤカメラ１６により撮像されたゴルフボールの像に基づいて、例えば、ゴルフボールの移動速度、移動方向、バックスピン、およびサイドスピンなどの初期弾道特性値を算出するものである。この初期弾道特性算出部１７は、画像読取部４０、位置算出部４２、演算部４４、記憶部４５、ＣＰＵ４６、および設定部４９を有するものである。

画像読取部４０は、ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０を、デジタルデータとして取り込み、画像処理を行うことによって周囲の環境などの不要な画像を消去し、ゴルフボール８の円形状の輪郭領域（図示せず）を検出するものであり、この円形状の輪郭領域には、輪郭により囲まれる領域が含まれる。

画像読取部４０は、図３に示すような４つのゴルフボール８の像３２、３４、３６、３８の輪郭を検出するものである。

位置算出部４２は、ゴルフボール８の像３２、３４、３６、３８の重心位置を算出し、さらにゴルフボール８の実際の移動経路における鉛直面および水平面ＨＳの成分を算出するものである。
なお、位置算出部４２は、ゴルフボール８の像３２、３４、３６、３８の直径を算出する機能を有することが好ましい。

図１に示すように、２個のミラー１０、１２は任意の角度だけ傾斜しているので、これらのミラー１０、１２によって投影されて平面画像３０として得られた画像におけるゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置の座標は、ミラー１０、１２の傾斜角度に応じて鉛直面および水平面ＨＳ（図１参照）の成分が合成されたものとなっている。従って、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心の位置の座標の数値が鉛直面および水平面ＨＳの成分となるようにミラー１０、１２の配置に応じて演算して分解する。そして、分解して得られた鉛直面および水平面ＨＳの成分のそれぞれにおける最初のストロボ発光時点（以下、第１の時刻ともいう）でのゴルフボール８の重心位置の座標および２回目のストロボ発光時点（以下、第２の時刻ともいう）でのゴルフボール８の重心位置の座標を算出する。算出された各座標は演算部４４に出力される。

なお、位置算出部４２において、ゴルフボール８の重心位置の座標を算出する場合、最初のストロボ発光時点、および２回目のストロボ発光時点におけるゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の直径を算出してもよい。そして、これらの算出された各時刻におけるゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の直径を演算部４４に出力してもよい。このように、ゴルフボールの直径を算出することによっても、後述するように、３次元空間におけるゴルフボールの移動経路を算出することができる。

演算部４４は、ゴルフボール８の移動速度、移動方向、バックスピンおよびサイドスピンを算出するものである。図２に示すように、この演算部４４は、移動量算出手段５０と、画像パターン算出手段５２と、回転成分算出手段（回転速度算出手段）５４とを有する。位置算出部４２および画像パターン算出手段５２により本発明の画像情報算出手段が構成される。

移動量算出手段５０は、ゴルフボール８の各像３２、３４、３６、３８の重心位置座標から、ゴルフボール８の３次元的な重心位置の移動距離および移動方向を算出し、ゴルフボール８の初速度または移動速度、および打出角度を算出するものでもある。
本実施例における打出角度とは、水平面ＨＳに直角かつ打出し方向を含む面上において、第１の時刻の像（ゴルフボールの像３４）と第２の時刻の像（ゴルフボールの像３２）との移動方向を、この面上に投影した線と、水平面ＨＳを示す線とのなす角度で表されるものである。この移動方向とは、例えば、飛翔体がゴルフボールの場合、ゴルフボールの重心位置の移動方向で表される。
また、打出し方向は、初期弾道測定装置２の基準となるゴルフボール８（飛翔体）の目標方向（飛翔方向）を示すものであり、適宜設定されるものである。
なお、この移動量算出手段５０により、算出された打出角度、および初速度または移動速度は、記憶部４５に出力される。

本実施例の初期弾道測定装置においては、２方向からゴルフボールを撮像するものである。このため、３次元空間におけるゴルフボールの３次元空間における飛翔軌跡の算出に、２方向から撮像するステレオ投影法を用いることができる。
なお、ゴルフボールの３次元空間における飛翔軌跡は、後述するステレオ投影法のキャリブレーションをしておくことにより算出することができる。キャリブレーション方法については、後で詳細に説明する。

画像パターン算出手段５２は、最初に記録されたゴルフボールの輪郭領域の全域または所定領域の第１の画像情報を算出するものである。この画像パターン算出手段５２は、最初に記録されたゴルフボールの像の画像処理されていない画像データについて、所定の階調数の濃度データに変換し、得られた濃度データにより表される特定の濃度パターンを第１の画像情報として抽出する。例えば、所定の領域について第１の画像情報を求める場合には、その領域の画素の濃度データの濃度パターンを第１の画像情報とする。また、ゴルフボールの輪郭領域の全領域について第１の画像情報を求める場合には、例えば、汚れなどの階調差が大きいものを特定の濃度パターンとする。

また、濃度パターンは、表示装置４８に表示された濃度データを人が見て設定するようにしてもよい。このように、第１の画像情報として算出された濃度パターンは、後述する設定部４９に設定される。

さらに、画像パターン算出手段５２は、所定時間経過後のゴルフボールの輪郭領域について、輪郭領域の全域にわたり最初に記録されたゴルフボールの輪郭領域と同じ条件で、濃度データを算出し、この濃度パターン（第２の画像情報）を算出する。
なお、本実施例においては、第１の画像情報、および第２の画像情報として求めた濃度パターンを画像特徴量として用いるので階調数は同じにする。

以下、本実施例におけるゴルフボールの回転軸および回転量の算出方法を、図３に示す上側の画像、すなわち、ゴルフボールの像３４（第１の時刻の像）とゴルフボールの像３２（第２の時刻の像）とを例にして説明する。
図４は、本実施例におけるゴルフボールの回転軸および回転量の算出方法を説明する模式的斜視図である。なお、図４における参照符号Ｖ、参照符号Ｈ、参照符号Ｗは、互いに直交する軸を示すものである。図４における参照符号Ｖは、垂直軸であり、参照符号Ｗは、垂直軸Ｖと直交する第１の水平軸であり、参照符号Ｈは、垂直軸Ｖおよび第１の水平軸Ｗと直交する第２の水平軸である。第１の水平軸Ｗおよび第２の水平軸Ｈが、水平面ＨＳに含まれる。図４においても、矢印Ｍは、図３と同様に飛翔方向を示すものである。
なお、図４に示す第１の水平軸Ｗの水平軸方向は、本発明の第１の軸方向に相当するものである。また、図４に示す垂直軸Ｖの垂直軸方向は、本発明の第２の軸方向に相当するものである。
本発明においては、ゴルフボール（飛翔体）の回転軸および回転量を算出するにあたり、互いに直交する３軸を用いたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、図４に示す第２の水平軸Ｈに変えて打出し方向と平行な軸としてもよい。

図４に示すように、画像パターン算出手段５２により、ゴルフボールの像３４を、例えば、二値化処理して得られた濃度パターン３５ａを、仮想空間Ａに設けられた第１の３次元仮想球体Ｑ（以下、第１の仮想球体Ｑという）の表面に写像（マッピング）する。また、ゴルフボールの像３２を、例えば、二値化処理して得られた濃度パターン３３ａを第２の３次元仮想球体ｑ（以下、第２の仮想球体ｑという）の表面に写像（マッピング）する。本実施例において、第１の仮想球体Ｑと、第２の仮想球体ｑとは直径が同じである。移動量算出手段５０は、第１の仮想球体Ｑと、第２の仮想球体ｑとにより、例えば、画像相関法により３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量（回転角度）を求める。

この場合、第１の仮想球体Ｑを３次元的に回転させて、濃度パターン３５ａと第２の仮想球体ｑにおける濃度パターン３３ａとの相関係数が最も高くなる場合における３次元的な回転量を、２つの時刻間におけるゴルフボール８の３次元的な回転量（３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量（回転角度））とする。
画像相関法により得られた３次元的な回転量を、図４に示す各軸方向（垂直軸Ｖ、第１の水平軸Ｗ、および第２の水平軸Ｈ）に分ける。これにより、後述するように、バックスピンおよびサイドスピンを求めることができる。

また、ゴルフボールの像３６、３８の３次元的な回転量（回転軸および回転角度）についても、ゴルフボールの像３２、３４と同様に行う。

上述の如く、移動量算出手段５０は、図４に示すゴルフボールの濃度パターン３５ａが、所定時刻経過後のゴルフボールの何処にあるかを特定するものであり、本発明の回転量算出手段としても機能するものである。

本実施例においては、移動量算出手段５０は、上述の如く、第１の仮想球体Ｑに回転処理を施す。このとき、第１の仮想球体Ｑの表面の濃度パターン３５ａと、第２の仮想球体ｑの表面の濃度パターン３３ａとを比較した場合、相関関係が最も高くなる状態における回転処理に用いる回転量を算出する。さらに、これに基づいて、第１の仮想球体Ｑの３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量（回転角度）を求めるものである。
本実施例は、ゴルフボール８が球体であり、所定の領域が、その球体の上に形成されていることを前提にしている。このため、回転処理が施された第１の仮想球体Ｑと、第２の仮想球体ｑとを比較（画像のマッチング）が行われる際に、第１の仮想球体Ｑを回転させる回転軸の数および回転軸の向きは、特に限定されるものではない。例えば、図４に示す垂直軸Ｖ、第１の水平軸Ｗおよび第２の水平軸Ｈが挙げられる。

また、画像パターン算出手段５２は、ゴルフボールの各像３２、３４、３６、３８で、算出された濃度パターンデータに基づいて、図５に示すような輪郭画像３３、３５、３７、３９を有する平面画像３０ａを作成し、表示装置４８に表示させる。
図５に示すゴルフボール８の輪郭画像３３、３５、３７、３９は、図４に示す第１の仮想球体Ｑおよび第２の仮想球体ｑを投影して得られたものであり、ユーザの確認用に表示装置４８に表示されるものである。図５に示す輪郭画像３３、３５、３７、３９は、濃度パターン３３ａ、３５ａ、３７ａ、３９ａが表面に写像された仮想球体を投影して得られたものである。

また、本実施例において、最初に記録されたゴルフボールの像における第１の画像情報は、回転量を算出するための特定点として用いることができればよいので、ゴルフボールの像の輪郭領域の全領域で算出する必要はない。この輪郭領域の少なくとも一部について第１の画像情報を算出すればよい。第１の画像情報を算出する輪郭領域における領域の数は、測定精度を向上させるために、複数であることが好ましい。

また、本実施例においては、３次元的な回転量を求める際して、２時刻間でのゴルフボール８の重心位置の移動量を差し引くことにより、ゴルフボール８の３次元的な回転運動を、擬似的に重心を中心とした回転運動に置き換えてもよい。

回転成分算出手段５４は、記録時間間隔、重心位置の座標、ならびに移動量算出手段５０により算出された上述のゴルフボールの３次元空間における回転軸および回転量（回転角度）に基づいてゴルフボールの回転速度を算出するものである。この回転速度の算出結果は、記憶部４５に出力される。

また、回転成分算出手段５４は、例えば、図５に示す垂直軸Ｖ、第１の水平軸Ｗおよび第２の水平軸Ｈの３軸に、分解し、各軸周りの単位時間当たりの回転数を求めることもできる。この場合、第１の水平軸Ｗ周りの単位時間当たりの回転数がバックスピンである。また、垂直軸Ｖ周りの単位時間当たりの回転数がサイドスピンである。
この回転成分算出手段５４により算出されたバックスピンおよびサイドスピンの結果は、記憶部４５に出力される。

設定部４９は、初期弾道の測定に際して、例えば、図４に示す濃度パターン３５ａのような画像パターン算出手段５２により算出された濃度パターン、または人により設定された濃度パターン（第１の画像情報）が記憶されるものである。
また、設定部４９は、例えば、ゴルフボールの表面に設けられたロゴなどを初期弾道の測定に用いる場合には、ロゴが設けられている領域の大きさを設定するものでもある。
なお、設定部４９には、測定する飛翔体の大きさ、および後述するキャリブレーションにより得られた３次元空間の各座標位置において撮像された点の撮影画像における位置が記憶される。本実施例においては、設定部４９には、測定するゴルフボールの大きさを記憶させてもよい。

また、演算部４４には、記憶部４５が接続されている。この記憶部４５は、打撃直後の初期弾道特性値（初速度、打出角度、サイドスピンおよびバックスピン）が記憶されるものである。なお、記録部４５は、ＤＲＡＭなどの記憶素子を有するものである。

本発明の初期弾道測定装置においては、ゴルフボールに特別なマークを設けることなく、最初に記録されたゴルフボールの像の所定の領域から濃度パターンを抽出する。そして、次時刻に記録されたゴルフボールの像の全領域について、最初に記録されたゴルフボールの像と同様の条件で濃度パターンを得る。各時刻における濃度パターンをそれぞれ第１の仮想球体および第２の仮想球体の表面に写像する。各仮想球体について、例えば、画像相関法により、次時刻の第２の仮想球体における最初に記録されたゴルフボールの像の濃度パターンの位置を特定する。これにより、従来、マークを設け、このマークの位置検出を行ったのと同様に、ゴルフボールの３次元的な回転量（バックスピンおよびサイドスピン）を求めることができる。

しかも、本実施例においては、画像相関法を用いているので、次時刻におけるゴルフボールの輪郭領域で、濃度パターンの一部が記録されなかった場合でも、バックスピンおよびサイドスピンを求めることができ、測定精度を従来のマークを追跡するものに比して高いものとすることができる。このように、測定データについて高い汎用性を持たせることができる。

また、一般的にゴルフボールには、公認球であるか否かを判断するために、マークが付けられており、さらにディンプルも形成されている。さらに、ゴルフボールには、ゴルフボールを製作する際に生じるバーティングラインがあるものもある。また、汚れなどが付着していることもある。このようなマーク、ディンプル、パーティングラインおよび汚れなどを、所定の階調数を有する濃度データに変換し、特定の濃度パターンを得、それを第１の画像情報および第２の画像情報とすることができる。このため、ゴルフボールをそのまま用いることができ、初期弾道を容易に測定することができる。

次に、本発明の飛翔体の飛翔挙動測定方法の一例として、ゴルフボールの初期弾道算出方法を例にして、詳細に説明する。
先ず、本実施例の初期弾道測定装置１０のキャリブレーション方法について説明する。
図６（ａ）は本発明の実施例に係る初期弾道測定装置のキャリブレーション方法を説明する模式図であり、（ｂ）はキャリブレーションに用いられる複数の測定点が記録された校正板を示す模式図である。なお、参照符号Ｌは、校正板を示し、図６（ａ）に実線で示される校正板Ｌの位置が、ゴルフボール８がセットされる位置である。また、図６（ａ）および（ｂ）に示す座標軸は、図４に対応するものである。
本実施例のキャリブレーションにおいては、先ず、図６（ａ）に示すように、校正板Ｌをゴルフボールがセットされる位置に配置し、校正板Ｌを撮像する。この校正板Ｌは、所定の大きさの円Ｂが、直交する２方向に同じピッチｐで形成されている。

次に、ピッチｐと同じ距離ｔだけ、校正板Ｌを第１の水平軸Ｗと平行な方向に移動させて、校正板Ｌを撮像する。このように、校正板Ｌを移動させて撮像することにより、直交する３軸方向に対して、所定の大きさの円Ｂが、等間隔な空間格子上で撮影されることになる。この空間格子上の各点の円Ｂの撮影画像における位置を設定部４９に記憶させる。
これにより、２方向、それぞれの撮影方向から撮影された空間格子上における各点の位置と、各点の撮影画像における位置との関係がわかる。すなわち、２方向から撮影された撮影画像における各点の位置から、カメラの位置（被写体からの距離）、および撮影角度などが算出できる。このため、２方向から撮像された各撮影画像における各ゴルフボールの重心位置の座標から、ゴルフボールの第１の水平軸Ｗにおける位置が特定できる。よって、ゴルフボールの３次元空間における位置を特定できる。

ここで、図７は、本実施例のゴルフボールの初期弾道特性値の測定方法を説明するフローチャートである。また、図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本実施例の初期弾道測定装置のＣＣＤカメラの動作を制御する信号のタイミングの一例を説明するタイミングチャートである。

図７に示すように、先ず、ゴルファ４または図示しないスイングロボットによってゴルフクラブ６のスイングが開始される（ステップＳ１００）。
次に、ゴルフクラブ６のゴルフクラブヘッドがインパクト直前の領域に設置された図示しないゴルフクラブヘッド検出装置の検出位置を通過すると、図８（ａ）に示すようなトリガー信号がゴルフクラブヘッド検出装置において生成されて（ステップＳ１０２）、ゴルフクラブヘッド検出装置から制御装置２２に送られる。

制御装置２２では、トリガー信号の立ち上がりからＴ_１秒後にＣＣＤカメラ１６の電子シャッタが開くように、図８（ｂ）に示すようなカメラ作動信号が生成されてＣＣＤカメラ１６に送られ、このカメラ作動信号によって、電子シャッタがＴ_２秒間開く（ステップＳ１０４）。

同時に、制御装置２２から、図８（ｃ）に示すようなストロボ発光信号が図示しないストロボに送られ、電子シャッタが開くＴ_２秒の間に、Ｔ_３秒の時間間隔でストロボが２回発光して（ステップＳ１０６）、ゴルフボール８を照明する。こうしてＴ_３秒間隔の２回のストロボ発光によって、打ち出された直後のゴルフボール８の初期弾道が記録され（ステップＳ１０８）、Ｔ_３秒の時間経過前後におけるゴルフボールの像が撮像された１つの平面画像３０が得られる。
なお、後述するように、１つの平面画像を得るのに２回以上シャッタを開いてゴルフボールの像を撮像する、すなわち多重露光による撮像を行う高速度カメラを用いてもよい。

同時に、図示しないヘッドスピード計測装置によってゴルフクラブ６のヘッドスピードが計測される（ステップＳ１１０）。このヘッドスピード計測装置は、本実施例のゴルフボール８の初期弾道測定装置とは別の装置であってもよい。また、ヘッドスピード計測装置としては、前述のゴルフクラブヘッド検出装置に所定の間隔で２個のセンサーを配置し、この２個のセンサーでクラブヘッドを検出する時間間隔によってゴルフクラブのヘッドスピードを計測するものであってもよい。

ステップＳ１０８で得られたゴルフボール８の初期弾道を記録した平面画像３０（図３参照）は、ステップＳ１１０で得られたゴルフクラブのヘッドスピードなどのデータとともに表示装置４８に表示される（ステップＳ１１２）。
このとき、平面画像３０（図３参照）が、画像読取部４０でデジタルデータとして読み取られ、周囲の環境などの不要な画像を消去した後、ゴルフボール８の像３２、３４、３６、３８の外形を画像処理して、各時刻におけるゴルフボールの各輪郭領域を検出する（ステップＳ１１４）。
次に、各ゴルフボールの輪郭領域の大きさ（直径）、および重心位置を算出し、各ゴルフボールの輪郭領域の重心位置の座標を算出する（ステップＳ１１６）。

これらの輪郭領域の重心位置の座標、および時間間隔に基づいて、ゴルフボールの３次元的な移動方向および移動量を算出する。本実施例においては、予めキャリブレーションにより、ゴルフボールの重心位置の座標と、第１の水平軸Ｗにおける位置との関係を求めているので、撮影画像における輪郭領域の重心位置の座標に基づいて第１の水平軸Ｗ方向における移動量も算出できる。
次に、得られた３次元的な移動量からゴルフボールの打ち出し角度および初速度を算出する。この算出結果を記憶部４５に出力する。

次に、各ゴルフボールの輪郭領域の濃度パターンを抽出する（ステップＳ１１８）。

ステップＳ１１８における濃度パターンの抽出は、最初に記録されたゴルフボールの輪郭領域（ゴルフボールの像）について、その輪郭領域内で、例えば、２の階調数を有する濃度データに変換する。次に、得られた濃度分布について、特定の濃度パターンを第１の画像情報とする。
また、所定時間経過後のゴルフボールの輪郭領域（ゴルフボールの像）についても、最初に記録したゴルフボールの輪郭領域の濃度パターンと同じ算出条件で、濃度データに変換する。

なお、濃度パターン（第１の画像情報）を算出する領域の大きさおよび数は、特に限定されるものではない。濃度パターンを算出する領域の数は、測定精度を向上させるために、複数あることが好ましい。なお、濃度パターンは、試験者が設定してもよい。このようにして決定された特定パターンは、設定部４９に記憶される。

次に、ゴルフボールの像３４から抽出された濃度パターン３５ａを、第１の仮想球体Ｑの表面に写像し、ゴルフボールの像３２から抽出された濃度パターン３３ａを第２の仮想球体ｑの表面に写像する（ステップＳ１２０）。
次に、第１の仮想球体Ｑに回転処理を施し、第１の仮想球体Ｑを３次元的に回転させ、第２の仮想球体ｑと比較する。このとき、相関係数が最も高いか、または所定の相関係数以上の値であるかを判断する。相関係数が最も高くなるか、または所定の相関係数以上の値となるまで、繰り返し第１の仮想球体Ｑを回転処理を施す。すなわち、繰り返し第１の仮想球体Ｑを３次元的に回転させる。このようにして、第２の仮想球体ｑにおける第１の仮想球体Ｑの濃度パターン３５ａの位置を特定する。

本実施例において、ゴルフボールは、球体であり、回転運動するので、必ずしも濃度パターンの形状（画像情報）は維持されない。このような場合であっても、回転処理された第１の仮想球体Ｑと、第２の仮想球体ｑとの相関係数が最も高いか、または所定の値以上の相関係数である場合における回転処理に用いられた値を３次元的な回転量とする。
なお、本実施例においては、例えば、濃度パターンで表される所定の領域が球面上にあることを考慮して、濃度パターンで表される所定の領域が、回転運動により変形したシミュレーション画像を作成し、このシミュレーション画像を用いて相関係数を求めてもよい。

次に、ステップＳ１２０で求められた３次元的な回転量に基づいて、３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量（回転成分）を算出する（ステップＳ１２２）。
次に、この３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量（回転角度）を、ゴルフボールの緯線方向および経線方向における各回転成分に分けて、すなわち、３次元空間における回転軸および回転量を図４に示す垂直軸Ｖ方向、および第１の水平軸Ｗ方向に投影する。そして、時間間隔を用いて、バックスピンおよびサイドスピンなどの初期弾道特性値を演算部４４で算出する。

測定が終了した時点でゴルフボール８の初期弾道特性値を記憶部４５に保存し（ステップＳ１２４）、ゴルフボール８の初期弾道測定装置２による測定を終了する。

上記測定方法は、ＣＣＤカメラ１６のシャッタが開いている間に、Ｔ_３秒間隔で２回ストロボを発光させてゴルフボールの像を撮像するが、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、高速度カメラを用いて、トリガー信号（図９（ａ））の立ち上がりからＴ_１秒後にシャッタを開き、続いてシャッタをＴ_３秒後に再度開くようにカメラ作動信号（図９（ｂ））を生成し、ゴルフボールの像を２重露光して撮像してもよい。この場合、撮像に十分な光量が確保できない場合、図９（ｃ）に示すように、少なくともシャッタが２回開く間中ストロボを長時間発光させるようにストロボ発光信号を生成する。または、２回のシャッタに同期させて、ストロボを２回発光させるストロボ発光信号を生成する。一方、撮像に十分な光量が自然光などにより確保できればストロボなどの照明光を不要とする。特に、２重露光による撮像を屋外で行う場合、十分な光量が得られるので、ストロボなどの照明光が不要となり、撮像を容易に行うことができる。

本実施例の初期弾道測定方法においては、記録された２つのゴルフボールの像について、それぞれ濃度データに変換して、最初に記録されたゴルフボールの濃度パターンを求める。この濃度パターンが、次に記録されたゴルフボールの輪郭領域において一致する領域を、例えば、画像相関法を用いて特定することにより、ゴルフボールの３次元空間における回転軸および回転軸周りの回転量が求められる。これにより、例えば、記録間隔に基づいて、ゴルフボールのバックスピンおよびサイドスピンを求めることができる。また、本実施例の初期弾道測定方法は、ゴルフボールの輪郭領域の大きさおよび重心位置を算出することにより、打出角度および移動速度も算出することができる。

また、画像相関法を用いて所定時間経過後のゴルフボールの位置を求めているので、例えば、サイドスピンが多く、濃度パターンを算出する領域の一部が欠けてしまい、その領域全体が検出できない場合でも、ゴルフボールの位置を特定することができる。このため、本実施例の初期弾道測定方法は、自動計測に好適である。

さらに、従来のマークを検出し、追跡する方法では、マークの一部が記録されない場合には、初期弾道の測定精度が著しく低下することが知られているが、本実施例の初期弾道測定方法においては、上述の如く、画像相関法を用いているので、測定精度が低下することがない。
さらにまた、特定のマークを設けることなく、測定することができるので、測定を更に容易にすることができる。例えば、ゴルフボールには、公認球であるかを判断するために、何らかのマークが付けられている。本実施例の初期弾道測定方法は、このマークを利用することにより測定できる。

また、本実施例においては、球体であることを前提にして、画像相関法を用いて、濃度パターンを特定しているので、所定時間経過後の像における濃度パターンとの一致の推定も容易である。
なお、ゴルフボールの像において、濃度パターンを算出する領域は、１つに限定されるものではない。複数の領域について、濃度パターンを算出し、画像相関法により、その各濃度パターンと、次時刻に記録されたゴルフボールに輪郭領域における所定の相関係数以上で一致する領域を特定して、ゴルフボールの３次元空間における回転軸および回転量を求め、更に、例えば、バックスピンおよびサイドスピンを算出するようにしてもよい。これにより、測定精度を更に向上させることができる。

さらに、本実施例においては、例えば、ゴルファの打球毎に打撃方向のばらつきがあり、打球の実際の飛翔方向が、必ずしも設定された飛翔体の目標方向（飛翔方向）と一致しない場合には、打出し方向について、第１の時刻の像（ゴルフボールの像３４）と第２の時刻の像（ゴルフボールの像３２）との移動方向を水平面上に投影した線に基づいて設定してもよい。
この場合、打出角度は、第１の時刻の像（ゴルフボールの像３４）と第２の時刻の像（ゴルフボールの像３２）との移動方向と、水平面ＨＳとのなす角度で表される。このとき、ゴルフボールの３次元空間における回転軸および回転量を求める３軸は、例えば、図４に示す第１の水平軸Ｗ、垂直軸Ｖ、および前記打出し方向と平行な軸Ｈ（図示せず）の３軸とする。

次に、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の第２の実施例について説明する。
図１０は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の第２の実施例を概念的に示す平面図である。なお、図１に示す第１の実施例の初期弾道測定装置２と同様の構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図１０に示す本実施例のゴルフボールの初期弾道測定装置２ａは、図１に示す初期弾道測定装置２と比して、ミラーの配置構成が異なり、それ以外の第１の実施例の初期弾道測定装置２の構成と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
図１０に示すように、初期弾道測定装置２ａにおいては、ミラー８０、８２と、調整用ミラー８４と、ハーフミラー８６と、ＣＣＤカメラ９０と、ＣＣＤカメラ９０と接続された制御装置２２ａと、初期弾道パラメータ算出部１７とを有して構成される。

ミラー８０、８２と、調整用ミラー８４と、ハーフミラー８６と、ＣＣＤカメラ９０は本体部９２を構成し、本体部９２はケース２０ａに収納され携帯可能となっている。制御装置２２ａはＣＣＤカメラ９０と接続され、ＣＣＤカメラ９０から出力される画像は初期弾道パラメータ算出部１７に供給されるように初期弾道パラメータ算出部１７と接続されている。また、初期弾道パラメータ算出部１７に表示装置４８が接続されている。
ケース２０ａに収納される本体部９２は、ゴルフボール８を試打するゴルファ４とゴルフボール８を挟んで対向する位置に配置される。

ミラー８０、８６は、ゴルフボール８を異なる２方向から見たゴルフボール８の像を反射するミラーで、ゴルフボール８の打ち出し方向（図１０中右方向）の異なる位置に配置されている。
ゴルフボール８は、ゴルファ４の試打によって、打ち出し方向に打ち出されるが、打ち出された直後のゴルフボール８の像は、ミラー８２で反射されてハーフミラー８６に投影され、投影されたゴルフボール８の像はハーフミラー８６を透過してＣＣＤカメラ９０に至るように構成されている。
また、打ち出された直後のゴルフボール８の像は、ミラー８０で、この後、調整用ミラー８４で反射され、調整用ミラー８４で反射されたゴルフボール８の像はさらにハーフミラー８６で反射されてＣＣＤカメラ９０に至るように構成されている。

このような２つのゴルフボール８の像が、ＣＣＤカメラ９０で撮影される場合、異なる方向から見たゴルフボール８の像が可能な限り重ならないように、ミラー８０、８２または調整用ミラー８４の配置が調整されている。
本実施例は、上記第１の実施例と異なり、ミラー８０、８２を打ち出し方向の前後方向に配置している。しかし、本実施例のミラー８０、８２の配置は、打ち出し方向の前後方向に配置することに限定されるものでなく、上述の第１の実施例と同様に鉛直方向の異なる位置に配置されてもよい。
また、本実施例は、上記第１の実施例と異なり、調整用ミラー８４を有して構成される。調整用ミラー８４を有する理由については後述する。

上述したように、本実施例では調整用ミラー８４を有する。
この調整用ミラー８４は、ミラー８０とハーフミラー８６とともに投影された像を反射するので、ＣＣＤカメラ９０で撮像するゴルフボール８の像はゴルフボール８の鏡像となる。一方、ミラー８２で反射しハーフミラー８６で透過してＣＣＤカメラ９０に至るゴルフボール８の像も鏡像となる。このように調整用ミラー８４は、ミラー８０で反射されてＣＣＤカメラ９０に至るゴルフボール８の像を鏡像とするための調整用のミラーであり、ミラー８２で反射されてＣＣＤカメラ９０に至るゴルフボール８の像と同様に鏡像となる。

このため、本実施例において、ＣＣＤカメラ９０で打ち出された直後のゴルフボール８の像をストロボ発光して実際に撮像すると、すなわち、打ち出されたゴルフボール８の像を一定の時間間隔で２回撮像すると、４つのゴルフボールの像が得られる。
この場合、調整用ミラー８４を用いて、撮像されるゴルフボール８の像は共に鏡像となり、ゴルフボール８の４つの像は同一方向に移動する。従って、各方向から撮影されるゴルフボール８の像を近接させても、各ゴルフボールの像が重なることは極めて少なくなる。

なお、本発明においては、本実施例のように撮像するゴルフボールの像をともに鏡像とする場合に限定されるものではなく、ともに正像とするように構成してもよい。さらに、調整用ミラーは、本実施例の構成のように、ミラー８０により反射される光と、ハーフミラー８６により反射される光とが交わる場所のみならず、ミラー８２とハーフミラー８６との間に配置してもよい。
また、本実施例では、調整用ミラーを１つ用いるが、調整用ミラーを奇数個用いて鏡像としてもよい。少なくとも、ミラー８０の反射によってＣＣＤカメラ９０に至るゴルフボール８の像とミラー８２の反射によってＣＣＤカメラ９０に至るゴルフボール８の像をともに鏡像または正像とするように調整用ミラーを配置することが好ましい。

なお、第１の実施例、および第２の実施例においては、ゴルフボールの第１の水平軸Ｗ方向における位置算出に２方向からのステレオ投影法を用いたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、１方向から撮影された画像を用い、この記録されたゴルフボールの輪郭領域の大きさにより、ゴルフボールの３次元空間における飛翔体の大きさを特定するようにしてもよい。

この場合、例えば、図６（ｂ）に示す校正板Ｌをピッチｐと同じ距離ｔだけ、第１の水平軸Ｗと平行な方向に移動させて、校正板Ｌを撮像する。このとき、校正板Ｌを距離ｔだけ移動させて撮像するため、直交する３軸方向に対して所定の大きさの円Ｂが等間隔な空間格子上で撮影されることになる。このときの空間格子上の各点における円Ｂの撮影画像の大きさを設定部４９に記憶する。これにより、空間格子上の各点の位置と、それに対応する円Ｂの撮影画像の大きさとの関係がわかる。よって、測定対象物の大きさを、設定部４９に設定しておけば、撮影画像から第１の水平軸Ｗ方向における位置が特定できる。このようにして、ゴルフボール（測定対象物）の３次元空間における位置が特定できる。
このため、第１の実施例および第２の実施例においては、ゴルフボールの輪郭の大きさによりゴルフボールの３次元空間における位置を特定することもできる。

次に、ゴルフボールの輪郭の大きさに基づいて、ゴルフボールの３次元空間における位置を特定する測定方法について説明する。
この場合、位置算出部４２により、ゴルフボール８の各像３２、３４、３６、３８の輪郭領域の直径が算出され、演算部４４に出力される。そして、演算部４４において、輪郭領域の直径に基づいて、第１の水平軸Ｗ方向におけるゴルフボール８の位置が特定される。これにより、ゴルフボール８の３次元的な移動方向が算出される。これ以外の測定方法は、第１の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

また、上述の第１の実施例および第２の実施例においては、２方向から見た像を記録できるものとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。
図１１（ａ）に示す平面画像７０に表されるように、例えば、ロゴ６１が印刷されたゴルフボール６０を１方向から記録されたものにも適用できる。
ここで、図１１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施例に係る飛翔体の飛翔挙動測定装置の一例の初期弾道測定装置による測定方法を工程順に示す模式図である。

図１１（ａ）において、ゴルフボールの像６０が最初に記録された画像であり、ゴルフボールの像６２が所定時間経過後に記録された画像である。この場合、ロゴ６１が所定時間経過後には、ロゴ６３の一部が欠けてしまっている。このように、ロゴ６３が、一部欠けた場合、従来の方法では、自動計測できない。

本実施例においては、ゴルフボールの像６０を、例えば、二値化処理し、ロゴ６１の部分の濃度パターンを得る。この濃度パターンは、図１１（ｂ）に示す第１の仮想球体Ｑの表面に写像されたマーク６１ａで表されるものである。このマーク６１ａを特定点（濃度パターン）とする。そして、所定時間経過後のゴルフボールの像についても、マーク６１ａを得る条件と同じ条件で、二値化処理する。この場合、図１１（ｂ）に示す第２の仮想球体ｑの表面に写像されたマーク６３ａが得られる。

本実施例においても、第１の仮想球体Ｑに回転処理を施して、この回転処理された第１の仮想球体Ｑと、第２の仮想球体ｑとの相関を画像相関法を用いて求めることにより、マーク６１ａの第２の仮想球体ｑにおける位置を特定する。これにより、ゴルフボールの３次元空間における回転軸およびこの回転軸周りの回転量を得ることができる。

そして、得られた３次元空間における回転軸およびこの回転軸周りの回転量に基づいて、例えば、ゴルフボールのバックスピンおよびサイドスピンを算出することができる。この場合においても、ゴルフボールの３次元的な打出角度および移動速度の算出ができることは言うまでもない。

なお、本実施例においても、ユーザが確認するために、図１２に示すように、マーク６１ａが設けられた輪郭画像６０ａおよびマーク６３ａが設けられた輪郭画像６２ａを有する平面画像７０ａを表示装置４８に表示させる。

また、本実施例においては、１方向からゴルフボールを撮像している。このため、ゴルフボールの３次元空間における位置は、記録されたゴルフボールの輪郭領域の大きさに基づいて特定される。この場合、上述の如く、図６（ａ）に示すように、空間格子上の各点の位置と、それに対応する円Ｂの撮影画像の大きさとの関係を求める。これにより、ゴルフボールの輪郭領域の大きさからゴルフボールの３次元空間における位置を特定することができる。

なお、上述のいずれの実施例においても、最初に記録されたゴルフボールの像と、所定時間経過後に記録されたゴルフボールの像とについて、それぞれ濃度パターンを抽出する。そして、各濃度パターンを個別に仮想球体の表面に写像する。これらの各仮想球体を画像相関法を用いて、濃度パターンの位置を特定することにより、ゴルフボールの回転量を算出している。このような特定点（濃度パターン）の一致には、公知のＰＩＶ（Particle Image Velocimetry：粒子画像流速測定法）に用いられる画像相関法を用いることができる。
また、上述のいずれの実施例においても、例えば、ゴルフボールのバックスピンおよびサイドスピンを算出することを例に説明したが、ゴルフボール（飛翔体）の３次元空間における弾道シミュレーションに利用できることは言うまでもない。
また、上述のいずれの実施例においても、濃度データは、階調数を２としたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明においては、任意の階調数の濃度データを画像特徴量とすることができる。

本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
本発明の飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法は、ゴルフボール以外の球体の飛翔体、例えば、野球のボール、またはテニスのボールなどの移動速度、移動方向、回転角速度および回転方向の測定にも同じように適用することが可能である。

また、飛翔体の３次元空間における回転軸およびこの回転軸周りの回転量により求めるものは、垂直軸Ｖ（図４参照）周りのサイドスピンおよび第１の水平軸Ｗ（図４参照）周りのバックスピンに限定されるものではない。本発明においては、飛翔体の図４に示す第２の水平軸Ｈ周りの回転量（単位時間当たりの回転数）を算出することもできる。

本発明の第１の実施例に係る飛翔体の飛翔挙動測定装置の一例である初期弾道測定装置を示す模式的側面図である。 本実施例の演算部の構成を示すブロック図である。 本実施例の初期弾道測定装置により得られた画像の一例を示す模式図である。 本実施例におけるゴルフボールの回転軸および回転量の算出方法を説明する模式的斜視図である。 本実施例の輪郭画像を示す模式図である。 （ａ）は本発明の実施例に係る初期弾道測定装置のキャリブレーション方法を説明する模式図であり、（ｂ）はキャリブレーションに用いられる複数の測定点が記録された校正板を示す模式図である。 本実施例のゴルフボールの初期弾道特性値の測定方法を説明するフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施例の初期弾道測定装置のＣＣＤカメラの動作を制御する信号のタイミングの一例を説明するタイミングチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施例の初期弾道測定装置のＣＣＤカメラの動作を制御する信号のタイミングの他の例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施例に係る飛翔体の飛翔挙動測定装置の一例である初期弾道測定装置を示す模式的側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施例に係る飛翔体の飛翔挙動測定装置の一例の初期弾道測定装置による測定方法を工程順に示す模式図である。 本実施例の輪郭画像を示す模式図である。 特許文献１におけるゴルフボールの動作の解析方法を説明する模式図である。 特許文献２におけるゴルフボールの動作の解析方法を説明する模式図である。

符号の説明

２、２ａ 初期弾道測定装置
４ ゴルファ
６ ゴルフクラブ
８ ゴルフボール
１０、１２、８０、８２ ミラー
１４、８６ ハーフミラー
１６、９０ ＣＣＤカメラ
１７ 初期弾道特性算出部
１８ 対称平面
２０、２０ａ ケース
２２、２２ａ 制御装置
３０ 平面画像
３２、３４、３６、３８ ゴルフボールの円形状の像
３３、３５、３７、３９ ゴルフボールの輪郭画像
３３ａ、３５ａ、３７ａ、３９ａ 濃度パターン
４０ 画像読取部
４２ 位置算出部
４４ 演算部
４５ 記憶部
４６ ＣＰＵ
４８ 表示装置
４９ 設定部
５０ 移動量算出手段
５２ 画像パターン算出手段
５４ 回転成分算出手段
８４ 調整用ミラー
Ｑ 第１の３次元仮想球体（第１の仮想球体）
ｑ 第２の３次元仮想球体（第２の仮想球体）

Claims (11)

1. 球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体の飛翔挙動測定装置であって、
   飛翔中の前記飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する記録部と、
   前記記録部で記録された記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像のうち、前記第１の飛翔体の画像について前記飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、前記第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における前記第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求めるとともに、前記第２の飛翔体の画像について前記飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、前記第２の輪郭領域について前記第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める画像情報算出手段と、
   前記第１の画像情報を第１の仮想球体の表面に、前記第２の画像情報を第２の仮想球体の表面に写像するとともに、第１の仮想球体に回転処理を施すことによって第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する回転量算出手段とを有することを特徴とする飛翔体の飛翔挙動測定装置。
2. さらに、前記時間間隔、および前記飛翔体の回転量に基づいて、前記飛翔体の回転速度を算出する回転速度算出手段を有する請求項１に記載の飛翔体の飛翔挙動測定装置。
3. 前記回転速度算出手段は、さらに前記飛翔体の回転量を３軸方向の成分に分解し、各軸方向における回転速度を算出する請求項２に記載の飛翔体の飛翔挙動測定装置。
4. 水平面に対して傾斜角度をもって飛翔する前記球状の飛翔体であって、
   前記３軸方向のうち、第１の軸方向は前記水平面と平行な第１の方向であり、第２の軸方向は前記水平面に垂直な第２の方向である請求項３に記載の飛翔体の飛翔挙動測定装置。
5. 前記飛翔体は、ゴルフボールであり、
   前記第１の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、バックスピンであり、
   前記第２の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、サイドスピンである請求項４に記載の飛翔体の飛翔挙動測定装置。
6. 前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が少なくとも２の濃度パターンにより表されるものであり、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が同じである請求項１〜５のいずれか１項に記載の飛翔体の飛翔挙動測定装置。
7. 飛翔中の球状の飛翔体を所定の時間間隔あけて光学的に記録する工程と、
   前記記録された記録時刻が異なる第１の飛翔体の画像および第２の飛翔体の画像のうち、前記第１の飛翔体の画像について前記飛翔体の第１の輪郭領域を検出し、前記第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における前記第１の飛翔体の画像の第１の画像情報を求める工程と、
   前記第２の飛翔体の画像について前記飛翔体の第２の輪郭領域を検出し、前記第２の輪郭領域について前記第２の飛翔体の画像の第２の画像情報を求める工程と、
   前記第１の画像情報を第１の３次元仮想球体の表面に写像し、前記第２の画像情報を第２の３次元仮想球体の表面に写像する工程と、
   前記第１の仮想球体に回転処理を施し、前記第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を算出する工程とを有することを特徴とする飛翔体の飛翔挙動測定方法。
8. 前記飛翔体の回転量を算出する工程の後工程に、さらに前記時間間隔と、前記飛翔体の回転量とに基づいて、前記飛翔体の回転速度を算出する工程を有する請求項７に記載の飛翔体の飛翔挙動測定方法。
9. 前記飛翔体の回転量を算出する工程は、さらに、前記飛翔体の回転量を３軸方向の成分に分解し、各軸方向における回転速度を算出する工程を含む請求項７または８に記載の飛翔体の飛翔挙動測定方法。
10. 前記飛翔体は、ゴルフボールであり、前記ゴルフボールは、水平面に対して傾斜角度をもって飛翔するものであり、
    前記３軸方向のうち、前記水平面と平行な第１の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、バックスピンであり、前記水平面に垂直な第２の軸方向を中心とした単位時間当たりの回転量は、サイドスピンである請求項９に記載の飛翔体の飛翔挙動測定方法。
11. 前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が少なくとも２の濃度パターンにより表されるものであり、前記第１の画像情報および前記第２の画像情報は、階調数が同じである請求項７〜１０のいずれか１項に記載の飛翔体の飛翔挙動測定方法。
    

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