JP2016086952A - 移動体の挙動計測方法および挙動計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特殊な機器を用いることなく移動体の挙動を計測すること。【解決手段】 挙動計測装置１０は、ゴルフボール２０が移動開始地点Ｐ０に配置された状態である第１の画像と、ゴルフボール２０が打撃され移動を開始した後の画像である第２の画像に基づいて移動体の挙動を計測する。移動方向は、２枚の画像における移動体の位置との変位方向から算出することができる。また、回転軸方向は２枚の画像におけるゴルフボール２０の図柄の位置および向きの差分から算出することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体の挙動を計測する挙動計測方法および挙動計測装置に関する。

従来、ゴルフボールなどの移動体の挙動を計測するにあたって、移動体で撮影した複数の画像を画像処理することによって各種の挙動を示すパラメータを算出する方法が用いられている。
ここで、計測対象となる移動体は高速で移動するため、通常のカメラでは撮影が困難である。高速で移動する移動体の画像を撮影する方法としては、フレームレートが高い高速ビデオを用いる方法の他、例えば１枚の画像を撮影する間に複数回シャッタを開閉する方法や（下記特許文献１参照）、１回シャッタを開閉する間に複数回のストロボ露光をする多重露光による方法（下記特許文献２参照）が知られている。

特開２００１−２６４０１６号公報 特開昭６３−１８６６７２号公報

しかしながら、上述した従来技術にかかる方法では、高速ビデオや多重露光ができる特殊なカメラ、ストロボと同期する回路など複雑なシステムが必要となり、計測機器が高額になるという課題がある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、特殊な機器を用いずに移動体の挙動を計測することができる移動体の挙動計測方法および挙動計測装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測方法であって、前記移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する配置検知工程と、前記移動開始地点に配置された状態の前記移動体の画像を撮影する第１の撮影工程と、前記移動体が移動を開始したことを検知する移動開始検知工程と、移動開始後の前記移動体の画像を撮影する第２の撮影工程と、ドップラーセンサを用いて前記移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を計測するドップラー計測工程と、
前記第１の撮影工程で撮影された第１の画像と、前記第２の撮影工程で撮影された第２の画像と、前記ドップラー信号とに基づいて、前記移動体の移動方向、回転軸方向およびスピン成分を算出する挙動算出工程と、を含んだことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記挙動算出工程では、前記移動体が移動開始してから前記第２の画像が撮影されるまでの経過時間と前記ドップラー信号とに基づいて前記移動体の移動速度を更に算出する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程では、同一の撮影領域内の画像を撮影し、前記挙動算出工程では、前記第１の画像における前記移動体の位置と前記第２の画像における前記移動体の位置との変位方向を前記移動方向として算出する、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記移動体は、直径が既知のボールであり、前記挙動算出工程では、前記第１の画像および前記第２の画像における前記ボールの直径の比率に基づいて、前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程における撮影方向と直交する方向の前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程では、複数台のカメラを用いて前記移動体の画像を撮影し、前記挙動算出工程では、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第１の画像に基づいて移動開始前の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第２の画像に基づいて移動開始後の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、移動開始前後における前記移動体の３次元空間上の位置の差分に基づいて前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記ドップラーセンサは複数のチャンネルを有し、前記挙動算出工程では、前記複数のチャンネルでそれぞれ得られた前記ドップラー信号に基づいて上下方向および左右方向の前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記挙動算出工程では、前記第１の画像における前記図柄の位置および向きと前記第２の画像における前記図柄の位置および向きとの差分から前記回転軸方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項８の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、前記配置検知工程では、前記ドップラーセンサによって前記打撃具による打撃挙動の開始を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、ことを特徴とする。
請求項９の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記配置検知工程では、外部から入力される配置完了信号を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、ことを特徴とする。
請求項１０の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、前記移動開始検知工程では、前記打撃具による前記移動体の打撃音を検知して前記移動体が移動を開始したことを検知する、ことを特徴とする。
請求項１１の発明にかかる移動体の挙動計測方法は、前記移動開始地点周辺の温度を検知する温度検知工程を更に含み、前記移動開始検知工程では、前記移動開始地点周辺の温度に基づいて前記移動体の移動開始したタイミングを補正する、ことを特徴とする。
請求項１２の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測装置であって、前記移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する配置検知手段と、前記移動体が移動を開始したことを検知する移動開始検知手段と、前記移動開始地点を撮影領域に含むよう配置された撮影手段と、前記配置検知手段および前記移動開始検知手段による検知結果に基づいて、前記撮影手段による撮影動作を制御する撮影制御手段と、前記移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を計測するドップラーセンサと、前記移動開始地点に配置された状態の前記移動体の画像である第１の画像と、移動開始後の前記移動体の画像である第２の画像と、前記ドップラー信号とに基づいて、前記移動体の移動方向、回転軸方向およびスピン成分を算出する挙動算出手段と、を備えることを特徴とする。
請求項１３の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記挙動算出手段は、前記移動体が移動開始してから前記第２の画像が撮影されるまでの経過時間と前記ドップラー信号とに基づいて前記移動体の移動速度を更に算出する、ことを特徴とする。
請求項１４の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記撮影手段は、同一の撮影領域で前記第１の画像および前記第２の画像を撮影し、前記挙動算出手段は、前記第１の画像における前記移動体の位置と前記第２の画像における前記移動体の位置との変位方向を前記移動方向として算出する、ことを特徴とする。
請求項１５の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記移動体は、直径が既知のボールであり、前記挙動算出手段は、前記第１の画像および前記第２の画像における前記ボールの直径の比率に基づいて、前記撮影手段の撮影方向と直交する方向の前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項１６の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記撮影手段は、複数台のカメラであり、前記挙動算出手段は、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第１の画像に基づいて移動開始前の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第２の画像に基づいて移動開始後の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、移動開始前後における前記移動体の３次元空間上の位置の差分に基づいて前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項１７の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記ドップラーセンサは複数のチャンネルを有し、前記挙動算出手段は、前記複数のチャンネルでそれぞれ得られた前記ドップラー信号に基づいて上下方向および左右方向の前記移動方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項１８の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記移動体は、全方位から視認可能な図柄を有し、前記挙動算出手段は、前記第１の画像における前記図柄の位置および向きと前記第２の画像における前記図柄の位置および向きとの差分から前記回転軸方向を算出する、ことを特徴とする。
請求項１９の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、前記配置検知手段は、前記ドップラーセンサによって前記打撃具による打撃挙動の開始を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、ことを特徴とする。
請求項２０の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記配置検知手段は、外部から入力される配置完了信号を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、ことを特徴とする。
請求項２１の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、前記移動開始検知手段は、前記打撃具による前記移動体の打撃音を検知して前記移動体が移動を開始したことを検知する、ことを特徴とする。
請求項２２の発明にかかる移動体の挙動計測装置は、前記移動開始地点周辺の温度を検知する温度検知手段を更に備え、前記移動開始検知手段は、前記移動開始地点周辺の温度に基づいて前記移動体の移動開始したタイミングを補正する、ことを特徴とする。

請求項１および請求項１２の発明によれば、移動体が移動開始地点に配置された状態を撮影した第１の画像と、移動開始後の移動体を撮影した第２の画像と、ドップラー信号とに基づいて移動体の移動方向や回転軸方向、スピン成分を算出するので、特殊な機器を用いることなく移動体の挙動を計測することができ、移動体の挙動計測にかかるコストを低減することができる。
請求項２および請求項１３の発明によれば、移動体の移動方向や回転軸方向に加えて移動速度を計測するので、より詳細な移動体の挙動情報を得ることができる。
請求項３および請求項１４の発明によれば、２枚の画像における移動体の位置の変位方向を移動方向として算出するので、画像平面内における移動方向を簡易に計測することができる。
請求項４および請求項１５の発明によれば、２枚の画像における移動体（ボール）の直径の比率に基づいて撮影方向（画像平面）と直交する方向の移動方向を算出するので、３次元空間内における移動体の移動方向を計測することができ、より詳細な移動体の挙動情報を得ることができる。
請求項５および請求項１６の発明によれば、請求項５および請求項１６の発明によれば、複数台のカメラを用いたステレオ撮影によって移動体の移動方向を算出するので、特に撮影方向（画像平面）と直交する方向の移動方向をより正確に算出することができる。
請求項６および請求項１７の発明によれば、マルチチャンネルのドップラーセンサを用いて上下方向および左右方向の移動方向を算出するので、より精度高く移動体の移動方向、特に左右方向の移動方向を計測することができる。
請求項７および請求項１８の発明によれば、２枚の画像における図柄の位置および向きの差分から回転軸方向を算出するので、ドップラーセンサ等でも測定が困難な回転軸方向を容易に計測することができる。
請求項８および請求項１９の発明によれば、打撃具による打撃挙動の開始を検知することによって移動体が移動開始地点に配置されたことを検知するので、計測者が操作等を行うことなく第１の画像を撮影することができ、計測操作を簡素化することができる。
請求項９および請求項２０の発明によれば、外部から入力される配置完了信号を検知することによって移動体が移動開始地点に配置されたことを検知するので、打撃具による打撃挙動の開始を検知するのと比較して、より確実に移動体が移動開始地点に配置されたことを検知することができる。
請求項１０および請求項２１の発明によれば、打撃具による移動体の打撃音を検知して移動体が移動を開始したことを検知するので、マイクを用いて容易かつ短時間のうちに移動体の移動開始を検知することができる。
請求項１１および請求項２２の発明によれば、移動開始地点周辺の温度に基づいて移動体の移動開始したタイミングを補正するので、移動体の移動開始したタイミングをより正確に特定することができる。

実施の形態にかかる移動体の挙動計測装置１０の概略構成を示す説明図である。 コンピュータ１８の構成を示すブロック図である。 挙動計測装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 挙動計測装置１０による処理の手順を示すフローチャートである。 撮影手段１０６による撮影画像の一例を模式的に示す説明図である。 撮影手段１０６による撮影画像の一例を模式的に示す説明図である。 温度補正の有無による誤差を示す説明図である。 ゴルフボールのスピン量を検出する原理の説明図である。 移動体をドップラーセンサ１５で計測した場合におけるドップラー信号Ｓｄをウェーブレット解析した結果を示す図である。 マルチチャンネルドップラーセンサ３０のアンテナ部３２の構成を示す正面図である。 図１０のＡ矢視図である。 図１０のＢ矢視図である。 挙動計測装置１０の他の構成例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる移動体の挙動計測方法および挙動計測装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、移動体の一例として、ゴルフクラブ２２によって打撃されて移動するゴルフボール２０を挙げて説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態にかかる移動体の挙動計測装置１０の概略構成を示す説明図である。
図１Ａは挙動計測装置１０の構成を側面から見た図であり、図１Ｂは図１Ａにおけるゴルフボール２０の周辺を上面から見た図である。
図１Ａには、ゴルフクラブ２２によってゴルフボール２０を打撃しようとする計測者（プレイヤー）Ｉが示されている。ゴルフボール２０は、地面（水平面）Ｇに差し込まれたティー２４上に載置されており、この状態でゴルフクラブ２２により打撃され、移動を開始する。すなわち、図１Ａの例では、ティー２４上のゴルフボール２０の位置が移動開始地点Ｐ０となる。
なお、ゴルフボール２０をティー２４に載置した状態で計測を行うか、地面Ｇに載置した状態で計測を行うか、すなわち、ティー２４上のゴルフボール２０の位置を移動開始地点とするか、地面Ｇ上のゴルフボール２０の位置を移動開始地点とするかは計測者Ｉの任意である。
また、符号Ｘは、ゴルフクラブ２２によってゴルフボール２０を打撃した際の目標移動方向である。以下、挙動計測装置１０が設置された空間の座標の原点を移動開始地点Ｐ０とし、目標移動方向Ｘを向き地面Ｇと平行な方向にｘ軸、重力方向と反対方向をｚ軸、ｘ軸およびｚ軸と直交する方向をｙ軸とする。なお、図１では図示の都合上、各座標軸を原点である移動開始地点Ｐ０から離れた位置に図示している。
また、符号Ｍは、ゴルフボール２０の表面に付与されたマークである。

挙動計測装置１０は、カメラ１２、照明１３、マイク１４、ドップラーセンサ１５、温度センサ１６（図３参照）、コンピュータ１８を含んで構成される。
カメラ１２は、静止画を撮影するカメラであり、ゴルフボール２０の移動開始地点Ｐ０を含む領域を撮影領域とするように設置される。本実施の形態では、カメラ１２は地面Ｇ付近に固定して設置されており、図１Ｂに示すように移動開始地点Ｐ０を含む撮影領域Ｈ内を撮影する。
カメラ１２によって撮影された画像は、後述するコンピュータ１８へと出力される。
また、カメラ１２の撮影タイミングは、後述するコンピュータ１８の撮影制御手段１０８で制御される。
照明１３は、カメラ１２の撮影タイミングに連動して点灯し、撮影領域Ｈ付近を明るくする。これにより、撮影画像にゴルフボール２０を鮮明に映すことができる。
なお、図１Ｂではカメラ１２と後述するドップラーセンサ１５との位置関係を明確にするため、照明１３の図示を省略している。
マイク１４は、周囲の音声を集音して音声信号としてコンピュータ１８へと出力される。
本実施の形態では、マイク１４はゴルフボール２０の打撃音を集音し、ゴルフボール２０の移動開始を検知するために設けられている。
なお、図１Ｂではカメラ１２と後述するドップラーセンサ１５との位置関係を明確にするため、マイク１４の図示を省略している。

ドップラーセンサ１５は、アンテナ部１５２を介して送信波Ｗ１としてのマイクロ波を移動体に向けて送信すると共に、移動体で反射された反射波Ｗ２をアンテナ部１５２を介して受信して、ドップラー信号Ｓｄを検出するものである。
ドップラー信号とは、送信波Ｗ１の周波数Ｆ１と受信波Ｗ２の周波数Ｆ２との差分の周波数Ｆ１−Ｆ２で定義されるドップラー周波数Ｆｄを有する信号である。
ドップラーセンサ１５は、市販されている種々のものが使用可能である。
なお、前記の送信波Ｗ１としては、例えば、２４ＧＨｚのマイクロ波が使用可能であり、ドップラー信号Ｓｄを得られるものであれば送信波Ｗ１の周波数は限定されない。
ドップラーセンサ１５のアンテナ部１５２は指向性を有しており、本実施の形態では、アンテナ部１５２の指向方向Ｎがゴルフボール２０の目標移動方向Ｘ（ｘ軸）と一致するように設置される。すなわち、ドップラーセンサ１５は移動開始地点Ｐ０の後方に、アンテナ部１５２を目標移動方向Ｘに向けて設置される。
なお、実施の形態１では、ドップラーセンサ１５のチャンネル数は１（アンテナ部１５２が１つ）である。
また、図１Ａではｘ軸方向から挙動計測装置１０を図示しているので、ドップラーセンサ１５の図示を省略している。

温度センサ１６（図３参照）は、計測が行われる地点、すなわちゴルフボール２０の移動開始地点Ｐ０周辺の温度を検知する。
温度センサ１６によって検知された温度は、後述するコンピュータ１８へと出力される。
本実施の形態では、温度センサ１６はマイク１４で集音した打撃音の発生時刻をより正確に推定するために設けられている。

コンピュータ１８は、他のカメラ１２やマイク１４等の他の構成部から出力される情報を用いてゴルフボール２０の挙動データを算出する。
図２は、コンピュータ１８の構成を示すブロック図である。
コンピュータ１８は、ＣＰＵ１８０２と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ１８０４、ＲＡＭ１８０６、ハードディスク装置１８０８、ディスク装置１８１０、キーボード１８１２、マウス１８１４、ディスプレイ１８１６、プリンタ１８１８、入出力インターフェース１８２０などを有している。
ＲＯＭ１８０４は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ１８０６はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置１８０８はゴルフボール２０の挙動の計測を行うための専用のプログラム（挙動計測プログラム）を格納している。
ディスク装置１８１０はＣＤやＤＶＤなどの記録媒体に対してデータの記録および／または再生を行うものである。
キーボード１８１２およびマウス１８１４は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ１８１６はデータを表示出力するものであり、プリンタ１８１８はデータを印刷出力するものであり、ディスプレイ１８１６およびプリンタ１８１８によってデータを出力する。
入出力インターフェース１８２０は、カメラ１２、マイク１４、ドップラーセンサ１５、温度センサ１６等との間でデータの授受を行うものである。

なお、コンピュータ１８としてスマートホンやタブレット等の小型情報機器を用いてもよい。
また、図１ではドップラーセンサ１５やカメラ１２等と、コンピュータ１８とを配線で接続して図示しているが、これらの機器間の通信を無線通信で行ってもよい。
また、コンピュータ１８（スマートホンやタブレット等を含む）がカメラ１２やマイク１４を備えている場合には、コンピュータ１８が備えるカメラ１２やマイク１４を用いて画像の撮影や音声の集音を行ってもよい。この場合、挙動計測装置１０を構成する機器の数を少なくして、機器の設置の手間やスペースを省くことができる。

図３は、挙動計測装置１０の機能的構成を示すブロック図である。
挙動計測装置１０は、機能的には、配置検知手段１０２、移動開始検知手段１０４、撮影手段１０６、撮影制御手段１０８、挙動算出手段１１０、温度検知手段１１２によって構成される。
これらの構成のうち、撮影制御手段１０８および挙動算出手段１１０は、上述したコンピュータ１８のＣＰＵ１８０２が挙動計測プログラムを実行することによって実現する。

配置検知手段１０２は、移動体であるゴルフボール２０が移動開始地点に配置されたことを検知する。
本実施の形態のようにゴルフボール２０の移動開始地点がティー２４上である場合、配置検知手段１０２は、ゴルフボール２０がティー２４上に配置されたことを検知する。
本実施の形態では、例えばドップラーセンサ１５によって配置検知手段１０２を実現する。
上述のように、ドップラーセンサ１５は、図１Ｂに示すように移動開始地点Ｐ０の後方に、アンテナ部１５２を目標移動方向Ｘに向けて設置される。よって、ドップラーセンサ１５では、ｘ軸に沿った移動体の接近（ドップラー信号の周波数変化）を計測可能である。
ここで、計測者Ｉがアドレス姿勢を取ってバックスイングを行うと、ゴルフクラブ２２がｘ軸にほぼ沿って移動するため、ドップラーセンサ１５でドップラー信号の周波数変化が検知される。計測者Ｉがティー２４（移動開始位置Ｐ０）周辺でスイング動作を行う場合、ゴルフボール２０がティー２４に設置されていることが予測される。よって、ドップラーセンサ１５でゴルフクラブ２２の接近を検知することによって、ゴルフボール２０がティー２４上に配置されている、すなわち移動開始地点に配置されたことを検知することができる。
すなわち、移動体であるゴルフボール２０は、打撃具であるゴルフクラブ２２によって打撃されることによって移動を開始し、配置検知手段１０２は、打撃具であるゴルフクラブ２２による打撃挙動（スイング）の開始を検知することにより、移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する。

また、配置検知手段１０２は、外部から入力される配置完了信号を検知することにより、移動体が移動開始地点に配置されたことを検知するものであってもよい。
すなわち、ゴルフボール２０をティー２４上に配置したことを計測者Ｉがコンピュータ１８のキーボード１８１２を用いて入力したり、専用のリモコンやスイッチ等を用いて入力したりしてもよい。

移動開始検知手段１０４は、移動体であるゴルフボール２０が移動を開始したことを検知する。
本実施の形態では、マイク１４によってゴルフボール２０の打撃音を集音し、ゴルフボール２０の移動開始を検知する。すなわち、移動開始検知手段１０４は、打撃具による移動体の打撃音を検知して移動体が移動を開始したことを検知する。
なお、マイク１４には計測者Ｉの話し声等、様々な音声が集音されるため、予めゴルフボール２０の打撃音を示す周波数帯を特定しておき、音声認識を用いてこの周波数帯の音声が集音されたことを識別することによって、ゴルフボール２０が移動を開始したことを検知してもよい。

また、移動開始検知手段１０４は、マイク１４に限らず、通過検知センサであってもよい。
具体的には、ゴルフボール２０の設置位置の前方が検知エリアとなるように通過検知センサを設置し、検知エリア内をゴルフボール２０またはゴルフクラブ２２が通過したことを検知することにより、ゴルフボール２０が移動を開始したことを検知してもよい。
すなわち、移動体の移動経路上を検知領域とする通過検知センサを用いて移動体が移動を開始したことを検知するようにしてもよい。
この場合、通過検知センサの検知エリアは、後述する撮影手段１０６の撮影領域内にゴルフボール２０が位置するうちに撮影が行えるように、ティー２４のごく近傍に設定するのが好ましい。

撮影手段１０６は、移動体の移動開始地点Ｐ０を撮影領域に含むよう配置され、撮影領域内の画像を撮影する。
上述のように、本実施の形態ではカメラ１２が撮影手段１０６を構成し、移動開始地点Ｐ０であるティー２４上を含むように撮影領域Ｈが設定されている。
撮影手段１０６は、高速ビデオ等の特殊なカメラである必要はなく、後述する撮影制御手段１０８による撮影タイミング制御によって画像（静止画）が撮影できればよい。

撮影制御手段１０８は、配置検知手段１０２および移動開始検知手段１０４による検知結果に基づいて、撮影手段１０６による撮影動作を制御する。
より詳細には、撮影制御手段１０８は、配置検知手段１０２でゴルフボール２０が移動開始地点に配置されたと検知された場合、移動開始地点に配置された状態のゴルフボール２０の画像（第１の画像）を撮影するように撮影手段１０６を制御する。また、撮影制御手段１０８は、移動開始検知手段１０４によってゴルフボール２０が移動を開始したことを検知された場合、移動開始後のゴルフボール２０の画像（第２の画像）を撮影するように撮影手段１０６を制御する。
これにより、ゴルフボール２０の移動開始前後（打ち出し前後）の２枚の画像が得られる。

挙動算出手段１１０は、移動開始地点Ｐ０に配置された状態の移動体の画像である第１の画像と、移動開始後の移動体の画像である第２の画像と、ドップラー信号とに基づいて、移動体の移動方向、回転軸方向およびスピン成分を算出する。
また、挙動算出手段１１０は、移動体が移動開始してから第２の画像が撮影されるまでの経過時間と、ドップラー信号とに基づいて移動体の移動速度を更に算出する。
挙動算出手段１１０は、移動方向算出手段１１０２、回転軸方向算出手段１１０４、移動速度算出手段１１０６、スピン成分算出手段１１０８を備える。これらは、移動体の挙動情報である、移動方向、回転軸方向、移動速度およびスピン成分をそれぞれ算出する。

ここで、挙動算出手段１１０による挙動情報の算出方法について説明する。
図５は、撮影手段１０６による撮影画像の一例を模式的に示す説明図である。
図５Ａは第１の画像を示し、移動開始地点に配置された状態のゴルフボール２０を撮影したものであり、図５Ｂは第２の画像を示し、移動開始後のゴルフボール２０を撮影したものである。また、図５Ｃは図５Ｂからゴルフボール２０以外の要素を消去した上で、図５Ａおよび図５Ｂを重畳している。
また、図６も、撮影手段１０６による撮影画像の一例を模式的に示す説明図であり、図６Ａは図５Ａと同一の図、図６Ｂはゴルフボール２０がカメラ１２に対して近づく方向（ｙ座標プラス方向）に移動した場合の画像であり、図６Ｃはゴルフボール２０がカメラ１２に対して遠ざかる方向（ｙ座標マイナス方向）に移動した場合の画像である。

［移動方向の算出方法］
まず、上下方向（ｘ−ｚ平面上）における移動方向θｈの算出方法について説明する。
図５Ｃに示すように、第１の画像におけるゴルフボール２０の中心点Ｐ１と第２の画像におけるゴルフボール２０の中心点Ｐ２とを結ぶ線分Ｌ１と、第１の画像におけるゴルフボール２０の中心点Ｐ１を通り地面Ｇと平行な線分Ｌ２とがなす角θｈによって、上下方向（ｘ−ｚ平面上）の移動方向を特定することができる。
すなわち、挙動算出手段１１０は、第１の画像における移動体の位置と第２の画像における移動体の位置との変位方向を移動方向として算出する。
なお、カメラ１２の光軸が地面Ｇと平行でなく、上下方向に傾いている場合は、当該傾きを補正した上で上下方向の移動方向θｈを算出する。

つぎに、左右方向（ｘ−ｙ平面上）における移動方向θｗの算出方法について説明する。
ゴルフボール２０が目標移動方向Ｘに対して左右方向に傾いて移動している場合には、図６に示すように移動開始前後で画像上のゴルフボール２０の直径が異なる。
図６の例では、図６Ａの移動開始前のゴルフボール２０の直径Ｒ０に対して、図６Ｂのようにゴルフボール２０がカメラ１２に対して近づく方向に移動した場合には直径Ｒ１が大きくなり（Ｒ１＞Ｒ０）、図６Ｃのようにゴルフボール２０がカメラ１２に対して遠ざかる方向に移動した場合には直径Ｒ２が小さくなる（Ｒ２＜Ｒ０）。
カメラ１２の撮影倍率および画角は既知であるので、移動開始前後のゴルフボール２０の直径の差分に基づいて、左右方向（ｘ−ｙ平面上）の移動方向θｗを特定することができる。
例えば、図６Ｂのようにゴルフボール２０がカメラ１２に対して近づく方向（ｙ座標プラス方向）に移動した場合には、画像上のゴルフボール２０の直径が大きいほどカメラ１２方向に大きく曲がっていることになる。また、図６Ｃのようにゴルフボール２０がカメラ１２に対して遠ざかる方向（ｙ座標マイナス方向）に移動した場合には、画像上のゴルフボール２０の直径が小さいほどカメラ１２と反対方向に大きく曲がっていることになる。
すなわち、挙動算出手段１１０は、第１の画像および第２の画像におけるゴルフボールの直径の比率に基づいて、カメラ１２の撮影方向と直交する方向の移動方向を算出する。

また、移動方向θｗを算出する他の方法として、複数台のカメラ１２を用いたステレオ計測をおこなってもよい。
図１３は、挙動計測装置１０の他の構成例を示す説明図である。
図１３では、ゴルフボール２０の移動開始地点Ｐ０を含む領域を撮影領域とするように２台のカメラ１２Ａ，１２Ｂが設置されている。カメラ１２Ａ，１２Ｂの位置や撮影方向（向き）や撮影倍率などのカメラパラメータは、予め特定されている。
このカメラ１２Ａ，１２Ｂで、それぞれ同時にゴルフボール２０の移動開始前後（打ち出し前後）の画像を撮影する。
そして、それぞれのカメラ１２Ａ，１２Ｂで撮影した画像上におけるゴルフボール２０の位置を特定し、上記のカメラパラメータを用いて移動開始前後におけるゴルフボール２０の３次元空間上の位置を特定する。この移動開始前後におけるゴルフボール２０の３次元空間上の位置の差分からゴルフボール２０の移動方向θｗを算出することができる。
すなわち、複数台のカメラ１２Ａ，１２Ｂでそれぞれ撮影された複数の第１の画像に基づいて移動開始前の移動体の３次元空間上の位置を特定し、複数台のカメラ１２Ａ，１２Ｂでそれぞれ撮影された複数の第２の画像に基づいて移動開始後の移動体の３次元空間上の位置を特定し、移動開始前後における移動体の３次元空間上の位置の差分に基づいて移動方向を算出するようにしてもよい。
このように、複数台のカメラを用いて撮影することによって、ゴルフボール２０の移動方向θｗをより精度高く算出することができる。

［回転軸方向の算出方法］
つぎに、回転軸方向の算出方法について説明する。
図５に示すように、ゴルフボール２０にはマークＭが付加されている。移動開始前後のゴルフボール２０のマークＭの位置および方向に基づいて、ゴルフボール２０の回転軸方向を特定することができる。
回転軸方向は、例えば移動方向と同様に、上下方向における回転軸の傾きと左右方向における回転軸の傾きとによって表すことができる。
なお、ゴルフボール２０に付加するマークＭは、ゴルフボール２０がどの方向に回転しても画像上に写るような図柄にするのが好ましい。このような図柄としては、例えば図５等のようにゴルフボール２０の全周に渡って描かれた線分など従来公知の様々な図柄を用いることができる。
すなわち、移動体は全方位から視認可能な図柄を有し、挙動算出手段１１０は、第１の画像における図柄の位置および向きと第２の画像における図柄の位置および向きとの差分から回転軸方向を算出する。

［移動速度の算出方法］
つづいて、移動速度の算出方法について説明する。
移動速度の算出には、＜１＞ドップラー信号を用いた方法と＜２＞画像を用いた方法とがある。

＜１＞ドップラー信号を用いた方法
従来から知られているように、ドップラー周波数Ｆｄは式（１）で表される。
Ｆｄ＝Ｆ１−Ｆ２＝２・Ｖ・Ｆ１／ｃ （１）
ただし、Ｖ：ゴルフボール２０の速度、ｃ：光速（３・１０８ｍ／ｓ）
したがって、式（１）をＶについて解くと、式（２）となる。
Ｖ＝ｃ・Ｆｄ／（２・Ｆ１） （２）
すなわち、ゴルフボール２０の速度Ｖは、ドップラー周波数Ｆｄに比例することになる。
したがって、ドップラー信号Ｓｄからドップラー周波数Ｆｄの周波数成分を検出し、検出したドップラー周波数成分から式（２）に基づいてゴルフボール２０の速度Ｖを求めることができる。
ここで、式（２）によって得られるゴルフボール２０の速度Ｖは、アンテナ部１５２の指向方向と一致する方向（ｘ軸方向）の速度成分である。よって、カメラ１２で撮影した画像から算出したゴルフボール２０の移動方向に基づいて、ゴルフボール２０の真の移動方向を算出することができる。
なお、例えば上記式（２）によって得られる移動速度と、移動方向毎に実測された（真の）ゴルフボール２０の移動速度との間の相関関係を予め取得しておき、それら２つの相関関係に基づいてゴルフボール２０の移動速度を求めることも可能である。

＜２＞画像を用いた方法
上述した移動方向および回転軸方向の算出は移動開始前後の２枚の画像のみで行うことができるが、画像を用いて移動速度を算出するには、移動体が移動を開始してから第２の画像を撮影するまでの経過時間を特定する必要がある。
移動速度の算出には、まずゴルフボール２０の移動距離を算出する。上述のようにカメラ１２の撮影倍率は既知であるので、画像上の距離と実空間上の距離との比率は既知であり、第１の画像におけるゴルフボール２０の位置（移動開始地点）と第２の画像におけるゴルフボール２０の位置との間の距離から移動距離の上下方向成分を算出することができる。
また、移動距離の上下方向成分と左右方向（ｘ−ｙ平面上）の移動方向θｗとから、移動距離の左右方向成分を算出することができる。
移動距離の上下方向成分および左右方向成分から、移動体の直線移動距離を算出することができる。

つぎに、移動体が移動を開始した時刻を特定する。移動開始検知手段１０４がマイク１４である場合、マイク１４によって打撃音を検知した時刻を移動体が移動を開始した時刻とすることができる。
この時、移動開始地点とマイク１４と間の距離を音速で除した値を打撃音がマイク１４に到達するまでの遅れ時間として算出し、この遅れ時間をマイク１４によって打撃音を検知した時刻から差し引いてもよい。

さらに、移動開始地点周辺の温度を検知する温度検知手段１１２である温度センサ１６の測定温度を用いて音速値を補正してもよい。すなわち、一般的に用いられる音速Ｃ＝３３１．５＋０．６１ｔ（ｔは摂氏温度）等の式を用いて実際の音速により近い値を算出し、打撃音がマイク１４に到達するまでの時間を算出してもよい。これにより、更に精度高く移動体が移動開始した時刻を特定することができる。
図７は、温度補正の有無による誤差を示す説明図である。
図７Ａには、マイク１４と移動開始地点Ｐ０との間の距離が０．５ｍである場合に、移動開始地点Ｐ０で発生した打撃音がマイク１４に到達するまでの所要時間を示している。なお、図７では音速値の小数点以下の値を省略している。
音速値は、気温０℃の場合３３１ｍ／ｓであり、気温３５℃の場合３５２ｍ／ｓである。
よって、打撃音がマイク１４に到達するまでの所要時間は、気温０℃で１．５１ｍｓ、気温３５℃で１．４２ｍｓとなる。
図７Ｂは、ゴルフボール２０の移動速度別に推定される誤差を示している。
例えば、ゴルフボール２０の移動速度が４０ｍ／ｓの場合、打撃音がマイク１４に到達するまでの所要時間（図７Ａ参照）内にゴルフボール２０が移動する距離は、気温０℃で６０．４ｍｍ（１．５１ｍｓで移動する距離）、気温３５℃で５６．８ｍｍ（１．４２ｍｓで移動する距離）となる。
ここで、上記のような音速値の温度補正を行わなかった場合、上記の移動距離は気温０℃と同様に１．５１ｍｓで移動する距離として計算される。すなわち、気温３５℃では、１．４２ｍｓで移動した距離が１．５１ｍｓで移動する距離として計算され、実際よりも速度が遅いように計算される。
具体的には、気温０℃では４０．０ｍ／ｓと正しい移動速度が算出される一方で、気温３５℃では３７．６ｍ／ｓと算出され、実際よりも２．４ｍ／ｓ遅い値に（−２．４ｍ／ｓ）移動速度が算出される。
このような誤差はゴルフボール２０の移動速度が速いほど大きくなり、速度８０ｍ／ｓでは−４．８ｍ／ｓにもなる。
本願のような温度補正を行うことによって、上記のような誤差を防止し、より精度よく移動速度を算出することができる。

そして、カメラ１２で第２の画像を撮影した時刻を特定すれば、移動体が移動開始してから第２の画像が撮影されるまでの経過時間を特定することができる。第２の画像を撮影した時刻は、撮影制御手段１０８がカメラ１２に撮影を指示した時刻またはカメラ１２で記録した第２の画像の撮影時刻であり、これらは略同一である。
このように算出したゴルフボール２０の移動距離を、ゴルフボール２０が移動を開始してから第２の画像を撮影するまでの経過時間で除すことによって、２枚の画像からゴルフボール２０の移動速度を算出することができる。

［スピン成分の算出方法］
つづいて、スピン成分の算出方法について説明する。
ゴルフボール２０のスピン成分には、サイドスピン成分とバックスピン成分とがある。上述のように、カメラ１２で撮影した画像からゴルフボール２０の回転軸方向は既知であるので、ドップラー信号から移動体のスピン量（スピン総量）を計測し、回転軸の方向成分（上下方向および左右方向）にスピン量を分割することにより、スピン成分を算出することができる。
図８は、ゴルフボールのスピン量を検出する原理の説明図である。
ゴルフボール２０の表面のうち、送信波Ｗ１の送信方向となす角度が９０度に近い表面の部分である第１部分Ａでは送信波Ｗ１が効率よく反射され、したがって、第１部分Ａでは反射波Ｗ２の強度が高い。
一方、ゴルフボールの表面のうち、送信波Ｗ１の送信方向となす角度が０度に近い表面の部分である第２部分Ｂ、第３部分Ｃでは送信波Ｗ１が効率よく反射されず、したがって、第２、第３部分Ｂ、Ｃでは反射波Ｗ２の強度が低い。
第２部分Ｂは、ゴルフボール２のスピンによって移動する方向とゴルフボールの移動方向とが反対向きとなる部分である。
第３部分Ｃは、ゴルフボール２のスピンによって移動する方向とゴルフボールの移動方向とが同じ向きとなる部分である。
第１部分Ａで反射される反射波Ｗ２に基づいて検出される速度を第１部分速度Ｖａ、第２部分Ｂで反射される反射波Ｗ２に基づいて検出される速度を第２部分速度Ｖｂ、第３部分Ｃで反射される反射波Ｗ２に基づいて検出される速度を第３部分速度Ｖｃとする。
すると、以下の式（３）〜（５）が成立する。
Ｖａ＝Ｖα（３）
Ｖｂ＝Ｖａ−ωｒ（４）
Ｖｃ＝Ｖｂ＋ωｒ（５）
（ただし、Ｖαはゴルフボール２０の移動速度、ωは角速度（ｒａｄ／ｓ）、ｒはゴルフボール２０の半径）
したがって、式（３）に基づいて第１部分速度Ｖａからゴルフボール２０の移動速度Ｖαを算出でき、式（４）または式（５）に基づいて、第２、第３部分速度Ｖｂ，Ｖｃから角速度ωが求められるので、角速度ωからスピン量を算出できることになる。

つぎに、第１〜第３部分速度Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの計測について説明する。
図９は、移動体をドップラーセンサ１５で計測した場合におけるドップラー信号Ｓｄをウェーブレット解析した結果を示す図である。
横軸は時間ｔ（ｍｓ）、縦軸はドップラー周波数Ｆｄ（ｋＨｚ）および移動体の移動速度Ｖ（ｍ／ｓ）を示す。また、横軸における時刻ｔ０は、移動体が打ち出された時刻を示す。
このような線図は、たとえば、ドップラー信号Ｓｄをサンプリングしてデジタルオシロスコープに取り込んでデジタルデータに変換し、該デジタルデータをコンピュータ１８などを用いてウェーブレット解析、あるいは、ＦＦＴ解析することで得られる。
図９に示す周波数分布において、ハッチングで示した部分はドップラー信号Ｓｄの強度が大きく、実線で示した部分はドップラー信号Ｓｄの強度がハッチングで示した部分よりも小さいことを示している。
したがって、符号ＤＡで示す周波数分布は、信号強度が強く、第１部分速度Ｖａに対応する部分である。
符号ＤＢで示す周波数分布は、周波数分布ＤＡよりも信号強度が低く、第２部分速度Ｖｂに対応する部分である。
符号ＤＣで示す周波数分布は、周波数分布ＤＡよりも信号強度が低く、第３部分速度Ｖｃに対応する部分である。
したがって、ドップラー信号Ｓｄの強度を周波数について解析することにより、周波数分布ＤＡ、ＤＢ、ＤＣを特定し、それぞれの周波数分布ＤＡ、ＤＢ、ＤＣから前記式（３）〜（５）の原理を用いることによって、第１〜第３部分速度Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを時系列データとして得ることができるのである。

図４は、挙動計測装置１０による処理の手順を示すフローチャートである。
挙動計測装置１０は、まずドップラーセンサ１５（配置検知手段１０２）による計測を開始し（ステップＳ４００）、移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する（ステップＳ４０２：配置検知工程）。本実施の形態では、ドップラー信号によりゴルフクラブ２２のスイング開始が検知された場合に移動体が移動開始地点に配置されたと判断する。
移動体が移動開始地点に配置されると（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、撮影制御手段１０８が撮影手段１０６に画像撮影を指示し、移動体が移動開始地点にある状態を第１の画像として撮影する（ステップＳ４０４：第１の撮影工程）。
つぎに、挙動計測装置１０は、移動開始検知手段１０４によって移動体が移動を開始したことを検知する（ステップＳ４０６：移動開始検知工程）。
移動体が移動を開始すると（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、撮影制御手段１０８が撮影手段１０６に画像撮影を指示し、移動体が移動している状態を第２の画像として撮影する（ステップＳ４０８：第２の撮影工程）。また、この間もドップラー信号の計測も継続して行う。
つづいて、挙動算出手段１１０によって、ドップラー信号および２枚の画像から移動方向、回転軸方向、移動速度、スピン成分など、移動体の挙動を算出する（ステップＳ４１０：挙動算出工程）。
そして、算出した挙動情報をディスプレイ１８１６や印刷紙等に表示して（ステップＳ４１２）、本フローチャートによる処理を終了する。

以上説明したように、実施の形態にかかる移動体の挙動計測装置１０は、ゴルフボール２０が移動開始地点Ｐ０に配置された状態を撮影した第１の画像と、移動開始後のゴルフボール２０を撮影した第２の画像と、ドップラー信号とに基づいてゴルフボール２０の移動方向や回転軸方向、スピン成分、移動速度を算出するので、特殊な機器を用いることなくゴルフボール２０の挙動を計測することができ、ゴルフボール２０の挙動計測にかかるコストを低減することができる。
また、挙動計測装置１０は、２枚の画像におけるゴルフボール２０の位置の変位方向を移動方向として算出するので、画像平面内における移動方向を簡易に計測することができる。
また、挙動計測装置１０は、２枚の画像におけるゴルフボール２０の直径の比率に基づいて撮影方向（画像平面）と直交する方向の移動方向を算出するので、３次元空間内における移動体の移動方向を計測することができ、より詳細な移動体の挙動情報を得ることができる。
また、挙動計測装置１０は、２枚の画像におけるゴルフボール２０の図柄の位置および向きの差分から回転軸方向を算出するので、ドップラーセンサ等でも測定が困難な回転軸方向を容易に計測することができる。
また、挙動計測装置１０は、ゴルフクラブ２２による打撃挙動の開始を検知することによってゴルフボール２０が移動開始地点Ｐ０に配置されたことを検知するので、計測者が操作等を行うことなく第１の画像を撮影することができ、計測操作を簡素化することができる。
また、挙動計測装置１０において、外部から入力される配置完了信号を検知することによってゴルフボール２０が移動開始地点Ｐ０に配置されたことを検知するようにすれば、ゴルフクラブ２２による打撃挙動の開始を検知するのと比較して、より確実にゴルフボール２０が移動開始地点Ｐ０に配置されたことを検知することができる。
また、挙動計測装置１０は、ゴルフクラブ２２によるゴルフボール２０の打撃音を検知してゴルフボール２０が移動を開始したことを検知するので、マイク１４を用いて容易かつ短時間のうちにゴルフボール２０の移動開始を検知することができる。
また、挙動計測装置１０において、移動開始地点Ｐ０周辺の温度に基づいてゴルフボール２０の移動開始したタイミングを補正するようにすれば、ゴルフボール２０の移動開始したタイミングをより正確に特定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、チャンネル数が１のドップラーセンサ１５を用いて計測を行ったが、実施の形態２ではチャンネル数が複数（マルチチャンネル）のドップラーセンサを用いて計測を行う。
マルチチャンネル）のドップラーセンサを用いると、単チャンネルのドップラーセンサと比較して移動体の移動速度およびスピン量の計測精度を向上させることができるとともに、移動体の移動方向を算出することができる。

図１０は、マルチチャンネルドップラーセンサ３０のアンテナ部３２の構成を示す正面図、図１１は図１０のＡ矢視図、図１２は図１０のＢ矢視図である。
図１０に示すマルチチャンネルドップラーセンサ３０は、４つのアンテナ３４Ａ〜３４Ｄを有する４チャンネルドップラーセンサである。
第１〜第４アンテナ３４Ａ〜３４Ｄは同形同大の指向性アンテナで構成され、このような指向性アンテナとしてホーンアンテナを使用している。
指向性アンテナとしては、ホーンアンテナ以外のパラボラアンテナ、パッチアンテナなどの従来公知のさまざまな指向性アンテナを使用可能である。
図１０〜図１２に示すように、第１〜第４アンテナ３４Ａ〜３４Ｄは、ケース３６に収容保持されている。
ケース２６は、矩形状の本体部２６０２と、脚部２６０４とを含んで構成されている。
第１〜第４のアンテナ３４Ａ〜３４Ｄは、前記の開口を介して前方を向いた状態で取着され、本体部２６０２内に収容されている。
本体部２６０２の開口は、送信波Ｗ１および反射波Ｗ２の透過が可能な材料で形成された図示しないカバーによって覆われており、第１〜第４のアンテナ３４Ａ〜３４Ｄの防塵および保護が図られている。
本実施の形態では、図１０に示すように正面から見て第１〜第４のアンテナ３４Ａ〜３４Ｄは本体部２６０２の４つの角部近傍に配置されている。すなわち、本体部２６０２の右下寄りの箇所に第１アンテナ３４Ａが配置されている。右上寄りの箇所に第２アンテナ３４Ｂが配置されている。左下寄りの箇所に第３アンテナ３４Ｃが配置されている。左上寄りの箇所に第４アンテナ３４Ｄが配置されている。

ここで、第１〜第４のアンテナ３４Ａ〜３４Ｄのそれぞれの利得が最大となる方向に沿って延在する直線を各アンテナの指向方向を示す第１〜第４の仮想軸ＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、ＬＤとする。
図１０、図１１に示すように、側面視した状態で第１、第２のアンテナ３４Ａ、３４Ｂは鉛直方向に間隔ｄＶをおいて配置され、第１、第２の仮想軸ＬＡ、ＬＢが単一の鉛直平面上を延在している。
本実施の形態では、第２の仮想軸ＬＢが水平方向に延在し、かつ、第１の仮想軸ＬＡが水平方向に対して上方に傾斜した方向に延在している。したがって、第１、第２の仮想軸ＬＡ、ＬＢが交差するように配置されている。
第３、第４のアンテナ３４Ｃ、３４Ｄも、第１、第２のアンテナ３４Ａ、３４Ｂと同様に鉛直方向に間隔ｄＶ（第１の間隔）をおいて配置され、第３、第４の仮想軸ＬＣ、ＬＤが単一の鉛直平面上を延在している。
本実施の形態では、第４の仮想軸ＬＤが水平方向に延在し、かつ、第３の仮想軸ＬＣが水平方向に対して上方に傾斜した方向に延在している。したがって、第３、第４の仮想軸ＬＣ、ＬＤが交差するように配置されている。

図１０、図１２に示すように、平面視した状態で、第２、第４のアンテナ３４Ｂ、３４Ｄは、水平方向に間隔ｄＨをおいて配置され、第２、第４の仮想軸ＬＢ、ＬＤが単一の水平面上を延在している。
本実施の形態では、第２、第４のアンテナ３４Ｂ、３４Ｄの仮想軸ＬＢ、ＬＤが前後方向に対してそれぞれ内方に傾斜した方向に延在している。したがって、第２、第４の仮想軸ＬＢ、ＬＤが交差するように配置されている。
第１、第３のアンテナ３４Ａ、３４Ｃは、水平方向に間隔ｄＨをおいて配置されている。
第１、第３の仮想軸ＬＡ、ＬＣも第２、第４の仮想軸ＬＢ、ＬＤと同様に前後方向に対してそれぞれ内方に４度傾斜した方向に延在している。したがって、第１、第３の仮想軸ＬＡ、ＬＣが交差するように配置されている。

第１〜第４のアンテナ３４Ａ〜３４Ｄは、それぞれの指向方向に沿った方向のドップラー信号Ｓｄａ〜Ｓｄｄを計測する。よって、マルチチャンネルドップラーセンサ３０では４つのドップラー信号Ｓｄａ〜Ｓｄｄを得ることができ、この４つのドップラー信号Ｓｄａ〜Ｓｄｄから第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤを算出することができる。
この場合、移動方向算出手段１１０２では、例えば予め得られている第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤと、実測されたゴルフボール２０の移動方向との相関関係に基づいて、第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤから移動方向を算出する。
より詳細には、まず、専用のボール打ち出し装置（スイングロボットまたはエアキャノン）によって基準位置（例えば移動開始地点Ｐ０）に位置するゴルフボール２０を、さまざまな方向に打ち出す。言い換えると、左右角度（左右方向の移動方向）θｗおよび上下角度（上下方向の移動方向）θｈを異ならせて発射する。
そして、ゴルフボール２０の移動方向を高精度に計測可能な基準計測器によってゴルフボール２０の左右角度θｗおよび上下角度θｈを計測し、左右角度θｗおよび上下角度θｈの実測データを取得する。
このような基準計測器として、例えば、特許第４１０４３８４号に開示されているような従来公知のさまざまな測定装置が使用可能である。
また、左右角度θｗおよび上下角度θｈの計測と同時に、マルチチャンネルドップラーセンサ３０によって第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤを取得する。すなわち、左右角度θｗおよび上下角度θｈの実測データに対応する第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤを取得する。

実測して得た第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤと実測して得たゴルフボール２０の移動方向との相関関係については以下のように求める。
本実施の形態では、鉛直方向において間隔ｄＶをおいて配置された２つのアンテナを用いて実測して得た２つの速度の差分と、実測して得たボール２の上下角度θｙとの相関関係に基づいて上下角度θｙを算出する。
より詳細には、第１、第２のアンテナ３４Ａ、３４Ｂを用いて実測して得た第１、第２の速度ＶＡ、ＶＢの差分ΔＶＡＢ＝ＶＡ−ＶＢと第３、第４のアンテナ３４Ｃ、３４Ｄとを用いて得た第３、第４の速度ＶＣ、ＶＤの差分ΔＶＣＤ＝ＶＣ−ＶＤとの平均値（ΔＶＡＢ＋ΔＶＣＤ）／２を、第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤの平均値ΔＶＡＶＥで除算した第１の値Ｄ１＝（（ΔＶＡＢ＋ΔＶＣＤ）／２）／ΔＶＡＶＥを算出する。
また、予め実測して得た第１の値Ｄ１と、実測して得たゴルフボール２０の上下角度ｈｙとの相関関係に基づいて、第１の値Ｄ１から上下角度θｈを算出する。
このように２組のアンテナを用いて得た２つの速度の差分の平均値から上下角度θｈを算出することにより上下角度θｈの値をより精度よく安定して求める上で有利となる。

また、本実施の形態では、水平方向において間隔ｄＨをおいて配置された２つのアンテナを用いて実測して得た２つの速度の差分と、実測して得たボール２の左右角度θｗとの相関関係に基づいて左右角度θｗを算出する。
すなわち、第１、第３のアンテナ３４Ａ、３４Ｃを用いて得た第１、第３の速度ＶＡ、ＶＣの差分ΔＶＡＣ＝ＶＡ−ＶＣと第２、第４のアンテナ３４Ｂ、３４Ｄとを用いて得た第２、第４の速度ＶＢ、ＶＤの差分ΔＶＢＤ＝ＶＢ−ＶＤとの平均値（ΔＶＡＣ＋ΔＶＢＤ）／２を、第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤの平均値ΔＶＡＶＥで除算した第２の値Ｄ２＝（（ΔＶＡＣ＋ΔＶＢＤ）／２）／ΔＶＡＶＥを算出する。
また、実測して得た第２の値Ｄ２と、実測して得たボール２の左右角度θｗとの相関関係に基づいて、第２の値Ｄ２から左右角度θｗを算出する。
このように２組のアンテナを用いて得た２つの速度の差分の平均値から左右角度θｗを算出することにより左右角度θｗの値をより精度よく安定して求める上で有利となる。

そして、上下角度θｈの実測データと、第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤから算出された第１の値Ｄ１との相関関係に基づいて上下角度θｈ算出用の相関式（回帰式）を求める。
言い換えると、上下角度θｈと、第１の値Ｄ１との関係を離散的に測定したデータを取得する。そして、取得したデータを従来公知の最小二乗法などを用いて回帰分析することによって上下角度θｈを第１の値Ｄ１の関数（多項式）によって表わした相関式を求める。すなわち、このようにして求められた相関式によって上下角度θｈと第１の値Ｄ１との関係を示す特性線を得ることができる。
同様に、左右角度θｗの実測データと、第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤから算出された第２の値Ｄ２との相関関係に基づいて左右角度θｗ算出用の相関式（回帰式）を求める。
言い換えると、左右角度θｗと、第２の値Ｄ２との関係を離散的に測定したデータを取得する。そして、取得したデータを従来公知の最小二乗法などを用いて回帰分析することによって左右角度θｗを第２の値Ｄ２の関数（多項式）によって表わした相関式を求める。すなわち、このようにして求められた相関式によって左右角度θｗと第２の値Ｄ２との関係を示す特性線を得ることができる。
したがって、これら２つの相関式を用いることにより、第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤから左右角度θｗおよび上下角度θｈを求めることが可能となる。

本実施の形態では、移動方向演算部３６は上下角度θｈ算出用の相関式および左右角度θｗ算出用の相関式を用いることで第１〜第４の速度ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ、ＶＤから左右角度θｗおよび上下角度θｈをゴルフボール２０の移動方向として算出する。
したがって、本実施の形態では、移動方向算出手段１１０２による移動方向の算出は、予め実測され得られている第１〜第４の速度ＶＡ〜ＶＤと予め実測され得られているゴルフボール２０の移動方向との相関関係を示す移動方向算出用の相関式に基づいてなされる。
なお、上記のような相関式に代えて、相関式によって示される特性線のデータを左右角度θｗ算出用のマップとしてあるいは上下角度θｈ算出用のマップとして記憶しておき、各マップを用いて左右角度θｗおよび上下角度θｈを算出してもよい。

実施の形態１のように、カメラ１２の画像を用いて移動方向を算出する場合、上下方向の移動方向θｈは比較的精度よく計測できるが、左右方向の移動方向θｗは画像上のゴルフボール２０の大きさによって算出するため（遠近法）、やや精度が劣る。
実施の形態２のようにマルチチャンネルドップラーセンサ３０を用いることによって、移動方向および移動速度をより精度よく計測することができる。
特に、マルチチャンネルドップラーセンサ３０を用いることによって、左右方向の移動方向θwを精度よく算出できることができる。このような特徴は、図１３を用いて説明した複数台のカメラ１２Ａ，１２Ｂを用いたステレオ測定法と同様であるが、ドップラーセンサを用いた方法では、ステレオ測定法と比較して制御が複雑になることを回避するとともに、低コストで実現することができる。
なお、このように高精度に計測された移動方向、移動速度、回転軸方向等のデータを用いて、ゴルフボール２０の飛翔挙動をシミュレーションしてディスプレイ１８１６等に表示するようにしてもよい。このように移動体の挙動を数値のみならず画像で示すことによって、挙動計測装置１０による挙動計測結果を計測者Ｉが直感的に理解することができ、例えばスイングフォームの改善に生かすなど、挙動計測の実行性を向上させることができる。

１０……挙動計測装置、１２……カメラ、１３……照明、１４……マイク、１５……ドップラーセンサ、１６……温度センサ、１８……コンピュータ、２０……ゴルフボール、２２……ゴルフクラブ、２４……ティー、１０２……配置検知手段、１０４……移動開始検知手段、１０６……撮影手段、１０８……撮影制御手段、１１０……挙動算出手段、１１０２……移動方向算出手段、１１０４……回転軸方向算出手段、１１０６……移動速度算出手段、１１０８……スピン成分算出手段、１１２……温度検知手段、Ｇ……地面、Ｈ……撮影領域、Ｉ……計測者、Ｍ……マーク、Ｎ１……検知エリア、Ｎ２……指向方向、Ｎ３……指向方向、Ｐ０……移動開始地点、Ｐ１……中心点、Ｐ２……中心点、Ｒ０……直径、Ｒ１……直径、Ｒ２……直径、Ｘ……目標移動方向。

Claims (22)

1. 移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測方法であって、
   前記移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する配置検知工程と、
   前記移動開始地点に配置された状態の前記移動体の画像を撮影する第１の撮影工程と、 前記移動体が移動を開始したことを検知する移動開始検知工程と、
   移動開始後の前記移動体の画像を撮影する第２の撮影工程と、
   ドップラーセンサを用いて前記移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を計測するドップラー計測工程と、
   前記第１の撮影工程で撮影された第１の画像と、前記第２の撮影工程で撮影された第２の画像と、前記ドップラー信号とに基づいて、前記移動体の移動方向、回転軸方向およびスピン成分を算出する挙動算出工程と、
   を含んだことを特徴とする挙動計測方法。
2. 前記挙動算出工程では、前記移動体が移動開始してから前記第２の画像が撮影されるまでの経過時間と前記ドップラー信号とに基づいて前記移動体の移動速度を更に算出する、 ことを特徴とする請求項１記載の挙動計測方法。
3. 前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程では、同一の撮影領域内の画像を撮影し、
   前記挙動算出工程では、前記第１の画像における前記移動体の位置と前記第２の画像における前記移動体の位置との変位方向を前記移動方向として算出する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の挙動計測方法。
4. 前記移動体は、直径が既知のボールであり、
   前記挙動算出工程では、前記第１の画像および前記第２の画像における前記ボールの直径の比率に基づいて、前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程における撮影方向と直交する方向の前記移動方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項３記載の挙動計測方法。
5. 前記第１の撮影工程および前記第２の撮影工程では、複数台のカメラを用いて前記移動体の画像を撮影し、
   前記挙動算出工程では、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第１の画像に基づいて移動開始前の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第２の画像に基づいて移動開始後の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、移動開始前後における前記移動体の３次元空間上の位置の差分に基づいて前記移動方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の挙動計測方法。
6. 前記ドップラーセンサは複数のチャンネルを有し、
   前記挙動算出工程では、前記複数のチャンネルでそれぞれ得られた前記ドップラー信号に基づいて上下方向および左右方向の前記移動方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の挙動計測方法。
7. 前記移動体は、全方位から視認可能な図柄を有し、
   前記挙動算出工程では、前記第１の画像における前記図柄の位置および向きと前記第２の画像における前記図柄の位置および向きとの差分から前記回転軸方向を算出する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の挙動計測方法。
8. 前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、
   前記配置検知工程では、前記ドップラーセンサによって前記打撃具による打撃挙動の開始を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、 ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の挙動計測方法。
9. 前記配置検知工程では、外部から入力される配置完了信号を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の挙動計測方法。
10. 前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、
    前記移動開始検知工程では、前記打撃具による前記移動体の打撃音を検知して前記移動体が移動を開始したことを検知する、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の挙動計測方法。
11. 前記移動開始地点周辺の温度を検知する温度検知工程を更に含み、
    前記移動開始検知工程では、前記移動開始地点周辺の温度に基づいて前記移動体の移動開始したタイミングを補正する、
    ことを特徴とする請求項１０記載の挙動計測方法。
12. 移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測装置であって、
    前記移動体が移動開始地点に配置されたことを検知する配置検知手段と、
    前記移動体が移動を開始したことを検知する移動開始検知手段と、
    前記移動開始地点を撮影領域に含むよう配置された撮影手段と、
    前記配置検知手段および前記移動開始検知手段による検知結果に基づいて、前記撮影手段による撮影動作を制御する撮影制御手段と、
    前記移動体に向けて送信波を送信するとともに、前記移動体で反射された反射波を受信し、ドップラー周波数を有するドップラー信号を計測するドップラーセンサと、
    前記移動開始地点に配置された状態の前記移動体の画像である第１の画像と、移動開始後の前記移動体の画像である第２の画像と、前記ドップラー信号とに基づいて、前記移動体の移動方向、回転軸方向およびスピン成分を算出する挙動算出手段と、
    を備えることを特徴とする挙動計測装置。
13. 前記挙動算出手段は、前記移動体が移動開始してから前記第２の画像が撮影されるまでの経過時間と前記ドップラー信号とに基づいて前記移動体の移動速度を更に算出する、
    ことを特徴とする請求項１２記載の挙動計測装置。
14. 前記撮影手段は、同一の撮影領域で前記第１の画像および前記第２の画像を撮影し、
    前記挙動算出手段は、前記第１の画像における前記移動体の位置と前記第２の画像における前記移動体の位置との変位方向を前記移動方向として算出する、
    ことを特徴とする請求項１２または１３記載の挙動計測装置。
15. 前記移動体は、直径が既知のボールであり、
    前記挙動算出手段は、前記第１の画像および前記第２の画像における前記ボールの直径の比率に基づいて、前記撮影手段の撮影方向と直交する方向の前記移動方向を算出する、 ことを特徴とする請求項１４記載の挙動計測装置。
16. 前記撮影手段は、複数台のカメラであり、
    前記挙動算出手段は、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第１の画像に基づいて移動開始前の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、前記複数台のカメラでそれぞれ撮影された複数の前記第２の画像に基づいて移動開始後の前記移動体の３次元空間上の位置を特定し、移動開始前後における前記移動体の３次元空間上の位置の差分に基づいて前記移動方向を算出する、
    ことを特徴とする請求項１２または１３記載の挙動計測方法。
17. 前記ドップラーセンサは複数のチャンネルを有し、
    前記挙動算出手段は、前記複数のチャンネルでそれぞれ得られた前記ドップラー信号に基づいて上下方向および左右方向の前記移動方向を算出する、
    ことを特徴とする請求項１２から１６のいずれか１項記載の挙動計測方法。
18. 前記移動体は、全方位から視認可能な図柄を有し、
    前記挙動算出手段は、前記第１の画像における前記図柄の位置および向きと前記第２の画像における前記図柄の位置および向きとの差分から前記回転軸方向を算出する、
    ことを特徴とする請求項１２から１７のいずれか１項記載の挙動計測装置。
19. 前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、
    前記配置検知手段は、前記ドップラーセンサによって前記打撃具による打撃挙動の開始を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、
    ことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項記載の挙動計測装置。
20. 前記配置検知手段は、外部から入力される配置完了信号を検知することにより、前記移動体が前記移動開始地点に配置されたことを検知する、
    ことを特徴とする請求項１２から１８のいずれか１項記載の挙動計測装置。
21. 前記移動体は、打撃具によって打撃されることによって移動を開始し、
    前記移動開始検知手段は、前記打撃具による前記移動体の打撃音を検知して前記移動体が移動を開始したことを検知する、
    ことを特徴とする請求項１２から２０のいずれか１項記載の挙動計測装置。
22. 前記移動開始地点周辺の温度を検知する温度検知手段を更に備え、
    前記移動開始検知手段は、前記移動開始地点周辺の温度に基づいて前記移動体の移動開始したタイミングを補正する、
    ことを特徴とする請求項２０記載の挙動計測装置。

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