JP2017050798A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回帰反射型光学式センサにより撮影タイミングを制御する撮影装置において、撮影画像に対する反射部材の影響を低減する。【解決手段】撮影装置１０は、センサ用投光部１２０２Ａ、受光部１２０２Ｂ、反射部材１２０４及び検知部１２０６を備え、検出範囲への物体の進入を検知する回帰反射型光学式センサ１２と、物体の移動予定方向を含む領域を撮影範囲とし、回帰反射型光学式センサによる物体の検知をトリガとして撮影を開始するカメラ１４０８とを備える。反射部材の表面には、第１の波長を透過波長帯に含む第１のフィルタ１２１０が付されており、カメラは、第１の波長とは異なる第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタ１４１１を介して画像を撮影する。【選択図】図２

Description

本発明は、物体を撮影する撮影装置に関する。

従来、検出範囲内にセンシング光を投光するとともに、その反射光を検知することによって検出範囲内に物体があるか否かを検出する光学式センサが広く使用されている。
光学式センサの誤作動を防ぐ方法として、例えば特定の波長の光のみを透過させるフィルタを用いて外乱光などの影響を低減する技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。
また、所定の波長の光を透過するフィルタ部を設けることで、特定の波長の光のみを再帰反射させる反射部材が多く提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。

特開平０８−２９２０９５号公報 特開２００７−２５６４３３号公報

光学式センサのうち、反射部材を用いてセンシング光を反射して物体を検出する回帰反射型光学式センサは、反射部材としてセンシング光の反射率が高い部材を使用するのが一般的である。
よって、例えば回帰反射型光学式センサを用いて撮影タイミングを制御する撮影装置では、撮影画像中に反射部材が写りこみ、撮影不良が生じる可能性がある。

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、回帰反射型光学式センサにより撮影タイミングを制御する撮影装置において撮影画像に対する反射部材の影響を低減することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる撮影装置は、センサ用投光部と受光部とが一体となった検出部と、前記検出部から離間して設置され前記センサ用投光部から投光されたセンシング光を反射して前記受光部へと戻す反射部材と、前記受光部で受光される光量に基づいて前記検出部と前記反射部材との間の検出範囲に物体が進入したことを検知する検知部と、を備える回帰反射型光学式センサと、前記物体の移動予定方向を含む領域を撮影範囲とし、前記回帰反射型光学式センサによる前記検出範囲への前記物体の進入の検知をトリガとして撮影を開始するカメラと、を備え、前記反射部材の表面には、第１の波長を透過波長帯に含む第１のフィルタが付されており、前記カメラは、前記第１の波長とは異なる第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタを介して画像を撮影する、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる撮影装置は、前記センシング光は、前記第１の波長をピークとする波長帯の光である、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる撮影装置は、前記撮影範囲に撮影光を投光する撮影用投光部を更に備え、前記物体の表面には、前記撮影光を反射するマーカが付されている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる撮影装置は、前記撮影光は、前記第２の波長をピークとする波長帯の光である、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる撮影装置は、前記回帰反射型光学式センサと前記カメラとは所定方向に並んで設置され、前記反射部材は平板状の部材であり、前記所定方向と直交する線分上に前記延在方向に平板面が沿うように設置され、前記撮影用投光部は、前記カメラの設置位置側から前記撮影光を投光する、ことを特徴とする。
請求項６の発明にかかる撮影装置は、前記撮影光の光路上に、前記撮影光に対して略４５°を向けて配置されるハーフミラーを更に備え、前記カメラは、前記撮影光の投光方向と直交する方向に撮影方向を向けるとともに、前記ハーフミラーを通過した前記マーカからの反射光を撮影する、ことを特徴とする。
請求項７の発明にかかる撮影装置は、前記撮影用投光部は、前記カメラのレンズの周囲に設けられたリング照明である、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、回帰反射型光学式センサによる物体の検知をトリガとして撮影を開始するカメラを有する撮影装置において、反射部材に第１の波長を透過波長帯に含む第１のフィルタが、カメラに第１の波長とは異なる第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタが付されている。反射部材とカメラとはそれぞれ異なる波長の光を選択的に透過しているので、反射部材がカメラの撮影範囲内に位置する場合でも、反射部材が必要以上に明るく写り込むことを防止する上で有利となる。
請求項２の発明によれば、センサ用投光部から投光されるセンシング光は、第１の波長をピークとする波長帯の光であるので、反射部材での反射効率が高くなり、物体の進入を確実に検知する上で有利となる。また、周囲の照明や太陽光が強い場合であっても、それらの光とセンシング光の識別を確実に行う上で有利となる。
請求項３の発明によれば、撮影光を投光する撮影用投光部を更に備え、撮影対象の物体の表面に撮影光を反射するマーカが付されているので、物体上の所定の箇所の位置を画像上で特定する上で有利となる。特に、移動する物体を連続して撮影する場合に、物体の挙動を把握しやすくする上で有利となる。
請求項４の発明によれば、撮影用投光部から投光される撮影光は、第２の波長をピークとする波長帯の光であるので、カメラでの受光強度が高い波長の光を撮影対象の物体に照射することができ、物体を鮮明に撮影する上で有利となる。また、周囲の照明や太陽光が強い場合であっても、それらの光と撮影光の識別を確実に行う上で有利となる。
請求項５の発明によれば、回帰反射型光学式センサとカメラとの設置方向に対向して平板状の反射部材が設置され、かつ撮影用投光部がカメラの設置位置側から撮影光を投光する場合、すなわち反射部材に対して撮影光が当たる場合でも、反射部材からの撮影光の反射を抑制して反射部材の写りこみを防止することができる。
請求項６の発明によれば、撮影光の光路上にハーフミラーを備え、カメラはハーフミラーを通過したマーカからの反射光を撮影するので、撮影光の光路とカメラの光軸とが略一致する。マーカからの反射光の強度は入射方向が最も強いので、マーカの画像を鮮明に撮影する上で有利となる。
請求項７の発明によれば、撮影用投光部をリング照明としたので、撮影光の光路とカメラの光軸とが略一致する。マーカからの反射光の強度は入射方向が最も強いので、マーカの画像を鮮明に撮影する上で有利となる。

実施の形態にかかる撮影装置１０の概略構成を示す説明図である。 撮影装置１０の機能的構成を示すブロック図である。 ゴルフクラブヘッド２２０４に付されたマーカ２６の例を示す説明図である。 単色レーザ光の発光スペクトルの一例を示す説明図である。 透過フィルタの特性の一例を示す説明図である。 照明撮影部１４の斜視図である。 照明撮影部１４の平面図である。 コンピュータ１８のハードウェア構成を示すブロック図である。 ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動算出方法を説明するための説明図である。 ゴルフボール２０を打撃する直前のゴルフクラブヘッド２２０４を平面視した状態を示す平面図である。 左右進入角θの定義を説明する模式図である。 打撃時フェース角φを説明する模式図である。 ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動のディスプレイ１８１６への出力例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる撮影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、ゴルフボール２０打撃時のゴルフクラブ２２（ゴルフクラブヘッド２２０４）を２方向から撮影することによって、ゴルフボール２０打撃時のゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を計測する場合について説明する。

図１は、実施の形態にかかる撮影装置１０の概略構成を示す説明図であり、図２は、撮影装置１０の機能的構成を示すブロック図である。
図１Ａは撮影装置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操作者（プレイヤー）Ｉが示されている。
なお、ゴルフクラブ２２は、シャフト２２０２およびゴルフクラブヘッド２２０４を含んで構成される。

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１の例では、ティー２４上のゴルフボール２０の位置が打撃位置Ｐ０となる。
なお、ゴルフボール２０をティー２４に載置した状態で打撃するか、地面Ｇに載置した状態で打撃するか、すなわち、ティー２４上のゴルフボール２０の位置を打撃位置Ｐ０とするか、地面Ｇ上のゴルフボール２０の位置を打撃位置Ｐ０とするかは操作者Ｉの任意である。

また、符号Ｔ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。なお、図中には表れていないが、目標移動方向Ｔは上下方向（重力方向）にも変位があるものとする。
以下、撮影装置１０が設置された空間の座標の原点を打撃位置Ｐ０とし、目標移動方向Ｔの地面Ｇへの投影線と平行な方向に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打撃位置Ｐ０から離れた位置に図示している。

つぎに、撮影装置１０の撮影対象となるゴルフクラブヘッド２２０４について説明する。
図３Ａは、ウッド系のゴルフクラブヘッド２２０４Ａの一例であり、図３Ｂはアイアン系のゴルフクラブヘッド２２０４Ｂの一例である。
なお、以下では、アイアン系およびウッド系のゴルフクラブヘッド２２０４を区別せずに表す場合にはゴルフクラブ２２と表記する。

図３Ａに示すように、ウッド系のゴルフクラブヘッド２２０４Ａには、そのフェース面２２０６Ａと接するクラウン部を成す上面の３箇所にマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設けられている。
また、図３Ｂに示すように、アイアン系のゴルフクラブヘッド２２０４Ｂでは、そのフェース面（打撃面）２２０６Ｂと接するゴルフクラブヘッド２２０４Ｂの上端面およびホーゼル部にマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設けられている。以下、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを区別しない場合にはマーカ２６と表記する。
後述するカメラ１４０６で撮影した際、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像が常時識別できるように、例えば、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、後述する撮影用投光部１４０２の撮影光ＬＰを反射する再帰反射機能を有する構成となっている。マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは、例えば、公知の再帰反射シートを所定の形状に切り取ったものである。
マーカ２６は、ゴルフクラブヘッド２２０４に３箇所以上に設けられ、これらのマーカ２６が三角形の頂点を成し、１つの直線上に載らないように配置位置が設定されている。
図３Ｂの例では、３つの再帰反射マーカが１つの直線上に載らないように、ホーゼル部にマーカ２６が１つ設けられている。

本実施の形態においては、後述するようにマーカの位置を求めるため、例えば、マーカから求めた３つ以上のマーカ特徴点を用いる。マーカ特徴点は、マーカを特徴づける点である。
言い換えると、マーカは、ゴルフクラブヘッド２２０４の表面に設けられ３つ以上のマーカ特徴点を有するものである。
例えば、図３Ｃに示すように、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが円形形状を成す場合、その円形形状の中心点をマーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃとし、後述する挙動算出部１８３２においてその位置が抽出される。
なお、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの形状は円形のみならず、例えば、正三角形、または正方形などの正多角形等とすることができる。この場合、抽出されるマーカ特徴点の位置は各正多角形の場合、マーカの中心点（重心点）とすることができる。
マーカの形状は特に限定されるものではなく、マーカを特徴付け、その位置が一義的に抽出できる１もしくは複数のマーカ特徴点を有する形状であればよい。

撮影装置１０は、回帰反射型光学式センサ１２、照明撮影部１４およびコンピュータ１８を含んで構成される。
回帰反射型光学式センサ１２は、センサ用投光部１２０２Ａと受光部１２０２Ｂとが一体となった検出部１２０２と、検出部１２０２から離間して設置されセンサ用投光部１２０２Ａから投光されたセンシング光ＬＩを反射して受光部１２０２Ｂへと戻す反射部材１２０４と、受光部１２０２Ｂで受光される光量に基づいて検出部１２０２と反射部材１２０４との間の検出範囲ＦＢに物体が進入したことを検知する検知部１２０６と、を備える。

本実施の形態では、回帰反射型光学式センサ１２の検出範囲を打撃位置Ｐ０の手前に合わせている。すなわち、センシング光ＬＩを目標移動方向Ｔと直交する方向に向けるとともに、打撃位置Ｐ０に対して目標移動方向Ｔと反対側を通過するようにセンサ用投光部１２０２Ａを設置する。反射部材１２０４は平板状の部材であり、センシング光ＬＩの投光方向に直行する方向に平板面が沿うように設置される。
通常時、センサ用投光部１２０２Ａから投光されたセンシング光ＬＩは、検出範囲ＦＢを通過して反射部材１２０４に反射し、反射光ＬＲとして受光部１２０２Ｂへと戻される。一方、操作者Ｉがゴルフボール２０を打撃する際には、ゴルフボール２０の打撃直前のゴルフクラブヘッド２２０４によって反射光ＬＲが遮られ、受光部での受光量が減少する。
これにより、検出範囲ＦＢ内への物体（ゴルフクラブヘッド２２０４）の進入を検知することができる。

ここで、センサ用投光部から投光されたセンシング光ＬＩは、所定の波長（以下、「第１の波長」という）をピークとする波長帯の光であり、例えば単色レーザ光である。
図４は、単色レーザ光の発光スペクトルの一例を示す説明図である。
図４において、縦軸は相対発光強度、横軸は波長である。図４に示す単色レーザ光は、波長λｍをピークとするごく狭い波長帯に分布する光である。このようなレーザ光は指向性や収束性に優れており、光学式センサのセンシング光として広く用いられている。

また、反射部材１２０４の表面には、センシング光ＬＩの波長（第１の波長）波長を透過波長帯に含む第１のフィルタ１２１０（透過フィルタ）が付されている。
図５は、透過フィルタの特性の一例を示す説明図である。
図５において、縦軸は透過率、横軸は波長である。図５には、図４に示す単色レーザ光のピーク波長λｍ近傍に透過ピーク波長を有する３種類のフィルタＦ１〜Ｆ３の透過特性を示している。
このような透過フィルタは、透過ピーク波長周辺の光はよく透過させるが、透過ピーク波長から大きく外れた光は透過率が著しく低くなる。
第１のフィルタ１２１０の透過ピーク波長を、センサ用投光部１２０２Ａのセンシング光のピーク波長に合わせることによって、例えば強い照明や太陽光下でセンシングを行う場合でもこれらの光の影響を受けづらくして、回帰反射型光学式センサ１２の検出精度を向上させることができる。

回帰反射型光学式センサ１２の反応速度は、１ｍｓ以下であることが好ましい。
これは、後述するように回帰反射型光学式センサ１２はカメラ１４０６の撮影開始のトリガとして用いられるためであり、反応速度の速い回帰反射型光学式センサ１２を使用することによって、撮影開始のタイミングをより速いタイミングに設定することが可能となり、カメラ１４０６による撮影精度を向上させることができるためである。

照明撮影部１４は、回帰反射型光学式センサ１２に検知された物体（ゴルフクラブヘッド２２０４）の移動予定方向を含む領域を撮影範囲ＦＡとし、回帰反射型光学式センサ１２による検出範囲への物体（ゴルフクラブヘッド２２０４）の進入の検知をトリガとして撮影を開始するカメラ１４０６と、カメラ１４０６の撮影範囲ＦＡ内に撮影光を投光する撮影用投光部１４０２とを含んで構成される。
図６は照明撮影部１４の斜視図であり、図７は照明撮影部１４の平面図である。
図６および図７に示すように、照明撮影部１４は、撮影用投光部１４０２と、ハーフミラー１４０４と、カメラ１４０６と、反射ミラー１４０８と、ベース１４１０とを含んで構成され、これら撮影用投光部１４０２、ハーフミラー１４０４、カメラ１４０６、反射ミラー１４０８は、ベース１４１０上に設けられている。

撮影用投光部１４０２は、撮影光ＬＰを撮影対象の物体であるゴルフクラブヘッド２２０４に照射する。より詳細には、撮影用投光部１４０２は、ハーフミラー１４０４を介してゴルフクラブヘッド２２０４のマーカ２６に光を照射するように配されている。
本実施の形態では、撮影用投光部１４０２は例えばＬＥＤ光源で構成される。また、撮影用投光部１４０２から投光される撮影光ＬＰは、センシング光ＬＩの第１の波長とは異なる第２の波長をピークとする波長帯の光である。一例としては、例えばセンシング光ＬＩを赤色レーザ光とし、撮影光ＬＰを緑色ＬＥＤ光とするなどの方法がある。

ハーフミラー１４０４は、光の透過率と反射率とがほぼ等しいミラーであり、ハーフミラー１４０４の反射面（境界面）に入射した光の半分を透過させ残り半分の光を反射させるものである。
ハーフミラー１４０４は、平面視した場合に、その反射面に対して撮影用投光部１４０２から照射される光の光路が略４５度の入射角を形成するように設けられている。

カメラ１４０６は、撮影レンズ１４０９と、撮影レンズ１４０９で導かれた被写体像を撮像する撮像素子と、撮像素子で生成された撮像信号に基づいて画像信号を生成する信号処理部などを含んで構成されており、予め定められた撮影間隔で連続的に静止画を撮影する。
カメラ１４０６は、平面視した場合に、撮影レンズ１４０９の光軸が撮影用投光部１４０２の光路とハーフミラー１４０４の反射面とが交差する箇所を通り、かつ、撮影レンズ１４０９の光軸が、撮影用投光部１４０２の光の光路と略９０度の角度を形成するように設けられている。これにより、カメラ１４０６は、ハーフミラー１４０４を通過したマーカ２６からの反射光を撮影することになる。

また、撮影レンズ１４０９の表面には、撮影光ＬＰのピーク波長である第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタ１４１１（透過フィルタ）が貼付されており、カメラ１４０６はこの第２のフィルタ１４１１を介して画像を撮影する。
上述のように透過フィルタは、透過ピーク波長周辺の光はよく透過させるが、透過ピーク波長から大きく外れた光は透過率が著しく低くなる。
第２のフィルタ１４１１のピーク波長を、撮影用投光部１４０２の撮影光のピーク波長に合わせることによって、他の光の影響を受けづらくして、マーカ２６の撮影画像の画像品質を向上する上で有利となる。

特に、撮影装置１０では、センシング光ＬＩおよび撮影光ＬＰの２種類の光が使用されており、センシング光ＬＩが撮影に影響を与える可能性が高い。
例えば、センシング光ＬＩを反射する反射部材１２０４が撮影範囲ＦＡに入り込む可能性がある。このような場合でも、センシング光ＬＩと撮影光ＬＰとは異なるピーク波長を有し、反射部材１２０４およびカメラ１４０６にはそれぞれフィルタが設けられているので、反射部材１２０４が必要以上に明るく写りこむことを抑え、撮影対象の妨げになることを効果的に防ぐことが可能となる。
また、撮影装置１０では、反射部材１２０４側ではなくカメラ１４０６側に撮影用投光部１４０２を配置している。すなわち、カメラ１４０６の撮影方向と撮影光ＬＰの投光方向が一致する。このような場合、撮影光ＬＰの影響により周囲の物体がカメラ１４０６に対して光る（撮影光ＬＰを反射させる）頻度が高くなる。
撮影装置１０では、撮影光ＬＰの波長をカメラ１４０６に用いた第２のフィルタ１４１１の透過波長範囲内に設定しているので、周囲の物体からの不要な反射を抑え、撮影対象（本実施の形態ではマーカ）のみを効率よく撮影することが可能となる。

反射ミラー１４０８は、光を全反射する全反射面を有し、全反射面の反射方向（角度）および位置等の調整機能を有している。
反射ミラー１４０８は、撮影用投光部１４０２から照射されハーフミラー１４０４で反射された光を全反射面で反射してゴルフクラブヘッド２２０４のマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに照射し、かつ、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃからの反射光を再び全反射面で反射しハーフミラー１４０４を介してカメラ１４０６に導くように全反射面の反射方向及び位置が調整されている。

ここで、図７に示すように、照明撮影部１４は、撮影用投光部１４０２がハーフミラー１４０４の反射面に向け、連続光を照射する。
ハーフミラー１４０４の反射面に照射された光の半分は、反射面上の位置Ｓｈｍを透過する透過光として計測対象であるゴルフクラブヘッド２２０４に設けられたマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに照射される撮影光ＬＰ１となる。
このマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃからの反射光（以降、マーカ反射光ＬＭ１とする）は、ハーフミラー１４０４の反射面に向かう。
マーカ反射光ＬＭ１は撮影用投光部１４０２からの撮影光ＬＰ１と逆向きに進み、かつ、マーカ反射光ＬＭ１は撮影用投光部１４０２からの撮影光ＬＰ１と光路が一致した反射光である。したがって、ハーフミラー１４０４の反射面を透過してマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃへ照射される光がハーフミラー１４０４の反射面と成す出射角度と、マーカ反射光ＬＭ１がハーフミラー１４０４の反射面へ入射する入射角度とは略一致する。
こうして、マーカ反射光ＬＭ１は、ハーフミラー１４０４の反射面で反射されてカメラ１４０６の撮影レンズ１４０９に導かれる。

一方、ハーフミラー１４０４の反射面に照射された光の残り半分は、ハーフミラー１４０４の反射面で反射され反射ミラー１４０８の全反射面に入射する。
ここで、全反射された光は、計測対象であるゴルフクラブヘッド２２０４に設けられたマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに撮影光ＬＰ２として照射される。
この撮影光ＬＰ２のマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃからの反射光（以降、マーカ反射光ＬＭ２とする）は、反射ミラー１４０８から全反射されてマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃに照射する撮影光ＬＰ２の光路と重なり、反射ミラー１４０８の全反射面に向かう。
そして、反射ミラー１４０８の全反射面において、マーカ反射光ＬＭ２はハーフミラー１４０４方向へ向けて反射される。
ここで、ハーフミラー１４０４の反射面で反射され反射ミラー１４０８に向かう光がハーフミラー１４０４の反射面となす反射角度（照射角）と、マーカ反射光ＬＭ２がハーフミラー１４０４の反射面へ入射する入射角度は略同一である。
さらに、ハーフミラー１４０４を透過したマーカ反射光ＬＭ２はハーフミラー１４０４で反射されたマーカ反射光ＬＭ１とともにカメラ１４０６の撮影レンズに入射する。
したがって、異なる２方向から照射した撮影光ＬＰ１，ＬＰ２の光路と略一致したマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃからの２つの反射光ＬＭ１，ＬＭ２によるマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像がカメラ１４０６で撮影される。

なお、本実施の形態では、異なる２方向からゴルフクラブヘッド２２０４に向けて光を照射して、異なる２方向からゴルフクラブヘッド２２０４の像を撮影するが、例えば、周知のモションキャプチャーシステムを用い、２台以上のカメラでゴルフクラブヘッド２２０４の像を異なる方向からそれぞれ撮影するようにしてもよい。

また、単に１方向から物体の画像を撮影すればよい場合には、図６および図７に示す構成から反射ミラー１４０８を除いた構成とすればよい。
ハーフミラー１４０４を用いることによって、撮影光ＬＰの照射方向とカメラ１４０６の光軸とを略一致させることができ、マーカ２６からの反射光が最も強い位置で撮影することができる。
また、単に１方向から物体の画像を撮影すればよい場合には、図６および図７のような構成を用いず、撮影用投光部１４０２をカメラ１４０６の撮影レンズ１４０９の周囲に設けられたリング照明としてもよい。リング照明を用いることによって、撮影光ＬＰの照射方向とカメラ１４０６の光軸とを略一致させることができる。

コンピュータ１８は、ＣＰＵ１８０２が各種プログラムを実行することにより、撮影制御部１８３０、挙動算出部１８３２、出力部１８３４を実現する。
図８は、コンピュータ１８のハードウェア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はカメラ１４０６の撮影タイミングを制御する撮影制御プログラムやゴルフクラブヘッド２２０４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、回帰反射型光学式センサ１２や照明撮影部１４との間でデータの授受を行うものである。

なお、図１ではコンピュータ１８と回帰反射型光学式センサ１２等の機器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と回帰反射型光学式センサ１２、照明撮影部１４を一体化したユニット内に収容してもよい。この場合、キーボード１８１２、マウス１８１４等は、ユニットの形状や使用形態に合わせて適宜変更される。

つぎに、図２に示すコンピュータ１８の機能的構成について説明する。
撮影制御部１８３０は、回帰反射型光学式センサ１２の検出範囲内に物体が検知された場合に、当該検知タイミングを基準としてカメラ１４０６による撮影を開始する制御信号を出力する。
検知タイミングを基準として、とは、例えば物体が検知されたら即座に撮影開始の制御信号を出力するものであってもよいし、物体の検知から一定の遅れ時間を取ったタイミングで撮影開始の制御信号を出力するものであってもよい。

挙動算出部１８３２は、カメラ１４０６の撮影画像からゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を算出する。
具体的な手順の一例を示すと、まず挙動算出部１８３２には、予めゴルフクラブヘッド２２０４の３次元形状モデルのデータ（ＣＡＤデータ）Ｄ１と、対応点位置情報Ｄ２とを含む情報が予め記憶されている。
より詳細には、３次元形状モデルのデータ（ＣＡＤデータ）Ｄ１はゴルフクラブヘッド２２０４を再現した３次元形状モデルを構成し、対応点位置情報Ｄ２は３つ以上のマーカ特徴点に対応する前記３次元形状モデル上の対応点の位置を示す。

操作者Ｉがスイングを行い、カメラ１４０６での撮影が実施されると、挙動算出部１８３２は、撮影画像内の各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像からマーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃがそれぞれ抽出できるように、例えば、各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの部分のデータ値のみがそれ以外の部分のデータ値と区別されるように、所定の処理条件で画像データの明度補正、コントラスト補正を行い、さらに、所定の階調数の階調処理を行う。

つぎに、挙動算出部１８３２は、各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの各マーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを特定して３次元座標系における位置を抽出するとともに、抽出された各マーカ特徴点の３次元座標位置を用いて、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置と向きの時系列データを算出する。
より詳細には、所定の階調数の階調処理がされた画像の中から各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像の部分を識別してその位置を抽出する。
そして、カメラ１４０６で同時刻に異なる方向（２方向）から撮影された各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像について、各マーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの位置座標をそれぞれ求め、この求められた各マーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの位置座標を用いてゴルフクラブヘッド２２０４が通過する空間を定めた３次元座標系における位置座標を求め、各マーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの３次元座標系における位置を抽出する。
カメラ１４０６の撮影方向が既知となっているので、これらのカメラ１４０６によって撮影される画像における２次元位置座標の情報を求めることで、ゴルフクラブヘッド２２０４が通過する空間を表した所定の３次元座標系における位置（３次元位置座標）を求めることができる。

各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像が、所定の時間間隔、例えば、２０００分の１秒の時間間隔で撮影される場合、２０００分の１秒毎の各マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの像の各マーカ特徴点（マーカの中心点）２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの３次元位置座標の時系列データを求めることができる。

さらに挙動算出部１８３２は、求めた３次元位置座標からゴルフクラブヘッド２２０４を模擬したゴルフクラブモデルの位置および向きを時系列データとして算出する。
具体的には、挙動算出部１８３２は、上述したゴルフクラブヘッド２２０４の３次元形状モデルのデータ（ＣＡＤデータ）Ｄ１と、対応点位置情報Ｄ２とを呼び出し、３次元形状モデル上の対応点の、上記３次元座標系における位置座標が、上記抽出されたマーカ特徴点の３次元位置座標と一致するように、３次元形状モデルの位置および向きを算出し、この位置と向きをゴルフクラブヘッド２２０４の位置および向きとして、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置および向きの時系列データを算出する。

図９Ａは、マーカ特徴点の３次元位置座標から定まる、２０００分の１秒の時間間隔のマーカの移動の時間履歴を示す模式図であり、図９Ｂは、図９Ａに示すマーカの移動の時間履歴に基づく、ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を示す模式図である。
図中符号２１はゴルフボール２０を示し、矢印Ｕはゴルフクラブヘッド２２０４の移動方向（ゴルフボール２１の打ち出し方向）を示す。なお、図９Ｂはゴルフクラブヘッド２２０４を上方から見た状態を示す。
図９Ａ中、所定の位置を原点として、ゴルフボール２１の目標移動方向Ｔと平行する軸をＸ軸、Ｘ軸に直交し水平面（地面）に平行な軸をＹ軸、水平面に鉛直な軸をＺ軸としたＸＹＺ座標系を予め設定しておく。
図９Ａ中、３つのマーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃを表す３つのプロット群Ｍ１、Ｍ２〜Ｍ１０は、２０００分の１秒の時間間隔で撮影されたマーカから抽出される３つのマーカ特徴点２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃの位置を示す。
さらには、マーカを表す３つの各プロット群Ｍ１、Ｍ２〜Ｍ１０にゴルフクラブヘッド２２０４を対応させて、図９Ｂに示すように、ゴルフクラブヘッド２２０４の移動を連続的に表示することにより、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置およびフェースの向きの変化を知ることができる。
なお、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置は、フェース面２２０６の中心位置における位置座標を、ゴルフクラブヘッド２２０４の代表位置として表す。
また、ゴルフクラブヘッド２２０４のフェースの向きは、フェース面２２０６の中心点を通る法線で表すものとする。

挙動算出部１８３２は、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置と向きの時系列データ、すなわち、マーカ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃの時系列データを用いて、ゴルフボール２０を打撃する直前のゴルフクラブヘッド２２０４の左右進入角と打撃時フェース角とを求める。
図１０は、ゴルフボール２０を打撃する直前のゴルフクラブヘッド２２０４を平面視した状態を示す平面図、図１１は左右進入角θの定義を説明する模式図、図１２は打撃時フェース角φを説明する模式図である。
なお、図１１、図１２において符号Ｃは、ゴルフクラブヘッド２２０４のフェース面２２０６の中心位置を示す。
図１０、図１１に示すように、ゴルフボール２０の中心と目標移動方向Ｔとを結ぶ目標線を前記の平面に投影した直線を基準線Ｌ０とする。
ここで、基準線Ｌ０はＸ軸と平行となり、したがって、前記の平面はＸ軸およびＹ軸と平行しＺ軸と直交する。
ゴルフボール２０を打撃する直前におけるゴルフクラブヘッド２２０４の移動軌跡の接線を水平面と平行な平面に投影した直線を第１の直線Ｌ１とする。
左右進入角θは基準線Ｌ０と第１の直線Ｌ１がなす角度である。
また、図１２に示すように、ゴルフボール２０を打撃（インパクト）する直前におけるゴルフクラブヘッド２２０４のフェース面２２０６の中心点Ｃを通る法線を前記の平面に投影した直線を第２の直線Ｌ２とする。
打撃時フェース角φは基準線Ｌ０と第２の直線Ｌ２がなす角度である。

また、上記ＸＹＺ座標系におけるゴルフボール２０の位置は既知であるため、ゴルフボール２０を打撃時のフェース面２２０６の中心点Ｃとゴルフボール２０の中心点の位置との関係から、フェース面２２０６上の打点位置を算出することができる。
この他、フェーススピードについても、撮影間隔および画像上の距離と実空間上の距離との比率が既知であれば、容易に算出することができる。

なお、撮影画像中にゴルフボール２０が写っていない場合には、複数の位置座標（図９参照）のうちどれがインパクト直前の位置座標かを特定する必要がある。
ここで、ゴルフボール２０の打撃直後、ゴルフクラブヘッド２２０４の移動速度は低下するので、一定時間間隔のフェース面２２０６の中心位置Ｃの移動を表す位置座標の時系列データにおいて、打撃直前と打撃直後の位置座標の移動距離はそれ以前の各時点での移動距離に比べて急激に短くなる。
このことを利用して、図１１に示すように、ゴルフクラブヘッド２２０４の位置座標を示す時系列データから、ゴルフボール２０の打撃直前のゴルフクラブヘッド２２０４の位置座標（中心位置Ｃ）と、時系列データにおいて１つ前の位置座標とを特定することができる。
そして、この２つの位置座標を結ぶ直線Ｌ１がゴルフクラブヘッド２２０４の移動軌跡の接線となる。
また、同様に上記のことを利用して、図１２に示すように、ゴルフクラブヘッド２２０４の向きを示す法線を示す時系列データから、ゴルフボール２０を打撃する直前におけるゴルフクラブヘッド２２０４のフェース面２２０６の法線を特定することができる。

出力部１８３４は、挙動算出部１８３２で算出されたゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を出力する。
出力部１８３４の出力形態には様々な形態がある。例えばディスプレイ１８１６への表示や、プリンタ１８１８による印刷媒体への印刷、ディスク装置１８１０を介したディスク状記憶媒体への記憶、入出力インターフェース１８２０を介した外部装置への出力などが挙げられる。

図１３は、ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動のディスプレイ１８１６への出力例を示す説明図である。
図１３の表示画面５０には、ゴルフクラブヘッド２２０４に対する打点位置図５００２、ゴルフクラブヘッド２２０４の中心点Ｃの移動軌跡の側面視図５００４、ゴルフクラブヘッド２２０４の中心点Ｃの移動軌跡の平面視図５００６、フェーススピードや進入角等の数値情報５００８、ゴルフクラブヘッド２２０４の移動軌跡のアニメーション図５０１０等が出力されている。
このように撮影装置１０で撮影した画像を用いて、ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を精度よく算出することができる。特に、インパクト直前におけるゴルフクラブヘッド２２０４の３次元空間上の位置を連続的に得ることができるので、従来のカメラ撮影（例えば高速ビデオ撮影など）では撮影不可能なアングルからの観察が可能となり、操作者Ｉの利便性を向上させることができる。より詳細には、例えば操作者が自身のスイングの解析を行い、スイング動作の改良を図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、本発明にかかる撮影装置１０をゴルフクラブヘッド２２０４の挙動解析に用いたが、本発明の適用はこれに限られない。例えば単に移動する物体の写真を撮影したい場合など、カメラ１４０６の撮影範囲に撮影光ＬＰを投光しつつ、回帰反射型光学式センサ１２で撮影対象またはこれ以外の物体を検知して撮影開始のトリガとする撮影装置に本発明を適用することができる。

以上説明したように、実施の形態にかかる撮影装置１０は、回帰反射型光学式センサ１２による物体の検知をトリガとして撮影を開始するカメラ１４０６を有する撮影装置１０において、反射部材１２０４に第１の波長を透過波長帯に含む第１のフィルタ１２１０が、カメラ１４０６に第１の波長とは異なる第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタ１４１１が付されている。反射部材１２０４とカメラ１４０６とは各フィルタ１２１０，１４１１によりそれぞれ異なる波長の光を選択的に透過しているので、反射部材１２０４がカメラ１４０６の撮影範囲内に位置する場合でも、反射部材１２０４が必要以上に明るく写り込むことを防止する上で有利となる。

また、撮影装置１０は、センサ用投光部１２０２Ａから投光されるセンシング光ＬＩは、第１の波長をピークとする波長帯の光であるので、反射部材１２０４での反射効率が高くなり、物体の進入を確実に検知する上で有利となる。また、周囲の照明や太陽光が強い場合であっても、それらの光とセンシング光ＬＩの識別を確実に行う上で有利となる。
また、撮影装置１０は、撮影光ＬＰを投光する撮影用投光部１４０２を備え、撮影対象の物体であるゴルフクラブヘッド２２０４の表面に撮影光を反射するマーカ２６が付されているので、ゴルフクラブヘッド２２０４上の所定の箇所の位置を画像上で特定する上で有利となる。特に、移動するゴルフクラブヘッド２２０４を連続して撮影する場合に、ゴルフクラブヘッド２２０４の挙動を把握しやすくする上で有利となる。

また、撮影装置１０は、撮影用投光部１４０２から投光される撮影光ＬＰは、第２の波長をピークとする波長帯の光であるので、カメラ１４０６での受光強度が高い波長の光を撮影対象の物体に照射することができ、物体を鮮明に撮影する上で有利となる。また、周囲の照明や太陽光が強い場合であっても、それらの光と撮影光ＬＰと識別を確実に行う上で有利となる。
また、撮影装置１０は、回帰反射型光学式センサ１２とカメラ１４０６との設置方向に対向して平板状の反射部材１２０４が設置され、かつ撮影用投光部１４０２がカメラ１４０６の設置位置側から撮影光ＬＰを投光する、すなわち反射部材１２０４に対して撮影光ＬＰが当たる場合でも、反射部材１２０４からの撮影光ＬＰの反射を抑制して反射部材１２０４の写りこみを防止することができる。
また、撮影装置１０は、撮影光ＬＰの光路上にハーフミラー１４０４を備え、カメラ１４０６はハーフミラー１４０４を通過したマーカ２６からの反射光を撮影するので、撮影光ＬＰの光路とカメラ１４０６の光軸とが略一致する。マーカ２６からの反射光の強度は入射方向が最も強いので、マーカ２６の画像を鮮明に撮影する上で有利となる。

１０……撮影装置、１２……回帰反射型光学式センサ、１２０２……検出部、１２０２Ａ……センサ用投光部、１２０２Ｂ……受光部、１２０４……反射部材、１２０６……検知部、１２１０……第１のフィルタ、１４……照明撮影部、１４０２……撮影用投光部、１４０４……ハーフミラー、１４０６……カメラ、１４０８……反射ミラー、１４０９……撮影レンズ、１４１０……ベース、１４１１……第２のフィルタ、１８……コンピュータ、１８３０……撮影制御部、１８３２……挙動算出部、１８３４……出力部、２０……ゴルフボール、２２……ゴルフクラブ、２２０２……シャフト、２２０４……ゴルフクラブヘッド、２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ……マーカ、ＬＩ……センシング光、ＬＰ……撮影光。

Claims (7)

1. センサ用投光部と受光部とが一体となった検出部と、前記検出部から離間して設置され前記センサ用投光部から投光されたセンシング光を反射して前記受光部へと戻す反射部材と、前記受光部で受光される光量に基づいて前記検出部と前記反射部材との間の検出範囲に物体が進入したことを検知する検知部と、を備える回帰反射型光学式センサと、
   前記物体の移動予定方向を含む領域を撮影範囲とし、前記回帰反射型光学式センサによる前記検出範囲への前記物体の進入の検知をトリガとして撮影を開始するカメラと、を備え、
   前記反射部材の表面には、第１の波長を透過波長帯に含む第１のフィルタが付されており、
   前記カメラは、前記第１の波長とは異なる第２の波長を透過波長帯に含む第２のフィルタを介して画像を撮影する、
   ことを特徴とする撮影装置。
2. 前記センシング光は、前記第１の波長をピークとする波長帯の光である、
   ことを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
3. 前記撮影範囲に撮影光を投光する撮影用投光部を更に備え、
   前記物体の表面には、前記撮影光を反射するマーカが付されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の撮影装置。
4. 前記撮影光は、前記第２の波長をピークとする波長帯の光である、
   ことを特徴とする請求項３記載の撮影装置。
5. 前記回帰反射型光学式センサと前記カメラとは所定方向に並んで設置され、
   前記反射部材は平板状の部材であり、前記所定方向と直交する線分上に前記所定方向に平板面が沿うように設置され、
   前記撮影用投光部は、前記カメラの設置位置側から前記撮影光を投光する、
   ことを特徴とする請求項３または４記載の撮影装置。
6. 前記撮影光の光路上に、前記撮影光に対して略４５°を向けて配置されるハーフミラーを更に備え、
   前記カメラは、前記撮影光の投光方向と直交する方向に撮影方向を向けるとともに、前記ハーフミラーを通過した前記マーカからの反射光を撮影する、
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の撮影装置。
7. 前記撮影用投光部は、前記カメラのレンズの周囲に設けられたリング照明である、
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項記載の撮影装置。

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