JP2017169950A - ボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの飛弾を精度高く検知することが可能なボール飛弾検知装置を提供する。【解決手段】ボール存在判定部３０１は、停止したボールが存在する特定の赤外線領域をボール存在領域として判定する。第一の物体出現判定部３０２は、当該ボール存在領域に隣接する前後の赤外線領域をそれぞれ前後の物体出現予定領域として、当該前後の物体出現予定領域のいずれかに、前記ボールを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する。第二の物体出現判定部３０３は、前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域以外の残りの物体出現予定領域に当該物体が出現したか否かを判定する。ボール消失判定部３０４は、前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定する。ボール飛弾検知部３０５は、前記ボールが前記物体により打ち出されたと検知する。【選択図】図３

Description

本発明は、ボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法に関する。

従来、ゴルフボール等のボールの飛行パラメータの測定技術は、多種存在する。例えば、特表２００５−５２９３３９号公報（特許文献１）には、携帯可能な飛行パラメータ測定システムが開示されている。この測定システムは、例えば、ボールのような、動いている対象物の表面を追跡するスタンドアローン式のスマートカメラを有し、速さ、軌道、スピン軸、及びその軸についてのスピン率を決定する。この測定システムでは、トリガリングの部分にゴルフボール又はゴルフクラブが移動するか視野に入ると計測を開始する。測定システムは、衝撃の際にボールに与えられるスピンの量、及びスピンの方向によって主に決定される飛行中のボールの進路を分析することに特に適しているとしている。

又、特開平７−１５９１１７号公報（特許文献２）には、運動物体の光検知測定装置が開示されている。この測定装置は、光源の光束をレンズを用いて略平板扇状に投光する手段と、その鉛直断面を通過する運動物体からの反射光を所定の間隔をおいて設置した１対のイメージラインセンサで受光する手段と、その位置検出情報より三角測量の原理と同様の手法で運動物体の通過２次元座標位置を演算し、所定のゾーンを通過したか否かの比較判定も可能とするソフトウェアと測定結果を表示する手段と、を備える。これにより、運動物体の運動方向の鉛直断面に扇状光束を投光し、運動物体よりの反射光を光センサで検知し、検知信号より断面内の通過位置を精度良く測定可能とするとしている。

又、特開平１１−２０６９４２号公報（特許文献３）には、ゴルフボールの飛距離計測装置が開示されている。この計測装置は、赤外線を光源とする発光素子と、該光源より照射される光線の打球による反射光を受光する受光素子を直線上に配置した２列の受光素子列を異なる角度で配置し、打球の通過時に各受光素子列内の隣り合う受光素子同士が最大の光量の反射光を受光した時刻の時間差により、打球の打ち出し仰角を算出するゴルフボールの第１の計測部と、打球の打ち出し水平角を算出するゴルフボールの第２の計測部と、前記第１の計測部と第２の計測部より打ち出し速度を計算し、打ち出し仰角と該打ち出し水平角と打ち出し速度とから打球の飛距離を算出する。これにより、計測制御関連機器を集約的に集め、打球の通過位置を特定できるので、精度良く打球の打ち出し仰角および打ち出し水平角を計測でき、その打ち出し仰角と打ち出し水平角を用いて算出した打球の移動距離より打球の打ち出し速度を求めることができて、キャリーの推定値の信頼性を向上させることができるとしている。

特表２００５−５２９３３９号公報 特開平７−１５９１１７号公報 特開平１１−２０６９４２号公報

しかしながら、上述した特許文献１−３に記載の技術では、停止しているボールの前方に検知領域が設けられ、ボールがこの検知領域を通過することで、ボールの飛行パラメータの計測を開始する。そのため、ボールの前方に、検知領域を形成する検知装置が存在することが前提である。このような構成では、例えば、プレイヤがボールを飛弾させた（打ち出した）際に、そのボールが検知装置の検知領域を通過せずに、検知装置に衝突する可能性があり、検知装置の破損に繋がるという課題がある。

一方、ボールの飛行パラメータを計測する場合は、ボールの打ち出し速度、打ち出し仰角、打ち出し水平角等が重要であり、飛弾した後のボールの打ち出し速度等でボールの移動距離等を算出しても、誤差が生じやすいという課題がある。そのため、ボールが飛弾した瞬間を直接検知する方が好ましい。

そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ボールの飛弾を精度高く検知することが可能なボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、本発明に係る新規なボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法を完成させた。即ち、本発明に係るボール飛弾検知装置は、ボールの飛弾を検知するボール飛弾検知装置であって、ボール存在判定部と、第一の物体出現判定部と、第二の物体出現判定部と、ボール消失判定部と、ボール飛弾検知部と、を備える。ボール存在判定部は、赤外線が照射される、隣接した複数の赤外線領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該複数の赤外線領域のうち、停止したボールが存在する特定の赤外線領域をボール存在領域として判定する。第一の物体出現判定部は、前記ボール存在領域が判定されると、当該ボール存在領域に隣接する前後の赤外線領域をそれぞれ前後の物体出現予定領域として、前後の物体出現予定領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該前後の物体出現予定領域のいずれかに、前記ボールを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する。第二の物体出現判定部は、前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域以外の残りの物体出現予定領域における反射光の強度に基づいて、当該残りの物体出現予定領域に当該物体が出現したか否かを判定する。ボール消失判定部は、前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域における反射光の強度に基づいて、当該ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定する。ボール飛弾検知部は、前記ボール存在領域のボールが消失すると、当該ボールが前記物体により打ち出されたと検知して、トリガ信号を発信する。

又、本発明に係るボール飛弾検知方法は、ボールの飛弾を検知するボール飛弾検知方法であって、ボール存在判定ステップと、第一の物体出現判定ステップと、第二の物体出現判定ステップと、ボール消失判定ステップと、ボール飛弾検知ステップと、を備える。ボール存在判定ステップは、赤外線が照射される、隣接した複数の赤外線領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該複数の赤外線領域のうち、停止したボールが存在する特定の赤外線領域をボール存在領域として判定する。第一の物体出現判定ステップは、前記ボール存在領域が判定されると、当該ボール存在領域に隣接する前後の赤外線領域をそれぞれ前後の物体出現予定領域として、前後の物体出現予定領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該前後の物体出現予定領域のいずれかに、前記ボールを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する。第二の物体出現判定ステップは、前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域以外の残りの物体出現予定領域における反射光の強度に基づいて、当該残りの物体出現予定領域に当該物体が出現したか否かを判定する。ボール消失判定ステップは、前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域における反射光の強度に基づいて、当該ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定する。ボール飛弾検知ステップは、前記ボール存在領域のボールが消失すると、当該ボールが前記物体により打ち出されたと検知して、トリガ信号を発信する。

本発明によれば、ボールの飛弾を精度高く検知することが可能となる。

本発明に係るボール飛弾検知装置の概略図（図１Ａ）と、本発明に係るボール飛弾検知装置の検知領域の概略図（図１Ｂ）と、である。 本発明に係るボール飛弾検知装置の構成概略図である。 本発明に係るボール飛弾検知装置の機能ブロック図である。 本発明に係るボール飛弾検知装置の実行手順を示すフローチャートである。 複数の赤外線領域にボールが置かれた場合の概略図（図５Ａ）と、複数の赤外線領域にボールが停止した場合の概略図（図５Ｂ）と、である。 複数の赤外線領域に物体が出現する前の概略図（図６Ａ）と、複数の赤外線領域に物体が出現した際の概略図（図６Ｂ）と、である。 物体がボールに衝突した場合の概略図（図７Ａ）と、物体がゆっくり動いてボールに当った場合の概略図（図７Ｂ）と、である。 物体がゆっくり動いたものの、ボールに当たらなかった場合の概略図（図８Ａ）と、物体がボールに衝突した場合の概略図（図８Ｂ）と、である。 物体が速く動いたものの、ボールに当たらなかった場合の概略図（図９Ａ）と、物体が速く動いてボールに衝突して飛弾させた場合の概略図（図９Ｂ）と、である。 実施例におけるゴルフ練習場でプレイヤがゴルフクラブでボールを打ち出す際の写真（図１０Ａ）と、打ち出した際の写真（図１０Ｂ）と、ゴルフクラブがボールに当たる瞬間のカメラ画像（図１０Ｃ）と、ゴルフクラブに当ったボールが飛弾した瞬間のカメラ画像（図１０Ｄ）と、である。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本発明に係るボール飛弾検知装置１は、図１Ａに示すように、平坦な面Ｓに置かれ、電源投入に対応して検知領域Ｚを構成する。検知領域Ｚは、ボール飛弾検知装置１の前方付近で、略直方形状に形成される。ボールＢは、検知領域Ｚ内に置かれ、静止すると、ボール飛弾検知装置１は、検知領域Ｚ内における反射光の強度の変化に基づいて、ボールＢが静止したことを検知する。又、ボールＢが、ゴルフクラブ等の飛弾器具Ｅで打ち出されると、ボール飛弾検知装置１は、検知領域Ｚ内における反射光の強度の変化に基づいて、ボールＢが打ち出されたことを検知する。このように、本発明では、ボールＢの前方にボール飛弾検知装置１を置く必要は無く、ボールＢの飛弾方向と直角方向において、ボール飛弾検知装置１の真横に載置すれば、ボールＢが飛弾される瞬間を直接検知することができる。

検知領域Ｚの形成方法に特に限定は無いが、例えば、図１Ｂに示すように、ボール飛弾検知装置１は、外装１０に複数の長方形状のスリット１１を有し、スリット１１の内側に、赤外線を光源とするＬＥＤ（発光素子）を設け、ＬＥＤにより照射される赤外線がスリット１１を通過して、長方形状の赤外線領域ＩＲＺを形成する。ここでは、５本のスリット１１が設けられている。各スリット１１毎にそれぞれ形成された複数の赤外線領域ＩＲＺは、隣接して、全体として略直方形状となり、検知領域Ｚを構成する。赤外線領域ＩＲＺのサイズは、適宜設定されるものの、例えば、ＬＥＤの発光方向のサイズが４０ｃｍ、ＬＥＤの発光方向と直角方向のサイズが８ｃｍである。検知領域ＺにボールＢが置かれた場合に、複数の赤外線領域ＩＲＺのうち、いずれか一つの赤外線領域ＩＲＺにのみボールＢが存在するように、赤外線領域ＩＲＺのサイズは設定されている。又、ボール飛弾検知装置１は、各スリット１１毎の直下に孔１２を有し、孔１２の内側に、赤外線の反射光を受光するフォトダイオード（受光素子）を設け、いずれか一つの赤外線領域ＩＲＺにボールＢが置かれると、この赤外線領域ＩＲＺの反射光の強度は、ボールＢの存在により変化する。その変化を孔１２を介してフォトダイオードが検出することで、複数の赤外線領域ＩＲＺのうち、いずれの赤外線領域ＩＲＺにボールＢが存在するかを判定することができる。

次に、本発明に係るボール飛弾検知装置１の構成について説明する。本発明に係るボール飛弾検知装置１は、図２に示すように、電源供給部２０と、発振回路２１と、発光回路２２と、ＬＥＤ２３と、フォトダイオード２４と、受光回路２５と、バンドパスフィルタ２６と、ピーク検出回路２７と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）モジュール２８と、マイクロプロセッサ２９と、データベース３０と、を備えている。電源供給部２０は、各部に電力を供給する。

発振回路２１と、発光回路２２と、ＬＥＤ２３とは、ボール飛弾検知装置１の発光モジュールを担う。発振回路２１は、周期的な振動電気信号を発振する。振動電気信号は、例えば、矩形波、正弦波を含み、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。発振回路２１は、例えば、周期が低周期の特定値（例えば、１０ｋＨｚ）である矩形波を発振して、発光回路２２へ入力する。周期を低周期に設定することで、屋外での太陽光や屋内での天井光等の外乱に基づいた、高周期（低周波数）の自然のノイズ信号を避けることが出来る。発光回路２２は、入力された振動電気信号に基づいてＬＥＤ２３の発光を制御する。ＬＥＤ２３は、発光回路２２の制御に基づいて赤外線をスリット１１に向けて照射する。これにより、赤外線領域ＩＲＺが形成される。

フォトダイオード２４と、受光回路２５と、バンドパスフィルタ２６と、ピーク検出回路２７とは、ボール飛弾検知装置１の受光モジュールを担う。フォトダイオード２４は、孔１２を介して、赤外線領域ＩＲＺから反射された反射光を電流信号に変換し、電流信号を受光回路２５に入力する。赤外線領域ＩＲＺにおけるボールＢの存否により反射光の強度が変化する。受光回路２５は、入力された電流信号に基づいて電圧信号に変換し、バンドパスフィルタ２６に入力する。バンドパスフィルタ２６は、入力された電圧信号のうち、特定の範囲内の周期の電圧信号を通過させ、範囲外の周期の電圧信号を通過させない。この範囲は、特定値（例えば、１０ｋＨｚ）を中心周期としている。これにより、上述した外乱による誤動作を確実に防止する。バンドパスフィルタ２６は、通過させた電圧信号をピーク検出回路２７に入力する。ピーク検出回路２７は、入力された電圧信号からピーク値を検出して、ＡＤＣモジュール２８に入力する。

ここで、発光モジュール及び受光モジュールは、スリット１１及び孔１２毎に設けられるため、各赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度の変化を監視することで、ボールＢの存在する赤外線領域ＩＲＺ（位置）を検知することが出来る。

ＡＤＣモジュール２８と、マイクロプロセッサ２９と、データベース３０とは、ボール飛弾検知装置１の検知モジュールを担う。ＡＤＣモジュール２８は、入力されたピーク値をデジタル値に変換し、デジタル値をマイクロプロセッサ２９に入力する。マイクロプロセッサ２９は、入力されたデジタル値を監視し、デジタル値をデータベース３０のサンプル値と比較し、後述する実行手順により、トリガ信号を出力する。トリガ信号の出力により、ボールＢの飛弾が検知される。

尚、マイクロプロセッサ２９は、例えば、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を内蔵しており、ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭ等に記憶されているプログラムを実行する。又、後述する各部についても、ＣＰＵがプログラムを実行することで当該各部を実現する。

次に、図３、図４を参照しながら、本発明の実施形態に係る構成及び実行手順について説明する。先ず、ユーザ（プレイヤ）がボール飛弾検知装置１の電源を投入すると、ボール飛弾検知装置１が第一状態に移行し、ボール飛弾検知装置１のボール存在判定部３０１が、初期化処理を実行する（図４：Ｓ１０１）。例えば、一時記憶された値の消去やデータベース３０のデフォルト値の取得がなされる。

次に、ボール飛弾検知装置１が第一状態に移行し、ボール存在判定部３０１が、隣接した複数の赤外線領域ＩＲＺにおけるそれぞれの反射光の強度Ｕに基づいて、当該複数の赤外線領域ＩＲＺのうち、停止したボールＢが存在する特定の赤外線領域ＩＲＺをボール存在領域として判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、ボール存在判定部３０１が、所定のＬＥＤ２３を特定の周期で発光し、これに対応するフォトダイオード２４で赤外線領域ＩＲＺからの反射光を受光し、赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度Ｕを取得する。ボール存在判定部３０１が、複数のＬＥＤ２３を順番に発光し、それぞれのフォトダイオード２４で受光することで、図５Ａに示すように、一方の端の赤外線領域ＩＲＺから他方の端の赤外線領域ＩＲＺまで反射光の強度Ｕを監視（スキャン）する（図４：Ｓ１０２）。

ここで、全ての赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度Ｕを監視する必要は無く、例えば、５つ存在する赤外線領域ＩＲＺを一方の端から他方の端まで順番に、Ｓ１、Ｓ２、、、Ｓ５と称すれば、複数の赤外線領域ＩＲＺのうち、真ん中の赤外線領域ＩＲＺのＳ３を中心として、その前後のＳ２，Ｓ４を含めて、所定数の赤外線領域ＩＲＺ（Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）に対応する反射光の強度Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４を監視すれば良い。又、特定の赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度Ｕを取得するためには、所定の時間（例えば、１．５ｓｅｃ〜６．０ｓｅｃ）が掛かるため、一方の赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度Ｕを取得してから次の赤外線領域ＩＲＺにおける反射光の強度Ｕを取得するまでの監視速度は、例えば、周期０．５Ｈｚ〜２．０Ｈｚと低く設定される。

次に、ボール存在判定部３０１は、監視した各赤外線領域ＩＲＺ毎の反射光の強度Ｕと、データベース３０に予め記憶されたボール閾値Ｕｉとを比較し、反射光の強度Ｕがボール閾値Ｕｉ以上であるか否かを各赤外線領域ＩＲＺ毎に判定する（図４：Ｓ１０３）。

ここで、ボール閾値Ｕｉは、赤外線領域ＩＲＺにボールＢが存在する場合と存在しない場合とで取得した反射光の強度に基づいて製造者が予め設定した値であり、ボールの種類やサイズに合わせて適宜設計される。

判定の結果、全ての赤外線領域ＩＲＺにおいて反射光の強度Ｕがボール閾値Ｕｉ未満である場合（図４：Ｓ１０３ＮＯ）、この場合は、全ての赤外線領域ＩＲＺにボールＢが存在しないことを意味するから、ボール存在判定部３０１は、所定時間（例えば、０．５ｓｅｃ）経過後に、Ｓ１０２へ移行し、監視を繰り返す。

一方、Ｓ１０３において、判定の結果、特定の赤外線領域ＩＲＺ（例えば、Ｓ３）において反射光の強度Ｕがボール閾値Ｕｉ以上である場合（図４：Ｓ１０３ＹＥＳ）、この場合は、ユーザがボールＢを特定の赤外線領域ＩＲＺ（例えば、Ｓ３）に置いたことを意味する。そのため、ボール存在判定部３０１は、特定の赤外線領域ＩＲＺをボール存在領域Ｓｂとして判定し、ボール飛弾検知装置１は、次の第三状態に移行する。

ここで、第三状態では、ボール存在判定部３０１が、ボール存在領域ＳｂのボールＢが停止したか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、ボール存在判定部３０１は、反射光の強度Ｕの監視対象をボール存在領域Ｓｂに限定し、他の赤外線領域ＩＲＺにおけるＬＥＤ２３を低消費電力モードのアイドル状態に移行する。次に、ボール存在判定部３０１は、経過回数を１回とカウントし、所定時間（例えば、０．５ｓｅｃ）の経過を待つ（図４：Ｓ１０４）。そして、所定時間経過後に、ボール存在判定部３０１は、図５Ｂに示すように、再度、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂを取得して、この反射光の強度Ｕｂがボール閾値Ｕｉ以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１０５）。

判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂがボール閾値Ｕｉ未満である場合（図４：Ｓ１０５ＮＯ）、この場合は、所定時間経過後にボールＢが移動してボール存在領域Ｓｂから無くなったことを意味する。そのため、ボール存在判定部３０１は、Ｓ１０２へ移行し、ボール存在領域の判定からやり直す。

一方、判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂがボール閾値Ｕｉ以上である場合（図４：Ｓ１０５ＹＥＳ）、この場合は、ボールＢがボール存在領域Ｓｂに停止している可能性がある。そのため、次に、ボール存在判定部３０１は、先ほどカウントした経過回数（「１回」）が、データベース３０に予め記憶された閾回数（例えば、「６回」）以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１０６）。

判定の結果、経過回数が閾回数未満の場合（図４：Ｓ１０６ＮＯ）、この場合は、ボールＢがボール存在領域Ｓｂに停止してから十分に時間が経過していないため、ボール存在判定部３０１は、Ｓ１０４へ移行し、経過回数に１回を加算して、経過回数を２回とカウントし、所定時間の経過を待つ（図４：Ｓ１０４）。このように、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂがボール閾値Ｕｉ以上であるという判定を繰り返すことで、ボールＢがボール存在領域Ｓｂに所定時間停止したことを確実に検知することが可能となる。尚、所定時間は、閾回数により適宜設定されるものの、例えば、３ｓｅｃ〜５ｓｅｃとされる。

Ｓ１０５ＹＥＳの判定が繰り返されて、Ｓ１０６において、判定の結果、経過回数が閾回数以上の場合（図４：Ｓ１０６ＹＥＳ）、この場合は、ボールＢが完全にボール存在領域Ｓｂに停止していると推定される。そのため、ボール存在判定部３０１は、ボール存在領域ＳｂのボールＢが停止したと判定し、ボール飛弾検知装置１は、次の第四状態に移行する。

尚、第三状態は、ボール存在領域Ｓｂを精度高く確定するための処理であり、特に必要が無ければ、第三状態を省略しても構わない。

第四状態では、第一の物体出現判定部３０２が、ボール存在領域Ｓｂに隣接する前後の赤外線領域ＩＲＺをそれぞれ前後の物体出現予定領域Ｓｂｆ、Ｓｂｅとして、前後の物体出現予定領域Ｓｂｆ、Ｓｂｅにおけるそれぞれの反射光の強度Ｕｂｆ、Ｕｂｅに基づいて、当該前後の物体出現予定領域Ｓｂｆ、Ｓｂｅのいずれかに、ボールＢを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、第一の物体出現判定部３０２は、ボール存在領域Ｓｂ（例えば、Ｓ３）に対して前後の赤外線領域ＩＲＺ（Ｓ２、Ｓ４）を選択し、赤外線領域ＩＲＺの順番のうち、最初の順番の赤外線領域ＩＲＺ（Ｓ２）を前の物体出現予定領域Ｓｂｆとし、最後の順番の赤外線領域ＩＲＺ（Ｓ４）を後の物体出現予定領域Ｓｂｅとして決定する。次に、第一の物体出現判定部３０２は、図６Ａに示すように、前の物体出現予定領域Ｓｂｆ、ボール存在領域Ｓｂ、後の物体出現予定領域Ｓｂｅの順番に、それぞれの反射光の強度Ｕｂｆ、Ｕｂ、Ｕｂｅを監視する（図４：Ｓ１０７）。このように、監視する対象を限定することで、無駄な反射光の強度Ｕを取得せずに済む。

ここでの監視速度は、ボールＢが打ち出される飛弾速度に対応して設定される。例えば、ゴルフクラブでゴルフボールＢが打ち出される瞬間の最大飛弾距離は、２５０μｓｅｃで２．０ｃｍと考えると、ゴルフボールＢの最大飛弾速度は、２１０ｍｐｈと換算することが出来る。この最大飛弾速度に対して、反射光の強度Ｕｂｆ、Ｕｂ、Ｕｂｅのサンプリング数を５個〜１０個確保するためには、一つの反射光の強度Ｕから次の反射光の強度Ｕを取得するまでの監視速度は、例えば、周期２０Ｈｚ〜４０Ｈｚと高く設定される。

次に、第一の物体出現判定部３０２は、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂを判定値Ｕｂ０として所定のメモリに一時保存する（図４：Ｓ１０８）。そして、第一の物体出現判定部３０２は、前の物体出現予定領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆ、又は後の物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅが、データベース３０に予め記憶された物体閾値Ｕｃ以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１０９）。

ここで、物体閾値Ｕｃは、赤外線領域ＩＲＺに物体が存在する場合と存在しない場合とで取得した反射光の強度に基づいて製造者が予め設定した値であり、飛弾検知のボールの種類に応じて適宜設計される。例えば、ボールがゴルフボールであれば、物体はゴルフクラブとなり、ボールが野球ボールであれば、物体はバットとなり、ボールがテニスボールであれば、物体はラケットとなり、ボールがサッカーボールであれば、物体はプレイヤの脚となり、ボールがアイスホッケのパックであれば、物体はスティックとなる。

判定の結果、前の物体出現予定領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆと、後の物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅのいずれもが物体閾値Ｕｃ未満である場合（図４：Ｓ１０９ＮＯ）、この場合は、未だ物体がボールＢに向かって出現していない（ボールＢの飛弾が開始されていない）ことを意味する。そのため、第一の物体出現判定部３０２は、所定時間（例えば、２５０μｓｅｃ）経過後に、Ｓ１０７へ移行し、監視を繰り返す。

一方、判定の結果、前の物体出現予定領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆ、又は後の物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅのいずれかが物体閾値Ｕｃ以上である場合（図４：Ｓ１０９ＹＥＳ）、例えば、図６Ｂに示すように、プレイヤがボールＢに向かってゴルフクラブＥを振って、ゴルフクラブＥが物体として前の物体出現予定領域Ｓｂｆに入った場合には、前の物体出現予定領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆが物体閾値Ｕｃ以上となる。この場合は、物体ＥがボールＢに向かって出現した（ボールＢの飛弾が開始される）ことを意味するため、第一の物体出現判定部３０２は、前後の物体出現予定領域Ｓｂｆ、Ｓｂｅのいずれかに物体Ｅが出現したと判定する。

ここで、出現した物体ＥがボールＢを打ち出すための物かを精度高く検知するために、下記の処理を行っても良い。即ち、第一の物体出現判定部３０２は、物体が出現した物体出現領域Ｓｂｆにおいて当該物体Ｅが出現してから消失するまでの第一の出現時間Δｔ１が、データベース３０に予め記憶された閾時間ｔｃ（例えば、２５０μｓｅｃ）未満であるか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、第一の物体出現判定部３０２は、特定の物体出現予定領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆが物体閾値Ｕｃ以上となると、その第一の出現時点ｔ１からの経過時間の計時を開始する。次に、第一の物体出現判定部３０２は、物体Ｅが出現した物体出現領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆを監視して、物体出現領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆが物体閾値Ｕｃ未満となるか否かを判定する。物体ＥはボールＢに向かって出現するため、図７Ａに示すように、物体ＥはボールＢに衝突し、物体出現領域Ｓｂｆから消失する。すると、第一の物体出現判定部３０２は、物体出現領域Ｓｂｆにおける反射光の強度Ｕｂｆが物体閾値Ｕｃ未満となったと判定し、その消失時点ｔ２を用いて消失時点ｔ２から第一の出現時点ｔ１を減算した第一の出現時間Δｔ１を算出する（図４：Ｓ１１０）。尚、消失時点ｔ２から経過時間は、継続して計時される。そして、第一の物体出現判定部３０２は、第一の出現時間Δｔ１が閾時間ｔｃ未満であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１１）。

ここで、閾時間ｔｃは、飛弾検知のボールの種類に応じて適宜設計される。例えば、ボールがゴルフボールであれば、ゴルフボールＢの最大飛弾速度は２１０ｍｐｈと概算出来ることから、物体出現領域Ｓｂｆを遮る物体Ｅ（ゴルフクラブ）の時間（例えば、２５０μｓｅｃ）を第一の出現時間に設定すれば、ゴルフクラブＥでゴルフボールＢが打ち出されていることを精度高く検知することが出来る。尚、ベースボール、テニス、サッカー等、球技に合わせて適宜設定すれば良い。

判定の結果、第一の出現時間Δｔ１が閾時間ｔｃ以上である場合（図４：Ｓ１１１ＮＯ）、この場合は、物体Ｅの動きがゆっくりであり、この物体ＥがボールＢを打ち出すか否か不明であることを意味する。例えば、ゴルフクラブＥがゆっくりと物体出現領域Ｓｂｆを遮ることが推定される。そのため、第一の物体出現判定部３０２は、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂを新たに取得し、この反射光の強度Ｕｂが、前記判定値Ｕｂ０以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１２）。ここで、判定値Ｕｂ０を用いることで、ボール存在領域ＳｂにおけるボールＢの存否を精度高く検知することが出来る。

判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが判定値Ｕｂ０未満である場合（図４：Ｓ１１２ＮＯ）、この場合は、図７Ｂに示すように、プレイヤがゴルフクラブＥをゆっくり動かしてゴルフボールＢの位置をずらしたことを意味する。そのため、第一の物体出現判定部３０２は、消失時点ｔ２から経過時間の計時を止めて、Ｓ１０２へ移行し、全ての処理をやり直す。

一方、判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが判定値Ｕｂ０以上である場合（図４：Ｓ１１２ＹＥＳ）、この場合は、図８Ａに示すように、プレイヤがゴルフクラブＥをゆっくり動かして素振りをして、ゴルフボールＢは残っていることを意味する。そのため、第一の物体出現判定部３０２は、消失時点ｔ２から経過時間の計時を止めて、Ｓ１０７へ移行し、物体出現の判定からやり直す。

ところで、Ｓ１１１において、判定の結果、第一の出現時間Δｔ１が閾時間ｔｃ未満である場合（図４：Ｓ１１１ＹＥＳ）、この場合は、物体Ｅの動きが速く、この物体ＥがボールＢを打ち出す可能性が高いことを意味する。そのため、第一の物体出現判定部３０２は、ボールＢを打ち出すために物体Ｅが出現したと判定する。

次に、第二の物体出現判定部３０３が、物体Ｅが出現した物体出現領域Ｓｂｆ以外の残りの物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度に基づいて、当該残りの物体出現予定領域Ｓｂｅに当該物体Ｅが出現したか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、第二の物体出現判定部３０３は、前後の物体出現予定領域Ｓｂｆ、Ｓｂｅのうち、物体Ｅが最初に出現した物体出現領域Ｓｂｆ以外の物体出現予定領域Ｓｂｅを選択し、この物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅを取得する。次に、第二の物体出現判定部３０３は、残りの物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅが前記物体閾値Ｕｃ以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１３）。ここで、上述では、前の物体出現予定領域Ｓｂｆが物体出現領域となったため、後の物体出現予定領域Ｓｂｅが判定対象となる。又、物体閾値Ｕｃを利用することで、物体Ｅの出現の検知精度を同等にすることが可能となる。

判定の結果、物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅが物体閾値Ｕｃ未満である場合（図４：Ｓ１１３ＮＯ）、この場合は、プレイヤがゴルフクラブＥをボール存在領域Ｓｂで止めた等、ゴルフボールＢが打ち出されていない可能性が高い。そのため、第二の物体出現判定部３０２は、所定時間（２５０μｓｅｃ）経過後に、消失時点ｔ２から経過時間の計時を止めて、Ｓ１０７へ移行し、監視を繰り返す。

一方、物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅが物体閾値Ｕｃ以上である場合（図４：Ｓ１１３ＹＥＳ）、この場合は、プレイヤがゴルフクラブＥをボール存在領域Ｓｂを遮って振った可能性が高い。そのため、第二の物体出現判定部３０２は、残りの物体出現予定領域Ｓｂｅに物体Ｅが出現したと判定する。

ここで、残りの物体出現予定領域Ｓｂｅに出現した物体ＥがボールＢを打ち出すための物かを精度高く検知するために、下記の処理を行っても良い。即ち、第二の物体出現判定部３０３は、前記残りの物体出現予定領域Ｓｂｅに前記物体Ｅが出現すると、前記ボール存在領域Ｓｂにおいて前記物体Ｅが通過してから消失するまでの第二の出現時間Δｔ２が前記閾時間ｔｃ（２５０μｓｅｃ）未満であるか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、第二の物体出現判定部３０３は、図８Ｂに示すように、物体出現予定領域Ｓｂｅにおける反射光の強度Ｕｂｅが物体閾値Ｕｃ以上であると判定すると、消失時点ｔ２から経過時間の計時に基づき、その第二の出現時点ｔ３を用いて第二の出現時点ｔ３から消失時点ｔ２を減算した第二の出現時間Δｔ２を算出する（図４：Ｓ１１４）。ここで、消失時点ｔ２から経過時間の計時は停止される。そして、第二の物体出現判定部３０３は、第二の出現時間Δｔ２が閾時間ｔｃ未満であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１５）。ここで、閾時間ｔｃを用いることで、先の物体出現予定領域Ｓｂｆでも後の物体出現予定領域Ｓｂｅでも同等以上の速度で物体Ｅが遮ったか否かを判定することが出来る。

判定の結果、第二の出現時間Δｔ２が閾時間ｔｃ以上である場合（図４：Ｓ１１５ＮＯ）、この場合は、打ち出す前の物体Ｅの動きは速かったものの、何らかの理由により、プレイヤが、打ち出す際の物体Ｅを急激に減速させたことを意味し、ボールＢが正確に打ち出されていない可能性が高い。そのため、第二の物体出現判定部３０３は、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂを新たに取得し、この反射光の強度Ｕｂが、前記判定値Ｕｂ０以上であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１６）。

判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが判定値Ｕｂ０未満である場合（図４：Ｓ１１６ＮＯ）、この場合は、プレイヤがゴルフクラブＥでゴルフボールＢの位置をずらしたことを意味する。そのため、第二の物体出現判定部３０３は、Ｓ１０２へ移行し、全ての処理をやり直す。

一方、判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが判定値Ｕｂ０以上である場合（図４：Ｓ１１６ＹＥＳ）、この場合は、プレイヤがゴルフクラブＥで素振りをして、ゴルフボールＢは残っていることを意味する。そのため、第二の物体出現判定部３０３は、Ｓ１０７へ移行し、物体出現の判定からやり直す。

ところで、Ｓ１１４において、判定の結果、第二の出現時間Δｔ２が閾時間ｔｃ未満である場合（図４：Ｓ１１４ＹＥＳ）、この場合は、打ち出す前後の物体Ｅの動きは速く、この物体ＥがボールＢを打ち出す可能性が高いことを意味する。そのため、第二の物体出現判定部３０３は、ボールＢを打ち出すために物体Ｅが出現したと判定する。

最後に、ボール消失判定部３０４が、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂに基づいて、当該ボール存在領域ＳｂのボールＢが消失したか否かを判定する。

この判定の方法に特に限定は無い。例えば、ボール消失判定部３０４が、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂを新たに取得して、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが前記判定値Ｕｂ０と同等であるか否かを判定する（図４：Ｓ１１７）。

判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが前記判定値Ｕｂ０と同等である場合（図４：Ｓ１１７ＹＥＳ）、この場合は、図９Ａに示すように、プレイヤがゴルフクラブＥを速く動かして素振りをして、ゴルフボールＢは残っていることを意味する。そのため、ボール消失判定部３０４は、Ｓ１０７へ移行し、物体出現の判定からやり直す。

一方、判定の結果、ボール存在領域Ｓｂにおける反射光の強度Ｕｂが前記判定値Ｕｂ０と同等でない場合（図４：Ｓ１１７ＮＯ）、この場合は、図９Ｂに示すように、プレイヤがゴルフクラブＥを速く動かしてゴルフボールＢを飛弾させたことを意味する。そのため、ボール消失判定部３０４は、ボール存在領域ＳｂのボールＢが消失したと判定し、ボール飛弾検知装置１は、最後の第五状態に移行する。

第五状態では、ボール飛弾検知部３０５が、ボール存在領域ＳｂにおけるボールＢの消失に基づいて、ボールＢが物体Ｅにより打ち出されたと検知し（図４：Ｓ１１８）、物体ＥによりボールＢが打ち出されたことを示すトリガ信号をボール飛弾検知装置１の外部装置に発信する。これにより、ボールＢの飛弾を精度高く検知することが可能となる。

ここで、トリガ信号は、例えば、下記のように利用される。ボール飛弾検知装置１にカメラ３０６を設け、カメラ画像撮影部３０７がこのカメラ３０６で検知領域Ｚを撮影する。カメラ画像撮影部３０７は、特定のタイミング（電源投入時等）から所定期間中にカメラ画像を複数撮影して破棄することを周期的に繰り返す。例えば、１０秒等の所定の撮影期間における撮影間隔が０．０３秒から２．００秒の間で選択され、カメラ画像撮影部３０７は、撮影期間において、選択された撮影間隔で連続してカメラ画像を複数撮影する。このような複数のカメラ画像が各撮影期間毎に生じる。例えば、カメラ画像を保持する画像保持期間が３０秒であれば、１０秒の撮影期間毎に複数のカメラ画像が紐付けされる。尚、撮影期間で一時的に保持する複数のカメラ画像は、メモリ容量との関係から、適宜破棄される。例えば、画像保持期間が３０秒であれば、次の１０秒の撮影期間が経過すると、画像保持期間の最も古い撮影期間に紐付けされた複数のカメラ画像が破棄される。そのような状況において、カメラ画像撮影部３０７が、ボール飛弾検知部３０５からのトリガ信号を受信すると、受信時点の前後における複数のカメラ画像を取得する。これにより、ボールＢが打ち出された瞬間の前後のカメラ画像を取得することが可能となり、これらのカメラ画像に基づいて、ボールＢが打ち出された際の打ち出し速度、打ち出し仰角、打ち出し水平角等を正確に算出することが可能となる。又、算出されるボールＢの飛行パラメータも精度高く算出することが可能となる。

ここで、図１〜図３に基づいて試作したボール飛弾検知装置１で、ゴルフクラブＥでボールＢが打ち出された瞬間のカメラ画像を実施例として示す。図１０Ａに示すように、ゴルフの練習場において、高解像度・高速のカメラを搭載したボール飛弾検知装置１を置き、その横にボールＢを置いてゴルフクラブＥで打ち出す。図１０Ｂに示すように、ゴルフボールＢが打ち出されて消失すると、ボール飛弾検知装置１は、トリガ信号に基づいて、図１０Ｃに示すように、ゴルフクラブＥでボールＢが打ち出された瞬間のカメラ画像を取得する。又、ボール飛弾検知装置１は、図１０Ｄに示すように、ゴルフクラブＥでボールＢが打ち出された後のカメラ画像を取得する。このように、本発明に係るボール飛弾検知装置１は、ボールの飛弾を精度高く検知することが可能であることが分かった。

尚、本発明の実施形態では、ゴルフボールＢに対応させたボール飛弾検知装置１を説明したが、これに限定する必要は無く、本発明は、停止したボールＢを打ち出す球技、ベースボール、テニス、サッカー、ラグビー、アイスホッケ、ゲートボール等のボールの飛弾を検知する装置として幅広く適用することが出来る。

又、本発明の実施形態では、スリット１１を用いて赤外線領域ＩＲＺを検知領域Ｚとして形成したが、赤外線を含む反射光の強度を検出出来る検知領域であれば、このような構成に限定する必要は無い。

又、本発明の実施形態では、ボール飛弾検知装置１が各部を備えるよう構成したが、当該各部を実現するプログラムを記憶媒体に記憶させ、当該記憶媒体を提供するよう構成しても構わない。当該構成では、プログラムを装置に読み出させ、当該装置が各部を実現する。その場合、記録媒体から読み出されたプログラム自体が本発明の作用効果を奏する。さらに、各手段が実行するステップをハードディスクに記憶させる方法として提供することも可能である。

以上のように、本発明に係るボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法は、停止したボールを打ち出すあらゆる球技においてボールの飛弾を検知する装置及び方法として有効であり、ボールの飛弾を精度高く検知することが可能なボール飛弾検知装置及びボール飛弾検知方法として有効である。

１ ボール飛弾検知装置
３０１ ボール存在判定部
３０２ 第一の物体出現判定部
３０３ 第二の物体出現判定部
３０４ ボール消失判定部
３０５ ボール飛弾検知部
３０６ カメラ
３０７ カメラ画像撮影部

Claims (5)

1. ボールの飛弾を検知するボール飛弾検知装置であって、
   赤外線が照射される、隣接した複数の赤外線領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該複数の赤外線領域のうち、停止したボールが存在する特定の赤外線領域をボール存在領域として判定するボール存在判定部と、
   前記ボール存在領域が判定されると、当該ボール存在領域に隣接する前後の赤外線領域をそれぞれ前後の物体出現予定領域として、前後の物体出現予定領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該前後の物体出現予定領域のいずれかに、前記ボールを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する第一の物体出現判定部と、
   前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域以外の残りの物体出現予定領域における反射光の強度に基づいて、当該残りの物体出現予定領域に当該物体が出現したか否かを判定する第二の物体出現判定部と、
   前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域における反射光の強度に基づいて、当該ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定するボール消失判定部と、
   前記ボール存在領域のボールが消失すると、当該ボールが前記物体により打ち出されたと検知して、トリガ信号を発信するボール飛弾検知部と、
   を備えることを特徴とするボール飛弾検知装置。
2. 前記複数の赤外線領域を撮影するカメラと、
   前記カメラで、所定時間中にカメラ画像を複数撮影して破棄することを周期的に繰り返し、前記トリガ信号を受信すると、受信時点の前後における複数のカメラ画像を取得するカメラ画像撮影部と、
   を更に備える
   請求項１に記載のボール飛弾検知装置。
3. 前記第一の物体出現判定部は、前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域において当該物体が出現してから消失するまでの第一の出現時間が閾時間未満であるか否かを判定し、
   前記第二の物体出現判定部は、前記第一の出現時間が前記閾時間未満である場合に、前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現したか否かを判定する
   請求項１又は２に記載のボール飛弾検知装置。
4. 前記第二の物体出現判定部は、前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域において前記物体が通過してから消失するまでの第二の出現時間が閾時間未満であるか否かを判定し、
   前記ボール消失判定部は、前記第二の出現時間が前記閾時間未満である場合に、前記ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定する
   請求項１−３のいずれか一項に記載のボール飛弾検知装置。
5. ボールの飛弾を検知するボール飛弾検知方法であって、
   赤外線が照射される、隣接した複数の赤外線領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該複数の赤外線領域のうち、停止したボールが存在する特定の赤外線領域をボール存在領域として判定するボール存在判定ステップと、
   前記ボール存在領域が判定されると、当該ボール存在領域に隣接する前後の赤外線領域をそれぞれ前後の物体出現予定領域として、前後の物体出現予定領域におけるそれぞれの反射光の強度に基づいて、当該前後の物体出現予定領域のいずれかに、前記ボールを打ち出すための物体が出現したか否かを判定する第一の物体出現判定ステップと、
   前記前後の物体出現予定領域のいずれかに前記物体が出現すると、前記物体が出現した物体出現領域以外の残りの物体出現予定領域における反射光の強度に基づいて、当該残りの物体出現予定領域に当該物体が出現したか否かを判定する第二の物体出現判定ステップと、
   前記残りの物体出現予定領域に前記物体が出現すると、前記ボール存在領域における反射光の強度に基づいて、当該ボール存在領域のボールが消失したか否かを判定するボール消失判定ステップと、
   前記ボール存在領域のボールが消失すると、当該ボールが前記物体により打ち出されたと検知して、トリガ信号を発信するボール飛弾検知ステップと、
   を備えることを特徴とするボール飛弾検知方法。