JP2018008015A - 運動評価装置、運動評価方法及び運動評価プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明の課題は、被測定者の動作について測定されたデータを理解し易くすることである。
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像を生成する生成部と、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得するモーションデータ取得部と、
表示部と、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる表示制御部と、
を備えることを特徴とする。
図1〜図3を参照して、本実施の形態の装置構成を説明する。先ず、図1を参照して、本実施の形態の運動評価システム1を説明する。図1は、本実施の形態の運動評価システム1を示すブロック図である。
12と、RAM(Random Access Memory)13と、表示部14と、記憶部15と、通信部16と、を備える。運動評価装置10の各部は、バス17を介して接続されている。
従い各種表示を行う。
を書き込み及び読み出し可能な記憶部である。特に、記憶部15は、運動評価プログラム151を記憶している。
ジャイロセンサ25は、互いに直交する3軸方向を中心とする角速度データを検出する。そして、ジャイロセンサ25は、検出された各軸を中心とする角速度データをCPU21に出力する。各軸の加速度データ及び各軸を中心とする角速度データは、所定のサンプリング周期(例えば、200Hz)でサンプリングされているものとする。
なお、この運動評価処理では、処理の実行前に、モーションデータと画像データが記憶部15に既に記憶されている場合を例示して説明する。
なお、ここでは、測定装置20の上下方向の位置の絶対値は必要ではなく、相対的な位置がわかればいいので、積分する際に積分定数は気にしなくてもよいが、積分することで誤差が蓄積することがある。そこで、ランニングの周期特性を利用して計算を行うことが望ましい。最初にZ軸の加速度であるが、接地している間は加速度センサ24により上方向の加速度が検出されるので、単純に積分すると上方向の速度が増すことになる。ここで、ランニングは周期運動であることから、周期のはじめと終わりの上下方向の速度は、本来、同じはずである。このことから、ランニング1周期分の全データの平均を求め、サンプリングされたZ軸の加速度データそれぞれから平均値を引くことで、重力加速度及びノイズの成分を除去することができる。すなわち、ランニング1周期分のZ軸の加速度データの積分値は、重力加速度がない仮想状態では、ゼロになるはずであり、重力加速度及びノイズが存在しているときには、当該積分値は、重力加速度の値とノイズによる値とを示すと考えることが出来ることから、上述のように重力加速度及びノイズの成分を除去する処理を行っている。そして、このZ軸の加速度データを積分することで、Z軸の速度データを算出する。そして、さらにZ軸の速度データを積分することで、測定装置20の上下方向の位置の変化を算出する。
ポイント数(cyc_R)を算出する。
そして、CPU11は、左足ポイント数(round_L)=400*cyc_L/cycを算出するとともに、右足ポイント数(round_R)=400*cyc_R/cycを算出する。そして、CPU11は、算出された左足ポイント数(round_L)と右
足ポイント数(round_R)とをつなぎ、ランニング1周期分の平均化された加速度
データを導出する。
図10(a)に示す運動解析データは、横軸に時間をとり、各サンプリングポイントの時間を原点に、Z軸の加速度ベクトル(縦方向)とY軸の加速度ベクトル(横方向)との合成ベクトルを描いたデータとなっている。すなわち、経過時間毎の合成ベクトルの変化を示しており、合成ベクトルを示す線分の長さが加速度の大きさを示している。なお、図10(a)に示す運動解析データは、あるタイミングにおける右足の接地局面から離地局面までのデータのみを示している。
これらの指標は、以下のようにして求められる。すなわち、接地局面から離地局面までの区間であり、且つ、Y軸の加速度データの値がマイナスである、すなわち進行方向に加速している区間のサンプリングデータを抜き出し、各サンプリングデータに対してY軸の加速度データの値の二乗とZ軸の加速度データの値の二乗とを足し合わせ、平方根を求めることで、YZ平面上での加速度の大きさを求める。そして、このなかで加速度の大きさが最大となる時間が最大加速度の発生時間となる。また、このときの加速度の大きさが最大加速度となる。さらに、このときの合成ベクトルとY軸とのなす角度が最大加速度角となる。なお、上記の例では、YZ平面上での最大加速度を求めたが、X軸の加速度データも加味し、3次元での最大加速度を求めるようにしてもよい。
これらの指標は、接地局面から離地局面までの区間であり、且つ、Y軸の加速度データの値がプラスである、すなわち進行方向と逆方向に加速している区間のサンプリングデータを抜き出し、各サンプリングデータに対してY軸の加速度データの値の二乗とZ軸の加速度データの値の二乗とを足し合わせ、平方根を求めることで、YZ平面上での加速度の大きさを求める。そして、このなかで加速度の大きさが最大となる時間が最大ブレーキの発生時間となる。また、このときの加速度の大きさが最大ブレーキとなる。さらに、このときの合成ベクトルとY軸とがなす角度が最大ブレーキ角となる。なお、上記の例では、YZ平面上での最大ブレーキを求めたが、X軸の加速度データも加味し、3次元での最大ブレーキを求めるようにしてもよい。また、更に、接地局面から離地局面までの区間における進行方向と逆方向に加速している区間のY軸の加速度を時間積分した値をトータルブレーキとして求めて、指標に加えてもよい。
これらの指標は、接地局面から離地局面までの区間であり、且つ、Y軸の加速度データの値がマイナスである、すなわち進行方向に加速している区間のサンプリングデータを抜き出し、各サンプリングデータに対して合成ベクトルとY軸とのなす角度を求める。そして、このなかで合成ベクトルとY軸とのなす角度が最小である(最も前傾している)時間が最大前傾加速度の発生時間となる。また、このときの加速度の大きさが最大前傾加速度となる。さらに、このときの合成ベクトルとY軸とのなす角度が最大前傾加速度角となる。
先ず、CPU11は、ユーザによる操作部12の操作によって指定された画像データを記憶部15から読み出す(ステップS111)。なお、この画像データは、ステップS1で読み出されたモーションデータを採取している間に撮影された一連のランニング動作に係る動画像の画像データであるものとする。
ステップS112において、接地位置に対応する指定操作がなされていないと判定された場合(ステップS112;NO)は、当該指定操作がなされるまでの間、ステップS112の判定処理が行われる。
そして、接地位置に対応する指定操作がなされたと判定された場合(ステップS112;YES)、CPU11は、指定されたフレーム画像を基準として、各フレーム画像に対して正規化された時間の情報を付与する(ステップS113)。
例えば、左足の接地位置が100フレーム目であり、右足の接地位置が145フレーム目であり、次の左足の接地位置が200フレーム目であるとする指定操作がなされた場合、100フレーム目から145フレーム目までの各フレーム画像間の間隔は、193ポイントを45(=145−100)で除した値となる。従って、例えば、120フレーム目の正規化された時間の情報は、86(≒(120−100)*193/45)ポイントとなる。
また、145フレーム目から200フレーム目までの各フレーム画像間の間隔は、207(=400−193)ポイントを55(=200−145)で除した値となる。従って、例えば、180フレーム目の正規化された時間の情報は、325ポイント(≒((180−145)*207/55)+193)ポイントとなる。
そして、運動解析結果D2における時間(経過時間)の指定操作がなされたと判定された場合(ステップS115;YES)、CPU11は、指定操作がなされた時間に対応するフレーム画像を中心画像とし、この中心画像を基準として所定間隔で複数(例えば、12枚)のフレーム画像を抽出し、これらの複数のフレーム画像を合成した合成画像D1を生成する。そして、CPU11は、図11に示すように、生成された合成画像D1を表示部14の上段に表示させる(ステップS116)。
ステップS117において、表示制御処理の終了操作がなされていないと判定された場合(ステップS117;NO)、ステップS115に移行する。
一方、ステップS117において、表示制御処理の終了操作がなされたと判定された場合(ステップS117;YES)、表示制御処理を終了する。
また、図14に示すように、上記合成ベクトルを描いた運動解析結果D2aに加えて、X軸を中心とする回動角度(ピッチ角)グラフD2e、Y軸を中心とする回動角度(ロー角)グラフD2f、Z軸を中心とする回動角度(ヨー角)グラフD2gの全部又は一部を表示部14に表示させるようにしてもよい。これにより、測定装置20が装着された腰の回転量を確認することができるようになる。
続いて、実施形態2について説明する。なお、上記実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施形態2の運動評価装置10は、測定装置20から取得したモーションデータそのものを表示する点、及び、被測定者の移動を伴わない運動動作を対象とし、当該運動動作に係る画像データを合成して表示する点で、上記実施形態1と異なっている。
また、ステップS203において、モーションデータD21における時間(経過時間)の指定操作がなされていないと判定された場合(ステップS203;NO)、ステップS204をスキップして、ステップS205へ移行する。この場合、時間(経過時間)はデフォルト値、例えば、0.0[s]を設定し、0.0[s]に対応するフレーム画像の被写体の透過度を「0」とし、それ以外の被写体の透過度を上げた状態で生成した合成画像D11を表示部14の上段に表示させればよい。
ステップS205において、運動評価処理の終了操作がなされていないと判定された場合(ステップS205;NO)、ステップS203へ移行する。
一方、ステップS205において、運動評価処理の終了操作がなされたと判定された場合(ステップS205;YES)、運動評価処理を終了する。
例えば、本実施形態の運動評価処理に伴い表示部14の上段に表示させる合成画像は、図20に示すように、一連のゴルフスイング動作において、各フレーム画像の被写体を経時時間に沿って並べた合成画像12としてもよい。
一方、上記実施形態1では、表示部14の上段に合成画像D1を表示させるとともに、下段に運動解析の結果D2を表示させるようにしたが、この運動解析の結果D2の代わりに又はこの運動解析の結果D2と一緒に、この運動解析の基となったモーションデータそのものを表示させるようにしてもよい。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
<請求項1>
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像を生成する生成部と、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得するモーションデータ取得部と、
表示部と、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる表示制御部と、
を備えることを特徴とする運動評価装置。
<請求項2>
前記表示制御部は、所定期間の間の前記モーションデータを前記表示部に表示させる際に、当該所定期間の間に撮像された前記合成画像の生成に用いられる前記複数の画像の時系列と、当該モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1に記載の運動評価装置。
<請求項3>
前記生成部は、動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、前記複数の画像を経過時間に沿って並べた合成画像を生成し、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動評価装置。
<請求項4>
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを一致させて、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項3に記載の運動評価装置。
<請求項5>
前記生成部は、動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、前記複数の画像を重ねた合成画像を生成し、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動評価装置。
<請求項6>
前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の時点を指定する第1の指定部を備え、
前記生成部は、前記第1の指定部により前記時点が指定された場合に、前記合成画像を、前記複数の画像における前記時点に対応する特定の画像を中心に配置した画像とすることを特徴とする請求項3に記載の運動評価装置。
<請求項7>
前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の期間を指定する第2の指定部を備え、
前記生成部は、前記第2の指定部により前記期間が指定された場合に、前記複数の画像における前記期間に含まれる複数の前記画像に基づいて前記合成画像を生成することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の運動評価装置。
<請求項8>
前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の時点を指定する第1の指定部を備え、
前記生成部は、前記合成画像において、当該合成画像の生成に用いられている前記複数の画像のうち、前記第1の指定部で指定された時点に対応する画像の被写体を、当該指定された時点以外の画像の被写体と区別した合成画像を生成することを特徴とする請求項1〜5、7のいずれか一項に記載の運動評価装置。
<請求項9>
前記生成部は、前記合成画像において、当該合成画像の生成に用いられている前記複数の画像のうち、前記第1の指定部で指定された時点に対応する画像の被写体を、当該指定された時点以外の画像の被写体と区別した合成画像を生成することを特徴とする請求項6に記載の運動評価装置。
<請求項10>
前記表示制御部は、複数の被写体の各々に対応する複数の前記合成画像と複数の前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の運動評価装置。
<請求項11>
前記モーションデータに基づく運動解析を行う運動解析部を備え、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記運動解析部による前記運動解析の結果の時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記運動解析の結果とを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の運動評価装置。
<請求項12>
前記モーションデータは複数の軸方向の加速度データを含み、
前記運動解析の結果は、前記複数の軸方向の加速度データに基づく前記複数の軸の加速度ベクトルの和である合成ベクトルを、前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11に記載の運動評価装置。
<請求項13>
前記モーションデータは複数の軸方向の加速度データを含み、
前記運動解析情報には、前記被写体の前記複数の軸の少なくとも何れかにおける変位を前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11又は12に記載の運動評価装置。
<請求項14>
前記モーションデータは複数の軸方向を中心とする角速度データを含み、
前記運動解析情報には、前記被写体の前記複数の軸の少なくとも何れかにおける回動角度を前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載の運動評価装置。
<請求項15>
表示部を備えた運動評価装置の運動評価方法であって、
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像を生成し、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得し、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と、前記モーションデータの時系列と、を対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする運動評価方法。
<請求項16>
表示部を備えた運動評価装置のコンピュータに、
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像生成処理、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得するモーションデータ取得処理、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と、前記モーションデータの時系列と、を対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる表示処理、
を実行させる運動評価プログラム。
10 運動評価装置
11 CPU
12 操作部
13 RAM
14 表示部
15 記憶部
16 通信部
20 測定装置
30 撮像装置
Claims (16)
- 動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像を生成する生成部と、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得するモーションデータ取得部と、
表示部と、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる表示制御部と、
を備えることを特徴とする運動評価装置。 - 前記表示制御部は、所定期間の間の前記モーションデータを前記表示部に表示させる際に、当該所定期間の間に撮像された前記合成画像の生成に用いられる前記複数の画像の時系列と、当該モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1に記載の運動評価装置。
- 前記生成部は、動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、前記複数の画像を経過時間に沿って並べた合成画像を生成し、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動評価装置。 - 前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを一致させて、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項3に記載の運動評価装置。 - 前記生成部は、動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、前記複数の画像を重ねた合成画像を生成し、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記モーションデータ取得部により取得された前記モーションデータの時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の運動評価装置。 - 前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の時点を指定する第1の指定部を備え、
前記生成部は、前記第1の指定部により前記時点が指定された場合に、前記合成画像を、前記複数の画像における前記時点に対応する特定の画像を中心に配置した画像とすることを特徴とする請求項3に記載の運動評価装置。 - 前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の期間を指定する第2の指定部を備え、
前記生成部は、前記第2の指定部により前記期間が指定された場合に、前記複数の画像における前記期間に含まれる複数の前記画像に基づいて前記合成画像を生成することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の運動評価装置。 - 前記表示部に表示された前記モーションデータの時系列における所望の時点を指定する第1の指定部を備え、
前記生成部は、前記合成画像において、当該合成画像の生成に用いられている前記複数の画像のうち、前記第1の指定部で指定された時点に対応する画像の被写体を、当該指定された時点以外の画像の被写体と区別した合成画像を生成することを特徴とする請求項1〜5、7のいずれか一項に記載の運動評価装置。 - 前記生成部は、前記合成画像において、当該合成画像の生成に用いられている前記複数の画像のうち、前記第1の指定部で指定された時点に対応する画像の被写体を、当該指定された時点以外の画像の被写体と区別した合成画像を生成することを特徴とする請求項6に記載の運動評価装置。
- 前記表示制御部は、複数の被写体の各々に対応する複数の前記合成画像と複数の前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の運動評価装置。
- 前記モーションデータに基づく運動解析を行う運動解析部を備え、
前記表示制御部は、前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と前記運動解析部による前記運動解析の結果の時系列とを対応付けた状態で、前記合成画像と前記運動解析の結果とを前記表示部に表示させることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の運動評価装置。 - 前記モーションデータは複数の軸方向の加速度データを含み、
前記運動解析の結果は、前記複数の軸方向の加速度データに基づく前記複数の軸の加速度ベクトルの和である合成ベクトルを、前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11に記載の運動評価装置。 - 前記モーションデータは複数の軸方向の加速度データを含み、
前記運動解析情報には、前記被写体の前記複数の軸の少なくとも何れかにおける変位を前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11又は12に記載の運動評価装置。 - 前記モーションデータは複数の軸方向を中心とする角速度データを含み、
前記運動解析情報には、前記被写体の前記複数の軸の少なくとも何れかにおける回動角度を前記モーションデータのサンプル周期ごとに示した図が含まれていることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載の運動評価装置。 - 表示部を備えた運動評価装置の運動評価方法であって、
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像を生成し、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得し、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と、前記モーションデータの時系列と、を対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させることを特徴とする運動評価方法。 - 表示部を備えた運動評価装置のコンピュータに、
動作中の被写体を連続的に撮像した複数の画像から、時系列に応じて前記被写体の動作の変化が識別可能な合成画像生成処理、
当該被写体に装着されたモーションセンサから出力される、前記被写体の動作に対応するモーションデータを取得するモーションデータ取得処理、
前記合成画像の生成に用いられている前記複数の画像の時系列と、前記モーションデータの時系列と、を対応付けた状態で、前記合成画像と前記モーションデータとを前記表示部に表示させる表示処理、
を実行させる運動評価プログラム。
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