JP3025335B2 - ゴルフ打撃訓練及びシミュレーション方式 - Google Patents

ゴルフ打撃訓練及びシミュレーション方式

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JP3025335B2
JP3025335B2 JP3120460A JP12046091A JP3025335B2 JP 3025335 B2 JP3025335 B2 JP 3025335B2 JP 3120460 A JP3120460 A JP 3120460A JP 12046091 A JP12046091 A JP 12046091A JP 3025335 B2 JP3025335 B2 JP 3025335B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゴルフ打撃訓練及びシ
ミュレーション方式に関し、さらに詳しくはゴルフ打撃
場(練習場)等におけるゴルフボールの三次元空間の飛
行軌道を電気光学的測定により分析し算定して、そのゴ
ルフボールの飛行軌道の映像を即時再現表示する方式に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年のゴルフ打撃場(練習場)は高、低
2種類のティーを具えて、ウッドとアイアン両方の練習
ができるように設計されている。また、練習場の回りを
取り囲む防護ネットは、プレイヤーが打ったボールの長
い飛行軌道をある程度まで観察できるように大きく設計
されている。従って、プレイヤーは、その観察で得た視
覚的評価を次のボ−ルの打ち方に加味して練習を重ねる
ことができる。このため夜間の訓練は長距離にわたって
ボールを観察するための充分な照明が要求される。一般
には、プレイヤー達は、自らの打撃結果を分析したり、
理想的な打撃結果又は前の自分の打撃結果と比較したり
する何らの手段もなしに、今の打撃結果を単に主観的に
評価する。
【0003】これを避けて、客観的な評価を得る手段と
してはゴルフ・シミュレーション方式がある。現存する
ゴルフ・シミュレーション方式は、通常2つに分類され
る。第1の方式、例えばソニーの「バーディーラッシュ
システム」では、ゴルフボールが電気機械式測定機構を
有する装置に融通自在に結合され、この装置によりシス
テムはボールに対する初期インパクト、初期射出角度、
および打撃のスピン変数を測定する。この測定によって
シミュレーションされたボールの飛行軌道は様々なゴル
フコースの映像と共にビデオスクリーン上に表示され
る。また、第2の方式、例えば「パーTゴルフシステ
ム」では、電気光学的装置が設けられ、ティーから数メ
ートル離れた大型合成スクリーンに向かって実際に打た
れるゴルフボールの初速度ベクトルを測定する。スライ
スやフックに係わるスピン変数はスクリーンからのボー
ルの戻り角度によって、おおよその算定がなされる。こ
れによりシミュレーションされた飛行軌道は、同じスク
リーン上に投影されたゴルフコースの映像に重ね合わせ
られて同様に光学的に投影される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のシミ
ュレーション方式は、いずれの場合も、プレイヤーがボ
ールの実際の飛行軌道を完全に観察できるものではない
ために、打撃の結果を実感として主観的に評価する方法
がないという問題があった。加うるに、これらの方式に
は、いずれもボールの飛行を変化させる又は限定する風
という自然要件が加味されていないために、プレイヤー
がそのような自然要件と競うことができず、そのため実
際の打撃練習としては不満が残るという問題があった。
【0005】また、ボールの実際の飛行軌道を観察でき
る打ち放しの打撃練習場の場合でも、夜間の照明が充分
でなく遠くのボールが見づらい場合、混み入った背景の
ためにボールが識別しづらい場合、防護網の設置サイズ
が充分でなくボールの飛行が途中で阻害される場合等で
は、ボールを最後まで観察できないという問題があっ
た。特にこの場合は、通常、飛行軌道の後半に発現する
スライスやフックを充分観測することができず、従って
その修正もできないという問題があった。
【0006】本発明の課題は、ゴルフボールの三次元空
間の飛行軌道を電気光学的測定により分析し算定してそ
のゴルフボールの飛行軌道の映像を即時再現表示するよ
うにし、これにより実際のゴルフボールの飛行軌道をそ
の終着点まで観察できるゴルフ打撃訓練及びシミュレー
ション方式を実現することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ティー上から打撃されて飛行するゴルフボールを電気光
学的に観測してその観測結果と前記ティー位置とから前
記打撃されて飛行するゴルフボールの初速度ベクトルを
決定する初速度ベクトル決定手段と、該初速度ベクトル
決定手段により決定された前記ゴルフボールの初速度ベ
クトルに基づいて定まる観測方向に観測可能な状態で飛
行する前記ゴルフボールの軌道を電気光学的に追跡して
前記ゴルフボールの飛行軌道を決定する変数を算出をす
る第1の変数算出手段と、該第1の変数算出手段により
算出された変数に基づいて決定された前記ゴルフボール
の飛行軌道をメモリ上に記憶させその記憶させた前記ゴ
ルフボールの飛行軌道の影像をディスプレイ上に即時再
生させる映像再生手段と、を有することを特徴とする。
上記初速度ベクトル決定手段は、例えば短時間露出TV
カメラ等からなる頭上撮像ユニット、上記頭上撮像ユニ
ットに同期する例えばマイクロプロセッサ等からなる処
理・制御ユニット等からなる。また第1の変数算出手段
は、例えば高解像度CCD−TVカメラ等で構成される
地面撮像ユニット等からなる。さらにまた、映像再生手
段は、例えばフレームグラッバーメモリユニット、ディ
スプレイモニタユニット等からなる。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明の手段に加えて、前記打撃されて飛行するゴルフボー
ルの飛行軌道の範囲、風力要素、横スピン(スライス/
フック)要素、揚力要素、および抑止力要素からなるゴ
ルフボールの飛行軌道変数を算出する第2の変数算出手
段をさらに有し、その算出された変数を用いて前記打撃
されたゴルフボールの飛行軌道をシミュレーションしそ
のシミュレーションされたゴルフボールの飛行軌道の影
像を実際の又は描画によるゴルフコースの映像の上に重
畳する影像重畳手段を具備することを特徴とする。上記
第2の変数算出手段は、例えばマイクロプロセッサ等か
らなり、また、影像重畳手段は、例えば、光デスク等か
らなるゴルフコースデータベースユニット、CRT(Ca
thode-ray tube display; 陰極線管表示装置)等からな
るディスプレイモニタユニット等で構成される。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明の手段に加えて、前記初速度ベクトル決定手段
が、前記ティー内に電気光学的に配設されゴルフボール
のティー離脱を検出するボール離脱検出手段と、前記テ
ィーの上方に配設され前記ティー離脱検出手段により検
出されたゴルフボールのティー離脱に相関して前記ティ
ーを離脱して飛行するゴルフボールの所定時間軸内にお
ける三次元位置を検出するボール位置検出手段とを有し
て、前記ボール離脱検出手段により検出された前記ボー
ルの離脱ティー位置及び離脱時間と、前記ボール位置検
出手段により検出された前記ボールの所定時間軸内にお
ける三次元位置とから前記打撃されて飛行するボールの
速さ及び射出角度からなる初速度ベクトルを決定するこ
とを特徴とする。上記ボール離脱検出手段は、例えば光
源、光センサ、トリガー回路等からなるトリガーユニッ
トで構成され、また、ボール位置検出手段はそのトリガ
ーユニットと同期する例えば2つのCCD線走査カメラ
等から成る頭上撮像ユニットで構成される。
【0010】請求項4記載の発明は、請求項1、2又は
3記載の発明の手段に加えて、遠距離の照明不良、背景
との識別不良、防護網による飛行阻害等のために前記第
1の変数算出手段による変数の算出が不能となった前記
打撃されたゴルフボールの飛行軌道を前記第2の変数算
出手段により算出された変数に基づいて前記算出不能と
なったゴルフボールの飛行軌道を外挿する飛行軌道外挿
手段を有することを特徴とする。上記飛行軌道外挿手段
は、例えば外挿演算アルゴリズムを内蔵するマイクロプ
ロセッサ等からなる。
【0011】
【作用】請求項1記載の発明によれば、ティー上から打
撃されて飛行するゴルフボールが電気光学的に観測さ
れ、その観測結果とティー位置とから飛行するゴルフボ
ールの初速度ベクトルが決定される。そしてその初速度
ベクトルに基づいて飛行するゴルフボールの軌道が電気
光学的に追跡されゴルフボールの飛行軌道を決定する変
数が算出される。この変数に基づいて決定されたゴルフ
ボールの飛行軌道がメモリ上に記憶され、その記憶され
た飛行軌道の影像がディスプレイ上に即時再生される。
これにより、打撃結果が客観的に評価できるようにな
る。
【0012】請求項2記載の発明によれば、上記の作用
に加えて、打撃されて飛行するゴルフボールの飛行軌道
の範囲、風力要素、横スピン(スライス/フック)要
素、揚力要素、および抑止力要素からなるゴルフボール
の飛行軌道変数が算出され、その算出された変数を用い
たボールの飛行軌道シミュレーションがなされ、さらに
そのシミュレーションが実際の又は描画によるゴルフコ
ースの映像の上に重ね合わせられてディスプレイ等に表
示される。これにより、自然要因も含めた条件の中で実
際にボールが飛行する軌道がシミュレーションでき、ま
た、現実のゴルフコースでプレイするようにボールを打
ちながらゴルフコースプレイゲームを楽しむことができ
る。
【0013】請求項3記載の発明によれば、請求項1又
は2に係わる発明の初速度ベクトル決定手段により、ゴ
ルフボールのティー離脱が検出され、さらにそのゴルフ
ボールのティー離脱に相関して、飛行するゴルフボール
の所定時間軸内における三次元位置が検出され、そして
検出されたボールの離脱ティー位置及び離脱時間と、検
出されたボールの所定時間軸内における三次元位置とか
らボールの速さ及び射出角度からなる初速度ベクトルが
決定される。これにより、正確な初速度ベクトルが得ら
れ、初期のボール飛行方向を算定することができる。
【0014】請求項4記載の発明によれば、請求項1、
2又は3に係わる発明の作用に加えて、遠距離の照明不
良、背景との識別不良、防護網による飛行阻害等のため
に第1の変数算出手段による変数の算出が不能となった
ゴルフボールの飛行軌道が第2の変数算出手段によって
算出された変数に基づいて外挿される。これにより、観
測不能となったボールの軌道がディスプレイ等に再現で
きる。
【0015】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。図1は、本発明の実施例に係わる主要構
成ユニットの説明図である。同図において、電気光学式
装置10は、後述するトリガーユニット11、頭上撮像
ユニット12及び地面撮像ユニット13からなってお
り、打たれたゴルフボールの実際の飛行軌道の測定を行
う。制御・表示装置14は、これも詳しくは後述するフ
レーム・グラッバーメモリユニット15、処理及び制御
ユニット16、ウインドーメモリユニット17及びディ
スプレイモニタユニット18からなっており、上述の測
定されたゴルフボールの飛行軌道をカラーディスプレイ
モニタ上に再生表示する。頭上照明ユニット19は、ボ
ールの飛行初期段階の動きを測定するための電気光学的
コントラストを高めるために設けられる。風センサーユ
ニット20は、ボールの飛行軌道の計算アルゴリズム
に、風力要素を取り入れるために設けられる。コンピュ
ータ/プリンターユニット21は、個人用にプレイヤー
の点数表や過去データの蓄積、統計的分析、及び印刷等
を行うのために、必要に応じて追加的に設けられる。ゴ
ルフコースイメージデータベースユニット22は、ウッ
ドやアイアンを用いてプレイする完全なゴルフコースゲ
ームをシミュレーションするものであり、これも必要に
応じて追加的に設けられる。
【0016】図2〜図4に、上述した電気光学式装置1
0を形成する3つのユニット11、12、13を示し
て、詳細に説明する。図2(a)、(b) に示すトリガーユニ
ット11は、同様な構成の主、副2つのユニットからな
り、それぞれ、分離して配設された2個のゴム製ティー
11−1、11−1′の下部に収まるよう設計・配設さ
れる。それらは、それぞれ小型化された例えば光ダイオ
ード又はレーザダイオード等からなる光源11−2、1
1−2′、反射光検出器11−3、11−3′、およ
び、光量変化検出回路11−4、11−4′からなる。
図2(a) に示される第1のゴム製ティー11−1は、近
代的ゴルフ打撃場(練習場)で一般的に用いられている
自動ボール供給器に取り付けられて利用されているもの
と、原理においては同様である。図2(b) に示される第
2のゴム製ティー11−1′は、ボールが直接地面(合
成芝マット)に置かれるアイアンストロークのために設
けられている。そして、そのとき使用中の適宜のティー
11−2(又は11−2′)に対応する自動検出回路1
1−4(又は11−4′)とその後述する検出論理によ
って、ティー上のボールの白い反射光が検出、走査され
る。ボールの飛行軌道の初動は、ボールがティーを離れ
る際の反射光検出信号の立下がりによってトリガー信号
が出力されることにより通知される。
【0017】図3に示す頭上撮像ユニット12は、2台
のCCD線走査カメラ3−a、または、2台のCCD−
TV短時間露出カメラ3−bのいずれかにより構成され
る。両設計は二者択一的に選択されるが、いずれの場合
もカメラの視野は、安定した三角測量計算を提供するよ
うに、また、その視野内にゴルフクラブのスイングによ
るクラブが、あるいは、隣のボール打撃レーンからのボ
ールが侵入することを避けるように、幾何学的に設計さ
れる。2台のCCD線走査カメラ3−aの場合は、カメ
ラは、ボールの初期射出角度に対応する完全な範囲、す
なわち、飛行するボールが必ず通過する平面を網羅する
単一の三次元内平面をイメージするように設置される。
2台のCCD−TV短時間露出カメラ3−bの場合は、
カメラは与えられた三次元空間を互いにカバーするよう
に設置される。その空間では、必ずボールは少なくとも
単一映像フレーム(「フレーム」は表示一画面を表す)
に対応する短時間露出内に、2台のカメラにより同時に
観測されることができる。これにより、トリガーユニッ
ト11から出力されたトリガー信号と、頭上撮像ユニッ
ト12の2台のカメラによる飛行するボールに対するそ
れぞれの観測角度により三角測量が行われる。この1回
の三角測量は飛行するボールの初速度ベクトルを決定す
るためには原理的に充分である。さらにまた、もし2組
のCCD線走査カメラ3−aを用いて、ある適度な距離
をおいて2つの連続する三角測量法による測定が行なわ
れるようにこの装置が利用されるなら、トリガーユニッ
ト11は必要がなくなり取り除かれることが可能であ
る。同様にして、例えば、頭上撮像ユニット12が2台
のCCD−TVカメラで設計されている場合に、もしボ
ールが少なくとも連続露出で2回三角測量されるなら、
同様にトリガーユニット11は取り除かれることが可能
である。
【0018】図4は、図1に示したの地面撮像ユニット
13の機能を説明する図である。地面撮像ユニット13
は、CCD−TV高解像度・可変露出カメラで構成さ
れ、ティーポイントの下部に直接配置され、かつ、ボー
ルの飛行軌道の望むべき方向と一線に並んで配置され
る。このCCD−TVカメラによる地面撮像ユニット1
3の視野は、カメラ窓4−1を通じて、ボールの想定可
能な初期射出角度の完全な範囲(水平より上方に凡そ7
0度の範囲)および、スライス/フックの観測角の充分
な方位範囲(望むべきセンター方向に対して方位凡そ±
20度)をカバーするように設計される。
【0019】このCCD−TVカメラの解像度は、最大
範囲の視野でボールの高確率方向を示し得るような、す
なわち、最高の可能解像度と最大の可能視野を可能なら
しめるようなものでなければならない。最高解像度は、
最大限の飛行軌道範囲(水平から10〜20度の間の低
上昇の観測角)で、有効でなければならない。地面撮像
ユニット13は、異なる解像度を有し、部分的に重なり
合う視野を持った数個のCCD−TVカメラに分割して
設置するようにしてもよい。
【0020】図1の頭上撮像ユニット12及び地面撮像
ユニット13は、ユニット15〜18からなる制御・表
示装置14に対して、CCD線走査信号、或いは、基準
的な映像信号を生成する。頭上撮像ユニット12が2台
のCCD線走査カメラの場合では、フレーム・グラッバ
ーメモリユニット15は、2つのアナログ/ディジタル
・コンバータ、マルチライン・ディジタルRAM、及び
リアルタイムのフレーム区別をサポートすることができ
るマルチイメージ・フレーム・グラッバーから構成され
る(グラッバーは、入出力映像同期回路を備え、高速で
動作するデジタル・イメージ・RAMの一種)。また、
頭上撮像ユニット12を2台のCCD−TVカメラで構
成する場合には、同時入力の2つの映像のリアルタイム
のフレーム区別をサポートできる二重入力・多映像フレ
ーム・グラッバーを備えるようにする。処理及び制御ユ
ニット16は、目的物検出とその追跡アルゴリズムを実
行し、追跡処理中のボールの飛行軌道変数を算定する高
速で、ソフトウエア駆動の、ディジタル信号及び像影の
処理ユニットである。ウインドメモリユニット17は、
随意になされる即時再生のための、選定された順に一連
の映像ウインドーを蓄積するディジタルRAMからな
る。この選定される映像ウインドーは、各フレームにお
いてボールの映像信号を中心とする例えば32×32ビ
ット(画素)のデータの集団であり、上記ディジタルR
AMの記憶容量を、例えば、512×512ビットとす
れば、16個の映像ウインドーを記憶出来ることにな
る。ディスプレイモニタユニット18はカラー表示モニ
タ装置からなり、それは、図4に示されるように、プレ
イヤーが、即時再生表示、ゴルフゲームシミュレーショ
ン、或いは打撃フォームの結果を容易に観測できるよう
に、傾いてプレイヤーに向き合い、地面より僅かに下に
植え込まれるように設置される。図1の頭上照明ユニッ
ト19は、図4に示されるように、頭上撮像ユニット1
2の凡そ近くに配置される。この頭上照明ユニット19
は、飛行するボールの対照をより一段とはっきりさせる
ためのものであり、これで頭上撮像ユニット12の短時
間露出動作を可能ならしめる。図1の風センサーユニッ
ト20は、ゴルフ練習場にある全ての対応する練習レー
ンのために、正確な風力測定値(速度と方角)を出力す
る。これにより、ボールの飛行軌道算定アルゴリズムに
算入されるに必要な風力要素が生成される。図1のゴル
フコースデータベースユニット22は、実際の又は描か
れたゴルフコース映像イメージを蓄積している高速アク
セスのコースイメージデータベース(例えばビデオデス
ク)及び表示処理ユニットからなり、このコースイメー
ジの上に、システムにより算定され再構築されたボール
の飛行軌道を重ねて表示してシミュレーションすること
ができる。
【0021】図5に、上述した本実施例による全体処理
のフローチャートを示す。この処理は、トリガーユニッ
ト11によって出力されるトリガー信号により開始され
る。このトリガー信号は、打たれたボールの射出時間お
よびその時の使用ティーポイント(ウッドやロングアイ
アンのドライブショットのための高いティー、または、
ショートアイアンのストロークショットのための地面の
高さのティー)を表している。同図ステップS51で
は、頭上撮像ユニット12が、少なくとも1つの時間軸
において、飛行するボールを自動的に検出し三角測量す
る。そこで、処理及び制御ユニット16により、詳しく
は図6で後述するトリガー信号の発生と三角測量とが相
関してなされているか否かが判別される。そして発生が
相関していれば、ステップS52において、トリガー信
号の示す時間データ及びティーポイント位置データと三
角測量結果とに基づいて初速度ベクトルを計算する。続
いてステップS53で、地面撮像ユニット13を始動さ
せ、そして、初速度ベクトルの計算結果からボールが現
れると期待される(初期飛行軌道はライナー性であると
見做される)像影位置を中心とした地面撮像ユニット1
3のCCD−TVカメラ映像内に小映像窓(例えば縦横
それぞれ32画素で現わされる画像範囲)を選定し、こ
こに飛び去って行くボールの影像を捕らえる。続いてス
テップS54で、飛行ボールの初速度ベクトルと、地面
撮像ユニット13のCCD−TVカメラによって捕捉さ
れたボールの影像位置データによって飛行軌道追跡処理
が開始される。ここでは、検出アルゴリズムは地面撮像
ユニット13から連続して入力される映像イメージデー
タに適用される。この入力される一フレーム毎の映像イ
メージデータは、初期に入力された映像フレームと対比
され、これにより、飛行軌道の持続期間を通じてボール
位置の変化の検出が可能となる。この追跡処理は、飛行
軌道範囲、スライス/フックの程度等を見付け出すため
の風力要素の測定、及び、例えば状態空間法に基づいて
導かれる非定常時系列にたいする最適フルタであるカル
マン(Kalman)フィルタのような変数算定アルゴリズムに
基づく模型を採用して行う。この処理は、ステップS5
5で、連続する映像フレーム内にボールの影像位置を与
え、またその影像位置によって、関係する映像窓が選定
され、その選定された映像窓が図1のウインドウメモリ
ユニット17に蓄積される。次にステップS56では、
ボールの飛行が終了したか否かが判別される。この飛行
軌道が終りとなることは、実際の、または後述する外挿
されたボールの仰角が水平面の下に落ちることにより定
義される。そして、ボールの飛行終了となった場合は、
ステップS57で、即時再生、シミュレーション、また
は任意の打撃フォームの表示を開始する。
【0022】上記ステップ51で、三角測量の開始合図
となるトリガー信号がないか、またはトリガー信号があ
ってもボールが頭上撮像ユニット12によって検出され
ない場合、すなわち、トリガー信号と三角測量との相関
がない場合は、処理はステップS58に進む。ステップ
S58では、前回メモリにストアされた飛行軌道データ
があるか否かが判別される。データがあれば、すなわち
前回打たれたボールがあれば、直ちに上記ステップS5
7の処理に進む。これにより、シミュレーションや飛行
軌道の表示等は、新しいトリガー信号が発生されて初速
度ベクトルが計算されるまで、繰り返されることができ
る。また、上記ステップS58で、前回メモリにストア
された飛行軌道データがなければ、最初のボールのスト
ロークがまだ行われていないのであり、この場合は、ス
テップS51に戻って、トリガー信号の検出を行う。
【0023】なお、本実施例におけるボール供給機構
は、今日使用されている近代的ゴルフ練習場システム、
例えばボールをゴム製ティーの上に自動的に送り出し、
そして、そのボールの乗ったゴム製ティーを地面(合成
芝マット)の穴を通して所定位置まで持ち上げるような
ボール供給機構と同様なものでよい。そして、その自動
ボール供給器のボールの供給は、ゴム製ティーの下部に
設置される光源と検出器からなる電気光学式機構を用い
て、ティーを離れるボールからの反射光の変化を走査し
てボールの飛行を検出することによって行われる。尚ま
た、ボール供給装置機構は、ボールがティー上に実際に
置かれた場合を明瞭に定義できる1つのボール定着位置
を持たねばならない。このことは、ボールの反射光検出
回路をして反射光レベル(平均と変動)の計算を可能な
らしめ、そして適切な検出閾値の選択を可能ならしめ
る。
【0024】また、本実施例の方法において、トリガー
ユニット11は、原理的には現存する電気光学式検出機
構と同様であるが、本実施例の場合は特に、検出回路は
より高感度であり且つ検出時間と正確に対応して信号出
力するよう設定される。これにより、正確な初速度ベク
トル計算を可能ならしめる。
【0025】ところで、ボールは通常3つの異なる状態
でティーを離れる可能性がある。すなわち、第1の場合
として、ボールがティーポイントから直接打たれた場
合、第2の場合として、プレイヤーがボールを高いティ
ーから取り除き、それを、アイアンショットのために低
いティーに置き変える場合、あるいはその逆の場合、ま
たは、第3の場合として、ボールがたまたまティーから
外れて落ちる場合である。第1の場合、図2(a) に示す
如く、トリガー信号は、検出信号が検出閾値より下に変
わる信号立下がりで発生される。それ故このトリガー信
号は、適度な時間内における頭上撮像ユニット12のボ
ール検出と三角測量による測定とに相関される。トリガ
ー信号と三角測量による測定との相関は共に初速度ベク
トルの計算を可能ならしめる。上記第2の場合、ボール
は一方のティーから他方のティー上に置き変えられるの
で、上述のような相関は適度な時間内では起きない。そ
れ故、初めにボールが取り除かれたときの一方のティー
からトリガー信号は結果として無視され、次からは他方
のティーに対応するトリガーユニットが、ボールの反射
光を走査する。そして、例えば低い方のティーポイント
からボールが打たれると、トリガー信号は低いティーに
対応しているトリガーユニットから発生され、そして、
それが頭上撮像ユニット12と相関して、初速度ベクト
ル計算を可能ならしめる。この2つの測定の間の相関
は、上記第3の場合の決定にも同様に適用される。すな
わち、発生したトリガー信号は、関連すべきいずれの三
角測量測定とも相関が生じないために無視される。
【0026】図6は、上述したトリガーユニット11の
トリガー検出処理の流れ(図5のステップS51の判別
処理)を詳細に説明するフローチャートである。高いテ
ィーに対するステップS61〜S63の処理と、低いテ
ィーに対するステップS61′〜S63′の処理は、タ
イムシェアリングにより同時平行的に実行される。先ず
高いティーに対する処理を説明する。同図ステップS6
1では、ボールが高いティーの上に置かれているか否か
が判別される。これは、ボールがなければ反射による検
出器への入光がなく、出力信号は“L”レベルである
(図2(a) 参照)。この場合はステップS61の判別処
理(反射光検出処理)が繰り返される。反射光が検出さ
れれば、ボールがティーの上に置かれたのであり、この
場合はステップS62に進み、このときの検出レベル
と、ボールがなかったときの検出レベルとにより、検出
閾値を算出し、設定する。この閾値は例えばボールがテ
ィーの上に置かれたときと、ボールがなかったときとの
検出レベルの中間値とすることが考えられる。続いて、
ステップS63では、トリガーユニット11からトリガ
ー信号が出力されたか否かが判別される。すなわち上記
設定された閾値に基づいて反射光の検出レベルがその閾
値以下となった時その立下がりを検出してトリガーユニ
ット11によるトリガー信号が出力されるものであり、
そのトリガー信号の有無が判別される。トリガー信号が
なければステップS62、S63が繰り返され、トリガ
ー信号があればステップS64に進む。低いティーに対
するステップS61′〜S63′の処理は、上述ステッ
プS61〜S63と全く同様である。ステップS64で
は、トリガー信号検出の通知がステップS63、S6
3′のいずれから来たものであるかが検知され、この情
報と頭上撮像ユニット12による飛行ボールの位置情報
とにより三角測量に基づく測定がなされる。続いて、ス
テップS64で、上記三角測量測定が所定時間内になさ
れたか、すなわちトリガー信号と相関しているか否かが
判別される。相関があれば、ステップS66で初速度ベ
クトルの算出が行われる。このステップS66の初速度
ベクトルの算出処理は、図5に示す全体フローチャート
のステップS52の初速度ベクトル算出処理と全く同様
のものである。また、上記ステップS65で、相関がな
ければ、直ちにステップS61及びS61′の判別処理
に戻る。
【0027】既に述べた如く、頭上撮像ユニット12よ
る2組の三角測量測定が達成され得る場合、この頭上撮
像ユニット12のみで、独立に初速度ベクトルと射出時
間とを見出すことができるので、そのときは、トリガー
ユニット11は、システムの作動のためには必要がな
い。同じように、頭上撮像ユニット12には1台のCC
D−TVカメラのみとし、そして地面撮像ユニットにも
CCD−TVカメラを具えて、初速度ベクトル算出のた
めの三角測量測定を行うようにしてもよい。
【0028】図7、図8は、上記頭上撮像ユニット12
による三角測量の処理を説明するフローチャートであ
る。既述の如く、頭上撮像ユニット12は、2台のCC
D線走査カメラか、または、2台のCCD−TVカメラ
のいずれかを用いて飛行するボールの三次元位置を三角
測量する。
【0029】図7は、2台のCCD線走査カメラによる
場合の処理を示す。処理手順は、ステップS78のトリ
ガーユニット11により発生されるトリガー信号で始ま
る。この処理も2台のCCD線走査カメラのうちの1
台、すなわち1号機によるステップS71〜S74の処
理と、他の1台、すなわち2号機によるステップS7
1′〜S74′の処理は同時平行的に進行する。まづ、
ステップS71、S71′において、2台の線走査カメ
ラは、それぞれ線走査映像信号S(n、 t)(nは画素指数
を表し、tは時間指数を表す)を発生する。続いてステ
ップS72、S72′で、その信号は、ディジタル化さ
れ、時々刻々とメモリに格納され、フレームグラッバー
ユニット15によって時間差分される(D(n 、 t))。こ
の時間差分処理は、CCD応答および非定常的な観測視
野に充分に対応できるものであり、相関しないシステム
ノイズ(システム内で発生する雑音信号)に比例して飛
行ボールの反射光信号を効率よく増大させる。次にステ
ップS73、S73′では、最適ゲインが決定された検
出フィルタF(n)が求められる。続いて、ステップS7
4、S74′で、この検出フィルタF(n)が、下記に示す
ように差分された線走査信号D(n 、 t)に用いられ、この
線走査信号D(n 、 t)は観測されたボールの映像信号をノ
イズに対抗して極大にする。線走査データの変動Var
は、計算により算出され、閾値Thr は、濾過された出力
I(n 、 t)に使用される。すなわち、 S(n 、 t)=時間tにおける画素nの線走査サンプル D(n 、 t)=S(n 、 t)−S(n 、 t-dt);dt=線サンプリング
増分 I(n 、 t)=F(n) CONV D(n 、 t) ;CONVは回旋を、F(n)は
重み「2i+1」の空間フィルタを表し {f(-i),...,f(0),...,f(+i)} である Var =E {I(n 、 t) I(n、 t)}-E{I(n 、 t)} E{I(n
、 t)}; ここでE{}は統計学上の期待値を表す Thr
=k Var;k は警告メッセージ・レート もし I(n 、 t)>Ths なら I(n 、 t)はボールの候補画
素である。
【0030】なお、空間フィルタはカメラの倍率に依存
する。すなわち、ボールの観測サイズは、ボールの大き
さ、ボールとカメラとの距離、及びカメラの焦点距離に
依存する。ボールのサイズが大きいときはフィルタも大
きく、ボールのサイズが小さいときはフィルタも小さく
なる。上記検出フィルタ(空間フィルタ)の重みは、ボ
ール画像信号に対するフィルタの応答が最大となるよう
に、一方ではシステム雑音に対する応答を最小とするよ
う設計される。線走査カメラのための最適フィルタサイ
ズは、飛行移動するボールの前端部あるいは後端部を観
測中であるか、るいはまた、ボールの真ん中(最も幅
広)の部分を観測中であるかどうかによって、リアルタ
イムで変更されねばならない。
【0031】また、警告メッセージ・レートは「単位時
間当たりの間違い検出の程度」を表わすレートであり、
これを表すための定数は、検出フィルタ出力に対する閾
値に適用される。
【0032】このようにして、画素信号が、映像イメー
ジ内で与えられた位置で閾値を越えると、検出フラグが
特定個所に指定される。これにより、2台のカメラに対
応する観測空間および観測時間に十分に相関しており、
かつ、ティートリガユニットのトリガ発信から所定時間
内に相関しているものがボール候補画素信号として選択
される。
【0033】検出フィルタによる閾値を越える画素信号
は、小映像窓(映像ウインドー)内に表されるボールの
候補画素信号である。連続する映像イメージ内のカルマ
ン算定処理によって計算され予示された位置に沿って移
動しないボールの候補画素信号は廃棄される。上記予示
されるボール位置は、運動変数が更新されることにより
時々刻々と更新される。
【0034】上述のようにして、両方のカメラで飛行ボ
ールが検出されると、ステップS75に進み、三角測量
に基づく計算が実行される。続いてステップS76で、
2台のカメラによる三角測量に基づく双方の計算結果
を、例えば2台のカメラの可視範囲の違いを幾何的に補
償し両領域の相関性を計算品質基準として、その相関が
所定値以上であれば、ステップS77に進み、そのトリ
ガー信号の示す射出時間及びストロークに使用されたテ
ィー位置と上記測量結果との相関により初速度ベクトル
を算出する。上記ステップS76で所定値以下であれ
ば、次のトリガー信号の発生を待機する。
【0035】このようにして算出された初速度ベクトル
により、地面撮像ユニット13のカメラ視野内に設定さ
れる映像窓が指定され、そして、ボールの飛行軌道追跡
処理が開始される。
【0036】図8は、頭上撮像ユニット12が2台のC
CD−TVカメラで構成された場合の三角測量処理のフ
ローチャートである。この処理も、ステップS89のト
リガーユニット11により発生されるトリガー信号で開
始される。同図ステップS81、S81′において、短
時間露出CCD−TVカメラ映像信号は、同期に且つ連
続してディジタル化され、それら夫々の像影は同時に且
つ即時に図1のフレーム・グラッバーメモリユニット1
5に格納される。次のステップS82、S82′では、
そのディジタル化されて格納された信号が、前に格納さ
れたその信号に対応する影像に関して時間差分される。
そして、映像フレームは、それぞれ互いに組となる2つ
の映像野(例えば、標準のインターレース(飛び越し走
査)を行うCCD−TVカメラの場合、1フレームは2
対1インターレース(1走査線置きの飛び越し走査)の
映像野2個から構成される)に分けられる。
【0037】続いてステップS83、S83′におい
て、像影のリアルタイムの変化量差分計算が、各CCD
−TVカメラの視野について計算され、これに基づい
て、検出閾値が決定され、像影に対して応用される。ま
た、検出フィルタ(空間フィルタ)は、差分像影に対し
て、検出動作を最適化するための閾化、及び警告メッセ
ージレートの極小化に先んじて応用されてもよい。
【0038】次にステップS84、S84′では、閾値
を越えた像影点(画素)は目的画素(ボールを表す画
素)として分類され、さらにそれらの目的画素は最も近
接するもの同士が一集団とされる。そして幾何学的中心
が算出される。続いてステップS85、S85′で、見
込まれるボール像影の大きさに最も適合する集団が選ば
れる。ステップS86において、その集団の上記算出さ
れた幾何学的中心が、2台のカメラからの2つの幾何学
的ボールの中心として与えられ、これから三次元のボー
ル位置が三角測量計算によって決定される。続くステッ
プS87、S88は、図7に示したS76、S77と同
一処理である。
【0039】上述同様の処理手順が各カメラの2番目の
映像視野に応用され、これから、2番目の露出時間にお
ける、ボールの三次元位置を決定する。2つの三次元ボ
ール位置は、初期飛行軌道がライナー性である(曲線で
はなく直線軌道である)と見做されることから、初速度
ベクトルと射出初期の時間を計算することに用いられ
る。もし、1つの三角測量が実行されるだけであるな
ら、そのときは、結果はトリガー信号に相関していなけ
ればならず、そして、適度な相関において、両結果は完
全な初速度ベクトルの発見に利用される。初速度ベクト
ルが与えられると、飛行軌道追跡処理が開始され、そこ
では、ボール捕捉用の小映像窓が飛行するボールが検出
されるべき地面撮像ユニット13のカメラ視野の中に選
定される。
【0040】図9は、地面撮像ユニット13による飛行
軌道追跡処理のフローチャートである。この処理は、初
速度ベクトルが与えられることにより開始される。まず
ステップS91で、次に続く映像フレーム内に飛行ボー
ルが現れることが期待される小映像窓が、与えられた初
速度ベクトルに基づいて選定される。
【0041】既に述べたように、カルマン・フィルタ
は、地面撮像ユニット13の更新される映像イメージ内
の來るべきボール位置を予示する。その後続する映像イ
メージに予示されたイメージ座標上に中心を置かれた小
映像窓が、移動ボール検出のために用いられる。これ
は、以降のボール検出のための処理時間及び計算の複雑
さを低減させんがために、また、正しいボールの検出可
能性を高めんがために、そして、ゴルフ練習場内の他の
ボールに対する間違った検出を避けんがために行われ
る。
【0042】ステップS92では、フレーム・グラッバ
ー像影メモリユニット15により、関連する映像フレー
ムがディジタル化される。次のステップS93で上記選
定された小映像窓内に飛行ボールが検出されると、続く
ステップS94で、その飛行ボールが検出された小映像
窓をウインドメモリユニット17のメモリに格納する。
【0043】なお、もし地面撮像ユニット13が、解像
の増大のために2台以上のCCD−TVカメラを備えて
いれば、視野内に確定されたボール位置によって、影像
ディジタル処理に適切なカメラが選択される。同様に、
頭上撮像ユニットによるボール検出を行う場合、ボール
映像信号の拡大に対応する二次元最適検出フィルタは、
ボールを捕捉するために算出された小映像窓と対応する
映像フレームのディジタル化に応用される。
【0044】この初期映像フレームは完全な飛行軌道処
理のために像影メモリ内に止どまり、次に続く全ての映
像イメージを差分するための関連する一像影として用い
られる。
【0045】すなわち、ステップS95においては、次
に続く差分イメージは適切にサイズ化され最適化された
検出フィルタによって濾過され、ボール候補画素を抽出
するために閾化される。最適検出フィルタの大きさは、
ボールの距離が増大するため、次ぎに続く映像フレーム
内で減少する。また、飛行軌道の増進を示すものとし
て、雑音比率に対するボール映像信号の減少がある。こ
れは、ボールが最早検出できない点まで飛行する間中減
少する。地面撮像ユニット13のカメラにより観測され
るボールの方位と仰角は、ウインドメモリユニット17
に格納される小映像窓の選定のために用いられ、また、
ボールの追跡及び飛行軌道変数算出アルゴリズム(例え
ばカルマン・フィルタ)に用いられる。映像窓の大きさ
は、検出確実性の程度および追跡過程の測定信頼性に応
じて更新される。地面撮像カメラから各映像フレーム内
のボールに対して算出される観測角度は、ステップS9
7の風速測定による詳しくは後述する風速データを加味
してその都度計算され、または、外挿されて更新され
る。そして、ステップS96において、観測されるボー
ルの仰角が与えられた閾値、例えば水平(仰角0度)よ
り大きい間は、ステップS92に戻って、ステップS9
2〜S96が繰り返される。上記ステップS96で、観
測仰角が0度より下がれば、飛行軌道追跡処理は終了さ
れる。
【0046】なお上述模型に基づいた飛行軌道変数算定
処理は、ボールの飛行軌道の動学上の運動式に依存す
る。飛行を通じて各点のボールの飛行軌道を決定する主
要な諸力は、(a) 重力による力、(b) 空気抵抗による制
止力、(c) 底部スピンによる揚力、(d) 横スピンによる
スライスまたはフックする力、そして(e) 風力要素であ
る。飛行軌道は、諸力(a) 〜(c) が向い風または追風と
共に加えられるときは、地の表面に対して法線を含む面
にある(図12を参照)。横スピンや横風が存在すると
きは同様に、飛行軌道は、三次元的になだらかな空間曲
線となる。ボールの運動式は、2組の時間に関する一次
元の非直線差分方程式によって表されることができる。
ボールの初速度ベクトル、初期抑止及び揚起係数算定結
果、及び風速ベクトルがが与えられると、前進速度及び
角度が、小さな時間増加で累進的に計算されることが可
能であり、これにより、飛行中のボールを追跡すること
なく、全飛行軌道を算定することもできる(C.B.Daish,"
The Physics of Ball Game",English Univ. Press,197
2)。この運動方程式は下記に与えられる。
【0047】dθ/dt = -v2/a - g sin (θ) dθ/dt = k - g cos (θ)/v ここで、v:空気に関する速度、g:重力加速度、θ: 飛行
角(水平及び望む方位に関する)、t:時間、a:抑止係
数、k:揚起係数、である。
【0048】これらの方程式は、増加差分近似式による
誘導時間を代入することによって完成される。頭上撮像
ユニット12及びトリガーユニット11により測定され
た初速度ベクトルは、風速度を含む「v 」及び「θ」の
初期値を与える。風速ベクトルは、その風速ベクトルを
2つの成分、すなわち、瞬間ボール速度方向に沿った1
つの成分、および、その法線方向の2番目の成分に分解
することによって、それぞれの増分計算のもとに、ボー
ル速度ベクトルにベクトル的に加算される。飛行角度
「θ」は、地面撮像ユニット13のカメラからの観測角
度を用いて計算される(図10、11参照)。瞬間ボー
ル速度ベクトルに沿った風成分は、主として飛行ボール
に与えられる揚力や抑止力に影響し、法線成分は運動平
面を回転させる。飛行ボールが越えてゆく、換言すれば
増加的に完成していく飛跡距離のためには、空気に関す
る速度ではなく、地面に対する速度が使用されるべきで
ある。揚力及び抑止力変数(それぞれ「a 」及び「k
」)は、速度の非直線関数であって明確に定義され
ず、ここから、追跡及びそれら変数を繰り返し算定する
ことが必要となってくる。連続映像フレームにおける地
面撮像ユニット13からの観測角度は、算定処理に算入
され、そして、抑止及び揚起の予備的近似計算と共に、
飛行軌道範囲及びスライス/フック要因のより正確な発
見を可能ならしめる。図10は、即時再生表示処理のフ
ローチャートを示す。この処理は軌道の終了が検証さる
と開始される。検出されて算定されたボール映像位置
が、メモリユニット17に格納されている少映像窓を、
これと対応して表示モニタユニット18に格納されてい
る像影フレームの中に再生するために使用される。
【0049】図11は、ゴルフコースゲームシミュレー
ション処理のフローチャートを示す。この処理もまた、
軌道の終了が検証されると開始される。軌道を通じて三
次元的に算定されたボール位置が、ユニット22からの
関係するゴルフコース像影に、グラフィック的に、且つ
写実的に、表示され、重ね合わせられる。
【0050】
【発明の効果】本発明によれば、ゴルフボールの三次元
空間の飛行軌道を電気光学的測定により分析し算定して
そのゴルフボールの飛行軌道の映像を即時再現表示でき
るので、夜間の照明が充分でなく遠くのボールが見づら
い場合、込み入った背景のためにボールが識別しづらい
場合、防護網の設置サイズが充分でなくボールの飛行が
途中で阻害される場合等でも、スライスやフックを含む
ゴルフボールの飛行軌道をその終着点まで映像として観
察できるため、夜間の照明が不十分な場合、背景が込み
入ってボールが識別しづらい場合、また、練習場が狭い
場合等でも、それらのことに係わりなく打撃結果が実際
に即して最後まで観察でき矯正効果の上がる練習が可能
となる。また、実際の或いは描画されたゴルフコースイ
メージの上に重ね合わせてシミュレーションすることが
できるので、実際にゴルフコースでボールをショットし
ているように進行させて打撃結果を知ることができ、こ
れを独りまたは数人でゲームとして楽しむことも可能と
なる。さらに、飛行中のボールの映像を最小限度のディ
ジタルビデオメモリを利用して保存するので記憶装置の
使用効果がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わる主要構成ユニットの説
明図である。
【図2】(a)、(b) は、トリガーユニットを説明する図で
ある。
【図3】頭上撮像ユニットを説明する図である。
【図4】地面撮像ユニットの機能を説明する図である。
【図5】本実施例による全体処理のフローチャートであ
る。
【図6】トリガー検出処理を詳細に説明するフローチャ
ートである。
【図7】頭上撮像ユニットが2台のCCD線走査カメラ
で構成された場合の三角測量処理を説明するフローチャ
ートである。
【図8】頭上撮像ユニットが2台のCCD−TVカメラ
で構成された場合の三角測量処理のフローチャートであ
る。
【図9】地面撮像ユニットによる飛行軌道追跡処理を説
明するフローチャートである。
【図10】即時再生表示処理を説明するフローチャート
である。
【図11】ゴルフコースゲームシミュレーション処理を
説明するフローチャートである。
【図12】ゴルフボールの軌道計算方法を説明する図で
ある。 10 電気光学式装置 11 トリガーユニット 12 頭上撮像ユニット 13 地面撮像ユニット 14 制御・表示装置 15 フレームグラッバーメモリユニット 16 処理及び制御ユニット 17 ウインドーメモリユニット 18 ディスプレイモニタユニット 19 頭上照明ユニット 20 風センサーユニット 21 コンピュータ/プリンターユニット 22 ゴルフコースイデータベースユニット 11−1、11−1′ ゴム製ティー 11−2、11−2′ 光源 11−3、11−3′ 反射光検出器 11−4、11−4′ 光量変化検出回路 111−5 合成芝 3−a 2台のCCD線走査カメラ 3−b 2台のCCD−TV短時間露出カメラ 4−1 カメラ窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A63B 69/36 522 A63B 69/36 541 A63B 67/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ティー上から打撃されて飛行するゴルフ
    ボールを電気光学的に三角測量により観測する観測手段
    と、 該観測手段により観測された観測結果から前記打撃され
    て飛行するゴルフボールの初速度ベクトルを第1の変数
    として算出する第1変数算出手段と、 該第1変数算出手段により算出された前記第1の変数に
    基づいて定まる観測方向に観測可能な状態で飛行する前
    記ゴルフボールの飛行を、前記観測手段が反復して行う
    電気光学的追跡と三角測量による観測によって得られた
    観測結果により前記ゴルフボールの飛行軌道を第2の変
    数として算出する第2変数算出手段と、 遠距離の照明不良、背景との識別不良、防護網による飛
    行阻害等のために第2の観測手段による観測が不能とな
    ったとき、予め前記第2変数算出手段により算出されて
    いる前記第2の変数により前記打撃されたゴルフボール
    の前記観測不能時点以降の推定される飛行軌道を算出す
    る推定軌道算出手段と、 前記第2の変数により算出された前記ゴルフボールの飛
    行軌道又は前記推定軌道算出手段により算出された飛行
    軌道をメモリ上に記憶させその記憶させた前記ゴルフボ
    ールの飛行軌道の影像をディスプレイ上に即時再生させ
    る映像再生手段と、 前記打撃されて飛行するゴルフボールの飛行軌道の範
    囲、風力要素、スライス又はフックの横スピン要素、揚
    力要素、および抑止力要素からなるゴルフボールの飛行
    軌道の第3の変数を算出する第3変数算出手段と、 前記第2及び前記第3変数算出手段により算出された前
    記第2及び第3の変数を用いて前記打撃されたゴルフボ
    ールの飛行軌道をシミュレーションし、そのシミュレー
    ションされたゴルフボールの飛行軌道の影像を実際の又
    は描画によるゴルフコースの映像の上に重畳する影像重
    畳手段と、 を具備する ことを特徴とするボール打撃訓練及びシミュ
    レーション方式。
  2. 【請求項2】 前記ティー内に電気光学的に配設され、
    前記ゴルフボールの前記ティーからの離脱を検出し、該
    検出信号を出力する離脱信号出力手段を更に備え、 前記観測手段は、前記ティーの近傍に配設され、前記離
    脱信号出力手段により 検出された前記ゴルフボールの前
    記ティーからの離脱に相関して、前記ティーを離脱して
    飛行する前記ゴルフボールの所定時間軸内における三次
    元位置を検出し、 第1変数算出手段は、前記離脱信号出力手段により検出
    された前記ゴルフボールの離脱ティー位置及び離脱時間
    と、前記観測手段により観測された前記ゴルフボールの
    所定時間軸内における三次元位置とから前記打撃されて
    飛行するボールの速さ及び射出角度からなる初速度ベク
    トルを算出する ことを特徴とする請求項1記載のゴルフ
    打撃訓練及びシミュレーション方式。
  3. 【請求項3】 前記観測手段は、前記ティーの近傍に配
    設された2台の三角測量用カメラを備え、該2台のカメ
    ラにより、前記ティーから離脱して飛行する2つの連続
    的な場におけるゴルフボールの検出と三角測量とを実行
    し、前記第1変数算出手段は、前記観測手段による検出
    と三角測量とにより得られたゴルフボールの2つの三次
    元位置により初速度ベクトルとして前記第1の変数を決
    定することを特徴とする請求項1記載のゴルフ打撃訓練
    及びシミュレーション方式。
  4. 【請求項4】 前記観測手段は、2台のカメラを備え、
    最初に2つの連続的な三角測量により第1の変数を測定
    し、次からゴルフボールの反復する検出と追跡とを、三
    角測量による第2の変数を演算する間中、継続して行う
    ことを特徴とする請求項1記載のゴルフ打撃訓練及びシ
    ミュレーション方式。
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