JP4104384B2 - 移動体の移動パラメータ測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charged Coupled Device) カメラ等のカメラによって撮像された画像をデジタル化して読み取り、このデジタル化して読み取られた画像を用いて演算処理を行なうことによって、移動体の移動速度、移動方向、回転角速度あるいは回転方向等の移動パラメータを算出する移動体の移動パラメータ測定装置に関し、特に、ゴルフボールの初期弾道測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびゴルフボールの回転方向と回転角度などの初期弾道パラメータを正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置は、試打されたゴルフボールの初速度、打ち出し角度、回転角速度あるいは回転方向によってゴルフボールの飛距離を推測し、また、ゴルフボールの回転角速度や回転方向などによってゴルフボールの曲がりや球筋を推測し、ゴルフスイングにおけるゴルフクラブヘッドのインパクトの状態とゴルフボールの初期弾道パラメータとの関係を解析することができるので、ゴルフボールやゴルフクラブの評価には欠かせないものである。
【０００３】
このようなゴルフボールの初期弾道測定装置としては各種の形式のものが知られているが、正確な測定結果を迅速に得られるものとして、２台のカメラを用いたゴルフボールの初期弾道測定装置が挙げられる。このゴルフボールの初期弾道測定装置は、ゴルファー自身によって、或いはゴルフクラブのスイングロボットによって打ち出されたゴルフボールを所定の時間間隔で２方向から同時に撮像し、この撮像された画像を画像解析して、所定の時間内に移動したゴルフボールの移動距離や移動方向を測定することによってゴルフボールの初速度と打ち出し角度を算出し、さらに、ゴルフボールの表面に付された目印の位置の移動や移動方向によってゴルフボールの回転角速度と回転方向などを算出する、ゴルフボールの初期弾道パラメータを測定するものである。
【０００４】
この２台のカメラによるゴルフボールの初期弾道測定装置は、正確な測定結果を比較的迅速に得られるものであるが、２方向から同時に撮像するために２台のカメラを完全に同期してシャッターを開閉する作動をさせなければならない。そのため、装置の設定や制御に手間が掛かる他、高い分解能を要するカメラを２台使用しなければならないので装置が高価なものとなっていた。
そこで、必要とするカメラを１台にすることによって、同じ性能で取り扱いが容易であるとともに、より安価なゴルフボールの初期弾道測定装置を開発することが求められていた。
【０００５】
この目的を達成する試みの一つとして、実開平６−１３８７８号公報には、１台のカメラによってゴルフボールの初期弾道を測定するゴルフボールの初期弾道測定装置が開示されている。このゴルフボールの初期弾道測定装置は、１台のカメラによって、試打されたゴルフボールの軌跡の画像を上方から直接撮像するとともに、ゴルフボールの試打方向と直交する方向に配置し、ミラー面が地面に対して４５°の傾斜角度に調整されたミラーで反射したゴルフボールの軌跡の画像も同時に撮像するものである。これにより、１台のカメラによってゴルフボールの初期弾道を測定することができるとされている。
【０００６】
しかしながら、試打されたゴルフボールの軌跡を上方から直接撮像する画像と、ミラーで反射したゴルフボールの軌跡を撮像する画像とでは、被写体であるゴルフボールから撮影に用いるカメラまでの距離が異なっているので、双方の距離にピントを正確に合わせることは不可能であり、どちらかの画像にボケが生じることは避けられない。特に、ゴルフボールの回転角速度や回転方向を正確に測定するためには、ゴルフボールの表面上に付された目印の像にボケが生じることは許されない。
また、被写体であるゴルフボールからカメラまでの距離が異なっているので、撮像されたゴルフボールの像の大きさも異なり、最初に、双方の画像の大きさを統一してからゴルフボールの移動距離や移動方向、目印の位置の移動や移動方向を測定しなければないので、測定精度が落ちることは避けられない。
【０００７】
一方、２個のミラーとハーフミラーを組み合わせて３次元の形状を測定する装置が、特開平９−８９５３４号公報に開示されている。すなわち、特開平９−８９５３４号公報では、２個のミラーとハーフミラーを組み合わせた３次元形状測定装置が開示されており、この３次元形状測定装置は、被測定物を移送するテーブルと、被測定物に光を照射する光源（実施例ではスリット光またはスポット光を照射するレーザ光源）とを有し、スリット光またはスポット光を照射する光源からの光が被測定物の表面で反射して線状または点状となった反射光の画像を、一対のミラーとハーフミラーとからなる光学系で集め、それぞれ対応する線または点の位置が一致するように調整して合成光とし、この合成光の画像上の位置によって被測定物の３次元形状を測定するものである。
【０００８】
しかし、この３次元形状測定装置は、被測定物の外形を測定するものであって、外形が同一でしかも球状の移動体であるゴルフボールの回転角速度や回転方向を測定することはできない。一方、固定されたスリット光またはスポット光の領域にゴルフボールを通過させ、ゴルフボールの表面に投影されて形成されるスリット光やスポット光の反射光の像の形状の変化から移動速度を測定することは可能である。しかし、この場合、スリット光やスポット光の領域をゴルフボールが通過する時間を画像から割り出すため、測定精度は極めて劣る。また、ゴルフボールの初期弾道測定装置のように、移動体であるゴルフボールは、試打するたびにゴルフボールの移動方向や移動速度が微妙に変動するので、ゴルフボールがスリット光またはスポット光の領域の範囲内に常に収まり移動速度や移動方向が測定できるわけではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決して、移動体の移動速度や移動方向や回転角速度や回転方向を１台のカメラのみを使用することによって正確に移動体の移動パラメータを測定することができる移動体の移動パラメータ測定装置、特に、打ち出し直後のゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびゴルフボールの回転角速度と回転方向などのゴルフボールの初期弾道パラメータを正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、移動体の移動経路の周りの異なる位置に配置され、前記移動体を異なる２方向から見た２つの移動体の像をそれぞれ別々に反射する２個のミラーと、
前記２個のミラーのうちの一方のミラーで反射された移動体の像を反射する１以上の調整用ミラーと、
一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する部材であって、前記２個のミラーおよび前記調整用ミラーを用いて前記２つの移動体の像が前記境界面の互いに異なる側より前記境界面に投影されて、一方の側より投影された移動体の像を透過し、他方の側より投影された移動体の像を反射する光学部材と、
この光学部材を透過した移動体の像およびこの光学部材で反射した移動体の像を撮像する１台のカメラと、
このカメラによって撮像された２つの移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出する移動パラメータ算出部とを有し、
前記調整用ミラーは、前記１台のカメラによって撮像される２つの移動体の像をともに鏡像あるいは正像の一方とするものであり、
前記２個のミラーまたは前記調整用ミラーの配置を調整することによって、前記カメラの撮像位置から前記光学部材、前記調整用ミラーおよび前記２個のミラーを介して見える２つの移動体の像を近接させ、この近接した２つの移動体の像を前記カメラを用いて１つの画像として撮像することを所定の時間経過前後で２回行い、前記移動パラメータ算出部において、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の２方向から見た移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出することを特徴とする移動体の移動パラメータ測定装置を提供する。
【００１１】
ここで、前記光学部材は、例えば、ハーフミラーである。あるいは、プリズムであってもよい。
【００１３】
また、前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体の中心位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の移動速度と移動方向を算出するのが好ましい。
また、前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体上の特定点の位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の回転角速度と回転方向を算出するものであってもよい。
また、本発明の移動パラメータ測定装置の移動体は、例えば、打ち出し直後のゴルフボールであって、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見たゴルフボールの像に基づいて、前記移動パラメータとして、打ち出し直後のゴルフボールの初速度と打ち出し角度、および打ち出し直後のゴルフボールの回転角速度と回転方向の少なくとも１方を算出するゴルフボールの初期弾道測定装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について、ゴルフボールの初期弾道測定装置を好適実施例として説明する。
図１は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置の第１の実施例を概念的に示す側面図、図２はカメラで撮像された画像の１例を示す説明図、図３は第２の実施例を概念的に示す側面図である。
なお、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、ゴルフボールの初期弾道測定装置に限定されず、野球のボールやテニスボール等の移動体の移動パラメータを測定するものであってもよい。
【００１５】
図１に示すように、ゴルフボールの初期弾道測定装置２は、例えばゴルファー４がゴルフクラブ６によってゴルフボール８を試打した際のゴルフボールの初期弾道パラメータを測定するものである。初期弾道測定装置２は、被写体であるゴルフボール８を挟んでゴルファー４と対向する側に、ゴルフボール８を載置したティーから打ち出されたゴルフボール８の像を反射する２個のミラー１０、１２と、この２個のミラー１０、１２によって反射した２つの打ち出し直後のゴルフボールの像が異なる面に投影され、ミラー１０から投影された像を反射し、ミラー１２から投影された像を透過するハーフミラー１４と、ハーフミラー１４を透過したゴルフボールの像とハーフミラー１４で反射したゴルフボールの像をまとめて撮像する分解能の高いＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６によって撮像されたゴルフボールの像に基づいてゴルフボールの初期弾道パラメータを算出する初期弾道パラメータ算出部１７とを主に有して構成される。
ここで、ミラー１０、１２は、ゴルフボール８の打ち出し直後の想定される弾道経路の周りに配置され、打ち出し直後のゴルフボール８から略等距離離れ、異なる２方向から見たゴルフボール８の像の各々を反射するように構成される。
ハーフミラー１４は、一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する光学部材であって、ミラー１０、１２の配置位置を略対称位置とする対称平面１８上に、この対称平面１８とハーフミラー１４の境界面が平行になるように配置される。すなわち、ハーフミラー１４の面または対象平面１８に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度は、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が等しくなっている（図１中の角度＋α°および−α°）。
【００１６】
また、ゴルフボールの初期弾道測定装置２は、ミラー１０、１２で反射された、異なる２方向から見た打ち出し直後のゴルフボール８の像をハーフミラー１４上に投影するが、ミラー１０、１２の配置を微調整することによって、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させるとともに、お互いのゴルフボールの像が可能な限り重ならないようにミラー１０、１２の配置位置の微調整によって近接してゴルフボールの像を形成させ、この近接したゴルフボール８の像をＣＣＤカメラ１６で１つの画像として撮像するように構成される。そして、このＣＣＤカメラ１６には制御装置２２が接続されて設けられており、制御装置２２は所定のタイミングで撮像するために電子シャッターを自動的に開閉する制御を行う。このように、ハーフミラー１４を用いて、異なる２方向から見たゴルフボールの像を近接させることで、ＣＣＤカメラ１６の撮像領域の視野を狭くすることができ、ゴルフボールの像を精度良く撮像することができる。また、２つのゴルフボールの像が重なりにくいので、以降で行なわれる画像処理や初期弾道パラメータの測定が可能となる。
【００１７】
このＣＣＤカメラ１６は任意の光学カメラとすることもできるが、以降で説明するように、ゴルフボール８の初速度と打ち出し角度、および回転角速度と回転方向等の初期弾道パラメータ（移動パラメータ）を測定する際、ゴルフボール８の撮像された画像の画像処理を行ってゴルフボール８の像を迅速に検出するので、画像をデジタル化して出力するＣＣＤカメラ１６を使用してゴルフボール８の位置の検出を容易にすることが望ましい。また、本実施例のゴルフボールの初期弾道測定装置２は、それぞれの配置を固定し、２個のミラー１０、１２に投影される２個の被写体の像の通過する面を透明体で覆った任意のケース２０に収納することによってポータブル化し、容易に移動して任意の場所に設置することができる。もちろん、この他にゴルフボールの撮像時にゴルフボールを照明するストロボ装置あるいは、場合によってはゴルフボールを照明するに十分な明るさの自然光または人工光の照明装置等が用いられる。
【００１８】
このように構成されているゴルフボールの初期弾道測定装置２では、ゴルフボールの初期弾道パラメータを測定する際には、インパクト直後の打ち出されて飛翔しているゴルフボール８の像を所定の時間間隔の２回のストロボ発光により１つの平面画像として撮像する。このとき、図１から明らかなように、ミラー１０で反射しハーフミラー１４で再度反射してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、上側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の上側に、ミラー１２で反射してハーフミラー１４を透過してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、下側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の下側に撮像されるようにミラー１０、１２の配置が設定されるので、図２に示すよに、１つの平面画像３０の中に、４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として撮像される。
【００１９】
ここで、ゴルフボールの像３２、３４が前述した上側の画像であり、ゴルフボールの像３６、３８が下側の画像となる。また、所定の時間間隔で２回ストロボが発光するので、最初のストロボ発光でゴルフボールの像３２、３６が、後のストロボ発光でゴルフボールの像３４、３８が撮像される。この２回のストロボの発光は、従来技術と同様に、スイングされたゴルフクラブのゴルフボール８へのインパクトの寸前にゴルフクラブの通過によって生成されたトリガー信号から所定の時間遅れて、ＣＣＤカメラ１６のシャッターが開いた後、行なわれる。そして、２回のストロボ発光時のゴルフボール８の像が撮像される。
【００２０】
したがって、平面画像３０には、上側の画像としてのゴルフボールの像３２、３４と下側の画像としてのゴルフボールの像３６、３８、および最初に撮像されたゴルフボールの像３２、３６と所定の時間経過後のゴルフボールの像３４、３８が組み合わさって撮像された４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として撮像される。
【００２１】
初期弾道測定装置２は、打ち出されたゴルフボールのバックスピンやサイドスピン等の回転角速度や回転方向を測定するために、ゴルフボール８には、目印として黒丸や十字形のマーキングを付して特定点とし、このマーキングの位置のゴルフボール８の表面上の移動距離と移動方向によってゴルフボールの回転角速度と回転方向を測定する。図２の平面画像３０では、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の内部に、黒丸で描かれたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａが表示されている。図示の場合、上側の画像において、マーキングの像３２ａからマーキングの像３４ａまでゴルフボール８の表面上を回転して移動し、下側の画像において、マーキングの像３６ａからマーキングの像３８ａまでゴルフボール８の表面上を回転して移動したことを示している。
【００２２】
なお、この平面画像３０は、所定の時間間隔をあけてストロボを発光させてＣＣＤカメラ１６で撮像した４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として写っている画像に限定されるものではなく、上記所定の時間間隔をあけてカメラのシャッターを２回開き多重露光してゴルフボールの像３２、３４、３６、３８を撮像した画像であってもよいし、さらに、上記所定の時間間隔だけシャッターを開放して、移動方向に残像を有するゴルフボールの画像を得て、この残像を有するゴルフボールの両端の像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよく、高速ビデオカメラで撮像した画像から同じ所定の時間間隔で画像を取り出し、この両端の画像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよい。
ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０は、初期弾道パラメータ算出部１７に送られる。
このように、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させ、しかも、ゴルフボールの像を近接させ、さらに、ハーフミラー１４の面に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度を、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が略等しくするので、被写体であるゴルフボール８からミラー１０またはミラー１２で反射しＣＣＤカメラ１６に至るゴルフボール８の像の経路長は、略等しくなり、従来のように、一方のゴルフボールの像のピントがボケることはない。
【００２３】
一方、初期弾道パラメータ算出部１７は、画像読取装置４０、位置測定装置４２、演算装置４４、およびＣＰＵ４６を有して構成される。
画像読取装置４０は、ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０を、デジタルデータとして取り込み、画像処理を行うことによって周囲の環境などの不要な画像を消去した後、ゴルフボールの外形の画像に画像処理を施して、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置を算出し、続いて、ゴルフボールに形成されたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの画像を画像処理して、マーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置を算出して位置測定装置４２に出力する部位である。
【００２４】
位置測定装置４２は、このゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置とマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置のデータが入力されると、ゴルフボール８の実際の移動経路における鉛直面および水平面の成分を算出する部位である。
すなわち、図１に示すように、２個のミラー１０、１２は任意の角度だけ傾斜しているので、これらのミラー１０、１２によって投影されて平面画像３０として撮像された画像におけるゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置の座標やマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標は、ミラー１０、１２の傾斜角度に応じて鉛直面および水平面の成分が合成されたものとなっている。従って、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心の位置の座標やマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標の数値が鉛直面および水平面の成分となるようにミラー１０、１２の配置に応じて演算して分解する。そして、分解して得られた鉛直面および水平面の成分のそれぞれにおける最初のストロボ発光時点でのゴルフボールの重心位置の座標とこの重心位置に対するマーキングの中心位置の座標および２回目のストロボ発光時点でのゴルフボールの重心位置の座標とこの重心位置に対するマーキングの中心位置の座標を測定する。測定された各座標は演算装置４４に送られる。
【００２５】
演算装置４４は、最初および２回目のストロボ発光時点でのゴルフボール８の重心位置の座標とマーキングの中心位置の座標から、ゴルフボール８の重心位置の移動距離および移動方向を求めることでゴルフボールの初速度、打ち出し角度を算出し、マーキングの中心位置の移動距離および移動方向を求めることでゴルフボール８の回転角速度と回転方向を算出する部位である。
【００２６】
さらに、このゴルフボール８の初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角速度に、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボール８の飛距離を推測し、さらにはゴルフボール８のキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置４８に表示する。ここで、これらの演算のためのデータの受け渡しや演算の指示は、ＣＰＵ４６によって制御されている。
ゴルフボールの初期弾道測定装置２は以上のように構成される。
【００２７】
図３は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置の第２の実施例を概念的に示す側面図である。
図３に示すゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、固定された大型の設備として設置されるものであって、ゴルファー５４またはゴルフクラブのスイングロボット（図示しない）がゴルフクラブ５６によってゴルフボール５８を試打した際のゴルフボールの初期弾道を測定するものである。
ゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、被写体であるゴルフボール５８の鉛直上方の位置に配置されたミラー６０とゴルフボール５８と水平な面上に配置されたミラー６２と、初期弾道パラメータ算出部６３を有し、このミラー６０、６２は、それぞれ水平面に対して４５°傾斜してゴルフボール５８の載置位置から略等距離の位置に相互に対向して配置されている。すなわち、打ち出し直後のゴルフボール５８の経路上の所定の位置から略等距離離れてミラー６０、６２が配置され、ゴルフボール５８を水平方向および鉛直方向の２方向から見た移動体の像の各々を反射する。
【００２８】
また、ミラー６０、６２によって反射した２方向から見たゴルフボール５６の像が異なる面に投影され、ミラー６０で反射されたゴルフボールの像を透過し、ミラー６２の像を反射するハーフミラー６４が、ミラー６０、６２の配置位置を略対称位置とする対称平面６８上に、この対称平面６８とハーフミラー６４の境界面が平行になるように配置される。
すなわち、ゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、ハーフミラー６４にミラー６０、６２で反射された水平方向および鉛直方向から見た打ち出し直後のゴルフボール５８の像を投影するが、ミラー６０、６２の配置位置を微調整することによって、ハーフミラー６４で透過したミラー６０からのゴルフボール５８の像（鉛直方向から見たゴルフボール５８の像）とハーフミラー６４で反射したミラー６２からのゴルフボール５８の像（水平方向から見たゴルフボール５８の像）を、可能な限り重ならないように近接させて形成させ、この近接したゴルフボール５８の像をＣＣＤカメラ６６で１つの画像として撮像する。しかも、ミラー６０、６２を水平面に対して４５°傾斜させることで、ハーフミラー６４に投影されるゴルフボールの像の投影角度を略一致させている。
ＣＣＤカメラ６６には制御装置７２が接続されて設けられており、制御装置７２は所定のタイミングで撮像するために電子シャッターを自動的に開閉する制御を行う。そして、電子シャッターが開いた際、所定の時間間隔で２回ストロボ発光することで、第１の実施例と同様に、４個のゴルフボール５８の像を１つの平面画像として撮像する。勿論、第１の実施例と同様に、上記所定の時間間隔をあけてカメラのシャッターを２回開き多重露光してゴルフボールの像を撮像しもよいし、上述した他の方法でゴルフボールの像を撮像してもよい。
また、ゴルフボール５８からＣＣＤカメラ６６に至るゴルフボール５８の像の経路長は、ミラー６０あるいはミラー６２で反射しても略等しいため、従来のように、一方のゴルフボールの像のピントがボケることはない。
【００２９】
ここで、ゴルフボールの初期弾道測定装置５２では、２個のミラー６０、６２がゴルフボール５８の鉛直方向および水平方向の位置にそれぞれ略４５°傾斜して配置されており、ハーフミラー６４は対称平面６８上に配置されているので、２回のストロボ発光によってＣＣＤカメラ６６で撮像される４個のゴルフボール５８の像はゴルフボール５８を鉛直方向および水平方向の互いに直交する方向から見た像となり、ゴルフボール５８の初期弾道の水平方向の成分を上側の画像で、鉛直方向の成分を下側の画像で撮像することができる。
【００３０】
この第２の実施例でも、ＣＣＤカメラ６６で撮像された平面画像３０は、第１の実施例と同様に、初期弾道パラメータ算出部６３に送られる。
初期弾道パラメータ算出部６３は、初期弾道パラメータ算出部１７と同様に、画像読取装置８０、位置測定装置８２、演算装置８４およびＣＰＵ８６を有する。
すなわち、平面画像３０は、画像読取装置８０によってデジタルデータとして読み取られ、画像処理してゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心の位置およびゴルフボールに形成されたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置を算出する。次に、位置測定装置８２でこのゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置とマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標をデータとして入力し、演算装置８４でゴルフボールの初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角度を算出する。この実施例では、２個のミラー６０、６２がゴルフボール５８の鉛直方向および水平方向に配置されており、撮像された画像からゴルフボール５８の飛翔経路の鉛直方向および水平方向の座標を演算することなく直ちに読み取ることができるので、より精度の高い測定を行うことができる。
【００３１】
このゴルフボールの初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角度に、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボールの飛距離を推測し、或いはゴルフボールのキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置８８に表示する。ここで、これらの演算のためのデータの受け渡しや演算の指示は、ＣＰＵ８６によって制御されていることは第１の実施例と同様である。
上記第１の実施例および第２の実施例は、いずれも２回ストロボ発光して所定時間経過前後の２方向から見たゴルフボールの像（４つのゴルフボールの像）を１つの画像として撮像するものであるが、２方向から見たゴルフボールの像を所定時間間隔で別個に撮像して２つの画像を得てもよい。
【００３２】
次に、ゴルフボールの初期弾道測定装置における測定方法について説明する。図４は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置２、５２の動作を説明するフローチャートである。
まず、ゴルファー４、５４または図示しないスイングロボットによってゴルフクラブ６、５６のスイングが開始される（ステップ１００）。ゴルフクラブ６、５６のゴルフクラブヘッドがインパクト直前の領域に設置された図示しないゴルフクラブヘッド検出装置の検出位置を通過すると、図５（ａ）に示すようなトリガー信号がゴルフクラブヘッド検出装置において生成されて（ステップ１０２）、ゴルフクラブヘッド検出装置から制御装置２２、７２に送られる。制御装置２２、７２では、トリガー信号の立ち上がりからＴ1 秒後にＣＣＤカメラ１６、６６の電子シャッターが開くように、図５（ｂ）に示すようなカメラ作動信号が生成されてＣＣＤカメラ１６、５６に送られ、このカメラ作動信号によって、電子シャッターがＴ2 秒間開く（ステップ１０４）。
【００３３】
同時に、制御装置２２、７２から、図５（ｃ）に示すようなストロボ発光信号が図示しないストロボに送られ、電子シャッターが開くＴ2 秒の間に、Ｔ3 秒の時間間隔でストロボが２回発光して（ステップ１０６）、ゴルフボール８、５８を照明する。こうしてＴ3 秒間隔の２回のストロボ発光によって、打ち出された直後のゴルフボール８、５８の初期弾道が撮像され（ステップ１０８）、Ｔ3 秒の時間経過前後におけるゴルフボール８、５８の像が撮像された１つの平面画像３０が得られる。
なお、後述するように、１つの平面画像を得るのに２回以上シャッターを開いてゴルフボールの像を撮像する、すなわち多重露光による撮像を行なう高速度カメラを用いてもよい。
【００３４】
同時に、図示しないヘッドスピード計測装置によってゴルフクラブ６、５６のヘッドスピードが計測される（ステップ１１０）。このヘッドスピード計測装置は、本実施例のゴルフボールの初期弾道測定装置とは別の装置であってもよく、或いは、前述のゴルフクラブヘッド検出装置に所定の間隔で２個のセンサーを配置し、この２個のセンサーでクラブヘッドを検出する時間間隔によってゴルフクラブのヘッドスピードを計測してもよい。
【００３５】
ステップ１０８で得られたゴルフボール８、５８の初期弾道を撮像した平面画像は、ステップ１１０で得られたゴルフクラブのヘッドスピード等のデータとともに表示装置４８、８８に表示される（ステップ１１２）とともに、画像読取装置４０、８０でデジタルデータとして読み取られ、周囲の環境などの不要な画像を消去した後、ゴルフボールの外径の画像を画像処理して（ステップ１１４）ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置を算出する（ステップ１１６）。同時にゴルフボール８、５８に形成されたマーキングの像３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａの画像を画像処理して（ステップ１１８）マーキングの像３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａの中心位置を算出する（ステップ１２０）。
【００３６】
これらの位置を位置測定装置４２、８２で測定して（ステップ１２２）、ゴルフボールの重心位置の移動距離および移動方向からゴルフボールの初速度、打ち出し角度、また、マーキングの中心位置の移動距離および移動方向からゴルフボールの回転方向と回転角速度等、初期弾道パラメータを演算装置４４、８４で算出し（ステップ１２４）、さらに、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボールの飛距離を推測し、或いはゴルフボールのキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置４８、８８に表示する（ステップ１２６）。このようにして、ゴルフボールの初期弾道の測定を繰り返した後、測定が終了した時点でデータを保存し（ステップ１２８）、ゴルフボールの初期弾道測定装置２、５２による測定を終了する。
【００３７】
上記方法は、ＣＣＤカメラ１６のシャッターが開いている間に、Ｔ3 秒間隔で２回ストロボを発光させてゴルフボールの像を撮像するが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、高速度カメラを用いて、トリガー信号（図６（ａ））の立ち上がりからＴ1 秒後にシャッターを開き、続いてシャッターをＴ3 秒後に再度開くようにカメラ作動信号（図６（ｂ））を生成し、ゴルフボールの像を２重露光して撮像してもよい。この場合、撮像に十分な光量が確保できない場合、図６（ｃ）に示すように、少なくともシャッターが２回開く間中ストロボを長時間発光させるようにストロボ発光信号を生成する。あるいは、２回のシャッターに同期させて、ストロボを２回発光させるストロボ発光信号を生成する。一方、撮像に十分な光量が自然光等により確保できればストロボ等の照明光を不要とする。特に、２重露光による撮像を屋外で行なう場合、十分な光量が得られるので、ストロボ等の照明光が不要となり、撮像を容易に行なうことができる。
【００３８】
以上、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について上記第１の実施例および第２の実施例を挙げて説明したが、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について以下に示す第３の実施例を挙げて説明することもできる。
図７は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の第３の実施例を概念的に示す平面図である。
【００３９】
図７に示すゴルフボールの初期弾道測定装置１０２は、ミラー１０４、１０６と、調整用ミラー１０８と、ハーフミラー１１０と、ＣＣＤカメラ１１２と、ＣＣＤカメラ１１２と接続された制御装置１１４と、初期弾道パラメータ算出部１１６とを有して構成される。
【００４０】
ミラー１０４、１０６と、調整用ミラー１０８と、ハーフミラー１１０と、ＣＣＤカメラ１１２は本体部１１８を形成し、本体部１１８はケース１２０に収納され携帯可能となっている。制御装置１１４はＣＣＤカメラ１１２と接続され、ＣＣＤカメラ１１２から出力される画像は初期弾道パラメータ算出部１１６に供給されるように初期弾道パラメータ算出部１１６と接続されている。また、初期弾道パラメータ算出部１１６に表示装置１３０が接続されている。
ケース１２０に収納される本体部１１８は、ゴルフボール１２２を試打するゴルファー１２４とゴルフボール１２２を挟んで対向する位置に配置される。
【００４１】
ミラー１０４、１０６は、ゴルフボール１２２を異なる２方向から見たゴルフボール１２２の像を反射するミラーで、ゴルフボール１２２の打ち出し方向（図７中右方向）の異なる位置に配置されている。
ゴルフボール１２２は、ゴルファー１２４の試打によって、打ち出し方向に打ち出されるが、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像は、ミラー１０６で反射されてハーフミラー１１０に投影され、投影されたゴルフボール１２２の像はハーフミラー１１０を透過してＣＣＤカメラ１１２に至るように構成されている。
また、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像は、ミラー１０４で、この後、調整用ミラー１０８で反射され、調整用ミラー１０８で反射されたゴルフボール１２２の像はさらにハーフミラー１１０で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るように構成されている。
【００４２】
このような２つのゴルフボール１２２の像が、ＣＣＤカメラ１１２で撮影される場合、異なる方向から見たゴルフボール１２２の像が可能な限り重ならないように、ミラー１０４、１０６又は調整用ミラー１０８の配置が調整されている。
本実施例は、上記第１の実施例、第２の実施例と異なり、ミラー１０４、１０６を打ち出し方向の前後方向に配置している。しかし、本実施例のミラー１０４、１０６の配置は、打ち出し方向の前後方向に配置することに限定されるものでなく、上述した第１の実施例や第２の実施例と同様に鉛直方向の異なる位置に配置されてもよい。
また、本実施例は、上記第１の実施例及び第２の実施例と異なり、調整用ミラー１０８を有して構成される。調整用ミラー１０８を有する理由については後述する。
【００４３】
ＣＣＤカメラ１１２に接続される制御装置１１４は、上記第１の実施例の制御装置２２と同様の構成及び機能を有する。従ってこの説明は省略する。
初期弾道パラメータ算出部１１６は、画像読取装置１２２、位置測定装置１２４、演算装置１２６、ＣＰＵ１２８を有し、これらは上記第１の実施例の画像読取装置４０、位置測定装置４２、演算装置４４、ＣＰＵ４６と同様の構成及び機能を有する。従ってこれらの説明は省略する。
【００４４】
上述したように、本実施例では調整用ミラー１０８を有する。
この調整用ミラー１０８は、ミラー１０４とハーフミラー１１０とともに投影された像を反射するので、ＣＣＤカメラ１１２で撮像するゴルフボール１２２の像はゴルフボール１２２の鏡像となる。一方、ミラー１０６で反射しハーフミラー１１０で透過してＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像も鏡像となる。このように調整用ミラー１０８は、ミラー１０４で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像を鏡像とするための調整用のミラーであり、ミラー１０６で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像と同様に鏡像とする。
【００４５】
図８には、本実施例においてＣＣＤカメラ１１２で撮影された平面画像の一例が示されている。
図８に示す平面画像１３１は、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像を、図４におけるステップ１０４、１０６のように、ストロボ発光して実際に撮像したものである。すなわち、打ち出されたゴルフボール１２２の像を一定の時間間隔で２回撮像して４つのゴルフボールの像１３２、１３４、１３６、１３８が得られる。
【００４６】
ここで、ゴルフボールの像１３２は、ミラー１０４、調整用ミラー１０８、ハーフミラー１１０で反射された最初（１回目）のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像であり、ゴルフボールの像１３６は、ミラー１０６で反射されハーフミラー１１０を透過した１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像である。
一方、ゴルフボールの像１３４は、ミラー１０４、調整用ミラー１０８、ハーフミラー１１０で反射された２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像であり、ゴルフボールの像１３８は、ミラー１０６で反射されハーフミラー１１０を透過した２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像である。
ここで、平面画像１３１においてゴルフボールの像１３２が下側に、ゴルフボールの像１３６が上側に撮像されるように、ミラー１０４、１０６または調整用ミラー１０８の反射面の傾斜角等の配置の調整が成されている。
【００４７】
なお、ゴルフボール１２２の表面には、白丸、黒丸および十字形のマーキングが特定点として付されており、図８に示されるように、白丸、黒丸および十字形のマーキングが鮮明に写っている。このマーキングは、上述したように、ゴルフボール１２２の初期弾道パラメータを算出するために用いられる。
この初期弾道パラメータの算出のためにはゴルフボールの像を精度良く撮像することが好ましく、そのため、ミラー１０４およびミラー１０６の配置を調整してゴルフボール１２２の像を近接させ、ＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くすることが望まれる。しかし、ゴルフボール１２２の像を近接させると、１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重ならなくても、２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重なるおそれがある。
【００４８】
これに対し、本実施例は、調整用ミラー１０８を用いて、撮像されるゴルフボール１２２の像はともに鏡像となり、図７中、ゴルフボール１２２の像は同一方向に移動する。従って、ゴルフボールの像１３２とゴルフボールの像１３６を近接させても、２回目のストロボ発光によるゴルフボールの像１３４とゴルフボールの像１３８とが重なることは極めて少なくなる。
【００４９】
一方、調整用ミラー１０８を配置しない場合、ＣＣＤカメラ１１２で撮像されるゴルフボール１２２の像は鏡像と正像によって構成されることから、この像の移動方向が逆方向となる。また、上述したようにＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くすることが望まれるので、図９に示すように図中左から右に移動するゴルフボールの像１４２のうち１回目のストロボ発光による像を撮影領域の左側に、図中右から左に移動するゴルフボールの像１４４の１回目のストロボ発光による像を図中右側に来るように、ミラー１０４、１０６および調整用ミラー１０８を調整する。そのため、１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重ならない場合でも、図９に示すように、２回目のストロボ発光によるゴルフボールの像１４６、１４８が重なるおそれがある。そのため、初期弾道パラメータの算出ができないといった問題が生じる。
このような点から、本実施例のように、調整用ミラー１０８を用いてゴルフボール１２２の像をともに鏡像とするのが好ましい。これによって、ＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くしてゴルフボール１２２の像を高精度に撮像することができるとともに、ゴルフボール１２２の像が重なる場合が極めて少なくなり、初期弾道パラメータをほぼ常に算出することができる。
【００５０】
なお、本発明においては、本実施例のようにカメラで撮像するゴルフボールの像をともに鏡像とする場合に限定されず、ともに正像とするように構成してもよい。調整用ミラーはミラー１０４とハーフミラー１１０の間のみならず、ミラー１０６とハーフミラー１１０の間に配置してもよい。
また、本実施例では、調整用ミラーを１つ用いるが、調整用ミラーを奇数個用いて鏡像としてもよい。少なくとも、ミラー１０４の反射によってＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像とミラー１０６の反射によってＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像をともに鏡像または正像とするように調整用ミラーを配置するとよい。
【００５１】
また、上記第１〜第３の実施例はいずれも、一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する光学部材としてハーフミラーを用いたが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、直角プリズムの斜面にクロム膜等の金属薄膜又は誘電体多層膜をコーティングしたものを接着することで、上記境界面を備えるプリズム、特に反射率と透過率が略１対１となっているハーフプリズムをハーフミラーの替わりに用いてもよい。
【００５２】
本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、以上に述べたように構成されているので、ゴルフボール以外の移動体、例えば野球のボールやテニスのボールなどの移動体の移動パラメータ（移動速度や移動方向や回転角速度や回転方向）の測定にも同じように適用することが可能である。
本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、以上に記載した実施例や説明に限定されるものではないことは明らかであり、本発明の要旨を変更しない範囲で各種の改良や改変を行うことが可能なものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置、特に実施例として例示したゴルフボールの初期弾道測定装置は、２方向から見たゴルフボールの像を処理してゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびボールの回転方向と角度などのゴルフボールの初期弾道を正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置を、１台のカメラによって実現したものであって、測定精度が高く正確な測定結果を迅速に得られ、取り扱いを容易にしてポータブル化することができる。
また、調整用ミラーを用いて、異なる２方向から見る移動体の像をともに鏡像あるいは正像とすることができるので、移動体の像が２回の撮像を行っても重なることが極めてない。従って、移動体の移動パラメータをほぼ常に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の一実施例であるゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置を概念的に示す側面図である。
【図２】 ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置で得られた画像の一例を示す説明図である。
【図３】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の他の実施例を概念的に示す側面図である。
【図４】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置のカメラの動作を制御する信号のタイミングの一例を説明する説明図である。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置のカメラの動作を制御する信号のタイミングの他の例を説明する説明図である。
【図７】 本発明の移動体の移動体パラメータ測定装置の他の実施例であるゴルフボー
ルの初期弾道測定装置を概念的に示す平面図である。
【図８】 図７に示すゴルフボールの初期弾道測定装置で得られた画像の一例を示す説明図である。
【図９】 ゴルフボールの初期弾道測定装置で得られる画像の一例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
２，５２，１０２ 初期弾道測定装置
４，５４，１２４ ゴルファー
６，５６ ゴルフクラブ
８，５８，１２２ ゴルフボール
１０，１２，６０，６２，１０４，１０６ ミラー
１４，６４，１１０ ハーフミラー
１６，６６，１１２ ＣＣＤカメラ
１７，６３，１１６ 初期弾道パラメータ算出部
１８，６８ 対称平面
２０，１２０ ケース
２２，７２，１１４ 制御装置
３０，１３１ 平面画像
３２，３４，３６，３８ ゴルフボールの像
３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａ マーキングの像
４０，８０，１２２ 画像読取装置
４２，８２，１２４ 位置測定装置
４４，８４，１２６ 演算装置
４６，８６，１２８ ＣＰＵ
４８，８８，１３０ 表示装置
１０８ 調整用ミラー
１１８ 本体部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charged Coupled Device) カメラ等のカメラによって撮像された画像をデジタル化して読み取り、このデジタル化して読み取られた画像を用いて演算処理を行なうことによって、移動体の移動速度、移動方向、回転角速度あるいは回転方向等の移動パラメータを算出する移動体の移動パラメータ測定装置に関し、特に、ゴルフボールの初期弾道測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびゴルフボールの回転方向と回転角度などの初期弾道パラメータを正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置は、試打されたゴルフボールの初速度、打ち出し角度、回転角速度あるいは回転方向によってゴルフボールの飛距離を推測し、また、ゴルフボールの回転角速度や回転方向などによってゴルフボールの曲がりや球筋を推測し、ゴルフスイングにおけるゴルフクラブヘッドのインパクトの状態とゴルフボールの初期弾道パラメータとの関係を解析することができるので、ゴルフボールやゴルフクラブの評価には欠かせないものである。
【０００３】
このようなゴルフボールの初期弾道測定装置としては各種の形式のものが知られているが、正確な測定結果を迅速に得られるものとして、２台のカメラを用いたゴルフボールの初期弾道測定装置が挙げられる。このゴルフボールの初期弾道測定装置は、ゴルファー自身によって、或いはゴルフクラブのスイングロボットによって打ち出されたゴルフボールを所定の時間間隔で２方向から同時に撮像し、この撮像された画像を画像解析して、所定の時間内に移動したゴルフボールの移動距離や移動方向を測定することによってゴルフボールの初速度と打ち出し角度を算出し、さらに、ゴルフボールの表面に付された目印の位置の移動や移動方向によってゴルフボールの回転角速度と回転方向などを算出する、ゴルフボールの初期弾道パラメータを測定するものである。
【０００４】
この２台のカメラによるゴルフボールの初期弾道測定装置は、正確な測定結果を比較的迅速に得られるものであるが、２方向から同時に撮像するために２台のカメラを完全に同期してシャッターを開閉する作動をさせなければならない。そのため、装置の設定や制御に手間が掛かる他、高い分解能を要するカメラを２台使用しなければならないので装置が高価なものとなっていた。
そこで、必要とするカメラを１台にすることによって、同じ性能で取り扱いが容易であるとともに、より安価なゴルフボールの初期弾道測定装置を開発することが求められていた。
【０００５】
この目的を達成する試みの一つとして、実開平６−１３８７８号公報には、１台のカメラによってゴルフボールの初期弾道を測定するゴルフボールの初期弾道測定装置が開示されている。このゴルフボールの初期弾道測定装置は、１台のカメラによって、試打されたゴルフボールの軌跡の画像を上方から直接撮像するとともに、ゴルフボールの試打方向と直交する方向に配置し、ミラー面が地面に対して４５°の傾斜角度に調整されたミラーで反射したゴルフボールの軌跡の画像も同時に撮像するものである。これにより、１台のカメラによってゴルフボールの初期弾道を測定することができるとされている。
【０００６】
しかしながら、試打されたゴルフボールの軌跡を上方から直接撮像する画像と、ミラーで反射したゴルフボールの軌跡を撮像する画像とでは、被写体であるゴルフボールから撮影に用いるカメラまでの距離が異なっているので、双方の距離にピントを正確に合わせることは不可能であり、どちらかの画像にボケが生じることは避けられない。特に、ゴルフボールの回転角速度や回転方向を正確に測定するためには、ゴルフボールの表面上に付された目印の像にボケが生じることは許されない。
また、被写体であるゴルフボールからカメラまでの距離が異なっているので、撮像されたゴルフボールの像の大きさも異なり、最初に、双方の画像の大きさを統一してからゴルフボールの移動距離や移動方向、目印の位置の移動や移動方向を測定しなければないので、測定精度が落ちることは避けられない。
【０００７】
一方、２個のミラーとハーフミラーを組み合わせて３次元の形状を測定する装置が、特開平９−８９５３４号公報に開示されている。すなわち、特開平９−８９５３４号公報では、２個のミラーとハーフミラーを組み合わせた３次元形状測定装置が開示されており、この３次元形状測定装置は、被測定物を移送するテーブルと、被測定物に光を照射する光源（実施例ではスリット光またはスポット光を照射するレーザ光源）とを有し、スリット光またはスポット光を照射する光源からの光が被測定物の表面で反射して線状または点状となった反射光の画像を、一対のミラーとハーフミラーとからなる光学系で集め、それぞれ対応する線または点の位置が一致するように調整して合成光とし、この合成光の画像上の位置によって被測定物の３次元形状を測定するものである。
【０００８】
しかし、この３次元形状測定装置は、被測定物の外形を測定するものであって、外形が同一でしかも球状の移動体であるゴルフボールの回転角速度や回転方向を測定することはできない。一方、固定されたスリット光またはスポット光の領域にゴルフボールを通過させ、ゴルフボールの表面に投影されて形成されるスリット光やスポット光の反射光の像の形状の変化から移動速度を測定することは可能である。しかし、この場合、スリット光やスポット光の領域をゴルフボールが通過する時間を画像から割り出すため、測定精度は極めて劣る。また、ゴルフボールの初期弾道測定装置のように、移動体であるゴルフボールは、試打するたびにゴルフボールの移動方向や移動速度が微妙に変動するので、ゴルフボールがスリット光またはスポット光の領域の範囲内に常に収まり移動速度や移動方向が測定できるわけではない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決して、移動体の移動速度や移動方向や回転角速度や回転方向を１台のカメラのみを使用することによって正確に移動体の移動パラメータを測定することができる移動体の移動パラメータ測定装置、特に、打ち出し直後のゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびゴルフボールの回転角速度と回転方向などのゴルフボールの初期弾道パラメータを正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、移動体の移動経路の周りの異なる位置に配置され、前記移動体を異なる２方向から見た２つの移動体の像をそれぞれ別々に反射する２個のミラーと、
前記２個のミラーのうちの一方のミラーで反射された移動体の像を反射する１以上の調整用ミラーと、
一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する部材であって、前記２個のミラーおよび前記調整用ミラーを用いて前記２つの移動体の像が前記境界面の互いに異なる側より前記境界面に投影されて、一方の側より投影された移動体の像を透過し、他方の側より投影された移動体の像を反射する光学部材と、
この光学部材を透過した移動体の像およびこの光学部材で反射した移動体の像を撮像する１台のカメラと、
このカメラによって撮像された２つの移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出する移動パラメータ算出部とを有し、
前記調整用ミラーは、前記１台のカメラによって撮像される２つの移動体の像をともに鏡像あるいは正像の一方とするものであり、
前記２個のミラーまたは前記調整用ミラーの配置を調整することによって、前記カメラの撮像位置から前記光学部材、前記調整用ミラーおよび前記２個のミラーを介して見える２つの移動体の像を近接させ、この近接した２つの移動体の像を前記カメラを用いて１つの画像として撮像することを所定の時間経過前後で２回行い、前記移動パラメータ算出部において、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の２方向から見た移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出することを特徴とする移動体の移動パラメータ測定装置を提供する。
【００１１】
ここで、前記光学部材は、例えば、ハーフミラーである。あるいは、プリズムであってもよい。
【００１３】
また、前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体の中心位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の移動速度と移動方向を算出するのが好ましい。
また、前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体上の特定点の位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の回転角速度と回転方向を算出するものであってもよい。
また、本発明の移動パラメータ測定装置の移動体は、例えば、打ち出し直後のゴルフボールであって、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見たゴルフボールの像に基づいて、前記移動パラメータとして、打ち出し直後のゴルフボールの初速度と打ち出し角度、および打ち出し直後のゴルフボールの回転角速度と回転方向の少なくとも１方を算出するゴルフボールの初期弾道測定装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について、ゴルフボールの初期弾道測定装置を好適実施例として説明する。
図１は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置の第１の実施例を概念的に示す側面図、図２はカメラで撮像された画像の１例を示す説明図、図３は第２の実施例を概念的に示す側面図である。
なお、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、ゴルフボールの初期弾道測定装置に限定されず、野球のボールやテニスボール等の移動体の移動パラメータを測定するものであってもよい。
【００１５】
図１に示すように、ゴルフボールの初期弾道測定装置２は、例えばゴルファー４がゴルフクラブ６によってゴルフボール８を試打した際のゴルフボールの初期弾道パラメータを測定するものである。初期弾道測定装置２は、被写体であるゴルフボール８を挟んでゴルファー４と対向する側に、ゴルフボール８を載置したティーから打ち出されたゴルフボール８の像を反射する２個のミラー１０、１２と、この２個のミラー１０、１２によって反射した２つの打ち出し直後のゴルフボールの像が異なる面に投影され、ミラー１０から投影された像を反射し、ミラー１２から投影された像を透過するハーフミラー１４と、ハーフミラー１４を透過したゴルフボールの像とハーフミラー１４で反射したゴルフボールの像をまとめて撮像する分解能の高いＣＣＤカメラ１６と、ＣＣＤカメラ１６によって撮像されたゴルフボールの像に基づいてゴルフボールの初期弾道パラメータを算出する初期弾道パラメータ算出部１７とを主に有して構成される。
ここで、ミラー１０、１２は、ゴルフボール８の打ち出し直後の想定される弾道経路の周りに配置され、打ち出し直後のゴルフボール８から略等距離離れ、異なる２方向から見たゴルフボール８の像の各々を反射するように構成される。
ハーフミラー１４は、一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する光学部材であって、ミラー１０、１２の配置位置を略対称位置とする対称平面１８上に、この対称平面１８とハーフミラー１４の境界面が平行になるように配置される。すなわち、ハーフミラー１４の面または対象平面１８に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度は、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が等しくなっている（図１中の角度＋α°および−α°）。
【００１６】
また、ゴルフボールの初期弾道測定装置２は、ミラー１０、１２で反射された、異なる２方向から見た打ち出し直後のゴルフボール８の像をハーフミラー１４上に投影するが、ミラー１０、１２の配置を微調整することによって、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させるとともに、お互いのゴルフボールの像が可能な限り重ならないようにミラー１０、１２の配置位置の微調整によって近接してゴルフボールの像を形成させ、この近接したゴルフボール８の像をＣＣＤカメラ１６で１つの画像として撮像するように構成される。そして、このＣＣＤカメラ１６には制御装置２２が接続されて設けられており、制御装置２２は所定のタイミングで撮像するために電子シャッターを自動的に開閉する制御を行う。このように、ハーフミラー１４を用いて、異なる２方向から見たゴルフボールの像を近接させることで、ＣＣＤカメラ１６の撮像領域の視野を狭くすることができ、ゴルフボールの像を精度良く撮像することができる。また、２つのゴルフボールの像が重なりにくいので、以降で行なわれる画像処理や初期弾道パラメータの測定が可能となる。
【００１７】
このＣＣＤカメラ１６は任意の光学カメラとすることもできるが、以降で説明するように、ゴルフボール８の初速度と打ち出し角度、および回転角速度と回転方向等の初期弾道パラメータ（移動パラメータ）を測定する際、ゴルフボール８の撮像された画像の画像処理を行ってゴルフボール８の像を迅速に検出するので、画像をデジタル化して出力するＣＣＤカメラ１６を使用してゴルフボール８の位置の検出を容易にすることが望ましい。また、本実施例のゴルフボールの初期弾道測定装置２は、それぞれの配置を固定し、２個のミラー１０、１２に投影される２個の被写体の像の通過する面を透明体で覆った任意のケース２０に収納することによってポータブル化し、容易に移動して任意の場所に設置することができる。もちろん、この他にゴルフボールの撮像時にゴルフボールを照明するストロボ装置あるいは、場合によってはゴルフボールを照明するに十分な明るさの自然光または人工光の照明装置等が用いられる。
【００１８】
このように構成されているゴルフボールの初期弾道測定装置２では、ゴルフボールの初期弾道パラメータを測定する際には、インパクト直後の打ち出されて飛翔しているゴルフボール８の像を所定の時間間隔の２回のストロボ発光により１つの平面画像として撮像する。このとき、図１から明らかなように、ミラー１０で反射しハーフミラー１４で再度反射してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、上側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の上側に、ミラー１２で反射してハーフミラー１４を透過してＣＣＤカメラ１６に投影されたゴルフボール８の画像（以下、下側の画像という）はＣＣＤカメラ１６により撮像される画像内の下側に撮像されるようにミラー１０、１２の配置が設定されるので、図２に示すよに、１つの平面画像３０の中に、４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として撮像される。
【００１９】
ここで、ゴルフボールの像３２、３４が前述した上側の画像であり、ゴルフボールの像３６、３８が下側の画像となる。また、所定の時間間隔で２回ストロボが発光するので、最初のストロボ発光でゴルフボールの像３２、３６が、後のストロボ発光でゴルフボールの像３４、３８が撮像される。この２回のストロボの発光は、従来技術と同様に、スイングされたゴルフクラブのゴルフボール８へのインパクトの寸前にゴルフクラブの通過によって生成されたトリガー信号から所定の時間遅れて、ＣＣＤカメラ１６のシャッターが開いた後、行なわれる。そして、２回のストロボ発光時のゴルフボール８の像が撮像される。
【００２０】
したがって、平面画像３０には、上側の画像としてのゴルフボールの像３２、３４と下側の画像としてのゴルフボールの像３６、３８、および最初に撮像されたゴルフボールの像３２、３６と所定の時間経過後のゴルフボールの像３４、３８が組み合わさって撮像された４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として撮像される。
【００２１】
初期弾道測定装置２は、打ち出されたゴルフボールのバックスピンやサイドスピン等の回転角速度や回転方向を測定するために、ゴルフボール８には、目印として黒丸や十字形のマーキングを付して特定点とし、このマーキングの位置のゴルフボール８の表面上の移動距離と移動方向によってゴルフボールの回転角速度と回転方向を測定する。図２の平面画像３０では、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の内部に、黒丸で描かれたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａが表示されている。図示の場合、上側の画像において、マーキングの像３２ａからマーキングの像３４ａまでゴルフボール８の表面上を回転して移動し、下側の画像において、マーキングの像３６ａからマーキングの像３８ａまでゴルフボール８の表面上を回転して移動したことを示している。
【００２２】
なお、この平面画像３０は、所定の時間間隔をあけてストロボを発光させてＣＣＤカメラ１６で撮像した４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８が画像として写っている画像に限定されるものではなく、上記所定の時間間隔をあけてカメラのシャッターを２回開き多重露光してゴルフボールの像３２、３４、３６、３８を撮像した画像であってもよいし、さらに、上記所定の時間間隔だけシャッターを開放して、移動方向に残像を有するゴルフボールの画像を得て、この残像を有するゴルフボールの両端の像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよく、高速ビデオカメラで撮像した画像から同じ所定の時間間隔で画像を取り出し、この両端の画像を４個のゴルフボールの像３２、３４、３６、３８としてもよい。
ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０は、初期弾道パラメータ算出部１７に送られる。
このように、ハーフミラー１４上に投影される２つのゴルフボールの像の投影角度を略一致させ、しかも、ゴルフボールの像を近接させ、さらに、ハーフミラー１４の面に対するミラー１０、１２の反射面の傾斜角度を、正負の符号が互いに異なりかつ絶対値が略等しくするので、被写体であるゴルフボール８からミラー１０またはミラー１２で反射しＣＣＤカメラ１６に至るゴルフボール８の像の経路長は、略等しくなり、従来のように、一方のゴルフボールの像のピントがボケることはない。
【００２３】
一方、初期弾道パラメータ算出部１７は、画像読取装置４０、位置測定装置４２、演算装置４４、およびＣＰＵ４６を有して構成される。
画像読取装置４０は、ＣＣＤカメラ１６で撮像された平面画像３０を、デジタルデータとして取り込み、画像処理を行うことによって周囲の環境などの不要な画像を消去した後、ゴルフボールの外形の画像に画像処理を施して、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置を算出し、続いて、ゴルフボールに形成されたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの画像を画像処理して、マーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置を算出して位置測定装置４２に出力する部位である。
【００２４】
位置測定装置４２は、このゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置とマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置のデータが入力されると、ゴルフボール８の実際の移動経路における鉛直面および水平面の成分を算出する部位である。
すなわち、図１に示すように、２個のミラー１０、１２は任意の角度だけ傾斜しているので、これらのミラー１０、１２によって投影されて平面画像３０として撮像された画像におけるゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置の座標やマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標は、ミラー１０、１２の傾斜角度に応じて鉛直面および水平面の成分が合成されたものとなっている。従って、ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心の位置の座標やマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標の数値が鉛直面および水平面の成分となるようにミラー１０、１２の配置に応じて演算して分解する。そして、分解して得られた鉛直面および水平面の成分のそれぞれにおける最初のストロボ発光時点でのゴルフボールの重心位置の座標とこの重心位置に対するマーキングの中心位置の座標および２回目のストロボ発光時点でのゴルフボールの重心位置の座標とこの重心位置に対するマーキングの中心位置の座標を測定する。測定された各座標は演算装置４４に送られる。
【００２５】
演算装置４４は、最初および２回目のストロボ発光時点でのゴルフボール８の重心位置の座標とマーキングの中心位置の座標から、ゴルフボール８の重心位置の移動距離および移動方向を求めることでゴルフボールの初速度、打ち出し角度を算出し、マーキングの中心位置の移動距離および移動方向を求めることでゴルフボール８の回転角速度と回転方向を算出する部位である。
【００２６】
さらに、このゴルフボール８の初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角速度に、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボール８の飛距離を推測し、さらにはゴルフボール８のキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置４８に表示する。ここで、これらの演算のためのデータの受け渡しや演算の指示は、ＣＰＵ４６によって制御されている。
ゴルフボールの初期弾道測定装置２は以上のように構成される。
【００２７】
図３は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置の第２の実施例を概念的に示す側面図である。
図３に示すゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、固定された大型の設備として設置されるものであって、ゴルファー５４またはゴルフクラブのスイングロボット（図示しない）がゴルフクラブ５６によってゴルフボール５８を試打した際のゴルフボールの初期弾道を測定するものである。
ゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、被写体であるゴルフボール５８の鉛直上方の位置に配置されたミラー６０とゴルフボール５８と水平な面上に配置されたミラー６２と、初期弾道パラメータ算出部６３を有し、このミラー６０、６２は、それぞれ水平面に対して４５°傾斜してゴルフボール５８の載置位置から略等距離の位置に相互に対向して配置されている。すなわち、打ち出し直後のゴルフボール５８の経路上の所定の位置から略等距離離れてミラー６０、６２が配置され、ゴルフボール５８を水平方向および鉛直方向の２方向から見た移動体の像の各々を反射する。
【００２８】
また、ミラー６０、６２によって反射した２方向から見たゴルフボール５６の像が異なる面に投影され、ミラー６０で反射されたゴルフボールの像を透過し、ミラー６２の像を反射するハーフミラー６４が、ミラー６０、６２の配置位置を略対称位置とする対称平面６８上に、この対称平面６８とハーフミラー６４の境界面が平行になるように配置される。
すなわち、ゴルフボールの初期弾道測定装置５２は、ハーフミラー６４にミラー６０、６２で反射された水平方向および鉛直方向から見た打ち出し直後のゴルフボール５８の像を投影するが、ミラー６０、６２の配置位置を微調整することによって、ハーフミラー６４で透過したミラー６０からのゴルフボール５８の像（鉛直方向から見たゴルフボール５８の像）とハーフミラー６４で反射したミラー６２からのゴルフボール５８の像（水平方向から見たゴルフボール５８の像）を、可能な限り重ならないように近接させて形成させ、この近接したゴルフボール５８の像をＣＣＤカメラ６６で１つの画像として撮像する。しかも、ミラー６０、６２を水平面に対して４５°傾斜させることで、ハーフミラー６４に投影されるゴルフボールの像の投影角度を略一致させている。
ＣＣＤカメラ６６には制御装置７２が接続されて設けられており、制御装置７２は所定のタイミングで撮像するために電子シャッターを自動的に開閉する制御を行う。そして、電子シャッターが開いた際、所定の時間間隔で２回ストロボ発光することで、第１の実施例と同様に、４個のゴルフボール５８の像を１つの平面画像として撮像する。勿論、第１の実施例と同様に、上記所定の時間間隔をあけてカメラのシャッターを２回開き多重露光してゴルフボールの像を撮像しもよいし、上述した他の方法でゴルフボールの像を撮像してもよい。
また、ゴルフボール５８からＣＣＤカメラ６６に至るゴルフボール５８の像の経路長は、ミラー６０あるいはミラー６２で反射しても略等しいため、従来のように、一方のゴルフボールの像のピントがボケることはない。
【００２９】
ここで、ゴルフボールの初期弾道測定装置５２では、２個のミラー６０、６２がゴルフボール５８の鉛直方向および水平方向の位置にそれぞれ略４５°傾斜して配置されており、ハーフミラー６４は対称平面６８上に配置されているので、２回のストロボ発光によってＣＣＤカメラ６６で撮像される４個のゴルフボール５８の像はゴルフボール５８を鉛直方向および水平方向の互いに直交する方向から見た像となり、ゴルフボール５８の初期弾道の水平方向の成分を上側の画像で、鉛直方向の成分を下側の画像で撮像することができる。
【００３０】
この第２の実施例でも、ＣＣＤカメラ６６で撮像された平面画像３０は、第１の実施例と同様に、初期弾道パラメータ算出部６３に送られる。
初期弾道パラメータ算出部６３は、初期弾道パラメータ算出部１７と同様に、画像読取装置８０、位置測定装置８２、演算装置８４およびＣＰＵ８６を有する。
すなわち、平面画像３０は、画像読取装置８０によってデジタルデータとして読み取られ、画像処理してゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心の位置およびゴルフボールに形成されたマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置を算出する。次に、位置測定装置８２でこのゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置とマーキングの像３２ａ、３４ａ、３６ａ、３８ａの中心位置の座標をデータとして入力し、演算装置８４でゴルフボールの初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角度を算出する。この実施例では、２個のミラー６０、６２がゴルフボール５８の鉛直方向および水平方向に配置されており、撮像された画像からゴルフボール５８の飛翔経路の鉛直方向および水平方向の座標を演算することなく直ちに読み取ることができるので、より精度の高い測定を行うことができる。
【００３１】
このゴルフボールの初速度、打ち出し角度および回転方向と回転角度に、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボールの飛距離を推測し、或いはゴルフボールのキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置８８に表示する。ここで、これらの演算のためのデータの受け渡しや演算の指示は、ＣＰＵ８６によって制御されていることは第１の実施例と同様である。
上記第１の実施例および第２の実施例は、いずれも２回ストロボ発光して所定時間経過前後の２方向から見たゴルフボールの像（４つのゴルフボールの像）を１つの画像として撮像するものであるが、２方向から見たゴルフボールの像を所定時間間隔で別個に撮像して２つの画像を得てもよい。
【００３２】
次に、ゴルフボールの初期弾道測定装置における測定方法について説明する。図４は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置であるゴルフボールの初期弾道測定装置２、５２の動作を説明するフローチャートである。
まず、ゴルファー４、５４または図示しないスイングロボットによってゴルフクラブ６、５６のスイングが開始される（ステップ１００）。ゴルフクラブ６、５６のゴルフクラブヘッドがインパクト直前の領域に設置された図示しないゴルフクラブヘッド検出装置の検出位置を通過すると、図５（ａ）に示すようなトリガー信号がゴルフクラブヘッド検出装置において生成されて（ステップ１０２）、ゴルフクラブヘッド検出装置から制御装置２２、７２に送られる。制御装置２２、７２では、トリガー信号の立ち上がりからＴ1 秒後にＣＣＤカメラ１６、６６の電子シャッターが開くように、図５（ｂ）に示すようなカメラ作動信号が生成されてＣＣＤカメラ１６、５６に送られ、このカメラ作動信号によって、電子シャッターがＴ2 秒間開く（ステップ１０４）。
【００３３】
同時に、制御装置２２、７２から、図５（ｃ）に示すようなストロボ発光信号が図示しないストロボに送られ、電子シャッターが開くＴ2 秒の間に、Ｔ3 秒の時間間隔でストロボが２回発光して（ステップ１０６）、ゴルフボール８、５８を照明する。こうしてＴ3 秒間隔の２回のストロボ発光によって、打ち出された直後のゴルフボール８、５８の初期弾道が撮像され（ステップ１０８）、Ｔ3 秒の時間経過前後におけるゴルフボール８、５８の像が撮像された１つの平面画像３０が得られる。
なお、後述するように、１つの平面画像を得るのに２回以上シャッターを開いてゴルフボールの像を撮像する、すなわち多重露光による撮像を行なう高速度カメラを用いてもよい。
【００３４】
同時に、図示しないヘッドスピード計測装置によってゴルフクラブ６、５６のヘッドスピードが計測される（ステップ１１０）。このヘッドスピード計測装置は、本実施例のゴルフボールの初期弾道測定装置とは別の装置であってもよく、或いは、前述のゴルフクラブヘッド検出装置に所定の間隔で２個のセンサーを配置し、この２個のセンサーでクラブヘッドを検出する時間間隔によってゴルフクラブのヘッドスピードを計測してもよい。
【００３５】
ステップ１０８で得られたゴルフボール８、５８の初期弾道を撮像した平面画像は、ステップ１１０で得られたゴルフクラブのヘッドスピード等のデータとともに表示装置４８、８８に表示される（ステップ１１２）とともに、画像読取装置４０、８０でデジタルデータとして読み取られ、周囲の環境などの不要な画像を消去した後、ゴルフボールの外径の画像を画像処理して（ステップ１１４）ゴルフボールの像３２、３４、３６、３８の重心位置を算出する（ステップ１１６）。同時にゴルフボール８、５８に形成されたマーキングの像３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａの画像を画像処理して（ステップ１１８）マーキングの像３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａの中心位置を算出する（ステップ１２０）。
【００３６】
これらの位置を位置測定装置４２、８２で測定して（ステップ１２２）、ゴルフボールの重心位置の移動距離および移動方向からゴルフボールの初速度、打ち出し角度、また、マーキングの中心位置の移動距離および移動方向からゴルフボールの回転方向と回転角速度等、初期弾道パラメータを演算装置４４、８４で算出し（ステップ１２４）、さらに、試打時の風速等の環境条件を付加して演算することによって、ゴルフボールの飛距離を推測し、或いはゴルフボールのキャリーやランやスライスやフックの曲がりを推測して最終的な飛距離や曲がり量を演算し、演算結果をデータとして表示装置４８、８８に表示する（ステップ１２６）。このようにして、ゴルフボールの初期弾道の測定を繰り返した後、測定が終了した時点でデータを保存し（ステップ１２８）、ゴルフボールの初期弾道測定装置２、５２による測定を終了する。
【００３７】
上記方法は、ＣＣＤカメラ１６のシャッターが開いている間に、Ｔ3 秒間隔で２回ストロボを発光させてゴルフボールの像を撮像するが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、高速度カメラを用いて、トリガー信号（図６（ａ））の立ち上がりからＴ1 秒後にシャッターを開き、続いてシャッターをＴ3 秒後に再度開くようにカメラ作動信号（図６（ｂ））を生成し、ゴルフボールの像を２重露光して撮像してもよい。この場合、撮像に十分な光量が確保できない場合、図６（ｃ）に示すように、少なくともシャッターが２回開く間中ストロボを長時間発光させるようにストロボ発光信号を生成する。あるいは、２回のシャッターに同期させて、ストロボを２回発光させるストロボ発光信号を生成する。一方、撮像に十分な光量が自然光等により確保できればストロボ等の照明光を不要とする。特に、２重露光による撮像を屋外で行なう場合、十分な光量が得られるので、ストロボ等の照明光が不要となり、撮像を容易に行なうことができる。
【００３８】
以上、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について上記第１の実施例および第２の実施例を挙げて説明したが、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置について以下に示す第３の実施例を挙げて説明することもできる。
図７は本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の第３の実施例を概念的に示す平面図である。
【００３９】
図７に示すゴルフボールの初期弾道測定装置１０２は、ミラー１０４、１０６と、調整用ミラー１０８と、ハーフミラー１１０と、ＣＣＤカメラ１１２と、ＣＣＤカメラ１１２と接続された制御装置１１４と、初期弾道パラメータ算出部１１６とを有して構成される。
【００４０】
ミラー１０４、１０６と、調整用ミラー１０８と、ハーフミラー１１０と、ＣＣＤカメラ１１２は本体部１１８を形成し、本体部１１８はケース１２０に収納され携帯可能となっている。制御装置１１４はＣＣＤカメラ１１２と接続され、ＣＣＤカメラ１１２から出力される画像は初期弾道パラメータ算出部１１６に供給されるように初期弾道パラメータ算出部１１６と接続されている。また、初期弾道パラメータ算出部１１６に表示装置１３０が接続されている。
ケース１２０に収納される本体部１１８は、ゴルフボール１２２を試打するゴルファー１２４とゴルフボール１２２を挟んで対向する位置に配置される。
【００４１】
ミラー１０４、１０６は、ゴルフボール１２２を異なる２方向から見たゴルフボール１２２の像を反射するミラーで、ゴルフボール１２２の打ち出し方向（図７中右方向）の異なる位置に配置されている。
ゴルフボール１２２は、ゴルファー１２４の試打によって、打ち出し方向に打ち出されるが、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像は、ミラー１０６で反射されてハーフミラー１１０に投影され、投影されたゴルフボール１２２の像はハーフミラー１１０を透過してＣＣＤカメラ１１２に至るように構成されている。
また、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像は、ミラー１０４で、この後、調整用ミラー１０８で反射され、調整用ミラー１０８で反射されたゴルフボール１２２の像はさらにハーフミラー１１０で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るように構成されている。
【００４２】
このような２つのゴルフボール１２２の像が、ＣＣＤカメラ１１２で撮影される場合、異なる方向から見たゴルフボール１２２の像が可能な限り重ならないように、ミラー１０４、１０６又は調整用ミラー１０８の配置が調整されている。
本実施例は、上記第１の実施例、第２の実施例と異なり、ミラー１０４、１０６を打ち出し方向の前後方向に配置している。しかし、本実施例のミラー１０４、１０６の配置は、打ち出し方向の前後方向に配置することに限定されるものでなく、上述した第１の実施例や第２の実施例と同様に鉛直方向の異なる位置に配置されてもよい。
また、本実施例は、上記第１の実施例及び第２の実施例と異なり、調整用ミラー１０８を有して構成される。調整用ミラー１０８を有する理由については後述する。
【００４３】
ＣＣＤカメラ１１２に接続される制御装置１１４は、上記第１の実施例の制御装置２２と同様の構成及び機能を有する。従ってこの説明は省略する。
初期弾道パラメータ算出部１１６は、画像読取装置１２２、位置測定装置１２４、演算装置１２６、ＣＰＵ１２８を有し、これらは上記第１の実施例の画像読取装置４０、位置測定装置４２、演算装置４４、ＣＰＵ４６と同様の構成及び機能を有する。従ってこれらの説明は省略する。
【００４４】
上述したように、本実施例では調整用ミラー１０８を有する。
この調整用ミラー１０８は、ミラー１０４とハーフミラー１１０とともに投影された像を反射するので、ＣＣＤカメラ１１２で撮像するゴルフボール１２２の像はゴルフボール１２２の鏡像となる。一方、ミラー１０６で反射しハーフミラー１１０で透過してＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像も鏡像となる。このように調整用ミラー１０８は、ミラー１０４で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像を鏡像とするための調整用のミラーであり、ミラー１０６で反射されてＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像と同様に鏡像とする。
【００４５】
図８には、本実施例においてＣＣＤカメラ１１２で撮影された平面画像の一例が示されている。
図８に示す平面画像１３１は、打ち出された直後のゴルフボール１２２の像を、図４におけるステップ１０４、１０６のように、ストロボ発光して実際に撮像したものである。すなわち、打ち出されたゴルフボール１２２の像を一定の時間間隔で２回撮像して４つのゴルフボールの像１３２、１３４、１３６、１３８が得られる。
【００４６】
ここで、ゴルフボールの像１３２は、ミラー１０４、調整用ミラー１０８、ハーフミラー１１０で反射された最初（１回目）のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像であり、ゴルフボールの像１３６は、ミラー１０６で反射されハーフミラー１１０を透過した１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像である。
一方、ゴルフボールの像１３４は、ミラー１０４、調整用ミラー１０８、ハーフミラー１１０で反射された２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像であり、ゴルフボールの像１３８は、ミラー１０６で反射されハーフミラー１１０を透過した２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像である。
ここで、平面画像１３１においてゴルフボールの像１３２が下側に、ゴルフボールの像１３６が上側に撮像されるように、ミラー１０４、１０６または調整用ミラー１０８の反射面の傾斜角等の配置の調整が成されている。
【００４７】
なお、ゴルフボール１２２の表面には、白丸、黒丸および十字形のマーキングが特定点として付されており、図８に示されるように、白丸、黒丸および十字形のマーキングが鮮明に写っている。このマーキングは、上述したように、ゴルフボール１２２の初期弾道パラメータを算出するために用いられる。
この初期弾道パラメータの算出のためにはゴルフボールの像を精度良く撮像することが好ましく、そのため、ミラー１０４およびミラー１０６の配置を調整してゴルフボール１２２の像を近接させ、ＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くすることが望まれる。しかし、ゴルフボール１２２の像を近接させると、１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重ならなくても、２回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重なるおそれがある。
【００４８】
これに対し、本実施例は、調整用ミラー１０８を用いて、撮像されるゴルフボール１２２の像はともに鏡像となり、図７中、ゴルフボール１２２の像は同一方向に移動する。従って、ゴルフボールの像１３２とゴルフボールの像１３６を近接させても、２回目のストロボ発光によるゴルフボールの像１３４とゴルフボールの像１３８とが重なることは極めて少なくなる。
【００４９】
一方、調整用ミラー１０８を配置しない場合、ＣＣＤカメラ１１２で撮像されるゴルフボール１２２の像は鏡像と正像によって構成されることから、この像の移動方向が逆方向となる。また、上述したようにＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くすることが望まれるので、図９に示すように図中左から右に移動するゴルフボールの像１４２のうち１回目のストロボ発光による像を撮影領域の左側に、図中右から左に移動するゴルフボールの像１４４の１回目のストロボ発光による像を図中右側に来るように、ミラー１０４、１０６および調整用ミラー１０８を調整する。そのため、１回目のストロボ発光によるゴルフボール１２２の像が重ならない場合でも、図９に示すように、２回目のストロボ発光によるゴルフボールの像１４６、１４８が重なるおそれがある。そのため、初期弾道パラメータの算出ができないといった問題が生じる。
このような点から、本実施例のように、調整用ミラー１０８を用いてゴルフボール１２２の像をともに鏡像とするのが好ましい。これによって、ＣＣＤカメラ１１２の撮像領域の視野を狭くしてゴルフボール１２２の像を高精度に撮像することができるとともに、ゴルフボール１２２の像が重なる場合が極めて少なくなり、初期弾道パラメータをほぼ常に算出することができる。
【００５０】
なお、本発明においては、本実施例のようにカメラで撮像するゴルフボールの像をともに鏡像とする場合に限定されず、ともに正像とするように構成してもよい。調整用ミラーはミラー１０４とハーフミラー１１０の間のみならず、ミラー１０６とハーフミラー１１０の間に配置してもよい。
また、本実施例では、調整用ミラーを１つ用いるが、調整用ミラーを奇数個用いて鏡像としてもよい。少なくとも、ミラー１０４の反射によってＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像とミラー１０６の反射によってＣＣＤカメラ１１２に至るゴルフボール１２２の像をともに鏡像または正像とするように調整用ミラーを配置するとよい。
【００５１】
また、上記第１〜第３の実施例はいずれも、一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する光学部材としてハーフミラーを用いたが、本発明においてはこれに限定されない。例えば、直角プリズムの斜面にクロム膜等の金属薄膜又は誘電体多層膜をコーティングしたものを接着することで、上記境界面を備えるプリズム、特に反射率と透過率が略１対１となっているハーフプリズムをハーフミラーの替わりに用いてもよい。
【００５２】
本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、以上に述べたように構成されているので、ゴルフボール以外の移動体、例えば野球のボールやテニスのボールなどの移動体の移動パラメータ（移動速度や移動方向や回転角速度や回転方向）の測定にも同じように適用することが可能である。
本発明の移動体の移動パラメータ測定装置は、以上に記載した実施例や説明に限定されるものではないことは明らかであり、本発明の要旨を変更しない範囲で各種の改良や改変を行うことが可能なものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の移動体の移動パラメータ測定装置、特に実施例として例示したゴルフボールの初期弾道測定装置は、２方向から見たゴルフボールの像を処理してゴルフボールの初速度、打ち出し角度およびボールの回転方向と角度などのゴルフボールの初期弾道を正確に測定することができるゴルフボールの初期弾道測定装置を、１台のカメラによって実現したものであって、測定精度が高く正確な測定結果を迅速に得られ、取り扱いを容易にしてポータブル化することができる。
また、調整用ミラーを用いて、異なる２方向から見る移動体の像をともに鏡像あるいは正像とすることができるので、移動体の像が２回の撮像を行っても重なることが極めてない。従って、移動体の移動パラメータをほぼ常に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の一実施例であるゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置を概念的に示す側面図である。
【図２】 ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置で得られた画像の一例を示す説明図である。
【図３】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の他の実施例を概念的に示す側面図である。
【図４】 本発明の移動体の移動パラメータ測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置のカメラの動作を制御する信号のタイミングの一例を説明する説明図である。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、ゴルフボールの初期弾道パラメータ測定装置のカメラの動作を制御する信号のタイミングの他の例を説明する説明図である。
【図７】 本発明の移動体の移動体パラメータ測定装置の他の実施例であるゴルフボー
ルの初期弾道測定装置を概念的に示す平面図である。
【図８】 図７に示すゴルフボールの初期弾道測定装置で得られた画像の一例を示す説明図である。
【図９】 ゴルフボールの初期弾道測定装置で得られる画像の一例を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
２，５２，１０２ 初期弾道測定装置
４，５４，１２４ ゴルファー
６，５６ ゴルフクラブ
８，５８，１２２ ゴルフボール
１０，１２，６０，６２，１０４，１０６ ミラー
１４，６４，１１０ ハーフミラー
１６，６６，１１２ ＣＣＤカメラ
１７，６３，１１６ 初期弾道パラメータ算出部
１８，６８ 対称平面
２０，１２０ ケース
２２，７２，１１４ 制御装置
３０，１３１ 平面画像
３２，３４，３６，３８ ゴルフボールの像
３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａ マーキングの像
４０，８０，１２２ 画像読取装置
４２，８２，１２４ 位置測定装置
４４，８４，１２６ 演算装置
４６，８６，１２８ ＣＰＵ
４８，８８，１３０ 表示装置
１０８ 調整用ミラー
１１８ 本体部
Claims (5)
- 移動体の移動経路の周りの異なる位置に配置され、前記移動体を異なる２方向から見た２つの移動体の像をそれぞれ別々に反射する２個のミラーと、
前記２個のミラーのうちの一方のミラーで反射された移動体の像を反射する１以上の調整用ミラーと、
一方の側より投影された像を少なくとも透過させ、他方の側より投影された像を少なくとも反射させる境界面を有する部材であって、前記２個のミラーおよび前記調整用ミラーを用いて前記２つの移動体の像が前記境界面の互いに異なる側より前記境界面に投影されて、一方の側より投影された移動体の像を透過し、他方の側より投影された移動体の像を反射する光学部材と、
この光学部材を透過した移動体の像およびこの光学部材で反射した移動体の像を撮像する１台のカメラと、
このカメラによって撮像された２つの移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出する移動パラメータ算出部とを有し、
前記調整用ミラーは、前記１台のカメラによって撮像される２つの移動体の像をともに鏡像あるいは正像の一方とするものであり、
前記２個のミラーまたは前記調整用ミラーの配置を調整することによって、前記カメラの撮像位置から前記光学部材、前記調整用ミラーおよび前記２個のミラーを介して見える２つの移動体の像を近接させ、この近接した２つの移動体の像を前記カメラを用いて１つの画像として撮像することを所定の時間経過前後で２回行い、前記移動パラメータ算出部において、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の２方向から見た移動体の像に基づいて前記移動体の移動パラメータを算出することを特徴とする移動体の移動パラメータ測定装置。 - 前記光学部材は、ハーフミラーである請求項１に記載の移動体の移動パラメータ測定装置。
- 前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体の中心位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の移動速度と移動方向を算出する請求項１または２に記載の移動体の移動パラメータ測定装置。 - 前記移動体は球状の移動体であり、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見た移動体の像に基づいて、前記移動体上の特定点の位置の移動距離と移動方向を求めることによって、前記移動パラメータとして、前記移動体の回転角速度と回転方向を算出する請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動体の移動パラメータ測定装置。 - 前記移動体は打ち出し直後のゴルフボールであって、
前記移動体パラメータ算出部は、前記カメラで撮像された所定の時間経過前後の前記２方向から見たゴルフボールの像に基づいて、前記移動パラメータとして、打ち出し直後のゴルフボールの初速度と打ち出し角度、および打ち出し直後のゴルフボールの回転角速度と回転方向の少なくとも１方を算出するゴルフボールの初期弾道測定装置である請求項１または２に記載の移動体の移動パラメータ測定装置。
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