JP4213807B2 - ボール弾道の計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボール弾道の計測装置に関し、特に、ゴルフボールの弾道を１本の連続した線で表示すると共に、弾道仰角を自動計測できるようにするものであるが、ゴルフボールの弾道だけに限らず、テニス、野球等のボール競技におけるボールの弾道および仰角の計測にも用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のボールの弾道および弾道仰角の計測方法としては、目盛り板による目視計測や、写真撮影による計測が行われている。この写真撮影は、スチールカメラのシャッターを開放しておき、夜間に、ライトアップされたボールの軌跡を撮影し、得られた写真より弾道を解析するものである。
【０００３】
上記目視計測では多数の計測員が必要で且つ目視であるため測定精度が悪い問題がある。また、上記写真計測では夜間しか行えず、かつ、フィルムを現像した後でしか計測結果が分からず、リアルタイムでの観測ができない問題がある。
【０００４】
上記目視計測および写真計測の他に、特開平６−３２３８５２号において、シャッター付きＣＣＤカメラを用い、該ＣＣＤカメラにより撮影した画像を画像処理装置に取り込んで演算処理し、変化のあった部分のみを多層メモリーに書き込むことにより多層化画像を生成し、この多層化画像をモニターに表示させてボールの弾道（軌跡）を計測する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記計測方法は、ゴルフボールの飛翔状態を時間との対応で分析するため、シャッターコントローラを備えたＣＣＤカメラを用いることにより、ゴルフボールの飛翔状態を時間の関数として解析している。よって、ゴルフボールの弾道を表示する多層化画像は、図６に示すように、離れた点となって表示される。そのため、図７に示すように、下方から上に向かって水平走査による白黒反転判定で弾道の最高点を自動検出しようとした場合、点が離れて位置するために最高点の自動検出が行えない。かつ、モニターに表示された点の最高位置にあるものが、弾道の実際の最高点であるか否かも不明である。即ち、図８に示すように、最高点Ｐ１の時にシャッターが閉鎖されいると、この最高点の表示がなされないこととなる。
【０００６】
上記のようにシャッター付きのＣＣＤカメラを用いて、時間との対応でゴルフボールの飛翔状態を計測する場合、弾道を１本の連続した線で表示することができないと共に、弾道の最高点を求めることができず、よって、最高点の仰角の測定も出来ない問題がある。
【０００７】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたもので、ボール、特に、ゴルフボールの飛翔状態を時間との対応で分析せずに、連続した線でボールの弾道をリアルタイムに表示できるようにして、精度よく弾道の分析ができるようにすると共に、弾道の最高点の計測を可能とすることにより、弾道の仰角の自動計測も行えるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ボールの打撃位置に設置されたＣＣＤカメラと、 上記ＣＣＤカメラに接続された画像記憶媒体と、該画像記憶媒体に接続された演算処理装置を備えた画像処理装置と、
上記画像処理装置を制御するために接続された制御装置と、
上記画像処理装置に接続されたモニターを備え、
上記制御装置で指定された時間、飛行中のボールの画像をＣＣＤカメラから上記画像記憶媒体に連続的にフレームメモリーとして取り込み、この画像記憶媒体に取り込まれるフレームメモリーを順に上記演算処理装置で差分ピークホールド演算を行って、各フレームメモリーの画素のピークのみをホールドしていくことにより、ボールの弾道だけが連続した一本の線として残る１枚の画像を生成し、該画像を上記モニターで表示させ、該モニター上の最低位置から上に向かって順に水平走査で白黒反転判定を行うことにより弾道の最高点を検出して、最高点の仰角を自動計測する構成としていることを特徴とするボール弾道の計測装置を提供している。
【０００９】
具体的には、上記ＣＣＤカメラで撮影した飛行中のボールのアナログ画像信号が画像処理装置内のＡ／Ｄコンバータを介してデジタル信号として１／３０ｓｅｃのフレームレートで画像記憶媒体に入力される。この画像記憶媒体に連続的に取り込まれた画像信号が演算処理装置に出力され、演算処理装置においてフレームメモリー間の差分ピークホールド演算が順に行われ、各フレームメモリーの画素のうち変化のあったピーク（ゴルフボールの場合は白い反射光となるため、濃淡判定で最も白い部分）の画素メモリーのみを残し、変化のない背景等のメモリーが消去される。この処理がゴルフボールの打撃時からボールの停止時までなされることにより、ボールの弾道だけが連続した一本の線として残る１枚の画像が生成される。この演算処理装置で生成された１枚の画像のデジタル信号はＤ／Ａコンバータを介してアナログ信号としてモニターに出力され、生成される連続した１本の線からなるボールの弾道をリアルタイムで観測することができる。
このように、ボールの弾道が連続した１本の線で表示されるため、ボールの弾道を精度よく観測することができる。
【００１０】
上記画像処理装置により、上記ボールの弾道だけが連続した線として生成された画像に対して、モニター上の最低位置から上に向かって順に水平走査で白黒反転判定を行うことにより弾道の最高点を検出して最高点の仰角を自動計測する構成としている。
【００１１】
上記水平走査される白黒反転判定による最高点の検出は、最高点判定パラメータを設定して上記演算処理装置に入力しておき、設定したパラメータ以上、上下の線が離れていると、そこを弾道の最高点と判定する。モニター上に表示されるボールの弾道は連続した線となるために、最低位置から上に向かって順次水平走査で白黒反転判定を行うと、最高点に達するまでは上記パラメータ以下であり、弾道の最高点に達すると上記パラメータ以上となり、よって、弾道の最高点を正確に検出することができる。
なお、前記した従来提案されている離れた点による弾道の表示では、最高点に達するまでに、点の間が最高点パラメータ以上になることがあり、よって、弾道の最高点の検出をすることができない。
【００１２】
上記のように弾道の最高点を検出できると、ボールの打撃位置からの仰角を、リアルタイムで自動的に計測することが可能となる。
具体的には、ボールの打撃位置に近接した後方位置にＣＣＤカメラをボールの飛行方向に傾斜させて設置しているため、このＣＣＤカメラの傾斜角度と、上記検出した弾道の最高点とを、予め制御装置内のホストコンピュータに入力されている関係式に変数として代入し、弾道の仰角を自動計測している。
【００１３】
上記のように、ＣＣＤカメラは打撃位置に近接した後方位置（打撃位置から約３０ｃｍ後方）にセットしていると共に、計測開始時のトリガー信号を発生させるために、打撃位置に近接した前側または後側にレーザ検出装置を設置し、該レーザ検出装置を上記制御装置と接続し、該レーザ検出装置により、打撃直前の打撃物（ゴルフクラブ）の通過または打撃されたゴルフボールの通過を検出すると制御装置に検知信号を出力している。
制御装置はホストコンピュータと、該ホストコンピュータと上記画像処理装置との間に介設される弾道測定用のコントロール装置とから構成している。上記レーザ検出装置はホストコンピュータに接続され、上記のように、レーザ検出装置でゴルフボールが打撃されたことを検出すると、ホストコンピュータに検知信号が出力され、ホストコンピュータよりコントロール装置に弾道計測開始の指令が出力され、該コントロール装置により画像処理装置にトリガ信号を出力して、ＣＣＤカメラからの画像信号の取り込みを行っている。また、上記ホストコンピュータにはボール打撃開始時から計測終了時までの所定時間（６秒〜１０秒）を予め入力しておき、所定時間が経過すると、ホストコンピュータからコントロール装置に停止指令が出力され、コントロール装置により画像処理装置に画像の取り込みを停止させる信号が出力される。このように、ボールの弾道計測の開始時から終了時までを自動設定すると、弾道を精度よく計測することができる。
【００１４】
上記ボールの弾道だけが連続した１本の線として生成された画像データを画像記憶媒体に記憶させると共に、この記憶させた複数のボールの弾道を上記モニター上で重ねて表示させて比較判定できる構成としている。
このように、複数の弾道を１本の連続した線で表示すると、複数の弾道を重ね合わせた時に、複数の弾道の比較判定を容易に行うことができる。
【００１５】
本発明のボール弾道の計測装置は、詳細には、
ゴルフボールの打撃位置に設置された自動絞り機能付きＣＣＤカメラと、
上記ＣＣＤカメラに接続された画像記憶媒体と、該画像記憶媒体に接続された演算処理装置を備えた画像処理装置と、
上記画像処理装置を制御するために接続された制御装置と、
上記画像処理装置に接続されたモニターを備え、
上記ゴルフボールの打撃位置に近接した後方位置に、上記ＣＣＤカメラをゴルフボールの飛行方向に傾斜させて設置すると共に、打撃位置の打撃方向における前側または後側に近接した位置にレーザ検出装置を設置し、
上記レーザ検出装置により、打撃直前の打撃物の通過または打撃されたゴルフボールの通過を検出すると上記制御装置より画像処理装置にトリガ信号を出力してＣＣＤカメラからの画像信号の取り込みを行う一方、上記制御装置により上記トリガ信号の出力時から設定した所定時間が経過すると画像信号の取り込みを停止し、さらに、
上記ＣＣＤカメラの傾斜角度と上記検出した弾道の最高点位置を、予め制御装置に入力されている関係式に変数として代入して最高点の仰角が自動計測される構成としている。
上記ＣＣＤカメラを自動絞り機能付きとしているため、ゴルフボールの弾道を計測する場合、光りのコントラストが広範囲にわたって変わるが、自動絞り機能付きであると、注視したいボール部分の画像信号のレベル合わせが自動で行われ、最適画像を得ることができる。
なお、カラーＣＣＤカメラを使用すると画像記憶媒体のメモリ容量を大きくする必要が生じるので、モノクロＣＣＤカメラを用いるのが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、ゴルフボールの弾道計測用の本発明にかかる実施形態を図面を参照して説明する。
図１は計測装置のブロック図であり、画像処理装置１に自動絞り機能付きのモノクロＣＣＤカメラ２、制御装置３、モニター４を接続している。制御装置３はホストコンピュータ５と弾道測定用のコントロール装置６とからなり、該コントロール装置６はホストコンピュータ５と画像処理装置１の間に介設し、ホストコンピュータ５からの指令を画像処理装置１に出力し、かつ、画像処理装置からの信号をコントロール装置６を介してホストコンピュータ５に入力できるようにしている。
【００１７】
画像処理装置１は、ＣＣＤカメラ２にＡ／Ｄコンバータ７を介して接続した画像記憶媒体８、該画像記憶媒体８と接続した演算処理装置９、該演算処理装置９と上記モニター４との間に介設したＤ／Ａコンバータ１０を備えている。
【００１８】
上記ＣＣＤカメラ２は打撃位置に出来るだけ近くに設置することが好ましく、図２に示すように、ゴルフボールの打撃位置Ｐ２に近接した後方位置（本実施形態では打撃位置Ｐ２より３０センチ後方）で、ゴルファーと反対側の側方（本実施形態では打撃位置Ｐ２より３０センチ側方）の位置で、電動雲台上に設置し、パン、チルトで傾斜角度を測定条件に合わせて設定できるようにしている。即ち、ＣＣＤカメラはゴルフボールの飛行方向に向けて所要角度（０°〜４０°）上向きに傾斜させる必要があり、よって、上記パンとチルトにより測定条件に応じて傾斜させている。本実施形態で使用する自動絞り機能付きのモノクロＣＣＤカメラ２は、縦横の画素数が５１２×４８０で、１／３０ｓｅｃのフレームレートで、上記画像記憶媒体８に画像信号を出力するものである。
【００１９】
また、打撃位置Ｐ２より打撃方向の前方位置（打撃位置Ｐ２より１センチ前方）にレーザ検出装置１１をセットし、該レーザ検出装置１１をホストコンピュータ５に接続している。レーザ検出装置１１でゴルフボールが打撃されたことを検出すると、ホストコンピュータ５に検知信号が出力され、ホストコンピュータ５よりコントロール装置６に弾道計測開始の指令が出力され、該コントロール装置６により画像処理装置１にトリガ信号を出力して、ＣＣＤカメラ２からの画像信号の取り込みの開始を指示している。また、ホストコンピュータ５にはボール打撃開始時から計測終了時までの所定時間（６秒〜１０秒）を予め入力しておき、所定時間が経過すると、ホストコンピュータ５からコントロール装置６に停止指令が出力され、コントロール装置６により画像処理装置１に画像の取り込みを停止させる信号が出力される。なお、レーザ検出装置１１は打撃位置の後方に配置し、打撃する直前の移動物（ゴルフクラブ等）の通過を検出するようにしてもよい。
【００２０】
画像処理装置１に計測開始の信号が入力されると、画像記憶媒体８はＣＣＤカメラ２からＡ／Ｄコンバータ７を介して１／３０ｓｅｃのフレームレートで連続的にフレームメモリの取り込みを行う。画像記憶媒体８に接続した演算処理装置９は、フレーム間差分ピークホールド演算を行うと共に、弾道サーチプログラムで設定した弾道最高点の検出と、仰角の自動計測を行うことが出来るようにしている。
【００２１】
上記フレーム間差分ピークホールド演算は、１／３０ｓｅｃで連続的に入力されてくるフレームメモリー間で順に比較して、フレームメモリーの画素のうち変化のあったピーク（ゴルフボールの場合は白い反射光となるため、濃淡判定で最も白い部分）の画素メモリーのみを残し、変化のない背景等のメモリーを消去していく処理である。この処理をゴルフボールの打撃時からボールが停止する所定時間行うことにより、ボールの弾道だけが連続した一本の線として残る１枚の画像を生成することができる。
【００２２】
上記ボールの弾道を１本の連続線で示す１枚の画像データは、Ｄ／Ａコンバータ１０を介してモニター４にリアルタイムで表示できると共に、画像処理装置１内の別の画像メモリ１２に１ボール当たりの画像データを例えば４８画面モードで１ファイルとして記憶させておくことができる。
【００２３】
上記弾道サーチプログラムで設定した弾道高さ（最高点）の自動測定は、上記ボールの弾道だけが連続した線として生成された画像に対して、モニター４上の最低位置から上に向かって順に水平走査で白黒反転判定を行うことにより弾道の最高点を検出している。この最高点の検出は、最高点判定パラメータを設定して演算処理装置９に入力しておき、水平走査で線が判定されて（白）となると、上に向かって判定を続け、設定したパラメータ以上に上下の線が離れて（黒）に反転すると、そこを弾道の最高点と判定している。
モニター４上に表示されるＣＣＤカメラから取り込んだボールの弾道は連続した線となるために、最低位置から上に向かって順次水平走査で白黒反転判定を行うと、最高点に達するまでは上記パラメータ以下であり、弾道の最高点に達すると上記パラメータ以上となるため、弾道の最高点を精度よく検出することができる。
【００２４】
上記のように弾道の最高点を自動検出し、この検出値に基づいて、ボールの打撃位置からの最高点仰角を演算処理装置９および制御装置３を用いて、自動的に計測している。其の際、仰角の計測はＣＣＤカメラ２の傾斜角度により校正する必要がある。よって、ＣＣＤカメラ２の傾斜角度と、上記検出した弾道の最高点とが、予め制御装置３のホストコンピュータ５に入力されている関係式に変数として代入され、弾道の仰角が自動計測される。
【００２５】
上記構成からなる自動計測装置によれば、ＣＣＤカメラ２より指定された時間、飛行中のゴルフボールの映像を、画像処理装置１の画像記憶媒体８に取り込み、演算処理装置９で高速比較演算処理して、各フレームメモリの画素のピークのみをホールドすることにより、変化のあった部分のみ、即ち、ゴルフボールの弾道だけを線として残る１枚の画像を得ることができる。この画像がモニター４で図３に示すように１本の連続した線として、リアルタイムで表示される。このゴルフボールの弾道を表示する１本の連続した線は、明暗や背景等の影響を受けずに動いているゴルフボールのみを抽出して生成されるものであるため、ゴルフボールの弾道を明確に表示することができる。
【００２６】
また、ＣＣＤカメラ２として、自動絞り機能付きＣＣＤカメラを用いているため、ゴルフボールの飛行中も自動絞りが機能し、飛行中に急に太陽が出たり、曇ったりして光のコントラストが変化しても、自動的に光量のレベルを合わせて最適な画像データを得ることができる。
【００２７】
さらに、図４に示すように、弾道が連続した線として表示されるため、モニター４上で下から上へと順に水平走査で白黒反転判定を行うことにより、弾道の最高点Ｐ１を自動で正確に検出できる。かつ、この検出した最高点に基づいて最高点の仰角を自動計測することができる。
【００２８】
さらにまた、図５に示すように、メモリに記憶させている複数の画像データをモニター４上で重ね合わせて比較判定することもできる。
【００２９】
なお、上記実施形態はゴルフボールの弾道の計測に用いているが、テニス、野球等のボールが飛ぶものに対しても、このボールの弾道の計測に用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、ＣＣＤカメラで飛行中のボールを撮影し、この撮影した画像信号を画像処理装置の画像記憶媒体に１／３０ｓｅｃのフレームレートで連続的に取り込み、高速演算処理装置でフレーム間差分ピークホールド演算処理を行って、各フレームメモリーの画素のうち変化のあった画素のみを残していくため、ボールの弾道だけが一本の連続した線として残る１枚の画像を生成することができる。この画像は画像処理装置に接続したモニターで表示されるため、リアルタイムでボールの弾道を観測することができる。また、ボールの弾道以外の背景等は消去されており、かつ、上記のように、ボールの弾道が連続した線で表示されるため、弾道を精度よく観測することができる。
【００３１】
また、弾道が連続した線としてモニター上に表示されるため、従来提案されている弾道が離れた点として表示される場合には出来なかった弾道の最高点の自動計測を行うことができる。このように弾道の最高点を計測できるため、弾道の最高点仰角の自動計測を行うことができる。
【００３２】
さらに、記憶している複数の弾道をモニター上で重ね合わせて表示した場合、弾道が離れた点で表示された場合には比較判定をすることが困難となるが、本発明では各弾道が連続した線で表示されるため、容易に比較判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の自動計測装置のブロック図である。
【図２】 ＣＣＤカメラの設置位置を示す概略図である。
【図３】 上記自動計測装置のモニター上に表示されたボールの弾道を示す図面である。
【図４】 モニター上に表示された弾道より最高点を検出する方法を示す概略図である。
【図５】 モニター上に重ねて表示される弾道を示す図面である。
【図６】 （Ａ）（Ｂ）は従来例のモニター上に表示される弾道を示す図面である。
【図７】 従来の問題点を示す図面である。
【図８】 従来の他の問題点を示す図面である。
【符号の説明】
１ 画像処理装置
２ 自動絞り機能付きＣＣＤカメラ
３ 制御装置
４ モニター
５ ホストコンピュータ
６ コントロール装置
８ 画像記憶媒体
９ 演算処理装置
１１ レーザ検出装置

Claims (3)

1. ボールの打撃位置に設置されたＣＣＤカメラと、
   上記ＣＣＤカメラに接続された画像記憶媒体と、該画像記憶媒体に接続された演算処理装置を備えた画像処理装置と、
   上記画像処理装置を制御するために接続された制御装置と、
   上記画像処理装置に接続されたモニターを備え、
   上記制御装置で指定された時間、飛行中のボールの画像をＣＣＤカメラから上記画像記憶媒体に連続的にフレームメモリーとして取り込み、この画像記憶媒体に取り込まれるフレームメモリーを順に上記演算処理装置で差分ピークホールド演算を行って、各フレームメモリーの画素のピークのみをホールドしていくことにより、ボールの弾道だけが連続した一本の線として残る１枚の画像を生成し、該画像を上記モニターで表示させ、該モニター上の最低位置から上に向かって順に水平走査で白黒反転判定を行うことにより弾道の最高点を検出して、最高点の仰角を自動計測する構成としていることを特徴とするボール弾道の計測装置。
2. 上記ボールの弾道だけが連続した線として生成された画像データを画像記憶媒体に記憶させておくと共に、記憶させた複数のボールの弾道を上記モニター上で重ねて表示させて比較判定できる構成としている請求項１に記載のボール弾道の計測装置。
3. ゴルフボールの打撃位置に設置された自動絞り機能付きＣＣＤカメラと、
   上記ＣＣＤカメラに接続された画像記憶媒体と、該画像記憶媒体に接続された演算処理装置を備えた画像処理装置と、
   上記画像処理装置を制御するために接続された制御装置と、
   上記画像処理装置に接続されたモニターを備え、
   上記ゴルフボールの打撃位置に近接した後方位置に、上記ＣＣＤカメラをゴルフボールの飛行方向に傾斜させて設置すると共に、打撃位置の打撃方向における前側または後側に近接した位置にレーザ検出装置を設置し、
   上記レーザ検出装置により、打撃直前の打撃物の通過または打撃されたゴルフボールの通過を検出すると上記制御装置より画像処理装置にトリガ信号を出力してＣＣＤカメラからの画像信号の取り込みを行う一方、上記制御装置により上記トリガ信号の出力時から設定した所定時間が経過すると画像信号の取り込みを停止し、さらに、
   上記ＣＣＤカメラの傾斜角度と上記検出した弾道の最高点位置を、予め制御装置に入力されている関係式に変数として代入して最高点の仰角が自動計測される構成としているボール弾道の計測装置。

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