JP4647761B2

JP4647761B2 - スイング物体の速度測定装置

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Publication number: JP4647761B2
Application number: JP2000278302A
Authority: JP
Inventors: 祐一木村; 剛弘黒野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-09-13
Also published as: JP2002090380A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイング物体の速度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スポーツに対して科学的な観点からの解析が行われるようになり、バットやラケット等の人間によりスイングされる物体の速度測定が行われている。
【０００３】
これを実現する方法としては、ドップラー効果を利用した超音波型装置、バットやラケット等にマーカーを設置してこれを追跡するマーカー追跡型装置、バットやラケット等に速度検出器を直接取り付ける直接型装置、または、バットやラケット等の軌道上に複数の光路を設置し、光路遮断の時間差を検出する光遮断型装置などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの装置では、バットやラケット等の速度を試合中に測定することはできない。例えば、ドップラー効果を利用した超音波型装置は、打者の前方数メートルに設置される必要があり、試合中にこのような装置を設置することはルール上認められない。また、マーカー追跡型装置や、直接型装置は、バットやラケット等に手を加えるものであり、このようなバットやラケット等を試合で使用することもルール上認められない。さらに、光遮断型装置は、バットやラケット等による光の遮断と、ボールによる光の遮断との区別が困難であるとともに、バット等をスイングする選手等の近くに機器を設置する必要があり、試合中の適用はできない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、物体に何ら手を加えることなく、遠隔測定が可能なスイング物体の速度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイング物体の速度測定装置は、人によりスイングされる物体のスイング領域を経時的に撮影して画像情報を出力する撮影手段と、画像情報から物体の情報を抽出する抽出手段と、抽出された物体の情報に対して所定の測定点を設定し、その位置を取得する測定点取得手段と、測定点の位置の経時変化に基づいて測定点の速度を取得する速度取得手段と、取得された速度を物体のスイング速度として出力する出力手段と、を備え、抽出手段は、ある時点の画像情報とこれよりも新しい画像情報との間、および、ある時点の画像情報とこれよりも古い画像情報との間で、各々対応する画素について差分を行って差分値を得、差分値を所定のしきい値で２値化して２値化画像を得る差分手段と、２値化画像同士の論理積をとって論理積画像を得る論理積計算手段とを備え、論理積画像中の物体情報をある時点の画像情報中から抽出された物体の情報とし、抽出手段は、画像情報中の影を認識し、当該影が論理積画像へ抽出されることを防ぐ影除外手段を含み、差分手段は、ある時点の画像情報とこれよりも新しい画像情報との間、および、ある時点の画像情報とこれよりも古い画像情報との間で、各々対応する２つの画素の双方について明度値および彩度値の少なくとも一方が所定値以上であれば、影がないとして当該対応する２つの画素の明度値および彩度値毎に差分を行って差分値を得、対応する２つの画素の少なくとも一方の画素の明度値および彩度値が所定値未満であれば、影があるとして影除外手段が当該対応する２つの画素の色相値に基づく差分を行って差分値を得、いずれかの差分値を所定のしきい値で２値化して２値化画像を得ることを特徴とする。
【０００７】
これにより、物体のスイング領域を経時的に撮影して画像情報を得、その画像情報から物体情報を抽出し、その物体情報上の所定の測定点の位置を取得するので、その測定点の位置の経時変化に基づいて測定点の速度としての物体のスイング速度が取得される。ここで、異なる時間に撮影された２つの画像情報の差分を取って２値化することにより、対応する２つの画素が両方とも背景の画素であれば、その２つの画素のデータがほぼ同じであるため、２つの画像情報中の背景情報が２値化画像から除去され、対応する２つの画素の一方が背景で他方が物体であれば、その２つの画素のデータは異なるため、各画像情報中の物体情報は除去されずに２値化画像に抽出される。さらに、ある時点の画像情報とこれよりも新しい画像情報との間、および、ある時点の画像情報とこれよりも古い画像情報との間で各々取得された隣り合う２値化画像間の論理積を取ることにより、各２値化画像に含まれる上記ある時点に撮影された物体情報が論理積画像に抽出される。また、場合によっては、画像情報中に物体の動きに追従する影ができることがあり、この影は２値化画像や論理積画像に抽出されてしまう。そこで、抽出手段において影を認識してこれを除外することにより、論理積画像から物体の動きに追従する影が除去され、影をバットとを誤認識することが防止される。さらに、対応する２つの画素の少なくとも一方が影の場合は各画素の色相値で差分され、この際に２つの画素が、影とされた背景と影とされていない背景、または、影とされた背景同士であればこの２つの画素の色相値はほぼ同じであるので影を含むこの背景は２値化画像から除去され、一方、２つの画素が、影とされた背景と影とされていない物体、影とされていない背景と影とされた物体、または、影とされた背景と影とされた物体であれば色相値が異なるのでこの物体は２値化画像に抽出される。
【００１３】
また、抽出手段により抽出された論理積画像中の物体情報の時系列データを１つの画像に合成して合成画像を取得する合成手段を備え、測定点取得手段は当該合成画像上の物体情報に対して処理を行うことが好ましい。これにより、各時間の論理積画像に対して一々測定点取得を行うよりも高速に測定点取得が行われる。
【００１４】
また、合成手段は、物体情報の時系列データに当該物体情報が撮影された時間情報を付して１つの画像に合成し、合成画像上において物体情報が撮影された時間を各々認識可能とすることが好ましい。これにより、１つの画像に合成した場合に、合成画像上の各々の物体情報の撮影時間が容易に認識され、高速に測定点取得が行われる。
【００１５】
また、測定点取得手段は、スイングされる物体の先端を測定点とすることが好ましい。これにより、最高速度となる物体先端の速度がスイング速度として測定される。
【００１６】
また、測定点取得手段は、抽出された物体の軸中心線を求める中心線取得手段と、当該中心線と物体とが重なる点のうち人のいる位置から最も遠方にある点を物体の先端の測定点として取得する最遠点取得手段とを備えることが好ましい。
これにより、物体先端の測定点が容易に取得される。
【００１７】
また、出力手段は、さらに測定点取得手段により取得された測定点の位置の経時変化に基づいて、物体の測定点の軌跡を出力してもよい。これにより、物体のスイング軌跡が出力され、例えば、スイングした人や、コーチ等により、スイング軌跡が認識される。
【００１８】
また、撮影手段により撮影された画像情報の所定領域を監視し、所定量以上の変化が発生したときに抽出手段を起動し、一定時間後に抽出手段を停止させる、スイング検知手段を備えることが好ましい。これにより、スイング速度の測定が自動的に開始される。
【００１９】
また、抽出手段が起動する所定時間前に、音および光のうち少なくとも一方を発生して抽出手段の起動タイミングを人に通知する、タイミング通知手段を備えていてもよい。これにより、スイング速度測定開始のタイミングが人に通知され、これに合わせて人がスイングをすることが可能とされる。
【００２０】
また、物体がバットであると、バットスイングの速度が測定されることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るスイング物体の速度測定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１は、本実施形態のスイング物体の速度測定装置を示す構成図である。本実施形態におけるスイング物体の速度測定装置１は、打者（人）１０がスイングするバット（物体）１１の速度を測定する装置であり、打者１０がスイングする領域を経時的に撮影して画像情報を得る撮影装置（撮影手段）１２と、撮影された画像情報に基づいてスイング速度を取得する解析装置１５と、解析された結果を表示する表示装置１４とを備える。
【００２３】
撮影装置１２は、打者１０の頭上３〜４ｍの位置に設置され、図２に示すように、撮影される画像情報２０の中心付近に打者１０が位置し、スイングするときに打者１０の回りを回転するバット１１の先端１９（測定点）がその画像情報２０の範囲に全て含まれ、さらに、投手（図示せず）が画像情報２０の図示左方向に位置するように設定されている。そして、この画像情報２０は、バット１１と打者１０の他に、背景２４である、グランド２５、ホームベース２２等、さらに場合によっては打者１０の影２３やバット１１の影２６等を含んでおり、図１に示すように、信号線１６を介して解析装置１５に経時的に入力される。
【００２４】
解析装置１５は、図３のブロック図に示すように、ＣＰＵである制御装置５０を備え、この制御装置５０は、撮影装置１２により経時的に撮影された画像情報２０から背景２４を除去しバット１１を所定時間毎に抽出するバット抽出手段（抽出手段）３１と、抽出された各時間におけるバット１１に時間情報を付加して一つの画面に合成して合成画面を得る合成手段３５と、合成画面上の各々の時間のバット１１に対してその先端１９を設定し、その位置を取得するバット先端取得手段（測定値取得手段）３６と、取得されたバット１１の先端１９の位置の経時変化に基づいてバット１１の先端１９の速度を取得する速度取得手段３９と、得られたバット１１の先端１９の速度、合成画面およびバット１１の先端１９の軌跡等を出力する出力手段４０と、撮影装置１２により撮影された画像の一部を監視し、スイングが開始したと判断したらバット抽出手段３１以降の処理を開始させるスイング検知手段３０と、同様な機能を達成するように構成されている。
【００２５】
また、解析装置１５は、制御装置５０の処理手順をプログラムの形で格納しているＨＤＤ６２と、所定の情報を一時的に記憶するメモリ６１と、操作者の指示を制御装置５０に伝えるキーボード６４およびマウス６３とを備えている。
【００２６】
つぎに、ＨＤＤ６２に書き込まれているプログラムに従い実行される解析装置１５の処理手順について図４に示すフロー図を参照して説明する。
【００２７】
最初に、ステップ１（Ｓ１）において、スイング検知処理を行う（スイング検知手段３０）。まず、図２に示すように、撮影装置１２により撮影された画像情報２０のうち、特定領域２１のデータを取得する。この特定領域２１は、打者１０の背中側のスイング領域の一部であり、構えている打者１０がスイングを開始したときに一番最初にバット１１が通過するところである。そして、特定領域２１の最新の画像情報２０と一つ前の時間（所定時間前）の画像情報２０との差分計算を行って、この差分値と所定の基準値とを比較し、この差分値が所定の基準値以上であればスイングが開始されたと判断し、図４に示すように、ステップ２（Ｓ２）のバットの抽出処理を開始する。また、差分値が所定の基準値未満である場合は、スイングがまだ開始されていないと判断し、特定領域２１の監視を続ける。
【００２８】
これにより、打者１０のスイング開始が検知され、スイング速度の測定が自動的に開始されるようになっている。また、差分値が所定の基準値以下の場合はスイング開始と判断しないので、ノイズ等による誤検知が防止されている。
【００２９】
つぎに、ステップ２（Ｓ２）において、画像情報２０からバット１１の抽出を行う（バット抽出手段３１）。この手順を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３０】
まず、ステップ１１（Ｓ１１）において、図６に示すように、最初の時間（ｔ）の画像情報２０ａとそのつぎの時間（ｔ＋Δｔ）の画像情報２０ｂを取得する。これらの画像情報２０ａ，２０ｂは、バット１１ａ，１１ｂだけでなく、バット１１ａ，１１ｂの影２６ａ，２６ｂ、ホームベース２２ａ，２２ｂ、打者１０ａ，１０ｂ、打者１０ａ，１０ｂの影２３ａ，２３ｂおよびグラント２５ａ，２５ｂ等を含んでいる。
【００３１】
つぎに、ステップ１２（Ｓ１２）において、時間（ｔ）と時間（ｔ＋Δｔ）との画像間で対応する２つの画素の各色成分のデータを取得する。そして、ステップ１３（Ｓ１３）において、各々の画素につき明度値と彩度値とを計算し、２つの画素とも明度値および彩度値の少なくとも一方が所定値以上であれば、２つの画素とも影の部分ではないと判断し、ステップ１４（Ｓ１４）において、対応する２つの画素の各色成分毎に差分を行い、各々の差分値の絶対値の和をとってその画素の差分値とし、これを所定のしきい値で２値化する（差分手段３２）。
【００３２】
これにより、対応する２つの画素が、例えば、画像情報２０ａ中のＡと画像情報２０ｂ中のＢ、画像情報２０ａ中のＣと画像情報２０ｂ中のＤのように、両方とも影ではない背景２４の画素であれば、その２つの画素の３色成分値はほぼ同じであるために差分・２値化されて値が“０”になり、これらの背景２４が２値化画像２８ａから除去される。また、対応する２つの画素が、たとえば、画像情報２０ａ中のＥと画像情報２０ｂ中のＦのように、一方がバット１１ａまたは１１ｂで他方が影ではない背景２４であれば、その２つの画素の３色成分値は異なるために差分・２値化により値が“１”となり、２つの画像情報中の各々のバット１１ａ，１１ｂが２値化画像２８ａに抽出される。
【００３３】
一方、ステップ１３において、少なくとも一方の画素の明度値および彩度値が両方とも所定値未満であれば、その画素は影であると判断し、ステップ１５（Ｓ１５）において、対応する２つの画素の色相値を各々計算し、その色相値に基づく差分を行ってその絶対値をその画素の差分値とし、これを所定のしきい値で２値化する（影除外手段３３）。これにより、対応する２つの画素が、例えば、画像情報２０ａ中のＧと画像情報２０ｂ中のＨのように、両方とも背景２４であって少なくとも一方が影である場合は、これら２つの画素の色相値はほぼ同じなので、差分・２値化されて値が“０”になり影を含むこの背景２４は２値化画像２８ａから除去される。一方、対応する２つの画素が、例えば、画像情報２０ａ中のＩと画像情報２０ｂ中のＪのように、影である背景２４と影ではないバット１１、影ではない背景２４と影であるバット１１、または、影である背景２４と影であるバット１１であれば、これら２つの画素の色相値は異なるので、差分・２値化により値が“１”となりバット１１が２値化画像２８ａに抽出される。
【００３４】
そしてステップ１６（Ｓ１６）において、全ての対応する画素について差分・２値化が完了するのを待つ。このようにして、時間（ｔ）の画像情報２０ａと時間（ｔ＋Δｔ）の画像情報２０ｂからそれぞれの時間におけるバット１１ａ，１１ｂのみが抽出され、グランド２５ａ，２５ｂや、バット１１ａ，１１ｂの影２６ａ，２６ｂ等の背景２４が除去された２値化画像２８ａを得る。この２値化画像２８ａは、バット１１ａ，１１ｂの画素が“１”という情報を有し、これ以外の部分が“０”という情報を有している。
【００３５】
つぎに、ステップ１７（Ｓ１７）において、さらにそのつぎの時間（ｔ＋２Δｔ）の画像情報２０ｃを取得する。そして、ステップ１８（Ｓ１８）〜ステップ２２（Ｓ２２）において、前述のステップ１２〜ステップ１６までと同様に、時間（ｔ＋Δｔ）の画像情報２０ｂと時間（ｔ＋２Δｔ）の画像情報２０ｃとの間で差分処理を行う。これにより、時間（ｔ＋Δｔ）のバット１１ｂおよび時間（ｔ＋２Δｔ）のバット１１ｃが抽出され、それ以外の背景が除去された２値化画像２８ｂが得られる。
【００３６】
つぎに、ステップ２３（Ｓ２３）において、これら２つの２値化画像２８ａ，２８ｂの論理積を演算する（論理積計算手段３４）。これにより、２枚の２値化画像２８ａ，２８ｂから、時間（ｔ＋Δｔ）のバット１１ｂのみが抽出された論理積画像２９が得られる。
【００３７】
そして、ステップ２４（Ｓ２４）において、このようなバット抽出処理を所望の数の時系列データに関して行ったかどうか検査し、行っていない場合には、ステップ１８に戻って、同様の処理を続ける。
【００３８】
続いて、図４に示すステップ３（Ｓ３）において、得られた論理積画像２９中のバット１１を１枚の画像に合成する処理を行う（合成手段３５）。まず、得られた論理積画像２９に対して時系列の順番毎に１，２，・・に相当する番号を付ける。そして、つぎのような方法で合成画像４１（図７参照）を得る。すなわち、画素毎に、全論理積画像２９中の対応する画素のデータを調査し、その画素のデータとして“１”を有する論理積画像２９が全論理積画像２９中一つだけ存在した場合は、その論理積画像２９の上記時系列の番号を合成画像４１の対応する画素のデータとして与え、一方、上記その画素のデータとして“１”を有する論理積画像２９が全論理積画像２９中に存在しないまたは２以上（後述のノイズ等）存在する場合は、“０”というデータを合成画像４１の対応する画素のデータとして与える。これにより、各論理積画像２９中のバット１１ｂが時間情報を付与されつつ１つの画像上に合成されて、図７に示すような、合成画像４１を得ることができる。
【００３９】
このように、バット１１が合成画像４１に合成されるとともに、この合成画像４１はバット１１が撮影された時間情報を有していて、この合成画像４１上のバット１１に対して後述のバット１１の先端取得処理が行われるので、個々の論理積画像２９に対して一々先端取得処理をする場合に比して高速に先端の取得を行うことが可能となっている。また、“１”という情報を有する論理積画像２９が全論理積画像２９中に無いまたは２以上存在する場合は、合成画像４１の対応する画素の情報として“０”を与え、合成画像４１上でバット１１としないので、上記差分手段で除去しきれなかった打者１０等のノイズも除去されるようになっている。
【００４０】
つぎに、ステップ４（Ｓ４）において、バット先端取得処理を行い、図７に示す合成画像４１上の各時間のバット１１ｄ〜１１ｍの先端１９ｄ〜１９ｍの中心位置を取得する（バットの先端取得手段３６）。
【００４１】
まず、図８のフロー図に示すように、ステップ５０（Ｓ５０）において、図７に示す合成画像４１を最上行から順に合成画像４１の底辺に対して水平方向に一行毎にスキャンしてバット１１の画素を探索し、バット１１の画素が合成画像４１の底辺に対して水平方向に連続する長さＬ_xを取得する（図９参照）。そして、ステップ５１（Ｓ５１）において、Ｌ_xとバット１１の幅に関連する最大長さＬ_maxとの大小関係を判定する。本実施形態では、Ｌ_maxとしてバット１１の最大幅の１．４倍を採用している。もし、Ｌ_xがＬ_max以上である場合（図９（ｂ）のＬ_x3参照）は、合成画像４１の底辺に対して水平に近い状態にバット１１が向いている（たとえば、図７に示す合成画像４１のバット１１ｆ等）と判断する。この場合、バット１１の軸中心線４４とバット１１を水平スキャンする線とが交わらず（図９（ｂ）のＬ_x3参照）、合成画像４１の底辺に対して水平方向のスキャンではこのバット１１の軸中心線４４を構成する点４２を取得できないので、ステップ７０（Ｓ７０）において、この時間のバット１１に関しては水平スキャンによる軸中心線４４を構成する点４２の取得を行わないことを設定するとともに、それまでに水平スキャンにより取得されたこの時間のバット１１の中心点のデータがあれば破棄する。一方、Ｌ_xがＬ_maxよりも小さいとき（図９（ａ）のＬ_x1，Ｌ_x2参照）は、バット１１が合成画像４１の底辺に対して垂直に近い状態（たとえば、図７に示す合成画像４１のバット１１ｄや１１ｅ等）であると判断し、ステップ５２（Ｓ５２）に進む。
【００４２】
ステップ５２では、バット１１の最大幅に関連する最小長さＬ_minとＬ_xとの大小関係を判断する。本実施形態では、このＬ_minとしては、バット１１の最大幅の０．７倍を採用している。もし、Ｌ_xがＬ_minよりも小さいときは、バット１１の角部を横切る場合（図（９）のＬ_x1参照）や、ノイズ等によりバット１１の一部が欠落している場合（図１０のＬ_x4、Ｌ_x5参照）である可能性が高く、この場合Ｌ_x上にバット１１の軸中心線４４を構成する点４２は存在しないため、点の取得は行わない。一方、Ｌ_xがＬ_min以上であるとき（図９（ａ）のＬ_x2参照）は、ステップ５３（Ｓ５３）において、このＬ_xの中点を求めその座標をバット１１の軸中心線４４を構成する点４２としてそのバット１１の時間情報とともに取得する。そして、ステップ５４（Ｓ５４）において、合成画像４１上の全ての行について各時間のバット１１ｄ〜１１ｍの軸中心線４４を構成する点４２の取得を待つ。このようにして、合成画像４１の底辺に対して垂直に近い状態のバット１１（たとえば、図７に示す合成画像４１の１１ｄ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｌ，１１ｍ等）の軸中心線４４を構成する点４２の取得が行われる。
【００４３】
つぎに、ステップ５５〜ステップ５９（Ｓ５５〜Ｓ５９）において、ステップ５０〜ステップ５４と同様の手順で、合成画像４１を最左列から順に合成画像４１の底辺に対して垂直方向に一列毎にスキャンして、主に合成画像４１の底辺に対して水平に近い状態のバット１１に関して、軸中心線４４を構成する点４２を取得する（図９（ｂ）参照）。このようにして、合成画像４１の底辺に対して垂直に近い状態のバット１１（例えば、図７に示す合成画像４１の１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｊ，１１ｋ，１１ｌ等）の軸中心線４４を構成する点４２の取得が行われる。なお、合成画像４１の底辺に対して約±４５度程度傾いているバット１１ｅ，１１ｇ，１１ｉ，１１ｌ等は、水平スキャンと垂直スキャンの両方において軸中心線４４を構成する点４２が取得される。
【００４４】
つぎに、ステップ６０（Ｓ６０）において、このようにして得られた各時間のバット１１の各々の軸中心線４４を構成する点４２を直線近似して軸中心線４４を求める（中心線取得手段３７）。そして、ステップ６１（Ｓ６１）において、この軸中心線４４と、この時間のバット１１とが重なる点のうち、打者１０から最も遠い点を検索し、この点をこの時間におけるバット１１の先端１９として取得する（最遠点取得手段３８）。
【００４５】
つぎに、図４に示すステップ５（Ｓ５）において、先端１９の速度取得を行う（速度取得手段３９）。ここでは、隣り合う時間のバット１１の先端１９の位置（例えば、図７に示す先端１９ｄと先端１９ｅ）からこの間の画面上の移動距離を取得し、これを実際の距離に換算し、この移動距離と撮影装置１２の画像取得の時間間隔とに基づいて、バット１１の先端１９の速度を取得する。
【００４６】
そして、ステップ６（Ｓ６）において、結果の表示を行う（出力手段４０）。ここでは、オペレータのキーボード６４やマウス６３による指示に基づいて、バット１１のスイング速度としてのバット１１の先端１９の速度の経時変化（図１２参照）、合成画像４１、各時間におけるバット１１の先端１９を時間順に連結してして得たバット１１の先端１９の軌跡（図１１参照）、最高速度等を表示装置１４の画面上に出力する。
【００４７】
以上のように、本実施形態のスイング物体の速度測定装置によれば、バット１１のスイング領域を経時的に撮影して画像情報２０を得、その画像情報２０からバット１１を抽出し、そのバット１１上の先端１９の位置を取得することにより、その先端１９の位置の経時変化に基づいて先端１９の速度としてのバット１１のスイング速度が取得されるので、バット１１に何ら手を加えることなく、遠隔測定が可能となっている。
【００４８】
また、ある時点の画像情報２０とこれよりも新しい画像情報２０との間、および、ある時点の画像情報２０とこれよりも古い画像情報２０との間で、各々対応する画素について差分・２値化を行って２値化画像２８を得、これら２値化画像２８同士の論理積をとることにより論理積画像２９中にバット１１が抽出されるので、各時系列の画像情報２０から効率的にバット１１を抽出することが可能となっている。
【００４９】
また、対応する２つの画素の少なくとも一方が影の場合は各画素の色相値で差分する影除外手段３３を備えているので、影が論理積画像へ抽出されることが防止され、影をバット１１と誤認識することなくバット１１のみを抽出することが可能となっている。
【００５０】
また、抽出された論理積画像２９中のバット１１の時系列データを１つの画像に合成する合成手段３５を備え、バットの先端取得手段３６は得られた合成画像４１に対して処理を行っているので、各時間の論理積画像２９に対して一々バットの先端の取得を行うよりも高速にバットの先端の取得が行われ、迅速にスイング速度を計測することが可能になっている。
【００５１】
また、合成画像４１は、バット１１が撮影された時間情報を各々付与されていて、バットの先端取得手段３６が合成画像４１上で各々のバット１１の撮影時間を容易に認識できるので、さらに迅速にスイング速度を計測することが可能になっている。
【００５２】
なお、本発明に係るスイング物体の速度測定装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、他の条件等に応じて種々の変形態様をとることが可能である。
【００５３】
また、上記実施形態では、スイングされるバット１１の先端１９を全て含むような画像情報２０を撮影装置１２により取得しているが、これに限られず、例えば、ホームベース２２付近等、バット１１の先端１９が通過する領域の一部を画像情報として取得し、その部分だけでスイング速度を取得しても構わない。また、撮影装置２０は、打者１０の３〜４メートル付近に設置されているが、これに限られず、バッティングセンターの打席の天井等打者１０により近接した場所や、ドーム球場の天井等打者１０からかなり離れた場所に設置しても構わず、また、ホームベース２２の中に埋め込む等グランド側に設置しても構わない。
【００５４】
また、上記実施形態では、迅速にスイング速度を計測し得るべく、論理積画像２９に抽出されたバット１１を一つの画像に合成し、この合成画像４１に対してバット１１の先端１９の取得を行っているが、これに代えて、各々の論理積画像２９に対してバット１１の先端１９の取得を行っても構わない。
【００５５】
また、上記実施形態では、迅速にスイング速度を計測し得るべく、各時間の論理積画像２９中のバット１１に時間情報を付与したうえで一つの画像に合成することにより、この合成画像４１上のバット１１の撮影時間を各々認識可能としているが、これを行なわなくても構わない。
【００５６】
また、上記実施形態では、測定点としてバット１１の先端１９を採用しているがこれに限られず、バット１１の芯や、根本等、他の部分を測定するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、バットの先端取得手段３６として、まずバット１１の軸中心線４４を取得し、その軸中心線４４とバット１１が重なる点のうち打者１０から最も遠い点を先端１９として取得しているが、これに限られず、例えば、単にバットを構成する画素のうち打者１０から最も遠い点を先端１９として取得するようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、軌跡等を表示装置１４に出力しているが、これを表示せず、スイング速度のみを表示しても構わない。また、必要に応じて、加速度や角速度等のデータを取得して出力しても構わない。
【００５９】
また、上記実施形態では、打者１０の背後の特定領域２１を監視してスイングの開始を自動的に検知するスイング検知手段３０を採用しているが、特定領域２１はこの場所に限られず、また、画像情報２０全体を監視しても構わない。また、このスイング検知手段３０を採用しなくても構わず、これに代えて、例えば、音や光などによりスイング速度測定開始のタイミングを打者１０に知らせるタイミング通知手段７０を備えていても構わない。これにより、スイング測定開始のタイミングが人に通知され、このタイミングに合わせて人がスイングすることが可能となるので、バッティングセンター等においてスイング検知手段３０を省いた安価なスイング速度測定装置を提供することができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、スイングされる物体としてバット１１を採用しているがこれに限られず、テニス、バドミントン、卓球等のラケットや、ゴルフクラブ等でも構わない。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスイング物体の速度測定装置によれば、物体のスイング領域を経時的に撮影して画像情報を得、その画像情報から物体情報を抽出し、その物体上の所定の測定点の位置を取得することにより、その測定点の位置の経時変化に基づいて測定点の速度としての物体のスイング速度が求められるので、物体に何ら手を加えることなく遠隔測定をすることが可能なスイング物体の速度測定装置を提供できる。また、異なる時間に撮影された２つの画像情報の差分を取って２値化することにより、対応する２つの画素が両方とも背景の画素であれば、その２つの画素のデータがほぼ同じであるため、２つの画像情報中の背景情報が２値化画像から除去され、対応する２つの画素の一方が背景で他方が物体であれば、その２つの画素のデータは異なるため、各画像情報中の物体情報は除去されずに２値化画像に抽出される。さらに、ある時点の画像情報とこれよりも新しい画像情報との間、および、ある時点の画像情報とこれよりも古い画像情報との間で各々取得された隣り合う２値化画像間の論理積を取ることにより、各２値化画像に含まれる上記ある時点に撮影された物体情報が論理積画像に抽出される。また、場合によっては、画像情報中に物体の動きに追従する影ができることがあり、この影は２値化画像や論理積画像に抽出されてしまう。そこで、抽出手段において影を認識してこれを除外することにより、論理積画像から物体の動きに追従する影が除去され、影をバットとを誤認識することが防止される。さらに、対応する２つの画素の少なくとも一方が影の場合は各画素の色相値で差分され、この際に２つの画素が、影とされた背景と影とされていない背景、または、影とされた背景同士であればこの２つの画素の色相値はほぼ同じであるので影を含むこの背景は２値化画像から除去され、一方、２つの画素が、影とされた背景と影とされていない物体、影とされていない背景と影とされた物体、または、影とされた背景と影とされた物体であれば色相値が異なるのでこの物体は２値化画像に抽出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のスイング物体の速度測定装置を示す構成図である。
【図２】図１中の撮影手段により撮影される画像情報を示す模式図である。
【図３】図１のスイング物体の速度測定装置のブロック図である。
【図４】図３中の制御装置の処理手順を示すフロー図である。
【図５】図４中のバット抽出処理の手順を示すフロー図である。
【図６】図４中のバット抽出処理の方法を示す説明図である。
【図７】図４中のバット合成処理により得られる合成画像を示す図である。
【図８】図４中のバット先端取得処理の手順を示すフロー図である。
【図９】図４中のバット先端取得処理における中心線取得方法を説明する図であり、（ａ）は、画像情報の底辺に対して垂直に近い状態にあるバットの中心線取得方法を示す図、（ｂ）は、画像情報の底辺に対して水平に近い状態にあるバットの中心線取得方法を示す図である。
【図１０】図４中のバット先端取得処理においてノイズ等により一部が欠落した不完全なバットの中心線取得方法を示す図である。
【図１１】図３中の表示手段に表示されるバットの先端点とその軌跡の画像を示す図である。
【図１２】図３中の表示手段に表示されるスイング速度の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１…スイング物体の速度測定装置、１０，１０ａ，１０ｂ…打者（人）、１１，１１ａ〜１１ｍ…バット（物体）、１２…撮影装置（撮影手段）、１９，１９ｄ〜１９ｍ…先端（測定点）、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…画像情報、２１…特定領域（所定領域）、２８ａ，２８ｂ…２値化画像、２９…論理積画像、３０…スイング検知手段、３１…バット抽出手段（抽出手段）、３２…差分手段、３３…影除外手段、３４…論理積計算手段、３５…合成手段、３６…バットの先端取得手段（測定点取得手段）、３７…中心線取得手段、３８…最遠点取得手段、３９…速度取得手段、４０…出力手段、４１…合成画像、４４…軸中心線、７０…タイミング通知手段。

Claims

人によりスイングされる物体のスイング領域を経時的に撮影して画像情報を出力する撮影手段と、
前記画像情報から前記物体の情報を抽出する抽出手段と、
前記抽出された物体の情報に対して所定の測定点を設定し、その位置を取得する測定点取得手段と、
前記測定点の位置の経時変化に基づいて前記測定点の速度を取得する速度取得手段と、
前記取得された速度を前記物体のスイング速度として出力する出力手段と、
を備え、
前記抽出手段は、ある時点の前記画像情報とこれよりも新しい前記画像情報との間、および、前記ある時点の前記画像情報とこれよりも古い前記画像情報との間で、各々対応する画素について差分を行って差分値を得、当該差分値を所定のしきい値で２値化して２値化画像を得る差分手段と、当該２値化画像同士の論理積をとって論理積画像を得る論理積計算手段とを備え、当該論理積画像中の物体情報を前記ある時点の前記画像情報中から抽出された前記物体の情報とし、
前記抽出手段は、前記画像情報中の影を認識し、当該影が前記論理積画像へ抽出されることを防ぐ影除外手段を含み、
前記差分手段は、ある時点の前記画像情報とこれよりも新しい前記画像情報との間、および、前記ある時点の前記画像情報とこれよりも古い前記画像情報との間で、各々対応する２つの画素の双方について明度値および彩度値の少なくとも一方が所定値以上であれば、影がないとして当該対応する２つの画素の明度値および彩度値毎に差分を行って差分値を得、対応する２つの画素の少なくとも一方の画素の明度値および彩度値が所定値未満であれば、影があるとして前記影除外手段が当該対応する２つの画素の色相値に基づく差分を行って差分値を得、いずれかの差分値を所定のしきい値で２値化して２値化画像を得ることを特徴とする、スイング物体の速度測定装置。
前記抽出手段により抽出された前記論理積画像中の前記物体情報の時系列データを１つの画像に合成して合成画像を取得する合成手段を備え、前記測定点取得手段は当該合成画像上の物体情報に対して処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記合成手段は、前記物体情報の時系列データに当該物体情報が撮影された時間情報を付して１つの画像に合成し、前記合成画像上において前記物体情報が撮影された時間を各々認識可能とすることを特徴とする、請求項２に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記測定点取得手段は、前記スイングされる物体の先端を測定点とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記測定点取得手段は、前記抽出された物体の軸中心線を求める中心線取得手段と、当該中心線と前記物体とが重なる点のうち前記人のいる位置から最も遠方にある点を前記物体の先端の測定点として取得する最遠点取得手段とを備えることを特徴とする、請求項４に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記出力手段は、さらに前記測定点取得手段により取得された前記測定点の位置の経時変化に基づいて、前記物体の測定点の軌跡を出力することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記撮影手段により撮影された画像情報の所定領域を監視し、所定量以上の変化が発生したときに前記抽出手段を起動し、一定時間後に前記抽出手段を停止させる、スイング検知手段を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記抽出手段が起動する所定時間前に、音および光のうち少なくとも一方を発生して前記抽出手段の起動タイミングを前記人に通知する、タイミング通知手段を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスイング物体の速度測定装置。
前記物体は、バットであることを特徴とする、請求項１〜８に記載のスイング物体の速度測定装置。