JP6484321B2 - 高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、高速ビデオカメラを用いて飛行物体の飛行データを測定する装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体に関するもので、より詳しくは、１台又は多数の高速カメラを用いてゴルフボール又は野球ボールのような飛行物体の映像を取得し、取得した映像を三次元ステレオ映像処理技法などで分析して飛行データを測定する装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体に関する。

室内ゴルフ練習場又は室内野球練習場のような施設で打ったゴルフボール又は野球ボールの飛行軌跡を正確に予測するためには、まずボールの初期飛行データを正確に測定しなければならない。このために、多くの既存システムは、１台又は複数の高速カメラを用いてボールの初期飛行映像を順番に複数枚取得し、各種の映像技法を用いて取得した映像から飛行データを算出する方法を用いている。しかし、ゴルフボールの場合、８０〜９０ｍ／ｓの最高発射速度及び１０,０００ｒｐｍの回転量を測定するためには、高画質の超高速映像を広い範囲で数回以上撮影しなければならない。これは、高価な高速カメラ装備とリアルタイムで映像処理及び分析をするために高価な高速通信及び演算装備を必要とすることになる。

室内ゴルフ練習場などで飛ぶゴルフボールの映像イメージを用いてゴルフボールの飛行距離、飛行速度、飛行方向を測定し、これを室内スクリーンなどに顕示するためのゴルフボールの飛行データを測定する方法としては、韓国登録特許第１０４４８８７号公報（特許文献１）、「高速ＣＣＤカメラの撮像イメージを用いたゴルフボールの飛行データ測定方法」がある。上記方法は、高速ＣＣＤカメラを用いて１枚のイメージに様々なカットのゴルフボールのイメージが含まれるようにゴルフボールの映像を重複させて連続して撮影し、撮影された映像のイメージをカメラシステムに連結されたコンピュータ装置を用いてゴルフボールの飛行距離、飛行速度、及び飛行方向を計算する。ただし、前記方法はゴルフボールの回転を考慮しないので飛行データが不正確であるという短所がある。

また、韓国登録特許第１２３０６１３号公報（特許文献２）、「ＣＭＯＳセンサを基盤とした球形物体の飛行情報測定システム及び方法」では、カメラセンサの総領域をボールが通り過ぎる方向の垂直方向に多数の領域（例えば、３〜４個の領域）に分けて、各領域でボールが通過する時にトリガー信号が発生するようにライントリガーカメラ装置（又は類似装置）を別途設けてカメラと連動させ、ボールが発射された後、各領域を順番に通過する時にトリガー信号が発生し、ボールが通過している該領域の映像のみを取得するようにシステムを構成した。この方法は、撮影される映像の大きさを領域の数だけ減らすことができる長所がある。また、ボール以外の多くの部分を撮影範囲から除いて映像の大きさ、すなわち、映像の総解像度を減らす場合、ゴルフボールの映像の解像度は損なわずに撮影速度を上げ、取得された映像の演算処理時間を減らすことができる長所がある。したがって、カメラ及び通信／演算装備の仕様を下げて装備の費用を減らすことができる長所がある。しかし、上の特許では、ボールが飛行する一方方向の垂直方向へのみ領域を分けることができ、飛行する方向へは領域を分けることができない短所がある。例えば、ボールが飛ぶ時、カメラ撮影領域の左側から右側方向にボールが進行するようにカメラが配置された場合、上端から下端をつなぐ帯状の領域を順番に作成することはできるが、上下方向へは領域を分けることができない。また、撮影領域の位置及び大きさを予め定めなければならないが、低速、高速、低回転など様々な飛行条件で最適な領域配分が異なるため、撮影領域を分けて定める過程が複雑又は妥協的になされるようになる。そして、カメラの設置位置とトリガーラインの位置によって、ボールでない他の物体（例えば、ゴルフクラブ、打撃者の足、通り過ぎる虫など）がトリガーを発生させ得るという短所がある。

韓国登録特許第１２４４０４４号公報（特許文献３）、「ステレオカメラを用いる球形物体の飛行速度推定方法」は、上の登録特許第１２３０６１３号公報の内容と類似するが、別途のトリガーカメラ又は装置なしに映像を取得してカメラ内でトリガーラインを作成し、ボールが通り過ぎるのが感知されれば、トリガーライン上でボールが通り過ぎる位置を感知し、この位置を基準としてボールの映像が含まれる上下左右の領域が分割されたさらに小さい撮影領域を撮影する方式である。しかし、この方法もやはり上記登録特許第１２３０６１３号公報と同様にトリガーラインの位置を予め定めなければならない短所があり、トリガーライン上にボールでない他の物体が通り過ぎたり又は動いたりすれば、トリガーが発生し得るという短所がある。

韓国登録特許第1044887号公報（公告日2011年6月28日） 韓国登録特許第1230613号公報（公告日2013年2月14日） 韓国登録特許第1244044号公報（公告日2013年3月15日）

本発明の目的の一つは、高速ビデオカメラの総撮影領域内において飛行物体が通り過ぎる小さい領域のみを瞬間的に予測して撮影することにより、映像のデータの大きさを最小化にできる飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、飛行物体が発射された後、次の撮影時期を任意に定めることができるようにすることで、飛行物体の発射状況に応じて所望する撮影時期を異なるように定めて撮影できる飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体を提供することにある。

ただし、本発明の目的は、前記目的に限定される訳ではなく、本発明の思想及び領域から外れない範囲で多様に拡張され得るものである。

本発明の目的を達成するために、本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定する装置は、飛行物体が発射されたか否かを判断し、飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生する発射信号生成部と、発射信号生成部から信号が発生された後に飛行物体を撮影する高速ビデオカメラ及び高速ビデオカメラを制御し、高速ビデオカメラで撮影された映像から予備飛行データ及び飛行データを計算する統合処理部と、を含む。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、１次撮影領域及び２次撮影領域で必要なだけの領域のみを撮影するため、撮影された映像データの大きさが小さく、大容量の映像データ格納空間を必要としない。

本発明の他の目的を達成するため、本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いて飛行物体の飛行データを測定する装置は、飛行物体が発射されたか否かを判断し、飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生する発射信号生成部と、発射信号生成部から信号が発生された後に飛行物体を撮影する高速ビデオカメラ及び統合制御部を含む第１高速ビデオカメラシステムと、を含み、統合制御部は、高速ビデオカメラを制御し、高速ビデオカメラで撮影された映像から予備飛行データ及び飛行データを計算する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、統合制御部を別途含んで高速ビデオカメラを制御し、予備飛行データ及び演算処理能力に応じて飛行データを計算することができる。

本発明の他の目的を達成するため、本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いて飛行物体の飛行データを測定する装置は、飛行物体が発射されたか否かを判断し、飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生する発射信号生成部と、発射信号生成部から信号が発生された後に飛行物体を撮影する高速ビデオカメラ及び制御部を含む第２高速ビデオカメラシステム及び高速ビデオカメラで撮影された映像から飛行データを計算する処理部と、を含み、制御部は、高速ビデオカメラを制御し、高速ビデオカメラで撮影された映像から予備飛行データを計算する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、制御部で予備飛行データを計算し、処理部で飛行データを計算するようにして、演算処理をさらに速く遂行するようにすることができる。

一実施形態によれば、統合処理部は、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域と設定し、１次撮影領域で撮影された飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域に設定することで飛行物体を逃す場合がなく、予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定することで迅速に撮影領域を設定することができる。

一実施形態によれば、統合制御部は、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域に設定し、１次撮影領域で撮影された前記飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定する。

一実施形態によれば、制御部は、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域に設定し、１次撮影領域で撮影された飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定する。

一実施形態によれば、高速ビデオカメラは、２次撮影領域で飛行物体を１回以上撮影し、統合処理部は、１次及び２次撮影領域で撮影された飛行物体の映像から飛行物体の飛行データを計算する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、飛行物体が飛行する全領域を撮影せずに、飛行データを得るための一部の領域のみを撮影するので、演算速度を向上させることができる。

一実施形態によれば、高速ビデオカメラは、２次撮影領域で飛行物体を１回以上撮影し、統合制御部は、１次及び２次撮影領域で撮影された飛行物体の映像から飛行物体の飛行データを計算する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、演算処理能力が向上された場合、統合処理部においても飛行データを計算できるようにして設置費用を節減することができ、演算速度を向上させることができる。

一実施形態によれば、高速ビデオカメラは、２次撮影領域で飛行物体を１回以上撮影し、処理部は、１次及び２次撮影領域で撮影された飛行物体の映像から飛行物体の飛行データを計算する。

一実施形態によれば、予備飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向を含み、飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向を含む。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、多様な飛行データを得ることができ、さらに正確な飛行情報をユーザに提供することができる。

一実施形態によれば、予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが飛行データとして使用される。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、１次及び２次撮影領域で撮影された映像から飛行物体の飛行データを計算するが、この際に予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データとして使用すれば、演算速度を向上させることができ、さらに速く飛行データを得ることができる。

一実施形態によれば、発射信号生成部は、発射感知カメラを用いて飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生させる。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、発射感知カメラを用いて飛行物体が発射されたか否かを判断するので、１次撮影領域で飛行物体を逃す場合がなく、実効的に撮影することができる。

一実施形態によれば、発射信号生成部は、高速ビデオカメラを用いて飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生させる。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、発射感知カメラを用いて飛行物体が発射されたか否かを判断するので、１次撮影領域で飛行物体を逃す場合がなく、実効的に撮影することができる。

一実施形態によれば、１次撮影領域で停止状態にある飛行物体の飛行予定方向の領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域と設定するため飛行物体を逃さず、飛行物体を撮影して予備飛行データを得ることができる。

一実施形態によれば、予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過する時点に飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、予備飛行データを用いて飛行物体の位置を予測し、これを基準として２次撮影領域を設定して該領域でのみ撮影するため、飛行物体が通り過ぎる全領域を撮影する必要がなくなる。

一実施形態によれば、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まる。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、撮影時間が予め指定されるか又は予備飛行データから計算されるため、複雑な装備なしに簡単に２次撮影領域の位置を設定することができ、飛行データの正確度を最大化させることができる撮影時間を多様な基準として定めることができる。

一実施形態によれば、所定の撮影時間Ｔは、２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして、２次又は３次以降の撮影領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、撮影時間Ｔを２つ以上設定し、２次、３次又はそれ以上の撮影領域を設定できるため、各領域で飛行物体を撮影し、これを用いて予備飛行データを計算できるため、さらに正確な飛行情報を得ることができる。

本発明の他の目的を達成するために、本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いて飛行物体の飛行データを測定する方法は、１次設定段階、１次撮影段階、予備計算段階、２次設定段階、２次撮影段階、飛行データ計算段階を含む。１次設定段階は、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域に設定する。１次撮影段階は、１次撮影領域において高速ビデオカメラを用いて１回以上撮影する。予備計算段階は、１次撮影段階で撮影された映像から飛行物体の予備飛行データを計算する。２次設定段階は、予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定する。２次撮影段階は、２次撮影領域において高速ビデオカメラを用いて１回以上撮影する。飛行データ計算段階は、１次及び２次撮影段階で撮影された映像から飛行物体の飛行データを計算する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、１次撮影段階及び２次撮影段階で必要なだけの領域のみを撮影するため、撮影された映像データの大きさが小さく、大容量の映像データ格納空間を必要としない。

一実施形態によれば、予備計算段階で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが飛行データ計算段階における飛行データとして使用される。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法において、飛行データ計算段階では１次及び２次撮影段階で撮影された映像から飛行物体の飛行データを計算するが、この際に予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データ計算段階における飛行データとして使用すれば演算速度を向上させることができ、さらに速く飛行データを得ることができる。

一実施形態によれば、発射感知段階をさらに含む。発射感知段階は、１次撮影段階以前に発射感知カメラを用いて前記飛行物体の発射を感知する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、別途発射感知カメラを用いるため、高速ビデオカメラを用いて発射を感知する必要がないので、高速ビデオカメラの制御回路の設計が簡便になり、発射感知速度が速くかつ正確であるという長所がある。

一実施形態によれば、発射感知段階をさらに含む。発射感知段階は、１次撮影段階以前に高速ビデオカメラを用いて飛行物体の発射を感知する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、高速ビデオカメラを用いて発射を感知するため、別途発射感知カメラを設置する必要がなく、設計が簡便になりかつ製作費用も節減することができる。

一実施形態によれば、予備飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向を含み、飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などを含む。ゴルフボールのような場合には、飛行物体が発射後に直線で動くという仮定をすることができるので、予備飛行データは、飛行速度及び飛行方向だけを求めても、与えられた時点に飛行物体が通り過ぎる位置を計算することができる。このような本発明の飛行物体の予備飛行データは、カメラ制御システムの自体の演算処理装置又はＦＰＧＡなどを用いて非常に速く計算され得るため、飛行物体が飛行する間、リアルタイムで計算することができる。

一実施形態によれば、１次設定段階において、飛行物体が通り過ぎる領域で停止状態にある飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域に設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域に設定するために飛行物体を逃さず、飛行物体を撮影して予備歩行データを得ることができる。

一実施形態によれば、２次設定段階において、予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過する時点に飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、予備飛行データを用いて飛行物体の位置を予測し、これを基準として２次撮影領域を設定して該領域でのみ撮影するため、飛行物体が通り過ぎる全領域を撮影する必要がなくなる。

一実施形態によれば、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まる。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、２次撮影領域の位置を設定するために撮影時間Ｔが必要であり、撮影時間は予め指定されるか又は予備飛行データから計算されるため、複雑な装備なしに簡単に２次撮影領域の位置を設定することができ、飛行データの正確度を最大化させることができる撮影時間を多様な基準として定めることができる。

一実施形態によれば、２次設定段階において、所定の撮影時間Ｔを２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして、２次又は３次以降の撮影領域を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、撮影時間Ｔを２つ以上設定し、２次、３次又はそれ以上の撮影領域を設定することができるため、各領域で飛行物体を撮影し、これを用いて飛行データを計算することができるので、さらに正確な飛行情報を得ることができる。

上述した実施形態による飛行物体の飛行データ測定方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体を含む。

本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体は、飛行物体を撮影するために高速ビデオカメラが総撮影領域を同一の時間間隔で撮影する既存の方法に比べて飛行物体が通り過ぎる小さい領域のみを撮影するので、撮影された映像データの大きさが相対的に非常に小さくて伝送時間が短く、映像処理のための演算速度が速く、大容量の映像データ格納空間を必要としない飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体を具現することができる。

本発明は、１次撮影段階以降、所望する時期に飛行物体を撮影することができる。

本発明は、トリガーラインのような機能を使用しないので、飛行物体でない他の物体がトリガー信号を発生させることなく、間違って撮影された映像から飛行データを分析することはない。

ただし、本発明の効果は、前記効果に限定される訳ではなく、本発明の思想及び領域から外れない範囲で多様に拡張され得るものである。

第１実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図である。 第２実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図である。 第３実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図である。 室内ゴルフのシミュレーションに本発明を適用した時、主要構成品及び設置例を示す図面である。 本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するための手順図である。 本発明の実施形態による１次撮影領域を示す図面である。 本発明の実施形態による１次撮影領域で飛行物体が１回以上撮影されることを示す図面である。 本発明の実施形態による１次撮影段階で撮影された映像から２次撮影領域を設定する例を示す図面である。 １次撮影段階以前に発射感知カメラを用いて飛行物体が発射されたか否かを感知する発射感知段階をさらに含むことを示す手順図である。 撮影時間（Ｔ）を２つ以上指定して２次又は３次以降の撮影領域を設定することを示す図面である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態をより詳細に説明する。本発明の構成要素のうちの従来技術によって通常の技術者が明確に把握でき、容易に再現できることに関しては、本発明の要旨を曇らせないために、その具体的な説明を省略することにする。

本発明は、飛行物体の一例として野球ボールの飛行データ測定などの用途に使用することができる。また、本発明は、飛行物体の飛行データを得るために、１台又は多数の高速ビデオカメラを使用する場合の全てに適用することができる。ただし、本発明を実施するための具体的な例として、室内ゴルフのシミュレーション施設で飛行物体の一例であるゴルフボールの飛行データを高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体を説明することにする。

図１は、第１実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図であり、図２は、第２実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図である。図３は、第３実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムのブロック図である。図４は、室内ゴルフのシミュレーションに本発明を適用した時の主な構成品及び設置例を示す図面である。

図１及び図４を参照すると、第１実施形態による高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いてゴルフボールの飛行データを測定するためのシステムは、発射信号生成部１００、高速ビデオカメラ２２０、２３０及び統合処理部３００を含む。図２及び図４を参照すると、第２実施形態による高速ビデオカメラ２２０、２３０を用してゴルフボールの飛行データを測定するためのシステムは、発射信号生成部１００、高速ビデオカメラ２２０、２３０及び統合制御部２１０を含む第１高速ビデオカメラシステム２００を含む。また、図３及び図４を参照すると、第３実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データを測定するためのシステムは、発射信号生成部１００、高速ビデオカメラ２２０、２３０及び制御部２１５を含む第２高速ビデオカメラシステム２２００及び処理部３０５を含む。

発射信号生成部１００は、ゴルフボール７００が発射されたか否かを判断し、ゴルフボールが発射されれば信号を発生する装置である。好ましくは、発射信号生成部１００は、ゴルフボール７００が発射されたか否かを感知し、発射される瞬間や発射された直後に短時間内に信号を発生する。

本発明の実施形態によれば、ゴルフボール７００が発射されたか否かを判断する手段としては、既存の常用システムに使用される多くの装置の中から選択することができ、ゴルフボールが置かれる初期位置が決まった場合には、ゴルフボールの下にＬＥＤ、レーザーセンサ又はラインスキャンカメラを設置することができ、ゴルフボールが任意の位置に置くことができる場合には、別途のカメラを使用することができる。別途のカメラを使用する場合には、カメラは、ゴルフボールが発射された後に飛行することを撮影する必要がないので、前記高速ビデオカメラ２２０、２３０のような種類のカメラ又は解像度がさらに低いカメラも使用することができ、カメラの制御機能を変更してゴルフボールの発射を感知する機能を遂行できるように作ることもできる。

本発明の実施形態により、別途の発射感知センサ装置なしに、ゴルフボールを撮影するために設置された高速ビデオカメラ２２０、２３０のうちの１台を用いてゴルフボールが発射されたか否かを感知することができる。この場合、高速ビデオカメラ２２０、２３０がゴルフボールが発射されたか否かをモニタリングしてから、ゴルフボールが発射されれば直ちに３Ｄ映像を取得するための用途でカメラを切換えて使用することができる。

本発明の実施形態により、別途のカメラ又は高速ビデオカメラ２２０、２３０のうちの１台を用いてゴルフボールが発射されたか否かを感知する場合には、発射時にゴルフボールが通り過ぎるしかないゴルフボールの位置の直ぐ前に、又は、ゴルフボールのイメージの上に小さい感知面積又は感知線を指定して速い周波数でスキャニング（scanning）してから、ゴルフボールが感知面積を通り過ぎるか又は感知面積から消えながらスキャニングしている映像に変化が発生する時に発射信号を与える形式に具現することができる。

本発明の実施形態により、発射感知カメラ１１０を別途設置してゴルフボールが発射されたか否かを感知することができる。発射感知カメラ１１０の位置は、ゴルフボールが発射されたか否かを感知できる位置ならばどこでも構わず、飛行物体が置かれ得る初期位置領域と飛行物体が発射されたか否かを感知する領域４０を認識できる位置ならば、発射感知カメラ１１０がどこにあろうが本発明を実行することができる。

図１、図２及び図３を参照すると、本発明の実施形態により、さらに正確性がある飛行データを得るために、高速ビデオカメラ２２０、２３０を２台及びそれ以上設置して飛行物体の飛行映像を撮影することができる。本発明の実施形態である図１では、統合処理部３００が高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、撮影された映像から予備飛行データ及び飛行データを計算することができる。本発明の実施形態である図２では、第１高速ビデオカメラシステム２００の統合制御部２１０で高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、撮影された映像から予備飛行データ及び飛行データを計算することができる。本発明の実施形態である図３では、第２高速ビデオカメラシステム２２００の制御部２１５で高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、撮影された映像から予備飛行データを計算することができる。そして、処理部３０５では、撮影された映像から飛行データを計算することができる。

高速ビデオカメラ２２０、２３０は、総撮影領域１０内で任意に所望する位置に小さい撮影領域を指定して撮影する機能を具現できるカメラである。高速ビデオカメラ２２０、２３０は、発射信号生成部１００から信号が発生された後に飛行物体を撮影することができる。本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０は市中に出回っている多くのカメラセンサの中から選択することができ、特にＣＭＯＳ系列のセンサはそのような機能を備えており、撮影領域を小さく指定する場合、それだけ速い速度で連続撮影が可能である。

本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０は１次撮影領域２０で飛行物体を１回以上撮影することができ、２次撮影領域３０でも飛行物体を１回以上撮影することができる。飛行物体が飛行する全領域を撮影せずに、飛行データを得るための一部領域だけを撮影するので、大容量のデータ格納空間を必要とせず、演算速度を向上させることができる。１次撮影領域２０は、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域２０と設定することができ、本発明の実施形態により、１次撮影領域２０で停止状態にある飛行物体の飛行予定方向の領域を設定することができる。飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域２０に設定するので、飛行物体を逃さずに飛行物体を撮影して予備飛行データを得ることができる。２次撮影領域３０は、予備飛行データを用いて設定することができる。

本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０が発射感知カメラ１１０等の発射信号生成部１００から発生された発射信号を受ければ、下記で説明する方式で、高速ビデオカメラ２２０、２３０が飛行するゴルフボールを撮影し、撮影された映像は統合処理部３００、統合制御部２１０又は制御部２１５に伝送される。

統合制御部２１０は、高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、高速ビデオカメラ２２０、２３０で撮影された映像から予備飛行データ及び飛行データを計算することができる。予備飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向を含んでもよく、飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などを含んでもよい。本発明の飛行物体の飛行データ測定装置は、多様な飛行データを得ることができ、さらに正確な飛行情報をユーザに提供することができる。

統合制御部２１０は、１次撮影領域２０で撮影された飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、予備飛行データを用いて２次撮影領域３０を設定することができる。予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過する時点に飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域３０を設定することができる。本発明の飛行データ測定装置は、撮影領域を設定して該領域でのみ撮影するため、飛行物体が通り過ぎる全領域を撮影する必要がなくなる。ここで、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まり得る。撮影時間が予め指定されるか又は予備飛行データから計算されるため、複雑な装備なしに簡単に２次撮影領域３０の位置を設定することができ、飛行データの正確度を最大化させられる撮影時間を多様な基準として定めることができる。また、撮影時間Ｔを２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして、２次又は３次以降の撮影領域を設定することができる。撮影時間Ｔを２つ以上設定して、２次、３次又はそれ以上の撮影領域を設定できるため、各領域で飛行物体を撮影し、これを用いて飛行データを計算することができるので、さらに正確な飛行情報を得ることができる。

統合制御部２１０は、１次撮影領域２０で撮影された映像を分析してゴルフボールの飛行速度及び飛行方向などの予備飛行データを計算することができる。本プロセスは、統合制御部２１０にある自体の演算処理装置又はＦＰＧＡを用いて計算することができ、計算された飛行速度及び飛行方向などは次の撮影領域の位置を計算するのに使用されるので、次の撮影領域の境界内にゴルフボールが位置され得る程度の正確度だけあれば充分である。

また、統合制御部２１０は、１次撮影領域２０及び２次撮影領域３０で撮影された飛行物体の映像から飛行データを計算することができる。演算処理能力が向上した場合、統合制御部２１０で飛行データを計算できるようにして設置費用を節減することができ、演算速度を向上させることができる。統合制御部２１０で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つは、飛行データとして使用されてもよい。予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データとして使用すれば演算速度を向上させることができ、さらに速く飛行データを得ることができる。

統合処理部３００は、高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、高速ビデオカメラ２２０、２３０から受け取ったゴルフボールが撮影された映像を用いてゴルフボールの予備飛行データ及び飛行データを計算することができる。予備飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向を含んでもよく、飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などを含んでもよい。統合処理部３００は、一般的にＰＣで構成されるが、必ずしもこれに限定され訳ではなく、飛行物体が撮影された映像を用いて予備飛行データ及び飛行データを計算できるならば、いかなる装置も使用することができる。すなわち、統合処理部３００は、必ずしもＰＣのような別途の装置で構成される必要はなく、演算能力だけ充分であれば、統合制御部２１０に演算ボード又は回路内に演算処理機能を含めて第１高速ビデオカメラシステム２００に含まれた形態として構成されてもよい。

統合処理部３００は、１次撮影領域２０で撮影された飛行物体の映像から予備飛行データを計算することができ、予備飛行データを用いて２次撮影領域３０を設定することができる。予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過する時点に飛行物体が通り過ぎる位置を予測して、これを基準として２次撮影領域を設定することができる。ここで、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まり得る。また、撮影時間Ｔを２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして２次又は３次以降の撮影領域を設定することができる。

統合処理部３００は、１次撮影領域２０で撮影された映像を分析してゴルフボールの飛行速度及び飛行方向などの予備飛行データを計算することができる。本プロセスは、統合制御部２１０にある演算処理装置又はＦＰＧＡを統合処理部３００に設置し、これを用いて計算することができ、計算された飛行速度及び飛行方向などは次の撮影領域の位置を計算するのに使用されてもよい。

また、統合処理部３００は、１次撮影領域２０及び２次撮影領域３０で撮影された飛行物体の映像から飛行データを計算することができる。統合処理部３００で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つは飛行データとして使用されてもよい。

制御部２１５は、高速ビデオカメラ２２０、２３０を制御し、高速ビデオカメラ２２０、２３０で撮影された映像から予備飛行データを計算することができる。そして、処理部３０５では、撮影された映像から飛行データを計算することができる。予備飛行データは飛行物体の飛行速度、飛行方向を含んでもよく、飛行データは飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などを含んでもよい。処理部３０５は、一般的にＰＣで構成されるが、必ずしもこれに限定される訳ではなく、飛行物体が撮影された映像を用いて飛行データを計算できるならば、いかなる装置も使用することができる。

制御部２１５は、１次撮影領域２０で撮影された飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、予備飛行データを用いて２次撮影領域３０を設定することができる。予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過する時点に飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域３０を設定することができる。ここで、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まり得る。また、撮影時間Ｔを２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして２次又は３次以降の撮影領域を設定することができる。

制御部２１５は、１次撮影領域２０で撮影された映像を分析してゴルフボールの飛行速度及び飛行方向などの予備飛行データを計算することができる。本プロセスは、制御部２１５にある自体の演算処理装置又はＦＰＧＡを用いて計算することができ、計算された飛行速度及び飛行方向などは次の撮影領域の位置を計算するのに使用されてもよい。

処理部３０５は、１次撮影領域２０及び２次撮影領域３０で撮影された飛行物体の映像から飛行データを計算することができる。制御部２１５で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つは飛行データとして使用されてもよい。予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データとして使用すれば演算速度を向上させることができ、さらに早く飛行データを得ることができる。

本発明の実施形態により、飛行物体であるゴルフボールの飛行データ、すなわち、飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などは、広く知られた既存の様々な方法などで計算されてもよい。例えば、ゴルフボールの回転量を計算する方式としては、ゴルフボールにマーキング（marking）をした後、順番に撮った映像からマーキングの動きを算出して回転量を計算する方法があり、ゴルフボールに別にマーキングせずにゴルフボールの溝（dimple）の配列を映像処理法で分析し、溝の配列の変化を認識して回転量と回転方向を計算する方法がある。本発明の実施形態では、このような計算法は別に説明しないことにする。

図４では、本発明の実施形態により、室内ゴルフのシミュレーション施設でゴルフボールが飛んで行く映像を見せるためのビームプロジェクタ４００とスクリーン５００が示されている。

本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０及び発射感知カメラ１１０の位置を異にすることができる。高速ビデオカメラ２２０、２３０は、ゴルフボールの飛行映像を撮影するためにカメラのレンズが水平方向を向くように設置されてもよく、場合によっては垂直方向を向いて設置されてもよい。発射感知カメラ１１０の位置は、ゴルフボールが発射されたか否かを感知するものであるから、ゴルフボールの近くに設置されてもよい。ただし、必ずしもゴルフボールの近くに設置されなければならない訳ではなく、ゴルフボールが発射されたか否かを感知できる位置ならば、どこでも構わない。飛行物体が発射前に置くことができる初期位置の領域、及び、飛行物体が発射されたか否かを感知する領域４０を認識できる位置ならば、発射感知カメラ１１０がどこにあろうが本発明を実行することができる。

図５は、本発明の実施形態による高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いた飛行物体の飛行データを測定するための手順図である。図５を参照すると、本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて飛行物体の飛行データを測定する方法は、１次設定段階Ｓ１０、１次撮影段階Ｓ２０、予備計算段階Ｓ３０、２次設定段階Ｓ４０、２次撮影段階Ｓ５０、飛行データ計算段階Ｓ６０を含む。１次設定段階Ｓ１０で飛行物体の一例であるゴルフボールが通り過ぎる領域を１次撮影領域２０と設定し、その次の１次撮影段階Ｓ２０で高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて１次撮影領域２０を通り過ぎるゴルフボールを１回以上撮影し、その次の予備計算段階Ｓ３０で１次撮影段階Ｓ２０で撮影された映像から飛行物体の予備飛行データを計算する。そして、その次の段階である２次設定段階Ｓ４０において前段階で計算された予備飛行データを用いて２次撮影領域３０を設定し、その次の２次撮影段階Ｓ５０で高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて２次撮影領域３０を通り過ぎるゴルフボールを１回以上撮影する。その後、飛行データ計算段階Ｓ６０では１次撮影段階Ｓ２０及び２次撮影段階Ｓ５０で撮影された映像からゴルフボールの飛行データを計算する。下のような方法で飛行物体の飛行データを測定する。

（１）１次設定段階Ｓ１０
本発明の実施形態により、１次設定段階Ｓ１０においては、飛行物体の発射後に飛行物体が通り過ぎる領域を１次撮影領域２０と設定する。図６は、本発明の実施形態による１次撮影領域２０を示す図面である。本発明の実施形態により、１次撮影領域２０は多様に設定することができる。

本発明の実施形態により、１次設定段階Ｓ１０において、飛行物体が通り過ぎる領域として、停止状態にある飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域２０と設定することができる。飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域２０と設定するため、飛行物体を逃さずに飛行物体を撮影して予備飛行データを得ることができる。本発明の実施形態により、飛行予定方向の領域として飛行物体のすぐ前部分を設定することができる。

本発明の実施形態により、飛行物体のすぐ前部分でなく飛行物体を含む一定領域を１次撮影領域２０に設定することができる。飛行物体が停止状態から出発すれば、発射信号生成部１００から発射信号を高速ビデオカメラ２２０、２３０に送ることになり、高速ビデオカメラ２２０、２３０が飛行物体を１次撮影領域２０で１回以上撮影することさえできれば、１次撮影領域２０が出発前の停止状態の飛行物体を含んでも構わない。

本発明の実施形態により、１次撮影領域２０を飛行物体のすぐ前部分でなく、一定の距離を離隔させて設定しても飛行物体を撮影できるならば、１次撮影領域２０に設定することができる。

本発明の実施形態により、飛行物体が通り過ぎる領域が１次撮影領域２０と設定されれば、ゴルフボールの飛行速度及び飛行方向などを考慮してゴルフボールが撮影され得るように１次撮影領域２０の大きさを設定する。

本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０の総撮影領域１０の大きさを単純に２次元的に概略的な計算をすれば、１．５Ｍｐｉｘｅｌ（１２８０×１０２４解像度）のセンサを使用し、１ｃｍ当たり１４個のピクセル（pixel）を有するように高速ビデオカメラレンズを選択すれば、ゴルフボールの直径の長さは約６０ピクセルの解像度を有する。これは、ゴルフボールに表示されたマーキングを認識して回転量を計算するのに十分な解像度である。この時、高速ビデオカメラ２２０、２３０が撮影できる総撮影領域１０の大きさは約９１０×７３０ｍｍであり、これは、飛行するゴルフボールの飛行データ、すなわち飛行速度及び飛行方向などを正確に計算することができる大きさである。

本発明の実施形態により、１次撮影領域２０を３２０×２４０ピクセルと定める場合、１次撮影領域２０の大きさは、１次撮影領域２０の横方向と縦方向でゴルフボールが５個と４個が入り得る大きさであり、ゴルフボールの最大速度（約９０ｍ／ｓ）時に１次撮影領域２０内でゴルフボールを２回以上撮影するためには、約５００ｆｐｓ（frame per second）以上の撮影速度が必要である。高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて最大回転数（約１０,０００ｒｐｍ）を測定するためには、ゴルフボール面に表示されたマーキングが回転して見えない側に移動する前に２〜３回以上撮影できなければならない。例えば、１,０００ｆｐｓで連続撮影する場合、１０,０００ｒｐｍで回転するゴルフボールが各フレーム当たり回転する角度は約６０度である。この場合、１８０度回転する前に３回撮影することができる。したがって、高速ビデオカメラ２２０、２３０の連続撮影速度が１,０００ｆｐｓ以上であれば、最大回転数でもゴルフボールの映像を撮影することができ、最大速度でゴルフボールが発射されても少なくとも２〜３回以上ゴルフボールを撮影することができる。

現在市販されている映像カメラセンサのうち、上のように３２０×２４０の解像度で１,０００ｆｐｓ以上連続撮影可能であり、１．５Ｍｐｉｘｅｌ以上の総解像度を有しつつも撮影領域を自由に設定できる映像カメラセンサはすでに存在しており、多くの映像カメラ製品に使用されている。したがって、本発明の実施形態は、現在販売されている常用製品を使用して十分に実現可能である。

（２）１次撮影段階Ｓ２０
本発明の実施形態により、１次撮影段階Ｓ２０においては、１次撮影領域２０で高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて１回以上撮影する。図７は、１次撮影領域２０で飛行物体が１回以上撮影されることを示す図面である。図７は、２台の高速ビデオカメラ２２０、２３０のうちの１台が１次撮影領域２０で撮影した２つの映像を重ねて示したものである。他の高速ビデオカメラでも類似の映像が示されるだろうし、２台の高速ビデオカメラ２２０、２３０で撮影された映像を組み合わせれば３次元飛行データ情報を得ることができる。

本発明の実施形態により、１次撮影領域２０においてゴルフボールを１回だけ撮影することができる。ゴルフボールを１回撮影する場合には、ゴルフボールの発射前の初期位置におけるゴルフボール映像と比較して飛行速度及び飛行方向などを計算することになる。この場合、ゴルフクラブとゴルフボールとが出会う瞬間にゴルフボールの圧縮及び膨張、ゴルフボールの滑りなど物理的現象によって計算値が多少不正確であることがある。

本発明の実施形態により、ゴルフボールを２回以上の回数で撮影した場合には、発射後の飛行中であるゴルフボールの映像が考慮されるので、予備飛行データがさらに正確に計算され得る。したがって、本発明の実施形態により、１次撮影段階Ｓ２０では１回以上多様に撮影され得る。

（３）予備計算段階Ｓ３０
本発明の実施形態により、予備計算段階Ｓ３０においては、１次撮影段階Ｓ２０で撮影された映像から飛行物体の予備飛行データを計算する。ここで、予備飛行データを「所定の撮影時間Ｔの後に飛行物体が通り過ぎる位置を計算するために、１次撮影段階Ｓ２０で撮影された映像から算出されたデータ」と定義することができる。

本発明の実施形態により、統合制御部２１０、統合処理部３００及び制御部２１５は、１次撮影領域２０で撮影された映像を分析し、ゴルフボールの飛行速度及び飛行方向などの予備飛行データを計算する。本プロセスは、統合制御部２１０、統合処理部３００及び制御部２１５にある演算処理装置又はＦＰＧＡを用いて計算することができ、計算された飛行速度及び飛行方向などは次の撮影領域の位置を計算するのに使用されるので、次の撮影領域の境界内にゴルフボールが位置され得る程度の正確度だけあれば充分である。また、予備計算段階Ｓ３０で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが飛行データ計算段階Ｓ６０における飛行データとして使用することができる。飛行データ計算段階Ｓ６０では、１次撮影段階Ｓ２０及び２次撮影段階Ｓ５０で撮影された映像から飛行物体の飛行データを計算するが、この時、予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データ計算段階Ｓ６０における飛行データとして使用すれば演算速度を向上させることができ、さらに速く飛行データを得ることができる。

（４）２次設定段階Ｓ４０
本発明の実施形態により、２次設定段階Ｓ４０においては、予備飛行データを用いて２次撮影領域３０を設定する。図８は、本発明の実施形態による１次撮影段階Ｓ２０で撮影された映像から２次撮影領域３０を設定する例を示す図面である。

本発明の実施形態により、設定された撮影時間（すなわち、予め指定されるか又は予備飛行データから計算によって決まった撮影時間）にゴルフボールが通り過ぎる位置を計算すると、次の通りである。本発明の実施形態においては、ゴルフボールが総撮影領域１０で直線及び等速で飛行すると仮定する。図８でゴルフボールのＸとＹ方向速度は、それぞれ
Ｖｘ＝（ｘ２−ｘ１）／Δｔ１
Ｖｙ＝（ｙ２−ｙ１）／Δｔ１
である。ここで、Δｔ１は、ゴルフボールを連続で撮影した時間間隔である。設定された撮影時間Ｔが１次撮影領域２０における最初の撮影時間よりΔｔ２以降であれば、その時ゴルフボールが通り過ぎる位置は、
Ｘ３＝ｘ１＋Ｖｘ×Δｔ２
Ｙ３＝ｙ１＋Ｖｙ×Δｔ２
である。したがって、２次撮影領域３０は、Ｘ３、Ｙ３地点を基準として３２０×２４０ピクセルの大きさの領域を示す。これが２次撮影領域３０と設定され、Δｔ２が経過する時、高速ビデオカメラ２２０、２３０が２次撮影領域３０を撮影し、飛行するゴルフボールの映像を得る。２次撮影領域３０の大きさは、予備飛行データをどれだけ正確に計算できるかによって変更され得る。

本発明の実施形態により、他の方法を用いて２次撮影領域３０の位置を計算することができ、これを基準として多様なピクセルの大きさで２次撮影領域３０を設定することができ、これは、本発明の２次設定段階Ｓ４０に含まれる。

（５）２次撮影段階Ｓ５０
本発明の実施形態により、２次撮影段階Ｓ５０においては、２次撮影領域３０において高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて１次撮影領域２０での最初の撮影時間よりΔｔ２時間が経過した時点で１回以上撮影する。１次撮影段階Ｓ２０と同一の方法で撮影されてもよい。

（６）飛行データ計算段階Ｓ６０
本発明の実施形態により、飛行データ計算段階Ｓ６０においては、統合制御部２１０、統合処理部３００及び処理部３０５が１次撮影段階Ｓ２０及び２次撮影段階Ｓ５０で撮影された映像を用いて飛行物体の飛行データを計算する。本発明の実施形態により、飛行物体であるゴルフボールの飛行データ、すなわち、飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などは、広く知られた既存の様々な方法などで計算されてもよい。

本発明の実施形態により、１次撮影領域２０において様々なフレームを高速撮影して取得された映像は、統合制御部２１０、統合処理部３００及び処理部３０５で今後ゴルフボールの回転速度などを正確に計算するのに使用することができ、理論的にゴルフボールの飛行速度及び飛行方向なども全て計算することができる。しかし、１次撮影領域２０で取得した映像だけで飛行データを計算する場合、小さい領域で飛行速度及び飛行方向などが計算されるので、瞬間瞬間のゴルフボールの位置の誤差は、飛行速度及び飛行方向などを計算するのに相対的に大きい影響を及ぼすことになる。ゴルフボールの回転数が高い場合には、高速で撮影してこそ正確な飛行データを得ることができる。ただし、ゴルフボールの回転数が低い場合にも、ゴルフボールの回転数が高い場合のように高速撮影をすることになれば、フレームとフレームの間にゴルフボールに表示されたマークの動きが小さくてマークの位置の誤差が回転量の計算にさらに大きく影響を及ぼす。このような問題を解決するために、１次撮影領域２０以降に時間がもう少し過ぎた後、ゴルフボールの位置が少し遠ざかった時に追加でゴルフボールを撮影し、撮影されたゴルフボールの映像を考慮してゴルフボールの飛行速度、飛行方向などを計算する場合、正確度が向上した飛行データを得ることができる。また、ゴルフボールが低い回転数で回転する場合にも正確な飛行データを得ることができる。

このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、１次撮影段階Ｓ２０及び２次撮影段階Ｓ５０で必要な分だけ撮影するため、撮影された映像データの大きさが小さく、大容量の映像データ格納空間を必要としない。

本発明の一実施形態により、予備計算段階Ｓ３０で計算された予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが、飛行データ計算段階Ｓ６０における飛行データとして使用することができる。飛行データ計算段階Ｓ６０では、１次撮影段階Ｓ２０及び２次撮影段階Ｓ５０で撮影された映像から飛行物体の飛行データを計算するが、この時、予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つを飛行データ計算段階Ｓ６０における飛行データとして使用すれば演算速度を向上させることができ、さらに速く飛行データを得ることができる。

図９は、本発明の実施形態により、高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて飛行物体の飛行データを測定するために、１次撮影段階Ｓ２０以前に発射感知カメラ１１０を用いて飛行物体が発射されたか否かを感知する発射感知段階Ｓ０５をさらに含むことを示す手順図である。

本発明の実施形態により、本発明は、１次撮影段階Ｓ２０以前に発射感知段階Ｓ０５をさらに含む。発射感知段階Ｓ０５では、１次撮影段階Ｓ２０以前に発射感知カメラ１１０を用いて飛行物体の発射を感知する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、別に発射感知カメラ１１０を用いるため、高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて飛行物体の発射を感知してから３Ｄ映像を取得する用途でカメラを切換えて使用する必要がない。

本発明の実施形態により、発射感知カメラ１１０は、飛行物体が飛行する映像を撮影する必要なく飛行物体が初期に置かれ得る領域だけ観察すればよいので、高速ビデオカメラ２２０、２３０と解像度が同じか又はさらに小さいカメラを使用することができる。

本発明の実施形態により、発射感知カメラ１１０の位置は、ゴルフボールが発射されたか否かを感知できる位置であればどこでも構わず、飛行物体が発射されたか否かを感知する領域４０を認識できる位置であれば発射感知カメラ１１０がどこにあろうが本発明を実行することができる。

本発明の実施形態により、ゴルフボールが初期位置に置かれて１次撮影領域２０が設定されれば、発射感知カメラ１１０はゴルフボールの小さい面積又はゴルフボールの直ぐ前の小さい面積を超高速でモニタリング（monitoring）する。発射感知カメラ１１０は、モニタリングする面積に一定の値以上の変化が発生すれば、発射信号を発生させて高速ビデオカメラ２２０、２３０に伝達する。

高速ビデオカメラ２２０、２３０が発射信号を受け取れば、高速ビデオカメラ２２０、２３０が１次撮影領域２０を予め決めた撮影速度（例えば、１,０００ｆｐｓ以上）で１回以上連続撮影をする。

本発明の実施形態により、発射感知段階で発射感知カメラ１１０を用いずに高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて飛行物体の発射を感知することができる。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて発射を感知するため、別途の発射感知カメラ１１０を設置する必要がなく、設計が簡便になって製作費用も節減することができる。この場合には、高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いて飛行物体の発射を感知してから３Ｄ映像を取得する用途でカメラを切換えて使用する必要がある。

本発明の実施形態により、予備飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向を含み、飛行データは、飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向などを含む。ゴルフボールの場合、飛行物体が発射後も直線運動をすると仮定することができるので、予備飛行データは、飛行速度と飛行方向だけ求めても、与えられた時点に飛行物体が通り過ぎる位置を計算することができる。このような本発明の飛行物体の予備飛行データは、カメラ制御システムの自体の演算処理装置又はＦＰＧＡなどを用いて非常に速く計算することができるため、飛行物体が飛行する間にリアルタイムで計算することができる。

本発明の実施形態により、予備飛行データは、統合制御部２１０、統合処理部３００及び制御部２１５で計算することができる。

本発明の実施形態により、２次設定段階Ｓ４０において、予備飛行データを用いて所定の撮影時間Ｔが経過すれば飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域３０を設定する。このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、予備飛行データを用いて飛行物体の位置を予測し、これを基準として２次撮影領域３０を設定して該当領域でのみ撮影するため、飛行物体が通り過ぎる全領域を撮影する必要がなくなる。

本発明の実施形態により、撮影時間Ｔは、予め指定されるか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まる。

本発明の実施形態により、撮影時間Ｔを予め指定する方法としては、ユーザが統合制御部２１０、統合処理部３００及び制御部２１５に入力して指定することができる。撮影時間Ｔ及び連続撮影回数などの撮影回数は、最も正確な飛行データを計算できる飛行映像が確保され得るように決まらなければならないが、飛行データの範囲が大きければ撮影時間Ｔが妥協的に決まる場合が多い。ゴルフボールの場合、ドライバーでゴルフボールを高速で打った時、撮影範囲を外れないように撮影時間Ｔを決めれば、ゴルフボールを低速で打った時はゴルフボールの移動距離が小さく、ゴルフボールの飛行速度及び飛行方向を計算するにあたって誤差が大きくなることがある。このような問題点を解決するための一つの方法としては、撮影領域をもう一つ作って、低速で移動中であるゴルフボールが十分に移動した後、撮影が追加的に成されるように作る方法がある。このような方法以外にも、ユーザの用途に合うように、撮影時間Ｔは多様に決まってもよい。

本発明の実施形態により、撮影時間Ｔを予備飛行データから計算によって決まる場合には、撮影時間Ｔを飛行物体の飛行状況に応じて可変的に定めることができる長所がある。ゴルフボールの場合、ゴルフボールの速度に応じて移動距離が全撮影領域内にありながらも最大で移動できる距離Ｓほどゴルフボールが飛行すれば撮影され得るように、撮影時間Ｔを簡単な方程式、すなわちＴ＝Ｓ／Ｖに定めることができる。(Ｖは、予備飛行データのうちゴルフボールの飛行速度である)。この場合、ゴルフボールの飛行速度がどんな値でも、発射後に移動距離Ｓほどゴルフボールが移動すれば撮影が成される。このような方法以外にも、ユーザの用途に応じて多様な計算方法で撮影時間Ｔを定めることができる。

このような本発明の飛行物体の飛行データ測定方法は、２次撮影領域３０の位置を設定するために所定の撮影時間Ｔが必要であり、撮影時間は予め指定されるか又は予備飛行データから計算されるため、複雑な装備なしに簡単に２次撮影領域３０の位置を設定することができる。

図１０は、撮影時間Ｔを２つ以上指定して２次又は３次以降の撮影領域を設定した場合、これを示す図面である。本発明の実施形態により、２次設定段階Ｓ４０では所定の撮影時間Ｔを２つ以上予め指定するか又は予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして２次又は３次以降の撮影領域を設定することができる。３次以上の撮影領域が必要な場合、撮影時間Ｔを予め指定するか又は飛行物体の予備飛行データから計算によって決まる時、撮影時間Ｔを２つ以上決まるようにすることで、２次、３次又はそれ以上の撮影領域を設定することができる。すなわち、撮影時間Ｔを１次撮影領域２０における最初の撮影時間よりΔｔ２、Δｔ３又はそれ以上決まるようにして、２次、３次又はそれ以上の撮影領域を設定することができる。

本発明の実施形態により、又は、飛行物体の飛行条件により、撮影時間Ｔを２つ以上任意に指定できるようにすることで、２次又は３次以降の撮影領域を任意に設定することができ、各飛行環境に合う正確な飛行データを得ることができる。

本発明の実施形態により、予備飛行データを計算する方法は、統合制御部２１０、統合処理部３００及び制御部２１５にある演算処理装置又はＦＰＧＡを用いて計算することができ、最終的に飛行データを計算する方法としては、広く知られた既存の３次元ステレオ映像処理方法で計算することができる。本発明の実施形態により、ゴルフボールの回転量を計算する方法でゴルフボールにマーキングし、マーキングの動きを算出して回転量を計算することができ、ゴルフボールの溝（dimple）の配列を映像処理法で分析し、ゴルフボールの回転量と回転方向を計算することができる。その他、多様な方法が本発明の実施形態に適用され得る。このような本発明の飛行データ測定方法は、予備飛行データ、飛行データを計算する方法として多様な方法を用いることができるため、飛行データの飛行条件に応じて多様な計算方法を選択して適用することができる。

上のように、本発明の実施形態による高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いた飛行物体の飛行データ測定方法は、飛行物体を撮影するために高速ビデオカメラ２２０、２３０が、総撮影領域１０を同一の時間間隔で撮影する既存の方法に比べて、設定された撮影時間に飛行物体が通り過ぎる小さい領域だけ撮影するので、撮影された映像データの大きさが相対的に非常に小さくて伝送時間が短く、映像処理のための演算速度が速く、映像データ格納空間もまた大容量を必要としない効果がある。さらに、１次撮影段階Ｓ２０以降、所望する時期に飛行物体を撮影することができ、飛行物体の飛行速度と飛行方向などに応じて最適な撮影時間を定めることができる。

また、相対的に低い仕様の高速ビデオカメラセンサ及び演算処理装置で高価なカメラ仕様及び演算処理装置の機能を具現できるので、設備原価を低くする効果がある。

図１〜図１０で説明した本発明の実施形態による高速ビデオカメラを用いた飛行物体の飛行データ測定方法は、多様なコンピュータの構成要素を通じて実行され得るプログラム命令語の形態で具現され、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録され得る。前記コンピュータで読取可能な記録媒体は、プログラム命令語、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含んでもよい。

前記コンピュータで読取可能な記録媒体に記録されるプログラム命令語は、本発明のために特に設計されて構成されたものであるか、又は、コンピュータソフトウェア分野の当業者に公示されて使用可能なものであってもよい。

コンピュータで読取可能な記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスク（floptical disk）のような光磁気媒体（magneto-optical media）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令語を格納して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令語の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを使用してコンピュータによって実行され得る高級言語コードも含まれる。前記ハードウェア装置は、本発明による処理を実行するために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。

以上、本発明の実施形態による高速ビデオカメラ２２０、２３０を用いた飛行物体の飛行データ測定装置及び方法、及びこれを遂行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体に対して図面を参照して説明したが、前記説明は例示的なものとして本発明の技術的思想を外れない範囲において当該技術分野における通常の知識を有する者によって修正及び変更され得るだろう。したがって、このような修正と変更に係る内容は、本発明の範囲に含まれると解釈されなければならないだろう。

１０ 総撮影領域
２０ １次撮影領域
３０ ２次撮影領域
３５ ３次撮影領域
４０ 飛行物体が発射されたか否かを感知する領域
５０ 飛行物体の飛行方向
６０ Ｔ１の時の飛行物体の位置
７０ Ｔ２の時の飛行物体の位置
８０ Ｔ３の時の飛行物体の予想位置
９０ Ｔ４の時の飛行物体の予想位置
１００ 発射信号生成部
１１０ 発射感知カメラ
２００ 第１高速ビデオカメラシステム
２２００ 第２高速ビデオカメラシステム
２１０ 統合制御部
２１５ 制御部
２２０ 高速ビデオカメラ１
２３０ 高速ビデオカメラ２
３００ 統合処理部
３０５ 処理部
４００ ビームプロジェクタ
５００ スクリーン
６００ 通信線
７００ ゴルフボール
８００ マット

Claims (18)

1. 飛行物体が発射されたか否かを判断し、飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生する発射信号生成部と、
   前記発射信号生成部から信号が発生された後に前記飛行物体を撮影する高速ビデオカメラ及び統合制御部を含む第１高速ビデオカメラシステムと、
   を含み、
   前記高速ビデオカメラは、総撮影領域内で任意に所望する位置に小さい撮影領域を指定して撮影する機能を備え、
   前記統合制御部は、前記飛行物体が発射された後に前記飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域に設定し、前記設定された１次撮影領域で前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影するようにし、前記１次撮影領域で撮影された前記飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、前記予備飛行データを用いて２次撮影領域の位置を設定し、前記設定された２次撮影領域で前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影するようにし、
   前記統合制御部は、前記高速ビデオカメラを制御し、前記高速ビデオカメラで撮影された映像から飛行データを計算し、
   前記１次撮影領域及び前記２次撮影領域は、前記高速ビデオカメラの総撮影領域内の前記総撮影領域よりも小さい大きさの撮影領域であり、
   前記予備飛行データは、前記飛行物体の飛行速度、飛行方向を含む、飛行物体の飛行データ測定装置。
2. 飛行物体が発射されたか否かを判断し、飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生する発射信号生成部と、
   前記発射信号生成部から信号が発生された後に前記飛行物体を撮影する高速ビデオカメラ及び制御部を含む第２高速ビデオカメラシステムと、
   前記高速ビデオカメラで撮影された映像から飛行データを計算する処理部と、
   を含み、
   前記高速ビデオカメラは、総撮影領域内で任意に所望する位置に小さい撮影領域を指定して撮影する機能を備え、
   前記制御部は、前記高速ビデオカメラを制御し、前記高速ビデオカメラで撮影された映像から予備飛行データを計算し、
   前記制御部は、前記飛行物体が発射された後に前記飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域に設定し、前記設定された１次撮影領域で前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影するようにし、前記１次撮影領域で撮影された前記飛行物体の映像から予備飛行データを計算し、前記予備飛行データを用いて２次撮影領域の位置を設定し、前記設定された２次撮影領域で前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影するようにし、
   前記１次撮影領域及び前記２次撮影領域は、前記高速ビデオカメラの総撮影領域内の前記総撮影領域よりも小さい大きさの撮影領域であり、
   前記予備飛行データは、前記飛行物体の飛行速度、飛行方向を含む、飛行物体の飛行データ測定装置。
3. 前記飛行データは、前記飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
4. 前記予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが前記飛行データとして使用されることを特徴とする、請求項３に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
5. 前記発射信号生成部は、発射感知カメラを用いて前記飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生させる、請求項１または２に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
6. 前記発射信号生成部は、高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体が発射されたものと判断されれば信号を発生させる、請求項１または２に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
7. 前記予備飛行データを用いて所定の撮影時間（Ｔ）が経過する時点に前記飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として２次撮影領域を設定することを特徴とする、請求項１または２に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
8. 前記撮影時間（Ｔ）は、予め指定されるか又は前記飛行物体の予備飛行データから計算によって決まることを特徴とする、請求項７に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
9. 前記撮影時間（Ｔ）は、２つ以上予め指定するか又は前記予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして、２次又は３次以降の撮影領域を設定することを特徴とする、請求項８に記載の飛行物体の飛行データ測定装置。
10. 高速ビデオカメラを用いて飛行物体の飛行データを測定する方法であって、
    （ａ）前記飛行物体が発射された後に前記飛行物体の飛行予定方向の領域を１次撮影領域に設定する１次設定段階と、
    （ｂ）前記設定された１次撮影領域において前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影する１次撮影段階と、
    （ｃ）前記１次撮影段階で撮影された映像から前記飛行物体の予備飛行データを計算する予備計算段階と、
    （ｄ）前記予備飛行データを用いて２次撮影領域を設定する２次設定段階と、
    （ｅ）前記設定された２次撮影領域において前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体を１回以上撮影する２次撮影段階と、
    （ｆ）前記１次撮影段階及び前記２次撮影段階で撮影された映像から前記飛行物体の飛行データを計算する飛行データ計算段階と、
    を含み、
    前記高速ビデオカメラは、総撮影領域内で任意に所望する位置に小さい撮影領域を指定して撮影する機能を備え、
    前記１次撮影領域及び前記２次撮影領域は、前記高速ビデオカメラの総撮影領域内の前記総撮影領域よりも小さい大きさの撮影領域であり、
    前記予備飛行データは、前記飛行物体の飛行速度、飛行方向を含むことを特徴とする、飛行物体の飛行データ測定方法。
11. 前記予備計算段階で計算された前記予備飛行データのうちの少なくともいずれか一つが前記飛行データ計算段階における前記飛行データとして使用されることを特徴とする、請求項１０に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
12. 前記１次撮影段階以前に発射感知カメラを用いて前記飛行物体の発射を感知する発射感知段階、をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
13. 前記１次撮影段階以前に前記高速ビデオカメラを用いて前記飛行物体の発射を感知する発射感知段階、をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
14. 前記飛行データは、前記飛行物体の飛行速度、飛行方向、回転速度及び回転方向を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
15. 前記２次設定段階において、前記予備飛行データを用いて所定の撮影時間（Ｔ）が経過すれば前記飛行物体が通り過ぎる位置を予測し、これを基準として前記２次撮影領域を設定することを特徴とする、請求項１０に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
16. 前記撮影時間（Ｔ）は、予め指定されるか又は前記飛行物体の予備飛行データから計算によって決まることを特徴とする、請求項１５に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
17. 前記２次設定段階において、所定の撮影時間（Ｔ）を２つ以上予め指定するか又は前記予備飛行データから計算によって２つ以上決まるようにして、２次又は３次以降の撮影領域を設定することを特徴とする、請求項１６に記載の飛行物体の飛行データ測定方法。
18. 請求項１０ないし１７のいずれか１つによる飛行物体の飛行データ測定方法を実行するためのプログラムを記録したコンピュータで読取可能な記録媒体。

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