JP6500598B2

JP6500598B2 - 飛翔体測定装置、飛翔体測定方法、及びプログラム

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Publication number: JP6500598B2
Application number: JP2015106359A
Authority: JP
Inventors: 直士宮下; 三枝　宏; 宏三枝
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2019-04-17
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: JP2016218014A

Description

本発明は、表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体測定装置
、飛翔体測定方法、及びプログラムに関する。

現在、ゴルフボールやテニスボールや野球のボールの飛翔体の飛翔挙動の測定が行われている。例えば、ゴルフクラブ等によるインパクト直後のゴルフボールの飛翔挙動の画像測定が行われており、この測定をもとに、ゴルフボールの飛距離をシミュレーションすることが行われている。

画像測定によるゴルフボールの飛翔挙動のうち、移動速度および移動方向については、所定時間間隔をあけて飛翔するゴルフボールを撮像し、各ゴルフボールの画像の輪郭を抽出し、各輪郭の重心を求め、各重心点間の距離および、重心の移動角度を測定することにより、ゴルフボールの移動速度および角度（移動方向）を求める。

また、ゴルフボールの回転運動を含めたゴルフボールの飛翔挙動を測定する測定装置および測定方法が種々提案されている。例えば、以下の飛翔体測定装置が知られている（特許文献１）。
すなわち、飛翔体測定装置は、撮像部と、画像情報算出手段と、回転量算出手段とを有する装置である。撮像部は、飛翔体を所定の時間間隔あけて撮像する。画像情報算出手段は、撮像して得られる撮像時刻が異なる第１の飛翔体および第２の飛翔体の像を含んだ画像から、第１の飛翔体の像としての第１の輪郭領域を検出し、第１の輪郭領域の少なくとも一部の領域における第１の飛翔体の像の第１の画像情報を求め、さらに、第２の飛翔体の像としての第２の輪郭領域を検出し、第２の輪郭領域の少なくとも一部の領域における第２の飛翔体の像の第２の画像情報を求める。回転量算出手段は、第１の画像情報を第１の仮想球体の表面に、第２の画像情報を第２の仮想球体の表面に写像するとともに、第１の仮想球体に回転処理を施すことによって第１の仮想球体の表面上の第１の画像情報と、第２の仮想球体の表面上の第２の画像情報との相関が最も高くなるときの前記回転処理に用いる回転量を求める。これによって、ゴルフボールの回転速度を、高精度、かつ容易にを求めることができる、とされている。

特開２００５−２９１８２４号公報

しかし、画像情報算出手段で求められる第１の画像情報と第２の画像情報には、ゴルフボールのロゴマーク等の情報が含まれているので、ゴルフボールの像の濃度パターンを用いて、一方の画像情報を回転処理して他の画像情報との相関を算出することはできるが、２つの画像情報の相関を精度良く求める程度に十分な画像情報を得ることはできない。このため、相関によって得られる回転量は、必ずしも精度の高いものではなかった。したがって、相関を精度良く求めることができる程度に、取得された画像情報を画像処理する手法を用いることが好ましい。しかし、同じ飛翔体の２つの像の画像情報が精度のよい相関を得ることができる程度に画像処理を行う手法は現在知られていない。

そこで、本発明は、表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定するとき、
飛翔体の像中の画像情報を画像処理して、飛翔体の回転速度を精度良く算出することができる、飛翔体測定装置、飛翔体測定方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体測定装置である。当該飛翔体測定装置は、
飛翔体を、時間間隔をあけて撮像する撮像部と、
撮像により得られた飛翔体の像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、フィッティング後の前記凸関数式から前記表面対応部分の第２の階調値を算出し、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出する画像処理部と、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角を算出し、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度を算出する演算部と、を有する。

前記画像処理部は、前記飛翔体の像の仮中心を定め、前記仮中心を中心点とする同心円の円周上に位置する画素の第１の階調値を平均した平均階調値を前記中心点からの距離で表した階調分布を作成することを、前記仮中心を繰り返し定める度に行なって複数の階調分布を定め、定めた複数の前記階調分布における分布幅が最も小さいときの仮中心の位置を、飛翔体の中心に対応する前記像中の中心対応位置に定める、ことが好ましい。

前記画像処理部は、作成した複数の前記階調分布における分布幅が最も小さいときの前記分布幅の寸法を前記飛翔体の半径として、前記像の外延を定める、ことが好ましい。

前記像のそれぞれに対して求めた前記飛翔体の半径が互いに異なるとき、前記飛翔体の像の外延の大きさが一致するように、前記像の少なくとも１つを拡大あるいは縮小し、拡大あるいは縮小した前記像を用いて、前記マーク対応領域の抽出を行なう、ことが好ましい。

前記画像処理部は、記第１の階調値から前記第２の階調値を減算した後、減算した結果に対して二値化処理を施して前記マーク対応領域を抽出し、
前記二値化処理では、前記マーク対応領域の面積が前記像の面積の１０％以下となるように、前記二値化処理の閾値を定める、ことが好ましい。

前記凸関数式は、前記像の位置座標をｘ及びｙで表す直交座標系であらわしたとき、前記飛翔体の像の中心位置からの距離が大きくなる程値を低下させる項と、前記像の位置座標ｘと前記像の中心位置の位置座標ｘｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項と、前記像の位置座標ｙと前記像の中心位置の位置座標ｙｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項を、乗算した式である、ことが好ましい。

前記演算部は、前記像の中の前記マーク対応領域のみを移動させて前記マーク対応領域同士のパターンマッチングを行なうことにより、前記回転角を算出する、ことが好ましい。

前記飛翔体は、表面に複数のディンプルが設けられ、文字、数字及び記号のすくなくとも１つが前記マークとして表面に記されたゴルフボールである、ことが好ましい。

さらに、本発明の他の一態様は、表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体測定方法である。当該飛翔体測定方法は、
飛翔体を、時間間隔をあけて撮像するステップと、
撮像により得られた飛翔体の像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、前記凸関数式からフィッティング後の前記表面対応部分の第２の階調値を算出し、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出するステップと、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角を算出し、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度を算出するステップと、を有する。

さらに、本発明の他の一態様は、表面にマークの付された球状の飛翔体の像から飛翔体の回転速度を算出することを、コンピュータに実行させるプログラムである。当該プログラムは、
表面にマークの付された球状の飛翔体を時間間隔をあけて撮像して得られる飛翔体の像をメモリに記憶する手順と、
前記メモリに記憶した前記像を呼び出して、前記像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、前記凸関数式からフィッティング後の前記表面対応部分の第２の階調値をコンピュータに算出させ、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域をコンピュータに抽出させる手順と、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角をコンピュータに算出させ、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度をコンピュータに算出させる手順と、を有する。

上述の飛翔体測定装置、飛翔体測定方法、及びプログラムによれば、飛翔体の像中の画像情報を画像処理して、飛翔体の回転速度を精度良く算出することができる。

本実施形態の飛翔体測定装置の構成を説明する図である。本実施形態の飛翔体測定方法のフローの一例を示す図である。（ａ），（ｂ）は、ゴルフボールの像の外縁を求める方法を説明する図である。（ａ），（ｂ）は、本実施形態で行なう凸関数式を用いたフィッティングの一例を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態で行なわれた画像処理結果の一例を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、二値化処理をした従来のゴルフボールの像の結果の例を示す図である。

以下、本発明の飛翔体測定装置、飛翔体測定方法、及びプログラムについて添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態の飛翔体測定装置（以降、単に装置という）１０の構成を説明する図である。装置１０は、表面にマークの付されたゴルフボールＧの飛翔挙動を測定する飛翔体測定装置である。図２は、装置１０が行う飛翔体測定方法のフローを示す図である。以降、装置１０の構成を説明しつつ、飛翔体測定方法についても説明する。ゴルフボールＧは、表面に複数のディンプルが設けられ、文字、数字及び記号のすくなくとも１つがマークとして表面に記されたゴルフボールであることが好ましい。なお、本実施形態では、ゴルフボールＧを例にして説明するが、テニスボール、野球のボール、卓球のボール等であってもよい。

装置１０は、撮像部１２と、データ処理装置１４とを含む。
撮像部１２は、ゴルフボールＧを、時間間隔をあけて撮像する部分で、例えば、高速度カメラ等が用いられる。１回の撮像時の露光時間は５〜２０μ秒であることが好ましく、上記時間間隔は１〜４ｍ秒であることが、ゴルフボールの回転速度を正確に求める上で好ましい。このような撮像部１２は、ゴルフボールＧの像を含んだ画像を得た後、後述するデータ処理装置１４に送り、データ処理装置１４のＲＡＭ１８に記録される（ステップＳ１０）。なお、図示されないが、ゴルフボールを照明するための照明光源がゴルフボールＧの飛翔予想経路上に設けられる。
本実施形態では、飛翔するゴルフボールの像を１画像ずつ得るが、１画像に時間間隔をあけて撮像して２つのゴルフボールの像が得られるように、撮像してもよい。また、複数の鏡を用意して、ゴルフボールを側方、及び上方あるいは下方から見たゴルフボールＧの像を１つの画像に収めてもよい。少なくとも、時間間隔をあけて撮像された２つのゴルフボールＧの像が得られればよい。

データ処理装置１４は、コンピュータによって構成された装置であり、ＣＰＵ１６、ＲＡＭ１８、ＲＯＭ２０、及び入出力部２２を備えている。入出力部２２には、撮像部１２と、マウスやキーボード等の入力操作系２４と、ディスプレイ２６と、が接続されている。
ＲＯＭ２０には、プログラムが記憶されており、このプログラムを呼び出して実行することにより、画像処理部２８と演算部３０が形成される。すなわち、画像処理部２８と演算部３０は、実質的な処理演算をＣＰＵ１６が司る構成のソフトウェアモジュールである。ＲＡＭ１８には、撮像部１２から送られた画像が記憶保持され、また処理演算結果のデータが随時記憶保持される。

画像処理部２８は、撮像部１２によって時間間隔をあけて撮像されて得られるゴルフボールＧの像のそれぞれに対して、画像処理を施した後、ゴルフボールＧの表面にあるマークを抽出する部分である。具体的には、画像処理部２８は、撮像部１２によって得られたゴルフボールＧの像を含んだ画像の中から、ゴルフボールＧの像を取り出すために、ゴルフボールＧの像中の、ゴルフボールＧの中心に対応する中心対応位置を定める。好ましくは、画像処理部２８は、ゴルフボールＧの像の仮中心を定め、この仮中心を中心点とする同心円の円周上に位置する画素の第１の階調値を平均した平均階調値を中心点からの距離で表した階調分布を作成することを、仮中心を繰り返し定める度に行なって複数の階調分布を定め、定めた複数の階調分布における分布幅が最も小さいときの仮中心の位置を、ゴルフボールＧの像中の中心対応位置に定める（ステップＳ２０）。図３（ａ），（ｂ）は、ゴルフボールＧの像の仮中心と階調分布の一例を示す図である。図３（ａ）には、仮中心Ａ，Ｂが示され、図３（ｂ）には、仮中心Ａ，Ｂにおける階調分布が示されている。図３（ｂ）の例では、仮中心Ａの階調分布の分幅Ｗが最も小さくなるので、仮中心Ａの位置をゴルフボールＧの像中の中心対応位置と定める。分布幅Ｗは、平均階調値が所定の閾値（例えば、最大平均階調値の１〜１０（％）の範囲内の値）を横切る位置の、仮中心からの距離をいう。

さらに、画像処理部２８は、作成した複数の階調分布における分布幅が最も小さいときの分布幅Ｗの寸法をゴルフボールＧの半径として、ゴルフボールＧの像の外延を定めることが好ましい。この外延を定める（ステップＳ２０）ことにより、以降で行なう画像処理を処理の負荷をかけずに行うことができる。

この後、画像処理部２８は、外延が定められたゴルフボールＧの像の第１の階調値を、所定の凸関数式でフィッティングする（ステップＳ３０）。凸関数式は、最大値を有し、最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式である。例えば、凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）＝（ｒ_ｂ ^ｎ−ｒ^ｎ）(Ａ＋Ｂ・δｘ＋Ｃ・δｙ＋Ｄ・δｘ・δｙ)＋Ｅが用いられる。ここで、ｘ、ｙはゴルフボールＧのＸ−Ｙ直交座標系における位置座標であり、ｒ_ｂは上記方法で求められたゴルフボールＧの半径であり、ｒは中心対応位置からの距離であり、ｎは、２以上の実数であり、δｘは注目するＸ軸の位置座標ｘから中心対応位置のＸ軸の位置座標ｘｃを引いた差分であり、δｙは注目するＹ軸の位置座標ｙから中心対応位置のＹ軸の位置座標ｙｃを引いた差分である。このように、凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）は、ゴルフボールＧの像の位置座標をｘ及びｙで表す直交座標系であらわしたとき、ゴルフボールＧの像の中心位置（中心対応位置）からの距離が大きくなる程値を低下させる項と、ゴルフボールＧの像のＸ軸の位置座標ｘと像の中心位置（中心対応位置）のＸ軸の位置座標ｘｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項と、像のＹ軸の位置座標ｙと像の中心位置（中心対応位置）のＹ軸の位置座標ｙｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項を、乗算した式であることが好ましい。なお、凸関数式中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、値が未知のパラメータであり、上記フィッティングにより値が得られるものである。フィッティングは、凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）の値が第１の階調値に最も近似するように、具体的には、最小二乗近似するように、パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの値を抽出することをいう。なお、凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）には、Ｂ・δｘ＋Ｃ・δｙ＋Ｄ・δｘ・δｙといったように、Ｘ座標の差分δｘ及びＹ座標の差分δｙが含まれている。これは、照明の仕方によっては、中心対応位置においてゴルフボールＧの像の第１の階調値が最大とならず、オフセットする場合を考慮したからである。

画像処理部２８は、さらに、上記フィッティングした凸関数式からフィッティング後の表面対応部分の第２の階調値を算出し、第１の階調値から第２の階調値を減算する。さらに、減算後のデータを、二値化処理する。二値化処理に用いる閾値は、予め定められた値であり、この値は、ゴルフボールＧの像にできるディンプルによる階調変化を除去してゴルフボールＧの表面に付されているマークのみを抽出するように定められる。例えば、二値化処理では、マーク対応領域の面積がゴルフボールＧの像の面積の１０％以下となるように二値化処理の閾値を定めることが、精度のよいマーク対応領域同士のパターンマッチングを行なうことができる点から好ましい。このようにして、画像処理部２８は、ゴルフボールＧの表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出する（ステップＳ４０）。

なお、画像処理部２８において、ゴルフボールＧの像のそれぞれに対して求めたゴルフボールＧの半径が互いに異なるとき、ゴルフボールＧの像の外延の大きさが一致するように、ゴルフボールＧの像の少なくとも１つを拡大あるいは縮小し、拡大あるいは縮小した像を用いて、マーク対応領域の抽出を行なうことが、後述する回転角を精度良く求める点から好ましい。

図４（ａ）は、ゴルフボールＧの第１の階調値の一例を示す図である。図４（ｂ）は、上記凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）の形状の一例を示す図である。図４（ｂ）に示すような凸形状をした凸関数式Ｓ（ｘ，ｙ）が、図４（ａ）に示す第１の階調値に近似するように、フィッティングする。図５（ａ）は、装置１０に記録されたゴルフボールＧの像の一例を示し、図５（ｂ）は、第１の階調値から第２の階調値を減算した結果の一例を示す。図５（ｂ）には、ゴルフボールＧの像においてディンプルによる階調変化があり、ディンプルの陰が示されている。図５（ｃ）は、二値化処理後の像の一例を示す。二値化処理により、ゴルフボールＧの像におけるディンプルによる階調変化は消え、像にはマークが残されているだけである。二値化処理結果後のデータは、ＲＡＭ１８に記憶される。

演算部３０は、時間間隔をあけて撮像されたゴルフボールＧの像それぞれに対して抽出されたマーク対応領域同士の位置及び向きが揃うようにマーク対応領域の１つを移動させて移動量を求めることにより、ゴルフボールＧが時間間隔の期間中に回転した回転角を算出し、算出した回転角から、飛翔体の回転速度を算出する部分である。具体的には、画像処理部２８において抽出したマーク対応領域を用いて、演算部３０は、時間間隔をあけて撮像された２つのゴルフボールＧの像の間の回転角を求める（ステップＳ５０）。より具体的には、演算部３０は、マーク対応領域を、定められた半径を有するゴルフボールＧの中心対応位置の周りに、球面上の回転移動をさせることにより、ゴルフボールＧの像の中のマーク対応領域のみを移動させてマーク対応領域同士のパターンマッチングを行なうことにより、回転角を算出することが好ましい。回転移動は、３つの角度で構成されるオイラー角を用いて行なわれ、回転角がオイラー角から求められる。パターンマッチングでは、マーク対応領域を、オイラー角を種々繰り返し与えて回転移動させることにより、移動したマーク対応領域の比較対象の画素の二値化された値（白ならば１、黒ならば０）と、移動しないマーク対応領域を有するゴルフボールの像中の比較対象の画素と同じ位置にある対応画素の二値化された値（白ならば１、黒ならば０）が一致する比率が、予め定められた閾値以上であり、かつその比率が最大となるか否かを判断し、上記比率が閾値以上であり、かつ最大の比率となる場合、与えられたオイラー角から、ゴルフボールＧの鉛直方向の回転角の成分と水平方向の回転角の成分を算出する。また、演算部３０は、中心対応位置の周りに球面の回転移動の操作を施し、回転移動後のマーク対応領域の比較対象の画素の二値化された値（白ならば１、黒ならば０）と、時間間隔をあけて撮像された別のゴルフボールの像から取り出されるマーク対応領域の上記比較対象の画素と同じ位置にある画素の二値化された値（白ならば１、黒ならば０）とを比較し、回転移動後の画素と回転移動しないマーク対応領域の画素の値がともに０（黒）ならば０、比較する２つの画素の値が互いに異なる場合あるいは比較する２つの画素の値が互いに１（白）である場合、１を与えて総和の値に加算することで、マーク対応領域の総和を計算する。そして、総和の値が最も小さく、かつ、総和の最小値が所定値以下である場合、マーク対応領域同士のパターンマッチングができたと判断する。このとき、演算部３０は、回転移動に用いたオイラー角を求める。演算部３０は、こうしてオイラー角から、ゴルフボールＧの鉛直方向の回転角の成分と水平方向の回転角の成分を算出する。
このような回転角の成分を、演算部３０は上記時間間隔で割り算することにより、ゴルフボールＧの鉛直方向の回転速度と水平方向の回転速度を算出する（ステップＳ６０）。

図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の処理、すなわち第１の階調値から、凸関数式を用いてフィッティングすることにより得られる第２の階調値を減算する処理をすることなく、ゴルフボールＧの像の二値化処理のみを行った場合のマーク対応領域の抽出の例を示す図である。図６（ａ）〜（ｄ）は、図５（ａ）に示す像に二値化処理を施すとき、二値化処理に用いる閾値を種々変化させた例を示す。図６（ａ），（ｂ）に示す例では、マーク対応領域が十分に抽出できず、マークの内容も判別し難い。一方、図６（ｃ），（ｄ）に示す例では、ゴルフボールＧの外延が不明となることがわかる。いずれの場合も、マーク対応領域の回転角を精度良く求めることが難しくなる。

本実施形態では、ゴルフボールＧの表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、この最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、凸関数式からフィッティング後の表面対応部分の第２の階調値を算出し、この第１の階調値から第２の階調値を減算することにより、表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出する。このため、ゴルフボールＧの像を精度良く画像処理して、ゴルフボールＧの回転速度を精度良く算出することができる。

このような飛翔体測定方法は、コンピュータ上で起動させたプログラムによって実現することができる。すなわち、プログラムは、表面にマークの付されたゴルフボールの像から飛翔体の回転速度を算出することを、コンピュータに実行させるプログラムである。このとき、プログラムは、
表面にマークの付されたゴルフボールを、時間間隔をあけて撮像して、ゴルフボールの像をメモリに記憶する手順と、
メモリに記憶した像を呼び出して、像のそれぞれに対して、ゴルフボールの表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、この凸関数式からフィッティング後の表面対応部分の第２の階調値をコンピュータに算出させ、第１の階調値から第２の階調値を減算することにより、表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域をコンピュータに抽出させる手順と、
ゴルフボールの像それぞれに対して抽出されたマーク対応領域同士の位置及び向きが揃うようにマーク対応領域の１つを回転移動させることにより、ゴルフボールが所定の時間間隔の期間中に回転した回転角をコンピュータに算出させ、算出した回転角から、ゴルフボールの回転速度をコンピュータに算出させる手順と、を有する。

以上、本発明の飛翔体測定装置、飛翔体測定方法及びプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０飛翔体測定装置
１２撮像部
１４データ処理装置
１６ＣＰＵ
１８ＲＡＭ
２０ＲＯＭ
２２入出力部
２４入力操作系
２６ディスプレイ
２８画像処理部
３０演算部

Claims

表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体測定装置であって、
飛翔体を、時間間隔をあけて撮像する撮像部と、
撮像により得られた飛翔体の像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、フィッティング後の前記凸関数式から前記表面対応部分の第２の階調値を算出し、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出する画像処理部と、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角を算出し、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度を算出する演算部と、を有することを特徴とする飛翔体測定装置。
前記画像処理部は、前記飛翔体の像の仮中心を定め、前記仮中心を中心点とする同心円の円周上に位置する画素の第１の階調値を平均した平均階調値を前記中心点からの距離で表した階調分布を作成することを、前記仮中心を繰り返し定める度に行なって複数の階調分布を定め、定めた複数の前記階調分布における分布幅が最も小さいときの仮中心の位置を、飛翔体の中心に対応する前記像中の中心対応位置に定める、請求項１に記載の飛翔体測定装置。
前記画像処理部は、作成した複数の前記階調分布における分布幅が最も小さいときの前記分布幅の寸法を前記飛翔体の半径として、前記像の外延を定める、請求項２に記載の飛翔体測定装置。
前記像のそれぞれに対して求めた前記飛翔体の半径が互いに異なるとき、前記飛翔体の像の外延の大きさが一致するように、前記像の少なくとも１つを拡大あるいは縮小し、拡大あるいは縮小した前記像を用いて、前記マーク対応領域の抽出を行なう、請求項３に記載の飛翔体測定装置。
前記画像処理部は、記第１の階調値から前記第２の階調値を減算した後、減算した結果に対して二値化処理を施して前記マーク対応領域を抽出し、
前記二値化処理では、前記マーク対応領域の面積が前記像の面積の１０％以下となるように、前記二値化処理の閾値を定める、請求項１〜４のいずれか１項に記載の飛翔体測定装置。
前記凸関数式は、前記像の位置座標をｘ及びｙで表す直交座標系であらわしたとき、前記飛翔体の像の中心位置からの距離が大きくなる程値を低下させる項と、前記像の位置座標ｘと前記像の中心位置の位置座標ｘｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項と、前記像の位置座標ｙと前記像の中心位置の位置座標ｙｃの差分に応じて値が増加あるいは低下する項を、乗算した式である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の飛翔体測定装置。
前記演算部は、前記像の中の前記マーク対応領域のみを移動させて前記マーク対応領域同士のパターンマッチングを行なうことにより、前記回転角を算出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の飛翔体測定装置。
前記飛翔体は、表面に複数のディンプルが設けられ、文字、数字及び記号のすくなくとも１つが前記マークとして表面に記されたゴルフボールである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の飛翔体測定装置。
表面にマークの付された球状の飛翔体の飛翔挙動を測定する飛翔体測定方法であって、
飛翔体を、時間間隔をあけて撮像するステップと、
撮像により得られた飛翔体の像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、前記凸関数式からフィッティング後の前記表面対応部分の第２の階調値を算出し、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域を抽出するステップと、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角を算出し、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度を算出するステップと、を有することを特徴とする飛翔体測定方法。
表面にマークの付された球状の飛翔体の像から飛翔体の回転速度を算出することを、コンピュータに実行させるプログラムであって、
表面にマークの付された球状の飛翔体を時間間隔をあけて撮像して得られる飛翔体の像をメモリに記憶する手順と、
前記メモリに記憶した前記像を呼び出して、前記像のそれぞれに対して、前記飛翔体の表面に対応する表面対応部分の画像データの第１の階調値を、最大値を有し、前記最大値から離れるにつれて連続的に値が低くなる凸関数式でフィッティングすることにより、前記凸関数式からフィッティング後の前記表面対応部分の第２の階調値をコンピュータに算出させ、前記第１の階調値から前記第２の階調値を減算することにより、前記表面対応部分にあるマークに対応するマーク対応領域をコンピュータに抽出させる手順と、
前記像それぞれに対して抽出された前記マーク対応領域同士の位置及び向きが揃うように前記マーク対応領域の１つを回転移動させることにより、前記飛翔体が前記時間間隔の期間中に回転した回転角をコンピュータに算出させ、算出した前記回転角から、飛翔体の回転速度をコンピュータに算出させる手順と、を有することを特徴とするプログラム。