JP7059506B2 - 運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法 - Google Patents

運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法 Download PDF

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Description

本発明は、運動するボールに対するセンシング装置およびそれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法に関する発明として、さらに詳細には、レーダー信号のドップラー効果 (Doppler Effect)を用いて運動するボールから反射する信号を分析し、それからのボールの運動パラメータを計算するセンシング装置、およびこれを用いたボールの運動パラメータの算出方法に関する発明である。
ボールを利用するスポーツ競技、特にゴルフの場合、ゴルファーによって打撃を受けて運動するボールの物理的特性を正確にセンシングし、そのセンシングされた値を利用して打球分析をしたり、これを映像で具現していわゆるスクリーンゴルフのようなシミュレーションゴルフ分野に適用する試みは常に行われてきた。
特に、打撃により飛ぶボールのスピン(Spin)は3次元空間上の軸を中心に非常に高速に回転するため、これを従来のカメラセンサーを利用して測定することはかなり困難であるが、運動するボールのスピンをより正確に算出できる装備として、信号のドップラー効果(Doppler Effect)を用いたレーダーセンサーに対する研究開発がかなり進んでいるのが現状である。
従来のレーダーセンサーを利用した運動するボールのスピン算出は、例えば韓国登録特許公報第10-0947898号などで開始しているスピン算出技術は、飛行中の回転するボールから反射した信号を受信し、その受信された信号から周波数を分析し、スペクトルの跡を識別して不連続スペクトル跡の間の周波数距離から回転するボールの回転速度と回転周波数を計算するなど、運動するボールの回転を受信されたドップラー信号の周波数分析に依存して計算する方式であった。
日本登録特許公報第6048120号、韓国公開特許公報第2016-0054013号および韓国公開特許公報第2015-0139494号などの様々な先行特許文献で開始している技術も、具体的な周波数分析方法自体は異なるが、基本的にボールのスピンを受信された信号自体の分析に依存し、そこから直接計算する方式であった。
しかし、前記の従来の技術によってボールのスピンを計算することは、反射波の受信とその受信された信号におけるボールの回転に関する周波数分析などが常に正確に行えるほどに正確な信号の受信がなされなければならないことや、周波数分析等による結果がいくぶん一貫性をもつことが前提とされなければならないが、実際には周辺の状況や例えばゴルフボールの種類やゴルフボールに付いた異物など表面の状態等によってボールの回転を示す周波数特性が受信された信号から確認しにくかったり、常に均一な結果を示しにくいという問題点があった。
先行特許文献としては、韓国登録特許公報第10-0947898号、日本登録特許公報第6048120号、韓国公開特許公報第2016-0054013号および韓国公開特許公報第2015-0139494号などがある。
本発明は従来の技術のように受信された信号の周波数分析などによりボールの回転特性を直接的に計算する方式ではなく、ボールの位置座標情報を利用して運動するボールの軌跡の観点から予測されるボールの軌跡をボールの位置座標に対する趨勢を示す趨勢データの軌跡に近接させボールのスピン情報を捜し当てる方式で最終的なスピン情報を決定するようにするため、運動するボールから反射する信号からボールの回転に対する周波数特性の確認などが可能かどうかに頼らず、ボールの軌跡の観点からスピンを捜し当てる方式なので、かなり正確かつ均一なスピン算出の結果を導き出せる、運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータ算出方法を提供するためのものである。
本発明のー実施例による運動するボールに対する運動パラメータの算出方法は、レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階とを含む。
一方、本発明の一実施例による、レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法は、前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタリング信号の分析および前記ボールの位置座標に対する移動平均分析に基づいて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示す趨勢データを算出する段階と、前記算出されたボールの位置座標情報及び前記の趨勢データ情報のうち、少なくとも一つを用いてボールの初期運動条件を算出する段階と、前記算出されたボールの初期運動条件において任意の任意スピン情報を適用した予測ボール軌跡が前記の趨勢データによる軌跡に最も小さい誤差の範囲内に符合するまで前記任意の任意スピン情報を繰り返し適用することで最終的に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階とを含む。
一方、本発明の他の実施例による、運動するボールに対するセンシング装置は、レーダー信号を送信する信号送信部と、前記信号送信部の信号に対して運動するボールから反射した反射波信号を受信する信号受信部と、前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する信号分析部と、前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出し、前記算出されたボールの初期運動条件から様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成し、前記生成された予測ボール軌跡のうち前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すものとして算出されたデータによる軌跡に最も符合する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する情報算出部とを含む。
本発明による運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータ算出方法は、従来の記述のように受信された信号の周波数分析等によりボールの回転特性を直接的に計算する方式ではなく、ボールの位置座標の趨勢を示す趨勢データ情報を利用して、運動するボールの軌跡の観点から予測されるボールの軌跡をボールの位置座標情報に近付けながらボールのスピン情報を見つけ出す方式で最終的なスピン情報を決定させるため、運動するボールから反射する信号からボールの回転に対する周波数特性の特性の確認を行う方式などが相当正確であるか否かを確認することから、かなり正確かつ均一なスピン算出の結果が得られる効果がある。
本発明の一実施例による運動するボールに対するセンシング装置の構成をブロック図として示した図面である。 本発明の日実施例によるボールに対する運動パラメータの算出方法についての概括的なプロセスを示したフローチャートである。 本発明の実施例によるセンシング装置が受信した信号を分析し、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出することの具体的な内容を説明するための図面である。 本発明の実施例によるセンシング装置が受信した信号を分析し、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出することの具体的な内容を説明するための図面である。 本発明の実施例によるセンシング装置が受信した信号を分析し、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出することの具体的な内容を説明するための図面である。 図2に図示されたフローチャートでボールの初期運動条件を算出する具体的なプロセスに対するフローチャートを示した図面である。 図6 に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図6 に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図2に図示されたフローチャートでボールのスピンを決定する具体的なプロセスに対するフローチャートを示した図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。 図9に図示されたフローチャートによるプロセスを説明するための図面である。
本発明による運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法に関する具体的な内容を図面を参照して説明することとする。
まず、図1を参照し、本発明の実施例に従った運動するボールに対するセンシング装置の構成および各構成要素の機能について説明する。 図1は本発明の一実施例による運動するボールに対するセンシング装置の構成をブロック図として示した図面である。
本発明のー実施例による運動するボールに対するセンシング装置は、基本的にレーダー(Radar)のドップラー効果(Doppler Effect)を用いて運動するボールに対する運動パラメータを算出する装置であり、図1に図示されているように信号送信部(110)、信号受信部(120)、信号分析部(130)、及び情報産出部(140)を含めて構成される。
本発明の一実施例によるレーダー信号を用いたセンシング装置は、使用者が打撃するゴルフボール(以下"ボール"という。)の位置から、所定距離後方の地面又は地面付近に設置されることが望ましく、その設置位置から打撃により運動することになるボールの運動方向に向けて、特定周波数のレーダー信号を送信し、ボールから反射した反射波を受信して分析しながら運動するボールを追跡するように構成される。
前記信号送信部(110)は、特定のレーダー(Radar)信号に照準された方向に送信するように構成され、図面上図示していないが、レーダー信号を送信する送信アンテナを含むように構成されている。
前記信号受信部(120)は、前記信号送信部(110)が送信したレーダー信号が前記ボールから反射して戻ってくる反射波信号を受信するように構成される。 ドップラー効果により、前記信号送信部(110)が送信し、前記ボールから反射する反射波信号は、前記信号送信部(110)が送信した信号の周波数が変更され、ドップラー偏移(Doppler shift)が発生することになる。 すなわち、前記信号受信部(120)は、ドップラー偏移(Doppler shift)が発生した信号を受信することになる。
前記信号受信部(120)は、前記反射波信号を受信する受信アンテナを複数具備するように構成されることにより、複数の受信アンテナそれぞれの受信信号の位相差を利用して運動するボールの弾道及び方向角情報を知ることができる。 このように複数の受信アンテナを用いる構成は、レーダーセンサー関連の先行技術文献において既に開始されている内容であるため、その具体的な説明は省略することとする。
一方、前記信号分析部(130)は、前記信号受信部(120)により受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出するように構成される。
図面上図示していないが、本発明の一実施例によるセンシング装置は、前記信号受信部(120)により受信される反射波信号をフィルタリングして低周波成分を得られるようにする低周波フィルタをさらに含むことができる。
前記信号分析部(130)は、前記信号受信部(130)が受信する反射波信号を分析するだけでなく、前記低周波フィルタによりフィルタリングされた信号も分析するように構成され、前記反射波信号の分析に基づいて算出された前記ボールの位置座標情報に対する移動平均など統計的分析を行うように構成され得る。
前記信号分析部(130)は、前記ボールの位置座標に対する予め設定された信号処理および統計的分析などにより、前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータとして、趨勢データを算出するように構成されることが望ましい。
すなわち、前記信号分析部(130)は、前記受信された反射波信号の分析に基づいて算出された前記ボールの位置座標情報とともに、前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタリング信号を分析し、前記ボールの位置座標情報に対する移動平均に沿った座標情報を算出し、前記フィルタリング座標情報及び前記移動平均による座標情報を利用して、予め定義された関数から前記ボールの位置データとなる趨勢を示すことができる。
前記信号受信部(120)によって受信される反射波信号は不特定のノイズが含まれていることが多いため、その受信された信号の分析結果が全く正確なデータとは限らない場合が多い。 例えば、図4の(a)及び(b)に図示されたようにボールの位置座標(p)をつなげた線は、ある区間ではかなり一定だが、多くの区間でかなり不規則な形で現れることになる。
本発明のー実施例によるセンシング装置は、このようにノイズなどが含まれる信号の分析により抽出されたボールの位置座標に対してその方向性を示す『趨勢』に関する情報を算出し、これをセンシングデータの処理に利用することができる。
前記趨勢データは様々な方式で算出されるが、反射波信号に対するフィルタリング信号の分析によって算出されることもでき、ボールの位置座標に対する移動平均などの統計的分析によって算出されることもできる。
前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタリングされた信号は、高周波成分に含まれるノイズをいくぶん除去できるので、前記のフィルタリング座標情報は、いくぶんノイズが除去された座標情報といえる。
ところが、低周波フィルタを用いて受信される反射波信号をフィルタリングすることにより、ノイズだけでなく元々の信号の高周波成分までも除去されるため、前記のフィルタリング座標情報がより正確な座標情報とは考えられない。
また、図4の(a)及び(b)に図示されたように不規則に分布するボールの位置座標に対する移動平均によって算出される座標も正確な座標情報とは言えない。
ところが、前記フィルタリング座標情報と移動平均により算出される座標情報を適切に融合するよう予め定義された関数を用いるならば、前記ボールの位置座標の分布の趨勢データを算出することが可能である。 前記の融合するよう予め定義された関数は、多数の実験とシミュレーションにより最も適しているものを見出すことで決定できる。
このような趨勢データによる軌跡も正確なボールの軌跡ではないが、後述するいくつかの予測ボール軌跡のうち、どの予測ボール軌跡が実際のボール軌跡に最も近接した、または最も符合するボールの軌跡なのか判定する基準として利用できる。 これについての具体的な事項は後述するものとする。
一方、レーダードップラー信号の分析により、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出する方法について、より具体的な内容は後述する。
前記情報算出部(140)は、前記信号分析部(130)により算出されたボールの位置座標情報を利用して前記運動するボールの初期運動条件を算出するように構成される。
なお、前記情報算出部(140)は、前記算出されたボールの初期運動条件の下で所定のプロセスにより様々な値の試験スピン情報を適用し、それぞれの試験スピンに対応する予測ボール軌跡を生成し、前記生成された予測ボール軌跡を前記算出されたボールの位置座標に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された試験スピン情報を最終スピン情報として決定するように構成される。
前記の『運動するボールの初期運動条件』の算出及び任意スピン情報を利用した最終スピン情報の算出に関するより具体的な内容は後述する。
一方、図2を参照して、本発明の実施例に従ったセンシング装置を用いたボールに対する運動パラメータの算出方法について説明する。 図2は、本発明の日実施例によるボールに対する運動パラメータの算出方法についての概括的なプロセスを示したフローチャートである。
図2に図示されているように、本発明の実施例によるボールに対する運動パラメータの算出方法は大きく4つの段階を含み、ここでボールに対する運動パラメータとは、運動するボールの速度、弾道、方向角及びスピン(バックスピン及びサイドスピン)情報を含み、ボールの運動を定義できる運動力学的要素をいう。
まず、ボールが運動する前から信号送信部によってレーダー信号の継続的な送信が行われ、その送信された信号に対して前記ボール等が反射させる反射波信号を信号受信部が継続的に受信する(S100)。
前記反射波信号を受信すると、信号分析部が前記受信した信号を分析し、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出する(S200)。
望ましくは、前記信号分析部は、前記ボールの位置座標情報とともに、前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタを通過したフィルタリング信号を用いて算出されるフィルタリング座標情報と、前記ボールの位置座標情報に対する移動平均に沿った座標情報を利用して、予め定義された関数により前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータである趨勢データを算出することができる。
前記信号分析部により運動するボールの位置座標情報が算出されると、情報算出部は前記算出されたボールの位置座標情報を利用してボールの初期運動条件を算出する(S300)。
ここで"ボールの初期運動条件"とは、ボールが運動する初期の速度、弾道(高さ角)及び方向角情報を意味するもので、単に静止状態のボールが運動し始める時の発射速度及び発射角を意味するというより、運動するボールの軌跡の観点から運動するボールの初期のボールの軌跡から算出されるボールの速度、弾道及び方向角を意味し、より具体的には運動するボールの初期運動条件の正確な算出のためのデータの信頼区間として、"初期信頼区間"というものを設定し、その軌道間の運動条件に基づいて算出される"ボールの初期運動条件をもとに算出される運動"ボールの定義される運動条件"ボールの初期運動"ボールの初期運動条件"を基礎的な運動条件"とは、ボールの できる。
前記の初期信頼区間の設定およびボールの初期運動条件"の算出に関するより具体的な内容は後述する。
一方、前記のようにボールの初期運動条件を算出すると、情報算出部は様々な値の"任意スピン情報"を生成し、前記算出されたボールの初期運動条件の下で前記多様な値の任意スピン情報によって生成される"予測ボール軌跡"と前記趨勢データ情報を利用して、最も正確な予測ボール軌跡を最終的に選定し、その最終的に選定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する(S400)。
ここで、最終的に決定されるべきスピン情報は、バックスピン(Back Spin)およびサイドスピン(Side Spin)であり、前記任意スピン情報は、バックスピンの値とサイドスピンの値を1セットで含むので、最終的に決定されるスピン情報はバックスピンの値とサイドスピン値を両方含むことになる。
前記任意スピン情報と予測ボール軌跡を利用して、最終的にスピン情報を決定するプロセスについてのより具体的な内容は後述する。
以下では、前記図2に図示されたそれぞれのステップの具体的な内容を図3から図16を参照し、さらに詳細に説明する。
まず、図3を参照し、前記S200段階、すなわち信号分析部が前記受信した信号を分析し、予め設定された時間間隔で運動するボールの位置座標情報を算出する段階の具体的な内容について説明する。
本発明の日実施例によるセンシング装置の信号分析部は、受信される反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔でボールの位置座標を算出する。
本発明は、受信された信号の分析によりボールの位置座標を算出すること自体を特徴とするのではなく、どのような方式であれボールの位置座標を算出すると、それを利用してボールの軌跡を正確に予測し、その正確に予測されたボールの軌跡に適用されたボールのスピン情報を求めるようにしたことを特徴としている。
したがって、運動するボールの位置座標情報を算出する方法は従来の技術による算出方法でもあり、従来の技術とは完全に差別化された特別な方法で算出することもでき、本発明はどのような方法で算出されるボールの位置座標情報を利用してボールの運動パラメータをボールの軌跡の観点から正確に算出するようにしたことに特徴がある。
図3の(a)は、本発明の日実施例によるセンシング装置の信号受信部(120)構成の一例を簡略に図示しているが、図示されているように信号受信部(120)がRA1、RA2及びRA3を含む3つ以上の受信アンテナを適切に配置して具備すると、ボール(B)から受信される反射波信号をそれぞれの受信アンテナ(RA1、RA2及びRA3)が受信でき、それぞれの受信アンテナ間の信号の位相差を利用して運動するボール(B)の弾道角を割り出すことができる。
例えば、 図3の(a)に図示された信号受信部(120)における各受信アンテナの配置により、RA1 及びRA2 がそれぞれ受信した信号の位相差を用いて運動するボール(B)の弾道を算出でき、RA1 及びRA3 がそれぞれ受信した信号の位相差を利用して運動するボール(B)の方向角を算出することができる。
前記のような各受信アンテナの信号の間の位相差を用いた弾道及び方向角の算出は既告知であるため、その具体的な説明は省略する。
ここで、前記信号受信部(120)が反射波信号を受信することによって、ボール(B)と信号受信部(120)の間の距離も容易に算出できる。
したがって、信号受信部(120)がボール(B)から反射する反射波信号を受信するとボール(B)までの距離とボール(B)の弾道角度、そしてボール(B)の方向角度情報を知ることができ、前記の情報を利用すればボール(B)の位置座標情報を算出することができる。
図3の(b)では、本発明のー実施例によるセンシング装置により所定時間間隔でボールの位置座標を算出すること例を示しているが、t0 時間のときの位置p0(x0、 y0、 z0)、 t1 時間のときの位置p1(x1、 y1、 z1)、 t2 時間のときの位置p2(x2、 y2、 z2) 等でボールの位置座標を算出することについて示している。
最初のボールの位置であるp0 (x0、 y0、 z0) はボールが停止状態にあるときの位置座標であり、これは、例えば(0、0、0) に設定することができる。
p0位置でボールが出発した後、信号受信部(120)が反射波信号を持続的に受信しながら、予め設定された時間間隔(△t = t1 - t0 = t2 - t1)ごとにボールまでの距離、ボールの弾道及び方向角を算出すると、それから各時間毎にボールの位置座標をX-Y-Z座標系で算出することが可能である。
前記のような方式で、ボールが発射された時から地面に到達するまでの予め設定された時間間隔で、ボールの位置座標情報が算出されることがある。
前記のような方式で算出されたボールの位置座標情報の一例についても4で示している。 図4の(a)はY-Z平面上でのボールの位置座標情報を、図4の(b)はX-Y平面上でのボールの位置座標情報をそれぞれ示しており、これらはX-Y-Zの3次元空間におけるボールの位置座標情報をそれぞれY-Z平面およびX-Y平面上で図示しているものである。
それぞれのボールの位置(p)は、実際にはもっと狭い時間間隔で算出されるので、図4で図示しているよりもっと多い位置を示す点(p)がずっと狭い間隔で表れるが、本明細書では記述の理解のために便宜上広い間隔で表している。
図4の(a)及び(b)で図示しているように、前述のボールの位置座標情報を算出する方式によって算出され、表示されたそれぞれのボールの位置座標を実際に運動するボールの軌跡がすべて通過していないことが分かる。
運動するボールに対する正確なスピン(バックスピンおよびサイドスピン)情報を決定するためには、正確なボールの軌跡を算出しなければならず、このような正確なボールの軌跡は、図4で図示しているボールの位置座標のうち一部は正確に通過し、一部はいくぶん外れた位置で軌跡が通り過ぎるしかない。
例えば、図5の(a)及び(b)に図示されたように、実際のボールの軌跡(BT)はボールの位置座標の一部は通過し、一部はいくぶん離れて形成されることがある。
したがって、本発明は、図4の(a)及び(b)に図示されたように算出されたボールの位置座標を利用して、図5の(a)及び(b)に図示されたような実際のボールの軌跡(BT)に最も近接した軌跡を探し出し、当該軌跡に適用されたボールのスピン情報を最終的なスピン情報で決定するためのものである。
このためには、図2でみたように、ボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出し、その算出されたボールの初期運動条件の下で様々な値の任意スピン情報によって生成される予測ボール軌跡の中からボールの運動による趨勢データの軌跡情報に最も合致する軌跡を決定し、その決定された軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定するプロセスが行われることが望ましい。
ここで、前記予測ボール軌跡のうち、ボールの運動に伴う趨勢データの軌跡に最も『符合』するということは、前記趨勢データが予測ボール軌跡上の座標として必ず存在する場合をいうのではなく、予測ボール軌跡が実際のボールの軌跡に最も『近接』することを意味する。 実際の趨勢データによる軌跡と最終的に決定された予測ボール軌跡は、趨勢データの信頼性の高い部分ではかなり一致し、そうでない部分では誤差がいくぶん存在し得る。
すなわち、先に述べたように、それぞれの趨勢データのデータ信頼性に応じて予測ボール軌跡がデータ信頼性の高い趨勢データは通過するか、非常に近接して通過し、データ信頼性の低い趨勢データは誤差範囲内で通過することにより、ほとんどの趨勢データに対してデータ信頼性に合うように予測ボール軌跡が形成される場合が"合致"する場合とみることができる。
このように、趨勢データの中にデータ信頼性の高いデータや低いデータなど様々なデータが存在するが、本発明は、それぞれの趨勢データに『加重値』を設定し、演算時に各趨勢データのデータ信頼性を演算に反映させる。
これらは、図2に図示されたフローチャート上のS300段階及びS400段階に含まれ、以下では、図6から図16を参照して、前記S300段階のボールの初期運動条件の算出及びS400段階の任意スピン情報及び予測ボール軌跡の生成と、最終スピン情報の決定に関してさらに詳細に説明する。
まず、図6から図8を参照し、前記のボールの初期運動条件の算出プロセスについて説明する。
図6は図2に図示されたS300段階に対してさらに具体的なプロセスを示したフローチャートであり、図7 及び図8 は図6 に図示されたプロセスによってボールの位置座標に対する初期信頼区間の決定及びボールの初期運動条件の算出の一例に関して示した図面である。
先に述べたようにボールの位置座標情報が算出された後(S200)、ボールの位置座標と時間間隔を用いてボールの初期発射速度を算出する(S310)。
一方、前記のボールの位置座標のうち、初期の予め設定された個数の座標を用いて、ボールの弾道および方向角情報を推定する(S320)。
前記弾道および方向角情報の推定は、様々な方式で行われるが、例えば、ボールの発射時点から予め設定された個数の座標位置を選定し、各座標位置を直線連結したものをカフフィッティング(Curve Fitting)して生成される軌跡に対して弾道および方向角情報を算出することができる。
このとき、ボールの弾道及び方向角を推定(この時の弾道と方向角は最終的に算出された値ではなく、単に後述する初期信頼区間を決定するのに利用するための仮値である)するにあたり、前記ボールの位置座標を用いずに趨勢データを利用することもでき、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを複合的に利用することも可能であり、前記ボールの位置座標に対する移動と、前記フィルタリングの低周波フィルタによりフィルタにより算出される信号を基に算出されるフィルタリング位置座標を用いることもできる。
例えば、予め設定された個数の座標位置を基にした軌跡と、予め設定された個数の趨勢データを基にした軌跡の平均に該当する軌跡を生成し、その生成された軌跡に対する弾道及び方向角をそれぞれ算出することができる。
前記のようなボールの位置座標および趨勢データについては、図7で一例を図示している。
図7の(a)では図4及び図5で述べたような方式で算出されたボールの位置座標(p)について示しており、図7の(b)では前記ボールの位置座標(p)とともに趨勢データ(pf)を算出して一緒に示している。 ここで、前記の趨勢データは低周波フィルタリングによって算出されたフィルタリング位置座標であることもあり、ボールの位置座標に対する移動平均と前記フィルタリング位置座標情報を予め定義された関数から算出したデータであることもあり得ることは前述した。
図7の(a)及び(b)では、各位置座標をY-Y平面上に示しており、X-Y平面上での位置座標は便宜上省略しているが、実際にはそれぞれの位置座標(p、pf)はX-Y-Zの3次元空間上での位置であり、全ての軌跡は前記3次元空間上で計算され生成されるものである。 以下に説明される全ての図面でY-Z平面上での軌跡について説明するものは、すべて3次元空間における位置座標および軌跡に関するものであり、X-Y平面上での位置座標および軌跡に関する部分は説明の便宜のために省略した。
一方、再び図6に戻り、前記のようにボールの初期発射速度と、推定されたボールの弾道および方向角情報を得ると、これらを用いてボールの予想軌跡を算出する(S330)。
ここでボールの予想軌跡は後述する予測ボール軌跡とは異なるものであり、前記ボールの予想軌跡はボールの初期運動条件の算出のための初期信頼区間を決定するためのものである。
前記ボールの予想軌跡は、前記ボールの速度と推定されたボールの弾道および方向角に所定のスピン情報を適用することで算出されることができる。 ここで、所定のスピン情報は、予め設定された固定値のスピン情報であることもあれば、臨時的に適用するスピン情報として、予め設定された関数によって決定される情報(例えば、速度などの簡単なパラメータで算出される臨時的スピン情報)であることもできる。
このようにボールの速度と臨時的に求めたボールの弾道および方向角、そして所定のスピン情報から前記のボールの予想軌跡を算出することもできる(ボールの概略的な軌跡を確認し、そこから初期信頼区間を決定するためのものであるため、正確にボールの予想軌跡を算出する必要はない)。
前記のようにボールの予想軌跡を算出すると、そこから弾道やキャリー距離などがわかり、これを利用してボールの飛行特性を特定できる(S340)。
ここでボールの飛行特性は、例えばゴルフクラブ別ショットによる一般的なボール軌跡の特徴として、各ショット別にその情報が予め保存されているものである可能性がある。
一般的にボールの軌跡は、ドライバーショットやウッドショットのようにキャリー距離が長く低い角度で飛行する場合があり、アプローチショットのようにキャリー距離が短く高い角度で飛行する場合もあり、ロングアイアンショットとショットアイアンショットのそれぞれも、どのアイアンクラブによるショットかによって特徴的なキャリー距離や弾道などに対する特徴がある。
前記様々なボールの飛行特性それぞれについて、飛行特性ごとに予め定めた区間決定関数に応じて、前記特定されたボールの飛行特性に該当する区間決定関数によって決定される区間を前記初期信頼区間として決定して設定することが可能である。
本発明の実施例によるセンシング装置は、ボールの飛行特性として、各ゴルフクラブごとのショットに関する情報を分類して保存することができる。
本発明のー実施例によるセンシング装置は、予め分類して保存しておいた様々なボールの飛行特性それぞれについて、飛行特性ごとに予め定めた区間決定関数によって、前記特定されたボールの飛行特性に該当する区間決定関数によって決定される区間を前記の初期信頼区間として決定して設定することができる(S350)。
ここで、前記各飛行特性情報毎に予め決めておいた区間決定関数は、ボールの速度などの変数によって決められる。
例えば、ドライバーショットの場合、これに対してボールの速度を変数とする何らかの区間決定関数が設定されている場合、前記算出されたボールの予想軌跡の弾道やキャリー距離等の要件がドライバーショットの飛行特性に該当すると判断し、ボールの速度等により区間決定関数から5mの距離が決定された場合、センシング装置は最初のボールの位置座標から5mの距離にあたる区間を前記初期信頼区間として決定することができる。
前記の区間決定関数により、同じ飛行特性に該当してもボールの速度など予め決めておいた関数の変数によって初期信頼区間は異なることがある。 すなわち、前記の初期信頼区間は同一の飛行特性に対して可変区間であることが望ましい。
前記のように運動するボールの速度と、概略的な弾道及び方向角の推定値を用いてボールの予想軌跡を算出し、その算出された予想軌跡を用いてボールの飛行特性を把握し、その把握された飛行特性について予め設定されている区間決定関数により決定される区間を初期信頼区間として決定した後、前記決定された初期信頼区間内のボールの座標を用いて前記初期信頼区間内の軌跡を算出する(S360)。
前記の初期信頼区間と前記区間内の軌跡を算出すると、前記算出された区間内の軌跡をもとにボールの弾道と方向角情報を算出することができるが、前記S310段階で算出されたボールの速度をそのまま利用するか、前記算出された区間内の軌跡から両地点の時間間隔と位置情報から新たにボールの速度を算出することもできる。 このように最終的に算出されるボールの速度、弾道及び方向角情報を前述したボールの初期運動条件として決定できる(S370)。
前記のボールの予想軌跡の算出および初期信頼区間の決定についても、8 でその一例を図示している。
図8の(a)はボールの位置座標(p)と趨勢データ(pf)の分布とこれらを用いて前記のボールの予想軌跡(ET)を算出して表示したものを示している。
このようにボールの予想軌跡(ET)が算出されると、その算出された予想軌跡(ET)からキャリー距離や弾道などを把握することができ、その把握された情報からボールの飛行特性を把握することができ、その把握されたボールの飛行特性に対して予め定めた区間決定関数によって決定される距離区間を初期信頼区間として決定することができる。
このような初期信頼区間の決定については、図8の(b)で図示している。
図8の(b)に図示されたように、図8の(a)に図示されたボールの予想軌跡(ET)から決定される初期信頼区間(Dt)内の各ボールの位置座標または趨勢データを用いて区間内の軌跡(RT)を算出でき、その算出された区間内の軌跡(RT)から最終的なボールの弾道と方向角(未図示)を決定でき、ボールの速度と前記のボールの弾道および方向角情報を見ることができる。
図8の(b) から Δt は各ボールの位置座標(またはフィルタリング位置座標)の間の時間間隔を表す。
前記のように最終的にボールの初期運動条件が決まれば、これを利用して最終的なスピン情報を決定するためのプロセスが進められるが、これについては、図9から図16を参照して説明するようにする。
図9は前記のボールのスピンを最終的に決定するためのプロセスを示しているフローチャートであり、図10から図16は図9に図示されたフローチャートに沿ったプロセスを説明するための図面である。
前述の図2から図8で説明していたS100段階、S200段階及びS300段階からボールの位置座標情報、趨勢データ及びボールの初期運動条件を算出した後、前記の趨勢データに対してデータの信頼性が高いほど高い加重値を適用する方式で、それぞれの趨勢データに加重値を適用する(S410)。
前記の趨勢データのデータ信頼性評価及びそれに伴う加重値の適用については、図10を参照して説明する。
図10の(a)はボールの位置座標(p)およびこれらを連結した線(10)とこれに対する趨勢データを連結した軌跡(20)を表したもので、図10の(b)は趨勢データによる軌跡(20)を表したものである。
図10の(a)において、ボールの位置座標を連結した線(10)上のそれぞれボールの位置座標(p)とそれに対応する(すなわち、同じ時間帯の)趨勢データによる軌跡(20)上の趨勢データ(座標)の2点を比較して差を求める。
前記の差が大きいほど趨勢データのデータ信頼性が低く、前記の差が小さいほど趨勢データのデータ信頼性は高く評価できる。
したがって、前記の差異に基づいてデータ信頼性の高い趨勢データについては高い加重値が設定され、データ信頼性が低いほど趨勢データに設定される加重値は低く設定される。 データの信頼性と重み付けの適用の基準は、実験又は経験によって決定されることがある。 重要なことは、データの信頼性が高いほど高い加重値を適用する方式で、前記の趨勢データそれぞれに対して加重値を設定するということである。
一方、前記のように各趨勢データに加重値が適用された後、センシング装置は複数の任意スピン情報を抽出し、前記決定されたボールの初期運動条件下で各任意スピン情報に応じた予測ボール軌跡をそれぞれ生成する(S420)。
ここで、前記の任意スピン情報は、バックスピンとサイドスピンを一組にした値をいい、例えば、S1の任意スピン情報が適用されるとすると、S1 任意スピン情報は(BS1、SS1)を含む。 ここで、BS1は任意バックスピン情報を、そしてSS1 は任意サイドスピン情報をそれぞれ意味する。
前記複数個の任意スピン情報は、単に任意で複数個選定されたスピン情報であることもある。 任意スピン情報複数個を選定するための値の区間を予め定め、それぞれの区間における代表値(当該区間の平均値にもなり得る)をそれぞれ前記の任意スピン情報として選定することができる。
例えば、前述したボールの飛行特性に関して、それぞれの飛行特性ごとに平均的な、または一般的なスピン情報が予め決められており、その予め定められているスピン情報から値の区間を定め、その定められた区間内で複数の任意スピン情報が選定されるようにすることも可能である。
前記の任意スピン情報は、予め設定された範囲で予め設定された単位に区分されるそれぞれの区間で代表値(当該区間の平均値となることもあり、中間値となることもあり、最大または最小値になることもある)をそれぞれ前記の任意スピン情報として選定することができる。
すなわち、予め設定されたバックスピンの範囲と、予め設定されたサイドスピンの範囲を、それぞれ所定の単位に区分して交差させると複数の区間が生成されるが、それぞれの区間の代表値を抽出してそのそれぞれの区間の代表値を前記の任意スピン情報とすることができ、ここで特定の代表値が選定されると、その代表値が属する区間をさらに細分化してさらに細分化された区間の代表値を再び任意スピン情報として選定される。
S420段階で任意スピン情報が前記のように選定されると、ボールの初期運動条件下でそれぞれの任意スピン情報によって予測ボール軌跡を生成するが、それぞれの予測ボール軌跡は、運動するボールがボールの初期運動条件によって運動し、スピンによって運動条件が変更されることを考慮して生成されるが、ここで、図11に図示されたように運動するボールがスピンによって揚力(FL)、抗力(FD)、抗トルク(FT)及び重力(FG)などの外力の影響を受けることが考慮されなければならない。
図11は、運動するボールがボールの進行方向に運動する時に受けるさまざまな外力について表している。
図11に図示されたように、揚力(FL)はボールの移動方向に垂直にはたらいてボールを高く浮かべる働きをする力であり、抗力(FD)はボールの移動方向に対して反対方向に働き、ボールの速度を減少させる働きをする力である。 抗トルク(FT)はボールのスピンを減少させる回転力として、ボールのスピン量を減少させる働きをし、重力(FG)はボールの移動方向に関係なく、地面に向かって作用して運動するボールを地面へ落とす働きをする力である。
ここで、運動するボールのスピンによるスピン媒介変数(Sp)は下の(式1)と同じであり、一般的に下の(式1)のスピン媒介変数を通じて揚力係数CL、抗力係数CD、そして抗トルク係数CTをそれぞれ決定することができる。
Figure 0007059506000001
 (式1)
ここで、r はボールの半径、V はボールの速度、そして ω はボールの回転数をそれぞれ表す。
すなわち、ボールの半径である r は既知の値であり、ボールの速度もすでに測定された値なので知っている値であり、ボールの回転数は任意スピン情報が選定されるとそこからわかる値である。 したがって、それぞれの予測ボール軌跡ごとに当該軌跡の任意スピン情報を利用してそれぞれスピン媒介変数(Sp)を算出することができ、前記スピン媒介変数を求めた後は、これを利用してそれぞれの予測ボール軌跡に対して揚力係数CL、抗力係数CD、そして抗トルク係数CTをそれぞれ決定でき、それぞれの係数を利用して下(式2)から(式4)のように揚力(FL)、抗力(FD)及び抗トルク(FT)をそれぞれ算出することができる。
Figure 0007059506000002
 (式2)
Figure 0007059506000003
 (式3)
Figure 0007059506000004
 (式4)
ここで、CL、CD、CT はそれぞれ揚力係数、抗力係数、抗トルク係数をそれぞれ表し、ρは流体の密度、すなわち空気の密度を示し、A はボールの断面積を示し、d はボールの直径を表す。
前記の(式1)から(式4)で見られるように、ボール自体の直径または半径と断面積、空気の密度などは既知の値であり、運動するボールの速度(V)は既にボールの初期運動条件を決定する際に算出された値であり、回転数は任意スピン情報からわかる値である。 したがって、前記の値によって揚力(FL)、抗力(FD)及び抗トルク(FT)の値を算出することができ、重力(FG)は既に定められた重力加速度値によって計算されうる値である。
前記のようにボールの初期運動条件が決定されており、複数の任意スピン情報が選定されており、そこからそれぞれの任意スピン情報に対してそれぞれ揚力(FL)、抗力(FD)抗トルク(FT)および重力(FG)が計算されることがあるので、これらの値を用いてそれぞれ予測ボール軌跡を算出することができる。
図12 では、前記複数の任意スピン情報それぞれから、前記のような様々なパラメータを求め、そこから生成された予測ボール軌跡(PT1、PT2、PT3)について示している。 予測ボール軌跡は数十個または数百個になる可能性もあるが、図12では3個の場合を示している。
すなわち、先にボールの初期運動条件の決定について述べているが、先に述べたように複数の任意スピン情報としてS1、S2 及びS3 がそれぞれ抽出されたならば、前記の決定されたボールの初期運動条件が同一に適用された状態で、前記S1任意スピン情報によって生成される予測ボール軌跡をPT3 とするとき、前記S2任意スピン情報によって生成される予測ボール軌跡をPT2 とし、前記S3任意スピン情報によって生成される予測されたものである。
図12に図示されているように、それぞれ生成された多様な予測ボール軌跡(PT1、PT2、PT3)のうち、どの予測ボール軌跡が最も実軌跡に近いのか判断するための基準として、趨勢データが用いられることがある。
すなわち、前記の生成された予測ボール軌跡のうち、趨勢データによる軌跡(20)に最も符合する予測ボール軌跡を決定する方式で繰り返し予測ボール軌跡を生成して最も符合する予測ボール軌跡を決定しながら、最終的な予測ボール軌跡を選定するのだ。
前記趨勢データによる軌跡(20)は実際のボールの軌跡と非常に似ていることもあり得る。 なぜなら、趨勢データの一部には、原座標(ボールの位置座標)のノイズ成分をいくぶん含む状態で方向性の趨勢が反映されたため、実際の軌跡とほとんど差がない部分であり、また、一部のデータは原座標のノイズ成分をいくぶん除去した状態で推移が反映されているため、実際の軌跡とほとんど差がない部分もあり得るので、趨勢データによる軌跡には実際の軌跡に似た部分も存在し、実際の軌跡と異なる部分も存在する。
先ほど、趨勢データのデータの信頼性と加重値について説明したところであるが、趨勢データによる軌跡で実際の軌跡と似ている部分は、趨勢データのデータ信頼性が高い、すなわち高い加重値が設定された部分であり、実際の軌跡と差異のある部分は、趨勢データのデータのデータの信頼性が相対的に低い、すなわち相対的に低い加重値が設定された部分となる。
このような趨勢データの特性を考慮し、予測ボール軌跡と趨勢データによる軌跡を比較する際、趨勢データの中でデータの信頼性の高い、すなわち高い加重値が設定されたデータを中心とし、予測ボール軌跡上の対応する座標点と比較して合致するかどうかを判断することが望ましい。
図13ではボールの位置座標をつなげた線(10)と、趨勢データによる軌跡(20)と、複数の予測ボール軌跡の中から選ばれた予測ボール軌跡(30)の一例を示している。
ここで、趨勢データによる軌跡(20)上の趨勢データはそれぞれ先に述べたような加重値情報を持つ。
図13で趨勢データによる軌跡(20)の前部(22)は相対的に低い加重値を持つ趨勢データで、後部(21)は相対的に高い加重値を持つ趨勢データであると仮定する。
本発明は、多様に生成した予測ボール軌跡それぞれと趨勢データによる軌跡を比較するとき(すなわち、趨勢データによる軌跡上の趨勢データと予測ボール軌跡上の座標点をそれぞれ対応するもの同士を比較する)、加重値が高い部分である21番部分上の趨勢データと、それに対応する予測ボール軌跡上の各座標点を先に比較したり、その部分(21番部分)についてのみ比較し、22番部分(加重値が低い部分)については比較できない。
すなわち、加重値が高く設定された趨勢データに対してのみ、予測ボール軌跡上の対応座標点と比較してそれぞれ誤差を算出し、その誤差が最も小さい予測ボール軌跡を選定することができる。
言い換えれば、趨勢データのうち、設定された加重値が高いものから低い順に比較を行い、それぞれ対応される趨勢データと予測ボール軌跡上の誤差を算出することもでき、また、趨勢データのうち設定された加重値が予め定められた基準以上に高いデータと比較を行い、それぞれ対応される趨勢データと予測ボール軌跡が最も低い場合の予測ボール軌跡を最も近接したまたは最も合致する軌跡として決定することができる。
または、趨勢データの中で設定された加重値が、予め定められた基準以上に高いデータに対して比較の優先順位を与え、前記の優先順位によってそれぞれ対応される趨勢データと予測ボール軌跡上の座標点の間の誤差を算出して生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出された誤差が最も低い場合の予測ボール軌跡を最も近接した、または最も合致する軌跡として決定することができる。
または、例えば、図13から21番部分に該当する趨勢データ(加重値が高い趨勢データ)とこれに対応する予測ボール軌跡上の座標点それぞれに対する誤差を算出してその算出された誤差の割合(予測ボール軌跡との近接程度または符合程度を判断する基準に占める割合)を100%に適用し、22番部分に該当する趨勢データ(加重値が低い趨勢データ)とこれに対応する予測ボール軌跡上の座標点それぞれに対する誤差を算出して、その実勢の50%ほどより加重データの割合で比較的に反映されている。
前記のように、趨勢データのそれぞれにデータの信頼性に応じた加重値を設定し、高い加重値のデータを中心に予測ボール軌跡上の座標点と比較するものであることから、速い速度で正確な予測ボール軌跡を決定できる。
ここで、趨勢データと予測ボール軌跡上の座標点を比較して算出される誤差が最も低い場合ということは、例えば、趨勢データと予測ボール軌跡上の座標点の間の誤差がそれぞれ20個算出された場合、その誤差の絶対和を求め(誤差の和)、その誤差の和が最も小さい予測ボール軌跡を誤差が最も低い場合の予測ボール軌跡と判断できる。 誤差の絶対和のみならず、誤差の大きさの平均値や代表値、標準偏差や分散などを基準として用いることもできる。
図12で趨勢データによる軌跡(20)、そしてこれと比較する予測ボール軌跡としてPT1、PT2およびPT3が生成されたが、その中でPT3軌跡と趨勢データによる軌跡(20)を比較することの一例を図14 で示している。
図14において、趨勢データによる軌跡(20)上の趨勢データ(pf)の中で、加重値が最も高く設定されたデータをpf1、pf2、pf3、pf4、pf6及びそれにそれぞれ対応する予測ボール軌跡(PT3)上の座標点をtP1、tP2、tP3、tP5、tP6とすると、趨勢データによる軌跡(PT3)と予測ボール軌跡(PT3)を比較する際、pf1、tP2、tP3、tP4 の軌跡を決定している。
もし、生成された予測ボール軌跡それぞれが前記のデータ間の誤差が同一または判断できないほどほぼ同じ場合、趨勢データの中で加重値が少し低いデータとこれに対応する予測ボール軌跡上の座標点の比較によって算出される誤差情報を追加的に利用することもできる。
図9に戻り、前記のS430段階で複数の予測ボール軌跡のうち最も適切な予測ボール軌跡が決定された後、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピンの値を代表値とする区間をより小さい単位に区分し、すなわちさらに細分化して複数の区間を生成し、その生成されたより細分化された区間毎にそれぞれ当該区間の代表値を新たな任意スピン情報として選定することができる(S460)。 そして、前記のようにさらに細分化されたそれぞれの区間で任意スピン情報が選定されると、その選定された各任意スピン情報による予測ボール軌跡を、前述したボールの初期運動条件において、抗力、揚力、抗トルクおよび重力などのパラメータを用いてそれぞれ生成することができる(S470)。
このように、より細分化された任意スピン区間で選定された複数の任意スピン情報によってそれぞれ算出される予測ボール軌跡については、再度前記のS430段階が適用され、当該予測ボール軌跡の加重値を考慮して、趨勢データによる軌跡に最も符合する予測ボール軌跡を再決定する。
このような方式で最も適切な予測ボール軌跡を決定すると、当該予測ボール軌跡に適用された任意スピンの値を代表値とする区間をより小さい単位に区分し、すなわちもっと細分化して複数の区間を生成し、その生成されたもっと細分化された区間ごとにそれぞれ当該区間の代表値を新しい任意スピン情報として選定することができるが、このような過程を予め設定された回数だけ繰り返し進めることができる。
前記のような複数の任意スピン情報の抽出、各任意スピン情報による予測ボール軌跡の生成、最も適切な予測ボール軌跡の決定などの過程を1回以上繰り返すように設定でき、多く繰り返すほど正確なスピン情報の算出が可能であるが、最終スピン情報の算出に過度の時間を要することがある反面、反復回数が少なすぎると不正確なスピン情報が算出され得るため、これらの事項を総合的に考慮して適切な回数で反復が行われることが望ましい。
前記のS430の段階において、最も適切な予測ボール軌跡の決定がなされると、センシング装置は、このような最も適切な予測ボール軌跡の決定が何度繰り返されたか、すなわちその繰り返された回数が予め設定された回数だけ行われたかを判断し(S440)、もし、予め設定された回数だけ繰り返されていたら、前記決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定できるようになる(S450)。
これについて、図15を参照して説明すると、まず図12に図示されたような複数の予測ボール軌跡(PT1、PT2、PT3)のうち最も適切な予測ボール軌跡としてPT1軌跡が決定されたならば、そしてまだ設定回数だけ予測ボール軌跡に適用されたスピン情報であるS1を用いて、再び前記のS1スピンを基準として任意生成する。
前記の生成された任意スピン区間、すなわちS1スピン情報を基準とした区間で再びS1-1、S1-2 及びS1-3のスピン情報をそれぞれ抽出したとすれば、前記ボールの初期運動条件下で前記S1-1に対応する予測ボール軌跡PT1-1、前記S1-2に対応する予測ボール軌跡PT1-3が図15に図示されているように生成できる。
図15に図示された予測ボール軌跡(PT1-1、PT1-2、PT1-3)は図12に図示された予測ボール軌跡(PT1、PT2、PT3)よりもさらに細分化されたものであることが図面上の都市を通じて分かる。
このような方式で任意スピン区間を次第に細分化しながら最も適切な予測ボール軌跡を決定することを予め設定された回数だけ繰り返し、予測ボール軌跡が最終的にボールの軌跡(FT)として決定されたものを図16で図示している。
このように最終的に決定されたボールの軌跡(FT)に適用された任意スピン情報が最終的なスピン情報として決定されるスピン情報である。
以上説明したように、本発明による運動するボールに対するセンシング装置及びこれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法は、従来の技術のように受信された信号の周波数分析等によりボールの回転特性を直接的に計算する方式ではなく、ボールの位置座標情報を利用して運動するボールの軌跡の観点から予測されるボールの軌跡をボールの位置座標に対する趨勢を示す趨勢データ情報に近接させながらボールのスピン情報を見つけ出す方式で最終的なスピン情報を決定するようにするため、すなわちボールの軌跡の観点からスピンを探し出す方式なのでかなり 正確かつ均一なスピン算出の結果を導き出すことができる。
本発明による運動するボールに対するセンシング装置、およびそれを用いたボールに対する運動パラメータの算出方法は、ゴルフのスイングによるボールの軌跡、打球分析などが行われるゴルフ関連産業分野、およびバーチャルリアリティ基盤のゴルフシミュレーションが映像具現化することにより、ユーザーが仮想のゴルフ試合を楽しめる、いわゆるスクリーンゴルフ産業分野などに利用可能である。

Claims (14)

  1. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、
    前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法であって、
    前記最終スピン情報として決定する段階は、前記ボールの位置座標情報を算出する段階で算出された各座標に対する予め設定された信号処理および統計的分析のうち、少なくとも一つを通じて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータとして、趨勢データを算出する段階と、前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出された趨勢データによる軌跡に最も合致すると判断される、少なくとも一つの予測ボール軌跡を決定することを、前記予測ボール軌跡の生成に適用される任意スピン区間を絞り込んでいく方式で繰り返すことで、最終的に前記趨勢データによる軌跡に最も合致する予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定する段階を含める、運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  2. 前記ボールの初期運動条件を算出する段階は、前記算出されたボールの位置座標と前記時間間隔からボールの速度を算出する段階と、前記運動するボールの飛行特性を把握し、それに基づいて前記ボールの初期運動条件の正確な算出のためのデータの信頼区間として初期信頼区間を設定する段階と、前記設定された初期信頼区間内の座標を用いて、ボールの弾道と方向角情報を算出することにより、前記ボールの速度、弾道および方向角を前記ボールの初期運動条件として決定する段階を含む、請求項１に記載の運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  3. 前記初期信頼区間を設定する段階は、予め設定された個数の初期ボールの位置座標からボールの弾道および方向角情報を推定し、前記ボールの速度と前記推定されたボールの弾道および方向角情報からボールの予想軌跡を算出する段階と、予め定義された様々なボールの飛行特性のうち、前記算出されたボールの予想軌跡に基づいて該当するボールの飛行特性を特定する段階と、前記様々なボールの飛行特性それぞれについて、飛行特性ごとに予め定めた区間決定関数に応じて、前記特定されたボールの飛行特性に該当する区間決定関数によって決定される区間を前記初期信頼区間として決定して設定する段階を含む、請求項2に記載の運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  4. 前記ボールの初期運動条件を算出する段階は、前記運動するボールの飛行特性を把握し、それに基づいて前記ボールの初期運動条件の正確な算出のためのデータの信頼区間として初期信頼区間を設定する段階と、前記設定された初期信頼区間内の座標を用いた区間内の軌跡を算出し、前記算出された区間内の軌跡をもとにボールの速度、弾道及び方向角情報を算出し、これを前記ボールの初期運動条件として決定する段階を含む、請求項１に記載の運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  5. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、
    前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法であって、
    前記最終スピン情報として決定する段階は、前記ボールの位置座標情報を算出する段階で算出された各座標に対する予め設定された信号処理および統計的分析のうち、少なくとも一つを通じて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータとして、趨勢データを算出する段階と、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを比較し、差異の低い趨勢データに高い加重値を設定する方式により、全体または予め設定された区間における前記趨勢データのそれぞれについて、前記差異に基づいて加重値が設定される段階と、前記生成された予測ボール軌跡と前記算出された趨勢データを比較するものの、前記趨勢データのうち、前記設定された加重値が高いものから低い順に比較を行い、又は前記趨勢データのうち、前記設定された加重値が予め定められた基準以上に高いデータについて比較を行い、それぞれ対応される趨勢データと前記予測ボール軌跡上の座標点との誤差を算出する段階と、前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記誤差が最も低い場合の予測ボール軌跡を決定し、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定する段階を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  6. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、
    前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法であって、
    前記最終スピン情報として決定する段階は、前記ボールの位置座標情報を算出する段階で算出された各座標に対する予め設定された信号処理および統計的分析のうち、少なくとも一つを通じて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータとして、趨勢データを算出する段階と、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを比較し、差異の低い趨勢データに高い加重値を設定する方式により、全体または予め設定された区間における前記趨勢データのそれぞれについて、前記差異に基づいて加重値が設定される段階と、前記生成された予測ボール軌跡と前記算出された趨勢データを比較するものの、前記趨勢データのうち前記設定された加重値が予め定められた基準以上に高いデータについて比較の優先順位を付与し、前記優先順位に従ってそれぞれ対応する前記趨勢データと前記予測ボール軌跡上の座標点との誤差を算出する段階と、前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記誤差が最も低い場合の予測ボール軌跡を決定し、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定する段階を含む、 運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  7. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、
    前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法であって、
    前記最終スピン情報として決定する段階は、前記ボールの位置座標情報を算出する段階で算出された各座標に対する予め設定された信号処理および統計的分析のうち、少なくとも一つを通じて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータとして、趨勢データを算出する段階と、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを比較し、差異の低い趨勢データに高い加重値を設定する方式で、前記趨勢データのそれぞれについて、前記差異に基づいて加重値が設定される段階と、前記趨勢データによる軌跡上、前記加重値が高いデータの区間として、予め設定された区間内で前記生成された予測ボール軌跡と前記算出された趨勢データを比較するが、前記趨勢データのうち前記設定された加重値が高いものから低い順に比較を行い、又は前記趨勢データのうち前記設定された加重値が予め定められた基準以上に高いデータと比較を行い、それぞれ対応される趨勢データと前記予測ボール軌跡上の座標点との誤差を算出する段階と、前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記誤差が最も低い場合の予測ボール軌跡を決定し、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定する段階を含む、運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  8. 前記趨勢データは、前記ボールの位置座標情報を算出する段階で、受信された反射波信号に対する低周波フィルタリング信号を分析し、前記算出された各ボールの位置座標に対応するように算出するフィルタリング座標情報と、前記ボールの位置座標情報に対する移動平均による座標情報を利用して、予め定義された関数から算出される、請求項１、５から７のいずれか一項に記載の運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  9. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において、様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成する段階と、
    前記生成された予測ボール軌跡のうち、前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すもので、算出されたデータによる軌跡に最も合致する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法であって、
    前記最終スピン情報として決定する段階は、前記生成された予測ボール軌跡それぞれと前記趨勢を示すデータ間の誤差を利用して前記趨勢を示すデータによる軌跡に最も近接した予測ボール軌跡を決定し、前記決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を利用してより細分化された任意スピン区間を決定する段階と、前記より細分化された任意スピン区間内で選定された複数の任意スピン情報をそれぞれ適用して予測ボール軌跡を生成し、そこから前記趨勢を示すデータによる軌跡に最も近接した予測ボール軌跡を決定し、それに適用された任意スピン情報を利用してより細分化された任意スピン区間を決定する方式で予め設定された回数だけ任意スピン区間の細分化、それに伴う予測ボール軌跡の生成及び最も近接した予測ボール軌跡の決定を繰り返し行い、最終的に決定された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定することを含む、 運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  10. レーダー信号を送信して運動するボールから反射した反射波信号を受信して分析することにより、ボールに対する運動パラメータを算出する方法で、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する段階と、
    前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタリング信号の分析および前記ボールの位置座標に対する移動平均分析に基づいて前記ボールの位置座標に対する趨勢を示す趨勢データを算出する段階と、
    前記算出されたボールの位置座標情報及び前記趨勢データの情報のうち、少なくとも一つを用いてボールの初期運動条件を算出する段階と、
    前記算出されたボールの初期運動条件において任意スピン情報を適用した予測ボール軌跡が前記趨勢データによる軌跡に最も小さい誤差の範囲内に符合するまで前記任意スピン情報を繰り返し適用することで最終的に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する段階と、
    を含む運動するボールに対する運動パラメータの算出方法。
  11. 運動するボールに対するセンシング装置として、
    レーダー信号を送信する信号送信部と、
    前記信号送信部の信号に対して運動するボールから反射した反射波信号を受信する信号受信部と、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する信号分析部と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出し、前記算出されたボールの初期運動条件から様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成し、前記生成された予測ボール軌跡のうち前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すものとして算出されたデータによる軌跡に最も符合する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する情報算出部と、
    を含む運動するボールに対するセンシング装置であって、
    前記信号受信部により受信される反射波信号に対する低周波成分をフィルタリングする低周波フィルタをさらに含み、
    前記信号分析部は、前記受信された反射波信号に対する低周波フィルタリング信号を分析し、前記算出された各ボールの位置座標に対応する座標情報をフィルタリング座標情報と、前記ボールの位置座標情報に対する移動平均による座標情報を利用して予め定義された関数から前記ボールの位置座標に対する趨勢を示すデータである趨勢データを算出するように構成され、
    前記情報算出部は、前記算出されたボールの初期運動条件において、任意スピン情報を適用した予測ボール軌跡が、前記趨勢データによる軌跡に最も小さい誤差の範囲内に符合するまで、前記任意スピン情報を繰り返し適用することで、最終的に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定するように構成される、運動するボールに対するセンシング装置。
  12. 前記情報算出部は、前記算出されたボールの位置座標と前記時間間隔を用いてボールの速度を算出し、前記運動するボールの飛行特性を把握し、それに基づいて前記ボールの初期運動条件の正確な算出のためのデータの信頼区間として初期信頼区間を設定し、前記設定された初期信頼区間内の座標を用いてボールの弾道と方向角情報を算出することにより、前記ボールの速度、弾道および方向角を前記ボールの初期運動条件として決定するように構成される、請求項１１に記載の運動するボールに対するセンシング装置。
  13. 運動するボールに対するセンシング装置として、
    レーダー信号を送信する信号送信部と、
    前記信号送信部の信号に対して運動するボールから反射した反射波信号を受信する信号受信部と、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する信号分析部と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出し、前記算出されたボールの初期運動条件から様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成し、前記生成された予測ボール軌跡のうち前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すものとして算出されたデータによる軌跡に最も符合する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する情報算出部と、
    を含む運動するボールに対するセンシング装置であって、
    前記信号分析部は、前記受信された反射波信号の分析に基づいて算出された前記ボールの位置座標に対する予め設定された信号処理及び統計的分析の少なくとも一つにより、前記ボールの位置座標に対する趨勢データを算出するように構成され、
    前記情報算出部は、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを比較し、差異の低い趨勢データに高い加重値を設定する方式により、全体または予め設定された区間における前記趨勢データのそれぞれについて、前記差異に基づいて加重値を設定し、前記生成された予測ボール軌跡と前記算出された趨勢データを比較するほか、前記趨勢データのうち、数値が予め定められた基準以上に高いデータとの比較を行い、それぞれ対応される前記趨勢データと前記予測ボール軌跡の軌道上の誤差を算出し、前記生成された予測ボール軌跡のうち前記誤差が最も低い予測ボール軌跡を決定し、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定するように構成される、運動するボールに対するセンシング装置。
  14. 運動するボールに対するセンシング装置として、
    レーダー信号を送信する信号送信部と、
    前記信号送信部の信号に対して運動するボールから反射した反射波信号を受信する信号受信部と、
    前記受信された反射波信号を分析し、予め設定された時間間隔で前記運動するボールの位置座標情報を算出する信号分析部と、
    前記算出されたボールの位置座標情報からボールの初期運動条件を算出し、前記算出されたボールの初期運動条件から様々な値の任意スピン情報による予測ボール軌跡を生成し、前記生成された予測ボール軌跡のうち前記算出されたボールの位置座標に対する趨勢を示すものとして算出されたデータによる軌跡に最も符合する軌跡として決定される予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を最終スピン情報として決定する情報算出部と、
    を含む運動するボールに対するセンシング装置であって、
    前記信号分析部は、前記受信された反射波信号の分析に基づいて算出された前記ボールの位置座標に対する予め設定された信号処理及び統計的分析の少なくとも一つにより、前記ボールの位置座標に対する趨勢データを算出するように構成され、
    前記情報算出部は、前記ボールの位置座標と前記趨勢データを比較し、差異の低い趨勢データに高い加重値を設定する方式により、全体または予め設定された区間での前記趨勢データのそれぞれについて、前記差異に基づいて加重値を設定し、前記生成された予測ボール軌跡と前記算出された趨勢データを比較し、前記趨勢データと前記予測ボール軌跡の予測を下回る場合、前記軌跡を決定し、その優先順位によってそれぞれ対応される前記趨勢データと前記予測ボール軌跡との誤差を算出し、方向を予測し、前記方向のうち最も低い方向の誤差の予測ボール軌跡を決定し、その決定された予測ボール軌跡に適用された任意スピン情報を前記最終スピン情報として決定するように構成される、 運動するボールに対するセンシング装置。
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