JPH07306214A

JPH07306214A - 投下物の落下速度計測装置

Info

Publication number: JPH07306214A
Application number: JP9675994A
Authority: JP
Inventors: Takashi Shironita; 孝白仁田
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元空間において任意の軌跡で落下する投
下物の落下速度を計測する。【構成】互いに垂直方向に設置されたＴＶカメラ１
１，２１により所定高度から投下された投下物の落下映
像が撮影され、ＶＴＲ１２，２２により時刻情報ととも
に記録される。そして、各落下映像がコマ送り再生さ
れ、落下中の同一時刻における、各ＴＶカメラに対応し
た静止画像に記録された投下物および角度表示用部材の
各位置情報に基づいて、当該時刻における投下物の高度
が算出される。そして、投下物の落下中の各高度の差
と、該差に対応する時間とに基づいて投下物の落下速度
が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元空間において任
意の軌跡で落下する投下物の落下速度を計測する投下物
の落下速度計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ストロボ式カメラ等を使用し
て定経路（例えば直線状経路）を落下する物体の速度を
計測するシステムが知られている。係るシステムは、主
として、特定の投下物が予測される誤差範囲において所
定速度で落下するか否か等の落下性能を確認するために
使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際には、
３次元空間を自由な軌跡をたどって落下する投下物も数
多くあり、このような投下物の落下性能の確認を同様に
行いたいという要望が聞かれる。例えば、前後左右に揺
れながら自由に落下する落下傘の着地性能を評価したい
場合、該落下傘の落下速度を検出することが望まれる
が、上述した従来のシステムではこのような任意の軌跡
をたどる投下物の落下速度を検出することができず、上
記評価を行うことは困難であった。本発明は、上述した
事情に鑑みてなされたものであり、３次元空間において
任意の軌跡で落下する投下物の落下速度を計測可能な投
下物の落下速度計測装置を提供することを目的としてい
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、地平面上あるいはその上方近傍
に、前記地平面上に設定された基準位置を通過する第１
の方向に向けて配置され、前記地平面の基準位置上方の
所定高度位置より投下された投下物の落下映像を撮影す
る第１の撮影手段と、前記地平面上、あるいはその上方
近傍に、前記基準位置を通過し、かつ前記第１の方向と
直交する第２の方向に向けて配置され、前記投下物の落
下映像を撮影する第２の撮影手段と、前記基準位置を原
点とし、前記第１および第２の方向を第１および第２の
座標軸とする平面座標において、前記第１および第２の
座標軸上に、一定の条件に基づいて設けられた複数の表
示用部材と、前記第１および第２の撮影手段によりそれ
ぞれ撮影された前記投下物の落下映像をそれぞれ記録す
る第１および第２の記録手段と、前記第１および第２の
記録手段に記録された各落下映像を所定時間毎にそれぞ
れコマ送り再生する第１および第２の再生手段と、前記
第１および第２の再生手段により再生された、前記投下
物の落下中の所定時刻における各再生画像上の前記投下
物および前記複数の表示用部材の各位置情報に基づい
て、当該所定時刻毎の前記投下物の高度を算出する高度
算出手段と、前記高度算出手段により算出された前記投
下物の落下中の各時刻における高度差と、前記所定時間
とに基づいて、前記投下物の落下速度を算出する速度算
出手段とを具備することを特徴としている。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、所定高度位置から投下され
た投下物の落下映像が、第１および第２の撮影手段によ
り撮影され、第１および第２の記録手段によりそれぞれ
記録される。そして、記録された各落下映像が第１およ
び第２の再生手段によりそれぞれコマ送り再生され、落
下中の所定時刻における各再生画像上の投下物および複
数の表示用部材の位置情報に基づいて、高度算出手段に
より該所定時刻における投下物の高度が算出される。そ
して、速度算出手段により、投下物の落下中の各高度の
差と上記所定時間とに基づいて、該投下物の落下速度が
算出される。

【０００６】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例における投下
物の落下速度計測装置の構成を示すブロック図である。
また、図２は、該落下速度計測装置を使用した計測シス
テムの全体構成を示す斜視図である。なお、この計測シ
ステムの主な目的は、投下物の着地性能を調べることで
ある。図１において、１１，２１はそれぞれ高速度撮影
用ＴＶカメラであり、図２に示すように互いに離間して
設置される。この設置位置については、後に詳しく説明
する。１２，２２は、ＴＶカメラ１１，２１にそれぞれ
接続され、各ＴＶカメラによって撮影されたビデオ映像
を記録および再生するＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）
である。

【０００７】１３，２３は、リモートスイッチ３０から
所定のカウント開始信号が供給されると時間計測を開始
し、経過秒時のデータをそれぞれ上記ＶＴＲ１２，２２
に供給するタイムジェネレータである。ＶＴＲ１２，２
２においては、この経過秒時のデータに基づいて、経過
秒時を示す文字が記録画像上にスーパーインポーズされ
る。

【０００８】次に、１４，２４は、ＶＴＲ１２，２２か
ら出力される再生画像にドットによる水平および垂直方
向の基準線をスーパーインポーズするとともに、操作者
が所定の指定手段を使用して指定した２点間のドット数
を計数して表示するメジャリング・ゲージである。１
５，２５はモニタ（ディスプレイ）であり、上記基準線
がスーパーインポーズされた再生画像を画面上にそれぞ
れ表示する。再生画像における上記各基準線は、上記各
メジャリング・ゲージ１４，２４を操作することによ
り、その位置を上下または左右に移動可能になってい
る。

【０００９】次に、図２に示す計測システムにおいて、
４０は、ＴＶカメラ１１，２１により撮影される投下物
としての落下傘であり、ここでは、実験用に所定のおも
りが懸垂されている。４１は、落下傘４０を所定高度よ
り投下する投下機構であり、以下の各要素から構成され
ている。まず、４２はクレーンのアーム部分（クレーン
本体部分は図示略）であり、該アームの先端から固定フ
レーム４４が懸垂されている。この固定フレーム４４が
懸垂される高度は、地上から約５０ｍである。次に、固
定フレーム４４にはウインチ４５を介して昇降可能な昇
降フレーム４６が懸垂され、昇降フレーム４６の先端に
はマジックハンド４７が固定されている。また、４８
は、このマジックハンド４７の開閉状態を操作するため
のマジックハンド操作ボックスである。

【００１０】次に、図２における符号Ｋx1，…，Ｋx4、
Ｋy1，…，Ｋy4等は、地面に埋設された角度表示杭を示
すものである。以下に、これら各角度表示杭の配置およ
びＴＶカメラ１１，２１との位置関係について、この計
測システムを上空から見た外観図である図３を用いて説
明する。図３に示すように、ＴＶカメラ１１とＴＶカメ
ラ２１とは、同図に示す原点位置Ｏを挟んで互いに直角
に設置される。このシステムにおいては、各ＴＶカメラ
から原点Ｏまでの距離はいずれも３０ｍに設定されてい
る。

【００１１】ここで、図３に示す地面上に、ＴＶカメラ
１１の設置点と原点Ｏとを結ぶ直線をＸ軸に、ＴＶカメ
ラ２１の設置点と原点Ｏとを結ぶ直線をＹ軸とみなす座
標を設定する。そして、まず、ＴＶカメラ２１の設置点
から、Ｙ軸を挟んで左右にそれぞれ５゜刻みずつの角度
幅を有する４本の直線をそれぞれ仮定する。これらの各
直線がＸ軸と交差する各々の点に、角度表示杭Ｋx-1 ，
Ｋx-2 ，…，Ｋx-4 、Ｋx1，Ｋx2，…，Ｋx4が設けられ
ている。

【００１２】同様に、ＴＶカメラ１１の設置点からＸ軸
を挟んで左右にそれぞれ５゜刻みずつの角度幅を有する
４本の直線をそれぞれ仮定する。これらの各直線がＹ軸
と交差する各々の点に、角度表示杭Ｋy-1 ，Ｋy-2 ，
…，Ｋy-4 、Ｋy1，Ｋy2，…，Ｋy4が設けられている。
すなわち、図３は、各座標軸ＸおよびＹ上に、原点Ｏを
挟み、各ＴＶカメラから見て左右２０゜の範囲に５゜毎
に角度基準点（角度表示杭）が設けられた状態を示して
いる。

【００１３】これにより、ＴＶカメラ１１，２１におい
ては、撮影スタンバイ状態においてファインダ内の映像
下部に原点Ｏを中心とした上記各角度表示杭が映し出さ
れる。ここで、必ずしも上述した左右４本ずつの角度表
示杭が全て映し出される必要はなく、落下傘４０の予測
される落下状態と測定精度とを鑑みて使用レンズの倍率
を決定し、該倍率に応じて左右数本ずつの角度表示杭が
映し出されれば良い。

【００１４】次に、この実施例の動作について説明す
る。落下傘４０の落下映像の撮影まず、係員が図２のウインチ４５を操作して昇降フレー
ム４６を降下させ、次にマジックハンド操作ボックス４
８を操作することにより、該昇降フレーム４６に固定さ
れたマジックハンド４７に落下傘４０を掴ませる。そし
て、係員は再びウインチ４５を操作して、落下傘４０が
吊るされた昇降フレーム４６を地上５０ｍ近くまで上昇
させる。次に、係員は図１に示す落下速度計測装置各部
をスタンバイ状態にし、落下傘４０の投下予定時刻の１
０秒前に各ＶＴＲ１２，２２の録画スイッチをそれぞれ
押下し、ビデオ映像の記録を開始させる。

【００１５】そして、上記投下予定時刻になると、係員
によりマジックハンド操作ボックス４８が操作され、マ
ジックハンド４７に対して開指令が行われる。これによ
りマジックハンド４７は開状態となり、落下傘４０が投
下される。ここで、係員によりリモートスイッチ３０が
押下され、これにより、各タイムジェネレータ１３，２
３から発生される経過秒時データがＶＴＲ１２，２２に
それぞれ供給され、記録画像上にスーパーインポーズさ
れる。これ以降、落下傘４０が地面に着地するまで、Ｖ
ＴＲ１２，２２による画像記録が継続される。

【００１６】落下映像の再生落下傘４０が着地すると、係員は各ＶＴＲ１２，２２の
録画動作を停止させ、記録された画像をモニタ１５，２
５の画面上にそれぞれ再生させる。この時、各ＶＴＲ１
２，２２に対して、撮影時間の０．２秒毎のコマ送り再
生動作が指示される。ここで、各コマ毎の画像は、係員
が所定の操作をするたびに１コマずつ順次再生されるよ
うになっている。なお、コマ送り間隔（秒数）について
は、後述する各計算処理に要する時間や、この速度計測
装置の精度を鑑みて、任意に設定して良い。ところで、
落下傘４０は地上５０ｍ近くから投下されたが、上記Ｔ
Ｖカメラによる上方向の撮影範囲は地上１５ｍ程度であ
るため、初めの方の複数コマには落下傘４０の映像が現
れない。よって、係員は、落下傘４０の映像が再生画像
上に現れるまで上述したコマ送り動作を行う。

【００１７】再生画像上の単位長（ドット間）に対応
する角度値の算出図４に、ＴＶカメラ１１により撮影された、落下傘４０
の映像が含まれる再生画像の一例を示す。以下、この画
像、および、図示は省略するが同落下時刻におけるＴＶ
カメラ２１により撮影された映像の再生画像を例とし
て、落下傘４０の上記落下時刻における高度を算出する
処理について説明する。図４において、符号Ｋy1' ，Ｋ
y2' ，Ｋy3' 、Ｋy-1'，Ｋy-2'，Ｋy-3'は、それぞれ上
述した角度表示杭Ｋy1，Ｋy2，Ｋy3、Ｋy-1 ，Ｋy-2 ，
Ｋy-3 の映像、また、符号４０’は落下傘４０の映像を
それぞれ示している。また、ドット状の破線ｄは、上記
メジャリング・ゲージ１４により画像上にスーパーイン
ポーズされた基準線である。

【００１８】上述したように、係員がメジャリング・ゲ
ージ１４の所定の指定手段を操作して、例えば上記Ｋy-
1'とＫy-2'にそれぞれ対応する２点を指定することが可
能であり、該指定操作により、上記２点間に存在する破
線ｄのドット数を示す文字「８０dot」が画面上に図示
のように表示される。各映像Ｋy-1'とＫy-2'との間は、
上述したようにＴＶカメラ１１を頂点とする角度５゜に
対応するので、上記表示された「８０ドット」から、画
像上の１ドットあたりに対応する角度は、５゜／８０ドット＝０．０６２５゜／ドット ……（１）と算出される。

【００１９】この「１ドットあたりの角度」、すなわ
ち、再生画像上の単位長あたりの角度値は、この画像全
体に適用される。実際には、同画像上において各映像Ｋ
y-1'，Ｋy-2'間（または、これと対称な各映像Ｋy1'，
Ｋy2'間）から離れるに従い、単位長あたりの角度値は
式（１）の値から徐々にずれるが、このずれによる誤差
の程度はＴＶカメラ１１の撮影範囲から考えて許容範囲
内（０．２％以下）であるとみなされる。なお、上式
（１）、および、以下に説明するその他の計算式につい
ては、すべて図示しない計算機にあらかじめプログラム
されており、該計算機に必要な変数値（式（１）の場合
はドット数）を入力することにより演算結果が得られ
る。

【００２０】上下／左右方向における角度偏差の算出次に、係員により同様にメジャリング・ゲージ１４が操
作され、図４の画像における落下傘の映像４０’が、該
画像上において地面から上方向に何ドット分の位置にあ
るか、および、同映像４０’が画面上の原点Ｏ’を通る
垂直線から横方向に何ドット分離れた位置にあるかがそ
れぞれ検出される。そして、各検出結果（地面から２０
０ドット、上記垂直線から左側（正方向）に８３ドッ
ト）が、同様に図４に示すように表示される。

【００２１】そして、上記検出された映像４０’の地面
からのドット数（２００）と式（１）の結果とから、当
該時刻における、ＴＶカメラ１１から落下傘４０を見る
視線方向と該落下傘の直下の地面を見る視線方向との角
度差である「上下方向の偏差角度θη1 」が次式（２）
により算出される。 θη1 ＝（０．０６２５゜／ドット）×２００ドット＝１２．５゜ ……（２）また、同様に、ＴＶカメラ１１から上空の落下傘と、該
落下傘を通る水平線と原点Ｏを通る架空の垂直線とが交
差する点とを見る各視線方向の差である「左右方向の偏
差角度θν1 」が、下式（３）により算出される。 θν1 ＝（０．０６２５゜／ドット）×８３ドット＝５．２゜ ……（３）なお、仮に、落下傘の映像４０’が上記原点Ｏ’を通る
垂直線から右側（負方向）に８３ドット離れた位置にあ
ったとすると、偏差角度θν1 は負の値となる。また、
ＴＶカメラ２１による同時刻の映像の再生画像において
も、上下方向の偏差角度θη2 および左右方向の偏差角
度θν2 が同様の処理により算出される。

【００２２】落下傘４０の水平面内における座標の算
出次に、上記各偏差角度θν1 、θν2 に基づいて、落下
傘４０の水平面内における座標が以下に説明するように
算出される。図５は、前掲図３に対応する座標図であ
り、その単位をメートルとする。図５において、符号Ａ
はＴＶカメラ１１の位置を示し、ＴＶカメラ１１と原点
Ｏとは前述のように３０ｍ離れているので、その座標
（ｘ１，ｙ１）は（−３０，０）である。一方、符号Ｂ
はＴＶカメラ２１の位置を示し、ＴＶカメラ１１と原点
Ｏとは同様に３０ｍ離れているので、その座標（ｘ２，
ｙ２）は（０，−３０）である。

【００２３】次に、符号Ｃは落下傘４０の位置を示して
おり、その座標を（ｘ，ｙ）と仮定すると、符号Ａ〜Ｃ
が示す各位置の座標から、下式（４）および（５）が成
り立つ。ｙ１−ｙ＝（ｘ１−ｘ）×ｔａｎθν1 ……（４）ｘ２−ｘ＝（ｙ２−ｙ）×ｔａｎθν2 ……（５）ここで、式（４）および式（５）は、変数ｘおよびｙの
連立方程式になっており、これを解くことにより、座標
（ｘ，ｙ）の各値が算出される。

【００２４】落下傘４０の高度の算出次に、算出された座標（ｘ，ｙ）および上下方向の偏差
角度θη1 ，θη2 に基づいて、以下に説明するように
落下傘４０の高度Ｈが算出される。まず、座標（ｘ，
ｙ）から、ＴＶカメラ１１（図５の符号Ａ）と落下傘４
０（図５の符号Ｃ）とのＸ軸方向の離間距離Δｘ、およ
び、ＴＶカメラ２１（図５の符号Ｂ）と落下傘４０との
Ｙ軸方向の離間距離Δｙは、次式（６）、（７）のよう
に表される。 Δｘ＝ｘ＋３０ ……（６） Δｙ＝ｙ＋３０ ……（７）

【００２５】次に、図６は、この計測システムを前掲図
３に示す矢印イの方向から見た図であり、図６に示す落
下傘４０の位置は、前掲図５の符号Ｃの位置に対応して
いる。また、図６において、ＴＶカメラ１１と落下傘４
０との水平方向の離間距離は、上記Δｘになる。次に、
図６において、符号Ｅを地面とし、ＴＶカメラ１１が設
置された高さをｈ、ＴＶカメラ１１から角度表示杭が設
けられたＹ軸を見おろす伏角をδとする。上記高さｈお
よび伏角δはあらかじめ計測可能である。また、図６に
示す上下方向の偏差角度θη1' は、許容誤差範囲内に
おいて上述した偏差角度θη1 とみなすことができるの
で、落下傘４０の高度ΔＨは、 ΔＨ＝ Δｘ・ｔａｎ（θη1 −δ）＋ｈ ……（８）と算出される。よって、上式（８）にＸ軸方向の離間距
離Δｘ、偏差角度θη1、伏角δの各値を代入すること
で高度ΔＨが算出される。

【００２６】また、図示は省略するが、Ｙ軸方向の離間
距離Δｙおよび上下方向の偏差角度θη2 とから、同様
に、次式（９）により高度ΔＨを算出することも可能で
ある。 ΔＨ＝ Δｙ・ｔａｎ（θη2 −δ）＋ｈ ……（９）

【００２７】落下傘４０の落下速度の算出以上説明した〜の処理は、コマ送りが行われるたび
に各再生画像に対して行われ、これにより、各落下時刻
における高度ΔＨ1 ，ΔＨ2 ，…，ΔＨn が順次算出さ
れる。ここで、各再生画像には上記タイムジョネレータ
１３，２３による時刻情報がスーパーインポーズされて
いるので、再生画像の数が非常に多い場合においても、
各再生画像と時刻との対応があやふやになる心配はな
い。そして、算出された各高度ΔＨ1 ，…，ΔＨn に対
して、それぞれ隣合う２つの高度ΔＨk ,ΔＨk+1 （ｋ
＝1〜 n-1）の差が時間（ここでは０．２秒）で除算さ
れることにより、各時刻における落下速度が得られる。
これにより、落下傘４０が地面に到着するまでの各落下
速度の変化に基づいて、落下傘４０の落下性能を評価す
ることができる。

【００２８】以上、落下傘の落下速度の計測システムに
ついて説明したが、本発明は、落下傘に限らず、自由落
下する任意の投下物の落下速度の算出に適用して効果が
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、３次元空間において任意の軌跡で落下する投下物の
落下速度を計測し、該投下物の落下性能等を評価するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における投下物の落下速度計
測装置の構成を示すブロック図である。

【図２】同実施例における、計測システムの全体構成を
示す斜視図である。

【図３】上記計測システムを上空から見た外観図であ
る。

【図４】同実施例において、ＴＶカメラ１１により撮影
された、落下傘４０を含む映像の再生画像の一例であ
る。

【図５】落下傘４０の水平面内における座標値を算出す
る方法を説明する図である。

【図６】落下傘４０の高度を算出する方法を説明する図
である。

【符号の説明】

１１ＴＶカメラ（第１の撮影手段）２１ＴＶカメラ（第２の撮影手段）１２ＶＴＲ（第１の記録手段、第１の再生手
段）２２ＶＴＲ（第２の記録手段、第２の再生手
段）Ｋx-4 ，…，Ｋx4 、Ｋy-4 ，…，Ｋy4 角度表示杭
（表示用部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地平面上あるいはその上方近傍に、前記
地平面上に設定された基準位置を通過する第１の方向に
向けて配置され、前記地平面の基準位置上方の所定高度
位置より投下された投下物の落下映像を撮影する第１の
撮影手段と、前記地平面上、あるいはその上方近傍に、前記基準位置
を通過し、かつ前記第１の方向と直交する第２の方向に
向けて配置され、前記投下物の落下映像を撮影する第２
の撮影手段と、前記基準位置を原点とし、前記第１および第２の方向を
第１および第２の座標軸とする平面座標において、前記
第１および第２の座標軸上に、一定の条件に基づいて設
けられた複数の表示用部材と、前記第１および第２の撮影手段によりそれぞれ撮影され
た前記投下物の落下映像をそれぞれ記録する第１および
第２の記録手段と、前記第１および第２の記録手段に記録された各落下映像
を所定時間毎にそれぞれコマ送り再生する第１および第
２の再生手段と、前記第１および第２の再生手段により再生された、前記
投下物の落下中の所定時刻における各再生画像上の前記
投下物および前記複数の表示用部材の各位置情報に基づ
いて、当該所定時刻毎の前記投下物の高度を算出する高
度算出手段と、前記高度算出手段により算出された前記投下物の落下中
の各時刻における高度差と、前記所定時間とに基づい
て、前記投下物の落下速度を算出する速度算出手段とを
具備することを特徴とする投下物の落下速度計測装置。