KR102002745B1 - 비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법 - Google Patents

비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법 Download PDF

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Abstract

화상 촬영부(201)는 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영한다. 화상 일치부(203)는 카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성한다. 3D 모델 구성부(204)는 생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성한다. 가상 회전부(205)는 미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 상기 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시킨다. 등록 화상 생성부(206)는 상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성한다. 차분 산출부(207)는 상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출한다. 회전 파라미터 결정부(208)는 상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정한다.

Description

비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법
본 발명은, 비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법에 관한 것이다.
종래, 골프볼 등의 볼의 비행(飛行) 파라미터(발사(發射) 파라미터)의 측정 기술은, 다종(多種) 존재한다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 비행 중인 물체의 발사 파라미터를 측정하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 비행 중인 물체의 복수의 화상을 촬영하는 공정과, 복수의 화상의 각각에서 물체의 반경과 물체의 중심을 특정하는 공정과, 물체의 반경, 물체의 중심 및 사전에 측정된 카메라의 얼라인먼트값에 의거하여, 속도, 앙각(仰角, elevation angle)과 방위각(azimuth angle)을 계산하는 공정을 구비한다. 또한, 이 방법은, 복수의 화상을 물체와 경계를 접하는 최소의 정방형으로 자르는(crop) 공정과, 복수의 화상을 구면(球面) 표시(sphrical representation)로부터 데카르트 표시(Cartesian representation)로 평탄화하는 공정과, 데카르트 표시를 회전 중심의 후보의 범위를 갖는 극좌표로 변환하는 공정과, 극화상 쌍(對)의 적합도에 의거하여 회전축 및 회전률을 측정하는 공정을 구비한다.
또한, 특허문헌 2에는, 움직이고 있는 대상물의 파라미터를 결정하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 카메라의 화상면에서의 모든 (x, y) 픽셀에 대한 (x, y, z) 방향을 확립하도록 카메라 렌즈를 캘리브레이션하는 스텝과, 얼라인먼트 보정 계수를 결정하는 스텝과, 움직이고 있는 대상물의 복수의 화상을 포착하는 스텝과, 복수의 화상의 각각에서 대상물을 발견하는 스텝과, 복수의 화상의 각각에 대해 3차원 좌표를 계산하는 스텝과, 3차원 좌표로부터 대상물에 대한 속도 벡터를 계산하는 스텝을 구비한다. 또한, 이 방법은, 복수의 회전의 조(組)의 회전의 제1의 조에 의해 복수의 화상의 기준 화상을 회전하는 스텝과, 회전된 기준 화상을 타겟 화상으로 스케일링하는 스텝과, 복수의 스코어의 잉크리먼트 스코어를 얻도록 기준 화상을 타겟 화상에 상관시키는 스텝과, 복수의 스코어의 최대의 스코어를 얻기 위해 순차적으로 개량하도록 회전, 스케일링 및 상관 스텝을 반복하는 스텝과, 움직이고 있는 대상물의 파라미터를 결정하도록 복수의 회전의 조의 최대의 회전의 조를 이용하는 스텝을 구비한다.
일본 특표2016-540185호 공보(PCT 출원의 번역) 일본 특표2005-529339호 공보(PCT 출원의 번역)
카메라로 촬영한 볼의 화상에 의거하여 볼의 비행 파라미터를 산출하는 경우, 다양한 화상 처리 방법이 존재하고, 효과적인 방법이 모색되고 있다. 상술한 특허문헌 1 및 2에서는, 비행 파라미터의 측정에 필요로 하는 많은 공정(스텝)이 복잡하고, 처리 능력이나 처리 시간이 필요하다는 과제가 있다. 또한, 측정된 비행 파라미터의 정밀도도 불명(不明)하다. 여기서, 비행 파라미터는, 통상, 움직이는 물체의 볼 속도, 앙각 및 방위각(side angle)을 의미하는 이동 파라미터와, 물체의 회전축과 총회전을 의미하는 회전 파라미터를 포함하는데, 회전 파라미터를 정밀도 높게 산출하는 것은 매우 어렵다.
그래서, 본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 간단한 화상 처리 방법으로 볼의 비행 파라미터를 정밀도 높게 측정하는 것이 가능한 비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치는, 화상 촬영부와, 화상 일치부와, 3D 모델 구성부와, 가상(假想) 회전부와, 등록 화상 생성부와, 차분 산출부와, 회전 파라미터 결정부를 구비한다. 화상 촬영부는, 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는다. 화상 일치부는, 카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시켜 얻어진 제1의 등록 볼 화상을 생성한다. 3D 모델 구성부는, 상기 생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 상기 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계(世界) 좌표(world coordinate system)로 변환함에 의해 얻어진 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성한다. 가상 회전부는, 상기 구성된 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을, 미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 가상적으로 회전시킨다. 등록 화상 생성부는, 상기 회전 후의 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델 중 상기 카메라로 촬영되는 가시(可視) 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환함에 의해 얻어진 카메라 좌표의 제2의 등록 볼 화상을 생성한다. 차분 산출부는, 상기 제2의 볼 화상 중, 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출한다. 회전 파라미터 결정부는, 상기 초기 회전 파라미터를 변경함에 의해 상기 3D 모델의 가상적인 회전과, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성과, 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실(現實)의 회전 파라미터로서 결정한다.
본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 방법은, 비행 파라미터 측정 장치의 각 부분과 마찬가지로, 화상 촬영 스텝과, 화상 일치 스텝과, 3D 모델 구성 스텝과, 가상 회전 스텝과, 등록 화상 생성 스텝과, 차분 산출 스텝과, 회전 파라미터 결정 스텝을 구비한다.
본 발명에 의하면, 간단한 화상 처리 방법으로 볼의 비행 파라미터를 정밀도 높게 측정한 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치의 개략도.
도 2는 본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치의 기능 블록도.
도 3은 본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치의 실행 순서를 도시하는 플로우차트.
도 4A는 촬영 화상과 2치화 화상의 한 예.
도 4B는 2치화 화상에서의 대상물의 추출과 2치화 화상에서의 볼의 중심 좌표와 반경의 산출의 한 예.
도 5A는 촬영 화상의 카메라 좌표와 카메라의 세계 좌표와의 관계를 도시한 개략도.
도 5B는 볼의 세계 좌표의 z좌표치를 산출하는 경우의 개략도.
도 6A는 볼의 속도, 앙각 및 방위각의 관계를 나타내는 개략도.
도 6B는 카메라 좌표에서 제1의 볼 화상을 제2의 볼 화상에 일치시킨 경우의 개략도.
도 7A는 제1의 등록 볼 화상의 화소의 화소치를 보간하는 경우의 개략도.
도 7B는 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환하여, 3D 모델을 구성하는 경우의 개략도.
도 8A는 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 가상적으로 회전하여, 회전 후의 제1의 등록 볼 화상의 가시 표면을 추출한 경우의 개략도.
도 8B는 제2의 등록 볼 화상과 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 경우의 개략도.
도 9는 Retinex 처리, 2치화 처리 및 패치 2치화 처리에 의한 볼 화상의 재구성의 한 예.
도 9B는 볼 화상의 재구성의 존부(存否)에 의한 제2의 등록 볼 화상과 제2의 비교 볼 화상과의 차이를 도시하는 개략도.
도 10A는 골프용 로봇으로 타출(打出)한 골프볼의 비행 파라미터를 측정한 때의 양상을 나타내는 사진 화상의 한 예.
도 10B는 시판(市販)의 비행 파라미터 측정 장치와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치로 측정한 골프볼의 속도의 측정 결과의 그래프.
도 11A는 시판의 비행 파라미터 측정 장치와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치로 측정한 골프볼의 앙각의 측정 결과의 그래프.
도 11B는 시판의 비행 파라미터 측정 장치와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치로 측정한 골프볼의 방위각의 측정 결과의 그래프.
도 12A는 시판의 비행 파라미터 측정 장치와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치로 측정한 골프볼의 회전축의 측정 결과의 그래프.
도 12B는 시판의 비행 파라미터 측정 장치와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치로 측정한 골프볼의 총회전의 측정 결과의 그래프.
이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관해 설명하여, 본 발명의 이해에 제공하다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체화한 한 예이고, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 성격의 것은 아니다.
본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 카메라(10)와 비행 파라미터 산출부(11)를 포함한다. 카메라(10)는, 단시간에 고속으로 연속 촬영을 가능하게 하는 고속도 카메라이다. 본 발명에서의 카메라(10)가 촬영 화상을 적절하게 취득할 수 있으면, 카메라(10)의 수를 한정할 필요는 없고, 1대라도 복수대(예를 들면, 2대)라도 상관없다. 비행 파라미터 측정 장치(1)는, 카메라(10)의 시야에 비행중의 볼이 들어간 순간에 카메라(10)의 촬영을 시작하고, 시야 내에서 동작(비행 또는 발사)하는 볼(B)을 소정 시간, 고속으로 연속적으로 촬영한다.
비행 파라미터 산출부(11)는, 카메라(10)와 통신 가능하게 접속되고, 카메라(10)에 의해 촬영된 볼(B)을 포함하는 복수(예를 들면, 2장)의 촬영 화상을 수신하면, 당해 복수의 촬영 화상에 의거하여 동작중의 볼(B)의 비행 파라미터를 산출한다. 비행 파라미터는, 이동 파라미터와 회전 파라미터로 구성된다. 이동 파라미터는, 볼(B)의 속도(BALL SPEED)와, 앙각(LAUNCH ANGLE)과, 방위각(SIDE ANGLE)을 의미한다. 회전 파라미터는, 회전축(SPIN AXIS)과, 총회전(TOTAL SPIN)을 의미한다. 또한, 백스핀이란, 볼(B)의 비행 방향에 대해 역방향의 회전이고, 사이드 스핀이란, 회전축에 대해 횡방향의 회전이다. 백스핀도 사이드 스핀도 볼(B)의 속도와 앙각과 방위각과 회전축과 총회전으로부터 산출할 수 있다.
여기서, 카메라(10)의 시야(視野) 내의 동작중의 볼(B)을 타이밍 좋게 촬영하기 위해, 비행 파라미터 측정 장치(1)는, 볼 검출부(12)를 또한 구비한다. 볼 검출부(12)의 구성에 특히 한정은 없다. 예를 들면, 볼 검출부(12)는, 카메라(10)의 시야 내(예를 들면, 시야 내의 단부(端部) 근방)에 적외선을 조사하는 적외선 조사부와, 조사된 적외선을 반사광으로서 수광하는 적외선 수광부와, 수광된 반사광의 변동에 의거하여 카메라(10)의 시야 내에 동작중의 볼(B)이 들어간 것을 검출하는 반사광 검출부를 구비한다. 시야 내에 볼(B)가 들어가면, 시야 내의 적외선이 볼(B)에서 반사되어, 볼(B)의 반사광이 변동한다. 따라서, 볼 검출부(12)는, 그 현상을 이용하여, 카메라(10)의 시야에의 볼(B)의 침입을 검출한다. 적외선 조사부와 적외선 수광부는 1세트이다. 복수의 세트를 카메라(10)의 시야 내의 수평 방향으로 직렬로 구비하여, 카메라(10)의 시야 내의 어디에 볼(B)가 들어갔는지를 정밀도 높게 검출하여도 좋다. 또한, 적외선에 대신하여 레이저광 또는 레이저 커튼을 채용하여도 좋다. 카메라(10)의 시야 내에서 동작중의 볼(B)을 검출하면, 볼 검출부(12)는, 검출 신호를 비행 파라미터 산출부(11)에 발신하고, 비행 파라미터 산출부(11)는, 카메라(10)에 촬영 신호를 입력하여, 카메라(10)의 시야 내에서 동작하는 볼(B)을 연속적으로 촬영한다.
또한, 카메라(10), 비행 파라미터 산출부(11), 볼 검출부(12)에는, 도시하지 않은 CPU, ROM, RAM 등을 내장하고 있고, CPU는, 예를 들면, RAM을 작업 영역으로서 이용하여, ROM 등에 기억되어 있는 프로그램을 실행한다. 후술하는 각 부분에 대해서도, CPU가 프로그램을 실행함으로써 당해 각 부분을 실현한다.
도 2, 도 3을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 관한 구성 및 실행 순서에 관해 설명한다. 우선, 유저(플레이어)가 비행 파라미터 측정 장치(1)의 전원을 투입하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)가 기동하고, 볼 검출부(12)가 볼(B)의 동작의 검출을 시작한다(도 3, S101).
플레이어가 비행 파라미터 측정 장치(1)의 옆에 볼(B)(예를 들면, 골프볼)을 배치하고, 골프 클럽(E)으로 볼(B)을 타출하면, 볼 검출부(12)가 볼(B)의 비행(발사)을 검출한다(도 3, S101 YES). 그러면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 화상 촬영부(201)는, 카메라(10)로 비행중의 볼(B)을 연속적으로 촬영한다(도 3, S102). 여기서는, 화상 촬영부(201)는, 카메라(10)로 비행중의 볼(B)을 소정 시간, 고속으로 연속적으로 촬영하고, 2장의 촬영 화상을 얻는다. 화상 촬영부(201)는, 첫번째 촬영된 제1의 촬영 화상에서 볼(B)을 나타내는 제1의 볼 화상과 두번째(예를 들면, 다음에) 촬영된 제2의 촬영 화상에서 볼(B)을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는다.
화상 촬영부(201)의 촬영이 완료되면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 이동 파라미터 산출부(202)는, 제1의 볼 화상과, 제2의 볼 화상에 의거하여, 볼(B)의 이동 파라미터를 산출한다.
이동 파라미터 산출부(202)가 산출하는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 이동 파라미터 산출부(202)는, 제1의 볼 화상과 제2의 볼 화상(제1의 촬영 화상과 제2의 촬영 화상의 각각에 관한 볼 화상)의 중심 좌표(중심 좌표치)와 반경을 산출한다(도 3, S103). 구체적으로는, 이동 파라미터 산출부(202)는, 도 4A에 도시하는 바와 같이, 제1의 촬영 화상(401)을 2치화하여(2치화 처리를 수행하여), 제1의 촬영 화상(401) 중의 대상물의 외연(윤곽)이 특정되는 2치화 화상(402)을 생성한다. 2치화 화상(402)에서 특정된 대상물은, 주로, 주위와 비교하여 농담의 차가 큰 것이다.
제1의 촬영 화상(401)이 풀 컬러 화상인 경우, 이동 파라미터 산출부(202)는, 제1의 촬영 화상(401)을 화소의 화소치(농도치)가 256으로 표현된 그레이 스케일 화상으로 변환하고, 화소치가 소정의 임계치 이상인 화소를 「1」(백)로 변환하고, 화소치가 상기 임계치 미만인 화소를 「0」(흑)로 변환하여, 상기 변환에 의하여 2치화 화상(402)을 생성한다. 임계치는, 촬영 화상중의 볼(B)의 외연이 명확하게 되도록 미리 설정된다.
여기서, 외연이 특정된 대상물에, 볼(B)(볼 화상) 이외의(제외하는) 대상물(예를 들면, 골프 클럽(E)의 선단)이 포함될 가능성이 있다. 그래서, 이동 파라미터 산출부(202)는, 도 4A에 도시하는 바와 같이, 2치화 화상(402) 중 외연이 특정된 복수의 대상물(402a)의 각각에 관해, 대상물(402a)의 긴변(l)을 산출하고, 당해 산출한 긴변(l)을 직경으로 한 원(圓)(402b)의 면적(S1)과 당해 대상물(402a)의 외연내의 면적(S2)을 산출하고, 상기 원(402b)의 면적(S1)을 상기 대상물(402a)의 외연내의 면적(S2)으로 제산(除算)하여 얻어진 면적비율(S1/S2)을 산출한다. 그리고, 이동 파라미터 산출부(202)는, 산출한 복수의 대상물(402a)의 면적비율(S1/S2) 중 1에 가장 가까운 면적비율(S1/S2)를 갖는 대상물(402a)을 볼(B)로서 특정한다. 즉, 면적비율(S1/S2)이 1에 가장 가깝다는 것은, 긴변(l)을 직경으로 하는 원(402b)의 면적(S1)과 대상물(402a)의 외연내의 면적(S2)이 같고, 대상물(402a)이 원인 것을 의미한다. 이에 의해, 2치화 화상(402) 내의 볼(B)만을 명확하게 특정할 수 있다.
그리고, 이동 파라미터 산출부(202)는, 2치화 화상(402) 중 특정한 볼(B)의 중심 좌표(c)와 반경(r)을 산출한다. 볼(B)의 중심 좌표(c)는, 카메라 좌표(화상 좌표)에서의 2치화 화상(402)의 2차원 좌표(xic, yic)(픽셀)로 산출된다. 카메라 좌표는, 촬영 화상(401)(또는 2치화 화상(402))의 중심을 원점으로 하여서, 횡축을 x축(xi)으로 하고, 종축을 y축(yi)으로 하는 좌표계이다. 볼(B)의 반경(r)은, 화소수(픽셀)로 산출된다. 이동 파라미터 산출부(202)는, 제1의 촬영 화상(401) 중의 제1의 볼(B)(제1의 볼 화상)의 중심 좌표(c)와 반경(r)를 산출하면, 제2의 촬영 화상에 대해서도 상술과 같은 처리에 의해, 제2의 촬영 화상 중의 제2의 볼(B)(제2의 볼 화상)의 중심 좌표(c)와 반경(r)을 산출한다.
다음에, 이동 파라미터 산출부(202)는, 제1의 촬영 화상과 제2의 촬영 화상의 각각에 관해, 산출된 상기 볼(B)(볼 화상)의 중심 좌표(c)와 반경(r)과, 상기 카메라(10)의 캘리브레이션에 관한 정보에 의거하여, 세계 좌표(실(實) 좌표(actual coordinate system))에서의 중심 좌표(c)를 산출한다(도 3, S104).
이동 파라미터 산출부(202)가 산출하는 방법에 특히 한정은 없다. 여기서, 카메라(10)의 캘리브레이션에 관한 정보란, 캘리브레이션 매트릭스 정보를 의미한다. 캘리브레이션 매트릭스 정보란, 도 5A에 도시하는 바와 같이, 카메라 좌표의 촬영 화상(501)(촬영 화상(501)상의 임의 점(A))의 2차원 좌표(xia, yia)(픽셀)와, 세계 좌표의 촬영 화상(501)(상기 임의 점(A))의 3차원 좌표(xra, yra, zra)(길이)를 관련시키는 정보이다. 카메라 좌표는, 카메라(10)의 초점 거리(f)(길이)에 대응하는 촬영 화상(501)의 중심(CI)을 원점으로 갖는다. 세계 좌표는, 카메라(10)의 중심(CR)을 원점으로 갖는다. 예를 들면, 캘리브레이션 매트릭스 정보는, K 매트릭스 정보, P 매트릭스 정보 등을 들 수 있다. 그리고, 촬영 화상(501)은, 카메라(10)의 중심(CR)부터 촬영 대상을 향하여 z축방향으로 초점 거리(f)(길이)만큼 떨어진 위치에, z축에 대해 수직으로 위치한다. 카메라 좌표는, 횡축을 x축(x)으로 하고, 종축을 y축(yi)으로 하는 좌표계이다. 세계 좌표는, 횡축을 x축(xr)으로 하고, 종축을 y축(yr)으로 하고, 깊이축(시야축 또는 광학축)을 z축(r)으로 하는 좌표계이다.
이동 파라미터 산출부(202)는, 캘리브레이션 매트릭스 정보를 이용하여, 산출한 볼(B)의 중심 좌표(c)의 카메라 좌표{2차원 좌표(xic, yic)}를 세계 좌표{3차원 좌표(xrc, yrc, zrc)}로 변환한다.
여기서, 캘리브레이션 매트릭스 정보로 산출되는 세계 좌표의 3차원 좌표(xrc, yrc, zrc) 중, z좌표치는, 촬영 화상(501)상의 임의 점(A)의 z좌표치이기 때문에, 촬영 화상(501)상의 임의 점(A)의 z좌표치는 전부 같게 된다. 그 때문에, z축방향으로 비행하는 볼(B)의 세계 좌표의 z좌표치는, 다른 방법으로 산출할 필요가 있다.
그래서, 이동 파라미터 산출부(202)는, 코사인의 법칙(Low of cosine)을 이용하여, 산출된 볼(B)의 반경(r)과 세계 좌표의 카메라(10)의 중심(CR)을 기준으로 하여 촬영 화상(501)의 볼(B)의 좌우의 양단의 z축방향의 사이의 각도(θ)와의 관계로부터, 볼(B)의 세계 좌표의 z좌표치를 산출한다. 도 5B에 도시하는 바와 같이, 볼(B)의 직경(2r)에 대응하는 촬영 화상(501)의 볼(B)의 좌우의 양단의 거리(l)와, 촬영 화상(501)의 볼(B)의 좌단(또는 우단)과 세계 좌표의 카메라(10)의 중심(CR)과의 거리(D)와, 세계 좌표의 카메라(10)의 중심(CR)을 기준으로 하여 촬영 화상(501)의 볼(B)의 좌우의 양단의 z축방향 사이의 각도(θ)에는, 하기한 식(1) 및 (2)로 표시하는 바와 같이, 코사인의 법칙이 성립한다.
l2=D2+D2-2Dcosθ=2D2×(1-cosθ) … (1)
D=SQR{l2/(2×(1-cosθ))} … (2)
이동 파라미터 산출부(202)는, 미리 산출된 픽셀로부터 길이(실제 치수)로 변환하는 스케일을 이용하여, 볼(B)의 반경(r)의 픽셀을 길이로 변환하고, 변환 후의 볼(B)의 반경(r)(길이)으로부터 볼(B)의 직경(l)(=2r)(길이)을 산출하고, 카메라(10)의 초점 거리(f)(길이)와 볼(B)의 직경(l)(길이)으로부터 촬영 화상(501)의 볼(B)의 좌우의 z축방향 사이의 각도(θ)(도)를 산출하고, 볼(B)의 직경(l)(길이)와 각도(θ)(도)를 상기한 식(2)에 대입함으로써 거리(D)(길이)를 산출한다. 여기서, 거리(D)(길이)는, 볼(B)의 세계 좌표의 z좌표치에 근사하기 때문에, 이동 파라미터 산출부(202)는, 산출한 거리(D)(길이)를 볼(B)의 세계 좌표의 z좌표치로 한다. 또한, 제1의 볼과 제2의 볼의 각각에 관해 상술한 처리가 행하여진다.
그리고, 이동 파라미터 산출부(202)는, 산출된 제1의 볼과 제2의 볼의 중심 좌표(c){3차원 좌표(xrcj, yrcj, zrcj)(j=1, 2)}와, 제1의 볼과 제2의 볼의 촬영 시간의 간격에 의거하여, 당해 볼(B)의 이동 파라미터(속도(BS), 앙각(LA). 방위각(SA))를 산출한다(도 3, S105).
이동 파라미터 산출부(202)가 산출하는 방법에 특히 한정은 없다. 볼(B)의 속도(BS)와 앙각(LA)과 방위각(SA)은, 도 6A에 도시하는 바와 같이, 세계 좌표에서의 제1의 촬영 화상의 제1의 볼(B1)의 중심 좌표(c1){3차원 좌표(xrc1, yrc1, zrc1)}와, 제2의 촬영 화상의 제2의 볼(B2)의 중심 좌표(c2){3차원 좌표(xrc2, yrc2, zrc2)}와, 제1의 촬영 화상(401)을 촬영한 제1의 시간(t1)(sec)과, 제2의 촬영 화상(401)을 촬영한 제2의 시간(t2)(sec)으로부터 산출할 수 있다.
구체적으로는, 이동 파라미터 산출부(202)는, 상술한 값을, 하기한 식(3)(4)(5) 및 (6)에 대입함으로써, 세계 좌표에서의 각 축마다의 볼(B)의 속도(Vx, Vy, Vz)를 산출하고, 전체의 볼(B)의 속도(BS)를 산출한다.
Vx=(xrc2-xrc1)/(t2-t1) … (3)
Vy=(yrc2-yrc1)/(t2-t1) … (4)
Vz=(rc2- zrc1)/(t2-t1) … (5)
BS=SQR(Vx2+Vy2+Vz2) … (6)
또한, 이동 파라미터 산출부(202)는, 산출한 각 축마다의 볼(B)의 속도(Vx, Vy, Vz)를, 하기한 식(7) 및 (8)에 대입함으로써, 세계 좌표에서의 앙각(LA) 및 방위각(SA)을 산출한다. 또한, PI는, 원주율을 의미한다.
LA=180*{tan-1(Vy/Vx)/PI} … (7)
SA=180*{tan-1(Vz/Vx)/PI} … (8)
그리고, 이동 파라미터 산출부(202)가 볼(B)의 이동 파라미터의 산출을 완료되면, 다음에, 볼(B)의 회전 파라미터의 산출이 행하여진다. 우선, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 화상 일치부(203)는, 카메라 좌표에서 제1의 볼 화상을 제2의 볼 화상에 일치시켜 얻어진 제1의 등록 볼 화상을 생성한다(도 3, S106).
화상 일치부(203)가 생성하는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 화상 일치부(203)는, 도 6B에 도시하는 바와 같이, 카메라 좌표에서의 제1의 볼 화상(601a)(B1)의 중심 좌표(c1)(xic1, yic1)를 카메라 좌표에서의 제2의 볼 화상(602a)(B2)의(제2의 촬영 화상(602)의) 중심 좌표(c2)(xic2, yic2)로 이동시킴으로써, (제1의 촬영 화상에서의) 제1의 볼 화상(601a)의 위치(좌표)를 (제2의 촬영 화상에서의) 제2의 볼 화상(602a)의 위치(좌표)에 일치시킨다.
다음에, 화상 일치부(203)는, 제2의 볼 화상(602a)(B2)의 반경(r2)(픽셀)을 제1의 볼 화상(601a)(B1)의 반경(r1)(픽셀)으로 제산한 치수 비율(r2/r1)을 산출하고, 제1의 볼 화상(601a)(B1)에 치수 비율(r2/r1)을 승산함으로써, 제1의 볼 화상(601a)의 치수를 제2의 볼 화상(602a)의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상(601b)을 생성한다. 제1의 등록 볼 화상(601b)은, 제1의 볼(B1)의 시점(視點)을 제2의 볼(B2)의 시점에 합친 화상이 된다. 볼(B)에 회전이 생기고 있는 경우는, 제1의 볼 화상(601a)은 회전 전의 화상이고, 제2의 볼 화상(602a)은 회전 후의 화상이기 때문에, 양자의 표면(매핑점)은 다르다.
또한, 등록 볼 화상(601b)을 생성하는 경우, 화상 일치부(203)는, 카메라 좌표에서, 제1의 볼 화상(601a)의 중심 좌표(c1)(xic1, yic1)와, 제2의 볼 화상(602a)의 임의 좌표(xi2, yi2)와, 제2의 볼 화상(602a)의 중심 좌표(c2)(xic2, yic2)와, 치수 비율(r2/r1)과, 하기한 식(9) 및 (10)을 이용하여, 제2의 볼 화상(602a)의 임의 좌표에 대응하는 제1의 등록 볼 화상(601b)의 대응 좌표(xi11, yi11)를 산출하여도 좋다.
xi11=(xi2-xic2)*r2/r1+xic1 … (9)
yi11=(yi2-yic2)*r2/r1+yic1 … (10)
여기서, 제1의 볼 화상(601a)을 구성하는 화소에는, 카메라 좌표에서의 2D좌표(xi1, yi1)(픽셀)와, 농담(gray value)을 나타내는 화소치가 관련시켜져 있는데, 카메라 좌표의 픽셀의 단위는, 치수 비율(r2/r1(-))의 픽셀의 단위와 달리, 소수(小數)가 생기지 않는다. 그 때문에, 제1의 볼 화상(601a)의 위치 및 치수를 제2의 볼 화상(602a)의 위치 및 치수에 일치시키면, 카메라 좌표에서의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 픽셀의 임의 좌표(xi11, yi11)는, 도 7A에 도시하는 바와 같이, (카메라 좌표에서의) 제1의 볼 화상(601a)의 픽셀의 임의 좌표(xi1, yi1)와 어긋날 가능성이 있다.
그래서, 화상 일치부(203)는, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 주목 화소(target pixel)의 사방에 인접하는 제1의 볼 화상(601a)의 4개의 화소(주변 화소 또는 가장 가까운 화소) 각각의 화소치에 의거하여, 당해 제1의 등록 볼 화상(601b)의 주목 화소의 화소치를 추정(보간)한다. 이에 의해, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 화소의 화소치와, 제1의 볼 화상(601a)의 화소의 화소치에 생기는 어긋남을 해소하여, 회전 파라미터의 산출을 정밀도 높게 행할 수 있다.
구체적으로는, 화상 일치부(203)는, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 주목 화소의 사방에 인접하는 제1의 볼 화상(601a)의 주변 화소의 화소치(I(xi1, yi1), I(xi1+1, yi1), I(xi1+1, yi1+1), I(xi1, yi1+1))를, 하기한 식(11)(12)(13)에 대입함으로써, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 주목 화소의 {카메라 좌표의 임의 좌표(xi11, yi11)에서의} 화소치(I)(xi11, yi11)를 추정한다.
I(xi11, yi11)=I(xi1, yi1)*(1-fx)*(1-fy)+I(xi1+1, yi1)*(1-fx)*fy+I(xi1+1, yi1+1)*fx*fy+I(xi1, yi1+1)*fx*(1-fy) … (11)
fx=xi11-xi1 … (12)
fy=yi11-yi1 … (13)
화상 일치부(203)가 생성을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 3D 모델 구성부(204)는, 생성된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 세계 좌표로 변환한 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델을 구성한다(도 3, S107).
3D 모델 구성부(204)가 구성하는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 3D 모델 구성부(204)는, 도 7B에 도시하는 바와 같이, 카메라 좌표에서의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 중심 좌표(c11)(픽셀)와, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 반경(r11)(픽셀)을 이용하여, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 관심 영역(Region of Interest : 관심 도메인 : ROI)만을 추출한다. 제1의 등록 볼 화상(601b)는 볼(제1의 등록 볼(B1')을 나타낸다. 구체적으로는, 3D 모델 구성부(204)가, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 중심 좌표(c11)(xic11, yic11)와, 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)(픽셀)과, 하기한 식(14)(15)(16) 및 (17)를 이용하여, (카메라 좌표에서의) 제1의 등록 볼 화상(601b)의 시점(始點) 좌표(b11)(xic11, yic11)와, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 종점 좌표(e11)(xie11, yie11)을 산출한다.
xib11=xic11-r11 … (14)
yib11=yic11-r11 … (15)
xie11=xic11+r11 … (16)
yie11=yic11+r11 … (17)
원의 중심으로서 중심 좌표(c11)(xic11, yic11)을 갖는 반경(r11)의 원에 의해 둘러싸인 영역은 제1의 등록 볼 화상(601b)(ROI 화상)이다. 다음에, 3D 모델 구성부(204)는, 캘리브레이션 매트릭스를 이용하여, ROI 화상의 추출된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 카메라 좌표{2차원 좌표(xi11, yi11)}를 세계 좌표{3차원 좌표(xr11, yr11, zr11)}로 변환한다.
여기서, 상술한 바와 같이, 캘리브레이션 매트릭스로 산출된 세계 좌표의 z좌표치(zr11)는, 추출된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 ROI 화상상에서 전부 같기 때문에, z좌표치는 다른 방법으로 산출할 필요가 있다.
제1의 등록 볼 화상(601b)는, 3차원적으로, 제1의 등록 볼(B1')의 중심 좌표(c11)(xrc11, yrc11)(길이)로부터 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)(길이)만큼 z축방향으로 반구형상(hemispherical shape)으로 팽출(bulge)하고 있고, 카메라(10)로부터 촬영되는(보이는) 제1의 등록 볼(B1')의 가시 표면(가시 영역)을 구성하고 있다.
그래서, 3D 모델 구성부(204)는, 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)의 픽셀을 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)의 길이로 변환하고, 도 7B에 도시하는 바와 같이, 세계 좌표에서의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 중심 좌표(c11)(xrc11, yrc11)(길이)와, 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)(길이)을 이용하여, 카메라(10)을 향하여 반구형상의 제1의 등록 볼(B1')의 가시 표면(601c)을 형성한다. 3D 모델 구성부(204)는, {카메라 좌표의 주목 좌표(xr11, yr11)에서의} 제1의 등록 볼 화상(601b)의 주목 화소(C)(xr11, yr11)(매핑점)로부터, 형성된 가시 표면(601c)으로, (카메라(10)를 향하는) z축방향으로 투영한 직선(lz)을 연장(延出)하고, 당해 직선(lz)과 형성된 가시 표면(601c)과의 교점의 z좌표치(rz11)를 산출한다. 3D 모델 구성부(204)는, 추출된 제1의 등록 볼 화상(601b)에서의 캘리브레이션 매트릭스 정보에 의해 변환된 x 및 y (2차원) 좌표(xr11, yr11)의 주목 화소(C)(xr11, yr11)에, 산출한 z좌표치(rz11)를 할당함으로써, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 x, y 및 z (3차원) 좌표(xr11, yr11, zr11)의 대응 화소(C')(xr11, yr11, r11)를 산출한다. 3D 모델 구성부(204)는, 제1의 등록 볼 화상(601b)을 구성하는 모든 주목 화소에 대응하는 대응 화소를 산출하고, 모든 산출된 대응 화소로 구성된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델을 구성한다. 제1의 등록 볼 화상(601b)의 모든 화소에 관해, 상술한 처리를 행함으로써, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델이 구성된다(3차원 모델화).
또한, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 대응 화소(C')의 z좌표치(rz11)는, 세계 좌표에서의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 중심 좌표(c11)(xrc11, yrc11)(길이)와, 제1의 등록 볼(B1')의 반경(r11)(길이)과, 하기한 식(18)을 이용하여, 2개의 산출되는 값 중, 정(正)의 값을 채용함으로써, 간단하게 산출할 수 있다.
zr11=SQR[r112-{(xr11-xrc11)2+(yr11-yrc11)2}] … (18)
3D 모델 구성부(204)가 구성을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 가상 회전부(205)는, 세계 좌표에서의 구성된 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델을, 미리 추정된 초기 회전 파라미터(예를 들면, 초기치가 되는 회전축(SX0)과 총회전(TS0))와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 가상적으로 회전시킨다(도 3, S108).
가상 회전부(205)가 회전시키는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 가상 회전부(205)는, 세계 좌표에서의 3D 모델의 회전을 시뮬레이션하는 회전 매트릭스 정보를 이용한다. 회전 매트릭스 정보(R)란, 회전 전의 3D 모델의 3차원 좌표(V)(xr11, yr11, z11) 및 초기 회전 파라미터(SX0, TS0)와, 회전 후의 3D 모델의 3차원 좌표(V`)(xr11`, yr11`, zr11`)를 관련시키는 정보이다. 일반적으로, 회전 매트릭스 정보(R)는 하기한 식(19)으로 표현된다.
V`(xr11`, yr11`, zr11`)=R(SX0, TS0)*V(xr11, yr11, zr11) … (19)
여기서, 회전 매트릭스 정보(R)는, 3차원의 각(오일러각)을 이용하는 경우도 있지만, 본 발명에서는, 회전 매트릭스 정보(R)는, 3차원의 각에 대응하는 회전축 및 총회전을 설정한다.
가상 회전부(205)는, 도 8A에 도시하는 바와 같이, 회전 매트릭스 정보(R)에, 회전 전의 3D 모델의 3차원 좌표(xr11, yr11, z11)와 초기 회전 파라미터(SX0, TS0)를 대입함으로써, 회전 후의 3D 모델의 3차원 좌표(xr11`, yr11`, z11`)를 얻는다. 이 회전 매트릭스 정보(R)을 이용함으로써, 가상 회전에 필요로 하는 계산 처리가 1회로 끝나, 처리를 간소화할 수 있다.
가상 회전부(205)가 회전을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 등록 화상 생성부(206)는, 회전 후의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델 중, 카메라(10)에서 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 가시 표면의 카메라 좌표로 변환하여 얻어진 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성한다(도 3, S109).
등록 화상 생성부(206)가 생성하는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 등록 화상 생성부(206)는, 도 8A에 도시하는 바와 같이, 3D 모델(801)(3차원 좌표)에서의 회전 후의 제1의 등록 볼(B1')의 중심 좌표(c11)(xrc11, yrc11)로부터 카메라(10)을 향하여 z축방향으로 반구형상으로 연장하는 가시 표면(801a)을 추출한다. 추출된 가시 표면(801a)은, 제2의 볼 화상(602a)의 일부에 포함된다.
다음에, 등록 화상 생성부(206)는, 캘리브레이션 매트릭스를 이용하여, 추출한 가시 표면(801a)의 세계 좌표{3차원 좌표(xr11`, yr11`, zr11`)}를 추출한 가시 표면(801a)의 카메라 좌표{2차원 좌표(xi11`, yi11`)}로 변환한다. 그리고, 등록 화상 생성부(206)는, 도 8B에 도시하는 바와 같이, 회전 후의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델에서의 변환된 가시 표면(801a)을 카메라 좌표의 제2의 등록 볼 화상(801b)으로서 생성한다. 이에 의해, 제2의 등록 볼 화상(801b)을 제2의 볼 화상(602a)과 비교할 수 있다.
등록 화상 생성부(206)가 생성을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 차분 산출부(207)는, 생성된 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)과의 차분을 산출한다(도 3, S110).
차분 산출부(207)가 산출하는 방법에 특히 한정은 없다. 제2의 등록 볼 화상(801b)은 회전 전의 제1의 등록 볼 화상(601b)을 이용하여 생성하고 있기 때문에, 제2의 등록 볼 화상(801b)은 제2의 볼 화상(602a)의 전부에 대응하지 않는다. 그래서, 우선, 차분 산출부(207)는, 도 8B에 도시하는 바와 같이, 제2의 볼 화상(602a) 중, 제2의 등록 볼 화상(801b)에 대응하는 제2의 비교 볼 화상(802a)을 추출한다. 여기서, 제2의 비교 볼 화상(802a)의 카메라 좌표{2차원 좌표(xi11`, yi11`)}는, 제2의 등록 볼 화상(801b)의 카메라 좌표{2차원 좌표(xi2, yi2)}와 일치한다. 그리고, 제2의 비교 볼 화상(802a)은 제2의 등록 볼 화상(801b)과 비교를 위한 화상이다. 이와 같이, 제2의 볼 화상(602a)에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상(601b)에 의거하여 제2의 등록 볼 화상(801b)를 생성하고 있기 때문에, 제2의 볼 화상(602a)(제2의 비교 볼 화상(802a))과 비교하기 쉽고, 처리를 간소화할 수 있다.
그리고, 차분 산출부(207)는, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 비교 볼 화상(802a)과의 차분을 산출한다. 도 8B에는, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 비교 볼 화상(802a)의 한 예를 도시한다. 제2의 등록 볼 화상(801b)을 생성한 추정의 회전 파라미터가 현실의 값에 일치하면, 제2의 등록 볼 화상(801b)은 제2의 비교 볼 화상(802a)과 거의 동일하게 되고, 상술한 차분은 최소치가 된다. 한편, 제2의 등록 볼 화상(801b)을 생성한 추정의 회전 파라미터가 현실의 값과 다르면, 제2의 등록 볼 화상(801b)은 제2의 비교 볼 화상(802a)과 전혀 다르고, 상술한 차분은 커진다. 본 발명에서는, 제2의 등록 볼 화상(801b)을 제2의 비교 볼 화상(802a)과 비교함에 의해, 볼(B)의 표면의 특정한 로고 등을 표시로 하는 일 없이, 볼(B)의 표면의 자연스러운 모양을 이용하여, 회전 파라미터를 산출할 수 있다.
여기서, 차분 산출부(207)는, 제2의 등록 볼 화상(801b)의 화소의 화소치로부터, 제2의 비교 볼 화상(802a)의 화소의 화소치를 감산한 감산치를 각 화소마다 산출하고, 산출한 감산치를 제곱한 제곱치를 각 화소마다 산출하고, 각 화소마다 산출한 제곱치를 합계한 합계치를 차분으로서 산출한다. 이에 의해, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 비교 볼 화상(802a)과의 근소한 차이를 차분으로 반영시키는 것이 가능해지고, 볼(B)의 회전 파라미터를 정밀도 높게 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 상술에서는, 차분 산출부(207)가, 제2의 비교 볼 화상(802a)을 추출하여, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 비교 볼 화상(802a)과의 차분을 산출하였다. 처리를 단순화하기 위해, 차분 산출부(207)는, 제2의 볼 화상(602a)을 그대로 제2의 등록 볼 화상(801b)과 비교하여, 차분을 산출하여도 좋다. 즉, 차분 산출부(207)가 차분을 산출하여도, 제2의 등록 볼 화상(801b)에 대응하지 않는 제2의 볼 화상(602a)의 영역의 차분은, 거의 일정한 값으로 되기 때문에, 제2의 등록 볼 화상(801b)에 대응하는 제2의 볼 화상(602a)의 영역의 차분은 전체의 차분에 크게 기여한다. 차분이 최소가 되는 회전 파라미터를 간단하게 찾는 경우는, 차분 산출부(207)는 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)과의 차분을 산출하여도 좋다.
차분 산출부(207)가 산출을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 회전 파라미터 결정부(208)는, 초기 회전 파라미터를 변경시킴으로써, 3D 모델의 가상적인 회전과, 제2의 등록 볼 화상의 생성과, 차분의 산출을 반복하고, 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 볼(B)의 현실의 회전 파라미터로서 결정한다.
회전 파라미터 결정부(208)가 결정하는 방법에 특히 한정은 없다. 우선, 회전 파라미터 결정부(208)는, 차분의 최소치를 산출하기 위해(도 3, S111 NO), 방금전 산출한 차분을 기준차분으로 설정하고, 방금전 이용한 초기 회전 파라미터(회전축(SX0) 및 총회전(TS0))를 소정의 변동치만큼 변경(예를 들면, 증가 또는 감소)한다(도 3, S112).
다음에, 회전 파라미터 결정부(208)는, 가상 회전부(205)를 통하여, 변경된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델을 가상적으로 회전시킨다(도 3, S108).
그리고, 회전 파라미터 결정부(208)는, 등록 화상 생성부(206)을 통하여, 회전 후의 제1의 등록 볼 화상(601b)의 3D 모델 중 카메라(10)로 촬영된 새로운 가시 표면의 세계 좌표를 새로운 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성한다(도 3, S109).
또한, 회전 파라미터 결정부(208)는, 차분 산출부(207)을 통하여, 생성된 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 볼 화상(602a)(제2의 비교 볼 화상)과의 새로운 차분을 산출한다(도 3, S110).
회전 파라미터 결정부(208)는, 새로운 차분을 비교차분으로 설정하여, 비교차분과 기준차분을 비교하여, 어느 작은 차분을 임시차분으로서 결정한다(도 3, S111).
여기서, 비교차분이 임시차분인 경우, 초기 회전 파라미터보다도 변동치만큼 증가한 제2의 회전 파라미터가, 차분을 작게 한다고 판단할 수 있다. 그래서, 회전 파라미터 결정부(208)는, 차분의 최소치를 산출하기 위해(도 3, S111 NO), 제2의 회전 파라미터를 변동치만큼 더욱 증가시킨 제3의 회전 파라미터를 산출하고(도 3, S112), S108, S109, S110을 경유하여 새로운 비교차분을 산출한다. 이 경우, 제2의 회전 파라미터에 의한 임시차분이 기준차분이 되고, 제3의 회전 파라미터에 의한 새로운 비교차분이 비교차분이 된다.
한편, 기준차분이 임시차분인 경우, 제2의 회전 파라미터보다도 초기 회전 파라미터가, 차분을 작게 한다고 판단할 수 있다. 그래서, 회전 파라미터 결정부(208)는, 차분의 최소치를 산출하기 위해(도 3, S111NO), 이번에는, 초기 회전 파라미터로 산출된 차분을 기준차분으로 하여, 방금전의 변경과 역으로, 초기 회전 파라미터를 변동치만큼 감소시킨 제3의 회전 파라미터를 산출하고(도 3, S112), S108, S109, S110을 경유하여, 새로운 비교차분을 산출한다. 이 경우, 초기 회전 파라미터에 의해 산출된 임시차분이 기준차분이 되고, 제3의 회전 파라미터의 새로운 비교차분이 비교차분이 된다.
이와 같이, 회전 파라미터 결정부(208)는, S108, S109, S110을 반복하고, 변경된 초기 회전 파라미터(및 변경된 회전 파라미터)를 변동치만큼 재변경(증가 또는 감소)하고, 회전 파라미터를 재변경함에 의하여 산출한 차분이 최소치가 되도록 수속(收束) 연산(convergence arithmetic operation)을 수행한다. 수속 연산을 수행하기 위한 최적화 방법은, 예를 들면, 최소 제곱법(least square method), 비선형 최소 제곱의 가우스·뉴턴법(Gauss Newton method of nonlinear least square method)을 이용할 수 있다.
수속 연산의 종료는, 예를 들면, 비교차분이 작다고 반복 결정된 후에, 기준차분이 작다고 결정된 경우, 이 기준차분을 산출한 제N의 회전 파라미터(제N의 회전축(SXn), 제N의 총회전(TSn))가, 차분을 최소치로 한다고 판단할 수 있다. 한편, 기준차분이 작다고 반복 결정된 후에, 비교차분이 작다고 결정된 경우, 이 비교차분을 산출한 제N의 회전 파라미터(제N의 SXn, 제N의 TSn)가, 차분을 최소치로 한다고 판단할 수 있다. 또한, 수속 연산의 종료는, 최적화 방법의 종류에 따라 적절히 설정하면 좋다.
그런데, 반복의 결과, 산출한 차분이 최소치가 된 경우(도 3, S111 YES), 회전 파라미터 결정부(208)는, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터(SXn, TSn)를 상기 볼(B)의 현실의 회전 파라미터(회전축(SX), 총회전(TS))로서 결정한다(도 3, S113).
회전 파라미터 결정부(208)가 산출을 완료하면, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 비행 파라미터 표시부(209)는, 이동 파라미터 산출부(202)에 의한 볼(B)의 이동 파라미터(속도(BS), 앙각(LA), 방위각(SA))와, 회전 파라미터 결정부(208)에 의한 볼(B)의 회전 파라미터(회전축(SX), 총회전(TS))를 소정의 표시부에 표시한다(도 3, S114).
비행 파라미터 표시부(209)가 표시하는 방법에 특히 한정은 없다. 예를 들면, 비행 파라미터 측정 장치(1)에 미리 마련된 표시부에 표시하여도 좋고, 비행 파라미터 측정 장치(1)와 무선 통신 가능한 플레이어의 단말 장치(액정 디스플레이)에 표시하여도 좋다. 이에 의해, 플레이어는, 자신이 친 볼(B)의 비행 파라미터를 아는 것이 가능해진다.
이와 같이, 볼(B)의 비행 파라미터의 측정은 완료한다. 플레이어는, 그의 타출한 볼(B)의 비행 파라미터를 확인하여, 새로운 볼(B)을 비행 파라미터 측정 장치(1)의 옆에 둔다. 비행 파라미터 측정 장치(1)는 S101로 되돌아온다.
그런데, 본 발명은, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)(제2의 비교 볼 화상(802a))과의 차분을 최소치로 하는 회전 파라미터를 결정하기 때문에, 회전 파라미터의 측정 정밀도를 높이기 위해서는, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)의 구성은 극히 중요해진다.
여기서, 제1의 등록 볼 화상(601b)의 생성에 기인하는 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)은, 다른 공간과 다른 타이밍에서 비행하고 있는 볼(B)을 촬영함으로써 얻어지고 있기 때문에, 제1의 등록 볼 화상(601b)과 제2의 볼 화상(602a)의 각각에 관해, 볼(B)로부터 카메라(10)까지의 광의 반사율이 일정하지가 않다.
그래서, 본 발명에서는, 제1의 등록 볼 화상(601b)과 제2의 볼 화상(602a)을 Retinex 처리에 의해 각각 규격화하고, 2치화 처리에 의해, 규격화된 제1의 등록 볼 화상(601b)와 규격화된 제2의 볼 화상(602a)으로부터, 볼의 표면 전체의 특징적인 구조를 나타내는 볼 구조를 각각 검출(추출)하여, 패치 2치화 처리에 의해, 규격화된 제1의 등록 볼 화상(601b)과 규격화된 제2의 볼 화상(602a)으로부터, 볼 상의 국소적인 특징을 나타내는 특별한 특징을 각각 검출(추출)하고, 규격화된 제1의 등록 볼 화상(601b)과 규격화된 제2의 볼 화상(602a)의 볼 구조와 특별한 특징을 각각 합성하여, (새로운) 제1의 등록 볼 화상(601b)과 (새로운) 제2의 볼 화상(602a)을 각각 재구성하는 화상 처리부(210)을 또한 구비하여도 좋다. 3D 모델 구성부는, 재구성된 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하고, 차분 산출부(207)는 재구성된 제2의 볼 화상에서 제2의 비교 볼 화상을 추출한다.
여기서, 화상 처리부(210)의 볼 화상의 재구성은, 도 9A에 도시하는 바와 같이, (1) Retinex 처리에 의한 규격화, (2) 볼 구조의 추출, (3) 특별한 특징의 추출의 3개의 처리를 갖는다. 화상 처리부(210)에 의해 제1의 등록 볼 화상(601b)을 재구성한 제1의 등록 볼 화상(901b)은, 특징적인 화상만을 표현하고 있음이 이해된다. 이것에 의해, 회전 파라미터의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
Retinex 처리는, 사람의 시각을 모델화하여, 주목 화소의 사방의 주변 화소를 고려하여, 주목 화소의 화소치를 수정하는 처리를 의미한다. 제1의 등록 볼 화상(601b)과 제2의 볼 화상(602a)은, 다른 공간과 다른 타이밍의 볼(B)을 표현하고 있지만, Retinex 처리의 규격화에 의해, 다른 공간에서의 볼(B)의 광의 반사율이나 명도가 균일화되어, 같은 공간에서 볼(B)을 표현하고 있는 화상으로 하는 것이 가능하다. 이에 의해, 제2의 등록 볼 화상(801b)과 제2의 볼 화상(602a)과의 차분을 산출하기 쉽게 한다.
Retinex 처리에 의한 규격화 볼 화상은, 화소치와 주변 화소의 평균 화소치와의 사이의 비율(강도비)로 구성된다. 규격화 볼 화상의 주목 화소의 {좌표(x,y) 내에서의} 비율(L(x, y))은, 특정한 카메라 좌표(x, y)에서의 볼 화상의 {좌표(x,y) 내에서의} 화소치(I(x, y))와, 흐림 화상(senility image)을 작성하기 위한 필터를 작용시킨 주목 화소의 주변 화소의 화소치((I*G∂)(x, y))와, 하기한 식(20)을 이용하여, 간단하게 산출할 수 있다.
L(x, y)=I(x, y)/(I*G∂)(x, y) … (20)
여기서, 필터는, 예를 들면, 평활화 필터(smoothing filter), 가우스 필터(Gaussian filter) 등이다.
볼(B)의 표면 전체는, 다양한 요철을 갖는다. 예를 들면, 골프볼은 많은 딤플(dimple)을 표면 전체에 가지며, 축구공은 많은 오각형 및 육각형을 표면 전체에 가지며, 야구공이나 테니스 볼은 많은 솔기(seam)를 표면 전체에 갖는다. 화상 처리부(210)는, 규격화 볼 화상에 2치화 처리를 시행함으로써, 화소치가 작은 화소를 평활화하고, 화소치가 큰 화소를 강조한다. 즉, 규격화 볼 화상에서의 농담을 강조하고, 진한 영역이 볼 구조가 된다. 이에 의해, 볼(B)의 표면 전체의 특징과 백그라운드를 나눌 수 있다.
여기서, 2치화 처리는, 예를 들면, 주목 화소의 화소치가 소정의 임계치 이상인 경우에는, 당해 주목 화소에 "1"(백)을 할당하고, 주목 화소의 화소치가 임계치 미만인 경우에는, 당해 주목 화소에 "0"(흑)을 할당한다. 임계치는, 예를 들면, 규격화 볼 화상의 모든 화소에 공통되는 값을 설정하여도 좋고, 규격화 볼 화상을 복수의 영역으로 구분하고, 각 영역마다 다른 값을 설정하여도 좋다. 또한, 이 2치화 처리에는, "0"(흑)이 할당된 주목 화소의 에지를 추적하고, 주목 화소에 가장 인접하는 인접 화소를 검출하고, 주목 화소의 연결부를 찾는 윤곽 검출 처리를 포함하여도 좋다. 윤곽 검출 처리는, 예를 들면, Sobel 처리, Canny 처리, 또는 EDPF(Edge Draw Parameter Free) 처리 등을 들 수 있다. Sobel 처리는, 규격화 볼 화상으로부터 공간 1차 미분(primary spatial differential)을 산출하고, 공간 1차 미분에 의거하여 규격화 볼 화상의 에지를 검출하는 필터 처리이다. Canny 처리는, 규격화 볼 화상의 노이즈를 제거하고, 노이즈 제거 후의 규격화 볼 화상의 휘도 구배(luminance gradient)를 찾고, 휘도 구배로 구성된 에지에 대해 관계가 없는 화소를 제거하고, 2개의 임계치를 이용한 히스테리시스(hysteresis)에 의해, 관계가 없는 화소를 제거한 화상에 2치화 처리를 시행하는 알고리즘이다. 여기서, EDPF 처리는, ED 처리의 응용이고, ED 처리에 필요한 파라미터의 설정을 불필요하게 하는 처리이다. 또한, ED 처리는, 실시간을 달려서, 에지가 아닌 화소를 제거하고, 규격화 볼 화상으로부터 에지 맵을 생성하는 알고리즘이다.
또한, 볼(B)의 표면에는, 국소적(부분적)으로, 잘릴 자국, 상처, 제조자의 로고(마크)를 갖는다. 화상 처리부(210)은, 규격화 볼 화상에 패치 2치화 처리를 시행함으로써, 부분적으로 연속하는 영역의 화소를 강조하고, 다른 영역의 화소를 평활화한다. 이에 의해, 볼(B)의 표면의 특별한 특징을 추출할 수 있다. 여기서, 패치 2치화 처리는, 예를 들면, 각 화소마다 임계치를 설정한 2치화 처리이다.
화상 처리부(210)에 의한 볼 화상의 재구성의 작용 효과를 설명한다. 도 9B에 도시하는 바와 같이, 화상 처리부(210)에 의한 볼 화상의 재구성이 없는 경우, 제1의 등록 볼 화상(601b)과 제2의 볼 화상(602a)은, 농담이 여러 가지로 걸치기 때문에, 제2의 등록 볼 화상과 제2의 볼 화상과의 차분의 변동은 작아지기 쉽고, 최소치를 찾기 어렵다. 한편, 화상 처리부(210)에 의한 볼 화상의 재구성이 있는 경우(재구성된 제1의 등록 볼 화상 및 재구성된 제2의 볼 화상), 재구성된 제1의 등록 볼 화상(901b)과 재구성된 제2의 볼 화상(902a)은, 농담이 명확하기 때문에, 제2의 등록 볼 화상과 제2의 볼 화상과의 차분의 변동은 커지기 쉽고, 최소치를 찾기 쉽게 된다. 따라서, 화상 처리부(210)의 볼 화상의 재구성에 의해, 처리를 단순화함과 함께, 차분의 최소치를 찾기 쉽게 하고, 회전 파라미터의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 화상 처리부(210)는, 예를 들면, S106에서, 제1의 등록 볼 화상이 생성된 때에, 이 제1의 등록 볼 화상과 제2의 등록 볼 화상을 재구성함으로써, 재구성된 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델이 구성되어, 후의 처리가 원활히 진행된다.
<실시례>
이하, 실시례 등에 의해 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 의해 한정되는 것이 아니다.
우선, 도 1∼도 3에 의거하여 비행 파라미터 측정 장치(1)를 제공하고, 이 비행 파라미터 측정 장치(1)를 실시례로 하고, 이것을 이용하여 골프용 로봇이 타출한 골프볼(B)의 비행 파라미터를 측정하였다. 도 10A에 도시하는 바와 같이, 골프 연습장의 티의 위에 골프볼(B)을 놓고, 골프볼(B)의 우측에 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)를 놓고, 골프볼(B)의 좌측에 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)를 놓았다. 여기서, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)는, 비행 파라미터를 정밀도 높게 측정할 수 있는 기존 제품이다. 그리고, 골프용 로봇이 골프 클럽(E)으로 골프볼(B)을 타출한 때에, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)가 골프볼(B)의 비행 파라미터를 동시에 측정하였다. 골프용 로봇은, 쇼트(shot)의 버릇에 의한 오차를 없애기 위해 채용하고, 다양한 조건(스윙 속도, 타출 방향, 타출 각도 등)으로 골프 클럽(E)를 사용하여 골프볼(B)을 타출하였다. 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)와 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)와의 각각의 측정 결과를 그래프화 함으로써, 비행 파라미터 측정 장치(1)의 측정 정밀도를 검증하였다.
그 결과, 도 10B에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)로 측정한 골프볼(B)의 속도가, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)로 측정한 골프볼(B)의 속도와 거의 일치하고 있다. 도 11A에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)로 측정한 골프볼(B)의 앙각도, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)로 측정한 골프볼(B)의 앙각에 각각 일치하고 있다. 또한, 도 11B에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)로 측정한 골프볼(B)의 방위각도, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)로 측정한 골프볼(B)의 방위각에 각각 일치하고 있다.
더욱 놀랄 만한 것으로, 도 12A에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)로 측정한 골프볼(B)의 회전축도, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)로 측정한 골프볼(B)의 회전축에 각각 일치하고 있다. 그리고, 도 12B에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비행 파라미터 측정 장치(1)로 측정한 골프볼(B)의 총회전도, 시판의 비행 파라미터 측정 장치(10)로 측정한 골프볼(B)의 총회전에 각각 일치하고 있다. 따라서, 본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치(1)는, 간단한 화상 처리 방법으로 볼의 비행 파라미터를 정밀도 높게 측정하는 것이 가능함을 알았다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 제1의 볼 화상을 제2의 볼 화상에 일치시켰지만, 이것으로 한하지 않고, 제2의 볼 화상을 제1의 볼 화상에 일치시켜도, 같은 작용 효과를 얻다. 또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 골프볼(B)에 대응시킨 비행 파라미터 측정 장치(1)를 설명하였지만, 이것으로 한정할 필요는 없고, 본 발명은, 볼(B)을 발사시키는(비행시키는) 구기(球技), 야구, 테니스, 축구, 럭비, 아이스하키, 게이트볼 등의 볼의 비행 파라미터를 측정하는 장치 또는 방법으로서 폭넓게 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에서는, 비행 파라미터 측정 장치(1)가 각 부분을 포함하도록 구성하였지만, 당해 각 부분을 실현하는 프로그램을 기억 매체에 기억시키고, 당해 기억 매체를 제공하도록 구성하여도 상관없다. 당해 구성에서는, 프로그램을 장치에 판독하게 하고, 당해 장치가 각 부분을 실현한다. 그 경우, 기록 매체로부터 판독된 프로그램 자체가 본 발명의 작용 효과를 이룬다. 또한, 각 수단이 실행하는 스텝을 하드 디스크에 기억시키는 방법으로서 제공하는 것도 가능하다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 관한 비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법은, 볼을 비행시키는 모든 구기에 있어서 볼의 비행 파라미터를 측정하는 장치 및 방법으로서 유용하다. 간단한 화상 처리 방법으로 볼의 비행 파라미터를 정밀도 높게 측정한 것이 가능한 비행 파라미터 측정 장치 및 비행 파라미터 측정 방법으로서 유효하다.
1 : 비행 파라미터 측정 장치
201 : 화상 촬영부
202 : 이동 파라미터 산출부
203 : 화상 일치부
204 : 3D 모델 구성부
205 : 가상 회전부
206 : 등록 화상 생성부
207 : 차분 산출부
208 : 회전 파라미터 결정부
209 : 비행 파라미터 표시부
210 : 화상 처리부

Claims (9)

  1. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영부와,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치부와,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성부와,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 상기 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전부와,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성부와,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출부와,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정부와,
    상기 제1의 등록 볼 화상 및 상기 제2의 볼 화상을 Retinex 처리에 의해 각각 규격화하고, 규격화된 제1의 등록 볼 화상 및 규격화된 제2의 볼 화상으로부터 상기 볼의 표면 전체의 특징적인 구조를 나타내는 볼 구조를 2치화 처리에 의해 각각 검출하고, 규격화된 제1의 등록 볼 화상 및 규격화된 제2의 볼 화상으로부터 볼 상의 국소적인 특징을 나타내는 특별한 특징을 패치 2치화 처리에 의해 각각 검출하고, 규격화된 제1의 등록 볼 화상 및 규격화된 제2의 볼 화상의 상기 볼 구조 및 상기 특별한 특징을 각각 합성하여 상기 제1의 등록 볼 화상 및 상기 제2의 볼 화상을 각각 재구성하는 화상 처리부를 구비하고,
    상기 3D 모델 구성부는, 재구성된 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하고,
    상기 차분 산출부는, 재구성된 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 비교 볼 화상을 추출하는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 장치.
  2. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영부와,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치부와,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성부와,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 상기 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전부와,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성부와,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출부와,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정부를 구비하고,
    상기 화상 일치부는,
    상기 카메라 좌표에서의 상기 제1의 볼 화상의 중심 좌표를 상기 카메라 좌표에서의 상기 제2의 볼 화상의 중심 좌표로 이동시킴으로써, 상기 제1의 볼 화상의 위치를 상기 제2의 볼 화상의 위치에 일치시키고,
    상기 카메라 좌표에서 상기 제2의 볼 화상의 반경을 상기 제1의 볼 화상의 반경으로 제산한 치수 비율을 산출하고,
    상기 제1의 볼 화상에 상기 치수 비율을 승산하고,
    승산된 제1의 볼 화상을 상기 제1의 등록 볼 화상으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 장치.
  3. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영부와,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치부와,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성부와,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 상기 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전부와,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성부와,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출부와,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정부를 구비하고,
    상기 가상 회전부는,
    상기 세계 좌표에서의 상기 3D 모델의 상기 회전을 시뮬레이션하는 상기 회전 매트릭스 정보를 이용하고,
    상기 회전 매트릭스 정보에, 상기 회전 전의 상기 3D 모델의 3차원 좌표와 초기 회전 파라미터를 대입함으로써, 상기 회전 후의 상기 3D 모델의 3차원 좌표를 얻고,
    상기 회전 매트릭스 정보는, 상기 회전 전의 상기 3D 모델의 3차원 좌표 및 상기 초기 회전 파라미터와 상기 회전 후의 상기 3D 모델의 3차원 좌표를 관련시키는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 장치.
  4. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영부와,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치부와,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성부와,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 상기 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전부와,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성부와,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출부와,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정부를 구비하고,
    상기 차분 산출부는,
    상기 제2의 등록 볼 화상의 화소의 화소치로부터 상기 제2의 비교 볼 화상의 화소의 화소치를 감산한 감산치를 각 화소마다 산출하고,
    산출한 상기 감산치를 제곱한 제곱치를 각 화소마다 산출하고,
    각 화소마다의 산출된 상기 제곱치를 합계한 합계치를 상기 차분으로서 산출하는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 장치.
  5. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영 스텝과,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치 스텝과,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성 스텝과,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전 스텝과,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성 스텝과,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출 스텝과,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정 스텝을 구비하고,
    상기 화상 일치 스텝은,
    상기 카메라 좌표에서의 상기 제1의 볼 화상의 중심 좌표를 상기 카메라 좌표에서의 상기 제2의 볼 화상의 중심 좌표로 이동시킴으로써, 상기 제1의 볼 화상의 위치를 상기 제2의 볼 화상의 위치에 일치시키고,
    상기 카메라 좌표에서 상기 제2의 볼 화상의 반경을 상기 제1의 볼 화상의 반경으로 제산한 치수 비율을 산출하고,
    상기 제1의 볼 화상에 상기 치수 비율을 승산하고,
    승산된 제1의 볼 화상을 상기 제1의 등록 볼 화상으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 방법.
  6. 카메라로 비행중의 볼을 연속적으로 촬영하고, 첫번째로 촬영된 제1의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제1의 볼 화상 및 두번째로 촬영된 제2의 촬영 화상에서 상기 볼을 나타내는 제2의 볼 화상을 얻는 화상 촬영 스텝과,
    카메라 좌표에서 상기 제1의 볼 화상의 치수를 상기 제2의 볼 화상의 치수에 일치시킨 제1의 등록 볼 화상을 생성하는 화상 일치 스텝과,
    생성된 제1의 등록 볼 화상의 카메라 좌표를 생성된 제1의 등록 볼 화상의 세계 좌표로 변환한 상기 제1의 등록 볼 화상의 3D 모델을 구성하는 3D 모델 구성 스텝과,
    미리 추정된 초기 회전 파라미터와 회전 매트릭스 정보를 이용하여, 세계 좌표에서 구성된 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델을 가상적으로 회전시키는 가상 회전 스텝과,
    상기 회전 후의 상기 제1의 등록 볼 화상의 상기 3D 모델 중 상기 카메라로부터 촬영된 가시 표면의 세계 좌표를 상기 가시 표면의 카메라 좌표로 변환한 카메라 좌표에서의 제2의 등록 볼 화상을 생성하는 등록 화상 생성 스텝과,
    상기 제2의 볼 화상에서 상기 제2의 등록 볼 화상에 대응하는 제2의 비교 볼 화상을 추출하고, 상기 제2의 등록 볼 화상과 상기 제2의 비교 볼 화상과의 차분을 산출하는 차분 산출 스텝과,
    상기 초기 회전 파라미터를 변경하여, 상기 3D 모델의 가상적인 회전, 상기 제2의 등록 볼 화상의 생성 및 상기 차분의 산출을 반복하고, 상기 차분이 최소치가 되는 회전 파라미터를 상기 볼의 현실의 회전 파라미터로서 결정하는 회전 파라미터 결정 스텝을 구비하고,
    상기 가상 회전 스텝은,
    상기 세계 좌표에서의 상기 3D 모델의 상기 회전을 시뮬레이션하는 상기 회전 매트릭스 정보를 이용하고,
    상기 회전 매트릭스 정보에, 상기 회전 전의 상기 3D 모델의 3차원 좌표와 초기 회전 파라미터를 대입함으로써, 상기 회전 후의 상기 3D 모델의 3차원 좌표를 얻고,
    상기 회전 매트릭스 정보는, 상기 회전 전의 상기 3D 모델의 3차원 좌표 및 상기 초기 회전 파라미터와 상기 회전 후의 상기 3D 모델의 3차원 좌표를 관련시키는 것을 특징으로 하는 비행 파라미터 측정 방법.
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