TWI631315B - 飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法 - Google Patents

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TWI631315B TW107112028A TW107112028A TWI631315B TW I631315 B TWI631315 B TW I631315B TW 107112028 A TW107112028 A TW 107112028A TW 107112028 A TW107112028 A TW 107112028A TW I631315 B TWI631315 B TW I631315B
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Abstract

圖像一致部203生成使第一個球圖像與第二個球圖像一致的第一個 登錄球圖像。3D模型構成部204構成將第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標的第一個登錄球圖像的3D模型。虛擬旋轉部205使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，使第一個登錄球圖像的3D模型進行虛擬旋轉。登錄圖像生成部206從旋轉的第一個登錄球圖像的3D模型中，將從攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像。差分計算部207第二個登錄球圖像與所述第二個球圖像的差分。旋轉參數決定部208將所述的差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數。

Description

飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法
本發明是關於飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法的發明。
目前，高爾夫球等的球飛行參數(發射參數)測定技術存在很多種。例如，在特表2016-540185號公報(專利文獻1)中，公開了飛行物體發射參數的測定方法。該方法包括拍攝飛行物件物體的多個圖像的工序、分別在各個圖像中確定飛行物件物體的半徑和中心的工序、以及依據飛行物件物體的半徑和中心、事先測定的攝像機基準值計算速度、仰角和方位角的工序。同時，該方法還包括將多個圖像截取為飛行物體與邊界相接的最小的正方形的工序、將多個圖像從球面顯示轉換為直角坐標顯示的平坦化工序、將直角坐標顯轉換為具有一系列旋轉中心選項的極座標的工序、依據極圖像組的符合度對旋轉軸和旋轉率進行測定的工序。通過所述工序測定飛行物體的速度、仰角、方位角、旋轉軸和旋轉率。
另外，在特表2005-529339號公報(專利文獻2)中公開了確定運動物件物體參數的方法。該方法包括對攝像機鏡頭進行校正，針對攝像機圖像面上的全部(x、y)圖元確定(x、y、z)方向的步驟、決定基準補償係數的步驟、捕捉運動物體的多個圖像的步驟、分別在多個圖像中發現物件物體的步驟和、分別針對多個圖像進行三維座標計算的步驟和、通過三維座標計算物件物體的速度向量的步驟。另外，該方法還包括通過多個旋轉 組的第一個旋轉組進行多個圖像基準圖像旋轉的步驟和、將旋轉後的基準圖像定標為靶心圖表像的步驟和、使基準圖像與靶心圖表像相關聯，從而獲得多個分值的增量分值的步驟和、為了獲得多個分值的最大分值而依次進行改良，重複進行旋轉、定標以及關聯步驟的步驟和、為了決定運動物件物體的參數而利用多個旋轉組中最大旋轉組的步驟。通過所述步驟決定速度和、軌道和、旋轉軸以及該軸的旋轉率。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕特表2016-540185號公報
〔專利文獻2〕特表2005-529339號公報
在根據攝像機拍攝的球的圖像計算球的飛行參數時，存在各種各樣的影像處理方法，人們也在摸索更加高效的方法。在所述的專利文獻1、2中記載的技術中，存在飛行參數的測定所需的工序(步驟)多，而且非常複雜，需要一定的處理能力和處理時間的問題。另外，所測定的飛行參數的精度也不明確。在這裡，飛行參數通常包括表示飛行物體的速度、仰角和方位角的移動參數和表示旋轉軸與旋轉率的旋轉參數，但高精度的旋轉參數計算非常困難。
因此，本發明的目的是為了解決所述的課題，提供可高精度地測定球的飛行參數的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法。
本發明涉及的飛行參數測定裝置包括圖像拍攝部和、圖像一致部和、3D模型構成部和、虛擬旋轉部和、登錄圖像生成部和、差分計算部和旋轉參數決定部。圖像拍攝部通過攝像機連續拍攝飛行中的球。圖像一致部生成使最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與下一次拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致的第一個登錄球圖像。3D模型構成部構成將所述的所生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換成世界座標的第一個登錄球圖像的3D模型。虛擬旋轉部利用預先推測的旋轉參數與旋轉矩陣資訊使所述的所構成的第一個登錄球圖像的3D模型進行虛擬旋轉。登錄圖像生成部生成將所述旋轉後的第一個登錄球圖像的3D模型中由所述攝像機拍攝的可視表面的世界座標轉換成攝像機座標後的攝像機座標的第二個登錄球圖像。差分計算部從所述第二個球圖像中提取與所述第二個登錄球圖像對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分。旋轉參數決定部反復進行所述3D模型的虛擬旋轉、所述第二個登錄球圖像的生成和所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的現實的旋轉參數。
另外，本發明所涉及的飛行參數測定方法和飛行參數測定裝置的各部一樣，包括圖像拍攝步驟和、圖像一致步驟和、3D模型構成步驟和、虛擬旋轉步驟和、登錄圖像生成步驟和、差分計算步驟和旋轉參數確定步驟。
通過本發明，可通過簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數。
1‧‧‧飛行參數測定裝置
10‧‧‧攝像機
11‧‧‧飛行參數計算部
12‧‧‧球檢測部
201‧‧‧圖像拍攝部
202‧‧‧移動參數計算部
203‧‧‧圖像一致部
204‧‧‧3D模型構成部
205‧‧‧虛擬旋轉部
206‧‧‧登錄圖像生成部
207‧‧‧差分計算部
208‧‧‧旋轉參數決定部
209‧‧‧飛行參數顯示部
210‧‧‧影像處理部
2r‧‧‧直徑
401‧‧‧第一個拍攝圖像
402‧‧‧二值化圖像
501‧‧‧拍攝圖像
601a‧‧‧第一個球圖像
601b‧‧‧第一個登錄球圖像
601c‧‧‧可視表面
602‧‧‧第二個拍攝圖像
602a‧‧‧第二個球圖像
801‧‧‧3D模型
801a‧‧‧可視表面
801b‧‧‧第二個登錄球圖像
802a‧‧‧第二個比較球圖像
901b‧‧‧第一個登錄球圖像
902a‧‧‧第二個球圖像
A‧‧‧任意點
B‧‧‧球
B1‧‧‧球
B1‘‧‧‧第一個登錄球
b11‧‧‧始點座標
B2‧‧‧球
BS‧‧‧速度
c‧‧‧中心座標
C‧‧‧關注圖元
C’‧‧‧對應圖元
c1‧‧‧中心座標
c11‧‧‧中心座標
c2‧‧‧中心座標
CI‧‧‧中心
CR‧‧‧中心
D‧‧‧距離
E‧‧‧高爾夫球杆
e11‧‧‧終點座標
f‧‧‧焦距
LA‧‧‧仰角
lz‧‧‧直線
ROI‧‧‧興趣區
r‧‧‧半徑
r1‧‧‧半徑
r11‧‧‧半徑
r2‧‧‧半徑
S1‧‧‧面積
S2‧‧‧面積
SA‧‧‧方位角
SX‧‧‧旋轉軸
SX0‧‧‧旋轉參數
TS‧‧‧旋轉率
TS0‧‧‧旋轉參數
V‧‧‧三維座標
V’‧‧‧三維座標
xi‧‧‧x軸
yi‧‧‧y軸
xr‧‧‧x軸
yr‧‧‧y軸
zr‧‧‧z軸
θ‧‧‧角度
〔圖1〕本發明所涉及的飛行參數測定裝置的簡圖。
〔圖2〕本發明所涉及的飛行參數測定裝置的功能方框圖。
〔圖3〕表示本發明所涉及的飛行參數測定裝置的執行步驟的流程圖。
〔圖4〕拍攝圖像的二值化圖像舉例(圖4A)和二值化圖像中的物件物體的提取和球的中心座標與半徑的計算舉例(圖4B)。
〔圖5〕表示拍攝圖像的攝像機座標與攝像機的世界座標關係的簡圖(圖5A)和計算球的世界座標的z座標值時的簡圖(圖5B)。
〔圖6〕表示球的速度、仰角與方位角的關係的簡圖(圖6A)和使第一個球的圖像與第二個球的圖像一致時的簡圖(圖6B)。
〔圖7〕內插第一個登錄球圖像的圖元的圖元值時的簡圖(圖7A)和、將第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標、構成3D模型時的簡圖(圖7B)。
〔圖8〕將第一個登錄球圖像的3D模型進行虛擬旋轉，提取旋轉後的第一個登錄球圖像的可視表面時的簡圖(圖8A)和、計算第二個登錄球圖像與第二個比較球圖像的差分時的簡圖(圖8B)。
〔圖9〕通過Retinex處理、二值化處理和像斑二值化處理重新構成球圖像的舉例(圖9A)和、是否重新構成球圖像造成的第一個登錄球圖像與第二個球圖像的差異的簡圖(圖9B)。
〔圖10〕表示測定通過高爾夫用機器人打出的高爾夫球的飛行參數的情形的照片圖像舉例(圖10A)和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球速度測定結果的圖表(圖10B)。
〔圖11〕使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球仰角測定結果的圖表(圖11A)和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球方位角測定結果的圖表(圖11B)。
〔圖12〕使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球旋轉軸測定結果的圖表(圖12A)和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球旋轉率測定結果的圖表(圖12B)。
以下參照附圖對本發明的具體實施方式進行說明，用於對本發明的理解。另外，以下的具體實施方式只是將本發明具體化的一個實例，並不具有限定本發明的技術範圍的性質。
如圖1所示，本發明所涉及的飛行參數測定裝置1包括攝像機10和、飛行參數計算部11。攝像機10是可以短時間內實現高速連續拍攝的高速攝像機。在本發明中，只要能夠有效地獲取拍攝圖像，無需限定攝像機10的數量，使用1台亦可，使用多台(例如，2台)亦可。飛行參數測定裝置1在飛行中的球進入攝像機10的視野後，攝像機10開始拍攝，按照既定的時間、高速、連續地拍攝在視野內運動(飛行或者發射)的球B。
飛行參數計算部11以可通迅的方式連接攝像機10，在接收到攝像機10所拍攝的包括球B在多張(例如，2張)拍攝圖像後，依據該多張拍攝圖像計算正在運動的球B的飛行參數。飛行參數由移動參數和旋轉參數構成，移動參數表示球B的速度(BALL SPEED)和、仰角(LAUNCH ANGLE)和、方位角(SIDE ANGLE)，旋轉參數表示旋轉軸(SPIN AXIS)和、旋轉率(TOTAL SPIN)。另外，倒旋是指相對於球B的行進方向的反方向的旋轉率，側旋是指相對於旋轉軸的橫向的旋轉率。倒旋和側旋均可以通過球B的速度和、仰角和、方位角和、旋轉軸和旋轉率計算。
在這裡，為了恰到好處地拍攝攝像機10視野內正地運動的球B，飛行參數測定裝置1還包括球檢測部12。球檢測部12的構成沒有特殊限制，例如，包括在攝像機10的視野內(例如，視野內的端部附近)照射紅外線的紅外線照射部和、將所照射的紅外線作為反射光接收的紅外線接收部和、依據所接收的反射光的變化檢測正在運動的球B已進入攝像機10視野內的反射光檢測部。在球B進入視野內之後，視野內的紅外線通過球B形成反射，球B的反射光會發生變化，因此，球檢測部12利用該現象檢測球B進入攝像機10的視野。紅外線照射部和紅外線接收部是一套，在攝像機10視野內的水準方向直列設置多套，高精度地檢測球B在攝像機10視野內的哪個位置進入亦可。另外，使用鐳射或者鐳射光簾替代紅外線亦可。在球檢測部12檢測到正在運動的球B進入攝像機10視野內時，將檢測信號發送給飛行參數計算部11，飛行參數計算部11向攝像機10輸入拍攝信號，連續拍攝正在攝像機10視野內運動的球B。
另外，在攝像機10和、飛行參數計算部11和、球檢測部12中內置了未圖示的CPU、ROM、RAM等，例如，CPU是以RAM作為作業區域使用，執行在ROM等中存儲的程式。此外，在後述的各部中，也通過CPU執行程式實現該各部。
然後，在參照圖2、圖3的同時，對本發明的具體實施方式所涉及的構成及執行步驟進行說明。首先，用戶(高爾夫球手)在接通飛行參數測定裝置1的電源後，飛行參數測定裝置1啟動，球檢測部12開始檢測球B的動作(圖3：S101)。
高爾夫球手在飛行參數測定裝置1的旁邊配置球B(例如，高爾夫球)，通過高爾夫球杆打出球B後，球檢測部12檢測球B的飛行(發射)(圖3：S101YES)。然後，飛行參數測定裝置1的圖像拍攝部201通過攝像機10連續拍攝正在飛行的球B(圖3：S102)。在這裡，圖像拍攝部201按照既定的時間，通過攝像機10連續拍攝正在飛行的球B，獲取2張拍攝圖像。
圖像拍攝部201的拍攝完成後，飛行參數測定裝置1的移動參數計算部202依據最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像和接下來抓捕的第二個拍攝圖像的第二個球圖像計算球B的移動參數。
移動參數計算部202進行計算的方法沒有特別的限制。首先，移動參數計算部202分別計算第一個拍攝圖像和第二個拍攝圖像的球圖像的中心座標與半徑(圖3：S103)。具體來說，如圖4A所示，移動參數計算部202將第一個拍攝圖像401進行二值化處理，生成可確定第一個拍攝 圖像401中的物件物體邊緣(輪廓)的二值化圖像402。通過二值化圖像40確定的物件物體主要是與周圍進行比較，是濃淡差大的部分。
如果第一個拍攝圖像401是全彩色圖像，則移動參數計算部202將第一個拍攝圖像401轉換成用256值表現圖元的圖元值(濃度值)的灰度圖像，將圖元值為既定的閾值以上的圖元作為“1”(白)，將圖元值小於所述閾值的圖元作為“0”(黑)，生成二值化圖像402。閾值預先設定好，使拍攝圖像中的球B的邊緣清晰。
在這裡，確定了邊緣的物件物體中可能包含了球B之外的物件物體(例如，高爾夫球杆E的前端)。因此，如圖4B所示，移動參數計算部202在二值化圖像402中，分別對確定了邊緣的多個物件物體402a計算物件物體402a的長邊l，計算以該計算的長邊l為直徑的圓402b的面積S1和該物件物體402a邊緣內的面積S2，用所述圓的面積S1除以所述物件物體402a的邊緣內面積的面積S2。然後，移動參數計算部202在所計算的面積比例S1/S2中，將擁有與1(-)最為接近的面積比例S1/S2的物件物體402a確定為球B。即，面積比例S1/S2最接近1(-)是指以長邊l為直徑的圓402b的面積S1與物件物體402a的邊緣內面積S2相等，表示物件物體402a是圓。通過這種方式，可以明確地確定二值化圖像402內的球B。
然後，移動參數計算部202在二值化圖像402中，計算所確定的球B的中心座標c和半徑r。球B的中心座標c通過攝像機座標(圖像座標)中二值化圖像402的二維座標(xic、yic)(圖元)計算。攝像機座標是以拍攝圖像401(或者二值化圖像402)的中心為原點，以橫軸 為x軸(xi)，以豎軸為y軸(yi)的坐標系。球B的半径r通过像素数(像素)计算。移動參數計算部202在計算第一個拍攝圖像401中的第一個球B的中心座標c和半徑r後，對第二個拍攝圖像也做同樣的處理，計算第二個拍攝圖像中的第二個球B的中心座標c和半徑r。
然後，移動參數計算部202分別針對第一個拍攝圖像和第二個拍攝圖像，依據所計算的所述球B的中心座標c和、半徑r、以及所述攝像機10的校準資訊，計算世界座標(實物座標)中的球B的中心座標c(圖3：S104)。
移動參數計算部202的計算方法沒有特殊的限制。在這裡，攝像機10的校準相關資訊是指校準矩陣資訊，如圖5A所示，校準矩陣資訊是指以與攝像機10的焦距f(長度)相對應的拍攝圖像501的中心CI為原點的攝像機座標在拍攝圖像501上的任意點A的三維座標(xia、yia)(圖元)和、以攝像機10的中心CR為原點的世界座標的所述任意點A的三維座標(xra、yra、zra)(長度)的關聯資訊，例如，包括K矩陣、P矩陣等。然後，拍攝圖像501在從攝像機10的中心CR朝向拍攝対象的z軸方向離開焦距f(長度)的位置與z軸垂直。世界座標是以攝像機10的中心CR為原點，以橫軸為x軸(xr)、以豎軸為y軸(yr)、以縱軸(視野軸)為z軸(zr)的坐標系。
移動參數計算部202使用校準矩陣資訊將所計算的球B的中心座標c的攝像機座標{二維座標(xic、yic)}轉換為世界座標{三維座標(xrc、yrc、zrc)}。
在這裡，在通過校準矩陣資訊計算的世界座標的三維座標(xrc、yrc、zrc)中，因為z座標值(zrc)是拍攝圖像501上的任意點A的z座標值，所以，在拍攝圖像501上全部相同。因此，在z軸方向上飛行的球B的世界座標的z座標值需要通過其他的方法計算。
因此，移動參數計算部202利用余弦定理，以所計算的球B的半徑r和、世界座標的攝像機10的中心CR為基準，根據與拍攝圖像501的球B的左右兩端的z軸方向間的角度θ之間的關係計算球B的世界座標的z座標值。如圖5B所示，以與球B的直徑2r相對應的拍攝圖像501的球B左右兩端的距離l和、拍攝圖像501的球B的左端(或者右端)和、與世界座標的攝像機10的中心CR的距離D和、世界座標的攝像機10的中心CR為基準，與拍攝圖像501的球B的左右兩端在z軸方向之間的角度θ如下述的公式(1)(2)所示，余弦定理成立。
l2=D2+D2-2Dcosθ=2D2×(1-cosθ)‧‧‧(1)
D=SQR{l2/(2×(1-cosθ))}‧‧‧(2)
移動參數計算部202使用通過預先計算的圖元轉換為長度(實際尺寸)尺寸，將球B的半徑r的圖元轉換為長度，通過轉換後的球B的半徑r(長度)計算球B的直徑l(=2r)(長度)，通過攝像機10的焦距f(長度)與球B的直徑l(長度)計算拍攝圖像501的球B在左右的z軸方向間的角度θ(度)，將球B的直徑l(長度)和角度θ(度)代入所述的公式(2)中，計算距離D(長度)。這樣，距離D(長度)與球B的世界座標的z座標值近似，因此，移動參數計算部202將所計算的距離D(長度)作 為球B的世界座標的z座標值。另外，對第一個球和第二個球分別進行所述的處理。
然後，移動參數計算部202依據所計算的兩個球B的中心座標c{三維座標(xrcj、yrcj、zrcj)(j=1、2)}和所述兩上球B的拍攝時間的間隔計算該球B的移動參數(速度BS、仰角LA、方位角SA)(圖3：S105)。
移動參數計算部202的計算方法沒有特殊的限制。如圖6A所示，球B的速度BS和、仰角LA和方位角SA可以根據世界座標中的第一個拍攝圖像的第一個球B1的中心座標c1{三維座標(xrc1、yrc1、zrc1)}和、第二個拍攝圖像的第二個球B2的中心座標c2{三維座標(xrc2、yrc2、zrc2)}和、拍攝第一個拍攝圖像401的第一個時間t1(sec)、拍攝第二個拍攝圖像401的第二個時間t2(sec)計算。
具體來說，移動參數計算部202通過將所述的值代入下述的公式(3)(4)(5)(6)，計算世界座標中球B的各軸速度(Vx、Vy、Vz)，計算球B的整體速度BS。
Vx=(xrc2-xrc1)/(t2-t1)‧‧‧(3)
Vy=(yrc2-yrc1)/(t2-t1)‧‧‧(4)
Vz=(zrc2-zrc1)/(t2-t1)‧‧‧(5)
BS=SQR(Vx2+Vy2+Vz2)‧‧‧(6)
另外，移動參數計算部202通過將所計算的各軸的球B的速度(Vx、Vy、Vz)代入下述的公式(7)(8)，計算世界座標中的仰角LA及方位角SA。另外，PI表示圓周率。
LA=180＊(tan-1(Vy/Vx)/PI)‧‧‧(7)
SA=180＊(tan-1(Vz/Vx)/PI)‧‧‧(8)
那麼，在球B的移動參數計算完成後，進行球B的旋轉參數的計算。首先，飛行參數測定裝置1的圖像一致部203生成將第一個拍攝圖像的第一個球B1的圖像與第二個拍攝圖像的第二個球B2的圖像一致的第一個登錄球圖像(圖3：S106)。
圖像一致部203的生成方法沒有特殊的限制。首先，如圖6B所示，圖像一致部203在攝像機座標中將第一個球B1的中心座標c1(xic1、yic1)平行移動至第二個拍攝圖像602的第二個球B2的中心座標c2(xic2、yic2)，使第一個球圖像601a的位置與第二個球圖像602a的位置一致。
然後，圖像一致部203計算第二個球B2的半徑r2(圖元)除以第一個球B1的半徑r1(圖元)的尺寸比例r2/r1(-)，第一個球B1的圖像601a乘以尺寸比例r2/r1(-)，生成將第一個球圖像601a的尺寸與第二個球圖像602a的尺寸一致的第一個登錄球圖像601b。第一個登錄球圖像601b成為將第一個球B1的視點與第二個球B2的視點重疊的圖像。在球B發生旋轉時，第一個球圖像601a是旋轉前的圖像，第二個球圖像602a是旋轉後的圖像，因此，二者的表面(映射點)不同。
另外，在圖像一致部203生成第一個登錄球圖像601b時，在攝像機座標中，使用第一個球圖像601a的中心座標c1(xic1、yic1)和、第二個球圖像602a的任意座標(xi2、yi2)和、第二個球圖像602a的中心座標c2(xic2、yic2)和、尺寸比例r2/r1(-)和、下述的公式(9)(10)計算與第二個球圖像602a的任意座標相對應的第一個登錄球圖像601b的對應座標(xi11、yi11)亦可。
xi11=(xi2-xic2)＊r2/r1+xic1‧‧‧(9)
yi11=(yi2-yic2)＊r2/r1+yic1‧‧‧(10)
在這裡，在構成第一個球圖像601a的圖元中，攝像機座標中的2D座標(xi1、yi1)(圖元)與表示濃淡的圖元值相關聯，但是，攝像機座標的單位圖元與尺寸比例r2/r1(-)不同，不產生小數。因此，在將第一個球圖像601a的位置及尺寸與第二個球圖像602a的位置及尺寸一致時，如圖7A所示，攝像機座標中的第一個登錄球圖像601b的圖元的任意座標(xi11、yi11)有可能因為尺寸比例r2/r1(-)的原因，使得第一個球圖像601a的圖元的任意座標(xi1、yi1)發生偏差。
因此，圖像一致部203依據與第一個登錄球圖像601b的圖元(關注圖元)的四方相鄰的第一個球圖像601a的4個圖元(周邊圖元)的圖元值推算(內插)該第一個登錄球圖像601b的圖元的圖元值。通過這種方式，就可以消除第一個登錄球圖像601b的圖元的圖元值與第一個球圖像601a的圖元的圖元值產生的偏差，高精度地進行旋轉參數的計算。
具體來說，圖像一致部203將與第一個登錄球圖像601b的關注圖元的四角相鄰的第一個球圖像601a的周邊圖元的圖元值I(xi1、yi1)、I(xi1+1、yi1)、I(xi1+1、yi1+1)、I(xi1、yi1+1)代入下述的公式(11)(12)(13)，推算第一個登錄球圖像601b的關注圖元的圖元值I(xi11、yi11)。
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)
圖像一致部203的生成完成後，飛行參數測定裝置1的3D模型構成部204構成將所生成的第一個登錄球圖像601b的攝像機座標轉換為世界座標的第一個登錄球圖像601b的3D模型(圖3：S107)。
3D模型構成部204的構成方法沒有特殊的限制。首先，如圖7B所示，3D模型構成部204使用第一個登錄球圖像601b的中心座標c11(圖元)和、第一個登錄球B1‘的半徑r11(圖元)，只將第一個登錄球圖像601b作為ROI(Region of Interest：興趣區)圖像提取。具體來說，3D模型構成部204中，通過下述的公式(14)(15)(16)(17)，使用攝像機座標的第一個登錄球圖像601b的中心座標c11(xic11、yic11)和、第一個登錄球B1‘的半徑r11(圖元)計算第一個登錄球圖像601b的始點座標b11(xi c11、yic11)和、第一個登錄球圖像601b的終點座標e11(xie11、yie11)。
xib11=xic11-r11‧‧‧(14)
yib11=yic11-r11‧‧‧(15)
xie11=xic11+r11‧‧‧(16)
yie11=yic11+r11‧‧‧(17)
被始點座標b11(xic11、yic11)和終點座標e11(xie11、yie11)圍起的區域就是第一個登錄球圖像601b(ROI圖像)。然後，3D模型構成部204使用校準矩陣，將第一個登錄球圖像601b的攝像機座標{二維座標(xi11、yi11)}轉換為世界座標{三維座標(xr11、yr11、zr11)}。
在這裡，如上所述，通過校準矩陣計算的世界座標的z座標值(zr11)在第一個登錄球圖像601b的ROI圖像上全部相同，因此，需要採用其他的方法進行計算。
第一個登錄球圖像601b在三維的世界座標中，只有第一個登錄球B1‘的半徑r11(長度)從第一個登錄球B1‘的中心座標c11(xrc11、yrc11)(長度)沿z軸方向呈半球狀突出，構成通過攝像機10拍攝(可見)的第一個登錄球B1‘可視表面(可視區域)。
因此，3D模型構成部204將第一個登錄球B1‘的半徑r11的圖元轉換為長度，如圖7B所示，使用第一個登錄球圖像601b的中心座標c11(xrc11、yrc11)(長度)和、第一個登錄球B1‘的半徑r11(長度)，面向攝像機10形成半球狀的第一個登錄球B1‘的可 視表面601c。3D模型構成部204針對所形成的可視表面601c，從第一個登錄球圖像601b的關注圖元C(xr11、yr11)(映射點)延伸出投影到(面向攝像機10)z軸方向的直線lz，計算該直線lz與可視表面601c的交點的z座標值(zr11)。3D模型構成部204通過對該第一個登錄球圖像601b的關注圖元C(xr11、yr11)賦予所計算的z座標值(zr11)，計算第一個登錄球圖像601b的對應圖元C‘(xr11、yr11、zr11)。通過對第一個登錄球圖像601b的全部圖元進行所述的處理，構成第一個登錄球圖像601b的3D模型(三維模型化)。
另外，第一個登錄球圖像601b的對應圖元C‘的z座標值(zr11)在使用世界座標中的第一個登錄球圖像601b的中心座標c11(xrc11、yrc11)(長度)和、第一個登錄球B1‘的半徑r11(長度)和、下述的公式(18)計算的值中取正值，可簡單地計算出來。
zr11=SQR〔r112-{(xr11-xrc11)2+(yr11-yrc11)2}〕‧‧‧(18)
在3D模型構成部204的構成完成後，飛行參數測定裝置1的虛擬旋轉部205使用預先推算的旋轉參數(例如，作為初始值的旋轉軸SX0和旋轉率TS0)和旋轉矩陣資訊，使所構成的第一個登錄球圖像601b的3D模型進行虛擬旋轉(圖3：S108)。
虛擬旋轉部205的旋轉方法沒有特殊的限制。首先，虛擬旋轉部205使用對3D模型的旋轉進行類比的旋轉矩陣資訊。旋轉矩陣資訊R是指將旋轉前的3D模型的三維座標V(xr11、yr11、zr11)和、 旋轉參數(SX0、TS0)和、利用旋轉參數旋轉後的3D模型的三維座標V`(xr11`、yr11`、zr11`)相關聯的資訊，一般用下述的公式(19)表現。
V`(xr11`、yr11`、zr11`)=R(SX0、TS0)＊V(xr11、yr11、zr11)‧‧‧(19)
在這裡，旋轉矩陣資訊R有時也使用三維角(歐拉角)，在本發明中，設定與三維角相對應的旋轉軸及旋轉率。
如圖8A所示，虛擬旋轉部205通過將旋轉前的3D模型的三維座標(xr11、yr11、zr11)和初始值的旋轉參數(SX0、TS0)代入旋轉矩陣資訊R，得到旋轉後的3D模型的三維座標(xr11`、yr11`、zr11`)。通過使用該旋轉矩陣資訊R，虛擬旋轉的計算處理只需要實施一次，可實現處理的簡單化。
在虛擬旋轉部205的旋轉完成後，飛行參數測定裝置1的登錄圖像生成部206將所述旋轉後的第一個登錄球圖像601b的3D模型中可以從攝像機10看到的可視表面的世界座標轉換成攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像(圖3：S109)。
登錄圖像生成部206的生成方法沒有特殊的限制。首先，如圖8A所示，登錄圖像生成部206在旋轉後的第一個登錄球B1‘的3D模型801(三維座標)中，從第一個登錄球B1‘的中心座標c11(xrc11、yrc11)中(面向攝像機10)提取向z軸方向呈半球狀突出的可視表面801a(二維座標)。所提取的第一個登錄球B1‘的可視表面801a包含在第二個球圖像602a的局部之中。
然後，登錄圖像生成部206利用校準矩陣，將所提取的第一個登錄球B1‘的可視表面801a的世界座標{三維座標(xr11`、yr11`、zr11`)}轉換為攝像機座標{二維座標(xi11`、yi11`)}。然後，如圖8B所示，登錄圖像生成部206將所轉換的第一個登錄球B1‘的可視表面801a作為攝像機座標的第二個登錄球圖像801b生成。通過這種試，可以將第二個登錄球圖像801b與第二個球圖像602a進行比較。
在登錄圖像生成部206的生成完成後，飛行參數測定裝置1的差分計算部207計算所述的所生成的第二個登錄球圖像801b與所述第二個球圖像602a的差分(圖3：S110)。
差分計算部207的計算方法沒有特殊的限制。因為第二個登錄球圖像801b是使用旋轉前的第一個登錄球圖像601b生成的，所以並不與第二個球圖像602a完全對應。因此，首先，如圖8B所示，差分計算部207在第二個球圖像602a中提取與第二個登錄球圖像801b相對應的第二個比較球圖像802a。在這裡，第二個比較球圖像802a的攝像機座標{二維座標(xi11`、yi11`)}與第二個登錄球圖像801b的攝像機座標{二維座標(xi2、yi2)}一致。如上所述，依據與第二個球圖像602a一致後的第一個登錄球圖像601b生成第二個登錄球圖像801b，所以，容易與第二個球圖像602a(第二個比較球圖像802a)進行比較，實現處理的簡單化。
然後，差分計算部207計算第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a的差分。圖8B所示為第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a的舉例。如果在生成第二個登錄球圖像801b的推 算旋轉參數與現實的值一致，則第二個登錄球圖像801b和第二個比較球圖像802a基本相同，所述的差分變成最小值。反之，如果生成第二個登錄球圖像801b的推算旋轉參數與現實的值不同，則第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a完全不同，所述的差分變大。在本發明中，為了將第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a進行比較，可以不以球B表面的特定標誌等作為標記，可以利用球B表面的自然花紋進行旋轉參數的計算。
在這裡，差分計算部207根據第二個登錄球圖像801b的圖元的圖元值，計算各個圖元減去第二個比較球圖像802a的圖元的圖元值之後的減法值，然後計算各圖元將該計算值進行平方後的平方值，將針對各圖元計算的平方值進行合計的合計值作為差分計算。通過這種方式，可以將第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a的微小差異反映到差分中，對球B的旋轉參數進行高精度的計算。
另外，如上所述，差分計算部207提取第二個比較球圖像802a，計算第二個登錄球圖像801b與第二個比較球圖像802a的差分，但為了實現處理的簡單化，直接將第二個球圖像602a與第二個登錄球圖像801b進行比較後計算差分亦可。即，與第二個登錄球圖像801b不對應的第二個球圖像602a的區域即使計算與第二個登錄球圖像801b的對應區域的差分，也會得到基本固定的值，因此，與第二個登錄球圖像801b相對應的第二個球圖像602a的差分對整體的差分起到很大的作用。在需要簡單地找到差分最小的旋轉參數時，計算第二個登錄球圖像801b與第二個球圖像602a的差分亦可。
在差分計算部207的計算完成後，飛行參數測定裝置1的旋轉參數決定部208重複進行所述3D模型的虛擬旋轉和、所述第二個登錄球圖像的生成和、所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球B的實際的旋轉參數。
旋轉參數決定部208的確定方法沒有特殊的限制。首先，旋轉參數決定部208為了計算差分的最小值(圖3：S111NO)，將先前計算的差分作為基準差分，只按既定的波動值變更(例如，增加)先前使用的初始的旋轉參數(旋轉軸SX0、旋轉率TS0)(圖3：S112)。
然後，旋轉參數決定部208通過虛擬旋轉部205，使用變更後的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，使第一個登錄球圖像601b的3D模型進行虛擬旋轉(圖3：S108)。
然後，旋轉參數決定部208通過登錄圖像生成部206，在所述旋轉後的第一個登錄球圖像601b的3D模型中，將從攝像機10可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像(圖3：S109)。
然後，旋轉參數決定部208通過差分計算部207，計算所述的所生成的第二個登錄球圖像與所述第二個球圖像602a的差分(圖3：S110)。
旋轉參數決定部208將新的差分作為比較差分，對基準差分和比較差分進行比較，將其中較小的差分確定為臨時差分(圖3：S111)。
在這裡，當比較差分為臨時差分時，可以判斷只有波動值增加的第二個旋轉參數比初始的旋轉參數的養分更小。因此，為了計算差分的最小值 (圖3：S111NO)，旋轉參數決定部208計算只使第二個旋轉參數增加波動值的第三個旋轉參數(圖3：S112)，通過S108、S109、S110計算比較差分。屆時，通過第二個旋轉參數得到的臨時差分變成基準差分，通過第三個旋轉參數得到的差分變成比較差分。
另一方面，當基準差分為臨時差分時，可以判斷初始的旋轉參數比第二個旋轉參數的差分更小。因此，為了計算養分的最小值(圖3：S111NO)，旋轉參數決定部208將通過初始的旋轉參數計算的差分作為基準差分，和之前的變更相反，計算只使初始的旋轉參數減少波動值的第三個旋轉參數(圖3：S112)，通過S108、S109、S110計算比較差分。屆時，通過初始的旋轉參數得到的臨時差分變成基準差分，通過第三個旋轉參數得到的差分變成比較差分。
如上所述，旋轉參數決定部208重複實施S108、S109、S110進行趨同演算，通過只使旋轉參數增加或者減少波動值，使計算的差分達到最小值。對趨同演算進行優化的方法例如可以使用最小平方法、非線性最小平方的高斯牛頓法。
趨同演算結束的判斷方法是，例如，如果比較差分小，通過重複確定，當確定基準差分小時，進行該基準差分計算的第n個旋轉參數(旋轉軸SXn、旋轉率TSn)可以判斷為差分為最小值。反之，如果基準差分，通過重複確定，當確定比較差分小時，進行該比較差分計算的第n個旋轉參數(SXn、TSn)可以判斷為差分為最小值。另外，趨同演算的結束根據優化方法的種類進行適當設置即可。
那麼，通過重複演算，當所計算的差分變成最小值時(圖3：S111YES)，旋轉參數決定部208將所述差分變成最小值的旋轉參數(SXn、TSn)確定為所述球B的實際的旋轉參數(旋轉軸SX、旋轉率TS)(圖3：S113)。
旋轉參數決定部208的計算完成後，飛行參數測定裝置1的飛行參數顯示部209在既定的顯示部顯示通過移動參數計算部202得到的球B的移動參數(速度BS、仰角LA、方位角SA)和、通過旋轉參數決定部208得到的球B的旋轉參數(旋轉軸SX、旋轉率TS)(圖3：S114)。
飛行參數表示部209的顯示方法沒有特殊的限制，例如，可以在飛行參數測定裝置1預先設置的顯示部顯示，也可以在能夠與飛行參數測定裝置1進行無線通訊的高爾夫球手的終端裝置(液晶顯示器)上顯示。通過所述方式，高爾夫球手可以獲知自己打出的球B的飛行參數。
如上所述，球B的飛行參數的測定完成。高爾夫球手在確認目前打出的球B的飛行參數，將新的球B放到飛行參數測定裝置1的旁邊後，返回到S101。
另外，在本發明中，因為要將以第二個登錄球圖像801b與第二個球圖像602a的差分作為最小值的旋轉參數確定為實際的旋轉參數，所以，為了提高旋轉參數的測定精度，第二個登錄球圖像801b和第二個球圖像602a的構成是極其重要的。
在這裡，生成第二個登錄球圖像801b的第一個登錄球圖像601b和第二個球圖像602a是通過拍攝在不同的空間和時間飛行的球B而 得到的，因此，第一個登錄球圖像601b和第二個球圖像602a從球B到攝像機10的光線反射率是不固定的。
因此，在本發明中，還可以包括影像處理部210，其特徵在於，分別針對第一個登錄球圖像601b和第二個球圖像602a，通過Retinex處理使球圖像標準化，並通過二值化處理，從已完成標準化後的標準化球圖像提取球表面整體具有特殊性結果的球構造(檢測)，通過像斑二值化處理，從所述的標準化球圖像中提取表示球的局部特徵的特殊特徵(檢測)，將所述的所提取的球構造與特殊特徵合成，重新構成球圖像。
在這裡，如圖9A所示，影像處理部210的球圖像的重新構成是通過(1)通過Retinex處理實現標準化、(2)提取球構造、(3)提取特殊特徵的三個處理完成的。通過影像處理部210對第一個登錄球圖像601b進行重新構成的第一個登錄球圖像901b可以理解為只表現具有特徵性的圖像。通過這種方式，可以提高旋轉參數的測定精度。
Retinex處理是指對人的視覺模型化，考慮關注圖元四角的周邊圖元，對關注圖元的圖元值進行修正。第一個登錄球圖像601b和第二個球圖像602a表現的是不同空間和不同時間的球B，但通過Retinex處理的標準化，可以使不同空間的球B的光線反射率和亮度均一化，轉換成在同一空間表現球B的圖像。通過這種方式，使第二個登錄球圖像801b與第二個球圖像602a的差分計算更加容易。
通過Retinex處理進行標準化的球圖像由圖元值與周邊圖元的平均圖元值之間的比例(強度比)構成。標準化球圖像的關注圖元的比例L(x、y)可以利用下述的公式(20)，通過特定的攝像機座標(x、 y)中的球圖像的圖元值I(x、y)和、通過濾波器處理製作成模糊圖像的關注圖元的周邊圖元的圖元值(I＊G)(x、y)簡單地計算出來。
在這裡，濾波器例如可以使用平滑化濾波器、高斯濾波器等。
球B的表面整体存在各种凹凸。例如，高爾夫球在表面整體具有淺凹形狀，足球表面整體具有五邊形及六邊形，棒球和網球在表面整體具有縫合線。影像處理部210通過對標準化球圖像進行二值化處理，將圖元值小的圖元進行平滑化處理，強調圖元值大的圖元。即，強調標準化球圖像的濃淡，使濃的區域成為球構造。通過這種方式，可以區分出球B表面整體的特徵和背景。
在這裡，二值化處理例如可採用如下方式，當關注圖元的圖元值達到既定的閾值以上時，對該關注圖元分配“1”(白)，在關注圖元的圖元值小於所述閾值時，對該關注圖元分配“0”(黑)。閾值例如可以設置為標準化球圖像整體圖元的通用值，也可以將標準化球圖像分成幾個區域，針對各區域分別設置不同的值。另外，在該二值化處理中，包括跟蹤被分配了“0”(黑)的關注圖元的邊緣，檢測與關注圖元相鄰最近的相鄰圖元，發現關注圖元連接部的輪廓檢測處理亦可。輪廓檢測處理例如可以使用Sobel處理、Canny處理、或者EDPF(Edge Draw Parameter Free)處理等。Sobel處理是根據標準化球圖像計算空間一次微分，依據空間一次微分進行標準化球圖像邊緣檢測的濾波器處理。Canny處理是去除標準化球圖像的噪點，找到去除噪點後的標準化球圖像的強度梯度，針對通過強度梯度構成的邊緣去除無關的圖元，根據使用兩個閾值的滯後效應對 去除了無關圖元的圖像進行二值化處理的演算法。在這裡，EDPF處理是ED處理的應用，是不需要設置ED處理所需參數的處理。另外，ED處理是按實際時間過程去除非邊緣的圖元，通過標準化球圖像生成邊緣圖的演算法。
另外，在球B的表面的局部(部分)具有缺口、損傷、製造商的標誌(標記)。影像處理部210通過對標準化球圖像進行間隔二值化處理，強調局部連續區域的圖元，使其他區域的圖元平滑化。通過這種方式，可以提取球B表面的局部特徵。在這裡，間隔二值化處理例如可以採用對各圖元設定閾值的二值化處理。
下面，就通過影像處理部210重新構成球圖像的作用效果進行說明。如圖9B所示，在不通過影像處理部210重新構成球圖像時，第一個登錄球圖像601b和第二個球圖像602a的濃淡存在很多種，因此，第二個登錄球圖像與第二個球圖像的差分的波動容易變小，難以找到最小值。反之，在通過影像處理部210重新構成球圖像時，第一個登錄球圖像901b與第二個球圖像902a的濃淡明確，因此，第二個登錄球圖像與第二個球圖像的差分波動這容易變大，容易找到最小值。因此，通過影像處理部210重新構成球圖像，可以實現處理的簡單化，與此同時，容易找到差分的最小值，提高旋轉參數的測定精度。
另外，影像處理部210例如在S106中生成第一個登錄球圖像時，通過重新構成第一個登錄球圖像和第二個登錄球圖像，構成重新構成後的第一個登錄球圖像的3D模型，使後期處理更加順利。
<實施例>
以下通過實施例等對本發明的效果進行具體說明，但本發明並不受此限制。
首先，依據圖1~圖3試製飛行參數測定裝置1，以該飛行參數測定裝置1作為實施例，使用其對高爾夫用機器人打出的高爾夫球B的飛行參數進行了測定。如圖10A所示，在高爾夫練習場的球座上放置高爾夫球B，在高爾夫球B的右側放置市售的飛行參數測定裝置10，在高爾夫球B的左側放置本發明的飛行參數測定裝置1。在這裡，市售的飛行參數測定裝置10是可以高精度測定飛行參數的已有產品。然後，在高爾夫用機器人使用高爾夫球杆E打出高爾夫球B後，市售的飛行參數測定裝置10與本發明的飛行參數測定裝置1同時對高爾夫球B的飛行參數進行測定。採用高爾夫用機器人是為了消除擊球習慣的不同所導致的誤差，按照各種條件(揮杆速度、打出方向、打出角度等)，使用高爾夫球杆E打出高爾夫球B，通過將市售的飛行參數測定裝置10與本發明的飛行參數測定裝置1的測定結果分別圖表後，驗證了本發明的飛行參數測定裝置1的測定精度。
其結果如圖10B所示，使用本發明的飛行參數測定裝置1測定的高爾夫球B的速度與使用市售的飛行參數測定裝置10測定的高爾夫球B的速度基本一致。如圖11A所示，使用本發明的飛行參數測定裝置1測定的高爾夫球B的仰角也和使用市售的飛行參數測定裝置10測定的高爾夫球B的仰角基本一致。另外，如圖11B所示，使用本發明的飛行參數測定裝置1測定的高爾夫球B的方位角也和使用市售的飛行參數測定裝置10測定的高爾夫球B的方位角基本一致。
更令人感到吃驚的是，如圖12A所示，使用本發明的飛行參數測定裝置1測定的高爾夫球B的旋轉軸也和使用市售的飛行參數測定裝置10 測定的高爾夫球B的旋轉軸分別一致。而且，如圖12B所示，使用本發明的飛行參數測定裝置1測定的高爾夫球B的旋轉率也和使用市售的飛行參數測定裝置10測定的高爾夫球B的旋轉率分別一致。因此，由此可知，本發明所涉及的飛行參數測定裝置1可以利用簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數。
另外，在本發明的具體實施方式中，是使第一個球圖像與第二個球圖像一致，但並不限於此，使第二個球圖像與第一個球圖像一致也可以得到同樣的作用效果。另外，在本發明的具體實施方式中，對與高爾夫球B相對應的飛行參數測定裝置1進行了說明，但是沒有必要限定于此，作為球的飛行參數測定裝置或者方法，本發明可以廣泛適用於使球B飛行(發射)的球類比賽、壘球、網球、足球、橄欖球、冰球、門球等的測定。
另外，在本發明的具體實施方式中，飛行參數測定裝置1採用了具有各部的構成，但是，採用將實現該各部的程式存儲到存儲介質中，提供該存儲介質的構成亦可。在該構成中，使裝置讀取程式，由該裝置實現各部。屆時，從存儲介質讀出的程式本身起到本發明的作用效果。同時，也可以作為將執行各手段的步驟存儲到硬碟中的方法提供。
〔產業方面的利用可能性〕
綜上所述，本發明所涉及的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法作為在使球的飛行的所有球類比賽中測定球的飛行參數的裝置及方法是有效的，作為可以通過簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法是有效的。

Claims (3)

  1. 一種飛行參數測定裝置，包含：一圖像拍攝部，具有使用攝像機連續拍攝正在飛行的球；一圖像一致部，生成第一個登錄球圖像，該第一個登錄球圖像係為使最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與接下來拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致；一3D模型構成部，將所述生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標，構成第一個登錄球圖像的3D模型；一虛擬旋轉部，使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，將所述的所構成的第一個登錄球圖像的3D模型進行虛擬旋轉；一登錄圖像生成部，在所述旋轉後的第一個登錄球圖像的3D模型中，將從所述攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標、生成攝像機座標的第二個登錄球圖像；一差分計算部，在所述第二個球圖像中，提取與所述第二個登錄球圖像相對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分；一旋轉參數決定部，重複進行所述3D模型的虛擬旋轉、所述第二個登錄球圖像的生成以及所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數。
  2. 如請求項1所述的飛行參數測定裝置，其中，更具備一圖像處理部，針對所述第一個登錄球圖像和所述第二個球圖像，分別通過Retinex處理進行球圖像的標準化，通過二值化處理，從所述已標準化的標準化球圖像中提取表示球的表面整體的特徵性構造的球構造，通過像斑二值化處理，從所述標準化球圖像中提取表示球的局部特徵的特殊特徵，將所述的所提取的球構造和特殊特徵合成，重新構成球圖像。
  3. 一種飛行參數測定方法，包含：一圖像拍攝步驟，具有使用攝像機連續拍攝正在飛行的球；一圖像一致步驟，生成第一個登錄球圖像，該第一個登錄球圖像係為使最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與接下來拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致；一3D模型構成步驟，將所述生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標，構成第一個登錄球圖像的3D模型；一虛擬旋轉步驟，使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，將所述的所構成的第一個登錄球圖像的3D模型進行虛擬旋轉的；一登錄圖像生成步驟，在所述旋轉後的第一個登錄球圖像的3D模型中，將從所述攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標、生成攝像機座標的第二個登錄球圖像；一差分計算步驟，在所述第二個球圖像中，提取與所述第二個登錄球圖像相對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分；一旋轉參數確定步驟，重複進行所述3D模型的虛擬旋轉、所述第二個登錄球圖像的生成以及所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數。
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6236600B1 (ja) * 2017-06-02 2017-11-29 株式会社Ｇｐｒｏ 飛行パラメータ測定装置及び飛行パラメータ測定方法
KR102084252B1 (ko) * 2017-11-29 2020-03-03 한국전자통신연구원 단일 카메라 영상을 이용하여 초기 3차원 궤적 및 속도를 동시에 복원하는 시스템 및 그 방법
SG11202005544PA (en) * 2018-01-23 2020-07-29 Wawgd Inc Golf ball tracking system
CN110389349B (zh) * 2018-04-17 2021-08-17 北京京东尚科信息技术有限公司 定位方法和装置
CN109035276B (zh) * 2018-06-26 2022-03-18 北京中科慧眼科技有限公司 一种图像边缘提取方法、装置及自动驾驶系统
JP7115376B2 (ja) * 2019-03-18 2022-08-09 日本電信電話株式会社 回転状態推定装置、方法及びプログラム
US10832418B1 (en) * 2019-05-09 2020-11-10 Zoox, Inc. Object velocity from images
KR20210047169A (ko) * 2019-10-21 2021-04-29 한국전자통신연구원 가상 구기 스포츠 정보에 대한 자동 인식 시스템 및 그 방법
CN111192321B (zh) * 2019-12-31 2023-09-22 武汉市城建工程有限公司 目标物三维定位方法与装置
CN113077413A (zh) * 2020-01-06 2021-07-06 苏州宝时得电动工具有限公司 自移动设备及其控制方法
US20210256729A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 Proprio, Inc. Methods and systems for determining calibration quality metrics for a multicamera imaging system
CN111833396B (zh) * 2020-06-05 2024-03-29 哈工大机器人(中山)无人装备与人工智能研究院 一种采血装置相机坐标系到世界坐标系的转换方法及系统
CN111991782B (zh) * 2020-08-25 2021-11-30 腾特体育科技南通有限公司 应用于冰球传控训练具有动作捕捉功能的系统
CN113345027B (zh) * 2021-05-24 2022-05-06 武汉港迪智能技术有限公司 一种基于球机的门机区域防护方法
CN113884005B (zh) * 2021-09-23 2023-08-22 中国人民解放军63620部队 运载火箭光学测量系统测量点位置的估算方法
CN114225361A (zh) * 2021-12-09 2022-03-25 栾金源 一种网球测速方法
CN114510679B (zh) * 2021-12-15 2024-04-12 成都飞机工业（集团）有限责任公司 设备位置信息的获得方法、装置、终端设备以及存储介质
JP7231877B1 (ja) 2022-08-31 2023-03-02 岩崎通信機株式会社 角度計測装置、角度計測方法、角度計測プログラム
JP7319751B1 (ja) * 2023-04-12 2023-08-02 株式会社Knowhere コンピュータ、プログラム、情報処理方法およびモデル生成方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004184236A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Sumitomo Rubber Ind Ltd 球体の回転特性と飛行特性の測定方法
JP2005291824A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Yokohama National Univ 飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法
US20130135466A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for measuring rotation characteristics of rotating body
TW201435811A (zh) * 2013-01-08 2014-09-16 Golfzon Co Ltd 供感測移動球體的裝置及其方法
WO2016163293A1 (ja) * 2015-04-10 2016-10-13 日立マクセル株式会社 映像投射装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4734378A (en) * 1985-06-26 1988-03-29 Abbott Laboratories Precipitation of interfering proteins in fluorescence polarization immunoassay for digoxin
JPS6236600A (ja) * 1985-08-09 1987-02-17 富士写真フイルム株式会社 放射線像変換パネルの製造法
DE69707291T2 (de) * 1997-11-17 2002-06-27 Datalogic S.P.A., Lippo Di Calderara Di Reno Maxicode-Lokalisierungsverfahren
US7324663B2 (en) * 2002-06-06 2008-01-29 Wintriss Engineering Corporation Flight parameter measurement system
JP4628782B2 (ja) * 2002-06-06 2011-02-09 ウィントリス エンジニアリング コーポレイション 飛行パラメータ測定システム
EP1810721A1 (en) * 2006-01-19 2007-07-25 Friends-for-Golfers GmbH Golf diagnosis apparatus, golf equipment device, golf diagnosis system, and method of mounting a golf diagnosis apparatus
JP5240328B2 (ja) * 2011-08-08 2013-07-17 カシオ計算機株式会社 撮像装置及びプログラム
KR101394271B1 (ko) 2013-01-08 2014-05-13 (주) 골프존 운동하는 볼에 대한 센싱장치 및 센싱방법
US9171211B2 (en) 2013-09-20 2015-10-27 Rapsodo Pte. Ltd. Image processing for launch parameters measurement of objects in flight
US9400924B2 (en) * 2014-05-23 2016-07-26 Industrial Technology Research Institute Object recognition method and object recognition apparatus using the same
US20170039683A1 (en) * 2015-08-06 2017-02-09 Fuji Xerox Co., Ltd. Image processing apparatus, image processing method, image processing system, and non-transitory computer readable medium
US10290119B2 (en) * 2016-09-15 2019-05-14 Sportsmedia Technology Corporation Multi view camera registration
JP6236600B1 (ja) * 2017-06-02 2017-11-29 株式会社Ｇｐｒｏ 飛行パラメータ測定装置及び飛行パラメータ測定方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004184236A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Sumitomo Rubber Ind Ltd 球体の回転特性と飛行特性の測定方法
JP2005291824A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Yokohama National Univ 飛翔体の飛翔挙動測定装置および飛翔体の飛翔挙動測定方法
US20130135466A1 (en) * 2011-11-25 2013-05-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for measuring rotation characteristics of rotating body
TW201435811A (zh) * 2013-01-08 2014-09-16 Golfzon Co Ltd 供感測移動球體的裝置及其方法
WO2016163293A1 (ja) * 2015-04-10 2016-10-13 日立マクセル株式会社 映像投射装置

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US10345324B2 (en) 2019-07-09

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