WO2009128340A1 - ゴルフ練習支援カメラシステム - Google Patents

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小森活美
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株式会社アートレイ
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    • A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/80—Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/807—Photo cameras

Definitions

  • the present invention relates to a golf practice support camera system. More specifically, the present invention is a golf practice in which golfers can visually recognize undulations (referred to as “undulation”) that the golf course green and fairways undulate like waves.
  • the present invention relates to a support camera system.
  • the present inventor is not aware of the existence of a published patent document or a published non-patent document that discloses or suggests a golf practice support camera system that forms a green undulation image using a polarization action as described later.
  • an object of the present invention is to provide a compact device that can visually recognize green undulation clearly.
  • a golf practice support camera system is obtained from first means for extracting luminance information and polarization information from shooting data of a golf course green or fairway, and the first means.
  • the first means for extracting the luminance information and the polarization information includes a polarizer array and a CMOS / CCD, and the polarizer array includes four adjacent polarizers. It may be a patterned polarizing element composed of a plurality of polarizers that constitute one unit and whose transmission axis is changed for each pixel pitch.
  • the second means for reconstructing an image including luminance data and polarization data may determine luminance data for each pixel and also determine polarization data for each unit.
  • the golf practice support camera system may be a goggle type.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the entire golf practice support camera system.
  • FIG. 2 is a block diagram of the golf practice support camera system of FIG.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a patterned polarizing element in which the transmission axis is changed for each pixel pitch.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining that one unit is constituted by four adjacent polarizers.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a first method for reconstructing an image.
  • FIG. 4 (A) shows a round object (subject)
  • FIG. 4 (B) shows an image obtained by photographing the subject with a conventional camera
  • FIG. 4 (C) is processed by this golf practice support camera system. It is a figure which shows the image which superimposed and displayed the normal vector on the luminance information which carried out.
  • FIG. 4 (A) shows a round object (subject)
  • FIG. 4 (B) shows an image obtained by photographing the subject with a conventional camera
  • FIG. 4 (C) is processed by this golf
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a second method for reconstructing an image.
  • FIG. 5A shows an image obtained by photographing this subject with a conventional camera
  • FIG. 5B shows an image displaying polarization information due to a difference in color in luminance information processed by this golf practice support camera system.
  • FIG. 6 is a block diagram after the pre-processing unit of the actual golf practice support camera system.
  • FIG. 7 illustrates a preferred goggle type monitor for this golf practice support camera system.
  • FIG. 8 is an example in which an image of a golf green image is reconstructed by the first method of additionally displaying normal vectors.
  • 1 golf practice support camera system
  • 2 patterned polarizer
  • 4 CMOS / CCD, CMOS image sensor, CCD image sensor
  • 6 preprocessing unit
  • 8 luminance and polarization component detection unit
  • 10 image processing unit
  • 12 Polarizer array, 12a, 12-1, 12-2, 12-3, 12-4: Polarizer unit
  • 14 Object, subject
  • 16 Image
  • 18 Image
  • 20 Camera unit
  • 22 Sensor interface
  • 24 Memory controller
  • 26 Image processing unit
  • 28 Output controller
  • 30 Display device, monitor, liquid crystal display device, CRT, 32: Memory, DDR memory, 34: DAC
  • 36 power supply unit
  • 40 goggles type monitor
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the entire golf practice support camera system 1.
  • This golf practice support camera system 1 includes a camera unit 20 and a display device 30.
  • FIG. 2 is a block diagram of the golf practice support camera system 1 of FIG.
  • the camera unit 20 includes a patterned polarizer 2, a CMOS / CCD 4, a preprocessing unit 6, a luminance and polarization component detection unit 8, and an image processing unit 10.
  • the display device 30 may be a monitor.
  • the monitor 30 may be a liquid crystal display device or CRT normally used in a personal computer or the like. More preferably, it may be a goggle type monitor (see FIG. 7) as described later.
  • the patterned polarizer 2 is a patterned polarizing element in which the transmission axis is changed for each pixel pitch.
  • the CMOS / CCD 4 may be a CMOS image sensor or a CCD image sensor.
  • the CCD image sensor is called a charge-coupled device, and is a device that converts incident light into a signal charge by a light receiving unit that is a photodiode and transfers the signal charge by the CCD.
  • the CMOS image sensor selects a signal from each pixel arranged in a matrix by a switching signal from a Y address circuit that selects a horizontal line, and sequentially outputs a signal from the pixel one pixel at a time by the X address circuit. Read the output signal and detect it.
  • the patterned polarizer 2 and the CMOS / CCD 4 constitute a polarization image sensor capable of processing luminance information and polarization information in pixel units.
  • the patterned polarizer 2 is a patterned polarizing element in which the transmission axis is changed for each pixel pitch.
  • the polarizer array 12 illustrated in FIG. 3 is composed of 6 rows ⁇ 8 columns of polarizers, and one unit is constituted by four adjacent polarizers. In an actual camera unit, for example, the number of pixels is about 1280 ⁇ 1024.
  • a polarizer unit 12a composed of four polarizers in the lower right as seen in the figure comprises four types of polarizers 12-1 to 12-4 having different transmission axes. ing.
  • a polarizer is arranged for each pixel of the image sensor, and polarization information is determined by comparing and detecting these four pixels.
  • the effective polarizer is about 640 ⁇ 512 pixels.
  • the transmission axis of the first polarizer 12-1 is zero with respect to the vertical line.
  • the second polarizer 12-2 has a transmission axis at an angle of 45 degrees with respect to the vertical line.
  • the third polarizer 12-3 has a transmission axis at an angle of 90 degrees with respect to the vertical line.
  • the fourth polarizer 12-4 has a transmission axis at an angle of 135 degrees with respect to the vertical line.
  • One pixel of CCD or CMOS corresponds to each polarizer. As a result, in addition to the luminance information sensed by the CCD or CMOS, the polarization intensity in four directions can be sensed for each unit of polarizer.
  • the pre-processing unit 6 mainly AD-converts luminance information and polarization information for each pixel from the CMOS / CCD 4.
  • the luminance and polarization component detector 8 extracts polarization components in addition to the digital luminance data sensed by the CCD or CMOS 4, and generates polarization data.
  • the luminance data is generated in units of one pixel of CMOS / CCD.
  • one polarization data is determined by a weighted average of each polarization angle for each unit of polarizer. Specifically, it is determined from the amplitude (intensity) of the polarization component, the intensity of the non-polarization component, and the polarization angle of the four polarizers constituting one unit.
  • the image processing unit 10 reconstructs an image using luminance data and polarization data.
  • the first method is a method of displaying polarization data determined in units of one unit in addition to luminance information in units of pixels as normal vectors.
  • the second method is a method in which a polarization angle is made to correspond to a visible light spectrum, and one color (visible light) is defined for a specific polarization angle, and each pixel is constructed with this color.
  • the correspondence between the visible light spectrum and the polarization angle is prepared as a table in the image processing unit or memory so that the color (RGB value) for a specific polarization angle can be determined.
  • the image 16 has only luminance information as shown in FIG. 4B.
  • the polarization vector information is also displayed by superimposing the normal vectors determined in units of one unit. The image 18 can be obtained.
  • FIG. 6 is a block diagram after the pre-processing unit 6 of the actual golf practice support camera system.
  • the main part of the block is constituted by the FPGA core.
  • a sensor interface 22 a memory controller 24, an image processing unit 26, an output controller 28, a DAC 34, and a power supply unit 36 are included. Further, an external memory or a removable memory card 32 and an external power source 38 are added.
  • the sensor interface 22 takes in digital luminance data and digital polarization data for each pixel from the CMOS / CCD 4 at a predetermined timing.
  • the memory controller 24 controls writing and reading of these data to the memory 32.
  • the memory 32 records digital luminance data and digital polarization data.
  • the memory 32 is preferably a DDR memory.
  • the digital luminance data and digital polarization data read from the memory 32 are determined by the image processing unit 26 for luminance data for each pixel and polarization data for each unit. Further, as described above, the image is reconstructed using the luminance data and polarization data. These data are output at a predetermined timing by the output controller 28, converted to analog data by the DAC 34, and sent to the monitor 30.
  • FIG. 7 illustrates a goggle type monitor 40 preferable for the golf practice support camera system 1.
  • the goggle type monitor 40 is basically a goggle type monitor that is commercially available.
  • the golf practice support camera system 1 can be obtained by adding a camera unit 20 to the goggle type monitor.
  • the camera unit 20 is positioned so as to photograph the tip of the line of sight with respect to the goggles.
  • the video imaged by the camera unit 20 is displayed on the monitor portion 30 at the lens position of both eyes of the goggles.
  • FIG. 8 shows an example of reconstructing an image of the golf green 42 by the first method of additionally displaying normal vectors.
  • the reflected light of the sun changes with the inclination, and the degree of polarization also changes.
  • an image that can clearly recognize the green undulation can be reconstructed.
  • the goggle type golf practice support camera system as shown in FIG. 7 it becomes a compact system that is optimal for putting practice for golfers.

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Abstract

【課題】グリーンのアンジュレーションを視覚的に明瞭に認識できるコンパクトな装置を提供すること 【解決手段】このゴルフ練習支援カメラシステムは、ゴルフ場のグリーンやフェアウェイの撮影データから輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段と、前記第１の手段から得られた輝度情報及び偏光情報から、輝度データ及び偏光データを含む画像を再構築する第２の手段と、前記輝度データ及び偏光データを含む画像を表示する第３の手段をとを備え、グリーンやフェアウェイの映像に、アンジュレーション情報を加えて表示したことを特徴とする。前記輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段は、偏光子アレイと、ＣＭＯＳ／ＣＣＤとを有し、前記偏光子アレイは、隣接する４個の偏光子で１ユニットを構成する、画素ピッチ毎に透過軸を変えた複数個の偏光子から成るパターン化偏光素子である。

Description

ゴルフ練習支援カメラシステム
　本発明は、ゴルフ練習支援カメラシステムに関する。更に具体的には、本発明は、ゴルファーが携帯可能で、ゴルフコースのグリーンやフェアウェイが波のようにうねっている起伏（「アンジュレーション(undulation)」という。）を視覚的に認識できるゴルフ練習支援カメラシステムに関する。
　ゴルフ競技においてグリーン上でパッティングを行う際には、ホールまでの距離及び方向を定めボールをヒットする。このとき、ゴルファーは、ボールとホールの間のグリーンのアンジュレーションを見極めて、このアンジュレーションによるボールの転がり方向の変化を予測して、最終的にボールをヒットする方向を決定する。
　なお、本発明者は、後述する様な偏光作用を利用してグリーンのアンジュレーションのイメージを形成するゴルフ練習支援カメラシステムを開示又は示唆する公開特許文献又は公開非特許文献の存在を知らない。
　ゴルファーにとって、グリーンのアンジュレーションを正確に見極めることは大変に難しい。そこで、パッティングの練習の際に、グリーンのアンジュレーションを視覚的に明瞭に認識できるコンパクトな装置の開発が望まれていた。
　かかる状況に鑑みて、本発明は、グリーンのアンジュレーションを視覚的に明瞭に認識できるコンパクトな装置を提供することを目的とする。
　上記目的に鑑みて、本発明に係るゴルフ練習支援カメラシステムは、ゴルフ場のグリーンやフェアウェイの撮影データから輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段と、前記第１の手段から得られた輝度情報及び偏光情報から、輝度データ及び偏光データを含む画像を再構築する第２の手段と、前記輝度データ及び偏光データを含む画像を表示する第３の手段とを備え、グリーンやフェアウェイの映像に、アンジュレーション情報を加えて表示したことを特徴とする。
　上記ゴルフ練習支援カメラシステムでは、前記輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段は、偏光子アレイと、ＣＭＯＳ／ＣＣＤとを有し、前記偏光子アレイは、隣接する４個の偏光子で１ユニットを構成する、画素ピッチ毎に透過軸を変えた複数個の偏光子から成るパターン化偏光素子であってよい。
　上記ゴルフ練習支援カメラシステムでは、輝度データ及び偏光データを含む画像を再構築する第２の手段は、画素毎に、輝度データを決定すると共に、１ユニット毎に偏光データを決定してもよい。
　上記ゴルフ練習支援カメラシステムでは、前記ゴルフ練習支援カメラシステムは、ゴーグルタイプで構成されていてもよい。
　本発明によれば、グリーンのアンジュレーションを視覚的に明瞭に認識できるコンパクトな装置を提供することができる。
図１は、ゴルフ練習支援カメラシステムの全体を説明する図である。 図２は、図１のゴルフ練習支援カメラシステムのブロック図である。 図３（Ａ）は、画素ピッチ毎に透過軸を変えたパターン化偏光素子を説明する図である。図３（Ｂ）は、隣接する４個の偏光子で１ユニットが構成されることを説明する図である。 図４は、画像を再構築する第１の方法を説明する図である。図４（Ａ）は、丸い物体（被写体）を示し、図４（Ｂ）は、この被写体を従来のカメラで撮影した画像を示し、図４（Ｃ）は、このゴルフ練習支援カメラシステムで処理した輝度情報に、法線ベクトルを重ねて表示した画像を示す図である。 図５は、画像を再構築する第２の方法を説明する図である。図５（Ａ）は、この被写体を従来のカメラで撮影した画像を示し、図５（Ｂ）は、このゴルフ練習支援カメラシステムで処理した輝度情報に、色彩の相違で偏光情報も表示する画像を示す図である。 図６は、実際のゴルフ練習支援カメラシステムの前処理部以降のブロック図である。 図７は、このゴルフ練習支援カメラシステムに好ましいゴーグルタイプモニタを図示する。 図８は、ゴルフのグリーンの映像を、法線ベクトルを追加表示する第１の方法で画像再構築した例である。
符号の説明
　１：ゴルフ練習支援カメラシステム、　２：パターン化偏光子、　４：ＣＭＯＳ／ＣＣＤ，ＣＭＯＳイメージセンサ，ＣＣＤイメージセンサ、　６：前処理部、　８：輝度及び偏光成分検出部、　１０：画像処理部、　１２：偏光子アレイ、　１２ａ，１２－１，１２－２，１２－３，１２－４：偏光子ユニット、　１４：物体，被写体、　１６：画像、
　１８：画像、　２０：カメラユニット、　２２：センサインターフェース、　２４：メモリコントローラ、　２６：イメージ処理部、　２８：出力コントローラ、　３０：表示装置，モニタ，液晶表示装置，ＣＲＴ、　３２：メモリ，ＤＤＲメモリ、　３４：ＤＡＣ、　３６：電源ユニット、　４０：ゴーグルタイプモニタ、
　以下、本発明に係るゴルフ練習支援カメラシステムの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面において同じ要素に対しては同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。
　図１は、ゴルフ練習支援カメラシステム１の全体を説明する図である。このゴルフ練習支援カメラシステム１は、カメラユニット２０と表示装置３０と備えている。
　図２は、図１のゴルフ練習支援カメラシステム１のブロック図である。カメラユニット２０は、パターン化偏光子２と、ＣＭＯＳ／ＣＣＤ４と、前処理部６と、輝度及び偏光成分検出部８と、画像処理部１０とを有している。表示装置３０は、モニタであってよい。このモニタ３０は、パーソナルコンピュータ等で通常使用される液晶表示装置、ＣＲＴであってよい。更に好ましくは、後述するような、ゴーグルタイプモニタ（図７参照）であってよい。
　パターン化偏光子２は、画素ピッチ毎に透過軸を変えたパターン化偏光素子である。
　ＣＭＯＳ／ＣＣＤ４は、ＣＭＯＳイメージセンサでも、ＣＣＤイメージセンサでもよい。ＣＣＤイメージセンサは、電荷結合デバイスとよばれ、ホトダイオードである受光部で入射光を信号電荷に変換して、この信号電荷をＣＣＤによって転送するデバイスである。ＣＭＯＳイメージセンサは、マトリクス状に配置された夫々の画素からの信号を水平方向のラインを選択するＹアドレス回路からのスイッチング信号によって選択し、Ｘアドレス回路によって、画素からの信号を順次１画素ずつ出力信号に読み出して検出する。
　これらパターン化偏光子２とＣＭＯＳ／ＣＣＤ４とによって、画素単位で輝度情報と偏光情報を処理可能な偏光イメージセンサが構成される。
　図３（Ａ）に示すように、パターン化偏光子２は、画素ピッチ毎に透過軸を変えたパターン化偏光素子である。図３に例示する偏光子アレイ１２は、６行×８列の偏光子からなり、隣接する４個の偏光子で１ユニットを構成している。なお、実際のカメラユニットでは、例えば、画素数は1280×1024程度となっている。
　例えば、図で見て右下の４個の偏光子から成る偏光子ユニット１２ａは、図３（Ｂ）に示すように、透過軸の異なる４種類の偏光子１２－１～１２－４から成っている。偏光子は画像センサの各画素毎に配置され、これら4画素を比較検出することで偏光情報を判断
する。画素数1280×1024の場合、有効偏光子は640×512画素程度となる。
　第１の偏光子１２－１は、垂直線に対して透過軸が角度ゼロである。第２の偏光子１２－２は、垂直線に対して透過軸が角度45度である。第３の偏光子１２－３は、垂直線に対して透過軸が角度90度である。第４の偏光子１２－４は、垂直線に対して透過軸が角度135度である。各偏光子に対してＣＣＤ又はＣＭＯＳの１画素が対応している。これにより、ＣＣＤ又はＣＭＯＳが感知する輝度情報に加えて、１ユニットの偏光子毎に４方向の偏光強度を感知することがでる。
　前処理部６は、主として、ＣＭＯＳ／ＣＣＤ４からの画素毎の輝度情報及び偏光情報をＡＤ変換する。
　輝度及び偏光成分検出部８は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ４が感知したデジタル輝度データに加えて、偏光成分を抽出して偏光データを生成する。ここで、輝度データは、ＣＭＯＳ／ＣＣＤの１画素単位で生成される。偏光データは、１ユニットの偏光子毎に、各偏光角の加重平均で１つの偏光データが決定される。具体的には、１ユニットを構成する４個の偏光子の偏光成分の振幅（強度）、無偏光成分の強度及び偏光角から決定される。
　画像処理部１０は、輝度データと偏光データを使用して、画像を再構築する。画像の再構成は二通りある。第１の方法は、各画素単位で輝度情報に加え、１ユニット単位で決定した偏光データを法線ベクトルで表示する方法である。
　第２の方法は、可視光線スペクトルに偏光角度を対応させて、特定の偏光角度には１つの色彩（可視光）が定まるように規定し、この色彩で各画素を構築する方法である。可視光線スペクトルと偏光角度の対応は、画像処理部又はメモリにテーブルとして用意して、特定の偏光角度に対する色彩（ＲＧＢ値）を決定することが出来るようにする。
　第１の方法の画像再構築の例としては、図４（Ａ）の丸い物体（被写体）１４を従来のデジタルカメラで処理すると、図４（Ｂ）に示すように、画像１６は輝度情報のみで構築される。しかし、図４（Ｃ）に示すように、このゴルフ練習支援カメラシステムで処理すると、輝度情報に加えて、１ユニット単位で決定された法線ベクトルを重ねて表示することにより偏光情報も表示する画像１８とすることが出来る。
　第２の方法の画像再構築の例としては、図５（Ａ）の被写体を従来のカメラで撮影した画像を、このゴルフ練習支援カメラシステムで処理すると、図５（Ｂ）に示すように、輝度情報に、色彩の相違で偏光情報も表示する画像とすることが出来る。（なお、出願図面はモノクロに制限されているので、ここではモノクロであることをご理解願いたい。）
　図６は、実際のゴルフ練習支援カメラシステムの前処理部６以降のブロック図である。ブロックの主な部分は、ＦＰＧＡコアによって構成さる。ここには、センサインターフェース２２、メモリコントローラ２４、イメージ処理部２６、出力コントローラ２８、ＤＡＣ３４、及び電源ユニット３６が含まれている。更に、外部メモリ又は着脱自在なメモリカード３２と外部電源３８が加えられる。
　センサインターフェース２２は、所定のタイミングでＣＭＯＳ／ＣＣＤ４から画素毎のデジタル輝度データ及びデジタル偏光データを取り込む。メモリコントローラ２４は、これらデータのメモリ３２への書き込み及び読み出しを制御する。メモリ３２は、デジタル輝度データ及びデジタル偏光データを記録する。メモリ３２は、ＤＤＲメモリが好ましい。メモリ３２から読み出されたデジタル輝度データ及びデジタル偏光データは、イメージ処理部２６で、画素毎の輝度データ及び１ユニット毎の偏光データが決定される。更に、上述したように、輝度データと偏光データを使用して、画像が再構築される。これらのデータは、出力コントローラ２８で所定のタイミングで出力され、ＤＡＣ３４にてアナログデータにされ、モニタ３０に送られる。
　図７は、このゴルフ練習支援カメラシステム１に好ましいゴーグルタイプモニタ４０を図示する。このゴーグルタイプモニタ４０は、基本的には、市販されているようなゴーグルタイプモニタである。更に、好ましくは、このゴーグルタイプモニタに対して、カメラユニット２０を追加して、ゴルフ練習支援カメラシステム１とすることができる。
　ゴーグルに対して、視線の先を撮影するようにカメラユニット２０が位置決めされている。このカメラユニット２０で撮影した映像が、ゴーグルの両目のレンズ位置にあるモニタ部分３０に表示される。
　図８は、ゴルフのグリーン４２の映像を、法線ベクトルを追加表示する第１の方法で画像再構築した例である。グリーンのアンジュレーションは、その傾斜によって太陽の反射光が変化して、偏光度も変化する。グリーンの輝度情報に加えて、偏光情報をも加えることにより、グリーンのアンジュレーションを視覚的に明瞭に認識することができる画像が再構築できる。更に、図７で示したようなゴーグルタイプのゴルフ練習支援カメラシステムとすれば、ゴルファーにとってパッティング練習に最適なコンパクトなシステムとなる。
　以上説明したゴルフ練習支援カメラシステムの実施形態は、例示であって、本発明はこれに限定されない。当業者が容易に想起できる、この実施形態に対する追加・削除・変更・改良等は本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲の記載によって定められる。

Claims (4)

  1. 　ゴルフ場のグリーンやフェアウェイの撮影データから輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段と、
    　前記第１の手段から得られた輝度情報及び偏光情報から、輝度データ及び偏光データを含む画像を再構築する第２の手段と、
    　前記輝度データ及び偏光データを含む画像を表示する第３の手段をとを備え、
    　グリーンやフェアウェイの映像に、アンジュレーション情報を加えて表示したことを特徴とする、ゴルフ練習支援カメラシステム。
  2. 　請求項１に記載のゴルフ練習支援カメラシステムにおいて、
    　前記輝度情報及び偏光情報を抽出する第１の手段は、
    　偏光子アレイと、
    　ＣＭＯＳ／ＣＣＤとを有し、
    　前記偏光子アレイは、隣接する４個の偏光子で１ユニットを構成する、画素ピッチ毎に透過軸を変えた複数個の偏光子から成るパターン化偏光素子である、ゴルフ練習支援カメラシステム。
  3. 　請求項２に記載のゴルフ練習支援カメラシステムにおいて、
    　輝度データ及び偏光データを含む画像を再構築する第２の手段は、
    　画素毎に、輝度データを決定すると共に、１ユニット毎に偏光データを決定する、ゴルフ練習支援カメラシステム。
  4. 　請求項１に記載のゴルフ練習支援カメラシステムにおいて、
    　前記ゴルフ練習支援カメラシステムは、ゴーグルタイプで構成されている、ゴルフ練習支援カメラシステム。
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