JP4064248B2

JP4064248B2 - Ball trajectory measuring device

Info

Publication number: JP4064248B2
Application number: JP2003011743A
Authority: JP
Inventors: 健朝倉
Original assignee: Ｓｒｉスポーツ株式会社
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: JP2004226134A; US20040142772A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛行するボールの弾道を計測するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフボールは、ゴルフクラブで打撃されることによって飛行する。飛行するゴルフボールの弾道が計測されれば、ゴルフボールの性能評価、ゴルフクラブの性能評価及びゴルファーのスイングフォームの診断において便利である。
【０００３】
特開平６−３２３８５２号公報には、シャッター機能付きのＣＣＤカメラが用いられた計測装置が開示されている。この装置では、ＣＣＤカメラにより撮影された画像データが演算部に取り込まれ、画像処理によって画像フレーム間の変化が多層メモリーに書き込まれる。これによって得られた多層化画像から、ゴルフボールの弾道が計測される。この計測装置では、ゴルフボールの弾道の観察は可能であるが、ゴルフボールの位置座標の時系列データは計測できない。
【０００４】
特開２００１−１４５７１８公報には、発射地点後方のＣＣＤカメラによって得られた画像データと、弾道のサイド（飛行方向と垂直方向）に設置されたＣＣＤカメラによって得られた画像データとに基づき、ゴルフボールの弾道が計測される装置が開示されている。この装置では、サイドに設置されるＣＣＤカメラが多数台必要である。しかも、この装置で精度よく弾道が計測されるには、サイドに設置されるＣＣＤカメラとゴルフボールとの距離が十分大きくされる必要がある。一般のゴルフ場やゴルフ用品メーカーの試験場では、打撃方向の距離は長いがサイドスペースは狭い。この装置の設置には、制約が多い。
【０００５】
さらに、弾道の右サイドと左サイドとに設置された２台のＣＣＤカメラにより、両側からゴルフボールが撮影される装置も提案されている。この装置では、一対の画像データに基づいて三角測量法的手法によりゴルフボールの弾道が計測される。この装置によって弾道が精度よく計測されるには、左右のＣＣＤカメラの距離が十分大きくされる必要がある。この装置の設置にも、広大なサイドスペースが必要である。この装置の設置には、制約が多い。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３２３８５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４５７１８公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
発射地点の後方に設置されたＣＣＤカメラと落下地点の前方に設置されたＣＣＤカメラとを備えた装置によって、弾道を計測する手段も考えられる。この装置による計測では、広大なサイドスペースは不要である。
【０００８】
この装置によって広範囲の弾道が撮影されるには、広角なＣＣＤカメラが必要である。広角なＣＣＤカメラでは、計測の精度が不十分である。発射直後及び落下直前のゴルフボール（換言すれば、低い位置にあるゴルフボール）の位置座標が算出される場合は、精度が特に不十分である。
【０００９】
本発明は、設置が容易で、飛行するボールの位置座標の時系列データが精度よく計測できるボール弾道計測装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るボール弾道計測装置は、飛行するボールを後方から撮影するための第一カメラと、その画角が上記第一カメラの画角と関連づけられており第一カメラよりも遅れてこのボールを後方から撮影するための第二カメラと、このボールを前方から撮影するための第三カメラと、この第一、第二及び第三のカメラの撮影タイミングを制御する制御部と、この第一、第二及び第三のカメラで得られた画像データ並びにそれぞれのカメラの位置座標、光軸方向及び画角に基づいてボールの位置座標を算出する演算部とを備えている。
【００１１】
この計測装置では、サイドにカメラは設けられない。従って、広大なサイドスペースは不要である。この計測装置では、後方からの撮影が第一カメラ及び第二カメラでなされ、前方からの撮影が第三カメラでなされる。後方からの撮影で得られた画像データと前方からの撮影で得られた画像データとにより、三角測量的手法によってボールの位置座標が算出される。後方からの撮影は、第一カメラから第二カメラへとリレーされる。第二カメラの画角は第一カメラの画角と関連づけられているので、リレーによって弾道の広範囲にわたってボールが撮影されうる。
【００１２】
好ましくは、第一カメラはボール発射地点よりも後方に位置し、第二カメラは発射地点と落下地点との間に位置し、第三カメラは落下地点よりも前方に位置する。第二カメラは発射地点と落下地点との間に位置しているので、その光軸が水平方向に対してなす角度は、大きく設定されうる。第二カメラで計測される落下直前のゴルフボールの仰角は大きい。この計測装置は、落下直前のボールの計測精度が高い。
【００１３】
好ましくは、第一カメラの画角と第二カメラの画角とは、一部重複している。同時に撮影された第一カメラでのボール像と第二カメラでのボール像とに基づいて、第二カメラの画角が第一カメラの画角と関連づけられる。この装置は、計測精度に優れる。
【００１４】
他の発明に係るボール弾道計測装置は、飛行するボールを前方から撮影するための第一カメラと、その画角が上記第一カメラの画角と関連づけられており、第一カメラに先だってこのボールを前方から撮影するための第二カメラと、このボールを後方から撮影するための第三カメラと、この第一、第二及び第三のカメラの撮影タイミングを制御する制御部と、この第一、第二及び第三のカメラで得られた画像データ並びにそれぞれのカメラの位置座標、光軸方向及び画角に基づいてボールの位置座標を算出する演算部とを備えている。
【００１５】
この計測装置では、サイドにカメラは設けられない。従って、広大なサイドスペースは不要である。この計測装置では、後方からの撮影が第三カメラでなされ、前方からの撮影が第一カメラ及び第二カメラでなされる。後方からの撮影で得られた画像データと前方からの撮影で得られた画像データとにより、三角測量的手法によってボールの位置座標が算出される。前方からの撮影は、第二カメラから第一カメラへとリレーされる。第二カメラの画角は第一カメラの画角と関連づけられているので、リレーによって弾道の広範囲にわたってボールが撮影されうる。
【００１６】
好ましくは、第一カメラがボール落下地点よりも前方に位置しており、第二カメラが発射地点と落下地点との間に位置しており、第三カメラが発射地点よりも後方に位置している。第二カメラは発射地点と落下地点との間に位置しているので、その光軸が水平方向に対してなす角度は、大きく設定されうる。第二カメラで計測される発射直後のゴルフボールの仰角は大きい。この計測装置は、発射直後のボールの計測精度が高い。
【００１７】
好ましくは、第一カメラの画角と第二カメラの画角とは、一部重複している。同時に撮影された第一カメラでのボール像と第二カメラでのボール像とに基づいて、第二カメラの画角が第一カメラの画角と関連づけられる。この装置は、計測精度に優れる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係るボール弾道計測装置が示された概略構成図である。この装置は、第一カメラ１、第二カメラ２、第三カメラ３、制御部４及び演算部５を備えている。第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３は、シャッター機能付きのＣＣＤカメラである。制御部４及び演算部５は、コンピュータと周辺機器とを含む。制御部４と演算部５とが、同一のコンピュータから構成されてもよい。ボール弾道計測装置が、図示されていない印字部、表示部等を備えてもよい。
【００２０】
制御部４は、ゴルフボールの打撃によって発生したトリガー信号を検知した後、演算部５に対して画像データの記録を開始するように信号を送信する。制御部４はまた、第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３に向けて、同期信号を送信する。この同期信号を受けた第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３によって、同期した複数の画像が得られる。
【００２１】
演算部５は、第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３によって得られた画像データを、フレーム毎に記録する。記録には、タイムプラスＶＴＲ、デジタルディスクレコーダー、動画ボード等が用いられうる。得られたデータは、画像処理に供される。画像処理では、画像データに対して、フレーム順に差分ピークホールド演算が行われる。具体的には、各フレームメモリーの画素のうち変化のあったピークの画素メモリーのみがホールドされ、他のメモリーが消去される。ゴルフボール像は背景よりも白く、濃淡判定で最も白い部分となることから、この画像処理によって背景が消去され、ゴルフボール像のみが残存するデータが得られる。
【００２２】
図２は、図１の装置によってゴルフボールの弾道が計測される様子が示された模式的側面図である。この図には、ゴルフボールＧ及びこのゴルフボールＧの弾道Ｔが示されている。ゴルフボールＧは、図中左から右に向かって飛行する。この図において符号Ｐｓで示されているのは発射地点であり、Ｐｅで示されているのは落下地点である。図２に示されるように、第一カメラ１の位置を原点とし、第一カメラ１及び第二カメラ２を結ぶ直線をＸ軸とし、高さ方向をＺ軸とする二次元位置座標が想定される。
【００２３】
発射地点Ｐｓの後方には、第一カメラ１及び第二カメラ２が設置されている。第一カメラ１及び第二カメラ２は、実質的に同じ位置にある。この第一カメラ１及び第二カメラ２は、ゴルフボールＧを後方から撮影する。落下地点Ｐｅの前方には、第三カメラ３が設置されている。この第三カメラ３は、ゴルフボールＧを前方から撮影する。第一カメラ１及び第二カメラ２と、第三カメラ３との距離は、Ｌである。第一カメラ１及び第二カメラ２の位置座標は（０，０）であり、第三カメラ３の位置座標は（Ｌ，０）である。第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３は、その光軸が水平方向に対して上向きに傾斜するように設置されている。第一カメラ１の傾斜角度は、第二カメラ２の傾斜角度よりも大きい。図２に示された二点鎖線Ｌ１ａ及びＬ１ｂで囲まれているのは、第一カメラ１の画角である。二点鎖線Ｌ２ａ及びＬ２ｂで囲まれているのは、第二カメラ２の画角である。第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角とは、部分的に重複している。
【００２４】
以下、三角測量法的手法によってゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｚ）が算出される方法が説明される。ゴルフボールＧが発射されると、まず第一カメラ１及び第三カメラ３によってゴルフボールＧが撮影される。この段階では、第二カメラ２には、ゴルフボールＧは写っていない。撮影により、連続した画像データが得られる。第一カメラ１で得られた画像データと第三カメラ３で得られた画像データとは、対をなす。第一カメラ１によって得られたフレームデータに対して水平走査による白黒判定が行われ、ボール像の画像上の上下位置が検出される。この検出結果並びに第一カメラ１の光軸方向及び画角に基づいて、第一カメラ１の位置におけるゴルフボールＧの仰角θ_１が算出される。同様に、第三カメラ３によって得られたフレームデータに対して水平走査による白黒判定が行われ、ボール像の画像上の上下位置が検出される。この検出結果並びに第三カメラ３の光軸方向及び画角に基づいて、第三カメラ３の位置におけるゴルフボールＧの仰角θ_３が算出される。
【００２５】
ゴルフボールＧから降ろされた垂線の足Ｐｆ、第一カメラ１及びゴルフボールＧを頂点とする三角形から、下記数式（１）が得られる。
tanθ_１＝ｚ／ｘ（１）
一方、ゴルフボールＧから降ろされた垂線の足Ｐｆ、第三カメラ３及びゴルフボールＧを頂点とする三角形から、下記数式（２）が得られる。
tanθ_３＝ｚ／(Ｌ−ｘ) （２）
上記数式（１）及び（２）から、下記数式（３）及び（４）が導出される。
ｘ＝(Ｌ・tanθ_３)／(tanθ_１＋tanθ_３) （３）
ｚ＝(Ｌ・tanθ_１・tanθ_３)／(tanθ_１＋tanθ_３) （４）
第一カメラ１と第三カメラ３との距離Ｌ並びに算出された仰角θ_１及び仰角θ_３が、上記数式（３）及び（４）に代入され、ゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｚ）が算出される。位置座標（ｘ，ｚ）は、ゴルフボールＧの飛行に伴い、時系列データとして得られる。
【００２６】
前述のように、第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角とは部分的に重複しているので、飛行の一時期に、第一カメラ１及び第二カメラ２の両方でゴルフボール像が撮影される。第一カメラ１と第二カメラ２とは同期されているので、同時に撮影された画像データにより、第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角との関連づけがなされうる。換言すれば、第一カメラ１の画角内座標と第二カメラ２の画角内座標との対応が、演算手段によって把握される。
【００２７】
ゴルフボールＧがさらに飛行すると、第一カメラ１の画角からゴルフボールＧがはずれる。その後は、ゴルフボールＧは、第二カメラ２及び第三カメラ３で撮影される。第二カメラ２及び第三カメラ３で得られた画像データに基づき、前述の三角測量法的手法によってゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｚ）が算出される。第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角との関連づけがなされているので、弾道Ｔの広範囲にわたり、連続した位置座標データが精度よく計測されうる。前述のように画角の関連づけは同時に撮影された画像データに基づいてなされるので、カメラ光軸の設置精度が不十分であっても、高い精度で位置座標（ｘ，ｚ）が算出される。
【００２８】
図２に示された方法では、ゴルフボールＧが目標方向に対して左右に実質的にずれることなく飛行する場合の計測がなされる。飛行が目標方向に対してずれる場合は、左右方向（図２における紙面垂直方向）がＹ軸とされる。第一カメラ１におけるゴルフボールＧの仰角がθ_１１とされ、第三カメラ３の位置におけるゴルフボールＧの仰角がθ_３１とされ、第一カメラ１の位置におけるゴルフボールＧの左右方向角がθ_１２とされ、第三カメラ３の位置におけるゴルフボールＧの左右方向角がθ_３２とされる。θ_１１、θ_３１、θ_１２及びθ_３２は、画像データに基づく画像処理によって得られる。ゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、θ_１１、θ_３１、θ_１２及びθ_３２が下記数式（５）、（６）及び（７）に代入されることで得られる。

この場合も、互いの画角が関連づけされた第一カメラ１及び第二カメラ２によって撮影がリレーされることで、弾道Ｔの広範囲にわたる計測が可能である。
【００２９】
ゴルフボールＧを後方から撮影する３以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。ゴルフボールＧを前方から撮影する２以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。
【００３０】
図３は、図１の装置が用いられた他の計測方法が示された模式的側面図である。この例では、第一カメラ１は発射地点Ｐｓの後方にあり、第二カメラ２は発射地点Ｐｓと落下地点Ｐｅとの間にあり、第三カメラ３は落下地点Ｐｅの前方にある。第一カメラ１及び第二カメラ２は、ゴルフボールＧを後方から撮影する。第三カメラ３は、ゴルフボールＧを前方から撮影する。二点鎖線Ｌ１ａ及びＬ１ｂで囲まれているのは、第一カメラ１の画角である。二点鎖線Ｌ２ａ及びＬ２ｂで囲まれているのは、第二カメラ２の画角である。第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角とは、部分的に重複している。第一カメラ１の画角と第二カメラ２の画角とは、関連づけがなされる。
【００３１】
この計測方法でも、ゴルフボールＧはまず第一カメラ１及び第三カメラ３で撮影される。第一カメラ１での撮影は、第二カメラ２にリレーされる。その後は、第二カメラ２及び第三カメラ３でゴルフボールＧが撮影される。得られた画像データに基づき、前述の三角測量法的手法によって、ゴルフボールＧの座標位置（ｘ，ｚ）又は（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。
【００３２】
図３の例では、第二カメラ２によって落下直前のゴルフボールＧが撮影される。落下直前のゴルフボールＧのＺ座標は、小さい。もし仮に第二カメラ２が第一カメラ１と同じ位置にあると、第二カメラ２で得られる落下直前のゴルフボールＧの仰角は小さい。これに対し、図３に示されるように、第二カメラ２が発射地点Ｐｓと落下地点Ｐｅとの間に位置すれば、この第二カメラ２で得られる落下直前のゴルフボールＧの仰角は、比較的大きい。大きな仰角は、計測精度の向上に寄与する。以下、その理由が説明される。
【００３３】
落下直前のゴルフボールＧの位置座標が（２００，３）と仮定され、第二カメラ２の位置座標が（０，０）と仮定され、第三カメラ３の位置座標が（３００，０）と仮定される。換言すれば、第二カメラ２が発射地点Ｐｓの後方にあると仮定される。この場合、第二カメラ２からのゴルフボールＧの仰角θ_２は、下記数式により、０．８６°と算出される。
θ_２＝ｔａｎ^−１(３／２００)
一方、第三カメラ３からのゴルフボールＧの仰角θ_３は、下記数式により、１．７２°と算出される。
θ_３＝ｔａｎ^−１(３／(３００−２００))
第二カメラ２の画像データに基づいて得られた仰角θ_２が、０．９１°（すなわち、本来の値である０．８６°から０．０５°ずれた値）であったとすると、ゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｚ）は、下記数式より、（１９６．２，３．１）と算出される。
ｘ＝(３００・ｔａｎ(１．７２))／(ｔａｎ(０．９１)＋ｔａｎ(１．７２))
ｚ＝(３００・ｔａｎ(０．９１)・ｔａｎ(１．７２))／
(ｔａｎ(０．９１)＋ｔａｎ(１．７２))
算出されたｘ座標である「１９６．２」は、実際のｘ座標である「２００」に比べて３．８も小さい。
【００３４】
第二カメラ２の位置座標が（１５０，０）にある場合、換言すれば、第二カメラ２が落下地点Ｐｅに近い場合の仰角θ_２は、下記数式により、３．４３°と算出される。
θ_２＝ｔａｎ^−１(３／（２００−１５０))
第二カメラ２の画像データに基づいて得られた仰角θ_２が、３．４８°（すなわち、本来の値である３．４３°から０．０５°ずれた値）であったとすると、ゴルフボールＧの位置座標（ｘ，ｚ）は、下記数式より、（１９９．６，３．０）と算出される。
ｘ＝(１５０・ｔａｎ(１．７２))／(ｔａｎ(３．４８)＋ｔａｎ(１．７２))
ｚ＝(１５０・ｔａｎ(３．４８)・ｔａｎ(１．７２))／
(ｔａｎ(３．４８)＋ｔａｎ(１．７２))
算出されたｘ座標である「１９９．６」は、実際のｘ座標である「２００」にきわめて近い。このように、落下直前のゴルフボールＧを大きな仰角で撮影できる位置に第二カメラ２が設置されることで、計測精度が向上する。
【００３５】
計測精度の観点から、第二カメラ２は、その光軸の傾斜角度が３°以上４０°以下となる位置に設置されるのが好ましい。傾斜角度は、５°以上４０°以下がより好ましく、７°以上４０°以下が特に好ましい。計測精度の観点から、第一カメラ１と第三カメラ３との中点よりも第三カメラ３寄りに第二カメラ２が設置されるのが好ましい。
【００３６】
第一カメラ１、第二カメラ２及び第三カメラ３の地上高は、３ｍ以内が好ましい。地上高が３ｍを超えると、発射直後及び落下直前のゴルフボールＧの計測が困難である。この観点から、地上高は２ｍ以下がより好ましい。理想的な地上高は、ゼロである。
【００３７】
ゴルフボールＧを後方から撮影する３以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。ゴルフボールＧを前方から撮影する２以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。
【００３８】
図４は、本発明の他の実施形態に係るボール弾道計測装置によってゴルフボールの弾道が計測される様子が示された模式的側面図である。この装置は、図１の装置と同様の第一カメラ４、第二カメラ５及び第三カメラ６を備えている。図示されていないが、この装置は、図１の装置と同様の制御部４及び演算部５を備えている。
【００３９】
第一カメラ４は落下地点Ｐｅの前方にあり、第二カメラ５は発射地点Ｐｓと落下地点Ｐｅとの間にあり、第三カメラ６は発射地点Ｐｓの後方にある。第一カメラ４及び第二カメラ５は、ゴルフボールを前方から撮影する。第三カメラ６は、ゴルフボールＧを後方から撮影する。二点鎖線Ｌ１ａ及びＬ１ｂで囲まれているのは、第一カメラ４の画角である。二点鎖線Ｌ２ａ及びＬ２ｂで囲まれているのは、第二カメラ５の画角である。第一カメラ４の画角と第二カメラ５の画角とは、部分的に重複している。第一カメラ４の画角と第二カメラ５の画角とは、関連づけがなされる。
【００４０】
この計測方法では、ゴルフボールＧはまず第二カメラ５及び第三カメラ６で撮影される。第二カメラ５での撮影は、第一カメラ４にリレーされる。その後は、第一カメラ４及び第三カメラ６でゴルフボールＧが撮影される。得られた画像データに基づき、前述の三角測量法的手法によって、ゴルフボールＧの座標位置（ｘ，ｚ）又は（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。
【００４１】
図４の例では、第二カメラ５によって発射直後のゴルフボールＧが撮影される。発射直後のゴルフボールＧのＺ座標は、小さい。もし仮に第二カメラ５が第一カメラ４と同じ位置にあると、第二カメラ５で得られる発射直後のゴルフボールＧの仰角は小さい。これに対し、図４に示されるように、第二カメラ５が発射地点Ｐｓと落下地点Ｐｅとの間に位置すれば、この第二カメラ５で得られる発射直後のゴルフボールＧの仰角は、比較的大きい。大きな仰角は、計測精度の向上に寄与する。
【００４２】
計測精度の観点から、第二カメラ５は、水平方向に対するその光軸の傾斜角度が３°以上４０°以下となる位置に設置されるのが好ましい。傾斜角度は、５°以上４０°以下がより好ましく、７°以上４０°以下が特に好ましい。計測精度の観点から、第一カメラ４と第三カメラ６との中点よりも第三カメラ６寄りに第二カメラ５が設置されるのが好ましい。
【００４３】
ゴルフボールＧを後方から撮影する２以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。ゴルフボールＧを前方から撮影する３以上のカメラが設けられ、これらで撮影がリレーされてもよい。
【００４４】
以上、ゴルフボールＧの弾道が計測される場合が一例とされて本発明に係る装置が説明されたが、この装置は他のボールの弾道計測にも適している。
【００４５】
【発明の効果】
本発明に係るボール弾道計測装置は、十分なサイドスペースがない場所にも設置されうる。この装置により、飛行するボールの位置座標の時系列データが精度よく計測されうる。この装置が用いられた計測によって、飛行中のボールの空力特性（揚力係数、抗力係数等）の解析が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るボール弾道計測装置が示された概略構成図である。
【図２】図２は、図１の装置によってゴルフボールの弾道が計測される様子が示された模式的側面図である。
【図３】図３は、図１の装置が用いられた他の計測方法が示された模式的側面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態に係るボール弾道計測装置によってゴルフボールの弾道が計測される様子が示された模式的側面図である。
【符号の説明】
１、４・・・第一カメラ
２、５・・・第二カメラ
３、６・・・第三カメラ
４・・・制御部
５・・・演算部
Ｇ・・・ゴルフボール
Ｔ・・・弾道
Ｐｓ・・・発射地点
Ｐｅ・・・落下地点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring the trajectory of a flying ball.
[0002]
[Prior art]
A golf ball flies by being hit with a golf club. If the trajectory of a flying golf ball is measured, it is convenient for golf ball performance evaluation, golf club performance evaluation, and golfer swing form diagnosis.
[0003]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-323852 discloses a measuring apparatus using a CCD camera with a shutter function. In this apparatus, image data captured by a CCD camera is taken into a calculation unit, and changes between image frames are written in a multi-layer memory by image processing. The trajectory of the golf ball is measured from the multilayered image obtained in this way. With this measuring device, it is possible to observe the trajectory of the golf ball, but it is not possible to measure time-series data of the position coordinates of the golf ball.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-145718 discloses a golf course based on image data obtained by a CCD camera behind the launch point and image data obtained by a CCD camera installed on the side of the trajectory (in the direction perpendicular to the flight direction). An apparatus for measuring the trajectory of a ball is disclosed. This apparatus requires a large number of CCD cameras installed on the side. Moreover, in order to accurately measure the trajectory with this apparatus, the distance between the CCD camera installed on the side and the golf ball needs to be sufficiently large. In general golf courses and golf equipment manufacturer test fields, the distance in the striking direction is long but the side space is narrow. There are many restrictions on the installation of this device.
[0005]
Furthermore, an apparatus has been proposed in which a golf ball is photographed from both sides by two CCD cameras installed on the right side and the left side of the trajectory. In this apparatus, the trajectory of a golf ball is measured by a triangulation method based on a pair of image data. In order to accurately measure the trajectory with this device, the distance between the left and right CCD cameras needs to be sufficiently large. The installation of this device also requires a vast side space. There are many restrictions on the installation of this device.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-323852 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-145718
[Problems to be solved by the invention]
Means for measuring the trajectory with a device including a CCD camera installed behind the launch point and a CCD camera placed in front of the fall point may be considered. The measurement by this device does not require a vast side space.
[0008]
In order to photograph a wide range of trajectories with this device, a wide-angle CCD camera is required. A wide-angle CCD camera has insufficient measurement accuracy. The accuracy is particularly insufficient when the position coordinates of a golf ball immediately after launch and just before dropping (in other words, a golf ball at a low position) are calculated.
[0009]
An object of the present invention is to provide a ball trajectory measuring device that can be easily installed and can accurately measure time-series data of position coordinates of a flying ball.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A ball trajectory measuring device according to the present invention includes a first camera for photographing a flying ball from the rear, and its angle of view is associated with the angle of view of the first camera, which is delayed from the first camera. A second camera for photographing the image from the rear, a third camera for photographing the ball from the front, a control unit for controlling the photographing timing of the first, second and third cameras, and the first And an arithmetic unit for calculating the position coordinates of the ball based on the image data obtained by the second and third cameras and the position coordinates, the optical axis direction and the angle of view of each camera.
[0011]
In this measuring device, no camera is provided on the side. Therefore, a vast side space is unnecessary. In this measuring apparatus, shooting from the rear is performed by the first camera and the second camera, and shooting from the front is performed by the third camera. The position coordinates of the ball are calculated by the triangulation method based on the image data obtained by photographing from the rear and the image data obtained by photographing from the front. Shooting from the rear is relayed from the first camera to the second camera. Since the angle of view of the second camera is related to the angle of view of the first camera, the ball can be photographed over a wide range of the trajectory by the relay.
[0012]
Preferably, the first camera is located behind the ball launch point, the second camera is located between the launch point and the fall point, and the third camera is located ahead of the fall point. Since the second camera is located between the launch point and the fall point, the angle formed by the optical axis with respect to the horizontal direction can be set large. The elevation angle of the golf ball measured by the second camera immediately before falling is large. This measuring device has a high measurement accuracy of the ball immediately before dropping.
[0013]
Preferably, the angle of view of the first camera and the angle of view of the second camera partially overlap. The angle of view of the second camera is related to the angle of view of the first camera based on the ball image taken by the first camera and the ball image taken by the second camera at the same time. This apparatus is excellent in measurement accuracy.
[0014]
A ball trajectory measuring device according to another invention includes a first camera for photographing a flying ball from the front, and an angle of view associated with the angle of view of the first camera. A second camera for photographing from the front, a third camera for photographing the ball from the rear, a control unit for controlling the photographing timing of the first, second and third cameras, and the first And an arithmetic unit for calculating the position coordinates of the ball based on the image data obtained by the second and third cameras and the position coordinates, the optical axis direction and the angle of view of each camera.
[0015]
In this measuring device, no camera is provided on the side. Therefore, a vast side space is unnecessary. In this measuring device, shooting from the rear is performed by the third camera, and shooting from the front is performed by the first camera and the second camera. The position coordinates of the ball are calculated by the triangulation method based on the image data obtained by photographing from the rear and the image data obtained by photographing from the front. Shooting from the front is relayed from the second camera to the first camera. Since the angle of view of the second camera is related to the angle of view of the first camera, the ball can be photographed over a wide range of the trajectory by the relay.
[0016]
Preferably, the first camera is located in front of the ball drop point, the second camera is located between the launch point and the fall point, and the third camera is located behind the launch point. Yes. Since the second camera is located between the launch point and the fall point, the angle formed by the optical axis with respect to the horizontal direction can be set large. The elevation angle of the golf ball immediately after launch measured by the second camera is large. This measuring device has high measurement accuracy of the ball immediately after launch.
[0017]
Preferably, the angle of view of the first camera and the angle of view of the second camera partially overlap. The angle of view of the second camera is related to the angle of view of the first camera based on the ball image taken by the first camera and the ball image taken by the second camera at the same time. This apparatus is excellent in measurement accuracy.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with appropriate reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a ball trajectory measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus includes a first camera 1, a second camera 2, a third camera 3, a control unit 4, and a calculation unit 5. The first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3 are CCD cameras with a shutter function. The control unit 4 and the calculation unit 5 include a computer and peripheral devices. The control part 4 and the calculating part 5 may be comprised from the same computer. The ball trajectory measuring device may include a printing unit, a display unit, and the like not shown.
[0020]
After detecting the trigger signal generated by hitting the golf ball, the control unit 4 transmits a signal to the calculation unit 5 so as to start recording image data. The control unit 4 also transmits a synchronization signal toward the first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3. A plurality of synchronized images can be obtained by the first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3 that have received this synchronization signal.
[0021]
The computing unit 5 records image data obtained by the first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3 for each frame. For recording, a time plus VTR, a digital disk recorder, a moving picture board, or the like can be used. The obtained data is subjected to image processing. In the image processing, the difference peak hold calculation is performed on the image data in the frame order. Specifically, only the pixel memory of the changed peak among the pixels of each frame memory is held, and the other memories are erased. Since the golf ball image is whiter than the background and becomes the whitest portion in the density determination, the background is erased by this image processing, and data in which only the golf ball image remains is obtained.
[0022]
FIG. 2 is a schematic side view showing how the trajectory of a golf ball is measured by the apparatus of FIG. In this figure, a golf ball G and a trajectory T of the golf ball G are shown. The golf ball G flies from left to right in the drawing. In this figure, the reference numeral Ps indicates a launch point, and Pe indicates a drop point. As shown in FIG. 2, a two-dimensional position coordinate is assumed in which the position of the first camera 1 is the origin, the straight line connecting the first camera 1 and the second camera 2 is the X axis, and the height direction is the Z axis. The
[0023]
A first camera 1 and a second camera 2 are installed behind the launch point Ps. The first camera 1 and the second camera 2 are substantially at the same position. The first camera 1 and the second camera 2 photograph the golf ball G from behind. A third camera 3 is installed in front of the falling point Pe. The third camera 3 photographs the golf ball G from the front. The distance between the first camera 1 and the second camera 2 and the third camera 3 is L. The position coordinates of the first camera 1 and the second camera 2 are (0, 0), and the position coordinates of the third camera 3 are (L, 0). The first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3 are installed such that their optical axes are inclined upward with respect to the horizontal direction. The tilt angle of the first camera 1 is larger than the tilt angle of the second camera 2. The angle of view of the first camera 1 is surrounded by two-dot chain lines L1a and L1b shown in FIG. The angle of view of the second camera 2 is surrounded by two-dot chain lines L2a and L2b. The angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 partially overlap.
[0024]
Hereinafter, a method for calculating the position coordinates (x, z) of the golf ball G by the triangulation method will be described. When the golf ball G is fired, first, the golf ball G is photographed by the first camera 1 and the third camera 3. At this stage, the second camera 2 does not show the golf ball G. Continuous image data is obtained by photographing. The image data obtained by the first camera 1 and the image data obtained by the third camera 3 make a pair. The frame data obtained by the first camera 1 is subjected to monochrome determination by horizontal scanning, and the vertical position on the ball image is detected. Based on the detection result and the optical axis direction and angle of view of the first camera 1, the elevation angle θ ₁ of the golf ball G at the position of the first camera ₁ is calculated. Similarly, black and white determination is performed on the frame data obtained by the third camera 3 by horizontal scanning, and the vertical position on the image of the ball image is detected. Based on the detection result, the optical axis direction and the angle of view of the third camera 3, the elevation angle θ ₃ of the golf ball G at the position of the third camera ₃ is calculated.
[0025]
From the perpendicular foot Pf dropped from the golf ball G, the first camera 1 and the triangle having the golf ball G as a vertex, the following formula (1) is obtained.
tanθ ₁ = z / x (1)
On the other hand, the following mathematical formula (2) is obtained from the perpendicular foot Pf dropped from the golf ball G, the third camera 3 and the triangle having the golf ball G as a vertex.
tanθ ₃ = z / (L−x) (2)
From the above formulas (1) and (2), the following formulas (3) and (4) are derived.
x = (L · tanθ ₃ ) / (tanθ ₁ + tanθ ₃ ) (3)
z = (L · tanθ ₁ · tanθ ₃ ) / (tanθ ₁ + tanθ ₃ ) (4)
The distance L between the first camera 1 and the third camera 3 and the calculated elevation angle θ ₁ and elevation angle θ ₃ are substituted into the above equations (3) and (4), and the position coordinates (x, z) of the golf ball G Is calculated. The position coordinates (x, z) are obtained as time series data as the golf ball G flies.
[0026]
As described above, since the angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 partially overlap, both the first camera 1 and the second camera 2 play a golf ball at the time of flight. An image is taken. Since the first camera 1 and the second camera 2 are synchronized, the angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 can be associated with the image data captured at the same time. In other words, the correspondence between the in-view angle coordinates of the first camera 1 and the in-view angle coordinates of the second camera 2 is grasped by the calculation means.
[0027]
When the golf ball G further flies, the golf ball G deviates from the angle of view of the first camera 1. Thereafter, the golf ball G is photographed by the second camera 2 and the third camera 3. Based on the image data obtained by the second camera 2 and the third camera 3, the position coordinates (x, z) of the golf ball G are calculated by the triangulation method described above. Since the angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 are associated, continuous position coordinate data can be accurately measured over a wide range of the trajectory T. As described above, the angle of view is correlated based on image data taken at the same time. Therefore, even if the installation accuracy of the camera optical axis is insufficient, the position coordinates (x, z) are calculated with high accuracy. .
[0028]
In the method shown in FIG. 2, measurement is performed when the golf ball G flies without substantially shifting from side to side with respect to the target direction. When the flight deviates from the target direction, the left-right direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) is the Y axis. The elevation angle of the golf ball G in the first camera 1 is θ ₁₁ , the elevation angle of the golf ball G at the position of the third camera 3 is θ _31, and the lateral angle of the golf ball G at the position of the first camera 1 is θ is _12, the left-right direction angle of the golf ball G in the position of the third camera 3 is a theta _32. θ ₁₁ , θ ₃₁ , θ ₁₂ and θ ₃₂ are obtained by image processing based on image data. The position coordinates (x, y, z) of the golf ball G are obtained by substituting θ ₁₁ , θ ₃₁ , θ _12, and θ ₃₂ into the following mathematical formulas (5), (6), and (7).

Also in this case, the shooting is relayed by the first camera 1 and the second camera 2 associated with each other, so that the trajectory T can be measured over a wide range.
[0029]
Three or more cameras that shoot the golf ball G from behind may be provided, and shooting may be relayed by these cameras. Two or more cameras that photograph the golf ball G from the front may be provided, and photographing may be relayed by these cameras.
[0030]
FIG. 3 is a schematic side view showing another measurement method using the apparatus of FIG. In this example, the first camera 1 is behind the launch point Ps, the second camera 2 is between the launch point Ps and the fall point Pe, and the third camera 3 is in front of the fall point Pe. The first camera 1 and the second camera 2 photograph the golf ball G from behind. The third camera 3 photographs the golf ball G from the front. The angle of view of the first camera 1 is surrounded by the two-dot chain lines L1a and L1b. The angle of view of the second camera 2 is surrounded by two-dot chain lines L2a and L2b. The angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 partially overlap. The angle of view of the first camera 1 and the angle of view of the second camera 2 are associated with each other.
[0031]
Even in this measurement method, the golf ball G is first photographed by the first camera 1 and the third camera 3. Shooting with the first camera 1 is relayed to the second camera 2. Thereafter, the golf ball G is photographed by the second camera 2 and the third camera 3. Based on the obtained image data, the coordinate position (x, z) or (x, y, z) of the golf ball G is calculated by the triangulation method described above.
[0032]
In the example of FIG. 3, the golf ball G just before dropping is photographed by the second camera 2. The Z coordinate of the golf ball G just before dropping is small. If the second camera 2 is at the same position as the first camera 1, the elevation angle of the golf ball G just before dropping obtained by the second camera 2 is small. On the other hand, as shown in FIG. 3, if the second camera 2 is located between the launch point Ps and the fall point Pe, the elevation angle of the golf ball G just before the fall obtained by the second camera 2 is Relatively large. A large elevation angle contributes to an improvement in measurement accuracy. The reason will be described below.
[0033]
It is assumed that the position coordinates of the golf ball G immediately before dropping are (200, 3), the position coordinates of the second camera 2 are (0, 0), and the position coordinates of the third camera 3 are (300, 0). Assumed. In other words, it is assumed that the second camera 2 is behind the launch point Ps. In this case, the elevation angle θ ₂ of the golf ball G from the second camera 2 is calculated as 0.86 ° by the following mathematical formula.
θ ₂ = tan ⁻¹ (3/200)
On the other hand, the elevation angle θ ₃ of the golf ball G from the third camera 3 is calculated as 1.72 ° by the following mathematical formula.
θ ₃ = tan ⁻¹ (3 / (300−200))
When the elevation angle θ ₂ obtained based on the image data of the second camera 2 is 0.91 ° (that is, a value deviated from the original value of 0.86 ° by 0.05 °), the golf ball The position coordinate (x, z) of G is calculated as (196.2, 3.1) from the following mathematical formula.
x = (300 · tan (1.72)) / (tan (0.91) + tan (1.72))
z = (300 · tan (0.91) · tan (1.72)) /
(tan (0.91) + tan (1.72))
The calculated x-coordinate “196.2” is 3.8 smaller than the actual x-coordinate “200”.
[0034]
When the position coordinates of the second camera 2 are at (150, 0), in other words, the elevation angle θ ₂ when the second camera 2 is close to the falling point Pe is calculated as 3.43 ° by the following equation. .
θ ₂ = tan ⁻¹ (3 / (200−150))
Assuming that the elevation angle θ ₂ obtained based on the image data of the second camera 2 is 3.48 ° (that is, a value deviated from the original value of 3.43 ° by 0.05 °), the golf ball The position coordinate (x, z) of G is calculated as (199.6, 3.0) from the following mathematical formula.
x = (150 · tan (1.72)) / (tan (3.48) + tan (1.72))
z = (150 · tan (3.48) · tan (1.72)) /
(tan (3.48) + tan (1.72))
The calculated x-coordinate “199.6” is very close to the actual x-coordinate “200”. Thus, the measurement accuracy is improved by installing the second camera 2 at a position where the golf ball G immediately before dropping can be photographed at a large elevation angle.
[0035]
From the viewpoint of measurement accuracy, the second camera 2 is preferably installed at a position where the inclination angle of the optical axis is 3 ° or more and 40 ° or less. The inclination angle is more preferably 5 ° to 40 °, and particularly preferably 7 ° to 40 °. From the viewpoint of measurement accuracy, the second camera 2 is preferably installed closer to the third camera 3 than the midpoint between the first camera 1 and the third camera 3.
[0036]
The ground height of the first camera 1, the second camera 2, and the third camera 3 is preferably within 3 m. If the ground clearance exceeds 3 m, it is difficult to measure the golf ball G immediately after launching and immediately before dropping. From this viewpoint, the ground clearance is more preferably 2 m or less. The ideal ground clearance is zero.
[0037]
Three or more cameras that shoot the golf ball G from behind may be provided, and shooting may be relayed by these cameras. Two or more cameras that photograph the golf ball G from the front may be provided, and photographing may be relayed by these cameras.
[0038]
FIG. 4 is a schematic side view showing how a ball trajectory of a golf ball is measured by a ball trajectory measuring apparatus according to another embodiment of the present invention. This apparatus includes a first camera 4, a second camera 5, and a third camera 6 similar to the apparatus of FIG. 1. Although not shown, this apparatus includes a control unit 4 and a calculation unit 5 similar to the apparatus of FIG.
[0039]
The first camera 4 is in front of the fall point Pe, the second camera 5 is between the launch point Ps and the fall point Pe, and the third camera 6 is behind the launch point Ps. The first camera 4 and the second camera 5 photograph the golf ball from the front. The third camera 6 photographs the golf ball G from the rear. The angle of view of the first camera 4 is surrounded by the two-dot chain lines L1a and L1b. The angle of view of the second camera 5 is surrounded by two-dot chain lines L2a and L2b. The angle of view of the first camera 4 and the angle of view of the second camera 5 partially overlap. The angle of view of the first camera 4 and the angle of view of the second camera 5 are associated with each other.
[0040]
In this measurement method, the golf ball G is first photographed by the second camera 5 and the third camera 6. Shooting with the second camera 5 is relayed to the first camera 4. Thereafter, the golf ball G is photographed by the first camera 4 and the third camera 6. Based on the obtained image data, the coordinate position (x, z) or (x, y, z) of the golf ball G is calculated by the triangulation method described above.
[0041]
In the example of FIG. 4, the golf ball G immediately after launch is photographed by the second camera 5. The Z coordinate of the golf ball G immediately after launch is small. If the second camera 5 is at the same position as the first camera 4, the elevation angle of the golf ball G immediately after launch obtained by the second camera 5 is small. On the other hand, as shown in FIG. 4, if the second camera 5 is located between the launch point Ps and the fall point Pe, the elevation angle of the golf ball G immediately after launch obtained by the second camera 5 is Relatively large. A large elevation angle contributes to an improvement in measurement accuracy.
[0042]
From the viewpoint of measurement accuracy, the second camera 5 is preferably installed at a position where the inclination angle of the optical axis with respect to the horizontal direction is not less than 3 ° and not more than 40 °. The inclination angle is more preferably 5 ° to 40 °, and particularly preferably 7 ° to 40 °. From the viewpoint of measurement accuracy, the second camera 5 is preferably installed closer to the third camera 6 than the midpoint between the first camera 4 and the third camera 6.
[0043]
Two or more cameras that shoot the golf ball G from behind may be provided, and shooting may be relayed by these cameras. Three or more cameras that shoot the golf ball G from the front may be provided, and shooting may be relayed by these cameras.
[0044]
In the above, the case where the trajectory of the golf ball G is measured is taken as an example, and the apparatus according to the present invention has been described. However, this apparatus is also suitable for measuring the trajectory of other balls.
[0045]
【The invention's effect】
The ball trajectory measuring device according to the present invention can be installed in a place where there is not enough side space. With this device, time-series data of the position coordinates of the flying ball can be accurately measured. By the measurement using this device, the aerodynamic characteristics (lift coefficient, drag coefficient, etc.) of the ball in flight can be analyzed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a ball trajectory measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing a state in which the trajectory of a golf ball is measured by the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a schematic side view showing another measurement method using the apparatus of FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic side view showing a state in which the trajectory of a golf ball is measured by a ball trajectory measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF

SYMBOLS

1, 4 ...

1st camera

2, 5 ...

2nd camera

3, 6 ... 3rd camera 4 ... Control part 5 ... Calculation part G ... Golf ball T ... Ballistic Ps ... Launching point Pe ... Falling point

Claims

A first camera for shooting the flying ball from behind,
A second camera to shoot this ball from behind behind the first camera;
A third camera to shoot this ball from the front,
A control unit for controlling the shooting timing of the first, second and third cameras;
And an arithmetic unit,
The correspondence between the coordinates within the angle of view of the first camera and the coordinates within the angle of view of the second camera is grasped by the calculation unit, whereby the angle of view of the second camera is associated with the angle of view of the first camera,
Position coordinates of the first Ichi及 beauty image data and the cameras obtained by the third camera, based on the optical axis and the angle, the position coordinates of the ball are calculated by the arithmetic unit,
Thereafter, the position coordinate of the ball is calculated by the calculation unit based on the image data obtained by the second and third cameras and the position coordinates, optical axis direction and angle of view of each camera. Ball trajectory measuring device.

The first camera is located behind the ball launch point, the second camera is located between the launch point and the fall point, and the third camera is located ahead of the drop point Item 4. The ball trajectory measuring device according to Item 1.

The angle of view of the first camera and the angle of view of the second camera partially overlap, and based on the ball image taken by the first camera and the ball image taken by the second camera taken at the same time, the first camera The angle of view of the second camera is correlated with the angle of view of the first camera by grasping the correspondence between the coordinates of the angle of view of the image and the coordinates of the angle of view of the second camera by the calculation unit. Ball trajectory measuring device.

A first camera to shoot the flying ball from the front,
A second camera to shoot this ball from the front before the first camera,
A third camera to shoot this ball from behind,
A control unit for controlling the shooting timing of the first, second and third cameras;
And an arithmetic unit,
The correspondence between the coordinates within the angle of view of the first camera and the coordinates within the angle of view of the second camera is grasped by the calculation unit, whereby the angle of view of the second camera is associated with the angle of view of the first camera,
Second and third image data and obtained by the camera position coordinates of each camera of this, based on the optical axis and the angle, the position coordinates of the ball are calculated by the arithmetic unit,
Thereafter, the position coordinate of the ball is calculated by the calculation unit based on the image data obtained by the first and third cameras and the position coordinates, optical axis direction and angle of view of each camera. Ball trajectory measuring device.

The first camera is located in front of the ball drop point, the second camera is located between the launch point and the fall point, and the third camera is located behind the launch point Item 5. The ball trajectory measuring device according to Item 4.

The angle of view of the first camera and the angle of view of the second camera partially overlap, and based on the ball image taken by the first camera and the ball image taken by the second camera taken at the same time, the first camera 6. The angle of view of the second camera is correlated with the angle of view of the first camera by grasping the correspondence between the coordinates of the angle of view of the second camera and the coordinates of the angle of view of the second camera by the calculation unit. Ball trajectory measuring device.