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JP7313054B2 - Method, apparatus and program for measuring dynamic friction coefficient - Google Patents
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Description

本発明は、動摩擦係数を測定するための方法、装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a method, apparatus and program for measuring dynamic friction coefficient.

動摩擦係数は物体が面上を滑っている場合に進行方向に対して逆向きにはたらく抵抗力の指標である。この値が得られることで、物体の質量がわかれば抵抗力が予測可能になる。 The coefficient of dynamic friction is an index of the resistance acting in the opposite direction to the direction of travel when an object is sliding on a surface. With this value, the drag force can be predicted if the mass of the object is known.

F=μN
抵抗力の大きさFは重さNと動摩擦係数μとの積で表される。動摩擦係数が一定であれば、抵抗力は一定である。そこで、動摩擦係数を実測するには重さのわかっている物体に実際に力を加えて滑走させ、一定の速さになっている状態でかけている力の大きさを実測すればよい。引っ張っている力と摩擦力とが釣り合った状態で一定の速さになるため、引っ張っている力を測れば摩擦力がわかるからである。
F = μN
The magnitude of the resistance force F is expressed by the product of the weight N and the coefficient of dynamic friction μ. If the coefficient of dynamic friction is constant, the resistance is constant. Therefore, in order to actually measure the coefficient of dynamic friction, force is actually applied to an object whose weight is known to cause it to slide, and the magnitude of the force applied at a constant speed is measured. This is because the speed is constant when the pulling force and the frictional force are in balance, so the frictional force can be determined by measuring the pulling force.

そこで、従来では、以下の方法により動摩擦係数μを測定する技術が開発されていた。
(従来技術1)
物体を面上に載せてその面を正弦波的に1次元方向に動かし、それに追随して動く物体の最大の速さを計測することにより動摩擦係数を求める。この技術は、建築業界での建築物の免震装置の性能評価の為に用いられる動摩擦係数の実測方法である。従来技術1では、物体を実際に引っ張ってその際の力を実測しているのではなく、物体を面上の載せてその面を正弦波的に1次元方向に動かし、それに追随して動く物体の最大の速さを計測している。
(従来技術2)
氷上のカーリング石をバネばかりで一定速度で引っ張り、その際の摩擦力を直接実測することにより動摩擦係数を求める。
Therefore, conventionally, a technique for measuring the dynamic friction coefficient μ by the following method has been developed.
(Prior art 1)
The dynamic friction coefficient is obtained by placing an object on a surface and moving the surface sinusoidally in a one-dimensional direction and measuring the maximum speed of the object that follows the movement. This technique is a method of measuring the coefficient of dynamic friction used for the performance evaluation of seismic isolation devices for buildings in the construction industry. In prior art 1, instead of actually pulling an object and measuring the force at that time, the object is placed on a surface, the surface is moved sinusoidally in a one-dimensional direction, and the maximum speed of the moving object is measured.
(Prior art 2)
A curling stone on ice is pulled at a constant speed with a spring scale, and the dynamic friction coefficient is obtained by directly measuring the frictional force at that time.

しかし、従来技術1は、最も単純な、バネばかりなどで物体を一定速度で引っ張る方式に比べると大型の物体を扱う事が出来る利点がある一方で、速度依存性の取得という意味では設定を変える必要があり、非常に手間がかかると共に、停止寸前の低速のデータの取得は難しい。 However, while prior art 1 has the advantage of being able to handle large objects compared to the simplest method of pulling an object at a constant speed with a spring scale or the like, it is necessary to change the settings in terms of obtaining speed dependence, which is extremely time-consuming and difficult to obtain low-speed data just before stopping.

また、従来技術2では、氷上のカーリング石の摩擦力をバネばかり方式で直接、実測するが、一定の速さを保つ測定条件を整えることが難しく、特に低速領域のデータを取得することが困難である。 Also, in prior art 2, the frictional force of curling stones on ice is directly measured using a spring balance method, but it is difficult to prepare measurement conditions that maintain a constant speed, and it is particularly difficult to obtain data in the low-speed range.

この様に、動摩擦係数の計測方法は地道な方法を多数行う事で実現されているのが実情である。
動摩擦係数は摩擦のはたらく状況下で物体の移動に必要な力を算出する最も基礎的な情報である一方で、基礎法則からの予測が難しい複雑な現象であり実測に頼らざるを得ない情報である。一般的な物理学の枠組みでは動摩擦係数は一定値であるとして取り扱うが、実際には荷重や速度に依存して変化する事実も知られている。それらを統一的に予言しうる理論が存在せず、工学的な応用の際に実際の状況下での摩擦力を個別に実測する必要がある。摩擦力を実測する事は原理的には容易であり、一定の速度で物体を動かすための力をバネばかり等で実測すればよい。しかし、その実験の状況設定は必ずしも容易ではない。
In this way, the actual situation is that the method of measuring the coefficient of dynamic friction is realized by performing many steady methods.
The coefficient of dynamic friction is the most basic information for calculating the force required to move an object under conditions where friction works. In the framework of general physics, the dynamic friction coefficient is treated as a constant value, but it is also known that it actually changes depending on the load and speed. There is no theory that can predict them in a unified manner, and it is necessary to measure the friction force under actual conditions individually in engineering applications. In principle, it is easy to actually measure the frictional force, and it is sufficient to actually measure the force required to move an object at a constant speed using a spring scale or the like. However, setting the conditions for the experiment is not always easy.

一方、下記特許文献1には、動画を用いて物体に働く力を簡便に測定する技術が記載されている。特許文献1に記載の技術によれば、物体が取り付けられたねじれ秤を構成するアームのビデオフレームの画像を生成し、ビデオフレームのアーム画像の重心点を決定し、該重心点のデータから回転角度を求めて物体に働く力を決定する。 On the other hand, Patent Literature 1 listed below describes a technique for simply measuring a force acting on an object using moving images. According to the technique described in Patent Document 1, a video frame image of an arm that constitutes a torsion scale to which an object is attached is generated, the center of gravity of the arm image of the video frame is determined, the rotation angle is obtained from the data of the center of gravity, and the force acting on the object is determined.

しかし、特許文献1には、動画を用いて動摩擦係数を測定することが開示されていない。 However, Patent Literature 1 does not disclose the use of moving images to measure the dynamic friction coefficient.

特許第5578667号公報Japanese Patent No. 5578667

本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、摩擦力を直接的に測定することなく動画を用いてきわめて簡単に動摩擦係数を測定するための方法、装置及びプログラムを提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above facts, and it is an object of the present invention to provide a method, apparatus, and program for extremely simply measuring the dynamic friction coefficient using moving images without directly measuring the frictional force.

上記課題を解決するため、本発明の動摩擦係数を測定するための方法は、面上を滑走する物体の時系列的に並べられた静止画のフレームを取得し、前記フレームの各々において前記物体を同定し、同定された前記物体の画像を解析してフレーム毎に前記物体の位置を計算し、フレーム毎の前記物体の位置の時間変化率から前記物体の速さを計算し、前記速さの時間変化率から前記物体の加速度を計算し、前記物体の加速度と重力加速度とに基づいて、前記物体の前記面上における動摩擦係数を計算する、各工程を備えて構成したものである。 In order to solve the above problems, the method for measuring the dynamic friction coefficient of the present invention acquires frames of still images arranged in time series of an object sliding on a surface, identifies the object in each of the frames, analyzes the image of the identified object, calculates the position of the object for each frame, calculates the speed of the object from the rate of change of the position of the object with time for each frame, calculates the acceleration of the object from the rate of change of the speed with time, calculates the acceleration of the object based on the acceleration of the object and the gravitational acceleration. and calculating the coefficient of dynamic friction on the surface of the object.

好ましくは、前記物体の位置を計算する工程は、前記フレームの各々の静止画から前記物体の領域を各々抽出し、該領域の重心の位置を前記物体の位置として各々計算する。
好ましくは、前記物体を同定する工程は、前記物体の特徴を認識する工程を備える。例えば、前記物体の特徴は、該物体の色及び形状の少なくともいずれかである。
Preferably, the step of calculating the position of the object includes extracting each region of the object from each still image of the frame and calculating the position of the center of gravity of each region as the position of the object.
Preferably, identifying the object comprises recognizing features of the object. For example, the feature of the object is the color and/or shape of the object.

また好ましくは、前記物体の速さを計算する工程では、フレーム間の時間に対する該フレーム間で生じた前記物体の位置の変化の比に基づいて前記物体の速さを計算する。
例えば、前記静止画のフレームは、一定のフレームレートで撮像されたものである。
Also preferably, in the step of calculating the speed of the object, the speed of the object is calculated based on the ratio of the change in position of the object occurring between frames to the time between frames.
For example, the still image frames are captured at a constant frame rate.

さらに好ましくは、前記物体の加速度を計算する工程は、前記物体の速さの時系列データに二次関数による最小二乗法を適用し、該二次関数の二次の係数として加速度を計算することを特徴とする。 More preferably, the step of calculating the acceleration of the object applies a least-squares method using a quadratic function to time-series data of the speed of the object, and calculates the acceleration as a quadratic coefficient of the quadratic function.

例えば、前記静止画のフレームを取得する工程は、ビデオカメラで前記物体を動画撮影する工程を備える。
本発明の別の態様に係る動摩擦係数を測定するための装置は、面上を滑走する物体の時系列的に並べられた静止画のフレームを格納するメモリと、前記フレームの各々において前記物体を同定する画像認識部と、同定された前記物体の画像を解析してフレーム毎に前記物体の位置を計算する位置計算部と、フレーム毎の前記物体の位置の時間変化率から前記物体の速さを計算する速さ計算部と、前記速さの時間変化率から前記物体の加速度を計算する加速度計算部と、前記物体の加速度と重力加速度とに基づいて、前記物体の前記面上における動摩擦係数を計算する、動摩擦係数計算部と、を備えて構成したものである。
For example, capturing the still image frames may comprise filming the object with a video camera.
An apparatus for measuring a coefficient of dynamic friction according to another aspect of the present invention comprises a memory for storing frames of still images of an object sliding on a surface arranged in time series; an image recognition unit for identifying the object in each of the frames; a position calculation unit for analyzing the image of the identified object and calculating the position of the object for each frame; and a dynamic friction coefficient calculator for calculating the dynamic friction coefficient on the surface of the object based on the acceleration of the object and the gravitational acceleration.

本発明のさらに別の態様に係るプログラムは、上述した動摩擦係数を測定するための方法を情報処理装置に実行させるように構成されたものである。
(本発明の作用効果)
本発明は、主として円滑な面上を滑走する物体の動摩擦係数を実測する技術的手段として、ただ物体を初速度を持って面上を滑らせ、それが摩擦力によって停止に至る様子をビデオ撮影し、そのビデオ解析によって動摩擦係数を速さの関数として得る手法である。物体を実際に能動的に低速で動かして摩擦力を実測する際に必要となるハードウェアが全て不要で、かつ、一度の測定で速度依存性が計測可能である。繰り返し計測により精度を向上させることも容易である。
A program according to still another aspect of the present invention is configured to cause an information processing device to execute the above-described method for measuring the dynamic friction coefficient.
(Action and effect of the present invention)
The present invention is a technical means for measuring the dynamic friction coefficient of an object sliding on a smooth surface. Simply slide the object with an initial velocity on the surface, video record how it comes to a stop due to frictional force, and analyze the video to obtain the dynamic friction coefficient as a function of speed. It does not require all the hardware required to actually measure the frictional force by actively moving an object at a low speed, and the speed dependence can be measured in a single measurement. It is also easy to improve the accuracy by repeated measurements.

直接的な応用として、カーリング競技におけるカーリング石と氷面との間の動摩擦係数を、カーリング石の投石の様子をビデオ撮影し、動画をコンピュータを用いた解析計算を行うだけで、速度依存性と共に極めて簡便に瞬時に求める事が出来るようになる。カーリング競技において動摩擦係数は日々変動するものであると同時に勝敗を決する最重要な量であり、軌道の飛距離と偏向を予測する為に非常に有効な技術的手段の提供が可能になる。 As a direct application, the coefficient of dynamic friction between the curling stone and the ice surface in a curling competition can be obtained very simply and instantaneously, along with the speed dependence, simply by taking a video of the curling stone being thrown and performing analytical calculations on the moving image using a computer. In the curling competition, the coefficient of dynamic friction fluctuates daily and is the most important quantity that determines victory or defeat.

また、車のブレーキ性能においては、タイヤの動摩擦係数が安全性能に直結する量である。これも、試験車両がスリップした際の様子をビデオ撮影するだけで、速度依存性と共に停止能力である動摩擦係数を簡便に実測可能になる。 In addition, in the braking performance of a vehicle, the coefficient of dynamic friction of tires is directly related to safety performance. This also makes it possible to easily measure the dynamic friction coefficient, which is the stopping ability as well as the speed dependence, simply by taking a video of the test vehicle slipping.

図1は、本発明の一実施形態に係る、動摩擦係数測定装置の機能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram of a dynamic friction coefficient measuring device according to one embodiment of the present invention. 図2は、図1の動摩擦係数測定装置を用いた、動摩擦係数測定方法のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of a dynamic friction coefficient measuring method using the dynamic friction coefficient measuring device of FIG. 図3は、カーリング石が滑走する面の画像であって、(a)は、フレームの静止画、(b)は、着目するカーリング石を同定してその位置を計算する際のフレームの静止画である。FIG. 3 is an image of a surface on which curling stones slide, (a) is a still image of a frame, and (b) is a still image of a frame when a curling stone of interest is identified and its position is calculated. 図4は、カーリング石の重心位置の軌跡を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the trajectory of the center-of-gravity position of the curling stones. 図5は、図4のカーリング石の重心位置から計算されたカーリング石の速さの時間変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time variation of the velocity of the curling stone calculated from the position of the center of gravity of the curling stone in FIG.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図1には、本発明の本発明の一実施形態に係る、動摩擦係数測定装置1の機能ブロック図が示されている。同図に示されるように、動摩擦係数測定装置1は、面20上を滑走する物体Oを所定のフレームレートでビデオ撮影するビデオカメラ2と、ビデオカメラ2からのデータを入力するための入力部3と、入力部3を通して入力されたビデオカメラ2のデジタル信号(或いはアナログ信号)をキャプチャーして動画データに変換するビデオキャプチャー部4と、動画データを時系列順に並べられた2次元の静止画のフレームに変換する動画/静止画変換部5と、2次元の静止画のフレームF1,F2,F3,……Fk……を格納するメモリ6と、を備えている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a functional block diagram of a dynamic friction coefficient measuring device 1 according to one embodiment of the present invention.同図に示されるように、動摩擦係数測定装置1は、20上を滑走する物体Oを所定のフレームレートでビデオ撮影するビデオカメラ2と、ビデオカメラ2からのデータを入力するための入力部3と、入力部3を通して入力されたビデオカメラ2のデジタル信号(或いはアナログ信号)をキャプチャーして動画データに変換するビデオキャプチャー部4と、動画データを時系列順に並べられた2次元の静止画のフレームに変換する動画/静止画変換部5と、2次元の静止画のフレームF 1 ,F 2 ,F 3 ,……F k ……を格納するメモリ6と、を備えている。

ビデオカメラ2は、デジタルビデオカメラやアナログビデオカメラの他、ビデオモードで使用されたデジタルカメラ、ミラーレスカメラ及び一眼カメラ等を用いることができる。また、スマートフォンやタブレット等の情報処理装置に備えられたビデオカメラをビデオカメラ2として使用することもできる。 The video camera 2 can be a digital video camera, an analog video camera, a digital camera used in video mode, a mirrorless camera, a single-lens camera, or the like. A video camera provided in an information processing device such as a smart phone or a tablet can also be used as the video camera 2 .

入力部3は、ビデオカメラ2と接続可能であり、ビデオカメラ2からの信号を入力するためのインターフェースデバイス(例えば、USB等)として実現することができる。或いは、入力部3は、ビデオカメラ2で撮影した動画データを保存したメモリ(USBメモリやSDカード)から動画データを読み取る読み取りデバイスで構成することもできる(この場合、ビデオキャプチャー部4を省略することができる)。すなわち、動摩擦係数測定装置1の構成2、3、4、5及び6は、ビデオカメラ2で撮影した動画データから静止画のフレームF1,F2,F3,……Fk……を動摩擦係数測定装置1に提供する任意の構成とすることができる。 The input unit 3 can be connected to the video camera 2 and can be implemented as an interface device (such as USB) for inputting signals from the video camera 2 . Alternatively, the input unit 3 can be configured by a reading device that reads moving image data from a memory (USB memory or SD card) storing moving image data captured by the video camera 2 (in this case, the video capture unit 4 can be omitted). That is, the configurations 2, 3, 4, 5, and 6 of the dynamic friction coefficient measuring device 1 can be any configuration that provides the dynamic friction coefficient measuring device 1 with still image frames F 1 , F 2 , F 3 , .

各フレームの静止画は、例えば、横辺(x方向)がmピクセル、縦辺(y方向)がnピクセルの総計m×nピクセルからなる矩形領域の位置(x,y)の各々における静止2次元光強度I(x,y,t)によって与えられる。ここで、x座標値及びy座標値は各々ピクセル単位の離散値で表される。また、時刻tは、フレーム単位の離散値t=t1,t2,t3,……tk……で表され、各時刻での静止画がフレームF1,F2,F3,……Fk……に各々対応する。フレームレートは、ビデオカメラ2の仕様若しくは設定により決定され、例えば30フレーム/秒であるが、本発明は、この例に限定されない。 A still image of each frame is given by the stationary two-dimensional light intensity I(x, y, t) at each position (x, y) of a rectangular area consisting of a total of m×n pixels, for example, m pixels on the horizontal side (x direction) and n pixels on the vertical side (y direction). Here, the x-coordinate value and the y-coordinate value are each represented by discrete values in units of pixels. Also, the time t is represented by a discrete value t= t 1 , t 2 , t 3 , . . . t k . The frame rate is determined by the specifications or settings of the video camera 2, and is, for example, 30 frames/second, but the present invention is not limited to this example.

フレームの静止画がカラー画像の場合、静止2次元光強度画像Iは、RGB各色毎の輝度情報I(x,y,t),I(x,y,t),I(x,y,t)によって表すことができる。 When the still image of the frame is a color image, the still two-dimensional light intensity image I can be represented by luminance information I R (x, y, t), IG (x, y, t), and I B (x, y, t) for each color of RGB.

また、動摩擦係数測定装置1は、物体Oの特徴を示す情報を格納するメモリ7と、メモリ7に格納された物体Oの特徴に基づいて、メモリ6に格納されている静止画のフレームF1,F2,F3,……Fk……の各々で物体Oを同定する画像認識部8と、各フレームで同定された物体Oの画像を解析して物体Oの位置pを各々計算する位置計算部9と、各フレームでの物体Oの位置pとビデオカメラ2のフレームレートとに基づいて物体Oの速さvを計算する速さ計算部10と、物体Oの速さvとフレームレートとに基づいて物体Oの加速度aを計算する加速度計算部11と、加速度aと重力加速度gとに基づいて、位置pと速さvとの関数としての動摩擦係数μ(p,v)を計算する動摩擦係数計算部12と、計算された動摩擦係数μを出力する出力部13とを備えている。 In addition, the dynamic friction coefficient measuring device 1 stores a memory 7 storing information indicating the characteristics of the object O, and based on the characteristics of the object O stored in the memory 7, the frame F of the still image stored in the memory 61,F2,F3,……Fka position calculator 9 that analyzes the image of the object O identified in each frame and calculates the position p of the object O; a speed calculator 10 that calculates the speed v of the object O based on the position p of the object O in each frame and the frame rate of the video camera 2; an acceleration calculator 11 that calculates the acceleration a of the object O based on the speed v of the object O and the frame rate; and a dynamic friction coefficient calculator 12 for calculating the dynamic friction coefficient μ(p, v) as a function of the speed v, and an output unit 13 for outputting the calculated dynamic friction coefficient μ.

メモリ7に格納されている物体Oの特徴を示す情報は、例えば、物体Oの色、形状、模様、或いは、それらの少なくとも2つの組み合わせである。静止画のフレームF1,F2,F3,……Fk……は、前述の通り多数のピクセルから構成され、画像認識部8は、これらの静止画の各々から物体Oの特徴色を示すピクセルのまとまった領域をサーチすることにより、各フレーム毎に物体Oの領域を同定してもよい。また、機械学習により形状や模様等の特徴を学習させたり、デジタルカメラで用いられているような顔認識や瞳認識等と同様の技術を用いて静止画から物体Oの特徴を示す領域Dの抽出を行ってもよい。さらに、静止画から物体候補の輪郭抽出を行い、閉じた輪郭を有する形状と、メモリ7に格納されている物体Oの形状との照合を行い、類似度の高い輪郭形状を物体Oと同定してもよい。 The information indicating the characteristics of the object O stored in the memory 7 is, for example, the color, shape, pattern of the object O, or a combination of at least two of them. Frames F 1 , F 2 , F 3 , . Also, features such as shapes and patterns may be learned by machine learning, or a region D showing features of the object O may be extracted from a still image using techniques similar to face recognition, eye recognition, etc. used in digital cameras. Further, the contour of the object candidate is extracted from the still image, and the shape having a closed contour is compared with the shape of the object O stored in the memory 7, and the contour shape with a high degree of similarity may be identified as the object O.

物体Oの例として、面20上を滑走するカーリング石の例が図3(a)に示されている。図示のように、カーリング石O、O、Oは、黄色、もしくは赤色が着色されており、色抽出によってカーリング石の領域Dを同定することができる。 As an example of the object O, an example of a curling stone gliding on the surface 20 is shown in FIG. 3(a). As shown, the curling stones O 1 , O 2 , and O 3 are colored yellow or red, and the region D of the curling stones can be identified by color extraction.

位置計算部9は、各フレームの2次元静止画において同定された物体Oの領域Dを画像解析して、領域Dの代表点を物体Oの位置p(x,y)として座標計算する。このときの座標の原点は、例えば、物体Oが面20上を滑走開始したときの位置を選択することができるが、これに限定する必要はなく、静止画フレーム内の面20上の任意の位置を選択してもよい。 The position calculation unit 9 performs image analysis on the area D of the object O identified in the two-dimensional still image of each frame, and calculates the coordinates of the representative point of the area D as the position p(x, y) of the object O. FIG. For the origin of the coordinates at this time, for example, the position when the object O starts sliding on the surface 20 can be selected, but it is not necessary to be limited to this, and any position on the surface 20 in the still image frame may be selected.

物体Oの領域Dの代表点としては、静止画上で物体Oを構成するピクセルのうち物体O上で固定された点であればいずれの点でもよい。最も好ましくは、当該代表点は、物体Oの領域の重心である。物体Oの代表位置としての重心の位置r(x,y)は、次式に示すとおり、領域D内の任意位置(x,y)に亘って光強度I(x,y,t)を重み付け係数として加重平均した位置として、位置計算部9によって決定される。 The representative point of the area D of the object O may be any point fixed on the object O among the pixels forming the object O on the still image. Most preferably, said representative point is the centroid of the area of object O. The position r g (x g , y g ) of the center of gravity as the representative position of the object O is determined by the position calculator 9 as a position obtained by weighting and averaging the light intensity I (x, y, t) over arbitrary positions (x, y) in the region D using weighting coefficients, as shown in the following equation.

Figure 0007313054000001
Figure 0007313054000001

或いは、位置計算部9は、(1)式のように領域Dの内部のピクセル輝度情報ではなく、領域Dの輪郭を構成するピクセルの輝度情報から重心位置を計算してもよい。また、物体Oがある特徴色、例えば赤色で着色されている場合、(1)式においてI(x,y,t)の代わりに赤に関する輝度情報I(x,y,t)を用いることによって赤色物体Oの重心位置を導出することができる。他の色、或いはRGBの混合色についても同様に導出することができる。 Alternatively, the position calculator 9 may calculate the center-of-gravity position from the luminance information of the pixels forming the contour of the area D instead of the pixel luminance information inside the area D as in the equation (1). Also, if the object O is colored with a certain characteristic color, such as red, the center of gravity position of the red object O can be derived by using the luminance information I R (x, y, t) regarding red instead of I (x, y, t) in equation (1). Other colors or mixed colors of RGB can be similarly derived.

位置計算部9は、(1)式を満足する重心位置r(x,y)を次式の通り物体Oの位置pとする。 The position calculator 9 sets the center-of-gravity position r g (x g , y g ) that satisfies the formula (1) as the position p of the object O as shown in the following formula.

Figure 0007313054000002
Figure 0007313054000002

図3(a)のカーリング石への適用例の場合、位置計算部9は、図3(b)に示されるように、左下の黄色のカーリング石Oを、画像認識で選択し、その黄色の輝度重心の位置を自動的に算出する。なお、位置計算部9は、静止画のフレーム上での物体Oの位置pを、面20上での実際の位置に換算する。この換算は、例えば、ビデオカメラ2により合焦された物体Oまでの距離と、ビデオカメラ2のレンズの焦点距離に応じて、静止画上での原点から物体Oまでの距離を実際の面20上での原点から物体Oまでの距離に換算する。或いは、位置計算部9は、静止画に撮像されている所定の大きさを有する尺度(例えば、物体Oの直径等)から物体Oの実際の位置を計算してもよい。 In the case of the example of application to curling stones in FIG. 3(a), the position calculation unit 9 selects the lower left yellow curling stone O1 by image recognition, and automatically calculates the position of the luminance centroid of the yellow color, as shown in FIG. 3(b). Note that the position calculator 9 converts the position p of the object O on the frame of the still image into an actual position on the plane 20 . For this conversion, for example, the distance from the origin to the object O on the still image is converted into the distance from the origin to the object O on the actual surface 20 according to the distance to the object O focused by the video camera 2 and the focal length of the lens of the video camera 2. Alternatively, the position calculator 9 may calculate the actual position of the object O from a scale having a predetermined size (for example, the diameter of the object O) captured in a still image.

位置計算部9は、上記のような画像解析を全ての静止画フレームに対して実行し、それらを順番に並べる事で、各フレームの物体Oの位置pの時系列データp1, p2, p3,……pk……を得る。時系列データp(k=1,....)の各々は、位置pのX座標pkxとY座標pkyとの組み合わせからなり、二次元面上の動きである為、その水平面内の軌跡が図4の様に得られる。図4は、図3(b)に示されるカーリング石Oの重心位置の軌跡を示している。図3(b)では、右側から回転して投げられたカーリング石が軌道を曲げながら静止する様子が自動的に計測できた。 The position calculation unit 9 performs the above image analysis on all still image frames and arranges them in order to obtain time-series data p 1 , p 2 , p 3 , …… pk …… of the position p of the object O in each frame. Each piece of time-series data p k ( k =1 , . FIG. 4 shows the trajectory of the center-of-gravity position of the curling stone O1 shown in FIG. 3(b). In Fig. 3(b), it was possible to automatically measure how a curling stone thrown from the right side stopped while bending its trajectory.

速さ計算部10は、位置計算部9により算出された位置pの時系列データp1, p2, p3,……pk……から物体Oの速さvを計算する。一例としてのビデオカメラ2のフレームレートが30フレーム/秒であるため、図4に示される点の一つ一つは1/30秒毎の位置を示している。従って、図4で示される、隣接する点の間の間隔は速さを反映している。位置の時間変化率が速度であり、この軌跡の情報から時々刻々の速度が求められる。そこで、速さ計算部10は、ビデオカメラ2のフレームレートで決定される隣接するフレーム間の時間に対する該フレーム間で生じた物体Oの位置の変化の比に基づいて、物体Oの速さを計算することができる。 The speed calculator 10 calculates the speed v of the object O from the time-series data p 1 , p 2 , p 3 , . Since the frame rate of the exemplary video camera 2 is 30 frames/second, each point shown in FIG. 4 represents a position every 1/30th of a second. Therefore, the spacing between adjacent points, shown in FIG. 4, reflects speed. The rate of change of the position over time is the velocity, and the momentary velocity can be obtained from this trajectory information. Therefore, the speed calculation unit 10 can calculate the speed of the object O based on the ratio of the change in the position of the object O occurring between adjacent frames to the time between adjacent frames determined by the frame rate of the video camera 2.

すなわち、速さ計算部10は、次式により、各位置pにおける物体Oの速さvを算出することができる。 That is, the speed calculator 10 can calculate the speed vk of the object O at each position pk by the following equation.

Figure 0007313054000003
Figure 0007313054000003

ここで、Fはフレームレート(フレーム毎秒)である。
(3)式より、位置pの時系列データp1, p2, p3,……pk……から速さvの時系列データv1, v2, v3,……vk……を計算できることが分かる。
where Fr is the frame rate (frames per second).
From the equation (3), it can be seen that the time series data v1 , v2 , v3 , ... vk of the speed v can be calculated from the time series data p1 , p2 , p3 , ... pk of the position p.

加速度計算部11は、位置pにおける物体Oの速さv1, v2, v3,……vk……の時間変化として物体Oの加速度a1, a2, a3,……ak……を計算する。
すなわち、加速度計算部11は、次式により、各位置pにおける物体Oの加速度aを算出することができる。
The acceleration calculator 11 calculates accelerations a1 , a2 , a3 , . . .
That is, the acceleration calculator 11 can calculate the acceleration ak of the object O at each position pk by the following equation.

Figure 0007313054000004
Figure 0007313054000004

(4)式より、速さvの時系列データv1, v2, v3,……vk……から加速度aの時系列データa1, a2, a3,……ak……を計算できることが分かる。
図5は図4のカーリング石Oの位置の軌跡に対して、速度の大きさの時間変化を求めたものである。すなわち、図5は、カーリング石Oの速さの時間変化を示しており、カーリング石Oが減速してやがて静止する様子を表している。速さの変化率が加速度であるので、このデータから、傾きを求める事で加速度を求めることが出来る。
From the equation (4), it can be seen that time series data a1 , a2 , a3 , ... ak of acceleration a can be calculated from time series data v1 , v2 , v3 , ... vk of velocity v.
FIG. 5 is a time variation of the speed of the curling stone O1 shown in FIG. That is, FIG. 5 shows the time change of the speed of the curling stone O1 , and shows how the curling stone O1 decelerates and eventually stops. Since the rate of change in speed is the acceleration, the acceleration can be obtained by obtaining the slope from this data.

(4)式の微分の定義通りに加速度を求める解析を行うと加速度aの時系列データが得られるが、求める加速度は通常、等加速度運動と見なした際の平均的な加速度だけである。この為、データ解析としては位置の時系列データp(k=1,....)を時間の二次関数と見なし、ゼロ次、一次、二次の係数を最小二乗法で求める方法が最も有効であり、この方法では、二次の係数が加速度を与える。 Time-series data of the acceleration a can be obtained by analyzing the acceleration according to the definition of the differentiation of the equation (4), but the acceleration to be obtained is usually only the average acceleration when regarded as uniformly accelerated motion. For this reason, the most effective method for data analysis is to consider the position time series data p k (k=1, .

最小二乗法では、次の(5)式の様に定義されたχの値を最小にする、理論式中のパラメータを最適値として決定する。この場合、パラメータは、理論式中のゼロ次、一次、二次の係数に相当する。 In the method of least squares, the parameter in the theoretical formula that minimizes the value of χ 2 defined by the following formula (5) is determined as the optimum value. In this case, the parameters correspond to zero-order, first-order, and second-order coefficients in the theoretical formula.

Figure 0007313054000005
Figure 0007313054000005

また、この解析では誤差も評価出来る為、信頼性、不確かさを明記した情報が得られる。最小二乗法における誤差はχの値を最小値より1だけ増加させるパラメータの範囲として得られる。二次関数においてはこれらの最適値、誤差は解析的に解が厳密に求められており、特別な数値計算を行う必要はない。最小二乗法に使用するデータ範囲は目的に応じて最低3点から、全ての点まで選択できる。全ての点を用いる場合が等加速度運動に相当し、動摩擦係数の速度依存性に興味がない場合はこれで十分であり、最も精度が出る。 In addition, since errors can also be evaluated in this analysis, information specifying reliability and uncertainty can be obtained. The error in the least squares method is given as the range of parameters that increase the value of χ 2 by 1 above the minimum value. In the quadratic function, these optimum values and errors are strictly analytically determined, and there is no need to perform special numerical calculations. The data range used for the least squares method can be selected from at least 3 points to all points depending on the purpose. The use of all points corresponds to uniformly accelerated motion, which is sufficient when the velocity dependence of the dynamic friction coefficient is not of interest, and provides the highest accuracy.

動摩擦係数計算部12は、加速度計算部11により計算された加速度aから、物体Oの面20上での動摩擦係数μを計算する。なお、動摩擦係数μは、位置pと速さvとの関数であり得るため、μ(p,v)と表示することができる。 The dynamic friction coefficient calculator 12 calculates the dynamic friction coefficient μ on the surface 20 of the object O from the acceleration a calculated by the acceleration calculator 11 . Note that the coefficient of dynamic friction μ can be expressed as μ(p, v) since it can be a function of the position p and the speed v.

面20上を滑走する物体Oにかかる力は、基本的に摩擦力だけであるから、減速は摩擦による。物体の運動方程式は、
ma=-μmg (6)
であり、加速度は物体の進行方向の逆を向く。つまり、減速である。ここで、mは物体の質量、μは動摩擦係数、aは加速度、gは重力加速度である。従って、未知の量である動摩擦係数は、加速度aを実測する事で
μ=-a/g (7)
と直接求められる。
The deceleration is due to friction, since the forces acting on the object O sliding on the surface 20 are basically only frictional forces. The equation of motion of the object is
ma = - μmg (6)
, and the acceleration is opposite to the direction of travel of the object. That is, deceleration. Here, m is the mass of the object, μ is the dynamic friction coefficient, a is the acceleration, and g is the gravitational acceleration. Therefore, the dynamic friction coefficient, which is an unknown quantity, can be obtained by actually measuring the acceleration a.
μ=-a/g (7)
is asked directly.

出力部13は、動摩擦係数計算部12により計算された動摩擦係数μ(p,v)を出力する。例えば、出力部13がディスプレイの場合、該ディスプレイ上で、面20の画像と、各位置p毎に、速さvと、動摩擦係数μとを表示するようにしてもよい。勿論、この例に限定されるものではなく、動摩擦係数の計算結果をプリンターで印刷するようにしてもよい。 The output unit 13 outputs the dynamic friction coefficient μ(p, v) calculated by the dynamic friction coefficient calculation unit 12 . For example, if the output unit 13 is a display, the display may display an image of the surface 20, the speed v, and the dynamic friction coefficient μ for each position p. Of course, it is not limited to this example, and the calculation result of the dynamic friction coefficient may be printed by a printer.

動摩擦係数測定装置1は、上述した動摩擦係数測定を実行させるプログラムをインストールしたコンピュータで実現するようにしてもよい。当該プログラムは、コンピュータにインストールされて実行されることにより、少なくとも、コンピュータのメモリ6に格納されている静止画のフレームに対して、画像認識部8、位置計算部9、速さ計算部10、加速度計算部11及び動摩擦係数計算部12の各機能を順次コンピュータに実行させる。勿論、当該プログラムは、入力部3の制御、ビデオキャプチャー部4、動画/静止画変換部5、出力部13等の一連の機能をさらに有していてもよい。 The dynamic friction coefficient measuring device 1 may be realized by a computer in which a program for executing the dynamic friction coefficient measurement described above is installed. The program is installed in a computer and executed, so that at least the functions of the image recognition unit 8, the position calculation unit 9, the speed calculation unit 10, the acceleration calculation unit 11, and the dynamic friction coefficient calculation unit 12 are sequentially executed on the frames of still images stored in the memory 6 of the computer. Of course, the program may further have a series of functions such as control of the input unit 3, video capture unit 4, moving image/still image conversion unit 5, output unit 13, and the like.

また、動摩擦係数測定装置1を実現するコンピュータは、所謂ノートパソコンやデスクトップパソコン等のパーソナルコンピュータのみならず、スマートフォンやタブレット端末等の情報処理装置でも実現することができる。スマートフォンやタブレット端末等がビデオカメラを備えている場合、動摩擦係数測定装置1及びビデオカメラ2を一つの装置で実現することができる。 In addition, the computer that realizes the dynamic friction coefficient measuring device 1 can be realized not only by a personal computer such as a so-called notebook computer or a desktop computer, but also by an information processing device such as a smart phone or a tablet terminal. When a smartphone, a tablet terminal, or the like is equipped with a video camera, the dynamic friction coefficient measuring device 1 and the video camera 2 can be realized by one device.

次に、本発明の一実施形態に係る動摩擦係数測定装置1による動摩擦係数の計算の流れを図2のフローチャートを用いて説明する。
図2に示されるように、最初に物体Oを面20上で滑走させる(ステップ100)。ステップ100では、例えば、物体Oに初速を与えて自由に滑走させてもよい。また、物体Oが車両のタイヤの場合、当該タイヤを装着した試験車両をスリップさせてもよい。或いは、物体Oが重量物で水平面での初速度を与える打ち出しが難しければ、面20を傾けて重力で滑らせてもよい。最大静止摩擦力を超える力を加えて滑り始めたのち、静止するまでの様子をビデオ撮影すればよい。最大静止摩擦力は動摩擦力よりも大きい為、止まらずに加速していく事がない面20の傾斜角が設定できる。
Next, the flow of calculation of the dynamic friction coefficient by the dynamic friction coefficient measuring device 1 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 2, object O is first slid on surface 20 (step 100). In step 100, for example, an initial velocity may be given to the object O to allow it to slide freely. Moreover, when the object O is a tire of a vehicle, the test vehicle on which the tire is mounted may be caused to slip. Alternatively, if the object O is heavy and difficult to launch with an initial velocity on the horizontal plane, the surface 20 may be tilted to allow it to slide by gravity. It is possible to take a video of the process from when a force exceeding the maximum static friction force is applied and when the slide starts to slide until it stops. Since the maximum static frictional force is greater than the dynamic frictional force, the inclination angle of the surface 20 can be set so as not to stop and accelerate.

次に、面20上を滑走する物体Oをビデオカメラ2でビデオ撮影する(ステップ102)。ビデオ撮影によって、静止画のフレームF1,F2,F3,……Fk……が順次生成され、図1の動摩擦係数測定装置1のメモリ6に格納される。 Next, the object O sliding on the surface 20 is video-photographed by the video camera 2 (step 102). Still image frames F 1 , F 2 , F 3 , . . . F k .

次に、動摩擦係数測定装置1の画像認識部8が、メモリ7に格納された物体Oの情報に基づいて、フレームF1,F2,F3,……Fk……の各々の静止画において物体Oを認識し、物体Oの領域を同定する(ステップ104)。 Next, the image recognition unit 8 of the dynamic friction coefficient measuring device 1 recognizes the object O in each still image of the frames F 1 , F 2 , F 3 , .

次に、動摩擦係数測定装置1の位置計算部9が、フレームF1,F2,F3,……Fk……の各々において同定された物体Oの領域を解析して物体Oの重心の位置p1, p2, p3,……pk……を計算する(ステップ106)。 Next, the position calculator 9 of the dynamic friction coefficient measuring device 1 analyzes the regions of the object O identified in each of the frames F 1 , F 2 , F 3 , .

次に、動摩擦係数測定装置1の速さ計算部10が、フレームF1,F2,F3,……Fk……において、隣接する2つのフレーム毎の時間(1/フレームレート)に対する物体Oの位置p1, p2, p3,……pk……の変化の比を物体Oの速さvとして各々計算する(ステップ108)。これによって、位置p毎に、速さvの時系列データv1, v2, v3,……vk……が得られる。 Next, the speed calculator 10 of the dynamic friction coefficient measuring device 1 calculates , as the speed v of the object O, the ratio of changes in the positions p1 , p2 , p3 , . As a result, time-series data v 1 , v 2 , v 3 , . . . v k .

次に、動摩擦係数測定装置1の加速度計算部11が、物体Oの速さvの時間変化から、物体Oの加速度aを計算する(ステップ110)。このとき速さvの時系列データv1, v2, v3,……vk……から二次関数による最小二乗法を行い、各位置p毎に加速度の時系列データa1, a2, a3,……ak……を計算してもよい。 Next, the acceleration calculator 11 of the dynamic friction coefficient measuring device 1 calculates the acceleration a of the object O from the time change of the speed v of the object O (step 110). At this time, the time series data v1 , v2 , v3 , ... vk of the speed v may be subjected to the least squares method using a quadratic function to calculate the time series data a1 , a2 , a3 , ... ak of the acceleration for each position p.

最後に、物体Oの加速度aと重力加速度gとに基づいて(4)式により各位置p、速さvの関数として動摩擦係数μ(p、v)を計算する(ステップ112)。
本発明は、能動的に物体の運動を継続させる手続きが一切不要であり、初速を与えて自由に滑走する様子をビデオ撮影するだけで、停止直前に至る超低速領域まで動摩擦係数を一度に実測できてしまうものである。測定作業の時間とコストを桁違いに圧縮できると共に、従来の方法では取得が出来ない低速領域のデータの取得も可能となる。さらには、動摩擦係数は広い面上の場合等、面上の場所によって一定とも限らない。本発明はかような動摩擦係数の滑走経路依存性も一度に取得することが出来る。
Finally, based on the acceleration a of the object O and the gravitational acceleration g, the dynamic friction coefficient μ(p, v) is calculated as a function of each position p and speed v using the equation (4) (step 112).
The present invention does not require any procedure for actively continuing the motion of an object, and can measure the dynamic friction coefficient at once up to an ultra-low speed region just before stopping just by taking a video of how the object slides freely with an initial speed. The time and cost of the measurement work can be reduced by an order of magnitude, and it is also possible to acquire data in the low-speed region that cannot be acquired by conventional methods. Furthermore, the coefficient of dynamic friction is not always constant depending on the location on the surface, such as on a large surface. The present invention can also acquire such sliding path dependency of the dynamic friction coefficient at once.

カーリングを例に取って説明する。得たい情報は、石によって底面の粗さが異なり、氷上で個体差のある動摩擦係数であり、その速度依存性である。競技者に必要な情報はまず当日の条件での動摩擦係数の平均値であり、次いで、氷上の位置によるその違い、石による違い、そして速さ、つまり停止に至るまでの位置による違いである。氷上の状態は日によって、更には時々刻々と変化しており、その正確な把握が重要である。 Let's take curling as an example. The information we want to obtain is the roughness of the bottom surface of each stone, the individual difference in dynamic friction coefficient on ice, and its velocity dependence. The information that the competitor needs is first the average value of the coefficient of dynamic friction under the conditions of the day, then its variation with position on the ice, the variation with the stone, and the velocity, that is, the variation with position until stopping. The ice conditions change from day to day and from hour to hour, and it is important to accurately grasp them.

そこで、事前、競技中を問わず、カーリング石の滑走する様子をビデオ撮影する。次いで、そのカーリング石の位置を画像解析によりフレームごとに計算する。この際、カーリング石は黄色、もしくは赤色が着色されており、色抽出によってカーリング石の位置の概算が出来、その周辺から輝度を画像ピクセル毎に求めてその重心を算出する。機械学習により特徴を学習させて位置を概算してから重心を正確に求めてもよい。ビデオ情報は通常、毎秒30フレームの静止画の連続した情報となっており、毎秒30個の精度でカーリング石位置を求めることが出来る。原理的には肉眼で位置を追う事も可能であるが、精度が出ない事と、作業量が膨大になるため実用化は現実的ではない。本発明では先行発明である特許文献1(特許第5578667号)で用いている画像処理による位置決定の高精度化を利用し、高精度かつ手間のかからない方法で物体位置を計測する。 Therefore, regardless of whether it is before the competition or during the competition, the video of the curling stone sliding is taken. The position of the curling stone is then calculated frame by frame by image analysis. At this time, the curling stone is colored yellow or red, and the position of the curling stone can be roughly estimated by color extraction. The center of gravity may be determined accurately after the feature is learned by machine learning and the position is approximated. The video information is usually continuous information of still images at 30 frames per second, and the positions of curling stones can be obtained with an accuracy of 30 per second. In principle, it is possible to follow the position with the naked eye, but it is not practical because of the lack of accuracy and the enormous amount of work involved. The present invention utilizes the high-accuracy position determination by image processing used in the prior invention, Japanese Patent No. 5578667, to measure the position of an object in a highly accurate and time-saving manner.

この発明で用いるのはデジタル動画撮影の可能なビデオカメラ2と、解析用のスマートフォンやパソコン等だけである。実験は専用の測定をする必要もなく、競技中のカーリング石のビデオ撮影をするだけでもよい。 The present invention uses only a video camera 2 capable of capturing digital moving images, and a smart phone, a personal computer, or the like for analysis. Experiments do not require special measurements, just video shooting of the curling stone during the competition.

物体を自由に滑走させることが出来る対象であれば、動画撮影さえ出来ればパソコンだけで動摩擦係数を正確に求めることが出来る。大規模な設備投入も不要であり、迅速に評価が可能である。工場などの用途では大幅なコストダウンにつながるだけでなく信頼性が向上し、かつ、評価期間を短縮できる。カーリング競技支援という面では競技場で即時、データ取得から結果を得ることが出来る為、スポーツのIT支援技術として効果的である。 If the object can be slid freely, the dynamic friction coefficient can be obtained accurately only with a personal computer if the moving image can be taken. It does not require large-scale investment of equipment and can be quickly evaluated. In applications such as factories, it not only leads to significant cost reduction, but also improves reliability and shortens the evaluation period. In terms of curling competition support, it is effective as an IT support technology for sports because it is possible to obtain results from data acquisition immediately at the stadium.

本発明の応用範囲は広く、前述のブレーキ性能評価、スキーなどのスポーツ用品性能評価、免震構造評価の他、摩擦による熱発生の評価にも使用することができる。例えば、鉄道のパンダグラフの評価などにも本発明を用いることができる。また、ハードディスクの記録媒体である磁気ディスクの摩擦係数は重要な性能である一方で現在は測定のバネなどの装置を用いているため、本発明を応用することにより、その効果を享受することができる。 The present invention has a wide range of applications, and can be used for evaluation of brake performance, performance evaluation of sporting goods such as skis, evaluation of seismic isolation structure, and evaluation of heat generation due to friction. For example, the present invention can also be used for evaluation of railroad panda graphs. In addition, while the coefficient of friction of a magnetic disk, which is the recording medium of a hard disk, is an important performance factor, a device such as a spring for measurement is currently used.

さらに、本発明では、画像認識部8の画像解析技術と位置計算部9の高精度位置測定技術とを組み合わせることにより、動いている物体の位置を静止画フレームのピクセルの分解能を超えて測定可能となる。よって、本発明によれば、各フレームの物体の位置から求められた物体の加速度に基づいて物体が滑走する面の動摩擦係数を極めて高精度で求めることが可能となる。 Furthermore, in the present invention, by combining the image analysis technology of the image recognition unit 8 and the high-precision position measurement technology of the position calculation unit 9, it is possible to measure the position of a moving object beyond the pixel resolution of a still image frame. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain with extremely high accuracy the dynamic friction coefficient of the surface on which the object slides based on the acceleration of the object obtained from the position of the object in each frame.

以上が、本発明の一実施形態であるが、本発明は上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で任意好適に変更可能である。
例えば(1)~(5)式は、任意好適に変更可能である。
The above is one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above example, and can be arbitrarily and suitably modified within the scope of the present invention.
For example, formulas (1) to (5) can be changed as desired.

1 動摩擦係数測定装置
2 ビデオカメラ
3 入力部
4 ビデオキャプチャー部
5 動画/静止画変換部
6 静止画のフレームのためのメモリ
7 物体Oの情報を格納したメモリ
8 画像認識部
9 位置計算部
10 速さ計算部
11 加速度計算部
12 動摩擦係数計算部
13 出力部
1 dynamic friction coefficient measuring device 2 video camera 3 input unit 4 video capture unit 5 video/still image conversion unit 6 memory for frames of still images 7 memory storing information of object O 8 image recognition unit 9 position calculation unit 10 speed calculation unit 11 acceleration calculation unit 12 dynamic friction coefficient calculation unit 13 output unit

Claims (15)

動摩擦係数を測定するための方法であって、
面上を滑走する物体の時系列的に並べられた静止画のフレームを取得し、
前記フレームの各々において前記物体を同定し、
同定された前記物体の画像を解析してフレーム毎に前記物体の位置を計算し、
フレーム毎の前記物体の位置の時間変化率から前記物体の速さを計算し、
前記速さの時間変化率から前記物体の加速度を計算し、
前記物体の加速度と重力加速度とに基づいて、前記物体の前記面上における動摩擦係数を計算する、各工程を備え、
前記物体の加速度を計算する工程では、前記物体の速さの時系列データに二次関数による最小二乗法を適用し、該二次関数の二次の係数として加速度を計算することを特徴とする、方法。
A method for measuring a dynamic coefficient of friction comprising:
Acquire time-ordered still image frames of an object gliding on a surface,
identifying the object in each of the frames;
analyzing an image of the identified object to calculate the position of the object for each frame;
calculating the speed of the object from the time rate of change of the position of the object for each frame;
calculating the acceleration of the object from the time rate of change of the speed;
calculating a dynamic friction coefficient on the surface of the object based on the acceleration of the object and the gravitational acceleration ;
A method according to claim 1, wherein the step of calculating the acceleration of the object comprises: applying a least-squares method with a quadratic function to time-series data of the velocity of the object, and calculating the acceleration as a quadratic coefficient of the quadratic function.
前記物体の位置を計算する工程は、前記フレームの各々の静止画から前記物体の領域を各々抽出し、該領域の重心の位置を前記物体の位置として各々計算する、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, wherein in the step of calculating the position of the object, each region of the object is extracted from each still image of the frame, and the position of the center of gravity of each region is calculated as the position of the object. 前記物体を同定する工程は、前記物体の特徴を認識する工程を備える、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein identifying the object comprises recognizing features of the object. 前記物体の特徴は、該物体の色及び形状の少なくともいずれかである、請求項3に記載の方法。 4. The method of claim 3, wherein the feature of the object is the color and/or shape of the object. 前記物体の速さを計算する工程では、フレーム間の時間に対する該フレーム間で生じた前記物体の位置の変化の比に基づいて前記物体の速さを計算する、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。 5. The method of any one of claims 1 to 4, wherein calculating the speed of the object comprises calculating the speed of the object based on the ratio of the change in position of the object that occurs between frames to the time between frames. 前記静止画のフレームは、一定のフレームレートで撮像されたものである、請求項1から5のいずれか1項に記載の方法。 6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the still image frames are captured at a constant frame rate. 前記静止画のフレームを取得する工程は、ビデオカメラで前記物体を動画撮影する工程を備える、請求項1からのいずれか1項に記載の方法。 7. The method of any one of claims 1 to 6 , wherein capturing the still image frames comprises filming the object with a video camera. 動摩擦係数を測定するための装置であって、
面上を滑走する物体の時系列的に並べられた静止画のフレームを格納するメモリと、
前記フレームの各々において前記物体を同定する画像認識部と、
同定された前記物体の画像を解析してフレーム毎に前記物体の位置を計算する位置計算部と、
フレーム毎の前記物体の位置の時間変化率から前記物体の速さを計算する速さ計算部と、
前記速さの時間変化率から前記物体の加速度を計算する加速度計算部と、
前記物体の加速度と重力加速度とに基づいて、前記物体の前記面上における動摩擦係数を計算する、動摩擦係数計算部と、
を備え、
前記加速度計算部は、前記物体の速さの時系列データに二次関数による最小二乗法を適用し、該二次関数の二次の係数として加速度を計算することを特徴とする、装置。
A device for measuring the coefficient of dynamic friction, comprising:
a memory for storing frames of still images arranged in chronological order of an object gliding on the surface;
an image recognizer that identifies the object in each of the frames;
a position calculation unit that analyzes an image of the identified object and calculates the position of the object for each frame;
a speed calculation unit that calculates the speed of the object from the time rate of change of the position of the object for each frame;
an acceleration calculation unit that calculates the acceleration of the object from the time rate of change of the speed;
a dynamic friction coefficient calculation unit that calculates a dynamic friction coefficient on the surface of the object based on acceleration of the object and gravitational acceleration;
with
The apparatus according to claim 1, wherein the acceleration calculator applies a least-squares method using a quadratic function to the time-series data of the speed of the object, and calculates the acceleration as a quadratic coefficient of the quadratic function.
前記位置計算部は、前記フレームの各々の静止画から前記物体の領域を各々抽出し、該領域の重心の位置を前記物体の位置として各々計算する、請求項に記載の装置。 9. The apparatus according to claim 8 , wherein said position calculator extracts regions of said object from each still image of said frame, and calculates positions of centers of gravity of said regions as positions of said object. 前記画像認識部は、前記物体の特徴を認識して該物体の領域を抽出する、請求項又はに記載の装置。 10. The apparatus according to claim 8 , wherein said image recognition unit recognizes features of said object and extracts a region of said object. 前記物体の特徴は、該物体の色及び形状の少なくともいずれかである、請求項10に記載の装置。 11. The apparatus of claim 10 , wherein the feature of the object is the color and/or shape of the object. 前記速さ計算部は、フレーム間の時間に対する該フレーム間で生じた前記物体の位置の変化の比に基づいて前記物体の速さを計算する、請求項から11のいずれか1項に記載の装置。 12. The apparatus according to any one of claims 8 to 11 , wherein the speed calculator calculates the speed of the object based on the ratio of the change in position of the object that occurs between frames to the time between frames. 前記静止画のフレームは、一定のフレームレートで撮像されたものである、請求項から12のいずれか1項に記載の装置。 13. Apparatus according to any one of claims 8 to 12 , wherein the still image frames are captured at a constant frame rate. 前記メモリに格納された前記静止画のフレームは、ビデオカメラで前記物体を動画撮影することによって順次生成されたものである、請求項から13のいずれか1項に記載の方法。 14. A method according to any one of claims 8 to 13 , wherein the frames of still images stored in the memory were generated sequentially by filming the object with a video camera. 請求項1からのいずれか1項に記載の動摩擦係数を測定するための方法を情報処理装置に実行させるプログラム。 A program that causes an information processing device to execute the method for measuring the dynamic friction coefficient according to any one of claims 1 to 7 .
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