(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力し、前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力するトリガー信号生成部と；
所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する映像を前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対して複数撮影して出力する撮影部と；
前記トリガー信号生成部から入力された前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号を前記撮影部に提供し、前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対応して前記撮影部から入力された複数の映像をデジタル映像に変換して貯蔵する映像獲得部と；
前記複数のデジタル映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する情報測定部と；を含み、
前記基準時間間隔の最大値は以下の数学式Ａによって得られた値で決めることを特徴とする球形物体の飛行情報測定システム。
【数１】
0005519708.tif 000010
ただし、ｄＴｍａｘは前記基準時間間隔の最大値、ｄＴｍａｘ１は
【数２】
0005519708.tif 000011
（ここで、Ｌｖは前記第１映像獲得領域の縦方向の長さ、Ｄｖは前記第１映像獲得領域の進入境界から前記第１トリガー信号によって前記球形物体が撮影される時点まで前記球形物体が前記第１映像獲得領域の縦方向に飛行した距離、Ｖｍａｘは前記球形物体の最大飛行速度）によって決まる値、ｄＴｍａｘ２は
【数３】
0005519708.tif 000012
（Ｎｍａｘはゴルフボールの最大回転速度）である。
【請求項２】
前記トリガー信号生成部は、
レンズを通じて入力される光を電気的信号に変換する光電変換素子がアレイ状に配置されたイメージセンサーと；
前記光電変換素子が出力する電気的信号をデジタル映像に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と；
前記Ａ／Ｄ変換器によって変換されたデジタル映像を貯蔵するイメージメモリーと；
前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号を生成して出力するトリガー回路と；
前記イメージセンサーを構成する光電変換素子の中で、同一列に存在する光電変換素子からなるＣＣＤラインの中で前記Ａ／Ｄ変換器による信号変換が行われるＣＣＤラインを前記第１映像獲得領域に含まれる帯状の第２映像獲得領域に対して映像を取得する活性ＣＣＤラインに設定し、前記イメージメモリーに貯蔵されているデジタル映像で前記球形物体が検出されると、前記トリガー回路で前記第１トリガー信号を生成するように指示し、前記第１トリガー信号の生成指示時点から前記基準時間間隔を経過すると、前記トリガー回路で前記第２トリガー信号を生成するように指示するマイクロプロセッサと；を含むことを特徴とする請求項１に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサは、前記イメージメモリーに貯蔵されているデジタル映像で予め設定されている基準輝度値より大きい領域の大きさ及び形状が前記球形物体の大きさ及び形状と一致すれば前記基準輝度値より大きい領域を前記球形物体で検出することを特徴とする請求項２に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項４】
前記トリガー信号生成部は外部に位置する情報処理装置から前記ＣＣＤラインの中で活性ＣＣＤラインに設定されるＣＣＤラインの設定情報、前記基準時間間隔、前記基準輝度値及び前記球形物体の大きさ及び形状が入力される通信モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項５】
前記マイクロプロセッサは前記ＣＣＤラインの中で所定間隔で複数のＣＣＤラインを前記第２映像獲得領域に対応する前記活性ＣＣＤラインで設定することを特徴とする請求項２乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項６】
前記マイクロプロセッサは、前記複数のＣＣＤラインの中で一番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点と二番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点との差が予め設定されている基準時間より小さい場合、前記数学式Ａによって得られた基準時間間隔の最大値より小さいか同じ値で前記基準時間間隔を決め、前記球形物体が検出された時点と二番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点との差が予め設定されている基準時間より大きい場合、前記数学式Ａによって得られた前記基準時間間隔の最大値より大きい値で前記基準時間間隔を決めることを特徴とする請求項５に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項７】
前記基準時間間隔は前記数学式Ａによって得られた基準時間間隔の最大値で決まることを特徴とする請求項１乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項８】
球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力し、前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力するトリガー信号生成部と；
所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する映像を前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対して複数撮影して出力する撮影部と；
前記トリガー信号生成部から入力された前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号を前記撮影部に提供し、前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対応して前記撮影部から入力された複数の映像をデジタル映像に変換して貯蔵する映像獲得部と；
前記複数のデジタル映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する情報測定部と；を含み、
前記撮影部は前記第１映像獲得領域の横方向と平行に設定された複数の列上に前記トリガー信号生成部を基準に互いに対向して配置された二対のエリアカメラを含み、
前記第１トリガー信号は前記複数の列中で第１列に配置されたエリアカメラに同時に提供され、前記第２トリガー信号は前記複数の列中で第１列に配置されたエリアカメラに同時に提供されることを特徴とする球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項９】
前記撮影部は前記第１映像獲得領域の横方向と平行に設定された列上に前記トリガー信号生成部を基準に互いに対向して配置された二つのエリアカメラを含み、前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号は前記エリアカメラに同時に提供されることを特徴とする請求項１乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１０】
照度が一定に保持される持続光を放出する照明部をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１１】
前記情報測定部は、前記第１トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記第１トリガー信号の出力の時、球形物体の空間上の位置である第１位置を算出し、前記第２トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記第２トリガー信号の出力の時、球形物体の空間上の位置である第２位置を算出して、前記算出された第１位置、第２位置及び前記基準時間間隔によって前記球形物体の飛行速度及び前記飛行角度を算出することを特徴とする請求項１乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１２】
前記情報測定部は前記第１トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点の空間上の位置である第１マーキング点を把握し、前記第２トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点の空間上の位置である第２マーキング点を把握して、前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点を予め設定された選択数だけ選択して作ることができる形状からなる参照パターンデータの中で前記第１マーキング点を前記選択数だけ選択して作ることができる形状と同じ形状を有する参照パターンデータである基準参照データを検索した後、前記選択された第１マーキング点からなる形状が前記基準参照パターンデータと形状が一致するようにする第１変換行列を算出し、前記第２マーキング点の中で前記基準参照データと同じ形状を作ることができるマーキング点を前記選択数だけ選択した後前記選択された第２マーキング点からなる形状が前記基準参照パターンデータと形状が一致するようにする第２変換行列を算出して、前記第１変換行列及び前記第２変換行列に基づいて前記球形物体の回転速度及び回転軸を算出することを特徴とする請求項１１に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１３】
前記球形物体の表面には前記選択数によって選択されたマーキング点からなる形状が全て異なるように前記マーキング点が印刷されたことを特徴とする請求項１乃至４の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１４】
前記情報測定部は前記第１マーキング点の中で予め設定された基準個数以上のマーキング点を選択した後、選択されたマーキング点の中で前記選択数によってマーキング点を選択して複数のマーキング点座標対を構成し、前記マーキング点座標対のそれぞれに対して算出された前記第１変換行列によって前記基準個数によって選択されたマーキング点の中でマーキング点座標対から除かれたマーキング点を変換した後、前記基準参照データから対応されるマーキング点を検索し、前記基準個数によって選択されたマーキング点のそれぞれに対応する基準参照データのマーキング点の間の誤差が最小になるようにする第１変換行列を前記第１トリガー信号に対応する最終的な第１変換行列に決め、
前記第２マーキング点の中で予め設定された基準個数以上のマーキング点を選択した後、選択されたマーキング点の中で前記選択数によってマーキング点を選択して複数のマーキング点座標対を構成し、前記マーキング点座標対のそれぞれに対して算出された前記第２変換行列によって前記基準個数によって選択されたマーキング点の中でマーキング点座標対から除かれたマーキング点を変換した後、前記基準参照データから対応されるマーキング点を検索し、前記基準個数によって選択されたマーキング点のそれぞれに対応する基準参照データのマーキング点の間の誤差が最小になるようにする第２変換行列を前記第２トリガー信号に対応する最終的な第２変換行列に決めることを特徴とする請求項１２に記載の球形物体の飛行情報測定システム。
【請求項１５】
（ａ）球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力する段階と；
（ｂ）所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第１映像を前記第１トリガー信号に対して複数撮影する段階と；
（ｃ）前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力する段階と；
（ｄ）前記第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第２映像を前記第２トリガー信号に対して複数撮影する段階と；
（ｅ）前記第１映像及び前記第２映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する段階と；を含み、
前記基準時間間隔の最大値は以下の数学式Ａによって得られた値で決めることを特徴とする球形物体の飛行情報測定方法。
【数４】
0005519708.tif 000013
ただし、ｄＴｍａｘは前記基準時間間隔の最大値、ｄＴｍａｘ１は
【数５】
0005519708.tif 000014
（ここで、Ｌｖは前記第１映像獲得領域の縦方向の長さ、Ｄｖは前記第１映像獲得領域の進入境界から前記第１トリガー信号によって前記球形物体が撮影される時点まで前記球形物体が前記第１映像獲得領域の縦方向に飛行した距離、Ｖｍａｘは前記球形物体の最大飛行速度）によって決まる値、ｄＴｍａｘ２は
【数６】
0005519708.tif 000015
（Ｎｍａｘはゴルフボールの最大回転速度）である。
【請求項１６】
（ｆ）イメージセンサーを構成する光電変換素子の中で同一列に存在する光電変換素子からなるＣＣＤラインの中で、デジタル信号への変換が行われるＣＣＤラインを前記第１映像獲得領域に含まれる帯状の第２映像獲得領域に対応する活性ＣＣＤラインに設定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項１７】
前記（ａ）段階及び前記（ｃ）段階において、前記第２映像獲得領域に対して撮影したそれぞれの映像内で予め設定されている基準輝度値より大きい領域の大きさ及び形状が前記球形物体の大きさ及び形状と一致すれば前記基準輝度値より大きい領域を前記球形物体で検出することを特徴とする請求項１６に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項１８】
（ｇ）外部に位置する情報処理装置から前記ＣＣＤラインの中で活性ＣＣＤラインに設定されるＣＣＤラインの設定情報、前記基準時間間隔、前記基準輝度値及び前記球形物体の大きさ及び形状が入力される段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項１９】
前記（ｆ）段階において、前記ＣＣＤラインの中で所定間隔に複数のＣＣＤラインが前記活性ＣＣＤラインに設定されることを特徴とする請求項１６乃至１８の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２０】
前記（ｆ）段階において、前記複数のＣＣＤラインの中で一番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点と二番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点との差が予め設定されている基準時間より小さい場合、前記数学式Ａによって得られた基準時間間隔の最大値より小さいか同じ値で前記基準時間間隔を決め、前記球形物体が検出された時点と二番目のＣＣＤラインによって撮影されたデジタル映像から前記球形物体が検出された時点との差が予め設定されている基準時間より大きい場合、前記数学式Ａによって得られた前記基準時間間隔の最大値より大きい値で前記基準時間間隔を決めることを特徴とする請求項１９に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２１】
前記基準時間間隔は前記数学式Ａによって得られた基準時間間隔の最大値で決まることを特徴とする請求項１５乃至１８の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２２】
（ａ）球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力する段階と；
（ｂ）所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第１映像を前記第１トリガー信号に対して複数撮影する段階と；
（ｃ）前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力する段階と；
（ｄ）前記第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第２映像を前記第２トリガー信号に対して複数撮影する段階と；
（ｅ）前記第１映像及び前記第２映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する段階と；を含み、
前記（ｂ）段階において、前記第１映像は前記第１トリガー信号が同時に提供される前記第１映像獲得領域の横方向に平行に設定された複数の列中で第１列に配置された一対のエリアカメラによって撮影され、
前記（ｄ）段階において、前記第２映像は前記第１トリガー信号が同時に提供される前記第１映像獲得領域の横方向と平行に設定された複数の列中で第２列に配置された一対のエリアカメラによって撮影されることを特徴とする球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２３】
前記（ｅ）段階は、
（ｅ１）前記第１トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記第１トリガー信号の出力の時、球形物体の空間上の位置である第１位置を算出し、前記第２トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記第２トリガー信号の出力の時、球形物体の空間上の位置である第２位置を算出する段階と；
（ｅ２）前記算出された第１位置、第２位置及び前記基準時間間隔によって前記球形物体の飛行速度及び前記飛行角度を算出する段階と；を含むことを特徴とする請求項１５乃至１８の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２４】
前記（ｅ）段階は、
（ｅ３）前記第１トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点の空間上の位置である第１マーキング点を把握し、前記第２トリガー信号に対応する複数のデジタル映像から前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点の空間上の位置である第２マーキング点を把握する段階と；
（ｅ４）前記球形物体の表面に印刷されたマーキング点を予め設定された選択数だけ選択して作ることができる形状からなる参照パターンデータの中で前記第１マーキング点を前記選択数だけ選択して作ることができる形状と同じ形状を有する参照パターンデータである基準参照データを検索した後、前記選択された第１マーキング点からなる形状が前記基準参照パターンデータと形状が一致するようにする第１変換行列を算出する段階と；
（ｅ５）前記第２マーキング点の中で前記基準参照データと同じ形状を作ることができるマーキング点を前記選択数だけ選択した後、前記選択された第２マーキング点からなる形状が前記基準参照パターンデータと形状が一致するようにする第２変換行列を算出する段階と；
（ｅ６）前記第１変換行列及び前記第２変換行列に基づいて前記球形物体の回転速度及び回転軸を算出する段階と；をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２５】
前記球形物体の表面には前記選択数によって選択されたマーキング点からなる形状が全て異なるように前記マーキング点が印刷されたことを特徴とする請求項１５乃至１８の中の何れか一項に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２６】
前記（ｅ４）段階は、
（ｅ４−１）前記第１マーキング点の中で予め設定された基準個数以上のマーキング点を選択した後、選択されたマーキング点の中で前記選択数によってマーキング点を選択して複数のマーキング点座標対を構成する段階と；
（ｅ４−２）前記マーキング点座標対のそれぞれに対して算出された前記第１変換行列によって前記基準個数によって選択されたマーキング点の中でマーキング点座標対から除かれたマーキング点を変換した後、前記基準参照データから対応されるマーキング点を検索する段階と；
（ｅ４−３）前記基準個数によって選択されたマーキング点のそれぞれに対応する基準参照データのマーキング点の間の誤差が最小になるようにする第１変換行列を前記第１トリガー信号に対応する最終的な第１変換行列に決める段階と；を含み、
前記（ｅ５）段階は、
（ｅ５−１）前記第２マーキング点の中で予め設定された基準個数以上のマーキング点を選択した後、選択されたマーキング点の中で前記選択数によってマーキング点を選択して複数のマーキング点座標対を構成する段階と；
（ｅ５−２）前記マーキング点座標対のそれぞれに対して算出された前記第２変換行列によって前記基準個数によって選択されたマーキング点の中でマーキング点座標対から除かれたマーキング点を変換した後、前記基準参照データから対応されるマーキング点を検索する段階と；
（ｅ５−３）前記基準個数によって選択されたマーキング点のそれぞれに対応する基準参照データのマーキング点の間の誤差が最小になるようにする第２変換行列を前記第２トリガー信号に対応する最終的な第２変換行列に決める段階と；を含むことを特徴とする請求項２４に記載の球形物体の飛行情報測定方法。
【請求項２７】
請求項１５乃至１８の中の何れか一項に記載された球形物体の飛行情報測定方法をコンピューターで実行させるためのプログラムを記録したコンピューターで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は球形物体の飛行情報測定システム及び測定方法に関し、さらに詳しくは、空間上を進行する球形物体の飛行速度、飛行経路及び回転情報を含む飛行情報を測定するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフボール、野球ボールなどのような球形物体の飛行経路は、ボールに物理的力が加えられた時点（即ち、ゴルフクラブまたはバットによる打撃時点）で決められる。このような球形物体の飛行経路を決めるために用いられる情報には、ボールの回転情報（即ち、回転速度及び回転軸）、進行方向、速度などが含まれる。飛行する球形物体の飛行軌道を予測するシステムの一例として、ゴルフシミュレーションシステムがある。このようなゴルフシミュレーションシステムの大部分はゴルフボールの軌跡が通過する空間にレーザー、フォトダイオード、超音波センサーなどを利用して格子形態のセンシング領域を生成し、ゴルフボールの影またはゴルフボールがセンシング領域を通過する瞬間に空間上で測定したゴルフボールの位置、ゴルフボールの大きさなどの情報によってゴルフボールの進行方向と速度を測定する。しかし、このような既存のゴルフシミュレーションシステムはゴルフボールの回転情報を直接測定することができないため、ゴルフクラブの動きデータ（ゴルフクラブヘッドの角度、軌跡など）を利用してボールの回転情報を類推する方式を利用している。従って、ゴルフボールの正確な打球の軌跡計算に限界を有するしかない。また、既存のゴルフシミューレーターは高速に移動するボールの動きを捕捉するために、ボールが特定位置を通過するか否かの可否を判別するために、フォトダイオードやレーザーを利用した光膜を発生するトリガー装置を利用する。このようなトリガー装置を適用する場合には、トリガー装置がゴルフボールの移動経路及びゴルファーが打撃する時のゴルフクラブと近くに配置されて、トリガー装置とゴルフボール及びゴルフクラブと干渉を引き起こす問題点がある。
【０００３】
一方、アメリカ特許公開公報第２００７−０２１３１３９号には、二つのセンサーアレイによってゴルフクラブの軌跡を測定し、一台の高速カメラによってマーカーラインが形成されたゴルフボールの飛行情報を測定するシステム（以下、「従来技術１」と言う）が開示されている。しかし、これは現在常用化された所謂スクリーンゴルフシステムと実質的に同じもので、このような従来技術１によっては、ゴルフボールの回転情報を正確に測定することができないとともに、高価の高速カメラを採用していて、全体的なシステムの製造コストが高いという問題がある。さらに、使用者が位置する打席の底面または底面から所定の高さにセンサーが設置され、心理的要因が多く作用するゴルフ競技の特性上使用者に心的負担を与える同時に、センサーの誤作動によるエラーがよく発生する問題がある。
【０００４】
また、韓国登録特許第１０−０８７１５９５号には高速ラインスキャンカメラによって二つ以上のマーカーライン（線でゴルフボールの中心点を中央にしてゴルフボールの表面に形成される円）が形成されたゴルフボールのイメージを撮影して初期速度を求め、求められた初期速度に基づいて高速ラインスキャンカメラの左右側に設置された二台の高速カメラに所定の変位間隔でゴルフボールを撮影するようにトリガー信号を提供することによって、ゴルフボールの飛行情報を獲得する構成（以下、「従来技術２」という）が開示されている。しかし、このような従来技術２はゴルフボールの検出及び初期速度を算出するために高速ラインスキャンカメラを採用しており、ゴルフボールの飛行情報を測定するために高速カメラを採用して、システム全体の製造コストが高いという問題がある。また、従来技術２は、ゴルフボールの回転特性を考慮しないで、二台の高速カメラによる連続撮影のために提供されるトリガー信号がゴルフボールの変位を基準に設定（即ち、それぞれのトリガー信号によって撮影された複数の映像でゴルフボールが重ならないようにトリガー信号の間隔を設定）している。従って、従来技術２によれば、図１に示すように、最初に撮影された映像と次に撮影された映像からゴルフボールが時計回り方向に３０゜回転したのか、それとも反時計回り方向に３０゜回転したのかが正確に測定できないという問題がある。
【０００５】
また、アメリカ公開特許公報第２００７−００６０４１０号には、一台の高速カメラで五角形の各頂点及び中心に点が印刷されたゴルフボールを連続的に撮影して得た二つの映像または二台の高速カメラでゴルフボールを連続的に撮影して得た二つの映像に基づいてゴルフボールの飛行情報を測定するシステム（以下、「従来技術３」と言う）が開示されている。しかし、このような従来技術３もゴルフボールの回転特性を考慮しないで、一台または二台の高速カメラでによる連続撮影のために提供されるトリガー信号がゴルフボールの変位を基準に設定（即ち、それぞれのトリガー信号によって撮影された複数の映像でゴルフボールが重ならないようにトリガー信号の間隔を設定）している。従って、従来技術３によれば最初に撮影された映像と次に撮影された映像からゴルフボールが時計回り方向に回転したのか、それとも反時計回り方向に回転したのか、回転方向を正確に測定することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】アメリカ特許公開公報第２００７−０２１３１３９号
【特許文献２】韓国登録特許第１０−０８７１５９５号
【特許文献３】アメリカ公開特許公報第２００７−００６０４１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術課題は、打席の底面に球形物体の飛行情報を測定するための如何なる装置も設置されないながら、球形物体の回転情報を含む飛行情報を正確に測定することができる廉価の飛行情報測定システム及び方法を提供することにある。
【０００８】
るための如何なる装置も設置されないながら、廉価のシステムによって球形物体の回転情報を含む飛行情報を正確に測定することができる飛行情報測定方法をコンピューターで実行させるためのプログラムを記録したコンピューターで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を達するための、本発明による球形物体の飛行情報測定システムは、球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力し、前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力するトリガー信号生成部と；所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する映像を前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対して複数撮影して出力する撮影部と；前記トリガー信号生成部から入力された前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号を前記撮影部に提供し、前記第１トリガー信号及び前記第２トリガー信号のそれぞれに対応して前記撮影部から入力された複数の映像をデジタル映像に変換して貯蔵する映像獲得部と；前記複数のデジタル映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する情報測定部と；を備える。
【００１０】
前記他の技術的課題を達するための、本発明による球形物体の飛行情報測定方法は、（ａ）球形物体が検出されると、第１トリガー信号を生成して出力する段階と；（ｂ）所定の面積を有する第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第１映像を前記第１トリガー信号に対して複数撮影する段階と；（ｃ）前記第１トリガー信号の生成時点から前記球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度に基づいて設定される基準時間間隔を経過すると、第２トリガー信号を生成して出力する段階と；（ｄ）前記第１映像獲得領域に対して前記球形物体が存在する第２映像を前記第２トリガー信号に対して複数撮影する段階と；（ｅ）前記第１映像及び前記第２映像から前記球形物体の飛行速度、飛行角度、回転速度及び回転軸を含む飛行情報を算出する段階と；を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による球形物体の飛行情報測定システム及び方法によれば、本発明が解決しようとする技術課題は、打席の底面に球形物体の飛行情報を測定するための如何なる装置も設置されないながら、廉価のシステムによって球形物体の回転情報を含む飛行情報を正確に測定することができる。また通常のエリアカメラのイメージセンサーを構成するＣＣＤラインの中で一部のＣＣＤラインのみを活性化させて、エリアカメラのＡ／Ｄ変換器の処理速度を増加させることによって、一台の廉価エリアカメラで二台以上の高速ラインスキャンカメラを具現して、全体的なシステムの製作費用を低減することができる。また、特定のパターンが印刷された球形物体を利用して球形物体の回転情報を正確に測定することができ、球形物体の最大飛行速度及び最大回転速度を考慮して二回のトリガー信号の時間間隔を設定することによって、正確に球形物体の飛行情報及び回転情報を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の球形物体飛行情報測定システムでマーキングパターンが形成されたゴルフボールを時間差を置いて撮影した映像を示した図面である。
【図２】本発明による球形物体の飛行情報測定システムに対する好ましい一実施形態の構成を示した図面である。
【図３】本発明による球形物体の飛行情報測定システムに対する好ましい一実施形態の詳細な構成を示したブロック図である。
【図４】トリガー信号生成部に用いられるカメラの詳細な構造を示した図面である。
【図５】トリガー信号生成部に用いられるイメージセンサーを構成するＣＣＤラインの中で一つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに指定した例を示した図面である。
【図６】一つの活性ＣＣＤラインに位置したゴルフボール及び対応位置に存在するゴルフボールを撮影したデジタル映像信号を示した図面である。
【図７】一つの活性ＣＣＤラインに位置したゴルフボール及び対応位置に存在するゴルフボールを撮影したデジタル映像信号を示した図面である。
【図８】トリガー信号生成部に用いられるイメージセンサーを構成するＣＣＤラインの中でゴルフボールの進行方向にゴルフボールの直径の１／２に相応する３３個のＣＣＤラインをイメージスキャニングウィンドウとして設定した例を示した図面である。
【図９】５つの活性ＣＣＤラインで構成されたイメージスキャニングウィンドウ内に位置したゴルフボール及び対応位置に存在するゴルフボールを撮影したデジタル映像信号を示した図面である。
【図１０】５つの活性ＣＣＤラインで構成されたイメージスキャニングウィンドウ内に位置したゴルフボール及び対応位置に存在するゴルフボールを撮影したデジタル映像信号を示した図面である。
【図１１】トリガー信号生成部に用いられるイメージセンサーを構成するＣＣＤラインの中で三つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに指定した例を示した図面である。
【図１２】それぞれトリガー信号生成部によって得られた多様な映像と活性ＣＣＤライン内の明度値を示した図面である。
【図１３】それぞれトリガー信号生成部によって得られた多様な映像と活性ＣＣＤライン内の明度値を示した図面である。
【図１４】それぞれトリガー信号生成部によって得られた多様な映像と活性ＣＣＤライン内の明度値を示した図面である。
【図１５】それぞれトリガー信号生成部によって得られた多様な映像と活性ＣＣＤライン内の明度値を示した図面である。
【図１６】撮影部の具体的な構成例を示した図面である。
【図１７】トリガー信号生成部に備えられたエリアカメラによる映像撮影、第１列に配置された第１エリアカメラと第２エリアカメラによる映像撮影、及び第２列に配置された第３エリアカメラと第４エリアカメラによる映像撮影過程を示した図面である。
【図１８】トリガー信号生成部に備えられたエリアカメラによる映像撮影、第１列に配置された第１エリアカメラと第２エリアカメラによる映像撮影、及び第２列に配置された第３エリアカメラと第４エリアカメラによる映像撮影過程を示した図面である。
【図１９】トリガー信号生成部に備えられたエリアカメラによる映像撮影、第１列に配置された第１エリアカメラと第２エリアカメラによる映像撮影、及び第２列に配置された第３エリアカメラと第４エリアカメラによる映像撮影過程を示した図面である。
【図２０】ステレオキャリブレーション技術の原理を示した図面及び現在使用中であるカメラキャリブレーション道具を示した図面である。
【図２１】ステレオキャリブレーション技術の原理を示した図面及び現在使用中であるカメラキャリブレーション道具を示した図面である。
【図２２】それぞれゴルフボールの表面に印刷される多様なマーキングパターンの例を示した図面である。
【図２３】それぞれゴルフボールの表面に印刷される多様なマーキングパターンの例を示した図面である。
【図２４】それぞれゴルフボールの表面に印刷される多様なマーキングパターンの例を示した図面である。
【図２５】それぞれゴルフボールの表面に印刷される多様なマーキングパターンの例を示した図面である。
【図２６】第１列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図２７】第１列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図２８】第１列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図２９】第１列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図３０】第２列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図３１】第２列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図３２】第２列に配置されたエリアカメラによって撮影された映像からゴルフボールの回転ベクターを算出する過程を示した図面である。
【図３３】本発明による球形物体の飛行情報測定方法に対する好ましい実施形態の実行過程を示したフローチャートである。
【図３４】それぞれ第１トリガー信号に対応する第１映像と第２映像及び第２トリガー信号に対応する第３映像と第４映像の例を示した図面である。
【図３５】それぞれ第１トリガー信号に対応する第１映像と第２映像及び第２トリガー信号に対応する第３映像と第４映像の例を示した図面である。
【図３６】映像処理をしてから得られたゴルフボール映像の例を示した図面である。
【図３７】情報測定部によるゴルフボールの回転情報を算出する過程を示したフローチャートである。
【図３８】情報測定部によって算出されたゴルフボールの飛行情報及び回転情報、ゴルフボールの飛行軌跡が記載された使用者インターフェース画面の例を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下で添付図面を参照して本発明による球形物体の飛行情報測定システム及び方法の好ましい実施形態について詳細に説明する。以下の説明でゴルフボールを球形物体の例として説明するが、本発明の範囲はこれに限定されず、野球ボールのようなその他の球形物体にも適用されることができる。
【００１４】
図２は本発明による球形物体の飛行情報測定システムに対する好ましい一実施形態の構成を示した図面であり、図３は本発明による球形物体の飛行情報測定システムに対する好ましい一実施形態の詳細な構成を示したブロック図である。
【００１５】
図２及び図３によれば、本発明による球形物体の飛行情報測定システムは、トリガー信号生成部２１０、撮影部２２０、照明部２３０、映像獲得部２４０及び情報測定部２５０を備える。
【００１６】
席空間の天井）に設置されて、ゴルフボールが映像獲得領域を通過する時トリガー信号を発生する。この時、トリガー信号生成部２１０はゴルファーによる干渉を排除するためにスクリーンの方に若干移動されて設置されることが好ましい。トリガー信号生成部２１０によって発生されたトリガー信号は映像獲得部２４０に提供される。トリガー信号生成部２１０としては複数列のラインセンサーからなるエリアカメラが採用され、このようなエリアカメラの撮影領域は撮影部２２０に備えられた４台のエリアカメラの撮影領域と一致するように設定されることが好ましい。本発明において廉価で高速ラインセンサーカメラの效果を得るために、トリガー信号生成部２１０として採用されるエリアカメラに対する変更が必要である。これはエリアカメラに備えられたイメージセンサーの一部領域（即ち、Ｎ個のＣＣＤラインの中で一部ＣＣＤライン）のみを活性化させることによって秒当たり撮影可能なフレームの数を増加させる方式に具現される。
【００１７】
図４にはトリガー信号生成部２１０に採用されるカメラの詳細な構造が示されている。図４によれば、トリガー信号生成部２１０は、レンズ４１０、イメージセンサー４２０、プログラムメモリー４３０、マイクロプロセッサー４４０、イメージメモリー４５０、通信モジュール４６０、トリガー回路４７０及び電源回路４８０で構成される。
【００１８】
イメージセンサー４２０はレンズ４１０を通じて入射される光を電気的信号に変換して出力する。このようなイメージセンサー４２０は光電変換素子（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）がアレイ状に配置されてなるＣＣＤパネル４２１、水平方向アドレスレジスタ４２２、垂直方向アドレスレジスタ４２３、増幅器４２４、複数のＡ／Ｄコンバータ４２５及びマルチプレクサー４２６で構成される。
【００１９】
このようなイメージセンサー４２０は、通常のエリアカメラに装着されるイメージセンサーと同じ構成である。しかし、通常のエリアカメラに装着されているイメージセンサーはＡ／Ｄコンバータを通じてすべてのＣＣＤラインから出力されるアナログ信号をデジタル映像に変換し、このような信号変換の時処理時間が相当必要となる。従って、通常のエリアカメラによってゴルフボールの回転情報を測定することができるほどに早い時間内に複数の映像を撮影することは不可能であるので、従来の飛行情報測定システムは、何れも高価の高速ラインスキャンカメラを採用している。このような問題を解決するために、本発明ではイメージセンサー４２０のＣＣＤパネル４２１を構成する複数のＣＣＤラインの中で一部ＣＣＤラインのみを活性化させてＡ／Ｄコンバータ４２５の処理速度を増加させる方式を提案する。６４０×４８０（ピクセル）のフルフレーム（Ｆｕｌｌ  Ｆｒａｍｅ）を基準に秒当たり２５０枚の映像を撮影することができるイメージセンサーを例に挙げると、全体ＣＣＤラインの中で５つのＣＣＤラインのみを活性化させれば、Ａ／Ｄコンバータの処理速度の増加によって秒当たり３０００枚以上の映像を撮影することができる。このように、５つのＣＣＤラインのみ活性化されたイメージセンサー４２０のスキャン周期は３ｋＨｚで、マイクロプロセッサー４４０の処理速度を増加させれば、より高いスキャン周期を得ることができる（即ち、秒当たりより多い映像の撮影が可能である）。
【００２０】
前記のように、一部ＣＣＤラインのみを活性化させるためにプログラムメモリー４３０の設定を変更して、撮影映像をＡ／Ｄコンバータ４２５を通じてアナログ信号をデジタル信号に変換する領域を調節する。これはトリガー信号生成部３１０として採用されるエリアカメラのランダムウィンドウィング（ＲａｎｄｏｍＷｉｎｄｏｗｉｎｇ）機能によって可能である。即ち、イメージセンサー４２０が支援するランダムウィンドウィング機能を利用して、全体ＣＣＤパネル４２１のＣＣＤラインの中で一部ラインのみデジタル映像に変更するように設定することができる。そして、これを通じて廉価の単一エリアカメラを利用して複数の高速ラインスキャントリガーカメラを利用することと同一な機能が具現されることができる。この時、ゴルフボールの大きさと飛行特性を考慮して活性化されるＣＣＤラインによって撮影された映像データーのみに基づいてマイクロプロセッサ５４０がゴルフボールの通過可否を判断する。この時活性化されたＣＣＤラインから出力される映像はＡ／Ｄコンバータ４２５を通じてデジタル信号に変換された後、イメージメモリー４５０に一時的に貯蔵される。
【００２１】
一方、プログラムメモリー４３０にはカメラのハードウェア作動のためのファームウエアとイメージセンサー４２０で撮影されてイメージメモリー４５０に貯蔵されたデジタル映像を分析してゴルフボールの通過可否を判断した後、トリガー信号を発生するプログラムが貯蔵される。マイクロプロセッサー４４０はプログラムメモリー４３０に貯蔵されているプログラムを実行することによって、ゴルフボールの通過可否を判断した後、トリガー信号を発生する機能を行い、カメラの外部で通信を通じて伝達されたイメージセンサー４２０の活性ＣＣＤラインの変更（即ち、撮影領域の変更）のような事項をイメージセンサー４２０に適用する機能を行う。
【００２２】
通信モジュール４６０はトリガー信号生成部２１０と外部コンピューターとの間のデータ通信のために用いられ、ＵＳＢ通信モジュールなどのような有線通信モジュールまたはブルートゥース通信モジュールなどのような無線通信モジュールがこのために採用されることができる。この時通信モジュール４６０によるデータ通信は、トリガー信号生成部２１０の設定の時のみ許容され、実際動作の時はリアルタイム動作のために通信モジュール４６０によるデータ通信が制限されることが好ましい。通信モジュール４６０としてＵＳＢ通信モジュールが採用された場合に、ＵＳＢポートを通じてトリガー信号生成部２１０で撮影された映像が外部コンピューターにインストールされたカメラ設定プログラムに伝達され、カメラ設定プログラムで指定された映像撮影領域とゴルフボール判定に係る変数がトリガー信号生成部２１０に送信される。カメラ設定プログラムはトリガー信号生成部２１０の全体撮影領域の中ゴルフボールの通過を感知する領域を変更する機能とトリガー信号生成部２１０内で作動するゴルフボール通過有無を判断する映像分析ロジッグの変数の設定値を変更する機能を提供する。トリガー信号生成部２１０は外部コンピューターで実行されるカメラ設定プログラムと独立に動作し、カメラ設定プログラムはトリガー信号生成部２１０の設定のみに使われることが好ましい。トリガー回路４７０はマイクロプロセッサ４４０から制御命令が入力される時点に映像獲得部２４０へＴＴＬレベルのトリガー信号を出力する。そして、電源回路４８０はカメラの内部電子回路の動作に必要な電源管理機能をする。
【００２３】
以下では、図４に示したトリガー信号生成部２１０に採用されるカメラを設定する方法及びこれを利用してトリガー信号を生成する方法について説明する。
【００２４】
本発明でトリガー信号生成部２１０として採用されるカメラは、一般のエリアカメラである。従って、これを高速トリガーカメラとして使用するためには、上述したように、全体センサーラインの中で一部のセンサーラインのみ選択的に活性化させる必要がある。このために、まず使用者または管理者は、通信モジュール４６０を通じてトリガー信号生成部２１０と連結されている外部コンピューターを通じてイメージセンサー４１０のＣＣＤラインの中で活性化させるラインに関する情報をマイクロプロセッサ４４０に提供する。マイクロプロセッサー４４０はイメージセンサー４１０が支援するランダムウィンドウィング（ｒａｎｄｏｍＷｉｎｄｏｗｉｎｇ）機能を利用して全体ＣＣＤラインの中で使用者または管理者が指定したＣＣＤラインのみを活性化させる。この時ゴルフボールが進行する方向に配列されているイメージセンサー３１０のＣＣＤラインの中で何れか一つ以上のＣＣＤラインを活性化させるＣＣＤライン（以下、「活性ＣＣＤライン」と言う）と指定する。
【００２５】
図５には一つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに指定した例が示されている。図５によれば、ゴルフボールが活性ＣＣＤライン５１０に位置すると、背景である人造芝に比べて相対的に高い輝度（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）を有する所定幅の映像がライン方向に撮影される。従って、活性ＣＣＤライン５１０によって撮影されたアナログ映像信号はＡ／Ｄコンバータ４２５を通じてデジタル映像信号に変換される。マイクロプロセッサー４４０はデジタル映像信号の明度レベルが予め設定された臨界値より高い値が連続される領域の幅によってゴルフボールの通過可否を判断する。白のゴルフボールはゴルフクラブやゴルファーの体のような障害物に比べて高い光の反射率を有している。従って、デジタル映像信号の明度レベルに基づいてゴルフボールを検出することが可能である。この時、マイクロプロセッサ４４０はデジタル映像信号の明度レベルが予め設定された臨界値より高い値が連続される領域の幅が与えられたゴルフボールの感知幅の範囲（即ち、ゴルフボールの直径を基準に設定された上限値と下限値との間の範囲）以内に存在すればゴルフボールと判定する。このように一つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤライン５１０として指定する場合に、イメージセンサー４１０の撮影周期が秒当たり３０００回で、ゴルファーが打撃したゴルフボールの最高速度が約８４ｍ／ｓとすれば、活性ＣＣＤライン５１０によって直径が約４．２ｃｍであるゴルフボールは少なくとも１回以上撮影される。
【００２６】
図６及び図７には活性ＣＣＤライン６１０に位置したそれぞれのゴルフボールに対して撮影されたデジタル映像信号の例が示されている。図６及び図７に示されたデジタル映像信号を説明すると、マイクロプロセッサー４４０に入力されるデジタル映像信号には活性ＣＣＤライン６１０が映像を撮影した時点に活性ＣＣＤライン６１０に位置したゴルフボールの大きさに対応する部分の輝度値が与えられた臨界値（人造芝の明度レベルとゴルフボールの明度レベルとの間で設定される値）より高く現れる。従って、ゴルフボールが活性ＣＣＤライン６１０を通過すると、マイクロプロセッサー４４０は順次に入力されるデジタル映像信号で予め設定された臨界値より高い明度レベルを有する領域の幅（Ｗ１及びＷ２）を検出し、当該領域の幅とゴルフボールの直径に基づいてゴルフボールの通過可否を把握する。この時活性ＣＣＤラインの位置、明度臨界値及びゴルフボール判定幅の上限値と下限値は外部コンピューターで実行されるカメラ設定プログラムで変更することができる。
【００２７】
図６及び図７によれば、ゴルフボールの位置による臨界値より高い明度レベルを有する領域の幅は、ゴルフボールの一部のみ活性ＣＣＤライン６１０に位置した場合（即ち、図６のＷ１）よりゴルフボールの中心が活性ＣＣＤライン６１０に位置した場合（即ち、図７のＷ２）がより大きくなる。ゴルフボールが通過したことと判断される場合、マイクロプロセッサー４４０はトリガー回路４７０でトリガー信号を生成するように指示し、これによってトリガー回路４７０はトリガー信号を生成して映像獲得部２４０に出力する。
【００２８】
この時、ゴルフボールの速度情報及び方向情報を測定するためには、映像獲得部２４０へ二回連続トリガー信号が提供される。また、ゴルフボールの回転情報を正確に測定するためには、映像獲得部２４０に出力される二つのトリガー信号の間の時間間隔が適切に調節されなければならない。これは二回連続したトリガー信号による映像の撮影時点が回転軸の変化に係わらずゴルフボールの回転量が１８０゜未満の時ゴルフボールの回転方向を正確に把握することができるからである。本発明では、このような二つのトリガー信号の間の時間間隔をゴルファーが打撃したゴルフボールの最大飛行速度と最大回転速度を考慮して決める。
【００２９】
ゴルフボールが最大飛行速度で飛行する場合を考慮すると、一番目と二番目のトリガー信号の間の時間間隔は撮影部２２０が一番目のトリガー信号によってゴルフボールを撮影した時点からゴルフボールが撮影部２２０の撮影領域を通過する以前に撮影部２２０が二番目のトリガー信号によってゴルフボールを撮影することができるように設定されなければならない。従って、ゴルフボールの最大飛行速度を考慮したトリガー信号の時間間隔の最大値ｄＴｍａｘ１［ｓ］は次の数学式で表れることができる。
【数１】
0005519708.tif 000002
【００３０】
ここで、Ｌｖは撮影部２２０の撮影領域の縦方向（ゴルフボールの進行方向）の長さ、Ｄｖは撮影部２２０の撮影領域の進入境界から一番目のトリガー信号によってゴルフボールが撮影される時点までゴルフボールが撮影領域の縦方向に飛行した距離（これは実質的に撮影部２２０の撮影領域の進入境界からトリガー信号生成部２１０の活性ＣＣＤラインの撮影領域の進出境界までの距離と同一）、Ｖｍａｘはゴルフボールの最大飛行速度である。
【００３１】
一方、ゴルフボールが最大回転速度で回転している場合を考慮すると、一番目のトリガー信号による映像撮影時点と二番目のトリガー信号による映像撮影時点との間にゴルフボールの回転した角度が１８０゜未満である場合のみゴルフボールの回転方向と回転角度を正確に計算することができる。二つの時点の間のゴルフボールの回転角度が１８０゜以上である場合、回転方向と回転角度に対する数学式の解が２つ存在するため、ゴルフボールの回転を正確に判定することができない。従って、ゴルフボールの最大回転速度を考慮したトリガー信号の時間間隔の最大値ｄＴｍａｘ２［ｓ］は次の数学式で表すことができる。
【数２】
0005519708.tif 000003
【００３２】
ここで、Ｎｍａｘはゴルフボールの最大回転速度である。
【００３３】
従って、二つのトリガー信号の時間間隔の最大値  ｄＴｍａｘは  ｄＴｍａｘ１と  ｄＴｍａｘ２の中の最小値になり、結果的に二つのトリガー信号の時間間隔は次の数学式によって決まる。
【数３】
0005519708.tif 000004
【００３４】
一番目のトリガー信号によるゴルフボールの撮影の時、ゴルフボールの位置が、縦長が２６ｃｍである撮影部２２０の撮影領域の進入境界から進出境界方へ５ｃｍ離間された地点とし、ゴルフボールの最大飛行速度を８４ｍ／ｓとすると、数学式１によってｄＴｍａｘ１は約２．５ｍｓｅｃとなり、この時測定可能な最大回転速度は１２、０００ｒｐｍになる。また、ゴルフボールの最大回転速度を１０、０００ｒｐｍとすると、数学式２によってｄＴｍａｘ２は３ｍｓｅｃになる。従って、ゴルフボールの最大飛行速度と最大回転速度を考慮した二つのトリガー信号の時間間隔は２．５ｍｓｅｃ以下に設定される。この時、二つのトリガー信号の時間間隔が大きく設定されるほど、二つのトリガー信号による撮影間隙の間にゴルフボールが飛行した距離が増加されて、次の表から分かるように、最終的な測定誤差が小くなるので、二つのトリガー信号の時間間隔は数学式３によって計算されたトリガー信号の時間間隔の最大値に設定されることが好ましい。
【表１】
0005519708.tif 000005
【００３５】
表１に記載されたシミュレーション誤差は、映像処理後それぞれのトリガー信号の出力時点でのゴルフボールの中心誤差がボールの進行方向へ０．５ｍｍである場合を仮定して算出された値である。表１から分かるように、秒速５０ｍ／ｓの速度で打撃されたゴルフボールの場合に、トリガー信号の時間間隔が０．５ｍｓｅｃに設定されていれば、速度誤差は４９ｍ／ｓ〜５１ｍ／ｓの間で変動されることができる。このような２ｍ／ｓの誤差はゴルフボールの飛行距離を算出するにおいて大きい影響を与える。しかし、トリガー信号の時間間隔が２．５ｍｓｅｃに設定されていれば、速度誤差は４９．８ｍ／ｓ〜５０．２ｍ／ｓの間で変動され、従って、トリガー信号の時間間隔を大きくするほどゴルフボールの飛行距離を算出するにおいて誤差を減らすことができる。このような状況は回転誤差の算出においても同様に適用される。
【００３６】
一方、活性ＣＣＤラインに指定されるＣＣＤラインの数や指定方式は必要によって多様に変更されることができる。一例として、活性ＣＣＤラインを指定する時、Ｋ個のＣＣＤラインからなるイメージスキャニングウィンドウを構成した後、イメージスキャニングウィンドウを構成するＣＣＤラインの一番の目ラインから等間隔でＭ個のＣＣＤラインを指定する方式が採用されることができる。
【００３７】
図８にはイメージセンサー４１０を構成するＣＣＤラインの中でゴルフボールの進行方向にゴルフボールの直径の１／２に相応する３３個のＣＣＤライン（即ち、Ｋ＝３３）をイメージスキャニングウィンドウ７１０に設定した例が示されている。図８によれば、イメージスキャニングウィンドウ７１０を３３個のＣＣＤライン（即ち、Ｋ＝３３）で構成した時、ゴルフボールが進行する方向に、イメージスキャニングウィンドウの一番目のＣＣＤライン７２０、九番目のＣＣＤライン７２５、十七番目のＣＣＤライン７３０、二十五番目のＣＣＤライン７３５及び三十三番目のＣＣＤライン７４０が活性化されたＣＣＤラインに指定される。このように活性ＣＣＤラインを指定すれば、イメージセンサー４１０を構成するＣＣＤラインの中で５つのＣＣＤラインの出力信号のみ映像信号に変換するので、イメージセンサー４１０に内蔵されたＡ／Ｄコンバータ４２５の計算負荷を減少させることができる。従って、結果的に秒当たり撮影可能なフレーム数が２５０フレームから３０００フレーム以上に増加される。また、５つの活性ＣＣＤラインをゴルフボール検出ラインとして使用することによって、一つの活性ＣＣＤラインを使用する時と比べてゴルフボールの通過可否を検出する程度を５倍増加させることができる。
【００３８】
図８に示されたように、等間隔で５つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに設定した場合に、マイクロプロセッサ４４０は５つの活性ＣＣＤライン７２０〜７４５の映像を抽出して各ライン別に映像信号を分析し、活性ＣＣＤライン上にゴルフボールが存在するか否かを判別する。一例として、図９に示されたように、ゴルフボールが３つの活性ＣＣＤライン７２０、７２５、７３０上に位置すると、図１０に示されたような撮影映像路から得られた明度値がマイクロプロセッサ４４０に入力される。一方、イメージセンサー４１０の映像撮影周期が１／３０００ｓｅｃで、ゴルフボールの最高速度が８４ｍ／ｓである時、ゴルフボールは１／３０００ｓｅｃの間２８ｍｍを移動する。従って、ゴルフボールの半径寸法のイメージスキャニングウィンドウ７１０内に等間隔に設定された５つの活性ＣＣＤラインによってゴルフボールの有無を判断すれば、５．６ｍｍの間隔でゴルフボールの通過有無をモニタリングする效果を得ることができる。このような方式でマイクロプロセッサ４４０はゴルフボールの通過可否を確認して一番目のトリガー信号を生成するようにトリガー回路４７０に制御命令を出力し、継いで前述したような方法で決められた時間間隔が経過した後、二番目のトリガー信号を生成するようにトリガー回路４７０に制御命令を出力する。
【００３９】
図１１は３つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに指定した例を示した図面である。図１１によれば、第１活性ＣＣＤライン９１０はゴルフボールの打撃の時ゴルフボールの映像獲得領域通過可否を感知するのに用いられる。このような第１活性ＣＣＤライン９１０によるトリガー信号生成過程は、図５を参照して説明した一つのＣＣＤラインを活性ＣＣＤラインに指定してトリガー信号を生成する過程と同様であるので、詳細な説明は省略する。一方、第２活性ＣＣＤライン９２０は第１活性ＣＣＤライン９１０と所定距離（ゴルフボールの半径２１ｍｍ以内でゴルフボールの低速／高速飛行の可否を判断するための臨界値とゴルフボールの可否を判断するための輝度幅の設定値によって可変される）だけ離間されるように設定される。このような第２活性ＣＣＤライン９２０はゴルフボールの速度レベルを判断するために用いられる。即ち、マイクロプロセッサー４４０は、第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０のそれぞれによるゴルフボールの検出時点の間隔と第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０の離間距離に基づいてゴルフボールの飛行速度を算出してゴルフボールの飛行状態を低速モードと高速モードで分ける。このような飛行モードを分ける時、第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０の離間距離は予め設定されているので、実質的にマイクロプロセッサ４４０は第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０のそれぞれによるゴルフボールの検出時点の間隔が予め設定された基準値より大きければ低速モードと判定して、小さければ高速モードと判定する。
【００４０】
前述したように、第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０を利用してゴルフボールの飛行モードを判定する場合に、トリガー信号生成部２１０は二番目のトリガー信号の出力時点を飛行モードによって可変的に決める。例えば、ゴルフボールが高速で動くと判定された場合に、トリガー信号生成部２１０は、第１活性ＣＣＤライン９１０でゴルフボールが感知されて、一番目のトリガー信号を出力した時点から２．５ｍｓｅｃ以後にトリガー信号を出力する。これと異なって、ゴルフボールが低速で動くと判定された場合に、トリガー信号生成部２１０は、第１活性ＣＣＤライン９１０でゴルフボールが感知されて、一番目のトリガー信号を出力した時点から４０ｍｓｅｃ以後にトリガー信号を出力する。このように飛行モードによってトリガー信号の出力間隔を調節する理由は次の通りである。ゴルフの打撃において、パッティングの場合（即ち、低速モード）は、高速移動時に比べてゴルフボールの速度が顕著に低いので、高速移動の時と打撃と同じ時間間隔で映像を撮影する場合に、ゴルフボールの空間上の位置の変化がほとんどない。従って、２．５ｍｓｅｃ間ゴルフボールが移動する距離が非常に小さくなって、パッティング時のゴルフボールの速度と回転を計算するのに誤差が増加する。このような問題点を補うために、パッティングのようにゴルフボールが映像撮影区間を低速で通過する場合にトリガー信号生成部２１０は高速モードと異なって４０ｍｓｅｃの時間間隔で一番目及び二番目のトリガー信号を出力する。
【００４１】
第３活性ＣＣＤライン９３０は、ゴルファーのミスショットによって第１活性ＣＣＤライン９１０と第２活性ＣＣＤライン９２０でゴルフボールとクラブが重なる状況が発生する場合を備えた補助ゴルフボール検出ラインとして使われる。従って、第３活性ＣＣＤライン９３０は選択的に備えることができ、第１活性ＣＣＤライン９１０によるゴルフボール検出方法と同じ方式で動作する。
【００４２】
図１２〜図１５にはトリガー信号生成部２１０によって得られた映像と活性ＣＣＤライン内の明度値が示されている。図１２〜図１５に示されたような映像は、実際使用の時には、リアルタイムで処理するために外部に備えたＰＣに伝送されないで、トリガー信号生成部２１０の設定の時のみ外部に備えられたＰＣに伝送される。また図１２〜図１５の左側映像で活性ＣＣＤラインの位置は自在に変更されることができ、右側映像の大きさは６４０ｘ４８０（ピクセル）で、トリガー信号の出力のために設定される明度レベルの臨界値とゴルフボールの幅に対する臨界値などは必要によって変更されることができる。
【００４３】
図１２の左側映像には活性ＣＣＤラインである水平ライン上に位置したゴルフボール（白色円）とＡ４用紙（白色四角形）が現われ、右側映像にはゴルフボールとＡ４用紙に対応する部分の明度値が明度レベルの臨界値より高く現われている。また図１３の左側映像には活性スキャンライン上に位置したゴルフボール（白色円）が現われ、右側映像にはゴルフボールに対応する部分の明度値が明度レベルの臨界値である水平ラインより高く現われている。また図１４の左側映像は活性ＣＣＤラインである水平ライン上に位置したゴルフボールと極端に横にしたサンドウェッジを撮影した映像で、右側映像にはゴルフボールとサンドウェッジに対応する部分の明度値が明度レベルの臨界値より高く現われている。図１４でゴルフボールの明度幅がサンドウェッジの明度幅より狭いことが分かる。最後に図１５の左側映像は活性ＣＣＤラインである水平ライン上に位置したゴルフボールと極端的に横にしたサンドウェッジを撮影した映像で、右側映像にはゴルフボールに対応する部分の明度値が明度レベルの臨界値より高く、一方、サンドウェッジに対応する部分の明度値は明度レベルの臨界値より低く現われている。
【００４４】
撮影部２２０は映像獲得部２４０から入力されるトリガー信号に基づいてゴルフボールを撮影した後撮影した映像信号を映像獲得部２４０に提供する。図１６には撮影部２００の具体的な構成例が示されている。図１６によれば、撮影部２２０は、４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０で構成される。４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０は映像獲得領域１１６０とスクリーンとの間の天井に２列に設置される。４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０のシャッター速度は１／２５０００の高速に設定される。
【００４５】
この時それぞれの列に配置された複数のカメラには同じトリガー信号が入力される。例えば、第１列に４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０の中の第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０が設置され、第２列に第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０が設置されると、映像獲得領域１１６０と近い第１列に設置された第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に一番目のトリガー信号が同時に入力され、映像獲得領域１１６０と遠い第２列に設置された第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に二番目のトリガー信号が同時に入力される。４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０中央地点にはトリガー信号生成部２１０として機能するエリアカメラ１１５０が配置される。一方、第１エリアカメラ１１１０から映像獲得領域までの距離と第２エリアカメラ１１２０から映像獲得領域までの距離は同じく設定される。そして第３エリアカメラ１１３０から映像獲得領域１１６０までの距離と第４エリアカメラ１１４０から映像獲得領域１１６０までの距離も同じく設定される。さらに、撮影部２２０に備えられた４つのエリアカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０の映像獲得領域１１６０が一致するように設定されることが好ましい。
【００４６】
このように構成された撮影部２２０による撮影過程を説明すれば次の通りである。まず、トリガー信号生成部２１０から出力された一番目のトリガー信号が映像獲得部２４０に備えられたフレームグラバを経って第１列に配置された第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に入力されると、第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０はそれぞれ映像を撮影して映像獲得部２４０に備えられたフレームグラバに出力する。次に、トリガー信号生成部２１０から出力された二番目のトリガー信号が映像獲得部２４０に備えられたフレームグラバを経って第２列に配置された第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に同時に入力されると、第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０はそれぞれ映像を撮影して映像獲得部２４０に備えられたフレームグラバに出力する。図１７〜図１９にはそれぞれトリガー信号生成部２１０に備えられたエリアカメラ１１５０による映像撮影、第１列に配置された第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０による映像撮影、及び第２列に配置された第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０による映像撮影過程が示されている。
【００４７】
一方撮影部２２０に２．５ｍｓｅｃ内に二枚以上の映像を撮影することができる性能を有するエリアカメラが採用される場合には、トリガー信号生成部２１０の左右にそれぞれ１台ずつ計二台のエリアカメラのみ設置することができる。このように、撮影部２２０を構成する場合にも二台のエリアカメラの撮影領域は同一に形成され、それぞれのトリガー信号は同時に二台のエリアカメラに入力される。
【００４８】
照明部２３０は照度が一定に保持される持続光を放出する照明器具で構成される。照明部２３０を構成する照明器具は撮影部２２０に隣接して設置され、従って、第１エリアカメラ１１１０と第４エリアカメラ１１２０の外側と第２エリアカメラ１１２０と第３エリアカメラ１１３０の外側にそれぞれ設置される。照明部２３０を構成する照明器具は映像撮影領域１１６０より大きい領域を照らすことができる配光角を有することが好ましく、映像撮影領域１１６０での最小照度は約５０００Ｌｕｘ以上を保持することが好ましい。
【００４９】
映像獲得部２４０はトリガー信号生成部２１０から入力されたトリガー信号を撮影部２２０に提供し、撮影部２２０から入力された映像を貯蔵するか情報測定部２５０に提供する。このような映像獲得部２４０はフレームグラバで構成され、撮影部２２０に対する同期信号提供、トリガー信号提供、映像変換、映像貯蔵などの機能を行う。まず、映像獲得部２４０は撮影部９２２０に備えられたカメラに同期信号を提供する。次に、トリガー信号生成部２１０から一番目のトリガー信号が入力されると、第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時にトリガー信号を提供し、トリガー信号生成部２１０から二番目のトリガー信号が入力されると、第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に同時にトリガー信号を提供する。最後に、映像獲得部２４０はそれぞれのカメラから入力された映像をデジタル映像に変換してから貯蔵する。この時、撮影部２２０から入力された映像はフレームグラバによってデジタル映像に変換された後、フレームグラバに備えられた貯蔵媒体または外部の貯蔵媒体に貯蔵される。そして貯蔵されたデジタル映像は情報測定部２５０に入力される。
【００５０】
情報測定部２５０はインストールされている映像処理プログラムを駆動して、映像獲得部２４０から提供されたデジタル映像から空間上でゴルフボールの飛行情報（即ち、飛行速度、飛行方向、回転速度、回転軸など）を算出する。まず、情報測定部２５０はそれぞれのデジタル映像からゴルフボールの中心を検出し、ステレオキャリブレーション技術によって一番目の撮影時点と二番目の撮影時点それぞれに対応して空間でのゴルフボールの位置とゴルフボールの表面に表示された点の位置を検出する。次に、情報測定部２５０は一番目の撮影時点と二番目の撮影時点それぞれに対応して検出された空間上でのゴルフボールの位置及びゴルフボールの表面に表示された点の位置に基づいてゴルフボールの速度、進行方向、回転速度、回転角度などの飛行情報を算出する。そして付加的に情報測定部２５０はゴルフボールの飛行情報から抗力、回転などが考慮された運動方程式の解を求めてゴルフボールの軌跡を計算することができる。
【００５１】
このような情報測定部２５０によるゴルフボールの飛行情報を算出する過程で必要な技術は、空間上の位置を把握するためのステレオキャリブレーション技術とゴルフボールの回転情報算出技術である。以下では、本発明で利用されるステレオキャリブレーション技術とゴルフボールの回転情報算出技術について詳細に説明する。
【００５２】
ステレオキャリブレーション技術は、二つ以上の異なる位置の映像を利用して得た情報を利用して空間上の正確な位置を測定する技法である。情報測定部２５０はこのようなステレオキャリブレーション技術によってゴルフボールの空間上の位置と回転量を計算する。図２０はステレオキャリブレーション技術の原理を示した図面である。図２０によれば、ステレオキャリブレーションによって空間上の位置Ｍ点を認識するために二台のカメラ１３１０、１３２０が必要である。このような二台のカメラ１３１０、１３２０の設置情報（二台のカメラの空間上の座標Ｏｃｌ、Ｏｃｒ、二台のカメラの間の距離Ｔ−基準線の長さ、二台のカメラの焦点距離を中心に二台のカメラの間の角度Ｒなど）が与えられた時、二台のカメラ１３１０、１３２０によって撮影されたそれぞれの映像１３１５、１３２５から空間上の位置Ｍ点に対応する点であるｍｌとｍｒからＭ点の空間上の位置が分かる。ステレオキャリブレーションは二つの段階で構成される。まず、それぞれのカメラ１３１０、１３２０が撮影した二つの映像の間で３次元空間上で同じ点を表す対応店を検索する。このように、二つの映像で対応される点を検索する過程を通常映像マッチング（ｉｍａｇｅｍａｔｃｈｉｎｇ）と言う。次に与えられた３次元点の座標がカメラ中心に投影される光線とそれぞれの映像に対応される点の交差という観点で３次元構造を復元する。このような過程を３次元構造復元（ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）という。
【００５３】
このようなステレオキャリブレーション技術を適用するためには、まず左右２台のカメラに対するカメラキャリブレーションが行われなければならない。カメラキャリブレーションは空間上に位置した３次元の点Ｍとその点がカメライメージ上に表現された２次元の点ｍとの関係式を求める過程に記述され、これは次の数学式で表現される。
【数４】
0005519708.tif 000006
【００５４】
ここで、（ｍ）ティルダは２次元の点座標、
【００５５】
（Ｍ）ティルダは３次元の点座標、そして、Ｐはカメラ変換行列である。
【００５６】
カメラキャリブレーションは、普通空間上の位置が分かる標識点が附着されているキャリブレーション道具を利用して行われる。この時３次元映像復元が必要な所にキャリブレーション道具を位置した後、カメラでキャリブレーション道具のイメージを獲得して、キャリブレーション道具上に位置した標識点の位置とイメージ上の標識点の位置を利用してカメラ変換行列を求める。図２１には現在使用中であるカメラキャリブレーション道具が示されている。図２１によれば、黒い円が標識点で、黒い円の中心座標を使ってカメラキャリブレーションを行う。標識点は互いに異なる空間上に位置した６つ以上が必要であり、３次元映像復元が必要な領域に均一に分布するのが正確性に有利である。また標識点座標の誤差は３次元映像復元によって求めた空間上の座標の誤差に直接影響を及ぼすので、最大０．１ｍｍ以内でなければならない。以上で説明したステレオキャリブレーション技法及びカメラキャリブレーションは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば公知の事項であるのでより詳細な説明は省略する。
【００５７】
一方、本発明でゴルフボールの回転情報はゴルフボールに印刷された特定のパターンに基づいて算出される。従来のゴルフボールの回転情報を算出する方法の中の一つはゴルフボールの表面にゴルフボールの中心を円の中央にし、ゴルフボールの表面上の二点を交差点として有する複数のマーカーラインを印刷した後、カメラで高速撮影してゴルフボールの回転情報を算出する方法を用いる。しかし、このような方法は、ゴルフボールの回転角度が１２０゜以上である場合、ゴルフボールの回転方向を判断することができないため、ゴルフボールが１２０゜以上回転する前に二つの映像を撮影しなければならない。また、従来のゴルフボールの回転情報を算出する方法の中のもう一つはゴルフボールの表面に複数の点を印刷した後、カメラで高速撮影してゴルフボールの回転情報を算出する方法を用いる。しかし、このような方法もゴルフボールの回転角度が１８０゜以上である場合、ゴルフボールの回転方向を判断することができないため、ゴルフボールが１８０゜以上回転する前に二つの映像を撮影しなければならない。従来のゴルフボール回転情報算出方法は、ゴルフボールの回転角度による回転方向の問題を考慮していないため、ゴルフボールの回転角度を正確に測定するためには高価の高速カメラを採用しなければならないという問題がある。
【００５８】
これと異なって、本発明ではトリガー信号を生成するトリガー信号生成部２１０がゴルフボールの最大飛行速度及び最大回転速度を考慮して、一番目のトリガー信号を出力した後、ゴルフボールが１８０゜以上回転する前に、二番目のトリガー信号を出力してゴルフボールの正確な回転情報を測定することができるようにする。さらに、本発明はゴルフボールをどの方向で見ても互いに異なるように、マーキングパターンが表面に印刷されたゴルフボールを利用してゴルフボールの回転情報を測定する。このようなマーキングパターンは点または線からなることができる。
【００５９】
マーキングパターンが点からなる場合に、図２２に示されたように、任意に三つの点を選択して作られたそれぞれの三角形が全て異なるように（即ち、三角形の形状または大きさが異なるように）ゴルフボールの表面にマーキング点が印刷される。このようにマーキング点を利用する場合には、ゴルフボールの表面を８つの領域に均等に分割した後、それぞれの分割された領域に３つ以上の点を互いにことなる配置構造を有するように印刷する方法が適用されることができる。また、マーキングパターンが点からなる場合に、図２３に示されたように、ゴルフボールの上半球と下半球にそれぞれ軸は一致し、且つ直径は互いに異なる仮想の円上にマーキング点を印刷することもできる。この時、それぞれの仮想の円状に印刷するマーキング点はそれぞれの仮想の円を４等分してなる円弧の中で互いに対向する円弧には互いに異なる個数または間隔でマーキング点が配置されなければならない。マーキングパターンを点で形成する場合には、映像処理が容易で、点の中心の計算だけで、ステレオキャリブレーション技法によって空間上の位置を迅速に分かることができる利点がある。また、多様なパターンの印刷が容易で、複数の点を印刷することによって、光の散乱によって鮮明に撮影されなかったた点が一部存在する場合にも、残り点によって回転情報を計算することができるという利点がある。
【００６０】
一方、マーキングパターンが線からなる場合に、図２４に示されたように、ゴルフボールの中心を円の中央とする第１円がゴルフボールの表面に印刷され、第１円より直径の小さい第２円が第１円と交差されないようにゴルフボールの表面に印刷される。またマーキングパターンが線からなる場合に、図２５に示されたように、ゴルフボールの上半球と下半球にそれぞれ直径が互いに異なる円を印刷することもできる。このような方式でゴルフボールの表面に円を印刷すれば、ゴルフボールをどの方向で見ても互いに異なるパターンが見えるようになる。以上のようなマーキングパターンは使用者が認識できないように赤外線塗料によって印刷されることができ、この場合、上述したカメラは全て赤外線カメラに変更されるか、赤外線領域で高感度を有するカメラが採用されなければならない。同時にゴルフボールの表面に印刷されるマーキングパターンはこの以外にも多様な方法が存在し、ゴルフボールをどの方向で見ても互いに異なるパターンが見えるようにする条件さえ満足すれば本発明の範囲に含まれることは当然である。
【００６１】
以下では、本発明で用いるゴルフボールの回転情報測定技法について詳細に説明する。
【００６２】
本発明では、ゴルフボールの回転情報を計算するために、４台のカメラ１１１０、１１２０、１１３０、１１４０を利用して、それぞれのトリガー信号が入力される時点に同一列に配置された二台のカメラ１１１０及び１１２０、１１３０及び１１４０によって撮影された映像に存在するゴルフボールの表面に印刷された点のパターンを分析してボールの回転を計算する。即ち、ゴルフボールを感知したトリガー信号生成部２１０によって生成された一番目のトリガー信号が第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に入力される瞬間に第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０がゴルフボールの映像を撮影し、一番目のトリガー信号の生成時点から所定時間経過した時点に、トリガー信号生成部２１０によって生成された二番目のトリガー信号が第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に入力される瞬間に第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０がゴルフボールの映像を撮影する。
【００６３】
図２６〜図２９には第１エリアカメラ１１１０及び第２エリアカメラ１１２０が撮影した映像内のゴルフボール映像からゴルフボールの回転情報を算出する過程が示されている。図２６〜図２９によれば、二台のエリアカメラ１１１０、１１２０は所定距離離れて配置されているので、それぞれのカメラ１１１０、１１２０の撮影した映像は互いに異なる。この時、ゴルフボールの表面領域はゴルフボールを眺める時左側に位置した第１エリアカメラ１１１０が撮影したゴルフボール映像１５１０と右側に位置した第２エリアカメラ１１２０が撮影したゴルフボール映像１５２０に全て撮影される領域１５３０、第１エリアカメラ１１１０が撮影したゴルフボール映像１５１０のみに撮影される領域１５３２、そして第２エリアカメラ１１２０が撮影したゴルフボール映像１５１０のみに撮影される領域１５３４が存在するようになる。これは第３エリアカメラ１１３０及び第４エリアカメラ１１４０によってそれぞれ撮影されたゴルフボール映像も同一である。
【００６４】
情報測定部２５０は第１列に配置された二台のカメラ１１１０、１１２０によって同時に撮影されたそれぞれのゴルフボール映像で共通する領域１５３０に存在するマーキング点に対してステレオキャリブレーション技法を適用して３次元空間上の座標を算出する。また情報測定部２５０は第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に撮影されない領域１５３２、１５３４に存在するマーキング点の空間座標をゴルフボールの方程式とカメラの位置情報を利用して計算する。図２８には一番目のトリガー信号に対応するゴルフボールに対して検出されたマーキング点が示されている。
【００６５】
次に、情報測定部２５０は予め貯蔵されている参照パターンデータの中で互いに異なる時点（Ｖｉｅｗ  Ｐｏｉｎｔ）で撮影されたゴルフボール映像から得られたゴルフボールのマーキング点に対する空間座標の中で予め設定された個数（例えば、３つ）だけのマーキング点からなる形状１５４０と同じ参照パターン１５４２を検出する。この時、参照パターンデータはゴルフボールの中心を３次元座標上の原点に位置させた後得られたゴルフボールの表面に印刷されたマーキング点によって形成されることができる任意の多角形（予め設定された個数が３つであれば三角形）を構成するマーキング点の座標である。
【００６６】
次に、情報測定部２５０は予め設定された数だけの選択されたマーキング点を同じ参照パターン１５４２と一致させるための変換行列（ロ−ル角（ｒｏｌｌ  ａｎｇｌｅ）、ヨー角（ｙａｗ  ａｎｇｌｅ）及びピッチ角（ｐｉｔｃｈ  ａｎｇｌｅ）の変化量を因子にする行列）を算出する。この時、正確な回転情報を算出するためには共通する領域１５３０に存在するマーキング点は少なくとも５つ以上必要であり、情報測定部２５０は共通する領域１５３０に存在するマーキング点の中で最小５つのマーキング点を選択した後、これら選択されたマーキング点で構成することができる三角形状の１０個それぞれに対して参照パターンの検出及び変換行列の算出過程を繰り返す。共通する領域１５３０に存在するマーキング点が５つ未満である場合、それぞれのゴルフボール映像１５１０、１５２０のみに存在する領域１５３２、１５３４の中で追加的なマーキング点を選択して最小５つのマーキング点が選択されるようにする。共通する領域１５３０に存在するマーキング点を優先的に選択する理由は、このようなマーキング点は二台のカメラ１１１０、１１２０によって撮影されたマーキング点の空間上の座標がより正確であるからである。このように繰り返して算出された１０個の変換行列の中で次の数学式によって算出される誤差値が最小である変換行列を一番目のトリガー信号に対応するゴルフボールの第１変換行列に決める。
【数５】
0005519708.tif 000007
【００６７】
ここで、Ｄｉはｎ個のマーキング点の中で任意に選択された３つのマーキング点それぞれの３次元空間上での座標値と任意に選択された３つのマーキング点に対して算出された変換行列によって残り２つのマーキング点を変換して得た２次元空間上での座標値それぞれに対して対応する検出された参照パターンを構成するマーキング点の間の距離として次の数学式に表れる。
【数６】
0005519708.tif 000008
【００６８】
ここで、Ｐｘ、ｙ、ｚ［ｉ］は各マーキング点の座標値であり、Ｐｒｘ、ｙ、ｚ［Ｉｄｘ［ｊ］］はそれぞれＰｘ、ｙ、ｚ［ｉ］に対応する参照パターンのマーキング点の座標値である。
【００６９】
この時、第１変換行列を決める方法は繰り返して算出された変換行列の平均値を取る方法、誤差値が所定範囲内に存在する変換行列の平均を取る方法など多様な方法が採用されることができる。また、情報測定部２５０は第１変換行列から一番目のトリガー信号に対応するゴルフボールの回転角（即ち、ロ−ル角、ヨー角及びピッチ角）を算出する。以上の過程を通じて一番目のトリガー信号によって撮影されたゴルフボール映像からゴルフボールの回転情報を現わす第１変換行列ＭＡＲが決まると、情報検出部２５０は二番目のトリガー信号に対応して第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０によって撮影された映像からゴルフボールの回転情報を現わす第２変換行列ＭＢＲを決める。
【００７０】
図３０〜図３２には情報測定部２５０が第２変換行列を決める過程が示されている。図３０〜図３２によれば、情報測定部２５０は第２列に配置された二台のカメラ１１３０、１１４０によって同時に撮影されたそれぞれのゴルフボールの映像で共通する領域１６３０に存在するマーキング点に対してステレオキャリブレーション技法を適用して３次元空間上の座標を算出する。この時、情報測定部２５０は第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に同時に撮影されない領域１６３２、１６３４に存在するマーキング点の空間座標をゴルフボールの方程式とカメラの位置情報を利用して計算する。次に情報測定部２５０は一番目のトリガー信号に対応して撮影された映像に対する処理過程と同じく予め貯蔵されている参照パターンデータの中で互いに異なる時点（Ｖｉｅｗ  Ｐｏｉｎｔ）で撮影されたゴルフボール映像から得られたゴルフボールのマーキング点に対する空間座標の中で予め設定された個数（例えば、３つ）だけのマーキング点からなる形状１６４０と同じ参照パターン１６４２を検出する。この時、図３１に示されたように、共通する領域１６３０に存在するマーキング点が４つであるので、それぞれのゴルフボール映像１６１０、１６２０のみ存在する領域１６３２、１６３４の中で第３エリアカメラ１１３０が撮影したゴルフボール映像のみに存在する領域１６３２で追加的なマーキング点を選択して最小５つのマーキング点が選択されるようにする。次に情報測定部２５０は選択された５つのマーキング点で構成することができる三角形状の１０個それぞれに対して参照パターンの検出及び変換行列の算出過程を繰り返す。情報測定部２５０はこのように繰り返して算出された１０個の変換行列の中で最小誤差値を有する変換行列を二番目のトリガー信号に対応する第２変換行列ＭＢＲに決める。
【００７１】
以上の過程を通じて、一番目のトリガー信号及び二番目のトリガー信号によって撮影されたゴルフボールの映像からゴルフボールの回転情報を現わす第１変換行列ＭＡＲと第２変換行列ＭＢＲが決まると、情報測定部２５０は次の数学式によって一番目のトリガー信号に撮影された映像内のゴルフボールに対する変換行列ＭＡＲと二番目のトリガー信号に撮影された映像内のゴルフボールに対する変換行列ＭＢＲから最終的な変換行列ＭＡＢを算出する。
【数７】
0005519708.tif 000009
【００７２】
情報測定部２５０は数学式７によって得られた最終的な変換行列から二つの撮影時点の間に行われたゴルフボールの回転情報（回転速度及び回転軸）を算出する。そして付加的に情報測定部２５０は与えられた環境変数と算出されたゴルフボールの飛行情報及び回転情報を利用してゴルフボールの飛行軌跡とバウンディング情報を算出することができる。この時、環境変数にはホール全体の地形情報（フェアウェー、ラフなどのような地形種類、地形の密度、地形の傾斜度など）、ゴルフボールが飛行する大気情報（湿度、空気密度、風の方向、風の強さ、抗力係数、揚力係数など）などが含まれる。
【００７３】
図３３は本発明による球形物体の飛行情報測定方法に対する好ましい実施形態の実行過程を示したフローチャートである。
【００７４】
図３３によれば、トリガー信号生成部２１０は活性ＣＣＤラインによって撮影された映像からゴルフボールが検出されると、第１トリガー信号を生成して映像獲得部２３０に出力する（Ｓ１８００）。映像獲得部２４０は撮影部２２０を構成する２列に配置された４つのエリアカメラの中で第１列に位置する第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に第１トリガー信号を提供する（Ｓ１８１０）。第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０は第１トリガー信号が入力されると、同じ映像獲得領域を撮影してそれぞれ第１映像及び第２映像を映像獲得部２４０に出力する（Ｓ１８２０）。図３４には第１トリガー信号に対応する第１映像及び第２映像が示されている。次に、トリガー信号生成部２１０は第１トリガー信号を出力した時点から予め設定された時間間隔（例えば、２．５ｍｓｅｃ）経過した後第２トリガー信号を生成して映像獲得部２４０に出力する（Ｓ１８３０）。継いで、映像獲得部２４０は撮影部２２０を構成する２列に配置された４つのエリアカメラの中で第２列に位置する第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０に同時に第２トリガー信号を提供する（Ｓ１８４０）。第３エリアカメラ１１３０と第４エリアカメラ１１４０は第２トリガー信号が入力されると、同じ映像獲得領域を撮影してそれぞれ第３映像及び第４映像を映像獲得部２４０に出力する（Ｓ１８５０）。図３５には第２トリガー信号に対応する第３映像及び第４映像が示されている。
【００７５】
情報測定部２５０は第１映像、第２映像、第３映像及び第４映像に対してそれぞれステレオキャリブレーション技法を適用して第１トリガー信号及び第２トリガー信号に対応するゴルフボールの空間上の位置を算出する（Ｓ１８６０）。情報測定部２５０は算出されたゴルフボールの空間上の位置に基づいてゴルフボールの速度、打撃角度、離脱角度を算出する（Ｓ１８７０）。次に情報測定部２５０は第１映像乃至第４映像に対して映像処理（雑音除去、境界検出など）を行ってからゴルフボール部分を拡大して第１ゴルフボール映像乃至第４ゴルフボール映像を得る（Ｓ１８８０）。図３６には映像処理して得られたゴルフボール映像の例が示されている。次に情報測定部２５０は第１ゴルフボール映像乃至第４ゴルフボール映像に基づいてゴルフボールの回転情報を算出する（Ｓ１８９０）。
【００７６】
図３７は情報測定部２５０によるゴルフボールの回転情報を算出する過程を示したフローチャートである。
【００７７】
図３７によれば、情報測定部２５０は第１列に配置されたエリアカメラ１１１０、１１２０によって撮影された映像から得られたそれぞれのゴルフボール映像内のマーキング点に対して前述したステレオキャリブレーション技法を適用して空間上の座標を算出する（Ｓ２１００）。次に情報測定部２５０は第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に撮影されないマーキング点の空間座標をゴルフボールの方程式とカメラの位置情報を利用して計算する（Ｓ２１１０）。次に情報測定部２５０は第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に撮影されたマーキング点の数が予め設定された基準個数（例えば、５つ）以上である場合（Ｓ２１２０）、該マーキング点の中で５つのマーキング点を選択する（Ｓ２１３０）。第１エリアカメラ１１１０と第２エリアカメラ１１２０に同時に撮影されたマーキング点の数が予め設定された基準個数（例えば、５つ）未満である場合（Ｓ２１２０）、第１エリアカメラ１１１０または第２エリアカメラ１１２０のみによって撮影されたマーキング点の中で不足する個数のマーキング点を選択して追加する（Ｓ２１４０）。次に情報測定部２５０は参照パターンデータの中で選択された５つのマーキング点の中で３つのマーキング点を選択して作ることができる三角形状それぞれと同じ大きさと形状の三角形を検索する（Ｓ２１５０）。次に情報測定部２５０は選択された５つのマーキング点の中で３つのマーキング点を選択して作ることができる三角形状それぞれを参照パターンデータの中で検出された参照パターンと一致させるためのそれぞれの変換行列（ＭＡＲ１〜ＭＡＲ１０）を算出し、算出された第１変換行列の中で数学式  ５に表れる誤差値が最小になるようにする変換行列を第１トリガー信号によって撮影されたゴルフボール映像からゴルフボールの回転情報を現わす最終的な第１変換行列ＭＡＲに決める（Ｓ２１６０）。
【００７８】
以上で説明したＳ２１００段階乃至Ｓ２１６０段階は、第２列に配置されたエリアカメラ１１３０、１１４０によって撮影された映像に対しても順次に行われて第２変換行列ＭＢＲを決める（Ｓ２１７０）。次に情報測定部２５０は数学式７を利用して第１トリガー信号に撮影された映像内のゴルフボールに対する変換行列ＭＡＲと第２トリガー信号に撮影された映像内のゴルフボールに対する変換行列ＭＢＲから最終的な変換行列ＭＡＢを算出する（Ｓ２１８０）。次に、情報測定部２５０は数学式７によって得られた最終的な変換行列とそれぞれのトリガー信号の時間間隔から二つの撮影時点の間に行われるゴルフボールの回転情報（回転速度及び回転軸）を算出する（Ｓ２１９０）。そして、付加的に情報測定部２５０は与えられた環境変数と算出されたゴルフボールの飛行情報及び回転情報を利用してゴルフボールの飛行軌跡とバウンディング情報を算出することができる。図３８には情報測定部２５０によって算出されたゴルフボールの飛行情報及び回転情報、またゴルフボールの飛行軌跡が示されている。
【００７９】
さらに、本発明はコンピューターで読み取り可能な記録媒体にコンピューターが読み取ることができるコードで具現することが可能である。コンピューターで読み取り可能な記録媒体は、コンピューターシステムによって読み取れるデータが貯蔵される全ての種類の記録装置を含む。コンピューターが読み取ることができる記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）、光データ貯蔵装置などがあり、またキャリアウエーブ（例えばインターネットによる伝送）の形態で具現されることも含む。またコンピューターが読み取ることができる記録媒体はネットワークで連結されたコンピューターシステムに分散されて、分散方式でコンピューターが読み取ることができるコードが貯蔵されて実行されることができる。
【００８０】
以上で本発明の好ましい実施形態につして図を参照して説明したが、本発明は上述した特定の好ましい実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であることは勿論で、そのような変更は特許請求の範囲に記載された範囲に属するべきである。
【図１】
0005519708.tif 000016
【図２】
0005519708.tif 000017
【図３】
0005519708.tif 000018
【図４】
0005519708.tif 000019
【図５】
0005519708.tif 000020
【図６】
0005519708.tif 000021
【図７】
0005519708.tif 000022
【図８】
0005519708.tif 000023
【図９】
0005519708.tif 000024
【図１０】
0005519708.tif 000025
【図１１】
0005519708.tif 000026
【図１２】
0005519708.tif 000027
【図１３】
0005519708.tif 000028
【図１４】
0005519708.tif 000029
【図１５】
0005519708.tif 000030
【図１６】
0005519708.tif 000031
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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