(57)【要約】【課題】光線銃を使った射撃競技に用いられる標的装置のコストダウンを図る。【解決手段】中心点Ｏ及びこの中心点Ｏから同心円状に広がる得点帯が並ぶ標的１１を備え、この標的１１に光線銃から発射された光弾が着弾する筐体１に、標的１１を含んだ画像を一秒間当たり所定枚数撮影するカメラ２と、演算処理するＰＣ３とが収容され、ＰＣ３が、選別手段によって標的１１に光弾が着弾している着弾点Ｚを含んだ着弾点画像を選別し、着弾点座標特定手段及び中心点座標特定手段によって着弾点画像に含まれる着弾点Ｚ及び標的１１の中心点Ｏの画像上の位置を特定し、距離算定手段によって着弾点Ｚ及び標的の中心点Ｏの間の距離を算定し、この距離に基づいて得点算出手段によって得点を算出する演算処理する標的装置Ａを構成する。【選択図】図３
2014126242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心点及びこの中心点から同心円状に広がる得点帯が並ぶ標的を備え、この標的に光線銃から発射された光弾が着弾する筐体と、
前記標的を含んだ画像を一秒間当たり所定枚数撮影する光学系撮影手段と、
前記画像から、前記標的に前記光弾が着弾している着弾点を含んだ着弾点画像を選別し、前記着弾点画像に含まれる着弾点及び前記標的の中心点の画像上の位置を特定し、前記画像上の位置に基づいて得点を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする標的装置。
【請求項２】
前記演算手段は、
前記画像からデータの２値化変換操作を通じて前記着弾点画像のみを選別する選別手段と、
前記着弾点画像に含まれる着弾点の重心を求め、前記着弾点の画像上の位置である着弾点座標を特定する着弾点座標特定手段と、
前記標的の中心点の画像上の位置である中心点座標を特定する中心点座標特定手段と、
前記着弾点座標と前記中心点座標との間の距離を算定する距離算定手段と、
前記距離に基づいて得点を算出する得点算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の標的装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線銃を使った射撃競技に用いられる標的装置に関し、製作精度をシビアにすることなく、標的に打ち込まれた光弾の正確な得点を算出することができる標的装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
銃砲刀剣類所持等取締法の厳しい規制下にある日本において、光線銃を使った射撃は、所持等に許可が必要とならずに誰もが手軽に楽しめるスポーツとして振興、普及が図られてきた。その結果、光線銃による射撃競技が国民体育大会（国体）の正式種目の１つとなり、最近では、近代五種競技の射撃種目において光線銃の一種であるレーザーピストルが導入されるに至っている。
【０００３】
光線銃を使った射撃競技では、光線銃から発射され、着弾した光弾の標的上の位置を正確に特定し、その得点を算出する機能を備えた標的装置が必要となる。出願人はこれまでに、光線銃を使った射撃に適用可能な高性能の電子標的装置を開発し、下記特許文献１で提案している。また、下記特許文献２では、光弾の着弾点の位置特定の精度向上に資する射撃システムの標的位置調整方法についての発明が提案されている。
【０００４】
光弾の着弾点の位置を精度良く特定するには、下記特許文献２に記載されているように、標的装置に設定される標的上の光弾の着弾座標を厳密に計測することが重要である。着弾座標を厳密に計測するには、標的面と光電変換面との間の相対的位置関係を競技開始前に厳密に調整することが重要である。このため、例えば、下記特許文献１に記載されているようなＣＣＤリニアイメージ受光センサの標的面に対する配置位置は製作上、機械的座標系とＣＣＤリニアイメージ受光センサの光電変換面上の座標を一致させるため、１ｍｍ以下の誤差に収めなければならないという厳しい要請がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４９６０６４号公報
【特許文献２】特開２００３−３８８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来の標的装置は製作精度が厳しいために、精度を整備するための専用の部品、専門の技術者等が必要となったり、特許文献２に提案されているような特殊な方法が必要となったりするので、コスト高となる傾向にあった。また、下記特許文献１に記載された標的装置では、ＣＣＤリニアイメージ受光センサを十文字に配置し、標的面に着弾した光弾の外側の位置を計測する必要があるので、上下左右に標的の３倍の大きさが必要となって、標的及びＣＣＤリニアイメージ受光センサを収容する筐体のサイズが大きくなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑み提案され、製作精度をシビアにすることなく標的に打ち込まれた光弾の正確な得点を算出することができ、筐体サイズを小型化することができ、かつ、製作コストを抑えることが可能な標的装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る標的装置は、中心点及びこの中心点から同心円状に広がる得点帯が並ぶ標的を備え、この標的に光線銃から発射された光弾が着弾する筐体と、前記標的を含んだ画像を一秒間当たり所定枚数撮影する光学系撮影手段と、前記画像から、前記標的に前記光弾が着弾している着弾点を含んだ着弾点画像を選別し、前記着弾点画像に含まれる着弾点及び前記標的の中心点の画像上の位置を特定し、前記画像上の位置に基づいて得点を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
特に、上記演算手段が、前記画像からデータの２値化変換操作を通じて前記着弾点画像のみを選別する選別手段と、前記着弾点画像に含まれる着弾点の重心を求め、前記着弾点の画像上の位置である着弾点座標を特定する着弾点座標特定手段と、前記標的の中心点の画像上の位置である中心点座標を特定する中心点座標特定手段と、前記着弾点座標と前記中心点座標との間の距離を算定する距離算定手段と、前記距離に基づいて得点を算出する得点算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る標的装置は、光学系撮影手段が撮影した着弾点画像に含まれる着弾点及び標的の中心点の画像上の位置を特定し、この画像上の位置に基づいて得点を算出する演算手段を備える構成である。したがって、従来のように標的に着弾した光弾の着弾点の外側を計測する必要がなく、筐体サイズを小型化することができる。理論的には、標的の直径と同じサイズの筐体サイズを実現することができる。特に、着弾点画像から着弾点の位置及び標的上の位置を特定し、この画像上の位置に基づいて得点を算出する構成のため、機械的座標系と光電変換面上の座標を一致させる必要がなく、光学系撮影手段を筐体内の設置する位置等の精度を緩和することができる。具体的には、光学系撮影手段の設置精度を凡そ５ミリ程度まで緩和することができ、汎用品を使うことが可能となる。一秒間当たり所定枚数の画像を撮影する機能を備える限り、光学系撮影手段は市販のもの（例えば、市販のＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ）で本発明を構成することができ、更なるコストダウンを図ることもできる。
【００１１】
本発明では、演算手段が、着弾点画像のみを選別する選別手段と、着弾点座標を特定する着弾点座標特定手段と、中心点座標を特定する中心点座標特定手段と、着弾点座標と中心点座標との間の距離を算定する距離算定手段と、得点を算出する得点算出手段とを備える構成である。したがって、特殊な演算を必要とすることがないので、製作コストを更に抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る標的装置の構成の概略を示した概略説明図である。
【図２】図１の標的装置を平断面視し、その要部を示した要部説明図である。
【図３】本発明に係る標的装置の動作の全体を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る標的装置について、一実施形態を図面とともに説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明の構成を具現化した一例に過ぎず、特許請求の範囲に記載した事項を逸脱しないで設計変更することができる。
【００１４】
本発明に係る標的装置Ａは、図１及び図２に示すように、中心点Ｏ及びこの中心点Ｏから同心円状に広がる得点帯が並ぶ標的１１を備え、この標的１１に光線銃から発射された光弾が着弾する筐体１に、標的１１を含んだ画像を１秒当たり所定枚数、例えば、１秒当たり３０枚撮影する機能を有する光学系撮影手段としてのカメラ２（図２参照）と、カメラ２が撮影した画像から、標的１１に光弾が着弾している着弾点Ｚを含んだ着弾点画像を選別し、着弾点画像に含まれる着弾点Ｚ及び標的１１の中心点Ｏの画像上の位置を特定し、この位置に基づいて得点を算出する演算手段としてのパーソナルコンピュータ（以下、「ＰＣ」と称する。）３と、が収容されて構成されている。ＰＣ３は、その出力が筐体１外のプリンタ４に接続されている。
【００１５】
カメラ２は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のビデオカメラ等に広く使用されている半導体素子である固体撮像素子を備えた所謂デジタルカメラが採用され得る。また、レンズの焦点位置及び撮影可能な範囲にも依るが、カメラ２は、例えば、標的１１から１００〜４００ｍｍ後方であって、レンズの中心と標的の中心点Ｏとのズレが上下、左右、前後のすべて方向に５ｍｍ程度まで許容されて載置される。これにより、カメラ２が撮影した画像に標的１１の全体が必ず含まれるとともに、後述するようにＰＣ３によって正確な得点が算出され得るようになる。カメラ２が撮影する画像は、カラーであることが好ましい。
【００１６】
ＰＣ３は、カメラ２が撮影した画像を取り込み、データの２値化変換操作を通じて標的１１に光弾が着弾している着弾点Ｚを含む着弾点画像のみを選別する選別手段と、着弾点画像に含まれる着弾点Ｚの重心を求め、着弾点Ｚの画像上の位置である着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）を特定する着弾点座標特定手段と、標的１１の中心点Ｏの画像上の位置である中心点座標（ｓＸ，ｓＹ）を特定する中心点座標特定手段と、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）と中心点座標（ｓＸ，ｓＹ）との間の距離を算定する距離算定手段と、距離算定手段が算定した距離に基づいて得点を算出する得点算出手段とを備えている。具体的には、ＰＣ３には、その処理の用に供するプログラムが備えられ、プログラムによっての各種の手段が実行される。カメラ２とＰＣ３とは、例えば、ＵＳＢケーブル等の有線又は無線により接続されている。
【００１７】
本実施形態において、ＰＣ３が筐体１内に収容されている構成が説明されるが、演算手段は上述した各種の手段を備える限り、筐体１外の、例えば、競技大会等で所定の場所に載置されるパーソナルコンピュータ等の演算手段を活用することができる。得点算出手段により算出された得点は、ＰＣ３の出力を通じて接続されている筐体１外のプリンタ４で印刷され、競技者がそれを知ることができる。このほか、本発明に係る標的装置は、公知のディスプレイ（図示省略）と接続されることにより、競技者に標的に着弾した光弾の位置を視覚的に提示することができる。
【００１８】
以下、ＰＣ３に備わる各種の手段に基づいて進む動作ステップを、図３を参照しつつ具体的に説明する。まず、ＰＣ３の電源がＯＮとされることで、ＵＳＢ等で接続されているカメラ２からＰＣ３に、カメラ２が撮影した画像が取り込まれる（Ｓ１：ステップ１）。なお、本実施形態で採用したカメラ２の画素数は、１２８０×９６０ドットである。カメラ２は１秒間に３０枚のカラー画像を撮影する。また、光弾は５０ｍＳのパルス発光であり、赤色レーザーが使用されている。
【００１９】
次に、選別手段によって取り込んだ画像についてのデータの２値化が行われ、取り込んだ画像に着弾点Ｚが含まれるか否かが選別される。カメラ２が撮影した画像はカラーであるので、具体的には下記［数１］のようなプログラム言語に基づいて選別される。
【００２０】
【数１】
2014126242.tif 000003
【００２１】
すわなち、選別手段では取り込んだ画像（データ）のドット１つ１つについて、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の色の明るさ（大きさ）がそれぞれ計測され、いくつのドットが発光しているのか、という発光点の数が調べられる。計測されたＲ、Ｇ、Ｂに関してドット毎に、Ｒが所定値以上（例えば、２００以上）の明るさで、Ｇ、ＢがＲより明るさで劣る場合、そのドットが発光しているとして発光点の数に加えられる。それ以外の場合、そのドットが発光していないとして発光点の数に加えられない（Ｓ２：ステップ２）。
【００２２】
その結果、発光点の数が５０００以上となったとき、発光点がある（すなわち、着弾点画像である）と選別される。発光点の数が５０００未満の場合、発光点がない（すなわち、着弾点画像ではない）と選別され、ステップ１に戻される（Ｓ３：ステップ３）。なお、本実施形態において、標的１１上での光弾の直径は約６０ｍｍとなるので、全ドットの０．４％以上が発光していることを、着弾点画像であると判別する１つの基準であると規定することができる。
【００２３】
選別手段によって所定の画像が着弾点画像として選別されると、ＰＣ３では、着弾点画像上の着弾点Ｚの直径が予め入力されている規定値と比べられる（比較手段）。その結果、所定の誤差の範囲内であれば、光線銃から発射された光弾に基づく着弾点Ｚとして判定される。その範囲から外れた場合には、光線銃から発射された光弾が着弾していないとして判定され、ステップ１に戻される（Ｓ４：ステップ４）。ステップ４は、標的１１（カメラ２の撮影範囲）に想定外の光が何らかの原因で入った場合にも、これを除外し、光線銃から発射された光弾に基づいた光を含む着弾点画像のみを抽出するための動作であり、正確な得点算出に寄与することになる。
【００２４】
続いて、ステップ４を経て光線銃から発射された光弾に基づく着弾点Ｚを含むと判定された着弾点画像に対し、着弾点座標特定手段によって、着弾点Ｚの重心としての着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）が、その画像上で特定される。重心計算は一般に、着弾点画像のＸ，Ｙ軸方向の１次モーメントと面積とから求められるので、Ｘ，Ｙ軸方向の１次モーメントを下記［数２］、面積を発光点のドットの数をＭとすれば、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）は、下記［数３］により表すことができる。
【００２５】
【数２】
2014126242.tif 000004
【００２６】
【数３】
2014126242.tif 000005
【００２７】
これら［数２］、［数３］に基づけば、Ｘ軸方向の１次モーメントは下記［数４］、Ｙ軸方向の１次モーメントは下記［数５］、面積は下記［数６］のようなプログラム言語に基づいて表すことができる。
【００２８】
【数４】
2014126242.tif 000006
【００２９】
【数５】
2014126242.tif 000007
【００３０】
【数６】
2014126242.tif 000008
【００３１】
着弾点画像に対し、２値化後に発光しているとして発光点の値が１であるドットについて、そのＹ座標値（０〜９６０）をすべて足すことにより、Ｘ軸方向の１次モーメントが計算される。また、着弾点画像に対し、２値化後に発光しているとして発光点の値が１であるドットについて、そのＸ座標値（０〜１２８０）をすべて足すことにより、Ｙ軸方向の１次モーメントが計算される。そして、これらの１次モーメントと面積である発光点のドットの数であるＭとにより、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）が特定される（Ｓ５：ステップ５）。
【００３２】
また、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）の特定と並行し、中心点座標特定手段によって着弾点画像に対して撮影されている標的１１の中心点Ｏが検索され、その画像上の位置が中心点座標（ｓＸ，ｓＹ）として特定される（Ｓ５：ステップ５）。
【００３３】
着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）及び中心点座標（ｓＸ，ｓＹ）が特定されると、距離算定手段によって、これらの座標間距離が求められる。その距離とは、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）及び中心点座標（ｓＸ，ｓＹ）間の直線距離をいい、ドット間のＸ，Ｙ軸方向の距離（定数；本実施形態では０．０９５７ｍｍ）と併せて、三平方の定理に基づいて下記［数７］のようなプログラム言語に基づいて算定される（Ｓ６：ステップ６）。
【００３４】
【数７】
2014126242.tif 000009
【００３５】
最後に、距離算定手段が算定した距離に基づいて、得点算出手段によって得点が算出される。着弾点Ｚの得点計算は、光線銃を使った射撃競技のルール上、標的１１の中心点Ｏからの距離が０．８ｍｍ離れるごとに得点が０．１点減ることになるので、これを下記［数８］のようなプログラム言語に基づいて算出することになる。
【００３６】
【数８】
2014126242.tif 000010
【００３７】
［数８］に示すように、距離算定手段が算定した距離の値から０．８を引いた数が正の値（プラス）であった場合に、満点（１０．９）から０．１が引かれる。続いて、距離算定手段が算定した距離の値から０．８を引いた数から、さらに０．８を引き、その数が正の値（プラス）であった場合に、満点から０．１を引いた値である１０．８から、さらに０．１を引く。この計算を、０．８を引いたときに零（ゼロ）又は負の値（マイナス）となるまで繰り返し、得点が算出される。すなわち、距離算定手段が算定した距離の値から０．８を引く引き算が繰り返された回数分だけ、満点である１０．９から０．１を引いて得られる点が得点として算出されるのである（Ｓ７：ステップ７）。距離算定手段が算定した距離の値から０．８を引いた数が零（ゼロ）又は負の値（マイナス）であった場合、得点は満点（１０．９）である。得点算出手段によって算出された得点は、プリンタ４に送信される（Ｓ８：ステップ８）。ディスプレイが接続されている場合、着弾点座標（ｇＸ，ｇＹ）が併せて送信される。
【００３８】
したがって、本発明に係る標的装置Ａは、カメラ２が撮影した着弾点画像に含まれる着弾点Ｚ及び標的１１の中心点Ｏの画像上の位置（着弾点座標及び中心点座標）を特定し、この位置に基づいて得点を算出するＰＣ３を備えるので、従来のように光弾の着弾点Ｚの外側を計測する必要がなく、筐体サイズを小型化することができる。さらに、カメラ２の筐体１内の設置位置の精度を、上下、左右、前後方向に凡そ５ミリ程度まで緩和することができる。カメラ２は市販のもので本発明を構成することができ、コストダウンが可能になる。特殊な演算がＰＣ３で行われることもないので、本発明に係る標的装置Ａは、製作コストを更に抑えることが可能になる。
【００３９】
以上、本発明について出願人が最良であると信じる実施形態の１つを詳述したが、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、上記実施形態に限定されることなく、種々の設計変更を行うことが可能である。例えば、本発明に係る標的装置を構成する筐体とその標的について公知の設備、公知の手段等を採用しえる。光学系撮影手段についても上述のとおり、画素数等に限定されず、市販のものを採用可能である。１秒間当たりに撮影する枚数は、パルス光の発光時間との関係から規定することができるので、適宜調整することができる。電子計算機に対する指令（プログラム）も、本発明の課題を解決し、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、適宜変更してカスタマイズすることができる。
【００４０】
また、上述した実施形態では主に、パルス発光する赤色レーザーの光線銃に対する標的装置について説明しているが、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがない限り、様々な様式の光線銃の標的装置として適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ・・標的装置（本発明）
１・・筐体
１１・標的
２・・カメラ（光学系撮影手段）
３・・ＰＣ（演算手段）
４・・プリンタ
Ｏ・・中心点
Ｚ・・着弾点
Ｓ１〜Ｓ８・・ステップ１〜ステップ８
【図１】
2014126242.tif 000011
【図２】
2014126242.tif 000012
【図３】
2014126242.tif 000013