(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴルフボールとのインパクトの間、少なくとも１つのスコアラインを有し実質的に平面であるクラブフェースを有するゴルフクラブヘッドを測定する装置（１０２）であって、該装置は、
前記クラブフェースに配置された少なくとも３つのマーカであって、該マーカの配置は、（１）前記クラブフェースのジオメトリを画定するように適合され、（２）前記マーカ間の相対間隔及び相対配向の既知の許容範囲に従うように適合され、前記マーカの少なくとも２つは前記スコアラインに平行なヒールトゥラインを画定し、少なくとも１つのマーカは、前記ヒールトゥラインと同一直線上に無い、該マーカと、
前記ゴルフボールの前方に配置され、スイング中、インパクト前及びインパクト時の前記マーカの複数の画像を捕捉し（５１５）、これらの画像をプロセッサに通信するように適合された少なくとも２つのカメラ（１０５，１１０）と
を含み、
前記プロセッサは以下のステップ、すなわち
ａ．前記画像の閾値処理を行って前記マーカに対応する画素を検出するステップ（５１５，５２０）と、
ｂ．３次元空間における前記マーカの位置を決定するステップ（５３０）と、
ｃ．前記クラブフェースの平面性、並びに前記ヒールトゥラインに沿う少なくとも２つのマーカ及び前記ヒールトゥラインと同一直線上に無い少なくとも１つのマーカの既知の向きに基づいて、既知の幾何学的関係の許容範囲内にあるマーカ群を見つけ出すステップ（５３５，５４０）と、
ｄ．前記既知の幾何学的関係に対する前記マーカの位置に基づき、前記マーカをラベリングするステップ（５４５）と、
ｅ．前記マーカの前記３次元位置に基づき、前記スイング中の前記クラブヘッドの位置を計算するステップ（５５０，５５５）と
を行うように構成された装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記プロセッサが下記の追加のステップ、すなわち、 
ｆ．ステップ（ａ）で見つけ出した隣接する画素群を識別するステップ（５２０）と、
ｇ．ステップ（ｆ）で検出した画素群に重心アルゴリズムを実行するステップ（５２５）と、
ｈ．ステップ（ｇ）で検出した重心を立体的にマッチングするステップ（５３０）と
を行う装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記プロセッサが、インパクト前に３次元空間における前記ゴルフボールの位置を決定する追加のステップ（５６０，５６５，５７０）を行う装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置において、該装置は、前記プロセッサに接続されたアラート構造体を更に含み、該アラート構造体は、前記プロセッサが前記ゴルフボールの位置を決定するとアラートを生成する装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置において、前記プロセッサが、前記クラブフェースが前記ボールと最初に接触する前記クラブフェース上のポイントを決定する追加のステップ（５７５）を行う装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、クラブフェースを有する複数のクラブヘッドがマーキングされ、前記プロセッサは下記が追加のステップ、すなわち、
ｆ．前記複数のゴルフクラブヘッドの各々における前記マーカの正確な幾何学的レイアウトのリストを測定し、保存するステップと、
ｇ．スイングされている前記クラブヘッドの前記複数の画像から前記幾何学的レイアウトの位置を確認するステップと、
ｈ．ステップ（ｇ）において位置を確認した前記幾何学的レイアウトと前記保存した幾何学的レイアウトとのマッチングに基づき、前記複数のゴルフヘッドの内のどのゴルフクラブヘッドがスイングされているのかを識別するステップと
を行う装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記クラブフェースはゴルフクラブの一部であり、該装置は、前記ゴルフクラブに接続され、前記スイング中の慣性データを捕捉し、該データを前記プロセッサに通信するように適合された慣性航法装置（９９９）を更に含み、
前記プロセッサが下記の追加のステップ、すなわち、
ｆ．前記慣性データを慣性座標フレームの回転値及び並進値に変換するステップと、
ｇ．ステップ（ｅ）の前記クラブフェースの位置データをクラブフェース座標フレームの回転値及び並進値に変換するステップと、
ｈ．前記慣性座標フレームと前記クラブフェース座標フレームとの関係を決定するステップと
を行う装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記クラブフェース座標フレームと前記慣性座標フレームとの前記関係が、前記マーカの内の少なくとも一つが前記カメラの視界にない場合に、前記クラブフェースの位置及び向きを計算するのに使用される装置。
【請求項９】
請求項７に記載の装置において、前記ゴルフクラブが軸中心線を持つクラブシャフトを有し、前記プロセッサが、前記慣性航法装置と前記軸中心線の間の既知の関係に基づいて、前記クラブシャフトの位置を計算する追加のステップを行う装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、該装置は前記スイングの少なくとも一部における前記ゴルフクラブの３次元モデルを表示する装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記スイングの一部におけるモデルは、前記カメラによって捕捉された前記スイングの一部に対応しない装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置において、前記プロセッサが、クラブスイング軌道、クラブ速度及びクラブフェースの向きからなるグループより選択されたクラブフェースの属性を計算する追加のステップを行う装置。
【請求項１３】
請求項３に記載の装置において、前記プロセッサが、前記クラブフェースの前記ゴルフボールと最初に接触する時間を計算し、クラブスイング軌道、クラブ速度、クラブフェースの向き及び該クラブフェースのインパクトのポイントからなるグループから選択された、インパクト時におけるクラブフェース属性を更に計算する追加のステップ（５５５）を行う装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、地球接線に対する前記少なくとも２つのカメラの位置を測定し、傾きデータを前記プロセッサに通信するように適合された傾きセンサを更に含み、前記プロセッサが前記傾きデータを使ってステップ（ｅ）における計算を精緻化させる装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の装置において、前記ゴルフクラブヘッド、前記クラブヘッドに接続されたゴルフクラブホーゼル、又は前記クラブヘッドに接続されたシャフトは追加マーカ（８０５）を含み、前記プロセッサが下記の追加のステップ、すなわち、
ｆ．前記複数の画像から前記追加マーカを識別するステップと、
ｇ．前記追加マーカとステップ（ｄ）で見つけ出した前記マーカとの幾何学的関係を計算し、保存するステップと、
ｈ．目に見えるマーカとの前記幾何学的関係に基づき、遮られた任意のマーカの位置を計算するステップと
を更に含み、
ｉ．ステップ（ｅ）は、ステップ（ｈ）における前記位置を用いて、前記スイング中の前記クラブヘッドの位置を計算するステップを更に含む
装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１２年１月２５日に出願された「ゴルフクラブヘッド測定装置」と題される米国仮特許出願第６１／５９０，６３８号、２０１２年１月２５日に出願された「ゴルフクラブヘッド測定装置」と題される米国仮特許出願第６１／５９０，６８５号及び２０１３年１月１９日に出願された「ゴルフクラブヘッド測定装置」と題される米国特許出願第１３／７４５，７７５号の優先権を主張するものであり、これらの出願を全て本明細書に参照のために援用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明はゴルフクラブ測定装置に関する。より詳細には、本発明は、ゴルフスイング中の、ダイナミックパス、ゴルフボールのグラブフェースにおけるインパクト位置及びゴルフクラブヘッドとシャフトの向きを効率的に測定する装置及び工程に関する。
【背景技術】
【０００３】
ゴルフというゲームにおいて、スイング中のクラブヘッドとシャフトの動力とを知ることは、機器の設計、練習及び指導において役に立つ。これらの特徴には、クラブヘッドの速度、クラブヘッドの向き、ボールのクラブフェースにおける接触点及びスイング軌道がある。この列挙から明らかなように、クラブヘッドのボールに対するインパクト時の角度、位置及び速度は、最終的なゴルフボールの弾道にとって極めて重要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、これまでの装置では、図８に示す装置のように複数のカメラ及び反射球を使用してきた。比較的大きな丸い反射球８０５がクラブのヘッド８１０及びシャフト８１５に取り付けられているが、マーカがヘッド及びシャフトから突出し、容易に損傷を受けたり、ゴルファーのスイングに悪影響を及ぼすことがある。これらの反射球は軽量であるが取るに足らないというわけではなく、スイングのウェイトと空気力に影響を与える可能性がある。反射球はまた、クラブをゴルフバッグへ挿入する際に妨げとなる。そもそもこれらの反射球とクラブフェースとの関係は知られていない。任意の反射球とクラブフェースとの関係を決定するには、較正治具を使用した複雑な工程が必要となる。
【０００５】
必要なのは、簡単に取り付けることができ、較正の必要がなく、ゴルファーのスイングに悪影響を与えない、又は影響を与えない装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
スイング中のゴルフクラブヘッドを測定する装置及び方法を開示する。この装置はクラブフェースに配置された少なくとも３つのマーカを有し、このマーカの配置によって更なる較正を行わず、そしてマーカ間の相対間隔及び相対配向の既知の許容範囲（又は規定のルール）に従った、クラブフェースのジオメトリが画定される。装置はこれらのマーカを使用することができるが、これらのマーカは、スイング中及びゴルフボールとのインパクト時におけるクラブヘッドの位置を極めて正確に計算して付する必要はない。少なくとも２つのカメラを使用して、スイング中のゴルフクラブフェースの画像を捕捉し、これらの画像を、いくつかの画像処理工程によって所望のパラメータを計算するプロセッサに供給する。これらの処理工程には、画像の閾値処理を行ってマーカに対応する画素を検出するステップと、３次元空間におけるマーカの位置を決定するステップと、既知の幾何学的関係の許容範囲内にあるマーカ群を見つけ出すステップと、既知の幾何学的関係に関するそれらの位置に基づいてマーカをラベリングするステップと、マーカの３次元位置に基づいてスイング中のクラブヘッドの位置を計算するステップとを含む。
【０００７】
一実施形態において、装置はクラブフェース上のトゥトップ、トゥ、トゥボトム及びヒール一に配置された４つのマーカを有する。Ｄ１はヒールマーカとトゥマーカとを結ぶ線であり、Ｄ２はトゥトップマーカとトゥマーカとを結ぶ線であり、Ｄ３はトゥボトムマーカとトゥマーカとを結ぶ線である。本実施形態において、マーカ間の相対間隔及び相対配向の既知の許容範囲は以下の規定のルールに従う：（ｉ）Ｄ１は標準ゴルフクラブの既知の最小及び最大長さである；（ｉｉ）Ｄ１はＤ２及びＤ３よりも常に長い；（ｉｉｉ）Ｄ１は、ゴルフボールとのインパクト時、地面に対して垂直よりも水平に実質的に近い；（ｉｖ）インパクト時、トゥトップマーカはＤ１よりも上にある；（ｖ）インパクト時、トゥボトムマーカはＤ１よりも下にある；及び（ｖｉ）全てのマーカは実質的に同じ平面にある。
【０００８】
別の実施形態において、プロセッサは隣接する画素群を識別し、画素に重心アルゴリズムを行い、３次元空間におけるマーカの位置を決定するために検出された画素のマッチングを行う。
【０００９】
別の実施形態において、装置はまた、インパクト前の３次元空間におけるゴルフボールの位置を決定し、装置がゴルフボールの位置を確認したことを任意選択でユーザにアラートすることができる。ボールの位置から、プロセッサはクラブフェース上の、クラブフェースとボールが最初に接触する位置を更に計算することができる。プロセッサはまた、ゴルフボールとのインパクト時のスイング軌道、クラブの速度及びクラブフェースの向きと位置を計算することができる。これらの計算されたクラブヘッドの属性は、装置の一部とすることのできる表示部に表示することができる。
【００１０】
更なる実施形態において、装置は、インパクト時又はインパクト後所定の時間経過した時に画像の捕捉を自動的に停止する。特有のマーカをゴルフクラブに付することにより、装置はその特有のマーカの識別に基づいて、クラブの種類を決定するようにしてもよい。
【００１１】
装置はまた、ゴルフクラブに慣性航法装置を使用し、慣性航法装置による慣性データを使用して、プロセッサは、慣性データの慣性座標フレームの回転値及び並進値への変換、クラブフェース位置データのクラブフェース座標フレームの回転値及び並進値への変換、及び慣性座標フレームとクラブフェース座標フレームとの関係の決定によって、ゴルフクラブヘッドの測定を精緻化する。この関係は、overdefinedな連立方程式を解く方法を使って決定することができる。クラブフェース座標フレームと慣性座標フレームとの関係は、マーカの内の少なくとも一つ又は全てのマーカがカメラの視界にない場合のクラブフェースの位置及び向きを計算するために使用することができる。慣性航法装置と軸中心線との関係を知ることにより、装置は更にクラブシャフトの位置を計算することができるようになる。装置はまた、スイング中にクラブフェースがカメラの視界を外れても、スイングの少なくとも一部の間、ゴルフクラブの３次元モデルを表示することができる。
【００１２】
装置はまた、地球接線に対するカメラの位置を測定する傾きゲージも有しており、このデータによってゴルフクラブヘッドの測定がより精緻化される。
【００１３】
別の実施形態において、ゴルフクラブヘッドを測定する方法を開示する。少なくとも３つのマーカをクラブフェース上に付することによってクラブヘッドをマーキングし、マーカを、（１）マーカが更に較正を行わずにクラブフェースのジオメトリを画定し、（２）マーカの相互間の相対間隔及び相対配向が既知の許容範囲内となるように配置する。この方法ではこれらのマーカを使用することができ、これらのマーカは、スイング中及びゴルフボールとのインパクト時におけるクラブヘッドの位置を計算するために、極めて正確に付す必要はない。本方法は、スイング中のゴルフクラブフェースの複数の画像を少なくとも２つのカメラで捕捉するステップと、画像の閾値処理を行ってマーカに対応する画像を検出するステップと、３次元空間におけるマーカの位置を決定するステップと、既知の幾何学的関係の許容範囲内のマーカ群を見つけ出すステップと、既知の幾何学的関係に関するそれらの位置に基づいてマーカをラベリングするステップと、マーカの３次元位置に基づいてスイング中のクラブヘッドの位置を計算するステップとを含む。
【００１４】
一実施形態において、本方法では、クラブフェース上のトゥトップ、トゥ、トゥボトム及びヒールの位置に配置された４つのマーカを使用する。Ｄ１はヒールマーカとトゥマーカとを結ぶ線であり、Ｄ２はトゥトップマーカとトゥマーカとを結ぶ線であり、Ｄ３はトゥボトムマーカとトゥマーカとを結ぶ線である。本実施形態において、マーカ間の相対間隔及び相対配向の既知の許容範囲は以下の規定のルールに従う：（ｉ）Ｄ１は標準ゴルフクラブの既知の最小及び最大長さである；（ｉｉ）Ｄ１はＤ２及びＤ３よりも常に長い；
（ｉｉｉ）Ｄ１は、ゴルフボールとのインパクト時、地面に対して垂直よりも水平に実質的に近い；（ｉｖ）インパクト時、トゥトップマーカはＤ１よりも上にある；（ｖ）インパクト時、トゥボトムマーカはＤ１よりも下にある；及び（ｖｉ）全てのマーカは実質的に同じ平面にある。
【００１５】
更に別の実施形態において、本方法は、隣接する画素群を識別するステップと、画素に重心アルゴリズムを行うステップと、３次元空間においてマーカの位置を決定するために検出された画素の立体的なマッチングを行うステップを更に含む。
【００１６】
本発明のその他の装置、方法、特徴及び利点は、下記の図面及び詳細な説明から、当業者にとって明らかとなるだろう。このような追加の装置、方法、特徴及び利点は全て本発明の明細書に含まれ、本発明の特許請求の範囲内であることが意図されている。
【００１７】
本発明は下記の図面を参照することにより、より良く理解することができる。図面内の構成要素は必ずしも縮尺比通りではなく、本発明の例示的態様を明確に説明することに重点を置いている。図面内において、同様の参照符号は、異なる図において対応する部分を示す。 特定の構成要素及び詳細は、本発明のより明確な記載のために図示していないことを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】新規の立体クラブヘッド測定装置の好適な実施形態を示す図である。
【図２Ａ】ゴルフボール測定装置と共に使用される、新規の立体クラブヘッド測定装置を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す２つの装置の拡大図である。
【図３】Ａ及びＢはクラブフェースに対する、新規かつ好適なマーカのジオメトリを示す図である。Ｃは、クラブフェースに対する、新規かつ好適なマーカのジオメトリを示す図である。
【図４】他のマーカに対する、新規かつ好適なマーカのジオメトリを示す図である。
【図５Ａ】同心コントラストリング（concentric contrasting ring）を有する、クラブフェースに配置されたマーカを示す図である。
【図５Ｂ】データの処理方法を示すフローチャートである。
【図６】新規のゴルフクラブヘッド測定装置と共に使用する較正装置を示す図である。
【図７】シャフトに連結された慣性航法装置を含む、本方法に従ってマーキングされたクラブを示す図である。
【図８】反射球を使用する、従来技術による装置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
提案する装置では、小さく、そしてゴルファー又はクラブのウェイトに著しい影響を与えないマーカを使用する。マーカは、追加の較正ステップなくフェースのジオメトリを画定するように、フェースに付される。マーカはステレオカメラ装置により、テイクアウェイ中及びクラブとボールがインパクトする直前に撮像される。マーカライブラリとの関係は必要ないため、マーキングが容易であり、較正を予め行わずに任意のクラブを使用することができる。提案する装置はまた、マーカがカメラの視界にない場合、クラブの向きを測定する、クラブヘッド、シャフト又はグリップに取り付けられた慣性航法装置を使用する。本方法では、ゴルフクラブがアドレス、テイクアウェイ及びボールとのインパクト直前など、カメラ装置の視界にある時の既知のクラブヘッドの向きを利用して、クラブと、シャフト、グリップ、ホーゼル又はクラブヘッドに取り付けられた慣性航法装置との関係を決定する。クラブヘッドがカメラの視界から離れた場合、慣性航法装置はカメラ装置によって提供された既知の位置に対するクラブの位置に関する情報を提供する。
６．１カメラ装置の構成
【００２０】
カメラ装置には相互のカメラの向きがわかるように較正されたカメラを２台以上使用し、立体測定が可能となっている。立体測定は、当業者には周知である様に、較正された３次元ビューボリュームにおいて正確な３次元測定を提供する。図２Ａは、保護エンクロージャ内１３５にカメラ（１０５、１１０）、ライト（１１５、１２０）及びレンズ（１２５、１３０）をそれぞれ２つ有するゴルフクラブ測定装置１０２を示している。好適な実施形態において、ライト（１１５、１２０）は、下記の６．４項に記載する再帰反射型マスクを最適に照明するために、レンズ（１２５、１３０）の周りに放射状に配置されている。
【００２１】
ゴルフクラブ測定装置１０２は、図２Ａ及び図２Ｂに示す様に、ゴルフボール測定装置２０２と並べて使用することができる。このようなボール測定装置は、本願と同じ発明者による米国特許第７，６４１，５６５号、同第７，４９７，７８０号及び同第７，５４０，５００号に記載されている。これらの特許の内容を本明細書に参照として援用する。図２Ａに示す構成において、ボール装置２０２はクラブ測定装置１０２と共に作動する。ボール装置２０２はクラブ測定装置１０２に記録の開始及び停止、並びに画像の収集及び結果の計算を命令する。ボール測定装置２０２を用いない、又はボール装置及びクラブ測定装置を一組のカメラに組み合わせるその他の構成も可能である。図２Ａに示す２つのカメラを用いた好適な実施形態の例において、ボール装置２０２は、僅かに前方の、ボールとのインパクトを避けるために横にずれた好適な位置に示されている。図２Ｂはボール測定装置２０２と共に示したゴルフクラブ測定装置１０２の拡大図である。
【００２２】
図２Ｂはまた、測定装置１０２及び２０２によって行われた計算をユーザに表示することのできる外部表示部２１０に測定装置が接続可能であることを示している。あるいは、これらの装置からのデータは、更なる分析、例えば、ビデオゲームで使用するために、コンピュータに供給することができる。
６．２クラブのマーキング
【００２３】
クラブを少なくとも３つのコントラストマーカによってマーキングし、これによってゴルフクラブ測定装置は特別な較正を行わずにクラブのジオメトリを決定することができる。マーカをクラブフェース上に直接付し、マーカを測定対象物と簡単に整列するようにする。更にマーカは、このジオメトリを処理中に識別できるように、クラブに対する既知の向きと相互間の間隔、及び既知の許容範囲内と概して同様に配置する。好適な実施形態において、３つの内の２つのマーカをクラブの中心点の周りに常に配置し、フェースに沿って水平に離間する。ユーザは、整列を容易かつ正確に行うために、マーカをクラブフェースのトゥ及びヒールの近くに配置し、同じスコアラインを中心とするように指示される。この配置要求事項及に基づき、及びゴルフクラブフェースの制限されたサイズ範囲を知ることにより、離間の範囲が確立される。トゥマーカ及びヒールマーカに加え、少なくとも一つの追加マーカを配置して、装置がクラブフェースの平面を識別できるようにする。更にユーザは、トゥマーカ及びヒールマーカに関して、この追加マーカを全てのクラブと概して同じ位置に配置するように指示される。例えば、我々はこの第３のマーカを一般にトゥマーカの上に配置し、それをトゥトップと称する。クラブフェースの制限されたサイズに基づき、トゥマーカからトゥトップマーカまでの距離は最小及び最大範囲を有する。このマーカのレイアウトを図３Ａに示す。
【００２４】
クラブジオメトリの既知の制限された範囲に基づいて上記に規定するようにマーカを配置し、３つのマーカ群の位置を確認して識別するための既知の許容範囲（規定のルール）を定める。配置と典型的なクラブのジオメトリに基づき、３つのマーカは群として、一般に、横になった状態の大文字「Ｌ」に似た形状を形成する。Ｄ１をヒールマーカとトゥマーカを結ぶ線、Ｄ２をトゥトップマーカとトゥマーカを結ぶ線として、下記の規定のルールによってマーカの相対配向及び相対間隔を規定することができる：
・距離Ｄ１は標準ゴルフクラブの最小及び最大範囲を有する。
・距離Ｄ１はＤ２よりも常に大きい。
・トゥとヒールの間に形成された線は一般的に垂直よりも水平（接地平面）に近い。
・トゥトップはトゥからヒールに引いた線の上にある。
【００２５】
これらの既知の許容範囲又はルールを使ってこれら３つのマーカを識別する際、マーカには処理中にラベリングを行うことができ、マーカを全てのクラブパラメータの計算に使用することができる。
【００２６】
図３Ｂは大文字「Ｌ」が反転した、すなわち、トゥトップマーカがトゥボトムマーカと置き換わった、別のマーカレイアウトである。Ｄ１をヒールマーカとトゥマーカを結ぶ線とし、Ｄ３をトゥボトムマーカとトゥマーカを結ぶ線として、下記の規定のルールによってマーカの相対配向及び相対間隔を規定することができる：
・距離Ｄ１は標準ゴルフクラブの最小及び最大範囲を有する。
・距離Ｄ１はＤ３よりも常に大きい。
・トゥとヒールの間に形成された線は一般的に垂直よりも水平（接地平面）に近い。
・トゥボトムはトゥからヒールに引いた線の下にある。
【００２７】
更に、クラブジオメトリの既知の制限された範囲及びマーキング間の既知の相対配向及び相対間隔に基づき、装置はクラブの画像を処理していくつかのクラブフェースパラメータを決定することができる。
【００２８】
当業者にとって、同じ結果となる他のマーカのジオメトリも利用できることは明確である。また、マーカを追加して、フィッティングを使った測定精度の向上や、マーカ群の識別の容易化を行うこともできる。例えば、好適な実施形態においては、４マーカシステムを説明する、というのも、これはマーキングの容易さとクラブフェースの平面を決定する正確さとの間のバランスをとるからである。図３Ｃはクラブマーキングの相対位置を示す。トゥマーカとヒールマーカを、これらが垂直中心とクラブのライ角度を直接定めるように配置し、クラブのスコアラインをこれらのマーカを整列させるための補助として使用することができる。トゥマーカとヒールマーカの間の点は、クラブの中心を画定する。トゥトップ及びトゥボトムはトゥ及びヒールと共に、フェース平面の決定に使用する。トゥトップ及びトゥボトムは正確な位置である必要はないが、それらの垂直分離を最大にすると、フェース角度に関連する測定が向上される。これは好適なマーキングの技術であるが、フェース上の１つ又は複数のマーカから成るその他のマーカ配置も使用することができる。結果が表示されると、ボールのインパクトが、クラブフェースモデルに実物大で示すマーカの位置に対して与えられる。これにより、ユーザがマーカをクラブにおける本当の中心の周りに配置しない場合であっても、マーカは意味のある相対インパクト位置を確実に得ることができる。
【００２９】
ゴルフクラブ測定装置は、必要とされる測定を行うために、各マーカをクラブ上の位置と関連付けて識別し、ラベリングしなければならない。例えば、クラブのライを計算するには、装置はトゥマーカ及びヒールマーカから情報を抽出するが、代わりにヒール及びトゥボトムを使用した場合、間違った結果を得ることになる。これを達成するために、相互に既知のジオメトリを有するようにマーカを配置する。このジオメトリは正確である必要はなく、クラブのサイズによって変わるが、マーキングは一貫した既知の一連の幾何学的関係を持つべきである。これらの既知の幾何学的関係を使って、ゴルフクラブ測定装置は任意の測定前に、クラブフェース上の各マーカを識別し、ラベリングを行うことができ、また、この情報を使って、周囲の光源の反射による、マーカの誤検出をなくすことができる。
【００３０】
好適な４つのマーカの実施形態における相対的なマーカの配置ジオメトリを図４に示すが、その他のジオメトリやルールも上述の様に使用可能である。図４のクラブマーカのジオメトリのルールには以下のものが含まれる：
・距離Ｄ１は標準ゴルフクラブの最小及び最大範囲を有する。
・距離Ｄ１はＤ２及びＤ３よりも常に大きい。
・トゥとヒールの間に形成された線は一般的に垂直よりも水平（接地平面）に近い。
・トゥトップはトゥからヒールに引いた線の上にある。
・トゥボトムはトゥからヒールに引いた線の下にある。
・全てのマーカは膨出面に対して平面又はほぼ平面である。
６．３カメラデータの計算
【００３１】
図５Ｂはマーカで画像を処理する方法５００を説明している。先ず、ステップ５０５で、上述のジオメトリのルールに従ってクラブフェースをマーカでマーキングする。次にステップ５１０で、マーカの付されたクラブフェースを、例えばクラブのスイング中、立体カメラにさらす。立体カメラはスイング中にタイムスタンプの付された複数の画像を捕捉する（ステップ５１５）。任意選択で、及び下記の６．９項に詳述する様に、慣性航法装置をクラブシャフトに取り付け、クラブシャフトの位置における相対的変化に関するデータを提供することができる。このデータを記録し、ステップ５１８において装置で処理することもできる。
【００３２】
マーカはその周囲から最大のコントラストを持つように設計されているので、標準の局所的な閾値を使用して、マーカに属する可能性のある画素群を検出して分離し、予想されるマーカのサイズに基づいて画素群を更に識別する（ステップ５２０）。次にステップ５２５で、標準重心アルゴリズムを使って候補マーカを処理し、中心の位置をより正確に確認する。続いてステップ５３０で、一つの画素で見つけられた、可能性のある各々の２Ｄマーカをその他の画像の全ての可能性のあるマーカと立体的にマッチングする。標準の立体アルゴリズムを使用して、良好な３次元ソリューションを形成しないポイントを取り除き、ステップ５３５において、残りの３次元ポイントは可能性のある３次元マーカ位置のリストを形成する。ステップ５４０において候補の３次元マーカ位置を上述のジオメトリルールに基づいて評価し、予想されるジオメトリを最も満たすマーカ群を識別する（ステップ５４５）。各々の３次元位置をタイムスタンプと共に多項式フィッティングを使って３次元空間に近似してノイズを低減し、画像間のマーカ位置の計算が行えるようにする（ステップ５５０）。ステップ５５２において装置はステップ５１８における慣性データを任意選択で使用して、マーカの位置を計算する。これは下記の６．９項において詳述する。
【００３３】
近似マーカ情報を使用して、クラブがボールと接触する時間を６．７項に記載する様に計算する。接触時間と各マーカの近似データを使用して、本方法においてはステップ５５５で、インパクト時のスイング軌道、速度、回転速度又は位置などの瞬間パラメータを計算する。
６．４マーキングのタイプ
【００３４】
好適な実施形態において、マーカは、入射光のほとんどを光源にはね返す再帰反射型である。光源がレンズの近くに配置されている場合、このタイプのマーカは他のタイプのコントラストマーカよりも大幅に少ない光を必要とする。本明細書に記載する本方法の重要な点は、クラブの各画像にマーカを正確に位置させることが可能なことである。特定の照明条件において、フェースからの鏡面反射が生じ、このためフェースとマーカの間のコントラストが不足し、マーカの位置を探すことが困難になる。この問題を回避するために、好適なマーカは同心コントラストリングを伴う中心部より成る。好適な実施形態において、図５に示すように、マーカの中心は再帰反射性であり、同心リングはマットブラックである。上述のルールに従ってこれらのマーカをクラブフェースに付す場合、ゴルフクラブ測定装置はカメラの画像を使用して、上記の項において説明した全ての測定のために計算を行うことができる。
６．５特別な較正のない、追加マーカの使用
【００３５】
クラブがボールに近づくと、ボールはインパクトの直前にフェース上のマーカのいくつかを遮る可能性がある。更に、特定のクラブフェース角度では、スイングの一部において、カメラの視点からクラブフェース上のマーカを見ることができない。これを緩和させ、しかも較正工程を簡素化するために、本方法は、フェース上に配置されていない追加マーカのジオメトリを自動的に決定する態様を提供する。この態様において、追加のマーカを、これらがインパクト中、インパクト時及びインパクト直後にカメラで見ることができるように、クラブヘッド、ホーゼル又はシャフトに加える。これらのマーカはユーザにより、推奨される場所に正確に配置されない。アドレス時、テイクアウェイ又はアプローチ中、及びインパクト時に、一つ又は複数のフェースマーカ並びに一つ又は複数の追加のマーカが３次元カメラ装置で見える場合、幾何学的関係が形成され、保存される。この較正はリアルタイムでユーザの知識なく行われる。剛体関係が一旦確立されると、全てのマーカを、例えこれらの内のいくつかが一時的に遮られても、クラブのダイナミクスを決定するために使用することができる。
６．６装置のゴルフショットターゲットラインへのアライメント
【００３６】
ゴルフクラブの向きを測定する場合、基準フレームを設けることは重要である。ゴルファーは典型的に、意図するショットのターゲットラインに対する測定に興味を持っている。好適な実施形態において、カメラ装置が外部エンクロージャに整列するよう、装置を予め較正する。ユーザが較正を行わずに装置を使用することを所望する場合、ユーザは装置の外部エンクロージャをターゲットラインにただ並べればよい。研究室のように高精度で使用する場合、較正ターゲットが使用される。較正ターゲットは、クラブに使用されているものと類似又は同じマーカを有する平らなターゲットである。使用前に、カメラ装置はターゲットを撮像し、マーカの所定の幾何学的パターンの位置を探す。マーカは、図６に示すような３軸の座標系を画定するように配置する。この態様において、全ての測定値はターゲット基準フレームと関連している。
【００３７】
セットアップを容易にするための本発明による更なる特徴は、センサの角度情報を生成する傾きゲージをカメラ装置エンクロージャに含めることである。傾きセンサ角度は、地球接線（すなわち、重力に対して平らな表面）又は他の基準面に対するカメラ装置の向きに関する情報を提供し、プロセッサのアルゴリズムの調整に有用である。傾きセンサとカメラ装置の角度関係は、工場において較正工程中に測定され、保存される。操作中、ユーザはただ単にカメラ装置を平らでない表面に配置し、カメラ装置エンクロージャの前面を整列基準としてショットするだけである。傾きセンサデータを使用することにより、地球接線に関連するクラブの向きのパラメータを生成することができる。
６．７クラブフェース上におけるボールインパクト位置の決定
【００３８】
ゴルファーやゴルフクラブの製造業者が所望する主要なパラメータの一つは、ゴルフクラブフェース上におけるゴルフボールのインパクトの位置である。この関係を知って使い易さを維持するために、好適な実施形態では立体カメラを使って、インパクト前にボールの３次元位置を測定する。ボール位置、クラブフェースの向き及びクラブパスを使って、装置はクラブフェース上のボールのインパクトポイントを計算する。
【００３９】
ゴルフボールははっきりとしたジオメトリを有しており、カメラ装置は、ユーザがカメラの視界内においてボールを大体同じ位置に置くようにセットアップされる。ゴルフボールはまた、グラウンド内で位置を確認しやすいように、一般的には白色又は明るい色をしている。立体カメラ装置はヒッティングエリアの画像を連続的に捕捉し、アルゴリズムを処理して、ヒッティングゾーンに置かれたボールの正確な３次元位置を検出する。これを行うために、各カメラの画像を標準画像処理技術を使って解析する。図５Ｂを見ると、ステップ５６０において画像を解析して、概して丸い形状で、ゴルフボールのようなサイズで、周囲の背景よりも明るい領域の位置を探す。ボールの位置を探すと、ステップ５６５において端検出を用いて円形状のボールの端を正確に見つけ出す。続いてステップ５７０において、球形のボールの３次元位置を、標準立体技術を用いて決定する。この時、装置はユーザに、例えば、音声や視覚によってボールの位置を確認したことをアラーとする。その後ユーザはクラブのスイングを始め、装置は動きを追跡することができる。
【００４０】
スイング前にボールの正確な３次元位置を確立することにより、ステップ５７５において、装置はインパクト時におけるボールとクラブの正確な接触点を見つけ出す。これは、先に説明した様に、マーキングされたクラブフェースがボールに近づくにつれ、そのタイムスタンプされた一連の立体画像の各々にマーカを見つけ出すことによって行われる。多項式を使って各マーカを時間と空間に近似し、ノイズを減らして、スイング中いつでもマーカの位置を予測できる能力を提供する。マーカ位置を使って３次元平面を計算し、カメラ装置の視界内において、３次元でフェースが決定できるようにする。コンピュータは近似データを使用してインパクトの近くの場所を順に処理し、フェースの平面からボールの中心までの距離がおよそボールの半径とほぼ等しくなるポイントを見つけ出す。
【００４１】
ボールがインパクトされたことを装置が知ると、装置はカメラに画像の捕捉を停止するよう命令する、あるいは所定の時間後に停止するよう命令する。その後装置はスイングの結果をユーザに表示することができる。
６．８打っているクラブの決定
【００４２】
クラブフィッティングなどの特定のアプリケーションにとって、どのクラブが使用されているのかを正確に知ることは重要である。このため、各クラブに特有かつ特定のジオメトリでマーカを配置する、又は追加のマーカを加えることができる。別の方法ではユーザがマーカをランダムに配置できるようにし、コンピュータに各クラブの正確なジオメトリを決定させて保存させる。種々のクラブジオメトリでマーカ測定が正確であると、各クラブを一意的に識別する上での合理的な方法となる。ライブラリにあるものの一つに大変近くマッチするジオメトリを有する新しいクラブが装置に導入されると、装置はユーザにマーカを修正するようにアラートする。
６．９ クラブヘッドが視界外にある場合のスイング全体におけるクラブの追跡
【００４３】
本装置のもう一つの特徴は、スイング全体においてクラブシャフト及びヘッド全体を測定する方法である。現在、慣性航法装置をシャフトに取り付けてスイング全体の情報を測定する装置がある。これらの装置は、並進及び回転運動の相対的な変化を測定することができるが、絶対的な基準フレームがない。ゴルファーはボールをアドレスする際、クラブヘッドの向きがターゲットラインと整列するようにクラブを置かない場合がある。ゴルファーはスイングのアライメントを調整することによって所望しないボールの飛行特徴を補償する傾向にある。取り付けの際、慣性航法装置のクラブヘッドに対する向きは周知ではない。しかしながら、アドレス時のクラブヘッドとシャフトを考慮して、慣性測定装置の初期状態をこの基準フレームに対して確立させることができる。スイング中、慣性測定の変化を基準フレームに適用して、ゴルフクラブがカメラの視界にない場合でも、ゴルフスイング中、クラブヘッド及びシャフトの位置を正確に測定することができる。慣性データ及び画像データをリアルタイムで計算又は記録及び後処理する。好適な実施形態において、全てのデータの記録及び後処理を行う。
【００４４】
ボールのアドレス中、クラブフェースが視界にある間、カメラ装置は各マーカの位置を測定する。各フレームの画像及び時間スタンプを使って、装置は、多項式曲線フィッティングによってポイントの位置・時間を近似することにより、各マーカの位置を計算する。これと同じ時間中、慣性航法データも収集し、このデータも適切な順番で多項式に近似させてノイズを低減させる。この場合、これら２組のデータ（すなわちカメラ装置による慣性及びマーカ位置）を関連付け、以下に説明するように、既知の正確なカメラ装置データに対する慣性装置の向きを決定する。
【００４５】
クラブフェースと慣性航法装置の関係を確立するために、座標フレーム間の変換行列を探し出す。第１座標フレームである「ゴルファーフレーム」は、地球の接線平面とターゲットラインとによって画定される、ゴルファーのフレームである。第２座標フレームである「クラブフェースフレーム」は、第１軸がトゥマーカとヒールマーカの間の線によって形成され、第２軸がフェースの平面に垂直で、第３軸が前の２つの軸に垂直な、クラブフェースの座標フレームである。最後の座標フレームは慣性航法装置の「慣性フレーム」である。「ゴルファーフレーム」と「クラブフェースフレーム」との関係は、先に記載した様に、装置エンクロージャへのアライメント又は較正ターゲットの何れかを使って予め確立する。「クラブフェースフレーム」と「慣性フレーム」の間に関係を生成するために、クラブがカメラ装置の視界にある間、両方の装置のデータを同時に集める。慣性装置のデータは、当業者が良く理解している推測航法の技術を使って、時間の関数として、「慣性フレーム」の回転及び並進に変換する。慣性航法装置と同期して、カメラ装置は、クラブフェースフレームの時間の関数として、回転及び並進データを収集している。収集された同期データはここで２つの装置の間の変換行列を見つけるために使用する。変換行列は、当業者には周知の上述のoverdefinedな連立方程式を解く標準技術を使って探し出す。
【００４６】
変換行列を探し出すと、慣性航法データを使って、マーカが視界にあるなしにかかわらず、スイング中の任意のポイントにおけるクラブフェースの位置を計算することができる。更に、慣性航法装置がシャフトの軸から既知の距離、及びクラブフェースに対して一般に既知の回転方向で配置されている場合（すなわちクラブがアドレスに対して直角である場合、ユーザであるゴルファーから見て典型的な１２時の方向のシャフト軸から２０ｍｍを切り捨てる）、又は慣性航法装置がシャフトに対して軸方向に位置する場合、装置はクラブフェースに対するシャフトの位置を計算することができる。これらの座標クレーム間のこのような完全に確立された関係により、装置はスイング中、クラブの正確なモデルを表示することができる。
【００４７】
上記の開示した例示的実施形態は、当業者による本発明の実施を可能にするためのものである。当業者にとって、これらの例示的実施形態に対する種々の変更はすぐに明らかとなるだろう。また、本明細書に記載する一般的な原理は、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他の例示的実施形態にも適用できる。従って、本明細書における記載及び図面は、本発明の好適な例示的実施形態を示し、よって、本発明によって幅広く考えられる内容を表しているものと理解されたい。更に、本発明の範囲は当業者に明らかになるであろう他の例示的実施形態も完全に網羅しており、よって、本発明の範囲は添付の請求項によってのみ制限されると更に理解されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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