(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被写体を撮影し、所定の時間間隔で画像を生成する撮像装置であって、
前記時間間隔で前記被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段とは別に当該撮像装置に一体に設けられたステレオカメラで撮像された画像に基づいて、前記被写体のうち、第１被写体を認識し、該ステレオカメラの撮影レンズから前記第１被写体までの距離を測定し、距離データを取得する測距手段と、
前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、複数の画像を生成する画像生成手段と、
前記第１被写体とは別の第２被写体の移動距離を算出する算出手段と、
前記算出手段は、前記複数の画像において、２つの画像の比較による前記第２被写体の位置に関するデータの差と前記距離データとに基づいて、前記第２被写体の移動距離を算出し、
前記算出手段は、前記時間間隔に基づいて、前記第２被写体の移動速度を算出する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記撮像手段の撮影レンズの画角と前記距離データとに基づいて、前記画像生成手段が生成する画像における撮像範囲に関するデータを算出し、
前記算出手段は、前記第２被写体の前記位置に関するデータの差と前記撮像範囲に関するデータとを対応させることにより、前記第２被写体の移動距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体に合焦する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記距離データに基づいて、前記第１被写体に前記撮像手段の撮影レンズを合焦することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記算出手段が算出した算出結果を表示する表示手段と、
前記画像を保存する記憶装置を備え、
前記表示手段は、前記記憶装置が保存した情報を表示することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
ゴルフスウィングを撮影し、前記第１被写体は、ゴルフボールであり、かつ、前記第２被写体は、ゴルフクラブのクラブヘッドであり、
前記クラブヘッドの移動速度を算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記算出手段は、前記クラブヘッドが鉛直方向で最下位に位置する前記画像を抽出することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記表示手段は、前記クラブヘッドが鉛直方向で最下位に位置する画像と前記算出結果とを同時に表示することを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記測距手段は、ゴルフスウィングの前にゴルフボールを検出し、前記ゴルフボールまでの距離を測定し、距離データを取得し、
前記制御手段は、前記ゴルフボールまでの前記距離データに基づいて、前記撮像手段の撮影レンズを合焦することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置を有する撮像システムであって、
前記撮像装置は、前記算出手段が算出した算出結果を表示する表示手段を有し、
前記表示手段は、前記撮像装置と物理的に離れた位置に配設され、
前記表示手段は、無線通信または有線通信により前記撮像装置と通信し、前記算出手段が算出した算出結果を表示する、
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項１０】
前記画像を保存する記憶装置を備え、
前記表示手段は、前記記憶装置が保存した情報を表示することを特徴とする請求項９に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の移動速度を測定する方法として、対象物が所定の時間間隔で移動した距離を測定し、その距離を所定の時間間隔で除算する方法が知られている。
【０００３】
一方、所定距離で離間した二箇所の位置に光学センサを配置し、対象物がそれぞれの光学センサを通過する時間差を検出し、所定距離を時間差で除算することで、移動速度を算出する装置がある。特許文献１に係る速度計測装置は、二箇所の位置にセンサユニットと光反射板とをそれぞれ配置し、センサユニットが検知した時間差から、速度算出ユニットによって、対象物の移動速度を算出する技術を開示している。
【０００４】
また、ドップラーセンサを用いて測定する装置として、センサから発信したマイクロ波の反射波を受信し、発信周波数と受信周波数との比較によって、対象物の移動速度を計測する装置がある。特許文献２に係る速度測定装置は、ドップラーセンサを用いて、対象物からの反射波をＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって周波数解析し、対象物の移動速度を解析する技術を開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る速度計測装置は、２組の光学系センサユニットを通過するときの平均速度しか測定することができない。
【０００６】
特許文献２に係る速度測定装置は、ドップラーセンサを用いているので、ノイズの影響を受け易く、精度よく測定できない場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、簡単な装置により、撮像された画像によって、移動している対象物の移動距離及び移動速度を精度よく測定することができる撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、複数の被写体を撮影し、所定の時間間隔で画像を生成する撮像装置であって、
前記時間間隔で前記被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段とは別に当該撮像装置に一体に設けられたステレオカメラで撮像された画像に基づいて、前記被写体のうち、第１被写体を認識し、該ステレオカメラの撮影レンズから前記第１被写体までの距離を測定し、距離データを取得する測距手段と、
前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、複数の画像を生成する画像生成手段と、
前記第１被写体と別の第２被写体の移動距離を算出する算出手段と、
前記算出手段は、前記複数の画像において、２つの画像の比較による前記第２被写体の位置に関するデータの差と前記距離データとに基づいて、前記第２被写体の移動距離を算出し、
前記算出手段は、前記時間間隔に基づいて、前記第２被写体の移動速度を算出する、
ことを特徴とする撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な装置により、撮像された画像によって、移動している対象物の移動距離及び移動速度を精度よく測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態である第１の実施例の撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である第１の実施例の撮像装置を示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態である第１の実施例の撮影動作を説明する説明図である。図（ａ）は、撮影時の撮像装置の配置を説明する説明図である。図（ｂ）は、撮影結果を表示する画面の一例を説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態である第１の実施例において、測距手段の要部を示す拡大図である。図（ａ）は、測距手段の一例であるステレオカメラを示す断面図である。図（ｂ）は、撮像素子の配設を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態である第１の実施例において、撮像素子の製造時の配置を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態である第１の実施例において、ステレオカメラの測距方法を説明する説明図である。
【図７】本発明の一実施形態である第１の実施例において、撮像装置の撮影動作を説明する説明図である。
【図８】本発明の一実施形態である第１の実施例において、被写体を連続撮影したときの画像を説明する説明図である。図（ａ）は、被写体として、クラブヘッドを連続撮影したときの連続する画像を重ねて示した説明図である。図（ｂ）は、クラブヘッドの移動距離を測定する方法を説明する説明図である。
【図９】本発明の一実施形態である第２の実施例の撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図１０】コントラストＡＦ方式による撮影レンズの合焦を説明する説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態である第３の実施例において、画像抽出部を有する撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態である第４の実施例において、表示手段の一例を示す正面図である。図（ａ）は、撮像装置に備える表示手段の表示画面の一例を示す図である。図（ｂ）は、外部機器に搭載した表示手段の表示画面の一例を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態である第４の実施例において、遠隔地の表示手段に表示する一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の撮像装置について、ゴルフクラブのクラブヘッドの移動速度を計測する撮像装置の実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。本発明は、移動する物体の移動距離及び移動速度を測定する撮像装置であれば、いずれの装置にも適用しうる。移動する物体は、ボール、自動車、及び動物等がある。
【実施例１】
【００１２】
第１の実施例の撮像装置について説明する。
【００１３】
（撮像装置の概略構成）
図１は、本実施例の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、本実施例では、撮像装置１０は、測距手段２０、画像生成手段３０、制御手段４０、操作手段５０、表示手段６０、及び、算出手段７０等を備える。
【００１５】
撮像装置１０は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯機器搭載用カメラ、車載搭載用カメラ、監視用カメラ等、撮像素子に結像した被写体像をデジタルデータ（画像）として記録するカメラである。近年、高画質、高速連続撮影可能等のデジタルカメラが安価で販売されている。本実施例では、小型軽量で携帯性に優れたデジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）を用いる。撮像装置１０は、測距手段２０が測定した距離と画像生成手段３０が生成した画像とに基づいて、被写体の移動距離及び移動速度を算出する。
【００１６】
測距手段２０は、撮像装置１０から被写体までの距離を測定する手段である。本実施例では、測距手段２０に、ステレオカメラを用いる。ステレオカメラは、測距用レンズ２１及び測距用撮像素子２２を備える。ステレオカメラは、被写体を複数のレンズで同時に撮影する。
【００１７】
画像生成手段３０は、被写体像を撮像素子に結像し、その撮像素子の画素出力信号（電気信号）から、画像を生成する手段である。本実施例では、画像生成手段３０は、撮影レンズ部３１、撮像素子部３２、及び、信号処理部３３等を備える。
【００１８】
撮影レンズ部３１は、撮影レンズを通して、被写体像を撮像素子部３２に内蔵する撮像素子に入射するものである。撮像素子部３２は、撮影レンズを通して入射された被写体像を撮像素子の受光面上に結像するものである。
【００１９】
撮像素子（イメージセンサ）は、固体撮像素子、有機撮像素子等を用いることができる。本実施例では、撮像素子に固体撮像素子を用いる。固体撮像素子は、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等を用いることができる。
【００２０】
信号処理部３３は、撮像素子から出力される画素出力信号をデジタル処理して取り込み、デジタルデータ（画像）に変換するものである。
【００２１】
制御手段４０は、撮像装置１０全体の制御を行う手段である。本実施例では、制御手段４０は、操作手段５０の入力情報に基づき、図示しない制御プログラムによって、測距手段２０及び画像生成手段３０等を制御する。また、制御手段４０は、操作手段５０の入力情報に基づき、表示手段６０に画像を表示する制御を行う。
【００２２】
操作手段５０は、撮像装置１０を操作するときに、外部から操作情報を入力する手段である。電源ボタン、レリーズボタン、撮影モード切換ボタン等がある。本実施例では、撮影モードは、「通常の撮影」及び「ゴルフ撮影モード」等を備える。
【００２３】
表示手段６０は、画像生成手段３０が生成した画像を表示する手段である。液晶ディスプレイ、有機ＥＬ、ブラウン管（ＣＲＴ）、及び、プラズマディスプレイ等がある。本実施例では、撮像装置１０の撮影レンズ部３１を備える外面と反対側（以下、背面側という。）の外面に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を備える。
【００２４】
算出手段７０は、撮影した画像等に基づき、被写体の移動距離及び移動速度を算出する手段である。本実施例では、算出手段７０は、位置検出部７１、移動情報算出部７２、及び、測距算出部７３等を備える。
【００２５】
位置検出部７１は、画像生成手段３０が生成した画像において、画像として撮影された被写体の画像中の位置に関するデータ（以下、「位置に関するデータ」という。）を検出する。距離情報算出部７２は、位置検出部７１が検出した被写体の位置に関するデータから、被写体の移動距離及び移動速度等を算出する。測距算出部７３は、測距手段２０の測距用撮像素子２２からの画素出力信号に基づいて、撮像装置１０から被写体までの距離に関するデータ（以下、「距離データ」という。）を算出する。
【００２６】
（撮像装置１０の外観構成）
図２は、本実施例の撮像装置１０であるデジタルカメラの正面図である。
【００２７】
図２において、撮像装置１０は、撮像装置１０の被写体に対向する側（以下、正面側という。）の外面に、測距手段２０の測距用レンズ２１Ｌ及び画像生成手段３０の撮影レンズ部３１を備える。撮像装置１０の上部（図中のＺ軸方向の端面。以下、上部という。）には、電源スイッチ１１、レリーズボタン５１、及び、撮影モード切換ボタン５２等を備える。
【００２８】
測距用レンズ２１Ｌは、本実施例では、第１の測距用レンズ２１ａ及び第２の測距用レンズ２１ｂを備える。測距用レンズ２１ａ及び測距用レンズ２１ｂは所定の間隔で並設されている。
【００２９】
撮影レンズ部３１は、本実施例では、光学ズーム機能を有する撮影レンズ３１Ｌ等を備える。測距用レンズ２１Ｌと撮影レンズ３１Ｌとの光軸は平行となるように配設されている。
【００３０】
（撮像装置１０の撮影動作）
図３は、本実施例の撮影動作を説明する説明図である。
【００３１】
図３（ａ）は、ゴルフクラブのスウィング動作の撮影を説明する説明図である。図３（ｂ）は、撮影結果を表示する表示手段６０の表示画面６１の一例を説明する説明図である。
【００３２】
図３（ａ）より、撮像装置１０は、撮影時に、ゴルフクラブのスウィング方向に直交する方向に、クラブヘッドＨｃから所定の距離を離間した位置に配置される。このとき、撮像装置１０は、電源スイッチ１１をＯＮにされ、撮像装置１０の撮影モード切換ボタン５２により、「ゴルフ撮影モード」に設定される。
【００３３】
測距手段２０（図１）は、撮像装置１０が「ゴルフ撮影モード」に設定されると、撮像装置１０からクラブヘッドＨｃまでの離間距離を計測し、距離データとして取得する。制御手段４０は、その距離データに基づいて、撮影レンズ部３１の撮影レンズ３１ＬをクラブヘッドＨｃに合焦する。測距手段２０は、ゴルフボールＨｂを認識して、撮像装置１０からゴルフボールＨｂまでの距離を計測し、その距離により、クラブヘッドＨｃに合焦してもよい。
【００３４】
次に、レリーズボタンの押下により、撮像装置１０は、スウィング時のクラブヘッドＨｃを所定の時間間隔で連続的に撮影する。このとき、画像生成手段３０は、撮影結果として、複数の画像を生成する。
【００３５】
次に、算出手段７０は、画像生成手段３０が生成した複数の画像から、クラブヘッドＨｃが撮影されている２つの画像を抽出する。位置検出部７１は、その２つの画像におけるクラブヘッドＨｃの位置に関するデータを検出する。距離情報算出部７２は、２つの画像における位置に関するデータの差から、クラブヘッドＨｃの移動距離を算出する。
【００３６】
また、距離情報算出部７２は、算出した移動距離を２つの画像を撮像した時間間隔で除算することで、クラブヘッドＨｃの移動速度を算出する。
【００３７】
図３（ｂ）より、算出された移動速度等は、表示手段６０により、撮像装置１０の背面側の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に表示される。
【００３８】
（測距手段２０の構成）
図４は、本実施例の測距手段２０の断面を示す断面図である。本実施例では、測距手段２０に、ステレオカメラを用いる。図４（ａ）は、ステレオカメラの断面図であり、図４（ｂ）は、ステレオカメラに内蔵された測距用撮像素子２２の配置を示す平面図である。
【００３９】
図４（ａ）より、本実施例の測距手段２０は、撮像装置１０の正面側に第１の測距用レンズ２１ａ及び第２の測距用レンズ２１ｂを備える。測距手段２０は、第１の測距用レンズ２１ａ及び第２の測距用レンズ２１ｂに対応して、測距用レンズ２１ａ、２１ｂの位置の背面側に配置された第１の測距用撮像素子２２ａと第２の測距用撮像素子２２ｂとを備える。第１の測距用撮像素子２２ａ及び第２の測距用撮像素子２２ｂは、正面側の表面上に、第１の撮像領域（受光面）２６ａ及び第２の撮像領域（受光面）２６ｂを備え、背面側に、撮像素子基板２４及び回路基板２５を備える。
【００４０】
第１の測距用レンズ２１ａと第２の測距用レンズ２１ｂとは、所定の間隔Ｄ（以下、「基線長」という。）で並設されている。測距用レンズ２１ａ、２１ｂは、本実施例では、レンズアレイ２３と一体に形成された透明樹脂材から構成される。測距用レンズ２１ａ、２１ｂは同一仕様のレンズである。第１の測距用レンズ２１ａの第１の光軸２１ａｘと第２の測距用レンズ２１ｂの第２の光軸２１ｂｘとは平行であり、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂの撮像領域２６ａ，２６ｂの対角線の中心と光軸２１ａｘ、２１ｂｘとが一致するように位置決めされている。
【００４１】
回路基板２５は、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂの受光面上に入射された被写体像の画素出力信号を、制御手段７０に出力する。第１の測距用撮像素子２２ａ及び第２の測距用撮像素子２２ｂは、撮像素子基板２４の背面側に配置された回路基板２５と電気的に接続されている。
【００４２】
図４（ｂ）より、本実施例では、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂは、同一仕様の2次元の撮像素子を用いる。測距用撮像素子２２ａ、２２ｂの撮像領域２６ａ、２６ｂは、多数の受光素子（画素）が格子状に配列されている。受光素子は、受光した光の明暗等を電気信号（画素出力信号）に変換する。
【００４３】
測距用撮像素子２２ａ、２２ｂは、本実施例では、半導体製造プロセスによって、半導体ウェハ上に一体に形成された撮像素子を用いる。
【００４４】
図５は、撮像素子の半導体製造プロセスの製造時の配置を示す平面図である。
【００４５】
図５より、半導体製造プロセスは、半導体ウェハ２７上に複数の撮像素子２８を形成する。複数の撮像素子２８は、マスクを用いて、高精度なパターニングで製造されている。本実施例の測距用撮像素子２２ａ、２２ｂは、並んで製造された２枚の撮像素子を、半導体ウェハ２７から切り分けしたものである。
【００４６】
測距用撮像素子２２ａ、２２ｂは、一体として半導体ウェハ２７から切り分けすることも可能である。これにより、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂ同士の製造時の高精度の位置決めが利用でき、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂの法線も平行となり、撮像装置１０に並べて配置するときの位置決めが容易がなる。
【００４７】
（被写体までの距離を測定する動作）
撮像装置１０の測距手段２０及び測距算出部７３の測距動作を詳細に説明する。
【００４８】
図６は、本実施例として、測距手段２０にステレオカメラを用いた場合の測距方法を説明する説明図である。
【００４９】
まず、図１及び図２において、撮像装置１０の電源スイッチ１１をＯＮにし、撮像装置１０の上部の撮影モード切換ボタン５２により、「ゴルフ撮影モード」に設定されると、制御手段４０から測距手段２０に測距開始指令信号が出力される。
【００５０】
このとき、図６より、離間距離Ｌの位置にある被写体１００は、測距用レンズ２１ａ、２１ｂを通して、測距用レンズ２１ａ、２１ｂから焦点距離ｆ離れた撮像領域２６ａ、２６ｂ上に結像される。
【００５１】
具体的には、第１の測距用レンズ２１ａを通して得られた第１の被写体像１００ａは、第１の測距用撮像素子２２ａ上の第１の撮像領域２６ａに結像される。他方、第２の測距用レンズ２１ｂを通して得られた第２の被写体像１００ｂは、第２の測距用撮像素子２２ｂ上の第２の撮像領域２６ｂに結像される。
【００５２】
第１の被写体像１００ａと第２の被写体像１００ｂとは、被写体像間のずれ△（以下、「視差」という。）だけ変位して、それぞれ撮像領域２６ａ、２６ｂに結像されている。
【００５３】
撮像領域２６ａ、２６ｂを備える測距用撮像素子２２ａ、２２ｂは、被写体像１００ａ、１００ｂの光による明暗を電荷の量に光電変換し、画素出力信号として制御手段４０に出力する。
【００５４】
次に、制御手段４０（図１）は、入力された画素出力信号を、算出手段７０の測距算出部７３に出力する。
【００５５】
測距算出部７３は、測距用撮像素子２２ａ、２２ｂの画素出力信号を比較し、視差△を検出する。
【００５６】
このとき、視差△、基線長Ｄ、離間距離Ｌ、及び、焦点距離ｆは、Ｌ＞＞ｆを条件に、下記の数式（１）が成り立つ（三角測量の原理）。
【００５７】
Ｌ＝Ｄ・ｆ／△    数式（１）
【００５８】
ここで、Ｄとｆは既知である。
【００５９】
測距算出部７３（図１）は、検出した視差△から、数式（１）により、離間距離Ｌを算出し、「距離データ」を取得する。
【００６０】
なお、離間距離Ｌは、視差△に反比例する。したがって、測距手段２０は、近距離（離間距離Ｌが小さい）ときに視差△が大きくなり、高精度な測定となる。
【００６１】
（被写体の画像を生成する動作）
被写体の画像を生成する動作を詳細に説明する。
【００６２】
図７は、本実施例の被写体であるゴルフクラブのクラブヘッドＨｃの撮影を説明する説明図である。
【００６３】
まず、図３において、撮影時は、撮像装置１０の電源スイッチ１１をＯＮにし、撮影モード切換ボタン５２で「ゴルフ撮影モード」に設定する。このとき、測距手段２０は、上述の（被写体までの距離を測定する動作）により、クラブヘッドＨｃまでの離間距離Ｌを測定する。
【００６４】
次に、制御手段４０（図１）は、測定された離間距離Ｌに基づいて、図示しないフォーカスレンズ駆動部を駆動し、撮像レンズ部３１の撮影レンズ３１ＬをクラブヘッドＨｃに合焦する位置まで移動させる。
【００６５】
その後、画像生成手段３０は、撮影レンズ３１Ｌの画角θと離間距離Ｌとにより決まる撮影範囲において、クラブヘッドＨｃの像を撮像素子部３２の撮像素子に結像する。撮像素子部３２の撮像素子は、クラブヘッドＨｃの像による光の明暗を電荷の量に光電変換し、画素出力信号として電気信号を信号処理部３３に出力する。
【００６６】
信号処理部３３は、撮像素子部３２の撮像素子の各画素から出力される画素出力信号から、画素出力信号の大きさに基づいて、クラブヘッドＨｃ等の輝度情報を算出する。算出された輝度情報は制御手段４０に出力される。
【００６７】
制御手段４０は、入力された輝度情報に基づいて、クラブヘッドＨｃに対して、合焦状態でかつ適正な露光条件（絞りユニットの絞り値等）となるように図示しない絞りユニットの開放状態（絞り値）等を設定する。
【００６８】
次に、図７より、レリーズボタン５２が押圧されると、所定の時間間隔で、離間距離Ｌ離れたクラブヘッドＨｃを連続的に撮影する。
【００６９】
このとき、信号処理部３３（図１）は、撮像素子部３２の撮像素子から出力される画素出力信号を、表示手段６０による表示や記憶手段による記録が可能な画像に変換する。その後、信号処理部３３で生成された画像は、静止画像として、表示手段６０の表示画面に表示される。
【００７０】
（被写体の移動距離及び移動速度を測定する動作）
撮像装置１０が、所定の時間間隔で撮影した被写体の移動距離及び移動速度を測定する動作を、詳細に説明する。
【００７１】
図８は、ゴルフクラブのクラブヘッドＨｃの移動距離及び移動速度を測定する方法を説明する説明図である。図８（ａ）は、撮像装置１０により、ゴルフクラブのスウィング動作を所定の時間間隔で連続的に撮影したときの、画像生成手段３０（図１）が生成する複数の画像を重ね合わせたものである。図８（ｂ）は、撮影時のゴルフクラブのクラブヘッドＨｃと撮像装置１０との配置を説明するための、鉛直上方から観察した平面図である。
【００７２】
図８（ａ）より、ゴルフクラブのクラブヘッドＨｃは、１／１２０秒間隔で、図中のｘ軸方向に移動する動作が撮影される。ゴルフクラブのスウィング動作時には、撮像装置１０は固定されている。そのため、撮影レンズ３１Ｌの撮影範囲内にクラブヘッドＨｃがある場合のみ、クラブヘッドＨｃは画像として撮影される。
【００７３】
ここで、撮影レンズの撮影範囲は、撮像装置１０とクラブヘッドとの離間距離と撮影レンズの画角とにより決定される。
【００７４】
図８（ｂ）より、クラブヘッドＨｃの所定の時間間隔の移動距離を説明する。図中のＸａはｘ方向の全撮影範囲（ｘｎ−ｘ０）の実際の距離、θは撮影レンズ３１Ｌの画角、Ｌは撮像装置１０とクラブヘッドＨｃとの離間距離である。
【００７５】
図８（ｂ）の全撮影範囲のｘ軸方向の全移動距離Ｘａは、下記の数式（２）より、算出することができる。
【００７６】
全移動距離Ｘａ＝離間距離Ｌ×ｔａｎ（θ／２）×２    数式（２）
【００７７】
算出手段７０の位置検出部７１（図１）は、画像生成手段３０が生成した複数の画像から、クラブヘッドＨｃが撮影されている２つの画像を抽出し、その２つの画像におけるクラブヘッドＨｃの「位置に関するデータ」を検出する。ここで、図８（ｂ）のｘ１及びｘ２が、ｘ軸方向の「位置に関するデータ」である。
【００７８】
距離情報算出部７２（図１）は、位置検出部７１が検出した２つの位置に関するデータの差（ｘ２−ｘ１）から、クラブヘッドＨｃの実際の移動距離Ｘｈを算出する。具体的には、図８（ｂ）のクラブヘッドＨｃの移動距離Ｘｈは、画像中のクラブヘッドＨｃの移動範囲（ｘ２−ｘ１）と全撮影範囲（ｘｎ−ｘ０）との比を、全移動距離Ｘａに乗算することで算出する。すなわち、下記の数式（３）により、算出できる。
【００７９】
クラブヘッドＨｃの移動距離Ｘｈ＝全移動距離Ｘａ×（ｘ２−ｘ１）／（ｘｎ−ｘ０）数式（３）
【００８０】
クラブヘッドＨｃが、１／１２０秒間で、撮像素子がＶＧＡ（６４０×４８０サイズ）で６４０画素（ｘ軸方向）に対し、２５０画素だけ移動したとすると、クラブヘッドＨｃの移動距離は、下記の数式（４）により、算出することができる。
【００８１】
クラブヘッドＨｃの移動距離Ｘｈ＝全移動距離Ｘａ×２５０（画素）／６４０（画素）数式（４）
【００８２】
また、このときのクラブヘッドＨｃの移動速度Ｖｈは、下記の数式（５）により、算出することができる。
【００８３】
クラブヘッドＨｃの移動速度Ｖｈ＝クラブヘッドＨｃの移動距離Ｘｈ／（１／１２０）数式（５）
【００８４】
ここで、撮像装置１０とクラブヘッドＨｃの離間距離Ｌを０．５ｍ、撮像レンズ３１Ｌの水平画角θ（ｘ軸方向）を６５．５ｄｅｇ（２８ｍｍ相当）、撮像素子の縦横の画素数をＶＧＡ（６４０×４８０）、連続撮影の時間間隔を１／１２０秒（１２０コマ／秒）とし、１／１２０秒間でＶＧＡ（６４０×４８０サイズ）の６４０画素（ｘ軸方向）に対して、２５０画素だけクラブヘッドＨｃが移動したと仮定すると、下記の数式（６）により、クラブヘッドＨｃの移動速度Ｖｈを算出することができる。
クラブヘッドＨｃの移動速度Ｖｈ＝２５０（画素）／６４０（画素）×０．５（ｍ）×ｔａｎ（６５．５（ｄｅｇ）／２）×２／（１／１２０）＝３０．１５  ｍ／ｓｅｃ    数式（６）
【００８５】
以上より、算出手段７０の位置検出部７１（図１）は、画像生成手段３０が生成した複数の画像から、クラブヘッドＨｃが撮影されている２つの画像を抽出し、その２つの画像におけるクラブヘッドＨｃの「位置に関するデータ」を検出する。算出手段７０の距離情報算出部７２（図１）は、その２つの「位置に関するデータ」の差と測距手段２０が取得した「距離データ」とに基づいて、クラブヘッドＨｃの移動距離を算出する。また、算出した移動距離を抽出した２つの画像を撮像した時間間隔で除算し、クラブヘッドＨｃの移動速度を算出する。
【００８６】
なお、連続撮影は１２０コマ／秒より、２４０コマ／秒の方がより好ましい。２４０コマ／秒の場合は、シャッタースピードを高速にしたり、補助光を利用したり、あるいは、高感度のＩＳＯ感度の撮像素子を利用したりすることで撮影が可能となる。
【実施例２】
【００８７】
第２の実施例である測距手段２０の距離データに基づくオートフォーカス手段を備える撮像装置２００について説明する。基本的な構成は、第１の実施例と同様のため、説明を省略する。
【００８８】
図９は、本実施例の一実施形態を示す概略構成図である。
【００８９】
図９において、本実施例の撮像装置２００は、オートフォーカス手段として、フォーカスレンズ駆動部８１、絞りユニット駆動部８２、及び、ズームレンズ駆動部８３等を備える。
【００９０】
フォーカスレンズ駆動部８１は、合焦のため、撮影レンズ部３１の図示しないフォーカスレンズ群のレンズを移動させる。絞りユニット駆動部８２は、被写体に対して適正な露光量となるように、図示しない絞りユニットの開放状態（絞り値等）を制御する。ズームレンズ駆動部８３は、撮影レンズ部３１の図示しないズームレンズ群を駆動する。
【００９１】
制御手段４０は、本実施例では、フォーカスレンズ駆動部８１、絞りユニット駆動部８２、ズームレンズ駆動部８３、及び、測距手段２０により取得した距離データを用いて、オートフォーカスを行う。
【００９２】
測距手段２０は、本実施例では、2次元の撮像素子を備えるステレオカメラを用いる。2次元の撮像素子は、被写体を画像として認識できる。なお、従来の１次元のセンサ（ラインセンサ）を用いたステレオカメラでは、画像として被写体を認識することはできない。
【００９３】
測距手段２０は、クラブヘッドの替わりにゴルフボールの認識を行う。ゴルフボールは円形で白いため、被写体として、認識しやすい。測距手段２０は、周知技術である「顔認識」「猫認識」等の技術を応用することにより、ゴルフボールを認識する。
【００９４】
具体的には、ゴルフボールの前に撮像装置２００を配置する。電源スイッチをＯＮにし、ゴルフ撮影モードに設定する。このとき、測距手段２０は、ゴルフボールを認識し、撮像装置２００からゴルフボールまでの距離を測定し、距離データとして取得する。
【００９５】
制御手段４０は、取得した距離データに基づいて、フォーカスレンズ駆動部８１により、撮像レンズ部３１のフォーカスレンズ群のレンズを移動させ、撮像レンズをゴルフボールに合焦させる。また、制御手段４０は、操作手段５０の入力情報等に基づいて、絞りユニット駆動部８２及びズームレンズ駆動部８３等を制御し、所定の絞り値及び撮影範囲等に調整する。
【００９６】
その後、レリーズボタンの押圧により、撮像装置２００は、スウィング動作を連続的に撮影する。
【００９７】
以上より、撮影前に、撮像装置２００の撮影範囲にクラブヘッドがない場合でも、ゴルフボールに合焦することにより、スウィング動作時のクラブヘッドに撮影レンズを合焦することが可能となる。
【００９８】
なお、デジタルカメラは、オートフォーカス手段として、一般的に、コントラストＡＦ（山登りＡＦ）方式を採用している。
【００９９】
図１０は、レンズ位置とコントラストとの関係を示すグラフである。コントラストＡＦ方式は、レンズを移動し、撮像素子上に結像する被写体像が最もコントラストが高くなる位置を検出し、コントラストが所定の閾値以上の位置で合焦の位置と判断する。コントラストＡＦ方式は、実際の撮像装置から被写体までの距離を測定していない。
【０１００】
測距手段２０の距離データに基づくオートフォーカス手段とコントラストＡＦ方式によるオートフォーカス手段とを併用及びいずれか一方を選択することで、被写体に合焦することも可能である。この場合、オートフォーカス手段は、操作手段５０により、選択することが可能である。
【実施例３】
【０１０１】
第３の実施例である画像抽出部を備える撮像装置３００について説明する。基本的な構成は第１の実施例及び第２の実施例と同様のため、説明を省略する。
【０１０２】
ゴルフクラブのスウィング動作では、ゴルフクラブが振り下ろされ、クラブヘッドが鉛直方向に最下点の位置（以下、「最下点」という。）に達したときに、クラブヘッドの移動速度が略最速となる。また、最下点では、クラブヘッドとゴルフボールとが当接（ミート）する。
【０１０３】
本実施例では、クラブヘッドが最速になったときの移動速度を測定する撮像装置３００について説明する。
【０１０４】
図１１は、本実施例の撮像装置３００の一例を示す概略構成図である。
【０１０５】
図１１より、本実施例の撮像装置３００は、算出手段７０に画像抽出部７４を備える。画像抽出部７４は、クラブヘッドの移動速度が最大となる画像を抽出するものである。
【０１０６】
撮像装置３００は、ゴルフクラブのスウィング動作を、連続的に撮影する。画像抽出部７４は、連続的に撮影された複数の画像において、クラブヘッドが撮影されている画像を抽出する。
【０１０７】
具体的には、ゴルフクラブのスウィングの前に、クラブヘッドを撮影し、クラブヘッドを画像データとしてパターン認識し、撮像装置３００の図示しない記憶手段に登録しておく。
【０１０８】
次に、撮像装置３００は、ゴルフクラブのスウィング動作を、連続的に撮影する。このとき、画像生成手段３０の信号処理部３３は、連続的に画像を生成する。また、画像抽出部７４は、生成された画像の中から、クラブヘッドとパターン認識していた画像データとを比較することにより、クラブヘッドが撮影されている画像を選択し、抽出する。
【０１０９】
次に、算出手段７０の位置検出部７１及び距離情報算出部７２は、抽出された画像に基づいて、それぞれの時間間隔に対応するクラブヘッドの移動速度を時系列順に算出する。
【０１１０】
また、画像抽出部７４は、時系列順に算出された最初の画像に基づく移動速度とその次に撮影された画像に基づく移動速度とを比較し、移動速度が大きい方の画像に「最速」のフラグ等を記憶させる。
【０１１１】
その後、さらに次に撮影された画像に基づく移動速度と前回比較した移動速度において移動速度が大きい方の移動速度を比較し、移動速度が大きい方の画像に「最速」のフラグ等を記憶し、移動速度が小さい方の画像で「最速」のフラグ等が記憶されている場合はそのフラグ等を消去する。以下、同様に、時系列順に算出された移動速度を順次比較する。
【０１１２】
以上より、最終的に「最速」のフラグ等が記憶されている画像が、移動速度が最大のときの画像となる。移動速度が最大のときの画像から算出した移動速度を、表示手段６０の表示画面に表示する。
【０１１３】
移動速度が最大のときの画像とそのときの移動速度とを、同時に、表示手段６０によって、表示画面に表示してもよい。
【０１１４】
クラブヘッドが最下点の画像では、クラブヘッドとゴルフボールとが当接しているため、当接状態を確認できるように、最下点での移動速度と画像とを、同時に、表示画面に表示してもよい。
【０１１５】
ゴルフクラブのスウィングはクラブヘッドが最下点の位置でその移動速度が略最速となるため、画像抽出部７４は、位置検出部７１による位置に関するデータから、クラブヘッドが最下点の位置に位置すると判断される画像はクラブヘッドの移動速度が最大であると判断してもよい。
【０１１６】
周知のオートシャッター機能の技術を利用して、クラブヘッドを検知し、撮影してもよい。オートシャッター機能としては、被写体が撮影範囲に入る瞬間または撮影範囲に出る瞬間等を検知するとしてもよい。
【実施例４】
【０１１７】
第４の実施例である撮像装置及び撮像システムについて説明する。基本的な構成は第１の実施例乃至第３の実施例と同様のため、説明を省略する。
【０１１８】
撮像装置は、本実施例では、クラブヘッドの移動速度を表示する表示手段を備える。
【０１１９】
撮像システムは、本実施例では、撮像装置と物理的に離れた位置に位置する表示画面に移動速度を表示する表示手段を備える。表示手段としては、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、パソコン、ＰＨＳ等の情報端末の表示画面に表示するものがある。
【０１２０】
図１２は、本実施例の表示手段６０の一例を示す正面図である。
【０１２１】
図１２（ａ）は、撮像装置４００が備える表示手段６０の表示画面６１の一例を示す図である。図１２（ｂ）は、撮像システムが備える情報端末に搭載した表示手段６０の表示画面６２の一例を示す図である。
【０１２２】
表示手段６０は、クラブヘッドＨｃの移動速度ＶｈとクラブヘッドＨｃが最下点の位置にある画像とを表示してもよい。
【０１２３】
撮像システムは、物理的に離れた位置に位置する表示手段６０と、有線通信及び無線通信を用いて、通信してもよい。有線通信としては、電線、光ファイバー等が利用できる。無線通信としては、無線ＬＡＮ機能を内蔵したデジタルカメラ用メモリーカード、無線ＬＡＮ、公衆無線ＬＡＮ等が利用できる。また、撮像装置４００は、第三世代移動通信システムを内蔵し、無線通信としてもよい。第三世代移動通信システムは、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、及び、ＷｉＭＡＸ等を利用できる。
【０１２４】
図１３は、本実施例の撮像システム９０において、無線通信により、表示手段６０に表示する一例を説明する説明図である。
【０１２５】
撮像装置４００は、図示しない記憶装置８０を備えてもよい。記憶装置８０は、着脱自在なメモリカード、外付けハードディスク等を利用できる。画像生成手段３０で生成された画像は、記憶装置８０に記録してもよい。
【０１２６】
撮像システム９０は、図示しない記憶装置８０を備えてもよい。記憶装置８０は、スマートフォン、パソコン、サーバ、Ｗｅｂサーバ等にデータを保管してもよい。
【０１２７】
撮像システム９０は、有線通信及び無線通信の通信機能を利用して、Ｗｅｂサーバ等に画像等をアップロードしてもよい。また、撮像システム９０は、Ｗｅｂサーバ等から画像をダウンロードし、表示手段６０に画像を表示してもよい。
【０１２８】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０、２００、３００、４００：  撮像装置
２０  ：  測距手段
３０  ：  画像生成手段
３１Ｌ：  撮影レンズ
４０  ：  制御手段
６０  ：  表示手段
７０  ：  算出手段
８０  ：  記憶装置
９０  ：  撮像システム
Ｈｃ  ：  クラブヘッド
θ  ：  画角
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３０】
【特許文献１】特許第４０６４２８４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５７３７号公報
【図１】
0005942343.tif 000002
【図２】
0005942343.tif 000003
【図３】
0005942343.tif 000004
【図４】
0005942343.tif 000005
【図５】
0005942343.tif 000006
【図６】
0005942343.tif 000007
【図７】
0005942343.tif 000008
【図８】
0005942343.tif 000009
【図９】
0005942343.tif 000010
【図１０】
0005942343.tif 000011
【図１１】
0005942343.tif 000012
【図１２】
0005942343.tif 000013
【図１３】
0005942343.tif 000014