(57)【要約】本発明に係る撮像装置１０は、プールのコース方向に沿って延びたワイヤに沿って往復動し、泳者の身体をコース方向に対して所定の角度で撮像して一連の画像データを取得する撮像部１６と、これら所定の角度が一定となるように撮像部１６の方向を制御する方向制御部２４と、結像面での身体の像の大きさが一定となるように撮像部１６のズームレンズを制御するズームレンズ制御部２６と、画像データから身体の像に対応する画素データを抽出する画素抽出部３０と、抽出された画素データに基づいて画像データ中の身体の像の位置基準となる基準点を判定する基準点判定部３４と、基準点が結像面の視野中心に位置するように撮像部１６の移動を制御する速度制御部５４とを備えている。
2003034713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プール内のコースに沿って水泳中の泳者を撮影する泳者撮像装置であって、
プールのコース方向に沿って延びているガイドと、
前記ガイドに沿って往復動し、水泳中の泳者の身体を前記コース方向に対して所定の角度で撮像して、一連の画像データを取得する、ズームレンズを備えた撮像手段と、
前記所定の角度が一定となるように、前記ガイドに対する前記撮像手段の方向を制御する方向制御手段と、
取得した画像データにおける泳者の身体像の大きさが一定となるように、前記ズームレンズを制御するズームレンズ制御手段と、
前記画像データから、前記身体の像に対応する画素データを抽出する画素抽出手段と、
取得した画素データ中における身体像の基準点位置を判定する基準点位置判定手段と、
前記画像データ中の基準点位置に応じて前記撮像手段の移動を調整する移動制御手段と
を備えている泳者撮像装置。
【請求項２】
プールのコース方向に沿ったプールの一端から現在の撮像手段位置までの距離を算出する距離算出手段をさらに備えている請求の範囲第１項記載の泳者撮像装置。
【請求項３】
前記距離算出手段で算出した距離情報と画像中の基準点位置情報を基にして泳者のコース方向に沿ったプールの一端からの距離を算出する測定部をさらに備えている請求の範囲第２項に記載の泳者撮像装置。
【請求項４】
取得した身体像に対応する画素データを、所定の方向に沿って積算することでプロファイルデータを作成するプロファイルデータ作成手段と、
プロファイルデータから身体像の端部点を抽出する端部点抽出手段と、
抽出した端部点の周期的移動に基づいて、泳者の所定の姿勢時点における端部点をストロークポイントとして抽出するストロークポイント抽出手段と、
をさらに備えている請求の範囲第２項記載の泳者撮像装置。
【請求項５】
抽出したストロークポイントの時間変動に基づいて泳者のストロークに要した時間、ストロークごとの進行距離、ストロークごとの平均速度のうち少なくとも一つを算出するストローク情報算出手段をさらに備えている請求の範囲第４項記載の泳者撮像装置。
【請求項６】
前記距離算出手段は、前記撮像手段に取り付けられた光を反射する反射板と、前記ガイド外から前記反射板に対してパルス光を照射する照射手段と、前記照射手段から出射され、前記反射板で反射された光を受光する受光手段と、前記照射手段で光を照射してから前記受光手段で反射光を受光するまでの経過時間を基にして距離算出を行う算出部とを備えている請求の範囲第２項〜第５項のいずれかに記載の泳者撮像装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、水泳中の泳者に追従して泳者の身体を撮像するための泳者撮像装置に関する。
背景技術
競泳等においては、水泳中の泳者の身体を撮像するために、移動式カメラが用いられることがある。このような移動式カメラとしては、プールのコース方向に沿って室内プールの天井に張られたワイヤに吊るされて往復動するものや、プールのコース方向に沿ってプールサイドに設置されたレール上を往復動するものが一般的である。
発明の開示
しかしながら、上述したような移動式カメラでは、ワイヤやレールの撓みやねじれ等による変形は避けられない。特に室内プールでは、ワイヤやレールが高温多湿かつ高塩素濃度の環境下に晒されるため、それらの変形は一定ではなく変化する。そのため、移動式カメラがワイヤやレールに沿って往復動する際に、プールのコース方向に対する移動式カメラの角度や、泳者の身体と移動式カメラとの距離が変化してしまうという問題がある。したがって、移動式カメラの結像面における身体の像の位置や大きさが変化してしまい、移動式カメラから出力される画像データに基づいて、移動式カメラを水泳中の泳者に正確に追従させることが困難であった。
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水泳中の泳者に正確に追従して、泳者の身体を撮像することのできる撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る泳者撮像装置は、プールのコース方向に沿って延びているガイドと、ガイドに沿って往復動し、水泳中の泳者の身体をコース方向に対して所定の角度で撮像して、一連の画像データを取得する、ズームレンズを備えた撮像手段と、所定の角度が一定となるように、ガイドに対する撮像手段の方向を制御する方向制御手段と、取得した画像データにおける泳者の身体の像の大きさが一定となるように、撮像手段のズームレンズを制御するズームレンズ制御手段と、画像データから、身体の像に対応する画素データを抽出する画素抽出手段と、取得した画素データ中における身体像の基準点位置を判定する基準点位置判定手段と、画像データ中の基準点位置に応じて撮像手段の移動を制御する移動制御手段とを備えたことを特徴としている。
上述したような構成によれば、撓みやねじれ等によるガイドの変形によらず、プールのコース方向に対する撮像手段の角度、及び、撮像手段の結像面での身体の像の大きさが一定とされる。したがって、撮像手段により出力される画像データ中の身体の像に対応する画素データに基づいて、高い精度で、撮像手段の結像面における身体像の基準点位置が所定の位置に位置するように撮像手段の移動が制御されるので、撮像手段は水泳中の泳者の移動に正確に追従することとなる。
さらに、プールのコース方向に沿ったプールの一端から現在の撮像手段位置までの距離を算出する距離算出手段をさらに備えているとよい。この距離情報を利用することで撮像手段の制御をさらに高い精度で行うことができる。
この距離算出手段で算出した距離情報と画像中の基準点位置情報を基にして泳者のコース方向に沿ったプールの一端からの距離を算出する測定部をさらに備えていることが好ましい。本発明に係る泳者撮像装置においては、前述したように、画像データ中における泳者の身体像の大きさが一定、すなわち、身体の像倍率が一定であるから、泳者と撮像手段とのコース方向に沿った距離を容易に算出することができる。したがって、これと撮像手段位置の情報からコース方向に沿った泳者とプールの一端との距離を算出することが容易にできる。
取得した身体像に対応する画素データを、所定の方向に沿って積算することでプロファイルデータを作成するプロファイルデータ作成手段と、プロファイルデータから身体像の端部点を抽出する端部点抽出手段と、抽出した端部点の周期的移動に基づいて、泳者の所定の姿勢時点における端部点をストロークポイントとして抽出するストロークポイント抽出手段と、を備えていることが好ましい。
競泳の近代４種目（フリースタイル、バック、ブレスト、バタフライ）すべてにおいて、水泳中の泳者はストローク毎に周期的な動作をする。そのため、上述したような構成により、画像データにおける身体像の端部点を抽出していけば、各端部点の移動軌跡は、泳者の各ストロークに応じて周期的に変化する。この各端部点軌跡の周期的な変化から、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の端部点をストロークポイントとして抽出すれば、泳者の各ストロークに要する時間（以下、「ストローク時間」とする）及び各ストロークにより進行する距離（以下、「ストローク距離」とする）を正確に、また、リアルタイムで測定することが可能となる。
ここで、距離算出手段は、撮像手段に取り付けられた光を反射する反射板と、ガイド外から反射板に対してパルス光を照射する照射手段と、照射手段から出射され、反射板で反射された光を受光する受光手段と、照射手段で光を照射してから受光手段で反射光を受光するまでの経過時間を基にして距離算出を行う算出部とを備えていることが好ましい。このような構成によれば、撓みやねじれ等によるガイドの変形によらず、撮像手段とプールの一端との距離を正確に測定することができるからである。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面と共に本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書において、「距離」とは、「コース方向に沿った距離」の意味である。
図１は、本発明の実施の形態に係る泳者撮像装置１０の概念図であり、図２は、泳者撮像装置１０の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、室内プール１００の天井にはプール１００のコース１０１方向に沿ってワイヤ１２（ガイド）が張られている。ワイヤ１２には移動部１４が設けられ、移動部１４はワイヤ１２に沿って往復動する。移動部１４には、水泳中の泳者１５０の身体を撮像する、ズームレンズを備えた撮像部１６（撮像手段）が設置されている。撮像部１６からはフレーム毎（すなわち、１／３０秒毎）に画像データが出力され、基地局１８において、各画像データが処理されストローク時間及びストローク距離等が算出される。撮像部１６には、光を反射する反射板２０が設けられている。プール１００の一端近傍にはこの反射板２０に向けてパルス光を照射する発光部２２ａと反射板２０で反射された光を受光して検出する受光部２２ｂが配置されている。
図２に示すように、基地局１８には、撮像部１６の結像面と泳者のスタート位置（プールの一端）との距離を算出する距離算出部２２が設けられている。距離算出部２２は、図１に示す発光部２２ａと受光部２２ｂを含み、これらを制御するとともに出力信号を演算する演算制御手段から構成されている。この距離算出部２２は、発光部２２ａから反射板２０に光パルスを出射し、光パルスが出射されてから反射板２０により反射され受光部２２ｂに入射するまでに要する時間を測定し、この測定時間に基づいて撮像部１６の結像面とスタート位置との距離を算出する。なお、距離算出部２２による上記距離の算出は、撮像部１６による画像データの出力に同期して、すなわち、１／３０秒毎に行われる。
上述した構成によれば、ワイヤが撓みやねじれ等により変形していても、エンコーダ機能等を用いることなく、撮像部１６の結像面とスタート位置との距離を正確に算出することができる。受光部２２ｂとして入射する光の方向を検出可能な位置検出センサ（ＰＳＤ）等を用いると、さらに精度よい測定が可能となる。
移動部１４には、プール１００のコース１０１方向に対する撮像部１６の角度が一定となるように、移動部１４に対する撮像部１６の方向を制御する方向制御部２４（方向制御手段）と、撮像部１６の結像面（取得画像データにおいても同様）での泳者１５０の身体の像の大きさが一定となるように、ズームレンズを制御するズームレンズ制御部２６（ズームレンズ制御手段）とが設けられている。
方向制御部２４は、予め方向制御テーブルを作成し、泳者１５０の身体の撮像の際には、この方向制御テーブルに従って移動部１４に対する撮像部１６の方向を制御する。方向制御テーブルの作成は、プール１００のコース１０１を区画するコースロープの位置が一定であることに基づき、移動部１４をプール１００のコース１０１方向に沿って移動させた際に、撮像部１６により出力される各画像データ中のコースロープの像の位置が一定となるように行われる。図３は、方向制御部２４による方向制御テーブルの作成処理を示すフローチャートである。
図示するように、方向制御テーブルの作成処理は、基地局１８の距離算出部２２により算出される距離ＤがＤ＝０（すなわち、スタート位置）の時点から開始される。これは、制御の距離判定初期値Ｄ０に０を設定することで行われる（ステップ７０）。次に、距離Ｄが（Ｄ０＋５）メートルに達したか否か、つまり、５メートル毎の境界位置に達したか否かが判断される（ステップ７２）。５メートル位置に達していない場合には、ステップＳ７２へ戻るループ処理を行うことで待機する。一方、距離Ｄが（Ｄ０＋５）メートルに達した場合には、Ｄ０をＤ０＋５で更新する（ステップ７３）。そして、撮像部１８により取得された画像データにおいて、コースロープの像の位置が所定の位置か否かが判断される（ステップ７４）。なお、この所定の位置は初期値として設定される。コースロープの像の位置が所定の位置でない場合には、所定の位置となるように移動部１４に対する撮像部１６の方向が制御され（ステップ７６）、ステップ７４に戻る。また、コースロープの像の位置が所定の位置である場合には、そのときの撮像部１６の方向が記録される（ステップ７８）。
そして、距離Ｄが５０メートルか否かが判断される（ステップ８０）。なお、ここで５０メートルとされるのはプールのコース方向の全長が５０メートルだからであり、全長の異なるプールの場合には、その全長をこの判定値に設定すればよい。距離Ｄが５０メートルに達していない場合には、ステップ７２に戻る。これにより、５メートルおきにステップＳ７４、Ｓ７６、Ｓ７８の撮像方向の修正および記録処理を繰り返すことになる。反対に、距離Ｄが５０メートルに達した場合には、ステップ７８にて５メートル毎に記録された撮像部１６の方向のデータがスムージングされ、連続的な方向制御テーブルが作成される（ステップ８２）。
ズームレンズ制御部２６もまた、予めズームレンズ制御テーブルを作成しておき、泳者１５０の身体の撮像の際には、このズームレンズ制御テーブルに従って撮像部１６のズームレンズを制御する。ズームレンズ制御テーブルの作成は、上述した方向制御テーブルの作成の際に同時に行われる。また、ズームレンズ制御テーブルの作成は、プール１００のコースロープの間隔が一定であることに基づき、撮像部１６により出力される各画像データ中のコースロープの像の間隔が一定となるように行われる。なお、ズームレンズ制御テーブルの作成においては、各画像データにおけるコースロープの像の位置が一定となるようにしてもよい。図４は、ズームレンズ制御部２６によるズームレンズ制御テーブルの作成処理を示すフローチャートである。
図示するように、ズームレンズ制御テーブルの作成処理もまた、基地局１８の距離算出部２２により算出される距離ＤがＤ＝０（すなわち、スタート位置）の時点から開始される。これは、制御の距離判定初期値Ｄ０に０を設定することで行われる（ステップ７０）。次に、距離Ｄが（Ｄ０＋５）メートルに達したか否か、つまり、５メートル毎の境界位置に達したか否かが判断される（ステップ７２）。５メートル位置に達していない場合には、ステップＳ７２へ戻るループ処理を行うことで待機する。一方、距離Ｄが（Ｄ０＋５）メートルに達した場合には、Ｄ０をＤ０＋５で更新する（ステップ７３）。そして、撮像部１８により取得された画像データにおいて、コースロープの像の間隔が所定の間隔か否かが判断される（ステップ８４）。なお、この所定の間隔は初期値として設定される。コースロープの像の間隔が所定の間隔でない場合には、所定の間隔となるように撮像部１６のズームレンズが制御され（ステップ８６）、ステップ８４に戻る。また、コースロープの像の間隔が所定の間隔である場合には、そのときのズームレンズの状態が記録される（ステップ８８）。
そして、距離Ｄが５０メートルか否かが判断される（ステップ８０）。距離Ｄが５０メートルに達していない場合には、ステップ７２に戻ることで５メートルごとにズームレンズの制御、状態の記録を繰り返すことになる。また、距離Ｄが５０メートルに達した場合には、ステップ８８にて５メートル毎に記録されたズームレンズの状態のデータがスムージングされ、連続的なズームレンズ制御テーブルが作成される（ステップ９０）。
このように、方向制御部２４及びズームレンズ制御部２６により、予め補正テーブルを作成しておき、泳者の身体の撮像の際には、作成された補正テーブルに従って撮像部１６の制御を行えば、撓みやねじれ等によるワイヤ１２の変形に伴なって移動部１４の方向や位置が変化しても、プールのコース方向に対する撮像部１６の角度、及び、撮像部１６の結像面での身体の像の大きさを一定とすることができる。したがって、撮像部１６により出力された画像データの像倍率等を補正することなく、基地局１８において画像データの処理を行うことが可能となる。
なお、プールのコースロープに対する撮像部１６の角度を一定とする制御においては、移動部１４に発光体を設け、基地局１８からこの発光体の位置を測定することにより、その移動量に応じて移動部１４に対する撮像部１６の方向を制御することもできる。
基地局１８は、撮像部１６からフレーム毎に出力される画像データを光無線により受信し記憶するメモリ部２８と、メモリ部２８に記憶された各画像データにおいて、泳者の身体の像に対応する画素データを抽出する画素抽出部３０（画素抽出手段）と、抽出された画素データをコース方向に垂直な方向に積算して、プロファイルデータを作成するプロファイルデータ作成部３２（プロファイルデータ作成手段）とを備えている。
さらに、基地局１８は、プロファイルデータ作成部３２により作成されたプロファイルデータの中点に対応する画素データを基準点位置と判定する基準点判定部３４（基準点位置判定手段）と、中点に対応する画素データと、プロファイルデータにおいて撮像部１６の結像面の視野中心に対応する画素データとの差を算出する中心差算出部３６と、算出された差に応じて加速信号又は減速信号を発生する加減速信号発生部３８とを備えている。
上述した基地局１８の各構成について、図面を参照して詳細に説明する。図５Ａ〜図５Ｄは、画素データの積算の説明図である。
画素抽出部３０は、図５Ａに示すように、各画像データ４０中の全画素データについて、ＲＧＢ／ＨＳＶ（Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ／Ｈｕｅ，Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，Ｖａｌｕｅ）変換を行い、色相値に基づいて身体の像に対応する画素データとその他の画素データとに２値化することにより、身体の像に対応する画素データ４２を抽出する。なお、分光波長や輝度値に基づいて２値化してもよい。
プロファイルデータ作成部３２は、図５Ｂに示すように、画素抽出部３０により抽出された身体の像に対応する画素データ４２をコース方向に垂直な方向に積算し、積算された全画素データ４４を、コース方向に垂直な方向に沿った画素データ列４６毎に分割し、各画素データ列４６を構成する画素データの積算数を算出する。そして、図５Ｃに示されるように各画素データ列４６を、その積算数に比例した輝度値を有する１つの画素データ４８に変換し、変換された画素データ４８を１次元に配置して身体の像に対応するプロファイルデータ５０を作成する。
基準点判定部３４は、図５Ｃに示すように、プロファイルデータ作成部３２により作成されたプロファイルデータ５０の両端のエッジ位置を求め、その中点に対応する画素データ４８ａを、身体の像４２の位置基準となる基準点と判定する。
中心差算出部３６は、図５Ｃに示されるプロファイルデータの中の基準点判定部３４により設定された中点に対応する画素データ４８ａと、プロファイルデータ５０において撮像部１６の結像面の視野中心に対応する画素データ４８ｂとの、コース方向に沿った差を画素数で算出する。
加減速信号発生部３８は、中心差算出部３６により算出された画素数による差に応じて、図６に示すような加速パルス又は減速パルスを発生する。例えば、図５Ｃに示すように、視野中心に対応する画素データ４８ｂが中点に対応する画素データ４８ａに対して先行している場合には、移動部１４が泳者よりも先行していることになるため、加減速信号発生部３８は減速パルスを発生する。また、中点に対応する画素データ４８ａが視野中心に対応する画素データ４８ｂに対して先行している場合には、泳者が移動部１４よりも先行していることになるため、加減速信号発生部３８は加速パルスを発生する。
図２に示すように、移動部１４にはモータ５２が設置されており、モータ５２は、図７に示すような基本パルスに従って駆動する。これにより、移動部１４はワイヤ１２に沿って往復動する。ただし、上記画素数による差が生じた場合には、基地局１８の加減速発生部３８から、移動部１４に設けられたいと移動制御部５４（移動制御手段）に、加速パルス又は減速パルスが光無線により送信され、移動制御部５４は、モータ５２の回転数を制御して、移動部１４の速度を制御する。
このように、撮像部１６により出力される画像データ中の身体の像に対応する画素データ４２に基づいて、撮像部１６の結像面における泳者の身体の像が結像面の視野中心に位置するように移動部１４の速度が制御されるため、各画像データにおいて、画角の影響を減少させ身体の像の空間分解能を向上させることができると共に、同等の空間分解能を維持することができる。
また、図２に示すように、基地局１８は、ストローク時間及びストローク距離等を算出するストローク情報測定部５６を備えている。図８は、ストローク情報測定部５６の構成を示すブロック図である。
図示するように、ストローク情報測定部５６は、プロファイルデータ作成部３２により作成された各プロファイルデータを配置してプロファイルデータ群を作成するプロファイルデータ群作成部５８（プロファイルデータ群作成手段）と、各プロファイルデータにおいて、泳者の進行方向側の、身体の像の端部に対応する端部点（以下、「先端部点」とする）を抽出する端部点抽出部６０（端部点抽出手段）とを備えている。
さらに、ストローク情報測定部５６は、抽出された先端部点によりプロファイルデータ群に形成される波形の周期的な変化に基づいて、各先端部点から、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の先端部点をストロークポイントとして抽出するストロークポイント抽出部６２（ストロークポイント抽出手段）と、抽出されたストロークポイントに基づいて、泳者のストローク時間及びストローク距離を算出するストローク情報算出部６４（ストローク情報算出手段）と、算出結果を表示する表示部６６とを備えている。
本発明に係るストローク情報の測定は、競泳の近代４種目（フリースタイル、バック、ブレスト、バタフライ）すべてにおいて、水泳中の泳者の進行方向における身体の両端部と、進行方向に垂直な方向における身体の両端部とが、ストローク毎に周期的な動作をすることに基づくものである。そのため、上記いずれかの、身体の像の端部に対応する端部点を所定時間毎に抽出していけば、各端部点により形成される波形の各ストロークに応じた周期的な変化に基づいて、各端部点から、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の端部点をストロークポイントとして抽出することができる。
本実施形態に係るストローク情報測定部５６において、身体の像の端部に対応する端部点として、上述したように泳者の進行方向側の端部点すなわち先端部点を抽出しているのは、ストロークのタイミング基準として、ブレストでは頭部が最も上がったタイミング、また、その他の種目では腕が着水したタイミングを取るのが一般的だからである。
上述したストローク情報測定部５６の各構成について、それぞれ詳細に説明する。
プロファイルデータ群作成部５８は、縦軸が時間、横軸が距離を示すＤ−Ｔマップ上に、プロファイルデータ作成部３２により作成された各プロファイルデータ５０を配置することにより、プロファイルデータ群６８を作成する。縦軸方向については、画像データの出力順に配置される。また、横軸方向については、プロファイルデータ５０において撮像部１６の結像面の視野中心に対応する画素データ４８ｂが、距離算出部２２により画像データの出力に同期して算出された距離に対応するように配置される。図９は、作成されたプロファイルデータ群６８が示されているＤ−Ｔマップである。プロファイルデータ群６８により、泳者がＤ−Ｔマップの左上方から現れ、右下方へと消えていく様子が表されている。
端部点抽出部６０は、各プロファイルデータ５０を構成する各画素データ４８の有する輝度値に基づいて、泳者の進行方向側の、身体の像の端部に対応する端部点すなわち先端部点Ｐを抽出する。図５Ｄに示すように、端部点抽出部６０は、プロファイルデータ５０において輝度値の最も高い画素データ４８ｃを抽出し、抽出された画素データ４８ｃから泳者の進行方向側へ各画素データ４８をサーチし、輝度値が最も大きく減少した画素データ間を先端部点Ｐとして抽出する。なお、先端部点Ｐをプロファイルデータ５０における泳者の進行方向側のエッジ位置として抽出してもよい。
ストロークポイント抽出部６２は、プロファイルデータ群６８が示されたＤ−Ｔマップにおいて、端部点抽出部６０により抽出された先端部点Ｐが形成する波形の周期的な変化に基づいて、各先端部点Ｐから、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢（すなわち、ブレストでは頭部が最も上がった姿勢、また、その他の種目では腕が着水した姿勢）となった際の先端部点ＰをストロークポイントＰ０として抽出する。図１０は、ストロークポイント抽出部６２によるストロークポイントＰ０の抽出処理を示すフローチャートであり、図１１Ａ、図１１Ｂは、周期動作プロファイルの説明図である。
撮像を開始してから現在時刻までに処理されたフレーム数をｆとし、現在時刻からｎフレーム前のフレーム数ｆ−ｎにおける平均先端部点を、現在時刻から過去２ｎのフレーム数における先端部点の平均を取って求めるものとする。なお、平均を取るフレーム数２ｎは少なくともストローク時間以上とし、本実施形態では４０フレームに設定している。図１０、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、フレーム数ｆにおける先端部点Ｐ（ｆ）の抽出により、現在時刻から過去２ｎのフレーム数における先端部点Ｐの平均を取って、フレーム数ｆ−ｎにおける平均先端部点Ｐ’（ｆ−ｎ）が算出される（ステップ９２）。そして、フレーム数ｆ−ｎにおける先端部点Ｐ（ｆ−ｎ）と平均先端部点Ｐ’（ｆ−ｎ）との差を取って、周期動作プロファイルＱ（ｆ−ｎ）が算出される（ステップ９４）。これにより、フレーム数ｆ−ｎ−１におけるＱ（ｆ−ｎ−１）のスムージングデータＱ’（ｆ−ｎ−１）が算出される（ステップ９６）。そして、既に算出されているスムージングデータＱ’（ｆ−ｎ−２）とＱ’（ｆ−ｎ−３）とについて、及び、Ｑ’（ｆ−ｎ−２）とＱ’（ｆ−ｎ−１）とについて、それぞれ大きさを比較し（ステップ９８）、両比較共にＱ’（ｆ−ｎ−２）が大きい場合のみ、Ｐ（ｆ−ｎ−２）がストロークポイントＰ０として設定される（ステップ１００）。
このように、先端部点Ｐと平均先端部点Ｐ’との差を取って周期動作プロファイルＱを算出することにより、波形の周期的な変化をより顕著なものとすることができる。したがって、周期動作プロファイルＱの曲率の変化に基づいて、ストロークポイントＰ０を正確に抽出することが可能となる。
ストローク情報算出部６４は、ストロークポイント抽出部６２により抽出された各ストロークポイントＰ０に基づいて、ストローク時間及びストローク距離を算出し、表示部６６に表示させる。また、端部点抽出部６０が各プロファイルデータ５０において、泳者の身体の像の進行方向側端部に対応する端部点を先端部点Ｐとして抽出しているため、ストローク情報算出部６４は、先端部点Ｐを、プロファイルデータの対応する時刻における泳者の身体の先端位置として、Ｄ−Ｔマップから泳者の移動距離を正確に算出することができる。したがって、泳者の任意の位置間におけるスプリットタイムや、泳速度を算出して、表示部６６に表示させることも可能である。
次に、泳者撮像装置１０の動作について説明する。
泳者のスタートと同時に、基本パルスに従ったモータ５２の駆動による移動部１４の移動、移動部１４に設置された撮像部１６による泳者の身体の撮像、及び、基地局１８に設けられた距離算出部２２による、撮像部１６の結像面とスタート位置との距離の算出が開始される。
このとき、移動部１４においては、方向制御部２４により、予め作成された方向制御テーブルに従って、プールのコース方向に対する撮像部１６の角度が一定となるように、移動部１４に対する撮像部１６の方向が制御される。また、同時に、ズームレンズ制御部２６により、予め作成されたズームレンズ制御テーブルに従って、撮像部１６のズームレンズによる結像面での身体の像の大きさが一定となるように、ズームレンズが制御される。また、撮像部１６による画像データの出力は、フレーム毎（すなわち、１／３０毎）に行われ、基地局１８のメモリ部２８に光無線により送信される。距離算出部２２による距離の算出は、画像データの出力に同期して行われ、ストローク情報測定部５６のプロファイルデータ群作成部５８に送信される。
基地局１８のメモリ部２８に記憶された各画像データは、画素抽出部３０により、各画像データ中の全画素データがＲＧＢ／ＨＳＶ変換され、色相値に基づいて身体の像に対応する画素データとその他の画素データとに２値化されて、身体の像に対応する画素データ４２が抽出される。抽出された身体の像に対応する画素データ４２は、プロファイルデータ作成部３２により、コース方向に垂直な方向に積算され、積算数に比例した輝度値を有する画素データ４８が１次元に配置されたプロファイルデータ５０が作成される。
そして、基準点設定部３４により、プロファイルデータ５０の両端のエッジ位置が求められ、その中点に対応する画素データ４８ａが設定され、中心差算出部３６により、プロファイルデータの中点に対応する画素データ４８ａと、撮像部１６の結像面の視野中心に対応する画素データ４８ｂとの、コース方向に沿った差が画素数で算出される。算出された画素数による差に応じて、加減速信号発生部３８により、加速パルス又は減速パルスが発生され、移動部１４に設けられた移動制御部５４に光無線により送信される。そして、移動制御部５４により、移動部１４のモータ５２の回転数が制御され、撮像部１６の結像面における泳者の身体の像が結像面の視野中心に位置するように移動部１４の移動が制御される。
また、プロファイルデータ作成部３２で作成された各プロファイルデータ５０は、ストローク情報測定部５６のプロファイルデータ群作成部５８により、縦軸が時間、横軸が距離を示すＤ−Ｔマップ上に配置され、プロファイルデータ群６８が作成される。このとき、縦軸方向については、画像データの出力順に配置される。また、横軸方向については、プロファイルデータ５０において撮像部１６の結像面の視野中心に対応する画素４８ｂが、距離算出部２２により画像データの出力に同期して算出された距離に対応するように配置される。
そして、端部点抽出部６０により、各プロファイルデータ５０を構成する各画素データ４８の有する輝度値に基づいて、泳者の身体の像の進行方向側端部に対応する端部点すなわち先端部点Ｐが抽出される。そして、ストロークポイント抽出部６２により、プロファイルデータ群６８が示されたＤ−Ｔマップにおいて、端部点抽出部６０により抽出された先端部点Ｐが形成する波形の周期的な変化に基づいて、各先端部点Ｐから、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の先端部点ＰがストロークポイントＰ０として抽出される。
そして、ストローク情報算出部６４により、各ストロークポイントＰ０に基づいて、ストローク時間及びストローク距離が算出される。また、Ｄ−Ｔマップに基づいて、泳者のスタート位置からの距離が算出され、泳者の任意の位置間におけるスプリットタイムや、泳速度が算出される。そして、表示部６６により、これらの算出結果が表示される。図１２Ａ〜図１２Ｃは、男子２００メートル個人メドレーにおけるストローク時間、ストローク距離及びストローク速度（各ストロークにおける平均泳速度）をそれぞれ示す図であり、表示部６６における表示の一例である。各図において、点Ｐｔ１はスタートに要した時間、点Ｐｔ２〜４は各ターンに要した時間、また、点Ｐｄ１はスタートで進行した距離、点Ｐｄ２〜４はターンで進行した距離をそれぞれ示している。
以上のように構成された泳者撮像装置１０によれば、撓みやねじれ等によるワイヤ１２の変形に伴なって移動部１４の方向や位置が変化しても、プールのコース方向に対する撮像部１６の角度、及び、撮像部１６の結像面での身体の像の大きさが一定となる。したがって、撮像部１６により出力された画像データの像倍率等を補正することなく、画像データ中の身体の像に対応する画素データに基づいて、撮像部１６の結像面における身体の像が結像面の視野中心に位置するように移動部１４の速度を制御することができ、撮像部１６を水泳中の泳者に正確に追従させることが可能となる。
また、この泳者撮像装置１０によれば、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の先端部点をストロークポイントＰ０として抽出することができ、泳者のストローク時間及びストローク距離を正確に、また、リアルタイムで測定することができる。
以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
例えば、本実施形態においては、移動部及び撮像部がワイヤに沿って往復動する場合について説明したが、本発明は、移動部及び撮像部がレール等に沿って往復動する場合にも適用可能である。
また、本実施形態においては、基準点判定部により、プロファイルデータの中点に対応する画素データを、身体の像の位置基準となる基準点と判定しているが、泳者の身体の像の進行方向側端部に対応する端部点すなわち先端部点等を、基準点と判定してもよい。
また、結像面における身体の像の大きさが一定、すなわち、身体の像倍率は一定であるから、中心差算出部により算出された画素数による差から、泳者と、撮像部の結像面とのコース方向に沿った距離を容易に算出することができる。これにより、距離算出部により算出された、撮像部の結像面とスタート位置との距離とから、泳者とスタート位置との距離を算出することもできる。
さらに、本実施形態においては、プロファイルデータ作成部により、身体の像に対応する画素データをコース方向に垂直な方向に積算してプロファイルデータを作成したが、コース方向に積算してプロファイルデータを作成してもよい。コース方向に積算して作成されたプロファイルデータにおける端部点もストローク毎に周期的な動作をするため、泳者が各ストロークにおいて所定の姿勢となった際の端部点をストロークポイントとして抽出することができるからである。なお、両方向にそれぞれ積算して作成されたプロファイルデータからストロークポイントをそれぞれ抽出すれば、より正確なストローク時間及びストローク距離を得ることが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、撓みやねじれ等によるガイドの変形によらず、プールのコース方向に対する撮像手段の角度、及び、撮像手段の結像面での身体の像の大きさが一定とされる。そのため、撮像手段により出力される画像データ中の身体の像に対応する画素データに基づいて、高い精度で、撮像手段の結像面における身体の像の基準点が結像面の視野中心に位置するように撮像手段の移動が制御される。したがって、撮像手段は、水泳中の泳者に正確に追従して、泳者の身体を撮像することが可能となる。
さらに、本発明を、固定カメラを備えた流水プールに応用し、撮像手段の移動を制御する代わりに流水の速度を制御し、流水プール中の泳者の、撮像手段の結像面における身体の像が結像面の視野中心に位置するようにすれば、流水プールにおいても、ストローク時間及びストローク距離等を正確に、また、即座に測定することが可能となる。
産業上の利用可能性
本発明は、競泳選手のトレーニング施設、競技会場等に設置され、泳者の映像取得および泳法の評価に資する泳者撮像装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る泳者撮像装置の概念図であり、図２は、その構成を示すブロック図である。
図３は、方向制御テーブルの作成処理を示すフローチャートであり、図４は、ズームレンズ制御テーブルの作成処理を示すフローチャートである。
図５Ａ〜図５Ｄは、画素データの積算の説明図である。
図６は、加減速パルスの説明図であり、図７は、基本パルスの説明図である。
図８は、ストローク情報測定部の構成を示すブロック図である。
図９は、プロファイルデータ群が示されているＤ−Ｔマップである。
図１０は、ストロークポイントの抽出処理を示すフローチャートである。
図１１Ａ、図１１Ｂは、周期動作プロファイルの説明図である。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ストローク時間、ストローク距離及びストローク速度をそれぞれ示す図である。
【図１】
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【図２】
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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５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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