(57)【要約】シャフトのしなりを測定する方法は、スイング面を通るシャフトの運動の間、そのシャフトの少なくとも１つの画像を取り込むことと、シャフトのしなりを求めるために、少なくとも１つの画像を調べることと、を有する。
2013521077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイング面を通るシャフトの運動の間、前記シャフトの少なくとも１つの画像を取り込むことと、
前記シャフトのしなりを求めるために前記少なくとも１つの画像を調べることと、
を有する、シャフトのしなりを測定する方法。
【請求項２】
前記取り込むことは、前記スイング面を通る前記シャフトの前記運動の間、一連の画像を取り込むことを有し、前記調べることは、複数の画像を調べて前記スイング面に沿った複数の点における前記シャフトのしなりを求めることを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調べることは、前記スイング面を通る前記シャフトの前記運動にわたる、前記シャフトについてのフレックスプロファイルを求めることを有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調べることは、固定された基準からの、前記シャフトに沿った少なくとも１つの離散点の偏位を測定して、シャフトのしなりを求めることを有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記調べることは、固定された基準からの、前記シャフトに沿った複数の離散点の偏位を測定して、シャフトのしなりを求めることを有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記調べることは、複数の前記偏位を比較して前記シャフトの前記しなりを表わす最大偏位を求めることを有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記固定された基準は、前記シャフトの対向する端部に隣接する１対の基準点の間を延びる直線である、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの離散点が前記１対の基準点の中間に位置する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの離散点が、前記シャフト上の反射マークによって規定されている、請求項４乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記１対の基準点が、前記シャフト上の反射マークによって規定されている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記シャフトがゴルフクラブのシャフトである、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
スイング面を通るシャフトの運動の間、前記シャフトの画像を取り込む少なくとも１つの撮像装置と、
前記少なくとも１つの撮像装置によって取り込まれた画像データを処理して前記シャフトのしなりを求める処理構造と、
を有する、シャフトのしなりを測定する装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの撮像装置の光軸が前記スイング面に概ね垂直である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
照明光源を有する、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの撮像装置は、前記スイング面を通る前記シャフトの運動の間、前記シャフトの一連の画像を取り込み、前記処理構造は、複数の画像を処理して前記スイング面に沿った複数の点における前記シャフトのしなりを求めるためにように構成されている、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記処理構造は、前記シャフトの運動にわたる、前記シャフトのフレックスプロファイルを求める、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記処理構造は、固定された基準からの、前記シャフトに沿った少なくとも１つの離散点の偏位を測定するように構成されている、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記処理構造は、固定された基準からの、前記シャフトに沿った複数の離散点の偏位を測定するように構成されている、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記処理構造は、複数の前記偏位を比較して前記シャフトの前記しなりを表わす最大偏位を求めるように構成されている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記固定された基準は、前記シャフトの対向する端部に隣接する１対の基準点の間を延びる直線である、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの離散点が前記１対の基準点の中間に位置する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの離散点が、前記シャフト上の反射マークによって規定されている、請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記１対の基準点が、前記シャフト上の反射マークによって規定されている、請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記シャフトがゴルフクラブのシャフトである、請求項１２乃至２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
請求項１２乃至２３のいずれか１項に記載のシャフトのしなりを測定する装置と、
表示面の前に配置されたゴルフボール追跡領域の画像を異なる見通し位置から取り込んで、前記表示面に向けて前記ゴルフボール追跡領域を通過する打ち出されたゴルフボールを検出する少なくとも２つの撮像装置を含むゴルフボール追跡装置と、
前記各撮像装置からデータを受信し、前記ゴルフボール追跡領域を通過する、検出された打ち出されたゴルフボールの三次元位置、速度及び加速度を求める少なくとも１つの処理ユニットと、
を有し、
前記三次元位置、速度及び加速度は、前記打ち出されたゴルフボールの三次元ゴルフシーンへの軌道を計算するために、前記少なくとも１つの処理ユニットによって使用される、ゴルフシュミレーションシステム。
【請求項２６】
前記ゴルフボール追跡領域と少なくとも一部が重なる領域の画像を取り込むゴルフボールスピン検知ユニットをさらに有し、取り込まれた各画像は、ゴルフボールが画像の取り込みの間に前記領域にあるときの、前記ゴルフボールの運動経路を表わすゴルフボール軌跡を含む、請求項２５に記載のゴルフシュミレーションシステム。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの処理ユニットは、計算された軌道を用いて、前記計算された軌道に引き続く前記打ち出されたゴルフボールの前記三次元ゴルフシーンへのシミュレーションを含む、更新された画像データを生成する、請求項２５または２６に記載のゴルフシュミレーションシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの処理ステージから画像データを受信し、前記シミュレーションを含む前記三次元ゴルフシーンを前記表示面上に表示する、前記少なくとも１つの処理ユニットと接続された投影装置をさらに有する、請求項２７に記載のゴルフシュミレーションシステム。
【請求項２９】
前記ゴルフボール追跡装置は、フレームと、該フレーム上に取り付けられた少なくとも１対のカメラ装置を含み、該少なくとも１対のカメラ装置は、前記表示面を見渡す相互に重なる視野を前記表示面の前に有し、前記ゴルフボール追跡領域の画像を取り込む、請求項２５乃至２８のいずれか１項に記載のゴルフシュミレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、スポーツ測定システムに関し、特に、ゴルフクラブのシャフトのしなり（フレックス(flex)）を測定する装置及び方法と、この装置を組み込んだゴルフシュミレーションシステムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
全てのスポーツ用品の目的は、競技者が自己のベストでスポーツできるようにする用品をその競技者に提供することである。重さ、長さ、トルク、しなりなどの多くのパラメータがスポーツ用品の設計に取り入れられている。例えば、ホッケー競技者の特定の体格に合わせて調整された、さまざまなしなりと重量のホッケー用スティックが販売されている。ホッケー競技を学んでいる若年層の子供は、通常、短くて軽量であり、柔らかいしなりのホッケー用スティックを使用することに最も適しており、他方、プロのホッケー選手は、通常、長くて重量があり、硬いしなりのホッケー用スティックを使用することに最も適している。野球のバット、ゴルフクラブ、テニスのラケットなどのような他の種類のスポーツ用品も同様に、ある「種類」の競技者に適合するように調整されたさまざまなタイプのものが販売されている。
【０００３】
ある種のスポーツ用品は、競技者が彼らのベストを出すのを助けるために、シャフトのしなりに依存している。例えばゴルフクラブの製作者は、個々のゴルファーによって選択される種々の長さと種々のしなりのゴルフクラブ・シャフトを製造している。多くのゴルファーは、彼らの特有の体格と技量に対して最良のゴルフクラブ・シャフトを推奨するゴルフクラブ・フィッターの専門的知識に頼っている。過去において、ゴルフクラブ・フィッターは、ゴルファーのスイングスピードを測定し、この測定からそのゴルファーのゴルフクラブのシャフトの種類を選択したものだった。残念ながら、ゴルフクラブのシャフトの種類をスイングスピードの測定値に基づいて選択することは、非常に推測的であり、その結果、ゴルフクラブのシャフトのフィッティングが不正確になる。
【０００４】
この問題に対処するために、ゴルフクラブのシャフトのしなりを測定する技術が考えられている。例えば、Ashidaらに与えられた米国特許第7,292,070号（特許文献１）は、ゴルファーのスイングにおけるインパクト時のクラブヘッドのスピードを検出するヘッドスピード測定ユニットと、ゴルファーのスイングテンポ(swing tempo)を検出するスイングテンポ検出ユニットと、ゴルファーのスイング特性に対応するシャフトの質量とシャフトのしなりの点を示す図（チャート）と、この図を参照し、かつそれぞれヘッドスピード検出ユニットとスイングテンポ検出ユニットによって検出されたクラブヘッドのスピードとスイングテンポに基づいて、当該ゴルファーに適したゴルフクラブのシャフトを選択する選択ユニットと、選択ユニットによって選択されたゴルフクラブのシャフトを表示する表示装置と、を含むゴルフクラブシャフト選択システムを記載している。
【０００５】
Wrightらに与えられた米国特許第7,041,014号（特許文献２）は、テストゴルファーを、複数の種類を有するゴルフクラブのグループから選択される特定のゴルフクラブに合わせる方法を記載している。この方法は、多数の事前テストゴルファーの各々のクラブの種類に対する嗜好が記録され、かつそのような事前テストゴルファーのゴルフスイングに対する一連の性能パラメータとそれらの嗜好とが関連付けられている、最初の手順において導き出されたデータセットを利用している。このデータセットは、同じサブグループ内のゴルファーは同じ種類のクラブを概ね好み、異なったサブグループのゴルファーは異なった種類のクラブを概ね好む、そのようなサブグループに事前テストゴルファーを分類することを可能にする。この方法において、ゴルファーがゴルフクラブを持ってゴルフスイングをしている間に、そのスイングの性能パラメータが測定される。測定された性能パラメータと事前に得られたデータセットとに基づいて、テストゴルファーは、スイングの種類にしたがって分類され、次に、最適なゴルフクラブが、ゴルフクラブの複数の種類から選択される。
【０００６】
Nauckに与えられた米国特許第5,616,832号（特許文献３）は、ゴルフクラブのシャフトの内部に挿入されて振動を音波として検出し、処理、表示及び分析のためのデータ収集システムにその振動の周波数と振幅を示す信号を送信するマイクロホンを有する、ゴルフクラブの動力学を評価するシステム及び方法を記載している。この装置は、発音器またはマイクロスイッチ・アクチュエータを用いてしなりの固有振動数を測定するために使用されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，２９２，０７０号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０４１，０１４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６１６，８３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１〜３は、ゴルフスイングを測定し、ゴルフクラブのシャフトを選択する技術を記載しているが、改良が望まれている。
【０００９】
したがって本発明の目的は、ゴルフクラブシャフトのしなりを測定する装置及び方法と、この装置を組み込んでいるゴルフシミュレーションシステムとを少なくとも提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって一態様において、スイング面を通るシャフトの運動の間、シャフトの少なくとも１つの画像を取り込むことと、シャフトのしなりを求めるために少なくとも１つの画像を調べることと、を有する、シャフトのしなりを測定する方法が提供される。
【００１１】
一実施態様において、取り込むことは、スイング面を通るシャフトの運動の間、一連の画像を取り込むことを有し、調べることは、複数の画像を調べてスイング面に沿った複数の点におけるシャフトのしなりを求めることを有する。調べることは、スイング面を通るシャフトの運動にわたる、シャフトについてのフレックスプロファイルを求めることを有していてもよい。調べることは、固定された基準からの、シャフトに沿った少なくとも１つの離散点の偏位を測定して、シャフトのしなりを求めることも有していてもよい。固定された基準は、シャフトの対向する端部に隣接する１対の基準点の間を延びる直線であってもよい。少なくとも１つの離散点と１対の基準点は、シャフト上の反射マークによって規定されていてもよい。シャフトはゴルフクラブのシャフトであってもよい。
【００１２】
他の態様によれば、スイング面を通るシャフトの運動の間、シャフトの画像を取り込む少なくとも１つの撮像装置と、少なくとも１つの撮像装置から画像を受け取り、受け取った画像を処理してシャフトのしなりを求める処理ユニットと、を有する、シャフトのしなりを測定する装置が提供される。
【００１３】
一実施態様において、少なくとも１つの撮像装置の光軸がスイング面に概ね垂直である。この装置は、照明光源をさらに有してよい。少なくとも１つの撮像装置は、スイング面を通るシャフトの運動の間、シャフトの一連の画像を取り込み、処理構造は、複数の画像を処理してスイング面に沿った複数の点におけるシャフトのしなりを求めるように構成されている。
【００１４】
さらに他の態様によれば、シャフトのしなりを測定する上記の装置と、表示面の前に配置されたゴルフボール追跡領域の画像を異なる見通し位置から取り込んで、表示面に向けてゴルフボール追跡領域を通過する打ち出されたゴルフボールを検出する少なくとも２つの撮像装置を含むゴルフボール追跡装置と、ゴルフボール追跡領域と少なくとも一部が重なる領域の画像を取り込むゴルフボールスピン検知ユニットと、各撮像装置及びゴルフボールスピン検知ユニットからデータを受信し、ゴルフボール追跡領域を通過する、検出された打ち出されたゴルフボールの三次元位置、速度、加速度及びスピンを求める少なくとも１つの処理ユニットと、を有し、取り込まれた各画像は、ゴルフボールが画像の取り込みの間に領域にあるときの、ゴルフボールの運動経路を表わすゴルフボール軌跡を有し、三次元位置、速度、加速度及びスピンは、打ち出されたゴルフボールの三次元ゴルフシーンへの軌道を計算するために、少なくとも１つの処理ユニットによって使用される、ゴルフシュミレーションシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ゴルフクラブのシャフトのしなりを測定する装置の概略部分側面図である。
【図２】図２は、図１の装置で使用されるゴルフクラブの概略斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｈ）は、図２のゴルフクラブをスイングしているユーザーの正面図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、図１の装置の一部を構成する撮像装置によって取り込まれた、ゴルフスイングの間のゴルフクラブのシャフトの画像を示している。
【図５】図５は、ゴルフスイングの頂点（トップ）における、図２のゴルフクラブの側面図である。
【図６】図６は、ゴルフスイングの間の、図２のゴルフクラブに沿った３つの点でのしなり比を示すグラフである。
【図７】図７は、ゴルフスイングの間のゴルフクラブのシャフト角度を示すグラフである。
【図８】図８は、ゴルフスイングの間の、図２のゴルフクラブの最大しなり比とシャフト角度とを示すグラフである。
【図９】図９は、ゴルフスイングの間の、図２のゴルフクラブの角速度と角加速度とを示すグラフである。
【図１０】図１０は、図１の装置を組み込んだゴルフシミュレーションシステムの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの側面図である。
【図１２】図１２は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの上面図である。
【図１３】図１３は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの一部を構成するゴルフボール追跡装置の正面図である。
【図１４】図１４は、図１３のゴルフボール追跡装置の一部の、一部断面である拡大正面図である。
【図１５】図１５は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの一部を構成するゴルフボール打ち出し領域検知ユニットの概略側面図である。
【図１６】図１６は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの一部を構成するゴルフボールスピン検知ユニットの概略斜視図である。
【図１７】図１７は、図１６のゴルフボールスピン検知ユニットの一部を構成する領域走査デジタルカメラの概略ブロック図である。
【図１８】図１８は、図１６のゴルフボールスピン検知ユニットの一部を構成する照明器ボードドライバ及び照明ボードの概略ブロック図である。
【図１９】図１９は、後方にスピンしている打ち出されたゴルフボールを示している。
【図２０】図２０は、プレーヤーが図１０のゴルフシミュレーションシステムと相互作用する間に行われる手順を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、プレーヤーが図１０のゴルフシミュレーションシステムと相互作用する間に行われる手順を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、プレーヤーが図１０のゴルフシミュレーションシステムと相互作用する間に行われる手順を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、プレーヤーが図１０のゴルフシミュレーションシステムと相互作用する間に行われる手順を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、図１０のゴルフシミュレーションシステムの打ち出し領域内でゴルフボールに衝突（インパクト）するゴルフクラブの、上から見た図である。
【図２５】図２５は、取り込まれた画像の、ゴルフボールのスピンとそのスピンの傾斜軸を求めるための処理を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、添付図面を参照して実施形態をより詳しく説明する。
【００１７】
図１を参照すると、ゴルフクラブのシャフトのしなりを測定する装置が示され、全体が参照番号１００によって特定されている。図から分かるように、装置１００は、ゴルフクラブ１１２を振るプレーヤーＰが立つゴルフボール打ち出し領域(launch area)すなわち打球領域(hitting area)の画像を取り込むように配置された撮像装置１０２を有している。撮像装置１０２の光軸は、プレーヤーＰの予想されるスイング面ＳＰに概ね垂直になるように位置付けられている。光源１０６が、打ち出し領域を概ね均一に照らすように、撮像装置１０２に隣接して配置されている。打球領域は、無反射床１０８と無反射背景１１０とを有している。例えばパーソナル・コンピュータまたは他の適切な処理ユニットまたは処理構造のようなコンピュータ装置１２８が、撮像装置１０２に接続されている。コンピュータ装置１２８は、以下に説明するように、撮像装置１０２から受け取った画像フレームを処理し、ゴルフクラブのスイング全体にわたってゴルフクラブ１１２のシャフトのしなりを求め、結果を表示する。
【００１８】
この実施形態では、無反射背景１１０は、アクリルで覆われた無反射材料で形成されたカーテンまたは壁紙の形態をしている。同様に無反射床１０８は、同様の無反射材料で作られたカーペットまたは床材を有している。この実施形態では、撮像装置１０２は、少なくとも６４０×４８０の画素配列と電子制御シャッターとを有し、少なくとも６０フレーム毎秒のフレームレートで画像フレームを取り込むデジタルカメラである。前述したように光源１０６は、打ち出し領域を均一に照明し、プレーヤーＰがゴルフクラブ１１２を振ってゴルフボールＧＢを打つのに適し、かつ、シャフトのしなりを求めるために処理できる画像データを含む画像フレームを撮像装置１０２が取り込むのに適した光を供給する。この実施形態では、光源１０６は、レール式可動照明器具に取り付けられた複数のハロゲン照明を含んでいる。
【００１９】
次に図２を参照すると、ゴルフクラブ１１２がよりよく示されている。図から分かるように、ゴルフクラブ１１２は、一端にクラブヘッド１１６を有する、しなり性を備えたシャフト１１４を含んでいる。ゴルフクラブ１１２の画像化、特にゴルフスイングの間のシャフト１１４の画像化を容易にするために、複数の反射マーカがシャフト上に間隔をおいて設けられている。この実施形態では、５個の反射マーカ１１８〜１２６がシャフト１１４上に設けられている。この実施形態における反射マーカは、シャフト１１４の長さに沿った別々の点または位置においてシャフト１１４を囲む複数片の再帰反射テープである。これらの再帰反射テープ片の寸法は異なっていてよいが、撮像装置１０２によって取り込まれた画像フレーム中で再帰反射テープ片を容易に識別できるように選択される。この例では、再帰反射テープの各片は約１インチ（２．５４ｃｍ）に等しい長さを有する。
【００２０】
反射マーカ１１８〜１２６のシャフト１１４に沿った位置は、ゴルフスイングの間にゴルフクラブのシャフトのしなりを検出して測定するのを容易にするように選択される。この実施形態では、反射マーカ１１８は、ゴルフクラブのグリップに隣接したシャフト１１４の頂部の近くに配置され、反射マーカ１２６は、ホーゼル及びクラブヘッド１１６に隣接したシャフト１１４の底部の近くに配置されている。反射マーカ１２２はシャフト１１４の中点に隣接して配置されている。反射マーカ１２０は反射マーカ１１８，１２２の中間に配置され、反射マーカ１２４は反射マーカ１２２，１２６の中間に配置されている。反射マーカ１１８，１２６は、後で説明するように、シャフト１１４のしなりを測定する間、シャフト１１４上の基準点を決めるために使用される。
【００２１】
動作中、ゴルフスイングの間にゴルフクラブのシャフト１１４のしなりを測定することが望まれると、ゴルフクラブ１１２を手に持ったプレーヤーＰが、打ち出し領域に立つ。光源１０６は、プレーヤーＰがほとんどまたは全く困難なくゴルフスイングを終えてゴルフボールＧＢを打つように、打ち出し領域を概ね均一に照らすために動作させられる。プレーヤーＰがゴルフのスイングをする準備ができると、撮像装置１０２は、画像フレームを取り込むように条件設定される。その結果、プレーヤーＰがゴルフスイングをすると、ゴルフスイングのほぼ全体が画像フレームに取り込まれる。
【００２２】
図３（ａ）〜（ｈ）は、プレーヤーＰのゴルフスイングを示している。図から分かるようにゴルフスイングは、図３（ａ）〜（ｄ）に示されるアップスイング成分と、図３（ｅ）〜（ｈ）に示されるダウンスイング成分とを有する。理解されるように、シャフト１１４は、ゴルフスイング中の特定の時点におけるゴルフスイング成分とクラブヘッド１１６のスピードとに応じて、ゴルフスイングの全体にわたって異なる量でしなる。例えば図３（ｄ）に示されるように、プレーヤーの手はダウンスイングの方向に動き始めようとしているのに、クラブヘッド１１６の勢いは依然としてアップスイング方向にあるので、シャフト１１４はプレーヤーＰに向かってしなる。
【００２３】
反射マーカ１１８〜１２６は、ゴルフスイングの間中、撮像装置１０２に向かって光を反射し、一方、無反射背景１１０と無反射床１０８は、光がこれらの表面で撮像装置に向けて反射されるのを妨げる。その結果、反射マーカ１１８〜１２６は、取り込まれた画像フレームにおいて、他の比較的暗い背景上の明るいスポットとして見え、反射マーカ１１８〜１２６を容易に見つけられるようにできる。図４（ａ）は、プレーヤーのゴルフスイングのアップスイング成分の間に撮像装置１０２によって取り込まれた一連の画像フレームを示し、一方、図４（ｂ）は、プレーヤーのゴルフスイングのダウンスイング成分の間に撮像装置１０２によって取り込まれた一連の画像フレームを示している。図から分かるように、反射マーカの位置に対応する、シャフト１１４に沿った点は、取り込まれた画像フレーム中で容易に識別することができる。取り込まれた各画像フレーム間でゴルフクラブ１１２のシャフト１１４が移動する距離は、クラブヘッド１１６の加速を示している。図から分かるように、図４（ａ）に示されるプレーヤーのゴルフスイングのアップスイング成分の間、連続する画像フレーム間でゴルフクラブ１１２のシャフト１１４が移動する距離は比較的一定であり、滑らかなアップスイングを表わしている。プレーヤーのゴルフスイングのダウンスイング成分の間、連続する画像フレームの各対間でゴルフクラブ１１２のシャフト１１４が移動する距離は大きくなり、ゴルフボールＧＢとの接触がなされるまでのダウンスイングの間のクラブヘッド１１６の加速を意味している。
【００２４】
図５は、図３（ｄ）に示されたプレーヤーのゴルフスイングに沿った位置におけるゴルフクラブ１１２を示している。図から分かるように、この位置においてゴルフクラブ１１２のシャフト１１４はしなっている（たわんでいる）。その結果、反射マーカ１１８〜１２６はもはや直線に沿って位置せず、むしろ弓状の線に沿って位置する。取り込まれた画像フレーム中での反射マーカ１１８〜１２６の位置は、ゴルフクラブのシャフトのしなりを求めて測定するのに使用される。理解されるように、ゴルフスイングの間のシャフト１１４のしなりの量は、シャフトの剛性、シャフトの重量、クラブヘッドの重量、トルク、キック点、クラブヘッドのスピードなどのような様々な要因によって決まる。
【００２５】
コンピュータ装置１２８は、処理中、取り込まれた画像フレームを処理して、ゴルフスイング全体にわたる種々の点におけるゴルフシャフト１１４のしなりを測定する。具体的にはコンピュータ装置１２８は、取り込まれた各画像フレームについて、反射マーカ１１８〜１２６に対応する、画像フレーム中の明るい各スポットの中心点１５０〜１５８を求める。中心点１５０，１５８は基準点として使用される。中心点１５０，１５８がいったん求められると、コンピュータ装置１２８は、基準点１５０，１５８の間を延びる直線１６０を計算する。直線１６０の計算に続けて、直線１６０に垂直な線に沿った、各中心点１５２，１５４，１６０と直線１６０との間のそれぞれｄ１，ｄ２，ｄ３で示される距離が測定される。距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は、それぞれの点におけるシャフト１１４のしなりの量を表わしている。直線１６０からの距離ｄ１，ｄ２，ｄ３が大きくなればなるほど、ゴルフクラブのシャフトのしなりの量は大きくなる。距離ｄ１，ｄ２，ｄ３のいずれかがゼロに等しければ、その特定の点においてシャフト１１４のしなりはない。
【００２６】
理解されるように、ゴルフクラブのシャフトの剛性と長さは様々である。ゴルフクラブの異なったシャフトを正確に比較するためには、距離ｄ１，ｄ２，ｄ３は正規化されなければならない。この正規化は、基準点１５０，１５８の間の直線１６０に沿った長さＬを測定することによってなされる。長さＬは、距離ｄ１、ｄ２、ｄ３を
【００２７】
【数１】
2013521077.tif 000003
【００２８】
にしたがって、しなり比(flex ratio)パーセントｆ１，ｆ２，ｆ３として正規化するために使用できる定数値を規定する。しなり比パーセントは、特定の各中心点１５２，１５４，１５６におけるしなりのパーセントを示している。再度言うが、計算されたゼロ値は、その特定の点においてシャフト１１４のしなりがないことを示している。これら３つの計算されたしなり比を比較することによって、シャフト１１４の最大しなりを
【００２９】
【数２】
2013521077.tif 000004
【００３０】
にしたがって計算することが可能になる。シャフト１１４の最大しなりは、その画像フレームに関するシャフト１１４のしなりを表わすのに使用される。一連の取り込まれた画像フレームにわたって最大しなりを求めることによって、ゴルフスイングにわたるシャフト１１４のフレックスプロファイル（flex profile：しなりの変化形状）を求め、表示することができる。次に、ゴルフクラブ１１２のシャフトのフレックスプロファイルがプレーヤーのゴルフスイングに合っているかどうかを判定することができる。
【００３１】
図６は、反射マーカ１２０，１２２，１２４に対応する、シャフトに沿った位置におけるシャフト１１４のしなり比パーセントをグラフに表現したものを示している。しなり比パーセントはｙ軸に沿って示され、時間はｘ軸に沿って示されている。理解されるように、正のしなり比は、シャフト１１４の第１の方向へのしなりを示し、負のしなり比は、シャフト１１４の反対方向へのしなりを示している。中心点１５２、１５４、１５６の各々に関し、しなり比はｙ軸と２つのインスタンス(instance)において交差し、これは、プレーヤーのスイングの間、シャフト１１４のしなり比がゼロである場合が２つあることを示している。分かるように、シャフト１１４の最大のしなり比パーセントは、ほとんど常に、しなり比ｆ２に相当している。しなり比ｆ２は、直線１６０からの中心点１５４の距離ｄ２、したがって、シャフト１１４の中点の近くに位置する反射マーカ１２４の直線１６０からのずれに基づいている。このことは、シャフト１１４のキック点(kick point)がシャフト１１４の中点の近くにあることを示している。
【００３２】
図７は、ゴルフスイングの間のゴルフクラブ１１２のシャフトの角度を示している。図３（ａ）に示されるようにプレーヤーＰがゴルフボールＧＢをアドレスすると、シャフト１１４は、反射マーカ１１８，１２６の間に延びるベクトルとしてモデル化した場合、０度に近い角度にあることになる。ゼロ（０）度の基準点は、クラブのヘッド１１６がゴルフボールに接触したときのゴルフクラブ１１２の位置と定義される。矢印は、プレーヤーのゴルフスイングのアップスイング成分とダウンスイング成分の両方の間のクラブヘッド１１６の移動の方向を示している。プレーヤーＰがクラブヘッド１１６をテイクバックすると、シャフト１１４の角度は約２７０度の点まで増大するが、シャフト１１４の最大角度は、スイングを行うプレーヤーに大きく依存する。プレーヤーＰがダウンスイングを開始すると、シャフト１１４の角度が小さくなり始める。クラブヘッド１１６がゴルフボールＧＢに接触した瞬間、シャフト１１４の角度はゼロ（０）になり、そしてインパクトを経て、負の方向において、ゴルフシャフト１１４の角度の絶対値は増大し始める。
【００３３】
図８は、最大しなり比（ｙ軸はパーセンテージの単位を有する）とシャフトの角度（ｙ軸はラジアンの単位を有する）の両方をグラフに表現したものを示している。時間はｘ軸に沿って表わされている。特に重要なことは、最大しなり比が、大体、シャフトの角度が最大であるときに起こることである。前述したようにシャフトの角度は、プレーヤーＰがアップスイングからダウンスイングに移行する、ゴルフスイングの頂点において最大になる。最大しなり比が最初にゼロと交差するのは、約３．５ラジアン（２００度）のときである。図７に戻ると、アップスイングの間、シャフト１１４が垂直（１８０度）になった時点の直後に、シャフト１１４が第１の方向から第２の方向へしなり始めることが分かる。最大しなり比が２度目にゼロと交差するのは、ダウンスイングの間、約１．７ラジアン（９７度）のときである。再び図７に戻ると、シャフト１１４は、クラブヘッド１１６がゴルフボールＧＢに接触するより前の点で、第２の方向から第１の方向へしなり始める。これは、クラブヘッド１１６がゴルフボールＧＢに接触する前に起こる、シャフト１１４のむち打ち動作(whipping operation)を表わしている。当業者が理解するように、ゴルフクラブの適切にフィットしたシャフトを持つ秘訣は、ゴルフボールの打ち出しとクラブヘッドのスピードとを最適にするためにインパクト時のむち打ち動作の量を正しくすることである。
【００３４】
図９は、ゴルフクラブのシャフト１１４の角速度と角加速度のグラフ化して表現したものを示している。角速度は、取り込まれた連続する画像フレーム間での時間間隔に対するシャフト１１４の角度の変化の比と定義される。角加速度は、画像フレームの時間間隔に対するシャフト１１４の角速度の変化の比と定義される。角速度の最初のゼロとの交差は、アップスイングの頂点において、クラブヘッド１１６がアップスイングからダウンスイングに移行する瞬間に起きる。角速度は、クラブヘッド１１６が負の方向に運動しようとし始める、アップスイングの頂点において正の値から負の値に変わる。加速度のピークは、ダウンスイング中に、シャフト１１４が概ね水平な位置にあるときに起こる。図７に戻って、これは約９０度のシャフト角度に相当する。最大角速度が、最大加速が起こった後で、すなわちクラブヘッド１１６がゴルフボールＧＢに接触したときに起こることに気づくことは面白い。これは、良好なゴルフスイングのためにダウンスイングの間、ゴルフクラブのシャフトが加速を維持するからである。クラブヘッド１１６がシャフト１１４に取り付けられているので、インパクト時でのシャフトの最大角速度は、概ねインパクト時でのゴルフクラブのヘッドの最大速度を意味する。ゴルフクラブのシャフトの角度と角速度と角加速度とが測定され、シャフトのしなりの測定と相互に関連付けられる。角速度と角加速度はゴルフスイングテンポの良好な指標であり、ゴルフクラブのシャフトのしなりについての高度に動的な測定を可能にするために、シャフトのしなりの測定と一緒に使用することができる。  理解されるように装置１００は、プレーヤーのゴルフスイングに沿ったいくつかの点においてゴルフクラブ１１２のシャフト１１４のしなりを求めることができ、したがって、シャフト１１４のしなりの特性がゴルファーのスイングに合っているかどうかを判定できるように、シャフトのしなりの特性を求め、表示することができる。これは、ゴルフクラブをその特性が変化する点に改変する必要なしになされる。この実施形態では、ゴルフクラブの唯一行われる改変は、テープ片の形態の再帰反射マーカをシャフト上に間隔をおいて配置することである。矩形のテープ片は軽量であるので、それらはゴルフクラブ１１２に実質的には全く影響を与えない。
【００３５】
図１〜９を参照して上述した装置１００は、クラブフィッティングの目的で、独立した（スタンドアローンの）システムとして、または参照によってそれらの各々の全体の内容がここに組み込まれる2009年6月9日にRichardsonに発行された米国特許第7,544,137号、2005年8月2日に出願されたRichardsonらの米国特許出願第11/195,017号、2006年3月30日に出願されたDaweらの米国特許出願第11/394,004号及び2009年10月7日に出願されたDaweらの国際特許出願PCT/CA2009/001424に記載されたようなゴルフシミュレーションシステムとともに、使用することができる。
【００３６】
次に図１０を参照すると、装置１００は、上記の組み込まれた国際特許出願PCT/CA2009/001424に記載されたゴルフシミュレーションシステムとともに示されている。図から分かるように、スポーツシミュレーションシステム２００は、プレーヤーＰが立つゴルフボール打ち出し領域すなわち打球領域Ａの前に配置されたゴルフボール追跡装置２０２を含んでいる。打ち出し領域は無反射床１０８と無反射背景１１０とを有している。この実施形態では、打ち出し領域Ａとゴルフボール追跡装置との離間距離は約１０フィート（３．０４８ｍ）である。オーバーヘッドゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３が打ち出し領域Ａの上方に配置されている。オーバーヘッドゴルフボールスピン検知ユニット２０５が打ち出し領域Ａとゴルフボール追跡装置２０２との間に配置されている。装置１００の撮像装置１０２が、その光軸がプレーヤーＰの予想されるスイング平面ＳＰに概ね垂直になるように、プレーヤーＰの前方かつ上方に配置されている。光源１０６が、プレーヤーＰと撮像装置１０２との両方に対して一様な分布の照明を与えるように、撮像装置１０２に隣接して配置されている。ホストコンピュータ２０４が、高速シリアルデータリンクを介して撮像装置１０２とゴルフボール追跡装置２０２とゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３とゴルフボールスピン検知ユニット２０５とに接続され、ゴルフボール追跡装置２０２に向けられた天井設置前方投影型ビデオプロジェクタ２０６にも接続されている。ホストコンピュータ２０４はビデオ画像データをプロジェクタ２０６に出力し、プロジェクタ２０６は、次に、ビデオシーケンスをゴルフボール追跡装置２０２に投影する。ビデオシーケンスは、ゴルフコースのホールやゴルフ練習場などを含む三次元のゴルフシーンを表現している。
【００３７】
この実施形態において、プレーヤーＰは、ゴルフクラブ１１２を用いて、ゴルフボールＧＢをゴルフボール追跡装置に向けて打ち出す。撮像装置１０２は、プレーヤーＰがゴルフクラブ１１２をスイングしてゴルフボールＧＢを打ち出すとき、画像フレームを取り込む。撮像装置１０２は、この画像フレームを処理のためにホストコンピュータ２０４に出力し、ホストコンピュータ２０４はコンピュータ装置１２０として機能する。
【００３８】
ゴルフボール追跡装置２０２は、打ち出されたゴルフボールＧＢがゴルフボール追跡装置によって監視されるゴルフボール追跡領域を通って移動するとき、二次元のゴルフボール位置データをホストコンピュータ２０４に出力する。ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３は、ゴルフボールとのインパクトの前、インパクト中及びインパクト後の、打ち出し領域Ａを通るゴルフクラブ１１２の動きを表わす画像データをホストコンピュータ２０４に出力する。ゴルフボールスピン検知ユニット２０５は、ゴルフボールがゴルフボール追跡領域を通過するときに、ホストコンピュータ２０４がゴルフボールＧＢのスピンとスピン傾斜軸を求めることを可能にする画像データをホストコンピュータ２０４に出力する。次にホストコンピュータ２０４は、二次元のゴルフボール位置データとゴルフボール打ち出し領域検知ユニットの画像データとゴルフボールスピン検知ユニットの画像データとを処理して、ゴルフボールの軌道を正確に計算できるように、ゴルフボールの三次元位置、打ち出し速度、加速度、サイドスピン、バックスピン、スピン傾斜軸及び打ち出し角度を求める。計算された軌道はそれから、提示されるビデオシーケンスが、ゴルフボールの三次元シーン内への移動のシミュレーションと求められたスポーツ結果とを示すように、スポーツ結果を求め、プロジェクタ２０６に伝達される画像データを更新するために使用される。
【００３９】
図１１〜１４は、ゴルフボール追跡装置２０２をより良く示している。図から分かるように、ゴルフボール追跡装置２０２は、一対の横柱２１２とこれらの横柱２１２の上端間を延びるクロスバー２１４とを有する、直立した逆Ｕ字形のフレーム２１０を備えている。スクリーン２２２がフレーム２１０によって支持されている。この実施形態では、スクリーン２２２は４：３のアスペクト比を有し、従来のテレビジョン画像を表示するのに特に適している。しかしながら当業者は、他の画像フォーマットを使用できることを理解するであろう。スクリーン２２２は、フレーム２１０の裏の間隔をおいた位置に、緩く留められている。
【００４０】
スクリーン２２２は複数の層を含み、ゴルフボールの跳ね返りを減らし、かつスクリーンの背後の防御を高めるように設計されている。スクリーン２２２の第１の層すなわち前層は、永続的な延伸／窪み形成(pocketing)と磨耗とに耐えるいくばくかの柔軟性を有する極めて反射性のあるナイロンで作られている。その結果、前層は、プロジェクタ２０６によって投影された画像が提示される、優れた表示面２２４をもたらす。スクリーン２２２の第２の層すなわち中間層は、柔らかくて厚い材料で作られ、低下させられた弾性効果によってゴルフボールのエネルギーを吸収し、それによって伸張することと前層へ損傷を与えることとの少なくとも一方を防止するように設計されている。スクリーン２２２の第３の層すなわち後層は、中間層がエネルギーを伝達することができる、頑丈で重い生地で作られている。後層は、打ち出されたゴルフボールが接触したときに中間層が過度に変形することも防止する。その結果、ゴルフボール追跡装置２０２が壁面などに隣接して設置された場合に、後層は、スクリーン２２２の背後にある表面をゴルフボールの打撃から保護し、それによってその背後の表面を損傷することとゴルフボールの著しい跳ね返りとの少なくとも一方を防止する。ゴルフボール追跡装置２０２の背後に空間が設けられていれば、後層はその空間のための十分な防護となる。
【００４１】
撮像装置（この実施形態では一対の高速デジタルカメラ２２８）がフレーム２１０内に収容されており、各カメラはフレームの異なる上隅に隣接して配置されている。したがってデジタルカメラ２２８は、プレーヤーＰの前方であって、かつゴルフボールの予想される経路の左側と右側に配置されている。デジタルカメラ２２８は、両方のデジタルカメラ２２８の視野が、少なくともゴルフボール打ち出し点からスクリーン２２２へ延びるゴルフボール追跡領域において概ね垂直であってかつ重なり合うように、下向きにかつプレーヤー位置の方を指すように傾いてもいる。このようにして、ゴルフボールの経路は、ゴルフボールがスクリーン２２２に衝突しそれからスクリーン２２２から跳ね返るまで、その打ち出し点から概ね連続して追跡することができる。
【００４２】
この実施形態では、各デジタルカメラ２２８は少なくとも６４０×４８０の画素配列を有し、フィールドプログラマブルゲートアレイと高性能３２ビットマイクロプロセッサと高速メモリとを有する組み込み処理機能を含んでいる。デジタルカメラ２２８とホストコンピュータ２０４とによって達成される分散処理機能は、デジタルカメラが非常に高いフレームレートで動作することを可能にし、それによって、ゴルフボールがゴルフボール追跡領域２２０を通過するときに、高速で移動するゴルフボールの複数の画像を取り込むことを可能にする。これは、デジタルカメラ２２８が、ゴルフボールの動きが検出された画像に関連するデータをホストコンピュータ２０４に送るだけでよいという事実に起因し、ホストコンピュータ２０４とデジタルカメラ２２８との間で過大なバンド幅を必要とされることなく高速のゴルフボールを追跡することを可能にするからである。例えば、ゴルフボール追跡領域２２０を毎時２００マイル（３２１．８６ｋｍ／ｈ）のスピードで通過するゴルフボールの場合、デジタルカメラ２２８のフレームレートは、ゴルフボールの少なくとも４つの画像が各デジタルカメラ２２８によって取り込まれるように選択される。デジタルカメラ２２８の視角とフレーム２１０の寸法は、デジタルカメラ２２８に、１画素当たり約１ｍｍの解像度精度を与えるように選択される。その結果、ゴルフボールのような小さなゴルフボールは、１画像当たり約１２画素をアクティブにする。この解像度精度によって、小さくて非常に高速で移動する打ち出されたゴルフボールさえも、取り込まれた画像内で容易に見つけ出すことができ、その結果、ゴルフボールの間違った検出が減る。
【００４３】
各デジタルカメラ２２８の内蔵マイクロプロセッサは、動き検出ルーチンを実行して、取り込まれた画像内にゴルフボールが存在するかどうかを判定し、存在するならば、ゴルフボールの特性的徴候(characteristic signature)を規定する指定された動き検出パラメータをそのゴルフボールが満たすかどうかを判定する。ゴルフボールの特性的徴候は、検出されたゴルフボールが、打たれたゴルフボールに合った特徴を有することを保証するために使用される。したがってゴルフボールは、例えばゴルフクラブのヘッドのような、画像内に取り込まれた他の物体から区別されることができる。この例では、ゴルフボールの特性的徴候は、ゴルフボールの許容される、形状、反射率及びスピードを特定する。
【００４４】
赤外線（ＩＲ）発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ（不図示）も柱２１２内でデジタルカメラ２２８の傍らに配置されている。赤外線ＬＥＤアレイの照明軸はデジタルカメラの光軸ＯＡと概ね一致している。各赤外線ＬＥＤアレイは、ゴルフボール追跡領域２２０に向けられた赤外線放射を発光する。デジタルカメラ２２８は可視光と赤外光の両方に応答可能であるので、背景赤外線照明を設けることによって、ゴルフボール追跡装置２０２は様々な周囲照明の条件のもとでうまく作動することができる。非常に高速で移動する小さいゴルフボールが打ち出された状況では、赤外線照明は、スクリーン２２２に提示されていうる表示画像の見栄えを低下させることなくゴルフボールの検出を可能にする。
【００４５】
音声スピーカー２４０が両柱２１２の上に設けられ、打ち出し領域Ａに向かって前方に向けられている。音声スピーカー２４０は、フレーム２１０に収容された音声増幅器（不図示）によって駆動される。音声増幅器は、プレイ中、ホストコンピュータ２０４から音声入力を受信する。音声入力は、放送のために音声スピーカー２４０に伝えられ、それによってスポーツの体験の質を向上させる。
【００４６】
ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３は、打ち出し領域Ａの直上に配置され、図１５に示されるように、領域走査(area-scan)デジタルカメラ２６０と、傾斜ミラー２６２と、ハロゲンスポットライトの形態の複数の照明器２６４と、スポットライト２６４用の電源（不図示）と、を有している。スポットライト２６４は、スクリーン２２２上に投影された画像の可視性に悪影響を与えることなく画像の取り込みを可能にするように、打ち出し領域Ａに十分な照明を与えることが意図されている。領域走査デジタルカメラ２６０は、打ち出し領域Ａの約１０フィート（３．０４８ｍ）上方で水平の向きに天井に取り付けられている。デジタルカメラ２６０の光軸は、領域走査デジタルカメラ２６０の視野が下方に向け直されて打ち出し領域Ａの上に心合わせされるように、ミラー２６２の中心と概ね一致している。この実施形態では、領域走査デジタルカメラ２６０の視野は３フィート（９１．４４ｃｍ）×３フィート（９１．４４ｃｍ）の領域を囲んでいる。
【００４７】
ゴルフボール追跡装置２０２のデジタルカメラ２２８と同様に、領域走査デジタルカメラ２６０は、動き検出ルーチンを実行する内蔵プロセッサを含んでいる。動き検出ルーチンの実行の間、画像は領域走査デジタルカメラ２６０によって取り込まれるので、その画像は、指定された動きパラメータを満たす１つまたは複数の物体がその中に存在するかどうかを判定するために調べられる。この例では、動いているゴルフクラブまたは動いているゴルフボールまたはそれらの両方が、取り込まれた画像内にいつ入ったかを領域走査デジタルカメラ２６０の内蔵プロセッサが検出できるように、動きパラメータは選択される。指定された動きパラメータを満たす１つまたは複数の動いている物体を含む、取り込まれた画像は、さらなる処理のためにホストコンピュータ２０４に送られる。
【００４８】
ゴルフボールスピン検知ユニット２０５は、図１６に示されるように、天井に取り付けられ水平を向く領域走査デジタルカメラ２７０と、傾斜ミラー２７２と、複数の赤外線（ＩＲ）照明器ボード２７４と、照明器ボード２７４用のドライバ２７６と、を有している。デジタルカメラ２７０の光軸は、デジタルカメラ２７０の視野が下方に向け直されてゴルフボール追跡領域と少なくとも一部が重なる領域の上に心合わせされるように、ミラー２７２の中心と概ね一致している。この実施形態では、ゴルフボール追跡領域と少なくとも一部が重なるその領域は、打ち出し領域Ａの前からゴルフボール追跡装置２０２に向かって延び、３フィート（９１．４４ｃｍ）×６フィート（１８２．８８ｃｍ）の領域を包含している。
【００４９】
図１７は、領域走査デジタルカメラ２７０をより良く示している。この実施形態においてデジタルカメラ２７０は、６４０×４８０の画素配列であって約９．９μｍに等しい画素サイズを有するＣＭＯＳ画像センサ２８０を含んでいる。画像センサ２８０は、約１２ｍｍの焦点距離を有するレンズ２８２を介して見る。そのようなレンズは、十分な分解能を維持しつつ、良好な対象領域の大きさを有することが分っている。デジタルカメラ２７０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ；Field Programmable Gate Array）２８４と高性能マイクロプロセッサ２８６と高速メモリバッファ２８８とを有する組み込み処理機能を含んでいる。
【００５０】
この実施形態では、ゴルフボールスピン検知ユニット２０５は、４つの照明器ボード２７４を有し、各照明器ボードは発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを備えている。照明器ボード２７４は、照明器ボード２７４のＬＥＤがオンのときにデジタルカメラ２７０の視野内の領域が概ね均一に照明されるように構成されている。ドライバ２７６は、照明器ボード２７４のＬＥＤが一定間隔で一斉にオン、オフするように、照明器ボード２７４の各々を同時に駆動するパルス発生器を有している。この実施形態では、照明器ボード２７４のＬＥＤは０．１ミリ秒の期間、オン状態にあり、１ミリ秒の期間、オフ状態にある。
【００５１】
プロジェクタ２０６は、好ましくは、少なくとも８００×６００の分解能、少なくとも１２００ＡＮＳＩルーメンの明るさ、短いスローレンズ(throw lens)、垂直「キーストーン」補正、デジタルＲＧＢコンピュータビデオ信号を受け入れる能力、そしてＮＴＳＣ／ＰＡＬベースバンドテレビジョンビデオ信号を受け入れる能力を有している。これらの特徴の組み合わせを有するプロジェクタは、例えば、エプソンのPowerlite 820P、東芝のTDP-DI-US、インフォーカス(InFocus)のLP650、サンヨーのXP30を含む。
【００５２】
ホストコンピュータ２０４は、汎用のコンピュータ装置である。この実施形態では、ホストコンピュータは、インテル・ペンティアム（登録商標）プロセッサ、少なくとも１２８ＭＢのＳＤＲＡＭ、高速ハードドライブ及びプレーヤーを含むＩＢＭ互換パーソナルコンピュータである。ホストコンピュータ２０４は、３つの分離したバッファに分割された３２ビットの再構成可能（リコンフィギュラブル）ビデオメモリバッファを含むディスプレイ・アダプタ・アセンブリも含む。これらバッファの１つは、表示されているスポーツシーンのために適切な場合、１つまたは複数の独立した前景（フォアグラウンド）動作を表わす主前景画像データを格納するために使用される。これらバッファのうちの第２のバッファは、背景画像データを格納するのに使用され、第３のバッファは、ゴルフボールの軌道の画像データを格納するのに使用される。ディスプレイ・アダプタ・アセンブリは、前景動作と背景とゴルフボールの軌道との画像データを、プロジェクタ２０６に出力されるビデオ画像データを生成するためにシームレスに組み合わされる複数のオーバーレイ（重ね合わせ）画像プレーンとして処理する。オーバーレイ画像プレーンは、前景動作要素とゴルフボールとの少なくとも一方が下位側の画像プレーンの上を移動するとき下位側の画像プレーンを再描画する必要がないように、非破壊的である。ピーク時の処理要求量を削減するためにホストコンピュータ２０４は、背景画像データを前景画像データよりも頻繁には更新しない。ホストコンピュータ２０４は出力ビデオ画像データをビデオ出力チャネル上でプロジェクタ２０６に出力する。ホストコンピュータ２０４は、テレビジョン／衛星／ケーブル入力チャネル、ビデオゲーム入力チャネル及びインターネット入力チャネル上で外部ビデオ番組を受信する。
【００５３】
ホストコンピュータ２０４は、プロジェクタ２０６、ゴルフボール追跡装置２０２、ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３及びゴルフボールスピン検知ユニット２０５にホストコンピュータ２０４を接続することを可能にする複数の外部コネクタを有する保護囲い（不図示）内に備え付けられている。保護囲いは、ホストコンピュータ２０４がテレビジョン／衛星／ケーブル、外部ビデオゲーム及びインターネット放送番組を受信することを可能にする外部コネクタも含んでいる。対話型タッチスクリーンも囲いの上に設けられ、プレーヤーがホストコンピュータ２０４と相互作用する（情報をやりとりする）ことを可能にする。
【００５４】
例えばＩＥＥＥ１３９４のような高速デジタルシリアルインタフェースが、ホストコンピュータ１０４とゴルフボール追跡装置１０２とゴルフボール打ち出し領域検知ユニット１０３とゴルフボールスピン検知ユニット１０５との間の通信のために使用される。この標準インタフェースを使用することによって、高価なアナログのフレーム取込み器を使用することを避けながら、低コストで高性能の解決策を提供する。このインタフェースは、信号の完全性を失うことなく複数のデジタルカメラ１２８をデイジーチェーン接続できるので、配線も簡略化する。
【００５５】
ホストコンピュータ２０４は、ＳＤＲＡＭに格納されたスポーツシミュレーションソフトウェアを実行する。この例では、スポーツシミュレーションソフトウェアは、ゴルフボール追跡装置２０２のスクリーン２２２上に表示されたビデオシーケンスに応答して、スクリーン２２２にあるゴルフボールＧＢを打つようにプレーヤーに要求するゴルフシミュレーションモジュールを含んでいる。
【００５６】
現実感のあるプレイ体験を可能にするために、ゴルフコースの地形の高解像度の高度マップが使用される。ゴルフコースの地形の高度マップは、地面の高さから撮られたデジタル写真とともに使用される天頂衛星写真及び空中写真の少なくとも一方を含む複数の二次元画像の組み合わせから構成される。写真測量技術を使用して、これらの正射影画像は一緒に組み合わされる。画像中の共通点、すなわちバンカー(sand hazard)の縁や木などを使用して、三次元モデルが、関心地形に適用されるべき基準ターゲットの必要なしに合成される。
【００５７】
トレーニング、練習または競技プレイの間、ホストコンピュータ２０４は、ビデオ画像データをプロジェクタ２０６に出力して、プロジェクタ２０６に、ゴルフボールが打ち出されることになっているターゲットを含む三次元スポーツシーンを表現するビデオシーケンスを表示面２２４に投影させる（図２０のステップ５００を参照）。ホストコンピュータ２０４は、ゴルフボールが存在しないゴルフボール追跡領域２２０の背景画像を取り込むようにデジタルカメラ２２８を調整し（ステップ５０２）、次に、ゴルフボール追跡領域を非常に高いフレームレートで走査して、打ち出されたゴルフボールの存在を探す（ステップ５０４）。するとプレーヤーは、スクリーン２２２において、ゴルフボールＧＢを打ち出すように促される（ステップ５０６）。この段階でデジタルカメラ２２８、領域走査デジタルカメラ１６０及び領域走査デジタルカメラ２７０は、画像を取り込み、処理するように調整される。
【００５８】
ゴルフボールのスピンの検出を容易にするために、細長い反射型または再帰反射型のマーカ２９０がゴルフボールＧＢの上に設けられている（図１９を参照）。この実施形態ではこのマーカは、ゴルフボールＧＢに接着されるかまたは他の方法で固定された反射テープの４５ｍｍ×５ｍｍの片である。打ち出しの前にゴルフボールＧＢは、反射テープ２９０の長い方の辺がスクリーン２２２の幅方向に平行になる向きに置かれているのが望ましい。その結果、打ち出しの後、ゴルフボールが領域走査デジタルカメラ２７０の視野を通過する際にゴルフボールがバックスピンする間、ドライバ２７６が照明器ボード２７４のＬＥＤアレイをオンにすると、反射テープ２９０が領域走査デジタルカメラ２７０に間隔をおいてはっきりと見える。
【００５９】
ゴルフボールをゴルフクラブ１１２で打つことによってプレーヤーがゴルフボールをゴルフボール追跡装置２０２において打ち出し、ゴルフボールがゴルフボール追跡領域２２０に入ると、デジタルカメラ２２８によって取り込まれた画像中にゴルフボールが現れる。するとデジタルカメラ２２８は、ゴルフボールがその打ち出し点からゴルフボール追跡領域２２０を通ってスクリーン２２２とのその接触点まで移動し、そしてゴルフボールがスクリーンで跳ね返るときに、ゴルフボールの一連の画像を概ね同期して取り込む（ステップ５０８）。取り込まれた画像は次にデジタルカメラ２２８の内蔵プロセッサによって処理され、取り込まれた画像が、ゴルフボールの特性的徴候を満たす検出されたゴルフボールを含むかどうかが判定される。
【００６０】
検出されたゴルフボールがゴルフボールの特性的徴候を満たすならば、これらの画像はさらに処理され、各画像中のゴルフの質量の中心と直交座標におけるその位置とが求められる（ステップ５１０）。その結果、ゴルフボールがゴルフボール追跡領域２２０を通過するときの各デジタルカメラ２２８に対するゴルフボールの二次元位置を表わす一連の二次元直交座標が生成される。デジタルカメラ２２８によって生成された二次元直交座標は、次に、ホストコンピュータ２０４に伝達される。
【００６１】
ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３の領域走査デジタルカメラ２６０は、画像を取り込み、処理して、打ち出し領域Ａを通過するスイングしているゴルフクラブ１１２の存在と、打ち出し領域Ａから出る、打ち出されたゴルフボールの存在とを探し求める。スイングしているゴルフクラブと打ち出されたゴルフボールとが検出されると、領域走査デジタルカメラ２６０は、取り込まれた画像をホストコンピュータ２０４に出力する。
【００６２】
ゴルフボールスピン検知ユニット２０５の領域走査デジタルカメラ２７０は、毎秒約１００フレーム（ｆｐｓ）に等しいフレームレートで画像を取り込み、連続する画像を処理して、連続する画像間の差が、運動中の物体の存在を意味するしきい値を超えるかどうかを判定する。連続する画像間の差がしきい値を超えていると画像はさらに処理され、運動中の物体がゴルフボールに似ているかどうかが判定される。運動中の物体がゴルフボールに似ていると、これら画像は、さらなる処理のためにホストコンピュータ２０４に送られる。
【００６３】
ゴルフボール追跡装置２０２からゴルフボールの座標を受け取ると、ホストコンピュータ２０４は、三角測量技術を使用して、ゴルフボールのスクリーン２２２との衝突及びスクリーン２２２からの跳ね返りを含むゴルフボール追跡領域２２０を通過するゴルフボールの移動の全体を通して、三次元空間におけるゴルフボールの質量中心の位置を計算する（図２１のステップ５２０を参照）。ゴルフボール追跡領域２２０を通過するゴルフボールの移動の間に三次元空間におけるゴルフボールの知られている位置を用い、かつデジタルカメラ２２８のフレームレートを知って、ホストコンピュータ２０４は、ゴルフボールの打ち出し速度と各画像フレームにわたるゴルフボールの速度とを計算する（ステップ５２２）。ホストコンピュータ２０４は、次に、計算された各速度を以前に計算された速度と比較して、ゴルフボールの加速度を求める（ステップ５２４）。
【００６４】
ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３から画像データを受け取ると、ホストコンピュータ２０４は、ゴルフヘッドのスイング経路３００を分析して（図２３を参照）、クラブヘッドがゴルフボールＧＢを打った場所を求め、打たれた後のゴルフボールの最初の軌道または打ち出し角度を求める。またホストコンピュータ２０４は、クラブヘッドの動きベクトル３０２をクラブヘッドのスイング経路３００に沿った接線として定義する。ゴルフボールの最初の軌道を推定することによって、ゴルフボールの動きベクトル３０６が測定される。このベクトルを使用して、ゴルフボールとクラブ面（クラブフェース）の衝突点においてクラブ面の接線３１０に垂直な線として、クラブ面ベクトル３０８を求めることができる。クラブヘッドの動きベクトル３０２とクラブ面ベクトル３０８とを比較することによって、ゴルフボールとのインパクトに際してクラブ面がオープンであるかクローズドであるかを判定することができる。クラブヘッドの動きベクトル３０２がインパクト点においてクラブ面のベクトル３０８と平行でない度合いは、ゴルフボールが持つであろうサイドスピンの大きさを決める。これは、ホストコンピュータ２０４が、ゴルフボールとの接触点におけるクラブ面の角度と、ゴルフボールのスクリーン２２２との衝突の角度及びスクリーン２２２からの跳ね返りの角度とに基づいて、ゴルフボールのサイドスピンを計算することを可能にする（ステップ５２４）。
【００６５】
ゴルフボールスピン検知ユニット２０５から画像を受け取ると、ホストコンピュータ２０４は、第１の画像を選択し（図２２ａのステップ６００を参照）、その画像を分析して、図２４に示されるようなゴルフボールの軌跡２９２をその画像が含むかどうかを判定する（ステップ６０２）。ゴルフボールＧＢの速度がデジタルカメラ２７０のフレームレートを超えたことにより、ゴルフボールの軌跡２９２が画像中に現れる。画像がゴルフボールの軌跡を含まなければ、その画像は破棄され、ステップ６００において次の画像が選択される。選択された画像がゴルフボールの軌跡２９２を含むならば、画像中のゴルフボールの軌跡の位置が求められ（ステップ６０４）、次に、それは、有効かどうかを判定するために調べられる（ステップ６０６）。特に、ゴルフボールの軌跡の長さと幅がしきい値の範囲と比較される。ゴルフボールの軌跡が有効でなければ、選択された画像は破棄され、ステップ６００において次の画像が選択される。ステップ６０６においてゴルフボールの軌跡２９２の有効性が確認されると、ゴルフボールの有効な軌跡を有する画像はさらなる処理のために指定され（ステップ６０８）、処理はステップ６００に戻り、次の画像が選択される。
【００６６】
ゴルフボールスピン検知ユニット２０５からの画像がひとたび全て選択されて処理されると、ステップ６０８においてさらなる処理のために指定された画像が画像明度プロファイル分析を受け（図２２ｂのステップ６１０）、それによって、図２４に示すように、連続する画像にわたるゴルフボールの軌跡の組み合わされたプロファイルを生成する。画像当たりのゴルフボールの軌跡の長さＬcは、組み合わされたプロファイルの交差点によって求められる（ステップ６１２）。画像は、照明された反射テープ２９０に対応する画像中の高明度領域２９６を特定するために、適応的しきい値化を受ける（ステップ６１４）。ゴルフボールのスピンと照明器ボード２７４によって与えられたパルス状の照明とのために、反射テープ２９０に対応する高明度領域２９６の群が各画像に現れる。次に、各連続する画像における高明度領域２９６の群の間の距離が求められ、図２４のＬtによって表わされる（ステップ６１６）。ゴルフボールＧＢが１回転するのにかかる時間Ｔpは、
【００６７】
【数３】
2013521077.tif 000005
【００６８】
と表わされる。ここでＴfはデジタルカメラ１７０のフレームレートである。
【００６９】
時間Ｔpは、ステップ６０８においてさらなる処理のために指定された各連続する画像について計算され、ゴルフボールＧＢが一回転する平均一回転時間が求められる（ステップ６１８）。平均一回転時間は、次に、例えば毎分回転数（ｒｐｍ）のような使いやすい単位に変換される。
【００７０】
次に、ゴルフボールのスピンの傾斜軸が、各群における高明度領域２９６の向きと、高明度領域２９６の長手軸とゴルフボールの軌跡２９２の長手軸の間の相対角度とを使用して、各画像について測定される。そして、ステップ６０８においてさらなる処理のために指定された連続する画像にわたって、ゴルフボールの平均スピン傾斜軸が求められる（ステップ６２０）。
【００７１】
ゴルフボールの三次元位置、打ち出し速度、加速度、サイドスピン、打ち出し角度、バックスピン及びスピン傾斜軸が分かったので、ホストコンピュータ２０４は、ゴルフボールの正確な軌道を外挿し、これにより曲がったかアーチを描くかの少なくとも一方のゴルフボールの現実感のあるシミュレーションを生成するを可能にする（ステップ５２６）。次に、計算されたゴルフボール軌道と表示されたビデオ画像との交差を計算することによって、その計算されたゴルフボール軌道は、スポーツ結果を求めるために使用される（ステップ５２８）。ゴルフボールの軌道が計算され、スポーツの結果が求められたので、ホストコンピュータ２０４は、スクリーン２２２の表示面２２４に表示されるビデオシーケンスがゴルフボールのシミュレートされた飛行とスポーツの結果とを示すように、プロジェクタ２０６に伝達される画像データを更新する（ステップ５３０）。
【００７２】
ビデオシーケンスの表示の間、ゴルフボールの飛行のシミュレーションが表示されると、ゴルフボールのスクリーン２２２との衝突点から飛行が始まるゴルフボールのグラフィカルな複製が、スクリーン２２２の表示面２２４に投影される。このようにして、ゴルフボールは、ビデオシーン中へのその軌道を続けるように見え、それによって現実感のあるビデオ効果を達成する。三次元のシーンは、次に、スポーツの結果にしたがって更新され、競技のプレイまたは練習を続けることができる。
【００７３】
単一の撮像装置１０２を使用するものとして装置１００を説明したが、複数の撮像装置を使用してもよい。２つの撮像装置が使用される場合、これら撮像装置は、互いに離れた距離に配置され、ステレオ対を形成するように構成されることが望ましい。この場合、これら撮像装置によって取り込まれた画像フレームは、画像処理のための第３の次元をもたらす。
【００７４】
２つの基準点（テープ片１１８，１２６）と３つの中間マーカ（テープ片１２０，１２２，１２４）を使用するものとして装置１００を説明したが、それよりも多いまたは少ないマーカが使用されてもよい。例えば、装置は、たった１つのマーカに基づいてしなり比を求めてもよい。あるいは、シャフト１１４全体が単一のマーカ（例えば、再帰反射テープの長い片）で覆われ、ゴルフスイングの間、取り込まれた画像フレーム中にシャフトの全湾曲が現れるようにしてもよい。
【００７５】
シャフトに沿って複数の基準点をとり、これら基準点から直線への距離を測定するものとして、装置１００によって使用される画像処理を説明したが、これら基準点は、内挿と外挿との少なくとも一方によって、マークの付いていないシャフト区間のシャフト位置を見つけるために使用することができる。このようにして、シャフト上のどのような点におけるしなり比も求めることができる。
【００７６】
上記の実施形態では、撮像装置１０２は、プレーヤーのゴルフスイングの画像を取り込むために使用されるデジタルカメラである。当業者が理解するように、デジタルビデオカメラが取り込むことができる画像フレームの数には、通常、上限がある。これは、データを内挿及び外挿する能力を制限するものではない。シャフトのしなり用のデータを内挿することと同様に、コンピュータ装置を、撮像装置によって取り込まれた任意の２つの連続する画像フレーム間のデータを補間するように構成することができる。インパクト時、クラブヘッド１１６は減速し、ゴルフボールにエネルギーを移す。インパクト点までのシャフトのしなりを予測するために、画像フレームを処理することによって得られたデータを外挿することができる。画像フレームを内挿／外挿することから得られたデータに、シャフト上の基準点を内挿／外挿することから得られたデータを組み合わせることは、ゴルフスイングのアップスイングの成分とダウンスイングの成分の間のシャフト上の任意の点及び任意の時間でのシャフトしなりの完全な測定をもたらす。
【００７７】
再帰反射テープの複数片であるとしてシャフト上のマーカを記載したが、反射テープ、再帰反射塗料または反射塗料のような他のマーカを使用してもよい。あるいは、シャフトは、シャフトが作られる材料に組み込まれた基準マーカを有してもよく、見込みのある注文のために顧客にフィッティングするときに、クラブの調整者（フィッター）によって使用されるクラブフィッティング・シャフトが得られる。
【００７８】
ゴルフクラブのシャフトのしなりを求めるものとして本装置を記載したが、テニスのラケット、ホッケーのスティックのような他の種類のスポーツ用品のしなりを求めることに本装置を使用してもよい。
【００７９】
スクリーン２２２と組み合わされる天井設置の前方投影型プロジェクタ２０６を含むものとしてゴルフシミュレーションシステム２００を記載したが、当業者は、代わりの投影装置を使用してもよいことを理解するであろう。例えば、画像を表示スクリーン２２２の裏面に投影する背面投影型ビデオプロジェクタを使用してもよい。
【００８０】
当業者は、ゴルフボール追跡装置２０２が、ゴルフボール追跡領域を見、打ち出されたゴルフボールの存在を検出するために、別々の場所に複数の撮像装置を含んでよいことを理解するであろう。当業者はまた、デジタルカメラの画像データの処理を効率的にリアルタイムに行い、現実感のあるゴルフボールシミュレーションを提供するために、処理段階の数を要望に応じて増やしまたは減らしてよいことを理解するであろう。
【００８１】
望むならば、ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３とゴルフボールスピン検知ユニット２０５は、追加のカメラ装置を含んでよい。ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３とゴルフボールスピン検知ユニット１０５は、任意の数の照明器を含んでよいし、あるいは、周囲の光の状態が画像の適切な取り込みに十分であるならば、照明器を全く含まなくてもよい。さらに言えば、ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３とゴルフボールスピン検知ユニット２０５は領域走査デジタルカメラ２６０，２７０の視野の向きを変えるミラーを含むように示されているが、当業者は、領域走査デジタルカメラの向きが関心領域を直接見渡すように方向づけられてよいことも理解するであろう。ゴルフボール打ち出し領域検知ユニット２０３とゴルフボールスピン検知ユニット２０５は、都合のよいどのような場所に設置してもよい。
【００８２】
スポーツシミュレーションシステムを、ゴルフをシミュレーションするものと記載したが、スポーツシミュレーションシステムは、発射体が打ち出される他のスポーツをシミュレートするために使用されてよいことが理解されるであろう。そのような場合、発射体の特性的徴候は、打ち出された発射体を正確に追跡できるように更新される。
【００８３】
図面を参照して実施形態を説明したが、当業者は、添付の特許請求の範囲によって規定されるその要旨と範囲から逸脱することなく変形及び修正がなされてよいことを理解するであろう。
【図１】
2013521077.tif 000006
【図２】
2013521077.tif 000007
【図３】
2013521077.tif 000008
【図４】
2013521077.tif 000009
【図５】
2013521077.tif 000010
【図６】
2013521077.tif 000011
【図７】
2013521077.tif 000012
【図８】
2013521077.tif 000013
【図９】
2013521077.tif 000014
【図１０】
2013521077.tif 000015
【図１１】
2013521077.tif 000016
【図１２】
2013521077.tif 000017
【図１３】
2013521077.tif 000018
【図１４】
2013521077.tif 000019
【図１５】
2013521077.tif 000020
【図１６】
2013521077.tif 000021
【図１７】
2013521077.tif 000022
【図１８】
2013521077.tif 000023
【図１９】
2013521077.tif 000024
【図２０】
2013521077.tif 000025
【図２１】
2013521077.tif 000026
【図２２】
2013521077.tif 000027
【図２３】
2013521077.tif 000028
【図２４】
2013521077.tif 000029
【図２５】
2013521077.tif 000030
【国際調査報告】
2013521077.tif 000031
2013521077.tif 000032