(57)【要約】【課題】  本発明は、少なくとも１つの蛍光マーカーを使用して、所定の視野内を動く少なくとも１つの物体の飛行特性を測定するモニターシステムに着眼している。【解決手段】  本システムは、光フィルタを備えた照明装置と、カメラフィルタを備えた少なくとも１つのカメラ装置を含んでいる。照明装置は、光を物体の方向に向かわせる。光フィルタがある場合、光は、物体に到達する前にフィルタに掛けられる。カメラ装置は物体に向けられ、カメラフィルタは或る範囲以外の全波長を制止する。物体からの反射光は、カメラフィルタを通してカメラに送られる。或る実施形態では、システムは、少なくとも２つの色の間で電子的に切換可能なカメラフィルタを含んでいる。本発明は、更に、フィルタを使用して、少なくとも１つのマーカーを付けた物体をモニターするための方法を含んでいる。【選択図】      図７
2004195240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの物体の運動学を測定するためのモニターシステムにおいて、
光源と、
カメラと、を備え、
前記少なくとも１つの物体には、角度αで回転した後にだけ対称となるようなパターンに基づいて蛍光マーカーが配置されており、前記角度αは７２度よりも大きいことを特徴とするモニターシステム。
【請求項２】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ９０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモニターシステム。
【請求項３】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ１２０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモニターシステム。
【請求項４】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ１８０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモニターシステム。
【請求項５】
前記マーカーは、前記角度αが凡そ３６０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモニターシステム。
【請求項６】
無線通信機器を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のモニターシステム。
【請求項７】
少なくとも１つの物体の運動学を測定するためのモニターシステムにおいて、
照明装置と、
カメラ装置と、
計算装置と、
データ転送速度を有する無線通信装置と、
トリガと、を備えていることを特徴とするモニターシステム。
【請求項８】
前記照明装置は、光フィルタを含んでいることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項９】
前記照明装置は、狭スペクトルの光を発生させる光源を含んでいることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１０】
前記無線通信装置のデータ転送速度は、約１０Ｍｂ／ｓ以上であることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１１】
前記無線通信装置のデータ転送速度は、約１００Ｍｂ／ｓ以上であることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１２】
前記無線通信装置は、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠していることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１３】
前記カメラ装置は、カメラフィルタを含んでいることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１４】
前記カメラフィルタは、帯域通過フィルターであることを特徴とする請求項１３に記載のモニターシステム。
【請求項１５】
前記カメラフィルタは、切換式フィルタであることを特徴とする請求項１３に記載のモニターシステム。
【請求項１６】
前記トリガは、音響的に作動するトリガであることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１７】
前記トリガは、位置により作動するトリガであることを特徴とする請求項７に記載のモニターシステム。
【請求項１８】
前記トリガは、光学的に作動するトリガであることを特徴とする請求項１７に記載のモニターシステム。
【請求項１９】
前記物体には、角度αで回転した後にだけ対称となるようなパターンに基づいて蛍光マーカーが配置されており、前記角度αは７２度よりも大きいことを特徴とするモニターシステム。
【請求項２０】
物体が所定の視野内を動く間に測定された飛行特性に基づいて前記物体の弾道を計算する方法において、
前記所定の視野に向けられた第１のカメラ装置を有し、搬送を容易にするために支持構造体に連結されている可搬式打ち出しモニターシステムを準備する段階と、
７２°よりも大きい角度αで回転した後にだけ対称となるようなパターンに基づいて前記物体上に配置された蛍光マーカーのパターンを設ける段階と、
前記物体が前記所定の視野内にある間に、前記物体の少なくとも２つの画像を２つの異なる時間に撮影する段階と、
前記画像から前記所定の視野内の前記物体の位置と方位を求める段階と、
前記物体の位置と方位から前記物体の打ち出し条件を計算する段階と、
前記計算された打ち出し条件から前記物体の弾道を計算する段階と、から成ることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ９０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ１２０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記マーカーは、前記角度αが少なくとも凡そ１８０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記マーカーは、前記角度αが凡そ３６０°となるように前記物体上に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学波長判別能と蛍光マーカーを備えたモニターシステムに関する。より厳密には、本発明は、ゴルフ用品の運動学をモニターするためのシステム及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴルフボールの飛行特性並びにクラブヘッドのスイング特性を測定するための装置は既知である。例えば、ゴルフボール又はゴルフクラブのヘッドに、少なくとも１つのコントラスト領域をマークして、それを使って光学画像を生成し、その画像を使って性能特性を求めるというものである。上記装置の中には逆反射テープ又はペイントマーカーを使用しているものもある。しかしながら、逆反射マーカーは、ゴルフボールに付けると表面が盛り上り、ゴルフボールの飛行性能に影響を及ぼすことになる。従って、ゴルフボールの飛行性能に殆ど影響を及ぼさないマーカーを使用して、ゴルフボールの打ち出し又は飛行特性を測定するシステムを提供するのが望ましい。更には、ペイント又はインクを基材としたマーカー及び装置は明るい日光の下では効果がなく、マーカーの光学的判別が十分に行なえない。
【０００３】
１回のスイングで２つのスポーツ対象物を測定するための装置も既知であるが、これらのシステムには、屋外での機能性、可搬性、精度、使いやすさに関して欠点がある。このように、クラブ運動データ並びにボール運動データを捉えるモニターシステムにおいて、携行可能で、使いやすく、正確で、且つ屋外での使用に適応したモニターシステムが必要とされている。
【０００４】
本出願は、現在係属中である２００１年１２月５日出願の米国特許出願第１０／００２，１７４号の一部継続出願であり、同出願は現在係属中である２００１年２月１４日出願の米国特許出願第０９／７８２，２７８号の一部継続出願である。
本出願は又、現在係属中である１９９９年１２月２１日出願の米国特許出願第０９／４６８，３５１号の一部継続出願であり、同出願は、現在米国特許第５，８０３，８２３号となっている１９９６年１１月１８日出願の米国特許出願第０８／７５１、４４７号の一部継続出願であり、同特許は、現在米国特許第５，５７５，７１９号となっている１９９５年８月１日出願の米国特許出願第０８／５１０，０８５号の継続出願であり、同特許は、現在米国特許第５，５０１，４６３号となっている１９９４年２月２４日出願の米国特許出願第０８／２０９，１６９号の分割出願であり、同特許は、現在放棄されている１９９２年１１月２０日出願の米国特許出願第０７／９７９，７１２号の継続出願である。
上記全文献の全体を参考文献として本願に援用する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１０／００２，１７４号
【特許文献２】米国特許出願第０９／７８２，２７８号
【特許文献３】米国特許出願第０９／４６８，３５１号
【特許文献４】米国特許第５，８０３，８２３号（出願第０８／７５１、４４７号）
【特許文献５】米国特許第５，５７５，７１９号（出願第０８／５１０，０８５号）
【特許文献６】米国特許第５，５０１，４６３号（出願第０８／２０９，１６９号）
【特許文献７】米国特許出願第０７／９７９，７１２号
【特許文献８】米国特許第６，２４１，６２２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、蛍光光学マーカーを使用して、対象物の飛行特性を測定するための方法及び装置に着眼している。具体的には、１つの実施形態では、蛍光マーカーを付けたゴルフボール及び／又はゴルフクラブなどの対象物の飛行特性を測定するためのモニターシステムを考えている。飛行特性は、対象物が所定の視野に入った際に得られるデータから導き出される。本システムは、少なくとも１つの光フィルタ付き照明装置、及び少なくとも１つのカメラフィルタ付きカメラ装置を含んでいるのが望ましい。照明装置は光を対象物の方向に向ける。この光は、光フィルタを通すか、又は狭い波長の光源、例えば発光ダイオード等から発生させ、選択された波長の光だけが対象物に当るようにする。フィルタを通過した光が対象物を照らすと、対象物上の蛍光マーカーが蛍光を発し、光源から発した光よりも長い波長の反射光を作り出す。カメラ装置は対象物に向けられる。カメラフィルタは、反射光の一部だけがカメラフィルタを通過してカメラに達するように、選択された範囲の波長以外の全ての波長の通過を阻止する。
【０００７】
或る実施形態では、カメラは、約９万画素以上のＣＣＤカメラである。別の実施形態ではカメラは約３０万画素以上である。更に別の実施形態では、カメラは約１００万画素以上である。
モニターシステムは、対象物に向けられた第２のカメラ装置を更に含んでいる。第２のカメラ装置も、カメラフィルタを有している。
或る実施形態では、カメラのフィルタは帯域通過フィルターである。帯域通過フィルターの帯域幅は約６０ｎｍ以下で、約３０ｎｍ以下であれば望ましくは、約１５ｎｍ以下であればより望ましい。
【０００８】
本発明に使用する光フィルタは低域通過フィルターである。或る実施形態では、低域通過遮断波長は、カメラの帯域通過波長の中心波長よりも少なくとも１０ｎｍ短い。別の実施形態では、低域通過遮断波長はカメラの帯域通過波長の中心波長よりも少なくとも２０ｎｍ短い。或る実施形態では、光フィルタは５８０ｎｍ未満の波長の光を通過させる。フィルタは、透過率が約５０パーセント以上であり、約７０パーセント以上が望ましい。或る実施形態では、フィルタ透過率は約８５パーセント以上である。
【０００９】
本発明の或る実施形態では蛍光マーカーは、ピーク透過率が約６００ｎｍのオレンジ色の蛍光顔料である。更に別の実施形態では、モニターシステムは、カメラ装置により作成された画像からデータを生成するコンピュータも含んでいる。これらの画像は各カメラにそのカメラフィルタを通って到達する反射光から作成される。
本発明はまた、少なくとも１つの蛍光マーカーを有する対象物とモニターシステムとの組み合わせにも着眼している。モニターシステムは、離散波長照明装置と少なくとも１つのカメラ装置を含んでいる。或る実施形態では、第１の光は照明装置を出ると光フィルタを通って対象物に向かうので、第１の光の一部だけが通過して対象物に向かう。
或いは、孤立した波長即ちスペクトルの狭い光を発生させる光源、例えば発光ダイオードを使用してもよい。フィルタを通過した第１の光は、蛍光マーカーを照らし、第２の光を、カメラの方向により長い波長で放出させる。
【００１０】
或る実施形態では、カメラ装置は、第２の光が通過する、関連するカメラフィルタを含んでいる。第２の光の一部だけが、関連カメラフィルタを通過して、これによりカメラに送られる第２のフィルタ通過光を作り出す。
本発明は、更に、対象物をモニターするための方法にも着眼している。本方法は、対象物に少なくとも１つの蛍光マーカーを設ける段階を含んでいる。本方法は、第１の光を対象物の方向に向かわせ、次いでその光をフィルタに通す段階を更に含んでいる。フィルタ通過光は、少なくとも１つの蛍光マーカーに反射され、少なくとも１つのカメラ装置の方向に第２の光を発生させる。或る実施形態は、第２の光をフィルタに通して第２のフィルタ通過光を発生させる段階と、第２のフィルタ通過光をカメラ装置に送る段階を更に含んでいる。
【００１１】
本発明の別の実施形態によると、本発明は、少なくとも２つの対象物と、所定の視野内の対象物のデータを測定するためのモニターシステムとを組み合わせたものである。第１の対象物は、少なくとも１つの、第１の反射スペクトルを有する第１マーカーを含んでいる。或る実施形態では、第２の対象物は、少なくとも１つの、第１の反射スペクトルとは大きく異なる第２の反射スペクトルを有する第２マーカーを含んでいる。モニターシステムは、所定の視野に向けられた少なくとも１つのカメラを含んでいる。各カメラは、１回目はフィルタが第１の中心波長を有し、２回目はフィルタは第２の中心波長を有するような、切換可能なフィルタを更に含んでいる。
【００１２】
本発明は、モニターシステムを使用してクラブの運動データとボールの運動データを計算する方法にも着眼している。本方法は、第１の反射スペクトルを有する少なくとも１つの第１マーカーを備えたクラブを準備する段階と、少なくとも１つの蛍光マーカーを備えたボールを準備する段階と、光を所定の視野に向ける段階を含んでいる。或る実施形態では、本方法は、前記少なくとも１つの第１マーカーに光を反射させて第１の反射光を発生させる段階と、第１の反射光を第１波長の切換式フィルタに通して第1のフィルタ通過光を発生させる段階と、第１のフィルタ通過光を１回目及び２回目にカメラに送る段階と、切換式フィルタを第２波長に切り替える段階と、前記少なくとも１つの第２マーカーの光を反射させて第２の反射光を発生させる段階と、第２の反射光を第２波長の切換式フィルタに通して第２のフィルタ通過光を発生させる段階と、第２のフィルタ通過光を３回目及び４回目にカメラに送る段階とを含んでいる。
【００１３】
本発明は、所定の視野内で動くクラブとボールのデータを測定するためのモニターシステムにも着眼している。本システムは、少なくとも１つの、所定の視野に向けられたフィルタを備えたカメラを含んでいる。各カメラは、所定の視野内で少なくとも２つのクラブの画像を得、更に所定の視野内で少なくとも２つのボールの画像を得る。本システムは、クラブ画像からクラブの運動データを求め、ボール画像からボールの運動データを求めるコンピュータを更に含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、ゴルフ性能を測定するための、可搬性があり正確な方法及び装置に関する。厳密には、少なくとも１つの蛍光マーカー、カメラ、フィルタ、及び中央演算処理装置を使って、ゴルフボールやゴルフクラブのような対象物の運動学特性を測定する。カメラ、照明システム、及び対象物上のマーキングにより、所定の視野内での対象物の位置及び方向を離散時間間隔で測定することができる。
本装置には、光を、対象物の方向に向け、少なくとも１つの光フィルタを通すために使用される、或いは、選択された波長の光だけを対象物に当るように制御することができる少なくとも１つの照明装置と、少なくとも１つのカメラフィルタを有する、対象物に向くように構成された少なくとも１つのカメラとが含まれている。光は、対象物を照らし、蛍光マーカーに、光をカメラに向って反射させる。カメラフィルタは、反射光の一部だけが通過して、選択された瞬間にカメラに送られるようにする。随意的に、スペクトルの狭い光源を使用して、照明装置上のフィルタの必要性をなくしてもよい。スペクトルの狭い光源としては、発光ダイオードが望ましい。
【００１５】
対象物の位置又は音に反応するトリガを使用することによりシステムの活動が開始される。トリガ信号に反応して、所定の視野内のゴルフボール及び／又はゴルフクラブの第１画像が撮影される。カメラの作動は、シャッター用電子機器により、且つ対象物の写真を数回取るために使用されるストロボを介して制御される。例えば、カメラの感知要素が、１ｍｓ（１０００マイクロ秒（μs））の間活動するのであれば、ストロボは２回、望ましくはｔ＝０で一回、更に約ｔ＝８００μｓで再度焚かれ、カメラのＣＣＤ上にマーカーの画像を２枚作成する、即ち「焼く」。カメラシステムは、画像データを処理して対象物の打ち出し状態を求めるために、コンピュータとモニターも含んでいる。代わりに、電子シャッターを急激に開閉して、且つストロボ光を一定のままに維持して、２つの離散時間間隔でマーカーの画像を取得してもよい。
【００１６】
或る実施形態では、トリガは非同期プロトコルを介してカメラと通信して活動を制御する。別の実施形態では、カメラとストロボは、ＩＥＥＥ１３９４バスを使って制御され通信する。ＩＥＥＥ１３９４バス等を使用して制御と通信を行えば、複雑なケーブルが不要となりモニターシステムがコンパクトで軽量になるので好都合である。別の実施形態は、無線通信器を含んでおり、複雑なケーブルが不要となりモニターシステムがコンパクトで軽量になるので好都合である。無線通信装置を使えば、遠隔制御と、カメラシステムにより捕捉したデータの視覚化が可能になる。このような無線接続に使用する機器は通信技術分野では既知である。そのような無線通信のデータ転送速度は約５Ｍｂ／ｓ以上であるのが望ましい。データ転送速度は１０Ｍｂ／ｓ以上であれば尚望ましい。更には、データ転送速度は１００Ｍｂ／ｓ以上であるのがより望ましい。好適な通信プロトコルはＩＥＥＥ８０２．１１である。セルラーネットワーク並びに他の無線ネットワークも使用できる。モニター用機器を共通の電源に接続する場合には、Ｌｙｎｋｓｙｓより市販されているＰｏｗｅｒＬｉｎｅシステムのようなシステムを使用することができ、このシステムを使えば、個別の通信ライン又は配線に関する要件が緩和される。カメラシステムのコンピュータ及びモニターも無線通信を介して接続することができる。本システムの或る実施形態で使用されるトリガは音響トリガである。
【００１７】
本発明のシステムを説明するための主要例として音響トリガを使用しているが、位置感知トリガ、例えばレーザー又は他の装置などの光学トリガを使用してシステムを起動させることもできる。例えば、光線とセンサシステムを使用して、ゴルフボール又はクラブが光線を横切って動いたときに、センサがシステムに信号を送るようにしてもよい。レーザーを使用する場合は、レーザーは、ボールが動いたら直ぐにトリガが起動されるように配置される。例えば、レーザーは、ティーに載せられたゴルフボールの方向に向けられ、ゴルフボールがティーを離れるとき又は離れた直後に第１画像が撮影される。市販されているもので適したレーザーベースの光学トリガとしては、ニュージャージー州のＫｅｙｅｎｃｅ社から入手可能なモデルＬＶ−Ｈ３２がある。
【００１８】
カメラ
使用されるカメラは、受光アパーチャ、シャッター、感光シリコンパネルを備えた電子光学カメラであるのが望ましい。そのようなカメラの一例が、米国特許第５，５７５，７１９号に記載されている。市販されているもので適したカメラとしては、限定するわけではないが、ソニーのＸＣＤ−Ｘ７００（ニュージャージー州パークリッジのソニー・エレクトロニクス社から入手可能）、並びにＤｒａｇｏｎＦｌｙ（ブリティッシュ・コロンビア州バンクーバーのポイント・グレイ・リサーチ社から入手可能）が挙げられる。電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラが好適であるが、ＴＶ型ビデオカメラも利用できる。或る実施形態では、ＣＭＯＳ技術に基づくカメラを使用している。上記のように、カメラは、ＩＥＥＥ１３９４バス等を介して通信し、制御される。
【００１９】
或る実施形態では、カメラは、デジタル分解能が約９万画素以上である。別の実施形態では、カメラは、デジタル分解能が約３０万画素以上であり、約１００万画素以上であるのが望ましい。
本発明では複数のカメラを使用することができる。デュアルカメラシステムを採用した或る実施形態では、例えば、カメラは非同期性で外部からのトリガ能力を備えているのが望ましく、又それぞれのデジタル分解能は約１０万画素以上、望ましくは約５０万画素以上である。更には、上の節で説明したデジタル分解能値を有するカメラも使用できる。
【００２０】
カメラは、ゴルフボールが動いて画像化される所定の視野に向けられ焦点を合わせられる。カメラは、丁度１個のゴルフボールを画像化するのに必要であるよりも広い視野を有する。この様に、複数のカメラを使用する場合には、所定の視野は、カメラの視線が交差する位置でのカメラの視野となる。両カメラの視線の間の角度は約０°から約４０°であり、約１０°から約３０°が望ましい。
【００２１】
本発明に使用する光学シャッターシステムは、カメラへの光の影響を連続的に制御する、即ち活性化し非活性化する電子装置を有している。このようなシャッターの例として強磁性液晶シャッターがあるが、これに限定されるわけではない。シャッターシステムを開閉するのに要する時間は約１００μｓより短いのが望ましい。
カメラは、マイクロプロセッサ及びコンピュータとモニターに電気的に接続されている。
【００２２】
カメラフィルタ
カメラにはフィルタが装着され、照明を受けたマーカーと視野内の他の物体の間のコントラストが強調される。本発明に使用するフィルタは、選択された範囲の波長の光を制止するために使用される帯域通過フィルターであるのが望ましい。本発明に使用されるフィルタは、中心周波数、即ち中心波長が約６００ｎｍ程度であるのが望ましい。使用されるフィルタの帯域幅、例えば２、１０、２０、４０ｎｍ等でフィルタ精度とも呼ばれるが、この帯域幅により、約５６０ｎｍから約６４０ｎｍまでの波長の光がフィルタを通過することができる。
【００２３】
例えば、図１に帯域通過フィルターの透過率曲線をＢＰとして示している。グラフの横軸は、光の放出波長をナノメートル（ｎｍ）で表し、グラフの縦軸は、透過率を光全体に対する百分率で表している（例えば、透過率１００パーセントは、フィルタによる光の損失と吸収が皆無であることを示す）。ピーク透過率６５パーセントは、約６０５ｎｍの放出波長、即ち点ＣＷで示す中心波長で現れる。フィルタの帯域は、ピーク透過率の５０％に落ちたところと定められている。曲線ＢＰに関しては、ピーク透過率の５０％低下は透過率約３２％となり、即ち点ＢＷ1で示す約５８８ｎｍと点ＢＷ2で示す６２２ｎｍとなる。点ＢＷ1から点ＢＷ2までのピークの幅は約３４ｎｍでありこれをＢＷとする。従って、約５８８ｎｍより短く６２２ｎｍより長い全ての波長の光は、帯域通過フィルターにより著しく減光される。屋外での使用時など明るい光の下で使用する場合には、狭帯域幅であるのが望ましい。
【００２４】
或る実施形態では、本発明のシステムに使用されるカメラフィルタは、オレンジ色干渉フィルタであり、カメラの前に取り付けるのが望ましい。適したフィルタとしては、ニューヨーク州トナワンダのＡｎｄｏｖｅｒ  Ｃｏｒｐｏｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓａｌｅｍ，ＮＨ  ａｎｄ  Ｅｄｍｕｎｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のフィルタが挙げられる。
【００２５】
別の実施形態は、切換式フィルタを使用している。推薦される切換式フィルタは電子式で、或る色のフィルタから別の色のフィルタに短時間で切り換えることができる。或る実施形態では、この切換式フィルタは、可動部品や振動無しで、応答時間即ち調整時間が約５００μｓ未満、より望ましくは応答時間約５０μｓ未満で、電子的に調整される多色の光学フィルタである。別の実施形態では、切換式フィルタは透過率が約６０パーセント以上、望ましくは約８０パーセント以上である。
【００２６】
或る実施形態では、切換式フィルタは、３原色を交互に代えることができ、例えばＲＧＢフィルタは赤、緑、青の間で切換可能である。Ｖａｒｉｓｐｅｃ  ＶＳ―ＲＧＢ−ＧＰ液晶調整可能フィルタを使用すれば、赤色フィルタと緑色フィルタを約２５０μｓで切換ることができる。Ｖａｒｉｓｐｅｃフィルタと白黒カメラを使用する場合、カメラレンズとカメラの間にフィルタを設置するのに適していれば、フィルタはどの様に取り付けてもよい。
【００２７】
照明装置
本発明のシステムに使用する照明装置には、デュアルストロボ照明装置が含まれる。ストロボ光装置は、少なくとも１つのフラッシュ球アッセンブリ、関連回路、及び円筒形フラッシュ管を含んでいる。ストロボ光装置で使用する回路は、米国特許第６，０１１，３５９号に開示されているものと同様であり、その開示全体を本願に参考文献として援用する。或る実施形態では、デュアルストロボ照明装置は、Ｖｉｖｉａｔ自動電子フラッシュモデル２８３ストロボライトを２個含んでいる。別の実施形態では、システムは、ニュージャージー州サドルブルックのＵｎｉｌｕｘ社から入手可能なものの様なデュアルストロボフラッシュ装置を使用している。更に別の実施形態では、フラッシュ装置は、ニューヨーク州イーストシラキュースのＩｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎテクノロジー社から入手可能なモデル５３８０の様なＬＥＤストロボである。当業者には自明のように、ここに説明する照明装置は、本発明で使用する光源の代表例であり、他の光源の使用を制限したり拘束するものではない。
【００２８】
本発明の或る実施形態では、ストロボライトは、所定の視野に、光を、望ましくはフィルタ通過光を、継続的に向けるように取り付けられている。照明装置から対象物までの距離は、約６０インチ以下が望ましく、約３０インチ以下がより望ましい。光学マーカーの伸びを防ぐため、ストロボバーストは短い方が望ましい。或る実施形態では、１バーストでの光の持続時間は約１００μｓより短く、約３０μｓより短いと尚望ましい。
【００２９】
代わりに、球は１個で、２個の別々の放電回路を備えたフラッシュ装置を使用してもよい。トリガがマイクロプロセッサに信号を送ると、ストロボ照明装置は連続フラッシュを起動し、少なくとも２回の光のバーストを２０００μｓより短い間隔で起こす。別の実施形態では、少なくとも２回の光のバーストは、約１０００μｓの間隔である。
１回の光のバーストのエネルギーは、約１．５ジュールより大きく、約３．０ジュールより大きいとより望ましく、６ジュールより大きいと最も望ましい。
ストロボライトとの通信と制御はＩＥＥＥ１３９４バス等の無線接続により行われるのが望ましい。外部非同期トリガ信号と１回目の光のバーストの起動の間の遅延、並びに連続する光のバーストの間の遅延時間は、制御コンピュータ上のソフトウェアにより指示され、起動に先立ち無線通信又は１３９４バスを介してストロボ装置に伝達される。
【００３０】
照明フィルタ
照明システムで使用されるフィルタは、第１のフィルタ通過光を発生させるために照明装置の前方に何らかの適した方法で取り付けられる。励起波長はマーカー放出波長と見分けがつくのが望ましい。当業者には容易に理解頂けるように、これを実現するには幾通りかのやり方があり、一例を挙げると、カメラフィルタの中心波長より短い遮断波長を有するように選定された照明フィルタを使用する方法がある。これにより、放出波長と励起波長の間の決定的な対比が可能になり、従って放出された光、即ちマーカーだけが、カメラによって画像化されることになる。励起光、即ちストロボ光は、波長がフィルタの通過判定基準に合致しないので、カメラフィルタを通過することはできないことになる。
【００３１】
或る実施形態では、照明フィルタは、遮断波長がマーカー放出波長の下端よりも少なくとも約１０ｎｍ短い低域通過フィルターである。例えば、低域通過フィルターは、先に図１に関連して説明した点ＢＷ1よりも約１０ｎｍ短い遮断波長を有する。具体的には、カメラで使用する帯域通過フィルターの中心放出波長が約６０５で帯域幅が３４ｎｍである場合には、照明システムで使用する低域通過フィルターは、遮断波長が約５８０ｎｍ以下（図１）であればよい。励起波長曲線と放出波長曲線が、それぞれの曲線の中心波長近くで交差しないのであれば、如何なる遮断波長でも容認可能である。
励起波長は、中心周波数即ち波長約４５０ｎｍ付近にピーク透過率があるのが望ましい。本発明の照明フィルタは、透過率が約５０パーセント以上であるのが望ましく、７０パーセント以上であるのが更に望ましい。或る実施形態では、フィルタ透過率は約８５パーセント以上である。
【００３２】
図２は、本発明の照明フィルタの透過率の一例を符合ＬＦで示している。グラフの横軸は光の励起波長をナノメートル（ｎｍ）で表し、グラフの縦軸は、透過率の値、即ち放出された励起光を全ての光に対する百分率で表している。照明フィルタ曲線ＬＦは、約４６０ｎｍの励起波長で点Ｃ１において約７９パーセントという高い透過率となることを示している。符号ＧＦで示す比較の緑色フィルタについての透過率曲線は、比較目的に限定して記載している。この曲線は、放出波長範囲（約５００ｎｍ）内の高い透過率（点Ｃ２に現れる）が、放出波長曲線との重なりの程度が高いために、如何に画像のコントラストに悪影響を及ぼすかを示している。
【００３３】
マーカー
蛍光マーカーとしては、別形態のエネルギーを吸収しつつ電磁放射線を放つが、入力エネルギーが停止すると即座に放射線の放出を止める顔料又は染料を挙げることができる。例えば、本発明で有用な蛍光マーカーは、照明装置から励起エネルギーを得るが、照明装置が機能しなくなると直ちに蛍光を止める。この特性は本発明では有益である。例えば、この現象は、蛍光の減衰が遅いことに起因するぶれを最小化しつつ、デュアルストロボ機能が、１コマの画像フレーム上で２つの別々のマーカー群を捉えることができるようにする。
蛍光マーカーは、スペクトル放射テストで識別することができる。スペクトル放射テストは、例えばＭａｃＢｅｔｈ  Ｃｏｌｏｒ−Ｅｙｅ  ７０００Ａを、反射除外ＵＶ包含モードで使用して行なうことができる。蛍光マーカーは、通常、可視スペクトル内で１００より高い反射率値を有する。
【００３４】
本発明で蛍光マーカーを使用する場合には、マーカーはオレンジ色蛍光顔料で作るのが望ましいが、他の顔料を使用してもよい。オレンジ色蛍光顔料は、各種供給源から選択できるが、例えば、オハイオ州クリーブランドのＤａｙｇｌｏ社、ペンシルベニア州イーストンのＢｉｎｎｅｙ＆Ｓｍｉｔｈ社（ＬＩＱＵＩＴＥＸ（登録商標））、及び日本のクレタケ社により製造されたものなどが挙げられる。
【００３５】
図３は、２通りのオレンジ色蛍光顔料に関する反射率曲線を示している。図３では、Ｄａｙｇｌｏ社の顔料を符合Ｄの反射率曲線で、クレタケ社の顔料を符合Ｋの反射率曲線で表している。グラフの横軸は、波長をナノメートル（ｎｍ）で表し、グラフの縦軸は、所与の波長に対する反射する光の百分率を示す反射率である。反射率は、所与のマーカーから反射する光の量である。クレタケ社の顔料（曲線Ｋ）では、約２００パーセントの最高又は１次反射率が、波長約６００ｎｍで、点Ｃ３に生じる。Ｄａｙｇｌｏ社の顔料（曲線Ｄ）では、約１６０パーセントの最高又は１次反射率が、波長約６００ｎｍで、点Ｃ４に生じる。このように、クレタケ社の顔料はＤａｙｇｌｏ社の顔料よりも反射率に優れているが、本発明のシステムでは何れも使用することができる。曲線ＫとＤは、約６００ｎｍの主要波長を中心に、約５６０ｎｍから約６４０ｎｍの範囲に亘って反射率が最も大きくなっている。
【００３６】
マーカーは、例えば、パッド印刷、箔転写、マーキングペン、スプレイペイント等、適していれば当技術分野で周知の何れの方法を使ってゴルフボール又はゴルフクラブに付けることができる。
ゴルフクラブとゴルフボールを同時にモニターする場合には、クラブとボールのマーカーは互いに区別可能であるのが望ましい。これは、異なる大きさ、形状、方位、ピーク光学反射波長、又はそれらの組み合わせを使用することにより実現することができる。更には、クラブとボールに別種のマーカーを使用してもよい。例えば、クラブには蛍光マーカーでマークを付け、ボールは逆反射マーカーでマークを付けるようにしてもよい。別の例では、ボールには拡散反射円形マーカーを、クラブには三角形蛍光マーカーを使用することにしている。
【００３７】
或る実施形態では、クラブマーカーは第１の反射スペクトルを有し、ボールマーカーは第２の反射スペクトルを有している。別の実施形態では、第１の反射スペクトルは第１の１次応答波長を有し、第２の反射スペクトルは第２の１次応答波長を有している。別の実施形態では、第１及び第２の１次応答波長は約５０ｎｍ以上離れている。更に別の実施形態では、第１及び第２の１次応答波長は約１００ｎｍ以上離れている。或る実施形態では、第１の１次応答波長は５００ｎｍ以上で、第２の１次応答波長は約６００ｎｍ以上である。
【００３８】
ゴルフ用品上には、少なくとも１つのマーカーを使用しなければならないが、少なくとも２つのマーカーを使用するのが望ましい。一般的には、マーカーは、所定の視野内のゴルフボール又はクラブから光を反射して、画像取得のために使用されるカメラに返すように配置しなければならない。或る実施形態では、ゴルフボールには６個以上のマーカーを使用し、ゴルフクラブには３個以上のマーカーを使用している。
【００３９】
ゴルフボール又はクラブ上のマーカーの配置は、当業者に既知の方法で変更可能である。限定するわけではないが、図４に示す例では、ゴルフボール６０には６つの反射マーカー６０ａ−ｆが設けられている。マーカー６０ｆは、ボールの中心に配置され、マーカー６０ａ−ｅがその周りに配置されている。中心にないマーカー６０ａ−ｅの間の角度をβとする。角度βは、約１０°乃至４０°の間であることが望ましい。最も望ましくは、角度βは約３０°である。６個のマーカーを示したが、ボールには、代わりに、１本の線、２個だけのマーカー、又は１１個ものマーカーを使用してもよい。
ゴルフボールは、ゴルフクラブで打つと回転し、ある回転角度でマーカー６０ａ−ｆのパターンは同一の画像となる。回転速度の計算は、既知の時間間隔で撮影した少なくとも２つのボールの画像を使用してボールの角回転を計算することにより行われる。ボールが、上記間隔中に対称配置の１つを通って回転すれば、回転角度の計算に、そして結果的には計算した回転速度にエラーが発生することになる。マーカーの典型的なパターンは、回転通過時には対称であって、角度は７２度である。従って、対称画像の間のこの回転角度を拡大するマーカーのパターンを使用することは有益である。
【００４０】
図１５は、ゴルフボール６０上のマーカー６０ａ−ｆの配置の別の例を示している。マーカー６０ｆはボール６０の中心に配置され、マーカー６０ａ−ｅはその周りに設けられている。中心マーカー６０ｆは正方形で、対称画像間の回転角度αは９０°となる。
【００４１】
図１６は、ゴルフボール６０上のマーカー６０ａ−ｆの配置の別の例を示している。マーカー６０ｆはボール６０の中心に配置され、マーカー６０ａ−ｅはその周りに設けられている。中心マーカー６０ｆは三角形で、対称画像間の回転角度αは１２０°となる。
【００４２】
図１７は、ゴルフボール６０上のマーカー６０ａ−ｆの配置の別の例を示している。本配置では、２つのマーカー６０ｅと６０ｆがボール６０の中心に配置されている。マーカー６０ａ−ｅは中心マーカー６０ｅ、６０ｆの周りに設けられている。中心マーカー６０ｅ、６０ｆの位置により、対称画像間の回転角度αは１８０°となる。
【００４３】
図１８は、ゴルフボール６０上のマーカー６０ａ−ｅ配置の別の例を示している。マーカー６０ｅはボール６０の中心に配置され、マーカー６０ａ−ｄはその周りに設けられている。マーカー６０ａ−ｄは非対称に配置され、マーカー６０ａ、６０ｃ、６０ｄは中心マーカー６０ｅの一方側に向って設けられ、マーカー６０ｂは中心マーカー６０ｅの反対側に設けられている。この配置では、対象画像の回転角度αは３６０°となる。これは、無論、対称画像の最大可能回転角度である。
【００４４】
限定するものではないが、図５に示すもう１つの例は、クラブヘッド７４、ホーゼル７６、及びシャフト７８を備えたゴルフクラブ７２を含んでいる。３つの反射マーカー７２ａ−ｃがクラブ上の指定の箇所に配置されており、７２ａはクラブヘッド７４のトウにあり、７２ｂはホーゼル７６の自由端にあり、７２ｃはシャフト７８にある。代わりに、２つのマーカーをトウに、１つをホーゼルに配置してもよいし、又は１つのマーカーをトウに、２つのマーカーをホーゼルに配置してもよい。ゴルフボール又はゴルフクラブのマーカー配置は、マーカーが光を反射してカメラシステムに返すことができるのであれば、どの様な配置でもよい。
【００４５】
図５に示すように、マーカー６０ａ−ｆと７２ａ−ｃは形状に丸みが付いているか又は円であってもよい。円形マーカーを使用する場合、マーカーの直径は約０．０５インチから約０．２５インチであるのが望ましく、約０．１インチから約０．２インチであればより望ましく、約０．１８インチであれば最も望ましい。しかしながら、本発明のマーカーは、円形状、特定の大きさ、又は例に示した直径に限定されるものではない。
【００４６】
モニター
本システムに使用されるモニターは、屋外で見ることのできる電子文字又はグラフィカル表示器である。或る実施形態では、モニター表示器は、光学輝度が平方メートル当り少なくとも５００カンデラ（ｎｉｔ）である。表示器は、液晶表示器（ＬＣＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）表示器でもよい。ＬＣＤを使用した実施形態では、ＬＣＤはスーパーツイステッドネマティクス（ＳＴＮ）又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術を利用するのが望ましい。
【００４７】
或る実施形態では、タッチスクリーンを使用して明るいＬＣＤパネルにオーバレイしている。タッチスクリーンの作動は、静電容量的、抵抗的又は光学的技法に基づいている。本実施形態では、オペレータは、タッチスクリーンを使用して、収集された運動学データを表示、記憶又は送信し、又は運動学データの収集の前後にシステムパラメータを調整する。
【００４８】
無線通信
使用時、カメラ装置及び照明装置は、測定対象の人物近くに配置される。モニターとコンピュータは、ゴルファから離して配置するのが望ましい。本発明の好適な実施形態は、無線通信装置を含んでいるので、ゴルファの近傍に配置された機器と、システムを制御し測定データを表示する機器との間に配線又はケーブルを接続しなくてもよい。無線通信装置を使えば、遠隔制御し、カメラシステムが捕捉したデータを視覚化し、複雑なケーブルを省いてコンパクトで軽量のモニターシステムを実現することができる。このセットアップを使えば、システムを様々な場所及び条件で広く使用することができ、好都合である。このセットアップを使えば、デモンストレーション時に使う大型スクリーンなど他の表示装置への接続がやり易くなり、好都合である。
【００４９】
このような無線通信に使用される機器は通信技術では既知である。このような無線通信のデータ転送速度は、１０Ｍｂ／ｓ以上であるのが望ましい。データ転送速度は、１００Ｍｂ／ｓ以上であることがより望ましい。好適な通信プロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．１１である。カメラシステムのコンピュータとモニターも、無線通信で接続してもよい。
【００５０】
システム
本発明のシステムは、重量が約５０ポンドより軽く、約２５ポンドより軽いのがより望ましい。更に、本システムの物理的体積は、約２立方フィートより小さいことが望ましい。システム全体１０（即ち、カメラ、フィルタ、照明装置、中央演算処理装置及び表示器）は、取手１０ａで携行可能な単一のハウジングに納められている（図６に図示）。
【００５１】
本システム、即ち可搬式デュアルカメラモニターシステムの適した配備の例を、図７に示している。他のシステム配備についてここでは簡単に説明するが、詳しくは同時係属米国特許出願第０９／７８２，２７８号に記載されており、デュアルカメラシステム、シングルカメラシステム、及びゴルフボールとゴルフクラブの両方を同時にモニターするためのシステムなどが含まれている。他のシステム配備の例については、米国特許第６，２４１，６２２号に記載されており、その開示全体を本願に援用する。
【００５２】
モニターシステム１０は、照明ボックス４０及びカメラ装置３６、３８を含んでいる。本実施形態では、照明ボックス４０は、中央に配置されたトリガ４１とデュアルストロボ照明装置４２を備えている。本システムの他の配備では、トリガは照明装置から分離されている。フィルタ４４は、デュアルストロボ照明装置４２の前方に配置される。カメラ３６、３８は、所定の視野、例えばゴルフボール６０に向かって方向決めされている。カメラフィルタ５０ａ、５０ｂは、カメラ３６、３８の前方に配置される。
【００５３】
シングルカメラシステムはシステム１０に類似しているが、このシステムは、単一のカメラ装置、単一のフィルタ、及び照明ボックスに取り付けられた隣接するトリガ、及び光源を含んでいる。
【００５４】
ボールカメラとクラブカメラのシステムは、ゴルフクラブとゴルフボールの同時モニターを考慮している。
本システムは、システム１０に類似しているが、クラブモニター、ボールモニター、マイクロプロセッサ、及びコンピュータとモニターも含んでいる。クラブモニターは、第１クラブカメラ、離して置かれた第２クラブカメラ、及び照明ボックスを含んでいる。クラブフィルタは、各クラブカメラの前方に配置されている。クラブモニターは、ストロボ光装置とトリガを照明ボックス内に更に含んでいる。ボールモニターは、クラブモニターに類似しており、第１ボールカメラ、離して置かれた第２ボールカメラ、及び照明ボックスを含んでいる。ボールモニターは、照明ボックス内にストロボ光装置を更に含んでおり、ボールフィルタが各ボールカメラの前方に配置されている。
【００５５】
この配備では、クラブフィルタとボールフィルタの色が異なっていることが望ましい。例えば、クラブフィルタは赤色で、ボールフィルタは緑色とすることができる。このようなクラブフィルタを使えば、クラブカメラは、ストロボフラッシュがマーカーに反射された光を赤色波長で見ることができ、ボールカメラは、ストロボフラッシュがマーカーに反射された光を緑色波長で見ることができる。
【００５６】
本システムの別の配備については、米国特許出願第０９／７８２，２７８号に詳しく記載されており、キャパシタ４器を備えたストロボ照明装置と、先に述べたようにカメラの前方に切換式フィルタを設けた少なくとも１つのカメラ、望ましくは白黒ＣＣＤカメラとが含まれている。この配備は、少なくとも１つのクラブ運動センサを含んでいるが、センサの個数はカメラの台数に一致する。センサはＴｒｉｔｒｏｎｉｃｓ社製の光電センサであるのが望ましく、米国特許出願第０９／７８２，２７８号に記載の反射マウントと共に使用するのが望ましい。
【００５７】
図１９は、ベース部即ち支持構造体２１２と、取り付けられた支持要素２１４、２１６を含む可搬式打ち出しモニターシステム２１０の形態をした、本発明の好適な第１の実施形態を示している。支持要素２１４、２１５は、それぞれＶ字型のノッチ２１８、２２０を含むスライドパッドとして具体的に示しているが、これらノッチによってパッド２１４、２１６は、ロッド２２２に沿って滑動できるようになっている。システム２１０の後部に取り付けられた別のスライドパッド２２４も、同様にロッド２２６に沿って滑動する。１つ又は複数のスライドパッド２１４、２１６、及び２２４は、構成又は移動方法が異なる、例えばホイールなど他の支持要素に置き換えてもよい。「スライドパッド」という用語で、出願人は、システム２１０を所定の視野に対して滑動又は前後移動させることができる如何なる要素も包含することを意図している。スライドパッド２１４、２１６は、レベリングを目的に、システム２１０の両前角部を上昇及び下降させることのできる高さ調整特性を備えている。具体的には、各スライドパッド２１４、２１６は、支持構造体２１２に固定された各ねじロッド２２８、２３０及びナット２３２、２３４により支持構造体２１２に取り付けられている。ロッド２２８、２３０は、それぞれ、パッド２１４、２１６の調整に使用される駆動部２２８ａ、２３０ａを含んでいる。
【００５８】
打ち出しモニターシステム２１０は、第１及び第２カメラ装置、中央に配置された制御ボックス２４０、及びデュアルストロボ照明装置２４２を更に含んでいる。第１及び第２カメラ装置２３６、２３８は、ニュージャージー州プリンストンのＥｌｅｃｔｒｉｍ社製のＥＬＥＣＴＲＩＭ  ＥＤＣ−１０００Ｕコンピュータカメラが望ましい。電荷結合素子又はＣＣＤカメラが好適であるが、ＴＶ型ビデオカメラも使用できる。２つのカメラの視線の間の角度は１０°−３０°の範囲にあるのが望ましく、２２°が最適である。各カメラ２３６、２３８は、受光アパーチャ、シャッター、感光シリコンパネル２３９を有している。カメラは、ゴルフボールが動き画像化される所定の視野に向けられ、焦点が合わせられる。トリガ２７２は、システム２１０に含まれている。
【００５９】
制御ボックス２４０は、上記の通信方法によりカメラ装置２３６、２３８と通信して、カメラ装置２３６、２３８とデュアルストロボ照明装置２４２の活動を制御し、連続フラッシュを作動させる。デュアルストロボ照明装置２４２は、上下に取り付けられた２つのストロボライトを含んでいる。これらストロボライトは、順次、光を、ビームスプリッタ２４３上へ、次いで装置を出てウインド２４４と２４６を通り、反射要素即ちパネル２４８、２５０に当り、そして所定の視野へと、向かわせる。パネル２４８、２５０は、ステンレス鋼やクロムメッキ金属などの研磨金属で形成される。本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他の光反射要素も使用することができる。各反射パネル２４８、２５０は、アパーチャ２５２、２５４を含んでいる。カメラ２３６、２３８は、支持構造体２５６、２５８に固定され、それにより各レンズ２６０、２６２をアパーチャ２５２、２５４を通して所定の視野に向けた状態で配置されている。ビデオライン２６４、２６６は、次いで使用に備え、ビデオ信号を制御ボックス２４０に送る。
【００６０】
ストロボライト、ビームスプリッタ、反射要素及びカメラは、光が、ストロボから所定の視野に入り、反射ドットによりボールから反射して、アパーチャを通ってカメラに戻るように配置されている。別の実施形態では、各カメラレンズを取り囲むリング状のストロボライトを使用できるようになっている。リング状のストロボライトは、レンズに近接して配置され、ストロボの中心軸はレンズの中心と整合しているので、光はマーカーに反射されるとレンズに入ることになる。こうすると、反射要素の必要性はなくなる。
【００６１】
好都合に、伸縮式距離キャリブレータ２６８、７０が支持構造体２１２に取り付けられている。伸縮式部材は、打ち出しモニターシステム２１０をモニター対象の物体から適切な距離にキャリブレートする際に使用される。距離キャリブレータ２６８、２７０は延長可能な部材であり、例えば従来の無線アンテナが使用できる。キャリブレータ２６８、２７０は、図２４に示すキャリブレーション冶具３７０と共に使用される。
【００６２】
図２１から図２３は、システムの寸法を更に小さくし、従って可搬性を高めた、本発明の別の実施形態を示している。
【００６３】
打ち出しモニターシステム１００は、カバー１３を有するベース又は支持構造体１１２を含んでいる。スライド部材又はパッド１１４、１１６は、支持構造体１１２の下方前方部に使用され、ノッチ１１８、１２０が形成されており、このノッチをロッド１９０に載せ、それに沿ってパッド１１、１１６を滑動できるようになっている。図２２及び図２３に示すように、パッドに置き換えてホイール１２２、１２４を使用してもよく、図１９及び図２０に示す実施形態に関して先に説明した通りである。ホイール１２２、１２４は、支持構造体に回転可能に取り付けられ、支持構造体には、オペレータが打ち出しモニターシステム１００を地面に沿って前後に移動できるようにハンドル１２６が設けてある。本実施形態では、打ち出しモニターシステム１００の前方部に、高さ調整できるようにねじロッド１２８、１３０及び各ナット１３２、１３４も設けられている。ホイールも、支持構造体１１２に対して高さを調整し、システム１００をその設置場所の地形に応じて調整できるようになっている。コンピュータとモニターは、使用するのが望ましが、組み合わせて一体要素としても、別々の要素としてもよい。コンピュータは、以下に論じる判定を行うためにシステムが使用するアルゴリズムとプログラムを幾つか有している。
【００６４】
更に図２１及び図２２に示すように、第１及び第２カメラ装置１３６、１３８は、支持構造体１１２に取り付けられている。これら電子光学装置１３６、１３８は、上記のものより小さいことが望ましく、ニュージャージー州プリンストンのＥｌｅｃｔｒｉｍ社から入手可能なＥＬＥＣＴＲＩＭ  ＥＤＣ−１０００ＨＲコンピュータカメラであるのが望ましい。各カメラ１３６、１３８は、その視線が所定の視野に向け焦点を定められている。カメラの視野は丁度ゴルフボール１個分を画像化するのに必要な視野よりも大きい。このように、所定の視野は、カメラの視線が交差する箇所のカメラの視野である。
【００６５】
図２４に示すように、キャリブレーション冶具１７０は、システムをキャリブレートするために設けられている。冶具１７０は、距離キャリブレータ１５８、１６０の端部を受けるために、外側の脚１７６、１７８から外側に突き出た受け要素又はタブ１７２、１７４を有している。距離キャリブレータ１５８、１６０によってこの場所に位置決めされると、冶具１７０の中央の脚１８０は、打ち出しモニターオペレーションに使用するゴルフボール１８２に対して正しい位置に配置される。ゴルフボール１８２にも反射性ドットのパターンがついている。キャリブレーション冶具１７０は、キャリブレーション作業の前に冶具１７０の水準合わせができるように、その上面に光学水準インジケータ１８４を更に含んでいる。最後に、冶具１７０の底部から伸びたスパイク１８６、１８８を芝に差し込んで、キャリブレーション作業中の冶具１７０の安定化を図る。冶具１７０は、図２４に示すように反射性ドットのパターン１７０ａ−ｏを有している。出願人は、（特許出願、出願番号第０８／７５１，４４７のキャリブレーション冶具に使用した２０個のドットとは対照的に）ここで必要なドットは１５個だけであることを見出した。２つの画像の間の時間におけるゴルフボールの長手方向の動きは垂直方向の動きよりも大きいので、システムのキャリブレーションは垂直方向にはさほど精密である必要はない。従って、システムを適切にキャリブレートするのに必要な、キャリブレーション冶具上の垂直方向のドットの数は、少ない。
【００６６】
キャリブレーションと動作
本システムの全般的なキャリブレーションと動作を、図８のステップＳ１０１からＳ１１６に示す。最初のステップ（ステップＳ１０１）で、システムは開始され、システムが今回初めて使用されるのか否かを判定する。デフォルトにより、システムは、初めて起動される場合には前回のキャリブレーションを使用する。従って、システムは、移動及び／又は通電の度にキャリブレートされることになる。
システム開始後、キャリブレーションが始まり、システムが使用する座標システムを定義する（ステップＳ１０２）。キャリブレーションステップの詳細は、係属中の米国特許出願第０９／４６８，３５１号に記載されている。例えば、シングルカメラシステムは、ドット間の距離を計算することによりキャリブレートされる。
随意の伸縮式距離キャリブレータ６４、６６を、図７に示すように、本システム１０に使用してもよい。伸縮式部材は、モニターシステム１０を、モニター対象の物体から適切な距離にキャリブレートする際に使用する。距離キャリブレータ６４、６６は、従来の無線アンテナのような伸張可能部材である。
【００６７】
システムがキャリブレータされた後、作動パラメータが定義される（ステップＳ１０３）、即ちテストされるゴルファによって左利き又は右利き用方位が定められる。左利き用方位を選択した場合には、左利きゴルファ用に使用する座標セットが必要となり、右利き用システムの場合には別の座標セットを使用する必要がある。ステップＳ１０３は、システムをテストモードかデモンストレーションモードの何れかにセットする段階も含んでいる。テストモードを選択した場合、システムはテストデータを保存する。デモンストレーションモードでは、システムはデータを保存しない。ステップ１０３では、テストの場所とゴルファに特定の追加データを入力する。オペレータは、ゴルフボールの飛行、回転及び合計距離を計算するのに使用される環境条件についてのデータ、例えば、気温、湿度、風速、風向、高度、及び芝の種類などを随意に入力してもよい。オペレータは、ゴルファの個人データ、例えば、氏名、年齢、ハンディキャップ、性別、ゴルフボールの種類、及び使用ゴルフクラブ（種類、クラブヘッド、シャフト）等を随意で入力してもよい。
【００６８】
このデータの入力が済むと、システムは、データ収集又はデモンストレーション用に準備が整ったことになる（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０５−Ｓ１０７では、システムコンピュータに記憶されている幾つかのアルゴリズムを使用して、ゴルフボール及び／又はゴルフクラブのモニターに対する位置を求める。コンピュータがゴルフボール又はクラブの位置を画像から求めた後、システム（及びコンピュータアルゴリズム）は、打ち出し条件を求める。ステップＳ１０５、Ｓ１０６及びＳ１０７に対応するこれらの判定は、画像内の明るい区域を見つける段階と、それら明るい区域の内のどの区域がゴルフボール上のマーカーに対応するかを判定する段階と、次いでこの情報を使って、ゴルフボールの位置を画像から求める段階と、打ち出し条件を計算する段階とをそれぞれ含んでいる。
【００６９】
システムの使用については、図７のデュアルカメラシステムを使って説明するが、一般的なコンセプトは、システムの他の変型、例えば、シングルカメラシステム、ボール及びクラブモニターシステム、又は狭スペクトル光源を使用したシステムを用いた場合も同じである。トリガ４１は、デュアルストロボ照明装置４２及びカメラ３６、３８の作動を制御して画像を捕捉するために通信する。デュアルストロボ照明装置４２は、連続フラッシュを起動し、光Ｌはフィルタ４４を通って所定の方向に進み、約４５０ｎｍを中心とする波長で第１のフィルタ通過光ＦＬを発生させる。フィルタ通過光ＦＬは、ゴルフボール６０に向かって進み、マーカーから反射光ＲＬ1及びＲＬ2として反射される。ＲＬ1及びＲＬ2は、それぞれカメラフィルタ５０ａ、５０ｂを通過するので、ＲＬ1及びＲＬ2の或る部分だけがカメラフィルタ通過光ＦＬ1及びＦＬ2としてそれぞれ透過する。ＦＬ1及びＦＬ2は、光の中心波長が約５６０ｎｍから約６４０ｎｍであるのが望ましい。ＦＬ1及びＦＬ2は、それぞれ、光をカメラ３６、３８に送り、図９に示すように、１つの像枠内の位置Ｉ及びIIに２つのボールの画像を生成する。
【００７０】
図４により説明したマーク付のゴルフボール６０を、図９の三次元の所定の直線で囲まれた視野（鎖線で図示）に、打ち出し後に２つの別々の時点での２つの位置（Ｉ及びII）で画像化されたものを示している。カメラフィルタ通過光ＦＬ１、ＦＬ２は、それぞれ位置Iでのボール６０の画像を生成する。ストロボライト４２がパルス発光するので、上記フィルタ濾波順序が短い間隔、望ましくは８００μｓで繰り返され、位置IIでの第２のボール画像６０が生成される。
【００７１】
ステップＳ１０５では、システムは、画像内の明るい区域を突き止めることによって、カメラのシリコンパネルにより記録された画像を分析する。図１０−１１は、両方のカメラ３６、３８の画素マップのグラフィカル表示である。画像内の明るい区域、例えば６０ａ’−ｆ’は、ストロボ照明装置を出て、ＲＬ1及びＲＬ2としてマーカーから反射し、カメラフィルタ５０ａ及び５０ｂを通りＦＬ1及びＦＬ2として出てきたフィルタ通過光（ＦＬ）に対応している。
【００７２】
説明の中で図５のマーカーパターンを使用したが、他のマーカーパターン、図１５から図１８の何れに示すものであっても、これを使用することができる。
ボールカメラとクラブカメラに特定して、ステップＳ１０４は、信号をマイクロプロセッサに送り、クラブのバックスウィングの間に、ボールカメラを「準備状態」にして、信号があれば始動できるよう準備するようにコンピュータに伝える。ボールカメラを「準備状態にする」ことにより、ＣＣＤカメラ内のパネルが一旦消去され起動の準備が整う。画像撮影に先立ちボールカメラを準備状態にすることは、使用される特定のカメラのためである。パネルの消去と準備がより速い他のカメラを使用する場合には、このステップと追加のセンサは不要となる。信号は、第２のスイングセンサからの信号に備えるようにマイクロプロセッサにも送られる。
【００７３】
ボールカメラが「準備状態」になった後、第２センサはクラブモニターに、２回ストロボを焚いて、クラブのダウンスイングに沿う方向に光を発生させる。光は、図１４に示す位置ＡとＢでクラブマーカー７２ａ−ｃに反射される。反射光はクラブフィルタを通過して、カメラの露出した感知グリッドパネルに送られる。クラブモニターは、同じ感知グリッドパネルの露出時間の間にストロボを焚くので、フィルタ通過光は、位置Ａ及びＢにおけるクラブヘッドの２枚の画像とティーの上のボールとを１コマのフレーム内に作成することができる。
【００７４】
クラブカメラの画素マップのグラフィック表示を図１２及び図１３に示す。本システムは、クラブマーカー７２ａ’−ｃ’を表す６箇所の明るい区域を見つけるはずである。
ボールとクラブのマーカーは、先に述べ図４及び図５に示したように配置するのが望ましい。使用されるボールとクラブのマーカーは、ボールとクラブのフィルタに対応したものでなければならない（例えば、緑色のボールフィルタと赤色のクラブフィルタを使用する場合には、緑色のボールマーカーと赤色のクラブマーカーをそれぞれ使用することになる）。ボールとクラブのマーカーは、先に述べたように、異なっていてもよく、例えば、ボールマーカーは蛍光性でクラブマーカーは逆反射性としてもよい。
【００７５】
上で簡単に概要を説明した切換式フィルタを使用しているシステムに関して、ここで２つのカメラ３６、３８を使って説明するが、ステップＳ１０４は、クラブ７２がプレイヤーのバックスウィングにより動いたときの第１クラブ運動センサの動作で開始される。センサは、マイクロプロセッサに信号を送り、コンピュータ７０に、その場面を立体視するカメラ３６、３８のシャッターを開けるように伝えさせる。マイクロプロセッサには、第２クラブ運動センサからの信号に備えるようにという信号も送られる。
【００７６】
ダウンスイングの際、第２クラブ運動センサからのビームが途切れ、ストロボライトが２回フラッシュする。ストロボ照明装置４２からフラッシュがある度に、キャパシタからの電気エネルギーが排出され、具体的にはダウンスウィングにより４器のキャパシタのうち２器からの電気エネルギーが排出される。クラブマーカー７２ａ−ｃに反射した光は、対応するフィルタモードでの切換式フィルタ（例えば、赤色逆反射クラブマーカーと赤色フィルタ）によりフィルタが掛けられる。トリガ４１、即ちマイクロフォンは、ゴルフクラブ７２がゴルフボール６０に当った音を感知して信号をマイクロプロセッサに送り、フィルタを第１フィルタから第２フィルタに、即ち赤色から緑色に、又は「オン」から「オフ」に切り替えさせる。
【００７７】
フィルタが切り替わった後、残り２器のキャパシタに蓄えられた電気エネルギーからのストロボ光により、連続２回のフラッシュがここで焚かれる。最後の２回のストロボフラッシュの光は、ゴルフボール６０上の反射マーカー６０ａ−ｆに反射して、第２のフィルタを通過して、カメラ３６、３８に送られる。第２のフィルタを使用することにより、これも視野に含まれているクラブマーカー７２ａ−ｃを、フィルタに掛け画像から外すことができる。先にシステム１０に関連して説明したように、本システムの装置は、クラブ７２とボール６０両方の２枚の画像を取得する。
【００７８】
本システムは、次に、明るい区域の内の何れがマーカーに対応しているかをステップＳ１０６で判定する。この分析は、幾つかの方法で実施できるが、詳しくは現在係属中の米国特許出願第０９／４６８，３５１号に論じられている。
【００７９】
画像内に正しい数のドットが見つけられる場合には、システムはステップＳ１０７に移り、画像内のドットから、第１及び第２画像中のゴルフボール及び／又はクラブの位置と方位を求める。しかしながら、画像内に見出されるドット又は明るい区域の数が予想よりも多いか又は少ない場合は、ステップＳ１０８で、オペレータは、画像を手動でフィルタに掛けることができる。明るい区域が少なすぎる場合は、オペレータは画像明度を調整し、明るい区域が多すぎる場合は、オペレータはそれを除去してもよい。場合によっては、画像内の明るい区域が、ゴルフボールの他の部分又はゴルフクラブヘッドからの反射であることもある。明度の調整又は無関係な明るい区域の除去が適切にできない場合には、システムは、オペレータをステップＳ１０４に戻し、ゴルファーに別のゴルフボールを打たせる。当該区域の手作業編集が成功した場合には、システムはステップＳ１０７に進む。
【００８０】
ステップＳ１０７では、システムはステップＳ１０６でのマーカーの識別を使って、画像内の各マーカーの中心の位置を求める。各マーカーの中心位置が判明すると、システムは、ゴルフクラブの速度、ロフトアングル、アタックアングル、パスアングル、フェースアングル、ドループアングル、ロフトスピン、フェーススピン、ドループスピン、及びヒット位置を計算することができる。更に、本システムは、ボール速度、打ち出し角度、バックスピン、サイドアングル、サイドスピン、ライフルスピン、キャリー距離、方向、キャリー及びロール距離を計算することができる。画像分析に関する詳しい情報は、米国特許出願第０９／７８２、２７８号に記載されている。
【００８１】
回転速度、速度、及び方向が計算された後、システムはこの情報、並びにステップＳ１０３で入力された環境条件とゴルフボール情報を使ってショット時のゴルフボールの弾道を計算する（ステップＳ１０９）。本システムは、ゴルフボールがどこに着地するか即ちどこにキャリーするか、どれほど遠くまで転がるか、を見積もり、ショットに関する合計距離を算出する。本システムは３次元でキャリブレートされているので、ゴルフボールがスライス又はフックしたか、及びどれほどボールがラインから外れているかも計算できるが、これについては米国特許第６，２４１，６２２号に記載されている。
【００８２】
次にステップＳ１１０で、この情報（即ち、ゴルファーの打ち出し条件）を、数字及び／又はグラフィック形式でゴルファーに提示する。ステップＳ１１１では、打ち出し条件を修正して、同じ情報を、今度は異なるゴルフボール（例えば、３ピース・ゴルフボールに対して２ピース・ゴルフボール）を使用したものと仮定して計算することができる。打ち出し条件（例えば、ゴルフボール速度、スピン率、及び打ち出し角度）の何れを変えると結果に変化が起きるかの効果を求めることもできる。
ステップＳ１１２は、システムをステップＳ１０４に戻すことにより、ゴルファーに更なるショットを放つオプションを提供する。例えば、システムがテストモードであり、ゴルファーが多様なショットを放つ場合には、ステップＳ１１３は、当該セッション中に蓄積された全ショットデータの平均を計算することができる。ステップＳ１１４は、ゴルファー個々の能力に対する理想的な打ち出し条件を提供し、それによりゴルファーが変更を行なって距離を最大化できるようにする。セッションが完了すると、ステップＳ１１５でゴルファーが新しいゴルフクラブで新規にテストを行なえるようにするか、又はステップＳ１１６でセッションを終了する。
【００８３】
この様に、本発明のシステムを使えば、２個の衝突物体の運動学を求めることができ、測定された運動学データはデータベースにコンパイルされ、そのデータベースには、インターネット又は従来方式でリンクされたコンピュータのインターネットネットワークを介して、より大きなユーザー群がアクセスできるようになる。本発明は、本システムにより取得されたオンコース運動学データを提供するコンピュータにも着眼している。このデータは、コンピュータ上で送り、インターネット又はイントラネット・コンピュータネットワークを介して転送することができる。このデータは、例えば、コンピュータが処理する料金を取って提供される。本データは、特定のゴルファーに関する用品の購入又は推薦に際して、ゴルフプロショップからクラブ又はボール製造業者に送ることもできる。
【００８４】
以上、本発明を、或る好適な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は上記実施形態にのみ限定されるものではない点に留意されたい。当業者にはお解りのように、ここに説明した実施形態には、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく多くの変更を加えることができる。例えば、本システムは電池作動式としてもよいし、カメラを２台より多くしてもよい。更には、オペレーティングシステムは、コンピュータに埋め込んでも、或いはプログラム可能論理制御装置（ＰＬＣ）で制御してもよい。異なるマーカー又はペイントであってもよいし、光範囲の狭いレーザーダイオードを使用してフィルタの使用を省くこともできる。本発明は、無線周波数又は赤外線周波数に基づく遠隔能力を含んでいてもよい。更には、或る実施形態の特徴を別の実施形態の特徴と組み合わせることもできる。当業者にはお解りのように、好適な実施形態のこの他の変型例にも、やはり本発明の精神の範囲に入るものがあり、その範囲は特許請求の範囲に定義するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】中心波長が６０５ｎｍで帯域幅が３４ｎｍの帯域通過カメラフィルタの透過率曲線を示すグラフである。
【図２】遮断波長が約５６０ｎｍ並びに約５８０ｎｍの低域通過フィルターの透過率曲線を示すグラフである。
【図３】２つの別の蛍光マーカーに関する反射率曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の或る実施形態に従って使用されるティーアップされたゴルフボールの拡大斜視図である。
【図５】本発明の或る実施形態に従って使用されるクラブヘッドの拡大斜視図である。
【図６】本発明の可搬システムの斜視図である。
【図７】本発明による或る配置のシステムの上面図である。
【図８】本発明のシステムの概略的動作及びキャリブレーションを示すフローチャートである。
【図９】本発明による、２つの異なる位置Ｉ及びIIでのゴルフボールを示す、３次元の直線で囲まれた視野の斜視図である。
【図１０】本発明の或る実施形態によるシステムのカメラにより得られる画素マップのグラフ表示である。
【図１１】本発明の或る実施形態によるシステムのカメラにより得られる画素マップのグラフ表示である。
【図１２】本発明の或る実施形態によるシステムのカメラにより得られる画素マップのグラフ表示である。
【図１３】本発明の或る実施形態によるシステムのカメラにより得られる画素マップのグラフ表示である。
【図１４】本発明の或る実施形態による、視野内を部分的に移動しているクラブヘッドの３次元視野の斜視図であり、測定可能位置Ａ、測定可能位置Ｂ、及び投影衝突位置Ｃを示す。
【図１５】本発明の或る実施形態に使用されるゴルフボールの図である。
【図１６】本発明の或る実施形態に使用されるゴルフボールの図である。
【図１７】本発明の或る実施形態に使用されるゴルフボールの図である。
【図１８】本発明の或る実施形態に使用されるゴルフボールの図である。
【図１９】本発明による別の配置のシステムの斜視図である。
【図２０】図１９のシステムの上面図である。
【図２１】本発明による別の配置のシステムの斜視図である。
【図２２】図２１の上面図であり、本システムのキャリブレーションを概略的に示す図である。
【図２３】図２１のシステムの側面図である。
【図２４】本発明によるシステムで使用されるキャリブレーション冶具の斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１００、２１０      打ち出しモニターシステム
３６、３８、１３６、１３８、２３６、２３８        カメラ装置
４０              照明ボックス
４１、２７２      トリガ
４２、２４２      デュアルストロボ照明装置
４４              フィルタ
５０ａ、５０ｂ    カメラフィルタ
６０、１８２      ゴルフボール
６０ａ−ｆ、７２ａ−ｃ        マーカー
７２              ゴルフクラブ
７４              クラブヘッド
２３９            感光シリコンパネル
２４３            ビームスプリッタ
２４４、２４６    ウインドウ
２４８、２５０    反射パネル
２５２、２５４    アパーチャ
２６０、２６２    レンズ
【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５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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