(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカーが配置された走路を走行する走者を撮像した動画像データを入力する入力部と、
前記動画像データのフレーム毎に、足の爪先の位置を示す爪先ポイントおよび足の踵の位置を示す踵ポイントの少なくとも一方を検出するポイント検出部と、
前記動画像データの複数のフレームにおける前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの少なくとも一方の動きに基づき、前記走者の足が接地を開始した接地開始点のフレーム上の位置および前記走者の足が接地を開始した接地開始時刻を検出する接地開始点検出部と、
前記マーカーのフレーム上の位置を検出するマーカー検出部と、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置を検出するマーカー位置検出部と、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置、前記接地開始点のフレーム上の位置、および、前記設置開始点のフレーム上の位置を検出したフレームと同一フレームにおける、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーのフレーム上の位置に基づき、前記接地開始点の前記走路上の位置を算出する接地位置算出部と、
を備える接地検出装置。
【請求項２】
前記動画像データのフレーム毎に、前記走者の足の領域を検出する足検出部をさらに備え、
前記ポイント検出部は、足の領域の輪郭に基づき、前記爪先ポイントおよび前記踵ポイントの少なくとも一方を検出する
請求項１に記載の接地検出装置。
【請求項３】
前記接地開始点検出部は、前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの一方が、走行方向への移動を停止しており且つ地面に対して最も下側に位置する点を、前記接地開始点として検出する
請求項１または２に記載の接地検出装置。
【請求項４】
前記接地開始点検出部は、前記爪先ポイントおよび前記踵ポイントの両方が地面に対して最も下側に位置する完全接地点を含む期間の直前の期間であって、前記爪先ポイントが移動し且つ前記踵ポイントが停止を開始する点を、前記接地開始点として検出する
請求項１から３の何れか１項に記載の接地検出装置。
【請求項５】
前記接地開始点検出部は、前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの両方が、走行方向に所定時間停止した点を完全接地点として検出する
請求項４に記載の接地検出措置。
【請求項６】
前記入力部は、前記走路上における前記走者の直前の前記マーカーと、直後の前記マーカーと、直後の前記マーカーのさらに１つ後の前記マーカーとをフレーム内に含む前記動画像データを入力し、
前記マーカー位置検出部は、前記動画像データのフレーム毎に、含まれるそれぞれの前記マーカーについて、過去のフレームに含まれる何れの前記マーカーであるかを特定することにより、基準の前記マーカーからの走行方向の順序を検出し、走行方向の順序に基づき走路上の位置を検出する
請求項１から５の何れか１項に記載の接地検出装置。
【請求項７】
それぞれの前記接地開始点の走路上の位置および前記接地開始時刻に基づき、前記走者の速度を算出する速度算出部をさらに備える
請求項１から６の何れか１項に記載の接地検出装置。
【請求項８】
それぞれの前記接地開始点の走路上の位置および前記接地開始時刻に基づき、前記走者の加速度を算出する加速度算出部をさらに備える
請求項１から７の何れか１項に記載の接地検出装置。
【請求項９】
基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカーが配置された走路を走行する走者を撮像した動画像データを入力する入力ステップと、
前記動画像データのフレーム毎に、足の爪先の位置を示す爪先ポイントおよび足の踵の位置を示す踵ポイントの少なくとも一方を検出するポイント検出ステップと、
前記動画像データの複数のフレームにおける前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの少なくとも一方の動きに基づき、前記走者の足が接地を開始した接地開始点のフレーム上の位置および前記走者の足が接地を開始した接地開始時刻を検出する接地開始点検出ステップと、
前記マーカーのフレーム上の位置を検出するマーカー検出ステップと、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置を検出するマーカー位置検出ステップと、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置、前記接地開始点のフレーム上の位置、および、前記設置開始点のフレーム上の位置を検出したフレームと同一フレームにおける、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーのフレーム上の位置に基づき、前記接地開始点の前記走路上の位置を算出する接地位置算出ステップと、
を含む接地検出方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカーが配置された走路を走行する走者を撮像した動画像データを入力する入力部と、
前記動画像データのフレーム毎に、足の爪先の位置を示す爪先ポイントおよび足の踵の位置を示す踵ポイントの少なくとも一方を検出するポイント検出部と、
前記動画像データの複数のフレームにおける前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの少なくとも一方の動きに基づき、前記走者の足が接地を開始した接地開始点のフレーム上の位置および前記走者の足が接地を開始した接地開始時刻を検出する接地開始点検出部と、
前記マーカーのフレーム上の位置を検出するマーカー検出部と、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置を検出するマーカー位置検出部と、
前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置、前記接地開始点のフレーム上の位置、および、前記設置開始点のフレーム上の位置を検出したフレームと同一フレームにおける、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーのフレーム上の位置に基づき、前記接地開始点の前記走路上の位置を算出する接地位置算出部と、
して機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接地検出装置、接地検出方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、陸上競技等において走者の速度は、スピードガン等により計測されていた。しかしながら、スピードガンにより速度を測定した場合、測定位置によっては、正確に速度を検出することができない場合があった。また、走路に所定間隔でセンサを設置して走者の速度を測定する方法も存在する（特許文献１）。しかしながら、この方法では、システムの構成にセンサを要し、システムが複雑になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３０８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、走者を撮像した動画像データから、走者の足の接地点の走路上の位置および時刻を検出することにより、走者の速度を算出することができる。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、走者の足の接地開始点の走路上の位置を容易で正確に検出する接地検出装置、接地検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る接地検出装置は、基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカーが配置された走路を走行する走者を撮像した動画像データを入力する入力部と、前記動画像データのフレーム毎に、足の爪先の位置を示す爪先ポイントおよび足の踵の位置を示す踵ポイントの少なくとも一方を検出するポイント検出部と、前記動画像データの複数のフレームにおける前記爪先ポイントまたは前記踵ポイントの少なくとも一方の動きに基づき、前記走者の足が接地を開始した接地開始点のフレーム上の位置および前記走者の足が接地を開始した接地開始時刻を検出する接地開始点検出部と、前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置を検出するマーカー位置検出部と、前記接地開始時刻における、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーの前記走路上の位置、前記接地開始点を挟む２つの前記マーカーのフレーム上の位置、および、前記接地開始点のフレーム上の位置に基づき、前記接地開始点の前記走路上の位置を算出する接地位置算出部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、走者の足の接地開始点の走路上の位置を容易で正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る接地検出装置、および、走路を走行する走者を撮像するカメラを示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る接地検出装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る接地検出装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、足の領域、並びに、爪先ポイントおよび踵ポイントを示す図である。
【図５】図５は、踵から先に接地する場合の足の遷移を示す図である。
【図６】図６は、爪先から先に接地する場合の足の遷移を示す図である。
【図７】図７は、踵を接地しない場合の足の遷移を示す図である。
【図８】図８は、接地開始点の検出の第１の方法を説明するための図である。
【図９】図９は、接地開始点の検出の第２の方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、完全接地点の検出方法の一例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、接地開始点の検出の第３の方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、接地開始点の走路上の位置を算出する方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、ストライド、速度および加速度を算出する方法を説明するための図である。
【図１４】図１４は、速度の表示例を示す図である。
【図１５】図１５は、加速度の表示例を示す図である。
【図１６】図１６は、マーカーの位置の特定方法の一例を説明するための図である。
【図１７】図１７は、接地検出装置のハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、接地検出装置の実施の形態を詳細に説明する。本実施形態に係る接地検出装置は、走路上を走行する走者を撮像した動画像データから、走者の足の接地開始点の走路上の位置を簡易で正確に検出することを目的とする。さらに、本実施形態に係る接地検出装置は、走者の足の接地開始点の走路上の位置から、走者のストライド、速度および加速度を算出することを目的とする。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る接地検出装置１０、および、走路２１を走行する走者を撮像するカメラ２０を示す図である。本実施形態に係る接地検出装置１０は、カメラ２０により走路２１を走行する走者を撮像して生成された動画像データを入力する。
【００１１】
ここで、走路２１は、例えば陸上競技の短距離走を行うコースである。走路２１には、基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれに、マーカー２２が配置されている。走路２１上には、一例として、スタート位置を基準位置として、一定間隔毎（５ｍ毎）の走路方向に沿ってマーカー２２が配置される。マーカー２２は、物体であってもよいし、走路２１上に描かれたマークであってもよい。
【００１２】
それぞれのマーカー２２は、走路２１上の走行方向に沿って、走路２１の地面の上に配置される。従って、走者は、マーカー２２上または近傍を通過する。また、走者を撮像した画像内において２つのマーカー２２を結んだ線は、走者の足が接地する地面を仮想的に表す。なお、それぞれのマーカー２２は、走者を撮像した場合に、走者の足等により隠れない位置に配置されていることが好ましい。
【００１３】
走路方向に沿って配置されたそれぞれのマーカー２２は、撮像された画像から、走路２１上における位置（基準位置からの距離）を検出させることが可能である。例えば、何れか１つの基準のマーカー２２（例えば、スタート位置のマーカー２２）は、特殊な形状または色等で形成されている。これにより、基準のマーカー２２は、撮像された画像から、走路２１上における位置を検出させることが可能となる。また、他のマーカー２２は、動画像データを解析して基準のマーカー２２からの走行方向の順序をカウントすることにより、走路２１上における位置を検出させることが可能となる。
【００１４】
また、例えば、それぞれのマーカー２２は、それ自体または近傍に、基準位置からの距離を表す情報（例えば文字または記号）が描かれていてよい。これにより、それぞれのマーカー２２は、画像の文字認識等をすることにより、走路２１上における位置を検出させることが可能となる。
【００１５】
また、撮影者は、カメラ２０を固定して走者を撮像してもよいし、カメラ２０を手に持って走者を撮像してもよい。ただし、撮影者は、走者の走行方向の直後のマーカー２２および直前のマーカー２２を含むように撮像する。これにより、接地検出装置１０には、それぞれのフレームに、走者の走行方向の直後のマーカー２２および直前のマーカー２２を少なくとも含む動画像データが入力される。
【００１６】
また、撮影者は、走者の足（靴）を認識できるように撮像する。これにより、接地検出装置１０には、それぞれのフレームに、走者の足を含む動画像データが入力される。
【００１７】
図２は、実施形態に係る接地検出装置１０の構成を示す図である。接地検出装置１０は、例えばコンピュータがプログラムを実行することにより実現され、図２に示されるような機能ブロックを含む。なお、図２に示される機能ブロックは、一部がハードウェアにより構成されてもよい。
【００１８】
接地検出装置１０は、入力部４１と、足検出部４２と、ポイント検出部４３と、マーカー検出部４４と、接地開始点検出部４５と、マーカー位置検出部４６と、接地位置算出部４７と、ストライド算出部４８と、速度算出部４９と、加速度算出部５０と、出力部５１とを備える。
【００１９】
入力部４１は、カメラ２０により撮像された動画像データを入力する。すなわち、入力部４１は、基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカー２２が配置された走路２１を走行する走者を撮像した動画像データを入力する。
【００２０】
足検出部４２は、動画像データのフレーム（１枚の静止画）毎に、走者の足の領域を検出する。足検出部４２は、一例として、足首より下の領域を検出する。なお、足検出部４２の処理については、図４を参照してさらに後述する。
【００２１】
ポイント検出部４３は、動画像データのフレーム毎に、足の爪先の位置を示す爪先ポイントおよび足の踵の位置を示す踵ポイントの少なくとも一方を検出する。ポイント検出部４３は、一例として、足検出部４２により検出された足の領域の輪郭に基づき、爪先ポイントおよび踵ポイントの少なくとも一方を検出する。ポイント検出部４３は、接地検出の方法によっては、爪先ポイントまたは踵ポイントの両方を検出しても、何れか一方を検出してもよい。なお、ポイント検出部４３の処理については、図４を参照してさらに後述する。
【００２２】
マーカー検出部４４は、動画像データのフレーム毎に、マーカー２２のフレーム上の位置を検出する。マーカー検出部４４は、一例として、予め登録されているマーカー２２の画像パターンと、入力された画像とをパターンマッチングさせて、マーカー２２のフレーム上の位置を検出する。また、マーカー検出部４４は、画像の特徴量から、マーカー２２のフレーム上の位置を検出してもよい。ここで、マーカー２２は、検出しやすいように走路２１の色に対してコントラストの高い色を用いることでより精度よく検出できる。例えば、走路２１が濡れていたり、濃い色に塗られていたりして、走路２１の輝度が低い場合は、マーカー２２は、輝度が高く映るように白などの明るい色を用いるとよい。また、走路２１が乾燥したり、明るい色に塗られていたりして、走路２１の輝度が高い場合には、マーカー２２は、輝度が低く映るように黒などの暗い色を用いるとよい。さらに、どちらの場合でも、マーカー２２は、蛍光色を用いることでより検出精度を高めることができる。
【００２３】
接地開始点検出部４５は、動画像データの複数のフレームにおける爪先ポイントまたは踵ポイントの少なくとも一方の動きに基づき、走者の足が接地を開始した接地開始点のフレーム上の位置、および、走者の足が接地を開始した接地開始時刻を検出する。この場合において、接地開始点検出部４５は、マーカー２２のフレーム上の位置に対する、爪先ポイントまたは踵ポイントの動きに基づいて、接地開始点のフレーム上の位置を検出してもよい。
【００２４】
ここで、走路２１を走行する場合、走者は、ステップ（１回の足の振り上げ）毎に足を地面に接地させる。接地開始点検出部４５は、走者のステップ毎に、接地開始点のフレーム上の位置、および、接地開始時刻を検出する。なお、接地開始点検出部４５の処理については、図５〜図１１を参照してさらに後述する。
【００２５】
マーカー位置検出部４６は、マーカー検出部４４により検出されたマーカー２２の、走路２１上の位置を検出する。すなわち、マーカー位置検出部４６は、マーカー２２の現実上の位置（基準位置からの距離）を検出する。
【００２６】
マーカー位置検出部４６は、一例として、それぞれのマーカー２２について、基準のマーカー２２からの走行方向の順序を検出し、検出した順序に基づき走路２１上の位置を検出してもよい。例えば、０ｍの位置に基準のマーカー２２が配置され、５ｍ間隔で他のマーカー２２が配置されている場合、１番目のマーカー２２の走路２１上の位置は５ｍ、２番目のマーカー２２の走路２１上の位置は１０ｍ、３番目のマーカー２２の走路２１上の位置は１５ｍとなる。このような場合、マーカー位置検出部４６は、動画像データ中に走行方向に順次に表れるマーカー２２の、基準のマーカー２２から順序をカウントし、カウント値とマーカー間隔（本例では５ｍ）とを乗じて、そのマーカー２２の走路２１上の位置を算出する。
【００２７】
また、マーカー２２の近傍に位置を表す文字または記号等が記載されている場合、マーカー位置検出部４６は、画像内のマーカー２２の近傍の文字または記号等を認識して、対応するマーカー２２の走路２１上の位置を検出する。
【００２８】
なお、本実施形態においては、マーカー位置検出部４６は、接地開始時刻における、接地開始点を挟む２つのマーカー２２の走路２１上の位置を検出する。マーカー位置検出部４６は、一例として、接地開始時刻のフレームに含まれる、接地開始点を挟む２つのマーカー２２（すなわち、接地開始点から走行方向に直前のマーカー２２および接地開始点から走行方向に直後のマーカー２２）の、走路２１上の位置を検出する。
【００２９】
接地位置算出部４７は、接地開始点検出部４５により検出されたそれぞれの接地開始点の、走路２１上の位置を算出する。すなわち、接地位置算出部４７は、接地開始点の現実上の位置（基準位置からの距離）を検出する。
【００３０】
より具体的には、接地位置算出部４７は、接地開始時刻における、接地開始点を挟む２つのマーカー２２の走路２１上の位置、接地開始点を挟む２つのマーカー２２のフレーム上の位置、および、接地開始点のフレーム上の位置に基づき、接地開始点の走路２１上の位置を算出する。なお、接地位置算出部４７の処理については、図１２を参照してさらに後述する。
【００３１】
ストライド算出部４８は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置に基づき、それぞれの接地開始点についてのストライド（直前の接地開始点から、その接地開始点までの距離）を算出する。ストライド算出部４８は、走者のステップ毎にストライドを算出する。
【００３２】
速度算出部４９は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置および接地開始時刻に基づき、走者の速度を算出する。速度算出部４９は、一例として、走者のステップ毎に速度を算出する。
【００３３】
加速度算出部５０は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置および接地開始時刻に基づき、走者の加速度を算出する。加速度算出部５０は、一例として、走者のステップ毎に速度を算出する。
【００３４】
出力部５１は、ストライド算出部４８、速度算出部４９および加速度算出部５０の算出結果を出力する。出力部５１は、一例として、ストライド、速度および加速度をグラフ化して出力する。
【００３５】
図３は、実施形態に係る接地検出装置１０の処理手順を示すフローチャートである。接地検出装置１０は、図３に示すフローチャートに従って処理を実行する。
【００３６】
まず、ステップＳ１１において、入力部４１は、基準位置からの距離が予め定められた複数の位置のそれぞれにマーカー２２が配置された走路２１を走行する走者を撮像した動画像データを入力する。
【００３７】
続いて、接地検出装置１０は、入力した動画像データのフレーム毎に、ステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理を繰り返す（ステップＳ１２とステップＳ１６との間のループ処理）。ステップＳ１３において、足検出部４２は、処理対象のフレームに含まれる走者の足の領域を検出する。続いて、ステップＳ１４において、ポイント検出部４３は、処理対象のフレームに含まれる足の領域の爪先ポイントおよび踵ポイントを検出する。続いて、ステップＳ１５において、マーカー検出部４４は、処理対象のフレームに含まれるマーカー２２の、フレーム上の位置を検出する。そして、全てのフレームについてステップＳ１３からステップＳ１５の処理を終えると、接地検出装置１０は、処理をステップＳ１７に進める（ステップＳ１６）。
【００３８】
ステップＳ１７において、接地開始点検出部４５は、動画像データの複数のフレームにおける爪先ポイントまたは踵ポイントの動きに基づき、接地開始点のフレーム上の位置および接地開始時刻を検出する。この場合において、接地開始点検出部４５は、一例として、走者が走行を開始してから終了するまでの全ての接地開始点について、フレーム上の位置および接地開始時刻を検出する。なお、接地開始点検出部４５は、走者が走行を開始してから終了するまでの全区間のうちの一部の区間の複数の接地開始点について、フレーム上の位置および接地開始時刻を検出してもよい。
【００３９】
続いて、ステップＳ１８において、マーカー位置検出部４６は、接地開始時刻のフレームに含まれる、接地開始点を挟む２つのマーカー２２の走路２１上の位置を検出する。
【００４０】
続いて、ステップＳ１９において、接地位置算出部４７は、それぞれの接地開始点における、走路２１上の位置を算出する。より具体的には、接地位置算出部４７は、接地開始時刻のフレームにおける接地開始点を挟む２つのマーカー２２の走路２１上の位置、接地開始時刻のフレームにおける接地開始点を挟む２つのマーカー２２のフレーム上の位置、および、接地開始点のフレーム上の位置に基づき、接地開始点の走路２１上の位置を算出する。
【００４１】
続いて、ステップＳ２０において、ストライド算出部４８は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置に基づき、それぞれの接地開始点のストライドを算出する。続いて、ステップＳ２１において、速度算出部４９は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置および接地開始時刻に基づき、それぞれの接地開始点の走者の速度を算出する。続いて、ステップＳ２２において、加速度算出部５０は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置および接地開始時刻に基づき、それぞれの接地開始点の走者の加速度を算出する。そして、ステップＳ２３において、出力部５１は、算出したストライド、速度および加速度を出力する。
【００４２】
図４は、足領域６１、並びに、爪先ポイント６２および踵ポイント６３を示す図である。足検出部４２は、フレーム内の走者の足領域６１を検出する。足検出部４２は、一例として、足首より下を含む部分を足領域６１として検出する。足検出部４２は、右足および左足のそれぞれの足領域６１を検出する。
【００４３】
足検出部４２は、一例として、予め登録された画像パターンとマッチングした領域を足領域６１として検出する。また、足検出部４２は、一例として、画像の特徴量に基づき足領域６１を検出してもよい。なお、走者が使用する靴は、側面が特定の模様であったり、特別なマークが付されていたりしてもよい。また、走者が使用する靴は、側面に発光部が設けられていてもよい。これにより、足検出部４２は、フレームから足領域６１を容易に検出することができる。
【００４４】
ポイント検出部４３は、足検出部４２により検出された足領域６１から、爪先の位置を示す爪先ポイント６２、および、踵の位置を示す踵ポイント６３を検出する。ポイント検出部４３は、一例として、足領域６１に含まれるオブジェクト（この場合、足および足首）の輪郭を検出する。そして、ポイント検出部４３は、輪郭の形状に基づき、爪先ポイント６２および踵ポイント６３を検出する。例えば、足および足首を含むオブジェクトは、略Ｌ字型となる。従って、ポイント検出部４３は、一例として、Ｌの縦線と横線のつなぎ目に対応する位置（角）を踵ポイント６３とする。また、Ｌの横線の先端部分を爪先ポイント６２とする。
【００４５】
さらに、ポイント検出部４３は、靴またはウェアの模様または色等に基づき、爪先ポイント６２および踵ポイント６３を検出してもよい。さらに、ポイント検出部４３は、足領域６１内の特定のマークまたは色の部分を、爪先ポイント６２および踵ポイント６３として検出してもよい。
【００４６】
図５は、踵から先に接地する場合の足の遷移を示す図である。走者の足の接地方法には大きく分けて３パターンあると考えられる。第１のパターンは、踵が爪先よりも先に接地する。
【００４７】
第１のパターンの場合、図５に示されるように、まず、接地の前において、爪先および踵が地面に向かう方向（下方向）に移動する（ｔ１１）。続いて、踵が接地する（ｔ１２）。この状態において爪先は下方向への移動を継続している。
【００４８】
続いて、爪先が地面に接地する（ｔ１３）。爪先および踵は、両方が地面に接地している状態においては、下方向に移動せず、且つ、走行方向にも移動しない。すなわち、爪先および踵は、両方が地面に接地している状態においては、両方とも停止している。そして、爪先と踵の両者が接地している状態が一定期間生じる（ｔ１４）。
【００４９】
続いて、踵が地面から離れて、上方向に移動を開始する（ｔ１５）。この状態においては、爪先は、移動せずに停止している。続いて、爪先が地面から上方向に移動を開始する（ｔ１６）。これにより、爪先および踵の両方が移動している状態となる。
【００５０】
図６は、爪先から先に接地する場合の足の遷移を示す図である。第２のパターンは、爪先が踵よりも先に接地する。
【００５１】
第２のパターンの場合、図６に示されるように、まず、接地の前において、爪先および踵が地面に向かう方向（下方向）に移動する（ｔ２１）。続いて、爪先が接地する（ｔ２２）。この状態において踵は下方向への移動を継続している。
【００５２】
続いて、踵が地面に接地する（ｔ２３）。爪先および踵は、両方が地面に接地している状態においては、下方向に移動せず、且つ、走行方向にも移動しない。すなわち、爪先および踵は、両方が地面に接地している状態においては、両方とも停止している。そして、爪先と踵の両者が接地している状態が一定期間生じる（ｔ２４）。
【００５３】
続いて、踵が地面から離れて、上方向に移動を開始する（ｔ２５）。この状態においては、爪先は、移動せずに停止している。続いて、爪先が地面から上方向に移動を開始する（ｔ２６）。これにより、爪先および踵の両方が移動している状態となる。
【００５４】
図７は、踵を接地しない場合の足の遷移を示す図である。第３のパターンは、踵を接地しない。
【００５５】
第３のパターンの場合、図７に示されるように、まず、接地の前において、爪先および踵が地面に向かう方向（下方向）に移動する（ｔ３１）。続いて、爪先が接地する（ｔ３２）。この状態において踵は下方向への移動を継続している。
【００５６】
続いて、踵が下方向に移動して地面に近づく。しかし、踵は接地しない（ｔ３３）。続いて、踵が地面から離れる方向（上方向）に移動を開始する（ｔ３４）。この状態においては、爪先はまだ移動せずに停止している。続いて、爪先が地面から上方向に移動を開始する（ｔ３５）。これにより、爪先および踵の両方が移動している状態となる。
【００５７】
図８は、接地開始点の検出の第１の方法を説明するための図である。接地開始点検出部４５は、第１から第３のパターンの何れかに従って足が接地すると想定して、足の接地開始点を、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の何れかの動きに基づき検出する。
【００５８】
接地開始点検出部４５は、複数のマーカー２２の間を基準位置から順に直線で結んだ線分の連続である仮想地面７１に対する、爪先ポイント６２および踵ポイント６３のそれぞれの垂直方向の相対位置を検出する。さらに、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２および踵ポイント６３が、仮想地面７１に沿って平行に（走行方向）に移動しているか、走行方向への移動が停止しているかを検出する。
【００５９】
そして、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の一方が、走行方向への移動を停止しており且つ地面に対して最も下側に位置する点を、接地開始点として検出する。例えば、走者が第１のパターンで足を接地させる場合、接地開始点は、時刻ｔ１２に示すように、踵ポイント６３が、走行方向への移動を停止しており且つ地面に対して最も下側に位置する点を、接地開始点として検出する。
【００６０】
また、例えば、走者が第２または第３のパターンで足を接地させる場合、接地開始点は、図６の時刻ｔ２２または図７の時刻ｔ３２に示すように、爪先ポイント６２が、走行方向への移動を停止しており且つ地面に対して最も下側に位置する点を、接地開始点として検出する。
【００６１】
そして、接地開始点検出部４５は、このような接地開始点を検出したフレーム内での位置（例えば画素位置）を算出する。さらに、接地開始点検出部４５は、このような接地開始点を検出した時刻（フレームの時刻）を接地開始時刻として検出する。
【００６２】
図９は、接地開始点の検出の第２の方法を説明するための図である。接地開始点検出部４５は、第１のパターンに従って足が接地すると想定して、足の接地開始点を、爪先ポイント６２および踵ポイント６３の動きに基づき検出する。
【００６３】
接地開始点検出部４５は、複数のマーカー２２の間を結んだ直線である仮想地面７１に対する、爪先ポイント６２および踵ポイント６３のそれぞれの垂直方向の相対位置を検出する。さらに、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２および踵ポイント６３が、仮想地面７１に沿って平行に（走行方向）に移動しているか、走行方向への移動が停止しているかを検出する。
【００６４】
そして、まず、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の両方が、走行方向への移動を停止しており、且つ、地面に対して最も下側に位置する点を、完全接地点として検出する。例えば、走者が第１のパターンで足を接地させる場合、接地開始点は、時刻ｔ１４に示すように、踵ポイント６３が、走行方向への移動を停止しており且つ地面に対して最も下側に位置する点を、完全接地点として検出する。
【００６５】
続いて、接地開始点検出部４５は、完全接地点の時刻から、動画像データを逆方向に解析して、爪先ポイント６２が移動を開始する点を検出する。例えば、走者が第１のパターンで足を接地させる場合、爪先ポイント６２が移動を開始する点は、時刻ｔ１３に示すポイントである。
【００６６】
続いて、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２が移動を開始する点の時刻から、さらに動画像データを逆方向に解析して、踵ポイント６３が移動を開始する点を検出する。例えば、時刻ｔ１２に示すように、動画像データを逆方向に解析したときに、踵ポイント６３を中心として爪先ポイント６２が所定の角度θ分上方向に回転した場合に、踵ポイント６３が移動を開始する。
【００６７】
つまり、この時刻ｔ１２の点は、爪先ポイント６２が移動し且つ踵ポイント６３が停止を開始する点である。そして、接地開始点検出部４５は、この点を接地開始点として検出する。すなわち、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２および踵ポイント６３の両方が地面に対して最も下側に位置する完全接地点を含む期間の直前の期間であって、爪先ポイント６２が移動し且つ踵ポイント６３が停止を開始する点を、接地開始点として検出する。
【００６８】
図１０は、完全接地点の検出方法の一例を説明するための図である。接地開始点検出部４５は、第２の方法を用いる場合、完全接地点をつぎのように検出してもよい。
【００６９】
接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２および踵ポイント６３が、仮想地面７１に沿って平行に（走行方向）に移動しているか、走行方向への移動が停止しているかを検出する。そして、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の両方が、走行方向への移動を停止する開始点を検出する。例えば、走者が第１のパターンで足を接地させる場合、停止開始点は、時刻ｔ１３に示す時点である。
【００７０】
続いて、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の両方が、走行方向への移動を停止する期間が、所定時間継続した点を検出する。例えば、走者が第１のパターンで足を接地させる場合、所定時間継続した点は、時刻ｔ１４に示す時点である。接地開始点検出部４５は、この点を完全接地点として検出する。すなわち、接地開始点検出部４５は、爪先ポイント６２または踵ポイント６３の両方が、走行方向に所定時間停止した点を完全接地点として検出する。これにより、接地開始点検出部４５は、踵およびつま先の両方が確実に接地していることを検出することができる。
【００７１】
図１１は、接地開始点の検出の第３の方法を説明するための図である。接地開始点検出部４５は、予め登録された足（または靴）のパターンとの一致度に基づき、接地開始点を検出してもよい。
【００７２】
この場合、接地開始点検出部４５は、足が完全に接地する（踵および爪先が接地する）場合の足のパターンを予め取得しておく。まず、接地開始点検出部４５は、予め登録された足のパターンと、足の領域の画像とのパターンマッチングをして、一致度が最も高い点を完全接地点として検出する。例えば、図１１の例であれば、時刻ｔ４３の場合を完全接地点として検出する。
【００７３】
続いて、接地開始点検出部４５は、動画像データを逆方向に解析する。そして、接地開始点検出部４５は、予め登録された足のパターンと、足の領域との画像のパターンマッチングをして、一致度が最も高い点から、所定割合減少した一致度が得られる点を検出する。例えば、図１１の時刻ｔ４２に示す場合のように、踵ポイント６３を中心として爪先ポイント６２が所定の角度分上方向に回転した場合に、一致度が最も高い点から、所定割合減少した一致度となる。
【００７４】
そして、接地開始点検出部４５は、この点を接地開始点として検出する。すなわち、接地開始点検出部４５は、足が地面に完全に接地する場合の足のパターンと、足の領域とのパターンマッチングの一致度を検出し、一致度が最も高い時点の直前の期間であって、一致度が最も高い値から所定割合減少した一致度となった点を、接地開始点として検出する。
【００７５】
図１２は、接地開始点の走路２１上の位置を算出する方法を説明するための図である。接地位置算出部４７は、接地開始時刻における、接地開始点を挟む２つのマーカー２２の走路２１上の位置、接地開始点を挟む２つのマーカー２２のフレーム上の位置、および、接地開始点のフレーム上の位置に基づき、接地開始点の走路２１上の位置を算出する。
【００７６】
例えば、図１２に示すように、接地開始点の走路方向の直前のマーカー２２と接地開始点との間のフレーム上での距離をｇとする。また、接地開始点の走路方向の直後のマーカー２２と接地開始点との間のフレーム上での距離をｈとする。
【００７７】
また、接地開始点の走路方向の直前のマーカー２２の走路２１上の位置（走路２１上の基準位置からの実際の距離）をａとする。また、接地開始点の走路方向の直後のマーカー２２の走路２１上の位置（走路２１上の基準位置からの実際の距離）をｂとする。
【００７８】
このような場合、接地位置算出部４７は、下記の式（１）により、接地開始点の走路２１上の位置ｘ（走路２１上の基準位置からの実際の距離ｘ）を算出する。
ｘ＝［｛ｇ／（ｇ＋ｈ）｝×（ｂ−ａ）］＋ａ    …（１）
【００７９】
これにより、接地位置算出部４７は、それぞれの接地開始位置の走路２１上の位置を算出することができる。なお、接地位置算出部４７は、式（１）の演算式に限らず他の式により走路２１上の位置を算出してもよい。
【００８０】
図１３は、ストライド、速度および加速度を算出する方法を説明するための図である。ストライド算出部４８は、それぞれの接地開始点の走路２１上の位置を取得する。そして、ストライド算出部４８は、それぞれの接地開始点について、ストライドを算出する。具体的には、ストライド算出部４８は、直前の接地開始点の走路２１上の位置から、その接地開始点の走路２１上の位置までの間の距離を算出する。
【００８１】
例えば、第１の接地開始点の走路２１上の位置がｘ１であり、第１の接地開始点の次の第２の接地開始点の走路２１上の位置がｘ２であり、第２の接地開始点の次の第３の接地開始点の走路２１上の位置がｘ３であるとする。この場合、ストライド算出部４８は、第１の接地開始点から第２の接地開始点までのストライドＳ１を、ｘ２−ｘ１を演算して算出する。また、ストライド算出部４８は、第２の接地開始点から第３の接地開始点までのストライドＳ２を、ｘ３−ｘ２を演算して算出する。
【００８２】
速度算出部４９は、一例として、それぞれの接地開始点の間のストライド、および、それぞれの接地開始点の走路２１上の接地開始時刻を取得する。そして、速度算出部４９は、一例として、それぞれの接地開始点での走者の速度を算出する。
【００８３】
例えば、第１の接地開始点の接地開始時刻がｔ１であり、第２の接地開始点の接地開始時刻がｔ２であり、第３の接地開始点の接地開始時刻がｔ３であるとする。また、第１の接地開始点から第２の接地開始点までのストライドがＳ１（＝ｘ２−ｘ１）であり、第２の接地開始点から第３の接地開始点までのストライドがＳ２（＝ｘ３−ｘ２）であるとする。
【００８４】
この場合、速度算出部４９は、第１の接地開始点から第２の接地開始点までの速度Ｖ１を、Ｓ１／（ｔ２−ｔ１）を演算して算出する。また、速度算出部４９は、第２の接地開始点から第３の接地開始点までの速度Ｖ２を、Ｓ２／（ｔ３−ｔ２）を演算して算出する。
【００８５】
加速度算出部５０は、一例として、それぞれの接地開始点の間の速度、および、それぞれの接地開始点の走路２１上の接地開始時刻を取得する。そして、加速度算出部５０は、それぞれの接地開始点での走者の速度を算出する。
【００８６】
例えば、第１の接地開始点の接地開始時刻がｔ１であり、第２の接地開始点の接地開始時刻がｔ２であり、第３の接地開始点の接地開始時刻がｔ３であるとする。また、第１の接地開始点から第２の接地開始点までの速度がＶ１であり、第２の接地開始点から第３の接地開始点までの速度がＶ２であるとする。
【００８７】
この場合、加速度算出部５０は、第２の接地開始点から第３の接地開始点までの加速度α２を、（Ｖ２−Ｖ１）／（ｔ３−ｔ２）を演算して算出する。
【００８８】
図１４は、速度の表示例を示す図である。出力部５１は、速度算出部４９により算出されたそれぞれの接地開始点での速度を、グラフ化して表示してもよい。出力部５１は、一例として、図１４に示すような、横軸を位置、縦軸を速度としたグラフを表示してもよい。
【００８９】
図１５は、加速度の表示例を示す図である。出力部５１は、加速度算出部５０により算出されたそれぞれの接地開始点での加速度を、グラフ化して表示してもよい。出力部５１は、一例として、図１５に示すような、横軸を位置、縦軸を加速度としたグラフを表示してもよい。
【００９０】
図１６は、マーカー２２の位置の特定方法の一例を説明するための図である。撮影者は、走路２１上における走者の直前のマーカー２２と、直後のマーカー２２と、直後のマーカー２２のさらに１つ後のマーカー２２とを画角に含むように撮影をしてもよい。この場合、入力部４１は、走路２１上における走者の直前のマーカー２２と、直後のマーカー２２と、直後のマーカー２２のさらに１つ後のマーカー２２とをフレーム内に含む動画像データを入力することができる。
【００９１】
そして、マーカー位置検出部４６は、動画像データのフレーム毎に、そのフレームに含まれるそれぞれのマーカー２２について、過去のフレームに含まれる何れのマーカー２２であるかを対応付けることにより、基準のマーカー２２からの走行方向の順序を検出し、走行方向の順序に基づき走路２１上の位置を検出する。このように、フレーム内に直後のマーカー２２のさらに１つ後のマーカー２２が含まれるので、マーカー位置検出部４６は、走者が走路２１上を進んだ場合にも、新たに画角内に登場するマーカー２２の順序を、直前のマーカー２２から確実に特定することができる。
【００９２】
また、本実施形態の接地検出装置１０は、片方の足（右足または左足）の接地開始点を検出して、片方の足の接地開始点の位置および接地開始時間に基づき、走者の速度および加速度を算出してもよい。この場合、接地検出装置１０は、爪先ポイントおよび踵ポイントの検出の段階で右足と左足を区別して処理を実行してもよい。また、右足と左足は交互に接地するので、接地検出装置１０は、全ての足の接地開始点を検出し、その後に、全ての足の接地開始点のうちの片側の足の接地開始点を抽出してもよい。
【００９３】
例えば、靴の側面に右足と左足とで異なる模様、特定のマークまたは特定の発光部を設けてもよい。これにより、接地検出装置１０は、足領域に対して画像処理を行うことにより、右足と左足とを区別することができる。また、走者を横から撮像した場合、一方の足が、他方の足により隠れる場合がある。従って、接地検出装置１０は、何れの足が隠れているかを検出し、走者の走行方向との関係から、右足の接地開始点と左足の接地開始点とを区別してもよい。
【００９４】
本実施形態においては、走路２１は直線であるとして説明したが、複数のマーカー２２の間を直線で結んだ線分の連続体である仮想地面７１が曲線を構成していてもよい。このように、トラック走などのような走路に曲線部分が含まれていても精度よく接地を検出できる。
【００９５】
図１７は、接地検出装置１０のハードウェア構成を示す図である。本実施形態に係る接地検出装置１０は、例えば図１７に示すような一般的なコンピュータのハードウェア構成により実現される。このコンピュータは、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２０１と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）２０２と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）２０３と、操作入力装置２０４と、表示装置２０５と、記憶装置２０６と、通信装置２０７とを備える。そして、これらの各部は、バスにより接続される。
【００９６】
ＣＰＵ２０１は、プログラムに従って演算処理および制御処理等を実行するプロセッサである。ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０２の所定領域を作業領域として、ＲＯＭ２０３および記憶装置２０６等に記憶されたプログラムとの協働により各種処理を実行する。
【００９７】
ＲＡＭ２０２は、ＳＤＲＡＭ（Synchronous  Dynamic  Random  Access  Memory）等のメモリである。ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１の作業領域として機能する。ＲＯＭ２０３は、プログラムおよび各種情報を書き換え不可能に記憶するメモリである。
【００９８】
操作入力装置２０４は、マウスおよびキーボード等の入力デバイスである。操作入力装置２０４は、ユーザから操作入力された情報を指示信号として受け付け、指示信号をＣＰＵ２０１に出力する。
【００９９】
表示装置２０５は、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）等の表示デバイスである。表示装置２０５は、ＣＰＵ２０１からの表示信号に基づいて、各種情報を表示する。
【０１００】
記憶装置２０６は、フラッシュメモリ等の半導体による記憶媒体、または、磁気的若しくは光学的に記憶可能な記憶媒体等にデータを書き込みおよび読み出しをする装置である。記憶装置２０６は、ＣＰＵ２０１からの制御に応じて、記憶媒体にデータの書き込みおよび読み出しをする。通信装置２０７は、ＣＰＵ２０１からの制御に応じて外部の機器とネットワークを介して通信する。
【０１０１】
本実施形態の接地検出装置１０で実行されるプログラムは、入力モジュール、足検出モジュール、ポイント検出モジュール、マーカー検出モジュール、マーカー位置検出モジュール、接地開始点検出モジュール、接地位置算出モジュール、ストライド算出モジュール、速度算出モジュール、加速度算出モジュールおよび出力モジュールを含むモジュール構成となっている。このプログラムは、ＣＰＵ２０１（プロセッサ）によりＲＡＭ２０２上に展開して実行されることにより、コンピュータを、入力部４１、足検出部４２、ポイント検出部４３、マーカー検出部４４、接地開始点検出部４５、マーカー位置検出部４６、接地位置算出部４７、ストライド算出部４８、速度算出部４９、加速度算出部５０および出力部５１として機能させる。
【０１０２】
なお、接地検出装置１０は、このような構成に限らず、入力部４１、足検出部４２、ポイント検出部４３、マーカー検出部４４、接地開始点検出部４５、マーカー位置検出部４６、接地位置算出部４７、ストライド算出部４８、速度算出部４９、加速度算出部５０および出力部５１の少なくとも一部をハードウェア回路（例えば半導体集積回路）により実現した構成であってもよい。
【０１０３】
また、本実施形態の接地検出装置１０で実行されるプログラムは、コンピュータにインストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。
【０１０４】
また、本実施形態の接地検出装置１０で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施形態の接地検出装置１０で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、接地検出装置１０で実行されるプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。
【０１０５】
以上の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  接地検出装置
２０  カメラ
２１  走路
２２  マーカー
４１  入力部
４２  足検出部
４３  ポイント検出部
４４  マーカー検出部
４５  接地開始点検出部
４６  マーカー位置検出部
４７  接地位置算出部
４８  ストライド算出部
４９  速度算出部
５０  加速度算出部
５１  出力部
６１  足領域
６２  爪先ポイント
６３  踵ポイント
７１  仮想地面
【図１】
0006350268.tif 000002
【図２】
0006350268.tif 000003
【図３】
0006350268.tif 000004
【図４】
0006350268.tif 000005
【図５】
0006350268.tif 000006
【図６】
0006350268.tif 000007
【図７】
0006350268.tif 000008
【図８】
0006350268.tif 000009
【図９】
0006350268.tif 000010
【図１０】
0006350268.tif 000011
【図１１】
0006350268.tif 000012
【図１２】
0006350268.tif 000013
【図１３】
0006350268.tif 000014
【図１４】
0006350268.tif 000015
【図１５】
0006350268.tif 000016
【図１６】
0006350268.tif 000017
【図１７】
0006350268.tif 000018