(57)【要約】【課題】  運動の前後で物体が実質的に同一位置にあることを検出して運動の始点及び終点を取得し、運動空間中での始点及び終点となる基準位置を取得することができる運動解析装置を提供すること。【解決手段】  運動解析装置１は、測定対象１０に取り付けられた慣性センサー１００と、測定対象を撮像する撮像部４０と、測定対象の静止状態の時を、測定対象の運動の始点ｔ１として取得する始点取得部２０２と、始点の時に撮像部にて撮像された基準画像と、運動後に前記撮像部にて撮像された比較画像との差異に基づいて、測定対象の運動の終点ｔ２を取得する終点取得部２０３と、少なくとも始点から終点までの間の慣性センサーの出力を取得するデータ取得部２０４と、を有する。【選択図】      図６
2013202066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に取り付けられた慣性センサーと、
前記測定対象を撮像する撮像部と、
前記測定対象の静止状態の時を、前記測定対象の運動の始点として取得する始点取得部と、
前記始点の時に前記撮像部にて撮像された基準画像と、前記運動の後に前記撮像部にて撮像された比較画像との差異に基づいて、前記測定対象の運動の終点を取得する終点取得部と、
少なくとも前記始点から前記終点までの間の前記慣性センサーの出力を取得するデータ取得部と、
を有することを特徴とする運動解析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記撮像部は、前記測定対象の運動の開始位置にある前記測定対象に取り付けられた前記慣性センサーを含む領域を撮像することを特徴とする運動解析装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記終点取得部は、
前記撮像部からの前記基準画像を記憶する第１の記憶部と、
前記撮像部からの前記比較画像を記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部から読み出された前記基準画像と、前記第２の記憶部より読み出された前記比較画像とが入力され、同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得する減算部と、
前記減算部より出力される前記各差分をしきい値と比較する比較部と、
前記しきい値以上のアドレス数に基づいて前記終点を判定する判定部と、
を有することを特徴とする運動解析装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記減算部は、前記測定対象の一部の関心領域内の同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得することを特徴とする運動解析装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記始点取得部は、前記終点取得部に設けられた前記第１の記憶部、前記第２の記憶部、前記減算部、前記比較部及び前記判定部が兼用され、
前記第１の記憶部と前記第２の記憶部とに、前記始点取得前での前記撮像部からの画像が交互に記憶され、
前記判定部は、前記始点取得前の２つの画像間の差分画像について求められた前記しきい値以上のアドレス数に基づいて、前記始点を判定することを特徴とする運動解析装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記始点取得部での前記始点の取得に基づいて、運動の開始を告知する始点告知部をさらに有することを特徴とする運動解析装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、
前記終点取得部での前記終点の取得に基づいて、運動の終了を告知する終点告知部をさらに有することを特徴とする運動解析装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記データ取得部は、前記慣性センサーからの出力のうち、前記始点及び前記終点に対応する出力に符号を付すことを特徴とする運動解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始点から終点に至る測定対象の運動を解析する運動解析装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な分野において被検査体の運動を解析する装置が必要とされている。例えば、テニスラケットやゴルフクラブのスイング軌道、野球のピッチングやバッティング等の運動フォーム等を解析し、解析結果から改善点を明らかにすることで競技力の向上につなげることができる。
【０００３】
現在、実用的な運動解析装置としては、光学式モーションキャプチャー装置が知られている。この装置は、マーカーが取り付けられた測定対象を赤外線カメラ等で連続撮影し、撮影された連続画像を用いてマーカーの移動軌跡を算出することで、運動を解析するものが一般的である（特許文献１）。
【０００４】
これに対して、近年、被検査体に小型の慣性センサーを取り付け、測定対象の物理量を検出する慣性センサーの出力データから被検査体の運動を解析する装置が提案されている（特許文献２）。この装置は、赤外線カメラが不要であるため取り扱いが容易であるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１１０３８２号公報
【特許文献２】特開２００８−０７３２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ジャイロセンサーや加速度センサー等の慣性センサーを利用したモーションセンシングでは、計測中の位置あわせが必要になる。これは、慣性センサーが測定対象の慣性を利用して角速度、加速度といった変化量を計測しており、絶対的な位置情報を持たないからである。慣性センサーの出力信号を積分することで位置情報は検出できても、積分誤差などに起因して精度の高い位置情報は取得できない。このため、計測された情報がどの位置で取得されたものかという位置情報が、測定対象の運動解析の際に重要な情報となる。
【０００７】
そのため、例えば運動開始前と運動終了後の位置を、慣性センサー以外の情報から取得することが考えられる。
【０００８】
その際、運動開始時と運動終了時の位置を、それぞれ予め指定された位置に設定すると、測定対象の運動の自由度が制限され、特に測定対象を操作する被験者、または測定対象自体である被験者の負担が大きくなる。
【０００９】
本発明の幾つかの態様は、運動の前後で物体が実質的に同一位置にあることを検出して運動の始点及び終点を取得し、運動空間中での始点及び終点となる基準位置を取得することができる運動解析装置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】
【００１０】
（１）本発明の一態様は、
測定対象に取り付けられた慣性センサーと、
前記測定対象を撮像する撮像部と、
前記測定対象の静止状態の時を、前記測定対象の運動の始点として取得する始点取得部と、
前記始点の時に前記撮像部にて撮像された基準画像と、前記運動後に前記撮像部にて撮像された比較画像との差異に基づいて、前記測定対象の運動の終点を取得する終点取得部と、
少なくとも前記始点から前記終点までの間の前記センサーの出力を取得するデータ取得部と、
を有する運動解析装置に関する。
【００１１】
本発明の一態様では、測定対象の物理量を検出する慣性センサーに加えて、測定対象を撮像する撮像部が設けられる。始点取得部は、測定対象の静止状態の時を測定対象の運動の始点として取得する。測定対象が静止時にあることは、例えば運動開始を指示する指示前であることを知らせる外部からの信号に基づいて取得してもよいし、あるいは後述するように撮像部からの撮像情報の差異または一致度から取得してもよい。運動の終点は、撮像部からの撮像情報の差異または一致度から取得され、始点での基準画像と始点後の比較画像との差異または一致度が判定される。データ取得部は、始点取得部及び終点取得部からの情報に基づいて、少なくとも始点から終点までの間の慣性センサーの出力を取得する。こうして、運動の始点及び終点を取得でき、さらに始点及び終点での実質同一位置の情報を、運動空間中での基準位置とすることができる。
【００１２】
（２）本発明の一態様では、前記撮像部は、前記測定対象の運動の開始位置にある前記測定対象に取り付けられた前記慣性センサーを含む領域を撮像することができる。
【００１３】
ゴルフクラブヤテニスラケットのような運動器具が測定対象であるとき、運動例えばスイング運動の開始位置を予め定めることができる。その開始位置にて慣性センサーが含まれる領域を関心領域とすると、慣性センサーを撮像画像中の特徴点とすることができる。よって、基準画像には必ず慣性センサーが存在し、比較画像中での慣性センサーの有無と位置により画像の差異または一致度を判定することができる。
【００１４】
（３）本発明の一態様では、前記終点取得部は、
前記撮像部からの前記基準画像を記憶する第１の記憶部と、
前記撮像部からの前記比較画像を記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部から読み出された前記基準画像と、前記第２の記憶部より読み出された前記比較画像とが入力され、同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得する減算部と、
前記減算部より出力される前記各差分をしきい値と比較する比較部と、
前記しきい値以上のアドレス数に基づいて前記終点を判定する判定部と、
を有することができる。
【００１５】
こうすると、判定部では、基準画像と比較画像との差異または一致度について、両者の同一アドレス上での差分がしきい値以上のアドレス数に基づいて判定され、アドレス数が所定値よりも少ない時に一致度が高くなる（差異が小さくなる）ので、終点であると判定できる。なお、カウントされるアドレス数は、しきい値以上のアドレスに限らず、しきい値未満のアドレスであってもよい。いずれをカウントしても、しきい値以上のアドレス数が所定値よりも少ない時に一致度が高くなる（差異が小さくなる）ので、終点であると判定できる。
【００１６】
（４）本発明の一態様では、前記減算部は、前記測定対象の一部の関心領域内の同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得することができる。
【００１７】
画像中の全アドレスについて差分を検出することなく、関心領域内の同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得して、基準画像と比較画像の差異または一致度を判定することができ、高速処理が図られる。
【００１８】
（５）本発明の一態様では、前記始点取得部は、前記終点取得部に設けられた前記第１の記憶部、前記第２の記憶部、前記減算部、前記比較部及び前記判定部を兼用することができる。つまり、第１の記憶部と第２の記憶部とに、始点取得前での撮像部からの画像が交互に記憶される。減算部は、第１の記憶部及び第２の記憶部から読み出された画像が入力され、同一アドレス上の各２つの画素値の各差分が取得される。比較部は、減算部より出力される各差分をしきい値と比較し、判定部は、しきい値以上のアドレス数に基づいて始点を判定することができる。これにより、例えば測定対象を操作する被験者、または測定対象自体である被験者は、撮像部にて撮影される関心領域内にて静止位置を自由に決めることができる。
【００１９】
（６）本発明の一態様では、前記始点取得部での前記始点の取得に基づいて、運動の開始を告知する始点告知部をさらに有することができる。これにより、測定対象を操作する被験者、または測定対象自体である被験者は、運動の開始時期を確認することができる。
【００２０】
（７）本発明の一態様では、前記終点取得部での前記終点の取得に基づいて、運動の終了を告知する終点告知部をさらに有することができる。これにより、測定対象を操作する被験者、または測定対象自体である被験者は、運動の終了時期を確認することができる。
【００２１】
（８）本発明の一態様では、前記データ取得部は、前記慣性センサーからの出力のうち、前記始点及び前記終点に対応する出力に符号を付すことができる。これにより、慣性センサーからの出力である物理量は、始点及び終点と対応付けられ、かつ、始点及び終点に対応する測定対象の物理量は、実質時に同一位置で取得されたものであることを知ることができる。また、慣性センサー例えば加速度センサーの出力を２階積分して得られる位置情報を、始点及び終点の位置情報に基づいて補正することで、運動中の測定対象の位置を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る運動解析装置の概要を示す図である。
【図２】測定対象であるゴルフクラブと、ゴルフクラブに取り付けられたセンサーユニットを充電する充電器とを示す図である。
【図３】図１及び図２に示すセンサーユニットのブロック図である。
【図４】ゴルフクラブと充電器とを接点で接続した充電状態を示す図である。
【図５】第１〜第３期間にてサンプリングされるセンサー出力信号と撮像フレームを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係る運動解析装置のブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る終点取得部（始点取得部）のブロック図である。
【図８】一致度の低い（差異の大きい）２つの画像間の差分画像を示す図である。
【図９】図８中の関心領域の差分画像である。
【図１０】一致度の高い（差異の小さい）２つの画像間の差分画像を示す図である。
【図１１】図１０中の関心領域の差分画像である。
【図１２】本発明の実施形態に係る運動解析方法を示すフローチャートである。
【図１３】始点／終点が符号化されたデータ構造の一例を示す図である。
【図１４】始点判定のためにバイアス推定値を求める直線近似法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２４】
１．運動解析装置の概要
運動解析情報収集装置１００は、図１に示すように、測定対象である例えばゴルフクラブ１０に取り付けられた慣性センサーを含むセンサーユニット２０と、撮像部４０と、ホスト端末２００とを有する。
【００２５】
１．１．センサーユニット
ここで、運動解析装置１の運動解析情報の対象は、図１に示す被験者により操作されるゴルフクラブ１０である。図１は、被験者により操作されるゴルフクラブ１０のクラブヘッド１１のスイング軌跡Ａを示している。スイング軌跡Ａは、スイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１、トップ位置Ｐ２、インパクト位置Ｐ３及びフォロースルートップ位置Ｐ４を含んでいる。なお、図１では素振りのスイング軌跡を示し、スイング軌道位置Ｐ１（アドレス位置）とインパクト位置Ｐ３とが離れて図示されている。ゴルフボールを打撃するスイングでは、位置Ｐ１，Ｐ３はいずれもゴルフボールをティーアップする位置にて近接する。
【００２６】
図２には、本実施形態に用いられるセンサーユニット２０が装着されたゴルフクラブ１０と、ゴルフクラブ１０の保持具例えば充電器３０が示されている。充電器３０は、センサーユニット２０に給電するセンサーユニット２０内の二次電池を充電する。
【００２７】
図２は、センサーユニット２０が例えばクラブシャフト１２に装着されたゴルフクラブ１０を模式的に示している。充電器３０は、スタンド型であり、クラブシャフト１２を静止状態に保持して、後述する接点を介してセンサーユニット２０内の二次電池を充電することができる。センサーユニット２０が取り付けられる位置は、クラブシャフト１２に限らず、例えばクラブヘッド１１などであってもよい。また、センサーユニット２０は必ずしもゴルフクラブ１０に装着されるものに限らず、被験者に取り付けられてもよい。この場合は、被験者が測定対象となる。
【００２８】
センサーユニット２０は、ゴルフクラブ１０の慣性を利用して所与の物理量を検出し、検出した物理量（例えば、加速度、角速度など）の大きさに応じた信号（データ）を出力することができる。本実施形態では、センサーユニット２０は、図３に示すように慣性センサー１００を有する。慣性センサー１００は、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度を検出する三軸加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚ（慣性センサーの一例）と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の角速度を検出する三軸ジャイロセンサー（角速度センサー、慣性センサーの他の一例）１０４ｘ〜１０４ｚとからなる６軸モーションセンサーを備えている。
【００２９】
ここで、三軸加速度センサー１０２ｘ〜１０２ｚは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）にて構成された錘部が加速度に伴い慣性移動する量と方向とを、例えば容量値の変化に基づいて検出して、三軸方向の加速度を検出することができる。三軸ジャイロセンサー（角速度センサー）１０４ｘ〜１０４ｚは、振動型角速度センサーを用いることができる。振動型角速度センサーは、振動体を一定の周波数で振動させる。振動体に角速度が加わるとコリオリ力が発生し、コリオリ力によって振動体が異なる方向に振動する。このコリオリ力による変位を検知することで角速度を検出することができる。
【００３０】
図３に示す制御部１１０は、慣性センサー１００と、通信部１２０と、二次電池１３０とに接続されている。制御部１１０はさらに、充電器３０に接続可能である。
【００３１】
制御部１１０は、各センサー１０２ｘ〜１０２ｚ及び１０４ｘ〜１０４ｚの出力信号を、例えば時刻情報と共にパケットにして通信部１２０に出力するデータ処理部１１０Ａを有する。図３に示す通信部１１８は、データ処理部１１０Ａから受け取ったパケットデータをホスト端末３００に送信する処理を行う。制御部１１０は、二次電池１３０を充電制御する充電制御部１１０Ｂを有することができる。
【００３２】
図４は、図２に示す充電器３０及び測定対象の運動器具（ゴルフクラブ）１０の基本的構成例を示している。保持具として機能する充電器３０は、接地部３１と、接地部３１から上方に延びるシャフト保持部３２と、例えば接地部３１に設けられた充電回路３３と、シャフト保持部３２に設けられた２つの充電端子３４，３５を有している。ゴルフクラブ１０は、充電器３０の充電端子３４，３５に接触する被充電端子１３，１４を、クラブシャフト１２に有する。なお、ゴルフクラブ１０に設けられるセンサーユニット２０は図４では図示が省略されている。
【００３３】
１．２．撮像部
図１に示す撮像部４０は、ゴルフクラブ１０を撮像する撮像カメラである。撮像部４０は、図１に示すスイング軌跡Ａ中のスイング軌道位置（アドレス位置）Ｐ１にゴルフクラブ１０がセットされた時に、センサーユニット２０が関心領域（カメラの撮像領域）内に位置するようにセットすることができる。
【００３４】
図５に示すように、スタート時ｔ０から、撮像部４０にてゴルフクラブ１０の例えばセンサーユニット３０撮像を、所定の周期Ｐ１のフレーム周波数にて開始する。スタート時ｔ０は例えば、ゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱された時刻とすることができる。同様に、図５のスタート時ｔ０から、センサーユニット２０にて検出されるデータを所定の周期Ｐ２のサンプリング周波数でサンプリングして取得する。センサー出力信号のサンプリング周波数はフレーム周波数と一致させてもよいし、一致させなくてもよい。
【００３５】
ここで、図５に示す時刻ｔ１をゴルフクラブ１０の運動の始点とし、時刻ｔ２をゴルフクラブ１０の運動の終点とする。始点ｔ１〜終点ｔ２の第２期間Ｔ２がゴルフクラブ１０の運動期間である。計測スタート時ｔ０から始点ｔ１までの期間を第１期間Ｔ１とし、終点ｔ２から計測終了点ｔ３までの期間を第３期間Ｔ３とする。センサーユニット２０および撮像部４０は、計測期間Ｔ（＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）に亘って計測する。ただし、終点ｔ２の検出と同時にセンサーユニット２０および撮像部４０は計測を衆力牛もよい。また、少なくとも始点ｔ１および終点ｔ２では、ゴルフクラブ１０は静止状態であり、本実施形態では図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１が、始点および終点となる。つまり、被験者はゴルフクラブ１０をスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させ（始点）、スイングし（運動期間）、再びスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させる（終点）ものとする。
【００３６】
１．３．ホスト端末
図６はホスト端末２００を示している。ホスト端末２００は、処理部（ＣＰＵ）２０１、通信部２１０、操作部２２０、ＲＯＭ２３０、ＲＡＭ２４０、不揮発性メモリー２５０、表示部２６０及び告知部２７０を含んで構成されている。
【００３７】
通信部２１０は、センサーユニット２０及び撮像部４０から有線又は無線で送信された信号を受信し、処理部２０１に送る処理を行う。操作部２２０は、ユーザーからの操作データを取得し、処理部２０１に送る処理を行う。ＲＯＭ２３０は、処理部２０１が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムや、アプリケーション機能を実現するための各種プログラムやデータ等を記憶している。ＲＡＭ２４０は、処理部２０１の作業領域として用いられ、ＲＯＭ２３０から読み出されたプログラムやデータ、操作部２２０から入力されたデータ、処理部２０１が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する記憶部である。なお、本実施形態では特に、後述する図７に示す初期位置Ｐ０やインパクト位置Ｐ３についての既知のデータを、ＲＯＭ２３０またはＲＡＭ２４０に記憶しておくことができる。不揮発性メモリー２５０は、処理部２０１の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記録する記憶部である。表示部２６０は、処理部２０１の処理結果を文字やグラフ、その他の画像として表示するものである。表示部２６０は、例えば、ＣＲＴ、ＬＣＤ、タッチパネル型ディスプレイ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などである。なお、1つのタッチパネル型ディスプレイで操作部２２０と表示部２６０の機能を実現するようにしてもよい。告知部２７０は、被験者に運動の開始及び／または終了を告知する。
【００３８】
処理部２０１は、ＲＯＭ２３０に記憶されているプログラムに従って、センサーユニット２０から通信部２１０を介して受信したデータに対する各種の計算処理や、各種の制御処理（表示部２６０に対する表示制御等）を行う。特に、本実施形態では、処理部２０１は、始点取得部２０２、終点取得部２０３、データ取得部２０４、演算部２０５、データ補正部２０６を有する。始点取得部２０２は、ゴルフクラブ１０が図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止状態にある時を、ゴルフクラブ１０の運動の始点ｔ１（図５）として取得する。終点取得部２０３は、始点ｔ１の時に撮像部４０にて撮像された基準画像と、始点ｔ１後に撮像部４０にて撮像された比較画像との差異又は一致度に基づいて、ゴルフクラブ１０が再び図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１に戻されて静止状態にある時を、ゴルフクラブ１０の運動の終点ｔ２（図５）を取得する。データ取得部２０４は、少なくとも始点ｔ１から終点ｔ２までの間の慣性センサー１０２ｘ〜１０２ｚ及び１０４ｘ〜１０４ｚの出力を取得する。演算部２０５は、データ取得部２０４にて取得されたデータ（加速度、角速度）をｎ（ｎは自然数）階積分して、ゴルフクラブ１０の速度、角度、位置などの運動解析データを求める。データ補正部２０６は、静止位置での加速度、角速度、速度等の既知の情報（いずれも上記の物理量は零）に基づいて、演算部２０５での演算結果である運動解析データを補正する。
【００３９】
データ取得部２０４はさらに、ゴルフクラブ１０が静止状態である例えば始点ｔ１を含む期間に角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号を例えば最小二乗法により直線近似して、角速度センサーの出力信号１０４ｘ〜１０４ｚに含まれて時間とともに変化するバイアス値を、時間を関数とするバイアス推定値とする取得することができる。これに代えて、データ取得部２０４は、始点及び終点にて静止状態にある角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号を加算平均して、運動期間中のバイアス推定値を求めてもよい。データ補正部２０６では、ゴルフクラブ１０の静止期間に続く運動期間に角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値を除去して補正データを生成することができる。
【００４０】
１．４．終点取得部（始点取得部）
図７は、終点取得部２０３の一例を示すブロック図である。この終点取得部２０３は、始点取得部２０２としても兼用することができる。ただし、始点取得部２０２は、終点取得部２０３の構成を兼用するものに限らない。
【００４１】
本実施形態では、始点取得部２０２及び終点取得部２０３は、図７に示す構成を共有する。第１の記憶部２０３Ａは、撮像部４０からの画像を記憶する。第２の記憶部２０３Ｂは、撮像部４０からの他の画像を記憶する。なお、第１，第２の記憶部２０３Ａ，２０３Ｂは、図６に示すＲＡＭ２４０の異なる領域とすることができる。減算部２０３Ｃは、第１の記憶部２０３Ａから読み出された画像と、第２の記憶部２０３Ｂより読み出された画像とが入力され、同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を取得する。比較部２０３Ｄは、減算部２０３Ｃより出力される各差分をしきい値と比較する。比較部２０３Ｄの出力は、しきい値未満であれば例えば「０」、しきい値以上であれば例えば「１」とすることができる。判定部２０３Ｅは、しきい値以上のアドレス数に基づいて終点または始点を判定する。
【００４２】
判定部２０３Ｅにて終点を判定するために、図５の始点ｔ１にて撮像部４０で撮像された基準画像が第１の記憶部２０２Ａに記憶され、図５の第２期間Ｔ２にて撮像部４０で撮像された比較画像が第２の記憶部２０２Ｂに記憶される。
【００４３】
判定部２０３Ｅにて始点を判定するためには、第１の記憶部２０２Ａと第２の記憶部２０２Ｂとに、図５に示す始点ｔ１の取得前での第１期間Ｔ１にて、撮像部４０からの画像が交互に記憶される。
【００４４】
図８〜図１１は、比較部２０３Ｄからの出力である２値の差分画像を示している。図８は、判定部２０３Ｅにて一致度が低い（差異が大きい）と判定される差分画像を示す。なお、図８〜図１１に差分画像は、比較部２０３Ｄからの出力が「０」、つまり画素同士の一致度が高い（差異が小さい）画素は黒表示とされ、比較部２０３Ｄからの出力が「１」、つまり画素同士の一致度が低い（差異が大きい）画素は白表示とされている。
【００４５】
図８に示す差分画像は、被験者の画像の一致度は高いが、ゴルフクラブ１０とセンサーユニット２０と被験者の腕の画像は不一致である。判定部は、図８に示す差分画像のうち、しきい値以上である白表示の画素数（記憶部上でのアドレス数）をカウントし、それが所定値よりも多ければ、２つの画像は不一致と判定する。
【００４６】
ここで、減算部２０３Ｃは、画像全体の同一アドレス上の各２つの画素の差分を求めるものに限らない。減算部２０３Ｃは、画像全体の一部である関心領域内の同一アドレス上の各２つの画素値の各差分を求めてもよい。
【００４７】
図９は、図８中の一部の関心領域についての差分画像を示している。図９に示す関心領域は、図１に示すスイング軌道位置（アドレス位置）Ｐ１にクラブヘッド１２を位置させた時の、ゴルフクラブ１０に取り付けられたセンサーユニット２０を含む撮像領域である。図９の差分画像中の全画素数に占める白表示の画素数が相対的に多くなるので、判定部２０３Ｅでの判定制度は高くなる。
【００４８】
一方、図１０は判定部２０３Ｅにて一致度が高い（差異が小さい）と判定される差分画像を示す。図１０に示す差分画像は、被験者の画像の一致度も、ゴルフクラブ１０とセンサーユニット２０と被験者の腕の画像の一致度も高い。判定部は、図１０に示す差分画像のうち、しきい値以上である白表示の画素数（記憶部上でのアドレス数）をカウントし、それが所定値よりも少なければ、２つの画像は一致すると判定できる。
【００４９】
図１１は、図１０の画像のうち、図９と同じ関心領域についての差分画像を示している。つまり、図１１に示す関心領域は、図１に示すスイング軌道位置（アドレス位置）Ｐ１にクラブヘッド１１を位置させた時の、ゴルフクラブ１０に取り付けられたセンサーユニット２０を含む撮像領域である。
【００５０】
判定部２０３Ｅにて終点を判定するために、図５の始点ｔ１にて撮像部４０で撮像された基準画像が第１の記憶部２０２Ａに記憶され、図５の第２期間Ｔ２にて撮像部４０で撮像された比較画像が第２の記憶部２０２Ｂに記憶されている。よって、図１０または図１１のように、基準画像と比較画像との一致度が高くなる（差異が小さくなる）ことは、被験者はゴルフクラブ１０を図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させ（始点）、その後に、再びスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させたことを意味する。よって、基準画像と比較画像との一致度が高くなる（差異が小さくなる）ことで、図５の終点ｔ２を判定できる。
【００５１】
一方、判定部２０３Ｅにて始点を判定するためには、第１の記憶部２０２Ａと第２の記憶部２０２Ｂとに、図５に示す始点ｔ１の取得前での第１期間Ｔ１にて、撮像部４０からの画像が交互に記憶される。よって、図１０または図１１のように、基準画像と比較画像との一致度が高くなる（差異が小さくなる）ことは、被験者が図５の時刻ｔ０にてゴルフクラブ１０を図２の充電器３０から離脱させ、図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１まで移動させた後に静止させたことを意味する。よって、２つの画像の一致度が高くなる（差異が小さくなる）ことで、図５の始点ｔ１を判定できる。
【００５２】
２．運動解析方法
図１２は、本発明の実施形態に係る運動解析方法を示すフローチャートである。図１２のステップＳ１では、ゴルフクラブ１０が図２の充電器３０から離脱されたか否かが監視される。ゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱されたか否かは、図３の充電制御部１１０Ｂが、接点１３，１４の電圧等を検出することで判定できる。
【００５３】
ゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱されたことが取得されると（図１２のステップＳ１での判断がＹＥＳ）、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、図５のスタート時ｔ０から、撮像部４０にて被験者、ゴルフクラブ１０およびセンサーユニット２０の撮像を、所定の周期Ｐ１のフレーム周波数にて開始する。さらに、センサーユニット２０からのセンサーユニット信号を取得する。
【００５４】
図１３は、図６のデータ取得部２０４にて取得されるデータの一例を示している。図１２のステップＳ２の実行により、図３に示す各センサー１０２ｘ〜１０２ｚ及び１０４ｘ〜１０４ｚからのセンサー出力信号Ｘ，Ｙ，Ｚとして、最初の出力信号Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０が得られ、以降、図５のサンプリング周期Ｐ２にて出力信号がホスト端末２００に送信される。一方、撮像部４０からの撮像フレーム信号Ｆとし、最初の撮像フレーム信号Ｆ０が得られ、以降、図５のフレーム周期Ｐ１にて出力信号がホスト端末２００に送信される。なお、図１３では、例えばフレーム周期Ｐ１とサンプリング周期Ｐ２とが一致している。
【００５５】
次に、図１２のステップＳ３では、始点が取得されたか否かが判定される。上述の通り、被験者が図５の時刻ｔ０にてゴルフクラブ１０を図２の充電器３０から離脱させ、図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１まで移動させた後に静止させる。それにより、図５の第１期間Ｔ１中に撮像部４０にて撮像され、図７に示す第１，第２の記憶部２０３Ａ，２０３Ｂに交互に記憶された２つの画像の差分（例えば図１３に示すＦ０−Ｆ１）の一致度が高くなったことが、判定部２０３Ｅにて判定される。その結果、図６の始点取得部２０２が始点を取得することができる。なお、図１３に示す「判定」の欄の「０」は一致度が低いことを示し、「１」は一致度が高いことを示す。判定部２０３Ｅは、時刻ｔ０以降で例えば最初に一致度が高くなった画像の取得時期を始点ｔ１とすることができ。そして、図１３に示すように、始点ｔ１に対応するセンサー出力信号と対応付けて符号が付され、例えば始点／終点フラグとして「１」が付される。
【００５６】
始点取得部２０２にて始点が取得されると（図１２のステップＳ３の判断がＹＥＳ）、図６の告知部２７０より運動開始を告知することができる（図１２のステップＳ４）。
【００５７】
次に、図１２のステップＳ５では、終点が取得されたか否かが判定される。上述の通り、被験者はゴルフクラブ１０を図１のスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させ（始点）、その後に、図１に示すスイング軌跡Ａに沿ってスイング運動し、再びスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止させる。図５の第２期間Ｔ２の始点ｔ１の時に撮像部４０にて撮像された基準画像が図７に示す第１の記憶部２０３Ａに記憶され、始点ｔ１以降に撮像部４０にて撮像された比較画像が第２の記憶部２０３Ｂにて順次更新される。そして、第１，第２の記憶部２０３Ａ，２０３Ｂに記憶された２つの画像の差分（例えば図１３に示すＦｎ−１−Ｆｎ）の一致度が高くなったことが、判定部２０３Ｅにて判定される。その結果、図６の終点取得部２０３が終点を取得することができる。判定部２０３Ｅは、時刻ｔ１以降で例えば最初に一致度が高くなった画像の取得時期を終点ｔ２とすることができ。そして、図１３に示すように、終点ｔ２に対応するセンサー出力信号と対応付けて符号が付され、例えば始点／終点フラグとして「１」が付される。
【００５８】
終点取得部２０３にて終点が取得されると（図１２のステップＳ５の判断がＹＥＳ）、図６の告知部２７０より運動終了を告知することができる（図１２のステップＳ６）。そして、図５の時刻ｔ３にて計測を終了することができる（図１２のステップＳ７）。
【００５９】
３．変形例
上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、本発明の測定対象物体は、好適にはゴルフクラブ、テニスラケット等の運動器具に適用することができるが、これに限定されない。
【００６０】
上記実施形態では、始点取得部２０２は図７に示す終点取得部２０３の構成を共用したが、それに限定されない。例えばゴルフクラブ１０が充電器３０から離脱された後から一定時間経過したときに、図６の告知部２７０が運動開始を指示する場合には、告知部２７０が指示前であることを知らせる信号に基づいて、始点ｔ１を取得してもよい。この場合、運動開始の告知前にスイング起動位置（アドレス位置）Ｐ１にて静止することが被験者に事前に知らされていればよい。
【００６１】
始点取得部２０２が始点ｔ１を取得する他の例について、図１４を参照して説明する。上述したように、図６のデータ取得部２０４は、運動開始前の静止状態の角速度センサー１０４ｘ〜１０４ｘからの出力信号に基づいてバイアス推定値を取得することができる。データ取得部２０４によってバイアス推定値が確定した時を、始点取得部１０２が始点ｔ１を取得してもよい。
【００６２】
バイアス推定部を含むデータ取得部２０４は、例えば三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたデータを、時間軸を含む二次元面で直線近似してバイアス推定値を求めることができる。
【００６３】
図１４は、直線近似によりバイアス推定値を求める手法を示している。図１４において、横軸は時間ｔであり、縦軸は角速度を毎秒あたりの角度（ｄｐｓ）として示している。図１４では、時間ｘ１〜ｘｎのｎ回のサンプリング時に角速度ｙ１〜ｙｎが取得されたことを示している。
【００６４】
データ取得部２０４は、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号として時間軸上でサンプリングされたｎ個のデータ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…（ｘｎ，ｙｎ）を、時間軸を含む二次元面（ｘ−ｙ）で直線近似されたｙ＝ａ×ｘ＋ｂを、時間を関数とするバイアス推定値として求める。換言すれば、静止状態での三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚからの出力信号ｙ１〜ｙｎは時刻ｘ１〜ｘｎに対応するバイアス値を示すことになるので、上記式は、バイアス推定値をＶｉａｓ（ｔ）とし、時刻をｔとすると、一秒あたりの角速度（ｄｐｓ）であるバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）は、
Ｖｉａｓ（ｔ）＝ａ×ｔ＋ｂ…（１）
と表すことができる。バイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸についてそれぞれ求められる。
【００６５】
ここで、式（１）の係数ａ及びｂは、ｎ個のデータ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、…（ｘｎ，ｙｎ）に基づいて、最小二乗法では次のように求められる。
【００６６】
【数１】
2013202066.tif 000003
【００６７】
本発明者の実験によれば、運動期間の前に設定される静止期間を少なくとも２秒以上確保してバイアス推定値を求めれば、運動期間後に静止期間を設定しなくても適切なバイアス推定値が求められることが分かった。
【００６８】
運動期間の前に設定される静止期間（バイアス推定時間）の長さは、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚのバイアス安定性に依存する。三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚとしては、上述したように、例えば角速度センサー素子を減圧封止したバイアス安定性の高い振動型角速度センサーを用いることができる。
【００６９】
ここで、運動期間の前に設定される静止期間（バイアス推定時間）の長さは、三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚのバイアス安定性等に依存し、あるいは外的要因にも依存するため、可変してもよい。
【００７０】
本発明者の実験によれば、式（１）中の傾きａが、ａ≦０．０１０を満足するまで、図１４に示すデータ収集期間（静止期間）を継続し、上記不等式が満足された時に式（１）のバイアス推定値を確定することができる。実験によれば、１秒の静止期間で得られたバイアス推定値は不採用となり、静止期間を２秒として得られたバイアス推定値が確定値となる。あるいは、本発明者の実験によれば、式（１）中の傾きａが、ａ≦０．００５を満足するまで、図１４に示すデータ収集期間（静止期間）を継続し、上記不等式が満足された時に式（１）のバイアス推定値を確定することができる。実験によれば、１秒および２秒の各静止期間で得られたバイアス推定値は不採用となり、静止期間を３秒として得られたバイアス推定値が確定値となる。
【００７１】
以上のようにして、バイアス推定値が確定されるまで図５に示す第１期間Ｔ１を継続してバイアス推定値を評価し、例えば式（１）中の傾きａの大きさをしきい値と比較して評価することができる。このようにすることで、バイアス推定値の信頼性を高めることができる。
【００７２】
この場合、図６のデータ補正部２０６が、第２期間Ｔ２に三軸ジャイロセンサー１０４ｘ〜１０４ｚから取得された出力信号から、その出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）を除去する。出力信号と時間軸上で対応するバイアス推定値Ｖｉａｓ（ｔ）とは、出力信号がサンプリングされた時刻ｔを式（１）に代入することで求められる。この際、時間を関数とするバイアス推定値は式（１）のように一次関数であると、角速度センサー出力から除算されるバイアス値をデータ補正部２０２にて容易にかつ高速に演算することができる。
【００７３】
このように、データ取得部２０４が上述したバイアス推定部を有することで、バイアス推定値が確定した時期を始点取得部２０２が始点ｔ１として取得できる他、データ補正部２０６にてバイアス補正を実施することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  運動解析装置、１０  測定対象、２０  センサーユニット、３０  充電器（保持具）、４０  撮像部、１００、１０２ｘ〜１０２ｚ、１０４ｘ〜１０４ｚ  慣性センサー、２００  ホスト端末、２０１  処理部、２０２  始点取得部、２０３  終点取得部、２０３Ａ  第１の記憶部、２０３Ｂ  第２の記憶部、２０３Ｃ  減算部、２０３Ｄ  比較部、２０３Ｅ  判定部、２０４  データ取得部、２０５  演算部、２０６  データ補正部、２７０  告知部（始点告知部、終点告知部）、Ｔ１  第１期間、Ｔ２  第２期間、Ｔ３  第３期間
【図１】
2013202066.tif 000004
【図２】
2013202066.tif 000005
【図３】
2013202066.tif 000006
【図４】
2013202066.tif 000007
【図５】
2013202066.tif 000008
【図６】
2013202066.tif 000009
【図７】
2013202066.tif 000010
【図８】
2013202066.tif 000011
【図９】
2013202066.tif 000012
【図１０】
2013202066.tif 000013
【図１１】
2013202066.tif 000014
【図１２】
2013202066.tif 000015
【図１３】
2013202066.tif 000016
【図１４】
2013202066.tif 000017