(57)【要約】  本発明は、打撃などによって運動するボールに対するイメージを取得し、これを分析することによってスピンを測定することに関し、スピン測定のみのための特定パターンを表示するものではなく、ボール自体に既に表示されているボール製造会社のロゴやボールに対する商標、傷、染みなどのような不特定の表示、すなわち、特徴部を簡単な方法によって迅速且つ正確に抽出し、これを用いてボールの回転に対するスピン軸及びスピン量を正確に算出することによって運動するボールに対するスピンを測定するようにする、運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法を提供するためのものである。
2016503928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動するボールに対するイメージを取得して分析することによって運動するボールに対するスピンを算出する、運動するボールに対するセンシング装置であって、
表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動するに伴って、これに対する連続的なイメージを取得するイメージ取得手段と、
前記イメージ取得手段により取得された各イメージから、ボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出し、前記ボールイメージ上のディンプル部分及び各種ノイズ部分を除去することによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するようにするイメージ処理手段と、
任意の連続する２つのボールイメージ上でそれぞれ抽出された特徴部の位置変化を分析することによって、ボールのスピン軸及びスピン量を算出するスピン算出手段と
を含む、運動するボールに対するセンシング装置。
【請求項２】
前記イメージ処理手段は、
前記イメージ取得手段により取得されたイメージであるソースイメージから前記ボールイメージを抽出し、その中心座標を抽出するボールイメージ抽出手段と、
前記ボールイメージ抽出手段により抽出されたボールイメージの大きさ及び明るさ情報に対するノーマライズ処理を行うことによって、空間上のボールの位置に応じてソースイメージ上で変化するボールの大きさ及び明るさを正規化するボールイメージ正規化手段と
を含み、
前記ボールイメージ正規化手段によって処理されたイメージである正規化イメージに対して前記特徴部の抽出が行われるように構成される請求項１に記載の運動するボールに対するセンシング装置。
【請求項３】
前記イメージ処理手段は、
前記ボールイメージ上のボールを予め設定された角度で回転させ、前記回転させたイメージの、回転前の原本イメージに対する差映像を抽出し、前記回転及び差映像の抽出を予め設定された回数だけ繰り返してそれぞれ累積させることによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するボール特徴部抽出手段を含む請求項１または２に記載の運動するボールに対するセンシング装置。
【請求項４】
前記イメージ処理手段は、
前記イメージ取得手段により取得されたイメージであるソースイメージからボールイメージを抽出し、前記抽出されたボールイメージの中心座標を抽出するボールイメージ抽出手段と、
連続するソースイメージからそれぞれ抽出されたボールイメージの大きさ及び明るさ情報に対するノーマライズ処理を行うことによって、空間上のボールの位置に応じてソースイメージ上で変化するボールの大きさ及び明るさを正規化するボールイメージ正規化手段と、
前記ボールイメージ正規化手段により処理されたイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを予め設定された角度で回転させ、前記回転させたイメージの原本イメージに対する差映像を抽出し、前記回転及び差映像の抽出を予め設定された回数だけ繰り返してそれぞれ累積させることによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するボール特徴部抽出手段と
を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の運動するボールに対するセンシング装置。
【請求項５】
運動するボールに対するイメージを取得して分析することによって運動するボールに対するスピンを算出する、運動するボールに対するセンシング方法であって、
表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動するに伴って、これに対する連続的なイメージを取得するステップと、
前記取得された各イメージから、ボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出するステップと、
前記抽出されたボールイメージ上のディンプル部分及び各種ノイズ部分を除去することによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップと、
任意の連続する２つのボールイメージ上でそれぞれ抽出された特徴部の位置変化を分析することによって、ボールのスピン軸及びスピン量を算出するステップと
を含む、運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項６】
前記ボールイメージを抽出するステップは、
前記イメージを取得するステップで取得されたイメージであるソースイメージからボール部分を探すステップと、
前記ボール部分の中心がイメージの中心となるように前記ボール部分を抽出することによって、前記ボールイメージを用意するステップと
を含む請求項５に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項７】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
連続するソースイメージからそれぞれ抽出されたボールイメージの大きさに対するノーマライズ処理を行うことによって、空間上のボールの位置に応じてソースイメージ上で変化する連続するボールの大きさを正規化するステップと、
前記ボールの大きさの正規化ステップを経たボールイメージ上でそれぞれ特徴部を抽出するステップと
を含む請求項５または６に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項８】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
前記抽出されたボールイメージ上の各ピクセルのピクセル値の平均値を算出し、前記平均値を基準としてノーマライズ処理を行うことによって、ボールの明るさを正規化するステップと、
前記ボールの明るさに対する正規化ステップを経たボールイメージ上でそれぞれ特徴部を抽出するステップと
を含む請求項５から７のいずれか１項に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項９】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
前記抽出されたボールイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを予め設定された角度で回転させるステップと、
前記ボールを回転させたイメージの前記原本イメージに対する差映像を抽出して、前記原本イメージ上の特徴部を抽出するステップと
を含む請求項５から８のいずれか１項に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項１０】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
前記抽出されたボールイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを予め設定された角度またはランダムに選択された任意の角度で回転させ、その回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した１次差映像を抽出するステップと、
前記原本イメージ上のボールを予め設定された他の角度またはランダムに選択された任意の角度で回転させ、その回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した２次差映像を抽出して前記１次差映像に累積させることによって、累積イメージを抽出するステップと、
前記累積イメージから特徴部を抽出するステップと
を含む請求項５から９のいずれか１項に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項１１】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
前記抽出されたボールイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを任意の角度で回転させるステップと、
前記ボールを回転させたイメージから前記原本イメージを引き算したｎ次差映像を抽出するステップと、
前記ｎ次差映像をｎ−１次累積イメージに累積させることによって、ｎ次累積イメージを抽出するステップと、
前記ｎ次累積イメージから特徴部を抽出するステップと
を含み、
ｎは、２以上の自然数である、請求項５から１０のいずれか１項に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項１２】
前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップは、
前記ｎ次累積イメージに対して、所定の基準値による２進化処理を行うステップをさらに含む請求項１１に記載の運動するボールに対するセンシング方法。
【請求項１３】
表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動することに対するイメージを取得し、それからボールのスピンを算出するための、前記取得されたイメージから抽出されたボールイメージのイメージ処理方法であって、
前記ボールイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを任意の角度で回転させるステップと、
前記ボールを回転させたイメージから前記原本イメージを引き算したｎ次差映像を抽出するステップと、
前記ｎ次差映像をｎ−１次差映像またはｎ−１次累積イメージに累積させることによってｎ次累積イメージを抽出するステップと、
前記ｎ次累積イメージに対して、所定の基準値による２進化処理を行うことによって、イメージからボールに対する特徴部を抽出するステップと
を含み、
ｎは、２以上の自然数である、運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動するボールに対するイメージを取得し、これを所定の処理を行って分析することによってボールのスピンを算出するようにするための、運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボールを用いるスポーツ競技、特にゴルフの場合、ゴルファーによって打撃されて運動するボールの物理的特性を正確にセンシングし、そのセンシングされた値を用いて打球の分析を行うか、または、これを映像として具現して、いわゆるスクリーンゴルフのようなシミュレーションゴルフ分野に適用する試みは常に行われてきた。
【０００３】
特に、打撃によって飛んで行くボールのスピン（Ｓｐｉｎ）は、３次元空間上の軸を中心に非常に高速で回転するので、これを測定することは非常に難しく、また、正確な測定のためには、非常に高価な装備が必要である。
【０００４】
このような、ボールのスピンを測定するための代表的な方式としては、レーダセンサ（Ｒａｄａｒ  Ｓｅｎｓｏｒ）を用いる方式、及び高速又は超高速カメラを用いて取得されたイメージを分析する方式があり、そのうち、高速又は超高速カメラを用いて運動するボールのスピンを算出する方式は、ボールに特定パターンを表示し、高速又は超高速カメラで取得されたイメージにおいて、ボールに表示された特定パターンの変化を分析することによって、運動するボールのスピン軸とスピン量を計算することによって行われる。
【０００５】
ここで、ボールに表示する特定パターンは、非常に単純な形状であって、イメージ上で明確に区分できるように特定の大きさ及び色を用いるか、または感光性物質を用いたパターンの表示を行うことによって、イメージ上で当該パターンが明確に区分されるようにした状態でスピンの算出が行われる。
【０００６】
しかし、このように、特定パターンをボールに表示し、これをイメージ分析する方式のスピン算出方式は、ボールにいちいち特定パターンを表示しなければならないという煩わしさや不便さの問題があり、また、繰り返される測定により、ボールに表示されたパターンが徐々にぼやけたり、一部分が削除されてしまい、測定が不可能となり得るという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、打撃などによって運動するボールに対するイメージを取得し、これを分析することによってスピンを測定することに関し、スピン測定のみのための特定パターンを表示するものではなく、ボール自体に既に表示されているボール製造会社のロゴやボールに対する商標、傷、染みなどのような不特定の表示、すなわち、特徴部を簡単な方法により迅速且つ正確に抽出し、これを用いてボールの回転に対するスピン軸及びスピン量を正確に算出することによって運動するボールに対するスピンを測定するようにする、運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例に係る、運動するボールに対するイメージを取得して分析することによって運動するボールに対するスピンを算出する、運動するボールに対するセンシング装置は、表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動するに伴って、これに対する連続的なイメージを取得するイメージ取得手段と、前記イメージ取得手段により取得された各イメージから、ボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出し、前記ボールイメージ上のディンプル部分及び各種ノイズ部分を除去することによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するようにするイメージ処理手段と、任意の連続する２つのボールイメージ上でそれぞれ抽出された特徴部の位置変化を分析することによって、ボールのスピン軸及びスピン量を算出するスピン算出手段とを含む。
【０００９】
一方、本発明の一実施例に係る、運動するボールに対するイメージを取得して分析することによって運動するボールに対するスピンを算出する、運動するボールに対するセンシング方法は、表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動するに伴って、これに対する連続的なイメージを取得するステップと、前記取得された各イメージから、ボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出するステップと、前記抽出されたボールイメージ上のディンプル部分及び各種ノイズ部分を除去することによって、前記ボールイメージ上の特徴部を抽出するステップと、任意の連続する２つのボールイメージ上でそれぞれ抽出された特徴部の位置変化を分析することによって、ボールのスピン軸及びスピン量を算出するステップとを含む。
【００１０】
一方、本発明の一実施例に係る運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法は、表面に所定の特徴部が表示されたボールが運動することに対するイメージを取得し、それからボールのスピンを算出するための、前記取得されたイメージから抽出されたボールイメージのイメージ処理方法であって、前記ボールイメージを原本イメージとして、前記原本イメージ上のボールを任意の角度で回転させるステップと、前記ボールを回転させたイメージから前記原本イメージを引き算したｎ次差映像を抽出するステップと、前記ｎ次差映像をｎ−１次差映像またはｎ−１次累積イメージに累積させることによって、ｎ次累積イメージを抽出するステップと、前記ｎ次累積イメージに対して、所定の基準値による２進化処理を行うことによって、イメージからボールに対する特徴部を抽出するステップとを含む。ここで、ｎは、２以上の自然数である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法は、打撃などによって運動するボールに対するイメージを取得し、これを分析することによってスピンを測定することに関し、スピン測定のみのための特定パターンを表示するものではなく、ボール自体に既に表示されているボール製造会社のロゴやボールに対する商標、傷、染みなどのような不特定の表示、すなわち、特徴部を簡単な方法により迅速且つ正確に抽出し、これを用いてボールの回転に対するスピン軸及びスピン量を正確に算出することによって運動するボールに対するスピンを測定できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例に係る運動するボールに対するセンシング装置の構成を簡略に示すブロック図である。
【図２】図１に示された構成を用いて、イメージの取得からボールのスピン算出に至るまでの各構成要素別の機能を説明するための図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、連続して取得されたイメージに対するソースイメージをそれぞれ示す図である。
【図４】図３の（ａ）でのボール部分を拡大して示す図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、図３の（ａ）から（ｃ）に示した各ソースイメージからボール部分を抽出する過程を説明するための図である。
【図６】（ａ）から（ｃ）は、図５の（ａ）から（ｃ）に示したようにそれぞれ抽出されたボールイメージに対して正規化されたイメージをそれぞれ示す図である。
【図７】（ａ）から（ｆ）は、図６の（ａ）に示したイメージからボール特徴部を抽出する過程を時系列的に示す図である。
【図８】運動するボールのスピン算出を説明するために示す図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、連続する２つのソースイメージから抽出されたボールイメージが正規化されたイメージを示し、（ｃ）及び（ｄ）は、（ａ）及び（ｂ）に示したイメージからそれぞれ特徴部を抽出した特徴部イメージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法に関する具体的な内容を、図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明は、基本的に、ユーザがゴルフクラブでゴルフボール（以下、"ボール"という）を打撃することを所定のカメラで撮影し、その撮影されたイメージを分析することによって打撃されたボールのスピンを算出するようにしたもので、前記カメラは、複数個のカメラによりステレオ方式で構成されるステレオカメラまたは３Ｄカメラであって、ボールに対する２次元イメージ上の座標を３次元座標に変換したり、その反対の変換が可能なようにする構成であることが好ましい。
【００１５】
そして、本発明に係る運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法は、ユーザのゴルフスイングによるボールの打球分析や仮想現実ベースのシミュレーションを用いた仮想ゴルフなどの様々な分野に適用することができる。
【００１６】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施例に係る運動するボールに対するセンシング装置について説明する。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施例に係る運動するボールに対するセンシング装置は、イメージ取得手段１００、イメージ処理手段２００及びスピン算出手段３００を含んで構成される。
【００１８】
イメージ取得手段１００は、カメラ装置であって、上述したように、ステレオ方式のカメラ装置であるか、または３Ｄカメラ装置として具現することができる。図１では、第１カメラ１１０及び第２カメラ１２０によってステレオ方式のカメラ装置としてイメージ取得手段１００が具現された場合を示している。
【００１９】
イメージ処理手段２００は、イメージ取得手段１００によって取得された各イメージからボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出し、前記ボールイメージ上のディンプル部分及び各種ノイズ部分を除去することによって、前記ボールイメージ上の特徴部、すなわち、ボールに表示された商標やロゴ、傷などの不特定の表示を抽出するようにする構成要素である。
【００２０】
イメージ処理手段２００は、ボールイメージ抽出手段２１０、ボールイメージ正規化手段２２０、及びボール特徴部抽出手段２３０を含んで構成されることが好ましい。
【００２１】
ボールイメージ抽出手段２１０は、イメージ取得手段１００によって取得されたイメージであるソースイメージからボール部分に対するイメージであるボールイメージを抽出し、そのボール部分に対する中心座標を抽出するように構成される。これについての具体的な事項は後述する。
【００２２】
ボールイメージ正規化手段２２０は、ボールイメージ抽出手段２１０によって抽出されたボールイメージのそれぞれの大きさ及び明るさの情報に対するノーマライズ処理を行うことによって、空間上のボールの位置に応じてソースイメージ上で変化するボールの大きさ及び明るさを正規化するように構成される。これについての具体的な事項は後述する。
【００２３】
ボール特徴部抽出手段２３０は、ボールイメージ抽出手段２１０によって抽出されたボールイメージに対してボールイメージ正規化手段２２０によってイメージ正規化が行われたイメージから、イメージ上に示されたボールの特徴部（ボールに表示された商標やロゴ、傷などの不特定の表示）の部分を抽出する構成要素である。そのために、ボールイメージ正規化手段２２０によってイメージ正規化が行われた原本イメージに対して、任意の角度の回転、差映像及び累積の方法を所定の回数繰り返しながら特徴部の部分のみを抽出する。これについての具体的な事項は後述する。
【００２４】
一方、スピン算出手段３００は、任意の連続する２つのボールイメージ上でそれぞれ抽出された特徴部の位置変化を分析することによって、ボールのスピン軸及びスピン量を算出するように構成される。これについての具体的な事項も後述する。
【００２５】
まず、図３から図５を参照して、イメージ取得手段１００によって取得されたソースイメージから、ボールイメージ抽出手段２１０によってボールイメージが抽出される過程の一例について具体的に説明する。
【００２６】
図３の（ａ）から（ｃ）は、固定されたカメラによって、その画角内の運動するボールに対するイメージを所定の時間間隔で取得したイメージに対して、差映像を通じて背景部分などを除去し、ボール部分２１，２２，２３のみが残っている状態のイメージを示したものである。
【００２７】
図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）から、ボールが左側対角線方向に飛んで行く状態であることがわかり、ボールがカメラに近接する時には、図３の（ａ）のようにボール２１が大きく見え、カメラから次第に遠ざかるほど、図３の（ｂ）及び（ｃ）のようにボール２２，２３がだんだん小さく見えるようになることがわかる。
【００２８】
ここで、図３の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示したイメージ、すなわち、最初に取得されたイメージから背景部分及び各種ノイズ部分を差映像などを通じて除去し、動く部分であるボール部分のみが残った状態のイメージをソースイメージという。
【００２９】
ソースイメージ上でボール部分２１をより拡大してみると、図４に示すように、ボールの表面を覆っているディンプル（Ｄｉｍｐｌｅ）部分ＤＰ及びボールの一側に表示された特徴部Ｆが示されており、その他にも、各種ノイズ、例えば、まるで塩やこしょうを部分的に振りかけたような、いわゆるｓａｌｔ ａｎｄ ｐｅｐｐｅｒノイズや、常に固定された位置に示される固定パターンノイズ（Ｆｉｘｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｎｏｉｓｅ）などがあり得、ボールに対する照明の影響により最も明るい部分Ｂ１及び最も暗い部分Ｄ１がグラデーション（Ｇｒａｄａｔｉｏｎ）として示される。
【００３０】
ここで、特徴部Ｆの部分のみを抽出するためには、前記特徴部Ｆの部分はそのまま残し、上述したようなディンプル部分ＤＰ、グラデーションによる影響及び各種ノイズのみを有効適切に除去することが必要であり、これは、ボール特徴部抽出手段によって行われる。これについては、図７を参照して後述する。
【００３１】
まず、ボール特徴部Ｆの抽出のためには、図３に示したようなソースイメージから、ボール部分２１，２２，２３に対するイメージ、すなわち、ボールイメージのみを効果的に抽出することが必要である。
【００３２】
図５の（ａ）から（ｃ）では、それぞれのソースイメージからボール部分のみを抽出することを示しており、まず、ソースイメージにおいてボール部分２１，２２，２３を探し、そのボール部分の中心点が、抽出するイメージの中心点となり、ボール部分の外郭線が、抽出するイメージの外郭線と実質的に接するようにして正確に抽出するようにすることが好ましい。
【００３３】
このように、各ソースイメージからボール部分２１，２２，２３のみを抽出したイメージ、すなわち、ボールイメージ２１１，２１２，２１３は、それぞれのソースイメージ上でのボールの大きさに対応する大きさであるので、互いに異なる大きさを有し、各ソースイメージ上に示されたボール部分２１，２２，２３は、カメラとの距離に応じて照明の影響が異なるので、明るさも各ボールイメージ毎に異なる。
【００３４】
正確なボール特徴部の抽出のためには、それぞれのボールイメージ２１１，２１２，２１３の大きさを同一にし、明るさを正規化することが必要である。
【００３５】
図６の（ａ）から（ｃ）は、ボールイメージ正規化手段によって、図５の（ａ）から（ｃ）にそれぞれ対応するボールイメージに対する大きさ及び明るさの正規化（Ｎｏｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）が行われたイメージを示したものである。
【００３６】
すなわち、それぞれのボールイメージ２１１，２１２，２１３に対して、予め設定された大きさに合せて拡大又は縮小するか、または、ボールイメージ２１１，２１２，２１３のいずれか１つを基準として、それに合わせて他のボールイメージを拡大又は縮小することによって、すなわち、各ボールイメージに対してノーマライズ処理を行うことによって、ボールイメージの大きさが互いに同一になるようにする。
【００３７】
そして、それぞれのボールイメージに対して、ボール部分をなす全てのピクセルの平均値を用いてノーマライズ処理を行うことによって、各ボールイメージの全体的な明るさが互いに同一になるようにする。
【００３８】
一方、上述したように、ボールイメージに対する正規化が完了した後には、それぞれの正規化されたボールイメージに対して、図７に示したように、ボール特徴部抽出手段によるボール特徴部Ｆの抽出過程が行われる。
【００３９】
図７の（ａ）は、正規化されたボールイメージであって、これを原本イメージという。図７の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、前記原本イメージ上のボールを任意の角度で回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した差映像イメージを順次累積させたイメージを示したものであり、図７の（ｆ）は、図７の（ｅ）に示した累積イメージに対して２進化処理を行ったイメージである。
【００４０】
まず、図７の（ａ）に示したような原本イメージに対して、ボールの中心点を中心に予め設定された角度だけ、またはランダムに選択された任意の角度だけボールを回転させ、このようにボールを回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した差映像を抽出すると、図７の（ｂ）のようなイメージが出る。ここで、図７の（ｂ）のイメージを１次差映像といい、差映像の回数が重なるほど次数は１つずつ上がる。
【００４１】
前記回転イメージと原本イメージの差映像は、２つのイメージ上で互いに変化がある部分は明るく示され、変化がない部分は黒く示されるので、特徴部の部分Ｆが主に明るく示され、残りの部分はほぼ黒く示される。
【００４２】
ボールが回転したが、ディンプル部分は、回転する前と後がほぼ同一であるので、変化がほとんどない部分であるため、ほぼ全て除去され（黒くなり）、原本イメージ上のグラデーション部分や各種ノイズ部分も全て除去される。
【００４３】
ところが、１回の差映像で特徴部の部分が鮮明に示されないことがあるため、異なる角度に対する差映像を抽出し、その前に抽出された差映像と累積させる場合、イメージ上の明るい部分はより明るく示されるので、特徴部の部分はより明るくて鮮明に示されるようになる。
【００４４】
図７の（ｃ）は、前記原本イメージ上のボールを予め設定された他の角度またはランダムに選択された任意の角度で回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した差映像、すなわち、２次差映像を、１次差映像である図７の（ｂ）に示したイメージに累積させた２次累積イメージを示す。
【００４５】
図７の（ｄ）は、前記原本イメージ上のボールを予め設定された更に他の角度またはランダムに選択された任意の角度で回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した差映像、すなわち、３次差映像を、２次累積イメージである図７の（ｃ）に示したイメージに累積させた３次累積イメージを示す。
【００４６】
図７の（ｅ）は、前記原本イメージ上のボールを予め設定された更に他の角度またはランダムに選択された任意の角度で回転させたイメージから前記原本イメージを引き算した差映像、すなわち、４次差映像を、３次累積イメージである図７の（ｄ）に示したイメージに累積させた４次累積イメージを示す。
【００４７】
４つの差映像を順次累積させた４次累積イメージ、すなわち、図７の（ｅ）に示されたイメージを見ると、特徴部の部分が非常に明るく示され、残り部分はほとんど黒く除去されたことがわかる。しかし、ディンプルによって示される部分も完全には除去されずに部分的に示されたりする。
【００４８】
したがって、特徴部の部分のみを抽出するために、前記４次累積イメージに対して、所定の基準値を用いてスレショルド（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）処理などを通じて２進化することによって、図７の（ｆ）に示したイメージが抽出される。
【００４９】
図７の（ｆ）に示されたイメージは、完全に抽出された特徴部ＦＣのみが示されたイメージであって、これを特徴部イメージという。
【００５０】
連続するボールイメージに対して、上述したようにそれぞれ特徴部を抽出して、それぞれ特徴部イメージを用意し、これら特徴部イメージを用いて、スピン算出手段によるボールのスピン算出が行われる。
【００５１】
ここで、ボールのスピンは、図８に示すように、ｉ軸、ｊ軸及びｋ軸座標系による３次元空間上のスピン軸に対する座標情報、及び前記スピン軸を中心に回転した角度、すなわち、スピン量に対する情報を算出することによって求めることができる。
【００５２】
図８に示したように、３次元空間上での回転運動は、ピッチ、ヨー、ロール（ｐｉｔｃｈ、ｙａｗ、ｒｏｌｌ）成分をそれぞれ含むことができ、ｉ軸方向の回転成分をθ、ｊ軸方向の回転成分をλ、そして、ｋ軸方向の回転成分をρとすると、求めようとするスピンのベクトル（ω）は、下記の［数式１］のように示すことができる。
【００５３】
［数式１］
2016503928.tif 000003
【００５４】
前記スピンベクトル（ω）から、下記の［数式２］のようにスピン軸情報及び［数式３］のようにスピン量情報をそれぞれ算出することができる。ここで、αは、スピン量情報を示す。
【００５５】
［数式２］
2016503928.tif 000004
【００５６】
［数式３］
2016503928.tif 000005
【００５７】
したがって、運動するボールのスピンに対するｙａｗ回転成分であるθ、ｒｏｌｌ回転成分であるλ、そして、ｐｉｔｃｈ回転成分であるρ値を見つけることによって、スピン軸及びスピン量情報を求めることができる。
【００５８】
このようなスピン軸及びスピン量情報を見つけることは、図７に示したように、ボールイメージから抽出された特徴部から行われ得る。
【００５９】
すなわち、図９に示すように、連続する２つのボールイメージ（図９の（ａ）及び（ｂ））上の各特徴部Ｆ１，Ｆ２に対する最終抽出された特徴部ＦＣ１，ＦＣ２をそれぞれ含む第１特徴部イメージ（図９の（ｃ））及び第２特徴部イメージ（図９の（ｄ））を用いて、スピン軸及びスピン量を抽出することができる。
【００６０】
第１特徴部イメージ（図９の（ｃ））上の第１特徴部ＦＣ１をなすそれぞれのピクセルに対する３次元位置情報を求めることができ、その３次元位置情報に任意のスピン軸及びスピン量情報を適用した後、これを第２特徴部イメージ（図９の（ｄ））上の第２特徴部ＦＣ２と比較して同一又はほぼ同一であれば、その任意のスピン軸及びスピン量情報が最終的なスピン軸及びスピン量情報となる。
【００６１】
このような方式で第１特徴部ＦＣ１に任意のスピン軸及びスピン量情報を反復的に適用して、第２特徴部ＦＣ２に最も近接するスピン軸及びスピン量情報を最終的なスピン軸及びスピン量情報として選択することによって、運動するボールに対するスピン情報を算出できるようになる。
【００６２】
以上で説明したように、本発明は、連続して取得されるソースイメージからボール部分の特徴部を簡単な方法により迅速且つ正確に抽出することができる方法を提供し、それからボールのスピンを迅速且つ正確に算出できるようにする特長がある。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る運動するボールに対するセンシング装置及びセンシング方法、並びに運動するボールのスピン算出のためのボールイメージのイメージ処理方法は、ゴルフスイングによる打球分析などが行われるゴルフ練習と関連する産業分野、及び仮想現実ベースのゴルフシミュレーションが行われるようにすることで、ユーザが仮想のゴルフ競技を楽しめるようにする、いわゆるスクリーンゴルフ産業分野などに利用可能である。
【図１】
2016503928.tif 000006
【図２】
2016503928.tif 000007
【図３（ａ）】
2016503928.tif 000008
【図３（ｂ）】
2016503928.tif 000009
【図３（ｃ）】
2016503928.tif 000010
【図４】
2016503928.tif 000011
【図５（ａ）】
2016503928.tif 000012
【図５（ｂ）】
2016503928.tif 000013
【図５（ｃ）】
2016503928.tif 000014
【図６（ａ）】
2016503928.tif 000015
【図６（ｂ）】
2016503928.tif 000016
【図６（ｃ）】
2016503928.tif 000017
【図７】
2016503928.tif 000018
【図８】
2016503928.tif 000019
【図９】
2016503928.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月14日(2015.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2016503928.tif 000021
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2016503928.tif 000022
【国際調査報告】
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2016503928.tif 000024
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