JP4307511B1 - 移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の挙動を高い精度で計測できる移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法を提供する。
【解決手段】本発明は、少なくとも２方向の異なる方向から一定の時間間隔で連続的に、移動体に設けられたマーカの像の輝度を変えて多重撮影し、複数のマーカの像を取得する撮影部と、輝度が異なるマーカを基準として撮影されたマーカを撮影順に対応付け、各マーカの中心点の位置を抽出する抽出部と、移動体を再現した３次元形状モデルと、３次元形状モデル上のマーカ特徴点に対応する３次元形状モデル上の対応点の位置を記憶保存するデータ記憶部と、複数のマーカの対応点の位置が抽出部で抽出されたマーカの像の位置と一致するように３次元形状モデルの位置および向きを算出して移動体の挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する算出部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、設けられたマーカを少なくとも２方向の異なる方向から一定の時間間隔で連続的に多重撮影し、移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法に関し、特に、移動体の挙動を高い精度で計測できる移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法に関する。

現在、複数のカメラを移動体の経路に沿って設け、移動体を撮像して移動体の移動（運動および挙動）を計測し、移動速度および回転量等の移動情報を求める計測装置が提案されている。
このような移動体の計測装置のうち、実際にゴルファがゴルフクラブを試打した際におけるゴルフクラブヘッドの挙動、特に、打ち出し前後のゴルフクラブヘッドの打撃面の挙動を計測するものがある（特許文献１、２参照）。

特許文献１には、ゴルフスウィング中のゴルフクラブヘッドの挙動を計測する装置が開示されている。この特許文献１においては、ゴルフクラブヘッドまたはゴルフクラブシャフトの表面に設けられたマーカを、少なくとも２方向の異なる方向から連続的に撮影する撮影部と、撮影された画像中のマーカから、マーカを特徴付けるマーカ特徴点の位置を抽出する抽出部と、ゴルフクラブヘッドを再現した３次元形状モデルと、３次元形状モデル上のマーカ特徴点に対応する３次元形状モデル上の対応点の位置を記憶保存するデータ記憶部と、対応点の位置が抽出部で抽出されるマーカ特徴点の３次元座標系における位置と一致するように、３次元形状モデルの位置および向きを算出することで、ゴルフクラブヘッドの挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する算出部とを有する。

また、特許文献２は、ゴルフクラブヘッドを撮影することによってショット時のゴルフクラブヘッドの挙動を解析するゴルフクラブヘッド挙動解析装置が開示されている。
この特許文献２においては、ショット時のヘッドスピードを検出するヘッドスピード検出器と、ヘッドスピード検出器よりもスイング方向における後方側において、ゴルフクラブの通過方向と交差する方向に少なくとも２箇所でレーザ光を照射し、各々の前記レーザ光が前記ゴルフクラブの通過によって遮断されたことを検出するトリガーセンサと、トリガーセンサの検出結果を入力として、複数のレーザ光が遮断された速度および順序によりスイング速度およびスイング方向を検出し、ショットが行なわれたか否かを判断するショット判定手段と、ショット時のスイング方向の一定の領域において、ゴルフクラブに含まれるゴルフクラブヘッドを照明し得る少なくとも２つのストロボ照明具と、ショット判定手段により検出されたスイング速度に応じたタイミングで複数のストロボ照明具を順次発光させるストロボ発光設定手段と、ストロボ照明具によって照射されたゴルフクラブヘッドを領域における複数箇所で視野角の異なる方向から撮影して、撮影画面内に複数個のゴルフクラブヘッドの画像を多重撮影する少なくとも２台のカメラ装置と、カメラ装置による撮影をショット判定手段により検出されたスイング速度に応じたタイミングで行なわせるカメラ駆動手段と、カメラ装置により撮影された複数のゴルフクラブヘッド画像情報を取り込み、ショット時のゴルフクラブヘッドの挙動を求めるヘッド挙動演算手段と、ヘッド挙動演算手段による演算結果を出力する出力手段とを備えている。特許文献２では、フェイス部に少なくとも３つのマークが設けられている。

特開２００５−３４６１９号公報 特開２００７−１６７５４９号公報

しかしながら、特許文献１においては、ゴルフクラブヘッドに設けたマーカを、少なくとも２方向から撮影して、マーカの特徴点を抽出することが記載されているものの、このマーカの撮影には何ら考慮されていない。このため、特許文献１では、各方向で撮影されたマーカを対応付ける際に、基準がなく、対応付けの際に間違える可能性があり、必ずしも、所定の精度でゴルフクラブヘッドの挙動を計測することができない虞がある。

また、特許文献２においても、ストロボを用いて多重撮影しているものの、撮影には何ら考慮されていない。このため、２台のカメラ装置により、撮影画面内に複数個のゴルフクラブヘッドの画像を多重撮影しても、各マークを対応つける際には、基準がなく、対応付けの際に間違える可能性がある。このため、必ずしも、所定の精度でゴルフクラブヘッドの挙動を計測することができない虞がある。

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、移動体の挙動を高い精度で計測できる移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測装置であって、少なくとも２方向の異なる方向から、前記移動体に設けられた複数のマーカを一定の時間間隔で連続的に多重撮影することにより、少なくとも２方向の異なる方向から見た複数のマーカの像を取得するとともに、前記多重撮影する際、前記マーカの像の輝度を変えて撮影する撮影部と、多重撮影した画像の複数のマーカの像のうち、輝度を変えて撮影したマーカの像を検出し、前記検出されたマーカの像を基準として、撮影されたマーカの像同士を撮影順に対応付け、各対応付けたマーカの像について、多重撮影した画像の各マーカの像の中心点の位置を抽出する抽出部と、前記移動体を再現した３次元形状モデルと、前記３次元形状モデル上の前記マーカに対応する前記３次元形状モデル上の対応点の位置を記憶保存するデータ記憶部と、前記複数のマーカについて前記対応点の位置が、前記抽出部で抽出された前記マーカの像の位置と一致するように、前記３次元形状モデルの位置および向きを算出することで、移動体の挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する算出部とを有することを特徴とする移動体の挙動計測装置を提供するものである。

本発明においては、前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における露光時間を、少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変えることが好ましい。
この場合、前記撮影時における露光時間を少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くする場合、前記移動体の速度をＶ（ｍ／ｓ）とし、露光時間をＴ（μｓ）とし、前記マーカの移動方向の長さをＬ（ｍｍ）とするとき、前記露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３（Ｔ≦５００Ｌ／Ｖ）であることが好ましい。

また、本発明においては、前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における光の強度を、少なくとも１回、他の撮影時より高くまたは低くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変えることが好ましい。

ここで、前記移動物体は、ゴルフクラブであって、前記マーカは、ゴルフクラブヘッドまたはゴルフクラブシャフトの表面の少なくとも３箇所以上に設けられていることが好ましい。
また、前記マーカは、ゴルフクラブヘッドまたはゴルフクラブシャフトの表面の少なくとも３箇所以上に設けられ、前記抽出部は前記マーカの中心点をマーカ特徴点として抽出することが好ましい。
また、前記マーカは、例えば、ゴルフクラブヘッドの打撃面と接する上端面および側端面の少なくとも１つ以上の面上に設けられる。また、前記マーカは、例えば、ゴルフクラブヘッドのホーゼル部に少なくとも１つ以上設けられる。

また、本発明においては、算出した前記３次元形状モデルの位置および向きの時系列データから、前記打撃面のゴルフボールの打点位置の特定、この打点位置でのヘッドスピードの算出およびゴルフクラブヘッドの実効ロフト角度の算出の少なくとも１つ以上を行う解析部を有することが好ましい。

本発明の第２の態様は、移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測方法であって、少なくとも２方向の異なる方向から、前記移動体に設けられた複数のマーカを一定の時間間隔で連続的に多重撮影することにより、少なくとも２方向の異なる方向から見た複数のマーカの像を取得するとともに、前記多重撮影する際、前記マーカの像の輝度を変えて撮影する工程と、多重撮影した画像の複数のマーカの像のうち、輝度を変えて撮影したマーカの像を検出し、前記検出されたマーカの像を基準として、撮影されたマーカの像同士を撮影順に対応付け、各対応付けたマーカの像について、多重撮影した画像の各マーカの像の中心点の位置を抽出する工程と、前記移動体を再現した３次元形状モデルと、前記３次元形状モデル上の前記マーカ特徴点に対応する前記３次元形状モデル上の対応点の位置が予め記憶保存されており、前記複数のマーカについて前記対応点の位置が、前記抽出部で抽出される前記マーカの像の位置と一致するように、前記３次元形状モデルの位置および向きを算出することで、移動体の挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する工程とを有することを特徴とする移動体の挙動計測方法を提供するものである。

本発明においては、前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における露光時間を、少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変えることが好ましい。
この場合、前記撮影時における露光時間を少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くする場合、前記移動体の速度をＶ（ｍ／ｓ）とし、露光時間をＴ（μｓ）とし、前記マーカの移動方向の長さをＬ（ｍｍ）とするとき、前記露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３であることが好ましい。

また、本発明においては、前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における光の強度を、少なくとも１回、他の撮影時より高くまたは低くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変えることが好ましい。

本発明によれば、移動体に設けられた複数のマーカを一定の時間間隔で連続的に多重撮影し、多重撮影する際、所定の撮影タイミングにおいて、マーカの像の輝度を変えて撮影する撮影部と、多重撮影した画像の複数のマーカの像のうち、輝度を変えて撮影したマーカの像を検出し、検出されたマーカの像を基準として、撮影されたマーカの像同士を撮影順に対応付け、各対応付けたマーカの像について、多重撮影した画像の各マーカの中心点の位置を抽出する抽出部とを設けることにより、同じタイミングで撮影されたマークの像を特定することができる。これにより、各方向で撮影されたマークの像同士を対応付けることができ、移動体の挙動計測の精度を高くすることができる。例えば、ゴルフクラブヘッドにおいては、ゴルフボールの打ち出し直前の極めて重要な打撃面の位置と向きを正確に計測することができる。

以下、本発明の移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の実施家形態に係る移動体の挙動計測装置を示す模式図である。図２（ａ）は、本発明の実施形態の移動体の挙動計測装置の照射・撮像部を示す模式図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示す本実施形態の移動体の挙動計測装置に用いられるコンピュータの処理構成を示すブロック図である。

図１に示す移動体の挙動計測システム（以下、計測システムという）１０は、ゴルファ４０がゴルフクラブ５０ａを把持し打撃方向ａに向かってゴルフボールｂを打ち出すゴルフスウィング時の、ゴルフボールｂの打ち出し前後のゴルフクラブヘッドの挙動を計測する装置である。

本実施形態のシステム１０においては、ゴルフクラブヘッド５４の挙動を計測する挙動計測ユニット１２と、挙動計測ユニット１２の制御および挙動計測ユニット１２で得られた画像データなどを画像処理する機能を備える処理装置１４とを有する。
照射・撮像部１２ａは、処理装置１４の処理ユニット１６に接続されている。この処理ユニット１６は、後述するように照射・撮像部１２ａを制御するとともに、照射・撮像部１２ａで撮像された画像のデータを取り込み信号処理、画像処理および動作解析を行う。処理ユニット１６については、後詳細に説明する。

挙動計測ユニット１２は、異なる２方向からゴルフクラブヘッド５４を撮像する照射・撮像部１２ａを備え、照射・撮像部１２ａは、この照射・撮像部１２ａによる撮像範囲に透明な部材が設けられたケース１２ｂ内に収納されており、地面にケース１２ｂが設置されている。
挙動計測ユニット１２は、照射・撮像部１２ａをケース１２ｂに収納して、ポータブル化して運搬を容易にしている。これにより、挙動計測ユニット１２を、持ち運んで、室内、屋外を問わず、所定の環境で、ゴルフボールの打ち出し前後におけるゴルフクラブヘッド５４の挙動を計測することができる。
なお、本実施形態では、ゴルフボールｂの打ち出し前後のゴルフクラブヘッド５４を、異なる２方向から撮影するが、本発明では、異なる３方向、４方向、・・・のように、異なる少なくとも２方向からゴルフクラブヘッド５４を撮影すればよい。

図２（ａ）に示すように、照射・撮像部１２ａは計測対象を照射する照射光源２０と、境界面に入射した光を透過および反射させる性質を持つハーフミラー２２と、カメラ２４と、全反射を行う全反射面を有し、前記全反射面の反射方向（角度）および位置等の調整機能を有する反射ミラー２６、２６ａ、２６ｂとを有する。
照射光源２０、ハーフミラー２２、カメラ２４、および反射ミラー２６、２６ａ、２６ｂが、平板の基板２８の表面２８ａに取り付けられている。

ここで、図３（ａ）は、ウッド系のゴルフクラブヘッドに設けられるマーカの配置位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、アイアン系のゴルフクラブヘッドに設けられるマーカの配置位置の一例を示す模式図であり、（ｃ）は、マーカの例を示す模式図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、ゴルフクラブシャフト５２と、ゴルフクラブヘッド５４とを有するウッド系のゴルフクラブ５０ａにおいては、このゴルフクラブヘッド５４のクラウン５４ａに、マーカ６０ａ〜６０ｃが正三角形の頂点を成すように配置されている。
また、図３（ｂ）に示すように、ゴルフクラブシャフト５２と、ゴルフクラブヘッド５６とを有するアイアン系のゴルフクラブヘッド５０ｂにおいては、このゴルフクラブヘッド５６の打撃面７６ａと接するゴルフクラブヘッド５６の上端面５６ｂおよびホーゼル部５８にマーカ６０ａ〜６０ｃが設けられている。

マーカは、例えば、ゴルフボールを打撃する打撃面と接するゴルフクラブヘッドの上端面および側端面の少なくとも１つの面上に設けられ、また、ゴルフクラブヘッドのホーゼル部に設けられる。更には、マーカは、ゴルフクラブヘッドに少なくとも３箇所以上に設けられ、これらのマーカが三角形の頂点を成し、１つの直線上に載らないように配置位置が設定される。

カメラ２４で撮影した際、マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像が常時識別できるように、例えば、マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、照射光源２０の照射光を照射方向に反射する再帰反射機能を有する構成となっている。マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、例えば、公知の再帰反射シートを所定の形状に切り取ったものである。

本実施形態においては、後述するようにマーカの位置を求めるため、例えば、マーカから求めたマーカ特徴点を用いる。このマーカ特徴点は、マーカを特徴づける点である。
例えば、図３（ｃ）に示すように、マーカ６０ａ〜６０ｃが円形形状を成す場合、その円形形状の中心点をマーカ特徴点６１ａ〜６１ｃとし、後述する画像処理部３２においてその位置が抽出される。

なお、本発明では、図３（ｃ）に示す本実施形態の円形状のマーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの形態のほかに、例えば、正三角形、または正方形などの正多角形等とすることができる。この場合、抽出されるマーカ特徴点の位置は各正多角形の場合、マーカの中心点（重心点）とすることができる。
また、各マーカの形状は同一にする必要は無く、前述の形状のものを自在に組み合せることもできる。この場合も各マーカの各マーカ特徴点は、例えば、マーカの中心点（重心点）である。

照射・撮像部１２ａの照射光源２０は、連続光を射出することができるとともに、所定のタイミングで光量を増加または減少することができるものである。照射光源２０は、平板の基板２８の表面２８ａに設けられ、ハーフミラー２２を介してゴルフクラブヘッド５４のマーカ６０ａ〜６０ｃに照射するように配されている。

ハーフミラー２２は、平板状であり、一方の側より入射した光を出射（反射および透過）する境界面を有する。ここで、ハーフミラー２２は、基板２８の表面２８ａに対して垂直に立設され、照射光源２０の射出する光の光路がハーフミラー２２の境界面に略４５（°）の入射角を成して入射する方向に境界面が向けられている。

カメラ２４は、レンズ等の受光部を有し、この受光部へ入射した像の撮像を行うものである。カメラ２４の視線軸は、照射光源２０のハーフミラー２２へ射出した光が透過する位置に向き、ハーフミラー２２を透過してゴルフクラブヘッド５４（図２（ａ）では図示せず）のマーカ６０ａ〜６０ｃに照射する照射光の光路と略９０（°）の角度を成すように、基板２８の表面２８ａに設けられている。

図２（ａ）に示すように、照射・撮像部１２ａにおいては、照射光源２０がハーフミラー２２の境界面に向けて連続光を射出する。この射出された光はハーフミラー２２を透過し、ハーフミラー２２の境界面上の位置Ａを透過する透過光が出射される。この出射された透過光はゴルフクラブヘッド５４（図２（ａ）では図示せず）に設けられたマーカ６０ａ〜６０ｃに照射されると共に、このマーカ６０ａ〜６０ｃからの反射光（以下、マーカ反射光１という）がハーフミラー２２に戻るように反射ミラー２６ａおよび２６ｂが設けられている。この反射ミラー２６ａおよび２６ｂは、マーカ反射光１がハーフミラー２２の境界面に入射するように、その反射面の方向及び位置が調整されている。

マーカ反射光１は、照射光と逆向きに進み、照射光と光路が一致した反射光であるので、ハーフミラー２２の境界面からマーカ６０ａ〜６０ｃへ照射される光がハーフミラー２２の境界面と成す出射角度と、マーカ反射光１がハーフミラー２２の境界面へ入射する入射角度とは略一致する。こうして、ハーフミラー２２に入射した反射光は、カメラ２４へ向けて反射され、カメラ２４のレンズ等の受光部に入射する。

一方、図２（ａ）に示すように、照射・撮像部１２ａが出射した光のうちハーフミラー２２で反射した光が反射ミラー２６の全反射面に入射し、ここで、全反射された光は、ゴルフクラブヘッド５４に設けられたマーカ６０ａ〜６０ｃに照射光として照射する。
このときのマーカ６０ａ〜６０ｃからの反射光（以下、マーカ反射光２とする）は、反射ミラー２６から全反射されて再帰反射マーカに照射する照射光の光路と重なり、反射ミラー２６の全反射面に向かう。そして、反射ミラー２６の全反射面において、マーカ反射光２はハーフミラー２２方向へ向けて反射される。ハーフミラー２２では、ハーフミラー２２から射出して反射ミラー２６に向かう光の反射角度（射出角）と、マーカ反射光２がハーフミラー２２に入射する入射角度は略同一である。
さらに、ハーフミラー２２を透過したマーカ反射光２はハーフミラー２２で反射されたマーカ反射光１とともにカメラ２４のレンズ等の受光部に入射する。
したがって、異なる２方向から反射した照射光の光路と略一致したマーカ６０ａ〜６０ｃからの２つの反射光による反射マーカの像がカメラ２４で撮像される。

この場合、マーカ反射光２による像とマーカ反射光１による像が異なる位置で撮像されるように、反射ミラー２６の位置および向きが調整される。
こうして、１つのカメラで移動物体の反射マーカの像をステレオ画像として撮像することができる。２つの像の取り込み方は、例えば、画像の上下方向で二分割等として取り込む。

反射ミラー２６ａ、２６ｂをマーカ反射光１の光路に設けることにより、マーカ反射光１がマーカ６０ａ〜６０ｃからハーフミラー２２に至る光路を長くして、マーカ反射光２の光路に揃えることができる。つまり、図２（ａ）に示す構成とすることにより、マーカ反射光１，２のカメラ２４までの光路長を略揃えることができる。
このように光路長を近づけることにより、カメラ２４は、マーカの２つの像についてピントを合わせて撮像することができる。

この場合、２つの異なる方向から照射する光がハーフミラー２２の境界面から出射するときのそれぞれの出射角度は、マーカから反射した２つの反射光（マーカ反射光１、２）がハーフミラー２２の境界面に入射するときの対応する反射光の入射角度と略一致する。したがって、ゴルフクラブヘッド５４に設けられたマーカ６０ａ〜６０ｃの２つの反射光の像をそれぞれ高いコントラストで撮像できる。

なお、光路に反射ミラーを設ける場合、マーカからの２つの反射光がカメラ２４に至るまでの光路には、ハーフミラー２２における反射を含めて、反射回数がいずれも奇数回、あるいはいずれも偶数回となるように反射ミラー２６ａ、２６ｂ、・・・が設けられていることが好ましい。２つの反射光における反射の回数を偶数あるいは奇数に揃えることで、カメラ２４で撮像する２つの反射光の像を正像あるいは虚像の一方に揃えることができ、撮像された画像内でマーカ６０ａ〜６０ｃが移動する方向（上下または左右等）を統一することができる。
この場合、マーカ反射光１の光路に設けられる反射鏡が反射ミラー２６ａ、２６ｂの２枚であるため、マーカ反射光１の反射は反射ミラー２６ｂ、反射ミラー２６ａ、ハーフミラー２２の順に計３回行われ、マーカ反射光２の反射はミラー２６で１回行われる。つまり、２つの反射光（マーカ反射光１、２）がマーカ６０ａ〜６０ｃからカメラまでの光路で反射される回数は奇数回になっている。

なお、ハーフミラー２２の代わりに境界面において双方向に入射した光を反射および透過させる光学部材であれば、例えば、ハーフプリズムや各種ビームスプリッター等を用いることができる。ここで、境界面における反射率の比は特に限定されないが、略１対１とすることが好ましい。

なお、照射光源２０は、連続光を射出することができるとともに、所定のタイミングで光量を増加または減少することができるものであれば、特に限定されるものではない。照射光源２０としては、例えば、撮像中に連続光を照射することができる水銀蛍光ランプ、キセノン蛍光ランプ、ＬＥＤ等と、カメラ２４の撮像中、所定のタイミングで間欠的に光を射出するストロボ光源等とを組み合せたものを用いることができる。これにより、カメラ２４は、マーカ６０ａ〜６０ｃの反射光による像の多重露光による撮像を行うことができる。

また、ゴルフクラブヘッド５４のマーカ６０ａ〜６０ｃを撮像する場合、カメラ２４には、例えば、２０００分の１秒の時間間隔で撮影する高速度ビデオカメラあるいは高速シャッタカメラが用いられる。この場合、カメラ２４は、一定の時間間隔でマーカ６０ａ〜６０ｃの反射光による像の多重露光による撮像を行うことができる。もちろん、計測対象であるゴルフクラブヘッド５４の移動速度等に応じ、高速度ビデオカメラ・高速シャッタカメラの撮像速度を自在に設定することができる。

図２（ｂ）に示す処理装置１４は、コンピュータにより構成されており、モニタ１８ａ、処理ユニット１６、および操作手段１８ｂを有する。

モニタ１８ａは、後述するように照射・撮像部１２ａで多重撮影された画像（撮影画像）、信号処理された画像、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなマーカの移動の時間履歴、３次元形状モデル、あるいは３次元形状モデルを用いて表したゴルフクラブヘッドの挙動等を表示し、さらに、画像に施す処理の条件を設定するための入力画面や各部分で求めた結果を表示する。
操作系１８ｂは、マウスやキーボードであって、画像に施す処理の条件の設定やモニタ１８ａに表示する表示画面の設定等の各種入力設定に用いられる。

処理ユニット１６は、ゴルフスイング中のゴルフクラブヘッド５４の画像データから、各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置を特定し、この特定した位置を、それぞれ用いてゴルフクラブヘッド５４の挙動を算出するものである。

処理ユニット１６（ＣＰＵ３８）は、一定間隔、すなわち、同じタイミングで所定の時間間隔で、連続的に撮影するようにカメラ２４を制御するとともに、カメラ２４の撮影タイミングに合わせて、光量を増加または減少させるなどして照射光源２０（ストロボ光源）による光量を変化させるものである。
例えば、処理ユニット１６（ＣＰＵ３８）は、多重撮影する際に、少なくとも１回、ある撮影タイミングにおける露光時間を他の撮影時の露光時間よりも長くするか、または短くして、撮影画像におけるマーカの像の輝度を変える。
また、例えば、処理ユニット１６（ＣＰＵ３８）は、多重撮影する際に、少なくとも１回、ある撮影タイミングにおいて、照射光源２０による光の強度を高くするか、または低くして、マーカ６０ａ〜６０ｃをカメラ２４に撮影させ、マーカ６０ａ〜６０ｃの像の輝度を変える。

処理ユニット１６は、信号処理部３０、画像処理部３２、解析部３４、出力部３６、ＣＰＵ３８およびメモリ３９を有し、モニタ１８ａおよび操作手段１８ｂと接続されている。
処理ユニット１６において、信号処理部３０、画像処理部３２、解析部３４および出力部３６は、プログラムを実効することで機能する部分であるが、本発明では、これらの部分は、回路等のハードウェアで構成されたものであってもよい。

信号処理部３０は、画像内の各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像からマーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃがそれぞれ抽出できるように、例えば、各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの部分のデータ値のみがそれ以外の部分のデータ値と区別されるように、所定の処理条件で画像データの明度補正、コントラスト補正を行い、さらに、所定の階調数の階調処理を行う部分である。

画像処理部３２は、ゴルフスイング中のゴルフクラブヘッド５４の画像データからマーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置を特定し、この特定した位置を用いてゴルフクラブヘッド５４の挙動を算出する部分である。画像処理部３２は、各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃを特定して３次元座標系における位置を抽出する抽出部３２ａと、抽出された各マーカ特徴点の３次元座標位置を用いて、ゴルフクラブヘッド５４の位置と向きの時系列データを算出する算出部３２ｂとを有する。

抽出部３２ａは、所定の階調数の階調処理がされた画像の中から各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像の部分を識別してその位置を抽出する。
照射・撮像部１２ａで撮影された、同時刻における異なる方向から撮影された各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像について、各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置座標をそれぞれ求め、この求められた各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置座標を用いてゴルフクラブヘッド５４が通過する空間を定めた３次元座標系における位置座標を求め、各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの３次元座標系における位置を抽出するように構成される。
そして、後述するように、多重撮影する際に、少なくとも１度、ある撮影タイミングにおいて、輝度を高くして各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃを撮影している。多重撮影されたマーカの像のうち、この輝度が高いマーカの像を基準として、２方向で撮影されたそれぞれの各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像の対応付けを行う。このようにして、同時刻にカメラ２４で撮影された各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像を特定する。

次に、同時刻にカメラ２４で撮影された、同時刻における異なる方向から撮影された画像内における各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像について各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置座標をそれぞれ求める。この求められた各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置座標を、マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの位置座標として、これを用いてゴルフクラブヘッド５４が通過する空間を定めた３次元座標系における位置座標を求め、各マーカ特徴点６１ａ、６１ｂ、６１ｃの３次元座標系における位置を抽出するように構成される。
照射・撮像部１２ａの撮影方向が既知となっているので、これらの照射・撮像部１２ａによって撮影される画像における２次元位置座標の情報を求めることで、ゴルフクラブヘッド５４が通過する空間を表した所定の３次元座標系における位置（３次元位置座標）を求めることができる。

各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像が、所定の時間間隔、例えば、２０００分の１秒の時間間隔で撮影される場合、２０００分の１秒毎の各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像の各マーカ特徴点（マーカの中心点）の３次元位置座標の時系列データを求めることができる。勿論、各マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、ゴルフクラブヘッド５４のクラウン５４ａの３箇所に設けられているので、３つのマーカ特徴点６１ａ〜６１ｃの３次元位置座標が求められる。

本実施形態においては、照射・撮像部１２ａを用いて、２方向から撮影しており、各方向から得られた各マーカ６０ａ〜６０ｃの像について各マーカ特徴点６１ａ〜６１ｃから３次元位置座標が求められる。このため、各方向における各マーカ６０ａ〜６０ｃの像は、同じタイミングで撮影されたものとは対応している必要がある。しかしながら、多重露光（多重撮影）する場合、スイングに対する撮影位置などの測定条件によっては、１画面内に、各方向で同数のマーカ６０ａ〜６０ｃの像が記録されないこともある。このため、基準点がない場合には、各方向における各マーカ６０ａ〜６０ｃの像が、同じタイミングで撮影されたものとの対応がずれる虞がある。本実施形態においては、所定の時間間隔で撮影される場合、所定のタイミングのときだけ、マーカを高い輝度で撮影する。これは、例えば、露光時間を長くすることによりなされる。

図４に示すように、例えば、タイミングα_１〜α_５で、１画面に、マーカを多重撮影する場合を例にして、説明する。ここで、各タイミングα_１〜α_５は、露光時間の中心であり、各露光時間の中心（各タイミングα_１〜α_５）と中心（各タイミングα_１〜α_５）との時間間隔δは一定である。本実施形態においては、各タイミングα_１〜α_５の時間間隔δは、１／２０００秒、すなわち、５００μ秒である。
図４に示すように、タイミングα_１、α_２、α_３およびα_５では露光時間がＴ_１であり、タイミングα_４だけ、露光時間がＴ_ａである。これにより、図４に示すように、タイミングα_１、α_２、α_３およびα_５では、マーカの像の輝度はＬ_１であり、タイミングα_４では、輝度Ｌ_１よりも高い輝度Ｌ_ａのマーカの像を得ることができる。この露光時間Ｔ_ａは、露光時間Ｔ_１の所定の倍であり、例えば、露光時間Ｔ_１が８μ秒のとき、露光時間Ｔ_ａは４８μ秒である。

なお、本実施形態においては、移動体の速度をＶ（ｍ／ｓ）とし、露光時間をＴ（μｓ）とし、マーカの移動方向の長さをＬ（ｍｍ）とするとき、露光時間Ｔの間の移動体の移動距離Ｍは、Ｍ＝Ｔ×Ｖ×１０^−３（ｍｍ）で表わされる。
マーカの特徴点を精度よく抽出するためにマーカの像が伸びたりする等の悪影響がない、許容される露光時間Ｔの間の移動体の移動距離Ｍは、マーカの移動方向の長さＬ（ｍｍ）の５０％以内、すなわち、Ｍ≦０．５Ｌであり、Ｔ×Ｖ×１０^−３≦０．５Ｌである。
許容される露光時間Ｔの間の移動体の移動距離Ｍは、より好ましくは、マーカの移動方向の長さＬ（ｍｍ）の２０％以内、すなわち、Ｍ≦０．２Ｌであり、Ｔ×Ｖ×１０^−３≦０．２Ｌである。これらのことから、輝度を高くするための許容される露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３（Ｔ≦５００Ｌ／Ｖ）であり、より好ましくは、Ｔ≦０．２Ｌ／Ｖ×１０^３（Ｔ≦２００Ｌ／Ｖ）である。

図４に示すように、タイミングα_４では、高い輝度Ｌ_ａのマーカの像が得られるため、タイミングα_１〜α_５において、各方向から撮影されたマーカの像の対応付の基準となる。これにより、２方向から撮影されたマーカの像について、各タイミングα_１〜α_５の対応付けができる。
本実施形態において、３つのマーカ６０ａ〜６０ｃが設けられたゴルフクラブヘッド５４を撮像した場合、図５に示すように、異なる２方向からのマーカの像が上下方向に２等分割して撮像された画像が得られる。
図５において、縦方向に並ぶ６つの点群は、３つのマーカ６０ａ〜６０ｃの像を異なる２方向から見て得られた６つの像であり、上から３つは、一方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の第１の群Ｇ_１であり、下から３つは、他方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の第２の群Ｇ_２である。ゴルフクラブヘッド５４の移動方向は、図中右から左であることが知られている。
第１の群Ｇ_１および第２の群Ｇ_２、共に、各マーカ６０ａ〜６０ｃの像を表わす点は、ゴルフクラブヘッド５４の移動により、位置および相互の位置関係が変化していることがわかる。

本実施形態においては、上述のように、多重撮影する場合、ある撮影タイミングでは、マーカの像の輝度が変わるように撮影しており、図５に示すように、第１の群Ｇ_１および第２の群Ｇ_２共に、輝度が高いマーカ６０ａ〜６０ｃの像（図５では濃い色で示す）のグループｇ_１、ｇ_２が得られる。
本実施形態では、輝度が高いマーカ６０ａ〜６０ｃの像のグループｇ_１、ｇ_２が同じタイミングで記録されたものである。このグループｇ_１、ｇ_２が基準となって、第１の群Ｇ_１および第２の群Ｇ_２における各マーカ６０ａ〜６０ｃの像が対応付けられる。

算出部３２ｂは、抽出部３２ａで求められた３次元位置座標からゴルフクラブモデルの位置および向きを時系列データとして算出する部分である。
具体的には、メモリ３９に予めゴルフクラブヘッドの３次元形状モデルのデータ（ＣＡＤデータ）と、上記マーカ特徴点の配置位置に対応する、３次元形状モデル上の対応点の位置の情報とが記憶されており、このデータと情報を呼び出し、３次元形状モデル上の対応点の、上記３次元座標系における位置座標が、抽出部３２ａで抽出されたマーカ特徴点の３次元位置座標と一致するように、３次元形状モデルの位置および向きを算出し、この位置と向きをゴルフクラブヘッドの位置および向きとして、ゴルフクラブヘッドの位置および向きの時系列データを算出するように構成される。

図６（ａ）は、マーカ特徴点の３次元位置座標から定まる、２０００分の１秒の時間間隔のマーカの移動の時間履歴を示す模式図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示すマーカの移動の時間履歴に基づく、ゴルフクラブヘッドの挙動を示す模式図である。
図６（ａ）中、所定の位置を原点として、ゴルフボールの打ち出し方向をＸ方向、この方向に直交し、地面に平行な方向をＹ方向、地面に鉛直な方向をＺ方向として表したＸＹＺ座標系である。点εはゴルフボールの打ち出し位置である。
ゴルフクラブヘッドのヘッドスピードは通常３０〜５０（ｍ／秒）であるため、２０００分の１秒の時間間隔δで、ゴルフクラブヘッドは、１．５〜２．５（ｃｍ）移動する。図６（ａ）中、３つのマーカを表す３つのプロット群Ｍ₁、Ｍ₂〜Ｍ₁₀は、２０００分の１秒の時間間隔で撮影されたマーカから抽出される３つのマーカ特徴点の位置を示す。
さらには、マーカを表す３つの各プロット群Ｍ₁、Ｍ₂〜Ｍ₁₀にゴルフクラブヘッドを対応させて、図６（ｂ）に示すように、ゴルフクラブヘッドの移動を連続的に表示することにより、ゴルフクラブヘッドの位置およびフェースの向きの変化を知ることができる。

解析部３４は、算出されたゴルフクラブヘッド５４の位置と向きの時系列データ、すなわち、マーカ６０ａ〜６０ｃの時系列データを用いて、ゴルフクラブヘッド５４の打撃面上におけるゴルフボールの打点位置の特定、この打点位置でのヘッドスピード、ゴルフクラブヘッド５４の上下方向および左右方向のそれぞれにおける進入角度、ライ角、ダイナミックロフト角などの算出を行う部分である。例えば、マーカ６０ｂの時系列データを用いて、ヘッドスピードが算出される。
本実施形態においては、例えば、ゴルフクラブヘッド５４のフェース面５４ｂ（打撃面）のゴルフボールの打点位置を例えば、±０．５（ｍｍ）以内の精度で特定することができる。また、この打点位置でのヘッドスピードを算出することができ、ヘッドスピードの変化を例えば、±０．５（ｍ／秒）以内の精度で算出することができる。

ゴルフスイング中のゴルフクラブヘッド５４は、概略円軌道を描いて移動し、この時ゴルフクラブヘッド５４の重心Ｇ点に遠心力が作用する。一方、ゴルフクラブヘッド５４はゴルフクラブシャフト５２に支持されているが、ゴルフクラブシャフト５２による支持位置とゴルフクラブヘッド５４の重心点の位置は一致していないため、ゴルフクラブヘッド５４の重心Ｇ点に作用する遠心力によってゴルフクラブヘッド５４にモーメントが作用する。ゴルフクラブヘッド５４の実効ロフト角度（ダイナミックロフト角）とは、このモーメントによってゴルフクラブヘッド５４のフェース面５４ａ（打撃面）の向きが変化した時のロフト角度をいう。勿論、実効ロフト角度の他、ゴルフクラブヘッド５４の上下方向および左右方向の進入角度も測定できるため、打ち出し直前の打撃面が開いているか、閉じているか等の打撃面の向き、およびゴルフボールに対する位置も知ることができる。

出力部３６は、上記算出されたゴルフボールｂの打点位置、打点位置でのヘッドスピード、ゴルフクラブヘッド５４の上下方向および左右方向のそれぞれにおける進入角度、ライ角、ダイナミックロフト角等の算出結果をプリンタ等の図示されない外部機器に出力するように指示するものである。

ＣＰＵ３８は、処理ユニット１６の各機能を管理し制御する部分である。さらにＣＵＰ３８は、一定間隔、すなわち、同じタイミングで所定の時間間隔で、連続的に撮影するようにカメラ２４を制御するとともに、カメラ２４の撮影タイミングに合わせて、光量を増加または減少させるなどして照射光源２０（ストロボ光源）による光量を変化させるものである。
メモリ３９は、上述した画像データ、ＣＡＤデータ、各部分で算出された算出結果を記憶保持する部分である。

本実施形態においては、ゴルフクラブヘッド５４のクラウン５４ａに、マーカ特徴点として中心点が抽出される円形形状を成したマーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが少なくとも２箇所以上設けられている。
ゴルフクラブヘッド５４を所定のアドレス状態、すなわち、設計されたライ角となるように配置し、この状態で照射・撮像部１２ａで静止時の画像が撮影され、処理ユニット１６の抽出部３２ａでゴルフクラブヘッド５４の３つのマーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの配置位置の情報が正確に求められる。この配置位置の情報は、ＣＡＤデータによって構成される３次元形状モデル上の対応点としてメモリ３９に記憶される。配置位置の情報とは、例えば、ゴルフクラブヘッド５４の重心Ｇ位置を原点とした３次元位置座標である。
なお、ゴルフクラブヘッド５４上の３つのマーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの配置位置の情報は、挙動計測ユニット１２とは別のレーザ光を用いた３次元形状測定器を使ってより正確に取得して処理ユニット１６のメモリ３９に予め記憶しておいてもよい。

次に、本実施形態のシステム１０によるゴルフクラブヘッドの挙動計測方法について説明する。
まず、ゴルファ４０が、マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが設けられたゴルフクラブ５０を把持してゴルフスイングが行われ、このゴルフスイング中のゴルフボールｂの打ち出し前後のゴルフクラブヘッド５４が照射・撮像部１２ａで撮影される。
照射・撮像部１２ａで撮影された画像の画像データは、信号処理部３０で、所定の処理が行われ、デジタル画像データとして画像処理部３２に供給される。

画像処理部３２においては、抽出部３２ａで、ゴルフスウィング中のゴルフクラブヘッド５４について多重撮影し、一方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の第１の群Ｇ_１と、他方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の第２の群Ｇ_２とが１画面に撮影された画像の画像データから、同じタイミングで記録された輝度が高いマーカ６０ａ〜６０ｃの像のグループｇ_１、ｇ_２を用いて、第１の群Ｇ_１および第２の群Ｇ_２における各マーカ６０ａ〜６０ｃの像を対応付ける。この場合、ゴルフクラブヘッド５４の移動方向が分かっているため、第１の群Ｇ_１および第２の群Ｇ_２における各マーカ６０ａ〜６０ｃの像のうち、対応するものが１つ特定できれば、容易に対応付けることができる。
次に、マーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像のマーカ特徴点の位置がＸＹＺ座標系における３次元位置座標として抽出される。

次に、ゴルフクラブヘッド５４を再現した３次元形状モデル上の３つのマーカ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの像のマーカ特徴点の配置位置に対応した３つの対応点の上記ＸＹＺ座標系における３次元位置座標が、いずれもマーカ特徴点の３次元位置座標に一致するように、３次元形状モデルの位置と向きの時系列データが算出される。この時系列データが、ゴルフクラブモデルの位置および向きの時系列データとされる。

算出された時系列データから、ゴルフクラブヘッド５４のフェース面５４ａ（打撃面）のゴルフボールの打点位置、打点位置でのヘッドスピード、ゴルフクラブヘッド５４の上下方向および左右方向のそれぞれにおける進入角度、ライ角、ダイナミックロフト角ヘッドスピード、ゴルフクラブヘッド５４の進入角度、ライ角、ダイナミックロフト角の算出の少なくとも１つ以上がオペレータの指示によって行われる。これにより、ゴルフクラブヘッド５４の挙動計測することができる。この場合、モニタ１８ａに、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなマーカの移動の時間履歴、３次元形状モデルを用いて表したゴルフクラブヘッドの挙動が表示される。なお、ゴルフクラブヘッド５４の挙動からゴルファのゴルフスウィングを分類してもよい。

このように、システム１０では、ゴルフクラブヘッドを再現したＣＡＤデータで構成される３次元形状モデルおよびこのモデル上のマーカ特徴点の配置位置に対応した対応点の位置の情報を用いて、３次元形状モデル上の対応点の３次元座標系における位置座標が、計測されたマーカから抽出されるマーカ特徴点の３次元位置座標に一致するように３次元形状モデルの位置と向きを算出するため、ヘッドスピードを算出することができる。
また、３次元形状モデルを用いてゴルフクラブヘッドの位置と向きをモニタ１８ａに表示することができるので、従来見られなかった種々の方向からのゴルフクラブヘッドの挙動を再現して表示することができる。また、ゴルファは、自分のゴルフスウィングによるゴルフクラブヘッドの挙動を種々の方向から動画として視覚的に見ることができるので、自分のゴルフスウィングの特徴を容易に理解することができる。

このように、ゴルフクラブヘッドに設けられた種々のマーカを２以上の方向より撮影した画像中からマーカ特徴点を３つ以上抽出し、ゴルフクラブヘッドを再現した３次元形状モデル上の対応点の位置が抽出されたマーカ特徴点の位置と一致するように、３次元形状モデルの位置および向きを算出する。これにより、ゴルフクラブヘッドの挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出し、ゴルフスウィングの挙動計測を正確に行うことができる。

本実施形態においては、各露光時間の中心（タイミングα_１〜α_５）間の時間間隔を一定、すなわち、タイミングα_１〜α_５間の時間間隔δを一定にして、露光時間だけを長くすることにより、マーカの像の輝度を高くしたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、露光時間をタイミングα_１〜α_５で同じにし、あるタイミングだけ、撮影時の光の強度を高くしてもよい。
図７に示すように、タイミングα_１〜α_３、α_５では光の強度Ｅｎで撮影し、タイミングα_４のときだけ、光の強度Ｅｎよりも高い光の強度Ｅ_ａで撮影する。これにより、図７に示すように、タイミングα_４において、高い輝度Ｌ_ａ（＞Ｌ_１）のマーカの像を撮影することができる。この場合、露光時間を長くしていないため、マーカの像が長くなるなどの不具合が生じない。
このように、撮影時の光の強度を高くしてタイミングα_４におけるマーカの像の輝度を高くしても、本実施家形態と同様の効果を得ることができる。
なお、撮影時の光の強度を高くする方法としては、例えば、光の強度が高いストロボを更に追加し、処理ユニット１６（ＣＰＵ３８）により、タイミングα_４のときに、追加したストロボを点灯させる方法がある。

また、本実施形態においては、撮影するタイミングのうち、あるタイミングにおいてマーカの像の輝度が高くなるようにしたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、所定のタイミング以降、順次露光時間を長くし、マーカの像の輝度を段階的に高くしてもよい。

この場合、図８に示すように、タイミングα_１〜α_５のうち、タイミングα_１、α_２については、露光時間Ｔ_１で撮影を行い、それ以降のタイミングα_３〜α_５では、露光時間Ｔ_１よりも順次、露光時間Ｔ_２〜Ｔ_４を長くする。これにより、図８に示すように、タイミングα_３〜α_５では、露光時間Ｔ_１で撮影が行われたマーカの像の輝度Ｌ_１よりも、マーカの像の輝度Ｌ_２〜Ｌ_４が順次、段階的に高くなる。
これにより、ゴルフクラブヘッド（移動体）の移動方向が分からない場合でも、マーカの各輝度Ｌ_２〜Ｌ_４に基づいて、移動方向を特定できるため、２方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像について対応付けることができる。

このように、段階的に輝度を高くすることにより、ゴルフクラブヘッドの移動を追跡することができる。このため、ゴルフクラブヘッドの移動方向が分からない場合でも、２方向から撮影された各マーカ６０ａ〜６０ｃの像について確実に対応付けることができ、高い精度で、ゴルフクラブヘッドの挙動を計測することができる。
段階的に各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の輝度を高くする場合においても、上述のように、各マーカ６０ａ〜６０ｃの像の輝度を高くするための露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３（Ｔ≦５００Ｌ／Ｖ）を満たす必要があり、Ｔ≦０．２Ｌ／Ｖ×１０^３（Ｔ≦２００Ｌ／Ｖ）を満たすことがより好ましい。

なお、マーカの像の輝度を段階的に高くする場合、露光時間を段階的に長くする方法としたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、タイミングα_１〜α_５間の時間間隔δを一定、かつ露光時間をタイミングα_１〜α_５によらず一定にし、タイミングα_３〜α_５で、撮影時の光の強度を段階的に高くしてもよい。
この場合、図９に示すように、タイミングα_１、α_２では、光の強度Ｅｎで撮影し、タイミングα_３のとき、光の強度Ｅｎよりも高い光の強度Ｅ_２で撮影し、タイミングα_４のとき、光の強度Ｅ_２よりも高い光の強度Ｅ_３で撮影タイミングα_５のとき、光の強度Ｅ_３よりも高い光の強度Ｅ_４で撮影する。これにより、図９に示すように、タイミングα_３におけるマーカの像の輝度Ｌ_２が、タイミングα_１、α_２のマーカの像の輝度Ｌ_１よりも高くなり、タイミングα_４、タイミングα_５とマーカの像の輝度Ｌ_３、Ｌ_４と順次、段階的にマーカの像の輝度が高くなる。この場合においても、露光時間を長くしていないため、マーカの像が長くなるなどの不具合が生じない。
なお、撮影時の光の強度を高くする方法としては、例えば、光の強度を段階的に変えることができるストロボを照射光源２０に更に追加し、処理ユニット１６（ＣＰＵ３８）により、タイミングα_３〜α_５で、追加したストロボを点灯させ、段階的に撮影時の光の強度Ｅ_２〜Ｅ_４とする方法がある。

なお、本実施形態においては、マーカが設けられたゴルフクラブヘッドの挙動計測装置を例に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ゴルフボール、野球のボール、テニスボール等、人間・動物・各種機械・物品等とした移動情報の計測にも、本発明は適用することができる。

また、本発明は、例えば、人間の動作を取り込むモーションキャプチャーにも適用することもできる。この場合、マーカは人体の表面（皮膚、衣服等）に設けられ、人体各部、例えば、顔面・腕・胴・脚・各関節等の動作を詳細に計測・解析・記録・出力等することができる。
この場合、計測対象とする移動体数（人数）、人体に設けられた反射マーカの数、照射光源・カメラの数および配置位置等や移動体計測装置の装置構成・処理内容等は適宜設定される。ここで、照射光源の発光波長は、撮像時の室内照明等の影響を考慮し、７８０（ｎｍ）以上の赤外帯域を含み、カメラやハーフミラー・反射ミラー・反射マーカもこの発光波長に対応したものを用いることが好ましい。さらに、計測・解析の用途および条件によっては照射光源が射出する光に可視光または紫外光を用いてもよく、これに対応した照射光源およびカメラ・ハーフミラー・反射マーカを用いることもできる。また、カメラの種類も計測・解析の用途・対象等により自在に選択することができる。

本発明を用いたモーションキャプチャーは、例えば、医療（リハビリ）・娯楽（ビデオゲーム・映画）・スポーツ（フォーム解析）・遠隔装置制御等に適用することができる。これらのうち、スポーツ（フォーム解析）に適用した場合、例えば、図１に示すゴルファ４０の人体の表面各所に反射マーカを取り付けまたはゴルファ４０が反射マーカの設けられた衣類・帽子・グラブ等を着用等し、ゴルファ４０がゴルフクラブ５０ａを把持してゴルフスウィングを行う際、各反射マーカの反射光の像を撮像し、ゴルファ４０のゴルフスウィングのフォーム（人体の挙動）を処理装置１４で解析・記録・出力等することができる。

なお、本実施形態においては、２方向の画像を１台のカメラ２４で取得する構成とし、複数のマーカの像を１つの画像として取得するものを例にして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、２台のカメラを用いて、２方向の各方向の画像を取得するようにしてもよい。この場合、挙動計測ユニット、例えば、２台のカメラと、例えば、ストロボ、あるいは赤外線投光器等の照射光源と、各カメラおよび各照射光源を制御する制御ユニットと、各カメラで撮影された画像の画像データを取り込み信号処理および画像処理を行うコンピュータとにより構成することができる。
また、この２台のカメラを用いた挙動計測ユニットにおいては、本実施形態のように、１画像に、各方向の画像をまとめ記録してもよく、別々の画像としても記録してもよい。本発明においては、多重撮影する際に、マーカの像の輝度を変えているため、別々に記録する場合であっても、各画像に記録されたマーカの像を対応付けることができ、本実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合においても、撮影する方向は、２方向に限定されるものではない。

以上、本発明の移動体の挙動計測装置および移動体の挙動計測方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の実施家形態に係る移動体の挙動計測装置を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態の移動体の挙動計測装置の照射・撮像部を示す模式図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示す本実施形態の移動体の挙動計測装置に用いられるコンピュータの処理構成を示すブロック図である。 （ａ）は、ウッド系のゴルフクラブヘッドに設けられるマーカの配置位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、アイアン系のゴルフクラブヘッドに設けられるマーカの配置位置の一例を示す模式図であり、（ｃ）は、マーカの例を示す模式図である。 各タイミングにおける露光時間を示すグラフであり、各タイミングにおけるマーカの像の輝度を示す。 本発明の実施形態の計測装置を用いて撮像した画像の一例を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の計測装置において得られる、マーカの移動の時間履歴の一例を示す模式的斜視図であり、（ｂ）は、図６（ａ）に示すマーカの移動の時間履歴に基づく、ゴルフクラブヘッドの挙動を示す模式図である。 各タイミングにおける撮影時の光の強度を示すグラフであり、各タイミングにおけるマーカの像の輝度を示す。 各タイミングにおける露光時間を示すグラフであり、各タイミングにおけるマーカの像の輝度を示す。 各タイミングにおける撮影時の光の強度を示すグラフであり、各タイミングにおけるマーカの像の輝度を示す。

符号の説明

１０ 挙動計測システム（計測システム）
１２ 挙動計測ユニット
１２ａ 照射・撮像部
１２ｂ ケース
１４ 処理装置
１６ 処理ユニット
１８ａ モニタ
１８ｂ 操作手段
２０ 照射光源
２２ ハーフミラー
２４ カメラ
２６、２６ａ、２６ｂ 反射ミラー
３０ 信号処理部
３２ 画像処理部
３４ 解析部
３６ 出力部
３８ ＣＰＵ
３９ メモリ
６０ａ〜６０ｃ マーカ
６１ａ〜６１ｃ マーカ特徴点

Claims (11)

1. 移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測装置であって、
   少なくとも２方向の異なる方向から、前記移動体に設けられた複数のマーカを一定の時間間隔で連続的に多重撮影することにより、少なくとも２方向の異なる方向から見た複数のマーカの像を取得するとともに、前記多重撮影する際、所定の撮影タイミングにおいて、前記マーカの像の輝度を変えて撮影する撮影部と、
   多重撮影した画像の複数のマーカの像のうち、輝度を変えて撮影したマーカの像を検出し、前記検出されたマーカの像を基準として、撮影されたマーカの像同士を撮影順に対応付け、各対応付けたマーカの像について、多重撮影した画像の各マーカの像の中心点の位置を抽出する抽出部と、
   前記移動体を再現した３次元形状モデルと、前記３次元形状モデル上の前記マーカに対応する前記３次元形状モデル上の対応点の位置を記憶保存するデータ記憶部と、
   前記複数のマーカについて前記対応点の位置が、前記抽出部で抽出された前記マーカの像の位置と一致するように、前記３次元形状モデルの位置および向きを算出することで、移動体の挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する算出部とを有し、
   前記移動物体は、ゴルフボールを打ち出すゴルフスウィング時のゴルフクラブヘッドであって、前記マーカは、ゴルフクラブヘッドに少なくとも３箇所以上に設けられていることを特徴とする移動体の挙動計測装置。
2. 前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における露光時間を、少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変える請求項１に記載の移動体の挙動計測装置。
3. 前記撮影時における露光時間を少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くする場合、
   前記移動体の速度をＶ（ｍ／ｓ）とし、露光時間をＴ（μｓ）とし、前記マーカの移動方向の長さをＬ（ｍｍ）とするとき、前記露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３である請求項２に記載の移動体の挙動計測装置。
4. 前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における光の強度を、少なくとも１回、他の撮影時より高くまたは低くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変える請求項１に記載の移動体の挙動計測装置。
5. 前記マーカは、ゴルフクラブヘッドの打撃面と接する上端面および側端面の少なくとも１つ以上の面上に設けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動体の挙動計測装置。
6. 前記マーカは、ゴルフクラブヘッドのホーゼル部に少なくとも１つ以上設けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動体の挙動計測装置。
7. さらに、算出した前記３次元形状モデルの位置および向きの時系列データから、前記打撃面のゴルフボールの打点位置の特定、この打点位置でのヘッドスピードの算出およびゴルフクラブヘッドの実効ロフト角度の算出の少なくとも１つ以上を行う解析部を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の移動体の挙動計測装置。
8. 移動体の挙動を計測する移動体の挙動計測方法であって、
   少なくとも２方向の異なる方向から、前記移動体に設けられた複数のマーカを一定の時間間隔で連続的に多重撮影することにより、少なくとも２方向の異なる方向から見た複数のマーカの像を取得するとともに、前記多重撮影する際、所定の撮影タイミングにおいて、前記マーカの像の輝度を変えて撮影する工程と、
   多重撮影した画像の複数のマーカの像のうち、輝度を変えて撮影したマーカの像を検出し、前記検出されたマーカの像を基準として、撮影されたマーカの像同士を撮影順に対応付け、各対応付けたマーカの像について、多重撮影した画像の各マーカの像の中心点の位置を抽出する工程と、
   前記移動体を再現した３次元形状モデルと、前記３次元形状モデル上の前記マーカ特徴点に対応する前記３次元形状モデル上の対応点の位置が予め記憶保存されており、
   前記複数のマーカについて前記対応点の位置が、前記抽出部で抽出される前記マーカの像の位置と一致するように、前記３次元形状モデルの位置および向きを算出することで、移動体の挙動を再現した３次元形状モデルの位置および向きの時系列データを算出する工程とを有し、
   前記移動物体は、ゴルフボールを打ち出すゴルフスウィング時のゴルフクラブヘッドであって、前記マーカは、ゴルフクラブヘッドに少なくとも３箇所以上に設けられていることを特徴とする移動体の挙動計測方法。
9. 前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における露光時間を、少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変える請求項８に記載の移動体の挙動計測方法。
10. 前記撮影時における露光時間を少なくとも１回、他の撮影時より短くまたは長くする場合、
    前記移動体の速度をＶ（ｍ／ｓ）とし、露光時間をＴ（μｓ）とし、前記マーカの移動方向の長さをＬ（ｍｍ）とするとき、前記露光時間Ｔは、Ｔ≦０．５Ｌ／Ｖ×１０^３である請求項９に記載の移動体の挙動計測方法。
11. 前記撮影部が連続的に多重撮影するとき、前記撮影部は前記撮影時における光の強度を、少なくとも１回、他の撮影時より高くまたは低くすることにより、撮影される前記マーカの像の輝度を変える請求項８に記載の移動体の挙動計測方法。