JP4436990B2

JP4436990B2 - Ball trajectory measuring device

Info

Publication number: JP4436990B2
Application number: JP2001231303A
Authority: JP
Inventors: 一成吉田
Original assignee: Ｓｒｉスポーツ株式会社
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003042716A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールの弾道を計測するための装置、特にゴルフボールの弾道の位置座標の計測に好適なボール弾道計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフボールの弾道計測装置としては、従来、以下に示すものが提案されている。すなわち、
（１）特開平６−３２３８５２号公報等において、シャッター機能付ＣＣＤカメラを用い、このＣＣＤカメラにより撮影した画像データを演算部に取り込んで画像処理及びその他の演算処理を行い、変化の合った部分のみを多層メモリーに書き込むことで多層化画像を生成し、この多層化画像からボールの弾道を計測する装置が開示されている。
【０００３】
（２）また特開２００１−１４５７１８公報において、打撃位置の後方及びゴルフボールの飛行方向と垂直方向に設置された２台以上のＣＣＤカメラを用い、打撃位置の後方のＣＣＤカメラの画像データと飛行方向と垂直方向のＣＣＤカメラの画像データとに基づき、上記と同様の処理を行いゴルフボールの弾道を計測する装置が開示されている。
【０００４】
（３）その他、２台のＣＣＤカメラを打撃位置の左右方向（水平方向かつゴルフボールの飛行方向に対して垂直方向）に設置し、左右方向から撮影された一対の画像データに基づいて三角測量法的手法によりゴルフボールの弾道を計測する装置も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）のボール弾道計測装置では、ゴルフボールの軌跡の観測は可能であるが、ゴルフボールの弾道の正確な位置座標が計測できない。
【０００６】
上記（２）のボール弾道計測装置では、ある程度正確なゴルフボールの弾道の位置座標が計測できるが、ゴルフボールの全弾道を撮影するには、ゴルフボールの飛行方向と垂直方向に設置されるＣＣＤカメラが多数台必要である。また、ボール弾道の位置座標の算出において、非常に大きな空間での校正が必要となり、困難である。さらに、ゴルフボールの飛行方向と垂直方向に設置されるＣＣＤカメラは、ゴルフ場やボール弾道計測場の地理的関係上、ボールの飛行方向と垂直方向には距離を大きくとることが困難な場合が多く、通常はボールの飛行軌道に近接して設置される。従って、ＣＣＤカメラを上方に向けてゴルフボールの撮影が行われるため、例えば雲などの影響を受けて画像処理するのに十分な画像をとることが困難である。
【０００７】
上記（３）のボール弾道計測装置では、打撃位置の左右方向に設置される２台のＣＣＤカメラ間距離が小さいと、２台のＣＣＤカメラのボールに対する交会角が小さくなるために精度が低下し、正確なボール弾道の位置座標の計測が困難である。逆に、左右方向の２台のＣＣＤカメラ間距離を大きくとると、計測精度は向上するが、ゴルフボールが遠ざかるほど精度が低下し、しかもボール弾道の位置座標の算出において大きな空間での校正が必要となる。
【０００８】
本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、ＣＣＤカメラの設置が容易で、天候等に左右されずに安定して計測でき、さらに校正が容易で、飛行するボールの位置座標の時系列データを精度よく計測できるボール弾道計測装置の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた発明は、（ａ）打撃位置と目標位置とを結ぶ直線上であって、打撃位置の後方及び目標位置の前方に設置する少なくとも２台のＣＣＤカメラと、（ｂ）これらのＣＣＤカメラによる撮影のタイミングを制御する制御部と、（ｃ）これらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとＣＣＤカメラの位置、光軸方向及び画角とに基づいて三角測量法的手法によりボールの位置座標を演算する演算部とを備えるボール弾道計測装置である。ここで、「目標位置」とは、ボールの落下点の目標位置を意味する。また、「前方」とは打撃位置を基準とした目標位置方向を意味し、「後方」とはその反対方向を意味する。
【００１０】
当該ボール弾道計測装置によれば、打撃位置と目標位置とを結ぶ直線上の打撃位置後方及び目標位置前方にＣＣＤカメラを設置することから、ＣＣＤカメラの設置が容易である。また、打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの距離が確保でき、かつ、画面内でのボールの移動速度が精度及び画像認識の面（つまり、移動速度が速すぎると画像認識が低下し、逆に、移動速度が遅すぎると精度が低下する）で適当な速度となるため、計測精度が向上する。さらに、飛行方向に対して垂直方向にＣＣＤカメラを設置する場合と比較してＣＣＤカメラの仰角があまり大きくならないため、天候に左右されず、ボール像が鮮明で安定した画像を得ることができる。また、ＣＣＤカメラが飛行方向と略同一直線上に位置することから、ボール弾道の位置座標の校正が容易にできる。
【００１１】
上記演算部において、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラの光軸方向及び画角とこれらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとに基づいて、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_１と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_２とを算出し、
この仰角θ_１、仰角θ_２及び打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌから、打撃位置の後方のＣＣＤカメラの位置を原点、目標位置方向の座標をＸ、高さ方向の座標をＺとする二次元位置座標を、
Ｘ＝Ｌ＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（１）
Ｚ＝Ｌ＊tanθ_１＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（２）
上記数式（１）及び（２）により算出するとよい。
【００１２】
このように、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラで同時に撮影した一対の画像データ等に基づいてその時点のボールの仰角θ_１、θ_２を算出し、これらの仰角を上記数式（１）及び（２）に代入することで、二次元位置座標Ｘ、Ｚを算出できる。従って、上記演算を各時点における一対の画像データに基づいて行うことで、ボールの位置座標の時系列データを得ることができる。
【００１３】
また、上記演算部において、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラの光軸方向及び画角とこれらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとに基づいて、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_１１と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_２１と、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの左右方向角θ_１２と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの左右方向角θ_２２とを算出し、
この仰角θ_１１、仰角θ_２１、左右方向角θ_１２、左右方向角θ_２２及び打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌから、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置を原点、目標位置方向の座標をＸ、高さ方向の座標をＺ、左右方向の位置をＹとする三次元位置座標を、
Ｙ＝Ｌ＊tanθ_１２＊tanθ_２２／（tanθ_１２＋tanθ_２２）・・・（３）
（tanθ_１１＊tanθ_１１＋tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｘ＊Ｘ
＋２＊tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｘ
＋（tanθ_１１＊tanθ_１１−tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｙ＊Ｙ
−tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｌ＝０・・・（４）
tanθ_１１＊tanθ_１１＊（Ｘ＊Ｘ＋Ｙ＊Ｙ）−Ｚ＊Ｚ＝０・・・（５）
上記数式（３）、（４）及び（５）により算出するとよい。ここで、「左右方向」とは打撃位置後方のＣＣＤカメラを基準とした目標位置方向に対する垂直方向を意味し、「左右方向角」とはこの目標位置方向を基準とした左右方向への方向角を意味する。
【００１４】
このように、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラで同時に撮影した一対の画像データとＣＣＤカメラの光軸方向及び画角に基づいて算出した仰角θ_１１、仰角θ_２１、左右方向角θ_１２、左右方向角θ_２２を上記数式（３）、（４）及び（５）に代入することで、目標位置方向に対する左右方向へのブレを考慮した三次元位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚの時系列データを得ることができる。
【００１５】
上記打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌとしてはボールの飛距離の１．２倍以上が好ましい。ＣＣＤカメラ間距離Ｌを飛距離の１．２倍以上とすることで、ＣＣＤカメラの光軸の仰角を抑え、得られる画像への天候の影響を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係るボール弾道計測装置を示す概略構成図、図２は図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の二次元位置座標の計測方法を説明する模式的側面図、図３は図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の三次元位置座標の計測方法を説明する模式的斜視図、図４〜図７は図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の撮影形態を説明するボール弾道側面図である。
【００１７】
図１のボール弾道計測装置は、ゴルフボールの弾道の位置座標を計測するものであり、ＣＣＤカメラ１、２と記録部３、４とコンピュータ部５とトリガー部６と同期信号発生部７とハブ８とケーブル補償器９とモニター１０とを備える。これらの構成要素のうち、コンピュータ部５とトリガー部６と同期信号発生器７とが上記制御部を構成し、記録部３、４とコンピュータ部５とが上記演算部を構成する。すなわち、コンピュータ部５は上記制御部と演算部との双方を兼ね備えているが、機能別のコンピュータ部を併設することも可能である。
【００１８】
ＣＣＤカメラ１は、シャッター機能付のものであり、図２に示すように、打撃位置Ａと目標位置Ｂとを結ぶ直線上であって、打撃位置Ａの後方に設置されている。このＣＣＤカメラ１の光軸は目標位置Ｂ方向に向けられている。従って、このＣＣＤカメラ１により、飛行しているゴルフボールを後方から撮影し、連続した画像データが取得される。
【００１９】
ＣＣＤカメラ２も、上記ＣＣＤカメラ１と同様のシャッター機能付のものであり、図２に示すように、打撃位置Ａと目標位置Ｂとを結ぶ直線上であって、目標位置Ｂの前方に設置されている。このＣＣＤカメラ２の光軸は打撃位置Ａ方向に向けられている。従って、このＣＣＤカメラ２により、飛行しているゴルフボールを前方から撮影し、連続した画像データが取得される。
【００２０】
上記ＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２とは、同期信号発生器７から発せられる同期信号によって同期して撮影され、同時に撮影された一対の画像データを取得することができる。なお、ＣＣＤカメラ１、２は、少なくとも各１台設置すればよく、光軸方向（仰角）を変えて複数台設置してもよい。
【００２１】
記録部３は、打撃位置Ａ後方のＣＣＤカメラ１により撮影した画像データをフレーム毎に記録する。一方、記録部４は、目標位置Ｂ前方のＣＣＤカメラ２により撮影された画像データをフレーム毎に記録する。この記録部３及び記録部４としては、特に限定されず、例えばタイムプラスＶＴＲ、デジタルディスクレコーダー、動画ボード等が用いられる。
【００２２】
記録部３及び記録部４に記録されたＣＣＤカメラ１及びＣＣＤカメラ２のフレーム毎の画像データを同期させる手段としては、
（１）フレーム同期のとれる動画ボードを使用する、
（２）フレーム同期のとれるデジタルディスクレコーダーを使用する、
（３）タイムプラスＶＴＲを用い、これに記録開始時に黒画面信号等を送り、記録された黒画面等に基づいてコンピュータ部５での演算処理上でフレーム同期をとる、
（４）同様のタイムプラスＶＴＲを用い、さらにタイムコードジェネレータを備え、このタイムコードジェネレータから送られるフレーム番号信号をフレームデータと同時に記録する
等の手段が採用される。
【００２３】
なお、上記（３）の手段において、黒画面信号を送信する方法としては、ＣＣＤカメラ１、２と記録部３、４との間に黒画面を作成する装置を別途連結し、この装置から記録部３、４に同時に黒画面信号を送信する方法などがあり、オートアイリス機能を有しないＣＣＤカメラ１、２の場合には直接ＣＣＤカメラ１、２に黒画面信号を送信する方法がある。
【００２４】
トリガー部６は、計測（記録）開始信号としてのトリガー信号を発生させるものであり、具体的には遮光型光学センサなどのセンサを備えている。このセンサは、打撃位置Ａの近傍に設けられ、ゴルフクラブの通過又は打撃されたゴルフボールの通過を検知するよう構成されている。このように、ゴルフボールの打撃を検知すると、トリガー部６からコンピュータ部５にトリガー信号が送信され、コンピュータ部５から記録部３、４に対して記録を開始するよう制御信号が送信される。
【００２５】
コンピュータ部５は、記録部３、４に対して記録開始又は停止を制御する制御手段、記録部３、４に記録されたフレーム毎の画像データを画像処理する画像処理手段、画像処理済みの画像データに基づきゴルフボールの位置座標を演算する演算手段などを有している。従って、この制御手段が上記制御部に属し、画像処理手段及び演算手段が上記演算部に属する。
【００２６】
上記画像処理手段は、記録部３、４に記録されている画像データをフレーム順に差分ピークホールド演算を行う。具体的には、各フレームメモリーの画素のうち変化のあったピークの画素メモリーのみをホールドし、変化のないメモリーを消去する。ゴルフボール像は背景よりも白く、濃淡判定で最も白い部分となることから、この画像処理によって背景が消去され、ゴルフボール像のみが残存する画像データを生成することができる。
【００２７】
演算手段としては、（ａ）打撃位置の後方のＣＣＤカメラ１の位置を原点、目標位置方向の座標をＸ、高さ方向の座標をＺとする二次元位置座標を演算する場合と、（ｂ）この二次元位置座標に左右方向の位置Ｙを加えた三次元位置座標を演算する場合がある。
【００２８】
まず、図２を参照しつつ二次元位置座標の演算を説明する。この二次元位置座標の演算は、ゴルフボールＣの仰角を算出するステップと、二次元位置座標を算出するステップとを有する。仰角算出ステップは、ＣＣＤカメラ１、２により同時に撮影された画像処理済みの一対のフレームデータを用い、これらのフレームデータに対して水平走査による白黒反転判定を行うことでゴルフボール像の画像上の上下位置を検出し、この検出結果と撮影時のＣＣＤカメラ１、２の光軸方向（仰角）及び画角とに基づいて、打撃位置後方のＣＣＤカメラ１の位置におけるゴルフボールＣの仰角θ_１と、目標位置前方のＣＣＤカメラ２の位置におけるゴルフボールＣの仰角θ_２とを算出する。
【００２９】
二次元位置座標算出ステップは、上記仰角算出ステップで算出した仰角θ_１、仰角θ_２及びＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２との間の距離Ｌを、
Ｘ＝Ｌ＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（１）
Ｚ＝Ｌ＊tanθ_１＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（２）
上記数式（１）及び（２）に代入し、ゴルフボールＣの二次元位置座標Ｘ、Ｚを算出する。
【００３０】
図２に示すＣＣＤカメラ１、ＣＣＤカメラ２、ゴルフボールＣ及びゴルフボールＣから降ろされた垂線の足を頂点とする２つの直角三角形から、
tanθ_１＝Ｚ／Ｘ
tanθ_２＝Ｚ／（Ｌ−Ｘ）
が導かれ、この連立方程式からＸ、Ｚを導くことで、上記数式（１）及び（２）を得ることができる。
【００３１】
上記二次元位置座標の演算を連続して同時に撮影された一対のフレームデータ毎に行うことで、ゴルフボールＣの弾道の時系列二次元位置座標を得ることができる。
【００３２】
次に、図３を参照しつつ三次元位置座標の演算を説明する。この三次元位置座標の演算は、ゴルフボールＣの仰角及び左右方向角を算出するステップと、三次元座標を算出するステップとを有する。仰角・左右方向角算出ステップは、ＣＣＤカメラ１、２により同時に撮影された画像処理済みの一対のフレームデータを用い、これらのフレームデータに対して水平走査及び垂直走査による白黒反転判定を行うことでゴルフボール像の画像上の上下及び左右位置を検出し、この検出結果と撮影時のＣＣＤカメラ１、２の光軸方向（仰角）及び画角とに基づいて、ＣＣＤカメラ１の位置におけるゴルフボールＣの仰角θ_１１と、ＣＣＤカメラ２の位置におけるゴルフボールＣの仰角θ_２１と、ＣＣＤカメラ１の位置におけるゴルフボールＣの左右方向角θ_１２と、ＣＣＤカメラ２の位置におけるゴルフボールＣの左右方向角θ_２２とを算出する。
【００３３】
三次元座標算出ステップは、上記仰角・左右方向角算出ステップで算出された仰角θ_１１、仰角θ_２１、左右方向角θ_１２、左右方向角θ_２２及びＣＣＤカメラ１、２間距離Ｌを、
Ｙ＝Ｌ＊tanθ_１２＊tanθ_２２／（tanθ_１２＋tanθ_２２）・・・（３）
（tanθ_１１＊tanθ_１１＋tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｘ＊Ｘ
＋２＊tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｘ
＋（tanθ_１１＊tanθ_１１−tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｙ＊Ｙ
−tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｌ＝０・・・（４）
tanθ_１１＊tanθ_１１＊（Ｘ＊Ｘ＋Ｙ＊Ｙ）−Ｚ＊Ｚ＝０・・・（５）
上記数式（３）、（４）及び（５）に代入し、ゴルフボールＣの三次元位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚを算出する。
【００３４】
上記三次元位置座標の演算を連続して同時に撮影された一対のフレームデータ毎に行うことで、ゴルフボールＣの弾道の時系列三次元位置座標を得ることができる。
【００３５】
上記構造のボール弾道計測装置によれば、打撃位置Ａ後方に設置されたＣＣＤカメラ１と、目標位置Ｂ前方に設置されたＣＣＤカメラ２と、これらのＣＣＤカメラ１、２の撮影のタイミングを制御する制御部とによって飛行方向の前後からゴルフボールＣが同時に撮影された一対の画像データを取得し、演算部により上記画像処理及び演算処理を行うことで、ゴルフボールＣの弾道の時系列二次元位置座標又は三次元位置座標を得ることができる。従って、従来のボール弾道計測装置と比較して、ＣＣＤカメラの設置及び校正が容易であり、高い精度の位置座標を計測することができる。
【００３６】
ＣＣＤカメラ１とＣＣＤカメラ２との間の距離Ｌの下限としてはゴルフボールＣの飛距離の１．２倍が好ましく、１．５倍が特に好ましい。このようにＣＣＤカメラ１、２間距離Ｌを上記下限以上とすることで、ＣＣＤカメラ１、２の光軸方向の仰角を抑え、得られる画像への天候の影響を低減することができる。一方、ＣＣＤカメラ１、２間距離Ｌの上限としてはゴルフボールＣの飛距離の３倍が好ましく、２倍が特に好ましい。これは、ＣＣＤカメラ１、２間距離Ｌが上記上限を超えると、ゴルフボールＣの仰角が小さくなり、計測精度が低下してしまうことからである。
【００３７】
ＣＣＤカメラ１、２の地上高は３ｍ以内が好ましい。これは、ＣＣＤカメラ１、２の地上高が３ｍを超えると、打ち出し点付近や落下点付近の計測が困難になり、地上高による位置座標の補正に伴う誤差が増大してしまうためである。
【００３８】
次に、ＣＣＤカメラ１、２によるゴルフボールＣの弾道の撮影形態を図４〜図７に従って説明する。図４の撮影形態は、ＣＣＤカメラ１、２を各１台ずつ設置する場合である。ゴルフボールＣを画像処理可能な程度に明確に撮影する必要があるため、ＣＣＤカメラ１、２の画角には所定の制限があり、あまり広角にすることができない。そのため、ＣＣＤカメラ１、２を１台づつ設置する場合、図４に示すように、ゴルフボールＣの弾道のうち目的の部分、例えば最高点付近、打ち出し位置付近又は落下点付近のみを撮影する。この撮影形態では、ゴルフボールＣの弾道のうち目的部分のみの位置座標が計測され、この部分の位置座標を用いて全弾道のシュミレーションも可能である。
【００３９】
図５の撮影形態は、ＣＣＤカメラ１、２を各３台ずつ設置し、ゴルフボールＣの弾道のうち特定の三個所、例えば最高点付近、打ち出し位置付近、落下点付近を撮影する。この撮影形態によれば、１台ずつ設置する場合よりもさらに詳しい弾道の位置座標を計測することができ、全弾道のシュミレーションもより正確な推定が可能になる。
【００４０】
図６の撮影形態は、ＣＣＤカメラ１、２をそれぞれ多数台設置し、ゴルフボールＣの全ての弾道を撮影する。最も正確にゴルフボールＣの全弾道の位置座標を計測することができる。
【００４１】
図７の撮影形態は、各１台ずつのＣＣＤカメラ１、２を光軸方向の仰角が変更可能な雲台に設置し、ゴルフボールＣの飛行に伴ってＣＣＤカメラ１、２の光軸方向の仰角を変え、全弾道を撮影する。この撮影形態にっても全弾道の位置座標を計測することができる。この撮影形態において、ＣＣＤカメラ１、２の光軸方向の仰角変更方法としては、（ａ）ゴルフボールＣの弾道を予測し、適切に撮影できるよう予め指定したデータに基づき変更する方法、（ｂ）撮影された画像データから演算部によって位置座標を逐次計測し、その計測結果からゴルフボールＣの移動方向を予測して自動で変更する方法等がある。自動でＣＣＤカメラ１、２の光軸方向を変更する場合、光軸方向の仰角又は変化量を演算部にフィードバックする必要がある。
【００４２】
また、ＣＣＤカメラ１、２としてズーム機能を備えたものを用いるとよい。かかるズーム機能によって画像を拡大、縮小することで、より鮮明にゴルフボールＣを撮影することができ、位置座標の計測の精度を向上させることができる。かかるＣＣＤカメラ１、２のズームの変更方法としては、（ａ）ゴルフボールＣの弾道を予測し、適切な撮影状態となるよう予め指定したデータに基づき変更する方法、（ｂ）撮影された画像データから演算部によって位置座標を逐次計測し、その計測結果からゴルフボールＣの移動方向を予測して自動で変更する方法等がある。なお、このズーム機能は、各１台のＣＣＤカメラ１、２が近距離から遠距離まで撮影する必要がある図７の撮影形態の場合に有効である。自動でズームを変更する場合、ＣＣＤカメラ１、２の画角を演算部にフィードバックする必要がある。
【００４３】
さらに、ＣＣＤカメラ１、２としてオートアイリス機能（自動絞り機能）を備えたものを用いるとよい。撮影の際、天候等の変化によりゴルフボールＣと背景との光のコントラストが変化しても、ゴルフボールＣが鮮明に撮影されるように自動で絞りが調節され、計測に最適な画像データを取得することができる。
【００４４】
なお、本発明のボール弾道計測装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばシャッター機能のないＣＣＤカメラ１、２を使用することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボール弾道計測装置によれば、計測に用いるＣＣＤカメラの設置が容易であり、かつ、天候等に左右されずに安定して計測できる。さらに、校正が容易で、飛行するボールの位置座標の時系列データを精度よく計測できる。その結果、打ち出されたボールの揚力係数、抗力係数等の解析が可能となり、例えばゴルフボールの設計に有効にフィードバックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るボール弾道計測装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の二次元位置座標の計測方法を説明する模式的側面図である。
【図３】図３は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の三次元位置座標の計測方法を説明する模式的斜視図である。
【図４】図４は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の一撮影形態を説明するボール弾道側面図である。
【図５】図５は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の一撮影形態を説明するボール弾道側面図である。
【図６】図６は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の一撮影形態を説明するボール弾道側面図である。
【図７】図７は、図１のボール弾道計測装置によるボール弾道の一撮影形態を説明するボール弾道側面図である。
【符号の説明】
１・・・ＣＣＤカメラ
２・・・ＣＣＤカメラ
３・・・記録部
４・・・記録部
５・・・コンピュータ部
６・・・トリガー部
７・・・同期信号発生部
８・・・ハブ
９・・・ケーブル補償器
１０・・・モニター
Ａ・・・打撃位置
Ｂ・・・目標位置
Ｃ・・・ゴルフボール
Ｘ・・・目標位置方向の位置座標
Ｚ・・・高さ方向の位置座標
Ｙ・・・左右方向の位置座標[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring the trajectory of a ball, and more particularly to a ball trajectory measuring apparatus suitable for measuring the position coordinates of the trajectory of a golf ball.
[0002]
[Prior art]
As a golf ball trajectory measuring device, conventionally, the following devices have been proposed. That is,
(1) In Japanese Patent Laid-Open No. 6-323852 and the like, a CCD camera with a shutter function is used, image data photographed by this CCD camera is taken into an arithmetic unit, and image processing and other arithmetic processing are performed. An apparatus is disclosed in which a multi-layered image is generated by writing only in a multi-layer memory, and a ball trajectory is measured from the multi-layered image.
[0003]
(2) Also, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-145718, using two or more CCD cameras installed behind the hitting position and in the direction perpendicular to the flight direction of the golf ball, image data and flight of the CCD camera behind the hitting position An apparatus for measuring the trajectory of a golf ball by performing the same processing as described above based on the direction and the image data of the CCD camera in the vertical direction is disclosed.
[0004]
(3) In addition, two CCD cameras are installed in the left-right direction (horizontal direction and perpendicular to the flight direction of the golf ball) of the hitting position, and triangulation is performed based on a pair of image data taken from the left-right direction. An apparatus for measuring the trajectory of a golf ball by a legal method has also been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
With the ball trajectory measuring device of (1) above, the trajectory of the golf ball can be observed, but the exact position coordinates of the golf ball trajectory cannot be measured.
[0006]
In the ball trajectory measuring device of the above (2), the position coordinates of the trajectory of the golf ball can be measured to a certain degree. However, in order to photograph the entire trajectory of the golf ball, the CCD installed in the direction perpendicular to the flight direction of the golf ball A large number of cameras are required. Further, calculation of the position coordinates of the ball trajectory requires calibration in a very large space and is difficult. Furthermore, a CCD camera installed in a direction perpendicular to the flight direction of the golf ball may have difficulty in increasing the distance in the direction perpendicular to the flight direction of the ball due to the geographical relationship between the golf course and the ball trajectory measurement field. Many are usually placed close to the flight trajectory of the ball. Therefore, since the golf ball is photographed with the CCD camera facing upward, it is difficult to take an image sufficient for image processing due to the influence of, for example, clouds.
[0007]
In the ball trajectory measuring device of (3) above, if the distance between the two CCD cameras installed in the left-right direction of the hitting position is small, the intersection angle of the two CCD cameras with respect to the ball becomes small, so the accuracy decreases. It is difficult to accurately measure the position coordinates of the ball trajectory. Conversely, if the distance between the two CCD cameras in the left-right direction is increased, the measurement accuracy is improved, but the accuracy decreases as the golf ball moves further away, and calibration in a large space is required in calculating the position coordinates of the ball trajectory. Necessary.
[0008]
The present invention has been made in view of these disadvantages. The CCD camera can be easily installed, can be stably measured regardless of the weather, etc., and can be easily calibrated. The object is to provide a ball trajectory measuring device capable of measuring series data with high accuracy.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention made in order to solve the above-described problems includes (a) at least two CCD cameras installed on the straight line connecting the striking position and the target position, behind the striking position and in front of the target position; b) a control unit for controlling the timing of photographing by these CCD cameras, and (c) a triangle based on a pair of image data photographed simultaneously by these CCD cameras and the position, optical axis direction and angle of view of the CCD camera. It is a ball trajectory measuring device provided with the calculating part which calculates the position coordinate of a ball | bowl by a surveying method. Here, the “target position” means the target position of the ball drop point. Further, “front” means a target position direction based on the hitting position, and “rearward” means the opposite direction.
[0010]
According to the ball trajectory measuring device, since the CCD camera is installed behind and ahead of the target position on a straight line connecting the hit position and the target position, the CCD camera can be easily installed. In addition, the distance between the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position can be secured, and the moving speed of the ball within the screen is in terms of accuracy and image recognition (that is, if the moving speed is too fast, image recognition is performed). On the other hand, if the moving speed is too slow, the accuracy is reduced), and the measurement speed is improved. Furthermore, since the elevation angle of the CCD camera is not so large as compared with the case where the CCD camera is installed in a direction perpendicular to the flight direction, a clear and stable image can be obtained regardless of the weather. In addition, since the CCD camera is positioned substantially on the same straight line as the flight direction, the position coordinates of the ball trajectory can be easily calibrated.
[0011]
Based on the optical axis direction and angle of view of the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position and a pair of image data photographed simultaneously by these CCD cameras in the calculation unit, the CCD camera behind the strike position And calculate the elevation angle θ ₁ of the ball at the position of and the elevation angle θ ₂ of the ball at the position of the CCD camera ahead of the target position,
From this elevation angle θ ₁ , elevation angle θ ₂ and the distance L between the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position, the position of the CCD camera behind the strike position is the origin, and the coordinates in the target position direction are X, Two-dimensional position coordinates with Z in the height direction,
X = L * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (1)
Z = L * tanθ ₁ * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (2)
It is good to calculate by said numerical formula (1) and (2).
[0012]
As described above, the elevation angles θ ₁ and θ ₂ of the ball at that time are calculated based on a pair of image data photographed simultaneously by the CCD camera behind the hitting position and the CCD camera ahead of the target position, and these elevation angles are calculated according to the above formula. By substituting into (1) and (2), the two-dimensional position coordinates X and Z can be calculated. Therefore, the time series data of the position coordinates of the ball can be obtained by performing the above calculation based on a pair of image data at each time point.
[0013]
Further, in the calculation unit, based on the optical axis direction and angle of view of the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position and a pair of image data photographed simultaneously by these CCD cameras, The elevation angle θ ₁₁ of the ball at the CCD camera position, the elevation angle θ ₂₁ of the ball at the CCD camera position in front of the target position, the lateral angle θ ₁₂ of the ball at the CCD camera position behind the hit position, and the forward position of the target position Calculate the left-right angle θ ₂₂ of the ball at the position of the CCD camera;
From the elevation angle θ ₁₁ , elevation angle θ ₂₁ , left-right direction angle θ ₁₂ , left-right direction angle θ _22, and distance L between the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position, the position of the CCD camera behind the strike position Is the origin, the coordinate in the target position direction is X, the coordinate in the height direction is Z, and the position in the left-right direction is Y,
Y = L * tanθ ₁₂ * tanθ ₂₂ / (tanθ ₁₂ + tanθ ₂₂ ) (3)
(Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ + tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * X * X
+ 2 * tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ * L * X
+ (Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ −tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * Y * Y
-Tanθ ₂₁ * tan θ ₂₁ * L * L = 0 (4)
tanθ ₁₁ * tan θ ₁₁ * (X * X + Y * Y) −Z * Z = 0 (5)
It is good to calculate by said numerical formula (3), (4) and (5). Here, “left / right direction” means a direction perpendicular to the target position direction with respect to the CCD camera behind the hitting position, and “left / right direction angle” means a direction angle in the left / right direction with reference to the target position direction. Means.
[0014]
As described above, the elevation angle θ ₁₁ , elevation angle θ ₂₁ , left-right direction calculated based on the pair of image data simultaneously captured by the CCD camera behind the hitting position and the CCD camera ahead of the target position, the optical axis direction and the angle of view of the CCD camera. By substituting the angle θ ₁₂ and the left-right direction angle θ ₂₂ into the above formulas (3), (4), and (5), the three-dimensional position coordinates X, Y, Z taking into account the lateral blur with respect to the target position direction Can be obtained.
[0015]
The distance L between the CCD camera behind the hitting position and the CCD camera ahead of the target position is preferably 1.2 times or more the ball flight distance. By making the distance L between the CCD cameras 1.2 times or more of the flight distance, the elevation angle of the optical axis of the CCD camera can be suppressed and the influence of the weather on the obtained image can be reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a ball trajectory measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic side view illustrating a method for measuring a two-dimensional position coordinate of a ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a method for measuring the three-dimensional position coordinates of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1, and FIGS. 4 to 7 are diagrams for explaining the shooting mode of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. FIG.
[0017]
The ball trajectory measuring device of FIG. 1 measures the position coordinates of the trajectory of a golf ball, and includes a CCD camera 1, 2, a recording unit 3, 4, a computer unit 5, a trigger unit 6, a synchronization signal generating unit 7, and a hub. 8, a cable compensator 9, and a monitor 10. Among these components, the computer unit 5, the trigger unit 6, and the synchronization signal generator 7 constitute the control unit, and the recording units 3 and 4 and the computer unit 5 constitute the arithmetic unit. That is, the computer unit 5 has both the control unit and the calculation unit, but it is also possible to provide a computer unit for each function.
[0018]
The CCD camera 1 is provided with a shutter function, and is installed on the straight line connecting the striking position A and the target position B and behind the striking position A as shown in FIG. The optical axis of the CCD camera 1 is directed in the target position B direction. Therefore, the CCD camera 1 captures a flying golf ball from behind, and continuous image data is acquired.
[0019]
The CCD camera 2 has the same shutter function as the CCD camera 1 and is installed on the straight line connecting the striking position A and the target position B and in front of the target position B as shown in FIG. Has been. The optical axis of the CCD camera 2 is directed in the striking position A direction. Therefore, the CCD camera 2 captures a flying golf ball from the front and obtains continuous image data.
[0020]
The CCD camera 1 and the CCD camera 2 are photographed in synchronism with a synchronization signal generated from a synchronization signal generator 7, and a pair of image data photographed at the same time can be acquired. At least one CCD camera 1 or 2 may be installed, and a plurality of CCD cameras may be installed by changing the optical axis direction (elevation angle).
[0021]
The recording unit 3 records image data captured by the CCD camera 1 behind the hitting position A for each frame. On the other hand, the recording unit 4 records image data captured by the CCD camera 2 in front of the target position B for each frame. The recording unit 3 and the recording unit 4 are not particularly limited, and for example, a time plus VTR, a digital disk recorder, a moving picture board, or the like is used.
[0022]
As means for synchronizing the image data for each frame of the CCD camera 1 and the CCD camera 2 recorded in the recording unit 3 and the recording unit 4,
(1) Use a video board with frame synchronization.
(2) Use a digital disk recorder with frame synchronization.
(3) A time plus VTR is used, and a black screen signal or the like is sent to the time plus VTR at the start of recording. Based on the recorded black screen or the like, frame synchronization is performed on arithmetic processing in the computer unit 5;
(4) Means such as using the same time plus VTR, further including a time code generator, and recording a frame number signal sent from the time code generator simultaneously with the frame data are adopted.
[0023]
In the means of (3) above, as a method of transmitting the black screen signal, a device for creating a black screen is separately connected between the CCD cameras 1 and 2 and the recording units 3 and 4, and recording is performed from this device. There is a method of transmitting black screen signals to the units 3 and 4 at the same time, and in the case of the CCD cameras 1 and 2 having no auto iris function, there is a method of directly transmitting the black screen signal to the CCD cameras 1 and 2.
[0024]
The trigger unit 6 generates a trigger signal as a measurement (recording) start signal, and specifically includes a sensor such as a light shielding optical sensor. This sensor is provided in the vicinity of the hitting position A, and is configured to detect the passage of a golf club or the hit golf ball. Thus, when a golf ball hit is detected, a trigger signal is transmitted from the trigger unit 6 to the computer unit 5, and a control signal is transmitted from the computer unit 5 to the recording units 3 and 4 to start recording.
[0025]
The computer unit 5 includes a control unit that controls recording start or stop for the recording units 3 and 4, an image processing unit that performs image processing on image data for each frame recorded in the recording units 3 and 4, and an image-processed image Calculation means for calculating the position coordinates of the golf ball based on the data is included. Therefore, the control means belongs to the control section, and the image processing means and calculation means belong to the calculation section.
[0026]
The image processing means performs a difference peak hold calculation on the image data recorded in the recording units 3 and 4 in the order of frames. Specifically, only the pixel memory having the changed peak among the pixels of each frame memory is held, and the memory having no change is erased. Since the golf ball image is whiter than the background and becomes the whitest portion in the light / dark determination, the background is erased by this image processing, and image data in which only the golf ball image remains can be generated.
[0027]
As a calculation means, (a) when calculating a two-dimensional position coordinate where the position of the CCD camera 1 behind the hitting position is the origin, the coordinate of the target position direction is X, and the coordinate of the height direction is Z, (b In some cases, a three-dimensional position coordinate is calculated by adding a position Y in the left-right direction to the two-dimensional position coordinate.
[0028]
First, the calculation of two-dimensional position coordinates will be described with reference to FIG. The calculation of the two-dimensional position coordinates includes a step of calculating the elevation angle of the golf ball C and a step of calculating the two-dimensional position coordinates. The elevation angle calculating step uses a pair of image-processed frame data photographed simultaneously by the CCD cameras 1 and 2, and performs a black and white inversion determination by horizontal scanning on these frame data, so that the image on the golf ball image is displayed. The vertical position is detected, and the elevation angle θ ₁ of the golf ball C at the position of the CCD camera 1 behind the striking position based on the detection result and the optical axis direction (elevation angle) and field angle of the CCD cameras 1 and 2 at the time of shooting. And the elevation angle θ ₂ of the golf ball C at the position of the CCD camera 2 ahead of the target position.
[0029]
In the two-dimensional position coordinate calculation step, the elevation angle θ ₁ , the elevation angle θ ₂ calculated in the elevation angle calculation step, and the distance L between the CCD camera 1 and the CCD camera 2 are calculated.
X = L * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (1)
Z = L * tanθ ₁ * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (2)
Substituting into the above formulas (1) and (2), the two-dimensional position coordinates X and Z of the golf ball C are calculated.
[0030]
From the CCD camera 1, the CCD camera 2, the golf ball C shown in FIG.
tanθ ₁ = Z / X
tanθ ₂ = Z / (L−X)
Is derived, and the above equations (1) and (2) can be obtained by deriving X and Z from the simultaneous equations.
[0031]
By performing the above-described calculation of the two-dimensional position coordinates for each pair of frame data captured simultaneously in succession, the time-series two-dimensional position coordinates of the trajectory of the golf ball C can be obtained.
[0032]
Next, the calculation of the three-dimensional position coordinates will be described with reference to FIG. The calculation of the three-dimensional position coordinates includes a step of calculating the elevation angle and the left-right direction angle of the golf ball C, and a step of calculating the three-dimensional coordinates. The elevation angle / left-right direction angle calculation step uses a pair of image-processed frame data photographed simultaneously by the CCD cameras 1 and 2 and performs black and white inversion determination by horizontal scanning and vertical scanning on these frame data. A golf ball at the position of the CCD camera 1 is detected based on the detection result, the optical axis direction (elevation angle) and the angle of view of the CCD cameras 1 and 2 at the time of shooting. The elevation angle θ _{11 of} C, the elevation angle θ ₂₁ of the golf ball C at the position of the CCD camera 2, the horizontal angle θ ₁₂ of the golf ball C at the position of the CCD camera 1, and the left and right of the golf ball C at the position of the CCD camera 2 The direction angle θ ₂₂ is calculated.
[0033]
The three-dimensional coordinate calculation step includes the elevation angle θ ₁₁ , the elevation angle θ ₂₁ , the left-right direction angle θ ₁₂ , the left-right direction angle θ ₂₂ and the distance L between the CCD cameras 1 and 2 calculated in the elevation angle / left-right direction angle calculation step.
Y = L * tanθ ₁₂ * tanθ ₂₂ / (tanθ ₁₂ + tanθ ₂₂ ) (3)
(Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ + tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * X * X
+ 2 * tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ * L * X
+ (Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ −tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * Y * Y
-Tanθ ₂₁ * tan θ ₂₁ * L * L = 0 (4)
tanθ ₁₁ * tan θ ₁₁ * (X * X + Y * Y) −Z * Z = 0 (5)
Substituting into the above mathematical formulas (3), (4) and (5), the three-dimensional position coordinates X, Y and Z of the golf ball C are calculated.
[0034]
By performing the calculation of the three-dimensional position coordinates for each pair of frame data photographed in succession at the same time, the time-series three-dimensional position coordinates of the trajectory of the golf ball C can be obtained.
[0035]
According to the ball trajectory measuring device having the above-described structure, the CCD camera 1 installed behind the hitting position A, the CCD camera 2 installed in front of the target position B, and the timing of photographing of these CCD cameras 1 and 2 are controlled. A pair of image data in which the golf ball C is simultaneously photographed from before and after the flight direction by the control unit that performs the above-described image processing and calculation processing by the calculation unit, so that the time series two-dimensional of the trajectory of the golf ball C is obtained. Position coordinates or three-dimensional position coordinates can be obtained. Therefore, compared with the conventional ball trajectory measuring device, the CCD camera can be easily installed and calibrated, and the position coordinates can be measured with high accuracy.
[0036]
The lower limit of the distance L between the CCD camera 1 and the CCD camera 2 is preferably 1.2 times the flight distance of the golf ball C, and particularly preferably 1.5 times. Thus, by setting the distance L between the CCD cameras 1 and 2 to be equal to or more than the lower limit, the elevation angle in the optical axis direction of the CCD cameras 1 and 2 can be suppressed, and the influence of the weather on the obtained image can be reduced. On the other hand, the upper limit of the distance L between the CCD cameras 1 and 2 is preferably 3 times the flight distance of the golf ball C, and particularly preferably 2 times. This is because if the distance L between the CCD cameras 1 and 2 exceeds the above upper limit, the elevation angle of the golf ball C becomes small and the measurement accuracy decreases.
[0037]
The ground clearance of the CCD cameras 1 and 2 is preferably within 3 m. This is because, when the ground height of the CCD cameras 1 and 2 exceeds 3 m, it becomes difficult to measure the vicinity of the launch point and the vicinity of the falling point, and errors due to correction of position coordinates due to the ground height increase.
[0038]
Next, the shooting mode of the trajectory of the golf ball C by the CCD cameras 1 and 2 will be described with reference to FIGS. 4 is a case where one CCD camera 1 or 2 is installed. Since it is necessary to photograph the golf ball C clearly to the extent that image processing is possible, the angle of view of the CCD cameras 1 and 2 has a predetermined restriction and cannot be made too wide. Therefore, when the CCD cameras 1 and 2 are installed one by one, as shown in FIG. 4, only a target portion of the trajectory of the golf ball C, for example, near the highest point, near the launch position, or near the drop point is photographed. In this shooting mode, the position coordinates of only the target portion of the trajectory of the golf ball C are measured, and the simulation of the entire trajectory is possible using the position coordinates of this portion.
[0039]
In the photographing mode of FIG. 5, three CCD cameras 1 and 2 are installed, and three specific points of the trajectory of the golf ball C, for example, near the highest point, near the launch position, and near the drop point are photographed. According to this imaging mode, it is possible to measure more detailed trajectory position coordinates than when one unit is installed, and it is possible to more accurately estimate the simulation of all trajectories.
[0040]
In the photographing form of FIG. 6, a large number of CCD cameras 1 and 2 are installed, and all the trajectories of the golf ball C are photographed. The position coordinates of all the trajectories of the golf ball C can be measured most accurately.
[0041]
In the imaging mode of FIG. 7, one CCD camera 1 and 2 is installed on a pan head that can change the elevation angle in the optical axis direction, and the direction of the optical axis of the CCD cameras 1 and 2 as the golf ball C flies. Change the elevation angle and shoot the whole trajectory. Even in this imaging mode, the position coordinates of all the trajectories can be measured. In this shooting mode, as the method of changing the elevation angle of the CCD cameras 1 and 2 in the optical axis direction, (a) a method of predicting the trajectory of the golf ball C and changing it based on pre-designated data so that it can be properly shot, (b There is a method in which the position coordinates are sequentially measured from the photographed image data by the calculation unit, and the moving direction of the golf ball C is predicted and automatically changed from the measurement result. When the optical axis direction of the CCD cameras 1 and 2 is automatically changed, it is necessary to feed back the elevation angle or change amount in the optical axis direction to the calculation unit.
[0042]
Also, CCD cameras 1 and 2 having a zoom function may be used. By enlarging and reducing the image by such a zoom function, the golf ball C can be photographed more clearly, and the accuracy of measurement of the position coordinates can be improved. As a method of changing the zoom of the CCD cameras 1 and 2, (a) a method of predicting the trajectory of the golf ball C and changing based on data designated in advance so as to obtain an appropriate shooting state, and (b) a shot image. There is a method in which the position coordinates are sequentially measured from the data by the calculation unit, and the moving direction of the golf ball C is predicted and automatically changed from the measurement result. Note that this zoom function is effective in the case of the shooting mode of FIG. 7 in which each of the CCD cameras 1 and 2 needs to shoot from a short distance to a long distance. When the zoom is automatically changed, it is necessary to feed back the angle of view of the CCD cameras 1 and 2 to the calculation unit.
[0043]
Further, CCD cameras 1 and 2 having an auto iris function (automatic aperture function) may be used. When shooting, even if the light contrast between the golf ball C and the background changes due to changes in the weather, etc., the aperture is automatically adjusted so that the golf ball C is shot clearly, and image data that is optimal for measurement is obtained. Can be acquired.
[0044]
The ball trajectory measuring apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, it is possible to use CCD cameras 1 and 2 having no shutter function.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the ball trajectory measuring device of the present invention, it is easy to install a CCD camera used for measurement, and stable measurement can be performed without being influenced by the weather or the like. Furthermore, calibration is easy, and time-series data of the position coordinates of the flying ball can be accurately measured. As a result, it is possible to analyze the lift coefficient, drag coefficient, etc. of the hit ball, and for example, it is possible to effectively feed back to the design of the golf ball.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a ball trajectory measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic side view for explaining a method for measuring the two-dimensional position coordinates of a ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a method for measuring the three-dimensional position coordinates of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1;
4 is a side view of a ball trajectory for explaining one shooting mode of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a side view of a ball trajectory for explaining one shooting mode of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1;
FIG. 6 is a side view of a ball trajectory for explaining one shooting mode of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1;
7 is a side view of a ball trajectory for explaining one shooting mode of the ball trajectory by the ball trajectory measuring apparatus of FIG. 1; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CCD camera 2 ... CCD camera 3 ... Recording part 4 ... Recording part 5 ... Computer part 6 ... Trigger part 7 ... Synchronization signal generation part 8 ... Hub 9 ... Cable compensator 10 ... Monitor A ... Hitting position B ... Target position C ... Golf ball X ... Position coordinates Z in the target position direction ... Position coordinates Y in the height direction ... Position coordinates in the horizontal direction

Claims

打撃位置と目標位置とを結ぶ直線上であって、打撃位置の後方に設置する少なくとも１台のＣＣＤカメラと、
打撃位置と目標位置とを結ぶ直線上であって、目標位置の前方に設置する少なくとも１台のＣＣＤカメラと、
これらのＣＣＤカメラによる撮影のタイミングを制御する制御部と、
これらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとＣＣＤカメラの位置、光軸方向及び画角とに基づいて、三角測量法的手法でボールの位置座標を演算する演算部と
を備えるボール弾道計測装置。A straight line connecting the hitting position and the target position, and at least one CCD camera Installation behind the striking position,
At least one CCD camera installed on the straight line connecting the striking position and the target position and in front of the target position;
A control unit for controlling the timing of photographing by these CCD cameras;
A ball trajectory provided with a calculation unit that calculates a position coordinate of a ball by a triangulation method based on a pair of image data simultaneously captured by these CCD cameras and the position, optical axis direction, and angle of view of the CCD camera Measuring device.

上記演算部において、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラの光軸方向及び画角とこれらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとに基づいて、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_１と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_２とを算出し、
この仰角θ_１、仰角θ_２及び打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌから、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置を原点、目標位置方向の座標をＸ、高さ方向の座標をＺとする二次元位置座標を下記数式（１）及び（２）により算出する請求項１に記載のボール弾道計測装置。
Ｘ＝Ｌ＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（１）
Ｚ＝Ｌ＊tanθ_１＊tanθ_２／（tanθ_１＋tanθ_２）・・・（２）Based on the optical axis direction and angle of view of the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position and a pair of image data photographed simultaneously by these CCD cameras in the calculation unit, the CCD camera behind the strike position And calculate the elevation angle θ ₁ of the ball at the position of and the elevation angle θ ₂ of the ball at the CCD camera position ahead of the target position,
From the elevation angle θ ₁ , elevation angle θ ₂ and the distance L between the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position, the position of the CCD camera behind the strike position is the origin, the coordinates in the target position direction are X, The ball trajectory measuring device according to claim 1, wherein a two-dimensional position coordinate having a vertical coordinate Z is calculated by the following mathematical formulas (1) and (2).
X = L * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (1)
Z = L * tanθ ₁ * tanθ ₂ / (tanθ ₁ + tanθ ₂ ) (2)

上記演算部において、打撃位置後方のＣＣＤカメラ及び目標位置前方のＣＣＤカメラの光軸方向及び画角とこれらのＣＣＤカメラで同時に撮影された一対の画像データとに基づいて、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_１１と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの仰角θ_２１と、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの左右方向角θ_１２と、目標位置前方のＣＣＤカメラの位置におけるボールの左右方向角θ_２２とを算出し、
この仰角θ_１１、仰角θ_２１、左右方向角θ_１２、左右方向角θ_２２及び打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌから、打撃位置後方のＣＣＤカメラの位置を原点、目標位置方向の座標をＸ、高さ方向の座標をＺ、左右方向の位置をＹとする三次元位置座標を下記数式（３）、（４）及び（５）により算出する請求項１に記載のボール弾道計測装置。
Ｙ＝Ｌ＊tanθ_１２＊tanθ_２２／（tanθ_１２＋tanθ_２２）・・・（３）
（tanθ_１１＊tanθ_１１＋tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｘ＊Ｘ
＋２＊tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｘ
＋（tanθ_１１＊tanθ_１１−tanθ_２１＊tanθ_２１）＊Ｙ＊Ｙ
−tanθ_２１＊tanθ_２１＊Ｌ＊Ｌ＝０・・・（４）
tanθ_１１＊tanθ_１１＊（Ｘ＊Ｘ＋Ｙ＊Ｙ）−Ｚ＊Ｚ＝０・・・（５）Based on the optical axis direction and angle of view of the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position and a pair of image data photographed simultaneously by these CCD cameras in the calculation unit, the CCD camera behind the strike position The elevation angle θ ₁₁ of the ball at the position of the ball, the elevation angle θ ₂₁ of the ball at the position of the CCD camera ahead of the target position, the lateral angle θ ₁₂ of the ball at the position of the CCD camera behind the strike position, and the CCD camera ahead of the target position And the left-right direction angle θ ₂₂ of the ball at the position of
From the elevation angle θ ₁₁ , elevation angle θ ₂₁ , left-right direction angle θ ₁₂ , left-right direction angle θ _22, and distance L between the CCD camera behind the strike position and the CCD camera ahead of the target position, the position of the CCD camera behind the strike position A three-dimensional position coordinate is calculated by the following formulas (3), (4), and (5), where X is the origin, X is the coordinate in the target position direction, Z is the coordinate in the height direction, and Y is the position in the horizontal direction. 2. The ball trajectory measuring device according to 1.
Y = L * tanθ ₁₂ * tanθ ₂₂ / (tanθ ₁₂ + tanθ ₂₂ ) (3)
(Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ + tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * X * X
+ 2 * tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ * L * X
+ (Tanθ ₁₁ * tanθ ₁₁ −tanθ ₂₁ * tanθ ₂₁ ) * Y * Y
-Tanθ ₂₁ * tan θ ₂₁ * L * L = 0 (4)
tanθ ₁₁ * tan θ ₁₁ * (X * X + Y * Y) −Z * Z = 0 (5)

上記打撃位置後方のＣＣＤカメラと目標位置前方のＣＣＤカメラとの間の距離Ｌがボールの飛距離の１．２倍以上である請求項１、請求項２又は請求項３に記載のボール弾道計測装置。 4. The ball trajectory measurement according to claim 1, wherein a distance L between the CCD camera behind the hitting position and the CCD camera ahead of the target position is 1.2 times or more of a ball flight distance. apparatus.

上記打撃位置の後方に、光軸の角度が互いに異なる複数のＣＣＤカメラを備え、A plurality of CCD cameras having different optical axis angles are provided behind the hitting position,
上記目標位置の前方に、光軸の角度が互いに異なる複数のＣＣＤカメラを備えている請求項１から４のいずれかに記載のボール弾道計測装置。 5. The ball trajectory measuring apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of CCD cameras having different optical axis angles in front of the target position.