JP6653872B2 - 野球用判定システム - Google Patents

Description

この発明は、バッティングセンター、野球練習場、野球場等の施設で、施設利用者が打ち返した打球を判定したり、施設利用者が投げた投球の詳細を表示して球種を判定したりする野球用判定システムに関する。

バッティングセンター等の遊戯施設では、バッティング技術の向上または娯楽を目的として、ピッチングマシン等で投球された野球ボールを利用者が打ち返すことが行われている。

バッティングの評価としては、従来、所定の位置に的を設置してその的に打球が当たったときホームランと判定し、景品を進呈したり、利用者の名前を掲示したりしている。

しかし、この従来の方法では実際の飛距離や打球の速度に関係なく、的に当たったかどうかで判定されるため、娯楽としては現実感に欠けるし、バッティング技術の向上に資することは難しい。

この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１では、２組の野球ボール位置検出装置を用いて打球の速度と方向を求めることにより、打球の飛距離を計算する方法が紹介されている。

特開２００１−２６９４３０号公報

上記従来技術においては、打球の位置計測用センサを設置する複数の支柱は、測定原理上、ホームベースの正面側に設置する必要がある。従って、ヒットやホームランと判定されるべき打球が支柱に当たる可能性があり、打球が飛んで行くのを邪魔するだけではなく、前記支柱に当たり跳ね返った打球が打者に当たり負傷するおそれがある。

また、投球技術の向上または娯楽を目的として、的に対して利用者が投球することも行われている。この場合、的に当たったかどうかで景品を進呈したり、利用者の名前を掲示したりしている。バッティングの場合と同様に、この従来の方法では、投球速度、変化球などが判定できないため、投球技術の向上に資することは難しい。

また、上記従来技術を投球の検出に使用する場合、投球軌跡上の２点の三次元位置しか検出できない。従って、カーブやシュートといった変化球の詳細な変化状況を検出することは不可能であった。

本発明の目的は、バッティングセンター、野球練習場、野球場等の施設で、施設利用者である打者が打った打球を邪魔することなく、ヒット、ホームランなどを判定したり、施設利用者である投手が投げた投球の軌跡を検出して、ストライクや球種を判定したりできる野球用判定システムを提供することである。

本発明に係る一の態様の野球用判定システムは、異なる位置に設置され、打者に打たれた野球ボールを同一タイミングで撮像する複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段が時間をずらせて複数回撮像し、それぞれの撮像手段ごとに、時間的に隣り合う２つの画像データから明度差を求める明度差計算手段と、前記撮像手段ごとに前記明度差のある領域を抽出し、その領域が前記野球ボールの特徴を満たしている場合に、通過している前記野球ボールであると判断する野球ボール判断手段と、前記野球ボール判断手段が前記野球ボールであると判断した前記明度差のある領域から、時間ごとの前記野球ボールの三次元座標を算出し、前記三次元座標に基づいて前記野球ボールの仰角、方向角、速度を算出し、その算出結果に基づき前記野球ボールによる打球内容を判定する判定処理手段とを備え、さらに、打者に対して投球を行う投球手段と、前記野球ボールを、算出した野球ボールの仰角、方向角、速度から、隣の打席の打者による打球ではなく、対象とする打者によって打ち返された打球であると判断する打席判断手段とを備える、ことを特徴とする。ここで、打球内容の判定には、例えば、打球の飛距離や落下点の判定、ヒットやホームランの判定が含まれる。投球内容の判定には、球種やストライクの判定が含まれる。

このようにすれば、時間をずらせて複数回撮像された複数の画像データを利用して、それぞれの撮像手段ごとに、時間的に隣り合う２つの画像データから明度差が求められ、前記撮像手段ごとに前記明度差のある領域が抽出され、その領域が、野球ボールの特徴を満たしている場合に、通過している野球ボールであると判断され、前記野球ボールであると判断された前記明度差のある領域から、時間ごとの野球ボールの三次元座標が算出される。そして、前記三次元座標に基づいて、野球ボールが飛んで行く仰角、方向角および速度を算出したり、野球ボールの軌跡を検出したりして、前記野球ボールによる打球内容又は投球内容を判定することができる。これにより、バッティングセンター、野球練習場、野球場等の施設での野球の練習において、バッティング技術や投球技術の向上に資することができ、娯楽としても楽しむことができる。また、各撮像手段が複数回の撮像を行うことで、撮像手段が例えば２台など少ない構成とすることができる。なお、撮像手段は３台以上とすることもできる。

この場合、打者によって打ち返された打球（野球ボール）は、例えばピッチングマシンにより投球された野球ボールでも、人(投手）が実際に投げた野球ボールでもよい。

打球は動いているため打球に明度差が表れるので、時間ごとの打球の認定が容易となる。なお、明度差にかえて打球の面積や輪郭などの画素により、時間ごとの打球の認定をしてもよい。また、野球ボールにマークをつけて、マークを認識するようにしてもよい。

また、前記複数の撮像手段は、前記打者の上方に設置されている、ことが好ましい。このようにすれば、複数の撮像手段が打者の上方（例えば打者の頭上付近など）に設置されているので、打球を邪魔することがなく、打球を撮像することができる。また、撮像手段を前方に設置した場合とは異なり、打球による撮像手段の破壊や、打球の跳ね返りを防ぐことが可能となる。また、屋外のバッティングセンターには、打者が雨に濡れないように屋根がついていることが多く、その場合、打者の上方に設置されているカメラが雨の影響を受けない。

また、前記判定処理手段は、前記方向角が設定範囲内であり、前記速度が第１設定速度以上で、前記打球が前記打者から離れていく場合に、打球内容の判定が必要である正常な打球であると判定する構成とすることができる。

また、前記判定処理手段は、前記打球内容の判定が必要である場合に、前記打球の飛距離を算出し、ホームランであるか否かを判定する構成とすることができる。

また、前記判定処理手段は、前記飛距離が第１設定距離を超える場合にはホームランであると判定し、前記飛距離が、前記第１設定距離より小さい第２設定距離以上で、前記速度が前記設定速度以上で、前記仰角が所定の範囲内である場合にヒットであると判定する構成とすることができる。ここで、仰角が所定の範囲内とは、例えば仰角が正であるとすることや、仰角が−４５度から＋４５度の範囲とすることなどが考えられる。
また、予め作成された前記速度および前記仰角に応じてヒットやホームランを判断する判断基準テーブルに基づき、ヒットあるいはホームランを判定する、構成とすることもできる。
さらに、前記判定処理手段によって判断した打球内容を音声で利用者に通知する、構成とすることもできる。

本発明は、打球判定に場合には、複数の撮像手段によって時間をずらせて撮像された複数の画像データを利用し、打球の変化（差）を抽出し、その変化から、打球が飛んで行く仰角、方向角および速度を算出して打球内容を判定することができる。また、投球判定に用いる場合には、投手が投げた投球の軌跡を検出して表示し、球種やストライクの判定をすることができる。

よって、バッティングセンター、野球練習場、野球場等の施設で、施設利用者が打ち返した打球を判定したり、施設利用者が投げた投球の詳細を表示して球種を判定したりするが可能となる。

本発明に係る野球用判定システムを打球判定システムとして用いる場合の一例を示す全体構成図である。 図１に示すシステムの側面図である。 視野内に野球ボールがない場合、左カメラ２Ｌで撮像した画像例を示す図である。 視野内に野球ボールがない場合、右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。 打球が位置Ｐ１にあるときに、左カメラ２Ｌで撮像した画像例を示す図である。 打球が位置Ｐ１にあるときに、右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。 打球が位置Ｐ２にあるときに、左カメラ２Ｌで撮像した画像例を示す図である。 打球が位置Ｐ２にあるときに、右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。 図５と図７の左カメラ差画像を示す図である。 図６と図８の右カメラ差画像を示す図である。 本発明に係る野球用判定システムのハードウェア構成の一例を示す図である。 ＣＰＵ１１で実行されるプログラムの全体処理フローを示す図である。 ゲーム中の処理フローを示す図である。 打球判断処理フローを示す図である。 飛距離計算処理フローを示す図である。 本発明に係る野球用判定システムを投球判定システムとして用いる場合の別の例を示す全体構成図である。 前記投球判定システムの側面図である。 同上面図である。 前記投球判定システムでの投球結果の表示例である。 前記投球判定システムでの投球結果のもう一つの表示例である。 前記投球判定システムのゲーム開始処理の処理フローを示す図である。 投球処理の処理フローを示す図である。 投球検出処理の処理フローを示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

実施例１（打球判定システムとして用いる場合）
Ａ−１．全体構成
図１は本発明に係る野球用判定システムを打球判定システムとして用いる場合の一例を示す全体構成図であり、図２は図１に示すシステムの側面図である。

１は野球用判定システムの判定装置であり、野球用判定システムを打球判定システムとして用いる場合には、打球判定に関する処理を行う。２Ｌ，２Ｒは打球位置測定用の左および右カメラ（撮像手段）であり、バッターボックス９の前端付近、上方約３ｍに、異なる位置に並んで設置されている。カメラ２Ｌ，２Ｒは光軸が平行に設置されているので、図２では重なって見え、２と表記している。一点鎖線で囲まれた部分がカメラ２Ｌ，２Ｒの視野である。２台のカメラ２Ｌ，２Ｒで撮像することにより、打球の位置を検出し、三次元座標を演算できる。２台のカメラ２Ｌ，２Ｒは光軸が平行で、画素の横軸方向が一致するように設置している。

３はピッチングマシン（投球手段）であり、投球を行う。４はモニタとしてのタッチパネル付き液晶表示器で、タッチパネルでゲームの設定を行うとともに、打球判定結果と履歴を表示する。５はスピーカーであり、打球判定結果がホームランのとき、特別なアナウンスを行う。

６はカメラ保護カバーであり、ゴムやネットで構成され、カメラを打球から保護するとともに、反射した打球の速度を吸収して跳ね返った打球で打者が負傷することがないようにしている。さらに、打球がカメラ保護カバー６に当たる場合は、水平からの角度が約７０°となるように設置されているため、ヒットやホームランになりえない打球、すなわち凡フライになる。

７は施設利用者、すなわち打者である。この打者７の前方がカメラ２Ｌ，２Ｒによって撮像される。８はホームベースであり、全体の座標原点を規定する。９はバッターボックスであり、打者はこの中でバッティングを行う。打者７は位置Ｐ０で野球ボールを打つ。Ｐ１とＰ２は打球を撮像した位置の例を示している。

位置Ｐ０で打ち返された打球は、カメラ視野内の位置Ｐ１，Ｐ２で２台のカメラ２Ｌ，２Ｒによって撮像される。位置Ｐ２から位置Ｐ３までの点線部分は、障害物がない場合の打球の軌跡である。実際のバッティングセンターでは、壁等で囲まれているため、飛距離が大きい場合、位置Ｐ３を実測するのは不可能である。本発明によれば、位置Ｐ１，Ｐ２で測定した打球の速度と方向を用いて、位置Ｐ３を計算で推定することができる。

図中のｘ，ｙ，ｚは計算のための座標系の各軸方向を示している。ただし、座標原点はホームベース８の後端とし、このホームベース８の後端からピッチングマシン３に向かってｙ軸が延びている。

図３および図４は、視野内に野球ボールがない場合、それぞれ左カメラ２Ｌと右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。この画像を背景画像と呼ぶ。背景画像には、ピッチングマシン３、一塁と三塁ベースへのライン、フェンスなどが映りこんでいる。

図５および図６は、打球が位置Ｐ１にあるときに、それぞれ左カメラ２Ｌと右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。左右のカメラ２Ｌ，２Ｒの視差により、各カメラ２Ｌ，２Ｒの打球の水平位置がずれて撮像される。

図７および図８は、打球が位置Ｐ２にあるときに、それぞれ左カメラ２Ｌと右カメラ２Ｒで撮像した画像例を示す図である。位置Ｐ１から位置Ｐ２までの移動に要する時間をΔＴｄとする。

図９は、図５と図７の左カメラ差画像を示す図で、図１０は図６と図８の右カメラ差画像を示す図である。

ここに、Ｐ_1L（ｉ，ｊ）とＰ_2L（ｉ，ｊ）は、それぞれＰ１とＰ２における左カメラ２Ｌの画素座標（ｉ，ｊ）の明度、Ｐ_1R（ｉ，ｊ）とＰ_2R（ｉ，ｊ）は、それぞれＰ１とＰ２における右カメラ２Ｒの画素座標（ｉ，ｊ）の明度、Ｄ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）は、それぞれ左カメラ差画像と右カメラ差画像である。

ΔＴｄの時間内に変化した部分、すなわち打球の部分だけが、明度差として抽出されている。変化のない背景画像に相当する部分は、変化しないため明度がほぼ０となる。

打球は白色を用いているため背景部分より明度が大きく、図９と図１０、すなわちＤ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）では位置Ｐ１の打球に相当する部分は、明度が負になり、位置Ｐ２に相当する部分は明度が正になる。常に０付近以外の画素数を計算しておき、一定値以上だったら打球らしきものが視野に入ったと判断できる。最終的には次に述べる方法で、打球方向を計算し、投球や隣の打席からの打球と判定すべき打球とを判別する。

一般的に、光軸を平行にして、横軸を一致させた２台のカメラで撮像した画像の対応点が分かれば、視差を元に次の数３で三次元座標を算出できる。

ここに（ｉ_L，ｊ_L）と（ｉ_R，ｊ_R）は左カメラ２Ｌと右カメラ２Ｒの対応する画素座標であり、Ｂは左右のカメラ間隔、ｆは焦点距離である。この変換式をＦ（ｉ_L，ｊ_L，ｉ_R，ｊ_R）とする。

Ｄ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）各々で明度が正の部分と、明度が負の部分の中心を求める。それぞれの中心位置から数３を適用した数４と数５を用いて、位置Ｐ１の三次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と位置Ｐ２の三次元座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求める。

ここに、（ｉ_L1，ｊ_L1）と（ｉ_R1，ｊ_R1）は、それぞれＤ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）の明度が負の部分の中心位置であり、（ｉ_L2，ｊ_L2）と（ｉ_R2，ｊ_R2）は、それぞれＤ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）の明度が正の部分の中心位置である。

次に求めたＰ１とＰ２の三次元座標を用いて、速度（球速）Ｖo，仰角θａ，方向角θｂを数６〜８で計算する。

速度Ｖo，仰角θａ，方向角θｂが求まれば、空気抵抗と重力を考慮した運動方程式を差分方程式として演算することにより、打球落下点となる位置Ｐ３と飛距離Ｌを求めることができる。

方向角θｂが、設定範囲である−４５°〜４５°の範囲以外（つまり、ピッチングマシン３とホームベース８とを結ぶライン（ｙ軸）を中心として左右に−４５°〜４５°の範囲以外）は、ファールあるいは隣の打席からの打球と判断し、判定対象としない。また、（ｙ２−ｙ１）が負の場合は、打球ではなく投球あるいは隣の打席からの打球だと判断し、判定対象としない。つまり、（ｙ２−ｙ１）が正の場合が、打者７から離れていく打球であると判断する。

判定対象となった打球の飛距離Ｌによって打球がホームランか否かを判断できる。また、速度Ｖo、仰角θａを用いてヒット性の打球か否かを判断できる。

Ａ−２．判定装置１の構成
次に野球用判定システムを打球判定システムとして用いる場合の判定装置１の内部を中心に説明する。図１１は本発明に係る野球用判定システムのハードウェア構成の一例を示す図である。１０はバスであり、各機器を接続している。１１はＣＰＵ（判定処理手段）であり、この装置１での全ての演算を行っている。１２はＲＯＭであり、電源投入時の初期化プログラムが格納されている。１３はＲＡＭであり、この装置１で実行するプログラムと演算の途中結果、カメラから取り込んだ画像データ等が格納されている。

１４はパラレルＩ／Ｏであり、ＣＰＵ１１はここを介してピッチングマシン３からのピッチング中信号を受け取る。１５はソリッドステートドライブであり、この装置で実行するプログラムと、各種設定条件等が格納されている。この装置は、半屋外に設置されることが多いので、半導体素子メモリを用いた補助記憶装置を使用している。この装置で実行するプログラムは電源投入時にＲＯＭ１２に格納されているプログラムによってＲＡＭ１３に転送され、ＣＰＵ１１によって実行される。

１６はシリアルＩ／Ｏであり、ＣＰＵ１１はここを介してタッチパネル付き液晶表示器４のタッチパネルからのタッチ位置情報を受け取る。１７はビデオインターフェイスであり、ＣＰＵ１１はここを介して液晶表示器４に各種選択メニュー、打球判定結果、または打球判定履歴を表示する。１８はオーディオインターフェイスであり、ＣＰＵ１１はここを介してスピーカー５で状況に応じた音を出す。特にホームランと判定したときには、打者が喜ぶような効果音とホームランのアナウンスを流す。

１９はカメラインターフェイスであり、２台のカメラ２Ｌ，２Ｒからの画像情報をＲＡＭ１３に取り込む。２０は同期信号発生器であり、２台のカメラ２Ｌ，２Ｒが同一タイミングで撮像できるように、カメラの撮像露光開始信号を生成する。本実施例では、１０ｍｓｅｃ間隔のパルス信号を生成する。従って本実施例ではΔＴｄ＝１０ｍｓｅｃとなっている。

Ａ−３．処理フロー
図１２はＣＰＵ１１で実行されるプログラムの全体処理フローである。図１２に示すように、電源が投入されると、１０１で初期化が行われる。初期化ではソリッドステートドライブ１５に格納されているプログラムと条件設定データ等をＲＡＭ１３に転送する。また、各Ｉ／Ｏとインターフェイスの初期化も行い、完了するとタッチパネル付き液晶表示器４にメニューを表示する。

次に１０２で左右のカメラ２Ｌ，２Ｒで撮像し、それぞれＰ_BL（ｉ，ｊ），Ｐ_BR（ｉ，ｊ）に初期状態の画像を格納する。

１０３では自己診断を行う。ここでは主に、あらかじめ設置時に撮像した画像と、１０２で撮像した画像を比較し、カメラ２Ｌ，２Ｒのずれがないかを診断する。

１０４で診断結果を判定し、異常であれば、すなわちカメラがずれていれば、１０５で異常内容を表示し、終了する。正常であれば１０６でメニューを選択する。

１０７で選択内容を判断し、終了であれば電源をＯＦＦする。ゲーム開始であれば１０８でゲーム開始処理を行う。ゲーム開始処理の詳細については図１３で説明する。

図１３はゲーム開始処理のフローチャートである。ゲーム開始が選択されると２０１で左右カメラの撮像を行う。

２０２で撮像した画像を時刻ｔ＝０の初期前回画像、Ｐ_1L（ｉ，ｊ）、Ｐ_1R（ｉ，ｊ）としてＲＡＭ上に設定する。

次に２０３でピッチングマシン３の状態をＩ／Ｏ入力により判定する。ピッチング中でなければ、２１３で１ゲームの判定履歴を液晶表示器４に表示して１ゲームを終了する。ピッチング中であれば２０４以降の処理を行う。

この例では、ピッチングマシン３は１ゲームあたり１５球投球を行うように設定されており、１５球の投球中はＩ／Ｏ信号がＯＮになるようになっている。

２０４では時間がΔＴｄ秒経過するのを待つ。

次に２０５で左右のカメラ２Ｌ，２Ｒで同時に撮像し、現在画像Ｐ_2L（ｉ，ｊ）、Ｐ_2R（ｉ，ｊ）とする。

２０６では数１と数２を用いて差画像を算出する。ここに、この演算はすべてのｉ，ｊについて行う。

次に２０７で差が有るか否かの判定を行う。判断は次の条件に従う。
（Ａ）左カメラの差画像が図９の状態になっている。
（１）｜Ｄ_L（ｉ，ｊ）｜≧Ｔｈである画素数がＴｈｐ以上。
（２）Ｄ_L（ｉ，ｊ）≧Ｔｈである円形セグメントが１つ。
（３）Ｄ_L（ｉ，ｊ）≦Ｔｈである円形セグメントが１つ。
（Ｂ）右カメラの差画像が図１０の状態になっている。
（４）｜Ｄ_R（ｉ，ｊ）｜≧Ｔｈである画素数がＴｈｐ以上。
（５）Ｄ_R（ｉ，ｊ）≧Ｔｈである円形セグメントが１つ。
（６）Ｄ_R（ｉ，ｊ）≦Ｔｈである円形セグメントが１つ。

ここに、Ｔｈは明るさに対する閾値である。前回との差画像で変化のない部分を判定できる値にしている。Ｔｈｐは画素数（面積）に対応しており、小さめに撮像された野球ボール２個分の値から測定誤差許容値を減じたものである。

これらを満足する場合、打球または投球を検出した状態である。ただし、隣の打席からの打球もここでは検出される。上記の条件を満たしている場合、２０８に進む。それ以外であれば２１２に進む。

次に２０８でＤ_L（ｉ，ｊ）とＤ_R（ｉ，ｊ）を用いて打球判断を行う。詳細については、図１４で説明する。

２０９では、打球判断の結果を元に正常な打球であったかどうかを判断する。正常な打球の場合、２１０に進む。それ以外であれば２１２に進む。

２１０では、打球判断で算出したＰ１の三次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とＰ２の三次元座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を用いて飛距離計算とホームラン判定を行う。詳細については、図１５で説明する。

２１１では、打球計算結果を液晶表示器４に出力する。ホームランと判定された場合は、音声でも出力する。

以上の処理が終了したら、２１２で現在画像Ｐ_2L（ｉ，ｊ）、Ｐ_2R（ｉ，ｊ）を前回画像Ｐ_1L（ｉ，ｊ）、Ｐ_1R（ｉ，ｊ）にそれぞれコピーする。その後、２０３の処理から繰り返す。

Ａ−４．打球判定フロー
次に図１４を用いて打球判定方法を説明する。
先ず、３０１で左差画像Ｄ_L（ｉ，ｊ）の明度が負の部分の中心を求め、前の位置に対応する画素座標（ｉ_L1，ｊ_L1）を算出する。

３０２で同様に右差画像Ｄ_R（ｉ，ｊ）の明度が負の部分の中心を求め、前の位置に対
応する画素座標（ｉ_R1，ｊ_R1）を算出する。

次に３０３で数４を用いて、Ｐ１に対応する前の三次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を求める。

３０４では左差画像Ｄ_L（ｉ，ｊ）の明度が正の部分の中心を求め、後の位置に対応する画素座標（ｉ_L2，ｊ_L2）を算出する。

３０５で同様に右差画像Ｄ_R（ｉ，ｊ）の明度が正の部分の中心を求め、後の位置に対応する画素座標（ｉ_R2，ｊ_R2）を算出する。

次に３０６で数５を用いて、Ｐ２に対応する後の三次元座標（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求める。

３０７で、数６から８を用い、速度Ｖo，仰角θａ，方向角θｂを求める。

３０８では、打球と判断できるかどうかを判定する。条件は、方向角θｂが−４５°〜４５°の範囲（設定範囲）内にあり、打球（野球ボール）の速度Ｖoが４０ｋｍ／ｈ（設定速度）以上としている。例えば、投球の場合、方向角θｂは−１８０°程度で（ｙ２−ｙ１）が負あり、隣の打席からの打球は、９０°や−９０°付近になる。また、速度Ｖoが遅い場合、ホームランやヒットになることはないので、この実施例では速度Ｖoを４０ｋｍ／ｈ以上としている。さらにこの条件を付加しておくことで、前回の打球が跳ね返ってゆっくり転がっている場合等を排除できる。

正常な打球の場合、３０９で正常という結果を設定し、そうでない場合は、３１０で正常以外という結果を設定してこの処理を終了する。

図１５は飛距離計算処理を説明したフローチャートである。ここでは差分運動方程式を用いて飛距離を近似的に計算している。

まず、４０１で変数の初期化を行う。
Ｐ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（ｘ１，ｙ１，ｚ１）
ｔ＝０
Ｖ＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）＝（（ｘ２−ｘ１），（ｙ２−ｙ１），（ｚ２−ｚ１））／ΔＴｄ

４０２ではＺが正であるかどうかを判断する。Ｚは野球ボールの高さを表しているので、Ｚが０になると野球ボールが着地したことになる。Ｚが０以下になったときの位置を求めることによって、飛距離を計算する。

４０３ではΔｔ後の速度Ｖｎを次の式により計算する。

ここに、Ｆは打球に加わる力、ｄは空気抵抗係数、ｍは野球ボールの質量、ｇは重力加速度である。

４０４で次の打球位置Ｐｎを次の式より計算する。
Ｐｎ＝Ｐ＋Ｖｎ・Δｔ

４０５で次のように各変数を更新する。
ｔ＝ｔ＋Δｔ
Ｐ＝Ｐｎ すなわち（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝Ｐｎ
Ｖ＝Ｖｎ

この計算でＺが０以下になると、野球ボールが着地したと判断し、４０６で飛距離Ｌ、滞空時間Ｔ、到達位置Ｐ３を計算して上位処理に返す。

４０７では、ホームランか否かの判定を行う。この例では、Ｌが８０ｍ（第１設定距離）以上でホームランとしている。また、飛距離Ｌが第１設定距離よりも小さい第２の設定距離以上で、速度Ｖoが４０ｋｍ／ｈ（設定速度）以上で仰角θａが正であったものは、ヒットと判断している。

このようにして、飛距離Ｌ、速度Ｖo、仰角θａを用いて、打者が打ち返した打球がヒットやホームランであるかどうかを判定でき、しかも打球を邪魔することがない。

この実施例では、野球ボールの飛距離をシミュレートして判断しているが、速度Ｖo、仰角θａをパラメータとして速度Ｖo、仰角θａに応じてヒットやホームランを判断する判断基準テーブルをあらかじめ作成して、速度Ｖo、仰角θａに基づきヒットやホームランと判断することも可能である。

また、野球ボールの着地位置を求めているので、守備位置との関係をもとにヒットかアウト、２塁打、３塁打等の詳細な判定を加えることも可能である。

この実施例１によれば、次のような効果がある。音声でホームランを伝えるので、打者が液晶表示器４を見る必要がなく、バッティングに集中できる。また、１ゲームの履歴が表示されるので、打球内容を自己分析でき、バッティング技術の向上に役立つし、娯楽として楽しめる。また、打球を打者の近くで判定するため、狭い場所でもバッティング練習場が実現できる。また、打球方向を判定しているので、隣の打席の打球を誤って判断することがない。

実施例２（投球判定システムとして用いる場合）
Ｂ−１．全体構成
図１６は本発明に係る野球用判定システムを投球判定システムとして用いる場合の一例を示す全体構成図であり、図１７はそのシステムの側面図であり、図１８は同上面図である。この実施例２は、実施例１と基本的構成部分が共通しているので、共通する要素については同一の番号を付与している。

野球用判定システムの判定装置１は、野球用判定システムを投球判定システムとして用いる場合には、投球判定に関する処理を行うことになる。左右カメラ２Ｌ，２Ｒは、投球（野球ボール）の位置測定のために、投手１０の前端付近で上方約３ｍに、異なる位置に並んで設置されている。カメラ２Ｌ，２Ｒは光軸が平行に設置されているので、図１７では重なって見え、２と表記している。一点鎖線で囲まれた部分がカメラ２Ｌ，２Ｒの視野である。２台のカメラ２Ｌ，２Ｒで撮像して、投球（野球ボール）の位置を検出することにより、三次元座標を演算できる。２台のカメラ２Ｌ，２Ｒは光軸が平行で、画素の横軸方向が一致するように設置している。

４はモニタとしてのタッチパネル付き液晶表示器（表示手段）で、タッチパネルで各種設定を行うとともに、投球判定結果と投球軌跡を三次元的に表示する。５はスピーカーであり、球種判定結果のアナウンスを行う。

８はホームベース、９はバッターボックス、１０は施設利用者、すなわち投手である。施設利用者１０は、打者を想定して投球を行う。Ｑ１〜Ｑ６およびＱ３’〜Ｑ６’は投球を撮像した位置の例を示している。

図中のｘ，ｙ，ｚは計算のための座標系の各軸方向を示している。ただし、座標原点はピッチングマウンドの中心とし、投手１０からホームベース８に向かってｙ軸が延びている。

投球は、Ｐ１にＱ_k、Ｐ２にＱ_k+1（この例では、ｋは１〜５）を代入して、実施例１の数１〜数８を適用し、位置Ｑ_k ＝（ｘ_k ，ｙ_k，ｚ_k）、速度Ｖo_k、仰角θａ_k、方向角θｂ_kをそれぞれ計算することができる。より細かい投球軌跡を求めたい場合は、カメラの撮像頻度を上げて、ΔＴｄを短くすればよい。

図１９および図２０はそれぞれ液晶表示器４に表示された投球結果の表示画面の一例である。表示３０はゲーム開始からの投球回数を示しており、図１９は８球目、図２０は９球目となっている。

３１は投球軌跡の上面図であり、丸はＱk ＝（ｘk ，ｙk，ｚk）のうち（ｘk ，ｙk）を描いたものである。図１９ではＱ1〜Ｑ6、図２０ではＱ1〜Ｑ2およびＱ3'〜Ｑ6'をプロットしている。図中のホームベース８が、ストライク判定の基準となる。

３２は投球軌跡の側面図であり、丸はＱk ＝（ｘk ，ｙk，ｚk）のうち（ｙk，ｚk）を描いたものである。図１９ではＱ1〜Ｑ6、図２０ではＱ1〜Ｑ2およびＱ3'〜Ｑ6'をプロットしている。図中の３３は標準的な打者のストライクゾーンであり、ストライク判定の基準となる。また、図中の速度は各瞬間の速度Ｖo1〜Ｖo5を表示している。

３４は投球の結果一覧を表示している。初速はＶo1、終速はＶo5、角度の左右はθｂ5、角度の上下はθａ5をそれぞれ表示している。判定は投球の軌跡がストライクゾーンを通ったかどうかで判定しており、図１９ではストライクと判定され、図２０ではボールと判定されている。球種はあらかじめ作成したテーブルにより判定しており、図１９ではスライダーと判定され、図２０ではシュートと判定されている。この判定結果はスピーカー５でアナウンスされる。

この表示により、投手としての施設利用者１０は自分の投球がどのようなものであったかを詳細に把握することができる。

３６はメニューボタンであり、ここをタッチすると投球を終了し、メニューに戻る。

Ｂ−２．判定装置１の構成
次に野球用判定システムを投球判定システムとして用いる場合の判定装置１の内部を中心に説明する。図１１に示す判定装置１は、ピッチングマシン３と、１４のパラレルＩ／Ｏとを使用しないことを除き、野球用判定システムを打球判定システムとして用いる場合（実施例１）と全く同一である。

Ｂ−３．処理フロー
ＣＰＵ１１（判定処理手段）で実行されるプログラムの全体処理フローは、実施例１の場合と同様に、図１２に示すようになる。１０８のゲーム開始処理の内容は実施例１の場合とは異なる。

図２１は実施例２のゲーム開始処理のフローチャートである。ゲーム開始が選択されると、５０１で投球履歴をすべて消去する。

５０２で投手が右投げか左投げかを、液晶表示器４のタッチパネルから入力する。この情報は、最終的に球種の判定時に使用する。

５０３でメニューを画面に表示する。メニューは、「終了」「投球開始」「履歴表示」であり、いずれかを選択して画面入力できる。

５０４で入力内容（メニュー選択内容）に応じで、処理内容が分かれる。メニューのうち「終了」が選択されると、この処理から抜けて、図１２のフローチャートに戻る。

メニューのうち「投球開始」が選択されると、５０５で投球処理を行う。詳細については図２２で説明する。

メニューのうち「履歴表示」が選択されると、５０６でゲーム開始以降の投球履歴の一覧を表示する。この表示内容は、図１９や図２０の表示内容を要約したもので、一覧表として、投球回数ごとに、初速、終速、角度、判定、球種を表示したものである。５０５および５０６の処理が終了すると、５０３のメニュー表示に戻る。

次に、図２２で５０５の処理内容について説明する。まず、６０１で投球数と投球位置の初期化を行う。具体的には、投球数ｎを０とし、投球位置のインデックスｋも０とする。

６０２で左右カメラ２Ｌ，２Ｒの撮像を行い、撮像した画像を時刻ｔ＝０の初期前回画像、Ｐ１L（ｉ，ｊ）、Ｐ１R（ｉ，ｊ）としてＲＡＭ１３上に設定する。

６０３で図１９および図２０のメニューボタン３５が押されていたか、タッチパネルの入力を確認し、押されていた場合はこの処理を終了する。押されていなかった場合は、６０４以降の処理を行う。

６０４では時間がΔＴｄ秒経過するのを待つ。

次に、６０５で左右のカメラ２Ｌ，２Ｒで同時に撮像し、現在画像Ｐ2L（ｉ，ｊ）、Ｐ2R（ｉ，ｊ）とする。

６０６では数１と数２を用いて差画像を算出する。ここに、この演算はすべてのｉ，ｊについて行う。

次に６０７で差があるか否かの判定を行う。判断は実施例１の条件（Ａ）に従う。この条件を満たした場合は、投球を検出した状態である。条件（Ａ）を満たしていた場合、６０８に進む。それ以外であれば、６１４で現在画像Ｐ2L（ｉ，ｊ）、Ｐ2R（ｉ，ｊ）を前回画像Ｐ１L（ｉ，ｊ）、Ｐ１R（ｉ，ｊ）にそれぞれコピーし、６０３に戻る。

次に６０８でＤL（ｉ，ｊ）とＤＲ（ｉ，ｊ）を用いて投球検出を行う。詳細については、図２３で説明する。

６０９では投球がホームベース８に到達したか否かを判断する。この判断には、６０８の処理で計算されたｙ座標値を用いる。この実施例２ではｙ座標値が１８．４４（ｍ）を超えたらホームベースに到達したと判断している。ホームベース８に投球が到達したら、投球が１回終了したと判断し、６１０に進む。それ以外であれば、６１４に進む。

６１０では球種とストライクの判定を行う。球種の判定は、左右の角度θｂ1（初期）、θｂk（最終）と、上下の角度θａ1（初期）、θａk（最終）の各値を記載した一覧表（判断基準テーブル）を用いて該当する球種を判断する。この一覧表は右投手（右投げ）用に作成しており、左投手の場合は、θｂ1とθｂkの符号を反転させて一覧表を適用する。例えば、図１９の場合、右投手でθａ1とθｂ1はほぼ０で、θａkは−１８°、θｂkが−２３°となっているので、スライダーと判定している。一方、図２０の場合は、θｂkが１０°なので、図１９とは反対方向に変化しているので、シュートと判定している。

ストライクの判定にはＱk ＝（ｘk ，ｙk，ｚk）を用いる。Ｑk-1 とＱk を結ぶ直線が、３３で示したストライクゾーンを通過したか否かで判断する。ストライクゾーンはｘmin〜ｘmax，ｙmin〜ｙmax，ｚmin〜ｚmaxとして、標準的な打者を想定してあらかじめ設定している。Ｑk-1 とＱk を結ぶ直線のいずれかがこの範囲に入っていればストライク、そうでなければボールと判定する。

次に６１１で図１９と図２０に例示した内容を表示する。同時に投球履歴のｎ行目に投球結果を記録する。

６１２で投球数ｎをインクリメントし、６１３で位置のインデックスｋをクリアし、０とする。その後６１４に進む。

以上の処理により、次の投球を行うまでは、今投げた投球結果が表示されることになる。

Ｂ−４．投球検出フロー
次に図２３を用いて投球検出方法を説明する。

図２３の７０１〜７０７の処理内容は、それぞれ図１４の３０１〜３０７と全く同一である。７０１〜７０７の処理で、位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、速度Ｖo、仰角θａ、方向角θｂが算出される。

７０８で位置のインデックスkをインクリメントする。

７０９で位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、速度Ｖo、仰角θａ、方向角θｂをそれぞれ位置（ｘk，ｙk，ｚk）、速度Ｖok、仰角θａk、方向角θｂkとして記録する。

７１０でｙkをボールの到達位置ｙとして上位処理に返す。

以上の処理により図１９、図２０に例示した投球結果が表示できる。

この実施例２によれば、次のような効果がある。投球の詳細な軌跡と速度、および１ゲームの履歴が表示できるので、投球内容を自己分析でき、投球技術の向上に役立つし、娯楽としても楽しめる。また、音声で球種を伝えるので、投手が液晶表示器４を見る必要がなく、投球に集中できる。さらに、右投手と左投手を同一の判断テーブルで球種判定できる。

Ｃ．その他の実施形態
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、実施例１では、投球手段としてピッチングマシンを用いているが、これにかえて、人間が投球するようにしてもよい。また、実施例１，２をそれぞれ単独で実施するほか、それらを併用して同時に実施することも可能である。したがって、これらのものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 判定装置
２Ｌ 左カメラ
２Ｒ 右カメラ
３ ピッチングマシン
４ タッチパネル付き液晶表示器
５ スピーカー
６ カメラ保護カバー
７ 打者
８ ホームベース
９ バッターボックス
１０ バス
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ パラレルＩ／Ｏ
１５ ソリッドステートドライブ
１６ シリアルＩ／Ｏ
１７ ビデオインターフェイス
１８ オーディオインターフェイス
１９ カメラインターフェイス
２０ 同期信号発生器

Claims (7)

1. 異なる位置に設置され、打者に打たれた野球ボールを同一タイミングで撮像する複数の撮像手段と、
   前記複数の撮像手段が時間をずらせて複数回撮像し、それぞれの撮像手段ごとに、時間的に隣り合う２つの画像データから明度差を求める明度差計算手段と、
   前記撮像手段ごとに前記明度差のある領域を抽出し、その領域が前記野球ボールの特徴を満たしている場合に、通過している前記野球ボールであると判断する野球ボール判断手段と、
   前記野球ボール判断手段が前記野球ボールであると判断した前記明度差のある領域から、時間ごとの前記野球ボールの三次元座標を算出し、前記三次元座標に基づいて前記野球ボールの仰角、方向角、速度を算出し、その算出結果に基づき前記野球ボールによる打球内容を判定する判定処理手段とを備え、
   さらに、打者に対して投球を行う投球手段と、前記野球ボールを、算出した野球ボールの仰角、方向角、速度から、隣の打席の打者による打球ではなく、対象とする打者によって打ち返された打球であると判断する打席判断手段とを備える、
   ことを特徴とする野球用判定システム。
2. 前記複数の撮像手段は、
   前記打者の上方に設置されている、
   請求項１記載の野球用判定システム。
3. 前記判定処理手段は、
   前記方向角が設定範囲内であり、前記速度が第１設定速度以上で、前記野球ボールが前記打者から離れていく場合に、打球内容の判定が必要であると判定する、
   請求項２記載の野球用判定システム。
4. 前記判定処理手段は、
   前記打球内容の判定が必要である場合に、前記打球の飛距離を算出し、ホームランであるか否かを判定する、
   請求項３記載の野球用判定システム。
5. 前記判定処理手段は、
   前記飛距離が、第１設定距離を超える場合にはホームランであると判定し、
   前記飛距離が、前記第１設定距離より小さい第２設定距離以上で、前記速度が設定速度以上で、前記仰角が所定の範囲内である場合にヒットであると判定する、
   請求項４記載の野球用判定システム。
6. 前記判定処理手段は、
   予め作成された前記速度および前記仰角に応じてヒットやホームランを判断する判断基準テーブルに基づき、ヒットあるいはホームランを判定する、
   請求項１又は２記載の野球用判定システム。
7. 前記判定処理手段によって判断した打球内容を音声で利用者に通知する、 請求項１記載の野球判定システム。