JPH0769332B2 - 走者のピッチの計測方式 - Google Patents

走者のピッチの計測方式

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JPH0769332B2
JPH0769332B2 JP10087189A JP10087189A JPH0769332B2 JP H0769332 B2 JPH0769332 B2 JP H0769332B2 JP 10087189 A JP10087189 A JP 10087189A JP 10087189 A JP10087189 A JP 10087189A JP H0769332 B2 JPH0769332 B2 JP H0769332B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 マラソン等において、走者のピッチをテレビカメラ等が
ら入力される画像を用いて計測する方式に関し、 人手を介することなく、実時間に近い処理速度で走者の
ピッチを計測することを目的とし、 画像入力部と、入力画像から特定の色の領域を抽出する
手段と,該抽出された画像の、ある特定の領域のみを処
理対象とするマスク手段と,該マスクされた画像中の特
定の濃度値の画素の数を計測する手段とからなる画像処
理部と、周波数解析部とでピッチ計測システムを構成
し、該ピッチ計測システムを用いて、画像入力部から出
力される走者の脚部の写っている入力画像からの画像デ
ータに基づいて、上記画像処理部で、該走者の脚部のみ
をマスクして抽出して、該走者の足の動きを該足の面積
変化で捕捉し、その面積の時間変化を、周波数解析部で
解析して該走者のピッチを求めるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、マラソン等において、走者のピッチをテレビ
カメラ等から入力される画像を用いて計測する方式に関
する。
マラソンを始めとする陸上競技において、走者のピッチ
は運動生理学上はもとより、ゴール予想タイムの推定の
為にも有益なデータを提供する。
特に、マラソンの生中継放送においては、実時間性が要
求される為、高速なピッチ計測システムが必要とされ
る。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕
第3図は従来の走者のピッチ計測方式を説明する図であ
る。
従来、マラソン等において、走者のピッチを自動的に計
測することは不可能であった為、本図に示すように、テ
レビカメラ1aで撮像した映像を、一旦ビデオテープ記録
装置(VTR)1bに収録した後、例えば、計測室等に運
び、ここで、ディスプレイ4にスローモーションで再生
し、それを人が目で見て計測を行っていた。
その為、該ビデオテープ記録装置(VTR)1bへの録画,
巻戻し,スローモーションでの再生、及び、計測,該計
測結果からのピッチの算出といった工程を、全て、人手
で行わなければならず、例えば、10秒間の映像からピッ
チを求めるようとするだけでも、1分間以上の時間が必
要となってしまうという問題があった。
このように、従来のピッチ計測方式では、時間がかか
り、生放送のように実時間性の要求される分野で、十分
な早さで、走者のピッチを計測することは、事実上、不
可能であった。
本発明は上記従来の欠点に鑑み、走者のピッチを計測す
るのに、人手を介することなく、実時間に近い処理速度
で該走者のピッチを計測するピッチ計測方式を提供する
ことを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理説明図であり、(a)は構成例を
示し、(b)は画像処理部での処理フローを示し、(c
1),(c3)は足の面積の時間変化の例を示し、(c
2),(c4)は周波数解析結果のパワースペクトルの例
を示している。
上記の問題点は下記の如くに構成された走者のピッチの
計測方式によって解決される。
入力画像から特定の色の領域を抽出する手段21と,該抽
出された画像の、ある特定の領域のみを処理対象とする
マスク手段22と,該マスクされた画像中の特定の濃度値
の画素の数を計測する手段23とからなる画像処理部2
と、 周波数解析部3とでピッチ計測システムを構成し、 該ピッチ計測システムを用いて、画像入力部1から出力
される走者の脚部の写っている入力画像からの画像デー
タに基づいて、上記画像処理部2で、該走者の脚部のみ
をマスクして抽出して、該走者の足の動きを該足の面積
変化で捕捉し、その面積の時間変化を、周波数解析部3
で解析して該走者のピッチを求めるように構成する。
〔作用〕
即ち、本発明によれば、テレビカメラで撮像した入力画
像を、画像処理部でテレビ画像と同じ速度(1秒間に、
30フレーム)で、以下の画像処理を行う。
先ず、入力されたカラー画像から、例えば、本願出願人
が先願している特願昭62-165792号に開示されている、
「色抽出方式」を用いて、走者の肌色部分の抽出を行
う。
この色抽出方式では、例えば、16ビットのアドレスのモ
メリ空間に、例えば、色相1ビット,彩度2ビット,明
度5ビットを出力するルックアップテーブル(LUT)A
を構成し、カラー3原色の各データの上位数ビットから
の、合計、16ビットを選択したものをアドレスとして、
該ルックアップテーブル(LUT)Aをアクセスし、該走
者の肌の色相,彩度,明度を1語データとして抽出す
る。
次に、該8ビット(1バイト)から構成される色相,彩
度,明度情報をアドレスとして、特定の肌色(白人,黄
色人,黒人等)の領域を抽出する為のルックアップテー
ブル(LUT)Bをアクセスすることで、特定の画素値を
持つ領域を、例えば、画素値‘FF'として画素単位に抽
出するものである。
この技術を用いて、該入力されたカラー画像から、背景
の画像と人間の部分を分離する。
その後、画面下部、即ち、該人間の脚部にマスクをか
け、該走者の足の部分のみを抽出する。
該マスクをかけた部分において、画素値が上記‘FF'と
なっている部分の面積の測定をヒストグラム演算で行
い、その足の面積の時間的な変化を捉える。
第1図(c1)は、入力画像の背景と走者の足の部分が完
全に分離できた場合の、見掛け上の片足の面積時間変化
を示している。
走者の足の上下に伴い、このように、該足の部分の面積
は周期的に変化する。
そこで、周波数解析部では、該画像処理部で得られた、
走者の足の面積変化「x(t)」を、高速フーリエ変換
(FFT)し、周波数成分X(f)を求める。上記x
(t)とX(f)との間の関係は、 X(f)=x(t)e-iftdt で与えられる。
該求めたX(f)には、実数部と虚数部が存在するの
で、パワースペクトル|X(f)|2は、 |X(f)|2=(実数部)2+(虚数部)2 で求めることができる。
第1図(c1)のように、例えば、3周期で1秒かかって
いる場合、該パワースペクトル|X(f)|2は、(c2)
図に示したように、3Hzにピークを持つものとなる。
これは、該走者の足の上下の周期が1秒間に3回あった
ことを意味するので、この場合、該走者のピッチは3歩
/秒であると判定できる。
然し、入力画像には、普通両足が撮像されているので、
片足のみを捉えることは困難である。
その為、実際には、両足の面積の和の時間変換を捉える
ことになる。この際、右足と左足の面積の時間変化は丁
度、位相が半分ずれている為、これらの和の時間変化の
波形は、上記片足の時と比べ、平坦なものとなってしま
う。{第1図(c3)参照} 又、入力画像の背景と,足の部分の分離が不完全な場合
には、その部分の面積が雑音となってしまう。
然しながら、雑音成分をフーリエ変換したものは、一様
な分布をする為(即ち、ホワイトノイズである)、該フ
ーリエ変換を用いれば、そのピークの周波数を求めるこ
とか可能であり、走者のピッチを求めることができる。
{第1図(c4)参照} そして、画像処理は実時間処理で事足り、該周波数解析
に要する時間は十分短い。
従って、本発明のピッチ計測システムを用いることによ
り、人手を介することなく、高速に走者のピッチを求め
ることができる効果がある。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面によって詳述する。
前述の第1図が本発明の原理を説明する図であり、第2
図は本発明の一実施例を示した図であって、(a)はシ
ステムの構成例を示し、(b)はピッチ計測処理の経過
を模式的に示しており、テレビカメラ1aからの入力画像
から、特定の色の領域を抽出し、該抽出された領域か
ら、人間の足の部分をマスクして、該マスクした領域か
ら、上記特定の色の部分(即ち、足)の面積の時間変化
を求め、該求めた面積の時間変化から周波数解析を行っ
て、そのパワースペクトルを求める手段が本発明を実施
するのに必要な手段である。尚、全図を通して同じ符号
は同じ対象物を示している。
以下、第1図を参照しながら、第2図によって、本発明
の走者のピッチの計測方式を説明する。
先ず、本発明のピッチ計測システムは、第2図(a)に
示した如く、テレビカメラ1a,画像処理装置2,周波数解
析を行う計算機3から構成されている。
テレビカメラ1aから走者を撮影する際には、 (1)撮影条件が時間的に著しく変化しないこと。
(2)ある領域(足)の面積が十分な精度で測定できる
近影であること。
(3)測定領域内に、複数の走者が写っていないこと。
等の条件が満たしていることが望ましい。
本発明の画像処理装置2では、以下の処理を行う。
カラー処理 前述の特願昭62-165792号「ビデオレート色抽出装置」
で開示されている「色抽出方式」を用いて、入力画像の
各画素毎に、該画素の三原色の赤(R),緑(G),青
(B)の8ビットの内の、例えば、上位、数ビットを用
いて、各画素の色相,彩度,明度を算出する為のルック
アップテーブルAをアクセスして、各画素の色相,彩
度,明度を、例えば、1バイトデータとして算出し、そ
の値を元に、各画素の色を判定する為のルックアップテ
ーブルBをアクセスして、特定の肌色の部分の抽出を行
い、入力画像の背景と人間とを分離する。
このとき、該抽出部分の画素値を、例えば、‘FF'とし
て出力する。
雑音処理 上記の色による識別処理が不完全な為に生じるゴマ塩
状のノイズを、例えば、メディアンフィルタ(例えば、
3×3のウインドウで画像を走査し、画素値の昇順にソ
ーティングし、その中央値を、該ウインドウの中心の画
素値とするフィルタ)や、空間フィルタ(例えば、3×
3のウインドウで画像を走査し、全画素の平均値の該ウ
インドウの中心の画素値とするフィルタ)を用いた平滑
化で、該ノイズ(通常、該ノイズは先鋭的な画素値を持
ち、人間の画像は面状であることを利用)を除去するこ
とができる。
マスク処理 人の体の内、特に、足の部分のみに着目して面積測定を
行う為、画面の下部のみが、以後の処理対象領域となる
ように、マスクを設定する。
面積算出 上記〜の処理を行って得られた画像に対して、特定
の画像値(上記‘FF'の部分)の個数をヒストグラム演
算によって算出する。
具体的には、該ヒストグラム演算によって、対象領域の
各画素値毎の個数を求め、画素値が‘FF'の個数のみを
取り出すようにする。
上記〜の処理をビデオ速度で行い、該足の部分の面
積の時間変化を求める。{第1図(c1),(c3)参照} 周波数解析を行う計算機(周波数解析部)3では、上記
画像処理装置2が算出した走者の足の部分の時間変化デ
ータを基に、その高速フーリエ変換(FFT)結果から、
前述のパワースペクトルを算出する。{第1図(c2),
(c4)参照} 該算出されたパワースペクトルから、該走者のピッチを
読み取る。
上記本発明による走者のピッチ計測方式では、面積の測
定を1秒間に、例えば、30回行う(即ち、30Hzでサンプ
リング)計測をN回繰り返したとした場合、離散的な計
測である為、計測誤差が生じるが、この場合のピッチの
算出誤差は、以下の式に従う。即ち、 高速フーリエ変換(FFT)で周波数解析した場合、第i
番目のデータの周波数fは、サンプリング周波数をFと
したとき、 f=(i/N)F 従って、ピッチの算出誤差Δは、 Δ={(i+1)/N}F-(i/N)F =F/N 即ち、上記1秒間に30回の面積測定では、上記誤差Δ
は、30/Nとなる。
又、測定時間Tは、 T=N/30 てあるので、上記誤差Δは、 Δ=1/T 従って、測定誤差Δは以下の表のようになり、測定時間
を、適当に大きくすることにより無視できるようになる
ことが判る。
このように、本発明は、テレビカメラからの入力画像か
ら、特定の色の領域を抽出し、該抽出された領域から、
人間の足の部分をマスクして、該マスクした領域から、
上記特定の色の部分(即ち、足)の面積の時間変化を求
め、該求めた面積の時間変化から周波数解析を行って、
そのパワースペクトルを求めて、該走者のピッチを求め
るようにした所に特徴がある。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明したように、本発明の走者のピッチの
計測方式は、マラソン等において、走者のピッチをテレ
ビカメラ等がら入力される画像を用いて計測する際に、
画像入力部と、入力画像から特定の色の領域を抽出する
手段と,該抽出された画像の、ある特定の領域のみを処
理対象とするマスク手段と,該マスクされた画像中の特
定の濃度値の画素の数を計測する手段とからなる画像処
理部と、周波数解析部とでピッチ計測システムを構成
し、該ピッチ計測システムを用いて、画像入力部から出
力される走者の脚部の写っている入力画像からの画像デ
ータに基づいて、上記画像処理部で、該走者の脚部のみ
をマスクして抽出して、該走者の足の動きを該足の面積
変化で捕捉し、その面積の時間変化を、周波数解析部で
解析して該走者のピッチを求めるようにしたものである
ので、画像処理は実時間で処理でき、周波数解析は、例
えば、パソコン,ワークステーション等を用いた場合、
数秒で処理できるので、走者のピッチを人手を介するこ
となく、高速に求めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理説明図, 第2図は本発明の一実施例を示した図, 第3図は従来の走者のピッチ計測方式を説明する図, である。 図面において、 1は画像入力部,1aはテレビカメラ, 1bはビデオテープ記録装置(VTR), 2は画像処理部,又は、画像処理装置, 21はカラー処理を用いた肌色領域の抽出手段, 22はマスク処理による足の部分の抽出手段, 23は足の面積の計測手段, 3は周波数解析部,又は、計算機, 4はディスプレイ, はカラー処理,は雑音除去, はマスク処理,は面積算出, をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像入力部(1)と、 入力画像から特定の色の領域を抽出する手段(21)と,
    該抽出された画像の、ある特定の領域のみを処理対象と
    するマスク手段(22)と,該マスクされた画像中の特定
    の濃度値の画素の数を計測する手段(23)とからなる画
    像処理部(2)と、 周波数解析部(3)とでピッチ計測システムを構成し、 該ピッチ計測システムを用いて、画像入力部(1)から
    出力される走者の脚部の写っている入力画像からの画像
    データに基づいて、上記画像処理部(2)で、該走者の
    脚部のみをマスクして抽出して、該走者の足の動きを該
    足の面積変化で捕捉し、その面積の時間変化を、周波数
    解析部(3)で解析して該走者のピッチを求めることを
    特徴とする走者のピッチの計測方式。
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