特許 6193549 マーカーが固着された移動体及び移動体にマーカーを固着する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6193549

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】マーカーが固着された移動体及び移動体にマーカーを固着する方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/26 20060101AFI20170828BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/26 H

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-203243(P2012-203243)

(22)【出願日】2012年9月14日

(65)【公開番号】特開2014-59175(P2014-59175A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年6月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】504017809

【氏名又は名称】ダンロップスポーツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104134

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】君塚 渉

(72)【発明者】

【氏名】大貫 正秀

【審査官】 神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１７０５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３０６６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９０７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２２７４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７０４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０４７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５２２８６９５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 FARIAS, Marcus Aurelius C. et al.，一人称シューティングゲーム用の足ナビゲーションテクニック，Game Programming Gems 7 日本語版，株式会社ボーンデジタル 石橋 俊雄，２００８年１２月２５日，初版，pp. 67-76，ISBN 978-4-86246-076-9

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６３Ｂ ６９／００−６９／４０

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０６Ｔ １／００− １／４０

Ｇ０６Ｔ ３／００− ９／４０

Ｇ０６Ｔ １１／６０−１３／８０

Ｇ０６Ｔ １７／０５

Ｇ０６Ｔ １９／００−１９／２０

Ｇ０６Ｆ ３／０３４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる移動体であって、
前記マーカーは、前記反射面が平面であるとともに、前記移動体の曲面部分に固着されており、
前記マーカーと前記移動体との間には、支持体が配されており、
前記支持体は、前記マーカー側を向きかつ平面からなるマーカー支持面と、前記移動体側を向く固着面とを有し、
前記固着面と前記移動体との間に接着剤が充填されていることを特徴とする移動体。

【請求項2】

前記接着剤の厚さは、中央部から端部に向かって漸増している請求項１記載の移動体。

【請求項3】

前記固着面は、該固着面が向き合う移動体の外面の反転形状を有している請求項１又は２に記載の移動体。

【請求項4】

前記移動体は、プレーヤーの操作によって移動するスポーツ用具である請求項１乃至３のいずれかに記載の移動体。

【請求項5】

光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる前記移動体に前記マーカーを固着するための方法であって、
前記移動体の外面に、前記反射面が平面となるように前記マーカーを固着する工程を含み、
前記マーカーを固着する工程は、前記移動体の外面の曲面部分に、平面を含むマーカー支持面を設ける工程を含み、
前記マーカー支持面は、前記マーカー及び前記移動体とは異なる別部材からなる支持体を前記移動体の曲面部分に固着することにより設けられ、
前記支持体は、前記移動体側を向く固着面を有し、
前記固着面と前記移動体との間に接着剤が充填されていることを特徴とする移動体にマーカーを固着する方法。

【請求項6】

前記マーカーは、前記マーカー支持面に予め形成されている請求項５記載の移動体にマーカーを固着する方法。

【請求項7】

前記マーカーは、前記支持体が移動体に固着された後に、前記マーカー支持面に固着される請求項５記載の移動体にマーカーを固着する方法。

【請求項8】

光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる前記移動体に前記マーカーを固着するための方法であって、
前記移動体の外面に、前記反射面が平面となるように前記マーカーを固着する工程を含み、
前記マーカーを固着する工程は、前記移動体の外面の曲面部分に、平面を含むマーカー支持面を設ける工程を含み、
前記マーカー支持面は、前記移動体の前記曲面部分を切削加工することにより設けられることを特徴とする移動体にマーカーを固着する方法。

【請求項9】

光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる前記移動体に前記マーカーを固着するための方法であって、
前記移動体の外面に、前記反射面が平面となるように前記マーカーを固着する工程を含み、
前記マーカーを固着する工程は、前記移動体の外面の曲面部分に、平面を含むマーカー支持面を設ける工程を含み、
前記マーカー支持面は、前記移動体の前記曲面部分を塑性変形加工することにより設けられることを特徴とする移動体にマーカーを固着する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を反射するマーカーが固着された移動体及び移動体にマーカーを固着する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢等を計算する工程とを含む移動体の検出方法が提案されている。

【0003】

移動体としては、例えば、プレーヤーの操作によって移動するゴルフクラブ等のスポーツ用具が採用される。マーカーには、例えば、反射テープが採用され、ゴルフクラブのヘッドの複数箇所（例えば３箇所以上）に貼り付けられる。貼り付けられた反射テープの特定の位置（例えば図心）は、既知の座標情報としてコンピュータに記憶される。

【0004】

移動体の姿勢の計算には、コンピュータが用いられる。コンピュータは、カメラによって撮像されたマーカーの位置と前記既知の情報とに基づき、移動体の姿勢を計算する。この計算には、例えばＤＬＴ（Direct Linear Transformation）法が好適に用いられる。スイング中のゴルフクラブヘッドの姿勢を計算することは、クラブの開発、又は、スイングの指導に役立つ。関連する技術としては、次のものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−２４４８８号公報

【特許文献2】特開２００７−１６７５４９号公報

【特許文献3】特開２００４−６１４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

移動体の姿勢が計算される際、撮影された画像から各マーカーの輪郭が抽出され、各マーカーの特定の位置、例えば図心が計算される。マーカーの図心は、以後の計算の基準になるため、正確に特定されなければならない。

【0007】

しかしながら、例えば、図１２（ａ）に示されるように、球状の凸曲面部分に沿って貼り付けられたマーカーａを斜めから撮像した場合、実際のマーカーの図心ｂ１と、画像処理で計算されたマーカーの図心ｂ２とは大きくずれることがある。

【0008】

また、曲面部分に貼り付けられたマーカーａを斜めから撮像した場合、その一部が隠れる場合もある。このような場合にも、実際のマーカーの図心ｂ１と、画像処理で計算されたマーカーの図心ｂ２とは大きくずれることがある。

【0009】

上記のように、誤ったマーカーの図心情報に基づいて計算された移動体の姿勢にも、誤差が含まれる。

【0010】

特に、近年では、マーカーが、１台のカメラで撮像される場合がある。このような場合には、マーカーを撮像する向きが限定されるため、上記不具合が生じやすくなる。

【0011】

本発明は、以上のような問題点に鑑み、案出なされたもので、マーカーの反射面を平面とすることを基本として、精度よく移動体の姿勢を検出することができる移動体及び移動体にマーカーを固着する方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明のうち請求項１記載の発明は、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる移動体であって、前記マーカーは、前記反射面が平面であることを特徴とする。

【0013】

また請求項２記載の発明は、前記マーカーは、前記移動体の曲面部分に固着されている請求項１記載の移動体である。

【0014】

また請求項３記載の発明は、前記マーカーと前記移動体との間には、支持体が配されており、前記支持体は、前記マーカー側を向きかつ平面からなるマーカー支持面を含む請求項１又は２に記載の移動体である。

【0015】

また請求項４記載の発明は、前記支持体は、前記移動体側を向く固着面を有し、前記固着面と前記移動体との間に接着剤が充填されている請求項３に記載の移動体である。

【0016】

また請求項５記載の発明は、前記支持体は、前記移動体側を向く固着面を有し、前記固着面は、該固着面が向き合う移動体の外面の反転形状を有している請求項３又は４に記載の移動体である。

【0017】

また請求項６記載の発明は、前記移動体は、プレーヤーの操作によって移動するスポーツ用具である請求項１乃至５のいずれかに記載の移動体である。

【0018】

また請求項７記載の発明は、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる前記移動体に前記マーカーを固着するための方法であって、前記移動体の外面に、前記反射面が平面となるように前記マーカーを固着する工程を含むことを特徴とする。

【0019】

また請求項８記載の発明は、前記マーカーを固着する工程は、前記移動体の外面の曲面部分に、平面を含むマーカー支持面を設ける工程を含む請求項７記載の移動体にマーカーを固着する方法である。

【0020】

また請求項９記載の発明は、前記マーカー支持面は、前記マーカー及び前記移動体とは異なる別部材からなる支持体を前記移動体の曲面部分に固着することにより設けられる請求項８記載の移動体にマーカーを固着する方法である。

【0021】

また請求項１０記載の発明は、前記マーカーは、前記マーカー支持面に予め形成されているか、又は、前記支持体が移動体に固着された後に、前記マーカー支持面に固着される請求項９記載の移動体にマーカーを固着する方法である。

【0022】

また請求項１１記載の発明は、前記マーカー支持面は、前記移動体の前記曲面部分を切削加工又は塑性変形加工することにより設けられる請求項８記載の移動体にマーカーを固着する方法である。

【発明の効果】

【0023】

請求項１に記載された発明では、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる移動体であって、前記マーカーは、前記反射面が平面であることを特徴とする。

【0024】

また、請求項８に記載された発明では、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程とを含む移動体の検出方法に用いられる前記移動体に、前記マーカーを固着するための方法であって、前記移動体の外面に、前記反射面が平面となるように前記マーカーを固着する工程を含むことを特徴とする。

【0025】

マーカーの反射面が平面とされることにより、マーカーが斜めから撮像された場合でも、実際のマーカーの図心と、画像処理で計算されたマーカーの図心とはほぼ一致する。また、マーカーの一部が隠されて撮像されることも少ない。従って、本発明の移動体又は方法を用いることにより、精度よく移動体の姿勢を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】移動体の検出方法を実行する計測装置の全体構成図である。

【図2】図１の正面図である。

【図3】ウッド型ゴルフクラブヘッドの正面図である。

【図4】ウッド型ゴルフクラブヘッドの平面図である。

【図5】実空間での座標とカメラのフィルム面上の座標との関係を示す線図である。

【図6】（ａ）乃至（ｃ）は、いずれも本発明の実施形態であり、クラブヘッドのクラウン部のマーカーが固着された部分の断面図である。

【図7】本発明の実施形態であり、クラブヘッドのクラウン部のマーカーが固着された部分の断面図である。

【図8】本発明の他の実施形態を示し、（ａ）はシャフトの斜視図、（ｂ）そのＡ−Ａ断面図である。

【図9】本発明の他の実施形態を示し、（ａ）はアイアン型ゴルフクラブのヘッドの斜視図、（ｂ）そのＢ−Ｂ断面図である。

【図10】本発明の他の実施形態を示し、（ａ）はテニスラケットの正面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。

【図11】実施例で使用されたウッド型ゴルフクラブヘッドの平面図である。

【図12】（ａ）は従来のマーカーを撮影した画像の平面図、（ｂ）は本実施形態のマーカーを撮影した画像の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明では、光を反射する反射面を有するマーカーが固着された移動体をカメラで撮像する工程（撮像工程）と、撮像された前記マーカーに基づいて前記移動体の姿勢を検出する工程（計算工程）とを含む移動体の検出方法に用いられる移動体が提供される。先ず、上記撮像工程及び計算工程が、簡単に説明される。

【0028】

図１には、撮像工程に用いられる計測装置１０の全体構成図の一例が、図２にはその正面図がそれぞれ示されている。この計測装置１０は、移動体として、ゴルフクラブ１のクラブヘッド（以下、単に「ヘッド」ということがある。）２が撮像される。ゴルフクラブ１のヘッド２は、それ自体では動かないが、ゴルファＭのスイングによって移動体となり得る。移動体は、ヘッド２に限定されず、移動可能な物であれば、あらゆるものが対象となる。

【0029】

図１の実施形態では、右打ちのゴルファＭが示されている。ゴルファＭのスイングによって、ゴルフボール３は、図１のアドレス姿勢にあるゴルファＭの左向きに打ち出される。ただし、ゴルファＭは、スイングロボット等で代用されても良い。

【0030】

計測装置１０は、例えば、基台１２、ゴルフクラブ１のヘッド２を撮影するための第１カメラ１４、ゴルフボール３を撮影するための第２カメラ１６、各カメラ１４、１６を制御する制御装置１８、及び各カメラ１４、１６が撮像した情報を記録するコンピュータ２０を含んで構成されている。

【0031】

基台１２は、板状であり、例えば、計測室の床面に置かれている。本実施形態の基台１２には、ゴルファＭが立ってアドレスする床板２１が置かれている。床板２１には、ゴルフボール３を置くためのティー２３が設けられている。

【0032】

基台１２には、上方にのびる支柱２４が設けられている。支柱２４の上部には、ゴルフクラブ１のヘッド２に向けて発光するストロボ２５が設けられている。

【0033】

なお、説明の便宜上、図１及び図２に示されるように、計測装置１０に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する直交座標が定義される。Ｘ軸は、地面に平行であり、かつ、打球前のボール３と目標方向とを結ぶ直線に平行である。Ｚ軸は、鉛直方向である。Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺにともに垂直である。

【0034】

基台１２には、トリガーセンサー２６が設けられている。トリガーセンサー２６は、スイングをするゴルファＭの前方（腹側）に設けられた投光器２６ａと、ゴルファＭの後方（背中側）に設けられかつ投光器２６ａの光を受ける受光器２６ｂとの組み合わせである。トリガーセンサー２６は、ダウンスイング時のゴルフクラブ１の通過により、投光器２６ａからＹ軸方向に発せられる光が遮られるように位置合わせされている。

【0035】

基台１２には、さらに第１センサー２７が設けられている。第１センサー２７は、スイングをするゴルファＭの前方に設けられた投光器２７ａと、ゴルファＭの後方に設けられかつ投光器２７ａの光を受ける受光器２７ｂとを具えている。第１センサー２７は、トリガーセンサー２６よりもＸ軸方向において、スイング前方（打撃されたゴルフボール３の飛球方向）に設けられている。従って、ダウンスイング時、第１センサー２７は、トリガーセンサー２６よりもわずかに遅れてスイング中のゴルフクラブ１を検出する。

【0036】

基台１２には、さらに第２センサー２８が設けられている。第２センサー２８も、スイングをするゴルファＭの前方に設けられた投光器２８ａと、ゴルファＭの後方に設けられかつ投光器２８ａの光を受ける受光器２８ｂとを具えている。第２センサー２８は、第１センサー２７よりもＸ軸方向において、スイング前方に設けられている。従って、第２センサー２８は、ダウンスイング時、第１センサー２７よりもわずかに遅れてスイング中のゴルフクラブ１を検出する。

【0037】

第１カメラ１４は、ゴルフクラブ１のヘッド２の上面部であるクラウン部を撮影可能なように、ゴルファＭの上方に設けられている。

【0038】

第２カメラ１６は、打ち出されたゴルフボール３を側方から撮影可能なように、ティー２３よりゴルファＭの前方、かつ、Ｘ軸方向において、スイング前方に設けられている。第２カメラ１６の周囲には、ストロボ２９が設けられている。

【0039】

図３はクラブヘッド２の正面図、図４はその平面図をそれぞれ示している。該ヘッド２は、ボールを打撃する面であるフェース２ａと、該フェース２ａに連なりヘッド上面部を構成するクラウン部２ｂとを含んでいる。

【0040】

該クラブヘッド２には、マーカー３０が設けられている。マーカー３０には、例えば、光を反射する反射テープが用いられる。ヘッド２には、複数のマーカー３０、好ましくは１撮影フレーム内に３個以上のマーカー３０が設けられているのが望ましい。マーカー３０は、フェース３ａ以外の位置に設けられるのが望ましい。この実施形態では、４つのマーカー３０ａ乃至３０ｄが、ヘッド２のクラウン部２ｂに設けられている。

【0041】

各マーカー３０ａ乃至３０ｄは、白い矩形状の反射テープに、対角線が描かれている。各マーカー３０ａ乃至３０ｄの対角線の交点は、例えば、各マーカー３０の特定の位置（代表点）として定義される。なお、この特定の位置は、各マーカー３０の重心と一致している。マーカー３０のサイズ等は、任意に定めることができる。

【0042】

制御装置１８には、第１カメラ１４、第２カメラ１６、トリガーセンサー２６、第１センサー２７、第２センサー２８、ストロボ２５、ストロボ２９及び情報処理装置２０が接続されている。

【0043】

制御装置１８の作用は次の通りである。ゴルファＭによってゴルフスイングが開始されると、制御装置１８には、トリガーセンサー２６がダウンスイング中のゴルフクラブ１の検出したこと示す検出信号が入力される。この検出信号に基づき、制御装置１８は、第１カメラ１４及び第２カメラ１６に撮影を開始させる撮影開始信号を出力する。

【0044】

この撮影開始信号に基づき、第１カメラ１４のシャッターが、所定時間（例えば１／３０秒）開かれる。シャッターが開いている間、制御装置１８には、第１センサー２７及び第２センサー２８がゴルフクラブ１のヘッド２又はシャフトを検出したことを示す検出信号が順次入力される。制御装置１８は、第１センサー２７からの検出信号に基づいて、ストロボ２５を発光させる信号を出力する。その後、制御装置１８は、第２センサー２８からの検出信号に基づき、ストロボ２９を発光させる信号を出力する。

【0045】

従って、シャッターが開いている間に、ストロボ２５及びストロボ２９が順次発光する。これにより、第１カメラ１４には、第１センサー２７で検出されたときのクラブヘッド２と、第センサー２８で検出されたときのクラブヘッド２とが含まれる１枚の画像データを撮像しうる。従って、本実施形態では、移動体としてのクラブヘッド２は、１台のカメラで撮影される。また、第２カメラ２９は、打撃されたボール３を撮影する。

【0046】

第１カメラ１４及び第２カメラ１６によって撮影した画像データは、コンピュータ２０へと出力される。

【0047】

コンピュータ２０には、プログラムが記憶されている。このプログラムは、撮像工程で得られた上記画像を処理し、ヘッド２の位置及び姿勢を計算する計算工程をコンピュータ２０に実行させる。

【0048】

上記計算工程は、例えば、次のステップａ乃至ｄを含む。
（ａ）得られたヘッド２の画像から各マーカー３０を特定
（ｂ）各マーカー３０の三次元位置の算出
（ｃ）上記三次元位置に基づき、ヘッド２の位置、姿勢等の計算
（ｄ）計算結果の出力

【0049】

［ステップａ］
ステップａは、手動又は自動で行われる。ステップａが手動で行われる場合、ユーザーは、画像の中からマーカー３０を肉眼で判別し、マーカー３０の位置情報等をコンピュータ２０に入力する。ステップａが自動で行われる場合、一般的には、コンピュータ２０が、画像の各画素に対して、輝度情報等を利用して周知のエッジ抽出処理等を行う。これにより、画像の中からマーカー３０が抽出される。

【0050】

［ステップｂ］
ステップｂでは、各マーカー３０の三次元の座標が計算される。この計算方法の一例として、上で述べたＤＬＴ法が知られている。ＤＬＴ法は、異なる方向から見た複数の画像を用いて特定の位置の三次元の空間座標を得る方法である。ＤＬＴ法では、三次元座標が既知である点（コントロールポイント）の画像に基づき、その三次元座標が再構築される。

【0051】

図５には、実空間（Object space）にある点Ｐをカメラで撮影した場合において、実空間での座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、カメラのフィルム面上（Digitizing plane）の座標（Ｕ，Ｖ）との関係が示されている。点Ｏはカメラのレンズ中心点である。座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’は、点Ｏを原点とし、フィルム面上座標系ＵＶとＸ’軸及びＹ’軸とが平行な座標系である。距離Ｌは、点Ｏから点ＰまでのＺ’軸上の距離である。距離Ｆは、点Ｏから点Ｑ（点Ｐの写像）までのＺ’軸上の距離である。点（Ｕ，Ｖ）はＺ’軸を含む直線とフィルム面との交点である。この場合、以下の説明及び式（Ｆ１）が成立する。

【0052】

【数1】

【0053】

上記式（Ｆ１）の１１個のカメラ定数を求めるには、先ず、実空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とフィルム面上座標（Ｕ，Ｖ）が既知である６点以上がカメラで撮影される。次に、各点の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と（Ｕ，Ｖ）を式（Ｆ１）に代入し、合計１２個以上の方程式が設定される。そして、これらの方程式を最小二乗法によって解くことにより、１１個のカメラ定数が求められる（キャリブレーション）。１１個のカメラ定数が求まれば、実空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が既知の点について、そのフィルム面上座標（Ｕ，Ｖ）を求めることができる。

【0054】

反対に、フィルム面上座標（Ｕ，Ｖ）から、実空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めるには、カメラ定数が既知の２台以上のカメラを用いて同じ点を撮影し、得られた（Ｕ1，Ｖ1），（Ｕ2，Ｖ2）…を上式に代入することで４個以上の方程式を設定し、最小二乗法で（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。

【0055】

上記の方法では、空間上の独立した１点の座標を求めるにはカメラが２台必要である。しかしながら、大きさのある物体に固定された複数点の座標については、各点間の位置関係（即ち、物体座標系における各点の座標）が既知であれば、その関係式が空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めるための方程式に加わるので、複数点の座標を求めることができる。

【0056】

［ステップｃ］
物体座標系（クラブヘッド２の座標系）における各マーカー３０の座標は、例えば、物体を三次元形状測定することで得られる。以下、物体の代表点の空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と物体の姿勢（α，β，γ）とを未知数として解く場合について述べる。

【0057】

【数2】

【0058】

なお、上記式（Ｆ３）において、Ｒi（ｘ）はＲiのｘ成分、Ｒi（ｙ）はＲiのｙ成分、Ｒi（ｚ）はＲiのｚ成分をそれぞれ表している。

【0059】

未知数が６個でありかつ式の数が２ｎ個である連立方程式（Ｆ３）は、ニュートンラフソン法（非線形連立方程式の解法）で解くことができる。これにより、６個の未知数、即ち、物体代表点の位置と物体の姿勢を求めることができる。なお、上記α、β及びγは、空間座標系から物体座標系への座標変換角度を示す。本実施形態では、空間座標系ＸＹＺを、そのＺ軸回りにα°回転させて座標系Ｃｓ１が得られ、この座標系Ｃｓ１を、そのＹ軸回りにβ°回転させて座標系Ｃｓ２が得られ、この座標系Ｃｓ２を、そのＸ軸回りにγ°回転させて座標系Ｃｓ３が得られるとき、この座標系Ｃｓ３が、物体座標系に一致する。

【0060】

上述の２ｎ個の連立方程式を式（Ｆ３）とする。式（Ｆ３）をニュートンラフソン法によって解く方法は、以下の通りである。

【0061】

【数3】

【0062】

以上の方法は、いわゆる勾配法の一例である。この勾配法は、例えば、上記特許文献３で用いられている遺伝的アルゴリズムと比較して計算が簡便である。このように、物体座標系における座標が既知である点同士の相対関係に基づいて、１つのヘッド画像から、そのヘッドの代表点の空間座標と、三次元姿勢（例えば、フェース角、ライ角など）とを算出することができる。そして、計算結果が出力される。

【0063】

上述のような検出方法では、マーカー３０の代表点（本実施形態ではマーカーの図心）が、計算の基準になるため、正確に特定されなければならない。そこで、本実施形態では、移動体としてのゴルフクラブ１のヘッド２には、反射面が平面であるマーカー３０が固着されていることを特徴としている。

【0064】

マーカー３０の反射面が平面とされることにより、図１２（ｂ）に示されるように、マーカー３０が斜めから撮像された場合でも、実際のマーカー３０の図心ｂ１と、画像処理で計算されたマーカーの図心ｂ２とはほぼ一致する。また、マーカーの一部が隠されて撮像されることも少ない。従って、本実施形態の移動体を用いることにより、精度よく移動体の姿勢を検出することができる。

【0065】

一方、マーカー３０が設けられるヘッド２のクラウン部２ｂは、ヘッド外方に凸となる滑らかな曲面部分として構成されている。このような曲面部分をなすクラウン部２ｂに、平面の反射面を有するマーカー３０を固着するためには、種々の態様がある。以下、いくつかの代表的な実施形態が説明される。

【0066】

［第１実施形態］
第１の実施形態では、図６（ａ）に示されるように、マーカー３０は、支持体３２を介してヘッド２のクラウン部２ｂに固着されている。

【0067】

クラウン部２ｂの外面は、ヘッド外方に向かって凸となる曲面部分として構成されている。

【0068】

支持体３２は、マーカー３０及び移動体とは異なる別の部材で構成されている。支持体３２は、小さい厚さを有する板状であり、マーカー３０側を向くマーカー支持面３４と、移動体であるヘッド２のクラウン部２ｂ側を向く固着面３６とを有している。

【0069】

本実施形態のマーカー支持面３４は、実質的にその全面が平面で形成されている。このマーカー支持面３４に、反射テープからなるマーカー３０が貼り付けられている。マーカー３０は、マーカー支持面３４に予め形成されているか、又は、支持体３２がヘッド２に固着された後に、マーカー支持面３４に固着されても良い。

【0070】

本実施形態では、マーカー３０が柔軟性を有する反射テープからなるので、支持体３２の少なくともマーカー支持面３４は、スイング中に、その平面の状態が容易に変形しない程度の剛性が必要である。このような観点より、支持体３２は、ゴム、樹脂又は金属材料で構成されるのが望ましい。

【0071】

本実施形態において、支持体３２の固着面３６も、実質的に全面が平面で形成されている。固着面３６と、クラウン部２ｂの外面との間には、接着剤３８が充填されている。接着剤３８は、図６（ａ）に示されるように、固着面３６と、クラウン部２ｂの外面との間の隙間を埋める。即ち、接着剤３８の厚さは、中央部から端部に向かって漸増することにより、平面の固着面３６が曲面部分のクラウン部２ｂと強固に接着されている。

【0072】

このような実施形態では、移動体（ヘッド２）の曲面部分に、簡単な構成で、反射面３０Ａが平面をなすマーカー３０を固着することができる。

【0073】

［第２実施形態］
第２実施形態も、図６（ｂ）に示されるように、マーカー３０は、支持体３２を介してヘッド２のクラウン部２ｂに固着されている。第２実施形態では、支持体３２の固着面３６は、該固着面３６が向き合うクラウン部２ｂの外面の反転形状を有している点で第１実施形態とは異なる。即ち、固着面３６は、クラウン部２ｂの凸の曲面部分の反転形状である凹の曲面部分で構成されている。このような固着面３６は、クラウン部２ｂに置いたとき、その位置が安定し、かつ、固着面３６とクラウン部２ｂとの間に配される接着剤３６の厚さも均一にすることができる。このため、固着面３６とクラウン部２ｂとの接着強度が高められる。

【0074】

上記「反転形状」とは、移動体（ヘッド２）の外面に支持体３２の固着面３６を嵌め合わせたときに、両者の位置が安定する程度で足りる趣旨であり、移動体（ヘッド２）の外面と支持体３２の固着面３６とが完全に密着しなければならないものと解釈されてはならない。

【0075】

第２実施形態は、上記の相違点を除いて、第１実施形態と同一である。また、図６（ｂ）の実施形態では、ヘッド２の外面が凸の曲面部分からなり、これに対応する支持体３２の固着面３６が凹の曲面部分からなるが、このような組み合わせに限定されるものではない。即ち、ヘッド２の外面が凹の曲面部分からなり、支持体３２の固着面３６が凸の曲面部分からなるものでも良い。さらに、各々の面は、凸面と凹面とが混在する曲面であっても良い。

【0076】

［第３実施形態］
第３実施形態も、図６（ｃ）に示されるように、マーカー３０は、支持体３２を介してヘッド２のクラウン部２ｂに固着されている。第３実施形態も、支持体３２の固着面３６は、該固着面３６が向き合うクラウン部２ｂの外面の反転形状を有している点で第２実施形態と共通する。ただし、第３実施形態では、支持体３２の固着面３６は、ヘッド２のクラウン部２ｂに設けられた凹部４０に嵌合する点で第２実施形態とは異なっている。

【0077】

この実施形態によれば、移動体と支持体３２との位置がより安定し、かつ、より強固な固着状態が得られる。接着剤３６を併用するか否かは、嵌合力に応じて任意に定められる。その他の点については、第２実施形態と同一である。

【0078】

［第４実施形態］
第４実施形態では、図７（ａ）に示されるように、曲面部分をなすヘッド２のクラウン部２ｂの外面が切削加工又は塑性変形加工される。これにより、クラウン部２ｂの外面に、平面からなるマーカー支持面４２が形成される。そして、図７（ｂ）に示されるように、平面からなるマーカー支持面４２に、マーカー３０が接着剤又は粘着剤等で固着されることにより、反射面３０Ａが平面からなるマーカー３０を移動体に固着することができる。なお、上記切削加工には、研磨加工が含まれるのは言うまでもない。また塑性変形加工には、プレスや鍛造等が含まれ得る。

【0079】

第４実施形態によれば、別部材からなる支持体３２を不要とすることができるため、部品点数を減らすことができる。

【0080】

［移動体の変形例］
前記実施形態では、移動体として、ウッド型のゴルフクラブ１のヘッド２が示されたが、移動体には、様々な物が採用可能である。特に、移動体として、以下のようなスポーツ用具が好ましく用いられる。

【0081】

図８（ａ）には、マーカー３０が固着される移動体として、ゴルフクラブのシャフト４４の斜視図が示されており、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。シャフト４４には、支持体３２を介してマーカー３０が固着されている。支持体３２は、平面からなるマーカー支持面３４と、シャフト４４の円筒外面に沿うようその反転形状を有した凹曲面からなる固着面３６とを有している。このような実施形態では、シャフトの動きを検出することができる。

【0082】

図９（ａ）には、マーカー３０が固着される移動体として、アイアン型ゴルフクラブのヘッド４８の斜視図が示されており、図９（ｂ）には、そのＢ−Ｂ断面図が示されている。ヘッド４８のトップブレード４８ａには、支持体３２を介してマーカー３０が固着されている。支持体３２は、平面からなるマーカー支持面３４と、トップブレード４８ａの凸曲面に沿うようその反転形状を有した凹曲面からなる固着面３６とを有している。このような実施形態では、アイアン型ゴルフクラブのヘッド４８の動きを検出することができる。

【0083】

図１０（ａ）には、マーカー３０が固着される移動体として、テニスラケット５０の正面図が示されており、図１０（ｂ）には、そのＣ−Ｃ断面図が示されている。テニスラケット５０のフレーム５２の頂部には、支持体３２を介してマーカー３０が固着されている。支持体３２は、図１０（ｂ）に示されるように、平面からなるマーカー支持面３４と、フレーム５２の曲面に沿うようその反転形状を有した曲面からなる固着面３６とを有している。このような実施形態では、プレー中のテニスラケットの動きを検出することができる。

【0084】

以上本発明の実施形態が、詳細に説明されたが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施され得る。例えば、移動体としては、スポーツ用具に限定されることなく、様々な物が用いられる。

【実施例】

【0085】

本発明の効果を確認するために、ウッド型ゴルフクラブのヘッドのクラウン部にマーカーを固着し、該クラブヘッドのシャフト角、フェース角及びライ角が計測された。

【0086】

［実施例］
実施例のヘッドは、第１実施形態で示した支持体を用いて白色の反射テープからなるマーカーが固着された。各マーカーの反射面はいずれも平面であった。なお、マーカーは、図１１に示されるように、クラウン部に固着された。

【0087】

［比較例］
一方、比較例では、白色の反射テープからなるマーカーがヘッドに直接固着された。各マーカーの反射面はいずれもクラウン部の外面に沿って凸曲面であった。マーカーの固着位置は、実施例と同じである。

【0088】

［ヘッドの姿勢を固定するための固定冶具］
実施例及び比較例の各ヘッドを所望の姿勢に固定するために、固定冶具が用いられた。固定冶具とは、ヘッドを、固定冶具に固有の座標系（以下、「固定冶具座標系」という。）に対して、任意の姿勢（α、β、γ）に設置できる冶具である。なお、上記α、β及びγは、上記発明を実施するための形態の説明において、実空間座標系を固定冶具座標系とし、物体座標系をヘッド固有の座標系（以下、「ヘッド座標系」という。）とした場合の角度である。

【0089】

［キャリブレーション方法］
カメラ定数を求めるキャリブレーションは、固定冶具を用いて行われた。固定冶具座標系における座標が既知である６点をカメラで撮影し、キャリブレーションが行われた。即ち、本実施例においては、固定冶具座標系が上記発明を実施するための形態に記載された実空間座標系に相当し、ヘッド固有座標系が上記発明を実施するための形態に記載した物体座標系に相当する。

【0090】

［ヘッドの姿勢検出方法］
ヘッドの姿勢の検出は、固定治具で予め既知の姿勢に固定されたヘッドが上方から撮影され、その撮影画像からコンピュータを使用して各マーカーを特定し、各マーカー代表点間の位置関係（ヘッド座標系における各マーカー代表点の座標）に基づき、ヘッドのシャフト角、フェース角及びライ角が上記ニュートンラフソン法に従って計算された。

【0091】

本実施例におけるヘッド座標系は、図３に示されるように、複数フェースラインのうち一番下側に位置するフェースラインＦＬのヒール側の端点が原点Ｏとされ、原点Ｏを通り、フェースラインＦＬのトウ側の端点を通る軸がＸ軸とされ、原点Ｏを通りかつＸ軸及びシャフト軸に垂直なフェースバック方向にのびる軸がＺ軸とされ、原点を通りかつＸ軸及びＺ軸に垂直なヘッド上部にのびる軸がＹ軸とされている。これより、シャフト角は、上記姿勢（α、β、γ）のγを、フェース角はβを、ライ角はαをそれぞれ示す。
テストの結果は表１及び表２に示される。

【0092】

【表1】

【0093】

【表2】

【0094】

表１及び表２において、設定値とは、上記固定治具で保持されたときのヘッドのシャフト角、フェース角及びライ角を示している。計測誤差は、設定値と計算値（ヘッドの撮影画像から上記ＤＬＴ法で求められたヘッドのシャフト角、フェース角及びライ角の値）との差の絶対値である。また、表１、表２の左側の欄の「打点」とは、フェースのトウ側又はヒール側のいずれかの打点を想定していることを示している。即ち、打点が「トウ」と記載されているものは、フェースのトウ側でボールを打撃した状態が想定されており、撮影画像の下部分にヘッドが位置するように設置される。逆に、打点が「ヒール」と記載されているものは、フェースのヒール側でボールを打撃した状態が想定されており、撮影画像の上部分にヘッドが位置するように設置される。

【0095】

テストの結果から明らかなように、実施例、比較例ともに計測誤差を含んではいる。しかし、実施例の計測誤差は、比較例に対し、シャフト角で５５％、フェース角で２６％、ライ角で６６％である。従って、本発明は、移動体の検出精度を大幅に向上させることが確認された。

【符号の説明】

【0096】

１ ゴルフクラブ
２ ヘッド（移動体）
２Ｂ クラウン部
３０ マーカー
３２ 支持体
３４ マーカー支持面
３６ 固着面
３８ 接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】