特開 2023-121695 有効突判定装置、有効突判定方法、および有効突判定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121695

(43)【公開日】2023-08-31

(54)【発明の名称】有効突判定装置、有効突判定方法、および有効突判定プログラム

(51)【国際特許分類】

   A63B 69/02 20060101AFI20230824BHJP

   A63B 71/06 20060101ALI20230824BHJP

   G06T 7/44 20170101ALI20230824BHJP

   G06T 7/90 20170101ALI20230824BHJP

【ＦＩ】

A63B69/02 G

A63B71/06 M

G06T7/44

G06T7/90 B

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022038651

(22)【出願日】2022-02-21

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】522098079

【氏名又は名称】藤田 海渡

(71)【出願人】

【識別番号】521159263

【氏名又は名称】粟國 晴楽

(71)【出願人】

【識別番号】522098080

【氏名又は名称】中西 蓮

(72)【発明者】

【氏名】藤田 海渡

(72)【発明者】

【氏名】粟國 晴楽

(72)【発明者】

【氏名】中西 蓮

【テーマコード（参考）】

5L096

【Ｆターム（参考）】

5L096CA02

5L096FA35

5L096FA54

5L096FA69

5L096GA41

(57)【要約】

【課題】 フェンシング、特にフルーレ種目の練習時に、電気審判機なしで、メタルジャケット上を突いたかどうかを判定することによって突きの有効性を判定可能な有効突判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 剣による突きを検知する剣先スイッチと、鍔の外側に設置され、剣先画像を撮影するカメラと、剣のブレード上の長さ方向に沿って設置された発光部と、中央制御部と、中央制御部内部に設置される、剣先スイッチ入力部と、剣先スイッチ入力部からの突きの信号に従いカメラ動作を制御するカメラ制御部と、カメラで撮影した剣先画像を受信する画像受信部と、剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部と、剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部と、突きの信号に応じて発光部に第１発光指示を出力し、有効突判定結果に応じて発光部に第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

剣の先端に設置され、該剣に設けられた電気接点の開閉を検出して該剣による突きを検知する剣先スイッチと、
該剣の鍔の外側に剣先に向けて設置され、剣先画像を撮影するカメラと、
該剣のブレード上の長さ方向に沿って設置された発光部と、
中央制御部と、
該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチからの信号を受信する剣先スイッチ入力部と、
該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に従い該カメラの動作を制御するカメラ制御部と、
該中央制御部内部に設置され、該カメラで撮影した該剣先画像を受信する画像受信部と、
該中央制御部内部に設置され、該画像受信部から受信した該剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部と、
該中央制御部内部に設置され、該剣先周辺画像取得部から受信した該剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部と、
該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に応じて該発光部に第１発光指示を出力し、該有効突判定部からの有効突判定結果に応じて該発光部に第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部と、
を有することを特徴とする有効突判定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、該剣先周辺画像に含まれる有効面画素と非有効面画素の各々の画素数をカウントし、該有効面画素の画素数が該非有効面画素の画素数に比べて大きいときに、有効突きと判定することを特徴とする有効突判定装置。

【請求項3】

請求項１に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、該剣先周辺画像内での有効面画素と非有効面画素の配置情報を用いて、該剣先周辺画像を、有効領域と非有効領域に一つの線分で分割し、剣先位置が該有効領域と該非有効領域のどちらに含まれるかによって、有効突きと無効突きを判定することを特徴とする有効突判定装置。

【請求項4】

請求項２、又は請求項３に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、画素の色情報を用いて、該有効面画素と該非有効面画素のいずれか一方に識別することを特徴とする有効突判定装置。

【請求項5】

請求項４に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、該画素の色情報として、該画素のＨＳＶ分布情報を用いることを特徴とする有効突判定装置。

【請求項6】

請求項５に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、ＨＳＶ分布情報として、該画素のＨ分布ヒストグラムの積算情報を用いることを特徴とする有効突判定装置。

【請求項7】

請求項６に記載の有効突判定装置において、
該積算情報は、所定境界値によって規定される範囲の該Ｈ分布ヒストグラムの該積算情報であり、
該所定境界値は、基準メタルジャケットから取得される該Ｈ分布ヒストグラムと、基準競技着から取得される該Ｈ分布ヒストグラムとに基づいて、決定する、
ことを特徴とする有効突判定装置。

【請求項8】

請求項２、又は請求項３に記載の有効突判定装置において、
該有効突判定部が、該剣先周辺画像内の各画素の周りのパターンに基づいて、該有効面画素と該非有効面画素のいずれか一方に識別することを特徴とする有効突判定装置。

【請求項9】

請求項１に記載の有効突判定装置において、
発音部を有し、
該発音部は、該鍔の内側に設置され、該ＬＥＤ制御部からの信号に従い、可聴音を発音し、
該中央制御部は、該剣のグリップに設置される、
ことを特徴とする有効突判定装置。

【請求項10】

剣の先端に設置された剣先スイッチによって、該剣に設けられた電気接点の開閉を検出して該剣による突きを検知し、
中央制御部内部に設置された剣先スイッチ入力部によって、該剣先スイッチからの信号を受信し、
該中央制御部内部に設置されたカメラ制御部によって、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に従いカメラの動作を制御し、
該剣の鍔の外側に剣先に向けて設置された該カメラによって、該カメラ制御部からの信号に従い剣先画像を撮影し、
該中央制御部内部に設置された画像受信部によって、該カメラで撮影した該剣先画像を受信し、
該中央制御部内部に設置された剣先周辺画像取得部によって、該画像受信部から受信した該剣先画像から剣先周辺画像を取得し、
該中央制御部内部に設置された有効突判定部によって、該剣先周辺画像取得部から受信した該剣先周辺画像を用いて有効突きを判定し、
該中央制御部内部に設置されたＬＥＤ制御部によって、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に応じて第１発光指示を出力し、該有効突判定部からの有効突判定結果に応じて第２発光指示を出力し、
該剣のブレード上の長さ方向に沿って設置された発光部によって、該ＬＥＤ制御部からの第１発光指示又は第２発光指示に従い発光する、
ことを特徴とする有効突判定方法。

【請求項11】

剣の先端に設置され、該剣に設けられた電気接点の開閉を検出して該剣による突きを検知する剣先スイッチからの信号を受信する剣先スイッチ入力部のコードと、
該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に従いカメラの動作を制御するカメラ制御部のコードと、
該剣の鍔の外側に剣先に向けて設置され、該カメラ制御部からの信号に従い剣先の画像を撮影する該カメラで撮影した剣先画像を受信する画像受信部のコードと、
該画像受信部から受信した該剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部のコードと、
該剣先周辺画像取得部から受信した該剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部のコードと、
該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に応じて、該剣のブレード上の長さ方向に沿って設置された発光部に、第１発光指示を出力し、該有効突判定部からの有効突判定結果に応じて第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部のコードと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする有効突判定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有効突判定装置、有効突判定方法、および有効突判定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、フェンシング競技フルーレ種目において、胴体部分に付けたメタルジャケットを突いた場合のみ有効点になるというルールがある。有効面の突きを判定するには、試合場であるピストの中央脇に設置された電気審判機が用いられている。剣先がメタルジャケットを突いた場合、電気審判機が色ランプで有効突きを判定し、メタルジャケットでない場所を突いた場合、白ランプで突きの無効性を判定する。

【0003】

電気審判機の設置には手間がかかるので、通常の練習時には電気審判機を用いないことも多く、その場合は、突きの有効性を高めるための練習が十分できていないと考えられる。このため、電気審判機なしで、突きの有効性が判定できれば、手軽に有効な練習をすることが可能になると考えられる。

【0004】

一方、剣の動きを可視化するオブジェクト追跡システムがある。例えば、特許６６７７５３１号には、フレーレートを超える可動域を持つ物理オブジェクトを撮影して当該可動域の動きを追跡しその軌跡を可視光画像上で可視化するオブジェクト追跡システムが開示されている。本技術では、フェンシングの剣の軌跡を対戦動画上に重ねてみることができるが、剣先がメタルジャケット上を突いたかどうかについて判定する機能は有していない。また、実登３１５１１０５公報には、発光機能を有し、突いたときに所定時間発光させる発光剣が開示されている。しかし、発光剣はメタルジャケット上を突いたかどうかについて判定する機能を有していない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許６６７７５３１号公報

【特許文献2】実用新案登録第３１５１１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、従来の方法では、フェンシング、特にフルーレ種目の練習時に、電気審判機なしで、メタルジャケット上を突いたかどうかを判定することによって、突きの有効性を判定することはできない。

【0007】

そこで、本発明の目的は、フェンシング、特にフルーレ種目の練習時に、電気審判機なしで、メタルジャケット上を突いたかどうかを判定することによって突きの有効性を判定可能な有効突判定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様の有効突判定装置は、剣の先端に設置され、該剣に設けられた電気接点の開閉を検出して該剣による突きを検知する剣先スイッチと、該剣の鍔の外側に剣先に向けて設置され、剣先画像を撮影するカメラと、該剣のブレード上の長さ方向に沿って設置された発光部と、中央制御部と、該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチからの信号を受信する剣先スイッチ入力部と、該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に従い該カメラの動作を制御するカメラ制御部と、該中央制御部内部に設置され、該カメラで撮影した該剣先画像を受信する画像受信部と、該中央制御部内部に設置され、該画像受信部から受信した該剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部と、該中央制御部内部に設置され、該剣先周辺画像取得部から受信した該剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部と、該中央制御部内部に設置され、該剣先スイッチ入力部からの突きの信号に応じて該発光部に第１発光指示を出力し、該有効突判定部からの有効突判定結果に応じて該発光部に第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部と、を有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、フェンシング、特にフルーレ種目の練習時に、電気審判機なしで、メタルジャケット上を突いたかどうかを判定することによって突きの有効性を判定可能な有効突判定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る、有効突判定装置の全体構成を示す図であり、（Ａ）は、フェンシングフルーレ種目の対戦時の動作を示す概要図であり、（Ｂ）は、有効突判定装置のブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係る、有効突判定装置の、フェンシングフルーレ種目の対戦時の動作を示す概要図であり、（Ａ）は、突きが有効な場合を示し、（Ｂ）は、突きが有効でない場合を示している。

【図3】第１の実施形態に係る、有効突判定装置の、発光・剣先画像撮影部と中央制御部の内部構成を表す構成図である。

【図4】第１の実施形態に係る、突いた瞬間のカメラ画像からの剣先座標と剣先周辺画像の取得方法を示す概要図であり、（Ａ）は、突いた瞬間のカメラ映像を示し、（Ｂ）は、剣先座標の取得方法を示し、（Ｃ）は、剣先周辺画像の取得方法を示している。

【図5】第１の実施形態に係る、剣先座標と剣先周辺画像の取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図6】第１の実施形態に係る、明るい場所で撮影した画像のＨＳＶ画像分布のヒストグラムを、メタルジャケットとワイン色ジャージで比較した図である。（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布を示し、（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布を示している。

【図7】第１の実施形態に係る、暗い場所で撮影した画像のＨＳＶ画像分布のヒストグラムを、メタルジャケットとワイン色ジャージで比較した図である。（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布を示し、（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布を示している。

【図8】第１の実施形態に係る、有効突判定の前処理と有効突判定処理の方法のフローチャートを示した図である。（Ａ）は有効突判定の前処理として行う、メタルジャケットとワイン色ジャージのＨ分布の分割閾値の取得処理を示し、（Ｂ）は有効突判定処理として行う、Ｈ分布の分割積算比（ＲＨ）を用いた判定処理を示している。

【図9】第１の実施形態に係る、メタルジャケットとワイン色ジャージのＨヒストグラムから求めたＨｔ＝Ｈｔ０によるＨの分割の様子を示しており、（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布上のＨｔ０を示し、（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布上のＨｔ０を示している。

【図10】第１の実施形態に係る、有効突判定処理のＨ分布の分割積算比（ＲＨ）を用いた判定処理の１例を示した図であり、（Ａ１）は、境界付近のメタルジャケット側を突いた場合を示し、（Ｂ１）は、境界付近のジャージ側を突いた場合を示している。また、（Ａ２）は、図（Ａ１）における突き位置のＨＳＶ分布を示し、（Ｂ２）は、（Ｂ１）における突き位置のＨＳＶ分布を示している。

【図11】第２の実施形態に係る、有効突判定処理の縞パターン検出方法を用いた判定処理を示した図であり、（Ａ）は、メタルジャケット上の剣先周辺領域を示し、（Ｂ）は、剣先周辺画像内の各画素の周りのパターンに基づいて有効面画素と非有効面画素を識別する有効突判定処理方法を用いた例を示している。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施形態）
（有効突判定装置１の構成）
以下、図面を参照して有効突判定装置１の構成を説明する。

【0012】

図１は、有効突判定装置１の、フェンシングフルーレ種目の対戦時の動作を示す概要図とブロック図である。図１を用いて、フェンシング競技フルーレ種目における突きの可視化と有効突判定を、いかに行うかを説明する。

【0013】

フルーレ種目においては、図１（Ａ）に示すように、メタルジャケット２Ａ、及びメタルジャケット２Ｂをそれぞれ身につけたフェンサー１Ａとフェンサー１Ｂが剣３Ａ、３Ｂを持って対峙する。図１（Ａ）に示すように、フェンサー１Ａの剣３Ａがフェンサー１Ｂのメタルジャケット２Ｂ上を突いた場合、剣３Ａに設置された有効突判定装置４Ａ（図１（Ｂ）の有効突判定装置１）が作動する。

【0014】

有効突判定装置１の動作を図１（Ｂ）を用いて説明する。有効突判定装置１は、発光・剣先画像撮影部５、中央制御部６、記憶部７を有する。発光・剣先画像撮影部５は、剣先スイッチ８、カメラ９、発光部１０、発音部１１を有する。中央制御部６は、各種処理を実行するＣＰＵを有し、有効突判定装置１内の各種動作を制御する。中央制御部６の機能は、ＣＰＵが記憶部７に記憶された各種プログラムを読み込み、実行することによって実現される。記憶部７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、及びＳＳＤ等の記憶素子を有する。記憶部７には、有効突判定装置１を制御する各種プログラムが記憶される。

【0015】

図１（Ｂ）に示す剣先スイッチ８が押されると、中央制御部６を介して、発光部１０、発音部１１が作動するとともに、剣先スイッチ８を視野に含むカメラ９がシャッターを切り、剣先の剣先画像を撮影し、その剣先画像を基に、剣３Ａが突いた場所がメタルジャケット２Ｂ上であるかどうかを判定する。

【0016】

以上の動作を、図２を用いて説明する。

【0017】

図２は、有効突判定装置１の、フェンシングフルーレ種目の対戦時の動作を示す概要図である。フルーレ種目においては、図２（Ａ）に示すように、メタルジャケット２Ａ、及びメタルジャケット２Ｂをそれぞれ身につけたフェンサー１Ａとフェンサー１Ｂが剣３Ａと剣３Ｂのそれぞれを持って対峙する。

【0018】

図２（Ａ）に示すように、フェンサー１Ａの剣３Ａがフェンサー１Ｂのメタルジャケット２Ｂ上を突いた場合、発光部５Ａ（図１（Ｂ）における発光部１０）が発光すると同時に、鍔３５（図３）の外側に設置されたカメラ７Ａ（図１（Ｂ）におけるカメラ９）がシャッターを切り、剣３Ａが突いた瞬間の剣先画像を撮影する。撮影した剣先画像を基に、剣３Ａが突いた周辺の有効突判定領域８Ｂの剣先周辺画像を取得し、その剣先周辺画像を基に、突いた部分がメタルジャケット２Ｂ上であることを判定する。

【0019】

図２（Ｂ）では、剣３Ａがフェンサー１Ｂの腕の部分を突いており、突きが有効でない場合を示している。この場合は、有効突判定領域８Ｂの剣先周辺画像を基に、突いた部分がメタルジャケット２Ｂ上でないことを判定する。判定の方法としては、判定領域の剣先周辺画像の画素の色空間情報、特に色相（Ｈ）の分布情報を用いる。

【0020】

このように、本発明によって、剣３Ａ、３Ｂによる突きの瞬間を可視化でき、かつメタルジャケット部分を突けたかどうかの判定を電気審判機なしでできるようになる。これにより、非常に手軽にかつ正確に突きのやりとりを認知できるようになり、効率的な練習が可能になる。

【0021】

図３は、有効突判定装置１の、発光・剣先画像撮影部５、中央制御部６の内部の構成図である。発光・剣先画像撮影部５は、剣先スイッチ８、カメラ９、発光部１０、発音部１１、ブレード３２、取り付け治具３３、鍔３５を有する。中央制御部６は、剣先スイッチ入力部３６、カメラ制御部３７、画像受信部３８、剣先周辺画像取得部３９、有効突判定部３１０、ＬＥＤ制御部３１１を有する。

【0022】

システムの動作の概略を、図３を用いて説明する。発光・剣先画像撮影部５と中央制御部６について、剣先スイッチ８が押されてから、有効突判定を行うまでの流れについて説明する。

【0023】

剣先スイッチ８からのコードが、中央制御部６内の剣先スイッチ入力部３６に接続されている。ブレード３２の先端には、発光部１０が設置されており、発光部１０には、ＬＥＤ制御部３１１からのコード接続されている。

【0024】

剣先スイッチ８が押されると、剣先スイッチ入力部３６を介して、ＬＥＤ制御部３１１へ情報が送られる。ＬＥＤ制御部３１１は、剣先スイッチ入力部３６から情報を受け取ると、発光部１０と鍔３５内部に設置された発音部１１に、それぞれ第１発光指示、及び第１発音指示を送り、発光部１０を一定時間連続的に発光させると共に、発音部１１を一定時間連続的に発音させる。

【0025】

鍔３５の外側には、取り付け治具３３によって、カメラ９がカバーされた状態で設置される。カメラ９の視野３４は、剣先スイッチ８の周辺をカバーしている。剣先スイッチ８が押されると剣先スイッチ入力部３６を介し、カメラ制御部３７に情報が送られ、その情報により、カメラ９のシャッターが切られる。シャッターが切られるタイミングは、発光、及び発音のタイミングと同期している。

【0026】

撮影された剣先画像は、画像受信部３８で受信され、剣先周辺画像取得部３９に送られ、剣先座標とその周辺画像に基づく剣先周辺画像の取得処理が行われる。取得された剣先周辺画像は、有効突判定部３１０に送られて、有効突の判定が実行され、その結果がＬＥＤ制御部３１１に送られる。

【0027】

ＬＥＤ制御部３１１は、有効突判定部３１０から情報を受け取ると、発光部１０と発音部１１に、それぞれ第２発光指示、及び第２発音指示を送る。突きが有効と判定された場合、第２発光指示、及び第２発音指示では、それぞれ発光部１０を一定時間点滅させ、発音部１１に一定時間断続音を発音させる。突きが無効と判定された場合、第２発光指示、及び第２発音指示では、発光部１０、及び発音部１１は、それぞれ発光、及び発音を行わない。

【0028】

このようにして、剣３Ａ、３Ｂによる突きの瞬間を可視化でき、かつメタルジャケット部分を突いた場合は、最初に一定時間、剣先の発光部１０が連続的に発光し、発音部１１が連続的に発音した後、一定時間発光部１０が点滅し、発音部１１が断続音を発音するが、ジャージ部分を突いた場合は、一定時間の発光、発音の後、何も起らないこととなり、ジャージ部分を突けたかどうかの判定を電気審判機なしでできるようになる。

【0029】

＜剣先周辺画像取得部＞
剣先周辺画像取得部３９の動作について、図４、図５を用いて説明する。なお、画像処理は、プログラミング言語Ｐｙｔｈｏｎと画像処理ライブラリーであるＯｐｅｎＣＶを用いて行った。図４は、突いた瞬間の剣先画像からの剣先座標と剣先周辺画像の取得方法を示す概要図であり、図４（Ａ）は、突いた瞬間の剣先画像を示し、図４（Ｂ）は、剣先座標の取得方法を示し、図４（Ｃ）は、剣先周辺画像の取得方法を示している。

【0030】

図４（Ａ）の突いた瞬間の剣先画像には、剣先でメタルジャケット４１を突いて、剣先に貼られた発光部１０であるテープＬＥＤ４２が発光した瞬間が表れる。カメラの解像度は１，２８０×７２０で撮影を行った。この画像から、図４（Ｂ）剣先座標の取得方法に示すように、剣先画像領域４３を取得した後、剣先位置４４を特定し、剣先座標を取得する。その後、図４（Ｃ）剣先周辺画像の取得に示すように、剣先位置４４の上部の位置から、半円形の剣先周辺画像４５を取得する。

【0031】

＜剣先周辺画像取得部＞
次に、剣先座標の取得と剣先周辺画像の取得について、図５を用いて説明する。

【0032】

図５は、剣先座標と剣先周辺画像の取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【0033】

剣先座標の取得５１では、まず処理５２で、剣先画像に含まれるＬＥＤ画像画素を用いて、そのＲＧＢ分布を取得する。ここでは、青色ＬＥＤを用いた。次に処理５３で、取得したＲＧＢ分布を用いたマスクを作成し、剣先画像のマスキング処理を行い、マスキング画像５７を出力する。処理５４では、領域同士がつながるようにマスキング画像の膨張処理を行った上で、輪郭を取得する。輪郭で囲まれた領域としては、通常、剣先以外のノイズ等に起因する複数の領域が検出されるので、処理５５では、ノイズを除くために、それら複数の領域から面積が最大の領域を一つ選び、その領域内の点のｙ座標が最大の点の位置座標を、剣先座標として取得し、処理５４と処理５５の結果の画像５８を出力する。画像領域の上部の白い点が剣先位置である。その後、処理５６で、剣先周辺画像を、剣先座標の上部の半円形の領域のマスクを用いて取得する。半円の半径はパラメータとして変更できるようにする。処理５６の結果、画像５９を出力する。

【0034】

＜有効突判定アルゴリズムの検討＞
図６を用いて、有効突きの判定を行うアルゴリズムの検討のための分析結果について説明する。図６は、明るい場所で撮影した画像のＨＳＶ画像分布のヒストグラムを、メタルジャケットとワイン色ジャージで比較した図である。図６（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布を示し、図６（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布を示している。

【0035】

剣先周辺画像を用いて、画像のＲＧＢ値をＨＳＶ色空間に変換した上で、色相（Ｈ）、彩度（Ｓ）、明度（Ｖ）毎に、画素数頻度のヒストグラムを取得した。この測定を、図６に示すように、基準メタルジャケットであるメタルジャケット６１と、基準競技着であるワイン色のジャージ６３の部分において実施した。

【0036】

試合の際は、通常メタルジャケットの下にユニフォームを着るが、本発明では練習を想定しており、メタルジャケットとユニフォームをより明瞭に識別しやすいように、ユニフォームではなくワイン色のジャージを使うこととした。

【0037】

図６（Ａ）は、メタルジャケットのＨＳＶ画素分布のヒストグラムであり、図６（Ｂ）は、ワイン色のジャージのＨＳＶ画素分布のヒストグラムである。横軸がＨＳＶ値で、縦軸が画素頻度である。Ｈ、Ｓ、Ｖそれぞれのヒストグラムを示している。メタルジャケット６１上の剣先周辺領域６２、及びジャージ上の剣先周辺領域６４の画像のヒストグラムを示している。Ｈ、Ｓ、Ｖ共に、メタルジャケットとワイン色のジャージ上の位置で、異なるピーク位置の単独のピークが得られており、特にＨのピークがシャープである。

【0038】

反射光の特性は照射した光によって変わることから、より暗い状況で測定した結果を図７に示す。図７（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布を示し、図７（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布を示している。

【0039】

図６と図７からわかるように、ＳとＶの分布は明るさの条件が変わると大きく変わるため、ＳとＶについては、ここでは有効突きの判定には使わないこととしたが、ＳとＶを用いて有効突き判定を行ってもよい。またＨのピークは、明るさの条件が変わっても、ピークのシャープさはあまり変わらずに、ピークの位置が少し変化することがわかる。この結果より、ここでは有効突きの判定にはＨのピークを用いることとし、条件によってピーク位置が変わることから、競技の前に突きのテストを行って前処理を行うことによって、ピーク位置が変わっても対応できるようにした。

【0040】

以上で得られた知見を基に構成した、有効突判定の前処理と判定処理の方法について、図８を用いて説明する。

【0041】

図８は、有効突判定の前処理と判定処理の方法を示した図であり、図８（Ａ）は、有効突判定の前処理の流れを示すフローチャートを示しており、図８（Ｂ）は、有効突判定処理の流れを示すフローチャートを示している。

【0042】

先ず、図８（Ａ）有効突判定の前処理について説明する。この処理では、メタルジャケットとワイン色ジャージのＨ分布の分割閾値の取得処理を行う。最初に、処理８１において、メタルジャケット上（１）とワイン色ジャージ上（２）で剣先周辺画像を取得し、ＨＳＶ色空間への変換を行う。次に、処理８２において、（１）、及び（２）で、ＨＳＶ色空間のうち、Ｈのヒストグラムを取得する。更に、処理８３において、Ｈ分布のある値Ｈｔを考え、（１）のＨヒストグラムにおいてＨｔ以下の頻度の積算値ＳＨＬｍ（Ｈｔ）、（２）のＨヒストグラムにおいてＨｔ以上の頻度の積算値ＳＨＵｗ（Ｈｔ）を計算し、処理８４において、Ｈｔを変化させながら、ＳＨＬｍ（Ｈｔ０）≒ＳＨＵｗ（Ｈｔ０）となるような、Ｈ分布の分割閾値Ｈｔ０を求めて、有効突判定の前処理を終了する。分割閾値Ｈｔ０は、所定境界値である。

【0043】

ヒストグラムの全積算値は領域の画素数であり、測定ごとに同一である。従って、メタルジャケットとワイン色ジャージのどちらの領域を突いたかを判断する際に、Ｈのピーク強度ではなく、画素数の積算値を用いることとした。

【0044】

図９は、メタルジャケットとワイン色ジャージのＨヒストグラムから求めたＨｔ＝Ｈｔ０によるＨの分割の様子を示しており、図９（Ａ）は突き位置（メタルジャケット）のＨＳＶ分布上のＨｔ０を示し、図９（Ｂ）は突き位置（ワイン色ジャージ）のＨＳＶ分布上のＨｔ０を示している。

【0045】

図９（Ａ）のピーク位置（Ｈ値）と図９（Ｂ）のピーク位置（Ｈ値）の間の位置に、Ｈｔ＝Ｈｔ０と定めることにより、Ｈｔ０値以下の（Ａ）の分布の積算値ＳＨＬｍ（Ｈｔ０）と、Ｈｔ０値以上のＢ）の分布の積算値ＳＨＵｗ（Ｈｔ０）が等しくなっている様子を示している。

【0046】

本処理は、競技の前に行う。この結果は、無線通信を用いて外部ＰＣからみられるようにして、Ｈｔ０の取得結果をＨヒストグラムと共に可視化できるようにしておく。これによって、Ｈｔ０の取得処理の結果の確認とマニュアルによる修正が可能になる。

【0047】

次に、図８（Ｂ）有効突判定処理の手順を説明する。本処理は、競技中の処理である。本処理は、処理８４で求めたＨｔ０を境界として、それ以上と以下でＨスペクトルの画素頻度の積算を取り、どちらの画素数が多いかを判定する。

【0048】

先ず、処理８５で、剣先周辺画素のＨＳＶ色空間への変換を行う。

【0049】

次に、処理８６で、ＨＳＶ色空間のうち、Ｈ値のヒストグラムを取得する。

【0050】

更に、処理８７で、取得したヒストグラムから、Ｈｔ０以下の画素頻度の積算値ＳＨＬ（Ｈｔ０）、Ｈｔ０以上の画素頻度の積算値ＳＨＵ（Ｈｔ０）を計算し、数式（１）に示すように、その比であるＨ分布の分割積算比を求める。

【0051】

【数1】

【0052】

最後に、処理８８で、処理８７で求めたＲＨが１以上の場合を有効突とし、１未満の場合を無効突として、判定を終了する。この判定処理を、メタルジャケットとワイン色ジャージの境界領域へ適用した例を図１０に示す。

【0053】

図１０は、有効突判定処理のＨ分布の分割積算比（ＲＨ）を用いた判定処理の１例を示した図である。図１０について説明する。図１０（Ａ１）は、境界付近のメタルジャケット１０１側を突いた場合、図１０（Ｂ１）は、境界付近のジャージ１０３側を突いた場合である。図１０（Ａ１）では、剣先周辺領域１０２の中のメタルジャケット１０１の方が、図１０（Ｂ１）では、剣先周辺領域１０４の中のジャージ１０３側の方が、面積が大きいことが分かる。

【0054】

このことを反映して、図１０（Ａ２）、図１０（Ｂ２）に示すように、図１０（Ａ１）でのＲＨ値は１．２７、図１０（Ｂ１）でのＲＨ値は０．６５となる。従って、有効突判定は、図１０（Ａ１）が有効、図１０（Ｂ１）が無効となり、正確に判定していることが分かる。

【0055】

すなわち、積算値ＳＨＬｍ（Ｈｔ０）が有効面画素の積算値であり、積算値ＳＨＵｗ（Ｈｔ０）が、非有効面画素の積算値である。有効突判定部３１０は、剣先周辺画像に含まれる有効面画素と非有効面画素の各々の画素数をカウントし、有効面画素の画素数が該非有効面画素の画素数に比べて大きいときに、有効突きと判定する。

【0056】

剣先周辺画像１０２あるいは１０４から、有効突判定を行う方法として、以下に示す方法も考えられる。

【0057】

（１）剣先周辺画像１０２あるいは１０４内の各画素の周辺の一定範囲のウィンドー領域画像を考え、ウィンドー領域毎に上記で示した有効突判定処理を行い、その結果を画素毎の１（有効突の場合）、０（有効突でない場合）で出力する。

【0058】

（２）画素毎の有効突判定結果を、ウィンドー領域がとれる全ての画素について集めて、剣先周辺画像１０２あるいは１０４上の１、０のパターンを得る。

【0059】

（３）このパターンを２次元平面上の１、０の散布図とみなし、ロジスティック回帰やＳＶＭなどの判別分析方法を用いて、１、０の判別境界線を求める。

【0060】

（４）有効突判定は、判別境界線によって分けられた領域のどちら側に、剣先座標が属するかによって、有効か無効かを判定する。

【0061】

（第２の実施形態）
（有効突判定装置２の構成）
以下、図面を参照して有効突判定装置２の構成を説明する。

【0062】

有効突判定装置２の基本的な構成は、図１及び図３に示すものと同一であり、有効突判定装置１との違いは、図３に示す有効突判定部３１０の判定方法である。本実施形態の説明において、有効突判定装置１と同一の構成については、説明を省略する。

【0063】

図１１に、有効突判定装置２の有効突判定部３１０として、剣先周辺画像内の各画素の周りのパターンに基づいて有効面画素と非有効面画素を識別する有効突判定処理方法を用いた例を示す。メタルジャケットには、図１１の剣先周辺画像１１２に示すように、水平方向に５ｍｍ間隔で縞パターンが形成されている。そこで、ここでは、所定画素のパターンとして、剣先周辺画像内の各画素の周りのパターンを用いた有効突判定処理方法の１例を示す。

【0064】

図１１（Ａ）にメタルジャケット上の剣先周辺領域１１１を示す。図１１（Ｂ）に、剣先周辺領域１１１を撮影して取得した剣先周辺画像１１２を用いた、縞パターン検出方法による有効突判定処理方法を示す。

【0065】

（１）まず、剣先周辺画像１１２にエッジ処理を施し、エッジ処理画像１１３を得る。

【0066】

（２）次に、エッジ処理画像１１３内の一つの画素１１４の周辺一定範囲のウィンドー領域画像１１５を取得する。

【0067】

（３）ウィンドー領域画像１１５に対して、縞パターン判定処理を行って縞パターン判定結果１１６を出力する。縞パターン判定結果１１６には、各画素１１４周辺のウィンドー領域画像１１５が縞パターンの場合は１、縞パターンでない場合は０を出力する。

【0068】

（４）以上示した剣先周辺画像１１２中の各画素１１４についての、その周辺のウィンドー領域画像１１５の判定結果１１７を、画素スキャン処理によってウィンドー領域がとれる全ての画素について集めた全画素縞パターン判定結果１１７を出力する。

【0069】

（５）最後に、全画素縞パターン判定結果１１７から、有効突判定処理を行い、有効突判定結果１１８を出力する。

【0070】

ウィンドー領域画像１１５に対する縞パターン判定処理の一つ目の例としては、ウィンドー領域画像１１５から直線を検出し、取得した直線の情報を使い、直線相互の傾きが一定範囲内にある直線どうしで直線間距離を測定し、直線間距離のヒストグラムの情報を基にして、縞パターン判定を行う方法が考えられる。

【0071】

縞パターン判定処理の二つ目の例としては、ウィンドー領域画像１１５を２次元フーリエ変換し、２次元フーリエスペクトルの周波数成分の特徴から縞パターン検出処理を行う方法が考えられる。

【0072】

縞パターン判定処理の三つ目の例としては、機械学習を用いて縞パターン検出処理を行う方法が考えられる。正解画像として、鍔３５上のカメラ９から撮影したメタルジャケット上の様々な位置のウィンドー領域画像を収集し、不正解画像として、鍔３５上のカメラ９から撮影した競技着（この場合はワイン色ジャージ）上の様々な位置のウィンドー領域画像を収集する。収集した正解画像と不正解画像を学習データセットとして用いて、ディープラーニングなどの判別分析方法によって判別モデルを構築する。競技の際には、構築した判別モデルを用いて、撮影したウィンドー領域画像１１５からの縞パターン判定処理を行う。

【0073】

全画素縞パターン判定結果１１７から、有効突判定を行う方法の１例としては、画素毎の判定結果１、０について、それぞれの総和Ｓｐ１、Ｓｐ０をとり、それらの比をＲｓｐ＝Ｓｐ１／Ｓｐ０とし、Ｒｓｐが１以上か１未満かで、有効突か無効突かを判定する方法が考えられる。Ｒｓｐは、図８におけるＲＨに相当する量とみなすことができる。

【0074】

全画素縞パターン判定結果１１７から、有効突判定を行う方法のもう一つの例としては、全画素パターン判定結果１１７の１、０のパターンを、２次元平面上の１、０の散布図とみなし、ロジスティック回帰やＳＶＭなどの判別分析方法を用いて、１、０の判別境界線を求め、判別境界線によって分けられた有効領域又は非有効領域のどちら側に剣先座標が属するかによって、有効突か無効突かを判定する方法が考えられる。

【0075】

すなわち、有効突判定装置１、２は、剣３Ａ、３Ｂの先端に設置され、剣３Ａ、３Ｂに設けられた電気接点の開閉を検出して剣３Ａ、３Ｂによる突きを検知する剣先スイッチ８と、剣３Ａ、３Ｂの鍔３５の外側に剣先に向けて設置され、剣先画像を撮影するカメラ９と、剣３Ａ、３Ｂのブレード３２上の長さ方向に沿って設置された発光部１０と、中央制御部６と、中央制御部６内部に設置され、剣先スイッチ８からの信号を受信する剣先スイッチ入力部３６と、中央制御部６内部に設置され、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に従いカメラ９の動作を制御するカメラ制御部３７と、中央制御部６内部に設置され、カメラ９で撮影した剣先画像を受信する画像受信部３８と、中央制御部６内部に設置され、画像受信部３８から受信した剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部３９と、中央制御部６内部に設置され、剣先周辺画像取得部３９から受信した剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部３１０と、中央制御部６内部に設置され、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に応じて発光部１０に第１発光指示を出力し、有効突判定部３１０からの有効突判定結果に応じて発光部１０に第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部３１１と、を有する。

【0076】

また、有効突判定装置１、２は、有効突判定部３１０が、剣先周辺画像に含まれる有効面画素と非有効面画素の各々の画素数をカウントし、有効面画素の画素数が非有効面画素の画素数に比べて大きいときに、有効突きと判定する。

【0077】

また、有効突判定部３１０が、剣先周辺画像内での有効面画素と非有効面画素の配置情報を用いて、剣先周辺画像を、有効領域と非有効領域に一つの線分で分割し、剣先位置が有効領域と非有効領域のどちらに含まれるかによって、有効突きと無効突きを判定する。

【0078】

また、有効突判定部３１０が、画素の色情報を用いて、有効面画素と非有効面画素のいずれか一方に識別する。

【0079】

また、有効突判定部３１０が、画素の色情報として、画素のＨＳＶ分布情報を用いる。

【0080】

また、有効突判定部３１０が、ＨＳＶ分布情報として、画素のＨ分布ヒストグラムの積算情報を用いる。

【0081】

また、積算情報は、所定境界値によって規定される範囲のＨ分布ヒストグラムの積算情報であり、所定境界値は、基準メタルジャケットから取得されるＨ分布ヒストグラムと、基準競技着から取得されるＨ分布ヒストグラムとに基づいて、決定する。

【0082】

また、有効突判定部３１０が、剣先周辺画像内の各画素の周りのパターンに基づいて、有効面画素と非有効面画素のいずれか一方に識別する。

【0083】

また、発音部１１を有し、発音部１１は、鍔３５の内側に設置され、ＬＥＤ制御部３１１からの信号に従い、可聴音を発音し、中央制御部６は、剣３Ａ、３Ｂのグリップに設置される。

【0084】

また、有効突判定方法は、剣３Ａ、３Ｂの先端に設置された剣先スイッチ８によって、剣３Ａ、３Ｂに設けられた電気接点の開閉を検出して剣３Ａ、３Ｂによる突きを検知し、中央制御部６内部に設置された剣先スイッチ入力部３６によって、剣先スイッチ８からの信号を受信し、中央制御部６内部に設置されたカメラ制御部３７によって、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に従いカメラ９の動作を制御し、剣３Ａ、３Ｂの鍔３５の外側に剣先に向けて設置されたカメラ９によって、カメラ制御部３７からの信号に従い剣先画像を撮影し、中央制御部６内部に設置された画像受信部３８によって、カメラ９で撮影した剣先画像を受信し、中央制御部６内部に設置された剣先周辺画像取得部３９によって、画像受信部３８から受信した剣先画像から剣先周辺画像を取得し、中央制御部６内部に設置された有効突判定部３１０によって、剣先周辺画像取得部３９から受信した剣先周辺画像を用いて有効突きを判定し、中央制御部６内部に設置されたＬＥＤ制御部３１１によって、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に応じて第１発光指示を出力し、有効突判定部３１０からの有効突判定結果１１８に応じて第２発光指示を出力し、剣３Ａ、３Ｂのブレード３２上の長さ方向に沿って設置された発光部１０によって、ＬＥＤ制御部３１１からの第１発光指示又は第２発光指示に従い発光する。

【0085】

また、有効突判定プログラムは、剣３Ａ、３Ｂの先端に設置され、剣３Ａ、３Ｂに設けられた電気接点の開閉を検出して剣３Ａ、３Ｂによる突きを検知する剣先スイッチ８からの信号を受信する剣先スイッチ入力部３６のコードと、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に従いカメラ９の動作を制御するカメラ制御部３７のコードと、剣３Ａ、３Ｂの鍔３５の外側に剣先に向けて設置され、カメラ制御部３７からの信号に従い剣先の画像を撮影するカメラ９で撮影した剣先画像を受信する画像受信部３８のコードと、画像受信部３８から受信した剣先画像から剣先周辺画像を取得する剣先周辺画像取得部３９のコードと、剣先周辺画像取得部３９から受信した剣先周辺画像を用いて有効突きを判定する有効突判定部３１０のコードと、剣先スイッチ入力部３６からの突きの信号に応じて、剣３Ａ、３Ｂのブレード３２上の長さ方向に沿って設置された発光部１０に、第１発光指示を出力し、有効突判定部３１０からの有効突判定結果に応じて第２発光指示を出力するＬＥＤ制御部３１１のコードと、をコンピュータに実行させる。

【0086】

実施形態によれば、フェンシング、特にフルーレ種目の練習時に、電気審判機なしで、メタルジャケット上を突いたかどうかを判定することによって突きの有効性を判定可能な有効突判定装置を提供することができる。

【0087】

実施形態における各手順の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。さらに、本実施形態における各手順の各ステップの全てあるいは一部をハードウェアにより実現してもよい。

【0088】

実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

【符号の説明】

【0089】

１Ａ フェンサー
１Ｂ フェンサー
２Ａ メタルジャケット
２Ｂ メタルジャケット
３Ａ 剣
３Ｂ 剣
４Ａ 有効突判定装置
４Ｂ 有効突判定装置
５ 発光・剣先画像撮影部
５Ａ 発光部
５Ｂ 発光部
６ 中央制御部
６Ａ 発音部
６Ｂ 発音部
７ 記憶部
７Ａ カメラ
７Ｂ カメラ
８ 剣先スイッチ
８Ｂ 有効突判定領域
９ カメラ
１０ 発光部
１１ 発音部
３２ ブレード
３３ 取り付け治具
３４ カメラの視野
３５ 鍔
３６ 剣先スイッチ入力部
３７ カメラ制御部
３８ 画像受信部
３９ 剣先周辺画像取得部
３１０ 有効突判定部
３１１ ＬＥＤ制御部
４１ メタルジャケット
４２ テープＲＥＤ
４３ 剣先画像領域
４４ 取得した剣先位置
４５ 剣先周辺画像
５７ 処理５３の結果
５８ 処理５４、処理５５の結果
５９ 処理５６の結果
６１ メタルジャケット
６２ 剣先周辺領域
６３ ワイン色のジャージ
６４ 剣先周辺領域
７１ メタルジャケット
７２ 剣先周辺領域
７３ ワイン色のジャージ
７４ 剣先周辺領域
１０１ メタルジャケット
１０２ 剣先周辺領域
１０３ ワイン色のジャージ
１０４ 剣先周辺領域
１１１ 剣先周辺領域
１１２ 剣先周辺画像
１１３ エッジ処理画像
１１４ 画素
１１５ 各画素周辺のウィンドー領域画像
１１６ 縞パターン判定結果
１１７ 全画素縞パターン判定結果
１１８ 有効突判定結果

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】