摄像装置及图像解析方法

专利名称：摄像装置及图像解析方法
技术领域：
本发明涉及从由摄像机构通过滚动快门(rolling shutter)方式拍摄到的巾贞图像中解析球的运动的摄像装置及图像解析方法。
背景技术：
在现有技术中，作为在棒球、网球等运动中使用的测量球的速度的装置，已知测速枪(speed-gun)。该测速枪例如测量由球产生的反射波的多普勒效应，来估计球的速度。为此，需要沿着球的运动方向设置测速枪，但是这样会存在与球相撞的危险很高的这一问题。再有，还存在难以验证是运动的球在哪个时间点的测量结果的这一问题。
因此，为了避免与球发生撞击，考虑从与该球的运动方向大致正交的方向侧拍摄球并利用其图像测量球的运动速度的方法(例如，日本特开2001-264016号公报专利文献I)。在专利文献I所记载的技术中，在由触发传感器检测到对球的打击之后，使机械快门连续地进行开闭，并且闪光装置与机械快门的开闭同步地进行连续发光，由此对CCD照相机进行多重曝光，而在I个帧图像上拍摄多个球像。此外，由于专利文献I记载的装置除了 CXD照相机以外还需要闪光装置及触发传感器等，因此费用较高。因此，如果不采用多重曝光方式，而是利用能够高速地对作为静止图像的帧图像进行连续摄像的高速照相机，则认为能够省略闪光装置等。但是，在高速照相机的图像传感器中，不是利用CCD型图像传感器，而是利用能够高速地进行摄像处理的CMOS型图像传感器。但是，CMOS型图像传感器是通过滚动快门方式进行摄像的，按每个水平线依次进行曝光 电荷蓄积动作。因此，当对高速移动的球进行摄像时，帧图像内的球像会变形。存在即便利用包含变形的球像在内的帧图像来对球的运动进行解析也无法进行正确的解析的这一问题。

发明内容
根据本发明的第I方式，提供一种摄像装置，其特征在于具备滚动快门方式的摄像机构；摄像控制机构，其通过所述摄像机构进行连续摄像，来获取以球像变形为椭圆形的状态包含的至少2个帧图像；分离度算出机构，其通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由所述摄像控制机构所取得到的所述帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度；估计机构，其将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；和状态量算出机构，其基于由所述估计机构估计出的至少2个帧图像的所述球像的各估计值，来计算所述球的运动的状态量。根据本发明的第2方式，提供一种摄像装置，其特征在于具备滚动快门方式的摄像机构；摄像控制机构，其通过所述摄像机构进行摄像，来获取以球像变形为椭圆形的状态包含的帧图像；分离度算出机构，其通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域同心状且在该内区域的外侧与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由所述摄像控制机构所取得到的所述帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度；估计机构，其将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；第I交点算出机构，其计算由被所述估计机构估计出的中心位置、长径、短径及倾斜角所规定的椭圆、和与该椭圆相切的水平的二根切线之间的交点的位置；第2交点算出机构，其计算通 过由所述估计机构估计出的中心位置的水平线与所述椭圆之间的交点；和速度算出机构，其基于由所述第I交点算出机构及所述第2交点算出机构计算出的交点的位置、所述摄像机构的滚动快门的水平线间的延迟时间及所述球的实际尺寸，来计算所述球的速度。根据本发明的第3方式，提供一种图像解析方法，其特征在于包括分离度算出步骤，通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由滚动快门方式的摄像机构连续拍摄移动的球从而以其球像变形为椭圆形的状态包含的至少2个帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度；估计步骤，将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出步骤计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；和状态量算出步骤，基于由所述估计步骤估计出的至少2个帧图像的所述球像的各估计值，来计算所述球的运动的状态量。根据本发明的第4方式，提供一种图像解析方法，其特征在于包括分离度算出步骤，通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域同心状且在该内区域的外侧与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由滚动快门方式的摄像机构拍摄移动的球从而以其球像变形为椭圆形的状态包含的帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度；估计步骤，将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出步骤计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角;第I交点算出步骤，计算由被所述估计步骤估计出的中心位置、长径、短径及倾斜角所规定的椭圆、和与该椭圆相切的水平的二根切线之间的交点的位置;第2交点算出步骤，计算通过由所述估计步骤估计出的中心位置的水平线与所述椭圆之间的交点；和速度算出步骤，基于由所述第I交点算出步骤及所述第2交点算出步骤计算出的交点的位置、所述摄像机构的滚动快门的水平线间的延迟时间及所述球的实际尺寸，来计算所述球的速度。


图I是表示本发明的第I实施方式涉及的摄像装置的使用状态的俯视图。图2是表示所使用的球的图。图3是表示摄像装置的示意结构的框图。图4是表示由摄像装置的计算机进行的处理的主例程的流程图。图5是表示拍摄静止的球而得到的球像的一例的图。图6是表示拍摄运动的球而得到的球像的一例的图。
图7是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子例程的流程图。图8是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图9是表示打击前的帧图像的图。图10是表示帧图像之中的球像的状态的图。图11是表示帧索引与差值的关系的曲线。图12是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图13是表示帧索引与差值的关系的曲线。图14是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子例程的流程图。 图15是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图16是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图17是用于说明圆形分离度滤波器的说明图。图18是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子例程的流程图。图19是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图20是用于说明对球像的背景进行平滑化的处理的说明图。图21是用于说明椭圆分离度滤波器的说明图。图22是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子例程的流程图。图23是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图24A是表示对变形修正前的球像的图。图24B是表示对变形修正后的球像的图。图25是表示由摄像装置的计算机进行的处理的子子例程的流程图。图26是用于说明球的水平射出角的计算的说明图。图27是表示本发明的第2实施方式涉及的摄像装置的示意结构的框图。图28是表示由摄像装置的计算机进行的处理的主例程的流程图。图29是用于说明对球的运动进行解析的原理的说明图。
具体实施例方式以下，利用

用于实施本发明的方式。但是，在以下叙述的实施方式中，为了实施本发明而在技术上赋予了优选的各种限定，但并不是将本发明的范围限定于以下的实施方式及图示例。〔第I实施方式〕图I是表示应用了本发明的一实施方式的摄像装置100的使用状态的俯视图。如图I所示，使摄像装置100的摄像方向D大致水平，在摄像装置100的摄像范围E的周边部，打击者201在与摄像方向D大致正交的方向F上对球状的球202进行打击。为使打击时的球202进入摄像装置100的摄像范围E中，由摄像装置100连续拍摄从球202被打击前处于静止的状态直至打击后高速移动的状态。摄像装置100基于连续拍摄到的多个帧图像来解析球202的速度、打击方向及旋转状态等。为了清楚地拍摄球202，优选球202是白色的，而背景是暗色的。此外，为了能够容易对球202的旋转状态进行解析，优选对球202的表面附加标记或者花纹又或其双方。例如，如图2所示，正交的最大圆周线203、204附加在球202的表面。
图3是表示摄像装置100的示意结构的框图。该摄像装置100是球运动解析装置，尤其是数字照相机。摄像装置100具备透镜单元(透镜部)I、透镜驱动部2、电子摄像部3、单元电路4、摄像控制部5、图像生成部6、图像处理部7、操作输入部8、显示部9、读写器10、缓冲存储器12、程序存储器13及中央控制部14等。此外，摄像装置100中安装作为外部存储介质的存储部U。透镜驱动部2、摄像控制部5、图像生成部6、图像处理部7、显示部9、读写器10、缓冲存储器12、程序存储器13及中央控制部14经由总线15相连接。该摄像装置100的计算机由图像处理部7、缓冲存储器12、中央控制部14及总线15构成。当操作输入部8被用户操作时，将伴随该操作的操作信号输出至中央控制部14。操作输入部8例如具有在摄像装置100的各部设置的快门按钮8a、模式选择按钮Sb及方向操作按钮8c等的操作按钮、以及在显示部9的显示画面设置的触摸面板8d。快门按钮8a是用于指示由电子摄像部3进行被摄体的摄像的按钮。模式选择按钮Sb是用于将摄像 模式切换设定为通常摄像模式、连续摄像模式、球运动解析模式等的按钮。方向操作按钮8c是用于使显示部9的显示画面上显示的光标移动的按钮。触摸面板8d用于根据与该触摸面板8d对应的接触位置而输入各种指示。透镜单元I具有聚焦功能及变焦功能，由多个透镜构成。透镜单元I使处于透镜单元I前面的被摄体(主要是球202)及其背景在电子摄像部3上成像。透镜驱动部2在光轴方向上驱动透镜单元I的各透镜。具体而言，透镜驱动部2具备使各透镜在光轴方向上移动的聚焦电动机等的驱动源、对驱动源进行驱动的驱动器(都省略图示)。电子摄像部3在透镜单元I的后方侧配置在透镜单元I的光轴上。此外，电子摄像部 3 由例如 CMOS (Complementary Metal-oxide Semiconductor)等图像传感器构成。电子摄像部3将由透镜单元I成像的光学像变换为二维图像信号。电子摄像部3能够高速地进行连续的摄像。也就是说，电子摄像部3在球202等的被摄体运动之时，连续拍摄包含该被摄体的帧图像，并将多个帧图像依次输出至单元电路4。将由电子摄像部3连续拍摄的帧图像的帧频设定为FratJfps]。此外，电子摄像部3通过滚动快门方式进行摄像动作。也就是说，电子摄像部3的图像传感器按每个水平线依次进行曝光·电荷蓄积动作。将电子摄像部3的垂直线数设为Sx，将水平线数设为Sy。因此，在由电子摄像部3拍摄高速运动的被摄体时，帧图像中包含的被摄体的像出现变形。将这种变形称为滚动快门变形。单元电路4被输入与从电子摄像部3输出的被摄体的光学像相应的模拟图像信号。单元电路4由保持所输入的图像信号的CDS、对该图像信号进行放大的增益调整放大器(AGC)、将由该增益调整放大器放大之后的图像信号变换为数字数据的图像的A/D变换器(ADC)等构成(都省略图示)。单元电路4将数字的图像输出至图像生成部6。摄像控制部5按照与中央控制部14所设定的帧频相应的定时，进行驱动电子摄像部3、单元电路4的控制。具体而言,摄像控制部5具备TG (Timing Generator)、驱动电子摄像部3的驱动器等(都省略图示)，并经由TG来控制驱动器、单元电路4的动作定时。S卩，中央控制部14按照从程序存储器13读出的程序13a设定快门速度时，摄像控制部5的TG将与该快门速度对应的电荷蓄积时间作为快门脉冲而输出至驱动器，按照来自驱动器的驱动脉冲信号使电子摄像部3通过滚动快门方式进行动作从而控制电荷蓄积时间(曝光时间)。由此，通过电子摄像部3拍摄I帧的图像。因此，在连续摄像时，当中央控制部14设定了帧频时，摄像控制部5按照该帧频使电子摄像部3以滚动快门方式反复进行动作，从而电子摄像部3进行连续摄像。这样构成的透镜单元I、电子摄像部3、单元电路4及摄像控制部5构成了拍摄被摄体的摄像机构。图像生成部6针对由单元电路4输出的图像实施Y修正处理、白平衡处理等各种图像处理。图像生成部6在中央控制部14的控制下将图像处理之后的图像输出至读写器10。读写器10将图像处理之后的图像记录在存储部11中。存储部11是非易失性半导体存储器或者硬盘，用于存储图像。由图像生成部6进行图像处理之后的图像被读写器10记录在存储部11中的时候是在快门按钮8a被压下时。在快门按钮8a被按下之前，由图像生成部6进行图像处理之 后的图像被暂时保存在缓冲存储器12中，显示部9将缓冲存储器12中暂时保存的图像变换为视频信号之后，作为实时取景图像而显示在显示画面上。读写器10读出存储部11中存储的图像。由读写器10读出的图像被暂时保存在缓冲存储器12中。缓冲存储器12中暂时保存的图像被显示部9变换为视频信号、或者被图像处理部7进行图像处理。缓冲存储器12暂时保存图像，并且还作为中央控制部14的工作存储器使用。程序存储器13中保存着与该摄像装置100的功能相关的程序13a、各种数据。该程序13a是对于中央控制部14及图像处理部7而言能读取的程序。中央控制部14具备对摄像装置100的各部进行控制的CPU (省略图示)。程序13a使中央控制部14作为初始位置设定机构14a、摄像控制机构14b及输入控制机构14c等发挥功能，中央控制部14按照程序13a来控制摄像装置100的各部。对于中央控制部14的这些功能将在后面叙述。图像处理部7具备进行与图像的各像素的坐标相关的运算、与图像的各像素的像素值相关的运算、其他的图像处理的处理器(省略图示)。图像处理部7按照程序13a进行图像处理。也就是说，程序13a使图像处理部7作为打击时帧检测机构7a、第I平滑化机构7b、圆形分离度算出机构7c、第I估计机构7d、平均色算出机构7e、第2平滑化机构7f、椭圆分离度算出机构7g、第2估计机构7h、偏移量算出机构7i、错开量算出机构7j、变形修正机构7k、坐标变换机构7m、旋转角估计机构7n、速度算出机构7p、垂直射出角算出机构7s及自旋速度算出机构7t、水平射出角算出机构7u发挥功能。对于图像处理部7的这些功能将在后面叙述。接下来，参照图4所示的流程图，说明中央控制部14及图像处理部7按照程序13a所进行的处理流程。再者，在由中央控制部14及图像处理部7执行以下所说明的处理之前，如图I所示那样设置摄像装置100。首先，通过程序13a而使中央控制部14作为初始位置设定机构14a发挥功能，从而该中央控制部14在表现图像的各像素的位置的正交二维坐标系之中设定球的初始位置(xini, yini)(步骤SI)。具体而言，用户通过操作方向操作按钮Sc使光标与实时取景图像(实时取景图像是由电子摄像部3拍摄并显示在显示部9。)中的球相吻合，中央控制部14将该光标的位置设定为初始位置(Xini，yini)。或者，用户也可以在实时取景图像之中的球的位置触摸了触摸面板8d之后，中央控制部14将该触摸位置设定为初始位置(xini，yini)。或者，还可以在中央控制部14设定了初始位置(xini，yini)之后，用户使摄像装置100移动，使得在实时取景图像中显示的框(框的中心为球的初始位置(xini，yini)。)与球的位置相吻合。在初始位置(xini，yini)设定时，在单元电路4中设定用户容易确认实时取景图像的这种增益。再者，也可以如后述那样在连续拍摄多个帧图像之后，最初的帧图像或者从最初开始几个之后的帧图像被显示在显示部9时，用户通过进行方向操作按钮Sc的操作或者对触摸面板8d进行触摸，使得图像处理部7将光标的位置或者触摸位置设定为球的初始位置(xini, yini)。再者，电子摄像部3的矩阵状的像素排列之中的水平线(水平方向的像素列)成为正交二维坐标系的X方向，垂直线(垂直方向的像素列)成为正交二维坐标系的I方向。接下来，通过程序13a而使中央控制部14作为摄像控制机构14b发挥功能，该中央控制部14进行连续摄像处理(步骤S2)。具体而言，当用户按下快门按钮8a时，中央控 制部14设定单元电路4及电子摄像部3的驱动定时及帧频Frate，摄像控制部5按照该驱动定时及帧频使电子摄像部3以滚动快门方式反复进行动作，从而电子摄像部3高速地进行连续摄像。优选电子摄像部3的快门速度尽量快，帧频Frate尽量高。在进行着连续摄像时，打击者201对球202进行打击。因此，从球202处于静止时开始直至球202被打击而移动时为止，由电子摄像部3连续拍摄包含球像的多个帧图像。由电子摄像部3拍摄到的帧图像依次经由单元电路4及图像生成部6而输出至读写器10，读写器10将这些帧图像依次记录在存储部11中。此外，图像处理部7也将连续摄像时的摄像条件(例如，透镜单元I的水平视角Ah、透镜单元I的垂直视角Av、帧频Frate等)也记录在存储部11中。再者，由电子摄像部3拍摄到的连续帧图像被单元电路4进行信号处理时，优选单元电路4的A/D变换器前方的模拟级(增益调整放大器)的增益尽量高。图5表示球202被打击前的帧图像中包含的球像，图6是球202被打击后的帧图像中包含的球像。如图5所示，如果球202处于静止，则球像是没有变形的圆形，如果球202移动，则球像发生变形而成为椭圆形。在图6中，假定球202在摄像装置100前面从左移动至右，电子摄像部3的图像传感器按每个水平线从上至下依次进行曝光·电荷蓄积动作。再者，也可以在连续摄像之前不进行初始位置(xini，yini)的设定，而是在连续拍摄了多个帧图像之后，在最初的帧图像或者从最初开始几个图像之后的帧图像被显示于显示部9之际，用户通过方向操作按钮Sc使光标与球像的位置相吻合、或者在球像的位置对触摸面板8d进行触摸，从而中央控制部14将光标的位置或者触摸位置设定为球的初始位置
(Xini, Yini) °接下来，通过程序13a而使中央控制部14作为输入控制机构14c发挥功能，该中央控制部14将通过操作输入部8输入的数据保存在缓冲存储器12等中。具体而言，用户通过对操作输入部8进行操作，来输入各种摄影条件(例如球202的大小、摄像距离(所谓摄像距离是从与摄像方向D正交并且通过打击前的球202的物体面起直至摄像装置100 (透镜单元I、电子摄像部3)为止的距离))，中央控制部14将所输入的摄像条件保存在缓冲存储器12中。接下来，通过程序13a而使图像处理部7作为打击时帧检测机构7a发挥功能，图像处理部7从记录在存储部11中的多个连续帧图像之中检测球202被打击时的帧图像(以下，单纯称为“帧”)(步骤S3)。对于检测球202被打击时的帧的处理(步骤S3)，参照图7所示的流程图进行具体说明。如图7所示，首先，图像处理部7确定打击时的帧的候选(步骤Sll)，之后，从该候选帧的前后多个帧之中确定球202被打击时的帧(步骤S12)，将球打击时的帧输出至显示部9并使显示部9显示该帧(步骤S13)。图8是具体表示确定打击时的帧的候选的处理(步骤Sll)的流程图。如图8所示，首先图像处理部7设定以中央控制部14所设定的初始位置(xini，yini)为中心的矩形形状的区域W(参照图9)(步骤S21)。在此，图9是用于说明区域W的图，图9中与区域W —起示出了球202的打击前的巾贞。优选区域W的尺寸(将X方向设为wx,将y方向设为wy。)为球像的尺寸以内。再者，区域W的形状也可以不是矩形。接下来，图像处理部7从记录在存储部11中的多个连续巾贞之中读出从最初开始第t个帧和其N帧前的帧(优选N为2以上的整数，是基于打击物通过区域W的时间和帧频的 足够大的值)。并且，算出第t个帧的区域W和其N帧前的t-N帧的区域W之间的差值(步骤S22，S23，S24)。具体而言，如以下的公式所示，图像处理部7在第t个帧和其之前的帧之间算出同一像素的像素值的差值的绝对值在区域W内的总和。[公式I]
difW 1(0 = X\(ft_N (x，y) - ft O，少)|
x,\'gW在此，t是帧索引(index)，ft (x, y)是第t个帧的各像素的像素值，(x, y)是第t-N个帧的各像素的像素值，difffl (t)是第t个帧的区域W和其之前的帧的区域W之间
的差值。图像处理部7每隔N帧来进行以上这种2个帧之间的区域W的差值difWl (t)的计算(步骤S25:否)。并且，以上的差值difWl(t)的计算由图像处理部7每隔N帧地反复进行，直至最后的帧(步骤S25:是)，图像处理部7将差值difWl(t)最大的帧确定为打击时的帧的候选(步骤S26)。以下，将该帧的帧索引设定为NI。再者，由于每隔N帧来进行差值difWl (t)的计算，因此可减轻计算处理的负担。图10中表示其第NI帧、第Nl-N帧、第N1-2N帧的情况下的球的状态。图11中表示针对每隔N帧的各帧所算出的差值。在图11中,横轴表示帧索引，纵轴表示差值difWl(t)。如图10所示，在球202被打击时的帧之前的第Nl-N帧中球是处于静止的状态，在该帧之后的第NI帧中球像从区域W脱离，打击物(高尔夫球杆的杆头等)的像通过区域W。因此，如图11所示，在第NI帧中，每隔N帧的2个帧间的区域W的差值difWl(t)取得最大值。因此，将差值difWl (t)最大的帧确定为打击时的帧的候选。但是，无法判断从该第Nl-N帧至第NI帧的候选帧之间的哪个帧是球被打击而移动的瞬间的帧。因此，由图像处理部7进行图12所示的处理。图12是具体表示确定打击时的帧的处理(步骤S12)的流程图。首先，图像处理部7从存储部11中读出在图8所示的步骤S26中所确定的第NI个候选帧的2N帧之前的帧(第N1-2N帧)(步骤S31)，将该帧的区域W作为模板(步骤S32)。然后，图像处理部7从存储部11中读出下一帧(步骤S33)，计算作为模板的第N1-2N帧的区域W与下一帧的区域W之间的差值(步骤S34)。具体而言，如以下公式所示，图像处理部7在第N1-2N帧与其下一帧之间计算同一像素的像素值的差值的绝对值在区域W内的总和。[公式2]
权利要求
1.一种摄像装置，其特征在于具备 滚动快门方式的摄像机构； 摄像控制机构，其通过所述摄像机构进行连续摄像，来获取以球像变形为椭圆形的状态包含的至少2个帧图像； 分离度算出机构，其通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由所述摄像控制机构所取得到的所述帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度； 估计机构，其将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；和 状态量算出机构，其基于由所述估计机构估计出的至少2个帧图像的所述球像的各估计值，来计算所述球的运动的状态量。
2.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 所述状态量算出机构包括速度算出机构，该速度算出机构根据由所述估计机构估计出的至少2个帧图像的球像的中心位置的差值、帧图像间的帧数及帧频来计算所述球的速度。
3.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 所述状态量算出机构包括垂直射出角算出机构，该垂直射出角算出机构根据由所述估计机构估计出的至少2个帧图像的球像的中心位置的差值来计算以水平面为基准的所述球向上下方向射出的射出角。
4.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 所述状态量算出机构包括水平射出角算出机构，该水平射出角算出机构根据由所述估计机构估计出的至少2个帧图像的球像的长径或者短径、所述摄像机构的水平视角、所述帧图像的中心坐标及所述帧图像的垂直线数，来计算以与所述摄像机构的摄像方向正交的面为基准的所述球向左右方向射出的射出角。
5.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 所述估计机构将在使所述内区域的倾斜角一定的状态下在变更所述内区域的中心位置、长径及短径的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径及短径，估计为所述球像的中心位置、长径及短径；将在相对于所估计出的中心位置、长径及短径而使所述内区域的中心位置、长径及短径一定的状态下在变更所述内区域的倾斜角的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的倾斜角，估计为所述球像的倾斜角。
6.根据权利要求I所述的摄像装置，其特征在于， 所述摄像装置还具备 偏移量算出机构，其根据由所述估计机构估计出的中心位置的帧图像间的水平方向的差值，来计算在相邻的水平线之间通过滚动快门所产生的水平方向的偏移量； 变形修正机构，其基于所述偏移量将所述帧图像的球像中所产生的变形修正为圆形；坐标变换机构，其将由所述变形修正机构修正之后的球像，坐标变换到三维球体模型的表面；旋转角估计机构，其估计由所述坐标变换机构坐标变换之后的球像的帧图像间的旋转角；和 自旋速度算出机构，其根据由所述旋转角估计机构估计出的旋转角和巾贞频，来计算所述球的自旋速度。
7.一种摄像装置，其特征在于具备 滚动快门方式的摄像机构； 摄像控制机构，其通过所述摄像机构进行摄像，来获取以球像变形为椭圆形的状态包含的帧图像； 分离度算出机构，其通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域同心状且在该内区域的外侧与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由所述摄像控制机构所取得到的所述帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度； 估计机构，其将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出机构计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角； 第I交点算出机构，其计算由被所述估计机构估计出的中心位置、长径、短径及倾斜角所规定的椭圆、和与该椭圆相切的水平的二根切线之间的交点的位置； 第2交点算出机构，其计算通过由所述估计机构估计出的中心位置的水平线与所述椭圆之间的交点；和 速度算出机构，其基于由所述第I交点算出机构及所述第2交点算出机构计算出的交点的位置、所述摄像机构的滚动快门的水平线间的延迟时间及所述球的实际尺寸，来计算所述球的速度。
8.一种图像解析方法，其特征在于包括 分离度算出步骤，通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由滚动快门方式的摄像机构连续拍摄移动的球从而以其球像变形为椭圆形的状态包含的至少2个帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度； 估计步骤，将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出步骤计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；和 状态量算出步骤，基于由所述估计步骤估计出的至少2个帧图像的所述球像的各估计值，来计算所述球的运动的状态量。
9.一种图像解析方法，其特征在于包括 分离度算出步骤，通过具有长径相对于水平线倾斜了的椭圆形的内区域、和与该内区域同心状且在该内区域的外侧与该内区域邻接的外区域的椭圆分离度滤波器，对由滚动快门方式的摄像机构拍摄移动的球从而以其球像变形为椭圆形的状态包含的帧图像进行滤波处理，来计算所述内区域和所述外区域的像素的分离度； 估计步骤，将在变更所述内区域的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由所述分离度算出步骤计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为所述球像的中心位置、长径、短径及倾斜角； 第I交点算出步骤，计算由被所述估计步骤估计出的中心位置、长径、短径及倾斜角所规定的椭圆、和与该椭圆相切的水平的二根切线之间的交点的位置； 第2交点算 出步骤，计算通过由所述估计步骤估计出的中心位置的水平线与所述椭圆之间的交点；和 速度算出步骤，基于由所述第I交点算出步骤及所述第2交点算出步骤计算出的交点的位置、所述摄像机构的滚动快门的水平线间的延迟时间及所述球的实际尺寸，来计算所述球的速度。
全文摘要
本发明提供一种摄像装置及图像解析方法。摄像装置(100)具备分离度算出机构(7g)，其通过具有内区域(A3)和该内区域(A3)外侧的外区域(A4)的椭圆分离度滤波器，对以球像变形为椭圆形的状态包含的帧图像进行滤波处理，来计算分离度；估计机构(7h)，其将在变更内区域(A3)的中心位置、长径、短径及倾斜角的同时由分离度算出机构(7g)计算出的分离度为最大之时的中心位置、长径、短径及倾斜角，估计为球像的中心位置、长径、短径及倾斜角；和速度算出机构(7p)，其根据由估计机构(7h)估计出的球像的中心位置的差值、帧图像间的帧数及帧频来计算球的速度。
文档编号H04N5/232GK102932591SQ201210277308
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月6日 优先权日2011年8月8日
发明者中込浩一 申请人:卡西欧计算机株式会社