JP5352773B2 - 速度測定装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、速度測定装置およびプログラムに関するもので、より具体的には、野球・ソフトボールその他の投げたボールの速度を測定する技術に関する。

移動する測定対象物の速度を測定する速度測定装置として、ドップラーセンサを用いたものが知られている。これは、被測定対象物である物体に向けてマイクロ波を照射し、物体による反射波を測定する。物体がマイクロ波の進行方向に対して運動している時は、ドップラー効果によって反射波の周波数が変化するため、これと発射波の周波数を比較することにより、物体の速さを算出することができる。この種のドップラーセンサを用いた従来の速度測定装置では、一般に野球において、投手が投げるボールの速度（球速）を測定するのに用いられる。

この種の速度測定装置は、一般にスピードガンとも称されており、たとえば特許文献１等に開示されている。この特許文献１に開示された発明では、最初のドップラーパルスが入力されてから一定のゲート期間だけパルス列を通過させ、通過したパルス数に基づいて球速を求めるようになっている。

特開２００１−１８８８０５号公報

ところで、一般的なこの種の速度測定装置では、最高速度を計測し、表示することが多い。一方、実際にバッターにとって打ちにくいボールは、単純に最高速度が速いというだけでなく、初速と終速の差が少ない、いわゆる“のび”のあるボールともいわれている。たとえ、最高速度が遅くても、かかる“のび”のあるボールは、バッターにとっての体感速度も速くて打ちにくく、逆に、たとえ最高速度が速くても初速と終速の差が大きく、いわゆる“おじぎ”したボールは打ちやすいともいわれている。そこで、初速や終速も計測できるようにしたいという課題がある。

従来の速度測定装置を用いて、初速や終速を求める場合、測定においてボールとして認識した部分の最初の方の速度を初速、最後の方の速度を終速とすることができる。しかし、このようにして初速や終速を求めた場合、以下に示す課題がある。

まず、初速測定については、ボールのリリース直後のドップラー信号は、ボールだけでなく投手の肢体の動きによる影響を受けやすいという問題を含むとともに、ボールの速度を認識してからの信号から速度を算出した場合、”初速より若干後の速度”を測定したことになる。よって、それらの要因から正確な初速を算出しにくいという課題がある。

また、通常の測定位置（捕手の後方から、投手方向に構える）の場合、ホームベース上での終速測定はボールが捕手や主審の陰になり、測定が不可能な領域である。さらに、 初速並びに終速ともにピンポイトで測定した場合、そこが測定マイクロ波のマルチパス条件で不利な状態での測定となることもある。

上記の課題を解決するために、本発明は、（１）マイクロ波ドップラーセンサと、そのマイクロ波ドップラーセンサから出力されるドップラー信号を周波数解析して速度を算出する速度算出手段と、前記速度算出手段で繰り返し算出した速度を記録する記憶手段と、前記記憶手段に記録された速度の履歴に基づいて、投げられたボールの球速を求める解析手段と、前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、を備え、前記解析手段は、ボールの速度の推移を表す関数に基づきボールのリリース時点の速度を算出して初速を求める機能を備えた。

ボールのリリース直後は、投げた人の腕の振りその他の肢体のぶれ等から、マイクロ波ドップラーセンサで求めたドップラー信号は、純粋にボールから反射波に基づくもののみでなく、高精度な速度の測定はできない。さらに、実際にボールの実際のボールの移動を検出して求めた速度は、リリースされてから少し空間を移動した後のボールの速度である。一方、そのようにリリースされてから少し空間を移動した後のボールは、その空間中の移動物体はボールのみであることが多く、精度良く検出して速度を求めることができる。そこで、本発明では、速度の履歴、より具体的には、上記の精度良く速度が求められる区間の速度に基づいてその速度の推移を表す関数を求め、その関数に従って、リリース直後の速度を算出し、初速とすることで、精度良く初速を求めることができる。つまり、精度の良い計測が困難な初速であるが、比較的精度良く特定できるリリースタイミングを用いることで、初速を精度良く測定できる。表示手段へ表示する解析結果は、例えば、求めた初速をテキスト表示することがある。もちろん、この初速以外にも各種の情報を関連づけて表示することができ、また、表示態様もテキストに限ることはない。

（２）前記解析手段は、前記記憶手段に格納された速度の履歴に基づいて、前記ボールの速度の推移を表す関数を求めるようにするとよい。関数は予め実験等により求めておいたものを用いてもよいし、下記（３）に示すように実際の測定結果に基づいて求めても良い。

（３）前記解析手段は、前記リリース時点から速度を時間積分して求めた前記ボールの累積移動距離が、設定された距離になったときの速度を前記関数に基づいて算出し、その算出した速度を終速とする機能を備えるとよい。本発明では、初速と同様に、終速も実測の速度データを参照せず、関数に基づき算出することで精度良く求めることができる。その結果、例えば、ボールをキャッチする際に、ボールを検出することができなくても終速を求めることができる。

（４）前記解析手段は、求めた前記初速と前記終速に基づき、球速の減速の程度を示す減速情報を算出する機能を備えるとよい。初速と終速の差が少ないほど、打ちにくいのびのある良いボールといえるので、係る指標が簡単に理解できるので好ましい。

（５）前記関数は、直線近似の関数とするとよい。このようにすると、簡単な式で速度の推移を特定でき、初速や終速も簡単に求めることができる。

（６）前記解析手段は、前記記憶手段に格納された速度への履歴を構成する各速度のうち、排除条件に該当する速度を除いたものから前記関数を求めるようにすると良い。このようにすると、より有効なデータに基づいて関数を求めることができ、関数の精度も高く実際のボールの移動速度の推移を表すものに近づくので、最終的に求める初速や終速も精度の高いものとなる。

（７）前記表示手段に、前記速度の履歴をグラフ表示する機能を備えるとよい。このようにすると、速度の変化の程度が視覚的に直感的に理解できる。この場合に、１回の投球に伴い取得した速度を全て使用してグラフを作成し、描画しても良いし、係る全ての速度の内の一部のデータを使用してグラフを作成して描画しても良い。一部のデータを使用する場合、表示用の排除条件を設定し、排除条件に該当しないデータを抽出し、描画することができる。この排除条件としては、例えば、上記の（６）の排除条件と同一としても良いし、異なるものとしても良い。また、このグラフ表示は、初速等の結果の表示と同時に行っても良いし、切替などで別々に表示しても良い。

（８）本発明のプログラムは、（１）から（７）に記載の速度測定装置の機能をコンピュータに実現させるためのプログラムである。

本発明は、初速や終速の測定において、実際にそのポイントの速度をピンポイントで測定し実測値として求めるのではないので、リリース直後や瞬間的なマイクロ波の反射波の質に左右されにくい安定した結果が得られる。さらに、終速測定においては、捕手の後方から計測した場合に当該捕手や主審の陰で測定できない領域の速度が可能となる。

本発明に係る速度測定装置の好適な一実施形態を示している。 設置状態の一例を示す図である。 表示手段に出力される測定結果のレイアウトの一例を示す図である。 測定結果を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の好適な実施形態を説明する。図１は本発明の好適な一実施形態を示している。速度測定装置１０は、マイクロ波ドップラーセンサ１１と、そのマイクロ波ドップラーセンサ１１から出力されるドップラー信号を増幅するアンプ１２と、そのアンプ１２の出力に基づき、演算処理を実行する演算部１３と、その演算部１３による演算結果を出力する表示部１４と、記憶装置１５と、を備えている。

これらの各部品は、同一のケース内に収納しても良いし、複数のケースに分割しても収納しても良い。複数のケースに分割する場合、有線・無線により通信することができる。また、表示部１４は、無線を利用した携帯表示器として構成し、離れた場所で確認できるようにしても良い。また、この携帯表示器を設ける場合において、本体側にも表示部１４を設け、本体側と、離れた場所の両方で確認できるようにしても良い。さらに出力手段として、表示部１４に加え、音声出力手段を備えても良い。

マイクロ波ドップラーセンサ１１は、送信器から移動している対象物に向けマイクロ波を発射し、反射してきたマイクロ波を受信して送信波と周波数を比較した場合、対象物の移動速度に比例して受信波の周波数がシフトする現象（ドップラー効果）を利用したセンサであり、シフトした周波数（ドップラー周波数）の信号（ドップラー信号）を出力する。従って、このドップラー信号に基づいて反射した対象物（本実施形態では、ボール）の移動速度を求めることができる。

そこで、速度測定装置１０，より具体的には、マイクロ波ドップラーセンサ１１を、速度の測定対象物となるボールの投げ手（投手）側或いは受け手（捕手）側の後方に設置し、当該センサが有する送受信機（アンテナ）が、ボールの移動軌跡に向くようにする。物体の移動方向と、マイクロ波の進む方向が一致しているのが好ましい。従って、例えば、理想的には、マイクロドップラーセンサ１１を投げ手と受け手とを結ぶ延長線上に配置することである。しかし、マイクロ波ドップラーセンサ１１は、アンテナの指向性により検知範囲にある程度の幅があるので、精密な位置あわせは不要であり、さらに、特に受け手側の真後ろに配置すると、ボールが受け手にキャッチされる際には、当該ボールは受けての陰になるため、測定が困難となることから、少し斜め後方に設置すると良い。速度測定装置１０の設置位置は、選手の邪魔にならない位置とするのはもちろんである。

図２は、具体的な設置位置の一例を示している。図２（ａ）は、試合形式の場合であり、捕手Ｃの後に球審Ａが立っており、ホームベースの左右いずれかの打席（図では右打席）に打者Ｂが立っている。係る場合に、速度測定装置１０を用いて投手Ｐが投げたボール１の球速を測定する。この場合、試合中であるのでフェアグランド内に速度測定装置１０を置くと邪魔になるため、図示するように、速度測定装置１０は、ボール１の受け手となる捕手Ｃの後方に設置する。そして、ホームベースの真後ろの場合、ボール１が捕手Ｃや球審Ａの体の陰になるので避けた方がよく、しかも、打者Ｂの陰にならないように、打者Ｂの反対側の少し斜め後ろの方向からボール１をねらうようにしている。

図２（ｂ）は、練習中のキャッチボール形式の場合であり、試合形式と相違し、打者や審判がいないため、図２（ａ）に示す試合形式の場合に比べると、速度測定装置１０の設置位置の自由度は増す。すなわち、打者がいないため、速度測定装置１０は、受け手Ｃ′の左右いずれの斜め後ろに設置することができる。なお、図ではホームベースを描画していないが、両者が立った状態で行う通常のキャッチボールはもちろんのこと、受け手が捕手でピッチング練習の場合も含む。

図２（ｃ）は、練習中のキャッチボールの場合の別の設置例である。ここでは、速度測定装置１０は、投げ手Ｐ′の斜め後方に設置している。特に、このように受け手Ｃ′側よりも投げ手Ｐ′側の背面からの方がボール１を最後まで見通せるので、終速を正しく測るためには有利である。

演算部１３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えるマイコンを備える。記憶装置１５は、演算結果を記録しておくもので、着脱できない内部記憶装置でも良いし、ＳＤメモリカード等の着脱可能な記録メディアを装着するためのスロット部（読み書きする機能を含む）でも良い。

本実施形態の速度測定装置１０における機能は、演算部１３に有するコンピュータが実行するプログラムとして演算部１３のフラッシュメモリ等に格納され、これを演算部１３に有するコンピュータが実行することで実現される。演算部１３の有するプログラムによってコンピュータが実現する主な機能としては、ドップラー信号を周波数解析して測定対象物である投げられたボールの移動速度（球速）を算出する速度算出機能等を備えている。速度算出機能は、スタート／ストップボタンの押下に応じて、速度の算出処理を開始／終了する。なお、電源ＯＮに伴い、速度の算出処理を開始するようにしてもよい。

また、図示省略するが、ケース本体の表面には、操作スイッチが設けられる。また、表示部１４の表示画面に重ねてタッチパネルを配置してもよい。また、図示省略するが、外部装置と接続するインタフェースとして、ＵＳＢ端子や、無線による通信を行う通信インタフェースや、リモコン通信機等を備えると良い。

なお、本体に内蔵する演算部１３は、一定のサイクルで時々刻々と変化する速度を算出し、記憶装置１５に記録するだけにし、その記録した情報をパソコン等の解析装置に送り、そこで詳しい解析、すなわち、初速や終速等を求めるようにしても良い。パソコン等の解析装置に送る場合、ＵＳＢ端子等を用いて直接本体と解析装置を接続してデータを転送しても良いし、記憶装置１５としてＳＤメモリカードのような着脱可能な記憶メディアを用いている場合には、その記憶メディアを取り出すと共に解析装置に装着することでデータを送るようにしても良い。

また、本実施形態の速度測定装置１０における測定は、単発モードと連続モードがある。単発モードは、１回の投球毎に測定を終了し、結果を表示するモードである。この単発モードの測定開始は、ケース本体の表面に設けたスタート／ストップボタンが押下されたことを演算部１３が認識したことを契機として実行される。

連続モードは、複数の投球を連続して記録するモードである。この連続モードの測定開始は、ケース本体の表面に設けたスタート／ストップボタンが押下されたことを演算部１３が認識したことを契機として実行される。そして、係る測定は、演算部１３が次にスタート／ストップボタンが押下されたことを認識するまで継続して行われる。この連続モードの場合、複数の投球分のデータを連続して記録し、後で一括して解析する場合と、データは連続してとり続けるが、それと平行して１回の投球が終了と判断した場合に、その１回の投球についての解析（初速・終速等の算出）を行う場合がある。また、後で一括して解析する場合、実際の演算処理や表示は、別の装置で行うようにしても良い。なお、本実施形態では、初速・終速等の算出が比較的容易に行えることと、今実際に投球されたボールの速度をリアルタイムで知りたいという要求が高く、さらに、一回の投球に要する時間は１から２秒程度と短いとともに、１回の投球から次の投球までは、受け手（捕手）からの返球その他で時間がかかることから、連続モードの場合、演算部１３は、投球が行われる都度、初速・終速等を算出し、表示部１４に出力する。

連続モードでは、１回の投球毎に識別符号を表示部１４に表示する。識別符号はたとえば投球毎に連番で付与する番号とする。１回の投球の測定結果と関連付けて表示した識別符号を特定する情報とを関連づけて記憶しておく。このデータを用いて測定結果を表示する際（本機の表示部１４またはＰＣの画面等）には識別符号もあわせて表示する。

連続モードでは、複数回の投球に基づくデータが記録され、原則として、測定ごとにその都度測定結果が表示されるが、後述するように、過去に測定した測定結果等も表示可能のかがわかりにくくなるが、このように識別番号を付してそれを表示すれば両者の対応関係を容易に把握することができる。特に、連番とすれば、何回目、或いは、全体のどれくらいの時に最高記録／最低記録が出たかや、一定の球数を投げ続けた場合の球速の変化も容易に理解することができる。もちろん、単発モードでも、各投球で求めたデータを記録する場合、上記の連続モードのように識別番号をインクリメントしながら、データと識別番号とを関連づけて記録すると良い。

図３は、１回の投球に伴い取得した時系列の速度データに基づき、演算部１３で求めた測定結果を表示する表示画面の一例を示している。図示するように、本実施形態では、測定結果は、テキストデータで出力するようになっており、具体的には、「タイトル」，「識別番号」，「初速」，「終速」，「投球間距離」，「速度変化率」がある。

「タイトル」は、測定結果の内容を示すもので、例えば、「ピッチングモード」（単発モードの場合）や「平均値」（連続モードで測定した場合の一連の測定データの平均）や、「参照記録」（連続モードで測定した場合の一連の測定データの中の任意の回のデータ）などがある。

「識別番号」は、上記のように各投球の計測ごとに付した識別番号に関するデータを出力する。単発モードの場合には、上記のように各投球の測定ごとに識別番号を付与している場合には、今回付与される識別番号を表示する。また、「平均値」の場合には、「Ｎｏ．ｘｘｘ−Ｎｏ．ｙｙｙ」のように、平均値を求めた対象範囲を特定する識別番号の始点と終点を表示する。「参照記録」の場合、「Ｎｏ．１２３／１８７」のように、分子に表示された測定データを特定する識別番号を示し、分母は記録件数を示すようにする。

「初速」は、投球の初速（一回の投球に基づく一連の速度測定値の中で最初に得た速度値）であり、単位は［ｋｍ／ｈ］としている。「終速」は、投球の終速（一回の投球に基づく一連の速度測定値の中で最後に得た速度値）であり、単位は［ｋｍ／ｈ］である。これら「初速」と「終速」は、単純に実測値で得られた最初と最後ではなく、後述のようにして演算処理で求める。検知している区間が短く、瞬間しか速度値を得られない場合、その速度値は終速として表示する。

「投球間距離」は、初速値を得たポイントから終速値を得たポイントまでの距離であり、単位は［ｍ］である。ボール信号をどれくらいの区間、検知できていたかの目安ともなる。たとえば、本速度測定装置１０と、投手Ｐ（または投げ手Ｐ′）の距離が遠く感度不足の場合、初速として表示された値も、実際には幾らか手前での速度値を表示していることになる。この場合、投球間距離の値が実際の距離よりも短くなっているので、係る状態であることはそこから推測できる。

例えば、野球の場合、通常、投手板の本塁側の辺からホームの角までの距離は、１８．４４ｍであるから、ピッチャーの投げたボールの速度を測定する場合には、投球間距離は、この距離に近い値（１８ｍ〜１９ｍ程度）になるはずである。ところが、例えば表示部１４に表示された投球間距離が１０ｍであった場合には、８〜９ｍ程度不足していることになる。これは、例えば、本装置の設置位置がピッチャーの位置から遠すぎる位置となっており感度不足等のため投球直後の一定区間の箇所のボールの速度が測定できていないか、あるいは、障害物の影になってしまい途中のボールの速度が測定できていないなど、設置状況に問題がある状況である。この状況では、初速・終速の値は正しくない値である可能性が高い。ユーザは、この表示された投球間距離と実際のピッチャー・キャッチャー間の距離を比べることで、本装置が正しい位置に設置されているかを知ることができ、表示部１４に表示された初速・終速が正しい速度であるか否かを知ることができる。

なお、演算部１３は操作スイッチの操作に基づいてピッチャー・キャッチャー間の距離を入力したり、表示部１４に選択肢（例えば、一般 １８．４４ｍ、リトルリーグ １４．０２ｍ、軟式小学生 １６ｍ）を表示して操作スイッチの操作を検出して選択肢の中から選択させたりして、その値を記憶しておき、その値（ピッチャー・キャッチャー間の距離）と求めた投球間距離とを比較して投球間距離がピッチャー・キャッチャー間の距離と所定の誤差範囲以上にずれている場合には、設置状況がよくない旨の報知を行うようにしてもよい。設置状況がよくない旨の報知としては、例えば、「設置位置を見直してください」のように表示部１４に表示するように表示してもよいし、図３の表示内容を赤色の文字で表示するようにしてもよい。
「速度変化率」は、１メートルあたりの減速値を示し、具体的には、
（終速値−初速値）／投球間距離
により求める。単位は、［ｋｍ／ｈ／ｍ］である。

上記の初速等の測定結果は、演算部１３は、以下の処理を実行して求める。まず、本装置の電源ＯＮに伴い、マイクロ波ドップラーセンサ１１が動作し、常時ドップラー信号が出力されるので、演算部１３は、アンプ１２で増幅されたドップラー信号を所定の短時間の基準時間間隔で取り込む。

演算部１３は、スタート／ストップボタンの押下に伴い計測を開始する。すなわち、取り込んだドップラー信号の周波数成分を解析すべく、ＦＦＴを用いたスペクトル解析を行う。なお、本実施形態ではＦＦＴを用いたスペクトル解析を行なうこととしたが、これに限らず各種のスペクトル解析方法を採ることができる。例えばＤＣＴやウェーブレット変換などを用いてもよい。また、スペクトル解析に変えて、ドップラー信号の周期を直接測定する周波数カウント方式を用いてもよい。

次に、演算部１３は、算出した周波数成分に基づき、速度を求める。なお、このドップラー信号の周波数成分に基づく速度算出は、公知の技術を用いることができる。演算部１３は、求めた速度を時系列がわかるように記憶装置１５に記録する。

速度の測定（記録）の終了条件を満たすまで、上記処理を繰り返し実行する。終了条件は、例えば、１回の投球毎に測定を終了し、結果を表示する単発モードの場合、スタート／ストップボタンが押下されてから一定時間経過したときとしたり、測定中にスタート／ストップボタンが押下されるまでとしたり、速度が０になるまでとするなど、各種のものを利用できる。また、連続モードの場合には、例えば測定中にスタート／ストップボタンが押下されるまでが、終了条件となる。

演算部１３は、記憶装置１５に格納された速度の履歴から、初速，終速等の測定結果を算出し、その結果を表示部１４に出力する。すなわち、時系列の速度の履歴データは、例えば、図４に示すように、横軸が経過時間で縦軸が速度のグラフのようになる。図において、時系列で取得した速度のデータは、対応する位置に丸印でプロットしている。また、図中破線は、ボールの真の速度の変化を示している。

当初は、速度が０で、投手（投げ手）からボールがリリースされた後、ボールの移動が認識されたならば、そのときの速度が、求められ、図示のように、時間の経過とともに速度が低下し、捕手（受け手）がボールをキャッチすると、速度は０となる。また、図４では、信号レベルの大きさに合わせて、各計測した点の速度をプロットする丸の径も大きくしている。

リリース直後は、投手の体（肢体）の移動などの影響もあり、ボールを正しく認識することができず、リリース後、少したってからボールを認識し、そのボールの速度を求めることができる。また、捕手がボールをキャッチする瞬間は、捕手の陰になったり、捕手の移動の影響を受けたりしてボールの移動を正確に認識できないおそれもある。

さらに、実際のボールの速度は、リリースしたときが最も早く、キャッチされるまでの間、徐々に速度が低下していく。しかし、実際の測定結果は、ボールが移動中でも速度が０となっていたり、前回の速度と今回の速度の差が大きかったり、ボールが移動しておらず、本来は速度が０となるべき区間で速度が検出されていたりする。これらの誤検出されたデータも用いて解析すると、正しい測定結果が得られない。そこで、演算部１３は、これらのデータをふるいにかけて、排除し、信頼性の高いデータのみを用いて、時間に対する速度の変化を示す直線近似の関数を求める。データのふるい分けは、あらかじめ決めた排除条件に合致するものを排除することで行うことができる。

係る排除条件は、たとえば、直近の過去ｎ回分（ｎは１も含む）の速度の平均値と、今回の速度との差が、基準値を超えたデータは排除するものがある。この場合の基準値は、プラス方向（増速する方向）とマイナス方向（減速する方向）は同じでもよいし、異ならせてもよい。異なる場合には、増速方向の基準値を小さくするとよい。また、別の条件としては、あらかじめ設定された最高速度や、最低速度を超える速度は排除するようにしてもよい。たとえば、１７０［ｋｍ／ｈ］を超えるような速度が検出された場合、人間が投げたボールではないと推定できるので、たとえば、最高速度を１７０［ｋｍ／ｈ］に設定しておくと、その速度よりも大きい速度は排除できる。また、投手が、プロ野球選手、大人、高校生、中学生、小学生等の測定対象のボールを投げる人によっても投げられる可能性の最高速度は変化するので、排除条件としての最高速度はパラメータ設定により変更できるようにするとよい。また、同様に、算出された速度が、たとえば、１０［ｋｍ／ｈ］とすると、測定対象のボール以外の移動物体を検出したおそれが高い。これは、たとえば、下手投げ等でトスしたようにゆっくり投げた場合には、係る遅い速度の場合も可能性があるが、この速度測定装置１０で測定する速度は、多くの場合、投手等が投げたボールの速度であり、そのように低速度になる前に捕手に到達する。従って、当該低い低速度は、誤ったデータであると推定できるので排除する。そして、この最低速度も、人により変わる可能性があるので、パラメータ設定により適当な範囲内（たとえば、３０から８０［ｋｍ／ｈ］）で設定できるようにするとよい。

演算部１３は、有効なデータに基づき、上記のように直線近似の関数を算出する。これにより、図４に示すような直線Ｌが設定できる。この直線Ｌは、ボールが空間を移動している区間では、実際のボールの速度（破線で示す）とほぼ一致する。

そこで演算部１３は、リリースタイミングＴ１を求め、そのリリースタイミングＴ１のときの経過時間を、上記の直線近似の関数に代入し、求めた速度を初速とする。つまり、本実施形態では、リリースした瞬間に測定した速度は参考にせず、直線近似の関数から初速を求めるようにした。

リリースタイミングは、以下のようにして特定することができる。たとえば、ドップラー信号の過去数回分のＦＦＴによる周波数スペクトルから、ボール信号に相当するスペクトルが得られたか否かを判定し、ボール信号に相当するスペクトルが得られた最初の時点を特定してリリースタイミングとする。

ボール信号に相当するスペクトルが得られたか否かは、具体的には、１回のＦＦＴによるドップラー信号の周波数スペクトルから尖頭周波数を求め、その尖頭周波数が連続する過去ｎ回分の測定履歴において所定回数出現しているか否かによって判定する。

その尖頭周波数が所定回数以上出現している場合にはボール信号に相当するスペクトルが得られたと判定する一方、そうでない場合には、ボール信号に相当するスペクトルが得られていないと判定する。なお、この閾値は実際に投球されたボールを測定した際のスペクトルとノイズのスペクトルを対比して両者が弁別できる値に設定する。ボール信号に相当するスペクトルが得られたと判定された場合、ボール信号に相当するスペクトルが得られた最初の時点をリリースタイミングとして特定する。なお、過去数回分とは、例えば、図４に示すように１５ｍｓごとにＦＦＴを行う場合、過去５回〜１０回分とするとよい。例えば、過去ｎ回分は１０回分、所定回数は４〜８といった値とするとよい。所定回数は周波数帯によって変えるとよく、特に、高い周波数ほど小さくするとよい。

一方、速度を積分することで、ボールの移動距離を求めることができる。そこで、演算部１３は、直線近似の関数で特定される速度を用い、リリースポイントからの速度を積分してボールの累積移動距離（飛行距離）を求め、その累積移動距離が設定した距離（たとえば、マウンド−ホームベース間距離）に達した地点を設定距離飛行終了タイミングＴ２とし、そのタイミングＴ２とのきの直線近似の関数で求められる速度を終速とする。このようにすることで、実際に捕手等がボールをキャッチする際には、ボールが陰になってその移動をとらえることができなくても、適切かつ正確に終速を求めることができる。換言すると、実際の終速の計測ポイントで移動するボールの速度を実測できなくてもよいので、たとえば、速度測定装置１０の設置位置を、投げ手／受け手の斜め後方にする際の角度θを０度（真後ろ）に近づけることができ、より正確な速度を求めることができる。

なお、速度測定装置１０の設置位置を斜めとする場合の角度θが大きくなる場合、当該θを斜め方向補正値として設定し、周波数成分から速度を求め際に、ｃｏｓθの影響に対する補正を行うようにするとよい。そして、そのように”斜め方向補正”を行っている場合、そのことがわかるように、表示部１４に適宜の情報を出力（”補正”のマークが点灯）するとよい。

さらに演算部１３は、上記のようにして求めた初速と終速並びに予め設定された距離（投球間距離）に基づき、「速度変化率」を算出し、その結果を表示部１４に出力する。この速度変化率は、本実施形態では、上述した式に基づいて１メートルあたりの減速値としたが、具体的な算出アルゴリズムや定義はこれに限ることはなく、単純に初速と終速の偏差だけとしても良い。また、図３に示したように速度変化率の数値を表示するようにしてもよいし、数値ではなくあるいは数値とともに、その評価を示す情報を表示するようにしてもよい。例えば、速度変化率が所定値より小さい場合には「のびのある投球でした」という表示をしたり、その旨を示すアイコンを表示したりするようにしてもよい。例えば、★（星のアイコン）を表示するようにしてもよい。例えば、速度変化率を５つの領域に分け、速度変化率が大きい領域から順に★が１つから★が５つまで表示を変えるようにしてもよい。

なおまた、この終速は、必ずしも捕手（受け手）がボールをキャッチする瞬間の速度とは限ることはなく、設定する距離を適宜変更することで、たとえば、ホームベースの手前○○ｃｍ前の速度あるいは、投手（投げて）から××ｍ通過時の速度などを求めることもできる。

また、連続モードの場合、演算部１３は、スタート／ストップボタンが押下されて測定が終了になると、一連の測定結果から、各項目の平均値を算出し、表示部１４に出力する。係る表示部１４への出力は、一連の測定終了後に自動的に行ってもよいし、メニュー画面等からの指示を受けて演算部１３が実行してもよい。

また、表示部１４へ表示する測定結果の情報は、上述したように、初速等をテキスト表示するものに限ることはなく、例えば、図４に示したような速度の履歴をグラフ表示することもできる。この場合に、初速等の数値を合わせて表示しても良い。このグラフ表示は、時々刻々と変化する速度が時系列に関連づけて記録されているので、記録された速度を時系列に読み出すと共に、読み出した速度を横軸が時間で縦軸が速度のグラフ上の該当する位置にプロットする処理を行うことで実現できる。１５ｍｓｅｃ間隔でサンプリングしているので、単純に点をプロットするだけで、線で繋がったようなグラフが作成できる。つまり、本実施形態では、各プロットした点を繋ぐような線分を描画する処理は行わない。これにより、処理アルゴリズムの負荷が軽減されると共に、高速に処理できる。また、このグラフに表示する際に使用する速度のデータは、必ずしも全てのデータを使用する必要はない。例えば、上述したように、排除条件を設定し、排除条件に合致しないものを抽出し、それに基づいてグラフを作成することもできる。

なお、表示部１４に出力するグラフの描画は、該当する点をプロットするだけのものに限ることはなく、点と点を通る直線または曲線（例えば補完線）として表示してもよい。また、この直線または曲線上に点をさらに描画するようにしてもよい。さらにまた、該当する位置に点をプロットするのではなく棒グラフとしても良い。

本実施形態では、演算部１３は、ドップラーセンサの出力から求めた速度に基づいて直線近似の関数（図４に示すような直線Ｌ）を算出することとしたが、このように本装置内で随時算出するのではなく、関数は予め求め記憶しておきその記憶したものを用いてもよい。例えば、複数回、速度測定の実験を行い、この関数を求め、演算部１３のプログラム中にその関数を組み込んでおくようにしてもよい。

１０ 速度測定装置
１１ マイクロ波ドップラーセンサ
１２ アンプ
１３ 演算部
１４ 表示部
１５ 記憶装置

Claims (8)

1. マイクロ波ドップラーセンサと、
   そのマイクロ波ドップラーセンサから出力されるドップラー信号を周波数解析して速度を算出する速度算出手段と、
   前記速度算出手段で繰り返し算出した速度を記録する記憶手段と、
   前記記憶手段に記録された速度の履歴に基づいて、投げられたボールの球速を求める解析手段と、
   前記解析手段による解析結果を表示する表示手段と、
   を備え、
   前記解析手段は、ボールの速度の推移を表す関数に基づきボールのリリース時点の速度を算出して初速を求める機能を備えたことを特徴とする速度測定装置。
2. 前記解析手段は、前記記憶手段に格納された速度の履歴に基づいて、前記ボールの速度の推移を表す関数を求めることを特徴とする請求項１に記載の速度測定装置。
3. 前記解析手段は、前記リリース時点から速度を時間積分して求めた前記ボールの累積移動距離が、設定された距離になったときの速度を前記関数に基づいて算出し、その算出した速度を終速とする機能を備えたことを特徴とする請求項２に記載の速度測定装置。
4. 前記解析手段は、求めた前記初速と前記終速に基づき、球速の減速の程度を示す減速情報を算出する機能を備えたことを特徴とする請求項３に記載の速度測定装置。
5. 前記関数は、直線近似の関数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の速度測定装置。
6. 前記解析手段は、前記記憶手段に格納された速度の履歴を構成する各速度のうち、排除条件に該当する速度を除いたものから前記関数を求めるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の速度測定装置。
7. 前記表示手段に、前記速度の履歴をグラフ表示する機能を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の速度測定装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の速度測定装置の機能をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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