JPH02279181A - 走者のピッチの計測方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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か
ら入力される画像を用いて計測する方式人手を介するこ
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
画像からの画像デクに基づいて、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、−旦ビデオテープ記
録装置（ＶＴＲ）　ｌｂに収録した後、例えば、計測室
等に運び、ここで、デイスプレィ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？Ｗ（ＶＴＲ）　ｌｂへ
の録画９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
ｌ）　、　（ｃ３）は足の面積の時間変化の例を示し、
（ｃ２）　、　（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。

画像入力部ｌ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Ｊ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ビツトのアドレスの
メモリ空間に、例えば、色相１ビツト、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（ＬＵＩ’
）　Ａを構成し、カラ−３原色の各データの上位数ビッ
トからの、合計、１６ビツトをｉｄＦ尺したものをアド
レスとして、言亥ルックアッフ。

テーブル（ＬＯＴ）　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ビツト（１ハイド）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（ＬＯＴ）　　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“　とじて画
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（ｃｌ）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、見掛は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ｒｘ（ｔ）、１を、高速フリエ変換
（ＦＦＴ）　Ｌ、周波数成分Ｘ　（ｆ）を求める。

上記×（ｔ）とＸ　（ｆ）との間の関係は、Ｘ（ｆ）　
＝　　ｘ（ｔ）ｅ−”Ｌｄｔ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ＩＸ（ｆ）１２は、Ｘ（ｒ）　　
ｌ　”　＝　（実数部）ｚ＋　（ｆｆｌＧ部）”で求め
ることができる。

第１図（ｃｌ）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ＩＸ（ｆ）２は、（ｃ
２）図に示したように、３１１ｚ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、普通両足が盪像されているので、
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１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。

然しなから、雑音成分をフーリエ変換したものは、−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図が本発明の詳細な説明する図であり、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（、テレビカメラ１　ａ　＋画像処理装置２１
周波数解析を行う計算機３から構成される装置 テレビカメラｌａから走者を撮影する際には、（１）↑
最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１・色
抽出装置」で開示されている「色抽出方式Ｊ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ビツトの内の、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
じて出力する。

■　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、メデイアンフィルタ　（例えば
、３×３のウィ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、該ウィンドウの中心の
画素値とするフィルタ）や、空間フィルタ　（例えば、
３×３のウィンドウで画像を走査し、全画素の平均値の
該ウィ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、対象名ｎ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（ｃｌ）。

（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ｔＡ（ｐｐｒ）結果か
ら、前述のパワースペクトルを算出する。（第１図（ｃ
２）　、　（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、３０１１
ｚ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
１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）／ＮＩ　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、３０７Ｎとなる。

又、測定時間Ｔは、 Ｔ＝Ｎ／３０ であるので、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
ビカメラ等か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ヲ用いた場合、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、 ■は画像入力部＋　　　　　ｌａはテレビカメラ。 ｌｂ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はデイスプレィ。 ■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
。 （ｃｌ）片足の面積の時間変化 ３　Ｈｚ　　　　　　　　ｒ （ｃ２）　（ｃｌ）のパワースペクトル第　１　図 デイスプレィ 従来の走者のピノ千計−１ｊ方式を説明する図画 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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。