デプスカメラを用いた卓球ボールの3次元飛翔軌跡計測と並進速度・回転角速度の推定

本研究では，卓球ボールの3次元軌跡から運動初期の並進速度及び回転角速度を推定する方法論を開発した．3次元軌跡の計測にはデプスカメラを用いた．計測された3次元軌跡と運動モデルから生成した3次元軌跡の平均二乗誤差を目的関数とし，これを最小化する運動モデルの並進速度と回転角速度を推定値とした．探索には粒子群最適化法を用いた．本研究で提案した方法で，実際の計測データで推定できるか探索実験を行ったところ，比較的安定して高い精度で推定可能であった．...

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Bibliographic Details
Published in日本シミュレーション学会論文誌 Vol. 15; no. 2; pp. 64 - 75
Main Authors 上島, 慶, 伊藤, 建一
Format Journal Article
LanguageJapanese
Published 日本シミュレーション学会 2023
Subjects
デプスカメラ
卓球ボール
回転角速度
運動モデル
飛翔軌道
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ISSN1883-5031
1883-5058
DOI10.11308/tjsst.15.64

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Abstract 本研究では，卓球ボールの3次元軌跡から運動初期の並進速度及び回転角速度を推定する方法論を開発した．3次元軌跡の計測にはデプスカメラを用いた．計測された3次元軌跡と運動モデルから生成した3次元軌跡の平均二乗誤差を目的関数とし，これを最小化する運動モデルの並進速度と回転角速度を推定値とした．探索には粒子群最適化法を用いた．本研究で提案した方法で，実際の計測データで推定できるか探索実験を行ったところ，比較的安定して高い精度で推定可能であった．
AbstractList 本研究では，卓球ボールの3次元軌跡から運動初期の並進速度及び回転角速度を推定する方法論を開発した．3次元軌跡の計測にはデプスカメラを用いた．計測された3次元軌跡と運動モデルから生成した3次元軌跡の平均二乗誤差を目的関数とし，これを最小化する運動モデルの並進速度と回転角速度を推定値とした．探索には粒子群最適化法を用いた．本研究で提案した方法で，実際の計測データで推定できるか探索実験を行ったところ，比較的安定して高い精度で推定可能であった．
Author 伊藤, 建一
上島, 慶
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  fullname: 上島, 慶
  organization: 新潟工科大学
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References 2) 伊藤建一，上島慶：デプスカメラを用いた卓球ボールの3次元飛翔 軌跡計測と並進速度・回転角速度の推定；日本シミュレーション学会令和4年度第2回多次元移動通信網研究会，1/10 (2023
7) 伊藤建一, 上島慶：CFD解析で算出した空力係数による卓球ボールの3次元飛翔軌道シミュレーション，日本シミュレーション学会論文誌，14-1, 36/42 (2022
5) Z. Deng, Y. Hou, X. Cheng and T. Ikenaga: Multi-Peak Estimation for Real-Time 3D Ping-Pong Ball Tracking with Double-Queue Based GPU Acceleration, IEICE TRANS. INF. & SYST., E101-D-5, 1251/1259 (2018
12) https://jp.mathworks.com/products/global-optimization.html（参照2023-3-12）
18) 佐々木智志：粒子群最適化法のGPU実装について，電子情報通信学会誌，103-5, 524/528 (2020
16) https://www.hpctech.co.jp/catalog/AMD_EPYC_7003_Series.pdf（参照2023-3-12）
10) 中村航希, 鄭博俊, 柴田随道：多層構造等価回路モデルの粒子群最適化による地中空洞推定，電気学会論文誌C，141-12, 1371/1379 (2021
1) 伊藤建一，上島慶：卓球ボールの3次元飛翔運動の並進速度・回転角速度の推定；日本シミュレーション学会令和4年度第1回多次元移動通信網研究会，1/11 (2022
19) J. F. Shutte, J. A. Reinbolt, B. J. Fregly, R. T. Haftka and A. D. George: Parallel global optimization with the particle swarm algorithm, Int. J. Number Methods. Enq., 61-13, 2296/2315 (2004
13) https://jp.mathworks.com/products/parallel-computing.html（参照2023-3-12）
3) 岡田尚基, 籔内智浩, 舩冨卓哉, 角所考, 美濃導彦：映像からの運動モデル獲得によるボールの未観測運動推定，電子情報通信学会論文誌D，91-12, 2950/2960 (2008
15) https://www.hpc.co.jp/product/cpu_intel_xeon-scalable-processors-3rd/（参照2023-3-12）
4) 高野橋健太, 眞鍋佳嗣, 安室喜弘, 井村誠孝, 千原國宏：残像を利用したボールの3次元軌跡の計測，情報処理学会論文誌コンピュータビジョンとイメージメディア，48-SIG1, 35/47 (2007
9) Comsol Multyphysics at http://www.comsol.com/（参照2023-3-12）
8) 伊藤建一, 上島慶：回転しながら飛翔する卓球ボールの3次元軌跡シミュレーション，新潟工科大学研究紀要，24, 7/11 (2020
6) 奥寛雅：高速トラッキング撮影を可能にする1msオートパンチルトとその応用，映像情報メディア学会誌，70-5, 715/718 (2016
11) 穴井宏和：数理最適化の実践ガイド，90/93 (2013
14) https://gadgetversus.com/processor/amd-ryzen-7-3700u-gflops-performance/（参照2023-3-12）
17) 高畠和輝，佐藤裕二：GPUを用いた分散粒子群最適化法の一提案，情報処理学会第80回全国大会，115/116 (2018
References_xml – reference: 6) 奥寛雅：高速トラッキング撮影を可能にする1msオートパンチルトとその応用，映像情報メディア学会誌，70-5, 715/718 (2016)
– reference: 16) https://www.hpctech.co.jp/catalog/AMD_EPYC_7003_Series.pdf（参照2023-3-12）
– reference: 13) https://jp.mathworks.com/products/parallel-computing.html（参照2023-3-12）
– reference: 10) 中村航希, 鄭博俊, 柴田随道：多層構造等価回路モデルの粒子群最適化による地中空洞推定，電気学会論文誌C，141-12, 1371/1379 (2021)
– reference: 17) 高畠和輝，佐藤裕二：GPUを用いた分散粒子群最適化法の一提案，情報処理学会第80回全国大会，115/116 (2018)
– reference: 9) Comsol Multyphysics at http://www.comsol.com/（参照2023-3-12）
– reference: 1) 伊藤建一，上島慶：卓球ボールの3次元飛翔運動の並進速度・回転角速度の推定；日本シミュレーション学会令和4年度第1回多次元移動通信網研究会，1/11 (2022)
– reference: 3) 岡田尚基, 籔内智浩, 舩冨卓哉, 角所考, 美濃導彦：映像からの運動モデル獲得によるボールの未観測運動推定，電子情報通信学会論文誌D，91-12, 2950/2960 (2008)
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– reference: 8) 伊藤建一, 上島慶：回転しながら飛翔する卓球ボールの3次元軌跡シミュレーション，新潟工科大学研究紀要，24, 7/11 (2020)
– reference: 7) 伊藤建一, 上島慶：CFD解析で算出した空力係数による卓球ボールの3次元飛翔軌道シミュレーション，日本シミュレーション学会論文誌，14-1, 36/42 (2022)
– reference: 5) Z. Deng, Y. Hou, X. Cheng and T. Ikenaga: Multi-Peak Estimation for Real-Time 3D Ping-Pong Ball Tracking with Double-Queue Based GPU Acceleration, IEICE TRANS. INF. & SYST., E101-D-5, 1251/1259 (2018)
– reference: 11) 穴井宏和：数理最適化の実践ガイド，90/93 (2013)
– reference: 18) 佐々木智志：粒子群最適化法のGPU実装について，電子情報通信学会誌，103-5, 524/528 (2020)
– reference: 12) https://jp.mathworks.com/products/global-optimization.html（参照2023-3-12）
– reference: 14) https://gadgetversus.com/processor/amd-ryzen-7-3700u-gflops-performance/（参照2023-3-12）
– reference: 19) J. F. Shutte, J. A. Reinbolt, B. J. Fregly, R. T. Haftka and A. D. George: Parallel global optimization with the particle swarm algorithm, Int. J. Number Methods. Enq., 61-13, 2296/2315 (2004)
– reference: 2) 伊藤建一，上島慶：デプスカメラを用いた卓球ボールの3次元飛翔 軌跡計測と並進速度・回転角速度の推定；日本シミュレーション学会令和4年度第2回多次元移動通信網研究会，1/10 (2023)
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