Sendai University Repositry / 仙台大学機関リポジトリ

久良知, 佑丞

クラチ, ユウスケ

タレント発掘・育成事業における競技選択要因についての研究

柴田, 千賀子

シバタ, チカコ

Shibata, Chikako

子ども理解へのナラティブ・アプローチ：J.コルチャック「孤島の王様マチウシ」にみる子ども理解

渡邊, 大地

ワタナベ, ダイチ

総合型地域スポーツクラブにおける選手育成クラスの可能性と課題

金, 瑞年

日本と中国の成人における身体活動量の比較
―勤労者の身体活動状況―
金　瑞年
キーワード：日本,中国,勤労者,身体活動
Comparison of the amount of physical activity in Japanese and Chinese adults
―Physical activity status of workers―
ruinian Jin
Abstract
Along with rapid economic development, the quality of life has improved and it is thought
that it is inﬂuenced by having become more and more convenient times such as work,
housework, transportation, etc. The inﬂuence of lifestyle diseases etc. The incidence of
chronic diseases such as obesity is increasing year by year Purpose: The purpose of this
study is to propose measures to increase the physical activity of general workers in Japan
and China. Target and Method: In this study, we targeted 1,179 people in total for general
workers aged 20 to 59 who live in S city in S and Town of China. In this study, missing /
fraudulent data 1,038 subjects (88.0%) were excluded from the analysis. Results: The amount
of physical activity of sex of general worker in one week from physical city S city in Japan
is higher in one week's physical activity time of worker in Japan S town It was suggested
that it was long.
Key words: Japan, China, Worker, Physical activity
仙台大学大学院スポーツ科学研究科修士論文集Vol.18. 2017.3
1
Ⅰ. 緒言
生活習慣病などの影響による肥満症など
の慢性疾病の発病率が年々増加傾向にあ
る１）。その理由として、急速な経済的な発展
に伴う生活の質の向上、仕事、家事、交通手
段など、便利な時代となったことが影響し
ていると考えられている４）。それゆえ、定期
的な運動習慣を定着させることが一般勤労
者の間で注目されている。そこで、本研究で
は日本と中国の一般勤労者を対象に、日常
生活における身体活動量を比較することを
目的に調査を実施した。本研究では、調査に
て得ることのできた知見を参考に、日本と
中国における、一般勤労者の身体活動量を
増加させるための方策を提案することを目
的とする。
Ⅱ．方法
１．調査対象及び方法
本研究では,日本 S 町及び中国東部の S
市に在住する 20-59 歳の一般勤労者を対象
とし、被験者の個人情報などの秘密を厳守
すると説明したうえで、質問紙の調査に賛
同して協力いただいた 1,179 名を対象とし
た。なお、本研究では、欠損・不正データを
除外した 1,038 名（88.0％）を解析対象とし
た。対象の地域における対象者は、中国
20‐50 歳代（計 483 名）で、うちわけは、男
性 127 名（26.3%）、女性 356 名（73.7%）で、
日本 20-50 歳代（計 555）で、うちわけは、男
性 385 名（69.4%）、女性 170 名（30.6%）と
した。
２．調査時期と場所
2015 年 7 月から 10 月の 3 か月間かけて
実施した。日本 S 町における調査実施場所
は、R 企業と A 企業とした。中国 S 市にお
ける調査実施場所は、A 地区における集合
住宅、K 保険会社、S 薬品工場とした。日本
と中国における本研究の調査では、いずれ
も勤労者のみのデータを採用した。
３．調査項目
１）人口統計学では「性、年代、婚姻状況、
教育歴、収入、喫煙、自覚健康感」などを取
り上げた（Table1）。
２）身体活動量は、国際身体活動質問紙短縮
版（International Physical Activity Ques-
tionnaire-Short Version: IPAQ-SV）中国語
版（2004）２）日本語版（2002）３）を採用した。
IPAQ-SV 日本語と中国版語については、そ
れぞれ先行研究により、すでに信頼性、妥当
性が検討されている指標である。日常生活
での過去１週間、または、平均的な 1 週間
で、歩行や中等度の身体活動、高強度の身体
活動を行っている日数ならびに時間を評価
するものである。高強度「8 メッツ相当」お
よび中等度「4 メッツ相当」の身体活動と歩
行「3.3 メッツ相当」とした。
３）体組成計インボディ S10（バイオスペー
ス社）にて体脂肪率（PBF）を測定し、体組
成と身体活動量との関係を、日本 S 町と中
国 S 市、さらに、地域ごとで男女を区分し比
較した。
４．解析方法
対象者の性別、年齢および地域に分類し、
χ2 検定にて比較し検討を行った。2 群間の
差の比較には独立 t 検定を行った。独立変
数「高強度、中等度、歩行、一週間の総身体
活動量」、従属変数「男性、女性」とし、す
べての統計処理について、有意水準は危険
率 5%未満とした。統計解析には、SPSS19.0J
for Windows を使用した。身体活動量の計
算方法は、高強度の身体活動、中等度強度の
身体活動、および歩行による身体活動のそ
れぞれの実施時間に身体活動頻度を乗じて
合計することにより、週当たりの総身体活
金　瑞年
2
日本と中国の成人における身体活動量の比較
3
金　瑞年
4


 


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Table1．日本S町・中国S市における人口統計学状況
日本と中国の成人における身体活動量の比較
5


 

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Table2．中国S市における男女別の身体活動量の比較
Table3．日本S町における男女別の身体活動量の比較
Table4．日本S町･中国S市における男女別の身体活動量の比較
金　瑞年
6


Comparison of the amount of physical activity in Japanese and Chinese adults : Physical activity status of workers

吉田, 隼也

ヨシダ, シュンヤ

Jリーグクラブにおける地域活性化のためのホームタウン活動のあり方に関する研究

白坂, 牧人

シラサカ, マキト

鈴木, 省三

スズキ, ショウゾウ

Technical and Physical Requirements for Efficient Skill Acquisition in the Power Clean Movement

松永, 吾賢

マツナガ, アガシ

体育授業における動きの視覚化が児童の関心・意欲・態度に与える影響

宮西, 智久

ミヤニシ, トモヒサ

仙台大学紀要
Vol. 48, No.2: 53-58, 2017
研究資料
1．はじめに
近年，従来の CCD イメージセンサカメラに
代わり，高解像度かつ高速度撮影機能をもつ
民生用の廉価な CMOS イメージセンサカメラ
（以下「CMOS カメラ」と呼ぶ）が開発され市
場に投入されてきた．これらのデジタルカメラ
のシャッター機構は，同時露光一括読み出し方
式（グローバルシャッター）ではなく，ほぼ
全てライン露光順次読み出し方式（ローリン
スポーツコーチングカムの垂直ブランキング期間の計測と画像
−時間ひずみ補正：ローリングシャッターを用いた CMOS カメラ
の動画解析問題
宮西　智久
Tomohisa Miyanishi: Measurement of the blanking period and correction of image-time distortion 
for the Sports CoachingCAM: Problem of motion video analysis for CMOS camcorder using a 
rolling shutter. Bulletin of Sendai University, 48 (2) : 53-58, March, 2017.
 
Abstract: In recent years, inexpensive CMOS camcorders for commercial use with high resolution 
and a high-speed photograph function have developed as an alternative to conventional CCD 
camcorders, and they have been put on the market. The method of image capture used by these 
CMOS camcorders adopts a rolling shutter which scans from upper left to lower right of the 
screen for every frame. In other words, the entire frame of the CMOS camcorder is not captured 
at the same instant. In a sense, this produces a phenomenon of “image-time distortion” of moving 
objects. When a biomechanical analysis is applied to human motion, this distortion should be 
corrected. For doing this, we have to know the value of the vertical blanking period (BP value) of 
the CMOS camcorder. Although only few attempts have been made at the measurement of BP 
values for some CMOS camcorders, the BP values for Sports CoachingCAM (Type GC-LJ25B, JVC 
Corp.) has never been examined. The purpose of the present study was to measure the BP value 
for the Sports CoachingCAM based on a previously reported method. Using the stroboscope, the 
Sports CoachingCAM camera shooting at its four-speed settings of 60, 120, 240 and 300 Hz 
videotaped a strobe light set at slightly slower frequencies than the camera, and the videos were 
then analyzed. The value of BP was computed as BP=(B-(BF1+BF2))/(H+(B-(BF1+BF2))), where B, 
BF1, BF2 and H were respectively the heights of the whole band, the top fraction of the band, the 
bottom fraction of the band, and the visible part of the image. In conclusion, the value of BP was 
0.3052 ± 0.0009, 0.5422 ± 0.0037, 0.0947 ± 0.0035 and 0.3296 ± 0.0013 for the Sports CoachingCAM 
camera at the speed settings of 60, 120, 240 and 300 Hz, respectively.
Key words: consumer camcorder，GC-LJ25B，motion analysis，biomechanics
キーワード : 民生用カメラ，　GC-LJ25B，　動作分析，　バイオメカニクス
53
グシャッター）である 2,6,8,10）．そのため，この
CMOS カメラで動画を撮影した場合，撮像素
子画素内のフォトダイオード（受光部）の露光
タイミングおよび読み出し時間が遅れるため，
各 frame 内の上部と下部層間の画像に固有の時
間差（“画像−時間ひずみ”）注１）が生じている
（写真１）2,6,8,10）．したがって，CMOS カメラで
撮影された画像を用いて身体運動をバイオメカ
ニクス解析する場合，計測上，この時間差は各
種パラメータの算出確度に影響を及ぼす要因と
なるため補正すべきである．
ところで，この時間差は各 frame 内の垂直
位置に従い各標点に異なる時間スケールを割り
当てることで補正可能である．しかしながら，
CMOS カメラのシャッター機構は上述したよ
うにライン露光順次読み出し方式であるがゆえ
に，垂直表示期間だけでなく，画像表示の制御
パラメータのひとつである垂直非表示領域（画
像が表示されない領域）の読み出し時間，つ
まり垂直非表示期間（垂直ブランキング期間
vertical blanking period と同義）（図 1）も考
慮して注 2），各標点に異なる時間スケールを割
り当てて補正しなければならない．これまで
若干の機種において垂直ブランキング期間が
計測された研究報告はみられるが 3），JVC 社の
CMOS カメラ（型式 GC-LJ25B，製品名 スポー
ツコーチングカム）の垂直ブランキング期間を
計測した報告は見当たらないようである．
本研究では，ストロボスコープを用いて，JVC
社のスポーツコーチングカム（型式 GC-LJ25B）
の垂直ブランキング期間を計測し明らかにする
とともに，付録において，計測された垂直ブラン
キング期間を用いて画像−時間ひずみを補正す
る手法を一例として具体的に記載することを目
的とした．
2．研究方法
2.1 CMOS カメラとストロボスコープ
本研究において垂直ブランキング期間（以下
「BP 値」と呼ぶ）の計測の対象とした CMOS
カメラは，JVC 社の製品名スポーツコーチング
カム（形式 GC-LJ25B）であった（写真 2）．こ
のカメラはプログレッシブ方式を採用し，映像
素子：1/2.3 型裏面照射 CMOS センサー（1276
万画素），動画形式：MP4，解像度：1920 ×
写真 1　‌ローリングシャッターによる動画撮影時の
画像−時間ひずみ現象
図１　垂直ブランキング期間
宮西　智久
54
1080 画素（設定時 60 fps），640 × 360 画素（同
120/240/300 fps），320 × 176 画素（同 420/600 
fps）の性能を有している 5）．
写真 3 に BP 値の計測のために用いたストロ
ボスコープすなわち General Radio Company
（US）の Strobotac（Type 1531-AB）を示す．
このストロボスコープの発光周波数範囲は内
部発振が 110 − 25000 rpm，外部同期が 700 −
25000 fpm の性能を有している 7）．
2.2 垂直ブランキング期間の計測と算出式
BP 値は，先行研究の方法 3）に基づき，上述
のストロボスコープを用いて発光信号をカメラ
画像に録画することにより求めた．
具体的には，暗室において，スポーツコーチ
ングカムと Strobotac を白ぬりの側壁に向けて
三脚を用いて固定・設置した．スポーツコーチ
ングカムのカメラ撮影速度（計測周波数）は，
研究上使用頻度の多い 60 Hz，120 Hz，240 
Hz，300 Hz の 4 段階のみを選定し設定した．
Strobotac の発光周波数は設定されたカメラの
各計測周波数よりも若干低い周波数に設定し
た．各設定につき，カメラでそれぞれ 3 回撮影
し，その画像を電子媒体（SD カード）に記録
した．なお，このように，Strobotac の発光信
号をカメラ画像に録画することにより，図 2 に
示すように，動画再生時に画面の上部から下部
へ暗帯の中に明帯（発光時）が一定の周期で移
動する画像を得ることができる．写真 2　‌スポーツコーチングカム（形式‌GC-LJ25B，
JVC社）
写真 3　‌Strobotac（Type‌1531-AB，General‌Radio‌
Company,‌US）
図 2　‌ストロボスコープの発光信号を撮影した画像例
１〜３frame の明帯は全帯域幅（B），4‌frame 目の明帯は下端帯域幅
（BF2），5‌frame 目の明帯は上端帯域幅（BF1）を示す．
スポーツコーチングカムのブランキング期間の計測
55
各撮影速度で録画された画像をパソコンに
取り込んだ後，動作解析ソフト（MaxTRAQ，
Innovision Systems Inc.，US） を 使 い， 各 動
画を再生・停止した．画像の上部は下部よりも
早く露出されることから，各動画において，再
生と停止を繰り返し，図 3 の例に示すように，
Strobotac の発光信号の全帯域幅（3 frame）の
上端と下端の垂直画素値を目測で読み取ること
で全帯域幅（B）を計測した．また，B が画面（4 
frame から 5 frame）を通過する際に生じる上
端帯域幅（BF1）の下端の垂直画素値および下
端帯域幅（BF2）の上端の垂直画素値を目測で
読み取ることでそれぞれの帯域幅を計測した．
BP 値は，以下の式 [1] により算出した 3）．
ここで，H は垂直表示期間（垂直画素数）を示す．
各計測周波数で 3 回撮影・録画された画像の
各帯域幅を計測した後，平均値と標準偏差（M
± SD）を求めた．
3．結果
3.1 垂直ブランキング期間の算出値
表 1 にスポーツコーチングカムの計測周波数
毎の BP 値を示す．表に示すように，本研究に
より算出された当該カメラの BP 値は 60 Hz 設
定時が 0.3052 ± 0.0009，120 Hz 設定時が 0.5422
± 0.0037，240 Hz 設 定 時 が 0.0947 ± 0.0035，
300 Hz 設定時が 0.3296 ± 0.0013 であった．
4．考察
4.1 垂直ブランキング期間の比較について
BP 値は，一般に垂直表示有効期間注 3）の 5
〜 10% を占めるとされている 9）．先行研究で
は，Sony 社 HVR-V1P カメラが 12.33 ± 0.03% 
（計測周波数 50 Hz，解像度 1920 × 1080 画素），
Casio 社 EX-F1 カメラが 14.36 ± 0.08% （同 300 
Hz， 同 512 × 384 画 素 ），13.46 ± 0.04% （ 同
600 Hz，同 432 × 192 画素），14.72 ± 0.10% （同
1200 Hz，同 336 × 96 画素） であったと報告さ
れ 3），JVC 社 GC-PX10U カメラが 3.97 ± 0.16% 
（同 59.94 Hz，同 1920 × 1080 画素），同 GC-
図 3　垂直ブランキング期間の計測の模式図
垂直ブランキング期間（BP値）は全帯域幅（B）から上端帯域幅（BF1）と下端帯域幅（BF2）を引き，１frame の垂直表示期間に対する相対値
（および比率）として算出される（式 [1] 参照）．
BP = B-(BF1+BF2) [1]H+(B-(BF1+BF2))
Times 60 Hz 120 Hz 240 Hz 300 Hz
1 0.3059 0.5459 0.0909 0.3296
2 0.3055 0.5385 0.0977 0.3309
3 0.3041 0.5422 0.0955 0.3284
M ± SD 0.3052 ± 0.0009 0.5422 ± 0.0037 0.0947 ± 0.0035 0.3296 ± 0.0013
表 1　JVC社のCMOSカメラ（GC-LJ25B）の計測周波数毎の垂直ブランキング期間の算出値
宮西　智久
56
PX10AS カメラが 6.06 ± 0.06% （同 50 Hz，同
1920 × 1080 画素）であったとされる 4）．本研
究で計測した JVC 社のスポーツコーチングカ
ム（GC-LJ25B）カメラの BP 値は 30.52 ± 0.09% 
（同 60 Hz，同 1920 × 1080 画素），54.22 ± 0.37% 
（同 120 Hz，同 640 × 360 画素），9.47 ± 0.35% 
（同 240 Hz，同 640 × 360 画素），32.96 ± 0.13% 
（同 300 Hz，同 640 × 360 画素）であった．計
測された BP 値の撮影速度が各社で異なるため
一概に言うことはできないが，Sony 社，Casio
社のカメラの BP 値は 12 〜 15% の範囲内にあ
るのに対し，本研究の結果を含めて，JVC 社
のカメラの BP 値は概して低周波数では低く，
高周波数では高い傾向をもつようである．JVC
社のカメラの BP 値が計測周波数の違いで広範
囲に及ぶことや各社カメラ間の BP 値の違いの
理由については各社・各機種のカメラ本体の設
計上の特性によるものであり，その原因の解明
は画像工学領域における今後の研究課題のひと
つとなろう．
5．まとめ
本研究において，JVC 社のスポーツコーチ
ングカム ( 形式 GC-LJ25B) の画像にストロボス
コープの発光信号を撮影・録画することにより，
垂直ブランキング期間を計測し明らかにした．
このカメラを用いてバイオメカニクス解析を行
う場合には，本研究で計測された垂直ブランキ
ング期間の算出値（BP 値）を使用して各画像
1frame 内の標点座標の時間差 ( 画像−時間ひ
ずみ ) を補正する必要があろう．
付録
1．画像−時間ひずみの補正法
以下では，本研究で計測した JVC 社のスポー
ツコーチングカムの BP 値を用いて，画像−時
間ひずみを補正する手法を具体的に記載する．
なお，カメラの撮影速度が 240 fps（Hz），解
像度が 640 × 360 画素であり，垂直ブランキン
グ期間（BP 値）が 9.47% の場合の例で説明する．
（1） 1frame における画像の垂直表示期間
と垂直ブランキング期間の frame 比率
図 A1 は，1frame における画像の垂直表示
期間と垂直ブランキング期間注２）の frame 比率
を示したものである．ここで抑えておくべき点
として，1frame は画像の垂直表示期間と垂直
ブランキング期間を足し合わせたものであるた
め，画像の下端の frame 値は 1frame 以下の値
を取る．すなわち，画像の上端の frame 値を
TI，画像の下端のframe値をBIとすれば，BIは，
以下の式［A1］より求められる．
BI = (TI+1) – BP  [A1]
したがって，図 A1 の例において，画像の上
端の frame 値（TI）が 342 frames であれば，
BI は 342.9053 frames となる．
（2） 1frame における画像の垂直表示期間
と垂直ブランキング期間の画素比率
図 A2 は，1frame における画像の垂直表示
期間と垂直ブランキング期間の画素（または走
査線）比率を示したものである．垂直ブラン
キング期間を考慮すると，1frame の画素数は，
以下の式［A2］により求められる．
ここで，TP は，垂直ブランキング期間を考
慮した場合の 1frame における“理論的垂直画
素数”を意味する．したがって，図 A2 の例では，
図A1　‌1frame における画像の垂直表示期間と垂直
ブランキング期間の frame 比率（JVC社
GC-LJ25B：240‌Hz 時）
TP = 360 [A2]1 – BP
スポーツコーチングカムのブランキング期間の計測
57
TP は 398 画素となる．
理論的垂直画素数（TP）が式 [A2] により求
まれば，標点座標の frame 値（FVp）は，以下
の式 [A3] により求められる．
ここで，Vp は任意の標点座標の垂直画素値
を示す．
例えば，図 A2 に示されるボール中心点の垂
直画素値（VB）が 298 画素であれば，FVB は，
以下ように求められる．
同様に，左膝関節点の垂直画素値（VK）が
64 画素であれば，FVK は，以下ように求めら
れる．
注記
注１） この現象は，レンズ本体のレンズ収差1）による
ひずみではなく，ローリングシャッターを用い
たCMOS カメラ特有の走査線の露光タイミン
グおよび読み出し時間の遅れに起因するひず
みであるため，本研究ではこのひずみ現象を
“画像−時間ひずみ現象”と呼ぶことにする．
注２） 垂直表示期間は実際に画像（映像）が画面上
に表示されている期間を，垂直非表示期間（垂
直ブランキング期間）は画像が画面上に表示
されない期間を示す 9）．
注３） 垂直表示有効期間とは，垂直方向に画像の表示
を可能にしてもよい期間であることを示し，垂
直表示期間と垂直非表示期間（垂直ブランキ
ング期間）を足し合わせた期間となる9）．
追記
本論文の一部は，日本野球科学研究会第４回大会
（於：東京大学駒場キャンパス，平成 28 年 12 月 3 日—
4 日）において発表した．
謝辞
ブ ラ ン キ ン グ 期 間 の 計 測 等 に あ た り，Jesús 
Dapena 博士（インディアナ大学名誉教授）のご協力
と技術的アドバイスに深謝いたします．
本研究は JSPS 科研費（課題番号 16H03235，研究
代表者 宮西智久）の助成を受けたものです．
文献
 1）安藤幸司（1983）高速度写真撮影手法による
写真計測法 — バイオメカニクスシネマトグラ
フィー —. Jpn. J. Sports Sci., 2: 200-212.
 2） 安藤幸司（2011）CCD/CMOS カメラの原理と実
践 . オーム社 : 東京 .
 3）Dapena, J.（2009）The rolling shutters of 
CMOS camcorders interfere with biomechanical 
motion analysis calculations: problems and 
solutions. Med. Sci. Sports Exerc., 41: S21.
 4）Dapena, J.（2016）Personal communication.
 5）GC-LJ25B（2015）ビデオカメラ　ユーザーズガ
イド . JVC 社 : 東京
 6）黒田隆男（2012）イメージセンサの本質と基礎 . 
コロナ社 : 東京 .
 7）Strobotac Electronic Stroboscope（2001）User 
and Service Manual. IET Labs, Inc.: New York.
 8）竹村裕夫（2008）CCD・CMOS カメラ技術入門 . 
コロナ社：東京 .
 9）寺前裕司（2015）ディジタル画像技術事典 200. 
インタフェース編集部（編）. CQ 出版社 : 東京 .
10）米本和也（2003）CCD/CMOS イメージ・セン
サの基礎と応用 . CQ 出版社 : 東京 .
FVp = TI + 360 – Vp [A3]TP
FVB = 342 + 360 – 298 = 342.1558 frames398
FVK = 342 + 360 – 64 = 342.7437 frames398
図A2　‌1frame における画像の垂直表示期間と垂直
ブランキング期間の画素比率（JVC社
GC-LJ25B：240‌Hz 時）
図中にボール中心点（VB）と左膝関節点（VK）における Frame 値の
計算例を示す．
( )
2016 年 11 月 25 日受付
2017 年   2 月   1 日受理
宮西　智久
58


スポーツコーチングカムの垂直ブランキング期間の計測と画像ー時間ひずみ補正：ローリングシャッターを用いたCMOSカメラの動画解析問題

Miyanishi, Tomohisa

仙台大学紀要
Vol. 48, No.2: 59-67, 2017
研究資料
1．はじめに
画像を用いて身体運動の３次元画像解析を
行うためには，身体各標点の３次元位置座標
を求めなければならない．このために，一般
に DLT 法（Direct Linear Transformation 
method）1,4）と呼ばれる手法が用いられること
が多い．DLT 法は，２台以上のカメラを使い，
実空間座標が既知な 6 個の点（コントロールポ
イント等と呼ぶ）とその点のビデオ画面上の２
次元座標から，実空間の点とビデオ画面上の点
との関係を表す 11 個のカメラ定数（DLT パラ
メータとも呼ぶ）を求める方法である．ただ
し，コントロールポイントは，実際には測定誤
差等の影響を抑えるため 6 個以上の点が用いら
れる．
このように，DLT 法を用いて３次元画像解
析を行うためには，実空間座標が既知な 6 個以
上のコントロールポイントを各カメラで撮影し
なければならない．通常，スポーツの動作は広
範囲に及ぶため，コントロールポイントの撮影
は，屋外競技場のタータンや体育館の床面など
水平であると想定される面にあらかじめ各点の
距離が既知の目印を複数箇所付け，その目印上
にコントロールポイント（例，白球）を取り付
けたポールなどを順次垂直に立てて各カメラで
撮影する方法を採ることが多い 5,6）．しかしな
がら，この較正法は，経験上，①長時間を要す
３次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法
宮西　智久
Tomohisa Miyanishi: Construction of a Spoke Type Control Object for use in three-dimensional 
motion video analysis. Bulletin of Sendai University, 48 (2) : 59-67, March, 2017.
 
Abstract: In three-dimensional (3D) motion video analysis using the DLT method, we have to 
calculate eleven DLT parameters, which indicate the relationship between the real-life 3D 
coordinates of a measured point and the 2D coordinates of the point on the video image. For 
calculating these parameters, we must record on the video image more than six control points 
using at least two video cameras. The control points constitute a “control object”. The purpose of 
the present study was to describe a method for the construction of a convenient control object 
(called a “Spoke Type Control Object”) for use in 3D motion video analysis. This object consisted 
of an 18-sided polyhedron, 17 pipe rods and a tripod. Both the polyhedron and the pipe rods were 
made of stainless steel. Four ping-pong balls that constituted the control points of the DLT 
algorithm were attached to each pipe rod. The real-life 3D coordinates of the 68 ping-pong balls 
were measured three times by using a theodolite. The control object made in the present study 
could be a useful tool in terms of both convenience and versatility for 3D motion video analysis 
related to sport biomechanics study.
Key words: convenience，versatility，DLT method，control point，sport biomechanics
キーワード : 利便性，　汎用性，　DLT 法，　コントロールポイント，　スポーツバイオメカニクス
59
る，②測定誤差が比較的大きい，③不整地では
使用できない，などの難点があると考えられる．
これらの難点を解決する較正法として，複数点
のコントロールポイントを取り付けたオブジェ
クト（コントロールオブジェクト）を撮影場所
に設置してカメラで全ポイントを同時一括撮影
する方法がある．しかし，この較正器は利便性
が高いものの，広範囲に及ぶスポーツ動作の解
析のため，オブジェクト自体が大規模になるこ
とに加え，収納場所も確保せねばならず，また
品質の精度保証や耐久性も要求されるなどのた
め，費用対需要の関係により市販化・量産化さ
れていないのが現状である．
本研究では，簡便で汎用性の高い組立式のス
ポーク型コントロールオブジェクト（「スポー
ク型較正器」と呼称する）注１）の製作の一例に
ついて詳述することを目的とした．
2．方法
2.1 スポーク型較正器の製作
スポーク型較正器（以下，「較正器」と記す）
は，18 面から成る多面体（三脚連結金具含む）
1 個，パイプロッド部材 17 本と三脚 1 台から
構成されている（写真 1：実物写真）．写真 1
に示すように，本較正器はパイプロッド 1 本に
つき 4 個の卓球ボール（以下，「白球」とも呼
ぶ）が取り付けられているため，合計 68 個の
白球をもつ放射状のフレームである．図 1 に較
正器の組立図面（注意：パイプロッド 1 本のみ
の連結図）を示す．多面体（三脚連結金具含む）
の重量は 1.81 kg，パイプロッド 17 本の重量は
7.14 kg（0.42 kg/ 本），白球 68 個の重量は約 0.18 
kg（2.7 g/ 個）であり，較正器全体の総重量は
約 9.13 kg であった．
2.1.1 多面体
多面体と三脚連結金具の図面をそれぞれ図 2
と図 3 に，実物外形写真を写真 2 に示す．多面
体（（株）ディケイエイチ）はそれ自体の強度
保証とパイプロッド取り付け時のねじ部の摩耗
を抑えるためにステンレス鋼（材質 SUS303）
を使用し製作した．具体的には，多面体は 70 
mm の角材からマニシングセンサ（ヤマザキ
マザック（株））を使用して 18 面体に削り出
写真 1　スポーク型較正器
図 1　スポーク型較正器の組立図面
宮西　智久
60
し，その後各面の中心部に M12（P=1.75）で
深さ 18 mm のタップを 18 個切って加工した．
加工の際，特に水平面から 45°の角度に削り出
した上下斜め方向の 8 面と各面中心部のねじ穴
角度精度が重要である．三脚連結金具は旋盤
（SL100，DMG 森精機（株））を用いて切削加
工した．
図 2　多面体図面
図 3　三脚連結金具図面
３次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法
61
写真 2　多面体と三脚連結金具（実物）
2.1.2 パイプロッド
パイプロッドの図面を図 4 に，実物外形写真
を写真 3 に示す．パイプロッド部材（工製作所
（株））は多面体と同様にステンレス鋼（材質 
SUS303）を使用した．パイプロッド長は 1220 
mm（ねじ部除く），直径（外径）13 mm，内
径 11 mm である．多面体に取り付けるパイプ
ロッド端は長さ50 mm，直径18 mmの菱目ロー
レット加工を施したノブをロックタイトで圧入
固定した．多面体に取り付けるねじ部（インチ
ねじ使用：3/8w16）の長さは 17 mm であり，
M12（P=1.75）で 15 mm のタップを切った．
(1)  卓球ボールの穴あけとパイプロッドへの
取り付け
コントロールポイントとなる白球はニッタ
ク社の練習用卓球ボール（NB1367：直径 40 
mm，重量 2.7 g）を使用した（写真 4）．卓球ボー
ルの穴あけとパイプロッドへの取り付け方を，
以下順を追って説明する．
写真４　卓球ボール
①‌木工用ドリルで 30 mm の穴をあけた木片を
卓上ボール盤（リョービ社 TB-2131）のバイ
スセットに固定し，その上に卓球ボールを置
き，卓球ボールの頂点にドリルの先端が落ち
るように微調整し固定した（写真 5）．
図４　パイプロッド図面
写真 3　パイプロッド（実物）
宮西　智久
62
写真 5　卓上ボール盤に固定された穴あけ用の木片台
② 卓上ボール盤の回転数を 3000 min-1 に設定
し，ドリルの刃を 12 mm の木工用ドリル
に取り替え，左手でボールを保持しながら
右手を使い手動で穴をあけた．
③ 穴の直径をパイプロッドの直径 13 mm にす
るためにリーマーを使い微調整した（写真 6）.
④ パイプロッド 1 本に取り付ける卓球ボール
数は 4 個であり，多面体の中心からそれぞ
れ 300 mm，600 mm，900 mm，1200 mm
の間隔で取り付けた．このためにまずパイ
プロッドよりもやや長い L アングルを用
意した．ドリルで穴をあけた卓球ボールの
直径は 37 mm であり，半径は 18.5 mm で
あったため，写真 7 に示すように，パイプ
ロッドノブ端（50 mm の位置）から各卓
球ボールの多面体側の縁までの距離はそ
れぞれ 196.5 mm，496.5 mm，796.5 mm，
1096.5 mm であった．L アングルの端にパ
イプロッドノブ端（50 mm の位置）を引っ
掛け固定し，L アングルの端からそれぞれ
の距離を定規で測りマジックでその位置に
印を付けた後，その印を基準にパイプロッ
ド上にマジックで印を付けた．最後に，パ
イプロッドに穴をあけた卓球ボールを通
し，多面体に近い卓球ボールからそれぞれ
マジックで印を付けた位置に卓球ボールの
縁を順番に合わせ，接着剤（CA-186，セ
メダイン（株））を用いて固定した．
2.2  コントロールポイントの３次元座標の測
量および誤差算出
2.2.1 ３次元座標の測量
較正器の製作の完成後，較正器を組み立て，
17 本のパイプロッドに取り付けた計 68 個の白
球中心点の３次元座標を，セオドライト（レー
ザー測量器）を用いて測量した．なお，本研究
写真 7　Lアングルを使ったパイプロッドへの卓球ボールの取り付け方
写真 6　リーマーを使った穴の直径の微調整
３次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法
63
で使用したセオドライト（GPT-3005WF，（株）
トプコン）（写真 8）はパルス方式を採用し，
望遠鏡倍率 30 倍，測距角精度 5 秒，測距範囲
3000 m，測距精度±（2 mm ＋ 2 ppm × D）
m.s.e.（D は測定距離，単位は m である）の性
能を有する．
写真 8　‌コントロールポイントの３次元座標値の測
量のために使用したセオドライト（GPT-
3005WF，（株）トプコン）
具体的には，較正器およびセオドライトを三
脚に取り付け，約 5 m の距離をあけて 2 台を
設置した後，セオドライトから 14 本のパイプ
ロッドに取り付けた 56 個の白球が重複せず全
て見えるように較正器の位置や向きを調整し
た．次に，これらの白球の表面に粘着式反射シー
ト（TT-S20，（株）マイゾックス）を貼付した．
また，後方交会法（backward intersection）7）
を使用するため，側壁の任意の箇所に基準点と
して反射シートを複数貼り付けた．貼付終了
後，セオドライトの設置ならびに設定（プリ
ズムモード，プリズム定数 20 mm 等）を完了
し，白球中心点を視準しその３次元座標の測量
を行った注２）．測量終了後，同様の手順により，
残りのパイプロッド 3 本に取り付けた 12 個の
白球が重複せず全て見える別の箇所にセオドラ
イトを移動・設置し，白球中心点を視準しその
３次元座標の測量を行った．なお，較正器のコ
ントロールポイントの測量は日と設置場所を変
えて 3 回実施した．
2.2.2 ３次元座標の誤差算出
較正器座標系の原点を基準とした 68 個の白
球中心点の３次元座標（図面値）に対する測量
された全白球中心点の３次元座標の実測値との
差分（誤差）を算出した．本研究では以下の手
順により行った．
① 較正器の多面体中心座標（原点：X0, Y0, 
Z0）を算出した．具体的には，原点となる
多面体中心座標は直接測定できないため，
各パイプロッドの最外側点（CP#1：写真 1）
の座標から最内側点（CP#4）の座標を結
ぶベクトルを中心への長さ分（35 mm）延
長した座標点を求め，これを 17 本分平均
して算出した．
② 測量された全 68 点の座標から多面体中心
座標（原点座標）を引き，多面体中心を原
点とした座標系へ変換した．
③ さらにこれらの座標を，以下の式 (1) を用
いて各軸まわりに順次回転させ , 写真 1 に
示すように，水平方向の 8 本のうち P#6
と P#8 のパイプロッドをそれぞれ X 軸と
Y 軸，鉛直方向を示す P#1 のパイプロッ
ドを Z 軸となるように一致させた．
X x
Y = R（θ） y （1）
Z z
ここで，R=（θ）は回転行列 3）であり，各軸
につきそれぞれ以下の行列式を示す．
1 0 0
Rx(α) = 0 cosα -sinα
0 sinα cosα
cosβ 0 sinβ
Ry(β) = 0 1 0
-sinβ 0 cosβ
cosγ -sinγ 0
Rz(γ) = sinγ cosγ 0
0 0 1
宮西　智久
64
④ 図面値から回転後の全 68 点の座標値を引
くことで差分を求めた．
3．結果
3.1  コントロールポイントの３次元座標の実
測値
表 1 は，68 個のコントロールポイント（卓
球ボール中心座標）の図面値，測量 3 回の実測
値，そして平均値±標準偏差を座標成分毎に示
したものである．
4．考察
4.1  コントロールポイントの３次元座標の誤
差と較正作業の付記事項
表 1 に示したように，68 個のコントロール
ポイントの図面値と測量 3 回の実測値は一致し
ていない．この理由は，較正器自体（多面体お
よびパイプロッド）の製作精度によるものだが，
その他に以下の取り付け誤差，測量時の器械誤
差ならびに個人誤差，計算誤差，測量器の性能
などの影響を受けているからである．
① パイプロッドへの卓球ボールの取り付け誤
差
② 器械誤差（視準軸誤差，偏心誤差など）
③ 個人誤差（据え付け誤差，視準誤差など）
④ 多面体中心座標（原点座標）の計算誤差
⑤ セオドライトの性能（測量精度）
本較正器の使用（実験時の較正作業）にあたっ
て，較正器の座標系を，例えば，地面などの解
析の基準となる面に設定された静止座標系に一
致させる方法について付記しておく．較正器の
座標系を各実験においてその都度地面等に設定
される静止座標系に一致させることは不可能に
近く，現実的ではない．このため，較正器の設
置はカメラの設置に依存させることなく自由に
設置し，複数のカメラから多くのコントロール
ポイント（測定誤差を抑えるため 40 点以上）
が画像から確認できるように較正器の向きや傾
きを調整する．この状態では，較正器の座標系
が設定しようとする静止座標系に一致していな
いため，基準となる面（地面や体育館の床面な
ど）にリファレンスマーカーを最低 3 点（原点
となる 1 点含む）設置する．このマーカーを利
用して，静止座標系（較正器の座標系から求め
られた座標系）を設定した後，この静止座標系
に較正器の座標系を回転行列により一致させる
という方法を採ることになろう．
5．まとめ
本研究では，スポーツにおける３次元画像解
析に伴う較正作業を簡便かつ迅速に実施するた
めに，利便性および汎用性の高いスポーク型較
正器の製作の一例について記載した．本研究の
方法において製作されたスポーク型較正器はス
ポーツ動作の３次元画像解析における較正作業
を簡便かつ迅速に行うために有用なツールとな
るものであろう．
３次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法
65
注記
注１） この較正器の基本的なデザインは，1980 年頃に
Thomas McLaughlin 氏によって考案されたと
いわれているが2），その製作法が詳述された文
献は見あたらない．
注２） １回の測量においてレーザー光を３回発信し，
３回の平均値を白球中心点の３次元座標値と
して記録した．
表 1　スポーク型較正器に取り付けた 68個のコントロールポイントの３次元座標の図面値（Planed），実測値
（Measured：3回）および平均値±標準偏差
宮西　智久
66
謝辞
スポーク型較正器の製作ならびに測量作業にあた
り，本学の戸来敦大さん，小坂寛人さんをはじめス
ポーツバイオメカニクス研究室所属の学生の皆さん
にご協力頂きました．また，測量法の技術的アドバ
イスについて，鹿島建設株式会社仙台営業所の森憲
康氏ならびに株式会社センソクの鈴木拓真氏にご指
導を賜りました．ここに記して感謝の意を表します．
本研究は JSPS 科研費（課題番号 16H03235，研究
代表者 宮西智久）の助成を受けたものです．
文献
 1）Abdel-Aziz, Y.I., and Karara, H.M.（1971）
Direct linear transformation from comparator 
coordinates into object space coordinates 
in close-range photogrametry. In: ASP UI 
Symposium on Close-Range Photogrammetry, 
Am. Soc. Photogram.: Falls Church, VA, pp.1 −
19.
 2）Dapena, J.（2016）Personal communication.
 3）広瀬茂男（2001）ロボット工学（改訂版）. 裳華
房 , 東京 .
 4）池上康男（1983）写真撮影による運動の３次元
的解析法 . J.J.Sports Sci., 2: 163-170.
 5）株式会社ディケイエイチ（2015）Frame-DIAS V
取扱説明書（1.36）＆補足説明書 .
 6） 宮西智久・藤井範久・阿江通良・功力靖雄・岡
田守彦（1995）大学野球選手における速投およ
び遠投動作の３次元的比較研究 . 体育学研究 , 40: 
89 − 103.
 7） 大木正喜（2015）測量学（第 2 版）. 森北出版 , 東京 .
( )
2016 年 11 月 25 日受付
2017 年   2 月   1 日受理
３次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法
67



3次元画像解析法で用いるスポーク型較正器の製作法

溝上, 拓志

ミゾカミ, ヒロシ

溝口, 絵里加

ミゾグチ, エリカ

金, 賢植

キム, ケンシュク

被災地の幼児における基本的動作の発達と体力・運動能力との関連

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