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技術 位置検出システム

出願人 イメージテック株式会社
発明者 酒井優浦重則
出願日 1998年4月24日 (22年2ヶ月経過) 出願番号 1998-153534
公開日 1999年11月5日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 1999-305935
状態 未査定
技術分野 電子ゲーム機 武器;爆破 その他のゲーム 表示による位置入力
主要キーワード 照準誤差 幾何学的解析 中点付近 並行投影 自動操縦システム 照準点 照準装置 自動追尾システム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年11月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (15)

目的

本発明は、照準位置、または、照準装置空間座標、向き、を求めることを目的とするものである。

構成

的7の近辺に配置した1個または複数個赤外線光源2と、撮像装置1と、撮像結果を解析して照準位置を求める解析手段3とよりなる。

概要

背景

従来、ブラウン管映像を標的とする遊戯機では、ブラウン管の走査線発光受光素子で検出し、検出のタイミングによって照準位置を求める方式が広く利用されているが、この方式では検出の際、ブラウン管全体または一部を明るく光らせる必要がある。

このため、頻繁に照準を検出する必要のある応用では頻繁にブラウン管を光らせることになり使用者において煩わしく感じさせる結果となる。また、常時照準を検出するということができない、といった不都合があった。

また、光通信又は超音波通信における、送信側と受信側との指向特性を利用して、照準を求める方式もある。この方式では、ブラウン管の発光を必要とせず、前記の不都合は解消される。しかし、この方式では、送信器または受信器そのものが標的となるため、標的に対する正確な照準位置を検出することができない。例えば、ブラウン管に映し出された特定の標的に対する当たり判定には利用できない、といった不都合があった。

さらに、超音波測量技術を利用して、照準を求める方式もある。この方式は標的を狙う側の1点を測量する方式と、2点を測量する方式とがあるが、1点を測量する方式では、標的を狙う側の軸の角度による誤差補正する手段がない。また、2点を測量する方式では、標的を狙う側の軸の角度による誤差は補正できるが、受信器または送信器が標的を狙う側の物体そのものの影になる可能性が否定できない。さらに、いずれの方式でも、標的までの距離をあまり遠くに設定できない、といった不都合があった。

又、特開平6−301474、特開平6−301475、特開平6−301476に、撮像装置を使った「位置検出装置」が開示されている。この位置検出装置を利用した射撃ゲームの実施例を図11に示す。先端に発光素子14を備えた15で、ブラウン管12に表示される標的を狙って射撃するゲームである。撮像装置11で撮像した結果より、発光素子14の像を特異点として検出し、検出位置を照準とすることで、射撃を可能としている。

しかし、図11の実施例に示す方式では、銃の傾きを検出できないため、図12に示すように間違った照準位置を認識することになる。撮像装置11で発光素子14を撮像した結果、撮像範囲をブラウン管に映し出した時の、発光素子14の位置を照準位置とするため、Yを照準位置として認識する。ところが、図12をみれば明らかなように、Xが本当の照準位置であり、間違った位置を照準としてしまう、といった不都合があった。

概要

本発明は、照準位置、または、照準装置空間座標、向き、を求めることを目的とするものである。

的7の近辺に配置した1個または複数個赤外線光源2と、撮像装置1と、撮像結果を解析して照準位置を求める解析手段3とよりなる。

目的

本発明は、ブラウン管を光らせることなく、また遠くの標的でも、簡単な画像解析により、正確な照準位置を求めることを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
7件
牽制数
15件

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請求項1

標識として配置した1個又は数個の、赤外線光源(2)と、赤外線撮像可能な撮像装置(1)と、撮像結果を解析して照準位置を求める解析手段(3)とよりなる、位置検出システム

請求項2

標識として配置した1個又は数個の、赤外線光源(2)と、赤外線を撮像可能な撮像装置(1)と、撮像結果を解析して撮像装置の位置と向きを求める解析手段(3)とよりなる、位置検出システム。

請求項3

前記撮像装置は、位置指示装置に取り付けられている、請求項1または2に記載の位置検出システム。

請求項4

前記位置指示装置は、遊戯機における位置指示手段である、請求項1、2または3に記載の位置検出システム。

請求項5

前記位置指示装置は、手持ち可能な形状である、請求項1、2、3または4に記載の位置検出システム。

請求項6

前記位置指示装置は、の形状である、請求項1、2、3、4または5に記載の位置検出システム。

請求項7

前記撮像装置は、使用者の体に装着して使用する、請求項1から6のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項8

前記撮像装置は、乗物の一部に装着して使用する、請求項1から7のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項9

前記解析手段は撮像装置の軸Zを中心とする回転を補正する機能を有している、請求項1から8のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項10

前記解析手段は撮像装置の軸Zと標的の軸Tとのなす角を補正する機能を有している、請求項1から9のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項11

前記撮像装置は制御可能なズーム機能を備えている、請求項1から10のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項12

前記撮像装置は制御可能な左右へのパン機能を備えている、請求項1から11のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項13

前記撮像装置は制御可能な上下へのパン機能を備えている、請求項1から12のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項14

前記撮像装置は撮像素子(8)と、可視光線を除去し赤外線を透過するフィルター(10)とよりなる、請求項1から13のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項15

前記撮像装置と前記解析手段との接続を無線により行う、請求項1から14のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項16

前記赤外線光源は赤外線を含む発光素子(9)と、可視光線を除去し赤外線を透過するフィルター(10)とよりなる、請求項1から15のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項17

前記赤外線光源は制御可能な点灯消灯機能を備えている、請求項1から16のいずれか1つに記載の位置検出システム。

請求項18

前記赤外線光源は制御可能な輝度変調機能を備えている、請求項1から17のいずれか1つに記載の位置検出システム。

--

0001

本発明は、配置した標識を撮像装置撮像し、その結果を解析することによって、照準位置、または、撮像装置の空間座標、向きを求める、位置検出システムに関するものである。

背景技術

0002

従来、ブラウン管映像を標的とする遊戯機では、ブラウン管の走査線発光受光素子で検出し、検出のタイミングによって照準位置を求める方式が広く利用されているが、この方式では検出の際、ブラウン管全体または一部を明るく光らせる必要がある。

0003

このため、頻繁に照準を検出する必要のある応用では頻繁にブラウン管を光らせることになり使用者において煩わしく感じさせる結果となる。また、常時照準を検出するということができない、といった不都合があった。

0004

また、光通信又は超音波通信における、送信側と受信側との指向特性を利用して、照準を求める方式もある。この方式では、ブラウン管の発光を必要とせず、前記の不都合は解消される。しかし、この方式では、送信器または受信器そのものが標的となるため、標的に対する正確な照準位置を検出することができない。例えば、ブラウン管に映し出された特定の標的に対する当たり判定には利用できない、といった不都合があった。

0005

さらに、超音波測量技術を利用して、照準を求める方式もある。この方式は標的を狙う側の1点を測量する方式と、2点を測量する方式とがあるが、1点を測量する方式では、標的を狙う側の軸の角度による誤差補正する手段がない。また、2点を測量する方式では、標的を狙う側の軸の角度による誤差は補正できるが、受信器または送信器が標的を狙う側の物体そのものの影になる可能性が否定できない。さらに、いずれの方式でも、標的までの距離をあまり遠くに設定できない、といった不都合があった。

0006

又、特開平6−301474、特開平6−301475、特開平6−301476に、撮像装置を使った「位置検出装置」が開示されている。この位置検出装置を利用した射撃ゲームの実施例を図11に示す。先端に発光素子14を備えた15で、ブラウン管12に表示される標的を狙って射撃するゲームである。撮像装置11で撮像した結果より、発光素子14の像を特異点として検出し、検出位置を照準とすることで、射撃を可能としている。

0007

しかし、図11の実施例に示す方式では、銃の傾きを検出できないため、図12に示すように間違った照準位置を認識することになる。撮像装置11で発光素子14を撮像した結果、撮像範囲をブラウン管に映し出した時の、発光素子14の位置を照準位置とするため、Yを照準位置として認識する。ところが、図12をみれば明らかなように、Xが本当の照準位置であり、間違った位置を照準としてしまう、といった不都合があった。

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は、ブラウン管を光らせることなく、また遠くの標的でも、簡単な画像解析により、正確な照準位置を求め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

0009

本発明は、位置検出システムであって、上記問題を解決するために、輝度によって容易に標識を特定できるように、外光とは明らかに区別できる程度に明るく、かつ人間の目には見えず、撮像装置には撮像可能な、赤外線光源を、標的の近辺に配置し、撮像した結果を画像解析することで正確な照準を求める、という手段を講じたものである。

0010

本発明は、標識を撮像装置で撮像し、画像解析を行って使用する。

0011

なお、標識の位置関係は、校正等その他の手段で既知であるものとする。また、照準位置は撮像範囲に対して任意の定位置に結像するものとする。

0012

標識の検出を容易にするため、赤外線光源の輝度を、外乱光と区別できる程度に上げる。

0013

照準位置を検出する時は、解析手段によって、撮像の結果より、標識の像の位置をもとめ、既知であるところの、標識の位置関係を利用して、幾何学的解析手法により照準位置を算出する。このとき、標識を4つ以上設置すれば、撮像装置の位置、向き、も同時に求めることができる。

0014

標識を1つだけ設置した場合、撮像装置の軸と標的の軸が並行であり、撮像装置と標識との距離がわかっていれば、照準位置と標識との距離が判る。

0015

標識を2つ設置した場合、撮像装置の軸と標的の軸が並行であれば、照準位置と各標識との距離が判る。また、撮像装置の軸を中心とした回転範囲が180゜未満であれば、照準位置の標的内座標が判る。

0016

この様に、標識の数を増やすにしたがって、制限が緩くなり、照準位置の算出精度が上がる。

0017

前述の照準検出の際、撮像装置に可視光線を除去し赤外線を透過するフィルター10を装着すれば、標識以外の多くの外乱光を除去する事ができ、撮像の結果を解析する際の計算量を大幅に減ずることができる。

0018

赤外線光源を、赤外線を含む発光素子と、可視光線を除去し赤外線を透過するフィルターとで構成すれば、発光素子の選択肢が広くなり、設計の自由度を高めることができる。また、故障の際、発光素子のみの交換で対応可能である。

0019

撮像装置が軸Zを中心に回転することを許すステムにおいては、解析手段に該回転を補正する機能を備えることにより、照準誤差を補正することができる。

0020

撮像装置の軸Zと標的の軸Tとが、自由に角度をもつことを許すシステムにおいては、解析手段に該角度を補正する機能を備えることにより、照準誤差を補正することができる。

0021

撮像装置と標的との距離を、自由に変えることのできるシステムにおいては、撮像装置に制御可能なズーム機能を備えることにより、常に標的が最適な大きさで撮像されるようにズームを制御することにより、正確な照準位置を検出できる。

0022

赤外線光源を点灯消灯の制御を行うことで変調し、変調を検出できる程度の枚数を撮像すれば、赤外線光源の像の特定をより簡単、確実に行うことができる。

0023

赤外線光源の輝度の制御を行うことで輝度変調し、変調を検出できる程度の枚数を撮像すれば、赤外線光源の像の特定をより簡単、確実に行うことができる。

0024

撮像装置と解析手段の接続を無線によって行えば、撮像装置の移動を自由に行うことができる。

0025

撮像装置に制御可能な上下、左右のパン機能を備え、解析手段と外部に設けたパン機能制御装置との協調によって、撮像装置に対して移動している標的を自動的に追尾することができる、自動追尾システムを構成できる。

0026

撮像装置を乗物の一部に装着し、道標として赤外線光源を設置すれば、本発明によれば標識(赤外線光源)と撮像装置の位置関係が検出できるので、乗物が今何処を走行しているかを知る事ができる。この特徴を利用し、例えば、遊戯場における自動操縦システム構築したり、あるいは、走行位置の検出結果をコンピュータグラフィックスに反映したゲームを構築することができる。

0027

また、撮像装置を使用者の人体の一部に装着し、使用環境内の適当な位置に標識を設置すれば、使用者の位置、向きを検出できる。この特徴を利用し、使用者の位置、向きをコンピュータグラフィックスに反映して、ヘッドマウントディスプレイに表示する様な、バーチャルリアリティ・ゲームへの応用が可能である。

0028

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

0029

まず、図1の実施例をもとに、基本的な解析手順を説明する。

0030

図1は、本発明を、いわゆるガンシューティングゲームに応用した例である。ブラウン管7に標的の絵をコンピュータグラフィックスによって描画し、それを銃6で狙い撃ちするゲームである。

0031

銃6には、撮像装置1が取り付けてあり、ブラウン管7の周囲に配置した赤外線光源2を撮像する様になっている。撮像装置1は、赤外線のみを透過するフィルター10を備えていて、赤外線光源2の光と、それ以外の外乱光を容易に区別できるようになっている。撮像結果を、解析手段3へ送り、画像解析して銃の照準位置をもとめ、銃6のトリガが引かれたことを知らせる信号と、求めた照準位置とを、ゲーム本体4へ送る。ゲーム本体4は、コンピュータシステムを搭載しており、送られて来たデータと、現在のブラウン管の表示内容とより、標的に当たったかどうか、又、標的のどこに当たったかを調べることができる。

0032

ここで、撮像結果から照準位置を求める方法を詳しく説明する。

0033

図3は、撮像した結果である。図3には、ブラウン管の絵も描いてあるが、実際には、フィルター10の効果によって、光源の像は突出して輝度が高くなる。このため、光源の像の特定を極めて容易に行うことができる。例えば、撮像結果の画素を順次チェックし、輝度のピーク点を求める、といった簡単な手法により、光源の像の位置が検出できる。また、フィルター10を備えていない撮像装置でも、多少厳しく判定する必要はあるが、基本的には同様の方法で光源の像の位置を検出できる。

0034

このように検出した標識位置を、xy座標プロットすると、図4の様になる。点P2は、撮像範囲に対して任意の、予め決められた照準点である。

0035

図5は、標識の位置関係を示すuv座標系である。解法一般化するため、四角形BCDは、任意の四角形であるとする。図4の標識位置は図5のA、B、C、Dの写像であり、各々、A2、B2、C2、D2と符号を付ける。

0036

銃が撮像軸Zを中心に自由に回転することを想定すると、本実施例ではA、B、C、D、各標識を特定することは困難である。これは、例えばA、B、の中点付近に更に標識Eを追加する等の工夫で簡単に解決できる。その場合でも、照準解析方法は全く同様に行える。ここでは、A2、B2、C2、D2、各標識の特定が自明であるとして、解析を進める。

0037

撮像結果図4で、直線A2C2、B2D2つまり、対角線を各々t2軸、s2軸とし、その交点をM2とする。図5のuv座標系でも、同様に対角線を各々t軸、s軸とし、その交点をMとする。

0038

図4上の点A2、B2、C2、D2、M2の座標は、画像解析により既知である。また、点P2は、xy座標上の予め決った照準点である。さらに、図5上の点A、B、C、D、Mの座標は校正等の手段により、予め判っているものとする。

0039

照準位置は、点P2をuv座標系へ写像した点Pを求めることにより、得られる。

0040

さて、ここで、対角線AC、に着目してみる。点Mで区切られた2本の線分AM、MCの長さの比をr1とする。点A、M、Cの座標が判っているので、r1は簡単に求められる。同様に、線分A2M2、M2C2の長さの比も求められる。この2つの比より、撮像時における、線分ACと撮像面xy平面とのなす角が求められる。これより、直線ACまたは、A2C2上の任意の点について、xy座標系とuv座標系との間で互いに写像可能となる。

0041

同様にして、直線BDまたは、B2D2上の任意の点についてもxy座標系とuv座標系との間で互いに写像可能となる。

0042

ここで、図6の様に、xy座標系において、点P2を通り、t2軸、s2軸と交わる、適当な直線を2本引く。各直線と、t2軸、s2軸との交点を図6の様に、各々H2、I2、J2、K2とする。

0043

H2、I2、J2、K2各点の座標は、xy座標系において、既に判っている。また、H2、J2はs2軸上の点であり、I2、K2はt2軸上の点なので、各々、uv座標系への写像が可能である。uv座標系へ写像した点を、それぞれ、H、I、J、Kとする。

0044

点H、I、J、Kが求まったので、線分HI、JKの交点Pも求まる。ここで求まった点Pが照準位置である。

0045

ここまでに、照準計算の概略を述べた。次に、各手順の詳細を述べる。

0046

まず、対角線A2C2上の任意の点のuv座標系への写像を求める。線分A2C2は、線分ACを透視投影して得た図形である事に着目すると、図7に示す様に、線分A2C2は、視点E、線分ACを含む平面S上に存在することが判る。

0047

z軸を、平面Sに対して垂直に並行投影したものをz2軸とすると、z2軸は線分A2C2を含むt2軸と直交することは自明であるので、平面Sをt2z2の直交座標系で、図8の様に表すことができる。

0048

視点Eのt2z2座標をE(e,0)とする。eの求め方は、後述する。ここでは定数として扱う。さらに、t軸とz2軸の交点をL(l,0)とし、点Lにおいてt=0とする。また、t軸とz2軸のなす角θとする。

0049

ところで、点A2、C2、M2、I2、K2のt2座標を、各々、A2t、C2t、M2t、I2t、K2tとする。同様に、点B2、D2、M2、H2、J2のs2座標を、各々、B2s、D2s、M2s、H2s、J2sとする。

0050

図8より、tとt2の関係は、

0051

さて、

0052

次に、t2軸上の任意の点K2のt軸への写像Kを求める。線分AM、MKの長さをa、bとし、

0053

図5より、t軸上の位置が求まれば、uv座標も求まる。

0054

同様の手順で、点Iのuv座標が求まる。また、s軸についても、同様の手順を行えば、点H、Jのuv座標が求まる。

0055

点H、I、J、Kのuv座標が求まったので、線分HI、JKの交点Pのuv座標も求まる。

0056

さて、ここで、t2z2座標系における視点Eの座標(e,0)の求め方を説明する。図9は、図7原点付近を拡大したものである。図9の様に、原点をとおり、直線ACに垂直に交わる直線をy2軸とし、y2軸と、直線ACの交点をQとする。

0057

z2軸が、点Qを通るのは自明であるので、zy2座標をみると、図10の様になる。点Eのxyz座標を(0,0,Ez)、点Qと原点の距離をnとすると、線分EQの長さは−eなので、

0058

以上、詳しく述べたように本発明によれば、撮像結果より、照準位置を正確に求めることができる。

0059

ここでは、ガンシューティングの例を用いて照準座標を利用する例を説明したが、本発明は遊戯機に限らず、例えば、コンピュータ座標入力装置とか、その他の多くの用途に用いることができる。

0060

また、照準座標のみならず、標的を基準とした撮像装置の空間座標、撮像装置の向き、を検出することが可能である。

発明の効果

0061

以上に述べたように本発明は、標識を撮像装置で撮像することによって照準位置を求めるため、ブラウン管を発光させることなくかつ、正確に照準位置を求めることができるようになる、という効果を奏する。

0062

さらに、照準座標のみならず、撮像装置の空間座標、及びその向きを求めることができる、というこれまでの方式では得られなかった、効果を奏する。

0063

赤外線光源の発光は人間には見えないので、外乱光と明確に区別できる程度にまで、輝度を上げても、使用者に煩わしさを与えない、という効果を奏する。

0064

また、標的はブラウン管である必要がなく、任意の物体、任意の平面、その他あらゆるものを標的として採用できる、という効果を奏する。

0065

撮像装置と解析手段との接続を無線で行えば、撮像装置をどの様にでも自由に動かす事ができる、という効果を奏する。

0066

本発明を利用したシステムを構築する際、結果的に標識と標的の位置関係が判っていれば良いので、組み立て精度を要求しない、という効果を奏する。

図面の簡単な説明

0067

図1本発明の1つの実施態様を構成する位置検出システムの概略図である
図2撮像装置を模式的に示す図である
図3撮像結果を示す図である
図4撮像結果をプロットした図である
図5標識の本来の位置関係をプロットした図である
図6点P2を2直線の交点で示す図である
図7線分ACを解析する平面を示す図である
図8t2z2座標を示す図である
図9図7の原点付近の拡大図である
図10z2、z軸を含む平面の図である
図11特開平6−301476による1つの実施態様を構成する位置検出システムの概略図である
図12照準誤差を例示する図である
図13撮像装置の構成を例示する図である
図14赤外線光源の構成を例示する図である

--

0068

1−撮像装置
2−標識
3−解析手段
4−ゲーム本体
5−ゲーム筐体
6−銃
7−ブラウン管
8−撮像素子
9−発光素子
10−赤外線フィルター
11−撮像装置
12−ブラウン管
13−射撃ゲーム筐体
14−標識
15−銃

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