JP5430242B2 - Speaker position detection system and speaker position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、複数のスピーカを備える音響システムにおいて各スピーカの相対位置を検出する技術に関し、より詳しくは、立体音響システムにおける各スピーカの相対位置を正確に検出するためのスピーカ位置検出システム及びスピーカ位置検出方法に関する。 The present invention relates to a technique for detecting a relative position of each speaker in an acoustic system including a plurality of speakers, and more specifically, a speaker position detection system and a speaker position for accurately detecting the relative position of each speaker in a stereophonic sound system. It relates to a detection method.
従来、音声を発生する音響システムとして、聴取者の周囲に複数のスピーカを設置し、各スピーカにチャンネルを割り当てて多チャンネルで音響を再生する多チャンネルの音響システムが利用されている。更に、多チャンネルの音響システムと映像を表示するディスプレイとを組み合わせ、映画等の映像をディスプレイで表示すると共に高品位の音声を発生する映像・音響システムが普及してきている。このような映像・音響システムはホームシアタ等と呼ばれている。現在普及が進んでいる5.1チャンネル又は7.1チャンネル等の音響システムでは、各スピーカの配置を定めた規格が決められている。例えば、5.1チャンネルについての規格としてはITU−R BS.775−1がある。このような規格においては、超低域用スピーカを除いた各スピーカの高さがほぼ一定となるように各スピーカの位置が定められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a sound system that generates sound, a multi-channel sound system in which a plurality of speakers are installed around a listener and a channel is assigned to each speaker and sound is played back in multiple channels is used. Furthermore, video / audio systems that combine a multi-channel audio system and a display that displays video to display video such as movies on the display and generate high-quality audio have become widespread. Such a video / audio system is called a home theater. In an acoustic system such as 5.1 channel or 7.1 channel, which is currently in widespread use, a standard that determines the arrangement of each speaker is determined. For example, the standard for 5.1 channel is ITU-R BS. 775-1. In such a standard, the positions of the speakers are determined so that the heights of the speakers excluding the ultra low frequency speakers are substantially constant.
5.1チャンネル等の音響システムでは、スピーカ夫々の役割が大きく、いずれか一つのスピーカの位置が多少ずれただけでも、本来生成されるべき音場とは大きく異なる音場が生成されてしまう。従って、多チャンネルの音響システムを構築するためには、規格に従って各スピーカを正しい位置に配置する必要がある。映像・音響システムの場合は、各スピーカはディスプレイに対しても正しく配置される必要がある。また聴取者が音声を聴取する聴取位置は、理想的には各スピーカから等距離の位置であることが求められる。その理由は、例えば二つのスピーカから発する音声を合成した合成音像を作る場合、理想的な合成音場はその二つのスピーカから等距離の位置でのみ生成されるからである。従って、理想的な聴取位置から聴取者が少し移動しただけで、聴取者の位置には音像が正確に定位しなくなる。 In an acoustic system such as 5.1 channel, the role of each speaker is great, and even if the position of any one of the speakers is slightly shifted, a sound field that is significantly different from the sound field that should be originally generated is generated. Therefore, in order to construct a multi-channel sound system, it is necessary to arrange each speaker in the correct position according to the standard. In the case of a video / audio system, each speaker needs to be correctly arranged with respect to the display. In addition, the listening position where the listener listens to the sound is ideally located at an equal distance from each speaker. The reason is that, for example, when a synthesized sound image obtained by synthesizing sounds emitted from two speakers is created, an ideal synthesized sound field is generated only at a position equidistant from the two speakers. Therefore, even if the listener has moved a little from the ideal listening position, the sound image cannot be accurately localized at the position of the listener.
しかしながら、家庭内等に多チャンネルの音響システムを聴取者が構築する場合、実際には、規格に従って各スピーカを正しい位置に配置することは難しい。正しい配置を行うためには、聴取位置と各スピーカの相対位置とを正しく測定する必要がある。正しくスピーカを配置したとしても、聴取者が聴取位置を変更した場合は、正確な音像が定位することができなくなり、また音響システムを設置する部屋の形状又は他の配置物の制限によってスピーカを正しく配置できないことも多い。このような状況で正しく音声を聴取するには、聴取位置及び各スピーカの位置に応じて、各スピーカが出力する音声を補正することが考えられ、このためには聴取位置及び各スピーカの位置を測定する必要がある。このように、多チャンネルの音響システムを構築するためには、各スピーカの位置を正確に検出することが重要であり、従来、スピーカの位置を検出するための技術が提案されている。 However, when a listener constructs a multi-channel sound system in a home or the like, it is actually difficult to place each speaker in the correct position according to the standard. In order to perform correct placement, it is necessary to correctly measure the listening position and the relative position of each speaker. Even if the speaker is correctly placed, if the listener changes the listening position, the correct sound image cannot be localized, and the speaker cannot be correctly placed due to the shape of the room in which the sound system is installed or other arrangement restrictions. In many cases, it cannot be placed. In order to listen to the sound correctly in such a situation, it is conceivable to correct the sound output from each speaker according to the listening position and the position of each speaker. For this purpose, the listening position and the position of each speaker are set. It is necessary to measure. Thus, in order to construct a multi-channel acoustic system, it is important to accurately detect the position of each speaker, and conventionally, a technique for detecting the position of the speaker has been proposed.
特許文献1に記載された技術では、聴取者が発声した音声を各スピーカの位置に設けられたマイクで収音し、各マイクに音声が到達するまでの時間差を記録する。また、各スピーカからテスト用の音信号を出力し、他のスピーカの位置にある各マイクでその音信号を収音することにより、各スピーカ間の相対位置を計算する。計算した各スピーカ間の相対位置と、各スピーカの位置に聴取者の音声が到達するまでの時間差とに基づいて、聴取者と各スピーカとの相対位置を計算している。
In the technique described in
特許文献2に記載された技術では、聴取者との相対位置が既知である基準スピーカから音信号を出力し、他のスピーカの付近に設けられた各マイクでその音信号を収音し、特許文献1の技術と同様に、基準スピーカに対する各スピーカの位置を計算している。特許文献3に記載された技術では、各スピーカから音信号を出力し、出力した音信号を特定の場所にかたまって設置された複数のマイクにより収音し、各マイクに入力された音信号の強度の差異から、音信号を発したスピーカの位置を検出する。特許文献4に記載された技術では、各スピーカから音信号を出力し、各スピーカに一体的に設けられたマイク又は各スピーカ自身によって音信号を収音し、各スピーカ間の距離を計算し、計算した各距離から特許文献1と同様にして各スピーカの相対位置を推定する。
In the technique described in
特許文献5に記載された技術では、各スピーカから音信号を出力し、出力した音信号を相対位置関係が既知である複数のマイクにより収音し、夫々のマイクに入力した音信号の遅延の差異から音信号を発したスピーカの位置を検出する。特許文献6に記載された技術では、超音波マイクをディスプレイ画面あるいはディスプレイ後方等に3個以上配置し、各スピーカから出力する超音波信号を各マイクで収音することによって位置を検出する。特許文献7に記載された技術では、聴取者が知覚可能でない音信号を通常の出力音声に埋め込み、埋め込んだ音信号を用いて二つのスピーカ間の距離を測定し、その後は、特許文献4と同様にして相対位置関係を推定する。 In the technique described in Patent Document 5, a sound signal is output from each speaker, the output sound signal is collected by a plurality of microphones whose relative positional relationships are known, and the delay of the sound signal input to each microphone is reduced. The position of the speaker that emitted the sound signal is detected from the difference. In the technique described in Patent Document 6, three or more ultrasonic microphones are arranged on the display screen or behind the display, and the position is detected by collecting the ultrasonic signals output from the speakers with the microphones. In the technique described in Patent Document 7, a sound signal that cannot be perceived by a listener is embedded in a normal output sound, and the distance between the two speakers is measured using the embedded sound signal. Similarly, the relative positional relationship is estimated.
ところで、次世代の音響規格として、立体音響システムが提案されている。立体音響システムでは、スピーカの高さについて全て同じ高さで統一するのではなく、例えば上段、中段及び下段等のように、各スピーカの高さにグループを設けておき、夫々の高さ毎に聴取者の周囲にスピーカを配置することにより、音像の周囲の水平方向の制御だけでなく垂直方向も制御する。このような立体音響システムでは、従来の音響システムに比べてチャンネル数及びスピーカ数が多くなり、15〜30個のスピーカが必要とされている。 By the way, a three-dimensional acoustic system has been proposed as a next-generation acoustic standard. In a stereophonic sound system, the heights of the speakers are not unified at the same height. For example, a group is provided for each speaker height, such as the upper, middle, and lower levels, for each height. By arranging the speakers around the listener, not only the horizontal direction around the sound image but also the vertical direction is controlled. In such a stereophonic sound system, the number of channels and the number of speakers are increased as compared with the conventional sound system, and 15 to 30 speakers are required.
このような多数のチャンネルを用いる立体音響システムは、スピーカ数が多いという特徴がある分、これらのスピーカの位置及び聴取位置の変動に対してある程度の頑強性を有する。即ち、いくつかのスピーカの位置が定められた配置より少しずれていたとしても、生成される音場に対する影響は小さい。また聴取位置が理想的な位置から多少ずれたとしても、同様に音像定位に及ぼす影響は小さい。その一方で、立体音響システムでは、配置されるスピーカの高さが全て一定ではなく、スピーカ毎に配置するべき高さが決められているので、夫々のスピーカを正しい高さに配置する必要がある。例えば、上段、中段及び下段のスピーカの高さのグループがある場合、上段と下段とを入れ替えて設置したときには、生成される音場は本来のものとは全く異なるものとなってしまう。即ち、立体音響システムは、従来の音響システムに比べて、各スピーカの位置及び聴取者位置の多少のずれに対しては頑強であるものの、スピーカの配置の際には各スピーカの高さという要素を考慮に入れる必要があるという特徴がある。このような特徴から、立体音響システムでは、各スピーカの相対位置及び聴取位置については厳密な正確さが必要とされないものの、高さを含めた各スピーカの位置を検出する技術が必要となる。 Since such a stereophonic sound system using a large number of channels is characterized by a large number of speakers, it has a certain degree of robustness against fluctuations in the positions and listening positions of these speakers. That is, even if the positions of some speakers are slightly deviated from the predetermined arrangement, the influence on the generated sound field is small. Even if the listening position is slightly deviated from the ideal position, the influence on sound image localization is small. On the other hand, in the stereophonic sound system, the height of all the speakers to be arranged is not constant, and the height to be arranged for each speaker is determined, so that it is necessary to arrange each speaker at the correct height. . For example, when there are upper, middle and lower speaker height groups, when the upper and lower speakers are installed interchangeably, the generated sound field will be completely different from the original one. In other words, the stereophonic sound system is more robust to a slight shift in the position of each speaker and the listener's position than the conventional sound system, but the element of the height of each speaker when placing the speaker. It is necessary to take this into account. Because of these characteristics, the stereophonic sound system does not require strict accuracy with respect to the relative position and listening position of each speaker, but requires a technique for detecting the position of each speaker including the height.
以上の如き立体音響システムにおいて、特許文献1に記載の技術でスピーカ位置の検出を行った場合を考える。この技術では、各スピーカの相対位置を推定するために、各スピーカが発するテスト用の音信号を用いて各スピーカ間の距離を求め、求めた距離を用いて各スピーカの相対位置を算出するようになっている。しかし、音信号は反射及び回折を起こし易いので、実際の家庭環境において音信号から各スピーカ間の距離を精度良く求めることは難しい。また、仮に各スピーカ間の距離が正確に算出されたとしても、その距離から数学的に各スピーカの相対位置を一意に求めるには、多数の非線形連立方程式を解く必要があり、一般的に困難である。例えば、五つのスピーカが3次元ユークリッド空間上にあり、そのうち四つのスピーカが同一平面上にあり、五番目のスピーカがその平面から特定の距離だけ離れている場合、平面に対する五番目のスピーカ位置の対称点を考えると、四つのスピーカ夫々から対称点までの距離は、四つのスピーカ夫々から五番目のスピーカまでの距離と等しい。即ち、スピーカ間の距離関係だけでは、各スピーカの相対位置を一意に求めることはできない。超低域用スピーカを除いた各スピーカをほぼ同一平面上に配置する5.1チャンネル等の従来の音響システムではスピーカ位置の検出が可能ではあるものの、各スピーカの高さが異なる立体音響システムでは、特許文献1に記載の技術でスピーカ位置を検出することはできない。
Consider a case where the speaker position is detected by the technique described in
特許文献2に記載の技術では、特許文献1における聴取者の発声した音声の代わりに、聴取者との距離が既知である基準スピーカからの音信号を使用しているので、特許文献1と同様に、スピーカ位置を検出することは困難である。さらに、聴取者とスピーカとの距離が既知であるという前提が現実的ではない。特許文献3に記載の技術では、各スピーカからの音信号を各マイクで検出した強度の差によってスピーカの方向を判定するとしている。音信号の強度が単位時間当たりの音圧であると考えると、一般家庭のように反射音又は他の音が存在する環境では、立体音響システムに必要な多数のスピーカの方向を音圧だけで判定するのは困難である。特許文献4に記載の技術では,特許文献1と同様にしてスピーカ間の距離から各スピーカの相対位置を求めるとしているので、特許文献1と同様に、立体音響システムには適用できない。
In the technique described in
特許文献5に記載の技術では、特許文献3と同様に複数のマイクで検出した音信号の到達時間差によってスピーカのマイクに対する相対位置を検出する。特許文献3と同様に、反射音又は他の音が存在する環境では、多数のスピーカの相対位置を到達時間差だけで判定するのは困難である。特許文献6に記載の技術は、音信号用の音として超音波を用いていること以外は、ほぼ特許文献と同様であるので、特許文献と同様に、立体音響システムへの適用は困難である。特許文献7に記載の技術は、聴取者が知覚可能でない音信号を用いること以外は、特許文献1、2及び4と同様であるので、同様に、立体音響システムへの適用は困難である。
In the technique described in Patent Document 5, as in
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、音信号ではなく発光を用いることによって、多数のスピーカの位置を正確に検出することが可能なスピーカ位置検出システム及びスピーカ位置検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a speaker position capable of accurately detecting the positions of a large number of speakers by using light emission instead of a sound signal. A detection system and a speaker position detection method are provided.
本発明に係るスピーカ位置検出システムは、複数のスピーカを含む複数の機器で構成され、各機器の位置の基準となる基準機器と他のスピーカとの相対位置を検出するスピーカ位置検出システムにおいて、前記基準機器及び各スピーカは、少なくとも3箇所に発光部を設けてあり、該発光部からの発光を含む光を受光し、受光した光が分布した画像を生成する受光装置と、前記基準機器及び各スピーカ上での発光部間の位置関係を記憶する手段と、前記受光装置が生成した画像内における、前記基準機器に設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点、及び各スピーカに設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定する特定手段と、前記基準機器について特定した発光点の画像内での位置、及び前記基準機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記基準機器の相対位置を計算し、各スピーカについて特定した発光点の画像内での位置、及び各スピーカ上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する各スピーカの相対位置を計算する計算手段と、計算した前記受光装置に対する前記基準機器及び各スピーカの相対位置に基づいて、前記基準機器と各スピーカとの相対位置を計算する手段とを備え、前記基準機器及び複数のスピーカの内のいずれかの機器は、4箇所以上に発光部を設けてあり、前記特定手段は、前記受光装置が生成した画像から、前記機器に設けてある4箇所以上の発光部に対応する発光点を特定する手段を有し、前記計算手段は、前記特定手段で4箇所以上の発光部に対応する発光点が特定された場合に、4箇所以上の発光部に対応する発光点から、3箇所の発光部に対応する発光点を選択する手段と、3箇所の発光部に対応する発光点を選択する組み合わせの夫々について、選択した発光点の画像内での位置、及び前記機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記機器の相対位置を計算する手段と、前記組み合わせの夫々について計算した前記機器の相対位置を平均する手段とを有することを特徴とする。 The speaker position detection system according to the present invention includes a plurality of devices including a plurality of speakers, and the speaker position detection system detects a relative position between a reference device serving as a reference of the position of each device and another speaker. The reference device and each speaker are provided with light emitting units in at least three locations, receive light including light emitted from the light emitting unit, and generate an image in which the received light is distributed, the reference device and each of the speakers Means for storing the positional relationship between the light emitting units on the speaker, light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided in the reference device in the image generated by the light receiving device , and each speaker specifying means for specifying a light emission point corresponding to the light emitting portion of the at least three, the position in the image of the specified emission point for the reference device, and a light emitting portion on the reference device Based on the positional relationship, the relative position of the reference device calculates the position in the image of the light emitting points identified for each speaker, and based on the positional relationship between the light emitting portion on each of the speakers relative to the light receiving device and calculating means for calculating the relative position of the speakers with respect to the light receiving device, based on the relative position of the reference device and the speaker for the receiving apparatus calculated, calculates the relative position of the reference device and the speakers The reference device and any one of the plurality of speakers are provided with light emitting units at four or more locations, and the specifying device is provided in the device from an image generated by the light receiving device. Means for specifying light emitting points corresponding to four or more light emitting parts, and the calculating means is configured to specify light emitting points corresponding to four or more light emitting parts by the specifying means. The selected light emission for each of the means for selecting the light emitting points corresponding to the three light emitting units and the combination for selecting the light emitting points corresponding to the three light emitting units from the light emitting points corresponding to the four or more light emitting units. Based on the position of the point in the image and the positional relationship between the light emitting units on the device, the means for calculating the relative position of the device with respect to the light receiving device, and the relative of the device calculated for each of the combinations position and wherein Rukoto to have a means for averaging.
本発明に係るスピーカ位置検出システムは、前記受光装置は、複数方向からの光を受光できるように、複数方向に向けた複数の受光部を有しており、受光部別に画像を生成するように構成してあることを特徴とする。 In the speaker position detection system according to the present invention, the light receiving device has a plurality of light receiving portions directed in a plurality of directions so as to receive light from a plurality of directions, and generates an image for each light receiving portion. It is configured.
本発明に係るスピーカ位置検出システムは、前記基準機器及び各スピーカに設けてある発光部を、機器毎に異なる方法で点滅させる手段を更に備えることを特徴とする。 The speaker position detection system according to the present invention further includes means for blinking the reference device and the light emitting unit provided in each speaker by a different method for each device.
本発明に係るスピーカ位置検出システムは、前記基準機器及び各スピーカに設けてある複数の発光部の内、いずれか一つの発光部は、他の発光部よりも発光強度を大きく構成してあることを特徴とする。 In the speaker position detection system according to the present invention, any one of the plurality of light emitting units provided in the reference device and each speaker is configured to have a larger emission intensity than the other light emitting units. It is characterized by.
本発明に係るスピーカ位置検出システムは、前記基準機器は映像表示装置であることを特徴とする。 In the speaker position detection system according to the present invention, the reference device is a video display device.
本発明に係るスピーカ位置検出方法は、複数のスピーカを含む複数の機器で構成された音響システムで、各機器の位置の基準となる基準機器と他のスピーカとの相対位置を検出する方法において、前記基準機器及び各スピーカは、少なくとも3箇所に発光部を設けてあり、前記基準機器及び複数のスピーカの内のいずれかの機器は、4箇所以上に発光部を設けてあり、該発光部からの発光を含む光を受光する受光装置で、受光した光が分布した画像を生成し、生成した画像内における、前記基準機器に設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定し、特定した発光点の画像内での位置、及び前記基準機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記基準機器の相対位置を計算し、前記受光装置で生成した画像内における、各スピーカに設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定し、特定した発光点の画像内での位置、及び各スピーカ上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する各スピーカの相対位置を計算し、前記機器に設けた4箇所以上の発光部に対応する発光点が特定された場合に、4箇所以上の発光部に対応する発光点から、3箇所の発光部に対応する発光点を選択し、3箇所の発光部に対応する発光点を選択する組み合わせの夫々について、選択した発光点の画像内での位置、及び前記機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記機器の相対位置を計算し、前記組み合わせの夫々について計算した前記機器の相対位置を平均し、計算した前記受光装置に対する前記基準機器及び各スピーカの相対位置に基づいて、前記基準機器と各スピーカとの相対位置を計算することを特徴とする。 A speaker position detection method according to the present invention is a method for detecting a relative position between a reference device serving as a reference of the position of each device and another speaker in an acoustic system including a plurality of devices including a plurality of speakers. The reference device and each speaker are provided with light emitting portions in at least three locations, and any one of the reference device and the plurality of speakers is provided with light emitting portions at four or more locations. A light receiving device that receives the light including the light emission of the generated light, generates an image in which the received light is distributed, and identifies light emitting points corresponding to at least three light emitting portions provided in the reference device in the generated image, An image generated by the light receiving device is calculated by calculating a relative position of the reference device with respect to the light receiving device based on the position of the identified light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on the reference device. The light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided in each speaker are identified, and based on the position of the identified light emitting points in the image and the positional relationship between the light emitting units on each speaker, When the relative positions of the respective speakers with respect to the light receiving device are calculated and the light emitting points corresponding to the four or more light emitting units provided in the device are specified, the light emitting points corresponding to the four or more light emitting units are determined as 3 The light emitting points corresponding to the three light emitting portions are selected, and for each combination of the light emitting points corresponding to the three light emitting portions, the position of the selected light emitting point in the image and the light emitting portion on the device based on the positional relationship between the relative positions of the device relative to the light receiving device calculates, by averaging the relative position of the devices calculated for each of said combinations, the reference device relative to calculated the photodetector and Based on the relative position of the speaker, and calculates the relative position of the reference device and the speakers.
本発明においては、基準機器及び複数のスピーカの夫々に少なくとも3箇所の発光部を設けておき、各発光部からの赤外線を受光装置で受光し、受光した光の発光点が分布した画像と予め定められている各発光部の位置関係とから、基準機器と各スピーカとの相対位置を計算する。少なくとも3箇所に設けた発光部からの光に基づいて相対位置を求めるので、3次元空間内での正確な相対位置を求めることが可能である。 In the present invention, at least three light emitting units are provided in each of the reference device and the plurality of speakers, infrared rays from each light emitting unit are received by the light receiving device, and an image in which the light emitting points of the received light are distributed The relative position between the reference device and each speaker is calculated from the determined positional relationship between the light emitting units. Since the relative position is obtained based on the light from the light emitting units provided in at least three places, it is possible to obtain an accurate relative position in the three-dimensional space.
また本発明においては、受光装置は、複数方向からの光を受光できるように複数の受光部を備えているので、立体音響システムにおけるスピーカ等、任意の配置のスピーカの相対位置を求めることが可能となる。 In the present invention, since the light receiving device includes a plurality of light receiving units so as to receive light from a plurality of directions, it is possible to obtain a relative position of an arbitrarily arranged speaker such as a speaker in a stereophonic sound system. It becomes.
また本発明においては、各機器に設けた発光部を機器毎に異なった方法で点滅させることにより、発光部を設けてある機器を容易に区別することが可能となる。 In the present invention, it is possible to easily distinguish the device provided with the light emitting unit by blinking the light emitting unit provided in each device in a different manner for each device.
また本発明においては、各機器に設けられた複数の発光部の内、所定の発光部での発光強度を他の発光部よりも大きくすることにより、発光部を容易に区別し、スピーカの相対位置を正確に求めることが可能となる。 Further, in the present invention, among the plurality of light emitting units provided in each device, the light emitting units are easily distinguished from each other by making the light emission intensity at a predetermined light emitting unit larger than other light emitting units. The position can be obtained accurately.
また本発明においては、基準機器を映像表示装置とすることにより、映像・音響システムにおける映像表示装置に対する各スピーカの相対位置を正確に求めることが可能となる。 In the present invention, the relative position of each speaker relative to the video display device in the video / audio system can be accurately obtained by using the reference device as the video display device.
また本発明においては、各機器に4箇所以上の発光部を設けてスピーカ位置の検出を行った場合は、3箇所の発光部を選択する組み合わせ毎にスピーカの相対位置を計算し、各組み合わせについて計算した相対位置を平均することにより、相対位置の検出精度が向上される。 Further, in the present invention, when the position of the speaker is detected by providing four or more light emitting units in each device, the relative position of the speaker is calculated for each combination of selecting the three light emitting units, and for each combination By averaging the calculated relative positions, the relative position detection accuracy is improved.
本発明にあっては、複数のスピーカを備える音響システムにおいて、基準機器に対する各スピーカの3次元空間内での正確な相対位置を求めることが可能であるので、各スピーカの高さが異なる立体音響システムにおいても、各スピーカの相対位置を正確に求めることが可能となり、優れた音響を得るためのスピーカ配置、及び各スピーカの配置に応じた適切な音響補正が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。 In the present invention, in an acoustic system including a plurality of speakers, it is possible to obtain an accurate relative position of each speaker in a three-dimensional space with respect to a reference device, so that three-dimensional sound with different heights of each speaker. Even in the system, the relative position of each speaker can be accurately obtained, the speaker arrangement for obtaining excellent sound, and the appropriate sound correction according to the arrangement of each speaker can be performed. Has an effect.
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図1は、本発明のスピーカ位置検出システムの構成例を示す模式的斜視図である。本発明のスピーカ位置検出システムは、使用者が映像及び音声を視聴するための映像・音響システムである。映像・音響システムは、DVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録されたデータ、又は放送信号等に基づいて映像及び音声を再生するためのAV(Audio Visual)プレーヤ3と、映像表示装置2と、複数のスピーカ4,4,…と、使用者がAVプレーヤ3を制御するためのリモコン(リモートコントローラ)1とを備えている。映像表示装置2は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ又はプロジェクタ等を用いて構成されている。映像表示装置2及びスピーカ4,4,…は、図示しない通信ケーブルを介して夫々にAVプレーヤ3に接続されている。AVプレーヤ3は、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…の夫々に対して信号を送信し、映像表示装置2は信号に基づいた映像を表示し、スピーカ4,4,…は信号に基づいた音声を出力する。リモコン1は、ブルートゥース等の無線通信を用いてAVプレーヤ3と双方向通信を行う構成となっている。リモコン1は、使用者からの操作を受け付け、動作開始の指示等の各種の指示をAVプレーヤ3へ送信し、AVプレーヤ3は、リモコン1から受信した指示に従って各種の処理を実行する。以上の如き構成の映像・音響システムは、リモコン1で所定の指示を受け付けることにより、本発明のスピーカ位置検出システムとしての動作を実行する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration example of a speaker position detection system of the present invention. The speaker position detection system of the present invention is a video / audio system for a user to view video and audio. The video / audio system includes an AV (Audio Visual)
図2は、映像表示装置2の正面図である。映像・音響システムは、映像表示装置2に表示される映像を観る使用者に対して音声を提供するために、スピーカ4,4,…は映像表示装置2の位置を基準として配置される。従って、映像表示装置2は本発明における基準機器に対応する。映像表示装置2には、正面に設けられた表示画面の周囲四隅に、発光部21、22、23、24が設けられている。各発光部は、赤外線発光素子を用いて構成されており、赤外線を発光する。発光部21、22、23、24は、映像表示装置2の表示画面の中心に対して対称な位置に配置されていることが望ましい。また発光部21は、映像表示装置2に設けられた他の発光部よりも発光強度が大きく構成されている。例えば、発光部21は、他の発光部で用いている赤外線発光素子よりも発光強度が大きい赤外線発光素子を用いて構成されているか、又は他の発光部よりも多数の赤外線発光素子を用いて構成されている。なお、図2には、映像表示装置2の4箇所に発光部を設けた例を示したが、本発明は少なくとも3箇所に発光部を設けていれば実現可能であるので、映像表示装置2は3箇所に発光部を備えた形態であってもよく、また5箇所以上に発光部を備えた形態であってもよい。
FIG. 2 is a front view of the
図3は、スピーカ4の正面図である。スピーカ4には、正面に設けられた振動板の周囲四隅に、発光部41、42、43、44が設けられている。各発光部は、赤外線発光素子を用いて構成されており、赤外線を発光する。発光部41、42、43、44は、スピーカ4の振動板の中心軸に対して対称な位置に配置されていることが望ましい。また発光部41は、スピーカ4に設けられた他の発光部よりも発光強度が大きく構成されている。なお、スピーカ4は3個の発光部を備えた形態であってもよく、また5個以上の発光部を備えた形態であってもよい。スピーカ4,4,…の夫々について、同様に複数の発光部が設けられている。
FIG. 3 is a front view of the
図4は、リモコン1の外観を示す模式図である。リモコン1は、本発明における受光装置に対応する。リモコン1は直方体形状に形成されており、表面の各面に、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…の発光部から発光された赤外線を受光する受光部11が設けられている。即ち、リモコン1は、複数方向に受光方向を向けた複数の受光部11,11,…を備えており、複数方向からの赤外光を夫々に受光することが可能である。受光部11は、赤外線受光素子を用いて構成されている。なお、リモコン1は、複数方向からの赤外光を受光することができる形態であれば、直方体形状以外の形状であってもよい。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an external appearance of the
図5は、リモコン1の内部構成を示すブロック図である。リモコン1は、使用者からの操作を受け付けるための各種のキー又はタッチパネル等の操作部16と、無線通信を用いてAVプレーヤ3との間で各種の信号を送受信する送受信部15とを備え、操作部16は送受信部15送受信部15に接続されている。受光部11,11,…の夫々は、各受光部11の動作を制御する受光制御部12,12,…に接続されている。受光制御部12,12,…は、送受信部15に接続されており、送受信部15で受信した信号に従って受光部11,11,…の動作を制御する。受光制御部12は、毎秒30フレーム等の所定のフレームレートで、受光部11が受光した赤外線の発光点が分布した赤外線画像を表す画像信号を生成する構成となっている。赤外線画像は、赤外線の発光点の空間分布を2次元に射影した写像である。写像のモデルは透視カメラモデルであり、その焦点距離は予め定められている。
FIG. 5 is a block diagram showing the internal configuration of the
また受光制御部12には、入力画像プレ処理部13が接続されている。受光部11,11,…は、赤外線を受光し、受光制御部12,12,…は、画像信号を生成して入力画像プレ処理部13へ入力し、入力画像プレ処理部13は、入力された画像信号に対して画像処理を行う。入力画像プレ処理部13には、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…の位置検出を行う位置検出処理部14が接続されており、入力画像プレ処理部13は、画像処理を行った後の画像信号を位置検出処理部14へ入力する。位置検出処理部14には、不揮発性メモリで構成された記憶部17が接続されており、記憶部17は、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…が備える発光部間の距離、並びに透視カメラモデルの焦点距離を予め記憶している。位置検出処理部14は、入力画像プレ処理部13から入力された画像信号と記憶部17が記憶するデータに基づいて、映像表示装置2とスピーカ4,4,…夫々との相対位置を検出する処理を行う。
An input
図6は、AVプレーヤ3、映像表示装置2及びスピーカ4の内部構成例を示すブロック図である。AVプレーヤ3は、演算を行う演算部、演算に伴う情報を記憶するRAM、演算に必要なプログラムを記憶するROM等からなる制御部31を備え、制御部31は、本発明のスピーカ位置検出方法の処理を制御する。制御部31には、スピーカ位置検出方法の処理に必要なデータを記憶する記憶部34と、無線通信を用いてリモコン3との間で各種の信号を送受信する送受信部32とが接続されている。また制御部31には、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…に対して制御信号を送信するためのインタフェース部33が接続されている。映像表示装置2は、発光部21,22,23,24の夫々が接続された発光制御部251,252,253,254と、インタフェース部26とを備えている。インタフェース部26は、AVプレーヤ3のインタフェース部33と通信ケーブルを介して接続されている。同様に、スピーカ4は、発光部41,42,43,44が接続された発光制御部451,452,453,454と、インタフェース部46とを備えており、インタフェース部46はAVプレーヤ3のインタフェース部33と通信ケーブルを介して接続されている。スピーカ4,4,…は夫々同様の構成となっている。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an internal configuration example of the
各インタフェース部は、USB(Universal Serial Bus)又はUPnP(Universal Plug and Play )等の通信プロトコルに対応した通信インタフェースであり、インタフェース部間は通信プロトコルに対応した通信ケーブルで接続されている。制御部31は、インタフェース部33から映像表示装置2及びスピーカ4,4,…へ制御信号を送信し、インタフェース部26,46は、制御信号を受信し、各発光制御部は、制御信号に従って各発光部を制御する。なお、図6は、本発明のスピーカ位置検出システムとして必要な内部構成を示しており、AVプレーヤ3、映像表示装置2及びスピーカ4は、図6に示した構成以外に、映像・音響システムとして必要な構成物を備えている。また、スピーカ位置検出システムは、スピーカ位置検出を行うための制御信号と、映像及び音声を出力するための映像信号及び音声信号とを、同一の通信ケーブルを介して送受信する形態であってもよい。またスピーカ位置検出システムは、各種の信号を無線通信により送受信する形態であってもよい。
Each interface unit is a communication interface corresponding to a communication protocol such as USB (Universal Serial Bus) or UPnP (Universal Plug and Play), and the interface units are connected by a communication cable corresponding to the communication protocol. The
映像表示装置2及びスピーカ4,4,…が備える各発光制御部には、夫々に固有IDが割り当てられており、記憶部34は、固有IDのリストを記憶している。制御部31は、例えば、インタフェース部33を介して各発光制御部を自動的に検出し、検出した各発光制御部に固有IDを割り振り、割り振った固有IDのリストを記憶部34に記憶させる処理を行う。
Each light emission control unit included in the
次に、以上の構成でなるスピーカ位置検出システムが実行するスピーカ位置検出方法を説明する。図7は、本発明のスピーカ位置検出システムがスピーカ位置を検出する処理の手順を示すフローチャートである。映像表示装置2の表示画面にメニューを表示し、使用者がリモコン1の操作部16に対して所定の操作を行うことにより、リモコン1は、スピーカ位置検出の開始指示を使用者から受け付ける(S1)。送受信部15は、スピーカ位置検出の開始を指示する信号をAVプレーヤ3へ送信し、AVプレーヤ3は、リモコン1から送信された信号を送受信部32で受信する。制御部31は、映像表示装置2と、スピーカ4,4,…の内の一のスピーカ4とに、発光部を発光させる処理を行う(S2)。
Next, a speaker position detection method executed by the speaker position detection system having the above configuration will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of processing for detecting the speaker position by the speaker position detection system of the present invention. When the menu is displayed on the display screen of the
ステップS2では、制御部31は、記憶部34が記憶する固有IDのリストの中から、映像表示装置2が備える発光制御部と、一のスピーカ4が備える発光制御部との固有IDを読み出し、読み出した固有IDが示す発光制御部に対して、発光を命令する制御信号をインタフェース部33から送信する。映像表示装置2及びスピーカ4では、インタフェース部で制御信号を受信し、各発光制御部は、制御信号に従って発光部を発光させる。これにより、映像表示装置2の発光部21,22,23,24と、一のスピーカ4の発光部41,42,43,44とがほぼ同時に発光する。
In step S <b> 2, the
発光部を発光させる際には、映像表示装置2とスピーカ4とで発光のさせ方を異ならせることにより、映像表示装置2からの赤外線とスピーカ4からの赤外線とを区別できるようにする。例えば、映像表示装置2の発光部は点滅発光させ、スピーカ4の発光部は連続発光させる。点滅発光と連続発光とは逆でもよい。また各発光部を点滅発光させ、映像表示装置2とスピーカ4とで点滅間隔を異ならせてもよい。或いは、映像表示装置2又はスピーカ4であることを示す発光信号を発するように発光部の点滅間隔を制御してもよい。各発光部の発光のさせ方は、制御部31が制御信号で制御してもよく、各発光制御部が予め定めてあってもよい。各発光部の点滅間隔は、点滅周波数の最大値が、リモコン1の受光部11及び受光制御部12でのフレームレートの1/2以下となるように設定する。
When the light emitting unit emits light, the
映像表示装置2の発光部21,22,23,24と、一のスピーカ4の発光部41,42,43,44とが発光することにより、リモコン1の受光部11,11,…のいずれかに赤外線が入射する。受光部11,11,…は、赤外線を受光し、受光制御部12,12,…は画像信号を生成して入力画像プレ処理部13へ順次入力する。入力画像プレ処理部13は、ローパスフィルタ等を用いて画像信号からノイズを除去することにより、赤外線に起因する信号以外の信号を可及的に除去した画像信号を位置検出処理部14へ入力する。位置検出処理部14は、入力された画像信号を記憶し、画像信号が表す赤外線画像から映像表示装置2及びスピーカ4上の発光部に対応する発光点を特定する発光点特定処理を行う(S3)。
Any one of the
図8は、ステップS3の発光点特定処理のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。位置検出処理部14は、受光制御部12,12,…が生成した複数の画像信号が表す複数の赤外線画像から、所定以上の輝度で発光する高輝度の発光点を抽出する(S31)。各赤外線画像は、所定のフレームレートで生成された時間的に連続した画像となっている。ステップS31では、位置検出処理部14は、時刻tにおける赤外線画像上の座標(x,y)での輝度をBt (x,y)として、特定の時刻t0において下記の(1)式の条件を満たす座標(x,y)上の発光点を赤外線画像から抽出する。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of a subroutine of the light emission point specifying process in step S3. The position
(1)式において、Lは分析時間長であり、nは赤外線画像上での発光点を中心とする分析範囲であり、c1 は閾値である。この内、nは自然数である。L,n,c1 の具体的な値は、受光部11,11,…の感度及び解像度等の特性に応じて適切な値に予め定めてあり、記憶部17が記憶している。位置検出処理部14は、ステップS31で、(1)式を満たす発光点を全て抽出してもよく、(1)式で計算したQt0(x,y)の値が大きい順に所定数の発光点を抽出してもよい。
In the formula (1), L is an analysis time length, n is an analysis range centering on a light emitting point on an infrared image, and c 1 is a threshold value. Of these, n is a natural number. Specific values of L, n, and c 1 are determined in advance according to characteristics such as sensitivity and resolution of the
位置検出処理部14は、次に、抽出した各発光点について、時刻t0−Lからt0までの各時刻における発光の有無を示すビット値を計算する処理を行う(S32)。ステップS32では、位置検出処理部14は、抽出した発光点の座標を(xu ,yu )(uは自然数)とすると、抽出した各発光点について、下記の(2)式で定義されるビット値mu tを、時刻t0−Lからt0までの時間内に生成した赤外線画像のフレーム毎に計算する。
Next, the position
(2)式において、c2 は所定の閾値であり、記憶部17が記憶している。また式(2)における時刻tは、各フレームを生成したときの時刻である。これにより、フレーム間の時間をdtとすると、各発光点について、赤外線の点滅ビット列(mu t0-L ,mu t0-L+dt,…,mu t0 )が生成される。点滅ビット列が全て1の場合は、発光点が連続発光していることを示し、点滅ビット列に1と0とが混合している場合は、発光点が点滅していることを示している。各発光点の点滅ビット列と、映像表示装置2及びスピーカ4の発光部の発光のさせ方とを比較することにより、各発光点が映像表示装置2の発光部に対応するか、スピーカ4の発光部に対応するか、又はいずれの発光部にも対応しないかを判定することが可能である。映像表示装置2及びスピーカ4の発光部の発光のさせ方は、記憶部17が記憶している。
In the equation (2), c 2 is a predetermined threshold value and is stored in the
位置検出処理部14は、次に、各発光点の点滅ビット列と、映像表示装置2の発光部の発光のさせ方とを比較することにより、受光制御部12,12,…が生成した複数の画像信号が表す複数の赤外線画像の内のいずれか一つに、映像表示装置2上の発光部に対応する3又は4個の発光点が含まれているか否かを判定する(S33)。なお、映像表示装置2に3個の発光部を備えた形態の場合は、3個の発光点が含まれているかを判定し、5個以上のa個の発光部を備えた形態の場合は、3〜a個の発光点が含まれているかを判定する。何れかの赤外線画像に映像表示装置2上の発光部に対応する3又は4個の発光点が含まれている場合は(S33:YES)、位置検出処理部14は、映像表示装置2上の各発光部に対応する発光点を特定する(S34)。ステップS34では、発光点の内、輝度が最大である発光点を、他の発光部よりも発光強度が大きい発光部21に対応する発光点であると特定する。更に、位置検出処理部14は、赤外線画像中における発光部21に対応する発光点に対する他の発光点の位置関係と、映像表示装置2上の発光部21に対する他の発光部の位置関係とを比較することにより、発光部22,23,24の夫々に対応する発光部を特定する。なお、このとき、発光部22,23,24の全てに対応する発光部を特定する必要はなく、発光部22,23,24の内の少なくとも2個の発光部に対応する発光部を特定すればよい。発光部22,23,24の内の少なくとも2個の発光部に対応する発光部を特定すれば、映像表示装置2上の少なくとも3個の発光部に対応する発光部を得ることができ、本発明を実行することは可能である。
Next, the position
位置検出処理部14は、次に、各発光点の点滅ビット列と、スピーカ4の発光部の発光のさせ方とを比較することにより、受光制御部12,12,…が生成した複数の画像信号が表す複数の赤外線画像の内のいずれか一つに、スピーカ4上の発光部に対応する3又は4個の発光点が含まれているか否かを判定する(S35)。何れかの赤外線画像にスピーカ4上の発光部に対応する3又は4個の発光点が含まれている場合は(S35:YES)、位置検出処理部14は、スピーカ4上の各発光部に対応する発光点を特定する(S36)。ステップS36では、位置検出処理部14は、ステップS34と同様の方法を用いて発光点を特定する。ステップS36が終了した後は、位置検出処理部14は、ステップS3のサブルーチンを終了して処理をメインへ戻す。
Next, the position
ステップS33で、いずれの赤外線画像においても映像表示装置2上の発光部に対応する発光点が2個以下若しくは5個以上である場合(S33:NO)、又はステップS35で、いずれの赤外線画像においてもスピーカ4上の発光部に対応する発光点が2個以下若しくは5個以上である場合は(S35:NO)、位置検出処理部14は、ステップS3の処理を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する(S37)。まだ所定時間が経過していない場合は(S37:NO)、位置検出処理部14は、処理をステップS31へ戻し、赤外線の受光からステップS3の処理をやり直す。ステップS3の処理を開始してから所定時間が経過している場合は(S37:YES)、位置検出処理部14は、スピーカ位置検出の処理を終了する。この際、送受信部15は、エラー信号をAVプレーヤ3へ送信し、AVプレーヤ3は、スピーカ位置の検出ができなかったことを示すエラー表示を映像表示装置2に表示させる処理を行う。
In step S33, in any infrared image, the number of light emitting points corresponding to the light emitting unit on the
ステップS3の処理により、映像表示装置2からの赤外線とスピーカ4からの赤外線とが同一の受光部11に入射する場合でも、互いに異なる受光部11に入射する場合でも、同様に各発光部に対応する発光点を特定することが可能である。なお、映像表示装置2又はスピーカ4が3個の発光部又は5個以上の発光部を備えた形態である場合は、ステップS33及びS35では、発光部の数に応じた処理を行う。
Whether the infrared rays from the
ステップS3が終了した後は、位置検出処理部14は、リモコン1に対する映像表示装置2の相対位置を計算する処理を行う(S4)。ステップS3で、映像表示装置3上の発光部に対応する3個の発光点を特定したとし、特定した各発光点の赤外線画像上での位置をQ1 ,Q2 ,Q3 とする。また3次元空間上のベクトルq1 ,q2 ,q3 を、Q1 ,Q2 ,Q3 夫々の単位ベクトルとする。更に、Q1 ,Q2 ,Q3 に対応する3次元空間上の各点をP1 ,P2 ,P3 とする。図9は、Q、q、Pの関係を示す模式図である。図中のGは、赤外線画像に対応する透視カメラモデルの写像平面である。P1 ,P2 ,P3 は、映像表示装置2上の発光部の位置となり、P1 ,P2 ,P3 を求めることにより、映像表示装置2上の発光部のリモコン1に対する相対位置が求まり、更には、リモコン1に対する映像表示装置2の相対位置を求めることができる。Q1 ,Q2 ,Q3 がいずれの発光部に対応するかはステップS3で特定されているので、P1 ,P2 ,P3 がいずれの発光部の位置を示しているかは明らかとなっている。図9の例では、P1 ,P2 ,P3 は、夫々発光部21,22,24の位置である。αi (i=1,2,3)をスカラー量とすれば、Pi は下記の(3)式で表すことができる
Pi =αi qi …(3)
After step S3 is completed, the position
前述したように、映像表示装置2上の発光部間の距離は既知であり、記憶部17に記憶されているので、P1 ,P2 ,P3 の互いの距離も明らかである。Pm とPn との距離をdmnとすると、dmnは下記の(4)式で定義される。
As described above, since the distance between the light emitting units on the
(4)式に(3)式を代入すると、下記の(5)式を求めることができる。 By substituting the expression (3) into the expression (4), the following expression (5) can be obtained.
演算子・は、内積を表し、qi ・qi =1である。qi はQi の座標及び既知の焦点距離から求めることができる。例えば、3次元空間上のxy平面を写像平面と平行な平面とし、写像平面に直交する方向をz軸の方向とし、Qi の赤外線画像上での座標を(xi ,yi )とし、焦点距離をDとすると、3次元空間上でのQi の座標は(xi ,yi ,D)となり、この座標からqi が得られる。得られたqi からqm ・qn を計算することができる。P1 ,P2 ,P3 を求めるためには、α1 ,α2 ,α3 を求めればよい。関数f,g,hとを下記の(6)式,(7)式,(8)式のように定義する。 The operator · represents an inner product, and q i · q i = 1. q i can be obtained from the coordinates of Q i and a known focal length. For example, the xy plane in the three-dimensional space is a plane parallel to the mapping plane, the direction orthogonal to the mapping plane is the z-axis direction, and the coordinates on the infrared image of Q i are (x i , y i ), If the focal length is D, the coordinates of Q i in the three-dimensional space are (x i , y i , D), and q i is obtained from these coordinates. Q m · q n can be calculated from the obtained q i . In order to obtain P 1 , P 2 , and P 3 , α 1 , α 2 , and α 3 may be obtained. The functions f, g, and h are defined as the following expressions (6), (7), and (8).
ここで、(Δ1 ,Δ2 ,Δ3 )を摂動として、理想的にf(α1 +Δ1 ,α2 +Δ2 ,α3 +Δ3 )=0を満たすような(Δ1 ,Δ2 ,Δ3 )を計算することとする。関数fは、下記の(9)式のようにテイラー展開することができる。
Here, (Δ 1, Δ 2, Δ 3) as a perturbation of, ideally f (α 1 + Δ 1, α 2 +
(9)式において2次以上の高次項を無視すれば、(Δ1 ,Δ2 ,Δ3 )に関する方程式を得ることができる。関数g,hについても同様にして方程式を求めることにより、下記の(10)式に示す連立方程式を得ることができる。 If the second and higher order terms are ignored in the equation (9), an equation relating to (Δ 1 , Δ 2 , Δ 3 ) can be obtained. By obtaining equations for the functions g and h in the same manner, simultaneous equations shown in the following equation (10) can be obtained.
(10)式における右辺第2項の正方行列はヤコビ行列である。このヤコビ行列をJ(α1 ,α2 ,α3 )とすると、(10)式は下記の(11)式のように変形することができる。 The square matrix of the second term on the right side in equation (10) is a Jacobian matrix. When this Jacobian matrix is J (α 1 , α 2 , α 3 ), the equation (10) can be transformed into the following equation (11).
(11)式で得られる(Δ1 ,Δ2 ,Δ3 )を(α1 ,α2 ,α3 )の暫定値に加算することを繰り返し、収束した(α1 ,α2 ,α3 )を得ることを考える。kを計算の繰り返し回数とし、k番目の(α1 ,α2 ,α3 )を(α1 k,α2 k,α3 k)とすると、下記の(12)式のような漸化式が成り立つ。 11 is obtained by the equation (Δ 1, Δ 2, Δ 3) to (α 1, α 2, α 3) repeatedly adding the provisional value of converged (α 1, α 2, α 3) Think of getting. If k is the number of repetitions of calculation and the k-th (α 1 , α 2 , α 3 ) is (α 1 k , α 2 k , α 3 k ), a recurrence formula such as the following equation (12) Holds.
位置検出処理部14は、ステップS4で、Qi の座標からqi を計算し、(12)式の漸化式に従った計算を(α1 k+1,α2 k+1,α3 k+1)が収束するまで繰り返し、収束した(α1 k+1,α2 k+1,α3 k+1)を最終的な(α1 ,α2 ,α3 )とし、得られた(α1 ,α2 ,α3 )を(3)式に代入することにより、P1 ,P2 ,P3 を計算する。P1 ,P2 ,P3 を得ることにより、リモコン1に対する映像表示装置2の相対位置が得られる。
In step S4, the position
ステップS3で映像表示装置3上の発光部に対応する4個以上の発光点を特定した場合は、位置検出処理部14は、ステップS4で、4個以上の発光点から映像表示装置2の相対位置を計算する処理を行う。図10は、4個以上の発光点から映像表示装置2の相対位置を計算するステップS4のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。位置検出処理部14は、特定した発光点から3個の発光点を選択し(S41)、選択した3個の発光点について、前述した方法で相対位置を計算する(S42)。位置検出処理部14は、次に、4個以上の発光点から3個の発光点を選択できる組み合わせの内、未だ相対位置を計算していない組み合わせがあるか否かを判定する(S43)。3個の発光点を選択できる組み合わせは、4個以上の発光点から3個の発光点を選択する全ての組み合わせとするか、特定の発光点を必ず含む組み合わせとするか、又は組み合わせの数に上限を設ける等、任意に設定すればよい。未だ相対位置を計算していない組み合わせがある場合は(S43:YES)、位置検出処理部14は、処理をステップS41へ戻し、まだ相対位置を計算していない組み合わせで3個の発光点を選択する。未だ相対位置を計算していない組み合わせがない場合は(S43:NO)、位置検出処理部14は、各発光点について2回以上計算した相対位置を平均する(S44)。このようにして、映像表示装置2の相対位置の検出精度を高めることができる。ステップS44が終了した後は、位置検出処理部14は、ステップS4のサブルーチンを終了して処理をメインへ戻す。
When four or more light emitting points corresponding to the light emitting units on the
ステップS4が終了した後は、位置検出処理部14は、ステップS3で特定したスピーカ4上の発光部に対応する発光点の座標に基づき、ステップS4と同様の方法で、リモコン1に対するスピーカ4の相対位置を計算する(S5)。リモコン1の受光部11,11,…の内、映像表示装置2からの赤外線とスピーカ4からの赤外線とが互いに異なる受光部11に入射した場合、ステップS4で計算した映像表紙装置2の相対位置とステップS5で計算したスピーカ4の相対位置とは、夫々異なる受光部11に入射した赤外線から計算したものであるので、座標系が互いに異なる。ステップS5が終了した後、位置検出処理部14は、映像表紙装置2の相対位置とスピーカ4の相対位置との座標径を同一にするための座標変換を行う(S6)。ここでは、スピーカ4の相対位置の座標を、映像表紙装置2の相対位置と同じ座標系上の座標へ変換するとする。座標変換前のスピーカ4上の発光部の座標をPi sp (i=1,2,…)とし、座標変換後のスピーカ4上の発光部の座標をPi sp ′とすると、Pi sp ′は下記の(13)式で計算できる。
Pi sp ′=RPi sp +T (i=1,2,…) …(13)
After step S4 is completed, the position
P i sp ′ = RP i sp + T (i = 1, 2,...) (13)
(13)式において、Rは3次元の回転行列であり、下記の(14)式で表される。またTは並進行列であり、下記の(15)式で表される。 In the equation (13), R is a three-dimensional rotation matrix and is represented by the following equation (14). T is a parallel progression and is represented by the following equation (15).
θx ,θy ,θz は夫々3次元空間のx軸周り、y軸周り、z軸周りの回転角であり、Tx ,Ty ,Tz は夫々3次元空間のx軸方向、y軸方向、z軸方向の並進の大きさである。各パラメータは、スピーカ4からの赤外線が入射する受光部11を、映像表示装置2からの赤外線が入射する受光部11の位置にまで移動させるためのパラメータであり、各受光部11の配置関係によって予め定まっている。映像表示装置2からの赤外線が入射する受光部11とスピーカ4からの赤外線が入射する受光部11とが受光部11,11,…の内のいずれであるかの組み合わせの夫々について、記憶部17は回転行列R及び並進行列Tを記憶している。ステップS6では、位置検出処理部14は、映像表示装置2からの赤外線が入射した受光部11とスピーカ4からの赤外線が入射した受光部11とを特定し、特定した受光部に係る回転行列R及び並進行列Tを記憶部17から読み出し、(13)式に従って、座標変換後のスピーカ4上の発光部の座標を計算する。
θ x , θ y , and θ z are rotation angles around the x-axis, y-axis, and z-axis in the three-dimensional space, respectively, and T x , T y , and T z are the x-axis directions in the three-dimensional space, y It is the magnitude of translation in the axial direction and the z-axis direction. Each parameter is a parameter for moving the
ステップS6の処理により、リモコン1に対する映像表示装置2及びスピーカ4の相対位置が同一の座標系上で得られる。なお、映像表示装置2からの赤外線とスピーカ4からの赤外線とが同一の受光部11に入射している場合は、位置検出処理部14は、ステップS6の処理を省略してもよい。
By the process of step S6, the relative positions of the
位置検出処理部14は、次に、ステップS6で得られた映像表示装置2及びスピーカ4のリモコン1に対する相対位置から、映像表示装置2とスピーカ4との相対位置を計算する処理を行う(S7)。ステップS7では、映像表示装置2に対するスピーカ4の相対位置を計算する。より具体的には、映像表示装置2上の一点を原点とする座標系上でのスピーカ4の位置を計算する。ステップS4で映像表示装置2上の発光部21,22,24の座標が得られているとし、発光部21の座標をP1 TV 、発光部22の座標をP2 TV 、発光部24の座標をP4 TV とする。更に、発光部21を原点、発光部21から発光部22へ向かう直線をx軸、発光部21から発光部24へ向かう直線をy軸、x軸及びy軸と直交する左手系の軸をz軸とする座標系を考え、この座標系にスピーカ4上の発光部の座標Pi sp ′を座標変換することとする。この座標変換に必要な回転行列をR′、並進行列をT′とする。まず、並進行列T′は、ベクトルP1 TV の逆方向のベクトルとなることは明らかであるので、並進行列T′は下記の(16)式で表される。
T′=−P1 TV …(16)
Next, the position
T ′ = − P 1 TV (16)
また、発光部21から発光部22へ単位ベクトルがx軸の単位ベクトルとなり、発光部21から発光部24へ単位ベクトルがy軸の単位ベクトルとなり、P1 TV ,P2 TV ,P4 TV を含む平面の法線ベクトルがz軸の単位ベクトルになるという関係から、下記の(17)、(18)及び(19)式が成り立つ。
Further, the unit vector from the
(17)〜(19)式を解くことにより、回転行列R′が求まる。リモコン1に対するスピーカ4の座標をPsp、映像表示装置2に対するスピーカ4の座標をSとすると、スピーカ4の座標Sは、下記の(20)式で計算することができる。
S=R′Psp+T′ …(20)
The rotation matrix R ′ is obtained by solving the equations (17) to (19). If the coordinate of the
S = R′P sp + T ′ (20)
リモコン1に対するスピーカ4の座標Pspとしては、Pi sp ′のいずれを用いてもよい。また、Pi sp ′から求めることができるスピーカ4の代表点の座標を用いてもよい。例えば、発光部41の座標P1 sp ′と発光部43の座標P3 sp ′との平均値は、スピーカ4の振動板の中心軸の座標となり、この座標を座標Pspとして用いてもよい。通常、スピーカの振動板は円形であり、円形の振動板の中心軸を中心にスピーカをどう回転させて配置したとしても、その出力特性は変化しない。従って、振動板の中心軸の座標をスピーカ4の座標として用いることにより得られるスピーカ4の相対位置は、映像・音響システムにおける音響特性を調整するために有用である。
Any of P i sp ′ may be used as the coordinates P sp of the
ステップS7では、位置検出処理部14は、映像表示装置2上の発光部の座標に基づき、(16)〜(19)式を用いて並進行列T′及び回転行列R′を計算し、(20)式を用いて、映像表示装置2に対するスピーカ4の座標Sを計算する。計算した座標Sは、映像表示装置2とスピーカ4との相対位置を示す。なお、発光部21,22,23の座標が得られている場合等、座標間を結んだ直線が直交していない場合は、位置検出処理部14は、座標間を結んだ直線の方向ベクトルの演算により、互いに直交するx軸の単位ベクトル及びy軸の単位ベクトルを計算する処理を行い、計算した単位ベクトルを用いて前述のように映像表示装置2に対するスピーカ4の座標Sを計算する処理を行う。
In step S7, the position
ステップS7が終了した後は、位置検出処理部14は、計算したスピーカ4の座標Sを記憶し、スピーカ位置検出システムに含まれる全てのスピーカ4,4,…の相対位置を計算したか否かを判定する(S8)。まだ相対位置を計算していないスピーカ4がある場合は(S8:NO)、スピーカ位置検出システムは、処理をステップS2へ戻し、映像表示装置2とまだ相対位置を計算していない一のスピーカ4との発光部を発光させる処理を行う。具体的には、位置検出処理部14は、スピーカ位置を検出する処理を続行するための信号を送受信部15からAVプレーヤ3へ送信させ、AVプレーヤ3は信号を送受信部32で受信し、制御部31は、次のスピーカ4に発光させる処理を行う。ステップS8で全てのスピーカ4,4,…の相対位置を計算している場合は(S8:YES)、スピーカ位置検出システムは、スピーカ位置を検出する処理を終了する。
After step S7 is completed, the position
スピーカ位置を検出する処理が終了した後は、リモコン1は、計算したスピーカ4,4,…の相対位置をAVプレーヤ3へ送信する。AVプレーヤ3は、各スピーカ4の相対位置に基づいて各スピーカ4に出力させる音声を補正する処理、又は現在の各スピーカ4の相対位置を映像表示装置2に表示させて使用者に各スピーカ4の位置の調整を指示する処理等、各スピーカ4の位置に応じた処理を実行する。
After the processing for detecting the speaker position is completed, the
以上詳述した如く、本発明においては、映像表示装置2及びスピーカ4,4,…の夫々に少なくとも3箇所の発光部を設けておき、各発光部からの赤外線をリモコン1で受光し、受光した赤外線の発光点が分布した赤外線画像と各発光部の位置関係とから、映像表示装置2と各スピーカ4との相対位置を計算する。少なくとも3箇所に設けた発光部からの赤外線に基づいて相対位置を求めるので、3次元空間内での正確な相対位置を求めることが可能である。従って、各スピーカの高さが異なる立体音響システムにおいても、各スピーカの相対位置を正確に求めることが可能となり、優れた音響を得るためのスピーカ配置、及び各スピーカの配置に応じた適切な音響補正が可能となる。
As described above in detail, in the present invention, at least three light emitting portions are provided in each of the
また本発明においては、発光部の点滅間隔を映像表示装置2及びスピーカ4,4,…の夫々で異ならせることによって、発光部を設けてある機器を容易に区別することができる。これにより、互いに区別することが困難である音信号を用いた従来技術に比べて、各スピーカ4の相対位置をより短時間で正確に求めることが可能となる。また本発明においては、各機器に設けられた複数の発光部の内の一の発光部で発光強度を他の発光部よりも大きくすることにより、発光部を容易に区別し、スピーカの相対位置を正確に求めることが可能となる。
In the present invention, by changing the blinking interval of the light emitting unit between the
なお、本実施の形態においては、スピーカ位置を検出するための情報処理を主にリモコン1の位置検出処理部14で行う形態を示したが、これに限るものではなく、赤外線画像を表す画像信号をリモコン1からAVプレーヤ3へ送信し、AVプレーヤ3でスピーカ位置を検出するための情報処理を実行する形態であってもよい。また、各スピーカ4の相対位置を順次計算するのではなく、スピーカ4,4,…の発光部を一斉に発光させて各スピーカ4の相対位置を計算してもよい。また赤外線画像と各発光部の位置関係とから相対位置を計算するアルゴリズムは、本実施の形態で説明したもの以外のアルゴリズムを用いても構わない。
In the present embodiment, the information processing for detecting the speaker position is mainly performed by the position
また本実施の形態においては、本発明における受光装置はリモコン1であるとしたが、これに限るものではなく、受光装置はその他の形態であってもよい。例えば、リモコン1以外に、AVプレーヤ3と通信を行う専用の受光装置を備えた形態であってもよい。またAVプレーヤ3又は特定のスピーカ4に受光部を設けることで受光装置とした形態であってもよい。また映像表示装置2の替わりにスクリーンを備え、スクリーンに映像を投影するプロジェクタを備え、プロジェクタに受光部を設けることで受光装置とした形態であってもよい。また複数の受光装置を用いる形態であってもよい。
In the present embodiment, the light receiving device in the present invention is the
また本実施の形態においては、本発明における基準機器は映像表示装置2であるとしたが、これに限るものではなく、本発明はAVプレーヤ3又は特定のスピーカ4を基準機器とした形態であってもよい。また本実施の形態においては、発光部は赤外線を発光する形態を示したが、これに限るものではなく、発光部は可視光を発光し、受光部は可視光を受光する形態であってもよい。またAVプレーヤ3は、映像表示装置2又は何れかのスピーカ4と一体に構成された形態であってもよい。
In the present embodiment, the reference device in the present invention is the
1 リモコン(受光装置)
11 受光部
14 位置検出処理部
2 映像表示装置(基準機器)
21、22、23、24 発光部
3 AVプレーヤ
31 制御部
4 スピーカ
41、42、43、44 発光部
1 Remote control (light receiving device)
DESCRIPTION OF
21, 22, 23, 24
Claims (6)
前記基準機器及び各スピーカは、少なくとも3箇所に発光部を設けてあり、
該発光部からの発光を含む光を受光し、受光した光が分布した画像を生成する受光装置と、
前記基準機器及び各スピーカ上での発光部間の位置関係を記憶する手段と、
前記受光装置が生成した画像内における、前記基準機器に設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点、及び各スピーカに設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定する特定手段と、
前記基準機器について特定した発光点の画像内での位置、及び前記基準機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記基準機器の相対位置を計算し、各スピーカについて特定した発光点の画像内での位置、及び各スピーカ上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する各スピーカの相対位置を計算する計算手段と、
計算した前記受光装置に対する前記基準機器及び各スピーカの相対位置に基づいて、前記基準機器と各スピーカとの相対位置を計算する手段とを備え、
前記基準機器及び複数のスピーカの内のいずれかの機器は、4箇所以上に発光部を設けてあり、
前記特定手段は、
前記受光装置が生成した画像から、前記機器に設けてある4箇所以上の発光部に対応する発光点を特定する手段を有し、
前記計算手段は、
前記特定手段で4箇所以上の発光部に対応する発光点が特定された場合に、4箇所以上の発光部に対応する発光点から、3箇所の発光部に対応する発光点を選択する手段と、
3箇所の発光部に対応する発光点を選択する組み合わせの夫々について、選択した発光点の画像内での位置、及び前記機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記機器の相対位置を計算する手段と、
前記組み合わせの夫々について計算した前記機器の相対位置を平均する手段と
を有することを特徴とするスピーカ位置検出システム。 In a speaker position detection system configured by a plurality of devices including a plurality of speakers and detecting a relative position between a reference device serving as a reference of the position of each device and other speakers,
The reference device and each speaker are provided with light emitting portions in at least three places,
A light receiving device that receives light including light emitted from the light emitting unit and generates an image in which the received light is distributed;
Means for storing the positional relationship between the light emitting units on the reference device and each speaker;
Identification means for identifying light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided in the reference device and light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided in each speaker in an image generated by the light receiving device. When,
Based on the position of the light emitting point specified for the reference device in the image and the positional relationship between the light emitting units on the reference device, the relative position of the reference device with respect to the light receiving device is calculated and specified for each speaker. Calculating means for calculating the relative position of each speaker with respect to the light receiving device based on the position of the light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on each speaker ;
Based on the relative position of the reference device and the speaker for the receiving apparatus calculated, and means for calculating the relative position of the reference device and the speakers,
Any one of the reference device and the plurality of speakers is provided with light emitting portions at four or more locations.
The specifying means is:
Means for identifying light emitting points corresponding to four or more light emitting units provided in the device from an image generated by the light receiving device;
The calculating means includes
Means for selecting light emitting points corresponding to three light emitting parts from light emitting points corresponding to four or more light emitting parts when light emitting points corresponding to four or more light emitting parts are specified by the specifying means; ,
For each of the combinations for selecting the light emitting points corresponding to the three light emitting units, the position of the selected light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on the device is set to the light receiving device. Means for calculating the relative position of the device;
Means for averaging the relative positions of the devices calculated for each of the combinations;
Speaker position detection system characterized Rukoto to have a.
前記基準機器及び各スピーカは、少なくとも3箇所に発光部を設けてあり、前記基準機器及び複数のスピーカの内のいずれかの機器は、4箇所以上に発光部を設けてあり、
該発光部からの発光を含む光を受光する受光装置で、受光した光が分布した画像を生成し、
生成した画像内における、前記基準機器に設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定し、
特定した発光点の画像内での位置、及び前記基準機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記基準機器の相対位置を計算し、
前記受光装置で生成した画像内における、各スピーカに設けた少なくとも3箇所の発光部に対応する発光点を特定し、
特定した発光点の画像内での位置、及び各スピーカ上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する各スピーカの相対位置を計算し、
前記機器に設けた4箇所以上の発光部に対応する発光点が特定された場合に、4箇所以上の発光部に対応する発光点から、3箇所の発光部に対応する発光点を選択し、
3箇所の発光部に対応する発光点を選択する組み合わせの夫々について、選択した発光点の画像内での位置、及び前記機器上での発光部間の位置関係に基づいて、前記受光装置に対する前記機器の相対位置を計算し、
前記組み合わせの夫々について計算した前記機器の相対位置を平均し、
計算した前記受光装置に対する前記基準機器及び各スピーカの相対位置に基づいて、前記基準機器と各スピーカとの相対位置を計算すること
を特徴とするスピーカ位置検出方法。 In a method of detecting a relative position between a reference device serving as a reference of the position of each device and another speaker in an acoustic system including a plurality of devices including a plurality of speakers,
The reference device and each speaker are provided with light emitting portions at at least three locations, and any one of the reference device and the plurality of speakers is provided with light emitting portions at four or more locations,
In a light receiving device that receives light including light emitted from the light emitting unit, an image in which the received light is distributed is generated,
In the generated image, identify light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided in the reference device,
Based on the position of the identified light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on the reference device, the relative position of the reference device with respect to the light receiving device is calculated,
In the image generated by the light receiving device, identify light emitting points corresponding to at least three light emitting units provided on each speaker,
Based on the position of the identified light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on each speaker, the relative position of each speaker with respect to the light receiving device is calculated,
When the light emitting points corresponding to the four or more light emitting units provided in the device are specified, the light emitting points corresponding to the three light emitting units are selected from the light emitting points corresponding to the four or more light emitting units,
For each of the combinations for selecting the light emitting points corresponding to the three light emitting units, the position of the selected light emitting point in the image and the positional relationship between the light emitting units on the device is set to the light receiving device. Calculate the relative position of the instrument,
Average the relative positions of the devices calculated for each of the combinations,
A speaker position detection method, comprising: calculating a relative position between the reference device and each speaker based on the calculated relative position of the reference device and each speaker with respect to the light receiving device.
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