JPH1184307A - Head-mounted optical device - Google Patents

Head-mounted optical device

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Publication number
JPH1184307A
JPH1184307A JP9236374A JP23637497A JPH1184307A JP H1184307 A JPH1184307 A JP H1184307A JP 9236374 A JP9236374 A JP 9236374A JP 23637497 A JP23637497 A JP 23637497A JP H1184307 A JPH1184307 A JP H1184307A
Authority
JP
Japan
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image
head
player
marker
camera
Prior art date
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Pending
Application number
JP9236374A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyohide Sato
清秀 佐藤
Toshiichi Oshima
登志一 大島
Hiroyuki Yamamoto
裕之 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
M R SYST KENKYUSHO KK
Original Assignee
M R SYST KENKYUSHO KK
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Filing date
Publication date
Application filed by M R SYST KENKYUSHO KK filed Critical M R SYST KENKYUSHO KK
Priority to JP9236374A priority Critical patent/JPH1184307A/en
Publication of JPH1184307A publication Critical patent/JPH1184307A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the posture of a worker by following up his movement even when the three-dimensional position of the worker is moved by providing a device with a first optical system integrated in a main body and set for guiding an image to an eyeball and a camera fixed to the main body and having a visual field in front of his head. SOLUTION: Respective HMDs 210 are fixed to the head of a player by bands. Besides, a magnetic sensor 220 and the CCD camera 240 are fixed to the head of the player. When the player obliquely looks down in order to view the surface of a table, the surface of the table, a virtual pack, a real mallet and a virtual goal can be viewed in the visual field through the HMDs 210. When the head of the player is horizontally moved within a horizontal two-dimensional plane or the tilting movement, the yaw movement or the rolling movement thereof is executed, the change thereof is detected by the sensor 220 and also observed as the change of the image picked up by the camera 240 in accordance with the change of the posture of the head.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばヘッドマウ
ントデイスプレイなどに用いられる頭部装着型の光学装
置に関し、特に、装着者の頭部位置を精度良く検出する
ためにカメラ等の画像取得手段を合わせ持つ光学装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a head-mounted optical device used for, for example, a head-mounted display, and more particularly, to an image acquisition means such as a camera for accurately detecting a head position of a wearer. The present invention relates to an optical device having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、現実空間と仮想空間の繋ぎ日のな
い結合を目的とした複合現実感(以下、「MR」(Mixed
Reality)と称す)に関する研究が盛んになっている。
MRは、従来、現実空間と切り離された状況でのみ体験
可能であったバーチャルリアリティ(以下VRと略す)
の世界と現実空間との共存を目的とし、VRを増強する
技術として注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, mixed reality (hereinafter, referred to as "MR" (Mixed
Reality) has been actively studied.
Conventionally, MR is a virtual reality (hereinafter abbreviated as VR) that can only be experienced in a situation separated from the real space.
For the purpose of coexistence of the real world and the real space, it is attracting attention as a technology for enhancing VR.

【0003】MRの応用としては、患者の体内の様子を
透視しているように医師に提示する医療補助の用途や、
工場において製品の組み立て手順を実物に重ねて表示す
る作業補助の用途など、今までのVRとは質的に全く異
なった新たな分野が期待されている。MRの応用として
は、患者の体内の様子を透視しているように医師に提示
する医療補助の用途や、工場において製品の組み立て手
順を実物に重ねて表示する作業補助の用途など、今まで
のVRとは質的に全く異なった新たな分野が期待されて
いる。
[0003] Applications of MR include medical assistance for presenting to a physician a transparent view of the inside of a patient's body,
New fields that are completely different in quality from conventional VRs are expected, such as the use of work assistance to display the assembly procedure of a product on a real product in a factory. Applications of MR include the use of medical assistance, which presents to a physician as if looking through the inside of a patient's body, and the use of work assistance, which displays the assembly procedure of a product on a real product at a factory. A new field that is qualitatively completely different from VR is expected.

【0004】これらの応用に対して共通に要求されるの
は、現実空間と仮想空間の間の“ずれ”をいかにして取
り除くかという技術である。“ずれ”は、位置ずれ、時
間ずれ、質的ずれに分類可能であり、この中でも最も基
本的な要求といえる位置ずれの解消については、従来か
ら多くの取り組みが行われてきた。ビデオカメラで撮影
された映像に仮想物体を重畳するビデオシースルー(Vid
eo-See-Through)方式のMRの場合、位置合せの問題
は、そのビデオカメラの3次元位置を正確に求める問題
に帰結される。
[0004] A common requirement for these applications is a technique for removing the "shift" between the real space and the virtual space. The “displacement” can be classified into a displacement, a time displacement, and a qualitative displacement, and among them, many efforts have been made to eliminate the displacement, which is the most basic requirement. Video see-through (Vid
In the case of the MR of the eo-See-Through) type, the problem of the alignment results in a problem of accurately determining the three-dimensional position of the video camera.

【0005】半透過型のHMD(Head Mount Display)を
用いる光学シースルー(Optic-See-Through)方式のMR
の場合における位置合せの問題は、ユーザーの視点の3
次元位置を求める問題といえ、それらの計測法として
は、磁気センサや超音波センサ、ジャイロといった3次
元位置方位センサ利用が一般的であるが、これらの精度
は必ずしも十分とはいえず、その誤差が位置ずれの原因
となる。
An optical see-through (MR) MR using a transflective HMD (Head Mount Display)
The problem of alignment in the case of
Although it is a problem to determine the three-dimensional position, three-dimensional position and orientation sensors such as a magnetic sensor, an ultrasonic sensor, and a gyro are generally used as the measurement method, but the accuracy of these is not always sufficient, and the Causes positional deviation.

【0006】一方、ビデオシースルー方式の場合には、
このようなセンサを用いずに画像情報を元に画像上での
位置合わせを直接行う手法も考えられる。この手法では
位置ずれを直接取り扱えるため位置合わせが精度よく行
える反面、実時間性や信頼性の欠如などの問題があっ
た。近年になって、位置方位センサと画像情報の併用に
より、両者の欠点を互いに補って精度よい位置合わせを
実現する試みが報告されている。
On the other hand, in the case of the video see-through system,
A method of directly performing positioning on an image based on image information without using such a sensor is also conceivable. Although this method can directly deal with a position shift and thus can perform position alignment with high accuracy, there are problems such as a lack of real-time performance and reliability. In recent years, attempts have been reported to achieve accurate alignment by using both a position and orientation sensor and image information to compensate for the disadvantages of both.

【0007】1つの試みとして、「Dynamic Registrati
on Correction in Video-Based-Augmented Reality Sys
tems」(Bajura MichaelとUlrich Neuman, IEEE Compute
r Graphics and Applications 15, 5, pp. 52-60, 199
5)(以下、第1文献と呼ぶ)は、ビデオシースルー方式
のMRにおいて、磁気センサの誤差によって生じる位置
ずれを画像情報によって補正する手法を提案した。
As one attempt, “Dynamic Registrati
on Correction in Video-Based-Augmented Reality Sys
tems '' (Bajura Michael and Ulrich Neuman, IEEE Compute
r Graphics and Applications 15, 5, pp. 52-60, 199
5) (hereinafter referred to as the first document) proposed a method of correcting a position shift caused by an error of a magnetic sensor by image information in a video see-through type MR.

【0008】また、「Superior Augmented Reality Reg
istration by Integrating Landmark Tracking and Mag
netic Tracking」(State Andrei等, Proc. of SIGGRAPH
96,pp. 429-438, 1996)(以下、第2文献と呼ぶ)は、
さらにこの手法を発展させ、画像情報による位置推定の
曖昧性をセンサ情報によって補う手法を提案した。上記
従来例は、位置方位センサのみを用いてビデオシースル
ー方式のMRを構築した場合、そのセンサの誤差が原因
となって画像上での位置ずれが生じることに鑑みて、そ
の位置ずれを画像情報から検出するためには、その手掛
かりとなるような、3次元位置が既知であるランドマー
クを現実空間に設定する。
[0008] "Superior Augmented Reality Reg"
istration by Integrating Landmark Tracking and Mag
netic Tracking '' (State Andrei et al., Proc. of SIGGRAPH
96, pp. 429-438, 1996) (hereinafter referred to as the second document)
We further developed this method and proposed a method to compensate for the ambiguity of position estimation by image information using sensor information. In the above-mentioned conventional example, when a video see-through type MR is constructed using only the position and orientation sensor, in consideration of the fact that a displacement of the sensor causes a displacement on an image, the displacement is represented by image information. In order to detect a landmark, a landmark whose three-dimensional position is known is set as a clue in the real space.

【0009】センサ出力に誤差が含まれていないとする
と、画像上で実際に観測されるランドマークの座標QI
と、センサ出力に基づいて得られたカメラ位置とランド
マークの3次元位置から導きだされるランドマークの観
測予測座標PIとは、同一となるはずである。しかし、
実際にはセンサ出力に基づいて得られたカメラ位置は正
確ではないため、QIとPIは一致しない。このPIとQI
のずれは、ランドマーク位置における仮想空間と現実空
間の位置ずれを表しており、このために、画像からラン
ドマーク位置を抽出することで、ずれの向きと大きさが
算出できる。
Assuming that no error is included in the sensor output, the coordinates Q I of the landmark actually observed on the image
When, the observation predicted coordinate P I landmarks that Dasa led from the three-dimensional position of the camera positions and landmarks obtained based on the sensor output should be the same. But,
In practice, the camera position obtained based on the sensor output is not accurate, so that Q I and P I do not match. This P I and Q I
The displacement indicates the displacement between the virtual space and the real space at the landmark position, and therefore, by extracting the landmark position from the image, the direction and magnitude of the displacement can be calculated.

【0010】このように、画像上での位置ずれを定量的
に計測することで、位置ずれを解消するようなカメラ位
置の補正が可能となる。方位センサと画像を併用する最
も単純な位置合わせ方式は、1点のランドマークを用い
たセンサ誤差の補正と考えられ、画像上のランドマーク
の位置ずれに応じてカメラ位置を平行移動または回転さ
せる手法が第1文献によって提案されている。
As described above, by quantitatively measuring the displacement on the image, the camera position can be corrected so as to eliminate the displacement. The simplest alignment method that uses an azimuth sensor and an image is considered to be correction of a sensor error using a single landmark, and the camera position is translated or rotated according to the displacement of the landmark on the image. An approach has been proposed by the first document.

【0011】第1図に、1点のランドマークを用いた位
置ずれ補正の基本的な考え方を示す。以下では、カメラ
の内部パラメータを既知として、歪みなどの影響を除外
した理想的な撮像系によって画像撮影が行われているも
のと仮定する。カメラの視点位置をC、画像上でのラン
ドマークの観測座標をQI 、現実空間のランドマーク位
置をQIとすると、点QIは点Cと点QIを結ぶ直線lQ
に存在する。一方、位置方位センサによって与えられる
カメラ位置からは、カメラ座標系におけるランドマーク
位置PCと、その画像上での観測座標PIが推測できる。
以下では、点Cから点QI、PIへの3次元ベクトルを、
それぞれvl、v2と表記する。この方法では、補正後の
ランドマークの観測予測座標符P' IがQIに一致するよ
うに(すなわち、カメラ座標系における補正後のランド
マーク予測位置P ' Cが、直線lQ上に乗るように)、カ
メラと物体の相対的な位置情報を修正する事によって、
位置ずれが補正される。
FIG. 1 shows the position using one landmark.
The basic concept of displacement correction will be described. Below, the camera
The internal parameters of the filter and remove the effects of distortion
Images are taken by the ideal imaging system
Assume that The viewpoint position of the camera is C, run on the image
Q: Domark's observation coordinatesIThe landmark of the real space
Place QIThen the point QIAre points C and QIA straight line connectingQUp
Exists. Meanwhile, given by the position and orientation sensor
From the camera position, landmarks in the camera coordinate system
Position PCAnd the observation coordinates P on the imageICan be inferred.
In the following, from the point C to the point QI, PITo the three-dimensional vector
Each vl, VTwoNotation. In this method, the corrected
Landmark observation coordinate P' IIs QIMatches
(I.e., the corrected land in the camera coordinate system)
Mark prediction position P ' CIs a straight line lQRidiculous)
By correcting the relative position information between the camera and the object,
The displacement is corrected.

【0012】ランドマークの位置ずれを、カメラ位置の
回転によって補正することを考える。これは、二つのベ
クトルvl、v2の成す角θだけカメラが回転するよう
に、カメラの位置情報に修正を加えることで実現でき
る。実際の計算では、上記ベクトルvl、v2を正規化し
たベクトルvln、v2nを用いて、その外積vln×v2n
回転軸に、内積v1n・v2nを回転角として、点Cを中心
にカメラを回転させる。
[0012] Consider that the displacement of the landmark is corrected by rotating the camera position. This can be realized by modifying the position information of the camera so that the camera rotates by the angle θ formed by the two vectors v l and v 2 . In the actual calculation, a vector v ln , v 2n obtained by normalizing the above vectors v l , v 2 is used, and the outer product v ln × v 2n is used as a rotation axis, and the inner product v 1n · v 2n is used as a rotation angle. Rotate the camera around C.

【0013】ランドマークの位置ずれを、カメラ位置の
相対的な平行移動によって補正することを考える。これ
は、仮想世界中の物体位置をv=n(v1−v2)だけ平
行移動させることで実現できる。ここでnは、次式によ
って定義されるスケールファクタである。
It is considered that the displacement of a landmark is corrected by a relative translation of a camera position. This can be realized by translating the object positions in the virtual world by v = n (v 1 −v 2 ). Here, n is a scale factor defined by the following equation.

【0014】[0014]

【数1】 (Equation 1)

【0015】ここで、|AB|は点Aと点Bの間の距離
を示す記号とする。また、カメラが−vだけ平行移動す
るようにカメラの位置情報に修正を加えることでも、同
様の補正が可能となる。これは、この操作によって、相
対的に仮想物体がvだけ移動したことに等しくなるため
である。以上の2つの手法は、ランドマーク上での位置
ずれを2次元的に一致させる手法であり、3次元的に正
しい位置にカメラ位置を補正することはできない。しか
し、センサ誤差が小さい場合には十分な効果が期待でき
る。また、補正のための計算コストは非常に小さなもの
であり、実時間性に優れた手法である。
Here, | AB | is a symbol indicating the distance between points A and B. The same correction can be made by modifying the position information of the camera so that the camera moves in parallel by −v. This is because this operation is equivalent to relatively moving the virtual object by v. The above two methods are two-dimensionally matching positional deviations on landmarks, and cannot correct a camera position to a three-dimensionally correct position. However, when the sensor error is small, a sufficient effect can be expected. Further, the calculation cost for the correction is very small, and this method is excellent in real time.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献に示された手法は、ビデオシースルー方式に限定され
ており、光学的シースルー方式の複合現実感装置へ適用
するためには、好適ではなかった。光学的シースルー方
式では、位置合わせの問題がビデオシースルー方式に比
して遥かに重要になってくるからである。
However, the technique disclosed in the above document is limited to the video see-through system, and is not suitable for application to an optical see-through mixed reality apparatus. This is because in the optical see-through system, the problem of alignment becomes much more important than in the video see-through system.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような事態
に鑑みてなされたもので、その目的は、作業者の移動に
追随して移動するカメラを備えた光学装置を提案するこ
とを目的とする。上記課題を達成するための、本発明
の、光学的シースルーの頭部に装着される光学装置は、
本体と、前記本体に組み込まれ、画像を眼球に導く第1
の光学系と、前記本体に固定され、前記頭部前方に視野
を有するカメラとを具備することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to propose an optical device having a camera that moves following the movement of an operator. And To achieve the above object, the present invention provides an optical device mounted on an optical see-through head,
A body and a first integrated into the body for guiding an image to an eyeball;
And a camera fixed to the main body and having a field of view in front of the head.

【0018】本発明の好適な一態様に拠れば、3次元の
位置と姿勢を検出するための3次元位置姿勢センサと、
前記画像を表示する液晶表示パネルとを更に有する。本
発明の好適な一態様に拠れば、前記3次元位置センサ
は、磁界変化を検出する磁気センサであり、前記磁気セ
ンサは前記液晶表示部から空間的に離間して前記本体に
固定されている。
According to a preferred aspect of the present invention, a three-dimensional position and orientation sensor for detecting a three-dimensional position and orientation,
A liquid crystal display panel for displaying the image. According to a preferred aspect of the present invention, the three-dimensional position sensor is a magnetic sensor that detects a change in a magnetic field, and the magnetic sensor is fixed to the main body while being spatially separated from the liquid crystal display unit. .

【0019】本発明の好適な一態様である頭部装着型光
学装置は、光学的シースルー型の光学装置であって、前
記本体に組み込まれ、外部環境からの光を眼球に導く第
2の光学系と、前記画像を表示する表示部とを有するこ
とにより、前記眼球には、前記第1の光学系からの前記
画像の光と、前記第2の光学系からの環境の光が入光す
ることを特徴とする。
A head mounted optical device according to a preferred aspect of the present invention is an optical see-through type optical device, which is incorporated in the main body and guides light from an external environment to an eyeball. By having a system and a display unit for displaying the image, light of the image from the first optical system and light of the environment from the second optical system enter the eyeball. It is characterized by the following.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の、複合現実感の提
示手法及びHMDをエアーホッケーゲーム装置に適用し
た実施形態に係わるシステムを説明する。エアーホッケ
ーゲームは相手の存在する対戦型のゲームであり、通
常、下部から圧縮空気を供給してパックを浮かして、こ
のパックを打ち合い、相手のゴールにパックを入れたら
得点が入る。得点の多い方を勝者とするゲームである。
本実施形態のMRを適用したエアホッケーゲームは、パ
ックを仮想3次元画像として現実環境のテーブルに重畳
してプレーヤーに提示して、現実のマレットで打ち合う
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A system for presenting a mixed reality presentation method and an HMD applied to an air hockey game device according to the present invention will be described below. The air hockey game is a competitive game in which an opponent exists. Usually, a puck is floated by supplying compressed air from the lower part, the puck is beaten, and the puck is scored when the puck is put into the opponent's goal. In this game, the player with the highest score wins.
In the air hockey game to which the MR according to the present embodiment is applied, the puck is superimposed on a table in a real environment as a virtual three-dimensional image, presented to a player, and played with a real mallet.

【0021】〈ゲーム装置の構成〉第2図は、本実施形
態のシステムのゲーム装置部分を側面から見た図であ
る。複合現実感のエアーホッケーゲームは、テーブル1
000を挟んで、二人の対戦者2000,3000が手
にマレット(260L,260R)をもって向かい合
う。二人の対戦者2000,3000は頭部にヘッドマ
ウントデイスプレイ210L,210R(以下HMDと
略す)を装着する。本実施形態のマレットはその先端に
赤外線発光器を有している。本実施形態では、画像処理
によりマレット位置を検出するが、マレットの形状や色
に特徴があるのであれば、それらの特徴を用いたパター
ン認識による検出も可能である。
<Structure of Game Apparatus> FIG. 2 is a view of the game apparatus portion of the system according to the present embodiment as viewed from the side. Mixed reality air hockey game is played on table 1
The two opponents 2000, 3000 face each other with a mallet (260L, 260R) in between. The two opponents 2000 and 3000 wear head-mounted displays 210L and 210R (hereinafter abbreviated as HMDs) on their heads. The mallet of the present embodiment has an infrared light emitter at its tip. In the present embodiment, the mallet position is detected by image processing. However, if the mallet has features in the shape and color, it can be detected by pattern recognition using those features.

【0022】実施形態のHMD210は、第4図に示す
ようにシースルー型である。両対戦者2000,300
0は、HMD210L,210Rを装着していても、テ
ーブル1000の表面を観察することができる。HMD
210には後述の画像処理システムから三次元仮想画像
が入力される。従って、対戦者2000,3000は、
HMD210の光学系(第2図には不図示)を通した現
実空間の映像に重ねて、HMD210の表示画面に表示
された三次元画像を見ることとなる。
The HMD 210 of the embodiment is of a see-through type as shown in FIG. Two opponents 2000, 300
0 indicates that the surface of the table 1000 can be observed even when the HMDs 210L and 210R are mounted. HMD
A three-dimensional virtual image is input to 210 from an image processing system described later. Therefore, the opponents 2000, 3000
The three-dimensional image displayed on the display screen of the HMD 210 is superimposed on the image of the real space passed through the optical system of the HMD 210 (not shown in FIG. 2).

【0023】第3図は、左側プレーヤ2000が自身の
HMD210Lからみた映像を示す。二人のプレーヤは
仮想のパック1500を打ち合う。パック1500を打
つのはプレーヤ2000が手に握っている現実のマレッ
ト260Lを用いる。プレーヤ2000は手にマレット
260Lを握っている。相手プレーヤ3000の直前に
はゴール1200Rが見える。画像処理システム(第3
図には不図示)は、ゴール1200Rが相手方近傍に見
えるように、三次元CGを生成してHMD240Lに表
示する。
FIG. 3 shows an image viewed from the HMD 210L by the left player 2000. The two players hit a virtual puck 1500. To hit the puck 1500, a real mallet 260L held by the player 2000 is used. Player 2000 holds mallet 260L in his hand. The goal 1200R can be seen just before the opponent player 3000. Image processing system (third
(Not shown in the figure) generates a three-dimensional CG and displays it on the HMD 240L so that the goal 1200R can be seen near the opponent.

【0024】対するプレーヤ3000も、HMD210
Rを介してプレーヤ3000の近傍にゴール1200L
を見ることとなる。パック1500も不図示の画像処理
システムにより生成されて、各々のHMDに表示され
る。 〈磁気センサつきHMD〉第4図は、HMD210の構
成を示す。このHMD210は、例えば特開平7−33
3551号のHMDの本体に、磁気センサ220を支柱
221を介して取り付けたものである。図中、211は
LCD表示パネルである。LCD表示パネルからの光
は、光学部材212に入射し、全反射面214にて反射
して、凹面ミラー213の全反射面にて反射して、全反
射面214を透過して観察者の目に届く。
On the other hand, the player 3000 also has the HMD 210
Goal 1200L near the player 3000 via R
Will be seen. The pack 1500 is also generated by an image processing system (not shown) and displayed on each HMD. <HMD with Magnetic Sensor> FIG. 4 shows the configuration of the HMD 210. The HMD 210 is disclosed in, for example,
The magnetic sensor 220 is attached to the main body of the HMD of No. 3551 via a column 221. In the figure, reference numeral 211 denotes an LCD display panel. The light from the LCD display panel enters the optical member 212, is reflected by the total reflection surface 214, is reflected by the total reflection surface of the concave mirror 213, passes through the total reflection surface 214, and passes through the eyes of the observer. Reaches

【0025】磁気センサ220は、本実施形態では、Po
lhemus社の磁気センサFastrackを用いた。磁気センサは
磁気ノイズに弱いので、支柱221により、ノイズ発生
源である表示パネル211及びカメラ240から離間し
た。尚、第4図に示したHMDに磁気センサ及び(又
は)カメラを取り付ける構成は、光学的シースルー方式
のHMDに限られず、ビデオシースルー方式のHMDで
あっても、磁気センサ及び(又は)カメラを、頭部位置
及び姿勢を正確に検出する目的で、そのHMDに装着す
ることは可能である。
In the present embodiment, the magnetic sensor 220 is
An lhemus magnetic sensor, Fastrack, was used. Since the magnetic sensor is vulnerable to magnetic noise, the magnetic sensor is separated from the display panel 211 and the camera 240, which are noise sources, by the support 221. The configuration in which the magnetic sensor and / or camera is attached to the HMD shown in FIG. 4 is not limited to the HMD of the optical see-through type. It can be attached to the HMD for the purpose of accurately detecting the head position and posture.

【0026】第2図において、夫々のHMD210はバ
ンド(不図示)によってプレーヤの頭部に固定される。
プレーヤの夫々の頭部には、第4図に示すように磁気セ
ンサ220が、第2図に示すようにCCDカメラ240
(240L,240R)が、それぞれ固定されている。
カメラ240の視界はプレーヤの前方に設定されてい
る。エアホッケーゲームの場合には、それぞれテーブル
1000の上面を見ることとなるので、カメラ240も
テーブル1000の表面の画像を撮像する。磁気センサ
220(220L,220R)は、交流磁界発生源25
0が発する交流磁界の変化をセンスする。
In FIG. 2, each HMD 210 is fixed to the player's head by a band (not shown).
A magnetic sensor 220 as shown in FIG. 4 and a CCD camera 240 as shown in FIG.
(240L, 240R) are respectively fixed.
The field of view of the camera 240 is set in front of the player. In the case of the air hockey game, since the user looks at the upper surface of the table 1000, the camera 240 also captures an image of the surface of the table 1000. The magnetic sensor 220 (220L, 220R)
0 senses the change in the alternating magnetic field.

【0027】プレーヤがテーブル1000の表面を見る
ために斜め下方を向くと、HMD210を通した視界に
は、テーブル1000の表面と、前述の仮想のパック1
500、現実のマレット260(260L,260
R)、仮想のゴール1200(1200L,1200
R)が見える。また、プレーヤが、頭部を、水平二次元
平面内において水平移動させ、あるいはティルティング
運動、ヨー運動、ローリング運動を行わせると、その変
化は先ず磁気センサ220によって検出され、併せて、
頭部の姿勢変化に伴ってCCDカメラ240が撮像する
画像の変化として観測される。
When the player faces obliquely downward to look at the surface of the table 1000, the field of view through the HMD 210 shows the surface of the table 1000 and the above-described virtual puck 1
500, real mallet 260 (260L, 260
R), virtual goal 1200 (1200L, 1200
R) is visible. When the player horizontally moves the head in a horizontal two-dimensional plane, or performs a tilting motion, a yaw motion, and a rolling motion, the change is first detected by the magnetic sensor 220, and
It is observed as a change in the image captured by the CCD camera 240 with the change in the posture of the head.

【0028】〈複数のマーカ〉夫々のマレット260は
その先端に赤外線発光器を有しており、マレット位置は
この赤外線を検出するCCDカメラ230によってその
二次元平面位置を知ることができる。CCDカメラ24
0はマーカ画像と呼ばれる画像を出力する。
<Plurality of Markers> Each mallet 260 has an infrared light emitter at its tip, and the position of the mallet can be known by a CCD camera 230 that detects the infrared rays. CCD camera 24
0 outputs an image called a marker image.

【0029】第5図はテーブル1000上に配置された
マーカの一例を示す。第5図において、○印で示した5
つのランドマーク即ちマーカ(1600〜1604)は
プレーヤ2000の頭部位置を補助的に検出するために
用いられるマーカを示し、□印で示した5つのランドマ
ーク即ちマーカ(1650〜1654)はプレーヤ30
00の頭部位置を補助的に検出するために用いられるマ
ーカを示す。マーカをこのように複数配置すると、頭部
の位置、特に姿勢によって、どのマーカが見えるかが決
まる、換言すれば、各々のプレーヤの装着されたCCD
カメラ240が写す画像中におけるマーカを特定し、画
像内での位置を検出できれば、プレーヤの頭部姿勢を検
出する磁気センサの出力信号の補正に用いることができ
る。
FIG. 5 shows an example of a marker arranged on the table 1000. In FIG. 5, 5 indicated by a circle
One landmark or marker (1600 to 1604) indicates a marker used for auxiliary detection of the head position of the player 2000, and five landmarks or markers (1650 to 1654) indicated by squares indicate the player 30.
10 shows a marker used for auxiliary detection of the head position of 00. By arranging a plurality of markers in this way, the position of the head, particularly the posture, determines which marker is visible. In other words, the CCD attached to each player
If a marker in the image captured by the camera 240 can be specified and its position in the image can be detected, it can be used for correcting the output signal of the magnetic sensor for detecting the head posture of the player.

【0030】二人のプレーヤ(2000,3000)に
対してそれぞれ割り当てられたマーカ群(1600〜1
608)とマーカ群1650〜1658)とは、それぞ
れ、異なる色に着色されている。本実施形態では、左側
プレーヤ(#1プレーヤ)のためのマーカは赤色に、右
側プレーヤ(#2プレーヤ)のためのマーカは緑色に着
色されている。画像処理におけるマーカの区別を容易に
するためである。
A group of markers (1600 to 1) respectively assigned to two players (2000 and 3000)
608) and the marker groups 1650 to 1658) are respectively colored in different colors. In the present embodiment, the marker for the left player (# 1 player) is colored red, and the marker for the right player (# 2 player) is green. This is to make it easy to distinguish markers in image processing.

【0031】本実施形態の大きな特徴は、マーカを複数
配置した点にある。複数配置することによって、プレー
ヤがテーブル1000上で本エアホッケーゲームの動作
範囲内で行動する限りにおいて、少なくとも1つのマー
カがCCDカメラ240の視野内に入ることが保証され
る。第6図は、プレーヤが頭部を色々と移動した場合に
おいて、頭部の移動に伴って、マーカを検出する画像処
理範囲が移動する様子が描かれてる。同図に示すよう
に、1つの画像には少なくとも1つのマーカが入ってい
る。換言すれば、マーカの数、マーカ間の間隔等は、テ
ーブル1000の大きさ、カメラ240の視野角、ゲー
ムの性質に基づくプレーヤの移動範囲の大きさに応じて
設定されるべきである。この場合、プレーヤから遠方で
あればあるほど、広い範囲が視野に入るので、マーカ間
の間隔を広くして良い。これは、近傍にあるマーカ間の
画像中での間隔距離と、遠方にあるマーカ間の画像中で
の距離とを同じくするためである。同じフレーム内に不
必要に複数のマーカが撮像されるのを防ぐためである。
A major feature of the present embodiment is that a plurality of markers are arranged. The multiple placement ensures that at least one marker is within the field of view of the CCD camera 240 as long as the player acts on the table 1000 within the operating range of the present air hockey game. FIG. 6 illustrates a situation in which the image processing range for detecting a marker moves with the movement of the head when the player moves the head in various ways. As shown in the figure, one image contains at least one marker. In other words, the number of markers, the interval between markers, and the like should be set according to the size of the table 1000, the viewing angle of the camera 240, and the size of the player's movement range based on the nature of the game. In this case, the farther away from the player, the wider the field of view becomes, so the interval between the markers may be widened. This is because the distance between adjacent markers in the image is the same as the distance between distant markers in the image. This is to prevent unnecessary imaging of a plurality of markers in the same frame.

【0032】〈MR画像生成システム〉第7図は、第2
図に示したゲーム装置における三次元画像の生成提示シ
ステムの構成を示す。この画像生成提示システムは、左
側プレーヤ2000のHMD240L及び右側プレーヤ
3000のHMD240Rの夫々の表示装置に、三次元
の仮想画像(第3図のパック1500,ゴール120
0)を出力するものである。三次元の仮想画像の生成
は、画像生成部5050L,5050Rに拠って行われ
る。本実施形態では、画像生成部5050の夫々に米国
SiliconGraphics社製のコンピュータシステムONYX2を用
いた。
<MR Image Generation System> FIG.
2 shows a configuration of a system for generating and presenting a three-dimensional image in the game device shown in FIG. This image generation / presentation system displays a three-dimensional virtual image (pack 1500, goal 120 in FIG. 3) on each of the display devices of the HMD 240L of the left player 2000 and the HMD 240R of the right player 3000.
0) is output. The generation of the three-dimensional virtual image is performed by the image generation units 5050L and 5050R. In the present embodiment, each of the image generation units 5050 is
The computer system ONYX2 manufactured by SiliconGraphics was used.

【0033】画像生成部5050は、ゲーム状態管理部
5030が生成するパック位置情報等と、2つの補正処
理部5040L,5040Rが生成する補正後の視点位
置・頭部方向に関する情報とを入力する。ゲーム状態管
理部5030および補正処理部5040L,5040R
の夫々はコンピュータシステムONYX2により構成され
た。
The image generation unit 5050 inputs the pack position information and the like generated by the game state management unit 5030 and the information on the corrected viewpoint position and head direction generated by the two correction processing units 5040L and 5040R. Game state management unit 5030 and correction processing units 5040L, 5040R
Each consisted of a computer system ONYX2.

【0034】テーブル1000の中央上空に固定された
CCDカメラ230は、テーブル1000の表面を全て
視野に納める。カメラ230によって取得されたマレッ
ト情報はマレット位置計測部5010に入力される。こ
の計測部5010は、同じく、SiliconGraphics社製O2
コンピュータシステムにより構成された。計測部501
0は、二名のプレーヤのマレット位置、即ち、手の位置
を検出する。手の位置に関する情報はゲーム状態管理部
5030に入力されて、ここで、ゲーム状態が管理され
る。即ち、ゲーム状態・ゲームの進行は基本的にはマレ
ットの位置によって全てが決定される。
The CCD camera 230 fixed above the center of the table 1000 fits the entire surface of the table 1000 into the field of view. Mallet information acquired by the camera 230 is input to the mallet position measurement unit 5010. This measuring unit 5010 is also O2 manufactured by SiliconGraphics.
It consisted of a computer system. Measurement unit 501
0 detects the mallet position of the two players, that is, the position of the hand. Information on the position of the hand is input to the game state management unit 5030, where the game state is managed. That is, the game state and the progress of the game are basically all determined by the position of the mallet.

【0035】SiliconGraphics社製コンピュータシステ
ムO2により構成された位置姿勢検出部5000は、2つ
の磁気センサ220L,220Rの出力を入力して、各
プレーヤの視点位置及び頭部姿勢を検出し、補正処理部
5040L,5040Rに出力する。一方、各プレーヤ
の頭部に固定されたCCDカメラ240L,240Rは
マーカ画像を取得し、このマーカ画像は、夫々、マーカ
位置検出部5060L,5060Rにおいて処理され、
夫々のカメラ240の視野に納まっているマーカの位置
が検出される。マーカ位置に関する情報は補正処理部5
040(5040L,5040R)に入力される。
A position / posture detection unit 5000 constituted by a computer system O2 manufactured by Silicon Graphics Inc. inputs the outputs of the two magnetic sensors 220L and 220R, detects the viewpoint position and head posture of each player, and executes a correction processing unit. Output to 5040L and 5040R. On the other hand, the CCD cameras 240L and 240R fixed to the heads of the players obtain marker images, and the marker images are processed by the marker position detection units 5060L and 5060R, respectively.
The position of the marker within the field of view of each camera 240 is detected. Information on the marker position is sent to the correction processing unit 5
040 (5040L, 5040R).

【0036】ここで、2つのマーカ位置検出部5060
(5060L,5060R)はO2コンピュータシステム
により構成された。〈マレット位置計測〉第8図乃至第
10図は、マレット位置を計測する制御手順を示すフロ
ーチャートである。
Here, two marker position detecting units 5060
(5060L, 5060R) were configured by an O2 computer system. <Mallet Position Measurement> FIGS. 8 to 10 are flowcharts showing a control procedure for measuring the mallet position.

【0037】エアホッケーゲームでは、プレーヤは自身
のマレットを他のプレーヤの領域まで進めることはな
い。そのために、左側プレーヤ2000(右側プレーヤ
3000)のマレット260L(260R)を探索する
処理は、第11図に示すように、左側フィールドの画像
データIL(画像データIR)に処理を集中すればよい。
固定位置にあるCCDカメラ230が取得した画像を第
11図に示すように2つの分割することは容易である。
In an air hockey game, a player does not advance his own mallet to the area of another player. Therefore, the process of searching for the mallet 260L (260R) of the left player 2000 (right player 3000) can be performed by concentrating the process on the image data I L (image data I R ) of the left field as shown in FIG. Good.
It is easy to divide the image acquired by the CCD camera 230 at the fixed position into two as shown in FIG.

【0038】従って、第8図のフローチャートにおい
て、プレーヤ#1(プレーヤ2000)のマレット26
0Lの探索についてはステップS100で、プレーヤ#
2(プレーヤ3000)のマレット260Rの探索につ
いてはステップS200で処理が行われる。そこで、便
宜上、右側プレーヤのマレットの探索(ステップS20
0)を例にして説明する。
Accordingly, in the flowchart of FIG. 8, the mallet 26 of the player # 1 (player 2000)
Regarding the search for 0L, in step S100, the player #
The search for mallet 260R of player 2 (player 3000) is performed in step S200. Therefore, for convenience, the right player's mallet is searched (step S20).
0) will be described as an example.

【0039】先ず、ステップS210でTVカメラ23
0から多値画像を取得する。ステップS212では、右
半分の画像データIRについてサブルーチン「ローカル
領域での探索」を行う。その詳細は第9図に示される。
ステップS212で画像座標系でのマレット位置の座標
(x,y)が見つかると、ステップS214からステッ
プS220に進み、画像座標系でのマレット位置座標
(x,y)を次式に従ってテーブル1000の座標系
(第13図を参照)の座標位置(x’,y’)に変換す
る。
First, at step S210, the TV camera 23
A multi-valued image is obtained from 0. At step S212, the performing subroutine "search in local region" for the image data I R of the right half. The details are shown in FIG.
When the coordinates (x, y) of the mallet position in the image coordinate system are found in step S212, the process proceeds from step S214 to step S220, and the mallet position coordinates (x, y) in the image coordinate system are calculated according to the following equation. It is converted to the coordinate position (x ′, y ′) of the system (see FIG. 13).

【0040】[0040]

【数2】 (Equation 2)

【0041】ここで、MTは画像座標系とテーブル座標
系とをキャリブレーションするための3×3の変換行列
で、既知である。ステップS220で得られた座標位置
(x’,y’)はゲーム状態管理部5030に送られ
る。ローカル領域でマレットがみつからなかったなら
ば、ステップS216で「グローバル領域での探索」を
行う。「グローバル領域での探索」でマレットが見つか
ったならば、ステップS220でその座標位置をテーブ
ル座標系に変換する。尚、ローカル又はグローバル領域
で探索された座標位置は、次のフレームでのローカル領
域におけるマレットの探索に用いられる。
[0041] Here, M T is a transformation matrix of 3 × 3 for calibrating the image coordinate system and table coordinate system is known. The coordinate position (x ′, y ′) obtained in step S220 is sent to the game state management unit 5030. If no mallet is found in the local area, "search in global area" is performed in step S216. If a mallet is found in the "search in the global area", the coordinate position is converted to a table coordinate system in step S220. The coordinate position searched in the local or global area is used for searching for a mallet in the local area in the next frame.

【0042】第9図はマレットをローカル領域で探索す
る処理(ステップS212の詳細)を示す。但し、この
処理は便宜上右側フィールドにおける探索処理を示す
が、左側フィールドにおけるマレットの探索処理につい
ても実質的に同様である。ステップS220で、次式で
定義される大きさ(2A+1)×(2B+1)画素の矩
形領域を抽出する。
FIG. 9 shows a process of searching for a mallet in the local area (details of step S212). However, this process shows a search process in the right field for convenience, but the same applies to a mallet search process in the left field. In step S220, a rectangular area of size (2A + 1) × (2B + 1) pixels defined by the following equation is extracted.

【0043】[0043]

【数3】 (Equation 3)

【0044】ここで、Ix,Iyは探索領域IR中の任意
の座標値であり、A,Bは探索領域の大きさを決める定
数であって、かかる探索領域は第12図のようになる。
ステップS230は、ステップS220で定義された矩
形領域中の全ての画素(x,y)について、特徴の評価
値IS(x,y)が一定の条件を満足するものを抽出す
る工程である。マレットを探索する目的では、特徴量と
は、画素値(赤外光の強度値)の類似度が好適である。
本実施形態では、マレットには赤外線発光器を用いてい
るので、その赤外光の強度の特徴を有するものは、一応
マレットと判断する。
Here, I x and I y are arbitrary coordinate values in the search area I R , A and B are constants for determining the size of the search area, and the search areas are as shown in FIG. become.
Step S230 is a step of extracting, for all the pixels (x, y) in the rectangular area defined in step S220, those whose characteristic evaluation values I s (x, y) satisfy a certain condition. For the purpose of searching for a mallet, the feature amount is preferably a similarity between pixel values (infrared light intensity values).
In the present embodiment, since an infrared light emitter is used for the mallet, the one having the characteristic of the intensity of the infrared light is determined to be a mallet.

【0045】即ち、ステップS232では、類似度IS
が所定の閾値以上にマレットに近い画素を見つける。そ
のような画素を見つけると、カウンタNに発生度数の累
積値を記憶する。また、そのような画素のx座標値及び
y座標値をレジスタSUMx及びSUMyに累積記憶する。即
ち、
That is, in step S232, the similarity I S
Find pixels closer to the mallet than a predetermined threshold. When such a pixel is found, the cumulative value of the frequency of occurrence is stored in the counter N. Further, the x coordinate value and the y coordinate value of such a pixel are cumulatively stored in the registers SUMx and SUMy. That is,

【0046】[0046]

【数4】 (Equation 4)

【0047】とする。ステップS230を終了すると、
第12図の領域中でマレットからの赤外光のパターンに
類似している全ての画素の個数N、及び座標値の累積値
SUMx,SUMyが得られる。N=0であればステップS23
6で結果“Not Found”が出力される。N>0であれ
ば、マレットらしいものが見つかったのであり、ステッ
プS238で、マレットの位置(Ix,Iy)を、
It is assumed that When step S230 ends,
The number N of all pixels similar to the pattern of infrared light from the mallet in the region of FIG. 12, and the cumulative value of coordinate values
SUMx and SUMy are obtained. If N = 0, step S23
In step 6, the result “Not Found” is output. If N> 0, a mallet-like one has been found. In step S238, the mallet position (I x , I y ) is

【0048】[0048]

【数5】 (Equation 5)

【0049】に従って演算する。そして、マレット位置
(Ix,Iy)をテーブル座標系に変換した座標値を渡
す。第10図は、ステップS216のグローバル領域探
索の詳細手順を示す。第10図のステップS240で、
右側フィールドの画像IR中の、
The calculation is performed according to Then, a coordinate value obtained by converting the mallet position (I x , I y ) into a table coordinate system is passed. FIG. 10 shows a detailed procedure of the global area search in step S216. In step S240 of FIG.
In the image I R in the right field,

【0050】[0050]

【数6】 (Equation 6)

【0051】を満足する画素の中で、特徴の評価値Is
の最大値をレジスタMaxに記憶する。ここで、C,Dは
探索の粗さを決める定数であり、WidthおよびHeightは
その定義を第15図に示す。即ち、ステップS242
で、特徴量ISが閾値記憶レジスタMaxに記憶されている
閾値を超えるか否かを判断する。そのような画素が見つ
かったならば、ステップS244で、その特徴量を新た
な閾値とすべく、ステップS244で、
Among the pixels satisfying the condition, the characteristic evaluation value Is
Is stored in the register Max. Here, C and D are constants that determine the coarseness of the search, and Width and Height are defined in FIG. That is, step S242
Then, it is determined whether or not the characteristic amount I S exceeds the threshold value stored in the threshold value storage register Max. If such a pixel is found, in step S244, in order to set the feature value as a new threshold value, in step S244,

【0052】[0052]

【数7】 (Equation 7)

【0053】とする。ステップS246では、グローバ
ル探索で見つかった最もマレットらしい画素(Ix,I
y )の座標値をステップS220に渡す。このようにし
て、マレットを画像中で見つけ、その座標値をテーブル
座標系に変換したものをゲーム状態管理部5030に渡
す。 〈ゲーム状態管理〉第13図は、本実施形態のエアホッ
ケーゲームのゲームフィールドを示す。このフィールド
は、テーブル1000の上の2次元平面上に定義され、
x,y軸を有する。また、左右の2つの仮想的ゴールラ
イン1200L,1200Rと、第13図において上下
方向に設けられた仮想的壁1300a,1300bとを
有する。仮想的ゴールライン1200L,1200Rと
仮想的壁1300a,1300bとは、その座標値は既
知であり、移動することはない。このフィールドの中
で、マレット260R,260Lの移動に応じて、パッ
ク1500の仮想画像が移動する。
Assume that In step S246, the most mallet-like pixels (I x , I x
The coordinate value of y ) is passed to step S220. In this manner, the mallet is found in the image, and its coordinate value is converted to a table coordinate system and passed to the game state management unit 5030. <Game State Management> FIG. 13 shows a game field of the air hockey game of the present embodiment. This field is defined on a two-dimensional plane above the table 1000,
It has x and y axes. Further, it has two left and right virtual goal lines 1200L and 1200R and virtual walls 1300a and 1300b provided in the vertical direction in FIG. The coordinate values of the virtual goal lines 1200L and 1200R and the virtual walls 1300a and 1300b are known, and do not move. In this field, the virtual image of the pack 1500 moves in accordance with the movement of the mallets 260R and 260L.

【0054】パック1500は、現在位置の座標情報P
pと速度情報vpとを有し、左マレット260Lは現在位
置の座標情報PSLと速度情報vSLとを有し、右マレット
260Rは現在位置の座標情報PSRと速度情報vSRとを
有する。第14図は、ゲーム状態管理部5030におけ
る処理手順を説明するフローチャートである。
The pack 1500 contains the coordinate information P of the current position.
and a p and velocity information v p, left mallet 260L has coordinate information P SL and velocity information v SL of the current position, and the right mallet 260R has coordinate information P SR and the speed information v SR of the current position Have. FIG. 14 is a flowchart illustrating a processing procedure in the game state management unit 5030.

【0055】ステップS10において、パック1500
の初期位置Pp0及び初期速度vp0を設定する。尚、パッ
クは速度vpで等速度運動を行う。また、パックは、壁
又はスティックに当たると完全弾性衝突を行う、即ち、
速度方向が反転する。ゲーム状態管理部5030は、マ
レット位置計測部5010が計測した各マレットの位置
情報PSから速度情報vSを得る。
In step S10, pack 1500
The initial position P p0 and the initial speed v p0 are set. In addition, the pack performs a uniform motion at a speed v p. Also, the pack makes a full elastic collision when hitting a wall or stick, i.e.
The speed direction is reversed. The game state management unit 5030 obtains speed information v S from the position information P S of each mallet measured by the mallet position measurement unit 5010.

【0056】ステップS12は、ゲームでの勝敗が決定
する(ステップS50で一方が3点を先取する)迄の間
は、Δt時間毎に実行される。すると、ステップS12
では、パックの位置は、
Step S12 is executed at intervals of .DELTA.t until a win or loss in the game is determined (one of the points precedes three points in step S50). Then, step S12
Then, the position of the pack is

【0057】[0057]

【数8】 (Equation 8)

【0058】に更新される。初期位置及び初期速度設定
後におけるパックの位置は、一般には、
Is updated to The position of the pack after setting the initial position and the initial speed is generally

【0059】[0059]

【数9】 (Equation 9)

【0060】で表される。ステップS14では、更新さ
れたパック位置Ppがプレーヤの#1側(左プレーヤ)
のフィールドにあるか否かを調べる。パック1500が
左プレーヤ側にある場合について説明する。ステップS
16では、現在のパック位置が左プレーヤのスティック
1100Lと干渉する位置にあるか否かを調べる。パッ
ク1500がスティック1100Lと干渉する位置にあ
るとは、左プレーヤ2000がマレット260Lをパッ
クに衝突させるようなマレット操作を行ったことを意味
するから、パック1500の運動を反転させるために、
ステップS18で、パック1500の速度vpのx方向
速度成分の符号を反転させて、ステップS20に進む。
Is represented by In step S14, the updated pack position Pp is set to the # 1 side of the player (left player).
To see if it is in the field. The case where the puck 1500 is on the left player side will be described. Step S
At 16, it is checked whether or not the current pack position is at a position where it interferes with the left player's stick 1100L. When the puck 1500 is located at the position where the puck 1500 interferes with the stick 1100L, it means that the left player 2000 has performed a mallet operation such that the mallet 260L collides with the puck.
In step S18, by reversing the sign of the x-direction velocity component of the velocity v p of the pack 1500, the process proceeds to step S20.

【0061】尚、単に速度vpのx方向速度成分の符号
を反転させる代わりに、
Incidentally, instead of simply inverting the sign of the velocity component in the x direction of the velocity v p ,

【0062】[0062]

【数10】 (Equation 10)

【0063】として、パックが、スティックの操作速度
を重畳されて反対方向に進むようにしても良い。一方、
現在のパック位置が左プレーヤのスティック1100L
と干渉する位置にない場合(ステップS16でNO)に
は、そのままステップS20に進む。ステップS20で
は、パックの位置Pi+1が仮想壁1300a又は130
0bと衝突する位置にあるか否かを調べる。ステップS
20の判断がYESの場合には、ステップS22でパッ
クの速度のy成分を反転させる。
Alternatively, the puck may be moved in the opposite direction with the stick operation speed superimposed. on the other hand,
The current pack position is the left player's stick 1100L
If it is not at a position where it interferes with (NO in step S16), the process proceeds to step S20. In step S20, the position P i + 1 of the pack is set to the virtual wall 1300a or 1303.
It is checked whether it is in a position where it collides with 0b. Step S
If the determination at 20 is YES, the y component of the speed of the pack is inverted in step S22.

【0064】次ぎにステップS24で、現在のパック位
置が左プレーヤのゴールライン内にあるか否かを調べ
る。YESの場合には、ステップS26で相手側のプレ
ーヤ、即ち、右(#2)プレーヤの得点を加算する。ス
テップS50では、いずれかの得点が3点以上先取した
かを調べる。3点以上であればゲームを終了する。ステ
ップS14での判断で、パックの位置Ppが右プレーヤ
側(#2プレーヤ側)にある場合には、ステップS30
以下を実行する。ステップS30〜ステップS40は、
ステップS16〜ステップS26と実質的に動作は同じ
である。
Next, in step S24, it is checked whether or not the current pack position is within the goal line of the left player. If YES, the score of the opponent player, that is, the score of the right (# 2) player is added in step S26. In step S50, it is checked whether any score has scored three or more points in advance. If the score is three or more, the game ends. If it is determined in step S14 that the puck position Pp is on the right player side (# 2 player side), step S30 is executed.
Do the following: Steps S30 to S40 are:
The operation is substantially the same as steps S16 to S26.

【0065】かくして、ゲームの進行状態は管理され
る。ゲームの進行状態は、パックの位置、スティックの
位置であり、前述したように、画像生成部5050(5
050L,5050R)に入力される。 〈頭部位置の補正〉第16図は、補正処理部5040
(5040L,5040R)における処理の制御手順の
全体を示す。補正処理部5040における補正とは、誤
差を有すると思われる磁気センサによって得られた視点
位置及び頭部姿勢データを、CCDカメラ240から得
られた画像中のマーカ位置により、カメラ240の位置
(頭部の位置に密接に関連するものでもある)の補正値
を求め、その補正値を用いて、最終的に、視点のビュー
イング変換行列を変更することにより補正するものであ
る。
Thus, the progress of the game is managed. The progress of the game is the position of the puck and the position of the stick. As described above, the image generation unit 5050 (5
050L, 5050R). <Correction of Head Position> FIG.
(5040L, 5040R) shows the entire control procedure of the process. The correction in the correction processing unit 5040 means that the viewpoint position and head posture data obtained by the magnetic sensor considered to have an error are converted into the position (head position) of the camera 240 by the marker position in the image obtained from the CCD camera 240. (Which is also closely related to the position of the part), and finally corrects by changing the viewing transformation matrix of the viewpoint using the correction value.

【0066】即ち、ステップS400では、磁気センサ
220の出力に基づいて、カメラのビューイング変換行
列(4×4)を計算する。ステップS410では、カメ
ラ240の理想的透視変換行列(既知)及び各マーカの
三次元位置(既知)に基づいて、各マーカの観測座標を
予測する。マーカ位置検出部5060(5060L,5
060R)は、プレーヤの頭部に取り付けられたカメラ
240(240L,240R)から得た画像中でマーカ
を追跡している。従って、マーカ位置検出部5060は
検出したマーカ位置を、補正処理部5040(ステップ
S420において)に渡す。補正処理部5040(50
40L,5040R)は、ステップS420において、
渡されたマーカ位置情報に基づいて、観測しているマー
カ、即ち補正の基準となるマーカを判別する。ステップ
S430では、カメラ240の位置の補正値を算出し
て、この補正値に基づいて、ステップS440で、視点
のビューイング変換を補正し、補正された変換行列を画
像生成部5050(5050L,5050R)に渡す。
That is, in step S400, a camera viewing transformation matrix (4 × 4) is calculated based on the output of the magnetic sensor 220. In step S410, the observation coordinates of each marker are predicted based on the ideal perspective transformation matrix (known) of the camera 240 and the three-dimensional position (known) of each marker. The marker position detecting unit 5060 (5060L, 5
060R) tracks the marker in the image obtained from the camera 240 (240L, 240R) attached to the head of the player. Therefore, the marker position detection unit 5060 passes the detected marker position to the correction processing unit 5040 (in step S420). The correction processing unit 5040 (50
40L, 5040R) in step S420
Based on the passed marker position information, a marker being observed, that is, a marker serving as a reference for correction is determined. In step S430, a correction value of the position of the camera 240 is calculated, and based on the correction value, the viewing transformation of the viewpoint is corrected in step S440, and the corrected transformation matrix is output to the image generation unit 5050 (5050L, 5050R). ).

【0067】第17図はマーカ位置検出部5060にお
ける処理手順である。ステップS500では、カメラ2
40が取得したカラー画像を取り込む。その後に、ステ
ップS502では、「ローカル領域探索」を、ステップ
S506では「グローバル領域探索」を行って、カメラ
座標系によって表されたマーカ位置(x,y)を検出す
る。ステップS502の「ローカル領域探索」、ステッ
プS506の「グローバル領域探索」は、手順として
は、マレット探索における「ローカル領域探索」(第9
図)、「グローバル領域探索」(第10図)に実質的に
同じであるので、図示を省略する。
FIG. 17 shows a processing procedure in the marker position detecting section 5060. In step S500, the camera 2
40 takes in the acquired color image. Thereafter, in step S502, “local area search” is performed, and in step S506, “global area search” is performed to detect a marker position (x, y) represented by the camera coordinate system. The “local area search” in step S502 and the “global area search” in step S506 are performed as “local area search” (9th step) in mallet search.
FIG. 10) and “global area search” (FIG. 10) are substantially the same, and are not shown.

【0068】但し、マーカ探索のための特徴量IS(ス
テップS232の)として、プレーヤ#1(左)につい
て、注目画素の画素値の、
It should be noted that the feature value I S for the marker search (in step S 232) is the value of the pixel value of the pixel of interest for player # 1 (left).

【0069】[0069]

【数11】 [Equation 11]

【0070】を用いる。プレーヤ#1については、マー
カ(1600〜1604)には赤色を用いているので、
この特徴量は赤らしさの程度を表す。また、プレーヤ#
2(右)については緑色のマーカ(1650〜165
4)を用いているので、
Is used. For player # 1, red is used for markers (1600-1604),
This feature quantity represents the degree of redness. Player #
Green marker (1650-165) for 2 (right)
Since 4) is used,

【0071】[0071]

【数12】 (Equation 12)

【0072】を用いる。また、グローバル探索における
特徴量IS(x,y)についても上記2つの量を用い
る。ステップS502及びステップS506で得られた
マーカの座標値は、ステップS510で、歪みを補正す
るための行列M(例えば3×3の大きさを有する)を用
いて歪みのない理想的な画像座標系に変換する。この時
の変換式は、
Is used. The above two quantities are also used for the feature quantity I s (x, y) in the global search. In step S510, the coordinate values of the markers obtained in steps S502 and S506 are converted into an ideal image coordinate system without distortion using a matrix M (for example, having a size of 3 × 3) for correcting distortion. Convert to The conversion formula at this time is

【0073】[0073]

【数13】 (Equation 13)

【0074】である。次ぎに、第16図のステップS4
10の処理の詳細について、第18図を用いて説明す
る。前述したように、ステップS400では世界座標系
からカメラ座標系への変換行列MC(4×4のビューイ
ング変換行列)が得られている。一方、カメラ座標系か
ら画像座標系への変換行列PC(4×4)も既知の値と
して与えられている。また、注目するマーカの三次元座
標位置(X,Y,Z)も既知として与えられている。
Is as follows. Next, step S4 in FIG.
The details of the process 10 will be described with reference to FIG. As described above, in step S400, a transformation matrix M C (4 × 4 viewing transformation matrix) from the world coordinate system to the camera coordinate system is obtained. On the other hand, a transformation matrix P C (4 × 4) from the camera coordinate system to the image coordinate system is also given as a known value. The three-dimensional coordinate position (X, Y, Z) of the marker of interest is also given as known.

【0075】周知のように、角度rをカメラ240の位
置でのZ軸方向の回転(roll)とし、角度pをカメラ24
0の位置でのX軸方向の回転(pitch)とし、角度φをカ
メラ240の位置でのZ軸方向の回転(yaw)とすると、
As is well known, the angle r is a roll in the Z-axis direction at the position of the camera 240, and the angle p is
If the rotation in the X-axis direction (pitch) at the position of 0 and the angle φ is the rotation (yaw) in the Z-axis direction at the position of the camera 240,

【0076】[0076]

【数14】 [Equation 14]

【0077】であり、dをカメラ240の焦点距離、w
をカメラの撮像面の幅、hを同じく高さとすると、PC
は、
Where d is the focal length of the camera 240, w
The width of the imaging surface of the camera, if the same height h, P C
Is

【0078】[0078]

【数15】 (Equation 15)

【0079】で表される。ステップS520では、注目
マーカの座標位置(X,Y,Z)を、次式に従って、画
像座標系での位置(xh,yh,zh)に変換する。
Is represented by In step S520, the coordinate position (X, Y, Z) of the marker of interest is converted into a position (x h , y h , z h ) in the image coordinate system according to the following equation.

【0080】[0080]

【数16】 (Equation 16)

【0081】ステップS522では、マーカの観測予測
位置x,yとして、
In step S 522, the observed observation positions x and y of the markers are set as

【0082】[0082]

【数17】 [Equation 17]

【0083】を得る。次ぎに、ステップS420におけ
る「マーカ判別」の処理を説明する。第19図は、テー
ブル1000上において、一方のプレーヤのカメラ24
0が画像600を取得した場合を示す。テーブル100
0上に設けられているマーカを、例えばM1〜M7とし、
△印で表す。このマーカの三次元位置Miは既知であ
る。画像600内には、マーカM2,M3,M6,M7が含
まれている。一方、各マーカMiの観測予測位置はステ
ップS520で求められたものであり、それをPiとす
る。また、Qは、マーカ位置検出部5060が検出し、
検出部5060から渡されたマーカ位置を示す。
Is obtained. Next, the process of “marker determination” in step S420 will be described. FIG. 19 shows that the camera 24 of one player
0 indicates the case where the image 600 is acquired. Table 100
The marker is provided on the 0, for example, the M 1 ~M 7,
It is represented by a symbol. Three-dimensional position M i of this marker is known. The image 600 includes markers M 2 , M 3 , M 6 , and M 7 . On the other hand, observation prediction position of each marker M i are those calculated in step S520, that it and P i. Further, Q is detected by the marker position detection unit 5060,
The marker position passed from the detection unit 5060 is shown.

【0084】ステップS420の「マーカの判別」は、
マーカ位置検出部5060が検出したマーカ位置Qが、
どのPi(即ち、どのMi)に対応するかを判断するもの
である。第19図において、ベクトルeiを、検出され
たマーカ位置Qから各マーカの予測位置Piに向かうベ
クトルの長さ、即ち、距離を表すものとする。ステップ
S420の詳細を第20図に示す。即ち、第20図の処
理は、画像6000内に入るマーカi(i=0〜n)の
距離eiのうち、最小値を示すマーカを探索し、そのマ
ーカの識別子iを出力するものである。即ち、
The “judgment of marker” in step S420 is as follows.
The marker position Q detected by the marker position detection unit 5060 is
It is to determine which P i (that is, which M i ) corresponds. In FIG. 19, the vector e i represents the length of the vector from the detected marker position Q to the predicted position P i of each marker, that is, the distance. FIG. 20 shows the details of step S420. That is, the process of FIG. 20, of the distance e i marker i entering image 6000 (i = 0 to n), and searches for a marker indicating the minimum value, and outputs the identifier i of the marker . That is,

【0085】[0085]

【数18】 (Equation 18)

【0086】である。第19図の例では、P2間での距
離e2が一番短いので、マーカM2を磁気センサ出力の補
正に用いるデータとする。かくして、プレーヤがどのよ
うに移動しても、その活動範囲(フィールド)内では、
カメラ240はいずれかの1つ以上のマーカを画像中に
捉えるので、従来のように、フィールドの大きさを狭く
限定する必要が無くなる。
Is as follows. In the example of Fig. 19, since the shortest distance e 2 of between P 2, and data using the marker M 2 to the correction of the magnetic sensor output. Thus, no matter how the player moves, within their field of activity,
Since the camera 240 captures any one or more markers in the image, it is not necessary to restrict the size of the field to a narrow size as in the related art.

【0087】尚、ステップS430,ステップS440
での処理は、第1図において説明した処理と同じであ
る。 〈変形例1〉本発明は上述の実施例にのみ適用されるも
のではない。上記実施形態では、画像中にマーカを検出
する処理は、第17図に示すように、最初に見つかった
ものを追跡対象のマーカとしていた。そのために、例え
ば、第21図に示すように、あるフレームでマーカM1
を含む画像800が得られた場合に、その後のフレーム
の画像領域810には、マーカが領域810の端部では
あるがその領域810内に含まれている場合には、マー
カMiを補正処理の基準用のマーカとして決定すること
に不都合はない。しかし、その後のフレームで、例えば
画像820が得られ、その領域内にはマーカMiが外
れ、代わりにマーカM2を含む場合には、補正のための
基準マーカはそのマーカM2に変更せざるを得ない。こ
のようなマーカの変更は追跡に失敗した場合にも必要と
なり、位置ずれの補正には、新たに追跡されたマーカが
利用される。
Steps S430 and S440
Is the same as the processing described in FIG. <Modification 1> The present invention is not applied only to the above embodiment. In the above embodiment, in the process of detecting a marker in an image, as shown in FIG. 17, the marker found first is set as the marker to be tracked. Therefore, for example, as shown in FIG. 21, the markers M 1 in a frame
Is obtained, the marker M i is corrected in the image area 810 of the subsequent frame if the marker is located at the end of the area 810 but is included in the area 810. There is no inconvenience in determining the reference marker. However, in a subsequent frame, for example, an image 820 is obtained, and the marker M i falls within the area, and instead includes the marker M 2 , the reference marker for correction is changed to the marker M 2. I have no choice. Such a change of the marker is necessary even when tracking fails, and a newly tracked marker is used for correcting the positional deviation.

【0088】このように補正に使用するマーカを切り替
えることの問題点として、その切り替わりの際に、補正
値の急激な変化が原因となって、仮想物体が不自然に移
動してしまう場合がある。そこで、補正値の時間的整合
性を保つために、前フレームまでの補正値を次の補正値
の設定に反映させることを変形例として提案する。
As a problem of switching the marker used for correction as described above, a virtual object may move unnaturally at the time of the switching due to a sudden change in the correction value. . Therefore, in order to maintain the temporal consistency of the correction values, it is proposed as a modification that the correction values up to the previous frame are reflected in the setting of the next correction value.

【0089】即ち、あるフレームでの補正値(世界座標
系での平行移動を表す3次元ベクトル)をvt、前フレ
ームでの補正値をv't-1としたとき、次式で求められる
'tを新たな補正値とする。
That is, assuming that a correction value (a three-dimensional vector representing a parallel movement in the world coordinate system) in a certain frame is v t , and a correction value in a previous frame is v′t−1 , the following equation is obtained. Let v′t be a new correction value.

【0090】[0090]

【数19】 [Equation 19]

【0091】ここでαは、過去の情報の影響の度合いを
定義する0≦α<1の定数である。上記式の意味すると
ころは、前フレームでの補正値v't-1に拠る寄与度をα
とし、今回のフレームで得られた補正値vtを(1−
α)の寄与度で用いるというものである。このようにす
ることにより、補正値の急激な変化が緩和され、三次元
仮想画像の急激な変化(不自然な移動)が解消する。新
たな補正値αを適当な値に設定することで、マーカの切
り替わりによる不自然な物体の移動を防ぐことができ
る。
Here, α is a constant of 0 ≦ α <1 which defines the degree of influence of past information. The above equation means that the contribution based on the correction value v′t -1 in the previous frame is α
And the correction value v t obtained in the current frame is (1−
α). By doing so, a sudden change in the correction value is reduced, and a sudden change (unnatural movement) of the three-dimensional virtual image is eliminated. By setting the new correction value α to an appropriate value, it is possible to prevent unnatural movement of the object due to switching of the marker.

【0092】〈変形例2〉上記実施形態では、画像中に
マーカを検出する処理は、第17図に示すように、ロー
カル探索でマーカを発見できなかった場合、前回のフレ
ームでのマーカの位置に関わらず、全画面中で最も類似
度の高い点を追跡対象のマーカとしていた。ここで、マ
ーカの探索を、前のフレームで見つかったマーカの位置
を中心にして、マーカ探索を行う変形例を提案する。こ
れは、プレーヤの移動に伴う画像フレームの移動があっ
ても、マーカは前フレームに存在した位置から大きくず
れていない位置に存在する可能性が高いからである。
<Modification 2> In the above embodiment, the process of detecting a marker in an image is performed, as shown in FIG. 17, when the marker cannot be found by the local search, the position of the marker in the previous frame. Regardless of this, the point with the highest similarity in the entire screen is used as the marker to be tracked. Here, a modified example in which the marker search is performed centering on the position of the marker found in the previous frame is proposed. This is because, even if the image frame moves along with the movement of the player, there is a high possibility that the marker exists at a position that is not largely shifted from the position existing in the previous frame.

【0093】第22図は、前回のフレームにおいて見つ
かったマーカを今回のフレームに探索する原理を説明す
る。このような探索経路で探索を行い、ある閾値以上の
類似度を持つ点を見つけたら、この点を追跡対象のマー
カとするのである。 〈変形例3〉上記実施形態は光学式HMDを用いたもの
であったが、本発明は光学式HMDの適用に限定される
ものではなく、ビデオシースルー方式のHMDにも適用
可能である。
FIG. 22 explains the principle of searching for a marker found in the previous frame in the current frame. When a search is performed along such a search path and a point having a similarity higher than a certain threshold is found, this point is used as a marker to be tracked. <Modification 3> Although the above embodiment uses the optical HMD, the present invention is not limited to the application of the optical HMD, but can be applied to a video see-through HMD.

【0094】〈変形例4〉上記実施形態は、エアホッケ
ーゲームに適用したものであったが、本発明はエアホッ
ケーゲームに限られない。本発明は、複数人の作業(例
えばマレット操作)を、1つのカメラ手段により撮像し
て捉えるので、その複数人の作業を1つの仮想空間に再
現することが可能である。従って、本発明は、2人以上
の作業者を前提とした協調作業(例えば、複数人による
設計作業のMRプレゼンテーション、あるいは複数人の
対戦型ゲーム)の実施例にも好適である。
<Modification 4> Although the above embodiment is applied to an air hockey game, the present invention is not limited to an air hockey game. According to the present invention, since a plurality of works (for example, mallet operation) are imaged and captured by one camera, it is possible to reproduce the works of the plurality of persons in one virtual space. Therefore, the present invention is also suitable for an embodiment of a cooperative work (for example, an MR presentation of a design work by a plurality of persons or a competitive game of a plurality of persons) on the premise of two or more workers.

【0095】本発明の、複数のマーカに基づいた頭部姿
勢位置を補正する処理は、複数人の協調作業にのみ好適
であることはない。一人の作業者(あるいはプレーヤ)
に複合現実感を提示するシステムにも適用可能である。
The processing for correcting the head posture position based on a plurality of markers according to the present invention is not suitable only for cooperative work by a plurality of persons. One worker (or player)
It is also applicable to a system that presents mixed reality.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学装置に
因れば、作業者前方の画像を取得するためのカメラが作
業者の頭部位置に装着されているので、この画像を用い
て作業者の三次元位置が変動する場合においても、追随
して作業者の姿勢を精度良く計測することが可能とな
る。
As described above, according to the optical apparatus of the present invention, a camera for acquiring an image in front of the worker is mounted at the position of the worker's head. Even when the three-dimensional position of the worker fluctuates, the posture of the worker can be measured with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来技術において、および本発明の実施形態
に適用されている、カメラ位置の補正の原理を説明する
図。
FIG. 1 is a view for explaining the principle of camera position correction applied to a conventional technique and to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態に用いられているゲーム装
置の構成を示す側面図。
FIG. 2 is a side view showing the configuration of the game device used in the embodiment of the present invention.

【図3】 第2図のゲーム装置で左側プレーヤの視界に
見えるシーンを説明する図。
FIG. 3 is a view for explaining a scene seen in the field of view of a left player on the game device of FIG. 2;

【図4】 第2図のゲーム装置に用いられているHMD
の構成を説明する図。
FIG. 4 is an HMD used in the game device of FIG. 2;
FIG.

【図5】 第2図のゲーム装置のテーブルに設けられた
マーカの配置を説明する図。
FIG. 5 is a view for explaining an arrangement of markers provided on a table of the game device in FIG. 2;

【図6】 第5図のテーブル上で、プレーヤの移動につ
れて、プレーヤの頭部に装着されたカメラに捉えられる
画像中に含まれるマーカの変遷を説明する図。
FIG. 6 is a view for explaining changes in markers included in an image captured by a camera mounted on the player's head as the player moves on the table in FIG. 5;

【図7】 実施形態のゲーム装置のための、三次元画像
生成装置の構成を説明する図。
FIG. 7 is an exemplary view for explaining the configuration of a three-dimensional image generation device for the game device according to the embodiment;

【図8】 実施形態のマレット位置計測部に因る処理手
順を説明するフローチャート。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a processing procedure performed by a mallet position measurement unit according to the embodiment.

【図9】 実施形態のマレット位置計測部に因る処理手
順の一部サブルーチン(ローカル探索)を説明するフロ
ーチャート。
FIG. 9 is an exemplary flowchart illustrating a subroutine (local search) of a processing procedure performed by the mallet position measurement unit according to the embodiment;

【図10】 実施形態のマレット位置計測部に因る処理
手順の一部サブルーチン(グローバル探索)を説明する
フローチャート。
FIG. 10 is an exemplary flowchart illustrating a subroutine (global search) of a processing procedure performed by the mallet position measurement unit according to the embodiment;

【図11】 第8図のフローチャートの処理において用
いられる処理対象領域の分割を説明する図。
FIG. 11 is a view for explaining division of a processing target area used in the processing of the flowchart in FIG. 8;

【図12】 第8図のフローチャートの処理において用
いられる対象領域の設定手法を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a setting method of a target area used in the processing of the flowchart in FIG. 8;

【図13】 本実施形態のゲームにおける仮想ゲームフ
ィールドの構成を説明する図。
FIG. 13 is an exemplary view for explaining the configuration of a virtual game field in the game according to the embodiment;

【図14】 実施形態のゲーム状態管理部におけるゲー
ム管理の制御手順を説明するフローチャート。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a control procedure of game management in a game state management unit according to the embodiment.

【図15】 マレット検出ための手法を説明する図。FIG. 15 is a diagram illustrating a technique for detecting a mallet.

【図16】 実施形態における補正処理部の処理手順を
全体的に説明するフローチャート。
FIG. 16 is an exemplary flowchart for entirely explaining the processing procedure of a correction processing unit according to the embodiment;

【図17】 第16図のフローチャートの一部(マーカ
の追跡)を詳細に説明するフローチャート。
FIG. 17 is a flowchart for explaining in detail a part of the flowchart of FIG. 16 (tracking of a marker);

【図18】 第16図のフローチャートの一部(マーカ
位置の予測)を詳細に説明するフローチャート。
FIG. 18 is a flowchart for explaining in detail a part of the flowchart of FIG. 16 (prediction of a marker position);

【図19】 補正のために使用される基準となるマーカ
の検出の原理を説明する図。
FIG. 19 is a view for explaining the principle of detection of a marker serving as a reference used for correction.

【図20】 基準となるマーカの検出の原理を説明する
フローチャート。
FIG. 20 is a flowchart illustrating the principle of detection of a reference marker.

【図21】 実施形態の変形例に適用される基準マーカ
の変遷を説明する図。
FIG. 21 is an exemplary view for explaining transition of reference markers applied to a modification of the embodiment;

【図22】 実施形態の変形例に適用されるマーカ探索
の原理を説明する図。
FIG. 22 is an exemplary view for explaining the principle of marker search applied to a modification of the embodiment;

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 裕之 横浜市西区花咲町6丁目145番地 横浜花 咲ビル 株式会社エム・アール・システム 研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Yamamoto 6-145 Hanasaki-cho, Nishi-ku, Yokohama-shi Hanasaki Building, Yokohama, Japan

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光学的シースルーの頭部に装着される光
学装置であって、 本体と、 前記本体に組み込まれ、画像を眼球に導く第1の光学系
と、 前記本体に固定され、前記頭部前方に視野を有するカメ
ラとを具備する頭部装着型の光学装置。
1. An optical device mounted on a head of an optical see-through, comprising: a main body; a first optical system incorporated in the main body, for guiding an image to an eyeball; A head-mounted optical device comprising a camera having a field of view in front of the head.
【請求項2】 前記頭部の3次元の位置と姿勢を検出す
るための3次元位置姿勢センサと、前記画像を表示する
液晶表示パネルとを更に有することを特徴とする請求項
1に記載の頭部装着型の光学装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a three-dimensional position and orientation sensor for detecting a three-dimensional position and orientation of the head, and a liquid crystal display panel for displaying the image. Head-mounted optical device.
【請求項3】 前記3次元位置センサは、磁界変化を検
出する磁気センサであり、前記磁気センサは前記液晶表
示部から空間的に離間して前記本体に固定されたことを
特徴とする請求項1に記載の頭部装着型の光学装置。
3. The device according to claim 2, wherein the three-dimensional position sensor is a magnetic sensor that detects a change in a magnetic field, and the magnetic sensor is fixed to the main body while being spatially separated from the liquid crystal display unit. 2. The head-mounted optical device according to 1.
【請求項4】 光学的シースルー型の光学装置であっ
て、 前記本体に組み込まれ、外部環境からの光を眼球に導く
第2の光学系と、 前記画像を表示する表示部とを有することにより、 前記眼球には、前記第1の光学系からの前記画像の光
と、前記第2の光学系からの環境の光が入光することを
特徴とする請求項1に記載の頭部装着型の光学装置。
4. An optical see-through type optical device, comprising: a second optical system that is incorporated in the main body and guides light from an external environment to an eyeball; and a display unit that displays the image. The head-mounted type according to claim 1, wherein the eyeball receives light of the image from the first optical system and light of an environment from the second optical system. Optical device.
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Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001305474A (en) * 2000-04-24 2001-10-31 Olympus Optical Co Ltd Head-mounted video display device
US6956503B2 (en) 2002-09-13 2005-10-18 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus, image display method, measurement apparatus, measurement method, information processing method, information processing apparatus, and identification method
US6972734B1 (en) 1999-06-11 2005-12-06 Canon Kabushiki Kaisha Mixed reality apparatus and mixed reality presentation method
US7084887B1 (en) 1999-06-11 2006-08-01 Canon Kabushiki Kaisha Marker layout method, mixed reality apparatus, and mixed reality space image generation method
JP2007233971A (en) * 2006-03-03 2007-09-13 Canon Inc Image compositing method and device
JP2008122109A (en) * 2006-11-08 2008-05-29 Canon Inc Information processing device and information processing method
CN100417197C (en) * 2003-07-08 2008-09-03 佳能株式会社 Position and orientation detection method and apparatus
JP2008224454A (en) * 2007-03-13 2008-09-25 Canon Inc Information processor and information processing method
CN100435560C (en) * 2005-06-28 2008-11-19 佳能株式会社 Information processing method and apparatus
US7529387B2 (en) 2004-05-14 2009-05-05 Canon Kabushiki Kaisha Placement information estimating method and information processing device
US7657065B2 (en) 2004-05-14 2010-02-02 Canon Kabushiki Kaisha Marker placement information estimating method and information processing device
US7676079B2 (en) 2003-09-30 2010-03-09 Canon Kabushiki Kaisha Index identification method and apparatus
US7812871B2 (en) 2005-12-15 2010-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Index identification method and apparatus
US7928977B2 (en) 2004-09-06 2011-04-19 Canon Kabushiki Kaisha Image compositing method and apparatus for superimposing a computer graphics image on an actually-sensed image
US8019114B2 (en) 2006-09-14 2011-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Position and orientation measurement method and apparatus
US8019148B2 (en) 2007-03-29 2011-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and image processing method
WO2011114659A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Sony Corporation Information processing device, information processing method, and program
US8081815B2 (en) 2006-08-11 2011-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Marker arrangement information measuring apparatus and method
US8330800B2 (en) 2005-07-11 2012-12-11 Canon Kabushiki Kaisha Information processing apparatus and method
US8335400B2 (en) 2006-03-31 2012-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Information processing method and information processing apparatus
WO2012177657A3 (en) * 2011-06-23 2013-05-02 Microsoft Corporation Total field of view classification for head-mounted display
JP2016510109A (en) * 2013-02-20 2016-04-04 スローン − ケタリング・インスティテュート・フォー・キャンサー・リサーチ Wide-field Raman imaging device and related method
US10105456B2 (en) 2012-12-19 2018-10-23 Sloan-Kettering Institute For Cancer Research Multimodal particles, methods and uses thereof
US10322194B2 (en) 2012-08-31 2019-06-18 Sloan-Kettering Institute For Cancer Research Particles, methods and uses thereof
US10688202B2 (en) 2014-07-28 2020-06-23 Memorial Sloan-Kettering Cancer Center Metal(loid) chalcogen nanoparticles as universal binders for medical isotopes
US10912947B2 (en) 2014-03-04 2021-02-09 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Systems and methods for treatment of disease via application of mechanical force by controlled rotation of nanoparticles inside cells
JP2021018206A (en) * 2019-07-23 2021-02-15 株式会社島津製作所 Head motion tracker device
US10919089B2 (en) 2015-07-01 2021-02-16 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Anisotropic particles, methods and uses thereof

Cited By (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6972734B1 (en) 1999-06-11 2005-12-06 Canon Kabushiki Kaisha Mixed reality apparatus and mixed reality presentation method
US7084887B1 (en) 1999-06-11 2006-08-01 Canon Kabushiki Kaisha Marker layout method, mixed reality apparatus, and mixed reality space image generation method
US7408561B2 (en) 1999-06-11 2008-08-05 Canon Kabushiki Kaisha Marker layout method, mixed reality apparatus, and mixed reality space image generation method
JP2001305474A (en) * 2000-04-24 2001-10-31 Olympus Optical Co Ltd Head-mounted video display device
US6956503B2 (en) 2002-09-13 2005-10-18 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus, image display method, measurement apparatus, measurement method, information processing method, information processing apparatus, and identification method
US7423553B2 (en) 2002-09-13 2008-09-09 Canon Kabushiki Kaisha Image display apparatus, image display method, measurement apparatus, measurement method, information processing method, information processing apparatus, and identification method
US7613356B2 (en) 2003-07-08 2009-11-03 Canon Kabushiki Kaisha Position and orientation detection method and apparatus
CN100417197C (en) * 2003-07-08 2008-09-03 佳能株式会社 Position and orientation detection method and apparatus
US7676079B2 (en) 2003-09-30 2010-03-09 Canon Kabushiki Kaisha Index identification method and apparatus
US7657065B2 (en) 2004-05-14 2010-02-02 Canon Kabushiki Kaisha Marker placement information estimating method and information processing device
US7529387B2 (en) 2004-05-14 2009-05-05 Canon Kabushiki Kaisha Placement information estimating method and information processing device
US7928977B2 (en) 2004-09-06 2011-04-19 Canon Kabushiki Kaisha Image compositing method and apparatus for superimposing a computer graphics image on an actually-sensed image
US7680336B2 (en) 2005-06-28 2010-03-16 Canon Kabushiki Kaisha Information processing method and apparatus
CN100435560C (en) * 2005-06-28 2008-11-19 佳能株式会社 Information processing method and apparatus
US8330800B2 (en) 2005-07-11 2012-12-11 Canon Kabushiki Kaisha Information processing apparatus and method
US10140723B2 (en) 2005-07-11 2018-11-27 Canon Kabushiki Kaisha Information processing apparatus and method
EP2562719A2 (en) 2005-07-11 2013-02-27 Canon Kabushiki Kaisha Information processing apparatus and method
US7812871B2 (en) 2005-12-15 2010-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Index identification method and apparatus
JP2007233971A (en) * 2006-03-03 2007-09-13 Canon Inc Image compositing method and device
US8335400B2 (en) 2006-03-31 2012-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Information processing method and information processing apparatus
US8081815B2 (en) 2006-08-11 2011-12-20 Canon Kabushiki Kaisha Marker arrangement information measuring apparatus and method
US8019114B2 (en) 2006-09-14 2011-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Position and orientation measurement method and apparatus
JP2008122109A (en) * 2006-11-08 2008-05-29 Canon Inc Information processing device and information processing method
JP2008224454A (en) * 2007-03-13 2008-09-25 Canon Inc Information processor and information processing method
US8019148B2 (en) 2007-03-29 2011-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Image processing apparatus and image processing method
WO2011114659A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Sony Corporation Information processing device, information processing method, and program
US9076256B2 (en) 2010-03-17 2015-07-07 Sony Corporation Information processing device, information processing method, and program
CN102792339A (en) * 2010-03-17 2012-11-21 索尼公司 Information processing device, information processing method, and program
WO2012177657A3 (en) * 2011-06-23 2013-05-02 Microsoft Corporation Total field of view classification for head-mounted display
US9041623B2 (en) 2011-06-23 2015-05-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Total field of view classification for head-mounted display
US10322194B2 (en) 2012-08-31 2019-06-18 Sloan-Kettering Institute For Cancer Research Particles, methods and uses thereof
US10105456B2 (en) 2012-12-19 2018-10-23 Sloan-Kettering Institute For Cancer Research Multimodal particles, methods and uses thereof
JP2016510109A (en) * 2013-02-20 2016-04-04 スローン − ケタリング・インスティテュート・フォー・キャンサー・リサーチ Wide-field Raman imaging device and related method
US10888227B2 (en) 2013-02-20 2021-01-12 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Raman-triggered ablation/resection systems and methods
US10912947B2 (en) 2014-03-04 2021-02-09 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Systems and methods for treatment of disease via application of mechanical force by controlled rotation of nanoparticles inside cells
US10688202B2 (en) 2014-07-28 2020-06-23 Memorial Sloan-Kettering Cancer Center Metal(loid) chalcogen nanoparticles as universal binders for medical isotopes
US10919089B2 (en) 2015-07-01 2021-02-16 Memorial Sloan Kettering Cancer Center Anisotropic particles, methods and uses thereof
JP2021018206A (en) * 2019-07-23 2021-02-15 株式会社島津製作所 Head motion tracker device

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