CN108463793B - 图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元 - Google Patents

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Abstract

提供能够进行高精度的触摸识别的图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元。图像识别装置(500)具有：图案显示部(510)，其在不同的时刻显示第1图案(810)和第2图案(820)，在该第1图案(810)中，亮线按照第1周期配置，在该第2图案(820)中，亮线按照第2周期配置；计测点判定部(520)，其检测位于照相机(400)与屏幕(900)之间的手指(F)，判定手指(F)的指尖(F1)；以及位置检测部(530)，其根据照相机(400)所取得的包含第1图案(810)的图像和包含第2图案(820)的图像，检测指尖(F1)相对于屏幕(900)的位置。

Description

图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元
技术领域
本发明涉及图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元。
背景技术
作为检测手指是否与投影有来自投影仪的图像的屏幕接触的图像识别技术，公知有专利文献1的技术。在专利文献1的图像识别技术中，首先，将格子图案的构造光投影在屏幕上，接着，根据来自摄像装置(照相机)的图像来确认所述手指的位置处的格子图案的变化，从而进行触摸识别。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：US2011/0254810号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在专利文献1所记载的图像识别技术中，存在如下问题：从摄像装置观察时的手指的深度方向的位置检测精度较差，与此相伴地触摸识别的精度也较差。
本发明的目的在于，提供能够进行高精度的触摸识别的图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元。
用于解决课题的手段
这样的目的是通过下述的本发明而达成的。
本发明的图像识别装置被使用在图像显示单元中，该图像显示单元具有：摄像装置，其对图像显示面进行拍摄；以及检测用图像显示装置，其在所述图像显示面上显示检测用的图案，该图像识别装置的特征在于，具有：图案显示部，其使所述检测用图像显示装置在不同的时刻显示第1图案和第2图案，其中，在该第1图案中，与核线交叉的亮线按照第1周期配置，该核线是根据所述摄像装置与所述检测用图像显示装置之间的位置关系而确定的，在该第2图案中，与所述核线交叉的亮线按照与所述第1周期不同的第2周期配置；计测点判定部，其检测位于所述摄像装置与所述图像显示面之间的对象物，判定所述对象物的计测对象点；以及位置检测部，其根据所述摄像装置所取得的包含所述计测对象点和所述第1图案的图像、以及包含所述计测对象点和所述第2图案的图像，检测所述计测对象点相对于所述图像显示面的位置。
由此，能够根据位置检测部的检测结果，高精度地进行触摸识别(对象物与图像显示面接触还是不接触的判断)。
在本发明的图像识别装置中，优选所述第2周期小于所述第1周期的2倍。
由此，能够进行更高精度的触摸识别。
在本发明的图像识别装置中，优选所述第1图案和所述第2图案分别被分割成沿着所述亮线的排列方向具有第3周期的多个区域，对所述多个区域分别赋予用于确定位置的地址。
由此，能够检测出检测对象点所位于的地址，并且能够根据检测出的地址来显示辅助的图案(后述的第3图案等)。因此，能够进行更高精度的触摸识别。
在本发明的图像识别装置中，优选所述第3周期等于所述第1周期与所述第2周期的最小公倍数。
由此，能够减少产生相位缠绕的可能性，能够进行更高精度的触摸识别。
在本发明的图像识别装置中，优选的是，所述图案显示部使所述检测用图像显示装置在除了所述计测对象点所位于的所述区域以外的区域，显示沿着穿过所述计测对象点的所述核线的、线状的第3图案。
由此，能够通过第3图案来区分相位缠绕，能够进行更高精度的触摸识别。
在本发明的图像识别装置中，优选所述图案显示部使所述检测用图像显示装置显示如下的第3图案：该第3图案跨越所述计测对象点所位于的所述区域、和与所述计测对象点所位于的所述区域相邻的两个区域。
由此，能够区分相位缠绕，能够进行更高精度的触摸识别。
在本发明的图像识别装置中，优选所述图案显示部使所述检测用图像显示装置显示如下的第3图案：该第3图案具有沿着与所述核线平行的方向的线状图案，并且相邻的所述多个区域的所述线状图案在与所述核线交叉的方向上错开地配置。
由此，能够区分相位缠绕，能够进行更高精度的触摸识别。
本发明的图像识别方法被使用在图像显示单元中，该图像显示单元具有：摄像装置，其对图像显示面进行拍摄；检测用图像显示装置，其在所述图像显示面上显示检测用图像，该图像识别方法的特征在于，具有如下的步骤：图案显示步骤，使所述检测用图像显示装置在不同的时刻显示第1图案和第2图案，其中，在该第1图案中，与核线交叉的亮线按照第1周期配置，该核线是根据所述摄像装置与所述检测用图像显示装置之间的位置关系而确定的，在该第2图案中，与所述核线交叉的亮线按照与所述第1周期不同的第2周期配置；计测点判定步骤，检测位于所述摄像装置与所述图像显示面之间的对象物，判定所述对象物的计测对象点；以及位置检测步骤，根据所述摄像装置所取得的包含所述计测对象点和所述第1图案的图像、以及包含所述计测对象点和所述第2图案的图像，检测所述计测对象点相对于所述图像显示面的位置。
由此，能够根据位置检测部的检测结果，高精度地进行触摸识别(对象物与图像显示面接触还是不接触的判断)。
本发明的图像识别单元的特征在于，具有：本发明的图像识别装置；所述摄像装置；以及所述检测用图像显示装置。
由此，获得能够高精度地进行触摸识别的图像识别单元。
在本发明的图像识别单元中，优选具有图像显示装置，该图像显示装置在所述图像显示面上显示图像。
由此，能够在图像显示面上显示期望的图像。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的图像识别单元的结构的图。
图2是图1所示的投影仪的结构图。
图3是图1所示的投影仪的结构图。
图4是图3所示的投影仪所具有的扫描部的俯视图。
图5是图1所示的图像识别装置的框图。
图6是示出第1图案和第2图案的图。
图7是对核线(epipolar line)进行说明的图。
图8是对触摸识别的方法进行说明的图。
图9是对触摸识别的方法进行说明的图。
图10是对触摸识别的方法进行说明的图。
图11是示出在本发明第2实施方式的图像识别单元中使用的照明光的图。
图12是示出构成手指的物质的波长吸收特性的曲线图。
图13是示出在本发明第3实施方式的图像识别单元中使用的检测用图案的图。
图14是对触摸识别的方法进行说明的图。
图15是对触摸识别的方法进行说明的图。
图16是在本发明第4实施方式的图像识别单元中使用的投影仪的结构图。
图17是对触摸识别的方法进行说明的图。
图18是对触摸识别的方法进行说明的图。
图19是对触摸识别的方法进行说明的图。
图20是示出在本发明第5实施方式的图像识别单元中使用的检测用图案的图。
图21是对触摸识别的方法进行说明的图。
图22是对触摸识别的方法进行说明的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元的优选实施方式进行说明。
<第1实施方式>
首先，对第1实施方式的图像识别单元进行说明。
图1是示出本发明第1实施方式的图像识别单元的结构的图。图2是图1所示的投影仪的结构图。图3是图1所示的投影仪的结构图。图4是图3所示的投影仪所具有的扫描部的俯视图。图5是图1所示的图像识别装置的框图。图6是示出第1图案和第2图案的图。图7是对核线进行说明的图。图8到图10是分别对触摸识别的方法进行说明的图。
图1所示的图像识别单元100例如是如下的装置：该图像识别单元100能够判定手指(对象物)F是否与平坦的屏幕(图像显示面)900接触，根据判定结果来切换显示于屏幕900的图像。另外，以下，将手指F是否与屏幕900接触的判断称为“触摸识别”。这样的图像识别单元100例如可以使用在演示中，通过进行演示者的手指的触摸识别，在需要时对呈现在屏幕900的图像进行切换、或者进行放大或缩小，能够使演示顺利地进行。
但是，作为图像显示面，并不限定于屏幕900，例如，也可以是墙壁、玻璃等。并且，图像显示面可以不是平坦的，也可以是球面或凹凸面。并且，图像显示面的形状也可以随时间而发生变化。并且，作为进行触摸识别的对象物，并不限定于手指F，例如，也可以是指示棒、吸附于屏幕900的磁铁等。并且，作为图像识别单元100的用途，并不限定于演示，例如，可以使用在商场等的店铺引导、经办商品的介绍/检索等各种用途中。
如图1所示，这样的图像识别单元100具有图像显示单元和进行触摸识别的图像识别装置500，该图像显示单元具有：投影仪(图像显示装置)200，其在屏幕900上显示图像；投影仪(检测用图像显示装置)300，其在屏幕900上显示检测用图案；以及照相机(摄像装置)400，其对屏幕900进行拍摄。
投影仪300和照相机400配置在不同的位置。并且，投影仪300和照相机400的相对(几何)位置关系恒定，与位置关系相关的信息被存储在图像识别装置500所具有的未图示的存储部中，并且被适当使用。
以下，对投影仪200、投影仪300、照相机400以及图像识别装置500按顺序进行说明。
[投影仪200]
投影仪200是将想要使观察者看到的图像(例如，演示用的图像)显示于屏幕900的装置。
这样的投影仪200是LCD方式的投影仪，如图2所示，具有液晶显示元件240R、240G、240B、分色棱镜250以及投射透镜系统260。并且，向液晶显示元件240R入射红色光R，向液晶显示元件240G入射绿色光G，向液晶显示元件240B入射蓝色光B。
液晶显示元件240R、240G、240B是分别与R、G、B的原色对应的透过型的空间光调制器，被液晶显示元件240R、240G、240B分别进行了空间调制的光经分色棱镜250合成而从分色棱镜250射出全色的影像光La。并且，所射出的影像光La被投射透镜系统260放大而投射到屏幕900。由此，在屏幕900上显示图像。
以上，对投影仪200进行了说明，但作为投影仪200，只要能够在屏幕900上显示图像，则并不限定于LCD方式的投影仪，例如，可以是光扫描方式的投影仪，也可以是DMD方式的投影仪。
[投影仪300]
投影仪300是将用于进行触摸识别的检测用图案显示于屏幕900的装置。
这样的投影仪300是光扫描型的投影仪，如图3所示，具有光源310、扫描部320以及未图示的投射透镜系统。
光源310具有：光源311R，其射出红色的激光；光源311G，其射出绿色的激光；光源311B，其射出蓝色的激光；准直透镜312R、312G、312B，它们使从光源311R、311G、311B射出的光平行化；光合成部313；以及聚光透镜314。
光合成部313是对来自光源311R、311G、311B的激光进行合成而生成调制光Lb的要素，具有3个分色镜313a、313b、313c。并且，由光合成部313生成的调制光Lb被聚光透镜314变更为期望的NA(数值孔径)之后，被引导至扫描部320。
扫描部320是能够绕两轴摆动的光扫描仪，如图4所示，具有：可动部330，其具有反射镜331；轴部341、342，它们将可动部330支承为能够绕轴J1摆动；驱动框部350，其对轴部341、342进行支承；轴部361、362，它们将驱动框部350支承为能够绕与轴J1垂直的轴J2摆动；以及框状的支承部370，其对轴部361、362进行支承。在这样的扫描部320中，一边通过未图示的驱动单元使驱动框部350相对于支承部370绕轴J2摆动，一边使可动部330相对于驱动框部350绕轴J1摆动，由此，能够对被反射镜331反射的调制光Lb进行二维扫描。
然后，被扫描部320扫描后的调制光Lb被未图示的投射透镜系统放大而投射到屏幕900。由此，在屏幕900上显示检测用图案。
以上，对投影仪300进行了说明，但作为投影仪300，只要能够在屏幕900上显示检测用图案，则并不限定于光扫描方式的投影仪，例如可以是LCD方式的投影仪，也可以是DMD方式的投影仪。并且，即使是光扫描方式的投影仪，也并不限定于上述的结构，例如，也可以使用两个单轴摆动型的光扫描仪对调制光Lb进行二维扫描。并且，投影仪300也可以构成为使用衍射光学元件和激光光源对两种不同的固定图案进行投影。
[照相机400]
照相机400是对屏幕900进行拍摄的装置。这样的照相机400例如是RGB照相机，如图1所示，具有：受光单元410，其具有镜头系统411和摄像元件412；以及未图示的处理部，其对来自摄像元件412的影像信号进行处理。
[图像识别装置]
图像识别装置500是使用上述的投影仪300和照相机400进行触摸识别的装置。
如图5所示，这样的图像识别装置500具有图案显示部510、计测点判定部520以及位置检测部530。
图案显示部510使投影仪300在屏幕900上显示检测用图案(图案显示步骤)。如图6所示，检测用图案具有第1图案810和第2图案820，这些图案被交替地照射在屏幕900上。即，第1图案810和第2图案820不是同时显示，而是在不同的时刻显示(以分时方式显示)。
这里，对与第1、第2图案810、820相关的核线EL进行简单地说明。核线EL是根据投影仪300与照相机400的几何(相对)位置关系而确定的线。具体来说，如图7所示，将直线(基线)l2与投影仪300的假想图像平面π2之间的交点称为核点Pe，将在假想图像平面π2内穿过核点Pe的所有直线称为核线EL，其中，该直线l2是将照相机400的照相机中心(镜头系统411的主点)C1与对扫描部320的调制光Lb进行扫描时的角度变更中心(反射镜331的中心)C2连接而得的直线。
并且，如图7所示，如果指尖F1包含在照相机400的图像中，则照相机400的图像平面π1内的指尖F1的坐标(面内坐标)x被确定。将由穿过该坐标x和照相机中心C1的直线l1和直线l2限定的平面称为核平面Σ。并且，在将与直线l3一致的核线EL称为“核线EL'”的情况下，指尖F1位于核线EL'上的某处，该直线l3是核平面Σ与假想图像平面π2交叉而形成的。
另外，在图6中图示了对照相机400所取得的图像进行立体平行化处理(核线水平化处理)而得的图像。因此，所有核线EL为大致平行并且在水平方向(纸面横向)上延伸的状态。
如图6所示的立体平行化图像那样，第1图案810是如下图案：在与核线EL大致垂直的方向(铅直方向)上延伸的亮线按照第1周期(间距)T1配置。具体来说，第1图案810具有：第1区域811，其具有规定的亮度；以及第2区域812，其具有与第1区域811不同的亮度，该第1图案810是将这些区域811、812以相同的宽度T1交替配置而成的图案。优选第1区域811和第2区域812的亮度被确定为使对比度尽可能较高。
另一方面，如图6所示的立体平行化图像那样，第2图案820是如下图案：在与核线EL大致垂直的方向(铅直方向)上延伸的亮线按照与第1周期T1不同的第2周期(间距)T2配置。具体来说，第2图案820具有：第1区域821，其具有规定的亮度；以及第2区域822，其具有与第1区域821不同的亮度，该第2图案820是将这些区域821、822以相同的宽度T2交替配置而成的图案。优选第1区域821和第2区域822的亮度被确定为使对比度尽可能较高。
这里，作为第2周期T2，没有特别地限定，但优选小于第1周期T1的2倍。当使第2周期T2为第1周期T1的2倍以上时，由于在第2图案820的1个周期T2内包含两个周期以上的第1图案810，所以后述的指尖F1的深度分析的准确性可能因使用环境等而降低。另外，在本实施方式中，第2周期T2为第1周期T1的1.75倍。在后面对该理由进行说明。
以上，对第1、第2图案810、820进行了说明，但作为第1、第2图案810、820，并不限定于上述的结构。例如，第1区域811、821和第2区域812、822可以分别相对于核线EL倾斜，也可以呈蛇行状、圆弧状弯曲。
计测点判定部520根据照相机400所取得的图像来检测位于照相机400与屏幕900之间的手指F，然后将手指F的指尖F1判定为计测对象点(计测点判定步骤)。
作为指尖F1的判定方法，例如，首先，利用照相机400取得照射了第1图案810的屏幕900的图像，将对该图像进行了立体平行化后的图像存储为第1图案基准图像。然后，能够根据同时呈现出第1图案810和指尖F1的立体平行化图像与第1图案基准图像之间的差分来提取手指F的轮廓，从所提取的手指F的轮廓形状中检测具有与指尖F1类似的轮廓形状的部分，将检测出的部分判定为指尖F1。
另外，作为指尖的判定方法，并不限定于此。例如，也可以代替第1图案基准图像，利用照相机400取得照射了第2图案820的屏幕900的图像，使用对该图像进行了立体平行化的第2图案基准图像，根据同时呈现出第2图案820和指尖F1的立体平行化图像与第2图案基准图像之间的差分来提取手指F的轮廓。并且，也可以同时使用第1图案基准图像和第2图案基准图像。
并且，例如，也可以使用HSV颜色系统从照相机400所取得的图像中提取类似肤色区域(具有与手指F的颜色相似的颜色的区域)，然后，从所提取的类似肤色区域的轮廓形状中检测具有与指尖F1类似的轮廓形状的部分，将检测出的部分判定为指尖F1。
位置检测部530根据呈现在照相机400所取得的图像中的第1图案810和第2图案820来检测指尖F1的深度(位置)，根据该检测结果来进行触摸识别(位置检测步骤)。
具体来说，首先，如图8所示，位置检测部530通过照相机400来取得照射了第1图案810的状态的屏幕900的图像，对该图像进行立体平行化而获得第1图像P11，并且通过照相机400来取得照射了第2图案820的状态的屏幕900的图像，对该图像进行立体平行化而获得第2图像P12。在这样取得的第1图像P11中，在屏幕900上的第1图案810与指尖F1上的第1图案810之间产生基于指尖F1的深度的周期变动(图案偏移)。第2图像P12也同样如此。
另外，优选照相机400尽可能在短时间(例如，1/120秒以内)内取得这些图像。由此，能够使第1图像P11中的指尖F1的位置与第2图像P12中的指尖F1的位置之间的偏移变小，能够进行高精度的触摸识别。
接着，位置检测部530使用第1图像P11来进行呈现在屏幕900上的第1图案810的深度分析，检测(推测)屏幕900的与指尖F1重叠的位置的深度，并且进行呈现在指尖F1上的第1图案810的深度分析，检测指尖F1的深度。同时，位置检测部530使用第2图像P12来进行呈现在屏幕900上的第2图案820的深度分析，检测(推测)屏幕900的与指尖F1重叠的位置的深度，并且进行呈现在指尖F1上的第2图案820的深度分析，检测指尖F1的深度。
上述的检测结果是，如果在第1图像P11和第2图像P12的至少一方中，指尖F1的深度与屏幕900的深度不一致，则位置检测部530判定为指尖F1不与屏幕900接触的“非接触状态”。另一方面，在第1图像P11和第2图像P12的双方中，指尖F1的深度与屏幕900的深度一致的情况下，位置检测部530进一步进行如下的判定。
例如，当对第1图像P11进行说明时，如图9所示，即使指尖F1从屏幕900离开，在其离开方式产生相当于第1图案810的周期的整数倍的周期变动(图案偏移)的情况下，尽管是非接触状态，但也会得到指尖F1上的图案与指尖F1接触于屏幕900的接触状态相同的图像(以下，将该现象称为“相位缠绕(phase wrapping)”)。关于该点，第2图像P12也同样如此。
因此，在指尖F1的离开方式产生相当于第1图案810的周期的整数倍的周期变动、并且产生相当于第2图案820的周期的整数倍的周期变动的情况下，会产生相位缠绕。因此，需要区分是接触状态还是产生了相位缠绕的状态。另外，如前述那样，第2图案820的周期(第2周期T2)是第1图案810的周期(第1周期T1)的1.75倍。通过采用这样的关系，能够使两周期的最小公倍数变得比较大(第1周期T1的7倍、第2周期T2的4倍)，因此能够使产生相位缠绕的条件进一步降低。
作为区分是接触状态还是产生了相位缠绕的状态的方法，虽然没有特别地限定，但存在如下的方法。即，在接触状态的情况的第1、第2图像P11、P12中，由于指尖F1与屏幕900接触，所以如图9所示那样，不会在屏幕900上产生指尖F1的阴影。另一方面，在产生了相位缠绕的情况的第1、第2图像P11、P12中，由于指尖F1从屏幕900离开，所以如图10所示，在屏幕900上产生指尖F1的阴影SH。因此，如果在第1、第2图像P11、P12中在屏幕900上没有产生指尖F1的阴影，则位置检测部530可以判定为“接触状态”，如果产生了阴影，则位置检测部530可以判定为产生了相位缠绕的“相位缠绕状态”。
另外，根据投影仪300或照相机400的配置、指尖F1的形状或大小(个人差异)等，即使是接触状态，有时也会在屏幕900上产生阴影。因此，也可以对阴影的宽度(大小)设置阈值，如果小于阈值，则判定为“接触状态”，如果为阈值以上，则判定为“相位缠绕状态”。
在判定结果为“接触状态”时，位置检测部530将该判定结果发送到未图示的控制部。接收到该判定结果的所述控制部对投影仪200发送例如使显示于屏幕900的图像放大或缩小的命令、切换图像的命令等根据指尖F1的接触位置而确定的画面操作命令。通过进行这样的控制，仅通过利用指尖F1来触摸屏幕900，便能够对显示于屏幕900的图像进行操作，因此成为便利性高的图像识别单元100。
如以上那样，基于图像识别装置500的触摸识别的过程(方法)是进行图案显示步骤、计测点判定步骤以及位置检测步骤，通过按照规定的周期反复进行该过程，能够反复进行触摸识别。
根据这样的图像识别装置500，能够减少计算负担，并且能够进行精度高的触摸识别。并且，核线EL是根据投影仪300与照相机400的几何位置求出的线，而与屏幕900的三维位置或表面形状无关。因此，一旦设定了投影仪300与照相机400的几何位置，则能够不受屏幕900的位置或形状影响地进行触摸识别。特别是如前述那样，通过使用第1、第2图案810、820，减少了相位缠绕的产生，因此能够进行高精度的触摸识别。相反地，也可以说相位缠绕的产生被抑制，相应地能够缩短第1、第2图案810、820的周期，并且相应地能够进行更高精度的触摸识别。
<第2实施方式>
接着，对本发明第2实施方式的图像识别单元进行说明。
图11是示出在本发明第2实施方式的图像识别单元中使用的照明光的图。图12是示出构成手指的物质的波长吸收特性的曲线图。
以下，对本发明第2实施方式的图像识别单元进行说明，但以与前述实施方式不同的点为中心来进行说明，对同样的事项省略其说明。
第2实施方式的图像识别单元除了手指的提取方法不同以外，大部分与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述实施方式同样的结构赋予相同的标号。
在前述的第1实施方式中，由于在手指F的提取中必须使用第1图案基准图像或第2图案基准图像，所以例如在屏幕900的位置发生变化的情况、屏幕900的形状发生变化的情况(即，手指F的背景发生变化的情况)下，每次都必须重新取得第1、第2图案基准图像，从而有可能无法顺利地进行手指F的提取。即，前述的第1实施方式在屏幕900的位置和形状被固定的情况下发挥特别优异的效果。与此相对，在下面要叙述的本实施方式中，由于不需要第1图案基准图像或第2图案基准图像，所以即使在屏幕900的位置发生变化的情况、或屏幕900的形状发生变化的情况下，也能够顺利地提取手指F。
本实施方式的图像识别单元100除了具有投影仪200、投影仪300、照相机400以及图像识别装置500之外，如图11所示，还具有向屏幕900照射照明光LL的投影仪(照明光照射装置)600。投影仪600以扩展到屏幕900的整个区域的方式照射由NIR光(具有800nm～2500nm左右的波长的近红外线)构成的照明光LL。这样的照明光LL被使用在手指F的提取中。
作为投影仪600的结构，只要能够照射照明光LL，则没有特别地限定。例如，可以采用液晶型的投影仪、光扫描型的投影仪、DMD型的投影仪。并且，投影仪200或投影仪300也可以兼作投影仪600。
如图11所示，照明光LL包含：第1照明光LL1，其具有第1波长；以及第2照明光LL2，其具有与第1波长不同的第2波长，向屏幕900同时照射第1照明光LL1和第2照明光LL2。但是，也可以以分时方式交替照射第1照明光LL1和第2照明光LL2。并且，第1照明光LL1和第2照明光LL2都不是具有图案的纯光，它们对屏幕900进行均匀(均等)地照射。
此外，第1照明光LL1和第2照明光LL2都是NIR光，并且基于手指F的波长吸收特性是不同的。图12是示出构成手指F的物质的波长吸收特性的曲线图。如该图所示，例如，在800nm附近和1050nm附近，基于水和血红蛋白的光吸收比周边的波长少，与此相对，在970nm附近，基于水和血红蛋白的光吸收比周边的波长多。因此，在本实施方式中，将第1照明光LL1的波长设为800nm，将第2照明光LL2的波长设为970nm。但是，作为第1、第2照明光LL1、LL2的波长，只要波长吸收特性不同，则没有特别地限定，能够根据对象物的结构来进行适当设定。
并且，照相机400是能够同时取得基于第1照明光LL1的图像和基于第2照明光LL2的图像的双波段照相机。由于前述的波长吸收特性不同，所以在基于第1照明光LL1的图像和基于第2照明光LL2的图像中会产生差异，计测点判定部520通过对这些图像进行比较，能够进行手指F的提取。作为这样的方法，公知有“多光谱感测”、“高光谱感测”等。
根据这样的结构，由于不需要前述第1实施方式那样的第1图案基准图像或第2图案基准图像，所以即使在屏幕900的位置发生变化的情况、屏幕900的形状发生变化的情况下，也能够顺利地提取手指F。
通过以上那样的第2实施方式，也能够发挥与上述第1实施方式同样的效果。
<第3实施方式>
接着，对本发明第3实施方式的图像识别单元进行说明。
图13是示出在本发明第3实施方式的图像识别单元中使用的检测用图案的图。图14和图15是分别对触摸识别的方法进行说明的图。另外，在图14和图15中，为了方便说明，省略了照射到手指的第1、第2图案的图示。
以下，对本发明第3实施方式的图像识别单元进行说明，但以与前述实施方式不同的点为中心来进行说明，对同样的事项省略其说明。
第3实施方式的图像识别单元除了检测用图案的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述实施方式同样的结构赋予相同的标号。
在本实施方式中，如图13所示，作为检测用图案，还使用地址图案AD。地址图案AD具有如下功能：将第1、第2图案810、820分别分割成具有第3周期T3的多个区域，并且对分割出的各区域赋予地址(用于确定位置的信息)。
具体来说，地址图案AD由具有相当于第1、第2图案810、820的最小公倍数(第1图案810的周期的7倍、第2图案820的周期的4倍)的第3周期的图案构成，其显示在第1、第2图案810、820的上侧和下侧。即，第1图案810被地址图案AD分割成每7个周期为1个区域，能够对每个区域确定位置。同样，第2图案820被地址图案AD分割成每4个周期为1个区域，能够对每个区域确定位置。另外，1个地址的宽度被设定为比指尖F1的宽度稍大。
但是，作为地址图案AD的结构，只要能够发挥与上述同样的效果，则没有特别地限定。例如，地址图案AD也可以显示在第1、第2图案810、820的上侧和下侧中的至少一方。
并且，在本实施方式中，作为检测用图案，还使用第3图案700。第3图案700与第1、第2图案810、820一起从投影仪300被射出。
第3图案700是在穿过指尖F1的核线EL(EL')上延伸的线状的图案。并且，在除了指尖F1所位于的地址[N+1]以外、并且包含地址[N+1]的两侧相邻的地址[N]、[N+2]的范围内照射该第3图案700。另外，第3图案700可以由可见光生成，也可以由NIR光生成。并且，第3图案700可以与第1、第2图案810、820同时显示，也可以与第1、第2图案810、820交替(以分时方式)显示。
通过使用这样的第3图案700，能够高精度地区分是指尖F1处于接触状态还是产生了相位缠绕的状态。具体来说，在接触状态的情况下，第3图案700不会被照射在指尖F1上。因此，如图14所示，此时的立体平行化图像P31在地址[N+1]以外是维持着第3图案700的连续性的状态。并且，由于第3图案700不会被照射在指尖F1上，所以在指尖F1上不会有第3图案700与第1图案810或第2图案820重叠，能够将指尖F1上的第1、第2图案810、820识别为图像。另一方面，在产生了相位缠绕的情况下，第3图案700被照射在指尖F1上，在第3图案700的某处出现被指尖F1遮盖而成为阴影的部分。因此，如图15所示，在第3图案700中出现阴影部分710，此时的立体平行化图像P31为不连续的状态。并且，由于第3图案700被照射在指尖F1上，所以第1、第2图案810、820与第3图案700在指尖F1上重叠，不容易将指尖F1上的第1、第2图案810、820识别为图像。
根据这样的图像的差异，能够高精度地区分是接触状态还是产生了相位缠绕的状态。因此，能够进行更高精度的触摸识别。并且，由于能够以这种方式有效地抑制相位缠绕，所以能够缩短第1、第2图案810、820的周期，能够进行更高精度的触摸识别。并且，在立体平行化图像P31中，由于第3图案700在水平方向上延伸，所以图像的分析变得容易。
通过以上那样的第3实施方式，也能够发挥与上述第1实施方式同样的效果。
<第4实施方式>
接着，对本发明第4实施方式的图像识别单元进行说明。
图16是在本发明第4实施方式的图像识别单元中使用的投影仪的结构图。图17到图19是分别对触摸识别的方法进行说明的图。
以下，对本发明第4实施方式的图像识别单元进行说明，但以与前述实施方式不同的点为中心来进行说明，对同样的事项省略其说明。
第4实施方式的图像识别单元除了投影仪(检测用图像显示装置)的结构不同以外，与前述的第1实施方式相同。另外，对与前述实施方式同样的结构赋予相同的标号。
本实施方式的投影仪300与投影仪200(参照图2)大致相同，如图16所示，具有液晶显示元件381R、381G、381B、分色棱镜382以及投射透镜系统383。与投影仪200的不同之处是NIR光与红色光R一起入射到液晶显示元件381R。由于与绿色光G和蓝色光B相比，红色光R与NIR光的波长之差较小，所以能够比较简单地实现同一光学系统。根据这样的结构的投影仪300，能够以比较简单的结构同时照射由可见光生成的第1、第2图案810、820和由NIR光生成的第3图案700。
这里，当使用上述的投影仪300以NIR光照射第3图案700时，第3图案700被识别为红色(由于红色光R也与NIR光一起被调制)。因此，屏幕900上的图像有可能被第3图案700损坏。因此，为了不损坏屏幕900上的图像，在本实施方式中，如图17所示，对第3图案700赋予设计性，使第3图案700为看起来像指针的圆环状(环状)。并且，第3图案700跨越地址图案AD的3个周期(具体来说，指尖F1所位于的地址[N+1]及其两侧相邻的地址[N]和[N+2])地显示。并且，第3图案700的内部空间701被定位成跨越指尖F1所位于的地址[N+1]。
通过使用这样的第3图案700，也能够高精度地区分是指尖F1处于接触状态还是产生了相位缠绕的状态。例如，如图17所示，接触状态的情况下的立体平行化图像P41为如下状态：第3图案700也被照射在手指F上，第3图案700在整个圆周内呈环状显示。另一方面，在产生了1个周期的相位缠绕的情况下，第3图案700被照射在手指F上，在第3图案700中出现被手指F遮盖而成为阴影的部分。因此，如图18所示，此时的立体平行化图像P41是第3图案700的一部分呈现有阴影的状态。并且，在产生了两个周期以上的相位缠绕的情况下，第3图案700被照射在手指F的反面侧(屏幕900侧)。因此，如图19所示，此时的立体平行化图像P41是第3图案700的一部分被手指F遮盖而呈现的状态。
根据这样的图像的差异，能够高精度区分是接触状态还是产生了相位缠绕的状态。因此，能够进行更高精度的触摸识别。并且，在本实施方式中，由于第3图案700被识别为红色，所以第3图案700不会变得非常明亮，能够与周围形成高对比度。因此，能够进行更高精度的触摸识别。
另外，为了更高精度地检测产生了两个周期以上的相位缠绕的情况，例如，优选使第1、第2图案810、820按照规定的周期闪烁等，使得在取得第3图案700的图像时不显示第1、第2图案810、820。
通过以上那样的第4实施方式，也能够发挥与上述第1实施方式同样的效果。
<第5实施方式>
接着，对本发明第5实施方式的图像识别单元进行说明。
图20是示出在本发明第5实施方式的图像识别单元中使用的检测用图案的图。图21和图22是分别对触摸识别的方法进行说明的图。
以下，对本发明第5实施方式的图像识别单元进行说明，但以与前述实施方式不同的点为中心来进行说明，对同样的事项省略其说明。
第5实施方式的图像识别单元除了检测用图案的结构不同以外，与前述第3实施方式相同。另外，对与前述实施方式同样的结构赋予相同的标号。
在本实施方式中，如图20所示，作为检测用图案，除了第1、第2图案810、820之外，还照射第3图案700。第3图案700具有沿着与核线EL平行的方向的直线状的线状图案790，该线状图案790在纵向(与核线EL交叉的方向)上分开而显示有多条(在本实施方式中为3条)。并且，在相邻的地址中，各线状图案790沿纵向错开(即，在每个区域中不连续)。另外，第3图案700可以由可见光生成，也可以由NIR光生成。
通过使用这样的第3图案700，也能够高精度地区分是指尖F1处于接触状态还是产生了相位缠绕的状态。例如，在接触状态的情况的立体平行化图像P51中，如图21所示，线状图案790在指尖F1与屏幕900的边界部A处具有连续性。并且，由于指尖F1与屏幕900接触，所以不会在第3图案700中出现指尖F1的阴影。另一方面，在产生了相位缠绕的情况的立体平行化图像P51中，如图22所示，线状图案790在边界部A处沿纵向错开，或者出现阴影而不连续。
根据这样的图像的差异，能够高精度地区分是接触状态还是产生了相位缠绕的状态。因此，能够进行更高精度的触摸识别。
另外，为了更高精度地检测产生了两个周期以上的相位缠绕的情况，例如，优选使第1、第2图案810、820按照规定的周期闪烁等，使得在取得第3图案700的图像时不显示第1、第2图案810、820。
通过以上那样的第5实施方式，也能够发挥与上述第1实施方式同样的效果。
以上，根据图示的实施方式对本发明的图像识别装置、图像识别方法以及图像识别单元进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，在本发明的图像识别装置中，能够将各部分的结构置换成具有同样功能的任意结构，并且，还能够添加其他的任意结构。并且，也可以对前述的各实施方式进行适当组合。
标号说明
100：图像识别单元；200：投影仪；240B、240G、240R：液晶显示元件；250：分色棱镜；260：投射透镜系统；300：投影仪；310：光源；311B、311G、311R：光源；312B、312G、312R：准直透镜；313：光合成部；313a、313b、313c：分色镜；314：聚光透镜；320：扫描部；330：可动部；331：反射镜；341、342：轴部；350：驱动框部；361、362：轴部；370：支承部；381B、381G、381R：液晶显示元件；382：分色棱镜；383：投射透镜系统；400：照相机；410：受光单元；411：镜头系统；412：摄像元件；500：图像识别装置；510：图案显示部；520：计测点判定部；530：位置检测部；600：投影仪；700：第3图案；701：内部空间；710：阴影部分；790：线状图案；810：第1图案；811：第1区域；812：第2区域；820：第2图案；821：第1区域；822：第2区域；900：屏幕；A：边界部；AD：地址图案；B：蓝色光；C1：照相机中心；C2：角度变更中心；EL、EL'：核线；F：手指；F1：指尖；G：绿色光；J1、J2：轴；l1、l2、l3：直线；LL：照明光；LL1：第1照明光；LL2：第2照明光；La：影像光；Lb：调制光；P11：第1图像；P12：第2图像；P31、P41、P51：立体平行化图像；Pe：核点；R：红色光；SH：阴影；T1：第1周期(宽度)；T2：第2周期(宽度)；T3：第3周期；x：坐标；Σ：核平面；π1：图像平面；π2：假想图像平面。

Claims (9)

1.一种图像识别装置，该图像识别装置被使用在图像显示单元中，该图像显示单元具有：摄像装置，其对图像显示面进行拍摄；以及检测用图像显示装置，其在所述图像显示面上显示检测用的图案，该图像识别装置的特征在于，具有：
图案显示部，其使所述检测用图像显示装置在不同的时刻显示第1图案和第2图案，其中，在该第1图案中，与核线交叉的亮线按照第1周期配置，该核线是根据所述摄像装置与所述检测用图像显示装置之间的位置关系而确定的，在该第2图案中，与所述核线交叉的亮线按照与所述第1周期不同的第2周期配置；
计测点判定部，其检测位于所述摄像装置与所述图像显示面之间的对象物，判定所述对象物的计测对象点；以及
位置检测部，其根据所述摄像装置所取得的包含所述计测对象点和所述第1图案的图像、以及包含所述计测对象点和所述第2图案的图像，检测所述计测对象点相对于所述图像显示面的位置，
所述第1图案和所述第2图案分别被分割成沿着所述亮线的排列方向具有第3周期的多个区域，对所述多个区域分别赋予用于确定位置的地址。
2.根据权利要求1所述的图像识别装置，其中，
所述第2周期小于所述第1周期的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的图像识别装置，其中，
所述第3周期等于所述第1周期与所述第2周期的最小公倍数。
4.根据权利要求1或2所述的图像识别装置，其中，
所述图案显示部使所述检测用图像显示装置在除了所述计测对象点所位于的所述区域以外的区域，显示沿着穿过所述计测对象点的所述核线的、线状的第3图案。
5.根据权利要求1或2所述的图像识别装置，其中，
所述图案显示部使所述检测用图像显示装置显示如下的第3图案：该第3图案跨越所述计测对象点所位于的所述区域、和与所述计测对象点所位于的所述区域相邻的两个区域。
6.根据权利要求1或2所述的图像识别装置，其中，
所述图案显示部使所述检测用图像显示装置显示如下的第3图案：该第3图案具有沿着与所述核线平行的方向的线状图案，并且相邻的所述多个区域的所述线状图案在与所述核线交叉的方向上错开地配置。
7.一种图像识别方法，该图像识别方法被使用在图像显示单元中，该图像显示单元具有：摄像装置，其对图像显示面进行拍摄；检测用图像显示装置，其在所述图像显示面上显示检测用图像，该图像识别方法的特征在于，具有如下的步骤：
图案显示步骤，使所述检测用图像显示装置在不同的时刻显示第1图案和第2图案，其中，在该第1图案中，与核线交叉的亮线按照第1周期配置，该核线是根据所述摄像装置与所述检测用图像显示装置之间的位置关系而确定的，在该第2图案中，与所述核线交叉的亮线按照与所述第1周期不同的第2周期配置；
计测点判定步骤，检测位于所述摄像装置与所述图像显示面之间的对象物，判定所述对象物的计测对象点；
位置检测步骤，根据所述摄像装置所取得的包含所述计测对象点和所述第1图案的图像、以及包含所述计测对象点和所述第2图案的图像，检测所述计测对象点相对于所述图像显示面的位置；以及
将所述第1图案和所述第2图案分别分割成沿着所述亮线的排列方向具有第3周期的多个区域，对所述多个区域分别赋予用于确定位置的地址。
8.一种图像识别单元，其特征在于，具有：
权利要求1～6中的任意一项所述的图像识别装置；
所述摄像装置；以及
所述检测用图像显示装置。
9.根据权利要求8所述的图像识别单元，其中，
该图像识别单元具有图像显示装置，该图像显示装置在所述图像显示面上显示图像。
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