JP2000097637A - Attitude position detecting device - Google Patents

Attitude position detecting device

Info

Publication number
JP2000097637A
JP2000097637A JP10269558A JP26955898A JP2000097637A JP 2000097637 A JP2000097637 A JP 2000097637A JP 10269558 A JP10269558 A JP 10269558A JP 26955898 A JP26955898 A JP 26955898A JP 2000097637 A JP2000097637 A JP 2000097637A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
information
image
posture
feature point
attitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10269558A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000097637A5 (en
Inventor
Takumi Mori
工 毛利
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.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP10269558A priority Critical patent/JP2000097637A/en
Publication of JP2000097637A publication Critical patent/JP2000097637A/en
Publication of JP2000097637A5 publication Critical patent/JP2000097637A5/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable permit use in a computer with low-speed processability by providing an attitude position determining means to determine angle information and translational position information on an object to be measured. SOLUTION: The image of the periphery of a device is picked up by an image information obtaining means to obtain image information. Next, image information obtained by the image information obtaining means at a different point in time is compared and analyzed by an image analyzing means to detect angle information indicating the inclination of the device and translational position information indicating the position movement of the device. In addition, an angle information detecting means is capable of detecting angle information without using the image information, and a translational position information detecting means is capable of detecting translational position information without using the image information. Then, through the use of the angle information and translational position information from the image analyzing means, the angle information from the angle information detecting means, and the translational position information from the translational position information detecting means, the angle information and translational position information of an object to be measured are determined.

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】この発明は、移動体の3次元
空間内での姿勢を検出する姿勢検出装置に係り、特に、
ヘッドマウンティングディスプレイ(HMD)を装着し
た人間の頭部の姿勢を検知し、その情報に基づいて画像
を生成し、あたかも目の前に仮想空間が存在するかのよ
うに画像を表示するバーチャルリアリティ(VR)シス
テムにおいて、更に場所を限定することなく何処でも使
えるようなシステムを提供するための、自立型の姿勢位
置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a posture detecting device for detecting a posture of a moving body in a three-dimensional space, and more particularly, to a posture detecting device.
A virtual reality system that detects the posture of a human head wearing a head mounting display (HMD), generates an image based on the information, and displays the image as if a virtual space exists in front of the eyes ( In a VR (VR) system, the present invention relates to a self-contained posture / position detecting device for providing a system that can be used anywhere without further limiting the place.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、姿勢位置検出装置として、以下に
示すようなものが知られている。まず、操作者の周辺の
場所に光や超音波、磁界などの基準点となる発信器を設
けて、それに対応する位置を検出するようにした基準点
設置型の姿勢位置検出装置がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following are known as posture and position detecting devices. First, there is a reference point installation type posture position detecting device in which a transmitter serving as a reference point for light, ultrasonic waves, a magnetic field, or the like is provided at a location around an operator, and a position corresponding to the transmitter is detected.

【0003】これにに対し、自立型の姿勢位置検出装置
の従来技術としてジャイロなどの角速度センサを利用し
たシステムが開発されている。ジャイロセンサは、ジャ
イロ自身の回転に対する角速度を出力するので、この情
報を積分することにより、変位した相対角度を求めるこ
とができる。
On the other hand, a system using an angular velocity sensor such as a gyro has been developed as a conventional technique of a self-contained posture position detecting device. Since the gyro sensor outputs the angular velocity with respect to the rotation of the gyro itself, the displacement relative angle can be obtained by integrating this information.

【0004】よって、ジャイロセンサを直交する3軸の
空間上にそれぞれ配置することにより、この空間に対す
る回転姿勢位置を求めることができるようになる。これ
らのジャイロセンサの出力は、ある基準電圧を中心に回
転方向の向きに対して、正負の信号として出力される
が、その基準となるオフセット信号が温度や湿度の変化
でドリフトしたり、また外部磁界により特性が変わった
り、また音などの振動によって出力信号そのものが変動
したりする。
[0004] Therefore, by arranging the gyro sensors in a space of three axes orthogonal to each other, it becomes possible to obtain a rotational attitude position with respect to this space. The outputs of these gyro sensors are output as positive and negative signals with respect to the direction of rotation around a certain reference voltage, but the reference offset signal drifts due to changes in temperature or humidity, The characteristics change due to the magnetic field, and the output signal itself fluctuates due to vibration such as sound.

【0005】しかるに、角度を求めるのに、オフセット
信号に対する出力値の差分を常に積分して利用している
ため、これらのドリフトやノイズが含まれていると、そ
の演算結果である角度情報には大きな誤差が蓄積されて
しまう。
However, since the difference of the output value with respect to the offset signal is always used for calculating the angle, if these drifts and noises are included, the angle information which is the calculation result will be included in the angle information. Large errors accumulate.

【0006】したがって、従来より、これらのドリフト
信号をキャンセルするための対策が提案されている。そ
の一つには、方位センサからの情報を絶対方位として利
用し、ジャイロのドリフト成分をキャンセルする方法が
ある。
Therefore, conventionally, measures for canceling these drift signals have been proposed. One of the methods is to use information from a direction sensor as an absolute direction to cancel a drift component of a gyro.

【0007】この方位センサとしては、GPSや地磁気
センサを利用したシステムが開発されている。これは、
例えば、特開平5−71964号公報、特開平4−14
934号公報等に開示されている。
As this azimuth sensor, a system using a GPS or a geomagnetic sensor has been developed. this is,
For example, JP-A-5-71964, JP-A-4-14
No. 934, for example.

【0008】GPSは、いくつかの衛星からの信号をキ
ャッチしながらGPS自体の位置を特定するシステムで
あるが、建物の中やトンネルの中など電波が届き難いと
ころでは使えない。
[0008] The GPS is a system that specifies the position of the GPS itself while catching signals from several satellites, but cannot be used in places where radio waves are difficult to reach, such as in a building or a tunnel.

【0009】これ対して、地磁気センサは、地球上の地
磁気ベクトルに対して水平面内の直交した2軸に配置し
たMR素子が出力する情報により、地球の概ね北向きの
地磁気ベクトルの方向に対する磁気の強さを検出するこ
とができるので、各MR素子の2つの信号より方位方向
を求めることができる。
On the other hand, the terrestrial magnetism sensor uses the information output by the MR elements arranged on two axes perpendicular to the terrestrial magnetism vector with respect to the terrestrial magnetism vector to determine the magnetic field in the direction of the terrestrial magnetism vector substantially north of the earth. Since the intensity can be detected, the azimuth direction can be obtained from two signals of each MR element.

【0010】すなわち、それぞれの磁気の強さをX、Y
とすると、(1)式により方位(θ)が求められる。 θ=arcTan(Y/X) …(1) 因みに、地磁気ベクトルは、地球上の地域毎に固有なわ
ずかながら地理上の北に対して偏角と呼ばれる誤差が存
在する。
That is, the respective magnetic intensities are represented by X, Y
Then, the azimuth (θ) is obtained by the equation (1). θ = arcTan (Y / X) (1) Incidentally, the geomagnetic vector has an error called a declination with respect to the geographical north, which is unique to each region on the earth.

【0011】車のナビゲーションシステムなどに利用す
る姿勢検出装置ではこれらを補正して使わなければなら
ないが、VRシステム用の仮想表示用のシステムにおい
ては、あるローカルな空間での基準方位情報として利用
するだけなので、絶対的な方向の精度は必要ない。
In a posture detecting device used in a car navigation system, these must be corrected and used. In a virtual display system for a VR system, the system is used as reference azimuth information in a certain local space. No absolute direction accuracy is required.

【0012】よって、その方位情報の変位とジャイロの
変位角度情報を比較することにより、ジャイロのドリフ
トなどによる誤差を検知することができる。また、ジャ
イロの積算情報である角度データがリセットされたとき
を初期状態とし、そのときの地磁気ベクトルを測定して
おくと、ジャイロの積算結果との比較により絶対的な位
置の補正も可能となる。
Therefore, by comparing the displacement of the azimuth information with the displacement angle information of the gyro, it is possible to detect an error due to drift of the gyro or the like. In addition, when the angle data, which is the gyro integration information, is reset, and the geomagnetic vector at that time is measured, the absolute position can be corrected by comparing with the gyro integration result. .

【0013】しかし、ここで地磁気センサの問題とし
て、地磁気センサによるコンパスは水平面内に置いて測
定しなければならないと言うことである。これは前述し
た偏角と同様に、地磁気ベクトルが地球上の地域毎に固
有な垂直面内の仰角と呼ばれる傾きを持っており、東京
辺りでは、北向きに対して約48度前後下を向いてい
る。
However, a problem with the geomagnetic sensor is that the compass using the geomagnetic sensor must be placed in a horizontal plane for measurement. This is similar to the declination angle described above, in which the geomagnetic vector has a tilt called the elevation angle in a vertical plane peculiar to each region on the earth, and around Tokyo, it faces downward about 48 degrees from north. ing.

【0014】この傾きは、コンパスが水平面から傾いた
ときに方位の誤差として発生する要因である。車のナビ
ゲーションのようなシステムでは、車は基本的に水平面
内で動いているので、このままでも使うことができる。
This inclination is a factor that occurs as an azimuth error when the compass is inclined from a horizontal plane. In systems such as car navigation, the car is basically moving in a horizontal plane and can be used as is.

【0015】しかし、VRシステムでは人間の3次元的
な姿勢を測定するために傾いた状態でも検知する必要が
ある。図4は、VRシステムの一例を示している。
However, in the VR system, it is necessary to detect even a tilted state in order to measure a three-dimensional posture of a person. FIG. 4 shows an example of the VR system.

【0016】これは操作者の目の前の空間にコンピュー
タのデスクトップ画像を仮想的に表示した様子をイメー
ジ化した図である。ここで、操作者が右を向くと、デス
クトップ画像の右側の画面がHMD上に現れ、反対を向
くと左側の画面が現れ、更に上下方向を向くとその方向
の画面が現れてきて、操作者はあたかも目の前に大きな
デスクトップ空間が存在しているかのように感じること
ができる。
FIG. 1 is a view showing a virtual image of a desktop image of a computer displayed in a space in front of an operator. Here, when the operator turns right, a screen on the right side of the desktop image appears on the HMD, when the operator turns the opposite side, a screen on the left side appears, and when the operator turns further up and down, a screen in that direction appears. You can feel as if there is a large desktop space in front of you.

【0017】なお、図4において、参照符号51は仮想
スクリーン、52は実スクリーン、53はアイコン、5
4はウィンドウ、60はHMDである。図5は、このと
きの3次元空間の座標軸を示している。
In FIG. 4, reference numeral 51 denotes a virtual screen, 52 denotes a real screen, 53 denotes an icon,
4 is a window and 60 is an HMD. FIG. 5 shows coordinate axes in the three-dimensional space at this time.

【0018】すなわち、図5は、操作者の前方方向を+
X軸、左方向を+Y軸、上方向を+Z軸とした3次元空
間座標を示している。また、それぞれの軸に対する右ネ
ジの回転方向を+ロール(Roll)、+ピッチ(Pi
tch)、+ヨー(Yaw)とする。
That is, FIG. 5 shows that the forward direction of the operator is +
The figure shows three-dimensional space coordinates with the X axis, the + Y axis in the left direction, and the + Z axis in the upward direction. In addition, the rotation direction of the right screw with respect to each axis is defined as + roll, + pitch (Pi).
tch) and + Yaw (Yaw).

【0019】操作者が、左右画面を見るために左右を向
く場合にはYaw方向の変化となるが、画面の上下方向
を見るために頭を上下方向に動かすと、Pitch方向
が変化する。
When the operator turns left and right to look at the left and right screens, the direction changes in the Yaw direction. However, when the operator moves the head up and down to look in the vertical direction on the screen, the Pitch direction changes.

【0020】また、前記のジンバル機構に相当する機能
として、加速度センサにより傾斜角を測定し、その傾き
情報より地磁気センサ方位出力(θ)を補正するソフト
ウェアジンバル機構の方法がある。
Further, as a function corresponding to the gimbal mechanism, there is a method of a software gimbal mechanism which measures an inclination angle by an acceleration sensor and corrects the azimuth output (θ) of the geomagnetic sensor based on the inclination information.

【0021】ジャィロと地磁気センサに加速度センサを
組み合わせた装置としては、特開平8−178687号
公報に開示された従来例がある。但し、この場合、磁気
センサは3軸必要になり、それぞれの軸に対する出力を
X.Y、Zとし、このときの水平面に対する傾きをRo
ll,Pitchとすると、一般的な補正式は(2)式
となる。
As a device in which a gyro, a geomagnetic sensor and an acceleration sensor are combined, there is a conventional example disclosed in JP-A-8-178687. However, in this case, three magnetic sensors are required, and the output for each axis is X. Y and Z, and the inclination with respect to the horizontal plane at this time is Ro
Assuming ll and Pitch, the general correction equation is equation (2).

【0022】ここで、XhとYhは水平面内へ磁気ベク
トルの強さを補正した値である。 Xh=X*cos(Roll)+Y*sin (Roll)*sin(Pitch)-Zcos(Roll)*sin(Pilch) Yh=Y*cos(Roll)+Z*sin(Roll) =arcTan(Yh/Xh) …(2) また、加速度センサは、重力ベクトルGに対してセンサ
が(θg )傾いたときに、その検出方向の軸に垂直に投
影した長さに相当する重力加速度成分(G・cos(θ
g ))と、その他に加減速運動による運動加速度成分が
生じる。
Here, Xh and Yh are values obtained by correcting the strength of the magnetic vector into the horizontal plane. Xh = X * cos (Roll) + Y * sin (Roll) * sin (Pitch) -Zcos (Roll) * sin (Pilch) Yh = Y * cos (Roll) + Z * sin (Roll) = arcTan (Yh / Xh) (2) When the acceleration sensor is tilted by (θg) with respect to the gravity vector G, the acceleration sensor has a gravitational acceleration component (G · cos) corresponding to a length projected perpendicular to an axis in the detection direction. (Θ
g)), and a motion acceleration component due to the acceleration / deceleration motion is generated.

【0023】この運動加速度成分をキャンセルするため
に、フィルタリング処理を施す必要がある。このような
構成とすることにより、理論的には、矛盾なく3次元空
間上の姿勢を求めることができるようになる。
In order to cancel the motion acceleration component, it is necessary to perform a filtering process. By adopting such a configuration, it is theoretically possible to obtain a posture in a three-dimensional space without contradiction.

【0024】また、加速度センサは、地球の重力を基準
として、その傾き情報の出力を利用するようにしたつま
り傾斜センサとして使われている。また、画像処理によ
る移動体の動きを検出する方法としては特開平6−89
342号公報に開示された従来例がある。
The acceleration sensor uses the output of the inclination information based on the gravity of the earth, that is, is used as an inclination sensor. Japanese Patent Laid-Open No. 6-89 describes a method for detecting the movement of a moving object by image processing.
No. 342 discloses a conventional example.

【0025】特別なマークや光源を移動体の周りの空間
に配置し、それを画像処理により動きベクトルを検出す
ることにより、移動体の姿勢を測定する方法が従来より
提案されている。
Conventionally, there has been proposed a method of measuring a posture of a moving body by arranging a special mark or a light source in a space around the moving body and detecting a motion vector by image processing.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、図4のVR
システムを実現するために、図5の姿勢位置検出に地磁
気センサを用いると、方位出力は水平方向から傾くため
に誤差を生じる。よって、一般的に、地磁気センサで
は、水平状態を保つための機械的なジンバル機構を搭載
することにより誤差を少なくしようとしているが、機械
的な機構を検出装置に搭載することは小型化や軽量化の
点で難点となる。
However, the VR shown in FIG.
When a geomagnetic sensor is used to detect the posture and position shown in FIG. 5 to realize the system, an error occurs because the azimuth output is inclined from the horizontal direction. Therefore, in general, in a geomagnetic sensor, an attempt is made to reduce errors by mounting a mechanical gimbal mechanism for maintaining a horizontal state. However, mounting a mechanical mechanism in a detection device is small and lightweight. It is a difficult point in terms of conversion.

【0027】また、地磁気センサは、外乱に弱く、付近
に存在する鉄類や磁化された物、建物等により磁場歪み
の影響を受け易く、また外部磁場により地磁気センサ自
体が誤差を持つなど、絶対的な方位センサとして使うに
は多くの問題がある。
Also, the geomagnetic sensor is vulnerable to external disturbances, is easily affected by magnetic field distortion due to nearby irons, magnetized objects, buildings, and the like. Also, the geomagnetic sensor itself has an error due to an external magnetic field. There are many problems in using it as a typical direction sensor.

【0028】但し、あるローカルな領域のみで利用する
ような用途においては、絶対的な方位が違っていても問
題にはならないが、近くにモータやCRT等が有った
り、他に帯磁した物が動くだけでも磁場が乱れ、相対的
な基準方位として使うだけにしても、周りの環境に注意
する必要がある。
However, in an application in which the device is used only in a certain local area, there is no problem even if the absolute direction is different, but there is a motor, a CRT, or the like nearby or a magnetized object. Even if the robot moves, the magnetic field is disturbed. Even if it is used as a relative reference direction, it is necessary to pay attention to the surrounding environment.

【0029】また、地磁気センサでは、反応速度が遅い
などの問題がある。更に、ジャィロと地磁気センサに加
速度センサを組み合わせた装置でも、やはり前記のよう
な磁気センサとしての問題点を有している。
Further, the geomagnetic sensor has a problem that the reaction speed is slow. Furthermore, an apparatus in which a gyro, a geomagnetic sensor, and an acceleration sensor are combined also has a problem as a magnetic sensor as described above.

【0030】しかも、以上のような問題点の他に、利用
上での大きな問題点がある。すなわち、方位センサは、
地球上の地理上の絶対方向に対する相対値を示すため
に、例えば、電車や車の中に居た場合、利用者自身が動
かなくても乗り物の地球に対する方向が変わるために、
勝手に姿勢が変化することになる。
In addition to the above-mentioned problems, there is a large problem in utilization. That is, the direction sensor is
To show the relative value to the absolute geographical direction on the earth, for example, if you are in a train or car, the direction of the vehicle to the earth changes even if you do not move yourself,
The posture changes without permission.

【0031】携帯型のコンピュータシステムにおいて、
VR空間的な表示技術を利用した表示画面を利用するシ
ステムにおいては、このような環境では利用者自身の前
に画像を固定できなくなり、利用者の意志に関わらず画
像が勝手に動いてしまう。
In a portable computer system,
In a system using a display screen using VR spatial display technology, in such an environment, an image cannot be fixed in front of the user himself / herself, and the image moves irrespective of the user's intention.

【0032】また、上記のように、加速度センサを傾斜
センサとして地球上で利用する場合、人間も常に重力に
対して行動しているために、水平状態の場合には問題と
はならないが、例えば、山道等で傾きが生じる場合、あ
るいは重力が及ばない宇宙空間などで利用しようとした
場合には、やはり使えなくなってしまう。
As described above, when the acceleration sensor is used on the earth as a tilt sensor, no problem occurs in a horizontal state because human beings always act on gravity. In the case where an inclination occurs on a mountain path or the like, or when an attempt is made to use it in outer space where gravity does not reach, it cannot be used again.

【0033】以上のような移動体の姿勢を検出するため
の自立型のセンサとしての従来技術では、ジャイロセン
サのドリフトを補正するために、相対的あるいは絶対的
な基準となる地磁気センサの方位を参照情報とした場
合、それが磁気的な外乱の影響を受けたり、水平面に対
する傾斜により誤差を生じたりして、参照情報がずれて
しまう問題がある。
In the prior art as a self-contained sensor for detecting the attitude of a moving body as described above, the azimuth of a geomagnetic sensor serving as a relative or absolute reference is corrected in order to correct drift of a gyro sensor. When the reference information is used, there is a problem that the reference information is shifted due to the influence of magnetic disturbance or an error caused by the inclination with respect to the horizontal plane.

【0034】また、GPSにしても建物内やトンネル内
などの電波の届き難い所では使えないと共に、方位セン
サや加速度センサは重力や地球の磁場を基準とするため
に、その影響を正しく受ける場所でしか使うことができ
ない。
Also, GPS cannot be used in places where radio waves are difficult to reach, such as in a building or in a tunnel. In addition, since the azimuth sensor and the acceleration sensor are based on gravity and the magnetic field of the earth, the GPS sensor cannot be used in such places. Can only be used in

【0035】更に、乗り物などの移動物体の中において
利用しようとするときには、操作者の乗り物に対する姿
勢ではなく、乗り物自体の姿勢を検出するために、操作
者の意志に関わらず勝手に表示などが動いてしまう。
Further, when an attempt is made to use the mobile terminal in a moving object such as a vehicle, not the attitude of the operator with respect to the vehicle but the attitude of the vehicle itself is detected. It moves.

【0036】また、画像処理による移動体の姿勢検出に
おいては、取り込まれた周辺画像の特徴点などの条件に
より演算することができないようなことが起きると、測
定不能となってしまう。
In the detection of the posture of a moving object by image processing, measurement cannot be performed if computation cannot be performed due to conditions such as feature points of a captured peripheral image.

【0037】また、画像処理により移動体の姿勢を測定
する従来の方法においては、特徴点としての基準マーク
が空間内のどの位置にあるかを常に前の画像から検出し
た特徴点との比較により求めるために、前の画像と次の
画像とのオーバーラップがない状態では、動きベクトル
を検出することができず、再度特徴点を抽出して次の画
像入力処理に移らなければならないので、システムの画
像処理速度のパフォーマンスにより動き検出速度の限界
が決定されるために、人の動きに対応して画像処理する
には、高速画像処理システムが必要となる。
In the conventional method of measuring the attitude of a moving object by image processing, the position of a reference mark as a feature point in space is always compared with a feature point detected from a previous image. In order to find the motion vector, if there is no overlap between the previous image and the next image, the motion vector cannot be detected, and it is necessary to extract the feature points again and proceed to the next image input processing. Since the limit of the motion detection speed is determined by the performance of the image processing speed, a high-speed image processing system is required to perform image processing in response to human motion.

【0038】このように、従来より画像処理において
は、高速な演算処理が可能な装置が必要となるような、
いわゆる重い演算処理が多く、非常に高い処理能力のコ
ンピュータが必要となり、携帯型の処理装置とするには
多くの問題点がある。
As described above, conventionally, in image processing, a device capable of high-speed arithmetic processing is required.
A lot of so-called heavy arithmetic processing is required, and a computer having a very high processing capability is required, and there are many problems in making a portable processing device.

【0039】本発明は、以上のような点の問題点につい
て着目してなされたもので、どのような環境でも良好に
使用することができる姿勢位置検出装置を提供すること
を目的としている。
The present invention has been made by paying attention to the above problems, and has as its object to provide a posture and position detecting device which can be used favorably in any environment.

【0040】また、本発明は、以上のような点の問題点
について着目してなされたもので、低速の処理能力のコ
ンピュータでも使用することができる姿勢位置検出装置
を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a posture / position detecting apparatus which can be used even with a computer having a low processing capacity. .

【0041】[0041]

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、 (1) 測定対象物に装着または内蔵され、該測定対象
物の移動に伴つて移動して、該測定対象物の姿勢位置情
報を検出する姿勢位置検出装置において、前記装置周辺
を撮像して画像情報を取得可能な画像情報取得手段と、
上記画像情報取得手段により取得した異なる時点におけ
る上記画像情報を比較解析して、装置の傾きを表わす角
度情報と、前記装置の位置移動を表わす並進位置情報を
検出する画像解析手段と、上記画像情報を用いずに、角
度情報を検出可能な角度情報検出手段と、上記画像情報
を用いずに、並進位置情報を検出可能な並進位置情報検
出手段と、上記画像解析手段よりの角度情報及び並進位
置情報と、上記角度情報検出手段よりの角度情報と、上
記並進位置情報検出手段よりの並進位置情報とを用い
て、測定対象物の角度情報と並進位置情報とを決定する
姿勢位置決定手段と、を具備することを特徴とする姿勢
位置検出装置が提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (1) the measuring object is mounted or built into the object to be measured, and moves with the movement of the object to be measured; In a posture position detection device that detects posture position information of an object, an image information acquisition unit that can acquire image information by imaging the periphery of the device,
Image analysis means for comparing and analyzing the image information at different points in time acquired by the image information acquisition means to detect angle information representing the inclination of the device and translational position information representing the position movement of the device; and Angle information detecting means capable of detecting angle information without using the image information; translational position information detecting means capable of detecting translational position information without using the image information; and angle information and translation position from the image analyzing means. Information, the angle information from the angle information detection means, using the translation position information from the translation position information detection means, the attitude position determination means to determine the angle information and the translation position information of the measurement object, Is provided.

【0042】この(1)の発明は、後述する発明の実施
の形態における第1の実施形態が対応する。そして、こ
の(1)の発明によれば、参照点をもたず、空間内での
相対的な姿勢変化や並進変位情報を検出する角度情報検
出手段と並進位置情報検出手段の情報に対して、測定対
象物に対する空間上での絶対的な参照点を持つことが可
能な画像解析手段による情報を関連付けることにより、
空間上の絶対参照点に対する姿勢位置を求めることが可
能となる。
The invention (1) corresponds to the first embodiment of the invention described later. According to the invention of (1), the information of the angle information detecting means and the translational position information detecting means which has no reference point and detects relative posture change or translation displacement information in space is used. By associating information by image analysis means capable of having an absolute reference point in space with respect to the measurement object,
It is possible to obtain a posture position with respect to an absolute reference point in space.

【0043】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、 (2) 上記角度情報検出手段は、空間の直交する3軸
上において角速度情報を検出する角速度検出手段と、上
記角速度情報より装置の角度情報を演算する第1の姿勢
位置演算手段とを含み、上記並進位置情報検出手段は、
空間の直交する3軸上において並進方向の加速度情報を
検出する加速度検出手段と、上記加速度情報より装置の
角度情報と並進位置情報を演算する第2の姿勢位置演算
手段とを含み、上記画像解析手段は、撮像した画像を時
系列に入力する画像入力手段と、入力された画像の中よ
り特徴点を抽出し、座標情報を含むその特徴点情報を記
録し、以前に記録した特徴点情報を検索可能な特徴点検
出手段と、特徴点の位置の変位より、装置の角度情報と
並進位置情報を演算する第3の姿勢位置演算手段とを含
み、上記姿勢位置決定手段は、上記角速度検出手段また
は上記加速度検出手段の出力より前記装置が停止してい
るか否かを判断し、この判断に基づいて上記第1の姿勢
位置演算手段の演算方法または上記第2の姿勢位置演算
手段の演算方法を変更する情報を出力する停止判断手段
と、上記第1の姿勢位置演算手段と上記第2の姿勢位置
演算手段と上記第3の姿勢位置演算手段よりの情報を演
算する補正演算手段とを含む、ことを特徴とする(1)
記載の姿勢位置検出装置が提供される。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (2) the angle information detecting means comprises: an angular velocity detecting means for detecting angular velocity information on three orthogonal axes in space; First attitude position calculating means for calculating angle information of the apparatus, wherein the translational position information detecting means comprises:
The image analysis method includes: acceleration detection means for detecting acceleration information in a translation direction on three axes orthogonal to space; and second attitude / position calculation means for calculating angle information and translation position information of the apparatus from the acceleration information. The means includes: an image input means for inputting a captured image in a time series; a feature point extracted from the input image, the feature point information including coordinate information is recorded, and the previously recorded feature point information is stored. A searchable feature point detecting means; and a third attitude position calculating means for calculating angle information and translational position information of the apparatus from the displacement of the position of the feature point, wherein the attitude position determining means includes the angular velocity detecting means. Alternatively, it is determined whether or not the apparatus is stopped based on the output of the acceleration detecting means, and based on the determination, the calculation method of the first posture position calculation means or the calculation method of the second posture position calculation means is determined. Stop determining means for outputting further information, and correction calculating means for calculating information from the first attitude position calculating means, the second attitude position calculating means, and the third attitude position calculating means. (1)
An attitude position detecting device according to the above is provided.

【0044】この(2)の発明は、後述する発明の実施
の形態における第1の実施形態が対応する。そして、こ
の(2)の発明によれば、角速度検出手段より角度を検
出する時及び加速度検出手段で並進位置を検出する時の
角速度及び中間データの速度データを画像処理のための
補助データとして利用することにより、計算負荷を減ら
して画像処理を行うことが可能となる。
The invention (2) corresponds to the first embodiment of the invention described later. According to the invention of (2), the angular velocity and the intermediate data are used as auxiliary data for image processing when the angular velocity is detected by the angular velocity detecting means and when the translational position is detected by the acceleration detecting means. By doing so, it becomes possible to perform image processing while reducing the calculation load.

【0045】したがって、この(2)の発明によれば、
画像処理のみによる装置に比較して演算処理の負荷が小
さくなるため、高速処理が可能であり、また低速の処理
系で構成することができる。
Therefore, according to the invention of (2),
Since the load of the arithmetic processing is smaller than that of an apparatus using only image processing, high-speed processing is possible, and a low-speed processing system can be configured.

【0046】また、この(2)の発明によれば、画像処
理での動きベクトルとの比較により停止状態を判定する
ことでジャイロのドリフトなどを補正することができ
る。また、この(2)の発明によれば、その他の効果と
しては、移動体の中においても移動体に対する相対的な
姿勢位置を検出することができる。
Further, according to the invention of (2), it is possible to correct a gyro drift or the like by judging a stop state by comparing with a motion vector in image processing. Further, according to the invention of (2), as another effect, a relative posture position with respect to the moving body can be detected even in the moving body.

【0047】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、 (3) 測定対象物に装着または内蔵され、該測定対象
物の移動に伴つて移動して、該測定対象物の姿勢位置情
報を検出する姿勢位置検出装置において、前記装置の姿
勢位置情報を検出する検出手段と、前記装置周辺を撮像
して画像情報を取得可能な画像取得手段と、上記画像取
得手段により取得した画像情報より特徴点を抽出する特
徴点抽出手段と、上記画像取得手段により取得した時点
の異なる画像情報間における上記特徴点の位置の変化よ
り第2の姿勢位置情報を演算する姿勢位置演算手段と、
上記姿勢位置情報を上記第2の姿勢位置情報で補正する
ことにより、姿勢位置情報を決定する姿勢位置決定手段
と、を具備することを特徴とする姿勢位置検出装置が提
供される。
Further, according to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (3) mounted on or built into a measurement object, moved with the movement of the measurement object, and moved to the posture position of the measurement object. In a posture and position detection device for detecting information, a detection unit for detecting posture and position information of the device, an image acquisition unit capable of imaging the periphery of the device and acquiring image information, and image information acquired by the image acquisition unit Feature point extracting means for extracting more feature points; attitude position calculating means for calculating second attitude position information from a change in the position of the feature point between different pieces of image information obtained by the image obtaining means;
A posture position detecting device comprising: posture position determining means for determining posture position information by correcting the posture position information with the second posture position information.

【0048】この(3)の発明は、後述する発明の実施
の形態における第1の実施形態が対応する。そして、こ
の(3)の発明によれば、同一特徴点に対する座標情報
を求める場合、並進情報が大きいほど精度が上がり、ま
た測定データ数が多いほど誤差を低減することができる
と共に、特徴点の固定空間上での求める座標情報の誤差
を減らすことが可能となる。
The invention (3) corresponds to the first embodiment of the invention described later. According to the invention of (3), when the coordinate information for the same feature point is obtained, the accuracy increases as the translation information increases, and the error can be reduced as the number of measurement data increases. It is possible to reduce the error of the coordinate information to be obtained on the fixed space.

【0049】また、この(3)の発明によれば、2次元
画像処理から求められた特徴点情報にはカメラの姿勢パ
ラメータ情報が含まれるため、特徴点情報を固定座標原
点からの情報に変換して保存しておくことにより、角速
度検出手段の姿勢角度情報とか速度検出手段からの並進
情報を参照基準情報と比較するときの処理が簡単にな
り、処理が高速になる。
According to the invention of (3), since the feature point information obtained from the two-dimensional image processing includes the posture parameter information of the camera, the feature point information is converted into information from the fixed coordinate origin. By storing the information, the processing when comparing the attitude angle information of the angular velocity detecting means or the translation information from the velocity detecting means with the reference reference information is simplified, and the processing speed is increased.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図1及び図11は、本発明に
よる第1の実施の形態の構成を示す全体及び要部のブロ
ック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 11 are block diagrams of the whole and main parts showing the configuration of the first embodiment according to the present invention.

【0051】図2は、カメラ姿勢補正の動作時の構成を
示す全体のブロック図である。図3は、画像処理に関す
る各種モードの流れを示す。すなわち、図1及び図11
に示すように、測定対象物としての移動体の空間上の3
軸の姿勢角度情報を算出する角度検出手段100は、直
交する3軸上空間に配置された3つの角速度センサによ
り構成された角速度検出手段11と、前記角速度検出手
段11からの角速度情報より移動体の姿勢角度情報を演
算する第1姿勢演算手段15とで構成される。
FIG. 2 is an overall block diagram showing the configuration during the operation of camera posture correction. FIG. 3 shows the flow of various modes relating to image processing. 1 and 11
As shown in the figure, 3 in the space of the moving object as the measurement object
The angle detecting means 100 for calculating the attitude angle information of the axis includes an angular velocity detecting means 11 composed of three angular velocity sensors arranged in a space on three orthogonal axes, and a moving body based on the angular velocity information from the angular velocity detecting means 11. And first attitude calculating means 15 for calculating the attitude angle information.

【0052】また、移動体の空間上の3軸の並進位置情
報を算出する並進位置検出手段101は、直交する3軸
上の空間の並進方向の加速度情報を検出する加速度検出
手段26と、前記加速度検出手段26からの加速度情報
より移動体の傾き情報と並進情報を演算する第2姿勢演
算手段27とで構成される。
The translation position detecting means 101 for calculating three-axis translational position information on the space of the moving body includes acceleration detecting means 26 for detecting acceleration information in the translational direction of the space on three orthogonal axes. The second attitude calculating means 27 calculates tilt information and translation information of the moving object from the acceleration information from the acceleration detecting means 26.

【0053】また、移動体自体に設置され、移動体の周
りの画像から移動体の並進と姿勢の6軸の画像姿勢情報
を算出する画像処理姿勢検出手段102は、周辺の画像
を撮像面に投影するするカメラ部と、その投影像を映像
信号に変換するための撮像素子(CCD等)を含んで構
成され、その画像を時系列に入力するた画像入力手段1
7と、この画像入力手段17から入力された画像の中か
ら複数の特徴点を抽出し、その特徴点を記憶し、同時に
以前に記憶された特徴点の座標を探索検出する特徴点検
出手段18と、この特徴点検出手段18による特徴点の
2次元の中での変位から画像の動きベクトルを検出する
動きベクトル検出手段19と、前記角速度情報と前記加
速度情報と前記特徴点の情報から移動体の回転方向と並
進方向の姿勢を演算する第3姿勢演算手段20とで構成
される。
The image processing posture detecting means 102, which is installed on the moving body itself and calculates six-axis image posture information of translation and posture of the moving body from the image around the moving body, stores the peripheral image on the imaging surface. Image input means 1 configured to include a camera unit for projecting and an image pickup device (CCD or the like) for converting the projected image into a video signal, and for inputting the images in time series.
7 and a feature point detecting means 18 for extracting a plurality of feature points from the image input from the image input means 17, storing the feature points, and simultaneously searching for and detecting the coordinates of the previously stored feature points. A motion vector detecting means 19 for detecting a motion vector of an image from a two-dimensional displacement of a feature point by the feature point detecting means 18; and a moving object based on the angular velocity information, the acceleration information, and the feature point information. And third attitude calculating means 20 for calculating the attitude in the rotation direction and the translation direction.

【0054】さらに、前記角度検出手段100からの姿
勢角度情報と、前記並進位置検出手段101からの並進
位置情報と、前記画像処理姿勢検出手段102からの画
像姿勢情報のそれぞれからの情報により空間上での移動
体の6軸姿勢情報を算出する空間姿勢演算手段103
は、前記動きベクトル検出手段19からの情報と前記角
速度検出手段11と前記加速度検出手段26からの情報
とにより第1姿勢演算手段15の姿勢演算方法と第2姿
勢演算手段27の姿勢演算方法とを変更する情報を送る
停止判定制御手段16と、前記第1姿勢演算手段15と
第2姿勢演算手段27と第3姿勢演算手段20のそれぞ
れからの情報を演算する補正演算手段21とで構成され
ている。
Further, the position and angle information from the angle detecting means 100, the translational position information from the translational position detecting means 101, and the image and posture information from the image processing and posture detecting means 102 provide information on the space. Attitude calculation means 103 for calculating 6-axis attitude information of the moving body in the vehicle
The attitude calculation method of the first attitude calculation means 15 and the attitude calculation method of the second attitude calculation means 27 are based on the information from the motion vector detection means 19 and the information from the angular velocity detection means 11 and the acceleration detection means 26. And a correction calculating means 21 for calculating information from each of the first attitude calculating means 15, the second attitude calculating means 27 and the third attitude calculating means 20. ing.

【0055】図10は、上述したように構成される移動
体姿勢位置検出装置における角速度検出手段11及び加
速度検出手段26としての角速度センサ及び加速度セン
サの配置関係を示す。
FIG. 10 shows the positional relationship between the angular velocity sensor and the acceleration sensor as the angular velocity detecting means 11 and the acceleration detecting means 26 in the moving body posture position detecting device constructed as described above.

【0056】ここで、角速度センサとしては、X,Y,
Zの3軸それぞれで圧電型振動ジャイロセンサ等が図1
0に示すように配置されて用いられる。また、加速度セ
ンサとしては、マイクロマシン技術等で作られた微少な
電子機械式センサで、一つはX軸とY軸方向の加速度を
検出する2軸型のデバイスと、もう一つはY軸方向を検
出できる1軸型のデバイスとが、図10に示すように配
置されて用いられる。
Here, as the angular velocity sensor, X, Y,
FIG. 1 shows a piezoelectric vibration gyro sensor and the like for each of the three axes of Z.
0 is used. The acceleration sensor is a minute electromechanical sensor made by micromachine technology or the like. One is a two-axis type device for detecting acceleration in the X-axis and Y-axis directions, and the other is a Y-axis device. And a one-axis type device capable of detecting the is used as arranged as shown in FIG.

【0057】そして、ジャイロセンサは直交する3軸上
の空間に配置されているために、それぞれの配置された
軸周りの回転運動に対する角速度を出力し、その軸周り
の回転方向により符号が変わる。
Since the gyro sensors are arranged in a space on three orthogonal axes, the gyro sensor outputs an angular velocity with respect to the rotational movement around each of the arranged axes, and the sign changes according to the rotational direction around the axis.

【0058】ジャイロ出力(Vg)より角度(θ)を求
める関係式を式(3)に示す。各ジャイロ毎に静止時の
基準出力であるオフセットを保持しておき、そのオフセ
ツト(Vo)と、ジャイロ出力の差分信号とが角速度信
号(ω)となり、これを積分することにより角度が求め
られる。
Equation (3) shows a relational expression for obtaining the angle (θ) from the gyro output (Vg). An offset, which is a reference output at rest, is held for each gyro, and the offset (Vo) and a difference signal of the gyro output become an angular velocity signal (ω), and an angle is obtained by integrating the angular velocity signal (ω).

【0059】この演算の結果、空間内での相対的な姿勢
の変位が求められる。 ω=As・(Vg+Vo+Vt+Vn) θ=Σ(ω) …(3) ここで、Asは時間(Δt)のファクタが含まれるジャ
イロのスケールファクタであり、Vtは変動成分、Vn
はノイズ成分を示す。
As a result of this calculation, the relative displacement of the posture in the space is obtained. ω = As · (Vg + Vo + Vt + Vn) θ = Σ (ω) (3) where As is a gyro scale factor including a time (Δt) factor, Vt is a fluctuation component, Vn
Indicates a noise component.

【0060】また、この基準出力であるオフセットは単
体によりばらつきがあり、単体毎に記憶して補正してや
る必要がある。更に、温度変化などにより変動し、その
変動成分(Vt)とノイズ成分(Vn)は誤差成分とな
る。
The offset which is the reference output varies depending on the unit, and it is necessary to store and correct the offset for each unit. Further, it fluctuates due to a temperature change, and the fluctuation component (Vt) and the noise component (Vn) become error components.

【0061】よって、ジャイロの角度情報には、これら
の誤差成分が積分されるため、その値は停止状態でもふ
らついてしまうので、出力のドリフトエラーとして現れ
ることになる。
Therefore, since these error components are integrated into the gyro angle information, the values fluctuate even in a stopped state, and appear as output drift errors.

【0062】そこで、この差分出力をローパスフィルタ
リング(LPF)し、誤差成分であるノイズ成分(V
n)や装置に加わる振動成分等の高域周波数(fh)を
カットし、第1姿勢演算手段15での第1情報として利
用する。
Therefore, the difference output is subjected to low-pass filtering (LPF) to obtain a noise component (V
High frequency (fh) such as n) and vibration components applied to the device are cut and used as first information in the first attitude calculation means 15.

【0063】これと、同時に、ドリフト成分等であるよ
り低域の周波数(fl)でカットした第2情報をオフセ
ット値として求め、第2情報と差分を取ることにより、
誤差を低減することができる。
At the same time, the second information, which is cut at a lower frequency (fl), such as a drift component, is obtained as an offset value, and a difference from the second information is obtained.
Errors can be reduced.

【0064】しかし、このときのローパスフィルタ(L
PF)のカットオフ周波数(fl)は高く設定すれば、
それだけ大きなドリフトなどに対して低減効果が出る
が、本来の姿勢変化による動作信号もカットしてしまう
ために、ゆっくりとした動作に対して反応しなくなって
しまう。
However, the low-pass filter (L
If the cutoff frequency (fl) of PF) is set high,
Although the effect of reducing such a large drift is obtained, the operation signal due to the original posture change is also cut, so that it does not respond to a slow operation.

【0065】そこで、後述する停止判定制御手段16に
より、本装置が止まっていると判断したときにのみロー
パスフィルタの情報をオフセットとして記憶する。こう
することにより、ローパスフィルタのカットオフ周波数
(fl)を低く設定することができ、より低速の動きに
対しても検出することが可能となり、ドリフトによる変
動も少なくなる。
Therefore, the information of the low-pass filter is stored as an offset only when it is determined by the stop determination control means 16 that will be described later that the apparatus is stopped. By doing so, the cut-off frequency (fl) of the low-pass filter can be set low, it is possible to detect even lower-speed movement, and fluctuation due to drift is reduced.

【0066】また、加速度センサは2つの使い方があ
り、一つは地球重力の重力加速度を利用した傾斜センサ
としての機能、もう一つが慣性運動により発生する運動
加速度センサ機能である。
The acceleration sensor can be used in two ways. One is a function as a tilt sensor using the gravitational acceleration of the earth's gravity, and the other is a motion acceleration sensor function generated by inertial motion.

【0067】この運動加速度情報を積分することにより
速度情報が得られ、さらに積分することにより位置情報
が得られる。例えば、X軸方向の加速度センサについて
考えてみると、このときのX軸加速度センサに寄与する
重力加速度成分(Gx)と、X軸加速度センサ出力(V
a)、加速度センサスケールファクタ(As)、X軸加
速度センサの水平面に対する傾斜つまりY軸周りの回転
角度(θ)、地球の重力G(1G=9.8m/s)、静
止時出力(Vo)とする。
Speed information is obtained by integrating the motion acceleration information, and position information is obtained by further integrating. For example, considering an acceleration sensor in the X-axis direction, a gravitational acceleration component (Gx) contributing to the X-axis acceleration sensor at this time and an output (V
a), acceleration sensor scale factor (As), inclination of the X-axis acceleration sensor with respect to the horizontal plane, that is, rotation angle (θ) around the Y-axis, earth's gravity G (1G = 9.8 m / s), stationary output (Vo) And

【0068】 Gx=G×sinθ Va=Gx×As−Vo θ=sin-1{(Va−Vo)/As} …(4) 傾斜センサとしては、式(4)で求めることができる。Gx = G × sin θ Va = Gx × As−Vo θ = sin −1 {(Va−Vo) / As} (4) The inclination sensor can be obtained by Expression (4).

【0069】しかし、このとき、加速度センサが運動状
態であれば、加速度情報には重力加速度と運動加速度の
加算された情報が得られるために、この結果の情報を低
周波成分を通過させようにローパスフィルタリングをす
ることにより、重力加速度成分を得ることができる。
However, at this time, if the acceleration sensor is in a motion state, information obtained by adding the gravitational acceleration and the motion acceleration is obtained as the acceleration information. By performing low-pass filtering, a gravitational acceleration component can be obtained.

【0070】したがって、この情報をもとにジャイロデ
ータの角度情報のドリフト成分を補正するのに使うこと
もできる。よって、加速度センサによる傾斜情報は、静
的には絶対的な参照データとなるが、運動状態や乗り物
などの中での移動体の検出には使うことができない。
Therefore, it can be used to correct the drift component of the angle information of the gyro data based on this information. Therefore, although the inclination information obtained by the acceleration sensor is statically absolute reference data, it cannot be used for detecting a moving object in a moving state or a vehicle.

【0071】また、このときに、補正できるジャイロ情
報は、X軸とY軸周りの回転のみであり、重力軸に対す
る回転方向であるZ軸周りの情報は補正できない。ま
た、2つ目の運動加速度センサ機能については、(5)
式の演算により並進運動による加速度情報(α)を前記
同様にX軸方向の加速度センサが水平面に対して傾斜
(θ)している場合について考えてみる。
At this time, the gyro information that can be corrected is only the rotation around the X axis and the Y axis, and the information around the Z axis, which is the rotation direction with respect to the gravity axis, cannot be corrected. For the second motion acceleration sensor function, (5)
Consider the case where the acceleration sensor in the X-axis direction is inclined (θ) with respect to the horizontal plane in the same manner as described above for the acceleration information (α) due to the translational motion by the calculation of the expression.

【0072】 α={(Va−Vo)/(As−Gsinθ)}/cosθ …(5) このときの角度情報(θ)については(上記傾斜センサ
機能からの演算情報は使わずに)前記Y軸の角速度セン
サより得られた角度情報を使用することで求めることが
できる。
Α = {(Va−Vo) / (As−Gsin θ)} / cos θ (5) Regarding the angle information (θ) at this time (without using the calculation information from the tilt sensor function), the Y It can be obtained by using the angle information obtained from the angular velocity sensor of the shaft.

【0073】位置情報を検出するには、運動加速度情報
を2回積分してやればよく、これにより位置情報を得る
ことができる。以上の演算をX,Y,Z軸に対する運動
加速度成分(αx,αy,αz)と重力加速度成分(Gx
y,Gz)とに分解して同様に行えば、3次元空間上で
の並進方向の加速度情報、速度情報及び位置情報を得る
ことが可能となる。
In order to detect the position information, it is sufficient to integrate the motion acceleration information twice, thereby obtaining the position information. The above calculations are performed by calculating the motion acceleration components (α x , α y , α z ) and the gravitational acceleration components (G x ,
G y , G z ), it is possible to obtain acceleration information, velocity information, and position information in the translation direction in a three-dimensional space.

【0074】ただし、ここでもジヤイロの場合と同様に
積分型演算を行っているために、位置情報には誤差が含
まれている。ところで、停止状態では運動加速度が加わ
らないので、重力加速度を利用して得た角度情報のみを
利用するが、停止状態でない場合は、運動加速度の値を
有意として扱うものとする。
However, since the integral operation is performed in the same manner as in the case of the gyro, the position information includes an error. By the way, since no motion acceleration is applied in the stopped state, only the angle information obtained by using the gravitational acceleration is used, but in the non-stop state, the value of the motion acceleration is treated as significant.

【0075】なお、本発明において、姿勢位置情報とは
角度情報及び並進位置情報の一方または双方を表わすも
のとする。次に、図1に戻って各部の動作、機能及び処
理について説明する。
In the present invention, the posture position information indicates one or both of angle information and translation position information. Next, returning to FIG. 1, the operation, function, and processing of each unit will be described.

【0076】「画像入力手段17」画像入力手段17
は、カメラ光学系を通して得られた光学投影像を撮像素
子であるCCDにより次元画像の映像信号に変換し、こ
の映像信号をフレームメモリに蓄積する。
[Image input means 17] Image input means 17
Converts an optical projection image obtained through a camera optical system into a dimensional image video signal by a CCD serving as an image sensor, and stores the video signal in a frame memory.

【0077】また、画像入力手段17は、この2次元画
像の映像信号に対して輪郭抽出等の前処理を施し、その
時系列画像データを特徴点検手段18に転送する。こう
して、画像入力手段17は、測定対象物としての移動体
の運動に伴う移動体周辺の画像をカメラで撮影して得ら
れる時系列画像データを入力する。
The image input means 17 performs preprocessing such as contour extraction on the video signal of the two-dimensional image, and transfers the time-series image data to the characteristic checking means 18. Thus, the image input unit 17 inputs time-series image data obtained by capturing an image around the moving object accompanying the movement of the moving object as the measurement target with the camera.

【0078】この場合、カメラにより撮像される周辺画
像としては、カメラ撮像画角内に多くの特徴点がある固
定物体を撮影することが重要である。また、周辺に存在
する運動物体や、乗り物などの移動体の中にいるときの
外の景色などが撮影されないように、天井や壁などの特
徴点にカメラ方向を向けることが重要となる。
In this case, it is important to photograph a fixed object having many feature points within the angle of view of the camera as the peripheral image taken by the camera. In addition, it is important to point the camera toward a feature point such as a ceiling or a wall so that a moving object existing in the vicinity or an outside scenery when a moving object such as a vehicle is not photographed.

【0079】このように、画像入力方向に配慮すること
で、確実な画像処理が可能となり、加速度センサや角速
度センサによる動き情報を補正することが可能となる。 「特徴点検出手段18」特徴点検出手段18は、まず、
画像入力手段17から入力される時系列画像データに対
して、特徴点抽出部18aでの画像処理によって他の領
域と容易に弁別できると共に、物体上の同一の点が撮影
されたことを特定できる複数の特徴点を抽出する。
As described above, by taking the image input direction into account, reliable image processing can be performed, and motion information from the acceleration sensor and the angular velocity sensor can be corrected. "Feature point detecting means 18" The feature point detecting means 18
The time-series image data input from the image input unit 17 can be easily distinguished from other regions by image processing in the feature point extracting unit 18a, and it can be specified that the same point on the object has been photographed. Extract a plurality of feature points.

【0080】次に、特徴点検出手段18は、その特徴点
抽出部18aで抽出された特徴点データと座標値とを特
徴点記憶部18bに保持記憶すると同時に、特徴点・姿
勢情報記憶部18cに前回記憶した特徴点を追跡して、
その位置を検出し、その2次元画像上の座標情報を取得
する。
Next, the characteristic point detecting means 18 stores and stores the characteristic point data and coordinate values extracted by the characteristic point extracting section 18a in the characteristic point storing section 18b, and at the same time, stores the characteristic point / posture information storing section 18c. The feature points memorized last time are tracked,
The position is detected, and coordinate information on the two-dimensional image is obtained.

【0081】「ジャイロ・加速度データ情報による画像
相関処理」一般的に、2次元相関処理あるいはテンプレ
ートマッチング処理と呼ばれ、テンプレートである特徴
点データを入力画像データに対して2次元方向に走査し
ながら相関処理を行う。
[Image Correlation Processing Based on Gyro / Acceleration Data Information] Generally referred to as two-dimensional correlation processing or template matching processing, the feature point data as a template is scanned in two-dimensional directions with respect to input image data. Perform correlation processing.

【0082】このときに、問題となる要因の一つがカメ
ラのZ軸周りの回転である。例えば、操作者の頭部の運
動を図7に示すHMD60によって測定するときに、こ
の運動測定用のカメラ62の入力方向が操作者の頭部の
前方方向に取り付けられていた場合、首を左右に傾けた
ときのX軸周りの回転であるRollの発生により、カ
メラ62で撮影された画像には2次元面の回転が生じ
る。
At this time, one of the factors causing the problem is the rotation of the camera around the Z axis. For example, when the movement of the operator's head is measured by the HMD 60 shown in FIG. 7, if the input direction of the camera 62 for measuring the movement is attached in the forward direction of the operator's head, the head is moved left and right. Roll, which is a rotation around the X-axis when tilted to an angle, causes rotation of a two-dimensional plane in the image captured by the camera 62.

【0083】また、同様に、図9に示すように、この運
動測定用のカメラ62の方向を上方向に取り付けていた
場合にも、首を左右に動かしたときのZ軸周りの回転で
あるYawの動きで画像に回転が生じる。
Similarly, as shown in FIG. 9, even when the motion measuring camera 62 is mounted in the upward direction, the rotation around the Z axis when the neck is moved left and right. The image is rotated by the movement of Yaw.

【0084】画像のフィールド間相関を行うとき、画面
上での濃淡値であるパターンを回転させてから相関処理
を行わなければならないと共に、回転を行うためのアフ
ィン変換処理を各特徴点データのパターン毎に処理しな
ければならず、またその角度についても繰り返し変更し
て相関処理することになり、非常に多くの演算回数が必
要となる。
When performing an inter-field correlation of an image, a correlation process must be performed after rotating a pattern which is a grayscale value on a screen, and an affine transformation process for performing a rotation is performed using a pattern of each feature point data. Each time, the angle is repeatedly changed and the correlation process is performed, so that a very large number of calculations are required.

【0085】よって、この処理は画像処理における最も
負荷の重い処理の一つとなる。そこで、角速度センサか
らの姿勢角度情報と加速度センサからの並進情報をもと
にして、後で述べる画像ベクトル推定手段10により、
画像データ上での特徴点の2次元の動きを推定すること
ができるので、この情報をもとに探索範囲を狭めること
ができ、相関処理をより効率よく行うことができる。
Therefore, this process is one of the processes with the heaviest loads in image processing. Therefore, based on the attitude angle information from the angular velocity sensor and the translation information from the acceleration sensor, the image vector estimating means 10 described later
Since the two-dimensional movement of the feature points on the image data can be estimated, the search range can be narrowed based on this information, and the correlation processing can be performed more efficiently.

【0086】つまり、ジャイロから演算された角度情報
を用いることで、より少ない角度範囲のアフィン変換
と、加速度情報を加えることでの特徴点の2次元座標予
想位置の範囲の相関処理をするだけでよくなる。
That is, by using the angle information calculated from the gyro, the affine transformation of a smaller angle range and the correlation processing of the range of the two-dimensional predicted position of the feature point by adding the acceleration information can be performed. Get better.

【0087】このように、ジャイロセンサ情報と加速度
センサ情報を利用することにより、演算処理の負荷を大
幅に減らすことが可能となる。 「特徴点・姿勢記憶部18c」次に、特徴点検出手段1
8の中の特徴点記憶部18bと特徴点・姿勢記憶部18
cでは、特徴点の固定空間座標に対する位置を記憶す
る。
As described above, by using the gyro sensor information and the acceleration sensor information, it is possible to greatly reduce the load of the arithmetic processing. "Feature point / posture storage unit 18c"
8, the feature point storage unit 18b and the feature point / posture storage unit 18
In c, the position of the feature point with respect to the fixed space coordinates is stored.

【0088】初期化時に、固定座標空間OXYZと頭部
座標系(Ohhhh座標系)とは完全に一致してい
る。ここで、特徴点は、移動体の周りの固定された物体
の座標であるため、その周辺画像のシーンに固定された
絶対参照点と考えることができる。
[0088] During initialization, is exactly the same fixed coordinate space OXYZ the head coordinate system (O h X h Y h Z h coordinate system). Here, since the feature points are the coordinates of a fixed object around the moving object, the feature points can be considered as absolute reference points fixed to the scene of the peripheral image.

【0089】したがって、この特徴点は、固定座標空間
における絶対参照点となる。図8は、頭部運動姿勢に対
するカメラの位置の関係とカメラ入力画像である投影画
像面と空間中の特徴点である固定点Poの関係を表した
図である。
Therefore, this feature point becomes an absolute reference point in the fixed coordinate space. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the position of the camera with respect to the head movement posture, and the relationship between the projection image plane that is the camera input image and the fixed point Po that is a feature point in space.

【0090】ここで、カメラ座標から見たPo点を(X
c,Yc,Zc)とする。また、3次元空間座標と画像
平面上点Q(x,y)との投影関係式は(6)式とな
る。
Here, the Po point viewed from the camera coordinates is represented by (X
c, Yc, Zc). Further, the projection relational expression between the three-dimensional space coordinates and the point Q (x, y) on the image plane is as shown in Expression (6).

【0091】 x=fXc/Zc, y=fY/Zc …(6) 更に、加速度センサからの並進情報により頭部位置の並
進ベクトルが得られるため、この情報と2つの画像間の
同じ特徴点の2次元座標より空間上での3次元位置を推
定することができる。
X = fXc / Zc, y = fY / Zc (6) Further, since the translation vector of the head position is obtained from the translation information from the acceleration sensor, this information and the same feature point between the two images are obtained. A three-dimensional position in space can be estimated from two-dimensional coordinates.

【0092】そして、特徴点抽出部18aによって抽出
されたそれぞれの特徴点の2次元座標上の座標データ
は、特徴点記憶部18bに記憶される。更に、その中か
ら濃淡値等の変化に富んだ特徴点は、次の特徴点・姿勢
情報記憶部18cに記憶される。
The coordinate data on the two-dimensional coordinates of each feature point extracted by the feature point extraction unit 18a is stored in the feature point storage unit 18b. Further, feature points that are rich in changes such as gray values are stored in the next feature point / posture information storage unit 18c.

【0093】すなわち、この特徴点・姿勢情報記憶部1
8cには、その特徴点固有の番号と、固定座標空間OX
YZに対する特徴点(Xo,Yo、Zo)座標を内部情
報の形で記憶する参照点基準情報と、固定点の時系列デ
ータ番号と、時系列データ番号毎に推定された特徴点の
特徴点位置情報と、そのときの角速度センサからの姿勢
情報と加速度センサからの並進情報とが記憶される。
That is, the feature point / posture information storage unit 1
8c includes a unique number of the feature point and a fixed coordinate space OX.
Reference point reference information for storing feature point (Xo, Yo, Zo) coordinates for YZ in the form of internal information, time series data numbers of fixed points, and feature point positions of feature points estimated for each time series data number Information, attitude information from the angular velocity sensor at that time, and translation information from the acceleration sensor are stored.

【0094】ここで、特徴点固有の番号は、背景画像の
中で抽出された特徴点毎の固有の番号であり、入力画像
の1画角中に常に少なくとも8点が得られるように管理
される。
Here, the unique number of the feature point is a unique number for each feature point extracted in the background image, and is managed so that at least eight points are always obtained within one angle of view of the input image. You.

【0095】また、特徴点時系列データ番号は、固有の
特徴点毎に特徴点位置情報を管理する番号である。この
特徴点位置情報は、すべての時系列に入力されるデータ
を記憶する訳ではなく、その画像を取り込んだときの位
置情報である並進情報の値がある閾値以上の位置情報を
優先的に保管する。
The feature point time series data number is a number for managing feature point position information for each unique feature point. This feature point location information does not always store the data input in time series, but preferentially stores the location information at a certain threshold or more as the value of the translation information, which is the location information when the image was captured. I do.

【0096】例えば、移動体が運動をしたときの同一地
点からでない種々の方向からの同一の特徴点Poの情報
を記憶する。更に、特徴点位置情報の値が大きく異なっ
た場合や検出できなかったとき、そのときの系列データ
は記憶せずに破棄される。
For example, information of the same characteristic point Po from various directions other than the same point when the moving body moves is stored. Furthermore, when the value of the feature point position information is significantly different or cannot be detected, the sequence data at that time is discarded without being stored.

【0097】そして、この状態がある一定時間続く場合
には、その特徴点が固定物体ではないと判断して全ての
データを破棄する。視点Ocから特徴点Po点に向かう
単位方向ベクトルをmと定義すると、特徴点位置情報に
はカメラ原点Ocから見たベクトルmと、角速度センサ
からの角度情報と、加速度センサからの並進情報とが記
憶される。
If this state continues for a certain period of time, it is determined that the feature point is not a fixed object, and all data are discarded. If a unit direction vector from the viewpoint Oc to the feature point Po is defined as m, the feature point position information includes a vector m viewed from the camera origin Oc, angle information from the angular velocity sensor, and translation information from the acceleration sensor. It is memorized.

【0098】「第3姿勢演算手段20」次に、第3姿勢
演算手段20では、特徴点位置情報が2点以上になると
ステレオカメラの原理により特徴点までの距離情報を求
めることができるため、その距離情報を求めて、参照基
準情報として記憶する。
[Third Attitude Calculation Means 20] Next, in the third attitude calculation means 20, when the feature point position information becomes two or more, the distance information to the feature points can be obtained by the principle of the stereo camera. The distance information is obtained and stored as reference reference information.

【0099】また、第3姿勢演算手段20では、特徴点
位置情報がある閾値以上の点数になると、それらの情報
を最小二乗法により原点Oからの位置情報を求めて参照
基準情報として記憶する。
When the feature point position information reaches a score equal to or greater than a certain threshold, the third posture calculation means 20 obtains the position information from the origin O by the least square method and stores the information as reference reference information.

【0100】この参照基準情報は原点Oから見た方向ベ
クトルMiと、原点OからPoまでの距離Piを演算し
記憶することにより、特徴点の処理を原点座標に換算し
て利用できるように管理される。
The reference reference information is managed so that the direction vector Mi viewed from the origin O and the distance Pi from the origin O to Po are calculated and stored, so that the processing of the feature point can be converted into the coordinates of the origin and used. Is done.

【0101】式(7)は、2つの画面の特徴点情報を最
小二乗法により最適解を導くための条件を示す。ここ
で、Mは、固定座標空間における原点Oから特徴点を見
た単位方向ベクトルを表し、i(=1…n)は特徴点固
有番号である。
Equation (7) shows conditions for deriving an optimal solution from the feature point information of the two screens by the least squares method. Here, M represents a unit direction vector when the feature point is viewed from the origin O in the fixed coordinate space, and i (= 1... N) is a feature point unique number.

【0102】 Σ|mi h Rmi|2 >min …(7) miはある時点での単位方向ベクトルで式(6)により
求められる。Rmiはmi点に対しR回転された移動後
のベクトルを表し、角速度センサからの角度情報より求
められる。
Σ | mi h Rmi | 2 > min (7) mi is a unit direction vector at a certain point in time and is obtained by Expression (6). Rmi represents a vector after the rotation which has been rotated R with respect to the mi point, and is obtained from angle information from the angular velocity sensor.

【0103】また、hはmiからRmiまでの並進ベク
トルを表し、加速度センサからの並進情報より求められ
る。故に、この参照基準情報は角速度センサからの角度
情報と加速度センサからの並進情報との誤差を含んだそ
れぞれの姿勢情報と、画像上の複数の特徴点の情報をも
とに最小二乗法で近似的に推定された情報である。
H represents a translation vector from mi to Rmi, and is obtained from translation information from the acceleration sensor. Therefore, this reference reference information is approximated by the least squares method based on each attitude information including an error between the angle information from the angular velocity sensor and the translation information from the acceleration sensor, and information on a plurality of feature points on the image. This is the information that has been estimated.

【0104】よって、更に、この処理を時系列データ毎
に行い、それぞれ固有の参照基準情報に対して平均化を
行うことにより、角速度センサからの角度情報と加速度
センサからの並進情報による誤差を少なくすることがで
きる。
Therefore, this processing is further performed for each time-series data, and averaging is performed on each unique reference reference information, thereby reducing errors due to the angle information from the angular velocity sensor and the translation information from the acceleration sensor. can do.

【0105】この参照基準情報が、ある閾値以上の個数
で補間演算されると、特徴点位置情報の時系列データに
保管することを止め、特徴点位置情報は全て破棄され
る。以上の処理は、また新たに検出された特徴点につい
ても同様の手順で処理されていく。
When the reference information is interpolated by a number equal to or larger than a certain threshold value, the storage of the time-series data of the feature point position information is stopped, and all the feature point position information is discarded. The above processing is also performed on newly detected feature points in the same procedure.

【0106】また、前記特徴点位置情報を保存するため
の条件として、その画像を取り込んだときの位置情報で
ある並進情報の値がある閾値以上の位置情報を優先的に
保管していたが、この条件において並進情報がゼロとな
る条件(実際にはある閾値以下)のとき、この特徴点位
置情報が直接利用される。
Further, as a condition for storing the feature point position information, the position information having a value of a translation information which is the position information at the time of capturing the image and a threshold value or more is preferentially stored. Under this condition, when the translation information becomes zero (actually, a certain threshold value or less), this feature point position information is directly used.

【0107】この条件では、固定座標空間OXYZと頭
部座標系(Ohhhh座標系)とが一致しているた
め、2次元画像の式(6)により求められる回転姿勢情
報はそのまま角度センサからの姿勢情報の補正に利用す
ることが可能となる。
[0107] In this condition, since the fixed coordinate space OXYZ the head coordinate system with (O h X h Y h Z h coordinate system) are the same, rotation and orientation information obtained by the two-dimensional image (6) Can be used as it is for the correction of the posture information from the angle sensor.

【0108】「動きベクトル検出手段19」この動きベ
クトル検出手段19は、前記の特徴点マッチング法によ
り1フィールド毎の画像の動き情報を検出し、その情報
より動きベクトルを検出するものである。
[Motion vector detecting means 19] The motion vector detecting means 19 detects motion information of an image for each field by the above-mentioned feature point matching method, and detects a motion vector from the information.

【0109】特徴点マッチング法とは、画面上での濃淡
値を代表点として選んだいくつかの画素と、その周囲の
画素とのフィールド間相関からフィールド毎の動きベク
トルを求めるものである。
In the feature point matching method, a motion vector for each field is obtained from the inter-field correlation between some pixels whose gray scale values on the screen are selected as representative points and surrounding pixels.

【0110】すなわち、動きベクトル検出手段19は、
前記特徴点検出手段18により得られたいくつかの特徴
点の2次元座標値の時系列データをもとに2次元画像上
(xy座標)での動きベクトル分布の処理を行う。
That is, the motion vector detecting means 19
Based on the time-series data of the two-dimensional coordinate values of some feature points obtained by the feature point detecting means 18, the processing of the motion vector distribution on a two-dimensional image (xy coordinates) is performed.

【0111】更に、動きベクトル検出手段19は、動き
ベクトルの分布より、同じ向きと大きさのベクトル領域
の分割を行う。 「停止判定制御手段16」この停止判定制御手段16
は、前記動きベクトル検出手段19からの動きベクトル
情報より周辺の画像の動きがある閾値内であり、ジャイ
ロデータのLPF出力からの第1情報もある閾値以下
で、更にその状態が一定時間内続いていると判定したな
らば、被計測移動体が停止していると判定し前記ジャイ
ロ出力処理系のオフセット保持手段12の情報を現在の
LPF出力からの第2情報により更新する。
Further, the motion vector detecting means 19 divides a vector area having the same direction and size from the distribution of the motion vector. "Stop determination control means 16" This stop determination control means 16
Is within a certain threshold value, based on the motion vector information from the motion vector detection means 19, and the first information from the LPF output of the gyro data is below a certain threshold value. If it is determined that the moving object to be measured is stopped, the information of the offset holding means 12 of the gyro output processing system is updated with the second information from the current LPF output.

【0112】また、加速度検出手段26からの情報を演
算する第2姿勢演算手段27に対しても、同様の判定条
件を加える。但し、ジャイロデータと違うのは、停止し
たと判断されたときのデータは傾斜データと判定して演
算処理する。
The same determination condition is applied to the second attitude calculating means 27 for calculating the information from the acceleration detecting means 26. However, the difference from the gyro data is that when the data is determined to be stopped, the data is determined to be tilt data and arithmetic processing is performed.

【0113】よって、被計測移動体が停止しているとき
は、ドリフトによる誤差は一切発生しないが、停止して
いない状態が長く続くようなとき、第1姿勢演算手段1
5の出力にはドリフトによる誤差が加算される問題があ
る。
Therefore, when the moving object to be measured is stopped, no error occurs due to drift, but when the state where the moving object is not stopped continues for a long time, the first posture calculating means 1
There is a problem that an error due to drift is added to the output of No. 5.

【0114】「カメラ姿勢パラメータ保持手段22」次
に、カメラ62の取り付け位置と方向について説明す
る。前記第3姿勢演算手段20における2次元画像解析
結果は、カメラ座標系に対する座標系である。
[Camera Attitude Parameter Holding Means 22] Next, the mounting position and direction of the camera 62 will be described. The result of the two-dimensional image analysis in the third attitude calculation means 20 is a coordinate system with respect to the camera coordinate system.

【0115】しかし、求める動きは、操作者の頭部の空
間的な運動であるために、頭部運動座標系とカメラ座標
系の関係を求めておく必要がある。図7は、撮影方向が
頭部に対して前方方向を向くように設置された場合であ
って、カメラ62がHMD60に取り付けられているイ
メージを示す。
However, since the motion to be obtained is a spatial motion of the operator's head, it is necessary to obtain the relationship between the head motion coordinate system and the camera coordinate system. FIG. 7 shows an image in which the camera 62 is mounted on the HMD 60 in a case where the camera 62 is installed so that the shooting direction faces forward with respect to the head.

【0116】図8は、固定座標系OXYZ空間内での頭
部座標系(Ohhhh座標系)とカメラ座標系(Oc
XcYcZc座標系)の関係を示す。固定座標系OXY
Z座標系に対する頭部の回転姿勢を、Zh軸周りにyh
転させ、回転後のYh軸周りにph回転させ、回転後のX
h軸周りにrhの回転を与えたときの姿勢を求める回転行
列をRhとし、また並進移動べクトルをPhとして定義す
る。
[0116] Figure 8 is a head coordinate system in the fixed coordinate system OXYZ space (O h X h Y h Z h coordinate system) and the camera coordinate system (Oc
XcYcZc coordinate system). Fixed coordinate system OXY
The rotation posture of the head with respect to the Z coordinate system is rotated around the Z h axis by y h , rotated around the Y h axis by p h, and rotated by X h.
Let R h be a rotation matrix that determines the attitude when a rotation of r h is given around the h axis, and let P h be the translation vector.

【0117】また、頭部Ohhhh座標系に対するカ
メラ回転姿勢をZc軸周りにyc、回転後のYc軸周り
にpc、回転後のXc軸周りにrcの回転を与えたとき
の姿勢を求める回転行列をRcとし、また並進移動ベク
トルをPcとして定義する。
[0117] Moreover, given the rotation of the head O h X h Y h Z h coordinate system yc the camera rotation position around Zc axis relative, pc around Yc axis after rotation around Xc axis after rotation rc The rotation matrix for obtaining the posture at that time is defined as Rc, and the translation vector is defined as Pc.

【0118】頭部座標系は、固定座標系に対して運動の
基点である首の部分を原点Oh(Xhhh)と定義し、
また頭部座標系に対してカメラ原点の位置をOc(X
c,Yc,Zc)と定義する。
The head coordinate system defines the neck portion, which is the base point of the movement with respect to the fixed coordinate system, as the origin O h (X h Y h Z h ).
Also, the position of the camera origin with respect to the head coordinate system is represented by Oc (X
c, Yc, Zc).

【0119】また、カメラ座標系から見た点Poの位置
を(Xc,Yc,Zc)とすると、固定座標系の空間の
点Poは頭部およびカメラ62の姿勢に対して式(8)
のように表される(但し、Sx,CxはsinX、co
sXを表す)。
When the position of the point Po as viewed from the camera coordinate system is (Xc, Yc, Zc), the point Po in the space of the fixed coordinate system is expressed by the equation (8) with respect to the head and the attitude of the camera 62.
(Where Sx and Cx are sinX, co
sX).

【0120】[0120]

【数1】 (Equation 1)

【0121】この関係式(8)の右辺第1項は頭部の運
動パラメータ、第2項がカメラ姿勢パラメータとなる。
カメラ姿勢パラメータは、カメラ姿勢パラメータ保持手
段22に保持されていて、前もって分かっている。
The first term on the right side of the relational expression (8) is a motion parameter of the head, and the second term is a camera posture parameter.
The camera attitude parameters are stored in the camera attitude parameter storage means 22 and are known in advance.

【0122】よって、以上の関係式よりカメラ画像によ
り得られる動きベクトルから、固定空間における頭部の
動きに変換することが可能となる。また、逆に、頭部の
動き情報である加速度情報と角速度情報から画像特徴点
の動きを予想することが可能となる。
Therefore, it is possible to convert a motion vector obtained from a camera image from the above relational expression into a head motion in a fixed space. Conversely, the motion of the image feature point can be predicted from the acceleration information and the angular velocity information that are the motion information of the head.

【0123】図3に示す「姿勢検出動作モード」44で
は、第3姿勢演算手段20における演算処理で求められ
る運動パラメータを式(8)の右辺第2項に代入するこ
とにより、被計測移動体の姿勢を求めることが可能とな
る。
In the “posture detection operation mode” 44 shown in FIG. 3, the movement parameter obtained by the calculation processing in the third posture calculation means 20 is substituted into the second term on the right side of the equation (8), thereby obtaining the moving object to be measured. Can be determined.

【0124】「補正演算手段21」前記第3姿勢演算手
段20では、画像処理による演算により、原点Oからの
ベクトルに換算された姿勢角度と並進情報を含む参照基
準情報を求めている。
[Correction Calculation Means 21] The third posture calculation means 20 obtains the reference angle information including the posture angle converted into the vector from the origin O and the translation information by the calculation by the image processing.

【0125】しかし、この処理にはジャイロや加速度セ
ンサによる処理よりも多くの時間を有するために、基本
的には第1姿勢演算手段15からの並進位置情報と第2
姿勢演算手段27からの回転角度情報が本発明による移
動体姿勢位置検出装置の姿勢位置演算情報として用いら
れる。
However, since this processing requires more time than the processing by the gyro or the acceleration sensor, the translation position information from the first attitude calculating means 15 and the second
The rotation angle information from the posture calculating means 27 is used as posture position calculation information of the moving body posture position detecting device according to the present invention.

【0126】但し、補正演算手段21では、角速度セン
サの角度情報と加速度センサの並進情報より原点Oから
のベクトルに換算し、ジャイロデータのドリフトを含ん
だ姿勢角度情報や加速度センサからの並進情報を、この
ときの参照基準情報と求めたベクトルとの差を角速度セ
ンサの角度情報と加速度センサの並進情報の誤差成分と
して補正するために用いる。
However, the correction calculation means 21 converts the angle information of the angular velocity sensor and the translation information of the acceleration sensor into a vector from the origin O, and converts the attitude angle information including the drift of the gyro data and the translation information from the acceleration sensor. The difference between the reference information at this time and the obtained vector is used as an error component between the angle information of the angular velocity sensor and the translation information of the acceleration sensor.

【0127】第1姿勢演算手段15及び第2姿勢演算手
段27の情報に対して第3姿勢演算手段20の参照基準
情報との誤差(ε)が発生した場合、第3姿勢演算手段
20の値に補正するべく、またゆっくりと補正されるよ
うにその差分を加算していく。
When an error (ε) between the information of the first attitude calculation means 15 and the information of the second attitude calculation means 27 and the reference information of the third attitude calculation means 20 occurs, the value of the third attitude calculation means 20 And the difference is added so as to be corrected slowly.

【0128】例えば、ジャイロデータについてみれば、
このときの補正値の幅は第1姿勢演算手段15からの最
新の角速度(ωt)に係数(k)を乗じたものを誤差
(ε)がゼロになるまで加算し続ける。
For example, regarding gyro data,
The width of the correction value at this time is a value obtained by multiplying the latest angular velocity (ωt) from the first attitude calculation means 15 by the coefficient (k) until the error (ε) becomes zero.

【0129】これを式(9)に示す。 θt=θt-1+ωt+ε・k …(9) このとき時の(k)は ωt=0 ならば k=0 0>ωt>Tmax ならば k=0.5、 ωt>Tmax ならば k=1となる。This is shown in equation (9). θt = θ t−1 + ωt + ε · k (9) At this time, (k) is k = 0 if ωt = 0, k = 0.5 if 0>ωt> Tmax, and k = 1 if ωt> Tmax. Becomes

【0130】よって、姿勢変化がなく停止状態では誤差
が発生していても誤差の補正は行わない。しかし、動作
状態では、その角速度に応じて誤差をキャンセルする幅
を大きくする。
Therefore, even when an error occurs in the stopped state without any change in the posture, the error is not corrected. However, in the operating state, the width for canceling the error is increased according to the angular velocity.

【0131】このようにすることにより、VR的な表示
を観察しているときに操作者の意志に関わらず勝手に映
像が動くことなく、また動作中に誤差がキャンセルされ
ることで操作者にはその補正による動きを分かり難くす
るという効果がある。
By doing so, the image does not move without permission irrespective of the operator's intention while observing the VR-like display, and the error is canceled during the operation. Has the effect of making it difficult to understand the movement due to the correction.

【0132】これは、並進情報に関しても同様の処理が
行われる。 「画像ベクトル推定手段10」画像べクトル推定手段1
0は、前記カメラ姿勢演算式(8)において、前記カメ
ラ姿勢パラメータ保持手段22のカメラ姿勢パラメータ
情報と、頭部運動パラメータの代わりに、ジャイロ角速
度情報と加速度センサからの加速度情報をそれぞれ式に
代入することによりカメラ62の動きを予測し、更に、
そのカメラ62の動き情報より特徴点の移動位置を予測
することが可能となる。
In this case, the same processing is performed on the translation information. "Image vector estimating means 10" Image vector estimating means 1
0 substitutes the camera attitude parameter information of the camera attitude parameter holding means 22 and the gyro angular velocity information and the acceleration information from the acceleration sensor instead of the head movement parameter in the camera attitude calculation equation (8). To predict the movement of the camera 62,
The movement position of the feature point can be predicted from the movement information of the camera 62.

【0133】特徴点検出手段18に対しては、画像回転
によるアフィン変換角度情報や特徴点マッチング領域の
座標推定情報として、また動きベクトル検出手段19に
対しては、動きベクトルそのものか、あるいは画像領域
の中から周辺に存在する運動物体や、乗り物などの移動
体の中にいるときの外の景色などの誤差要因となる移
動、ベクトルデータを除去するための判定情報として利
用することができる。
For the feature point detecting means 18, the affine transformation angle information by image rotation and the coordinate estimation information of the feature point matching area, and for the motion vector detecting means 19, the motion vector itself or the image area It can be used as determination information for removing movement and vector data that may cause an error such as a moving object existing in the vicinity or a moving object such as a vehicle when in a moving object such as a vehicle.

【0134】角速度検出手段11からの角速度情報ある
いは角度情報と、加速度検出手段26からの加速度情報
あるいは並進情報により推定で求められる特徴点の動き
あるいは画像ベクトルの動きなどの他のいくつかの処理
の中で利用される情報を予め計算しておくことにより、
演算負荷を減らすことが可能となる。
[0134] Other several processes such as the motion of a feature point or the motion of an image vector obtained by estimation based on the angular velocity information or angle information from the angular velocity detecting means 11 and the acceleration information or translation information from the acceleration detecting means 26. By calculating the information used in advance in advance,
The calculation load can be reduced.

【0135】「測定不能判定と警告表示」画像入力手段
17から特徴点検出手段18に対し、特徴点の少ない壁
や天井などを撮像することにより、その特徴点が見つか
らないような画像が入力されたとき動きベクトルが測定
できなくなってしまう。
[Measurement Undetermined and Warning Display] An image in which the characteristic point is not found is input from the image input unit 17 to the characteristic point detecting unit 18 by imaging the wall or ceiling with few characteristic points. The motion vector cannot be measured.

【0136】また、運動物体がカメラ62の直ぐ前を横
切つたりした場合や、操作者が乗り物などの移動体の中
にいるときで外の景色だけが写るようなとき、画像処理
による動きベクトル検出手段19ではジャイロデータに
よる角度情報および加速度センサからの加速度情報と大
きく異なる動きベクトルが検出される。
Further, when a moving object crosses right in front of the camera 62, or when the operator is in a moving object such as a vehicle and only the outside scene is shown, the motion by image processing is performed. The vector detecting means 19 detects a motion vector that is significantly different from the angle information based on the gyro data and the acceleration information from the acceleration sensor.

【0137】その他に、画像演算処理システムの処理能
力以上の早い動きにより更新画像データに過去の特徴点
がなくなってしまったときにも、上述と同様に検出不能
となってしまう。
In addition, even when the past feature points disappear in the updated image data due to a rapid movement exceeding the processing capacity of the image processing system, detection becomes impossible in the same manner as described above.

【0138】このようなときには、測定不能と判断し、
補正演算手段21ではジャイロデータによる角度演算情
報および加速度センサからの加速度情報のみで演算し、
画像処理演算情報による補正を行わない演算モードとす
る。
In such a case, it is determined that measurement is impossible, and
The correction calculation means 21 calculates only the angle calculation information based on the gyro data and the acceleration information from the acceleration sensor,
An operation mode in which the correction based on the image processing operation information is not performed.

【0139】よって、本発明では、常に、どのような条
件でも姿勢を検出し続けることができるようになる。そ
の後、前回記憶していた特徴点が抽出された場合には、
そのときの位置情報により姿勢情報の補正を再開する。
Therefore, according to the present invention, the posture can be always detected under any condition. After that, when the feature points stored last time are extracted,
The correction of the posture information is restarted based on the position information at that time.

【0140】しかし、このような測定不能状態が長く続
くことは、ジャイロのドリフトや加速度センサの積算な
どによる誤差が発生する要因になる。そのために、本発
明では、このような状態が一定期間続くと操作者に対し
て警告を発する機能を有している。
However, if the measurement impossible state continues for a long time, an error due to drift of the gyro or integration of the acceleration sensor may be caused. Therefore, the present invention has a function of issuing a warning to the operator when such a state continues for a certain period.

【0141】例えば、ブザー音やLED等光による警告
を発する方法や、HMDの映像情報にそのステータスを
表示する方法、またこの姿勢位置検出装置の情報を入力
しているホストシステムに対してステータス情報の中に
エラー情報として操作者に知らせることができる。
For example, a method of issuing a warning by a buzzer sound or light such as an LED, a method of displaying the status in the HMD video information, and a status information to the host system which is inputting the information of the attitude / position detecting device. Can be notified to the operator as error information.

【0142】「カメラ取付方向変更手段23関連」カメ
ラ62の取付方向については、通常はHMD60を装着
した状態のときの前方の画像を撮像することが基本にな
っている。
[Regarding the Camera Mounting Direction Changing Means 23] The mounting direction of the camera 62 is basically based on taking an image in front of the camera when the HMD 60 is mounted.

【0143】しかし、前記のような測定不能状態が発生
するような条件下で使用できなくならないように、図2
に示すように、カメラ取り付け方向を変更することが可
能なカメラ取付方向変更手段23を備えている。
However, in order to prevent the device from being used under the condition where the above-mentioned unmeasurable state occurs, FIG.
The camera mounting direction changing means 23 which can change the camera mounting direction is provided as shown in FIG.

【0144】例えば、このカメラ取付方向変更手段23
によりカメラ62を操作者の頭頂方向に向けたり、左右
どちらかに向けたりすることで、その使用している環境
下で最も測定に良い条件の画像が得られる方向に設定す
ることが可能となる。
For example, the camera mounting direction changing means 23
By pointing the camera 62 in the direction of the vertex of the operator, or in the left or right direction, it is possible to set the camera 62 in a direction in which an image under the best conditions for measurement can be obtained in the used environment. .

【0145】また、このカメラ取り付け方向の切り替え
に対して、前記カメラ姿勢パラメータ保持手段22は予
めそれぞれの取付方向に対する姿勢パラメータデータを
保管しているので、切換スイッチ(図示せず)やホスト
システムからのパラメータ設定コマンド等によりその設
定を切り換えることができるようにしてもよい。
Further, in response to the switching of the camera mounting direction, the camera posture parameter holding means 22 previously stores the posture parameter data for each mounting direction. The setting may be switched by a parameter setting command or the like.

【0146】また、カメラ62内にカメラ姿勢検知手段
24を組み込むことにより、前記切り替え操作を自動で
行うことも可能である。これは、カメラ取付方向変更手
段23とHMD60本体との結合面にマイクロスイッチ
やホール素子による接合検出器等によりカメラ62の取
付位置による取付方向を検知する方法である。
The switching operation can be automatically performed by incorporating the camera attitude detecting means 24 in the camera 62. This is a method of detecting the mounting direction by the mounting position of the camera 62 on a joint surface between the camera mounting direction changing means 23 and the main body of the HMD 60 by a connection detector such as a microswitch or a Hall element.

【0147】または、前記加速度センサである半導体加
速度センサをカメラ62の内側に装着することにより、
カメラ62の取付傾斜角度を知る傾斜センサとして利用
することも可能である。
Alternatively, by mounting the semiconductor acceleration sensor as the acceleration sensor inside the camera 62,
It can also be used as a tilt sensor that knows the mounting tilt angle of the camera 62.

【0148】したがって、カメラ姿勢検知手段24は、
カメラ取付方向変更手段23により取り付け方向が変更
されたのを自動的に検出し、カメラ姿勢パラメータ保持
手段22の姿勢パラメータデータの変更を自動的に行う
ことが可能となり、使用者への負担を減らすことができ
る。
Therefore, the camera attitude detecting means 24
It is possible to automatically detect that the mounting direction has been changed by the camera mounting direction changing unit 23 and automatically change the posture parameter data of the camera posture parameter holding unit 22, thereby reducing the burden on the user. be able to.

【0149】「カメラパラメ一タ自動キャリブレーショ
ン機能」前記までのカメラ取り付け方向に関する機能
は、計測されたカメラ姿勢パラメータを前もってシステ
ムに組み込んで利用することにより、極めて簡便にカメ
ラ方向とその姿勢パラメータの変更を行うことができ
る。
[Camera Parameter Automatic Calibration Function] The functions relating to the camera mounting direction described above can be extremely easily implemented by incorporating the measured camera posture parameters into the system in advance and using them. Changes can be made.

【0150】しかし、より自由度のあるカメラ取付方向
変更手段23を備えた画像入力手段17に対して、ある
いは操作者の動きの原点となる首の基点位置に対するカ
メラ位置の個人差など(例えば、頭の大きさ、首の長さ
など)の違いにより、その姿勢パラメータに誤差が生じ
てしまう。
However, individual differences in the camera position with respect to the image input means 17 provided with the camera mounting direction changing means 23 having more flexibility or the base position of the neck as the origin of the movement of the operator (for example, Differences in head size, neck length, etc.) cause errors in the posture parameters.

【0151】そこで、カメラ姿勢パラメータ演算手段2
5は、カメラ姿勢パラメータである取り付け姿勢や位置
を各利用者毎に測定し、カメラ姿勢パラメータ保持手段
22に記憶する機能を有している。
Therefore, the camera posture parameter calculating means 2
Reference numeral 5 has a function of measuring the mounting posture and position, which are camera posture parameters, for each user, and storing the measured positions and positions in the camera posture parameter holding unit 22.

【0152】前記カメラパラメータ演算の関連式(8)
に、既知の運動データを与えたときの画像処理から得ら
れる動きベクトルを求めることにより、カメラ取り付け
位置の姿勢パラメータを自動的に求めることができる。
Expression (8) related to the camera parameter calculation
Then, by obtaining a motion vector obtained from image processing when known motion data is given, it is possible to automatically obtain a posture parameter of a camera mounting position.

【0153】このカメラパラメ一タ自動キャリブレーシ
ョンの機能は、以下のようにして簡単な操作で遂行する
ことができる。まず、カメラ姿勢キャリブレーションに
おいては、入力する画像などに関してはなるべく遠方の
画像を取り込むことを条件とする。
The camera parameter automatic calibration function can be performed by a simple operation as follows. First, in the camera posture calibration, it is a condition that an image to be input is captured as far as possible.

【0154】そして、利用者が、この装置を実際に利用
する状態にカメラ62を向け取り付けた状態で、この装
置を装着する頭をなるべく並進運動を行わずゆつくりと
上下左右横振り等の回転運動を行い画像を入力するだけ
で、キャリブレーションが可能となる。
Then, in a state where the user directs the camera 62 in a state where the apparatus is actually used, the head on which the apparatus is mounted does not perform a translational movement as much as possible, and it is easy to rotate the head such as up, down, left, right, and sideways. Calibration becomes possible only by performing an exercise and inputting an image.

【0155】図3に示す「カメラ姿勢キャリブレーショ
ンモード」35のとき、第1姿勢演算手段15及び第2
姿勢演算手段27は通常の動作や演算を行っている。カ
メラ姿勢パラメータ演算手段25は、ジャイロデータに
よる姿勢データと加速度センサからの並進情報と第3演
算手段20により得られた画像処理のデータを何点かサ
ンプリングする。
In the “camera posture calibration mode” 35 shown in FIG. 3, the first posture calculation means 15 and the second posture
The attitude calculation means 27 performs normal operations and calculations. The camera attitude parameter calculating means 25 samples some points of the attitude data based on the gyro data, the translation information from the acceleration sensor, and the image processing data obtained by the third calculating means 20.

【0156】このときの特徴点マッチングでは、カメラ
姿勢パラメータが定まっていないために、特徴点の動き
予測を行わないモードで処理される。これらの結果を前
記カメラ姿勢パラメータ演算の関連式(8)に代入し
て、最小二乗法により、カメラ姿勢パラメータを逆算す
ることが可能となる。
In the feature point matching at this time, since the camera posture parameter is not determined, the processing is performed in a mode in which the motion prediction of the feature point is not performed. By substituting these results into the equation (8) related to the camera posture parameter calculation, the camera posture parameters can be back calculated by the least square method.

【0157】キャリブレーションが終了すると、この姿
勢パラメータをカメラ姿勢パラメータ保持手段22に記
憶し、その後は図3に示す通常動作の「姿勢検出動作モ
ード」44等の演算に使用する。
When the calibration is completed, the posture parameters are stored in the camera posture parameter holding means 22 and thereafter used for calculation of the "posture detection operation mode" 44 of the normal operation shown in FIG.

【0158】よって、カメラ取付方向変更手段23に関
しては、より自由度のある手法を用いることができ、カ
メラ方向もより自由度が増し、どのような方向に向けた
場合でも、前述したようなキャリブレーションを実行す
ることにより、装置を良好な状態で使うことができると
共に、個人差などの誤差も解消することができる。
Therefore, as for the camera mounting direction changing means 23, a method having a higher degree of freedom can be used, the degree of freedom in the camera direction is further increased, and even when the camera is oriented in any direction, the calibration as described above is performed. By executing the application, the apparatus can be used in a good condition, and errors such as individual differences can be eliminated.

【0159】なお、この場合には、カメラ姿勢検知手段
24などは不要となる。 「前処理入力による特徴点検出記憶手段」本移動体姿勢
位置検出装置は、その他の特徴として、特徴点を前処理
により記憶するモードを備えている。
In this case, the camera posture detecting means 24 and the like become unnecessary. "Feature point detection and storage means by preprocessing input" The present mobile object posture position detecting device has a mode for storing feature points by preprocessing as another feature.

【0160】すなわち、図3に示すこの「特徴点前処理
モード」37では、まず、通常利用する範囲の頭部運動
を行う。前記の通常行われる「姿勢検出動作モード」4
4と同様にジャイロセンサ、加速度センサ及び画像処理
による姿勢検出動作が行われる。
That is, in the “feature point pre-processing mode” 37 shown in FIG. 3, first, the head is moved in a normally used range. The above-mentioned “posture detection operation mode” which is normally performed 4
In the same manner as in No. 4, a posture detection operation using a gyro sensor, an acceleration sensor and image processing is performed.

【0161】このときに抽出されている特徴点は、姿勢
情報と共に特徴点検出手段18の中の特徴点・姿勢情報
記憶部18cにも記憶される。更に、参照基準情報も計
算して、この特徴点・姿勢情報記憶部18cに記憶す
る。
The feature points extracted at this time are stored in the feature point / posture information storage section 18c in the feature point detecting means 18 together with the posture information. Further, reference reference information is also calculated and stored in the feature point / posture information storage unit 18c.

【0162】よって、現在撮像されてる画像内の特徴点
だけでなく、環境内の周りの画像の特徴点と姿勢情報
が、それぞれ関連付けながら特徴点・姿勢情報記憶部1
8cに記憶保持される。
Therefore, not only the characteristic points in the currently captured image but also the characteristic points and the posture information of the surrounding images in the environment are associated with each other, and the characteristic point / posture information storage unit 1
8c.

【0163】そして、その後の「姿勢検出動作モード」
44においては、カメラ画像内の特徴点情報を姿勢情報
より特徴点・姿勢情報記憶部18cより取り出すことに
より、その情報を利用しながら動きベクトルを検出す
る。
Then, the "posture detection operation mode"
In step 44, feature point information in the camera image is extracted from the feature point / posture information storage unit 18c from the pose information, and a motion vector is detected using the information.

【0164】または、参照基準情報を特徴点・姿勢情報
記憶部18cより取り出すことにより、補正を行うこと
ができる。よって、特徴点検出手段18の特徴点抽出部
18aの処理を簡略化することができるため、画像処理
においてより演算負荷を少なくすることが可能となると
共に、より高速化を計ることができる。
Alternatively, the correction can be performed by extracting the reference reference information from the feature point / posture information storage section 18c. Therefore, the processing of the feature point extraction unit 18a of the feature point detection unit 18 can be simplified, so that the calculation load in image processing can be further reduced and the speed can be further increased.

【0165】また、この「特徴点前処理モード」37内
における特徴点情報に関する測定が短時間で完了するた
め、角速度センサや加速度センサのドリフトなどの発生
を少なくすることができ、特徴点の情報の誤差を低減す
ることができる。
Since the measurement of the feature point information in the “feature point pre-processing mode” 37 is completed in a short time, the occurrence of drift of the angular velocity sensor and the acceleration sensor can be reduced, and the information of the feature point can be reduced. Can be reduced.

【0166】また、この「特徴点前処理モード」37
は、例えば、ある決まった場所にある椅子に座って作業
を行うような固定した環境で使用する場合に有効な利用
方法である。
This "feature point pre-processing mode" 37
Is an effective use method when used in a fixed environment such as, for example, sitting on a chair at a fixed place and performing work.

【0167】「固定マーク検出動作モード」更に、その
他の特徴として、図3に示す「固定マーク検出動作モー
ド」43がある。
[Fixed Mark Detection Operation Mode] As another feature, there is a "fixed mark detection operation mode" 43 shown in FIG.

【0168】この「固定マーク検出動作モード」は、個
人で常に使う場所が固定されていたり、アミューズメン
ト施設内のある部屋の中で使用するというような、前述
の「特徴点前処理記憶モード」37の場合よりも更に固
定された環境で使用するようなときに利用する。
The “fixed mark detection operation mode” is the above-mentioned “feature point pre-processing storage mode” 37 in which the place always used by an individual is fixed or used in a room in an amusement facility. It is used when it is used in a more fixed environment than in the case of.

【0169】これは、特徴点となる画像パターンを予め
記憶しており、このパターンにのみ相関処理を行うモー
ドである。画像パターンである固定マークが、カメラ画
角内に常に8個以上撮像できるように、その環境内の周
囲に配置される。
This is a mode in which an image pattern serving as a feature point is stored in advance, and a correlation process is performed only on this pattern. The fixed marks, which are image patterns, are arranged around the environment so that eight or more fixed marks can always be picked up within the camera angle of view.

【0170】この固定マークの配置に際して、通常で
は、周期的に配置するのを避け、なるべくランダムに配
置するが、ジャイロセンサや加速度センサからの情報も
加味されているために、一般的な画像処理のみによる姿
勢検出装置よりは、この配置に関しても自由度が高い。
In arranging the fixed marks, they are usually arranged as randomly as possible, instead of being arranged periodically. However, since information from a gyro sensor or an acceleration sensor is also taken into account, general fixed image processing is performed. This arrangement has a higher degree of freedom than the posture detection device using only the position.

【0171】よって、特徴点検出手段18の特徴点抽出
部18aの処理を省略することができるため、画像処理
においてより演算負荷を少なくすることが可能となると
共に、高速化を計ることができる。
Therefore, since the processing of the feature point extracting unit 18a of the feature point detecting means 18 can be omitted, the calculation load in the image processing can be further reduced and the speed can be increased.

【0172】また、更に、「特徴点前処理記憶モード」
37のような記憶メモリを多く必要としないので、シス
テム構成をより簡単にすることができる。 「固定マーク登録モード42」更に、その他の特徴とし
て、前記「固定マーク検出動作モード」43において
は、内部に予め特徴点となる画像パターンを記憶してお
くようにしているが、図3に示すこの「固定マーク登録
モード」42では、前述の「固定マーク検出動作モー
ド」43に先立ち、操作者自身でカメラ62の画像から
入力したマークを登録し、そのマークに対して「固定マ
ーク検出動作モード」43を行う点で違っている。
Further, a "feature point pre-processing storage mode" is also provided.
Since a large storage memory such as 37 is not required, the system configuration can be simplified. "Fixed mark registration mode 42" As another feature, in the "fixed mark detection operation mode" 43, an image pattern serving as a feature point is stored in advance therein, as shown in FIG. In the "fixed mark detection mode" 42, prior to the "fixed mark detection operation mode" 43, the operator himself / herself registers a mark input from the image of the camera 62, and registers the mark in the "fixed mark detection operation mode". "43.

【0173】この「固定マーク登録モード」42では、
画像入力手段17から入力された画像を特徴点データと
なるように変換して内部に記憶する。但し、このときの
入力画像には固定マークとして登録するもの以外の画像
が写らないようにする必要がある。
In the “fixed mark registration mode” 42,
The image input from the image input means 17 is converted into feature point data and stored internally. However, it is necessary to prevent an image other than the image registered as the fixed mark from appearing in the input image at this time.

【0174】よって、この「固定マーク登録モード」4
2では、前記と同様に、特徴点検出手段18の特徴点抽
出部18aの処理を省略することができるため、画像処
理においてより演算負荷を少なくすることが可能となる
と共に、より高速化を計ることができる。
Therefore, the “fixed mark registration mode” 4
In 2, the processing of the feature point extraction unit 18a of the feature point detection unit 18 can be omitted, as described above, so that the calculation load in image processing can be further reduced and the speed can be further increased. be able to.

【0175】また、この「固定マーク登録モード」42
では、画像処埋による安定的な信号を得たいときには、
識別し易いマーカーなどを配置することで、より精度を
上げることができる。
The "fixed mark registration mode" 42
Then, when you want to obtain a stable signal by image processing,
By arranging easily identifiable markers and the like, the accuracy can be further improved.

【0176】更に、この「固定マーク登録モード」42
では、「特徴点前処理記憶モード」37のような記憶メ
モリを多く必要としないので、システム構成をより簡単
にすることができる。
Further, the "fixed mark registration mode" 42
In this case, since a large storage memory such as the “feature point preprocessing storage mode” 37 is not required, the system configuration can be simplified.

【0177】更に、この「固定マーク登録モード」42
では、個人でマークを製作したり、使用環境内にある画
像をマークとして登録することが可能なので、使用環境
内における周辺環境の設計の自由度が増し、より利便性
を向上することができる。
Further, the "fixed mark registration mode" 42
In this case, the mark can be produced by an individual or an image in the use environment can be registered as a mark, so that the degree of freedom in designing the surrounding environment in the use environment increases, and the convenience can be further improved.

【0178】「赤外線発光手段」更に、その他の特徴と
して、本装置は、画像入力手段17の画像入力範囲を照
射するように配置された赤外線LED等の赤外発光手段
(図示せず)を備えている。
[Infrared Light Emitting Means] As another feature, the present apparatus is provided with infrared light emitting means (not shown) such as an infrared LED arranged to irradiate the image input range of the image input means 17. ing.

【0179】画像入力手段17は、周りが自然光や照明
器具によって照明された状態の画像を入力する場合は問
題ないが、夜間や暗い部屋などで、照明器具を使用しな
い環境で本装置を使いたいときに、本装置側に備えてい
る赤外線LEDを発光させることにより、このような環
境でも使用することが可能となる。
The image input means 17 has no problem in the case of inputting an image whose surroundings are illuminated by natural light or lighting equipment, but it is desired to use the apparatus in an environment where lighting equipment is not used, such as at night or in a dark room. Occasionally, the device can be used in such an environment by causing the infrared LED provided on the device side to emit light.

【0180】この場合、赤外線LEDは、画像入力手段
17の画像入力処理に同期して、発光させ、それ以外で
は発光を停止させるようにしている。このように、点灯
・消灯を繰り返すことにより、余計な電力消費を避け
て、低消費電力化を計っている。
In this case, the infrared LED emits light in synchronization with the image input processing of the image input means 17 and stops emitting light in other cases. In this way, by repeatedly turning on and off, unnecessary power consumption is avoided and low power consumption is achieved.

【0181】また、夜景のような遠方の光パターンを利
用出来る場合には、赤外線LEDの発光は行わない。 「人工網膜チップ」更に、その他の特徴として、前記構
成において画像入力手段17の投影像を映像信号に変換
するための撮像素子から、その映像信号を画像データと
して蓄積し、その画像データを更に輪郭抽出を行った
り、特徴抽出部18aの処理、パターンマッチング処
理、映像入力信号のゲインレベルの調整等の機能を一つ
の人工網膜チップにより構成する。
When a distant light pattern such as a night scene can be used, the infrared LED does not emit light. "Artificial retinal chip" As another feature, the image signal is stored as image data from an image pickup device for converting the projected image of the image input means 17 into a video signal in the above-described configuration, and the image data is further contoured. Functions such as extraction, processing of the feature extraction unit 18a, pattern matching processing, and adjustment of the gain level of a video input signal are configured by one artificial retinal chip.

【0182】この人工網膜チップは、画像演算処理機能
と、アナログ調整機能とを内蔵したイメージセンサ(例
えば、三菱電機株式会社製人工網膜IC)で、現在は1
28×128画素の濃淡画像を処理・出力することがで
きる。
This artificial retinal chip is an image sensor (for example, an artificial retinal IC manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) having a built-in image calculation processing function and an analog adjustment function.
A gray image of 28 × 128 pixels can be processed and output.

【0183】カメラ62の光学系は画角30゜を有して
おり、回転角方向に関しては30/128=0.23゜
より、1画素当たり0.23゜となり、アナログ濃淡画
像信号を補間処理することで、更に高分解能化を計るこ
とができる。
The optical system of the camera 62 has an angle of view of 30 °, and the angle of rotation becomes 0.23 ° per pixel from 30/128 = 0.23 °. By doing so, higher resolution can be achieved.

【0184】これにより、ドリフトのない参照点データ
として、十分使用することが可能である。よって、後段
の演算処理のための処理系もより低価格で汎用的な処理
システムで構成することが可能となる。
As a result, the data can be sufficiently used as reference point data without drift. Therefore, the processing system for the subsequent arithmetic processing can be configured with a lower-cost general-purpose processing system.

【0185】この人工網膜チップを画像入力手段17に
用いることにより、システムの小型化、低価格化、高速
化、低消費電力化を計ることができる。以上の説明にお
いて、画像処理に関する各種設定やモード変更に関して
は、本装置内にある内部スイッチ(図示せず)の設定及
び装置ステータス情報により自動的に行うことができ
る。
By using this artificial retinal chip for the image input means 17, it is possible to reduce the size, cost, speed, and power consumption of the system. In the above description, various settings and mode changes relating to image processing can be automatically performed by setting internal switches (not shown) in the apparatus and apparatus status information.

【0186】また、これは、本装置の情報を利用するホ
ストコンピュータからの設定コマンドによって、変更す
ることも可能である。図3は、以上における画像処理モ
ード関連のフローチャートを示している。
Further, this can be changed by a setting command from a host computer using the information of the present apparatus. FIG. 3 shows a flowchart relating to the image processing mode described above.

【0187】このフローは、装置本体へのリセット入力
あるいはパワーオンリセットにより、開始31となる。
そして、まず、初期化モード32において、各種データ
の初期設定が行われると同時に、内部スイッチのデータ
が読み込まれる。
This flow is started 31 by a reset input to the apparatus body or a power-on reset.
First, in the initialization mode 32, various data are initialized and, at the same time, data of the internal switch is read.

【0188】次に、カメラモード判定部33では、内部
スイッチのカメラキャリブレーションモードスイッチが
「オン」に設定されていれば、「カメラ姿勢キャリブレ
ーションモード」35を実行し、カメラ姿勢パラメータ
を測定してそれをカメラ姿勢パラメータ保持手段22に
保持する。
Next, if the camera calibration mode switch of the internal switch is set to “ON”, the camera mode determination section 33 executes “camera posture calibration mode” 35 to measure the camera posture parameters. Then, it is held in the camera posture parameter holding means 22.

【0189】また、カメラキャリブレーションモードス
イッチが「オフ」であれば、「カメラ姿勢パラメータ変
更モード」34の処理を行う。この「カメラ姿勢パラメ
ータ変更モード」34では、カメラ姿勢検知手段24の
ステータス情報よりカメラ取り付け方向情報を調べ、そ
の情報に対応して内部に記憶されているカメラ姿勢パラ
メータ情報を読み出し、カメラ姿勢パラメータ保持手段
22に保持する。
If the camera calibration mode switch is "OFF", the process of "camera posture parameter change mode" 34 is performed. In the "camera posture parameter change mode" 34, the camera mounting direction information is checked from the status information of the camera posture detection means 24, and the camera posture parameter information stored therein corresponding to the information is read out, and the camera posture parameter holding is performed. It is held in the means 22.

【0190】また、このときにステータス情報にステー
タスがない場合、すなわち、カメラ姿勢検知手段24が
ないカメラ装置の場合には、内部スイッチのカメラ取り
付け方向設定スイッチ情報によりカメラ姿勢パラメータ
情報を読み出し、カメラ姿勢パラメータ保持手段22に
保持する。
At this time, if there is no status in the status information, that is, in the case of a camera apparatus without the camera attitude detecting means 24, the camera attitude parameter information is read out from the camera mounting direction setting switch information of the internal switch, and the camera attitude parameter information is read. It is held in the posture parameter holding means 22.

【0191】次に、各種動作モード判定部36,38,
41では、内部スイッチの動作モード設定スイッチによ
り、「姿勢検出動作モード」44、「前処理データ利用
・姿勢検出動作モード」37,44、「内部固定マーク
による固定マーク検出動作モード」43、「登録マーク
による固定マーク検出動作モード」42,43の以上5
つの動作モードを選択し、実行する。
Next, various operation mode judging sections 36, 38,
At 41, the “posture detection operation mode” 44, “preprocessing data use / posture detection operation mode” 37, 44, “fixed mark detection operation mode with internal fixed mark” 43, “registration” Marked Fixed Mark Detection Operation Mode "
Select and execute one operation mode.

【0192】但し、この動作モード及びカメラモードな
どは、この実施の形態のように、全てのモードをサポー
トする必要はなく、あるモードだけ単独で動かす装置と
して、構成することも可能である。
However, it is not necessary to support all the modes, such as the operation mode and the camera mode, as in this embodiment, and it is also possible to configure a device that operates only a certain mode alone.

【0193】また、本実施の形態では、操作者の頭部運
動を測定するための例で説明したが、これに限定された
利用だけでなく、操作者の他の身体の部分の動きを検出
するためにも使用することができる。
Further, in the present embodiment, an example for measuring the movement of the operator's head has been described. However, the present invention is not limited to this, and the movement of the operator's other body part is detected. Can also be used to

【0194】また図6は、携帯型コンピュータに本発明
による移動体姿勢位置検出装置である頭部検出装置を内
蔵したHMD表示装置を組み込んだシステムを例示する
図である。
FIG. 6 is a diagram exemplifying a system in which an HMD display device having a built-in head detecting device, which is a moving body posture position detecting device according to the present invention, is incorporated in a portable computer.

【0195】図6において、参照符号60は頭部姿勢検
出装置内蔵のHMD表示装置、61はモードスイッチ、
70はマイクロホン、71はスピーカ、72は信号ケー
ブル、73はPCカード等のグラフィック制御システ
ム、74は携帯型コンピュータである。
In FIG. 6, reference numeral 60 denotes an HMD display device with a built-in head posture detecting device, 61 denotes a mode switch,
70 is a microphone, 71 is a speaker, 72 is a signal cable, 73 is a graphic control system such as a PC card, and 74 is a portable computer.

【0196】また、図9は、周辺画像の撮像手段である
カメラ62を操作者の頭上方向に向けた場合を例示する
図である。そして、上述したような実施の形態で示した
本発明には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至3以
外に、以下のような付記として示すような発明が含まれ
ている。
FIG. 9 is a diagram exemplifying a case in which the camera 62, which is a means for capturing a peripheral image, is directed upward from the operator. The present invention described in the above-described embodiments includes the inventions described as the following supplementary notes in addition to claims 1 to 3 described in the claims.

【0197】付記1.上記姿勢位置決定手段は、上記角
度情報検出手段よりの角度情報を上記画像解析手段より
の角度情報を用いて補正し、上記並進位置情報検出手段
よりの並進位置情報を上記画像解析手段よりの並進位置
情報を用いて補正することによつて、前記測定対象物の
角度情報と並進位置情報を決定することを特徴とする請
求項1または2記載の姿勢位置検出装置。
Additional Notes 1. The attitude position determination means corrects the angle information from the angle information detection means using the angle information from the image analysis means, and translates the translation position information from the translation position information detection means from the image analysis means. The attitude position detecting device according to claim 1 or 2, wherein the angle information and the translation position information of the measurement object are determined by performing correction using the position information.

【0198】付記2.測定対象物に装着または内蔵さ
れ、該測定対象物の移動に伴って移動して、該測定対象
物の姿勢位置情報を検出する姿勢位置検出装置におい
て、装置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像情報
取得手段と、上記画像情報を解析して、装置の傾きを表
わす角度情報を検出する画像解析手段と、上記画像情報
を用いずに、角度情報を検出可能な角度情報検出手段
と、上記画像解析手段よりの角度情報と、上記角度情報
検出手段よりの角度情報を用いて、測定対象物の角度情
報を演算する姿勢位置演算手段と、を具備することを特
徴とする姿勢位置検出装置。
Appendix 2 A posture / position detection device that is attached to or built into the measurement target and moves with the movement of the measurement target to detect the posture / position information of the measurement target. Image information acquisition means, analyzing the image information, image analysis means for detecting angle information representing the inclination of the device, without using the image information, angle information detection means capable of detecting angle information, A posture position detecting device comprising: a posture position calculating unit that calculates angle information of a measurement target using the angle information from the image analyzing unit and the angle information from the angle information detecting unit. .

【0199】付記3.測定対象物に装着または内蔵さ
れ、該測定対象物の移動に伴って移動して、該測定対象
物の姿勢情報を検出する姿勢検出装置において、前記装
置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像情報取得手
段と、上記画像情報を解析して、前記装置の位置移動を
表わす並進位置情報を検出する画像解析手段と、上記画
像情報を用いずに、並進位置情報を検出可能な並進位置
情報検出手段と、上記画像解析手段よりの並進位置情報
と、上記並進位置情報検出手段よりの並進位置情報とを
用いて、前記測定対象物の並進位置情報を演算する姿勢
位置演算手段と、を具備することを特徴とする姿勢位置
検出装置。
Appendix 3 A posture detection device that is attached to or incorporated in the measurement target, moves with the movement of the measurement target, and detects posture information of the measurement target. Image information acquisition means, image analysis means for analyzing the image information and detecting translational position information indicating the position movement of the apparatus, and translational position information capable of detecting translational position information without using the image information Detection means, and translation position information from the image analysis means, and attitude position calculation means for calculating the translation position information of the measurement object using the translation position information from the translation position information detection means. And a posture / position detecting device.

【0200】付記4. 移動体の姿勢を検出する装置に
おいて前記移動体の空間上の3軸の姿勢角度情報を算出
する角度検出手段と、前記移動体の空間上の3軸の並進
位置情報を算出する並進位置検出手段と、前記移動体自
体に設置され、前記移動体の周りの画像から移動体の並
進と姿勢の6軸の画像姿勢情報を算出する画像処理姿勢
検出手段と、前記角度検出手段からの姿勢角度情報と、
前記並進位置検出手段からの並進位置情報と、前記画像
処理姿勢検出手段からの画像姿勢情報のそれぞれ情報に
より空間上での前記移動体の6軸姿勢情報を算出する空
間姿勢演算手段と、を具備することを特徴とする移動体
姿勢検出装置。
[0200] Appendix 4 Angle detecting means for calculating three-axis attitude angle information on the space of the moving body in a device for detecting the attitude of the moving body, and translation position detecting means for calculating three-axis translational position information on the space of the moving body Image processing attitude detecting means installed on the moving body itself and calculating six-axis image attitude information of translation and attitude of the moving body from an image around the moving body; and attitude angle information from the angle detecting means When,
Spatial attitude calculation means for calculating 6-axis attitude information of the moving body in space based on translational position information from the translational position detection means and image attitude information from the image processing attitude detection means. A moving body posture detecting device, comprising:

【0201】この付記4.は、第1の実施形態が対応す
る。この発明によれば、参照点をもたず、空間内での相
対的な姿勢変化や並進変位情報を検出する角度検出手段
と並進位置検出手段の情報に対して、被計測移動体に対
する空間上での絶対的な参照点を持つことが可能な画像
処理姿勢検出手段との情報を、関連づけることにより、
空間上の絶対参照点に対する姿勢を求めることが可能と
なる。
[0220] Appendix 4 Corresponds to the first embodiment. According to the present invention, the information of the angle detecting means and the translational position detecting means for detecting the relative posture change and the translational displacement information in the space without the reference point is provided in the space with respect to the moving object to be measured. By associating information with the image processing attitude detection means that can have an absolute reference point in
The attitude with respect to the absolute reference point in space can be obtained.

【0202】付記5. 前記角度検出手段は、直交する
3軸上の空間の角速度情報を検出する角速度検出手段
と、前記角度情報より前記移動体の姿勢角度情報を演算
する第1姿勢演算手段とで構成され、前記並進位置検出
手段は、直交する3軸上の空間の並進方向の加速度情報
を検出する加速度検出手段と、前記加速度情報より前記
移動体の傾き情報と並進情報を演算する第2姿勢演算手
段とで構成され、前記画像処理姿勢検出手段は、前記装
置周辺の画像を時系列に入力する画像入力手段と、この
画像入力手段によって入力された画像の中から複数の特
徴点を抽出して、それらの特徴点を記憶すると共に、以
前に記憶されている特徴点の座標等の特徴点情報を探索
検出する特徴点検出手段と、前記特徴点の2次元画像の
中での変位から画像の動きベクトルを検出する動きベク
トル検出手段と、前記姿勢角度情報と前記並進情報と前
記特徴点の情報から移動体の回転方向と並進方向の画像
姿勢情報を演算する第3姿勢演算手段とで構成され、前
記空間姿勢演算手段は、前記動きベクトル検出手段から
の情報と前記角速度検出手段と前記加速度検出手段とに
より前記第1姿勢演算手段の姿勢演算方法と前記第2姿
勢演算手段の姿勢演算方法とを変更する情報を送る停止
判定制御手段と、前記第1姿勢演算手段と第2姿勢演算
手段と第3姿勢演算手段それぞれからの情報を演算する
補正演算手段と、で構成されることを特徴とする付記
4.に記載の移動体姿勢検出装置。
Appendix 5 The angle detecting means includes an angular velocity detecting means for detecting angular velocity information of a space on three orthogonal axes, and a first attitude calculating means for calculating attitude angle information of the moving body from the angle information. The position detecting means includes acceleration detecting means for detecting acceleration information in a translational direction of a space on three orthogonal axes, and second attitude calculating means for calculating tilt information and translation information of the moving body from the acceleration information. The image processing attitude detecting means includes an image inputting means for inputting an image around the device in time series, and a plurality of feature points extracted from the image input by the image inputting means. Feature point detecting means for searching for and detecting feature point information such as coordinates of feature points previously stored, and detecting a motion vector of the image from a displacement of the feature point in the two-dimensional image You A motion vector detecting unit, and a third posture calculating unit configured to calculate image posture information in a rotation direction and a translation direction of a moving body from the posture angle information, the translation information, and the feature point information, Means for changing information from the motion vector detecting means and information for changing the attitude calculating method of the first attitude calculating means and the attitude calculating method of the second attitude calculating means by the angular velocity detecting means and the acceleration detecting means. Supplementary note 4 characterized by comprising stop determination control means for sending, and correction calculation means for calculating information from each of the first attitude calculation means, the second attitude calculation means and the third attitude calculation means. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0203】この発明によれば、角速度検出手段より角
度を検出するとき及び加速度検出手段で並進位置を検出
するときの角速度及び中間データの速度データを画像処
理のための補助データとして利用することができ、画像
処理の計算負荷を減らす効果があると共に、画像処理の
みによる装置に比較して演算処理の負荷が小さくなるた
め、高速処理が可能であり、また低速の処理系で構成す
ることができ、更に、画像処理での動きベクトルとの比
較により停止状態を判定することでジャイロのドリフト
などを補正することができる。
According to the present invention, the angular velocity and the velocity data of the intermediate data when the angle is detected by the angular velocity detecting means and when the translation position is detected by the acceleration detecting means can be used as auxiliary data for image processing. It has the effect of reducing the calculation load of image processing, and also has the effect of reducing the processing load as compared with a device using only image processing, so that high-speed processing is possible and a low-speed processing system can be used. Further, by determining the stop state by comparison with a motion vector in image processing, gyro drift or the like can be corrected.

【0204】また、その他の効果としては移動体の中に
おいても移動体に対する相対的な姿勢を検出することが
できる。 付記6.(高速に取り込まれ処理される)前記角速度検
出手段の姿勢角度情報と前記加速度検出手段からの並進
情報を前記移動体姿勢検出装置の6軸姿勢情報として利
用すると共に、上記姿勢角度情報や変位情報よりも低速
に演算処理される画像処理姿勢検出手段の画像姿勢情報
を上記6軸姿勢情報の基準参照用の補正情報として利用
することを特徴とする付記4.または5.に記載の移動
体姿勢検出装置。
Further, as another effect, the relative attitude to the moving body can be detected even in the moving body. Appendix 6 The attitude angle information of the angular velocity detector and the translation information from the acceleration detector are used as six-axis attitude information of the moving body attitude detector, and the attitude angle information and the displacement information are used. 3. The image processing apparatus according to claim 3, wherein the image orientation information of the image processing orientation detection means, which is calculated at a lower speed, is used as correction information for reference reference of the 6-axis orientation information. Or 5. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0205】この発明によれば、画像処理による姿勢演
算処理時間に比べて高速でしかも演算負荷の少ない角速
度検出手段と加速度検出手段からの情報を本移動体姿勢
検出装置の6軸姿勢情報として利用し、画像姿勢検出手
段からの情報は固定空間から得られた参照基準情報とし
て前記姿勢情報を補正するために使用することによって
6軸姿勢情報としては高速に検出することができると共
に、画像姿勢検出手段による基準点情報で定期的に修正
することでその誤差を補正することが可能となる。
According to the present invention, information from the angular velocity detecting means and the acceleration detecting means, which is faster than the processing time of the attitude calculation by the image processing and has a small calculation load, is used as the six-axis attitude information of the mobile body attitude detection apparatus. The information from the image posture detecting means is used as the reference reference information obtained from the fixed space to correct the posture information, whereby the six-axis posture information can be detected at high speed, and the image posture detection can be performed. The error can be corrected by periodically correcting the reference point information by the means.

【0206】付記7.前記角速度検出手段と、前記加速
度検出手段と、画像入力手段の画像入力方向と取付位置
座標との取付関係であるカメラ姿勢パラメータ情報を記
憶した画像ベクトル推定手段を備えたことを特徴とする
付記4.または5.に記載の移動体姿勢検出装置。
Appendix 7 The image processing apparatus according to claim 4, further comprising an angular velocity detecting unit, the acceleration detecting unit, and an image vector estimating unit that stores camera posture parameter information that is an attachment relationship between an image input direction of the image input unit and an attachment position coordinate. . Or 5. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0207】この発明によれば、角速度検出手段からの
角速度情報或いは角度情報と、加速度検出手段からの加
速度情報あるいは並進情報により椎定で求められる特徴
点の動きあるいは画像ベクトルの動きなどの他のいくつ
かの処理の中で利用される情報を予め計算しておくこと
で、演算負荷を減らすことが可能となる。
According to the present invention, other information such as the motion of a feature point or the motion of an image vector determined by vertebral determination based on the angular velocity information or angle information from the angular velocity detecting means and the acceleration information or translation information from the acceleration detecting means. By calculating information used in some processes in advance, it is possible to reduce the calculation load.

【0208】付記8.前記特徴点検出手段は、前記画像
入力手段が画像を入力した時点での前記特徴点検出手段
の特徴点情報に、前記第1姿勢演算手段での姿勢角度情
報と、前記第2姿勢演算手段での並進情報とを一組の特
徴点姿勢情報として記憶すると共に、同一特徴点に対す
る異なった位置(前記並進情報がある閾値以上の値を持
ったもの)の特徴点姿勢情報を優先的に記憶する特徴点
姿勢情報記憶機能を有し、前記第3姿勢演算手段は、2
点以上の前記特徴点姿勢情報より特徴点の固定座標空間
の原点からの座標に近似補正して求めることを特徴とす
る付記4.乃至7.に記載の移動体姿勢検出装置。
[Supplementary Note 8] The feature point detection means includes: a feature point information of the feature point detection means at the time when the image input means inputs an image; a posture angle information by the first posture calculation means; Is stored as a set of feature point posture information, and the feature point posture information at different positions with respect to the same feature point (the translation information having a value equal to or greater than a certain threshold value) is preferentially stored. The third posture calculating means has a feature point posture information storage function;
3. The characteristic point is obtained by approximating the coordinates of the characteristic point from the origin in the fixed coordinate space from the characteristic point posture information of the points or more. To 7. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0209】この発明によれば、同一特徴点に対する座
標情報を求める場合、並進情報が大きいほど精度が上が
り、また測定データ数が多いほど誤差を低減することが
できると共に、特徴点の固定空間上での求める座標情報
の誤差を減らすことが可能となり、更に、2次元画像処
理から求められた特徴点情報にはカメラの姿勢パラメー
タ情報が含まれるため、特徴点情報を固定座標原点から
の情報に変換して保存しておくことで角速度検出手段の
姿勢角度情報とか速度検出手段からの並進情報を参照基
準情報と比較するときの処理が簡単になり、処理が高速
になる。
According to the present invention, when the coordinate information for the same feature point is obtained, the accuracy increases as the translation information increases, and the error can be reduced as the number of measurement data increases, and the fixed point space can be reduced. It is possible to reduce the error of the coordinate information obtained in the above. Further, since the feature point information obtained from the two-dimensional image processing includes the posture parameter information of the camera, the feature point information is converted to information from the fixed coordinate origin. By converting and storing, the process when comparing the attitude angle information of the angular velocity detecting means or the translation information from the speed detecting means with the reference reference information is simplified, and the processing speed is increased.

【0210】付記9. 前記補正演算手段は、前記第3
姿勢演算手段で近似補正して求められた画像姿勢情報を
参照基準情報とし、前記第1姿勢演算手段での姿勢角度
情報と前記第2姿勢演算手段での並進情報とが前記参照
基準情報に一致するように補正すると共に、この補正値
を停止中には補正せず、動作中にその動作データの変化
データの値によってその補正幅を調整することを特徴と
する付記8.に記載の移動体姿勢検出装置。
Supplementary Note 9 The correction calculating means is configured to execute the third
The image attitude information obtained by the approximate correction by the attitude calculation means is used as reference reference information, and the attitude angle information in the first attitude calculation means and the translation information in the second attitude calculation means match the reference reference information. The correction value is not corrected while the operation is stopped, and the correction range is adjusted by the value of the change data of the operation data during the operation. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0211】この発明によれば、参照基準情報を複数の
測定点から近似補間した情報より求めることで、画像処
理による誤差や、角速度検出手段や加速度検出手段から
の情報による誤差を減らすことが可能となり、角速度検
出手段の姿勢角度情報とか速度検出手段からの並進情報
を、また誤差補正に際してはこのようにすることでVR
的な表示を観察しているときに操作者の意志に関わらず
勝手に映像が動くこともなく、また動作中に誤差がキャ
ンセルされることで、操作者にはその補正による動きを
判り難くするという効果がある。
According to the present invention, it is possible to reduce errors due to image processing and errors due to information from angular velocity detecting means and acceleration detecting means by obtaining reference reference information from information obtained by approximate interpolation from a plurality of measurement points. The attitude angle information of the angular velocity detecting means or the translation information from the velocity detecting means, and the error correction is performed in such a manner as described above.
The image does not move freely regardless of the operator's intention when observing a typical display, and the error is canceled during operation, making it difficult for the operator to understand the movement due to the correction. This has the effect.

【0212】付記10. 前記特徴点検出手段は、同一
特徴点に対する同じ位置(前記並進情報がある閾値以下
の値を持ったもの)で異なった角度(前記並進情報があ
る閾値以上の値を持ったもの)の特徴点姿勢情報を角度
の参照基準情報として利用し、前記補正演算手段は、こ
の角度の参照基準情報に一致するように姿勢角度情報の
み補正することを特徴とする付記8.に記載の移動体姿
勢検出装置。
Supplementary Note 10. The feature point detecting means may detect the feature points at the same position (the translation information having a value equal to or less than a certain threshold value) at different angles (the translation information having a value equal to or greater than a certain threshold value) with respect to the same feature point. The attitude information is used as reference reference information of the angle, and the correction calculating means corrects only the attitude angle information so as to match the reference information of the angle. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0213】この発明によれば、VR的な仮想表示シス
テムでは並進による動作より回転中心の動きの方が多い
ため、並進情報が大きい場合のデータだけではデータ効
率が悪くなるが、並進がゼロのときの角度情報はそのま
まジャイロ情報の角度情報の参照基準情報となるため、
演算処理を高速にすることができる。
According to the present invention, in the VR-like virtual display system, since the movement of the rotation center is more than the movement by the translation, the data efficiency is deteriorated only by the data when the translation information is large, but the translation is zero. Since the angle information at the time becomes the reference information of the angle information of the gyro information as it is,
The arithmetic processing can be performed at high speed.

【0214】付記11. 前記画像ベクトル推定手段か
らの情報により、取り込まれた画像データの特徴点の移
動位置と回転角を推定することを特徴とする付記7.乃
至10に記載の移動体姿勢検出装置。
Supplementary Note 11. 6. A moving position and a rotation angle of a feature point of the captured image data are estimated based on information from the image vector estimating means. 11. A moving body posture detection device according to any one of claims 10 to 10.

【0215】この発明によれば、カメラ取付状態が変わ
つても特徴点探索のためのマッチング領域の予測がで
き、2次元走査回数やアフィン変換等の画像処理の演算
を減らすことができ、カルマンフィルタなどによる探策
領域の予測方式より、特徴点処理を簡単に高速化するこ
とができる。
According to the present invention, it is possible to predict a matching area for searching for a feature point even if the camera attachment state changes, to reduce the number of two-dimensional scans and image processing operations such as affine transformation, and to use a Kalman filter. The feature point processing can be easily speeded up as compared with the method of predicting the search area according to the above.

【0216】付記12. 前もって移動体の周りの画像
を入力し、そのときの前記特徴点検出手段の特徴点姿勢
情報を記憶し、次からは前記第1姿勢演算手段と第2姿
勢演算手段との情報より特徴点抽出の処理を行わずに、
前記記憶情報を利用すると共に、複数の記憶した特徴点
姿勢情報をもとに前記第3姿勢演算手段により、特徴点
の固定座標空間の原点からの座標に近似補正した参照基
準情報を求めて記憶しておくことを特徴とする付記7.
乃至11に記載の移動体姿勢検出装置。
Supplementary Note 12 An image around the moving object is input in advance, feature point posture information of the feature point detection means at that time is stored, and thereafter, feature point extraction is performed from information of the first posture calculation means and the second posture calculation means. Without performing the processing of
In addition to using the stored information, the third attitude calculating means obtains reference reference information approximately corrected to the coordinates of the feature point from the origin in the fixed coordinate space based on the plurality of stored feature point attitude information and stores the information. Appendix 7 characterized in that:
12. A mobile body posture detection device according to any one of claims 11 to 11.

【0217】この発明によれば、特徴点の固定空間の座
標を予め求めるモードで測定しておくことで、角速度検
出手段や加速度検出手段からの情報のドリフトや誤差の
発生が少ない間で座標情報を特定できるため、より精度
を上げることができると共に、抽出処理を簡略化するこ
とができるため、画像処理においてより演算負荷を少な
くすることが可能となり、またより高速化を計ることが
できる。
According to the present invention, the coordinates of the feature point in the fixed space are measured in advance in the mode for obtaining the coordinate information while the drift or error of the information from the angular velocity detecting means or the acceleration detecting means is small. Can be specified, the accuracy can be further improved, and the extraction process can be simplified, so that the calculation load in the image processing can be further reduced, and the speed can be further increased.

【0218】付記13.前記動きベクトル検出手段は、
処理された情報の中から前記画像ベクトル推定手段の情
報との推定による動きベクトルのみを選択出力すること
を特徴とする付記7.乃至12に記載の移動体姿勢検出
装置。
Supplementary Note 13. The motion vector detecting means,
Additional characteristic 7 is that only the motion vector based on the estimation with the information of the image vector estimating means is selectively output from the processed information. 13. A moving body posture detecting apparatus according to any one of claims to 12.

【0219】この発明によれば、画像の中で固定物体以
外の動体による動きベクトルが存在したときの判定条件
にジャイロデータを利用することで信頼性が上がる。 付記14. 前記特徴点検出手段で特徴点が検出されな
いとき、あるいは前記動きベクトル検出手段の情報が前
記画像ベクトル椎定手段の情報による動きベクトルとの
類似度がある閾値以下のとき、検出不能と判定し、後処
理の前記第3姿勢演算手段及び補正演算手段にはその情
報を使わないことを特徴とする付記13に記載の移動体
姿勢検出装置。
According to the present invention, the reliability is improved by using gyro data as a determination condition when a motion vector due to a moving object other than a fixed object exists in an image. Appendix 14 When a feature point is not detected by the feature point detection means, or when the information of the motion vector detection means is equal to or less than a threshold value of the similarity with the motion vector according to the information of the image vector determination means, it is determined that detection is impossible. 14. The moving body posture detection device according to claim 13, wherein the information is not used in the third posture calculation unit and the correction calculation unit in the post-processing.

【0220】この発明によれば、運動物体がカメラの直
ぐ前を横切ったり、壁や天井などの特徴点が見つからな
いような画像が入力されたとき等の動きベクトルが測定
できないとき、ジャイロデータのみとすることで、画像
処理のみによる装置に比較して測定てきなくなる条件を
少なくでき、常にどの様な条件でも姿勢を検出し続ける
ことができる。
According to the present invention, when a motion vector cannot be measured, for example, when a moving object crosses right in front of a camera or when an image in which a feature point such as a wall or a ceiling cannot be found is input, only gyro data By doing so, it is possible to reduce the conditions under which the measurement is not performed as compared with a device using only image processing, and it is possible to always continue to detect the posture under any conditions.

【0221】付記15. 前記動きベクトル検出手段が
検出不能と判定したとき、その情報を使用者に知らせる
手段を備えたことを特徴とする付記14に記載の移動体
姿勢検出装置。
Supplementary Note 15. 15. The moving body posture detecting device according to claim 14, further comprising: a unit that notifies a user of the information when the motion vector detecting unit determines that the motion vector cannot be detected.

【0222】この発明によれば、前記理由で検出不能と
なったとき、使用者に知らせることで画像処理状態を知
ることができ、ジャイロのドリフトなどによる誤差が発
生する状況や要因を減らすことができる。
According to the present invention, when the detection becomes impossible for the above-mentioned reason, the user can be informed of the image processing state by notifying the user, and it is possible to reduce situations and factors that cause errors due to gyro drift and the like. it can.

【0223】付記16. 前記画像入力手段の入力方向
を変更することが可能なカメラ取付方向変更手段を備え
たことを特徴とする付記4.乃至12に記載の移動体姿
勢検出装置。
[Supplementary Note 16] Supplementary note 4, further comprising a camera mounting direction changing means capable of changing an input direction of the image input means. 13. A moving body posture detecting apparatus according to any one of claims to 12.

【0224】この発明によれば、現在の環境の中で検出
に適した方向にカメラを向けることで、動体の少ない固
定画像情報が多い画像処埋による条件の良い方向へ向け
ることができる。
According to the present invention, by directing the camera in a direction suitable for detection in the current environment, it is possible to direct the camera in a direction with good conditions by image embedding with a large amount of fixed image information with few moving objects.

【0225】付記17. 変更されたカメラ取付方向情
報を前記画像ベクトル推定手段に知らせるカメラ姿勢パ
ラメータ保持手段を備えたことを特徴とする付記16に
記載の移動体姿勢検出装置。
Supplementary Note 17. 17. The moving body posture detection device according to claim 16, further comprising a camera posture parameter holding unit that notifies the changed camera mounting direction information to the image vector estimation unit.

【0226】この発明によれば、使用している環境下で
測定に良い条件の画像が得られる方向に向けた場合の姿
勢パラメータを設定することが可能となる。 付記18. 前記画像入力手段の入力方向が変更された
ことを検知し、その情報をカメラ姿勢保持手段へ転送す
るカメラ姿勢検知手段を備えたことを特徴とする付記1
7に記載の移動体姿勢検出装置。
According to the present invention, it is possible to set a posture parameter in a case where the image is oriented in a direction in which an image having good conditions for measurement can be obtained under the environment in use. Appendix 18 A camera attitude detecting means for detecting that the input direction of the image input means has been changed and transferring the information to a camera attitude holding means;
8. The moving body posture detecting device according to 7.

【0227】この発明によれば、傾斜センサなどをカメ
ラユニットに組み込むことで、取付方向を自動的に検出
し設定を自動的に行うことができるため、使用者への負
担を減らすことができる。
According to the present invention, by incorporating a tilt sensor or the like into the camera unit, the mounting direction can be automatically detected and the setting can be automatically performed, so that the burden on the user can be reduced.

【0228】付記19. 移動体を運動をさせたときの
前記第1姿勢演算手段の情報と前記第2姿勢演算手段の
情報と前記第3手段姿勢演算手段の情報とによりカメラ
姿勢パラメータを演算し、その情報を前記カメラ姿勢パ
ラメータ保持手段に送るカメラ姿勢パラメータ演算手段
を備えたことを特徴とする付記18に記載の移動体姿勢
検出装置。
Supplementary Note 19. A camera attitude parameter is calculated based on the information of the first attitude calculation means, the information of the second attitude calculation means, and the information of the third means attitude calculation means when the moving body is moved, and the information is calculated by the camera. 19. The moving body posture detecting apparatus according to claim 18, further comprising a camera posture parameter calculating unit that sends the posture information to the posture parameter holding unit.

【0229】この発明によれば、カメラ取り付け方向変
更手段に関してはより自由度のある方法を用いることが
でき、カメラ方向の設定もより自由度が増し、どのよう
な方向に向けてもキャリブレーションをすれば使うこと
ができるようになると共に、個人差などの誤差も解消す
ることができ、またカメラ姿勢検知手段などは不要とな
る。
According to the present invention, a method having a higher degree of freedom can be used for the camera mounting direction changing means, the degree of freedom for setting the camera direction can be increased, and the calibration can be performed in any direction. Then, it can be used, errors such as individual differences can be eliminated, and a camera posture detecting means is not required.

【0230】付記20. ある特定のマークに対しての
特徴点を予め記憶した固定マーク情報記憶手段と、前記
特定のマークに対してのみのテンプレートマッチングを
行うように指示する固定マーク指示手段と、を備えたこ
とを特徴とする付記4.乃至19に記載の移動体姿勢検
出装置。
[Supplementary Note 20] Fixed mark information storage means for pre-stored characteristic points for a specific mark; and fixed mark instruction means for instructing to perform template matching only for the specific mark. Appendix 4. 20. A moving body posture detecting apparatus according to any one of claims to 19.

【0231】この発明によれば、特徴点抽出処理を省略
することができるため、画像処理においてより演算負荷
を少なくすることが可能となり、またより高速化を計る
ことができると共に、記憶メモリを多く必要としないの
でシステム構成をより簡単にすることができる。
According to the present invention, since the feature point extraction processing can be omitted, it is possible to reduce the calculation load in the image processing, to achieve higher speed, and to increase the number of storage memories. Since it is not required, the system configuration can be simplified.

【0232】付記21. 前記固定マーク情報記憶手段
に対して、前記画像入力手段により入力された画像デ一
タを登録することを特徴とする付記20に記載の移動体
姿勢検出装置。
Appendix 21. 21. The moving body posture detecting device according to claim 20, wherein the image data input by the image input means is registered in the fixed mark information storage means.

【0233】この発明によれば、特徴点抽出処理を省略
することができるため、画像処理においてより演算負荷
を少なくする事が可能となり、またより高速化を計るこ
とができると共に、画像処理による安定的な信号を得た
いときには、識別しやすいマーカーなどを配置すること
でより精度をあげることができ、記憶メモリを多く必要
としないのでシステム構成をより簡単にすることがで
き、更に、個人でマークを製作したり、特別なマークを
設置することもなく、使用環境内にある画像をマークと
して登録することが可能なことで、使用環境内における
周辺環境の設計の自由度が増し、より利便性を向上する
ことができる。
According to the present invention, the feature point extraction processing can be omitted, so that the calculation load in image processing can be further reduced, the speed can be further increased, and the stability by image processing can be improved. When it is desired to obtain a specific signal, it is possible to improve accuracy by arranging easily identifiable markers, etc., and it is possible to simplify the system configuration because a large amount of storage memory is not required. Without having to create a special mark or installing special marks, images in the operating environment can be registered as marks, increasing the degree of freedom in designing the surrounding environment within the operating environment, making it more convenient Can be improved.

【0234】付記22. 前記画像入力手段による画像
入力範囲を照射するように配置された赤外線発光手段を
備えたことを特徴とする付記4.乃至21.に記載の移
動体姿勢検出装置。
Appendix 22. 3. An infrared light emitting means arranged to irradiate an image input range of the image input means. To 21. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0235】この発明によれば、夜間や暗い場所でも画
像入力処理が可能となるので、夜間や暗い場所などで、
照明器具を使用しない環境でも装置を使用することが可
能となる。
According to the present invention, image input processing can be performed even at night or in a dark place.
The device can be used even in an environment where lighting equipment is not used.

【0236】付記23. 前記画像入力手段から前記特
徴点検出手段と前記動きベクトル検出手段までを人工網
膜チップにより構成したことを特徴とする付記4.乃至
22.に記載の移動体姿勢検出装置。
Appendix 23. 3. An additional feature of the present invention is that the image input means to the feature point detecting means and the motion vector detecting means are constituted by artificial retinal chips. To 22. 4. A moving body posture detection device according to claim 1.

【0237】この発明によれば、演算処理のための処理
系もより低価格で汎用的な処理システムで構成すること
が可能となり、更に、このような構成とすることでシス
テムの小型化、低価格化、高速化、低消費電力化を計る
ことが可能となる。
According to the present invention, the processing system for the arithmetic processing can be constituted by a low-cost and general-purpose processing system. It is possible to reduce the price, speed, and power consumption.

【0238】[0238]

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、どのような環境でも良好に使用することができ
る姿勢位置検出装置を提供することができる。また、本
発明よれば、低速の処理能力のコンピュータでも使用す
ることができる姿勢位置検出装置を提供することができ
る。
Therefore, as described above, according to the present invention, it is possible to provide a posture / position detecting device which can be used favorably in any environment. Further, according to the present invention, it is possible to provide a posture / position detecting device which can be used even with a computer having a low processing capacity.

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

【図1】図1は、本発明による第1の実施の形態の構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.

【図2】図2は、本発明による第1の実施の形態におい
て、カメラ姿勢補正動作時の構成を説明を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration during a camera posture correction operation in the first embodiment of the present invention.

【図3】図3は、本発明による第1の実施の形態におい
て、画像処理に関する各種モードの流れを示すフローチ
ャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of various modes relating to image processing in the first embodiment of the present invention.

【図4】図4は、VRシステムの一例として、操作者の
目の前の空間にコンピュータのデスクトップ画像を仮想
的に表示した様子をイメージ化して示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating, as an example of a VR system, a state in which a desktop image of a computer is virtually displayed in a space in front of an operator;

【図5】図5は、操作者の前方方向を+X軸、左方向を
+Y軸、上方向を+Z軸とした3次元空間座標を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram illustrating three-dimensional space coordinates in which the forward direction of the operator is a + X axis, the left direction is a + Y axis, and the upward direction is a + Z axis;

【図6】図6は、本発明の実装例として、携帯型コンピ
ュータに本発明による移動体姿勢位置検出装置である頭
部検出装置を内蔵したHMD表示装置を組み込んだシス
テムを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing, as an example of implementation of the present invention, a system in which an HMD display device having a built-in head detecting device, which is a mobile posture position detecting device according to the present invention, is incorporated in a portable computer.

【図7】図7は、本発明による第1の実施の形態におい
て、撮影方向が頭部に対して前方方向を向くように設置
された場合であって、カメラ62がHMD60に取り付
けられている場合をイメージ化して示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where the camera is installed so that a photographing direction is directed forward with respect to a head in the first embodiment according to the present invention, and a camera 62 is attached to the HMD 60; It is a figure which shows a case in an image.

【図8】図8は、本発明による第1の実施の形態におい
て、頭部運動姿勢に対するカメラの位置の関係とカメラ
入力画像である投影画像面と空間中の特徴点である固定
点Poの関係を表した図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a position of a camera with respect to a head movement posture and a projection image plane that is a camera input image and a fixed point Po that is a feature point in space according to the first embodiment of the present invention. It is a figure showing the relationship.

【図9】図9は、本発明による第1の実施の形態におい
て、周辺画像の撮像手段であるカメラ62を操作者の頭
上方向に向けた場合を例示する図である。
FIG. 9 is a diagram exemplifying a case in which a camera 62, which is a means for imaging a peripheral image, is directed to an overhead direction of an operator in the first embodiment of the present invention.

【図10】図10は、本発明による第1の実施の形態に
おいて、角速度検出手段11及び加速度検出手段26と
しての角速度センサ及び加速度センサとの配置関係を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an arrangement relationship between an angular velocity sensor and an acceleration sensor as the angular velocity detecting means 11 and the acceleration detecting means 26 in the first embodiment of the present invention.

【図11】図11は、本発明による第1の実施の形態の
構成を示す要部のブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram of a main part showing a configuration of the first exemplary embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…角度検出手段、 11…角速度検出手段、 15…第1姿勢演算手段、 101…並進位置検出手段、 26…加速度検出手段、 27…第2姿勢演算手段、 102…画像処理姿勢検出手段、 17…画像入力手段、 18…特徴点検出手段、 19…動きベクトル検出手段、 20…第3姿勢演算手段、 103…空間姿勢演算手段、 16…停止判定制御手段、 21…補正演算手段、 60…HMD、 62…カメラ、 10…画像ベクトル推定手段、 18a…特徴点抽出部、 18b…特徴点記憶部、 18c…特徴点・姿勢記憶部、 23…カメラ取付方向変更手、段 24…カメラ姿勢検知手段、 25…カメラ姿勢パラメータ演算手段。 100: Angle detection means, 11: Angular velocity detection means, 15: First attitude calculation means, 101: Translation position detection means, 26: Acceleration detection means, 27: Second attitude calculation means, 102: Image processing attitude detection means, 17 ... image input means, 18 ... feature point detection means, 19 ... motion vector detection means, 20 ... third attitude calculation means, 103 ... spatial attitude calculation means, 16 ... stop determination control means, 21 ... correction calculation means, 60 ... HMD Reference numeral 62 62 Camera 10 Image vector estimating means 18a Feature point extraction unit 18b Feature point storage unit 18c Feature point / posture storage unit 23 Camera change direction hand, step 24 Camera orientation detection means , 25 ... Camera attitude parameter calculation means.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定対象物に装着または内蔵され、該測
定対象物の移動に伴つて移動して、該測定対象物の姿勢
位置情報を検出する姿勢位置検出装置において、 前記装置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像情報
取得手段と、 上記画像情報取得手段により取得した異なる時点におけ
る上記画像情報を比較解析して、装置の傾きを表わす角
度情報と、前記装置の位置移動を表わす並進位置情報を
検出する画像解析手段と、 上記画像情報を用いずに、角度情報を検出可能な角度情
報検出手段と、 上記画像情報を用いずに、並進位置情報を検出可能な並
進位置情報検出手段と、 上記画像解析手段よりの角度情報及び並進位置情報と、
上記角度情報検出手段よりの角度情報と、上記並進位置
情報検出手段よりの並進位置情報とを用いて、測定対象
物の角度情報と並進位置情報とを決定する姿勢位置決定
手段と、 を具備することを特徴とする姿勢位置検出装置。
1. A posture position detection device that is mounted on or built into a measurement object, moves along with the movement of the measurement object, and detects posture position information of the measurement object. Image information acquiring means capable of acquiring image information by means of: comparing and analyzing the image information at different points in time acquired by the image information acquiring means to obtain angle information representing the inclination of the apparatus and translation representing the position movement of the apparatus Image analysis means for detecting position information, angle information detection means capable of detecting angle information without using the image information, and translation position information detection means capable of detecting translational position information without using the image information And angle information and translational position information from the image analysis means,
Attitude position determining means for determining angle information and translational position information of the measuring object using the angle information from the angle information detecting means and the translational position information from the translational position information detecting means. A posture and position detection device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 上記角度情報検出手段は、空間の直交す
る3軸上において角速度情報を検出する角速度検出手段
と、上記角速度情報より装置の角度情報を演算する第1
の姿勢位置演算手段とを含み、 上記並進位置情報検出手段は、空間の直交する3軸上に
おいて並進方向の加速度情報を検出する加速度検出手段
と、上記加速度情報より装置の角度情報と並進位置情報
を演算する第2の姿勢位置演算手段とを含み、 上記画像解析手段は、撮像した画像を時系列に入力する
画像入力手段と、入力された画像の中より特徴点を抽出
し、座標情報を含むその特徴点情報を記録し、以前に記
録した特徴点情報を検索可能な特徴点検出手段と、特徴
点の位置の変位より、装置の角度情報と並進位置情報を
演算する第3の姿勢位置演算手段とを含み、 上記姿勢位置決定手段は、上記角速度検出手段または上
記加速度検出手段の出力より前記装置が停止しているか
否かを判断し、この判断に基づいて上記第1の姿勢位置
演算手段の演算方法または上記第2の姿勢位置演算手段
の演算方法を変更する情報を出力する停止判断手段と、
上記第1の姿勢位置演算手段と上記第2の姿勢位置演算
手段と上記第3の姿勢位置演算手段よりの情報を演算す
る補正演算手段とを含む、 ことを特徴とする請求項1記載の姿勢位置検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the angular information detecting means detects angular velocity information on three axes orthogonal to each other in space, and calculates first angle information of the apparatus from the angular velocity information.
The translational position information detecting means, wherein the translational position information detecting means detects acceleration information in the translation direction on three axes orthogonal to each other in space; and the angle information and the translational position information of the apparatus from the acceleration information. And a second posture / position calculating means for calculating the following. The image analyzing means includes: an image inputting means for inputting a captured image in a time series; a feature point extracted from the input image; A feature point detecting means for recording feature point information including the feature point information, and a third attitude position for calculating angle information and translational position information of the apparatus from the displacement of the position of the feature point; Calculating means for determining whether or not the apparatus is stopped based on the output of the angular velocity detecting means or the acceleration detecting means, and calculating the first attitude position based on the determination. A stop determining means for outputting information to modify the operation method of the operation method or the second orientation position calculation unit stages,
2. The attitude according to claim 1, further comprising: a correction arithmetic means that calculates information from the first attitude position calculating means, the second attitude position calculating means, and the third attitude position calculating means. 3. Position detection device.
【請求項3】 測定対象物に装着または内蔵され、該測
定対象物の移動に伴つて移動して、該測定対象物の姿勢
位置情報を検出する姿勢位置検出装置において、 前記装置の姿勢位置情報を検出する検出手段と、 前記装置周辺を撮像して画像情報を取得可能な画像取得
手段と、 上記画像取得手段により取得した画像情報より特徴点を
抽出する特徴点抽出手段と、 上記画像取得手段により取得した時点の異なる画像情報
間における上記特徴点の位置の変化より第2の姿勢位置
情報を演算する姿勢位置演算手段と、 上記姿勢位置情報を上記第2の姿勢位置情報で補正する
ことにより、姿勢位置情報を決定する姿勢位置決定手段
と、 を具備することを特徴とする姿勢位置検出装置。
3. A posture position detecting device which is attached to or built into a measurement object, moves along with the movement of the measurement object, and detects posture position information of the measurement object. Detecting means for detecting image information, image acquiring means capable of acquiring image information by imaging the periphery of the device, feature point extracting means for extracting a feature point from the image information acquired by the image acquiring means, and the image acquiring means Posture position calculation means for calculating second posture position information from a change in the position of the feature point between image information obtained at different points in time, by correcting the posture position information with the second posture position information And a posture position determining means for determining posture position information.
JP10269558A 1998-09-24 1998-09-24 Attitude position detecting device Pending JP2000097637A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10269558A JP2000097637A (en) 1998-09-24 1998-09-24 Attitude position detecting device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10269558A JP2000097637A (en) 1998-09-24 1998-09-24 Attitude position detecting device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008202066A Division JP4422777B2 (en) 2008-08-05 2008-08-05 Moving body posture detection device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000097637A true JP2000097637A (en) 2000-04-07
JP2000097637A5 JP2000097637A5 (en) 2009-01-08

Family

ID=17474061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10269558A Pending JP2000097637A (en) 1998-09-24 1998-09-24 Attitude position detecting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000097637A (en)

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002007030A (en) * 2000-06-16 2002-01-11 Olympus Optical Co Ltd Movement detecting device and operation input device
WO2002071330A1 (en) * 2001-03-06 2002-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Image processing device and method therefor and program codes, storing medium
JP2003344018A (en) * 2003-04-04 2003-12-03 Canon Inc Unit and method for image processing as well as program and storage medium
WO2004042548A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-21 Olympus Corporation Movement detection device
WO2004068326A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-12 Olympus Corporation Motion detection device and communication device
JP2005141655A (en) * 2003-11-10 2005-06-02 Olympus Corp Three-dimensional modeling apparatus and three-dimensional modeling method
JP2006159296A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Toyota Motor Corp Walking robot
JP2006250917A (en) * 2005-02-14 2006-09-21 Kazuo Iwane High-precision cv arithmetic unit, and cv-system three-dimensional map forming device and cv-system navigation device provided with the high-precision cv arithmetic unit
JP2007263648A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nintendo Co Ltd Inclination calculator, inclination calculation program, game system, and game program
JP2007530966A (en) * 2004-03-30 2007-11-01 コミッサリヤ ア レネルジ アトミック Method and apparatus for determining human behavior
JP2008299866A (en) * 2004-03-23 2008-12-11 Fujitsu Ltd Distinguishing tilt and translation motion components in handheld devices
JP2009031295A (en) * 2008-08-05 2009-02-12 Olympus Corp Mobile object posture detection device
JP2009507272A (en) * 2005-08-01 2009-02-19 トヨタ自動車株式会社 Attitude angle detector for moving body
JP2009123042A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Nikon Corp Controller and head mounted display
JP2010005331A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Nintendo Co Ltd Posture calculating device, posture calculating program, game device and game program
JP2010005332A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Nintendo Co Ltd Posture calculating device, posture calculating program, game device and game program
US7711505B2 (en) 2008-06-30 2010-05-04 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
JP2010226217A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Brother Ind Ltd Head mount display
JP2011141221A (en) * 2010-01-08 2011-07-21 Toyota Motor Corp Positioning device and positioning method
US8219347B2 (en) 2008-06-30 2012-07-10 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus and storage medium having orientation calculation program stored therein
US8405611B2 (en) 2008-06-30 2013-03-26 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
US8437971B2 (en) 2008-06-30 2013-05-07 Nintendo Co. Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
JP2013171083A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Kddi Corp Information terminal device
US8614672B2 (en) 2009-03-09 2013-12-24 Nintendo Co., Ltd. Information processing apparatus, storage medium having information processing program stored therein, information processing system, and display range control method
JP2014206866A (en) * 2013-04-12 2014-10-30 任天堂株式会社 Information processing program, information processing system, information processing device, and information processing execution method
KR101480410B1 (en) 2008-12-04 2015-01-08 삼성전자주식회사 Apparatus and method for correcting sports posture in digital image processing device
US9079102B2 (en) 2008-06-30 2015-07-14 Nintendo Co., Ltd. Calculation of coordinates indicated by a handheld pointing device
JP2016100768A (en) * 2014-11-21 2016-05-30 セイコーエプソン株式会社 Image display apparatus
JP2016122244A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 セイコーエプソン株式会社 Electronic apparatus, display device, and control method of electronic apparatus
JP2017518547A (en) * 2014-03-14 2017-07-06 クアルコム,インコーポレイテッド Sensor-based camera motion detection for unconstrained SLAM
JP2018010657A (en) * 2013-06-08 2018-01-18 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント System and method that transition between transparent mode and non-transparent mode in head mount display
CN108113700A (en) * 2017-12-07 2018-06-05 苏州掌声医疗科技有限公司 A kind of position calibration method applied in 3-D supersonic imaging data acquisition
US10073270B2 (en) 2014-11-21 2018-09-11 Seiko Epson Corporation Image display apparatus
JP2021515881A (en) * 2018-03-14 2021-06-24 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司Boe Technology Group Co.,Ltd. Positioning methods, positioning devices, and computer program products
CN114446030A (en) * 2022-01-25 2022-05-06 惠州Tcl移动通信有限公司 Gesture recognition method, gesture recognition device, storage medium and electronic equipment

Cited By (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002007030A (en) * 2000-06-16 2002-01-11 Olympus Optical Co Ltd Movement detecting device and operation input device
US7193636B2 (en) 2001-03-06 2007-03-20 Canon Kabushiki Kaisha Image processing device and method therefor and program codes, storing medium
WO2002071330A1 (en) * 2001-03-06 2002-09-12 Canon Kabushiki Kaisha Image processing device and method therefor and program codes, storing medium
US7587295B2 (en) 2001-03-06 2009-09-08 Canon Kabushiki Kaisha Image processing device and method therefor and program codes, storing medium
US7489806B2 (en) 2002-11-07 2009-02-10 Olympus Corporation Motion detection apparatus
WO2004042548A1 (en) * 2002-11-07 2004-05-21 Olympus Corporation Movement detection device
JP2004157850A (en) * 2002-11-07 2004-06-03 Olympus Corp Motion detector
US7405725B2 (en) 2003-01-31 2008-07-29 Olympus Corporation Movement detection device and communication apparatus
WO2004068326A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-12 Olympus Corporation Motion detection device and communication device
JP2003344018A (en) * 2003-04-04 2003-12-03 Canon Inc Unit and method for image processing as well as program and storage medium
JP2005141655A (en) * 2003-11-10 2005-06-02 Olympus Corp Three-dimensional modeling apparatus and three-dimensional modeling method
JP2008299866A (en) * 2004-03-23 2008-12-11 Fujitsu Ltd Distinguishing tilt and translation motion components in handheld devices
JP2007530966A (en) * 2004-03-30 2007-11-01 コミッサリヤ ア レネルジ アトミック Method and apparatus for determining human behavior
JP2006159296A (en) * 2004-12-02 2006-06-22 Toyota Motor Corp Walking robot
JP4492322B2 (en) * 2004-12-02 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 Walking robot
JP2006250917A (en) * 2005-02-14 2006-09-21 Kazuo Iwane High-precision cv arithmetic unit, and cv-system three-dimensional map forming device and cv-system navigation device provided with the high-precision cv arithmetic unit
JP4751930B2 (en) * 2005-08-01 2011-08-17 トヨタ自動車株式会社 Attitude angle detector for moving body
JP2009507272A (en) * 2005-08-01 2009-02-19 トヨタ自動車株式会社 Attitude angle detector for moving body
JP4684147B2 (en) * 2006-03-28 2011-05-18 任天堂株式会社 Inclination calculation device, inclination calculation program, game device, and game program
JP2007263648A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Nintendo Co Ltd Inclination calculator, inclination calculation program, game system, and game program
JP2009123042A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Nikon Corp Controller and head mounted display
US7925467B2 (en) 2008-06-30 2011-04-12 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
US8749490B2 (en) 2008-06-30 2014-06-10 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
US9079102B2 (en) 2008-06-30 2015-07-14 Nintendo Co., Ltd. Calculation of coordinates indicated by a handheld pointing device
JP2010005332A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Nintendo Co Ltd Posture calculating device, posture calculating program, game device and game program
JP2010005331A (en) * 2008-06-30 2010-01-14 Nintendo Co Ltd Posture calculating device, posture calculating program, game device and game program
US7711505B2 (en) 2008-06-30 2010-05-04 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
US8219347B2 (en) 2008-06-30 2012-07-10 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus and storage medium having orientation calculation program stored therein
US8405611B2 (en) 2008-06-30 2013-03-26 Nintendo Co., Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
US8437971B2 (en) 2008-06-30 2013-05-07 Nintendo Co. Ltd. Orientation calculation apparatus, storage medium having orientation calculation program stored therein, game apparatus, and storage medium having game program stored therein
JP2009031295A (en) * 2008-08-05 2009-02-12 Olympus Corp Mobile object posture detection device
KR101480410B1 (en) 2008-12-04 2015-01-08 삼성전자주식회사 Apparatus and method for correcting sports posture in digital image processing device
US8614672B2 (en) 2009-03-09 2013-12-24 Nintendo Co., Ltd. Information processing apparatus, storage medium having information processing program stored therein, information processing system, and display range control method
US8704759B2 (en) 2009-03-09 2014-04-22 Nintendo Co., Ltd. Coordinate calculation apparatus and storage medium having coordinate calculation program stored therein
US9772694B2 (en) 2009-03-09 2017-09-26 Nintendo Co., Ltd. Coordinate calculation apparatus and storage medium having coordinate calculation program stored therein
JP2010226217A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Brother Ind Ltd Head mount display
JP2011141221A (en) * 2010-01-08 2011-07-21 Toyota Motor Corp Positioning device and positioning method
JP2013171083A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Kddi Corp Information terminal device
JP2014206866A (en) * 2013-04-12 2014-10-30 任天堂株式会社 Information processing program, information processing system, information processing device, and information processing execution method
JP2018010657A (en) * 2013-06-08 2018-01-18 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント System and method that transition between transparent mode and non-transparent mode in head mount display
JP2017518547A (en) * 2014-03-14 2017-07-06 クアルコム,インコーポレイテッド Sensor-based camera motion detection for unconstrained SLAM
JP2016100768A (en) * 2014-11-21 2016-05-30 セイコーエプソン株式会社 Image display apparatus
US10073270B2 (en) 2014-11-21 2018-09-11 Seiko Epson Corporation Image display apparatus
JP2016122244A (en) * 2014-12-24 2016-07-07 セイコーエプソン株式会社 Electronic apparatus, display device, and control method of electronic apparatus
CN108113700A (en) * 2017-12-07 2018-06-05 苏州掌声医疗科技有限公司 A kind of position calibration method applied in 3-D supersonic imaging data acquisition
CN108113700B (en) * 2017-12-07 2023-01-31 成都优途科技有限公司 Position calibration method applied to three-dimensional ultrasonic imaging data acquisition
JP2021515881A (en) * 2018-03-14 2021-06-24 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司Boe Technology Group Co.,Ltd. Positioning methods, positioning devices, and computer program products
JP7246395B2 (en) 2018-03-14 2023-03-27 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司 POSITIONING METHOD, POSITIONING DEVICE, AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT
CN114446030A (en) * 2022-01-25 2022-05-06 惠州Tcl移动通信有限公司 Gesture recognition method, gesture recognition device, storage medium and electronic equipment
CN114446030B (en) * 2022-01-25 2024-04-09 惠州Tcl移动通信有限公司 Gesture recognition method and device, storage medium and electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2000097637A (en) Attitude position detecting device
JP4422777B2 (en) Moving body posture detection device
Lobo et al. Vision and inertial sensor cooperation using gravity as a vertical reference
JP4142460B2 (en) Motion detection device
CN109690623B (en) System and method for recognizing pose of camera in scene
CN107402000B (en) Method and system for correlating a display device with respect to a measurement instrument
US9134339B2 (en) Directed registration of three-dimensional scan measurements using a sensor unit
JP4672190B2 (en) Video navigation device
JP4167263B2 (en) Mobile terminal device
JP2000097637A5 (en) Posture position detection device and moving body posture detection device
US6038074A (en) Three-dimensional measuring apparatus and method, image pickup apparatus, and apparatus and method for inputting image
WO2004042548A1 (en) Movement detection device
CN111465886A (en) Selective tracking of head mounted displays
JP2004198212A (en) Apparatus for monitoring vicinity of mobile object
JPWO2009072264A1 (en) Image processing apparatus, photographing apparatus, reproduction apparatus, integrated circuit, and image processing method
JP4132068B2 (en) Image processing apparatus, three-dimensional measuring apparatus, and program for image processing apparatus
JP2002054912A (en) Shape measuring system, imaging device, shape measuring method, and recording medium
JP2019125116A (en) Information processing device, information processing method, and program
JP6856742B2 (en) On-board unit, arithmetic unit and program
KR20190076815A (en) Method for estimating pose of moving object of electronic apparatus
Núnez et al. Data Fusion Calibration for a 3D Laser Range Finder and a Camera using Inertial Data.
KR20210093866A (en) Information processing devices, information processing methods and programs
JPH11183172A (en) Photography survey support system
US20210348922A1 (en) Eyewear display system and eyewear display method
JP2011033489A (en) Marker for motion capture

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050712

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071218

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080129

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080610