JP2000172878A - 情報処理装置および情報処理方法、並びに提供媒体 - Google Patents

情報処理装置および情報処理方法、並びに提供媒体

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JP2000172878A
JP2000172878A JP10349538A JP34953898A JP2000172878A JP 2000172878 A JP2000172878 A JP 2000172878A JP 10349538 A JP10349538 A JP 10349538A JP 34953898 A JP34953898 A JP 34953898A JP 2000172878 A JP2000172878 A JP 2000172878A
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Takayuki Ashigahara
隆之 芦ヶ原
Atsushi Yokoyama
敦 横山
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Sony Corp
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元空間における任意の形状、大きさの空
間と、現実の物体との衝突を検出する。 【解決手段】 仮想空間設定部６において、三次元空間
内に仮想的な空間である仮想空間（図１において点線で
示す直方体）が設定される。一方、三次元情報生成部４
において、侵入者の三次元情報が生成され、その三次元
情報に基づいて、侵入者と仮想空間とが衝突しているか
どうかが判定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理装置およ
び情報処理方法、並びに提供媒体に関し、特に、例え
ば、三次元空間における任意の空間と物体との衝突を検
出することにより、各種のアプリケーションを提供する
ことができるようにする情報処理装置および情報処理方
法、並びに提供媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元空間内のある空間（領域）に、物
体（物の他、人物なども含む）が侵入してきたかどうか
を検出する方法としては、例えば、赤外線を利用した赤
外線検知システム（システムとは、複数の装置が論理的
に集合した物をいい、各構成の装置が同一筐体中にある
か否かは問わない）等がある。
【０００３】即ち、図２４は、赤外線検知システムの一
例の構成を示している。
【０００４】図２４においては、影を付してある長方形
の領域が、侵入禁止区域を表しており、その長方形の領
域の４つの頂点部分には、赤外線を発光する赤外線発光
部（図中、■印で示す）、または赤外線を受光する赤外
線受光部（図中、●印で示す）が設置されている。赤外
線発光部は、図２４において矢印で示すように赤外線を
発光し、その矢印の終点にある赤外線受光部において、
その赤外線が受光される。そして、赤外線受光部におい
て、赤外線発光部からの赤外線を受光することができな
かったとき、侵入者が赤外線を遮り、侵入禁止区域に侵
入したとして、例えば、警報が鳴らされる。
【０００５】なお、赤外線検知システムには、赤外線受
光部に替えて赤外線を反射する赤外線反射部を設け、そ
の赤外線反射部によって反射された赤外線を、赤外線発
光部で受光するように構成されたものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２４に示したような
赤外線検知システムを構成するには、赤外線発光部と赤
外線受光部（または赤外線反射部）を設置する場所が必
要であるが、その設置位置は、進入禁止区域の形状等に
より拘束される。従って、多くの人が出入りするような
場所においては、赤外線発光部と赤外線受光部を設置す
るのが困難な場合がある。
【０００７】また、赤外線は、赤外線発光部から赤外線
受光部に直進するため、進入禁止区域の境界を、曲線
（または曲面）としたい場合には、その曲線に沿って、
多くの赤外線発光部と赤外線受光部のセットを設置する
必要があり、さらに、その境界の形状によっては、対応
することが困難なこともある。
【０００８】一方、例えば、ビデオカメラによって撮影
された画像に対して、画像処理を施すことにより、画像
認識を行い、ビデオカメラの視野内の物体を検知する方
法が知られている。この方法では、ビデオカメラから時
系列に出力される画像から、時間的に隣接する画像どう
しを比較することで、動く物体が検出され、あるいは、
あらかじめ撮影された画像と、ビデオカメラから時系列
に出力される画像それぞれとを比較することで、あらか
じめ撮影された画像と異なる部分が検出される。
【０００９】従って、この方法では、カメラの視野内に
物体が侵入してきたことは検出することができるが、カ
メラの視野内の、ある空間に物体が侵入したどうかを検
出することは困難である。
【００１０】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、三次元空間における任意の空間と物体と
の衝突を検出することができるようにするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の情報処理装置
は、三次元空間内に所定の仮想空間を設定する設定手段
と、物体の三次元情報を生成する生成手段と、物体の三
次元情報に基づいて、物体と仮想空間とが衝突している
かどうかを判定する判定手段とを備えることを特徴とす
る。
【００１２】本発明の情報処理方法は、三次元空間内に
所定の仮想空間を設定する設定ステップと、物体の三次
元情報を生成する生成ステップと、物体の三次元情報に
基づいて、物体と仮想空間とが衝突しているかどうかを
判定する判定ステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】本発明の提供媒体は、三次元空間内に所定
の仮想空間を設定する設定ステップと、物体の三次元情
報を生成する生成ステップと、物体の三次元情報に基づ
いて、物体と仮想空間とが衝突しているかどうかを判定
する判定ステップとを備える制御情報を提供することを
特徴とする。
【００１４】本発明の情報処理装置においては、設定手
段は、三次元空間内に所定の仮想空間を設定し、生成手
段は、物体の三次元情報を生成し、判定手段は、物体の
三次元情報に基づいて、物体と仮想空間とが衝突してい
るかどうかを判定するようになされている。
【００１５】本発明の情報処理方法においては、三次元
空間内に所定の仮想空間を設定し、物体の三次元情報を
生成し、物体の三次元情報に基づいて、物体と仮想空間
とが衝突しているかどうかを判定するようになされてい
る。
【００１６】本発明の提供媒体においては、三次元空間
内に所定の仮想空間を設定し、物体の三次元情報を生成
し、物体の三次元情報に基づいて、物体と仮想空間とが
衝突しているかどうかを判定する処理を、情報処理装置
に行わせるための制御情報を提供するようになされてい
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した空間衝
突判別装置の一実施の形態の構成例を示している。この
空間衝突判別装置は、三次元空間内に設定された仮想的
な空間（仮想空間）と、実際の物体とが衝突しているか
どうかを判定することにより、仮想空間内に、例えば、
侵入者等の物体が侵入したことを検出するようになされ
ている。
【００１８】即ち、Ｎセット（Ｎは１以上の整数）のカ
メラセット３1乃至３N（撮像手段）それぞれは、１台の
基準カメラ１と、１台以上の検出カメラ（参照カメラ）
２とを有しており、仮想空間を含む三次元空間を撮影
し、その結果得られる画像を、三次元情報生成部４に供
給するようになされている。ここで、カメラセット３1
乃至３Nは、１セットだけでも良い。但し、カメラセッ
ト３1乃至３Nが１セットだけの場合（Ｎ＝１の場合）に
は、例えば、侵入者があったときに、その侵入者を撮影
することができない部分（１セットのカメラセットから
は、隠れて見えない部分）が生じるので、そのような部
分を生じることが好ましくない用途においては、カメラ
セット３1乃至３Nを複数セット設け（Ｎを２以上と
し）、異なる視点に配置するようにするのが望ましい。
【００１９】三次元情報生成部４（生成手段）は、カメ
ラセット３n（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を構成する基
準カメラ１が出力する画像（基準カメラ画像）と、検出
カメラ２が出力する画像（検出カメラ画像）とを用い
て、いわゆるステレオ処理を行うことにより、三次元空
間内にある物体（例えば、机や椅子、壁、床等の物の
他、人間や、動物なども含む）について、ある基準点か
らの距離を表す三次元情報を生成し、衝突判定部５に供
給するようになされている。また、三次元情報生成部４
は、三次元空間内の物体についての三次元情報を、必要
に応じて、仮想空間設定部６にも供給するようになされ
ている。なお、基準カメラ１および検出カメラ２は、例
えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）ビデオカメラ
などで構成されている。
【００２０】衝突判定部５（判定手段）は、仮想空間設
定部６において三次元空間内に設定された仮想空間と、
三次元空間内の物体とが衝突しているかどうかを、三次
元情報生成部４からの物体の三次元情報に基づいて判定
し、その判定結果を、処理決定部７に供給するようにな
されている。即ち、衝突判定部５は、物体と仮想空間と
の衝突を検出すると、その旨を表す衝突検出信号を、処
理決定部７に供給するようになされている。
【００２１】仮想空間設定部６（操作手段）（設定手
段）は、ユーザによる操作や、三次元情報生成部４から
の三次元情報に基づいて、三次元空間内に仮想空間を設
定するようになされている。即ち、仮想空間設定部６
は、例えば、三次元空間内に設定する仮想空間を規定す
る三次元情報を生成し、衝突判定部５に供給するように
なされている。
【００２２】ここで、仮想空間を規定する三次元情報
は、その仮想空間の形状、大きさ、および三次元空間に
おける位置を、一意に決定することができるものであれ
ば、特に限定されるものではない。即ち、仮想空間を規
定する三次元情報としては、例えば、その仮想空間がプ
リミティブな図形である直方体や球等であれば、その縦
の長さ、横の長さ、高さ、および幾つかの頂点の三次元
空間における位置や、半径および中心の三次元空間にお
ける位置などを用いることができる。また、仮想空間
を、例えば、ポリゴンや、ベジェ曲面等で近似し、その
ポリゴンやベジェ曲面に関する情報（ポリゴンやベジェ
曲面を規定する頂点など）を、仮想空間の三次元情報と
して用いることも可能である。
【００２３】なお、仮想空間設定部６は、図示せぬハー
ドディスクやメモリを内蔵しており、生成した仮想空間
の三次元情報を、そのハードディスクやメモリに記憶す
るようになされている。
【００２４】また、仮想空間設定部６としては、例え
ば、三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）システム
等の三次元グラフィックスの描画を容易に行うことがで
きるツールを用いることができる。この場合、ユーザ
は、所望する仮想空間を、容易に作成することが可能と
なる。
【００２５】処理決定部７は、衝突判定部５から、仮想
空間と三次元空間内の物体とが衝突した旨の判定結果を
表す信号である衝突検出信号を受信すると、その後段の
処理部８に行わせる処理を決定し、処理部８を制御する
ようになされている。処理部８（処理手段）は、処理決
定部７の制御にしたがい、所定の処理を行うようになさ
れている。
【００２６】次に、図２のフローチャートを参照して、
その動作について説明する。
【００２７】仮想空間設定部６では、例えば、図１にお
いて点線で示すような直方体形状の仮想空間が設定さ
れ、その仮想空間の三次元情報が、衝突判定部５に供給
される。
【００２８】一方、カメラセット３1乃至３Nそれぞれで
は、仮想空間を含む三次元空間が撮影され、その結果得
られる画像（基準カメラ画像および検出カメラ画像）
が、三次元情報生成部４に供給される。三次元情報生成
部４では、ステップＳ１において、カメラセット３1乃
至３Nそれぞれからの画像が取り込まれ、ステップＳ２
に進み、それらの画像から、三次元空間内の物体の三次
元情報が生成される。この物体の三次元情報は、衝突判
定部５に供給される。
【００２９】衝突判定部５では、ステップＳ３におい
て、仮想空間と、三次元空間内の物体とが衝突している
かどうかが、三次元情報生成部４からの物体の三次元情
報に基づいて判定される。ステップＳ３において、仮想
空間と物体とが衝突していないと判定された場合、次の
フレームの画像が、カメラセット３1乃至３Nから供給さ
れるのを待って、ステップＳ１に戻り、以下、ステップ
Ｓ１からの処理を繰り返す。
【００３０】また、ステップＳ３において、仮想空間と
物体とが衝突していると判定された場合、衝突判定部５
は、その旨を表す衝突検出信号を、処理決定部７に出力
し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、処理決定
部７において、行うべき処理が決定され、処理部８が制
御される。これにより、処理部８では、処理決定部７の
制御にしたがった処理が行われる。即ち、処理部８は、
例えば、警報機で構成され、処理決定部７は、衝突検出
信号を受信した場合、警報を鳴らすように、処理部８を
制御する。この場合、処理部８においては、仮想空間に
侵入者があったことを報知するために、警報が鳴らされ
る。あるいは、処理部８は、例えば、ＶＴＲ（Video Ta
pe Recoder）などの録画装置で構成され、処理決定部７
は、衝突検出信号を受信した場合、録画を開始するよう
に、処理部８を制御する。この場合、処理部８において
は、仮想空間に侵入した侵入者の録画が行われる。な
お、図１においては、図が煩雑になるために図示してい
ないが、処理部８には、カメラセット３1乃至３Nのうち
の少なくとも１セットから、そこで撮影された画像が供
給されるようになされており、処理部８では、その画像
が録画される。但し、処理部８での録画専用に用いるビ
デオカメラを設けるようにすることも可能である。
【００３１】次に、図３は、図１の三次元情報生成部４
の構成例を示している。
【００３２】カメラセット３nからの画像は、カメラＩ
Ｆ（Interface）１１で受信され、そこで、ディジタル
信号とされた後、画像メモリ１２に供給される。画像メ
モリ１２は、カメラＩＦ１１からの画像データを、例え
ば、フレーム単位で記憶し、ＣＰＵ１３に供給する。Ｃ
ＰＵ１３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４（が内蔵
する図示せぬハードディスク）に記憶されたプログラム
を実行することで、画像メモリ１２に記憶された画像を
用いて、ステレオ処理を行い、三次元空間におけるある
基準点からの物体の各点までの距離を求め、その距離を
画素値とした距離画像を、物体の三次元情報として生成
して出力する。
【００３３】なお、三次元情報生成部４では、カメラセ
ット３1乃至３Nそれぞれからの画像（基準カメラ画像お
よび検出カメラ画像）についてステレオ処理が行われ
る。即ち、これにより、カメラセット３1乃至３Nの数Ｎ
と、その設置位置が適切であれば、三次元空間内の物体
について、隠れて見えない部分が生じることを防止し、
物体の外形全体の距離を求めることができる。
【００３４】次に、図３のＣＰＵ１３が行うステレオ処
理について説明する。
【００３５】ステレオ処理は、２つ以上の方向（異なる
視線方向）からカメラで同一対象物を撮影して得られる
複数の画像間の画素同士を対応付けることで、対応する
画素間の視差や、カメラから対象物までの距離、対象物
の形状を求めるものである。
【００３６】即ち、例えば、いま、図１におけるカメラ
セット３1乃至３Nのうちの１のカメラセットに注目し、
そのカメラセットの基準カメラ１および検出カメラ２で
物体を撮影すると、基準カメラ１からは物体の投影像を
含む基準カメラ画像が得られ、検出カメラ２からも物体
の投影像を含む検出カメラ画像が得られる。いま、図４
に示すように、物体上のある点Ｐが、基準カメラ画像お
よび検出カメラ画像の両方に表示されているとすると、
その点Ｐが表示されている基準カメラ画像上の位置と、
検出カメラ画像上の位置、つまり対応点とから、基準カ
メラ１と検出カメラ２との間の視差を求めることがで
き、さらに、三角測量の原理を用いて、点Ｐの３次元空
間における位置（３次元位置）を求めることができる。
【００３７】従って、ステレオ処理では、まず、対応点
を検出することが必要となるが、その検出方法として
は、例えば、エピポーラライン（Epipolar Line）を用
いたエリアベースマッチング法などがある。
【００３８】即ち、図４に示すように、基準カメラ１に
おいては、物体上の点Ｐは、その点Ｐと基準カメラ１の
光学中心（レンズ中心）Ｏ1とを結ぶ直線Ｌ上の、基準
カメラ１の撮像面Ｓ1との交点ｎaに投影される。
【００３９】また、検出カメラ２においては、物体の点
Ｐは、その点Ｐと検出カメラ２の光学中心（レンズ中
心）Ｏ2とを結ぶ直線上の、検出カメラ２の撮像面Ｓ2と
の交点ｎbに投影される。
【００４０】この場合、直線Ｌは、光学中心Ｏ1および
Ｏ2、並びに点ｎa（または点Ｐ）の３点を通る平面と、
検出カメラ画像が形成される撮像面Ｓ2との交線Ｌ2とし
て、撮像面Ｓ2上に投影される。点Ｐは、直線Ｌ上の点
であり、従って、撮像面Ｓ2において、点Ｐを投影した
点ｎbは、直線Ｌを投影した直線Ｌ2上に存在し、この直
線Ｌ2が、エピポーララインと呼ばれる。即ち、点ｎaの
対応点ｎbが存在する可能性のあるのは、エピポーララ
インＬ2上であり、従って、対応点ｎbの探索は、エピポ
ーララインＬ2上を対象に行えば良い。
【００４１】ここで、エピポーララインは、例えば、撮
像面Ｓ1に形成される基準カメラ画像を構成する画素ご
とに考えることができるが、基準カメラ１と検出カメラ
２の位置関係が既知であれば、その画素ごとに存在する
エピポーララインはあらかじめ求めておくことができ
る。
【００４２】エピポーララインＬ2上の点からの対応点
ｎbの検出は、例えば、次のようなエリアベースマッチ
ングによって行うことができる。
【００４３】即ち、エリアベースマッチングでは、図５
（Ａ）に示すように、基準カメラ画像上の点ｎaを中心
（例えば、対角線の交点）とする、例えば長方形状の小
ブロックである基準ブロックが、基準カメラ画像から抜
き出されるとともに、図５（Ｂ）に示すように、検出カ
メラ画像に投影されたエピポーララインＬ2上の、ある
点を中心とする、基準ブロックと同一の大きさの小ブロ
ックである検出ブロックが、検出カメラ画像から抜き出
される。
【００４４】ここで、図５（Ｂ）の実施の形態において
は、エピポーララインＬ2上に、検出ブロックの中心と
する点として、点ｎb1乃至ｎb6の６点が設けられてい
る。この６点ｎb1乃至ｎb6は、図４に示した３次元空間
における直線Ｌの点であって、基準点からの距離が、例
えば１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５ｍ，６ｍの点それぞれ
を、検出カメラ２の撮像面Ｓ2に投影した点で、従っ
て、基準点からの距離が１ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，５
ｍ，６ｍの点にそれぞれ対応している。
【００４５】エリアベースマッチングでは、検出カメラ
画像から、エピポーララインＬ2上に設けられている点
ｎb1乃至ｎb6それぞれを中心とする検出ブロックが抜き
出され、各検出ブロックと、基準ブロックとの相関が、
所定の評価関数を用いて演算される。そして、点ｎaを
中心とする基準ブロックとの相関が最も高い検出ブロッ
クの中心の点ｎbが、点ｎaの対応点として求められる。
【００４６】ここで、基準ブロックと検出ブロックとの
相関性を評価する評価関数としては、例えば、基準ブロ
ックを構成する画素と、それぞれの画素に対応する、検
出ブロックを構成する画素の画素値の差分の絶対値の総
和や、画素値の差分の自乗和、正規化された相互相関(n
ormalized cross correlation)などを用いることができ
る。
【００４７】いま、評価関数として、画素値の差分の絶
対値の総和を用いることとすると、基準カメラ画像上の
所定の点（ｘ，ｙ）（座標（ｘ，ｙ）の画素）について
の、検出カメラ画像上のある点（ｘ’，ｙ’）との間の
相関は、例えば、次式で表される評価値（エラー値）ｅ
（ｘ，ｙ）によって評価される。
【００４８】
【数１】 ・・・（１） 但し、式（１）において、ｅ（ｘ，ｙ）は、基準カメラ
画像上の画素（ｘ，ｙ）、と、検出カメラ画像上の画素
（ｘ’，ｙ’）との間の相関を示す評価値（エラー値）
を表す。さらに、ＹA（ｘ＋ｉ，ｙ＋ｊ）は、基準カメ
ラ画像上の点（ｘ＋ｉ，ｙ＋ｊ）における画素の画素値
としての、例えば輝度を表し、ＹB（ｘ’＋ｉ，ｙ’＋
ｊ）は、検出カメラ画像上の点（ｘ’＋ｉ，ｙ’＋ｊ）
における画素の輝度を表す。また、Ｗは、基準ブロック
および検出ブロックを表し、ｉ，ｊＷは、点（ｘ＋ｉ，
ｙ＋ｊ）または点（ｘ’＋ｉ，ｙ’＋ｊ）が、それぞ
れ、基準ブロックまたは検出ブロック内の点（画素）で
あることを表す。
【００４９】なお、式（１）で表される評価値ｅ（ｘ，
ｙ）は、基準カメラ画像上の画素（ｘ，ｙ）と、検出カ
メラ画像上の画素（ｘ’，ｙ’）との間の相関が大きい
ほど小さくなり、従って、評価値ｅ（ｘ，ｙ）を最も小
さくする検出カメラ画像上の画素（ｘ’，ｙ’）が、基
準カメラ画像上の画素（ｘ，ｙ）の対応点として求めら
れる。
【００５０】いま、式（１）に示したような、相関が高
いほど小さな値をとる評価値を用いた場合に、エピポー
ララインＬ2上の点ｎb1乃至ｎb6それぞれについて、例
えば、図６に示すような評価値（評価関数の値）が得ら
れたとする。ここで、図６においては、点ｎb1乃至ｎb6
に対応する３次元空間上の点それぞれにあらかじめ付さ
れた、基準点からの距離に対応する距離番号を横軸とし
て、各距離番号（に対応するエピポーララインＬ2上の
点ｎb1乃至ｎb6）に対する評価値を、図示してある。
【００５１】図６に示したような評価値でなる評価曲線
が得られた場合には、評価値が最も小さい（相関が最も
高い）距離番号３に対応するエピポーララインＬ2上の
点が、点ｎaの対応点として検出される。なお、図６に
おいて、距離番号１乃至６に対応する点それぞれについ
て求められた評価値（図６において●印で示す）のうち
の最小値付近のものを用いて補間を行い、評価値がより
小さくなる点（図６において×印で示す３．３ｍに対応
する点）を求めて、その点を、最終的な対応点として検
出することも可能である。
【００５２】なお、基準カメラ１の撮像面Ｓ1上の点ｎa
と、その光学中心Ｏ1を結ぶ直線Ｌ上の点を、検出カメ
ラ２の撮像面Ｓ2に投影した点ｎb1乃至ｎb6の設定は、
例えば、基準カメラ１および検出カメラ２のキャリブレ
ーション時に行うことができる（キャリブレーションの
方法は、特に限定されるものではない）。そして、この
ような設定を、基準カメラ１の撮像面Ｓ1を構成する画
素ごとに存在するエピポーララインごとに行い、エピポ
ーラライン上に設定された点（以下、適宜、設定点とい
う）までの距離（基準点からの距離）に対応する距離番
号と、基準点からの距離とを対応付ける距離番号／距離
テーブルをあらかじめ作成しておけば、対応点となる設
定点を検出し、その設定点に対応する距離番号を、距離
番号／距離テーブルを参照して変換することで、即座
に、基準点からの距離（物体上の点までの距離の推定
値）を求めることができる。即ち、いわば、対応点か
ら、直接、距離を求めることができる。
【００５３】なお、例えば、基準カメラ１の位置を基準
点として、対応点から直接、距離を求める場合には、３
次元空間における遠方の点に対応するエピポーラライン
上の設定点ほど、隣接する設定点との間隔が狭くなる。
従って、隣接する設定点との間隔が、検出カメラ画像の
画素間の距離より小さい設定点では、求める距離の精度
は劣化する。しかしながら、画素より細かいサブピクセ
ル単位で、設定点の設定や、対応点の検出を行うこと
で、精度の問題は解決することができる。
【００５４】また、対応点の検出に、基準ブロックおよ
び検出ブロックといった複数画素でなるブロックを用い
るのは、ノイズの影響を軽減し、基準カメラ画像上の画
素（点）ｎaの周囲の画素のパターンの特徴と、検出カ
メラ画像上の対応点（画素）ｎbの周囲の画素のパター
ンの特徴との間の相関性を利用することにより、対応点
の検出の確実を期すためである。
【００５５】さらに、上述の場合には、１台の基準カメ
ラ１と、１台の検出カメラ２とを用いることとしたが、
カメラセット３nは、図７に示すように、１台の基準カ
メラと、複数台としての、例えば、２台の検出カメラ２
1および２2とで構成し、三次元情報生成部４において、
マルチベースラインステレオ（Multi Baseline Stere
o）法による評価値を求めて、その評価値に基づき、距
離を求めるようにすること、即ち、いわゆる多眼ステレ
オ処理により距離画像を求めるようにすることも可能で
ある。
【００５６】ここで、マルチベースラインステレオ法
は、１の基準カメラ画像と、複数の検出カメラ画像とを
用い、その複数の検出カメラ画像それぞれについて、基
準カメラ画像との間の相関を表す評価値を求め（図７の
実施の形態の場合には、基準カメラ１が出力する基準カ
メラ画像上のある注目画素と、検出カメラ２1が出力す
る検出カメラ画像＃１上の画素との相関を表す評価値、
および基準カメラ画像上の注目画素と、検出カメラ２2
が出力する検出カメラ画像＃２上の画素との相関を表す
評価値）、それぞれの評価値どうしを、同一の距離番号
について加算し、その加算値を、最終的な評価値として
用いることにより高精度に距離を求めるもので、その詳
細については、例えば、奥富正敏、金出武雄、「複数の
基線長を利用したステレオマッチング」、電子情報通信
学会論文誌 D-II Vol.J75-D-II No.8 pp.1317-1327 199
2年8月に記載されている。マルチベースラインステレオ
法は、例えば、基準カメラ画像および検出カメラ画像
が、繰り返しパターンを有する場合に、特に有効であ
る。
【００５７】なお、三次元情報生成部４では、検出カメ
ラ２の視野が、基準カメラ１の視野と一致していれば、
基準カメラ１の視野の範囲全体について、距離を求める
ことが可能であるが、図１の空間衝突判別装置では、さ
らに、図８に示すように、仮想空間（図中、濃い影を付
してある部分）が、三次元情報生成部４において距離を
求めることができる範囲（図中、薄い影を付してある部
分と、濃い影を付してある部分）に含まれるように、基
準カメラ１および検出カメラ２を設置するようにする必
要がある。
【００５８】次に、図９は、図１の衝突判定部５の構成
例を示している。
【００５９】検出物体マップ生成部２１には、三次元情
報生成部４において生成された物体の三次元情報として
の距離画像が供給されるようになされており、検出物体
マップ生成部２１（物体マップ作成手段）は、三次元情
報生成部４からの距離画像に基づき、三次元空間におい
て物体が存在する位置を、所定の三次元座標系（以下、
適宜、基準座標系という）によって表す物体マップを作
成し、衝突検出部２２に供給するようになされている。
【００６０】衝突検出部２２は、検出物体マップ生成部
２１からの物体マップと、仮想空間マップ生成部２３か
ら供給される仮想空間マップとに基づいて、３次元空間
内に実在する物体と仮想空間とが衝突しているかどうか
を判定（検出）し、衝突している場合には、その旨を表
す衝突検出信号を、処理決定部７に出力するようになさ
れている。
【００６１】仮想空間マップ生成部２３には、仮想空間
設定部６において設定された仮想空間の三次元情報が供
給されるようになされており、仮想空間マップ生成部２
３は、仮想空間設定部６からの仮想空間の三次元情報に
基づき、三次元空間において、その仮想空間が存在する
位置を、上述の基準座標系によって表す仮想空間マップ
を作成し、衝突検出部２２に供給するようになされてい
る。
【００６２】次に、図１０を参照して、図９の衝突判定
部５において作成される物体マップおよび仮想空間マッ
プ、並びに物体と仮想空間とが衝突しているかどうかを
判定する判定アルゴリズムについて説明する。
【００６３】いま、基準座標系が、三次元空間における
ある点（例えば、三次元情報生成部４において距離を求
めるときの基準点）を原点とし、互いに直交するｘ軸、
ｙ軸、およびｚ軸で規定されるものとすると、検出物体
マップ生成部２１では、物体の三次元情報に基づき、物
体が、基準座標系上に、その基準座標系にあわせたスケ
ールおよび位置で想定される。さらに、検出物体マップ
生成部２１は、基準座標系上に、所定の大きさの直方体
（例えば、縦、横、高さが、いずれも１ｃｍの立方体）
（以下、適宜、ボクセル（ボックス型のセルといった意
味）という）を想定し、各ボクセルが、基準座標系上に
想定された物体の内部または外部のうちのいずれに位置
するかを判定する（物体をボクセルで量子化する）。そ
して、検出物体マップ生成部２１は、物体の内部または
外部に位置するボクセルに、例えば、それぞれ１または
０を対応付け、それを物体マップとして出力する。
【００６４】ここで、図１０（Ａ）は、基準座標系を、
ｘｙ平面に平行なある面で切った場合の物体マップを示
している。図１０（Ａ）において、影を付してある部分
が、１が対応付けられたボクセルを、影を付していない
部分が、０が対応付けられたボクセルを、それぞれ示し
ている。
【００６５】仮想空間マップ生成部２３においても、検
出物体マップ生成部２１と同様にして、仮想空間マップ
が生成される。即ち、仮想空間マップ生成部２３では、
仮想空間の三次元情報に基づき、仮想空間が、基準座標
系上に、その基準座標系にあわせたスケールおよび位置
で想定される。さらに、仮想空間マップ生成部２３は、
基準座標系上に、ボクセルを想定し、各ボクセルが、基
準座標系上に想定された仮想空間の内部または外部のう
ちのいずれに位置するかを判定する（物体をボクセルで
量子化する）。そして、仮想空間マップ生成部２３は、
仮想空間の内部または外部に位置するボクセルに、例え
ば、それぞれ１または０を対応付け、それを仮想空間マ
ップとして出力する。
【００６６】ここで、図１０（Ｂ）は、基準座標系を、
ｘｙ平面に平行なある面で切った場合の仮想空間マップ
を示している。図１０（Ｂ）においても、影を付してあ
る部分が、１が対応付けられたボクセルを、影を付して
いない部分が、０が対応付けられたボクセルを、それぞ
れ示している。
【００６７】物体マップおよび仮想空間マップは、基準
座標系にスケールおよび位置をあわせた形で作成される
から、図１０（Ｃ）に示すように、図１０（Ａ）の物体
マップと、図１０（Ｂ）の仮想空間マップとを、それぞ
れの対応するボクセルが一致するように重ね合わせた場
合に、物体マップにおいて物体の内部を表すボクセル
と、仮想空間マップにおいて仮想空間の内部を表すボク
セルとが重なり合うときには、そこで、物体と仮想空間
との衝突が生じていることになる。従って、物体と仮想
空間とが衝突しているかどうかは、このようなボクセル
の重なり合いがあるかどうかによって判定することがで
きる。ここで、図１０（Ｃ）においては、濃い影を付し
てある部分が、物体の内部を表すボクセルと仮想空間の
内部を表すボクセルとが重なり合っている部分を示して
いる。
【００６８】なお、このように、ボクセルの重なり合い
によって、物体と仮想空間との衝突の有無を判定する場
合には、物体の内部を表すボクセルと仮想空間の内部を
表すボクセルとが重なり合っている基準座標系上の位置
や数から、物体と仮想空間とが衝突している三次元空間
内の位置や、衝突の程度（いわば、物体が、どの程度仮
想空間に侵入しているか）を認識することも可能とな
る。
【００６９】また、ボクセルの形状や大きさは、特に限
定されるものではないが、例えば、物体と仮想空間とが
衝突している三次元空間内の位置や、衝突の程度を精度
良く求めるには、ボクセルは細かい方が望ましいし、処
理量を少なくする観点からは、ボクセルは大きい方が望
ましいので、そのようなことをバランスさせて決めるの
が望ましい。
【００７０】次に、図１１のフローチャートを参照し
て、図９の衝突判定部５の動作について説明する。
【００７１】まず最初に、ステップＳ１１において、仮
想空間マップ生成部２３は、仮想空間設定部６から仮想
空間の三次元情報を受信し、ステップＳ１２に進み、そ
の三次元情報に基づいて、仮想空間マップを生成する。
【００７２】一方、検出物体マップ生成部２１は、ステ
ップＳ１３において、三次元情報生成部４から物体の三
次元情報を受信し、ステップＳ１４に進み、その三次元
情報に基づいて、物体マップを生成する。
【００７３】検出物体マップ生成部２１または仮想空間
マップ生成部２３においてそれぞれ生成（作成）された
物体マップまたは仮想空間マップは、いずれも、衝突検
出部２２に供給される。
【００７４】ここで、物体マップおよび仮想空間マップ
は、同一の数のボクセルで構成されており、その数をＩ
で表す。また、物体マップまたは仮想空間マップにおい
て、ｉ番目のボクセル（基準座標系において同一の位置
にあるボクセル）に対応付けられている値を、それぞ
れ、変数ＶiまたはＤiで表す（ｉ＝１，２，・・・，
Ｉ）。なお、物体マップおよび仮想空間マップを構成す
るボクセルを、どのように順序付けるかは、特に限定さ
れるものではないが、物体マップまたは仮想空間マップ
それぞれのｉ番目のボクセルが基準座標系の同一位置に
あるボクセルとなるように順序付けておく必要がある。
【００７５】衝突検出部２２は、物体マップおよび仮想
空間マップを受信すると、ステップＳ１５において、ボ
クセルを表すインデックスとしての変数ｉを１に初期化
し、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、衝突
検出部２２において、仮想空間マップのボクセル（ボク
セルに対応付けられた値）Ｖiが１であるかどうかが判
定される。ステップＳ１６において、ボクセルＶiが１
でない（０である）と判定された場合、即ち、ボクセル
Ｖiが、仮想空間の内部のボクセルでない場合、仮想空
間と物体との衝突が生じることはあり得ないから、ステ
ップＳ１７およびＳ１８をスキップして、ステップＳ１
９に進む。
【００７６】また、ステップＳ１６において、ボクセル
Ｖiが１であると判定された場合、即ち、ボクセルＶ
iが、仮想空間の内部のボクセルであり、仮想空間と物
体との衝突が生じることがあり得る場合、ステップＳ１
７に進み、衝突検出部２２において、物体マップのボク
セル（ボクセルに対応付けられた値）Ｄiが１であるか
どうかが判定される。ステップＳ１７において、ボクセ
ルＤiが１でない（０である）と判定された場合、即
ち、ボクセルＤiが、物体の内部のボクセルでない場
合、仮想空間と物体との衝突は生じていないから、ステ
ップＳ１８をスキップして、ステップＳ１９に進む。
【００７７】また、ステップＳ１７において、ボクセル
Ｄiが１であると判定された場合、即ち、ボクセルＶiま
たはＤiが、それぞれ、仮想空間または物体の内部のボ
クセルであり、従って、仮想空間と物体との衝突が生じ
ている場合、ステップＳ１８に進み、衝突検出部２２
は、衝突検出信号を、処理決定部７に出力し、ステップ
Ｓ１９に進む。
【００７８】ステップＳ１９では、変数ｉが、ボクセル
の総数Ｉに等しいかどうかが判定され、等しくないと判
定された場合、ステップＳ２０に進み、変数ｉが１だけ
インクリメントされる。そして、ステップＳ１６に戻
り、以下、同様の処理が繰り返される。
【００７９】また、ステップＳ１９において、変数ｉが
Ｉに等しいと判定された場合、即ち、仮想空間マップお
よび物体マップを構成するすべてのボクセルについて、
衝突の有無の検査を終了した場合、ステップＳ２１に進
み、さらに、衝突の有無の検出を続けるかどうかが判定
される。ステップＳ２１において、衝突の有無の検出を
続けると判定された場合、ステップＳ１３に戻り、次の
三次元情報（例えば、次のフレームの基準画像および検
出画像から得られる物体の三次元情報）が、三次元情報
生成部４から供給されるのを待って、以下、同様の処理
が繰り返される。
【００８０】一方、ステップＳ２１において、衝突の有
無の検出を続けないと判定された場合、処理を終了す
る。
【００８１】なお、衝突の有無の検出を続けるかどうか
は、例えば、あらかじめ設定しておくことが可能であ
る。
【００８２】また、図９の実施の形態では、衝突判定部
５において、物体マップおよび仮想空間マップを作成す
るようにしたが、物体マップまたは仮想空間マップは、
それぞれ、三次元情報生成部４または仮想空間設定部６
に作成させ、衝突判定部５に供給させるようにすること
も可能である。
【００８３】また、図１１の実施の形態では、先に、仮
想空間マップのボクセルＶiを判定し、そのボクセルＶi
が仮想空間の内部を構成するものである場合にのみ、物
体マップのボクセルＤiを判定するようにしたが、逆
に、物体マップのボクセルＤiの判定を先に行い、その
ボクセルＤiが物体の内部を構成するものである場合に
のみ、仮想空間マップのボクセルＶiを判定するように
することも可能である。
【００８４】さらに、図１１の実施の形態では、物体と
仮想空間との衝突が検出された後も、その検出を続行す
るようにしたが、あるボクセルにおいて衝突が検出され
た場合には、その後は、衝突の検出を終了するようにす
ることも可能である。
【００８５】また、図１０で説明した場合においては、
仮想空間マップのボクセルＶiに、仮想空間の内部か、
または外部かを表す１または０の２値のうちのいずれか
をセットするようにしたが、仮想空間マップのボクセル
Ｖiには、その他、例えば、仮想空間の境界からの距離
に対応して、３値以上のいずれかの値をセットするよう
にすることなどが可能である。この場合、物体が、仮想
空間に、どの程度深く侵入しているかということを認識
することが可能となる。
【００８６】さらに、上述の場合には、物体マップおよ
び仮想空間マップを用いて、物体と仮想空間との衝突を
検出するようにしたが、物体と仮想空間との衝突の検出
は、その他、例えば、物体および仮想空間をポリゴンで
表現したものを、基準座標系上に想定し、物体を表すポ
リゴンと、仮想空間を表すポリゴンとが交差しているか
どうかを判定することなどによって行うことも可能であ
る。即ち、物体と仮想空間との衝突の検出方法は、上述
した手法に限定されるものではない。
【００８７】次に、以上のように、三次元空間に仮想的
に設定された仮想空間と、実際の物体との衝突を検出す
る空間衝突判別装置（図１）は、処理部８に行わせる処
理を変更することで、様々なアプリケーションに適用す
ることができる。
【００８８】即ち、例えば、処理部８を、警報機や録画
装置等で構成することにより、図１の空間衝突判別装置
は、セキュリティシステムに適用することができる。
【００８９】これは、例えば、侵入してはならない空間
（進入禁止区域）を、仮想空間として設定し、衝突判定
部５から、衝突検出信号が出力された場合には、処理決
定部７および処理部８に、例えば、図１２のフローチャ
ートに示すような処理を行わせることで実現することが
できる。
【００９０】即ち、例えば、図１２（Ａ）のフローチャ
ートに示すように、ステップＳ３１において、処理決定
部７は、警報機をオンにするように、処理部８を制御
し、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、処理
部８において、進入禁止区域である仮想空間に、不審者
や不審物等の侵入があったことを報知するために、警報
が鳴らされ、処理を終了する。あるいは、また、図１２
（Ｂ）のフローチャートに示すように、ステップＳ３６
において、処理決定部７は、録画を開始するように、処
理部８を制御し、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３
７では、処理部８において、進入禁止区域である仮想空
間に侵入した不審者や不審物等の録画が行われ、処理を
終了する。
【００９１】また、処理決定部７および処理部８には、
衝突判定部５から衝突検出信号が出力された場合に、例
えば、次のような処理を行わせるようにすることも可能
である。
【００９２】即ち、図１３のフローチャートに示すよう
に、まず最初に、ステップＳ４１において、処理決定部
７は、三次元情報生成部４が生成した三次元情報と、カ
メラセット３1乃至３Nが出力する画像とから、仮想空間
と衝突した物体の三次元画像を生成し、ステップＳ４２
に進む。ステップＳ４２では、処理決定部７は、その内
蔵するメモリ（図示せず）に記憶された人物の三次元画
像を読み出し、仮想空間と衝突した物体の三次元画像と
比較する。即ち、処理決定部７は、内蔵するメモリに、
一人以上の人物の三次元画像をあらかじめ記憶してお
り、ステップＳ４２において、その三次元画像と、仮想
空間と衝突した物体の三次元画像とを比較する。
【００９３】そして、ステップＳ４３に進み、処理決定
部７において、仮想空間と衝突した物体の三次元画像の
特徴量が、あらかじめ記憶された人物の三次元画像のい
ずれかの特徴量と一致したかどうかが判定され、一致し
たと判定された場合、ステップＳ４４およびＳ４５をス
キップして、処理を終了する。即ち、この場合、処理決
定部７は、処理部８を特に制御せずに、処理を終了す
る。
【００９４】また、ステップＳ４３において、仮想空間
と衝突した物体の三次元画像の特徴量が、あらかじめ記
憶された人物の三次元画像のいずれの特徴量とも一致し
ないと判定された場合、ステップＳ４４，Ｓ４５に順次
進み、図１２（Ａ）のステップＳ３１，Ｓ３２における
場合とそれぞれ同様の処理が行われ、処理を終了する。
即ち、この場合、処理決定部７は、警報機をオンにする
ように、処理部８を制御し、処理部８では、その制御に
したがい、警報が鳴らされる。
【００９５】図１２（Ａ）で説明した場合においては、
どのような物体が、仮想空間内に入っても警報が鳴らさ
れることから、例えば、進入禁止区域を警備する警備員
が、警備等のために仮想空間内に入ったときであって
も、警報が鳴ることになる。しかしながら、このような
場合に、警報が鳴るのは好ましくない。そこで、処理決
定部７が内蔵するメモリに、例えば、警備員の三次元画
像を記憶させておき、処理決定部７および処理部８に、
図１３のフローチャートにしたがった処理を行わせるよ
うにすることで、警備員が進入禁止区域（仮想空間）に
入った場合に、警報が鳴ることを防止することができ
る。
【００９６】なお、例えば、警備員の制服に特定のマー
クを付しておくとともに、処理決定部７の内蔵するメモ
リにも、それと同一のマークを記憶させておき、そのマ
ークの一致、不一致を判定すること等によっても、警備
員が進入禁止区域に入った場合に、警報が鳴ることを防
止することができる。また、例えば、警備員に、所定の
無線電波を出力する送信機を携帯してもらい、処理決定
部７において、進入禁止区域に入った物体が、その無線
電波を発しているかどうかを検出するようにすること等
によっても、警備員が進入禁止区域に入った場合に、警
報が鳴ることを防止することができる。
【００９７】また、処理決定部７および処理部８には、
衝突判定部５から衝突検出信号が出力された場合に、例
えば、次のような処理を行わせ、仮想空間に侵入した物
体の立体的なモンタージュ写真を作成させることができ
る。
【００９８】即ち、図１４のフローチャートに示すよう
に、まず最初に、ステップＳ５１において、処理決定部
７は、三次元情報生成部４が生成した三次元情報を記憶
し、ステップＳ５２に進み、録画を開始するように、処
理部８を制御する。処理部８は、ステップＳ５３におい
て、処理決定部７の制御にしたがい、仮想空間に侵入し
た物体の録画を行う。
【００９９】そして、ステップＳ５４に進み、処理決定
部７は、録画を終了すべきかどうかを判定し、終了すべ
きでないと判定した場合、ステップＳ５３に戻り、以
下、同様の処理が繰り返される。即ち、この場合、処理
部８において、録画が続行される。ここで、ステップＳ
５４における録画を終了すべきか否かの判定は、例え
ば、録画を開始してから、あらかじめ設定された時間が
経過したかどうかや、仮想空間に物体が入り続けている
かどうかなどをに基づいて行うことができる。
【０１００】一方、ステップＳ５４において、録画を終
了すべきであると判定された場合、処理決定部７は、録
画を終了するように、処理部８を制御し、これにより、
処理部８は、録画を終了する。そして、ステップＳ５５
に進み、処理決定部７は、ステップＳ５１で記憶した物
体の三次元情報と、処理部８で録画された物体の画像
（二次元画像）とから、その物体の三次元画像（三次元
モンタージュ写真）を作成する。この三次元画像は、ス
テップＳ５６において、例えば、図示せぬモニタに表示
され、あるいは図示せぬプリンタで印刷され、処理を終
了する。
【０１０１】図１の空間衝突判別装置は、上述したよう
なセキュリティシステムの他、例えば、仮想空間を歩道
や車道に設定し、その仮想空間を通過した人や自動車の
数をカウントするシステムや、仮想空間を通過したこと
をトリガとして、その通過した人や自動車の撮影や認識
等を行うシステムなどにも適用することができる。さら
に、例えば、野球の試合において、ホームベース上にス
トライクゾーンと一致する仮想空間を設定し、その仮想
空間を野球のボールが通過したかどうかを検出するよう
にすれば、ストライクおよびボールの判定の自動化や、
野球の審判員に対して、ストライクか、またはボールか
の判定のための補助的な情報を与えること等が可能とな
る。
【０１０２】次に、仮想空間の設定は、上述したよう
に、仮想空間設定部６を操作することによっても可能で
あるが、三次元情報生成部４において生成された三次元
情報に基づいて行うようにすることも可能である。即
ち、仮想空間は、いわば手動により設定するのではな
く、自動的に設定するようにすることが可能である。
【０１０３】具体的には、例えば、いま、図１５に示す
ように、床に、保護（監視）すべき対象物がおいてある
場合には、その対象物を囲むような中空の半球状の仮想
空間を、対象物の三次元情報に基づいて設定することが
可能である。なお、図１５においては（後述する図１７
および図２０においても同様）、衝突判定部５、処理決
定部７、および処理部８の図示を省略してある。
【０１０４】この場合、図１６のフローチャートに示す
ように、まず最初に、ステップＳ６１において、カメラ
セット３1乃至３Nによって、対象物を撮影し、その結果
得られる画像（基準カメラ画像および検出カメラ画像）
を、三次元情報生成部４に供給する。三次元情報生成部
４は、ステップＳ６２において、カメラセット３1乃至
３Nからの画像から、対象物の三次元情報として、その
距離画像を生成し、仮想空間設定部６に供給する。
【０１０５】仮想空間設定部６では、ステップＳ６３に
おいて、三次元情報生成部４からの対象物の三次元情報
に基づいて、その対象物の床面における中心点（対象物
が接している床面部分の形状の、例えば、重心など）Ｏ
が求められる。さらに、仮想空間設定部６では、ステッ
プＳ６４において、点Ｏを中心とする半径Ｒの半球と、
半径Ｒ−Ｗの半球とが想定され、その２つの半球で囲ま
れる空間（幅Ｗの空間）が、仮想空間として設定され
る。そして、仮想空間設定部６は、ステップＳ６５にお
いて、その仮想空間の三次元情報を記憶し、処理を終了
する。
【０１０６】なお、半径Ｒ−Ｗは、点Ｏから、対象物の
最も遠い点までの距離よりも長くする必要がある（そう
しないと、対象物と仮想空間とが衝突し、衝突判定部６
において、常に、衝突検出信号が出力されることとな
る）。
【０１０７】また、図１６で説明したような仮想空間を
設定する処理は、図１の衝突空間判別装置に、仮想空間
との衝突の検出を開始させる前に一度だけ行うこともで
きるし、仮想空間との衝突の検出を開始させた後も、逐
次行い、仮想空間を更新するようにすることも可能であ
る。このように、仮想空間を更新するようにした場合に
は、例えば、対象物が床上を移動するような場合等に対
処することができる。
【０１０８】さらに、図１５のように、中空の仮想空間
を設定した場合には、仮想空間の外側から、仮想空間の
中空部分への侵入を検出する他、逆方向の侵入、即ち、
仮想空間の中空部分から、仮想空間の外側への侵入も検
出することができる。従って、対象物が、例えば、仮想
空間で囲まれた中空部分から移動したことを検出するこ
とができる。また、例えば、上述したように、仮想空間
マップのボクセルに、仮想空間の境界からの距離に対応
した値をセットするようにすれば、仮想空間への侵入と
ともに、いずれの方向の侵入が生じたのかも検出するこ
とが可能となる。
【０１０９】次に、図１５および図１６の実施の形態に
おいては、対象物を囲む、中空の半球状の仮想空間を設
定するようにしたが、この場合、仮想空間に囲まれた中
空部分の範囲内において、対象物が移動しても、仮想空
間とは衝突しないから、そのような範囲内における対象
物の移動は検出することができない。しかしながら、対
象物の僅かな移動であっても、それを検出したい場合が
ある。
【０１１０】これは、例えば、図１７に示すように、床
においてある対象物を、隙間なく囲むような仮想空間
（図１７の実施の形態では、外形が半球状になってい
る）を設定することで行うことが可能である。
【０１１１】このような仮想空間は、例えば、図１８
（Ａ）に示すように、対象物を囲む半球状の空間を想定
し、その後、図１８（Ｂ）に示すように、その半球状の
空間から、対象物が占めている空間を除外することで設
定することができる。
【０１１２】即ち、図１９のフローチャートに示すよう
に、まず最初に、ステップＳ７１において、カメラセッ
ト３1乃至３Nによって、対象物を撮影し、その結果得ら
れる画像（基準カメラ画像および検出カメラ画像）を、
三次元情報生成部４に供給する。三次元情報生成部４
は、ステップＳ７２において、カメラセット３1乃至３N
からの画像から、対象物の三次元情報として、その距離
画像を生成し、仮想空間設定部６に供給する。
【０１１３】仮想空間設定部６では、ステップＳ７３に
おいて、図１５および図１６で説明した場合と同様にし
て、三次元情報生成部４からの対象物の三次元情報に基
づいて、その対象物の床面における中心点Ｏを中心とす
る半径Ｒの半球が求められ、これが仮の仮想空間として
設定される。さらに、ステップＳ７３では、その仮の仮
想空間について、上述したような仮想空間マップが作成
され、ステップＳ７４に進む。
【０１１４】ステップＳ７４では、仮想空間設定部６に
おいて、三次元情報生成部４からの対象物の三次元情報
に基づき、その対象物について、上述したような物体マ
ップが作成され、ステップＳ７５に進む。ステップＳ７
５では、仮想空間設定部６において、仮想空間マップと
物体マップとに基づいて、対象物と衝突している仮の仮
想空間に対応するボクセルが検出され、そのボクセル
が、仮想空間の内部を構成するボクセルから、仮想空間
の外部を構成するボクセルとなるように、仮想空間マッ
プが変更される。さらに、ステップＳ７５では、変更さ
れた仮想空間マップにしたがって、最終的な仮想空間が
設定され、ステップＳ７６に進み、仮想空間設定部６
は、その最終的な仮想空間の三次元情報を記憶し、処理
を終了する。
【０１１５】次に、図１７乃至図１９で説明した仮想空
間の設定方法によれば、対象物を、隙間なく囲むような
仮想空間を設定することができる他、対象物を、ある程
度余裕をもって囲むような仮想空間を設定することもで
き、そのような仮想空間を設定した場合には、図１の空
間衝突判別装置は、例えば、ゴルフのスイングその他の
フォームの矯正システムとして利用することが可能とな
る。
【０１１６】即ち、例えば、図２０に示すように、手本
となる人（例えば、プロゴルファなど）にスイングして
もらい、その一連の動作を、カメラセット３1乃至３Nで
撮影し、三次元情報生成部４において、その結果得られ
る画像から、そのスイングの一連の動作について三次元
情報を生成する。いま、三次元情報生成部４において、
例えば、図２１（Ａ）に示すようなフォームを示す三次
元情報が得られたとすると、そのままでは、一般に、ス
イングのフォームを矯正しようとしているユーザの身長
や、手足の長さ、肉付き等の体格や、衣服の状態に合致
しないため、三次元情報生成部４から得られた三次元情
報を、図２１（Ｂ）に示すように正規化し、ユーザの体
格等に合致させる。そして、図２１（Ｃ）に黒く塗って
示すように、その正規化した三次元情報によって規定さ
れる形状を、ある程度余裕を持って囲む所定の厚さ（例
えば、５ｃｍなど）の空間を想定し、これを、仮想空間
とする。なお、ここでは、仮想空間は、スイングの一連
の動作を撮影して得られた画像の各フレームごと（例え
ば、３０フレーム／秒ごと）に作成する。これにより、
手本となる人のスイングの一連の動作を、いわば象っ
た、時系列に変化する仮想空間を得ることができる。
【０１１７】次に、図２２のフローチャートを参照し
て、図２０および図２１で説明した仮想空間の設定方法
について、さらに説明する。
【０１１８】この場合、手本となる人にスイングを開始
してもらい、ステップＳ８１において、カメラセット３
1乃至３Nによって、その手本となる人（対象物）を撮影
する。その撮影の結果得られる画像は、三次元情報生成
部４に供給され、三次元情報生成部４では、ステップＳ
７２において、カメラセット３1乃至３Nからの画像か
ら、手本となる人の三次元情報として、その距離画像が
生成され、仮想空間設定部６に供給される。仮想空間設
定部６では、三次元情報生成部４からの手本となる人の
三次元情報が記憶され、ステップＳ８４に進み、手本と
なる人の一連の動作が終了したかどうか、即ち、スイン
グが終了したかどうかが判定される。ステップＳ８４に
おいて、スイングが終了していないと判定された場合、
ステップＳ８１に戻り、次のフレームの撮影が行われ
る。
【０１１９】また、ステップＳ８４において、スイング
が終了したと判定された場合、ステップＳ８５に進み、
仮想空間設定部６は、各フレームの画像から得られた三
次元情報を、ユーザの体格等にあわせて正規化し、ステ
ップＳ８６に進む。ステップＳ８６では、仮想空間設定
部６において、正規化された三次元情報で規定される形
状を、ある程度余裕を持って囲む所定の厚さの空間が想
定され、これが、仮想空間とされて記憶される。仮想空
間設定部６では、そのような仮想空間が、スイングの一
連の動作を撮影して得られた画像の各フレームごとの三
次元情報それぞれについて設定されて記憶され、処理を
終了する。
【０１２０】以上のようにして仮想空間を設定した後
は、図２３に示すように、その仮想空間で囲まれる領域
に、ユーザが入り、スイングの練習を行う。この場合、
ユーザのスイング動作が、手本となる人のスイング動作
にほぼ一致していれば、仮想空間と、ユーザとの衝突は
生じないが、一致していなければ、衝突が生じ、この衝
突は、衝突判定部５において検出される。従って、処理
部８において、その旨を表示することにより、ユーザ
に、スイングが、手本となる人のものと一致しているか
どうかを提示することができる。また、衝突があった仮
想空間の位置や、スイングのどの過程における仮想空間
において衝突があったのかを提示することにより、ユー
ザに矯正すべき場所やタイミングを教えることが可能と
なる。
【０１２１】なお、図２０乃至図２３では、ゴルフのス
イングの矯正を行うようにしたが、その他、例えば、ゴ
ルフクラブのフェースを象った仮想空間を設定し、ゴル
フボールとの衝突を検出、あるいは、逆にゴルフゴール
を象った仮想空間を設定し、ゴルフクラブのフェースと
の衝突を検出するようにすれば、インパクト時のフェー
スの向きや、フェースのどの位置にゴルフボールがあた
っているかなどのチェックを行うことが可能となる。
【０１２２】さらに、上述のようなフォームの矯正シス
テムは、ゴルフ以外のスポーツや、ダンスなどにも適用
可能である。
【０１２３】以上のように、三次元空間内に所定の仮想
空間が設定される一方、実際（現実）の物体の三次元情
報が生成され、物体の三次元情報に基づいて、物体と仮
想空間とが衝突しているかどうかが判定される。従っ
て、仮想空間を任意に設定し、その仮想空間と、実際の
物体との衝突を検出することが可能となる。即ち、例え
ば、赤外線検知システムでは、図２４で説明したよう
に、赤外線発光部および赤外線受光部を、進入禁止領域
の形状や大きさにあわせて設置する必要があり、例え
ば、イベント会場や公共スペースなどの人の出入りが激
しい場所では、その設置が困難な場合もある。これに対
して、図１の空間衝突判別装置では、カメラセット３n
は、その視野内に、仮想空間が含まれるように配置すれ
ば良く、配置場所に関する自由度が高い。即ち、カメラ
セット３nは、仮想空間の形状や大きさにほとんど制限
されずに配置することができる。さらに、仮想空間は、
あくまで仮想的に想定された空間であるから、赤外線発
光部および赤外線受光部の配置位置や赤外線を送受信す
る向きによって規定される領域と異なり、容易に、任意
の形状とすることができる。また、その変更も、仮想空
間を規定する三次元情報（パラメータ）を変更するだけ
で容易に行うことができる。
【０１２４】なお、本実施の形態では、ステレオ処理に
より、現実の物体の三次元情報を得るようにしたが、物
体の三次元情報を得る手法は、これに限定されるもので
はなく、例えば、レンジファインダによりレーザ光を照
射して三角測量の原理により、物体までの距離を計測す
る方法その他を採用することもできる。
【０１２５】また、本発明は、任意の形状や大きさに設
定することができる仮想空間と、現実の物体との衝突を
検出することから、上述したアプリケーションの他に
も、様々なアプリケーションに応用することができる。
【０１２６】即ち、例えば、虚像を提供する虚像視ディ
スプレイとしてのＨＭＤ（Head Mount Display）と、図
１の空間衝突判別装置とを組み合わせることで、各種の
ユーザインターフェイスを提供することが可能となる。
具体的には、例えば、ＨＭＤによって、虚像の画面とキ
ーボードとを表示し、そのキーボードを構成する各キー
の虚像が表示された位置それぞれに仮想空間を設定すれ
ば、各キーの虚像の位置に設定された仮想空間と、ユー
ザの指との衝突を検出し、衝突が検出された位置に対応
するキーにしたがった表示を、虚像の画面に行うように
することで、実際に、キーボードがなくてもタイプを行
うことが可能となる。また、同様の手法で、テレビジョ
ン受像機やＶＴＲその他のＡＶ（Audio/Visual）機器の
リモートコマンダを実現すること等も可能である。
【０１２７】さらに、図１の空間衝突判別装置は、例え
ば、コンピュータ（情報処理装置）に、上述した処理を
行わせるためのコンピュータプログラム（制御情報）を
実行させることによっても、また、専用のハードウェア
によっても、実現可能である。なお、コンピュータプロ
グラムによる場合には、そのコンピュータプログラム
は、例えば、光ディスク、光磁気ディスク、磁気ディス
ク、磁気テープ、相変化ディスク、その他の記録媒体に
記録して提供することも可能であるし、例えば、インタ
ーネット、ＣＡＴＶ（Cable Television）網、衛星回
線、地上波、その他の伝送媒体を介して伝送することに
より提供することも可能である。
【０１２８】
【発明の効果】以上の如く、本発明の情報処理装置およ
び情報処理方法、並びに提供媒体によれば、三次元空間
内に所定の仮想空間が設定され、物体の三次元情報が生
成される。そして、物体の三次元情報に基づいて、物体
と仮想空間とが衝突しているかどうかが判定される。従
って、三次元空間における任意の空間と物体との衝突を
検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した空間衝突判別装置の一実施の
形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の空間衝突判別装置の動作を説明するため
のフローチャートである。
【図３】図１の三次元情報生成部４の構成例を示すブロ
ック図である。
【図４】エピポーララインを説明するための図である。
【図５】基準カメラ画像および検出カメラ画像を示す図
である。
【図６】評価値の推移を示す図である。
【図７】マルチベースラインステレオ法を説明するため
の図である。
【図８】基準カメラ１および検出カメラ２の視野と、仮
想空間との関係を示す図である。
【図９】図１の衝突判定部５の構成例を示すブロック図
である。
【図１０】物体マップおよび仮想空間マップを示す図で
ある。
【図１１】図９の衝突判定部５の処理を説明するための
フローチャートである。
【図１２】図１の処理決定部７および処理部８の処理を
説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１の処理決定部７および処理部８の処理を
説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１の処理決定部７および処理部８の処理を
説明するためのフローチャートである。
【図１５】仮想空間の設定方法を説明するための図であ
る。
【図１６】仮想空間の設定方法を説明するためのフロー
チャートである。
【図１７】仮想空間の設定方法を説明するための図であ
る。
【図１８】仮想空間の設定方法を説明するための図であ
る。
【図１９】仮想空間の設定方法を説明するためのフロー
チャートである。
【図２０】仮想空間の設定方法を説明するための図であ
る。
【図２１】仮想空間の設定方法を説明するための図であ
る。
【図２２】仮想空間の設定方法を説明するためのフロー
チャートである。
【図２３】本発明を、フォームの矯正システムに応用し
た場合を説明するための図である。
【図２４】赤外線検知システムの一例の構成を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 基準カメラ， ２，２1，２2 検出カメラ， ３1
乃至３N カメラセット（撮像手段）， ４ 三次元情
報生成部（生成手段） ５ 衝突判定部（判定手段），
６ 仮想空間設定部（設定手段）（操作手段） ７
処理決定部， ８処理部（処理手段）， １１ カメラ
ＩＦ， １２ 画像メモリ， １３ ＣＰＵ， １４
ＨＤＤ， ２１ 検出物体マップ生成部（物体マップ作
成手段）， ２２ 衝突検出部， ２３ 仮想空間マッ
プ生成部（仮想空間マップ作成手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B050 BA04 BA11 DA07 EA07 EA17 EA28 FA10 GA06 5B057 AA19 BA02 DA07 DA15 DB03 DC03

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三次元空間に存在する物体の三次元情報
    を処理する情報処理装置であって、 前記三次元空間内に所定の仮想空間を設定する設定手段
    と、 前記物体の三次元情報を生成する生成手段と、 前記物体の三次元情報に基づいて、前記物体と前記仮想
    空間とが衝突しているかどうかを判定する判定手段とを
    備えることを特徴とする情報処理装置。
  2. 【請求項２】 前記仮想空間を設定するのに必要な情報
    を入力するときに操作される操作手段をさらに備え、 前記設定手段は、前記操作手段による入力に基づいて、
    前記仮想空間を設定することを特徴とする請求項１に記
    載の情報処理装置。
  3. 【請求項３】 前記設定手段は、前記三次元空間の所定
    の空間を囲む所定の形状の、所定の幅を有する空間を、
    前記仮想空間として設定することを特徴とする請求項１
    に記載の情報処理装置。
  4. 【請求項４】 前記設定手段は、前記三次元空間内の所
    定の対象物を囲み、その対象物を除く空間を、前記仮想
    空間として設定することを特徴とする請求項１に記載の
    情報処理装置。
  5. 【請求項５】 前記設定手段は、時系列に変化する前記
    仮想空間を設定することを特徴とする請求項１に記載の
    情報処理装置。
  6. 【請求項６】 前記設定手段は、前記三次元空間を撮影
    して得られる複数の画像に基づいて、前記仮想空間を設
    定することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装
    置。
  7. 【請求項７】 前記生成手段は、前記物体を撮影して得
    られる複数の画像から、前記三次元情報を生成すること
    を特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
  8. 【請求項８】 前記物体を撮影する撮像手段をさらに備
    えることを特徴とする請求項７に記載の情報処理装置。
  9. 【請求項９】 前記物体の三次元情報に基づいて、前記
    三次元空間において前記物体が存在する位置を、所定の
    座標系によって表す物体マップを作成する物体マップ作
    成手段と、 前記仮想空間が存在する位置を、前記所定の座標系によ
    って表す仮想空間マップを作成する仮想空間マップ作成
    手段とをさらに備え、 前記判定手段は、前記物体マップおよび仮想空間マップ
    に基づいて、前記物体と前記仮想空間とが衝突している
    かどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の
    情報処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記判定手段の判定結果に基づいて、
    所定の処理を行う処理手段をさらに備えることを特徴と
    する請求項１に記載の情報処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記処理手段は、前記物体と前記仮想
    空間とが衝突した場合に、その旨を報知することを特徴
    とする請求項１０に記載の情報処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記処理手段は、前記物体と前記仮想
    空間とが衝突した場合に、その物体を録画することを特
    徴とする請求項１０に記載の情報処理装置。
  13. 【請求項１３】 三次元空間に存在する物体の三次元情
    報を処理する情報処理方法であって、 前記三次元空間内に所定の仮想空間を設定する設定ステ
    ップと、 前記物体の三次元情報を生成する生成ステップと、 前記物体の三次元情報に基づいて、前記物体と前記仮想
    空間とが衝突しているかどうかを判定する判定ステップ
    とを備えることを特徴とする情報処理方法。
  14. 【請求項１４】 三次元空間に存在する物体の三次元情
    報を、情報処理装置に処理させるための制御情報を提供
    する提供媒体であって、 前記三次元空間内に所定の仮想空間を設定する設定ステ
    ップと、 前記物体の三次元情報を生成する生成ステップと、 前記物体の三次元情報に基づいて、前記物体と前記仮想
    空間とが衝突しているかどうかを判定する判定ステップ
    とを備える制御情報を提供することを特徴とする提供媒
    体。
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