JP2001075726A - 三次元オブジェクトの動きを制御するための６つの自由度を持つコンピュータ入力装置 - Google Patents

三次元オブジェクトの動きを制御するための６つの自由度を持つコンピュータ入力装置

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JP2001075726A JP2000232696A JP2000232696A JP2001075726A JP 2001075726 A JP2001075726 A JP 2001075726A JP 2000232696 A JP2000232696 A JP 2000232696A JP 2000232696 A JP2000232696 A JP 2000232696A JP 2001075726 A JP2001075726 A JP 2001075726A
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クーマー センシル
Raymond R Staab
アール．スターブ レイモンド
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    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際のまたは仮想的な三次元オブジェクトを
操作するのに使用するために６つの自由度を有する位置
及び方位情報を用意するための入力装置を提供する。 【解決手段】実施例は上部にプレートが取り付けられて
いるハンドルを包含する。プレートの上平面に所定のパ
ターンに配置された一組のＬＥＤまたは他の光源が対応
付けされている。カメラまたは他の適当なタイプの検出
装置が入力装置の位置、例えば、Ｘ、Ｙ及びＺ位置パラ
メータ及び方位、例えば、横揺れ角、縦揺れ角及び偏揺
れ角の各回転パラメータを求めるために光源からの光を
検出する。コンピュータ・システム上で実行される制御
ソフトウエアを使用して、カメラによって生成された所
定イメージの中に見える光源の検出及び定位を行ない、
それら各光源を対応するラベルに対応付けし、イメージ
の中の光源の位置から位置及び方位情報を求め、その位
置及び方位情報をコンピュータ・システム上で実行され
る少なくとも１個のアプリケーションに伝達することが
可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ及び
その他のディスプレー・ベースの処理システムに使用す
る入力装置に関し、特に、三次元空間内で実際のオブジ
ェクトまたはバーチャル・オブジェクトの動きを制御す
るために６つの自由度の情報を供することが出来る入力
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マウスやトラック・ボール或いはジョイ
スティックのような、多数の従来のコンピュータ入力装
置はコンピュータによって生成された二次元オブジェク
ト、例えば、コンピュータ・スクリーン上のカーソルの
制御を可能にする。これらの装置は２つの位置パラメー
タの形ち、即ち、Ｘ及びＹ方向平行変換位置としても既
知の左右方向の動き及び前後方向の動きの２つの自由度
を供する。その他の従来のコンピュータ入力装置は３つ
以上の自由度を供する。例えば、３つの位置パラメー
タ、即ち、Ｘ、Ｙ及びＺ方向平行変換位置としても既知
の左右方向、前後方向及び上下方向の動きにまたがる制
御だけでなく、３つの回転即ち方位パラメータ即ち、横
揺れ角（roll）、縦揺れ角（pitch）及び偏揺れ角（ya
w）にまたがる制御の、全体で６つの自由度を供する幾
つかの既に知られている入力装置が有る。そのような装
置は、バーチャル・リアリティ、ビデオ・ゲーム及びグ
ラフィカル編集のようなアプリケーションにおけるコン
ピュータによって生成された三次元オブジェクトの現実
感のある制御を供する。
【０００３】６つの自由度を供するの入力装置の例が、
Toyamaほかに付与された“Vision-Based Six-Degree-of
-Freedom Computer Input Device”なる表題の米国特許
第５，８８９，５０５号に記載されている。この特許の
入力装置の位置及び方位は、ユーザがそれを動かすとき
に数本のケーブルに支承された物理オブジェクトを追跡
することによって求められる。この追跡メカニズムはそ
の追跡されたオブジェクトが最初にイメージされる場所
を“ホーム・ポジション”に初期化するか或いは現在の
データを前に格納されたデータと比較することの何れか
を必要とする。そのＺ座標は追跡されたオブジェクトの
ピクセルがそのオブジェクトの中心からどれだけ離れて
いるかを計算することによって測定される。従って、そ
の方法ではそのＺ座標計算において追跡されたオブジェ
クトのピクセルが全て包含される。この特許の方法に
は、方位が異なる特徴を有する２つの基準点を追跡する
ことによって計算される別の問題が有る。換言すると、
これら基準点は見分けられるものでなければならない。
この特許の方法には、更に回転パラメータ及び平行変換
パラメータが絶対値で与えられず、実際の量に対する比
例値でしか与えられない別の欠点が有る。従って、これ
らの値はアプリケーションの制御に使用される前に倍率
調整されなければならない。
【０００４】Battermanほかに付与された“Method and
Apparatus for Determining Position and Orientatio
n”なる表題の米国特許第５，８５６，８４４号には頭
部装着型ディスプレーについて６つの自由度を決定する
方法及び頭部装着型ディスプレーに光変調されたターゲ
ット（optically-modulated target）を付属させるハン
ドルが記載されている。そのターゲットはそのディスプ
レーの表示面に四角形でマーキングされ、それらの四角
形の透視図を追跡することによって６つの自由度が計算
される。この特許の方法には、それらの四角形の順序を
識別するために光変調されたターゲットの中に特別な方
位マークが必要とされる問題が有る。この方法では回転
角が直接求められ、従ってノイズが関係する歪みを甚だ
しく被り易い別の問題が有る。
【０００５】DeMenthonに付与された“Computer Vision
System for Position Monitoringin Three Dimensions
Using Non-Coplanar Light Sources Attached to a Mo
nitored Object”なる表題の米国特許第５，２２７，９
８５号及びDeMenthonほかに付与された“Three Dimensi
onal Pointing Device Monitored by Computer Visio
n”なる表題の米国特許第５，２９７，０６１号にはオ
ブジェクトの位置及び方位をそのオブジェクトに装着さ
れた一組の非共面光源を使用することによって求める技
術が記載されている。この方法には非共面光源の使用が
その装置の製造をより困難にし、その結果更に高価にし
ている問題が有る。この方法で使用される光源は対応す
るイメージの中でそれら光源の順序を正確に識別するた
めにサイズが異なっており、本装置を更に複雑にしてい
る別の問題が有る。
【０００６】Egliほかに付与された“Method and Appar
atus for Determining Location and Orientation of O
bjects”なる表題の米国特許第４，６７２，５６２号に
は直交関係にあるターゲット・アレイを具備する入力装
置が記載されている。この特許では、各ターゲット・ポ
イントが、その３個の第１ターゲット・ポイントを別々
に通るする第１、第２及び第３の線の投影の共通する交
差点が第４ターゲット・ポイントを形成し、その第４タ
ーゲット・ポイントにそれら線の投影が交差する極めて
具体的な構成に配置されている。更に、これらの線の投
影は第４ターゲット・ポイントで３つの直角を形成しな
ければならない。そのような制約は、一般的にはそれら
が本装置の製造及び使用を困難にする恐れが有るので好
ましくない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記観点から、当然６
つの自由度を与えることが出来、また従来の方法に絡む
問題を回避する改良された入力装置に対する必要性が存
在する。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、実際のまたは仮想的な三次元
オブジェクトを操作する際に使用するために、６つの自
由度を有する位置及び方位情報を供する改良された入力
装置及び関連する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】実施例は上部にプレート
が取り付けられたハンドルを包含する。そのプレートの
上平坦部には所定のパターンに配置された一組の光源が
対応付けられる。カメラ或いはその他の検出装置が入力
装置の位置、例えば、Ｘ、Ｙ及びＺ位置パラメータ及び
方位、例えば、横揺れ角、縦揺れ角及び偏揺れ角の各回
転パラメータを求めるために光源からの光を検出する。
コンピュータ・システム上で実行される制御ソフトウエ
アを使用して、カメラによって生成された所定のイメー
ジの中に見える光源の検出及び定位を行ない、それら各
光源を対応するラベルに対応付けし、イメージの中の光
源の位置から位置及び方位情報を求め、その位置及び方
位情報をコンピュータ・システム上で実行される少なく
とも１個のアプリケーションに伝達することが可能であ
る。
【００１０】本発明によれば、制御ソフトウエアが、そ
れぞれが平面に対応付けされ、それぞれが光源の一つと
対応し、それらのうちの所定の一つが基本ポイントとし
て選択されている一組のポイントの関数である指標を少
なくとも部分的に使用し、それら各光源に対する対応す
るラベルを特定する。上記指標は透視投影の下では不変
であり、もし平面と対応するそれら一組のポイントがイ
メージ中へ投影されると、平面と対応するそれら一組の
ポイントに対して生成された指標がそのイメージ中へ投
影された場合のポイントに対して生成される指標と同じ
である。制御ソフトウエアは最初全ての光源の三次元位
置を計算し、続いて計算された平行変換ベクトルから直
接横揺れ角、縦揺れ角及び偏揺れ角の各回転パラメータ
を計算することによって方位情報を求める。
【００１１】
【作用】本発明の技術は上述の従来の方法を凌駕する幾
つかの重要な利点を具備する。例えば、本発明の実施例
による入力装置は、各々が同特性を有し、従って従来の
装置より製造が容易で且つ安価な平面配列の光源を使用
する。方位マークは必要ではなく、且つ、光源が上記指
標を使用して区別が可能である限りでは光源のパターン
には制約は無い。更に、本発明による入力装置は何ら縮
尺に曖昧性無く正確な位置及び方位の値を生成すること
が出来る。更に、本発明は最初全ての光源の三次元位置
を計算し、この情報を使用して方位を求めるので、直接
回転角を求める方法より速やかに解が得られ、且つノイ
ズが関係する歪みを受け難い。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明による入力装置１０
の実施例を示している。入力装置１０は最小で３つの位
置パラメータ、即ち、左右方向即ちＸ、前後方向即ちＹ
及び上下方向即ちＺと３つの角度パラメータ、即ち、横
揺れ角、縦揺れ角及び偏揺れ角を既定し、従って例えば
多数のアプリケーションにおいて三次元オブジェクトの
動きを制御するための６つの自由度を供する。入力装置
１０はハンドル１２とこのハンドル１２の上端に取り付
けられたプレート１４を包含する。
【００１３】数個の発光デバイス（light emitting dev
ice；以下ＬＥＤと言う）１６がプレート１４の上面に
装着されている。これらのＬＥＤ１６はこの入力装置１
０に取り付けられたスイッチ１５−１、１５−２及び１
５−３を使用してオン・オフすることが出来る。これら
のＬＥＤ１６の１つは“トリガーＬＥＤ”と呼ばれ、ハ
ンドル１２の前に取り付けられている“トリガー・スイ
ッチ”１５−１を使用してオン・オフされる。トリガー
・スイッチ１５−１が押されるとトリガーＬＥＤがター
ン・オン、即ち、発光し、トリガー・スイッチ１５−１
が開放されるとトリガーＬＥＤがターン・オフ、即ち、
発光を停止する。他のスイッチ１５−２及び１５−３は
同時に複数のＬＥＤを制御することが出来る。各ＬＥＤ
１６は同カラーのものであってもよく、或いは異なるカ
ラーのものであってもよく、且つ様々な異なるパターン
に配置することが出来る。これらＬＥＤ１６は、例えば
ハンドル１２の中に収容されている電池によって電力を
供給することが出来る。これらＬＥＤ１６は、例えば発
光ダイオード或いはその他の同様な発光デバイスとする
ことが出来る。
【００１４】実施例でＬＥＤ１６を使用しているのは一
例であり、本発明の別の実施例ではその他のタイプの光
源を使用することが出来る。また、１個以上のＬＥＤを
反射マーカで置換することも可能である。用語“光源”
は、本明細書で使用されるときはそのような反射マーカ
だけでなく、光を発生または誘導することが出来るその
他のタイプの装置を包含することを想定している。
【００１５】図２は図１の入力装置がコンピュータ・シ
ステム２０と一緒に動作する具体例としての構成を示し
ている。コンピュータ・システム２０はコンピュータ２
１、モニター２２及びキーボード２３を包含する。コン
ピュータ２１に接続されているカメラ２４は入力装置１
０のＬＥＤから発光された光を検出するように配置され
ている。入力装置１０とコンピュータ・システム２０は
テーブルトップ或いはデスクトップのような平坦面２５
上に配置されている。ハンドル１２はその下部を平坦面
２５上に直接置くことが出来、或いはまた本装置を容易
に回転することが可能となるようにハンドル１２が架台
（cradle）、球（ball）またはその他の支持装置上に置
くように構成することも出来る。操作中は、ユーザがカ
メラ２４の下でハンドル１２の部分で入力装置１０を保
持する。ユーザがカメラ２４の下で入力装置１０を動か
すと、カメラ２４からビデオ信号がコンピュータ２１へ
送出され、コンピュータ２１上で実行される関連制御ソ
フトウエアが入力装置１０の三次元（three-dimensiona
l；３Ｄ）位置及び方位を計算する。
【００１６】その３Ｄ位置は３つの数（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に
よって表され、３Ｄ方位は３つの角（横揺れ角、縦揺れ
角及び偏揺れ角）によって表される。これら６個のパラ
メータはまた制御パラメータとも呼ばれ、多元的な入力
を必要とするアプリケーションを制御するのに使用され
る。そのようなアプリケーションの一例に、ユーザがオ
ブジェクトを移動及び回転出来るようにする３Ｄグラフ
ィカル・エディタが有る。この場合、モニター２２上に
表示される選択されたオブジェクトは単に入力装置１０
をカメラ２４の下で移動及び回転させるだけで３Ｄ（三
次元）で移動及び回転させることが出来る。他の例のア
プリケーションに、ユーザが入力装置１０を移動及び回
転することによってバーチャル３Ｄフライトを制御する
コンピュータ・ビデオ・ゲームが有る。入力装置１０は
また例えばロボット・アームのような実際のオブジェク
トの制御に関するアプリケーションと一緒に使用するこ
とも可能である。
【００１７】図２は入力装置１０の動作を従来のデスク
トップ・コンピュータ・システム２０と組み合わせて示
しているが、入力装置１０は勿論ポータブルまたはパー
ムトップ・コンピュータ、ワークステーション、パーソ
ナル・ディジタル・アシスタント（personal digital a
ssistant；ＰＤＡＳ）、テレビジョン受像機、セット・
トップ・ボックス等のようなその他のタイプの情報処理
装置と一緒に使用することが可能である。用語“コンピ
ュータ”は、本明細書で使用されるときは上記及びその
他のプロセッサをベースとする装置を包含することを想
定している。
【００１８】図３は図２の構成のアーキテクチャを示す
ブロック図である。カメラ２４は入力装置１０によって
発光された光を検出し、対応するビデオ信号を一組の制
御ソフトウエア３０へ送出する。制御ソフトウエア３０
はコンピュータ２１上で動き、例えばコンピュータ２１
の電子メモリ或いはディスク・ベースのメモリに格納さ
れ、コンピュータ２１のマイクロプロセッサまたはその
他のディジタル・データ・プロセッサによって実行され
るようにすることが出来る。以下で更に詳述するよう
に、制御ソフトウエア３０はカメラ２４からのイメージ
を解析してターン・オンされている特定のＬＥＤを識別
し、入力装置１０の位置及び方位を推定して入力装置１
０から送出された制御信号を解明し、これらの位置、方
位及び制御信号情報を入力装置１０からの制御を見込む
アプリケーション、例えばアプリケーション３２−１、
３２−２及び３２−３へ送出する。
【００１９】図１乃至図３に関連して記載される実施例
では、入力装置１０は無線装置であり入力装置１０とコ
ンピュータ２１との間の唯一の通信手段はカメラ２４を
介するだけである。他の実施例ではその他の構成を包含
することが出来る。例えば、入力装置１０は例えばケー
ブルまたは無線接続を介するカメラ２４への直結リンク
を包含するように構成することが出来る。そのような直
結リンクは上記追加制御信号を送受信するために使用可
能である。他の例として、入力装置１０はユーザへ操作
に対する手ごたえ感を与える強制フィードバック・メカ
ニズムを包含するように構成することが出来る。
【００２０】図４はＬＥＤ１６の具体例としてのラベル
付けを有する入力装置１０を示している。プレート１４
の上面上にあるＬＥＤの特定パターンは単なる例であ
り、他に多数のＬＥＤパターンを他の実施例で使用する
いことが可能である。それらＬＥＤには図示のように、
ＬＥＤ−Ｔ、ＬＥＤ−Ｕ、ＬＥＤ−Ｄ、ＬＥＤ−１、Ｌ
ＥＤ−２、ＬＥＤ−３、ＬＥＤ−４及びＬＥＤ−５なる
名前が付けられている。ユーザがトリガー・スイッチ１
５−１を押すと、トリガーＬＥＤ（ＬＥＤ−Ｔ）がター
ン・オンし、且つ、このターン・オンが制御ソフトウエ
ア３０によって“クリック・イベント”として検出され
る。このクリック・イベントは続いて制御ソフトウエア
３０と通信している全てのアプリケーションへ送出され
る。この実施例の入力装置１０は１個のトリガー・スイ
ッチと１個のトリガーＬＥＤのみを包含するが、他の実
施例ではそのような組合わせを多数包含することが出来
る。
【００２１】入力装置１０のスイッチ１５−２はＬＥＤ
−Ｕ及びＬＥＤ−Ｄなる名前が付されているＬＥＤを制
御する。これらのＬＥＤは通常はオフである。ＬＥＤ−
Ｕはユーザがスイッチ１５−２の上部を押すとオンにな
り、その上部が開放されるとターン・オフする。同様
に、ＬＥＤ−Ｄはスイッチ１５−２の下部が押されると
オンになり、その下部が開放されるとターン・オフす
る。スイッチ１５−２は、その上部が押されているとき
だけＬＥＤ−Ｕがオンになり、そのスイッチの下部が押
されているときだけＬＥＤ−Ｄがオンになるように構成
されている。その上部と下部とは同時に押すことは出来
ず、従ってＬＥＤ−ＵとＬＥＤ−Ｄのうちの１つだけが
任意の時点においてオンになることが出来る。スイッチ
１５−２は幾つかの異なる方法で実行することが出来
る。例えば、それは押し上げられたときＬＥＤ−Ｕをタ
ーン・オンし、押し下げられたときＬＥＤ−Ｄをターン
・オンする小さな棒状突起とすることが出来る。
【００２２】図５はスイッチ１５−２の他の考えられる
実行例を示している。この実行例ではスイッチ１５−２
はフォーク形突起を具備し、ユーザがその中へ指、例え
ば親指を指し入れ、その指を上下に動かすことによって
それらＬＥＤを制御することが出来る。また、ユーザが
その中へ指を指し入れるリングのような他の適当な装置
を使用することも可能である。
【００２３】入力装置１０のスイッチ１５−３はＬＥＤ
−１、ＬＥＤ−２、ＬＥＤ−３、ＬＥＤ−４及びＬＥＤ
−５なる名前が付けられているＬＥＤを制御する。ユー
ザが入力装置１０を使用しようと思うとき、スイッチ１
５−３はオン・ポジションへ押され、且つ上記５個のＬ
ＥＤがターン・オンし、そのスイッチがオフ・ポジショ
ンへ押し戻されるまでオンになっている。これら５個の
ＬＥＤは集合的に“基本ＬＥＤ”と呼ばれ、スイッチ１
５−３がオン・ポジションにあるときはいつもオンにな
っている。従ってスイッチ１５−３は入力装置１０に対
するオン／オフ・スイッチとして有効に作用する。
【００２４】制御ソフトウエア３０について以下で更に
詳細に説明する既に述べたように、制御ソフトウエア３
０はカメラ２４を介して得られる入力装置１０のイメー
ジを解析し、その入力装置１０の位置及び方位並びに追
加制御情報を計算する。制御ソフトウエア３０によって
実行される具体例としての処理アルゴリズムには次の５
つのメインのステップが包含される。 １．そのイメージの中に見えるＬＥＤの検出及び定位を
行なうステップ。 ２．各ＬＥＤにその正しいラベルを対応付けるステッ
プ。 ３．そのイメージの中のＬＥＤの位置から入力装置１０
の位置及び方位を求めるステップ。 ４．追加制御信号を発生するステップ。 ５．アプリケーションと通信するステップ。
【００２５】これらの各ステップについて、以下詳細に
述べる。
【００２６】ステップ１：ステップ１はカメラ２４によ
って生成されたビデオ信号の各イメージ、例えば、フレ
ームを解析し、オンしているＬＥＤのピクセル位置、即
ち、座標を求める処理に関与する。幾つかのよく知られ
ている従来の特徴抽出または領域抽出技術のうちの何れ
かをこの関数を実行するために使用することが可能であ
る。実施例では、従来の領域抽出技術が、オンしている
ＬＥＤに対応するイメージ中での領域を求めるために使
用される。そのような各ＬＥＤについて、上記アルゴリ
ズムが対応する領域の中心のピクセル座標（x，ｙ）を
計算する。かくして、ステップ１ではイメージ中のＬＥ
Ｄのセンターに対応する一組のピクセル位置（ｘ，ｙ）
が出力される。
【００２７】ステップ２：入力装置１０の各ＬＥＤが、
図４に示されるように、それと対応する特有のラベル即
ち名称を有する。入力装置１０がカメラ２４の下で移動
及び回転されるとき、各ＬＥＤはイメージ中の異なる位
置に投影され、このステップ２のゴールではイメージ中
で各ＬＥＤが識別される。即ち、イメージ中で各ＬＥＤ
がその正しいラベルに対応付けされる。
【００２８】一例として、図６の（ａ）は基本ＬＥＤで
あるＬＥＤ−１乃至ＬＥＤ−５のみがオンしていると
き、イメージがどのように見えるかを示している。上記
アルゴリズムの上記ステップ１ではイメージ中のＬＥＤ
のセンターのピクセル位置（ｘ i，ｙi）が求められるこ
とになる。目に見える５個のＬＥＤが有るので、５個の
そのような（ｘi，ｙi）ペアが存在することになる。ス
テップ２はこれらのピクセル位置を入力として取り、図
６の（ｂ）に示されるように、各ＬＥＤに対する正しい
ラベルを特定する。他の例のイメージ及びラベル付けが
図７の（ａ）と図７の（ｂ）に示されている。
【００２９】ステップ２は幾つかの異なる方法で実行す
ることが可能である。その１つの方法では、様々なカラ
ーまたは他の物理特性のＬＥＤを使用し、これらの特性
に基づいてそれらのＬＥＤのラベルが特定される。他の
有望な方法では、動き追跡アルゴリズムを使用してＬＥ
Ｄが１つのフレームからその次のフレームへ追跡され
る。この後者の方法では、一般的に入力装置１０がカメ
ラ２４の下で特定の方位で示され、その結果ラベルが容
易に特定されるようになる初期化段階が必要である。こ
の初期化段階後、現在の表示フレーム（video frame）
内のＬＥＤが前のフレームから利用可能な情報を使用し
て追跡される。
【００３０】本発明によるステップ２の好適な実行例は
異なる物理特性を持つＬＥＤを必要とせず、しかも動き
追跡を実行せず、従って初期化を必要としない。この実
行例を以下、説明する。
【００３１】５個のポイントＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4及びＰ
5が平坦面上に位置していると考える。これら５個のポ
イントのそれらの１つを“基本ポイント”とする関数で
ある“基本指標（basic measure；ＢＭ）”と呼ばれる
量を定義する。例えば、Ｐ5が基本ポイントとして選択
された上記５個のポイントの基本指標はＢＭ（Ｐ5；
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4）で表され、以下の方法で計算され
る。
【００３２】図８の（ａ）はそれら５個のポイントを示
している。ＢＭ（Ｐ5；Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4）を計算す
るために、図８の（ｂ）に示されるように、最初にＰ5
からＰ1、Ｐ2、Ｐ3及びＰ4へそれぞれ線を引く。次に、
図８の（ｃ）に示されるように、それら線分；Ｐ5Ｐ1、
Ｐ5Ｐ2、Ｐ5Ｐ3及びＰ5Ｐ4と交差する任意の線Lを選択
する。交差するポイントがＡ、Ｂ、Ｃ及びＤであるとす
る。これらのポイントは左から右方向へ或いは右から左
方向へ順番にラベル付けされなければならない。
【数１】 がポイントＸとＹとを結ぶ線分の長さを表すものとす
る。すると、Ｐ5が基本ポイントとして選択された５個
のポイントの基本指標は次の式（１）によって定義され
る。
【数２】
【００３３】上記基本指標は透視投影の下で不変である
ことが分かる。ここで透視投影は、或るシーン中の３Ｄ
オブジェクトがイメージを形成するためにレンズを通し
て投影される結像処理をモデル化するカメラの数学的モ
デルを参照する。特に、もしそれら５個のポイント
Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4及びＰ5がカメラによって撮像さ
れ、且つ、もしそれらポイントｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4及び
ｐ5がイメージの中でのこれらのポイントのそれぞれの
投影であれば、Ｐiが基本ポイントとして選択されてい
るオリジナルのポイントの基本指標はｐiが基本ポイン
トとして選択されているイメージのポイントの基本指標
と厳密に同じである。即ち、ＢＭ（Ｐ1；Ｐ2，Ｐ3，
Ｐ4，Ｐ5）= ＢＭ（ｐ1；ｐ2，ｐ3，ｐ4，ｐ5）、ＢＭ
（Ｐ2；Ｐ1，Ｐ3，Ｐ4，Ｐ5）= ＢＭ（ｐ2；ｐ1，ｐ3，
ｐ4，ｐ5）等が成り立つ。透視投影の下での基本指標の
この不変性は、以下に述べる方法で、イメージ中の各Ｌ
ＥＤの正しいラベルを特定するために上記アルゴリズム
のステップ２で使用される。
【００３４】最初に上記５個の基本ＬＥＤ；ＬＥＤ−
１、ＬＥＤ−２、・・・ＬＥＤ−５のみがオンしている
場合を考える。ＢＭiはＬＥＤ−ｉが基本ＬＥＤとして
選択されている５個のＬＥＤの基本指標を表すものとす
る。以下の説明では、本明細書のコンテクストに従い、
用語“ＬＥＤ”は実際のＬＥＤ、この実際のＬＥＤのセ
ンターでのポイント或いはイメージ中のＬＥＤの投影の
センターでのポイントを参照することが出来る。入力装
置１０上のそれらＬＥＤの正確な位置は既知であるの
で、５個のＢＭiの値の全てもまた既知である。それら
ＬＥＤは、ＢＭ1が他のＢＭiの値から大きく相違するよ
うに配置される。
【００３５】制御ソフトウエア・アルゴリズムのステッ
プ２は次のようにそれらＬＥＤのラベルを特定する。既
に述べたように、ステップ１は上記５個のＬＥＤのセン
ターをイメージ中に与えるが、ＬＥＤはどれがどれかは
分からない。ステップ２は３個のポイントのうちの１つ
を任意に選択し、選択されたポイントを基本ポイントと
する５個のポイントの基本指標を計算する。もしこの基
本指標がＢＭ1と同じであれば、選択されたポイントは
ＬＥＤ−１である。もし同じでない場合は、ＬＥＤ−１
が求められるまでこの処理が別のポイントを基本ポイン
トとして反復される。一旦ＬＥＤ−１が求められると、
ＬＥＤ装置の幾何学的配列（ジオメトリー；geometry）
は他のＬＥＤのラベルを識別するのに十分である。例え
ば、ＬＥＤ−２とＬＥＤ−５はＬＥＤ−３及びＬＥＤ−
４よりもＬＥＤ−１に近似している。これにより、前者
を後者と区別することが可能になる。また、選択された
ＬＥＤ−１を原点とした状態では、ＬＥＤ−２とＬＥＤ
−５とを区別することが可能であるように、ＬＥＤ−５
からＬＥＤ−２への反時計回り角度はＬＥＤ−２からＬ
ＥＤ−３へのそれよりも小さい。同様な議論はＬＥＤ−
３及びＬＥＤ−４に当て嵌まる。
【００３６】もしトリガーＬＥＤ（ＬＥＤ−Ｔ）もまた
発光すると、それはその他のＬＥＤに先んじて、最初に
ラベル付けされる。ＬＥＤ−Ｔを識別する幾つかの方法
が有る。その１つはＬＥＤ−Ｔが基本ＬＥＤによって形
成される凹多角形の内側に有る事実を使用する方法であ
る。
【００３７】ＬＥＤ−ＵとＬＥＤ−Ｄとは、それらもま
た基本指標或いはジオメトリーの何れかを使用して容易
にラベル付けすることが出来るように本装置上に配置さ
れている。最も一般的なケースでは、種々の可能な組合
わせを説明するために多数の基本指標を計算しなければ
ならないであろう。
【００３８】異なるカラーのＬＥＤがそのラベル付け処
理を支援するために使用可能であるが、そのときはカラ
ー・カメラが必要であろう。
【００３９】ステップ３：このステップはイメージの中
のＬＥＤの位置から入力装置１０の位置及び方位を求め
る。このステップは、上記ステップ１と２で既知となっ
たイメージ座標及びラベルを持つ基本ＬＥＤのみを使用
する。
【００４０】Ｎ個のポイントが平坦面上に位置している
場合を考える。これらのポイントの正確な位置が既知で
あるものと想定する。平坦面上の任意のポイントを原点
として選択し、ここでは“世界座標系（world coordina
te system）”と呼ばれる座標系を平坦面がＸ−Ｙ面と
対応するように選択する。Ｎ個のポイントの位置は既知
であるので、選択された座標系に関するそれらの座標も
また既知である。これらの座標はｉ ＝ １、２、...、
Ｎに対して（Ｘi，Ｙi，Ｚi）なる形ちのものである。
平坦面はＸ−Ｙ面に対応するので、Ｚiは全てゼロであ
る。
【００４１】図９はポイントＰとそのイメージｐに対す
る画像処理のジオメトリーを示している。この図９はま
た、カメラ２４と対応する座標系も示している。この
“カメラ座標系”の原点はカメラ２４のレンズ５２のセ
ンターであり、そのＸ−Ｙ面は結像面５４と平行であ
り、そのＺ軸はカメラ２４の光軸５６と一致する。もし
ポイントＰがこのカメラ座標系中に座標
【数３】 を有すると、Ｐ及びｐは次式で関係付けられる。
【数４】
【数５】
【００４２】ここで（ｘ，ｙ）はイメージｐのピクセル
座標を表し、Ｆはレンズ５２の焦点距離とピクセル・サ
イズで決まる倍率との積である。
【００４３】もしポイントＰが世界座標系（world coor
dinate frame）中に座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を持てば、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び
【数３】 は次式で関係付けられる。
【数６】
【数７】
【数８】 ここで、ＲijはマトリックスＲの成分であり、Ｔx、
Ｔy、Ｔzは上記２つの座標系の間の変換を求める平行変
換ベクトルＴの成分である。
【００４４】上記二組の式を統合することにより、Ｐの
世界座標とそのイメージｐのピクセル座標との間に次の
関係が導かれる。
【数９】
【数１０】
【００４５】入力装置１０の場合、平坦面上に位置して
いるＮ個のポイントが有る。これらのポイントの座標
（Ｘi，Ｙi，Ｚi）は平坦面に取り付けられている座標
系に関して既知である。イメージ中のそれらポイントの
投影のピクセル座標（ｘi，ｙi）は既に求められてお
り、従って、発明の目的は本装置の位置及び方位を求め
ること、即ち、回転マトリックスＲ及び平行変換ベクト
ルＴを求めることである。平行変換ベクトルＴを求める
方法を最初に述べる。
【００４６】入力装置１０上の各ポイント（Ｘi，Ｙi，
Ｚi）は上記の式（７）及び（８）で与えられるような
２つの式を生じる。これらのポイントのＺ座標は選択さ
れた世界座標系中でゼロであるので、上記の式は次式
（９）及び（１０）のようになる。
【数１１】
【数１２】
【００４７】上記の式（９）及び（１０）は次式（１
１）及び（１２）のように書き換えることが出来る。
【数１３】
【数１４】
【００４８】上記の式（１１）及び（１２）をＴzで除
すると次式（１３）及び（１４）に書き換えられる。
【数１５】
【数１６】
【００４９】上記の組の式は次の８個の未知量を使って
２Ｎ個から成る一組の線形式（linear equation）を与
える。
【数１７】
【００５０】１実施例では任意の時点にオンしている最
小で５個のＬＥＤが有るので、常時少なくとも１０個の
式が存在し、従って上記システムはそれら未知のパラメ
ータを解明することが出来る。
【００５１】これら８個のパラメータが解明された後
で、Ｔx、Ｔy、Ｔzが次のように計算される。ここで、
【数１８】 とし、また、
【数１９】 とする。すると、次式（１７）の関係が得られる。
【数２０】
【００５２】量Ｒij（ｉ = １，２，３；ｊ = １，２，
３）は回転マトリックスＲの成分であり、従ってそれら
は次式（１８）、（１９）及び（２０）を満たす。
【数２１】
【数２２】
【数２３】
【００５３】式（１７）から（２０）を直接代数処理す
ると、それらからαに関して次式（２１）が得られる。
【数２４】 なお、式（２１）中のＢは、B = ａ2 + b2 +c2 + d2で
与えられる。
【００５４】αに関して、式（２１）中のプラス符号と
マイナス符号の何れが選択されるかにより２つの選択肢
が有る。正しい選択肢を決めるために、先ず
【数１９】 であるからαは決してゼロになることは無く、且つ、Ｆ
もゼロには成り得ないことに留意しなければならない。
ここで、式（２１）でマイナス符号が選択されると、ａ
ｄ − ｂｃ ＝ ０のときα2 = ０となる。これは、例え
ばＲが単位マトリックス（identity matrix）であると
きに起きる。このことは、式（２１）ではマイナス符号
ではなくプラス符号が選択されなければならないことを
意味する。プラス符号を選択することにより、αに関し
て次式（２２）が与えられる。
【数２５】
【００５５】さて、F ＞ ０、且つＴz ＞ ０であるから
αはプラスである。なお、Ｔz ＞０であるのは実施例で
は入力装置１０がカメラ２４の前に保持されているから
である。従って、αを得るために、式（２２）で与えら
れているα2に関する式の正の平方根を取る。αが求め
られると、式（１６）のＴx及びＴyは次式（２３）のよ
うに求められる。
【数２６】 また、Ｔzも次式（２４）で与えられる。
【数２７】 ｇ及びｈは既知であるから、Ｔx及びＴyは完全に決まっ
た値となる。しかし、Ｆは依然として未知であり、従っ
てＴzはこの未知の倍率Ｆにだけ即して求められる。
【００５６】さて、αが既に解明されており、回転マト
リックスＲの成分Ｒijは直ぐに解明することが出来るの
で、横揺れ角、縦揺れ角及び偏揺れ角の観点での本装置
の方位は特定可能である。しかし、このプロシージャは
概ね速やかに解が得られる（robust）ものではなく、極
めてノイズが多い結果が生じる。その主な理由は、上述
のＲの特定では単にＲの近似推定値が生じるだけであ
り、測定誤差により、そのような近似推定値は転じて、
横揺れ、縦揺れ及び偏揺れの各回転角に関して極めて正
確さに欠ける推定値を生じる可能性が有る。
【００５７】極めて速やかに解が得られ（robust）、且
つ、回転角について優れた推定値を生じる好適な実行例
が以下に与えられる。
【００５８】カメラ座標系に関する世界座標系の原点の
平行変換座標（Ｔx，Ｔy，Ｔz）の上記確定では、Ｔzは
単に倍率に即して求められたものであるので、この結果
は
【数２８】 として記述することが出来る。ここで、
【数２９】 である。従って、回転角を求めるために次のプロシージ
ャを使用することが出来る。
【００５９】既に述べたように、入力装置１０の実施例
は５個のポイント、即ち、常時見える基本ＬＥＤを有す
る。最初に、世界座標系が、その原点がＬＥＤ−１であ
り且つそのＸ−Ｙ面が入力装置１０の上平面に一致する
ように選択される。続いて、上記プロシージャを使用し
て、
【数３０】 と表されたカメラ２４に関する世界座標系の原点の平行
変換座標が求められる。これにより、Ｔzの未知の倍率
を除いてカメラ２４に関するＬＥＤ−１の位置が与えら
れる。
【００６０】次に、前の世界座標系から平行変換座標だ
け相違する別の世界座標系が選択される。即ち、その新
たな座標系の原点はＬＥＤ−１の代わりにＬＥＤ−２で
あるように選択される。続いて、この新たな座標系の平
行変換座標がカメラ２４に関して求められる。これによ
り、カメラ２４に関してＬＥＤ−２の位置
【数３１】 が求められる。この処理が他の３個の基本ＬＥＤに対し
て反復され、カメラ２４に関する全ての基本ＬＥＤの位
置
【数３２】 が求められる。
【００６１】次のステップで、Ｔzに関連する倍率Ｆが
求められる。この算出はＬＥＤ間の実際の距離が既知で
あるから容易に為される。例えば、D１２をＬＥＤ−１
とＬＥＤ−２との間の既知の距離であるとする。する
と、次式（２５）で成立する。
【数３３】 しかし、
【数３４】 であるから、式（２５）を次式（２６）に書き換えるこ
とが出来、この式（２６）からＦを計算することが出来
る。
【数３５】 一旦Ｆが計算されると、次式
【数３６】 を使用してＴzが計算される。上記プロシージャによ
り、カメラ２４に関する基本ＬＥＤの位置
【数３７】 が与えられる。この情報が与えられると、入力装置１０
の方位は各ＬＥＤの配列に基づいて計算される。例え
ば、図４に示される配列に関しては、横揺れ角、縦揺れ
角及び偏揺れ角が次式（２７）、（２８）及び（２９）
で与えられる。
【数３８】
【数３９】
【数４０】
【００６２】カメラに対する本装置の位置（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）は上記５個の量
【数４１】 の平均値となるように選択される。
【００６３】ステップ４：このステップではそれらＬＥ
Ｄの状態に基づいて追加制御信号を生成する。任意の数
の追加制御信号を有することが可能であるが、以下は３
つの例である。
【００６４】１．トリガー信号：トリガー信号はトリガ
ーＬＥＤ （ＬＥＤ−Ｔ）がオンしているときに生成さ
れる。ユーザはトリガー・スイッチ１５−１を押すこと
によってこの信号を発生させることが出来る。このトリ
ガー信号はアプリケーションへ送出され、実質的に従来
のマウスによって生成される“クリック・イベント”信
号と同じである。複数のトリガー・スイッチと複数のト
リガーＬＥＤを入力装置に組み込むことにより、複数の
トリガー信号を供することが出来る。
【００６５】２．アップ信号：アップ信号はＬＥＤ−Ｕ
がターン・オンするときに生成される。この信号は代表
的にはアプリケーションによって視点またはオブジェク
トを上方へ動かすために使用されるが、他の動作に使用
することも可能である。
【００６６】３．ダウン信号：このダウン信号はＬＥＤ
−Dがターン・オンするときに生成される。この信号は
代表的にはアプリケーションによって視点またはオブジ
ェクトを下方へ動かすために使用されるが、他の動作に
使用することも可能である。
【００６７】上記アップ信号及びダウン信号はアプリケ
ーションによってＺ座標を制御するために使用すること
が出来る。そのような場合、ユーザがＺ座標を変換する
ために本装置を上方或いは下方へ動かす必要は無い。そ
の代わりに、ユーザは自分の腕を例えばテーブル上に無
理無く載置してスイッチ１５−２を制御し、続いてＬＥ
Ｄ−Ｕ、ＬＥＤ−Ｄを制御することによりＺ座標を制御
することが出来る。
【００６８】ステップ５：このステップは情報をアプリ
ケーションへ通信することに関わる。このステップでは
位置及び方位パラメータ及び追加制御信号が本装置によ
って制御されるアプリケーションへ送出される。このス
テップでは本技術でよく知られている標準の通信方法を
使用することが出来、従って、ここではこれ以上触れな
いことにする。
【００６９】入力装置１０の上記実施例は更に１つ以上
の別の特徴を包含するように変更することが出来る。例
えば、既に述べたように、制御信号、例えばアップ信
号、ダウン信号及びトリガー信号は電気ケーブルを使用
しまたは赤外線チャネルのような無線チャネルを介して
直接コンピュータ２１へ送出することが可能である。こ
れによって、ＬＥＤ−Ｕ、ＬＥＤ−Ｄ及びＬＥＤ−Ｔの
必要性が解消される。ここで、任意の数のそのような信
号が直接コンピュータ２１へ送出可能であることを留意
しなければならない。他の例として、入力装置１０はコ
ンピュータ２１から戻される信号を受信し、これらの信
号を使用してユーザへ強制フィードバックを行うように
構成することが可能である。そのような強制フィードバ
ックには既存のよく知られている電気・機械的技術を使
用することが出来る。
【００７０】本明細書に記載されている具体例としての
装置及び技術は本発明の動作を示すように意図されてお
り、従って本発明を何らかの特定の１つ或いはグループ
の実施例に限定するように解釈されるべきではないこと
が強調されなければならない。例えば、本明細書では特
定パターンのＬＥＤを持つＬＥＤをベースとした装置を
使用して示されているが、本発明の別の実施例では他の
構成に配置された他のタイプの光源を使用することが出
来る。別の例として、図１に示されるような入力装置の
構成は他の実施例に変更することが出来る。例えば、他
の種類、形状及び構成のハンドルまたはプレートを使用
することが出来、且つ、そのようなエレメントを相互に
接続する方法も変更可能である。従って、これらの実施
例及び他の多数の別の実施例が本発明の特許請求の範囲
内にあることは当業者に明らかであろう。
【００７１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、次の諸
効果が得られる、即ち、本発明の入力装置は、各々が同
特性を有し、従って従来の装置より製造が容易で且つ安
価な平面配列の光源を使用するすることが出来、方位マ
ークを必要とせず、且つ、光源が上記指標を使用して区
別が可能である限りでは光源のパターンには制約は無
い。更に、本発明による入力装置は何ら縮尺に曖昧性無
く正確な位置及び方位の値を生成することが出来る。更
に、本発明は最初全ての光源の三次元位置を計算し、こ
の情報を使用して方位を求めるので、直接回転角を求め
る方法より速やかに解が得られ、且つノイズが関係する
歪みを受け難い。
【００７２】なお、特許請求の範囲に記載した参照符号
は発明の理解を容易にするためのものであり、特許請求
の範囲を制限するように理解されるべきものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による入力装置の実施例を示す図であ
る。
【図２】 図１の入力装置がコンピュータ・システムと
一緒に使用される方法の一例を示す図である。
【図３】 図１の入力装置のシステム・アーキテクチャ
を示すブロック図である。
【図４】 図１の入力装置中のＬＥＤの具体例としての
ラベル付けを示す図である。
【図５】 図１の入力装置で使用出来る具体例としての
フォーク形スイッチを示す図である。
【図６】 本発明による入力装置の各ＬＥＤに対して正
しいラベルを特定することが可能な方法の第１の実施の
形態を示す図である。
【図７】 本発明による入力装置の各ＬＥＤに対して正
しいラベルを特定することが可能な方法の第２の実施の
形態を示す図である。
【図８】 本発明による、所定の基本ポイントを使用し
て行うポイント測定を示す図である。
【図９】 本発明による入力装置の具体例としての映像
ジオメトリーを示す図である。
【符号の説明】
１０ 入力装置 １２ ハンドル １４ プレート １５−１ スイッチ（トリガー・スイッチ） １５−２ スイッチ（アップ／ダウン・スイッチ） １５−３ スイッチ １６ ＬＥＤ ２０ コンピュータ・システム ２１ コンピュータ ２２ モニター ２３ キーボード ２４ カメラ ２５ 平坦面 ３０ 制御ソフトウエア ３２−１ アプリケーション ３２−２ アプリケーション ３２−３ アプリケーション ５２ レンズ ５４ 結像面 ５６ 光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 センシル クーマー アメリカ合衆国、07747 ニュージャージ ー、アバーディーン、ハイウェイ 34 1250、アパートメント ２−15 (72)発明者 レイモンド アール．スターブ アメリカ合衆国、08724 ニュージャージ ー、ブリック、クリフ ロード 177

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多くの自由度を持つ位置及び方位情報を
    供するための入力装置（１０）であって、本入力装置が
    ハンドル（１２）と、 前記ハンドルの上部に取り付けられ、且つ、複数の光源
    が対応付けされている平面を有するプレート（１４）
    と、を具備し、 前記平面の近傍に配置されている検出装置が本入力装置
    に関する位置及び方位情報を求めるために少なくとも一
    部の光源からの光を検出することを特徴とする、入力装
    置。
  2. 【請求項２】 前記複数の光源の少なくとも一部が発光
    ダイオード（１６）を具備することを特徴とする、請求
    項１に記載の入力装置。
  3. 【請求項３】 前記複数の光源が前記位置及び方位情報
    を求めるために使用される少なくとも５個から成る一組
    の基本光源（ＬＥＤ−１、ＬＥＤ−２、ＬＥＤ−３、Ｌ
    ＥＤ−４、ＬＥＤ−５）を包含することを特徴とする、
    請求項１に記載の入力装置。
  4. 【請求項４】 更に前記ハンドル上に配置されたオン／
    オフ・スイッチ（１５−１）を包含し、該オン／オフ・
    スイッチがオン・ポジションにあるときに前記５個の基
    本光源がオンしており、そのオン／オフ・スイッチがオ
    フ・ポジションにあるときに前記５個の基本光源がオフ
    していることを特徴とする、請求項３に記載の入力装
    置。
  5. 【請求項５】 前記複数の光源が、前記ハンドル上に配
    置された対応するトリガー・スイッチの状態を表示する
    少なくとも１個のトリガー光源（ＬＥＤ−Ｔ）を包含す
    ることを特徴とする、請求項１に記載の入力装置。
  6. 【請求項６】 前記複数の光源がアップ・インジケータ
    光源（ＬＥＤ−Ｕ）及びダウン・インジケータ光源（Ｌ
    ＥＤ−Ｄ）を包含し、各インジケータ光源が前記ハンド
    ル上に配置されたアップ／ダウン・スイッチ（１５−
    ２）がアップ・ポジションにあるかダウン・ポジション
    にあるかを表示することを特徴とする、請求項１に記載
    の入力装置。
  7. 【請求項７】 前記アップ／ダウン・スイッチが、前記
    ハンドルの側部から突出する作動部材を包含し、該作動
    部材がユーザの指を受信するように適用され、ユーザに
    よる前記作動部材の第１の方向への動きが前記アップ・
    インジケータ光源をターン・オンし且つ前記ダウン・イ
    ンジケータ光源をターン・オフし、ユーザによる前記作
    動部材の第２の方向への動きが前記ダウン・インジケー
    タ光源をターン・オンし且つ前記アップ・インジケータ
    光源をターン・オフすることを特徴とする、請求項６に
    記載の入力装置。
  8. 【請求項８】 前記自由度には、Ｘ、Ｙ及びＺ方向位置
    パラメータ並びに横揺れ角（roll）、縦揺れ角（pitc
    h）及び偏揺れ角（yaw）回転パラメータのうちの１つ以
    上が包含されることを特徴とする、請求項１に記載の入
    力装置。
  9. 【請求項９】 少なくとも６個の制御パラメータにまた
    がる制御を供することを特徴とする、請求項１に記載の
    入力装置。
  10. 【請求項１０】 前記ハンドルの下部が支持装置と摺動
    係合するように適用されていることを特徴とする、請求
    項１に記載の入力装置。
  11. 【請求項１１】 前記検出装置がカメラを具備し、更に
    コンピュータ・システムの制御ソフトウエアが前記位置
    及び方位情報を求めるために前記カメラによって生成さ
    れたイメージを処理することを特徴とする、請求項１に
    記載の入力装置。
  12. 【請求項１２】 前記制御ソフトウエアが前記イメージ
    のうちの所定のイメージ中に見える光源の検出及び定位
    を行ない、前記各光源に対応するラベルを対応付けし、
    前記イメージ中の前記光源の位置から前記位置及び方位
    情報を求め、且つ、前記位置及び方位情報を前記コンピ
    ュータ・システム上で実行される少なくとも１つのアプ
    リケーションへ伝達することを特徴とする、請求項１１
    に記載の入力装置。
  13. 【請求項１３】 前記制御ソフトウエアが、基本ポイン
    トとして選択された前記ポイントのうちの所定のポイン
    トに関して、前記平面と対応する一組の対応ポイントの
    関数である指標を使用して少なくとも部分的に前記各光
    源に対する前記対応するラベルを特定することを特徴と
    する、請求項１２に記載の入力装置。
  14. 【請求項１４】 前記指標が、透視投影の下で不変であ
    り、それによりもし前記平面に対応付けされた前記一組
    のポイントがイメージ中へ投影された場合に、前記平面
    に対応付けされた前記一組のポイントに対して生成され
    た前記指標が前記イメージ中へ投影されたときの前記ポ
    イントに対して生成される指標と同じであることを特徴
    とする、請求項１３に記載の入力装置。
  15. 【請求項１５】 計算された平行変換ベクトル（transi
    tional vector）から、前記制御ソフトウエアが横揺れ
    角、縦揺れ角及び偏揺れ角の各回転パラメータを直接計
    算することにより、前記方位情報を求めることを特徴と
    する、請求項１１に記載の入力装置。
  16. 【請求項１６】 位置及び方位情報に多くの自由度を供
    する方法であって、該方法が 入力装置のイメージを解析することによって前記入力装
    置の平坦面と対応する複数の光源から発光された光を検
    出するステップと、 前記各光源を対応するラベルに対応付けするステップ
    と、 前記イメージ中の前記光源の位置から前記位置及び方位
    情報を求めるステップと、 前記位置及び方位情報をコンピュータ・システム上で実
    行される少なくとも１つのアプリケーションへ通信する
    ステップとを具備することを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】 前記複数の光源が、前記位置及び方位
    情報を求めるために使用される少なくとも５個から成る
    一組の基本光源を包含することを特徴とする、請求項１
    ６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 更に、前記アプリケーションへ追加制
    御情報を供するために１個以上の追加光源から発光され
    た光を検出するステップを包含することを特徴とする、
    請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記自由度には、Ｘ、Ｙ及びＺ方向位
    置パラメータ並びに横揺れ角、縦揺れ角及び偏揺れ角の
    各回転パラメータのうちの１つ以上が包含されることを
    特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記入力装置が少なくとも６個の制御
    パラメータにまたがる制御を供することを特徴とする、
    請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 対応するラベルを特定する前記ステッ
    プは、基本ポイントとして選択された前記ポイントのう
    ちの所定のポイントに関して、前記平面と対応する一組
    の対応ポイントの関数である指標を使用して少なくとも
    部分的に前記各光源に対する前記対応するラベルを特定
    することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記指標が、透視投影の下で不変であ
    り、それによりもし前記平面に対応付けされた前記一組
    のポイントがイメージ中へ投影された場合に、前記平面
    に対応付けされた前記一組のポイントに対して生成され
    た前記指標が前記イメージ中へ投影されたときの前記ポ
    イントに対して生成される指標と同じであることを特徴
    とする、請求項２１に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記位置及び方位情報を求める前記ス
    テップが、計算された平行変換ベクトルから横揺れ角、
    縦揺れ角及び偏揺れ角の各回転パラメータを直接計算す
    ることにより、前記方位情報を求めるステップを包含す
    ることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 処理装置中で実行されるとき、前記処
    理装置によって以下の各ステップが実行されるようにす
    る１つ以上のソフトウエア・プログラムを有する製品で
    あって、それらステップが、 入力装置のイメージを解析することによって前記入力装
    置の平坦面と対応する複数の光源から発光された光を検
    出するステップと、 前記各光源を対応するラベルに対応付けするステップ
    と、 前記イメージ中の前記光源の位置から前記位置及び方位
    情報を求めるステップと、 前記位置及び方位情報をコンピュータ・システム上で実
    行される少なくとも１つのアプリケーションへ通信する
    ステップとであることを特徴とする、製品。
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