JP2001508211A

JP2001508211A - 動き解析システム

Info

Publication number: JP2001508211A
Application number: JP53081598A
Authority: JP
Inventors: ヨセフソン，ソルレイフ
Original assignee: クオリシスエービー
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 2001-06-19
Also published as: SE9700067D0; SE510810C2; ATE230142T1; US6437820B1; WO1998030978A1; DE69810264T2; SE9700067L; DE69810264D1; EP0951697B1; AU5584098A; EP0951697A1

Abstract

(57)【要約】少なくとも一台のカメラユニット（１０）および追跡可能なマーカー（１１）を含み、動き解析と追跡の少なくとも一方を行うシステム。カメラユニットは、放射（光など）検出手段（１９）を含み且つ活性なマーカーを実質的に含む画像フレームを生成するように構成される。マーカーは、マーカーの検出可能なトリガ信号（２５）に対する応答信号を発生する手段（１８）を備える。各応答信号は、少なくとも第１および第２の状態を有する。本システムは、さらに各画像フレームにおける前記応答信号の位置を検出する手段；前記検出位置をソートされたリスト集合の中に配置する手段；前記リスト集合を処理する手段；および前記応答信号と前記リスト集合における応答信号の状態とに基づき活性な各マーカーに対して独自の識別符号を生成するための手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】動き解析システム発明の技術分野本発明は、少なくとも１のカメラユニットおよび追跡可能なマーカーを含む動き解析および／または追跡システムに関する。カメラユニットは放射検出手段を含み、かつ活性化されたマーカーを実質的に含む画像フレームを生ずるために配置されており、該マーカーは、該マーカーによって検出可能なトリガー信号に応答する応答信号を生ずるための手段を含む。本発明はまた、動き解析および／または追跡に使用される方法および装置に言及する。背景および関連技術動き解析は、例えば人や動物のバイオメカニクス（生体力学）またはロボット・アームの動きなどを解折するためにカメラ装置とコンピュータ支援を用いる周知の方法である。簡単なシステムでは、分析しようとする物体に複数のマーカーを付ける。以前は、このようなマーカーを付けた物体を、まず撮影してから、手作業で分析し、デジタル化してマーカーの正しい位置を決定していたが、これは、時間のかかる作業である。現在は、いわゆるＣＣＤセンサを備えたカメラを用いる。ＣＣＤセンサは、一種の光センサで、一般に、必要な光学素子と組み合わせて配置される。ＣＣＤセンサは、１またはそれ以上の色に対して、行列として配列された（即ち、ＸＹ座標系に配列された）電荷結合センサ（以降、ＣＣＤ画素と称する）の列から成り、Ｘ個からなる各行をＹ方向に走査することにより(前記の光学素子から)そのＣＣＤセンサに投射される光を変換して、テレビ（ビデオ）信号を生成する。こうすることにより、この信号を種々の方法で分析して、その物体に付けたマーカーの位置を検出することができる。多くの適用においては、解析されるべき物体は数個のマーカーを備えている。これらの適用における１つの困難は、各個々のマーカーの動きについて行くことである。この問題を解くために、例えば異なる色を有するマーカーを使用することによって、幾つかの示唆がなされた。米国特許第5,459,793号明細書は、解析されるべき物体に付けられた幾つかの色マーカーを使用するシステムを教示する。各マーカーは、その表面に、高指向性反射部材を有し、これは特定の波長を有する光を反射する。カラーTVカメラはマーカーから反射した光を受け取り、カラー画像を出力する。色抽出ユニットが使用され、TVカメラに接続され、カラー画像から特定の色だけを抽出する。抽出ユニットに接続された領域計算ユニットは、色抽出ユニットにより抽出された特定の色の領域を計算する。重力計算ユニットの中心は、領域計算ユニットにより計算された領域に基づいて特定の色の重力の位置を計算する。なお別の装置が、英国特許第2,237,699号を通して公知である。この文献は、標識および／または反射器およびＣＣＤユニットを有するカメラからなるシステムを記載する。コードされた標識の場合には、標的から発する光の同定コードされたバースト（ＩＤコード）が、ＣＣＤイメージャーの像を描く部分に焦点を合わせ、このＣＣＤイメージャーは初期には、光発生した電荷ポケットが連続して走査され、かつＣＣＤの貯蔵区画へと運ばれる捕獲モードで運転される。各バーストは、追跡パルスに追跡される同定コードからなる。ＣＣＤの貯蔵区画内容は、ＩＤコードバーストの存在を捜す処理ユニットへと読み出される。ＩＤコードがみつかったら、ＣＣＤは、追跡パルス間隔中に生じたその光発生した電荷だけが貯蔵区画へ運ばれ、他の時間中に生じた電荷がダンプされる追跡モードで運転される。本発明に従う装置は、追跡、すなわち標的同定、画像集積化、フレーム移動および両像読出しのためにいくつかの位相を使用する。主な欠点は、画像収集周波数が加工位相により遅くされることである。別の欠点は、例えば同時にバーストしている２つの異なる標識から光発生した電荷が、同じ読出し桁または行にある（すなわち標識は互いの上にまたは並んで位置を与えられる）なら、ＣＣＤから読み出されたＩＤコードは正しくなく、これは結果として欠陥のある追跡になることである。発明の概要本発明の目的は、実時間で、予想されないやり方でマーカーを追跡することに関する問題を克服するシステムを提供することである。本発明のなお別の目的は、数個のマーカーが追跡され、実質的に同時に同定されることができるシステムを提供することである。本発明の利点は、カメラ露出およびマーカー同定が、同じ位相中に実質的に同時に行われ得ることである。この目的は、前文に従うシステムによって達成され、ここで、各応答信号は、少なくとも第１および第２の状態を有し、システムがさらに、各画像フレーム中の応答信号の位置を検出する手段、貯蔵されたセットに該位置を配置するための手段、そのリストの組を処理する手段および、応答信号の位置および応答信号の状態に基づいて、各活性なマーカーについて唯一の同定コードを生じるための手段を含む。さらに、本発明は、少なくとも１つのカメラユニットを含む動き解析および／または追跡システムにおいて唯一の一致を備えたマーカーデバイスを追跡するための方法に関し、この方法は、１またはそれ以上のトリガー信号を発生する段階、該マーカーによって該トリガー信号を検出する段階、各マーカーに貯蔵された指示にしたがって各マーカーによって応答信号を発生する段階、カメラユニットによって該応答信号を検出する段階、応答信号とその位置に関して各マーカーについて（連続した）コードを生じる段階および各マーカーを同定するために該コードを使用する段階を含む。他の有利な実施態様は、従属する請求項に与えられている。図面の簡単な説明以下において、本発明を添付の図面を参照して説明する。ここで、図１は、本発明に従う簡単な動き解析システムの概略図である。図２は、本発明のマーカーの実施態様を概略的に説明する。図３は、図２のマーカーを概略的に示す立面図である。図４は、線ＩＶ−ＩＶに沿って図３に説明したマーカーを通る断面である。図５は、本発明に従うマーカーの軌跡についてのタイミング図を概略的に説明する。図６は、好ましいシステムの概略的ブロック図である。図７ａ〜７ｆは、カメラにより生じられた本発明のフレームの概略図である。図７ｆは、本発明に従い発生した軌跡の概略図である。基本原理類似のシステムでは、基本的に、カメラからの通常のビデオ信号を入力として用いる。この信号を基に、光の強度に基づいてマーカーが背景から分離され、このマーカーのＸＹ座標が計算される。目的は、マーカーの動きを可能な限り正確に測定することである。即ち、有限個の点の集合からなるビデオ信号の結果である不正確さを最小にすることである。ビデオ信号は、多数の線からなり、これらの線は、順次走査されたものである。マーカーにより１つの像が生成されるが、この像は、１またはそれ以上の線に渡って存在することになる。比較器により、ｌ本の線上のマーカー部分の開始と終了を決定することができる。１本の線上のマーカーの像を区画と呼ぶことにする。線の開始から区画の開始（Ｘ_s）までの時間、および線の開始から区画の終了（Ｘ_e）までの時間を計測する。これら２つの時間の平均値は、その区画の水平方向（線が水平である場合）の空間的位置の尺度であり、一方、その線のシリアル番号（Ｓ）は、その区画の垂直方向の位置の尺度である。よって、区画の長さ（１）は、Ｘ_e−Ｘ_sである。マーカーのＸＹ座標（Ｘ_m、Ｘ_m）は、それぞれ次の式（１）および（２）により得られる。ただし、Σ記号は、そのマーカーの像の要素である総ての区画について総和を取ることを示す。以上の事柄は、類似の信号に応用可能である。デジタル検出器からの映像点が線形以外のオーダーに転送される場合も、類似の計算を行うことができる。そうすることで、同じマーカーの要素である総ての像要素に対して中心点が計算される。まず、像要素を総て線に変換して、次に前記の類似の場合のように計算を行うことができる。時刻Ｘ_sおよびＸ_eは、発信器に接続された電子計数器によって計測することができる。計数器は、線の開始時に始動し、区画の開始および終了に達した時に読み出される。問題は、技術的かつ経済的な理由から、発信器の周波数が制限されることである。デジタルの場合、この問題は、像の要素を必要なだけ小さくできないということになる。同様の場合、この問題を克服するためには、ビデオ信号を供給した比較器を備え、これで積分器を始動して線形の電位傾斜を発生させ、時刻Ｘ_sに電位Ｖ_aから開始して電位Ｖ_bに至るようにすればよい。電位の傾斜は、計数器が２つの値の間で変化するときに、標本化して計測される。傾斜が所定の閾値を通る時刻を算出し、時刻Ｘ_ssを決定するのに使用する。Ｘ_sとＸ_ssとの差は、一定であり得、積分器と比較器の遅延とによって決定される。電位の傾斜上の少なくとも２点を計測すれば、計数器が変化する時刻の傾斜上の測定点から、時刻Ｘ_ssは容易に計算することができる。例えば、２つの電圧Ｖ₁およびＶ₂が時刻ｔ₁およびｔ₂にそれぞれ計測され、且つＶ₀がＶ₁とＶ₂の間である場合、Ｘ_ssは、次の式によって補間される。時刻Ｘ_eも同様に計測される。実施例では、計算を簡単にするため、線形の傾斜を用いるが、その他の曲線を用いでも良い。好ましい実施態様においては、式（４）および（５）を用いて、マーカーの中心点ｘ'を計算する：ここで、ｌ_kは、区画ｋ（即ち、Ｘ_ek−Ｘ_sk）の長さ、Ｓは、画像の要素のシリアル番号、ｘ_kは、区画ｋの中心である。更なる計算のため、長さｌ_kは、メモリ装置に記憶しても良い。例えば、像の面積Ａは、面積用の式Ａ≒Σｌ_kを用いて計算できる。円形のマーカーに対しては、Ａ＝πｒ²を用いて、式（７）が得られるので、これにより半径を計算することができる。これは、計算ユニットで計算できる。以上の結果は、インタフェース部に送られ、さらにコンピュータ装置に送られる。コンピュータ装置では、シミュレーション、位置決定およびその他の用途のために、算出された値ｘ'およびｒを用いて、画面上に各マーカーの位置を示すことができる。上記のパラメータを用いてマーカーの三次元の位置を決定することがまた可能であるが、ここでは、より密接に議論することはしない。［発明を実施するための最良の形態］本発明による簡単なシステムを図１に概略的に示す。本システムは、分析するべき対象（この場合は、人体１２）に向けた少なくとも１つのカメラ１０及び対象１２に付けた少なくとも１つのマーカー１１を含む。カメラ１０は、コンピュータ装置１３に接続して、カメラ１０から受信した信号をさらに処理しても良い。また、カメラは、フラッシュまたは探照灯のような光源１４を１または数個備えている。光源は、室内の何れか他の場所に、好ましくはカメラ１０に接続して、配置してもよい。この実施例では、カメラ１０は、ＣＣＤセンサを備えている。カメラ１０は、マーキングデバイス１１の像をＣＣＤユニット上に投影するために、レンズまたはその他の集光手段（図示せず）のような光学素子を含む。ＣＣＤユニットの表面が走査されると、画素情報を含む画像信号が、変換ユニットによって適切なビデオ信号に変換され、変換されたビデオ信号は、ＣＣＤユニット内部に集積するようにしてもよい。画像の線を表すビデオ信号は、処理ユニットにシリアルまたはパラレルに送られる。処理ユニットは、受信したビデオ信号を例えばＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル化する。また、この信号は、デジタル化ユニットでデジタル化してもよい。処理ユニットは、これを制御する命令集合を収容するメモリユニット（図示せず）に接続しても良い。以降、赤外線領域で動作するシステムの実施態様を述べることとする。即ち、カメラは、赤外線を放射する対象または物体を「見る」ものとする。実質的に半球形のマーカー１１の例を図２から４に示す。基本的に、マーカー１１は、支持基板１６および半球形の透明なカバー１７からなる。カバーの内部には、ＬＥＤ(発光ダイオード)、好ましくは赤外線ＬＥＤなどの幾つかの発光手段１８が半球形に配列される。また、マーカー１１は、実質的に中心の位置に光センサ１９を備えている。支持基板１６は、適切な材料のＰＣＢ（ポリ塩素化ビフェニル）であるが、導体（図示せず）を備えている。この導体により、ＬＥＤ１８、制御ユニット２０および電源（図示せず）がケーブル２１を通して相互に接続される。既存の動き解析システムとは異なり、マーカー１１は、外部の光源が発する光を反射するようにはなっていないが、次の手順により自ら発光するように構成されている。マーカー１１は、到来するトリガ信号を検出するように構成される。この場合、トリガ信号は、好ましくは特殊な波長の光信号であり、これが、センサ１９によって検出される。このトリガ信号の検出は、内部の信号によって制御ユニット２０に示される。制御ユニット２０は、最も単純な形態では論理ユニット２２とＬＥＤ１８駆動用の駆動回路２３で構成され、応答信号を発生する。論理ユニット２２は、各マーカーに対して独自の識別番号を保持しても良い。また、論理ユニット２２には、ＬＥＤを駆動するための命令集合を格納しても良い。センサ１９と制御ユニット２０をマーカー１１内部に集積することも勿論可能である。図５は、好ましい実施例における信号のタイミングを示す概略図である。光源１４は、カメラユニット１０により制御され、カメラユニット１０またはその他の制御手段から信号Ａを周期的に受け取って、多数の閃光を含む第１および第２のバースト２４および２５の形でトリガ信号を出力する。第１のバースト２４は、好ましくは第２のバースト２５より長く続き、必要に応じてマーカーの計数器と他のカメラとを同期させるのに使用される。第２の、主に短いバースト２５は、トリガ信号として使用され、総てのマーカーをほぼ同時にトリガして応答信号を閃光（または発光：blin k）の形で発生する。各応答の閃光を図Ｂ上の細い縦線で表す。各バースト期間中は、カメラの絞りを閉じて、光源１４からの光バーストが、マーカーからの発光として検出されることのないようにすることが好ましい。バースト２４または２５から所定の遅延時間ｔだけ経過した後、一定の判断基準が満たされた場合、各マーカーは、応答信号を閃光（発光）の形でほぼ同時に出力する(Ｄ)。グラフＣおよびＤに示したように、カメラとマーカーの同期をとる。ここで、Ｃはカメラの露光時間（高い部分）を示し、Ｄはマーカーからの応答信号（発光）を示す。グラフＣにおいて、期間ｆは、２回の露光間隔である。グラフＤにおいて、各応答信号は１つのビットに相当し、ビット１（第１ビット）は、同期バースト２４の後の最初のビットである。本発明による好ましいシステムのブロック図を図６に概略的に示す。同図のシステムは、オブジェクト（図示せず）に取り付けられたマーカー１１、カメラユニット１０および処理ユニットを備える。カメラユニット１０は、ＣＣＤとＣＣＤ画素からの読出し信号を処理ユニットに伝える手段とを含む。各読出し（即ち、ＣＣＤ走査）は、１つの画像フレームを含む。処理ユニットは、ＣＣＤから来る信号を処理し、さらに位置算出デバイス２６、ソートユニット２７、バッファユニット２８およびＩＤ定義手段２９を備えている。位置算出デバイス２６は、前記の式（５）および（６）に従って、各マーカー（像）の２次元位置、及び／又は３次元位置を計算するために備えられる。また、位置算出デバイス２６は、マーカーの円形度も計算する。ソートユニット２７は、例えばメモリ装置を含み、１つの像フレームにおける各マーカーの（２次元及び／又は３次元）位置を受け取ってソートし、図中の円で囲まれた領域に概略的に示したソート済みリストを生成する。このリストの各行は、言わゆる「追跡ビット」と呼ばれ、検出された活性マーカーの位置（ｘ，ｙで記述される）を表す。ソート順（初回）は、最初に検出された位置から最後に検出された位置へとするのが好ましい。マーカーが発光しなかったり、リストの少なくとも１つの位置で、マーカーが隠されていたりすると、リストは、正しい位置の値が欠けることになる。この欠けた位置には、ゼロまたは別の所定の値を充填する。ソート済みリストは、バッファユニット２８（例えば、ＦＩＦＯメモリユニット）に転送され、該バッファは、入力されるリストを一時的に蓄える。蓄えられたリストは、図６に示すような追跡表または行列を形成し、この表の列（縦方向）は、ソートユニット２７から受け取ったリストを表し、表の行（横方向）は、一連のリスト、即ち検出されたマーカーのソートされた位置を示す。表の各セルに格納されたデータは、例えばｘ_i,k，ｙ_i,kの形式であってよく、ここで、ｉは、なんらかのアプリケーションで用いられるマーカーの個数であり、ｋは、前記の表が含む列（即ち、フレーム）の数である。追跡された各マーカーのＩＤを決定するために、フレーム表のデータは、ＩＤ定義部２９に転送され、これは後述する。各マーカーからの応答の発光は、論理ユニット２２に格納された命令に基ずく。論理ユニット２２には、各マーカー独自の識別番号も格納されている。マーカーが「休止状態(サイレント)」の場合、応答信号は一切発信されない。活性のマーカーは、カメラ１０が撮影するのと同じ速度と位相で「点滅」するように構成することが好ましい。一部の活性マーカーを特別な所定のパタンには応答しないようにすることにより、これらの活性マーカーを他の活性マーカーから分離することが可能となる。マーカーの応答信号（即ち、発光または不発光）の発生に用いられるパタンを「シーケンス符号」と称する。カメラが撮影する各画像フレームに対するシーケンス符号の記述には、簡単のため１および０を用いる。１は、マーカが、あるフレームにおいて応答（即ち、発光）したことを意味し、０は、応答しなかったことを意味する。例えば、１１１０は、そのマーカが、３回発光し、１回休止したことを意味する。図７ａ〜７ｆは、２つのマーカー１１Ａおよび１１Ｂの動きを例示する一連のフレームを示す。簡単のため、マーカーを２個だけ用いる。実線の円は、そのフレームにおいて発光しているマーカーであり、破線の円は、前記の発光を示すために描いたものである。同期パルスの後にトリガパルスが発せられたと仮定すると、図７ａおよび７ｂでは、両方のマーカーが発光する。ここでは、両マーカーが移動すると仮定するが、一方または両方のマーカーが静止している場合にも、本方法が適用し得る。図７ｃでは、マーカー１１Ａのみが発光する。図７ｄでは、両マーカー１１ＡおよびＩＩＢが発光する。図７ｅでは、マーカー１１Ｂのみが発光し、図７ｆでは、両マーカー１１Ａおよび１１Ｂが発光する。所定数のトリガパルスの後、一定の期間の後、或いはバッファが一杯になった後などに、例えば新たな同期パルスによって、一連のフレームが終了させられる。リストの正しいリスト位置に位置データを挿入できるように、以前の位置データを用いてマーカーの次の移動位置を予測する予測ユニットを、例えばソートユニット２７に含めても良い。予測された位置データは、発生する位置データを正しい順序で配置する基準となる。表１は、バッファユニット２８に蓄積されたフレームに対するフレーム表である。簡単のため、検出された位置は、小文字で記した。０、０の位置は、マーカーが発光しなかった位置である。このような事が起こるのは、各マーカーのシーケンス符号が原因となり、マーカーがカメラからのバーストを数え、バースト計数器が所定の値に達した時に発光を停止したり、或いはマーカーが隠されて、カメラが検出できなかったりするからである。マーカー１１Ａおよび１１Ｂに対するシーケンス符号は、１１Ａ：１１１１０１および１１Ｂ：１１０１１１シーケンス符号は、ＩＤ定義ユニット２９で処理される。ＩＤ定義ユニット２９は、各マーカーを指定するユニークなシーケンス符号に関するデータを保持している。バッファ２８から得られる追跡表の行を比較することにより、各マーカーは独自性が与えられ、コンピュータ上で異なる色として表されても良い。マーカー１１Ａおよび１１Ｂに対する追跡の後が、図７ｆに描かれている。相互の関係において何れの曲面で発生しても混同され得ない符号集合は、通常長い符号長が必要となる。総てのマーカーが常に同期して発光するならば、比較的短い符号を使用することができる。これは、同期パルスを用いることによって解決される。シーケンス符号におけるーつーつの１または０は符号ビットと称し、各１はマーカーパルス（応答信号）に相当し、各０はパルスが無いことに相当する。符号の長さとは、１つの符号における符号ビットの数のことである。ある符号に対するデータ損失は、現れなかったパルスの数を符号長で割った商として定義される。ある符号に出現しないパルスの数が偶数の場合、その符号のパリティは、偶数であり、同パルス数が奇数ならば、奇数である。符号の集合は、混同することなく使用できる同じ長さを有する集合である。信頼性向上のため、幾つかの方法（例えば、パリティ制御やゼロ包囲（zero-e nclosing）など）を組み合わせることができる。ゼロ包囲とは、２つの不発生パルスが連続することを許さないことを意味する。これには２つの利点がある。即ち、追跡の信頼性が増すほか、しばらく隠されたマーカーは、（即ち、そのマーカーが単に１画像のみの間隠されていたのではない場合）符号を送るマーカーと、ある程度まで、混同されなくなる。異なる包囲度を用いることも可能である。例えば、等級１は、各不発生マーカーパルスの間に少なくとも１つのマーカーパルスが得られなければならないという意味で、等級２ならば、各不発生マーカーパルスの間に少なくとも２つのマーカーパルスが得られなければならないという具合である。等級３を用いた場合、１１０１１１０１は許される符号であるが、１１０１１０１は許されない。パリティビットを追加する（これは、従来の方法である）代わりに、同じパリティを有する符号を用いた場合、パリティ制御により、信頼性が一層向上する。符号セットを生成する場合、短い符号長を有する方が好ましく、全体のデータ損失を極力抑えるべきである。さらに、符号セットの総ての符号に同じパリティを持たせるようにする。ある用途で用いるべきマーカーの数、ゼロ包囲の等級および最大データ損失の等級に関するデータを得た後、符号セットを生成する。最初は、符号長を最小に設定する。必要条件と前記データに基づいて、符号セットのパリティおよび大きさを算出する。また、総データ損失を算出しても良い。十分な符号サイズを求めてから、セットの符号を総て決定する。マーカーの論理ユニット内のカウンタにより、ＩＤの２進符号における各ビットの位置を数え、マーカーの識別番号に対する２進符号がｌ（或いは０）の場合、応答信号が生成される。誤りを除去するため、シーケンス符号に適用される次の原理（原則）にしたがってシーケンス符号の検査を行う。シリーズ内に唯一の０（または１）奇数個の０（または１）ある程度のデータ不出現（０または１の数の割合）に対する符号の選択検査結果が承認されると、マーカーが特定される。符号は、当然に異なる種類の別の判断基準で完成されてよい。マーカーが隠されると、前記の追跡ビットが消失するので、この方法により、１つまたは幾つかのフレームに渡って隠されたマーカーを検出することが可能となる。実施例によっては、マーカーに充電可能なバッテリを備えることにより、バッテリの充電時に、用途により各マーカーの識別番号の変更が可能となる。前記の「基本原理」の部分に関して言えば、像の要素を複数行に配列し、低域通過フィルタにより何らかの連続信号を与えるようにしてもよい。そうすれば、この連続信号を前記の類似の信号として処理することができる。しかし、好ましい実施例としては、画像の各要素を個別に計測し、基本原理の部分と同様に、閾Ｔを何時通るかを判断して、計測値から値を補間するのが良い。この場合、前記の積分器および比較器は除去する。デジタル化された信号は、次に比較器に渡される。比較器は、所定の閾値Ｔに関する個々の標本値を補間する。閾値Ｔは、ビデオレベルとも言い、メモリ装置２１から得ることができる。上述のように、目的は、信号の振幅が何時、閾値Ｔを通るかを決定することである。各通過により、各区画の開始および終了の座標が高解像度で表される。解像度は、１行の画素数の約３０倍まで可能である。計算ユニット２２は、次の計算を実行する。ただし、Ｖ₁およびＶ₂は、先行する画素と後続の画素の信号レベルであり、比較器から受け取る。好ましい実施例を図示して説明したが、本発明は、この実施例に限定されず、請求の範囲において種々の変形および修正を行うことができる。例えば、本発明のシステムは、無線信号およびレーザ光線などのような別の信号形態を用いても良い。また、異なる波長を有する幾つかのタイプの光を用いても良い。カメラおよび光源は、共に、該要素を遠隔制御する制御ユニットに接続することもできる。さらに、マーカーの形態は、応用分野によって、例えば台形、立方体、球体、円形などと変わりうる。また、マーカー装置には、電源および制御ユニットなど総ての部品を含めてもよい。無線信号の場合、受動的な信号処理構造を用いて、電磁波信号を電圧に変換することも可能である。さらに、マーカーの形状は、用途に合わせて変更することができる。マーカーにプログラム可能なプログラマブル制御装置も含めることも可能である。このようにすることにより、例えば、マーカーのＩＤ符号をバーストで変調することにより、マーカーのＩＤを変更することができる。また、本発明のシステムは、当業者にとって周知の追跡装置およびロボットシステムなどの物体の動き解析を行う他の用途分野においても用いることができる。参照符号リスト１０カメラユニット、１１マーカー１２オブジェクト１３コンピューター１４光源１１マーカー１６支持基板１７カバー１８発光ダイオード１９センサユニット２０制御ユニット２１ケーブル２２論理ユニット２３駆動回路２４長いバースト２５短いバースト２６ポジショニングユニット２７ソートユニット２８バッファユニット２９ ID定義ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】（１）少なくとも一台のカメラユニット（１０）および追跡可能なマーカー（１１）を含む動き解析及び／又は追跡を行うシステムであって、前記カメラユニットは、放射検出手段（１９）を含み且つ活性なマーカーを実質的に含む像フレームを生成するように構成され、前記マーカーが、前記マーカー（１１）により検出可能なトリガ信号（２５）に対する応答信号を発生する手段（１８）を備えるところのシステムにおいて、各応答信号が、少なくとも第１および第２の状態を有し、および、前記システムが、各像フレームにおける前記応答信号の位置を検出する手段；前記位置をソートされたリスト集合の中に配置する手段；前記リスト集合を処理する手段；および前記応答信号と前記リスト集合における応答信号の状態とに基づき、活性な各マーカーに対して独自の識別符号を生成するための手段をさらに含む、ことを特徴とする動き解析及び／又は追跡を行うシステム。（２）前記マーカーが、前記応答信号を実質的に一斉に発生するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。（３）各マーカーが、ある期間の後に実質的に繰り返されるユニークなパタンの応答信号を発生するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のシステム。（４）前記期間が、２つの同期信号（２４）の間にあることを特徴とする請求項３記載のシステム。（５）前記トリガ信号（２４）が、制御信号に従い、少なくとも１つの光源（２４）により発生される光バーストであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のシステム。（６）前記検出手段（１９）が、光センサからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のシステム。（７）前記応答信号を発生する前記手段（１８）が、ＬＥＤからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のシステム。（８）前記システムが、赤外線領域で動作することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のシステム。（９）前記トリガ信号および前記応答信号が、電磁波であることを特徴とする請求項１記載のシステム。（１０）オブジェクト（１２）表面に好ましくは備えられたマーカー（１１）を追跡および特定するシステムであって、前記システムは、光センサを有する少なくとも一台のカメラユニット（１０）、電磁気信号を検出する手段と前記光センサにより検出可能な信号を発生する発光手段とを有する活性なマーカー（１１）、電磁気トリガ信号を発生する発光手段、前記センサから受信される信号を処理する処理ユニットを含むところのシステムにおいて、前記カメラユニットが、一連の像フレームを生成するように構成され、前記処理ユニットが、各画像フレームにおいて応答信号を発生するマーカーの位置を算出し、そして、位置データを生成する手段；前記位置データをソーされた順位に配置し、そして、ソートされた位置データを順次出力する手段；前記の順次出力されるソートされた位置データを含む行列を生成する手段（２８）；および活性な各マーカーを特定するデータシーケンスを生成するために前記行列の各行を処理する識別ユニット（２９）；を含むことを特徴とするシステム。（１１）トリガ信号の個数を数え、且つ前記制御ユニット（２０）の命令に従い応答信号の発生を回避するように前記マーカーが制御ユニット（２０）と共に配置されることを特徴とする請求項１０記載のシステム。（１２）前記応答信号および前記の回避された応答信号は、識別符号を構成する異なるデータ状態（１；０）によって表されることを特徴とする請求項１１記載のシステム。（１３）前記識別ユニット（２９）が、識別符号を他の処理ユニットに転送する手段を含むことを特徴とする請求項１１または１２記載のシステム。（１４）前記応答信号が、前記カメラユニットの露光時間全体にわたり生成されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項記載の記載のシステム。（１５）前記システムが、マーカーの円形度を算出する手段をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載のシステム。（１６）前記マーカーが電磁波によりプログラムされるように構成されることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項記載のシステム。（１７）少なくとも一台のカメラユニット（１０）を含む動き解析及び／又は追跡を行うシステムにおけるマーキングデバイス（１１）を追跡する方法であって、少なくとも１つのトリガ信号を発生すること；前記トリガ信号を前記マーカーによって検出すること；各マーカーに格納された命令によって各マーカーが応答信号を発生すること；前記応答信号を該カメラユニットにより検出すること；検出された各応答信号に対するリストを生成すること；前記リストにおける前記応答信号に関して各マーカーに対する（シーケンシャル）符号を生成すること；および各マーカーを識別するために前記符号を用いること；を特徴とする方法。（１８）前記応答信号は、前記マーカーにとってのＯＮまたはＯＦＦの状態であることを特徴とする請求項１７記載の方法。（１９）前記のＯＦＦ状態が、マーカーの識別に利用可能なユニークな符号を決定することを特徴とする請求項１７記載の方法。（２０）符号識別の信頼性を高めるために、パリティ制御及び／又はゼロ包囲を用いることを特徴とする請求項１７記載の方法。（２１）マーカーの最大個数、ゼロ包囲の等級および最大データ損失の等級を用いて、符号セットを生成することを特徴とする請求項２０記載の方法。（２２）前記のシーケンス符号に適用される次の原則：シリーズ内に唯一の０または１奇数個の０または１ある程度のデータの不出現（０または１の数のパーセンテージ）に対する符号の選択に従って、前記のシーケンス符号を検査することを特徴とする請求項１７〜２１のいずれか１項記載の方法。（２３）総てのマーカーが、ほぼ一斉に応答することを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項記載の方法。