JP2003131319A - 光送受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象領域内の物体の形状に対応したより精細
な照明態様、或いは、特殊な効果を実現可能な光学装置
を提供する。 【解決手段】 光送受装置１００は、光情報検出手段を
構成するカメラ１１０と、画像投射手段を構成するプロ
ジェクタ１２０と、投射画像制御手段を構成する入出力
装置１３０及び制御装置１４０とを備えている。また、
上記カメラ１１０とプロジェクタ１２０の前面側位置に
光情報検出手段及び画像投射手段の一部を構成するビー
ムスプリッタ１５０を有している。制御装置１４０は、
カメラ１１０によって得られた撮影画像を処理して対象
領域Ｓｃの認識情報を求め、この認識情報に基づいてプ
ロジェクタ１２０の投射画像の構成を決定するようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光送受装置に係り、
特に、所定領域に対して視覚情報を提供したり、外界の
認識情報を取得したりする場合に好適な光学装置の構成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、所定の空間に対して種々の態様
の照明を行うための各種の照明装置が使用されている
が、これらの照明装置のうち、異なる色の光で照明を行
う特殊照明装置や空間内に配置された物体に種々の照明
を行うためのスポットライト等の舞台照明装置、投光装
置などが知られている。

【０００３】一方、所定の物体をセンシングし、当該物
体が移動するとスポットライトの照明方向を制御して物
体を追尾するように構成された自動追尾照明装置が知ら
れている。

【０００４】さらに、物体の３次元形状を検出するため
に、レーザ光線或いはストライプ模様やグリッド模様等
の画像を物体に当て、その物体を撮影するようにした３
次元形状測定装置も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
各種照明装置においては、適宜の照明態様で所定領域を
照らし出す程度のことしかできず、物体の３次元形状に
合わせた態様で自動的に照明を行うことは不可能であ
り、自動追尾照明装置でも、移動する物体を含む領域を
単に照らし出すという程度のことしかできないので、例
えば、舞台照明では、舞台の変化に応じて照明装置を手
動で操作する必要があった。

【０００６】また、上記の３次元形状測定装置において
は、物体の３次元形状を検出するためにレーザ光線を走
査したり、特殊な画像を投影したりする必要があるの
で、少なくとも形状測定時には、測定に適した照明以外
の任意の照明態様で物体を照明することができないとい
う問題点がある。

【０００７】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、その課題は、物体の形状に対応したより精細な
照明態様、或いは、特殊な効果を実現可能な光学装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の光送受装置は、少なくとも所定領域の光情報
を検出する光情報検出手段と、前記所定領域の少なくと
も一部に対して画像を投射可能な画像投射手段と、前記
光情報検出手段によって検出された前記光情報に応じ
て、前記画像投射手段の投射画像を制御する投射画像制
御手段と、を有することを特徴とする。

【０００９】この発明によれば、光情報検出手段によっ
て検出された光情報に応じた態様で画像投射手段によっ
て画像を投射することができるので、所定領域の状況に
応じて投影画像を変化させたり、投影画像の内容を変更
したりすることが可能になり、より能動的な画像投影が
実現できる。

【００１０】ここで、上記光情報は、画像情報（２次元
光情報）であっても、ライン情報（１次元光情報）であ
っても、点情報であってもよく、また、上記撮影画像は
静止画像、動画像のいずれであってもよい。上記光情報
検出手段としては、種々の光学センサ（フォトダイオー
ド等）、ラインセンサ、画像センサ（例えばＣＣＤ（電
荷結合デバイス）カメラなど）が挙げられる。上記画像
投射手段としては、映写機等の各種プロジェクタが含ま
れるが、特に液晶プロジェクタのような任意の画像を形
成可能なものであることが望ましい。

【００１１】本発明において、前記光情報に基づいて前
記所定領域内の物体を認識する認識情報を導出する認識
情報導出手段を有し、前記投射画像制御手段は、前記認
識情報に応じて前記画像投射手段を制御するように構成
されていることが好ましい。この場合には、認識情報導
出手段によって物体を認識することが可能になり、その
認識情報に基づいて画像投射手段を制御することによ
り、所定領域の物体の表面上に、その表面形状に合致し
た画像を投射したり、表面形状に合わせて歪のない画像
を投影したり、その物体のみに画像を投影したり、物体
の表面の一部にのみ画像を投影したり、といったことが
可能になり、種々の光学的効果を生じさせることができ
る。

【００１２】本発明において、前記認識情報に応じて前
記画像投射手段の投射方向を変更可能とする投射方向制
御手段を有することが好ましい。この場合には、投射方
向制御手段によって認識情報に応じて画像の投射方向を
変更することができるので、画像の投射範囲に限定され
ることなく、より広い範囲に画像を投影させることがで
き、投影状態の自由度をより高めることができる。

【００１３】本発明において、前記投射方向制御手段
は、前記投射方向が前記物体に追随するように前記画像
投射手段を制御することが好ましい。この場合には、物
体が移動してもその動きに追随させて画像の投射方向を
移動させることができる。

【００１４】本発明において、前記光情報検出手段は、
複数の検出位置において前記所定領域の光情報を検出可
能に構成されていることが好ましい。この場合には、複
数の検出位置において光情報を検出することによって３
次元位置情報をより確実に、より精度良く求めることが
可能になる。

【００１５】本発明において、前記光情報検出手段は、
前記所定領域の撮影画像を取得する撮像手段であること
が好ましい。この場合には、撮影画像を処理することに
よって所定領域の状況、例えば所定領域内の物体形状
等、に関する情報を一度に得ることができる。

【００１６】本発明において、前記認識情報導出手段
は、前記撮影画像の特徴抽出を行う特徴抽出手段を含む
ことが好ましい。撮影画像の特徴抽出によって所定領域
の状況の概略を把握することができる。画像の特徴抽出
手段としては、輪郭（エッジ）、色相分布、濃淡（明
度）分布などを抽出対象とする処理を行うものが挙げら
れる。

【００１７】本発明において、前記撮像手段は、複数の
撮像位置において前記撮影画像を取得可能に構成され、
前記認識情報導出手段は、複数の前記撮像位置において
撮影された前記撮影画像間の対応点を探索する対応点探
索手段を含むことが好ましい。この対応点探索手段を有
することによって複数の撮影画像に基づいて３次元位置
情報を導出することが可能になる。この対応点探索手段
においては、上記特徴抽出手段によって抽出された特徴
点（輪郭、色相分布、明度分布など）に基づいて対向関
係を探索することが精度を向上させる上で望ましい。

【００１８】本発明において、前記投射画像制御手段
は、前記認識情報に応じて前記投射画像を生成する投射
画像生成手段を含むことが好ましい。この場合には、認
識情報に応じて投射画像生成手段によって投射画像が生
成されることにより、予め１又は複数の投射画像が用意
されている場合に較べて、投射画像の内容に関する自由
度を高めることができる。

【００１９】本発明において、前記投射画像制御手段
は、前記認識情報に応じて投影画像の投影歪を修正する
ように前記投射画像を処理する投影歪修正手段を含むこ
とが好ましい。この場合には、認識情報によって投影面
の状態を求め、この面状態によって投影歪が生じないよ
うに投影歪修正手段により投射画像を処理することがで
きるので、投影歪の少ない画像を投影することができ
る。例えば、投影面が投射方向と直交する平面に対して
傾斜している場合には、台形歪が生じないように予め台
形歪を補償することのできる投射画像を投影歪修正手段
により形成する。投影面は、上記のように単に傾斜して
いる場合に限らず、凸面、凹面、凹凸面など複雑な表面
状態を有する場合があるので、これらの画像歪を生ずる
可能性のある種々の投影面に合わせて投影歪修正手段を
機能させることが望ましい。

【００２０】本発明において、前記所定領域からの光を
前記光情報検出手段へ指向させるとともに、前記画像投
射手段からの光を前記所定領域へ指向させる光路制御手
段を有することが好ましい。光路制御手段によって光検
出系と画像投射系をコンパクトに構成することができ
る。特に、光情報検出手段の検出光軸と画像投射手段の
投射光軸とを一致させることによって、よりコンパクト
に構成できると同時に検出される光情報と投射画像との
対応性を高めることができる。光路制御手段としては、
ビームスプリッタ、ハーフミラー、光分岐ユニット等を
用いることができる。

【００２１】本発明において、前記光情報検出手段の検
出可能な光の波長域である検出波長域と、前記画像投射
手段の投射光の波長域である投射波長域とが異なること
が好ましい。この場合には、光情報検出手段で検出され
る光情報が画像投射手段の投射光によって影響を受け難
くなるので、画像投射手段によって画像が投射された状
態でも、所定領域内の物体等を正確に認識することが可
能になる。

【００２２】本発明において、前記検出波長域は少なく
とも部分的に可視領域外にあり、前記投射波長域は少な
くとも部分的に可視領域内にあることが好ましい。この
場合には、可視領域の光で形成される投射画像を視認し
ながら、可視光の照明なしでも光情報検出手段による光
情報の検出を支障なく行うことが可能になる。例えば、
舞台等において照明されていない場所の光情報を検出
し、この光情報に基づいて当該場所の状況を認識し、そ
の状況に応じて画像投射手段により適宜の照明を行うこ
とが可能になる。

【００２３】本発明において、前記画像投射手段による
投射画像に応じて、前記光情報検出手段により検出され
た前記光情報を処理するように構成されていることが好
ましい。上記のように検出波長域と投射波長域との重な
りがない場合には問題がないが、検出波長域と投射波長
域とが少なくとも一部において重なり合っていると、投
影画像によって光情報が影響を受けるので、所定領域の
認識に影響を与えてしまう。しかし、この発明の場合に
は、投射画像に応じて光情報を処理することにより、光
情報に対して投射画像に応じた処理を施すことができる
ので、投影画像による光情報検出への影響を除去した
り、或いは、投影画像の態様を利用してより容易に、若
しくは、より精度良く、所定領域を認識したりすること
が可能になる。

【００２４】本発明において、前記認識情報導出手段に
おける前記光情報の処理態様が前記画像投射手段による
投射画像に応じて制御されるように構成されていること
が好ましい。これによって投射画像に応じた態様で認識
情報導出手段において光情報が処理されるので、投影画
像による光情報検出への影響を低減させたり、画像投射
手段による画像投射をフィードバック制御によって制御
して、より精度良く画像投影を行ったりすることが可能
になる。

【００２５】本発明において、複数の異なる方向からそ
れぞれ画像を投射する複数の前記画像投射手段を有する
ことが好ましい。これにより、単一の画像投射手段では
画像の投影死角が生じてしまう場合でも、複数の画像投
射手段によって異なる方向から画像を投射することによ
り、投影死角を低減することができる。

【００２６】なお、上記各発明においては、光情報に応
じて特定の範囲に限定された照明（部分照明）を行うこ
とが可能になり、例えば、所定領域内の或る物体のみに
限定して照明を行ったり、物体の或る部位のみに限定し
て照明を行ったりすることが可能になる。

【００２７】また、上記の逆に、所定領域内の或る物体
のみを照明しなかったり、物体の或る部位のみを照明し
なかったりすることも可能である。

【００２８】さらに、上記いずれにおいても、単なる部
分照明ではなく、特定の範囲に所定の画像を投射するこ
とが可能であり、特定の範囲に所定の色相、明度、模様
等のテクスチャーその他の画像を付与したり、或いは特
定の範囲に付与しなかったりすることができる。また、
特定場所に立体形状を浮かび上がらせたり、物体の立体
感を強調したりすることもできる。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る光送受装置の実施形態について詳細に説明する。

【００３０】［第１実施形態］図１は、本発明に係る第
１実施形態の光送受装置１００のハード構成及びその使
用態様を示す概略構成図である。光送受装置１００は、
上記の光情報検出手段を構成するカメラ１１０と、上記
画像投射手段を構成するプロジェクタ１２０と、上記投
射画像制御手段を構成する入出力装置１３０及び制御装
置１４０とを備えている。また、上記カメラ１１０とプ
ロジェクタ１２０の前面側位置に光情報検出手段及び画
像投射手段の一部を構成するビームスプリッタ１５０を
有している。

【００３１】カメラ１１０は、例えばＣＣＤ（電荷結合
デバイス）を受光素子として備えたＣＣＤカメラであ
り、光情報を画像として取得するように構成されてい
る。

【００３２】プロジェクタ１２０は、制御装置１４０の
制御により所定の画像を投影することができるように構
成され、例えば、液晶パネルを画像投射源とする液晶プ
ロジェクタである。

【００３３】入出力装置１３０は、制御装置１４０から
の制御信号を、カメラ１１０及びプロジェクタ１２０に
対する制御信号（或いは駆動信号）に変換して送出する
とともに、カメラ１１０及びプロジェクタ１２０から送
られてきた応答信号（或いは画像信号）を、制御装置１
４０が受信可能な信号に変換して送出するように構成さ
れている。

【００３４】制御装置１４０は、パーソナルコンピュー
タ等のＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）により構
成され、例えば、中央演算ユニット、メモリ、バス等を
含み、後に詳述する動作プログラムを実行するように構
成されている。

【００３５】ビームスプリッタ１５０は、カメラ１１０
及びプロジェクタ１２０と、対象領域Ｓｃとの間に配置
され、対象領域Ｓｃから到来する光をカメラ１１０へ指
向させるとともに、プロジェクタ１２０から投射される
画像を対象領域Ｓｃへ指向させるように構成されてい
る。ビームスプリッタ１５０としては、ハーフミラーや
偏光ビームスプリッタ等を用いることができる。

【００３６】カメラ１１０は、制御装置１４０の制御下
において、ビームスプリッタ１５０を介して対象領域Ｓ
ｃの画像を撮影し、この撮影画像を、入出力回路１３０
を介して制御装置１４０へ送る。制御装置１４０は、動
作プログラムに従ってカメラ１１０から送られてきた撮
影画像を処理し、その処理結果に応じてプロジェクタ１
２０を制御し、プロジェクタ１２０に所定の画像を対象
領域Ｓｃへ向けて投射させる。

【００３７】例えば、対象領域Ｓｃ内に物体Ｏｂが存在
しているとすれば、上記撮影画像には物体Ｏｂが撮影さ
れており、この撮影画像によって物体Ｏｂの存在を認識
して、その認識情報に応じてプロジェクタ１２０が投射
する投射画像を決定し、例えば、物体Ｏｂの特定部位で
ある表面部Ｓｆ１に所定の画像若しくは画像構成要素
（画像中の一部分）を投影する。

【００３８】図２は、上記光送受装置１００の光学的構
成を示す概略構成図である。本実施形態においてカメラ
１００の光軸とプロジェクタ１２０の光軸とはビームス
プリッタ１５０上にある交点Ｏにて交差し、ビームスプ
リッタ１５０から対象領域Ｓｃまでの範囲については両
光軸は相互に一致している。カメラ１１０の撮像面（例
えばＣＣＤ）を１１０ａ、カメラ１１０の撮像光学系の
主点をＨｃ、プロジェクタ１２０の画像投射面（例えば
液晶パネルのパネル面）を１２０ａ、プロジェクタ１２
０の投射光学系の主点をＨｐとすると、交点Ｏ−主点Ｈ
ｃ間の距離と、交点Ｏ−主点Ｈｐ間の距離とが等しくな
るようにカメラ１１０とプロジェクタ１２０とが配置さ
れている。この場合、カメラ１１０の撮像光学系の焦点
距離をｆｃ、プロジェクタ１２０の投射光学系の焦点距
離をｆｐ、対象領域Ｓｃ内の物体Ｏｂ上の特定点Ｐの撮
影画像上の位置をＸｃ、上記特定点Ｐの投射画像上の位
置をＸｐとすれば、Ｘｐ＝−ｆｐ・Ｘｃ／ｆｃとなる。
したがって、カメラ１１０の撮影画像上の計測位置座標
Ｘｃから、物体Ｏｂ上の特定点Ｐに向けて投射するプロ
ジェクタ１２０の投射画像上の位置座標Ｘｐを求めるこ
とができる。

【００３９】図４は、本実施形態の光送受装置１００が
備える複数の機能実現手段の構成を示す概略構成図であ
る。これらの機能実現手段は、上記制御装置１４０によ
る上記動作プログラムの実行によって実現される。これ
らの機能実現手段としては、カメラ１１０によって撮影
された撮影画像の特徴を抽出する特徴抽出手段１４１
と、特徴抽出手段１４１によって抽出された特徴に基づ
いて立体的位置情報を求める立体的位置情報算出手段１
４２と、立体的位置情報算出手段１４２によって得られ
た立体的位置情報に基づいて物体形状に関する認識情報
を求める認識情報算出手段１４３と、認識情報算出手段
１４３によって得られた認識情報に基づいて、プロジェ
クタ１２０において投射すべき投射画像を生成する投射
画像生成手段１４４と、投射画像生成手段１４４におい
て生成された投射画像が対象領域Ｓｃに投影された場合
に生ずる投影歪を補正する投影歪修正手段１４５とを備
えている。

【００４０】ここで、上記特徴抽出手段１４１、立体的
位置情報算出手段１４２、及び、認識情報算出手段１４
３によって認識情報導出手段１４０Ａが構成される。ま
た、特徴抽出手段１４１及び立体的位置情報算出手段１
４２によって物体形状計測手段１４０Ｂが構成される。
さらに、投射画像生成手段１４４及び投影歪修正手段１
４５によって投射画像制御手段１４０Ｃが構成される。

【００４１】また、本実施形態には、上記カメラ１１０
による撮影方向及び上記プロジェクタ１２０による画像
の投射方向を変更可能な駆動手段１００ｂ（例えば、駆
動モータと駆動機構とから構成される駆動ユニットな
ど）が設けられている。そして、上記機能実現手段の一
つとして、上記の駆動手段１００ｂを制御する投射方向
制御手段１４６が設けられている。

【００４２】本実施形態においては、特徴抽出手段１４
１は、カメラ１１０において撮影された撮影画像に対し
て、輪郭抽出、濃淡パターンの階調化、色相パターンの
階調化、などの処理を施し、撮影画像から特徴を抽出す
る。その後、立体的位置情報算出手段１４２によって、
上記撮影画像から立体的位置情報（例えば特定点の３次
元位置座標）を求める。ここで、本実施形態の光送受装
置１００はカメラ１１０を１台だけ備え、単眼視の検出
系を有していて、単独の撮影画像に基づいて立体的位置
情報を得ることも不可能ではない。しかし、例えば、カ
メラ１１０の撮影方向を変化させて複数の撮影画像を取
得することにより、或いは、カメラ１１０の焦点距離ｆ
ｃを増減させて複数の撮影画像を取得することによって
立体的位置情報をより容易に取得することが可能であ
る。

【００４３】その後、上記の立体的位置情報に基づい
て、認識情報算出手段１４３は撮影画像に記録された物
体Ｏｂを認識し、その認識情報を出力する。この認識情
報は、例えば立体的位置情報を所定の立体パターンとマ
ッチングさせることなどによって得ることができる。よ
り具体的に説明すれば、例えば、図３に示す物体Ｏｂが
存在する場合においては、物体Ｏｂの頂点Ｐ１〜Ｐ７、
稜線Ｒ１〜Ｒ９、表面部Ｓｆ１〜Ｓｆ３などの特定部位
の位置情報、接続関係情報などを含む立体的位置情報か
ら、パターンマッチング等によって物体Ｏｂの位置や形
状を認識し、上記特定部位の位置情報を物体Ｏｂの属性
情報とする。そして、複数の物体が存在する場合には、
物体毎に上記の処理を施し、複数の物体の位置や形状
を、複数の属性情報を備えた形態にて認識する。

【００４４】次に、投射画像生成手段１４４において
は、上記認識情報に基づいて、物体Ｏｂに合致した投射
画像を生成する。この投射画像は、例えば、上記物体Ｏ
ｂの図３に示す３つの表面部Ｓｆ１〜Ｓｆ３に対してそ
れぞれどのような画像構成要素を投影するのかを決定す
る。投射画像生成手段１４４では、予め投射すべき画像
構成要素群が用意されており、これらの画像構成要素群
から物体Ｏｂに適応した画像構成要素を選択し、上記表
面部Ｓｆ１〜Ｓｆ３に合致した投射範囲を決定して、全
体の画像を形成する。例えば、図１に示すように物体Ｏ
ｂの表面部Ｓｆ１にのみ所定の模様その他のテクスチャ
ーを投射しようとする場合には、表面部Ｓｆ１の撮影画
像上の形状に合わせた投射範囲を有する画像構成要素に
加工して、全体の画像を構成する。他の表面部Ｓｆ２，
Ｓｆ３にも投射を行う場合には、それぞれの投射範囲に
ついて上記と同様に処理を行う。

【００４５】上記のようにして構成された投射画像に対
して、投影歪修正手段１４５は、投影面の凹凸状態に応
じて生ずる投影歪を補正する処理を施し、このようにし
て補正された投射画像のデータをプロジェクタ１２０へ
送る。例えば、図３に示す例においては、物体Ｏｂの表
面部Ｓｆ１は、プロジェクタ１２０の投射方向（光軸方
向）と直交した仮想平面に対して傾斜しているので、そ
の傾斜角度に応じた補正を上記画像構成要素に対して施
す。より具体的に説明すると、図７に示すように、プロ
ジェクタ１２０の投射方向Ｆｐと直交する仮想平面に対
して或る表面部Ｓｆが傾斜している場合には、表面部Ｓ
ｆに矩形状の投射範囲を有する投射画像Ｏ１を投射する
と、その投影画像Ｄ１は台形歪（キーストーン歪）を備
えたものとなる。これに対して、予め上記投影歪修正手
段１４５によって処理された投射画像Ｏ２を表面部Ｓｆ
に対して投射すると、その投影画像Ｄ２は、本来の投射
画像Ｏ１にそのまま対応した矩形状の投影範囲を備えた
ものとすることができる。この場合、投影歪の補正は、
表面部Ｓｆの傾斜角φを上記認識情報から取得し、この
傾斜角φによって生ずる台形歪を算出し、この台形歪が
補償されるように元の投射画像Ｏ１を投射画像Ｏ２に変
換する（投射画像Ｏ１を歪ませる）ことにより行われ
る。

【００４６】この実施形態の光送受装置１００によれ
ば、例えば、上記対象領域Ｓｃ内の物体Ｏｂを適宜の色
相、明度、彩度で部分的に照明することが可能であり、
物体Ｏｂのみに、或いは物体Ｏｂの一部のみに限定して
光を当てることができる。また、単なる照明ではなく、
物体Ｏｂの表面部Ｓｆ１〜Ｓｆ３にそれぞれ適宜の画像
（模様、文字、記号、絵、写真などを含むもの）を投影
することも可能である。さらには、物体Ｏｂにその立体
感を増すような画像を投影したり、物体Ｏｂの形状が変
化したように見える画像（例えば三角錐に見える画像な
ど）を投影したりするなど、適宜の光学的効果を付加す
ることも可能である。

【００４７】本実施形態では、プロジェクタ１２０によ
って投射画像を投射することにより形成された投影画像
がカメラ１１０の撮影画像中に取り込まれることによ
り、投影画像と物体Ｏｂの形状との間の位置ずれを検出
して、この位置ずれの量や方向に応じて投射画像の画像
構成を修正するといったフィードバックループを形成す
ることにより、投影画像の位置精度を高めることができ
る。この場合、投影画像と物体Ｏｂの形状との間の位置
ずれ量及び位置ずれ方向は、上記認識情報導出手段１４
０Ａによって得られる認識情報の一部として投射画像生
成手段１４４に送られる。

【００４８】また、上記とは逆に、図４の破線矢印に示
すように、投射画像制御手段１４０Ｃから認識情報導出
手段１４０Ａに対して投射画像に関する情報を送出する
ことにより、認識情報導出手段１４０Ａにおける撮影画
像に対する処理に際して、プロジェクタ１２０によって
投射された投影画像の影響を除去して認識情報を導出す
ることが可能になる。この場合には、プロジェクタ１２
０による投影画像の影響を排して、物体形状計測手段１
４０Ｂにおいて対象領域Ｓｃの真の立体的位置情報にの
み基づいた物体形状の測定を行うことができる。

【００４９】さらに、上記のような投影画像による認識
情報への影響を排するために、カメラ１１０の撮影する
撮影波長域と、プロジェクタ１２０の投射する投射波長
域とが相互に重ならないように異なる波長域の光を用い
るように構成することも可能である。この場合、例え
ば、カメラ１１０として赤外線カメラを用いて上記撮影
波長域を赤外線領域とし、プロジェクタ１２０の投射光
の波長範囲を可視領域とすることにより、プロジェクタ
１２０の投射画像や他の照明装置によって照明されてい
ない暗い領域部分の形状測定をも支障なく行うことがで
きるという利点が生ずる。

【００５０】本実施形態においては、上記投射方向制御
手段１４６によって駆動手段１００ｂを制御し、カメラ
１１０及びプロジェクタ１２０の光軸方向を変化させる
ことができる。例えば、図８に示すように、カメラ１１
０によって得られた撮影画像中に物体Ｏｂを含む画像領
域Ｒｇを仮想的に設定し、物体Ｏｂが移動したときに、
投射方向制御手段１４６は、上記の認識情報に基づいて
物体Ｏｂの特定点Ｐの移動方向及び移動量を示す移動ベ
クトルΔｐを求め、上記の移動ベクトルΔｐに対応させ
て駆動手段１００ｂを制御し、カメラ１１０及びプロジ
ェクタ１２０の光軸方向を変化させる。そして、常に上
記の画像領域Ｒｇが物体Ｏｂを含むように駆動する。こ
のようにすると、投射方向制御手段１４６によって常に
カメラ１１０及びプロジェクタ１２０の向きを物体Ｏｂ
に追随させることができるので、物体Ｏｂが移動しても
物体Ｏｂを中心とする対象領域Ｓｃの画像検出と、物体
Ｏｂに対する画像投射とを継続させることができる。

【００５１】上記のように構成された光送受装置１００
においては、図９に示すように、スクリーンＳｒ上にプ
ロジェクタ１２０により投影画像Ｄを形成する場合にお
いて、カメラ１１０で撮影した撮影画像から投影画像Ｄ
の投影範囲と重なる物体Ｏｂ（例えば説明者など）を認
識し、この物体Ｏｂが存在する領域だけ光を投射しない
ようにすることにより、例えば物体Ｏｂが説明者である
場合、説明者が眩しく感ずるのを防止できる。また、こ
の場合において、物体Ｏｂが移動すると、その移動は上
記撮影画像に基づいて認識され、その認識情報に応じて
投射画像生成手段１４４により光を投射しない範囲を修
正した画像に逐次更新されるので、物体Ｏｂが移動して
も投影画像Ｄ内の物体Ｏｂと重なる範囲のみが常に画像
投影されないように構成することができる。

【００５２】一方、投影画像Ｄと物体Ｏｂとが重なる範
囲においては、物体Ｏｂの表面凹凸に対応させて上記投
影画像Ｄを投影歪修正手段１４５によって補正し、物体
Ｏｂが存在しても投影画像Ｄのいずれの部分にも投影歪
が生じないように構成することも可能である。ここで、
投影歪修正手段としては、投影面の色相その他の光学的
特性（反射率や透過率など）に応じて投射画像の色相等
を修正する機能を持たせることもできる。これによっ
て、物体Ｏｂ上に投影された画像部分と、スクリーンＳ
ｒ上に投影された画像部分との差異を低減することが可
能になる。

【００５３】また、上記の状況においては、物体Ｏｂの
形状情報を得るために、光を投射しない範囲若しくは投
影歪を修正する範囲と物体Ｏｂとの間の位置ずれを検出
して、上記のフィードバックループによってその位置ず
れを低減するように制御してもよい。さらに、上述の如
く赤外領域にて撮像可能な赤外線カメラを用いることに
より、投影画像Ｄによる影響を受けずに、物体Ｏｂの位
置及び形状をより確実に認識できるように構成してもよ
い。

【００５４】［第２実施形態］次に、図５及び図６を参
照して、本発明に係る第２実施形態の光送受装置２００
について説明する。この光送受装置２００は、図５に示
すように、上記光送受装置１００と基本的にほぼ同様の
各構成部分、カメラ２１０Ｒ，２１０Ｌ、プロジェクタ
２２０、入出力装置２３０、及び、制御装置２４０を備
えているが、２台のカメラ２１０Ｒ，２１０Ｌを有する
点が上記光送受装置１００とは異なる。また、ビームス
プリッタを備えておらず、カメラ２１０Ｒ，２１０Ｌの
光軸とプロジェクタ２２０の光軸とが光送受装置１００
とは異なり相互に一致していない点も異なる。さらに、
カメラ２１０Ｒ、２１０Ｌ及びプロジェクタ２２０がそ
れぞれ独立に光軸方向を変化させることができるよう
に、それぞれに駆動手段２１０Ｒｂ，２１０Ｌｂ及び２
２０ｂが設けられている点も異なる。

【００５５】上記の構成の相違に基づいて、制御装置２
４０によって実行される動作プログラムは、カメラ２１
０Ｒ，２１０Ｌに対応する２つの特徴抽出手段２４１Ａ
Ｒ，２４１ＡＬを有している。これらの特徴抽出手段２
４１ＡＲ，２４１ＡＬによって抽出された特徴（例え
ば、輪郭抽出によって抽出されたエッジ）は対応点探索
手段２４１Ｂにより用いられる特徴要素となり、この特
徴要素（エッジ）の配列等の相関度合により２つのカメ
ラ２１０Ｒ，２１０Ｌによって得られた２つの撮影画像
間の対応点が探索される。そして、２つの撮影画像間の
対応点の探索が完了すると、３次元位置情報算出手段２
４２によって対象領域Ｓｃ内の３次元位置情報（撮影画
像内に撮影された物体Ｏｂの特定点（例えば頂点）の３
次元位置座標など）が求められる。

【００５６】次に、上記３次元位置情報に基づいて、認
識情報算出手段２４３は、対象領域Ｓｃに対する認識情
報を求め、投射画像生成手段２４４及び投射方向制御手
段２４６に認識情報を送出する。例えば、認識情報は、
上記物体Ｏｂの頂点、稜線、表面部等の３次元位置情報
を物体Ｏｂの属性情報として関連付ける。その後、認識
情報に基づいて、投射画像生成手段２４４により投射画
像が生成され、この投射画像は投影歪修正手段２４５に
よって必要に応じて投影歪が除去されてプロジェクタ２
２０に送られる。また、投射方向制御手段２４６は、認
識情報に応じて駆動手段２１０Ｒｂ，２１０Ｌｂ，２２
０ｂに対してそれぞれ制御信号を送出する。

【００５７】なお、上記特徴抽出手段２４１ＡＲ，２４
１ＡＬ、対応点探索手段２４１Ｂ、３次元位置情報算出
手段２４２及び認識情報算出手段２４３によって認識情
報導出手段２４０Ａが構成される。また、上記特徴抽出
手段２４１ＡＲ，２４１ＡＬ、対応点探索手段２４１Ｂ
及び３次元位置情報算出手段２４２によって物体形状計
測手段２４０Ｂが構成される。さらに、投射画像生成手
段２４４及び投影歪修正手段２４５によって投射画像制
御手段２４０Ｃが構成される。

【００５８】本実施形態では、図６に示すように、２つ
のカメラ２１０Ｒ，２１０Ｌによって異なる撮影位置で
対象領域Ｓｃを撮影し、これらによって得られた２つの
撮影画像から上記制御装置２４０によって対象領域Ｓｃ
に対する認識情報が求められ、この認識情報に基づいて
投射画像が形成され、プロジェクタ２２０の画像投射に
よって対象領域Ｓｃの例えば物体Ｏｂの表面部Ｓｆ上に
投影画像が形成される。したがって、本実施形態では、
上記第１実施形態よりも高精度に対象領域Ｓｃの３次元
位置情報を得ることが可能であり、それに対応してより
高精度に物体Ｏｂ上に画像を投影することが可能にな
る。

【００５９】この場合、プロジェクタ２２０によって物
体Ｏｂに投影される画像は、プロジェクタ２２０の投射
位置とは異なる視認位置Ｓｂにて所定の態様にて視認さ
れるように、予め投射画像を変換処理しておくこともで
きる。例えば、図６に示すようにプロジェクタ２２０の
投射方向と物体Ｏｂの表面部Ｓｆとが相互に直交してい
ても、視認位置Ｓｂからの視認方向が物体Ｏｂの表面部
Ｓｆの法線に対して傾斜していると、プロジェクタ２２
０の投射方向から視認した場合には投影画像が正対して
見えるけれども、視認位置Ｓｂから見ると投影画像が歪
んで見える。そこで、予め、上記投影歪修正手段２４５
において、プロジェクタ２２０の投射方向と上記視認位
置Ｓｂからの視認方向との間の角度に応じて投射画像を
補正することによって、視認位置Ｓｂから歪みのない画
像を見ることができる。すなわち、投影歪修正手段２４
５は本来的には第１実施形態にて説明したように投射方
向と投影面との直交関係のずれを補正するためのもので
あるが、上記のようにプロジェクタ２２０の投射方向と
視認方向との間の角度を用いることにより、当該角度に
起因する視差をも補償するように処理を行うことが可能
である。

【００６０】［第３実施形態］最後に、図１０を参照し
て本発明に係る第３実施形態の光送受装置３００につい
て説明する。この実施形態では、基本的に上記第２実施
形態と同様のカメラ３１０Ｒ，３１０Ｌ及びプロジェク
タ３２０Ｃを有し、図５に示すものと同様の機能実現手
段を備えたものであるが、上記第２実施形態が単一のプ
ロジェクタを有しているに過ぎないのに対し、本実施形
態の光送受装置３００では、複数のプロジェクタ３２０
Ｃ、３２０Ｒ、３２０Ｌを備えている点が異なる。

【００６１】プロジェクタ３２０Ｃ，３２０Ｒ，３２０
Ｌは、それぞれに対応する投射画像生成手段及び投影歪
修正手段等を含む投射画像制御手段（第２実施形態と同
様のもの）から投射画像データが導入されるように構成
されている。そして、これらの複数のプロジェクタ３２
０Ｃ，３２０Ｒ，３２０Ｌにて個々に投射画像を形成し
て、相互に異なる方向から所定領域Ｓｃに向けて画像を
投射する。これによって、図示の場合には、物体Ｏｂの
表面部Ｓｆ１，Ｓｆ２，Ｓｆ３，Ｓｆ４，Ｓｆ５のいず
れにも画像を投影することが可能になるので、投影死角
を低減させることができる。したがって、視認位置Ｓｂ
から視認することのできる物体Ｏｂの全ての表面に画像
を投影することも可能になる。

【００６２】なお、この実施形態においては、複数の上
記プロジェクタ３２０Ｃ，３２０Ｒ，３２０Ｌは、第２
実施形態と同様の投射方向制御手段によってそれぞれ画
像の投射方向を制御できるように構成されていることが
好ましい。

【００６３】尚、本発明の光送受装置は、上述の図示例
にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。

【００６４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
光情報検出手段により検出された光情報に基づいて投射
画像制御手段により画像投射手段を制御することによ
り、対象領域の状況に適合した照明態様或いは画像の投
影態様を構成できるため、状況に応じたより好ましい光
学的作用、又は、特殊な光学的作用を実現することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１実施形態の光送受装置のハ
ード構成を示す概略構成図である。

【図２】 第１実施形態の光送受装置の光学的構成を示
す概略構成図である。

【図３】 第１実施形態によって認識される物体Ｏｂの
形状要素を示す説明図である。

【図４】 第１実施形態の機能実現手段の構成を示す概
略構成図である。

【図５】 第２実施形態の機能実現手段の構成を示す概
略構成図である。

【図６】 第２実施形態の構成及び使用状態を示す説明
図である。

【図７】 投影歪の補正について説明するための説明図
である。

【図８】 物体の移動時の追随動作を説明するための説
明図である。

【図９】 利用態様の一例を示す説明図である。

【図１０】 第３実施形態の構成及び使用状態を示す説
明図である。

【符号の説明】

１００，２００・・・光送受装置、１１０，２１０Ｒ，
２１０Ｌ，３１０Ｒ，３１０Ｌ・・・カメラ、１２０，
２２０，３２０Ｃ，３２０Ｒ，３２０Ｌ・・・プロジェ
クタ、１００ｂ，２１０Ｒｂ，２１０Ｌｂ，２２０ｂ・
・・駆動手段、１３０，２３０・・・入出力装置、１４
０，２４０・・・制御装置、１４０Ａ，２４０Ａ・・・
認識情報導出手段、１４０Ｂ，２４０Ｂ・・・物体形状
計測手段、１４０Ｃ，２４０Ｃ・・・投射画像制御手
段、１４１，２４１ＡＲ，２４１ＡＬ・・・特徴抽出手
段、１４１Ｂ・・・対応点探索手段、１４２・・・立体
的位置情報算出手段、２４２・・・３次元位置情報算出
手段、１４３，２４３・・・認識情報算出手段、１４
４，２４４・・・投射画像生成手段、１４５，２４５・
・・投影歪修正手段、１４６，２４６・・・投射方向制
御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｔ 7/00 ３００ Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 BB15 CC16 FF04 GG00 HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL00 LL37 MM15 QQ21 QQ25 QQ31 QQ38 RR06 UU01 5B047 AA07 BB04 CA19 CB21 5B057 BA02 CA12 CA16 DA06 DB02 DC16 DC22 DC25 DC36 5L096 AA09 CA14 FA06 FA15 JA11

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも所定領域の光情報を検出する
   光情報検出手段と、 前記所定領域の少なくとも一部に対して画像を投射可能
   な画像投射手段と、 前記光情報検出手段によって検出された前記光情報に応
   じて、前記画像投射手段の投射画像を制御する投射画像
   制御手段と、を有することを特徴とする光送受装置。
2. 【請求項２】 前記光情報に基づいて前記所定領域内の
   物体を認識する認識情報を導出する認識情報導出手段を
   有し、前記投射画像制御手段は、前記認識情報に応じて
   前記画像投射手段を制御するように構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光送受装置。
3. 【請求項３】 前記認識情報に応じて前記画像投射手段
   の投射方向を変更可能とする投射方向制御手段を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の光送受装置。
4. 【請求項４】 前記投射方向制御手段は、前記投射方向
   が前記物体に追随するように前記画像投射手段を制御す
   ることを特徴とする請求項３に記載の光送受装置。
5. 【請求項５】 前記光情報検出手段は、複数の検出位置
   において前記所定領域の光情報を検出可能に構成されて
   いることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか
   １項に記載の光送受装置。
6. 【請求項６】 前記光情報検出手段は、前記所定領域の
   撮影画像を取得する撮像手段であることを特徴とする請
   求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の光送受装
   置。
7. 【請求項７】 前記認識情報導出手段は、前記撮影画像
   の特徴抽出を行う特徴抽出手段を含むことを特徴とする
   請求項６に記載の光送受装置。
8. 【請求項８】 前記撮像手段は、複数の撮像位置におい
   て前記撮影画像を取得可能に構成され、前記認識情報導
   出手段は、複数の前記撮像位置において撮影された前記
   撮影画像間の対応点を探索する対応点探索手段を含むこ
   とを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光送受装
   置。
9. 【請求項９】 前記投射画像制御手段は、前記認識情報
   に応じて前記投射画像を生成する投射画像生成手段を含
   むことを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１
   項に記載の光送受装置。
10. 【請求項１０】 前記投射画像制御手段は、前記認識情
    報に応じて投影画像の投影歪を修正するように前記投射
    画像を処理する投影歪修正手段を含むことを特徴とする
    請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の光送受装
    置。
11. 【請求項１１】 前記所定領域からの光を前記光情報検
    出手段へ指向させるとともに、前記画像投射手段からの
    光を前記所定領域へ指向させる光路制御手段を有するこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項
    に記載の光送受装置。
12. 【請求項１２】 前記光情報検出手段の検出可能な光の
    波長域である検出波長域と、前記画像投射手段の投射光
    の波長域である投射波長域とが異なることを特徴とする
    請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光送受
    装置。
13. 【請求項１３】 前記検出波長域は少なくとも部分的に
    可視領域外にあり、前記投射波長域は少なくとも部分的
    に可視領域内にあることを特徴とする請求項１２に記載
    の光送受装置。
14. 【請求項１４】 前記画像投射手段による投射画像に応
    じて、前記光情報検出手段により検出された前記光情報
    を処理するように構成されていることを特徴とする請求
    項１に記載の光送受装置。
15. 【請求項１５】 前記認識情報導出手段における前記光
    情報の処理態様が前記画像投射手段による投射画像に応
    じて制御されるように構成されていることを特徴とする
    請求項２乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光送受
    装置。
16. 【請求項１６】 複数の異なる方向からそれぞれ画像を
    投射する複数の前記画像投射手段を有する請求項１乃至
    請求項１５のいずれか１項に記載の光送受装置。