JP2007163457A - 移動物体追跡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光を反射する少なくとも一つの物体を有し、該物体が異なる面積の第一及び第二反射パターンを備え、これらの反射パターンから反射される赤外線を光信号発信／受信部に送信し形成される検知座標によって、前記物体の角度及び位置変化を検知する移動物体追跡装置を提供する。
【解決手段】
移動物体追跡装置は、光を反射する少なくとも一つの物体、光発信／受信部、及び計算／処理部を備える。該物体は、表面、第一反射パターン及び第二反射パターンを有し、該第一及び第二反射パターンはそれぞれ前記表面上に配置され、該第一反射パターンと第二反射パターンは異なっている。光発信／受信部は赤外線を発信するとともに、前記物体によって反射された該赤外線を受信し、複数の画素信号を形成する。前記計算／処理部は前記光発信／受信部と電気的に接続され、相関画素信号を計算し処理する。
【選択図】図５ａ

Description

本発明は、赤外線を反射する物体に関し、特に、赤外線を反射する少なくとも一つの物体を含み、該物体が異なる面積の第一及び第二反射パターンを含む移動物体追跡装置に関する。

本願発明は、ここに引用して本明細書に組み込む出願日２００５年１２月１６日の台湾出願第０９４１４４６３３号における全開示内容に係り優先権主張するものである。

マルチメディアの発展とともに、画像のディジタル化がだんだん注目されている。従来のイメージセンサ、たとえば赤外線受光素子などが（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）既に対話型ゲーム装置に応用されている。

図１ａ及び１ｂを参照すると、米国特許公開公報２００３００３６４１７号に開示されたサッカーゲーム装置（Ｓｏｃｃｅｒ Ｇａｍｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）は、ゲームプロセッサが配置されるサッカーゲーム機１０を備え、該ゲームプロセッサが、テレビモニタ１２の画面上に少なくともサッカープレイヤのキャラクタを表示させることができる。プレイヤの脚２２には出力装置２０が装着され、該プレイヤが脚を動かすと、その時の加速度に応じた加速度相関信号が該出力装置２０から出力される。たとえば、前記サッカーゲーム機１０に赤外線受光部１４が設けられ、該出力装置２０に赤外線ＬＥＤが設けられ、該赤外線受光部１４が該赤外線ＬＥＤからの赤外線の光信号を受信する。加速度に応じた加速度相関信号が赤外線の光信号として前記サッカーゲーム機１０に受信され、これによって、前記ゲームプロセッサが該加速度相関信号を処理して、テレビモニタ１２の画面上に表示されているサッカープレイヤのキャラクタに変化を生じさせる。しかしながら、前記出力装置２０はプレイヤの脚に装着する必要があるため、該出力装置２０の重量によって負担をプレイヤに与える。また、この出力装置はゲーム中にしばしば振り動かされるため、損傷して使用寿命が短くなる。

その他、図２を参照して、現在発売されている野球ゲーム機５０を開示する。該野球ゲーム機５０には、低解析度のイメージセンサ及びプロセッサが設けられている。プレイヤ５６がバット５２を振ったとき、前記イメージセンサは前記バット５２の表面にある一つのパターン５４からの反射信号を受信し、前記プロセッサがこの信号を処理して前記バット５２のパターン５４の移動軌跡を出力する。しかしながら、前記バット５２の表面にあるパターン５４は一つだけのため、前記プロセッサは前記パターン５４の移動軌跡だけしか出力できず、バット５２全体の振る角度を出力することはできない。また、前記イメージセンサが高速のフレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）を持たないため、高速移動する物体の詳細な座標を判定することはできない。
米国特許公開公報２００３００３６４１７

したがって、前述の問題を解決するために物体の移動を追跡する装置を提供する必要がある。

本発明の目的は、光を反射する少なくとも一つの物体を有し、該物体が異なる面積の第一及び第二反射パターンを備え、これらの反射パターンから反射される赤外線を光信号発信／受信部に送信して形成される検知座標によって、物体の角度及び位置変化を検知する移動物体追跡装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では表面、第一反射パターン及び第二反射パターンを有し、該第一反射パターン及び該第二反射パターンがそれぞれ該表面に設置され、該第一反射パターンの図形が該第二反射パターンの図形と異なり、光を反射する少なくとも一つの物体と、赤外線を発生し、前記物体から反射された赤外線を受光して、複数の画素信号を形成する光信号発信／受信部と、該光信号発信／受信部と電気的に接続して、相関の画素信号を計算して処理する計算／処理部とを備えることを特徴とする移動物体追跡装置を提供することにある。

本発明にかかる前記光信号発信／受信部によって検知される物体の回転角度の範囲は、反時計回り及び時計回り３５９度の間である。本発明にかかる物体の移動速度及び方向は、前記光信号発信／受信部によって検知される。本発明にかかる物体の後退及び前進は、前記光信号発信／受信部によって検知される。

本発明のその他の目的、特徴および利点は、添付図面を参照して説明する以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

本発明にかかる移動物体追跡装置は対話型ゲーム機であり、例えば競輪ゲーム、航空機ゲーム、船ゲーム、野球ゲーム、フェンシングゲーム、ゴルフゲーム、バドミントンゲーム、テニスゲーム及び卓球ゲームなどのゲーム機である。

図３を参照して、本発明にかかる一実施例の移動物体追跡装置を示す。この実施例にかかる移動物体追跡装置を対話型競輪ゲーム機を例として以下の段落で説明する。この競輪ゲーム機１００は、光信号発信／受信部１１０、計算/処理部１２０、光を反射する少なくとも一つの物体１３０、及びテレビモニタ１０２を備える。本実施例にかかる光を反射する物体１３０は、ハンドル１３０である。前記光信号発信／受信部１１０は、前記ハンドル１３０に赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）を送信する。そして該ハンドル１３０がこの赤外線を反射し、前記光信号発信／受信部１１０が該ハンドル１３０からの赤外線を受け取って、複数の画素信号を形成する。前記光信号発信／受信部１１０は、前記計算／処理部１２０と電気的に接続され、前記複数の画素信号を該計算／処理部１２０に送信する。該計算／処理部１２０は、非同期シリアル通信用送受信回路（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｒｅｃｅｉｖｅｒ−ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ：ＵＡＲＴという）インターフェースを有し（図に示さない）、前記光信号発信／受信部１１０と電気的に接続される。前記計算／処理部１２０は、さらにオペレーター及びプロセッサを備え、相関の画素信号を計算して処理する。該画素信号が赤外線の信号として、前記競輪ゲーム機１００に受信されると、前記計算／処理部１２０で処理され、テレビモニタ１０２の画面上のレース車に変化を生じさせる。

図４を参照して詳細に説明すると、前記光信号発信／受信部１１０は、赤外線発光部１１２、赤外線透過フィルタ（ＩＲ ｆｉｌｔｅｒ）１１４、及びイメージセンサ（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）１１６を備える。該赤外線発光部１１２は少なくとも一つの赤外線ＬＥＤ（ＩＲ ＬＥＤ）を備え、該赤外線ＬＥＤによって発光された赤外線が赤外線照射範囲１１８を形成する。前記イメージセンサ１１６は移動追跡センサ（ｍｏｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ）であって、高速のフレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）を持つ。前記ハンドル１３０が前記赤外線照射範囲１１８内にある場合、該ハンドル１３０が前記赤外線透過フィルタ１１４に赤外線を反射させ、かつ該赤外線透過フィルタ１１４が赤外線以外の光線をフィルタリングする。前記イメージセンサ１１６は前記ハンドル１３０からの赤外線のみを受信し、複数の画素信号を形成する。前記イメージセンサ１１６は相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳという）或いは電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤという）である。

図５ａを参照すると、前記ハンドル１３０は、表面１３２、第一反射パターン１３４、及び第二反射パターン１３６を備える。該第一反射パターン１３４は該表面１３２にあって、該第二反射パターン１３６も該表面１３２にある。ここで、該第一反射パターン１３４の図形は該第二反射パターン１３６の図形と異なる。該第一及び第二反射パターンは異なる面積の点状パターンとしても良く、より好ましくは、該第一反射パターン１３４を条状（棒状）パターンとし、該第二反射パターン１３６を点状パターンとすることもできる。該第一反射パターン１３４及び該第二反射パターン１３６はともに光反射材料を含み、例えば、ヨーロッパ規格のＥＮ４７１に適合する光反射材料を含むことで、その反射効果を増大できる。

図３及び５ａを参照すると、プレイヤ１０４が両手で前記ハンドル１３０を握り、前記赤外線照射範囲１１８内にいる場合、先ず最初に、該ハンドル１３０を定位させる（位置を定める）。前記第一反射パターン１３４を条状パターンとし、前記第二反射パターン１３６を点状パターンとした場合を例にとると、前記赤外線ＬＥＤからの赤外線は前記ハンドル１３０によって前記イメージセンサ１１６に反射され、図５ｂに示すような図形が前記イメージセンサ１１６に現れる。赤外線以外の光線は前記赤外線透過フィルタ１１４でフィルタリングされるため、前記イメージセンサ１１６は、赤外線を照射して反射された条状パターン１３４’及び点状パターン１３６’のみ検知できる。該条状パターン１３４’及び点状パターン１３６’は、該ハンドル１３０の第一反射パターン１３４及び第二反射パターン１３６から前記イメージセンサへ向かう反射光を該イメージセンサが検知したものであり、以下の段落に述べるハンドル１３０の回転角度及び移動方向は、該イメージセンサ１１６から該ハンドル１３０への方向によって判断するものである。

図３を参照すると、前記ハンドル１３０が反時計周りの方向に回転する場合、矢印１４２で示すように、前記イメージセンサ１１６は該ハンドル１３０の回転角度を検知できる。すなわち、該イメージセンサは、該イメージセンサ１１６で検知した前記条状パターン１３４’の図形のＸＹ座標、及び定位座標１３８’と定める点状パターン１３６’に基づいて、反時計回りの回転角度を３５９度まで判定できる。図６ａ〜６ｆに示すように、これらは前記ハンドル１３０の条状パターン１３４’がそれぞれ反時計回りの方向に０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度及び３５９度回転する場合を表す。また、図３を参照すると、前記ハンドル１３０が時計周りの方向に回転する場合、矢印１４４で示すように、前記イメージセンサ１１６は該ハンドル１３０の回転角度を検知できる。すなわち、該イメージセンサ１１６は、検知した前記点状パターン１３６’及び一部の条状パターン１３４’の図形のＸＹ座標、及び定位座標１３８’と定める条状パターン１３４’の端点に基づいて、時計回りの回転角度を３５９度まで判定できる。図７ａ〜７ｆに示すように、これらは前記ハンドル１３０の点状パターン１３６’及び一部の条状パターン１３４’がそれぞれ時計回りの方向に０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度及び３５９度回転する場合を表す。したがって、本発明にかかるイメージセンサが検知できるハンドルの回転角度の範囲は反時計回り及び時計回り各３５９度以内である。

従来技術に比べて、本発明にかかるハンドルは以下の長所がある。ハンドルはゲーム機に固定させる必要がなく、反時計回り及び時計回りの各３５９度の回転角度を認識でき（全体で７１８度に達する）、さらに、該ハンドルには他の信号出力装置を設ける必要もない。

また、図３を参照して、前記ハンドル１３０が右に移動或いは左に移動する場合、矢印１４６で示すように、前記イメージセンサ１１６は該ハンドル１３０の移動速度及び方向を検知できる。該イメージセンサ１１６は移動追跡センサであるとともに高速のフレームレートを持つため、高速移動する物体１３０の詳細な座標を判定し、この座標のデータを出力できる。前記プロセッサがこの座標を逐一比較することで、該物体１３０の移動速度及び方向を判定できる。図８ａ〜８ｃに示すように、これらは前記点状パターン１３６’及び条状パターン１３４’の位置が画面の中央にある、右に移動及び左に移動することを現す。したがって、本発明にかかるハンドルの移動速度及び方向が前記イメージセンサによって検知できる。

さらに、再度図３を参照すると、前記ハンドル１３０がテレビモニタに対して後退或いは前進する場合、矢印１４８で示すように、前記イメージセンサ１１６は該ハンドル１３０の後退或いは前進を検知できる。まず、該ハンドル１３０の初期サイズを初期値とする。例えば、該イメージセンサ１１６から出力される該ハンドル１３０の条状パターンは２０画素（ｐｉｘｅｌ）であり、その値を０の初期値に設定する。該ハンドル１３０が後退する場合（該イメージセンサ１１６から離れていく場合）、該条状パターン１３４’のサイズは小さくなる。このとき、該イメージセンサ１１６から出力される該条状パターン１３４’の画素は初期値（２０画素）より小さいので、該ハンドル１３０が後退していると判定できる。また、前記イメージセンサ１１６から出力される条状パターン１３４’の画素信号の画素が初期値（２０画素）より大きい場合、前記ハンドル１３０が前進すると判定できる（該イメージセンサ１１６に近づく場合）。図９ａ〜９ｃは、それぞれ前記ハンドル１３０の点状パターン１３６’及び条状パターン１３４’が初期位置にある、前進する及び後退することを表す。したがって、本発明にかかるハンドルの後退或いは前進は、前記イメージセンサで検知できる。また、該ハンドルが後退或いは前進することによって変化した大きさによって、プレイヤの様々な動作を判定でき、例えばブレーキ或いは加速することを判定できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

上述したように、本発明の移動追跡センサ（ｍｏｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ）は異なる面積の第一及び第二反射パターン、例えば条状及び点状パターンを検知に応用するものである。本発明では、従来のハンドルなどの詳細な角度測量を必要とする物体を用いる代わりに、非接触の方式で、すなわちイメージセンサにより赤外線の反射光を感知して検知座標を形成し、物体の角度及び位置変化を検知することで本発明の目的を達成するものである。また、前記プロセッサの処理能力を高めるとともに、複数のプレイヤが本発明にかかる複数のハンドルを使って同時に競輪ゲームを楽しむことができる。

本発明にかかる移動物体追跡装置は、他の対話型ゲーム機にも適用でき、例えば、航空機ゲーム、船ゲーム、野球ゲーム、フェンシングゲーム、ゴルフゲーム、バドミントンゲーム、テニスゲーム及び卓球ゲームなどに適用できる。この際、本発明に係るハンドルは他の用具、例えば、ジョイスティック、ステアリング、バット、剣、ゴルフクラブ、バドミントンのラケット、テニスのラケット及び卓球のラケットなどに代えて適用することができる。

従来のサッカーゲーム機を示す立体図である。 従来のサッカーゲーム機の信号出力装置の一部を示す拡大図である。 従来の野球ゲーム機を示す立体図である。 本発明の一実施例に係る移動物体追跡装置によりなる対話型競輪ゲーム機を示す説明図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機の光信号発信／受信部及びハンドルを示す断面図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルを示す平面図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルに設ける条状パターン及び点状パターンを示す平面図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルに設ける条状パターンが反時計周りの方向にそれぞれ０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度、３５９度回転すること示す説明図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルに設ける条状パターンが反時計周りの方向にそれぞれ０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度、３５９度回転すること示す説明図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルに設ける点状パターン及び条状パターンの一部が反時計周りの方向にそれぞれ０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度、３５９度回転することを示す説明図である。 本発明に係る対話型競輪ゲーム機のハンドルに設ける点状パターン及び条状パターンの一部が反時計周りの方向にそれぞれ０度、９０度、１２０度、１８０度、２７０度、３５９度回転することを示す説明図である。 本発明に係る条状パターン及び点状パターンがそれぞれ画面の中央にある、左に移動、及び右に移動することを示す説明図である。 本発明に係る条状パターン及び点状パターンがそれぞれ初期位置にある、後退、及び前進することを示す説明図である。

符号の説明

１０ サッカーゲーム機
１２ テレビモニタ
１４ 赤外線受光部
２０ 信号出力装置
２２ プレイヤの脚
５０ 野球ゲーム機
５２ バット
５４ パターン
５６ プレイヤ
１００ 競輪ゲーム機
１０２ テレビモニタ
１０４ プレイヤ
１１０ 光信号発信／受信部
１１２ 赤外線発光部
１１４ 赤外線透過フィルタ
１１６ イメージセンサ
１１８ 赤外線照射範囲
１２０ 計算／処理部
１３０ 物体
１３２ 表面
１３４ 第一反射パターン
１３４’ 条状パターン
１３６ 第二反射パターン
１３６’ 点状パターン
１３８’ 定位座標
１４２、１４４、１４６、１４８ 矢印

Claims (22)

1. 表面、第一反射パターン及び第二反射パターンを有する物体であって、該第一反射パターン及び該第二反射パターンがそれぞれ該表面に設けられ、該第一反射パターンの図形が該第二反射パターンの図形と異なり、光を反射する少なくとも一つの物体と、
   赤外線を発光し、前記物体により反射された赤外線を受光して、複数の画素信号を形成する光信号発信／受信部と、
   該光信号発信／受信部と電気的に接続され、相関の画素信号を計算して処理する計算/処理部と、
   を備えることを特徴とする移動物体追跡装置。
2. 前記第一反射パターンが条状パターンであることを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
3. 前記第二反射パターンが点状パターンであることを特徴とする請求項１又は２記載の追跡装置。
4. 前記第一反射パターン及び第二反射パターンがともに点状パターンであることを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
5. 前記第一反射パターン及び第二反射パターンが光反射材料を含むことを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
6. 前記光反射材料がヨーロッパ規格のＥＮ４７１に適合することを特徴とする請求項５記載の追跡装置。
7. 前記光信号発信／受信部に検知される前記物体の回転角度の範囲が、反時計周り３５９度及び時計周り３５９度以内であることを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
8. 前記光信号発信／受信部がイメージセンサを含み、該イメージセンサが運動追跡センサ（Ｍｏｔｉｏｎ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ）であって、高速のフレームレートを持つことを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
9. 前記光信号発信／受信部が前記物体の移動速度及び移動方向を検知することを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
10. 前記光信号発信／受信部が前記物体の前進及び後退を検知することを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
11. 前記移動物体追跡装置が対話型ゲーム装置であることを特徴とする請求項１記載の追跡装置。
12. 前記対話型ゲーム装置が競輪ゲーム、航空機ゲーム、船ゲーム、野球ゲーム、フェンシングゲーム、ゴルフゲーム、バドミントンゲーム、テニスゲーム及び卓球ゲームのいずれか一つであることを特徴とする請求項１１記載の追跡装置。
13. 前記物体がそれぞれ前記対話型ゲーム装置のハンドル、ジョイスティック、ステアリング、バット、剣、ゴルフクラブ、バドミントンのラケット、テニスのラケット及び卓球のラケットのいずれか一つであることを特徴とする請求項１２記載の追跡装置。
14. 表面と、
    該表面に設けられる第一反射パターンと、
    該表面に設けられ、該第一反射パターンの図形と異なる第二反射パターンと、
    を備えることを特徴とする赤外線を反射する物体。
15. 前記第一反射パターンが条状パターンであることを特徴とする請求項１４記載の物体。
16. 前記第二反射パターンが点状パターンであることを特徴とする請求項１４又は１５記載の物体。
17. 前記第一反射パターン及び第二反射パターンがともに点状パターンであることを特徴とする請求項１４記載の物体。
18. 前記第一反射パターン及び第二反射パターンが光反射材料を含むことを特徴とする請求項１４記載の物体。
19. 前記光反射材料がヨーロッパ規格のＥＮ４７１に適合することを特徴とする請求項１８記載の物体。
20. 前記物体が対話型ゲーム装置に応用されることを特徴とする請求項１４記載の物体。
21. 前記対話型ゲーム装置が競輪ゲーム、航空機ゲーム、船ゲーム、野球ゲーム、フェンシングゲーム、ゴルフゲーム、バドミントンゲーム、テニスゲーム及び卓球ゲームのいずれか一つであることを特徴とする請求項２０記載の物体。
22. 前記物体がそれぞれ前記対話型ゲーム装置のハンドル、ジョイスティック、ステアリング、バット、剣、ゴルフクラブ、バドミントンのラケット、テニスのラケット及び卓球のラケットのいずれか一つであることを特徴とする請求項２１記載の物体。

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