JP2009109290A - Target position measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は視標位置測定装置に関し、特に、視標の位置を追跡し続けることが可能な視標位置測定装置に関する。 The present invention relates to a target position measuring apparatus, and more particularly to a target position measuring apparatus capable of continuing to track the position of a target.
例えばモーションキャプチャ等に用いられるような、空間において特定の視標の位置を測定することが可能な視標位置測定装置としては、カメラ等の光学的撮像装置を用いたものや、ホール素子等の磁気センサを用いたもの等が存在する。光学的撮像装置を用いた位置測定装置とは、例えば、２つ以上の複数の撮像装置を用いて視標を撮像して３次元位置を計測するものである（例えば特許文献１）。 For example, a target position measuring device that can measure the position of a specific target in a space, such as used for motion capture, uses an optical imaging device such as a camera, a Hall element, or the like. There are those using a magnetic sensor. The position measurement device using an optical imaging device is, for example, a device that measures a three-dimensional position by imaging a visual target using two or more imaging devices (for example, Patent Document 1).
また、磁気センサを用いた位置測定装置とは、例えば、視標として磁気マーカを用いて、このマーカから発せられる磁界を磁気センサで検出することでその位置を測定するものである（例えば特許文献２）。 A position measuring device using a magnetic sensor uses a magnetic marker as a target, for example, and measures the position by detecting a magnetic field emitted from the marker with the magnetic sensor (for example, Patent Documents). 2).
しかしながら、光学的撮像装置を用いた位置測定装置では、視標が常に撮像装置に撮像されている必要があり、撮像装置の死角に視標が移ると位置を測定できないという問題があった。さらに、視標が急加速度、高速度で移動した場合に、視標を追跡できなくなるという問題もあった。測定精度と測定範囲については、撮像装置の台数に比例するため数多くの撮像装置を用いなければならず、且つ高精度に視標を測定しようと思うと、高速度カメラ等が必要となるため、高価なシステムとなっていた。 However, in the position measuring device using the optical imaging device, there is a problem that the target cannot be measured when the target moves to the blind spot of the imaging device because the target must always be imaged by the imaging device. Furthermore, there is a problem that the target cannot be tracked when the target moves at a rapid acceleration and a high speed. As the measurement accuracy and measurement range are proportional to the number of image pickup devices, a large number of image pickup devices must be used, and a high-speed camera is required to measure the target with high accuracy. It was an expensive system.
また、磁気センサを用いた位置測定装置では、視標からの磁界が届く範囲に測定範囲が限定されるため、その範囲は狭いものであった。また、環境磁場、例えば地磁気の影響も受けるため、測定精度も高いものではなかった。 Further, in the position measuring device using a magnetic sensor, the measurement range is limited to a range where the magnetic field from the target reaches, and thus the range is narrow. Further, since it is also affected by an environmental magnetic field, for example, geomagnetism, the measurement accuracy is not high.
本発明は、斯かる実情に鑑み、視標が置かれる環境に影響を受けずに高精度に視標を追跡してその位置を測定することが可能な視標位置測定装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention seeks to provide a target position measuring apparatus capable of tracking a target with high accuracy and measuring its position without being affected by the environment in which the target is placed. Is.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による視標位置測定装置は、視標に配置され、視標の位置を計測する視標センサ部と、視標センサ部により計測される位置情報を出力する視標情報出力部と、視標の位置を外部から計測し、計測される外部位置情報を出力する外部測定部と、視標情報出力部からの位置情報と外部測定部からの外部位置情報とを用いて、視標の位置を特定する演算部と、を具備するものである。 In order to achieve the above-described object of the present invention, a target position measuring apparatus according to the present invention is arranged on a target and has a target sensor unit for measuring the position of the target and a position measured by the target sensor unit. A target information output unit that outputs information, an external measurement unit that measures the position of the target from the outside and outputs the measured external position information, a position information from the target information output unit, and an external measurement unit A calculation unit that identifies the position of the target using the external position information.
ここで、視標センサ部は、加速度センサ及び角速度センサからなるものであれば良い。 Here, the target sensor unit may be an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
また、視標センサ部は、ＧＰＳセンサを有するものでも良い。 The visual target sensor unit may have a GPS sensor.
また、視標情報出力部は、無線で位置情報を出力するものでも良い。 The target information output unit may output position information wirelessly.
また、視標情報出力部は、外部測定部により視標の位置を外部から計測できないときに視標情報出力部の位置情報の出力を開始し、外部測定部により視標の位置を外部から計測可能なときに視標情報出力部の位置情報の出力を停止するものでも良い。 The target information output unit starts outputting the target information of the target information output unit when the target measurement unit cannot be measured from the outside by the external measurement unit, and the target position is measured from the outside by the external measurement unit. When possible, the output of position information from the target information output unit may be stopped.
さらに、視標情報出力部は、視標センサ部で生じる累積誤差の許容限界に達する間隔よりも短い間隔で位置情報を出力するものでも良い。 Further, the optotype information output unit may output position information at an interval shorter than an interval at which the allowable limit of the accumulated error generated in the optotype sensor unit is reached.
また、外部測定部は、１つの撮像装置と１つの距離センサとからなるものでも良い。 The external measurement unit may be composed of one imaging device and one distance sensor.
また、外部測定部は、一対の撮像装置からなるものでも良い。 The external measurement unit may be composed of a pair of imaging devices.
さらに、外部測定部は、一対の撮像装置と、該一対の撮像装置を少なくとも３自由度に回転駆動可能なアクチュエータとからなるものでも良い。 Furthermore, the external measurement unit may be composed of a pair of imaging devices and an actuator that can rotationally drive the pair of imaging devices in at least three degrees of freedom.
ここで、アクチュエータは、視標情報出力部からの位置情報を用いてフィードフォワード制御されるものでも良い。 Here, the actuator may be feed-forward controlled using position information from the target information output unit.
また、外部測定部は、視標センサ部で生じる累積誤差の許容限界に達する間隔よりも短い間隔で視標の位置を計測し外部位置情報を出力するものでも良い。 Further, the external measurement unit may measure the position of the target at an interval shorter than the interval reaching the allowable limit of the accumulated error generated by the target sensor unit, and output external position information.
また、演算部は、視標情報出力部からの位置情報と外部測定部からの外部位置情報の何れか一方を基準に他方を補正に用いて視標の位置を特定するものでも良い。 In addition, the calculation unit may identify the position of the visual target using either one of the positional information from the visual target information output unit and the external positional information from the external measuring unit as a reference for correction.
また、演算部は、外部測定部により視標の位置を外部から計測できないときに視標情報出力部からの位置情報を用いて視標の位置を特定するものでも良い。 Further, the calculation unit may specify the position of the target using the position information from the target information output unit when the position of the target cannot be measured from the outside by the external measurement unit.
さらに、演算部は、視標センサ部で生じる累積誤差の許容限界に達する間隔よりも短い間隔で、外部測定部からの外部位置情報を用いて視標の位置を特定するものでも良い。 Further, the calculation unit may specify the position of the target using external position information from the external measurement unit at an interval shorter than an interval at which the cumulative error generated in the target sensor unit reaches an allowable limit.
本発明の視標位置測定装置には、視標に設けられる視標位置センサと外部から視標の位置を計測する外部測定器を組み合わせることで、視標を追跡し続けてその位置を正確に測定することが可能であるという利点がある。 The target position measuring apparatus according to the present invention combines the target position sensor provided on the target and the external measuring device for measuring the position of the target from the outside, so that the target can be accurately tracked continuously. There is an advantage that it can be measured.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の視標位置測定装置の構成を説明するための概略ブロック図である。本発明の視標位置測定装置は、視標１０の位置を測定するための装置であり、図示の通り、視標センサ部１２と、視標情報出力部１５と、外部測定部２０と、演算部３０とから主に構成されている。視標１０は、外部測定部２０により測定可能な形状や性質を有するものであれば良く、例えばモーションキャプチャとして本発明の視標位置測定装置を適用した場合には、球状や円板上のマーカであれば良い。また、視標１０は、ゲーム装置のコントローラのように、操作者がそれを動かすことでゲーム装置に所定の動作命令を入力するための装置であっても良い。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a configuration of a target position measuring apparatus according to the present invention. The target position measuring device of the present invention is a device for measuring the position of the target 10, and as shown in the figure, a target sensor unit 12, a target information output unit 15, an external measurement unit 20, and a calculation. It is mainly comprised from the part 30. FIG. The target 10 only needs to have a shape and properties that can be measured by the external measuring unit 20, and for example, when the target position measuring device of the present invention is applied as a motion capture, a marker on a spherical shape or a disk is used. If it is good. Further, the target 10 may be a device for inputting a predetermined operation command to the game device by the operator moving it like a controller of the game device.
本発明の視標位置測定装置の視標センサ部１２は、視標１０に固定されている。視標センサ部１２は、視標１０の位置を計測するためのセンサである。より具体的には、視標センサ部１２は、好ましくは例えば加速度センサ及び角速度センサからなるものである。また、重力センサやＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）センサ等、複数のセンサを組み合わせて使用しても良い。これらの種々のセンサからなる視標センサ部１２は、視標１０に固定されることで、視標１０の相対的又は絶対的な位置を計測するものである。 The target sensor unit 12 of the target position measuring apparatus of the present invention is fixed to the target 10. The visual target sensor unit 12 is a sensor for measuring the position of the visual target 10. More specifically, the visual target sensor unit 12 preferably includes, for example, an acceleration sensor and an angular velocity sensor. Further, a plurality of sensors such as a gravity sensor and a GPS (Global Positioning System) sensor may be used in combination. The visual target sensor unit 12 composed of these various sensors measures the relative or absolute position of the visual target 10 by being fixed to the visual target 10.
また、視標１０の視標センサ部１２には、視標情報出力部１５が接続されている。視標情報出力部１５は、視標センサ部１２の出力信号、即ち、視標の位置情報を演算部３０へ送信するためのものであり、視標情報出力部１５には、視標センサ部１２の出力が入力される。なお、図示例では、視標１０に視標情報出力部１５が包含されているように示されているが、本発明はこれに限定されず、視標センサ部１２からの出力が視標情報出力部１５に入力されていれば、視標情報出力部１５は視標１０の外部に設けられていても良い。また、複数の視標の位置を演算部３０側で識別可能とするために、各視標情報出力部において、ユニークなＩＤ番号等を視標の３次元位置と共に位置情報に埋め込むことも可能である。なお、本明細書中では、視標センサ部１２と視標情報出力部１５を分けて記載しているが、本発明はこれに限定されず、出力機能付きのセンサ等であっても勿論構わない。 A target information output unit 15 is connected to the target sensor unit 12 of the target 10. The target information output unit 15 is for transmitting the output signal of the target sensor unit 12, that is, the position information of the target, to the arithmetic unit 30, and the target information output unit 15 includes the target sensor unit. Twelve outputs are input. In the illustrated example, the target information output unit 15 is shown to be included in the target 10, but the present invention is not limited to this, and the output from the target sensor unit 12 is the target information. The target information output unit 15 may be provided outside the target 10 as long as it is input to the output unit 15. In addition, in order to be able to identify the positions of a plurality of targets on the calculation unit 30 side, each target information output unit can embed a unique ID number or the like in the position information together with the three-dimensional position of the target. is there. In the present specification, the target sensor unit 12 and the target information output unit 15 are described separately. However, the present invention is not limited to this, and a sensor with an output function or the like may of course be used. Absent.
ここで、視標情報出力部１５から演算部３０への位置情報の出力は、無線通信又は有線通信で行われる。例えばモーションキャプチャ等の用途では、視標１０は独立していることが好ましいため、無線通信で行われることが好ましい。なお、視標情報出力部１５からの出力が無線通信で行われる場合には、演算部３０はそれに応じた無線通信装置を有するものとすれば良い。 Here, the output of position information from the target information output unit 15 to the calculation unit 30 is performed by wireless communication or wired communication. For example, in applications such as motion capture, the visual target 10 is preferably independent, and is preferably performed by wireless communication. In addition, when the output from the optotype information output unit 15 is performed by wireless communication, the calculation unit 30 may have a wireless communication device corresponding thereto.
そして、本発明の視標位置測定装置では、このような視標１０の位置を外部から計測するために、外部測定部２０を用いている。外部測定部２０は、視標１０の位置を外部から計測し、外部位置情報として視標１０の３次元位置を演算部３０へ出力するものである。外部測定部２０は、光学的に視標１０の３次元位置を測定できるもの、例えば撮像装置を用いたもの等が好ましい。外部測定部２０の詳細な構成は、後に説明する。なお、外部測定部２０は光学的なセンサには限定されず、非接触に視標の位置を計測可能なものであれば良く、例えば超音波センサや磁気センサ等であっても良い。 And in the target position measuring apparatus of this invention, in order to measure the position of such a target 10 from the outside, the external measuring part 20 is used. The external measurement unit 20 measures the position of the visual target 10 from the outside, and outputs the three-dimensional position of the visual target 10 to the calculation unit 30 as external position information. The external measuring unit 20 is preferably capable of optically measuring the three-dimensional position of the visual target 10, for example, using an imaging device. The detailed configuration of the external measurement unit 20 will be described later. Note that the external measuring unit 20 is not limited to an optical sensor, and may be any device that can measure the position of a target in a non-contact manner, and may be, for example, an ultrasonic sensor or a magnetic sensor.
本発明の視標位置測定装置では、上述の視標センサ部１２により計測され視標情報出力部１５により出力される位置情報と、外部測定部２０により計測され出力される外部位置情報とを用いて、視標の位置を演算部３０にて特定している。演算部３０は、例えばパーソナルコンピュータやＤＳＰ等、演算処理を行えるものであれば良い。演算部３０では、視標センサ部１２の位置情報と外部測定部２０の外部位置情報とを用いて、より正確に且つ相補的に視標１０の位置を特定している。即ち、本発明の視標位置測定装置によれば、視標センサ部の位置情報と外部測定部の外部位置情報の何れか一方を基準とし、他方を補正として用いることで、より正確に視標の位置を特定することが可能である。 In the target position measuring apparatus of the present invention, position information measured by the target sensor unit 12 and output by the target information output unit 15 and external position information measured and output by the external measurement unit 20 are used. Thus, the position of the visual target is specified by the calculation unit 30. The arithmetic unit 30 may be anything that can perform arithmetic processing, such as a personal computer or a DSP. The calculation unit 30 specifies the position of the visual target 10 more accurately and complementarily using the positional information of the visual target sensor unit 12 and the external positional information of the external measurement unit 20. That is, according to the target position measurement apparatus of the present invention, the target information is more accurately used by using one of the position information of the target sensor unit and the external position information of the external measurement unit as a reference and using the other as a correction. Can be specified.
ここで、視標センサ部１２に用いられる加速度センサや角速度センサは、相対的な変位は計測できるが絶対的な変位は計測することが難しい。また、相対的な変位については、累積誤差が生じてしまうため、視標の測定をある程度の時間長で行うとその誤差が無視できなくなってくる。しかしながら、加速度センサや角速度センサは、変位に対する応答性は高いため、視標が高速に移動しても視標の位置を追跡可能な性能を有している。一方、外部測定部２０に用いられる撮像装置を用いるような光学的センサでは、累積誤差は生じないが、変位に対する応答性はその撮像装置のフレームレートに主に影響され、一般的な３０フレーム／秒程度のフレームレートでは十分な応答性は得られない場合がある。勿論、フレームレートを高くした高速度カメラ等を用いれば応答性も高めることが可能ではあるが、この場合には、撮像された画像から視標の位置をリアルタイムに算出する視覚フィードバック制御のための処理を高速に行う必要があるため、撮像装置自体のコストだけでなく演算部のコストも上がってしまうという問題がある。また、外部測定部２０が光学的センサである場合、外部測定部２０の視野を遮るものが存在すると死角となってしまうため、この死角に視標１０が入ってしまうと、視標１０を外部から計測することができなくなってしまうという問題もある。 Here, the acceleration sensor and the angular velocity sensor used for the visual target sensor unit 12 can measure relative displacement, but it is difficult to measure absolute displacement. In addition, since a cumulative error occurs with respect to the relative displacement, if the target is measured for a certain length of time, the error cannot be ignored. However, since the acceleration sensor and the angular velocity sensor have high responsiveness to displacement, they have the performance of tracking the position of the target even if the target moves at high speed. On the other hand, an optical sensor using an imaging device used for the external measuring unit 20 does not generate a cumulative error, but the response to displacement is mainly influenced by the frame rate of the imaging device, and a general 30 frames / Sufficient responsiveness may not be obtained at a frame rate of about a second. Of course, responsiveness can be improved by using a high-speed camera or the like with a high frame rate, but in this case, for visual feedback control that calculates the position of the target in real time from the captured image. Since processing needs to be performed at high speed, there is a problem that not only the cost of the imaging apparatus itself but also the cost of the calculation unit increases. Further, when the external measuring unit 20 is an optical sensor, if there is something that obstructs the visual field of the external measuring unit 20, it becomes a blind spot. There is also a problem that it becomes impossible to measure from.
しかしながら、本発明の視標位置測定装置によれば、演算部３０により、例えば視標センサ部１２により生じ得る累積誤差を補正するために、外部測定部２０による外部位置情報を用いて視標１０の位置を特定することが可能となる。また、外部測定部２０により視標の位置を外部から計測できないとき、即ち、外部測定部２０からの外部位置情報が途切れたときに、視標センサ部１２による位置情報を用いて補うことも可能である。例えば、視標１０が死角に入ってしまい外部測定部２０により測定できなくなった場合でも、演算部３０では、視標センサ部１２による位置情報を用いて視標１０の位置を特定する。さらに、視標１０が高速移動した場合等、外部測定部２０による測定が追い付かない場合であっても、視標センサ部１２による位置情報を用いて補うことで、視標１０を追跡し続けてその位置を特定することが可能となる。 However, according to the target position measurement device of the present invention, the target 10 is corrected by using the external position information from the external measurement unit 20 in order to correct the accumulated error that may be caused by the target sensor unit 12, for example. It becomes possible to specify the position of. Further, when the position of the target cannot be measured from the outside by the external measuring unit 20, that is, when the external position information from the external measuring unit 20 is interrupted, it can be supplemented by using the position information from the target sensor unit 12. It is. For example, even when the visual target 10 enters the blind spot and cannot be measured by the external measurement unit 20, the calculation unit 30 specifies the position of the visual target 10 using the positional information from the visual target sensor unit 12. Furthermore, even when the measurement by the external measurement unit 20 cannot catch up, such as when the target 10 moves at high speed, the target 10 is continuously tracked by using the position information from the target sensor unit 12 to compensate. The position can be specified.
本発明の視標位置測定装置では、視標センサ部１２による計測を主とし、外部測定部２０による計測を従として構成すれば、外部測定部２０の計測レート（計測間隔又は出力間隔）は高くなくても良い。即ち、外部測定部２０の計測レートは、視標センサ部１２で生じる累積誤差の許容限界に達する間隔よりも短い間隔の計測レートで測定・出力し、この外部位置情報を視標センサ部１２による位置情報の累積誤差の補正に用いる。これにより、演算部３０により特定される視標１０の位置は、許容累積誤差範囲内に収まるものとなる。このように、本発明の視標位置測定装置では、外部測定部２０の計測レートが必ずしも高い必要がないため、例えば撮像装置を用いるような光学的センサの場合には、高価な高速度カメラ等を用いなくても良い。さらに、許容累積誤差範囲がある程度広ければ、スチルカメラを用いても良い。またさらに、計測レートが低くても良いため、高解像度な撮像画像であっても、視覚フィードバック制御のための演算処理の負荷も低く抑えることが可能となる。 In the target position measurement apparatus of the present invention, if the measurement by the target sensor unit 12 is mainly used and the measurement by the external measurement unit 20 is a slave, the measurement rate (measurement interval or output interval) of the external measurement unit 20 is high. It is not necessary. That is, the measurement rate of the external measurement unit 20 is measured and output at a measurement rate that is shorter than the interval that reaches the allowable limit of the cumulative error that occurs in the visual target sensor unit 12, and this external position information is obtained by the visual target sensor unit 12. This is used to correct the accumulated error of position information. Thereby, the position of the target 10 specified by the calculation unit 30 falls within the allowable cumulative error range. Thus, in the target position measurement apparatus of the present invention, the measurement rate of the external measurement unit 20 does not necessarily have to be high. For example, in the case of an optical sensor using an imaging apparatus, an expensive high-speed camera or the like May not be used. Furthermore, a still camera may be used if the allowable accumulated error range is wide to some extent. Furthermore, since the measurement rate may be low, it is possible to reduce the processing load for visual feedback control even for a high-resolution captured image.
また、外部測定部２０による計測を主とし、視標センサ部１２による計測を従として構成した場合には、視標センサ部１２の計測レート、又は視標情報出力部１５の出力レートは高くなくても良い。視標情報出力部１５から演算部３０への位置情報の送信が無線通信で行われる場合には、視標センサ部１２や視標情報出力部１５はバッテリ駆動されることが好ましいが、特に無線通信の消費電力を考慮すると、視標情報出力部１５の出力レートは低いことが好ましい。したがって、視標情報出力部１５は、好ましくは視標センサ部１２で生じる累積誤差の許容限界に達する間隔よりも短い間隔の出力レートで位置情報を出力する。なお、視標センサ部１２の計測レートを低くしても構わない。これにより、演算部３０により特定される視標１０の位置は、許容累積誤差範囲内に収まるものとなると共に、バッテリ駆動であってもその駆動時間を伸ばすことが可能となる。 Further, when the measurement by the external measurement unit 20 is mainly performed and the measurement by the target sensor unit 12 is configured as a slave, the measurement rate of the target sensor unit 12 or the output rate of the target information output unit 15 is not high. May be. When transmission of position information from the optotype information output unit 15 to the calculation unit 30 is performed by wireless communication, the optotype sensor unit 12 and the optotype information output unit 15 are preferably battery-driven. In consideration of communication power consumption, the output rate of the target information output unit 15 is preferably low. Therefore, the optotype information output unit 15 preferably outputs the position information at an output rate with an interval shorter than the interval that reaches the allowable limit of the accumulated error generated by the optotype sensor unit 12. Note that the measurement rate of the visual target sensor unit 12 may be lowered. Thereby, the position of the target 10 specified by the calculation unit 30 falls within the allowable accumulated error range, and the driving time can be extended even when the battery is driven.
さらに、視標情報出力部１５に関して、定期的に位置情報を出力するのではなく、必要なときのみ位置情報を出力するように制御することも可能である。即ち、外部測定部２０により視標１０の位置を外部から計測できないときに、視標情報出力部１５の位置情報の出力を開始するようにし、外部測定部２０により視標１０の位置を外部から計測可能なときには。視標情報出力部１５の位置情報の出力を停止するように制御しても良い。外部測定部２０により視標１０が計測できない場合とは、例えば視標１０が外部測定部２０の死角に入った場合や、視標１０が高速に変位した場合等である。このような場合のみ視標情報出力部１５からの位置情報を用いれば、バッテリ駆動であってもその駆動時間を伸ばすことが可能となる。 Furthermore, the target information output unit 15 can be controlled not to output the position information periodically but to output the position information only when necessary. That is, when the position of the target 10 cannot be measured from the outside by the external measuring unit 20, the output of the position information of the target information output unit 15 is started, and the position of the target 10 is externally detected by the external measuring unit 20. When measurement is possible. You may control to stop the output of the positional information of the optotype information output unit 15. The case where the visual target 10 cannot be measured by the external measurement unit 20 is, for example, the case where the visual target 10 enters the blind spot of the external measurement unit 20 or the case where the visual target 10 is displaced at high speed. If the position information from the visual target information output unit 15 is used only in such a case, the driving time can be extended even when the battery is driven.
より具体的には、演算部３０において、外部測定部２０からの外部位置情報のみを用いて視標１０の位置を特定して視標１０を追跡し続ける。そして、外部測定部２０からの外部位置情報が途切れた場合、即ち、視標１０が死角に入った場合や高速移動した場合に、演算部３０から視標センサ部１２や視標情報出力部１５に対して位置情報を要求する。演算部３０では、この要求に応じて出力される視標情報出力部１５からの位置情報を用いて、視標１０の位置を特定して視標１０を追跡し続けることが可能となる。 More specifically, the calculation unit 30 continues to track the target 10 by specifying the position of the target 10 using only the external position information from the external measurement unit 20. When the external position information from the external measurement unit 20 is interrupted, that is, when the target 10 enters the blind spot or moves at high speed, the target sensor unit 12 or the target information output unit 15 is output from the calculation unit 30. Request location information for. The calculation unit 30 can continue to track the target 10 by specifying the position of the target 10 using the position information from the target information output unit 15 output in response to this request.
次に、本発明の視標位置測定装置の構成要素のうち、特に外部測定部の構成について、より詳細に説明する。外部測定部は、視標の３次元位置を測定するための装置である。以下、図２を用いて本発明の視標位置測定装置の第１実施例を説明する。図２は、本発明の視標位置測定装置において、外部測定部を１つの撮像装置と１つの距離センサで構成した第１実施例を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表している。 Next, in particular, the configuration of the external measurement unit among the components of the target position measurement apparatus of the present invention will be described in more detail. The external measurement unit is a device for measuring the three-dimensional position of the visual target. The first embodiment of the target position measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram for explaining the first embodiment in which the external measurement unit is configured by one imaging device and one distance sensor in the target position measurement apparatus of the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG.
３次元位置を測定するためには、例えば外部測定部からの距離（奥行き）と２次元平面上の位置（縦横位置）が測定できれば良い。そこで、本発明の視標位置測定装置の第１実施例において、外部測定部２０は、１つの撮像装置２１と１つの距離センサ２２と、これらを駆動するアクチュエータ２３とから構成されている。なお、アクチュエータ２３は、距離センサ２２のみを駆動するものであっても良い。撮像装置２１は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等を用いたデジタルビデオカメラからなるものである。また、アクチュエータ２３は、撮像装置２１又は距離センサ２２を、少なくとも３自由度に回転駆動可能なものである。 In order to measure the three-dimensional position, for example, the distance (depth) from the external measurement unit and the position (vertical / horizontal position) on the two-dimensional plane may be measured. Therefore, in the first embodiment of the target position measuring apparatus of the present invention, the external measuring unit 20 is composed of one imaging device 21, one distance sensor 22, and an actuator 23 that drives them. The actuator 23 may drive only the distance sensor 22. The imaging device 21 is composed of a digital video camera using, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor. The actuator 23 can rotate the imaging device 21 or the distance sensor 22 with at least three degrees of freedom.
撮像装置２１により視標１０を撮像すると、その撮像された画像における視標１０の位置により、撮像装置２１に対する視標１０の２次元平面上の位置が計測できる。なお、この縦横位置の計測精度は、撮像装置２１のピクセル数に比例する。また、撮像装置２１もアクチュエータ２３により駆動される場合には、撮像画像の所定の位置、例えば撮像画像の中心に視標１０が位置するようにアクチュエータ２３により撮像装置２１を視覚フィードバック制御する。このとき、撮像装置２１の向いている角度を、アクチュエータのモータに付けられるエンコーダにより測定することで、撮像装置２１に対する視標１０の２次元平面上の位置が計測できる。 When the target 10 is imaged by the imaging device 21, the position of the target 10 on the two-dimensional plane with respect to the imaging device 21 can be measured from the position of the target 10 in the captured image. Note that the measurement accuracy of the vertical and horizontal positions is proportional to the number of pixels of the imaging device 21. When the imaging device 21 is also driven by the actuator 23, visual feedback control of the imaging device 21 is performed by the actuator 23 so that the target 10 is positioned at a predetermined position of the captured image, for example, the center of the captured image. At this time, the position on the two-dimensional plane of the target 10 relative to the imaging device 21 can be measured by measuring the angle at which the imaging device 21 is directed by an encoder attached to the motor of the actuator.
そして、距離センサ２２は、例えばレーザ距離計や超音波距離計等の非接触な距離計からなるものである。距離センサ２２により、視標１０までの距離を計測する。なお、アクチュエータ２３を用いることで、視標１０を追跡しながらリアルタイムに距離を計測可能である。視標１０の追跡には、撮像装置２１による撮像画像を用いても良い。 The distance sensor 22 is a non-contact distance meter such as a laser distance meter or an ultrasonic distance meter. The distance to the target 10 is measured by the distance sensor 22. By using the actuator 23, the distance can be measured in real time while tracking the visual target 10. An image captured by the imaging device 21 may be used for tracking the target 10.
これら撮像装置２１と距離センサ２２による計測結果を用いて、視標１０の３次元位置が算出される。このような構成の外部測定部２０により計測された外部位置情報と、視標センサ部１２からの位置情報とを用いて、演算部３０により視標１０の位置を特定するのは、図１を用いて説明した通りである。 The three-dimensional position of the visual target 10 is calculated using the measurement results obtained by the imaging device 21 and the distance sensor 22. The position of the visual target 10 is specified by the calculation unit 30 using the external position information measured by the external measurement unit 20 having such a configuration and the positional information from the visual target sensor unit 12 as shown in FIG. This is as described above.
本発明の第１実施例の視標位置測定装置によれば、撮像装置が１つだけで足りるため、安価に構成可能である。 According to the target position measurement apparatus of the first embodiment of the present invention, since only one imaging apparatus is required, it can be configured at low cost.
次に、図３を用いて本発明の視標位置測定装置の第２実施例を説明する。図３は、本発明の視標位置測定装置において、外部測定部を一対の撮像装置で構成した第２実施例を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表している。図示の通り、本実施例では、外部測定部２０が、一対の撮像装置２４から構成されている。一対の撮像装置２４は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等を用いたデジタルビデオカメラからなるものである。一対の撮像装置２４により視標１０を撮像すると、その撮像された各画像における視標１０の位置と、一対の撮像装置２４間の距離とを用いることで、三角測量の原理により視標１０の３次元位置が算出される。 Next, a second embodiment of the target position measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram for explaining a second embodiment in which the external measurement unit is constituted by a pair of imaging devices in the target position measurement apparatus of the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in the figure, in this embodiment, the external measuring unit 20 includes a pair of imaging devices 24. The pair of imaging devices 24 is composed of a digital video camera using, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor. When the target 10 is imaged by the pair of imaging devices 24, the position of the target 10 in each captured image and the distance between the pair of imaging devices 24 are used, so that the target 10 is detected based on the principle of triangulation. A three-dimensional position is calculated.
このような構成の外部測定部２０により計測された外部位置情報と、視標センサ部１２からの位置情報とを用いて、演算部３０により視標１０の位置を特定するのは、図１を用いて説明した通りである。 The position of the visual target 10 is specified by the calculation unit 30 using the external position information measured by the external measurement unit 20 having such a configuration and the positional information from the visual target sensor unit 12 as shown in FIG. This is as described above.
本発明の第２実施例の視標位置測定装置によれば、アクチュエータ等の駆動部分が不要であるため、シンプルな構成で測定装置を実現することが可能である。 According to the visual target position measurement apparatus of the second embodiment of the present invention, since a drive portion such as an actuator is not necessary, the measurement apparatus can be realized with a simple configuration.
次に、図４を用いて本発明の視標位置測定装置の第３実施例を説明する。図４は、本発明の視標位置測定装置において、外部測定部を一対の撮像装置で構成した第３実施例を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表している。図示の通り、本実施例では、外部測定部２０が、一対の撮像装置２５と、これらを駆動するアクチュエータ２３とから構成される、両眼アクティブカメラを用いたものとなっている。また、必要により広角撮像装置２６を設けて、一対の撮像装置２５を望遠撮像装置としても良い。一対の撮像装置２５や広角撮像装置２６は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等を用いたデジタルビデオカメラからなるものである。アクチュエータ２３は、撮像装置２５を少なくとも３自由度に回転駆動可能なものである。 Next, a third embodiment of the target position measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining a third embodiment in which the external measurement unit is constituted by a pair of imaging devices in the target position measurement apparatus of the present invention. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. As shown in the figure, in this embodiment, the external measurement unit 20 uses a binocular active camera including a pair of imaging devices 25 and an actuator 23 for driving them. Further, if necessary, a wide-angle imaging device 26 may be provided, and the pair of imaging devices 25 may be telephoto imaging devices. The pair of imaging devices 25 and the wide-angle imaging device 26 are composed of digital video cameras using, for example, a CCD sensor or a CMOS sensor. The actuator 23 can rotate the imaging device 25 with at least three degrees of freedom.
本発明の視標位置測定装置の第３実施例においては、一対の撮像装置２５による各撮像画像の所定の位置、例えば撮像画像の中心に視標１０が位置するようにアクチュエータ２３により各撮像装置２５を視覚フィードバック制御する。このとき、各撮像装置２５の向いている角度を、アクチュエータのモータに付けられるエンコーダによりそれぞれ測定し、この角度と一対の撮像装置２５間の距離とを用いることで、三角測量の原理により視標１０の３次元位置が計測される。エンコーダによる分解能、即ち、角度計測は高精度であるため、視標の位置計測は高精度に行われる。 In the third embodiment of the target position measuring apparatus of the present invention, each imaging apparatus is operated by the actuator 23 so that the target 10 is positioned at a predetermined position of each captured image by the pair of imaging apparatuses 25, for example, the center of the captured image. 25 is controlled by visual feedback. At this time, the angle to which each image pickup device 25 is directed is measured by an encoder attached to the motor of the actuator, and the target between the image pickup device 25 and the distance between the pair of image pickup devices 25 is used according to the principle of triangulation. Ten three-dimensional positions are measured. Since the resolution by the encoder, that is, the angle measurement is highly accurate, the position measurement of the target is performed with high accuracy.
さらに、外部測定部２０を、望遠撮像装置である一対の撮像装置２５と広角撮像装置２６とを用いた構成とした場合、さらに高精度に視標１０の位置を特定することが可能となる。即ち、位置の測定精度は、撮像装置の視野角とピクセル数、アクチュエータのエンコーダの分解能により決定されるが、広角撮像装置２６を用いて視標１０の大まかな位置を検出した後、その位置に注視するように望遠撮像装置である一対の撮像装置２５をアクチュエータ２３で駆動すれば、高解像度に視標１０を撮像することが可能となる。したがって、より高精度に３次元位置が計測される。 Furthermore, when the external measurement unit 20 is configured using a pair of imaging devices 25 and a wide-angle imaging device 26 that are telephoto imaging devices, the position of the visual target 10 can be specified with higher accuracy. That is, the position measurement accuracy is determined by the viewing angle and the number of pixels of the imaging device and the resolution of the encoder of the actuator, but after the rough position of the target 10 is detected using the wide-angle imaging device 26, If the pair of imaging devices 25 that are telephoto imaging devices are driven by the actuator 23 so as to watch, the target 10 can be imaged with high resolution. Therefore, the three-dimensional position is measured with higher accuracy.
また、本発明の視標位置測定装置では、アクチュエータ２３の制御系に、視標１０に配置される視標センサ部１２による位置情報を用いることが可能である。一対の撮像装置２５による各撮像画像の情報を基に、例えば常に撮像画像の中心に視標１０が位置するようにアクチュエータ２３を視覚フィードバック制御している場合、視標１０が高速移動したときには、画像処理能力やアクチュエータ等の駆動系の運動制御能力の問題により、視標１０に追従して撮像装置２５を駆動できなくなる場合もあり得る。しかしながら、本発明の視標位置測定装置の第３実施例によれば、視標１０に設けられた視標センサ部１２により視標１０の位置計測を行っているため、視標情報出力部１５から出力される位置情報を用いれば、アクチュエータ２３をフィードフォワード制御することが可能となる。即ち、視標情報出力部１５からの位置情報を用いて、視標１０の位置に撮像装置２５を注視するようにアクチュエータ２３を駆動制御させれば、撮像画像を画像処理により解析するよりも高速に駆動できる。なお、このことは第１実施例のアクチュエータの制御でも同様である。 Further, in the target position measurement apparatus of the present invention, position information from the target sensor unit 12 arranged on the target 10 can be used for the control system of the actuator 23. Based on the information of each captured image by the pair of imaging devices 25, for example, when the actuator 23 is visually feedback controlled so that the target 10 is always located at the center of the captured image, when the target 10 moves at high speed, There may be a case where the imaging device 25 cannot be driven following the target 10 due to problems in image processing capability or motion control capability of a driving system such as an actuator. However, according to the third embodiment of the target position measurement apparatus of the present invention, the target information output unit 15 is configured to measure the position of the target 10 by the target sensor unit 12 provided in the target 10. If the position information output from is used, the actuator 23 can be feedforward controlled. That is, using the position information from the target information output unit 15 to drive and control the actuator 23 so that the imaging device 25 is watched at the position of the target 10, the captured image is faster than analyzing the captured image by image processing. Can be driven. This also applies to the control of the actuator of the first embodiment.
このような構成の外部測定部２０により計測された外部位置情報と、視標センサ部１２からの位置情報とを用いて、演算部３０により視標１０の位置を特定するのは、図１を用いて説明した通りである。 The position of the visual target 10 is specified by the calculation unit 30 using the external position information measured by the external measurement unit 20 having such a configuration and the positional information from the visual target sensor unit 12 as shown in FIG. This is as described above.
なお、両眼アクティブカメラの構成としては、図示例のものには限定されず、本願の発明者と同一の発明者による特開２００７−０９３４７９や特開２００７−１２０９９３等を利用することも可能である。 The configuration of the binocular active camera is not limited to the illustrated example, and it is also possible to use JP2007-093479, JP2007-120993, etc. by the same inventor as the inventor of the present application. is there.
以下、本発明の第３実施例の視標位置測定装置について、外部測定部のより詳細な測定原理について説明する。図５は、第３実施例の外部測定部の一対の撮像装置と視標との位置関係を説明するための図である。図中、図４と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表している。なお、図５において、θ１は一対の撮像装置２５の中間位置におけるｘｙ平面上の回転角、θ２は各撮像装置のｘｚ平面上の回転角、θ３、θ４は各撮像装置のｘｙ平面上の回転角とする。また、一対の撮像装置のｘｙ平面上における回転運動、即ち輻輳開散運動を、図示例のように独立して運動しないよう制限し、１つのアクチュエータで制御可能なように構成した場合には、θ３＝−θ４である。 Hereinafter, a more detailed measurement principle of the external measurement unit will be described for the target position measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining the positional relationship between a pair of imaging devices and a target of the external measurement unit according to the third embodiment. In the figure, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. In FIG. 5, θ 1 is a rotation angle on the xy plane at an intermediate position between the pair of imaging devices 25, θ 2 is a rotation angle on the xz plane of each imaging device, and θ 3 and θ 4 are xy of each imaging device. The rotation angle on the plane. In addition, when the rotational movement on the xy plane of the pair of imaging devices, that is, the convergence spreading movement is limited so as not to move independently as in the illustrated example, and configured to be controllable by one actuator, θ 3 = −θ 4 .
一対の撮像装置間の距離Ｌと、θ２、θ３、θ４とを用いることで、三角測量の原理により、視標１０の３次元位置を算出することができる。これにより、撮像画像を用いた視覚フィードバック制御が行われる。 By using the distance L between the pair of imaging devices and θ 2 , θ 3 , and θ 4 , the three-dimensional position of the target 10 can be calculated based on the principle of triangulation. Thereby, visual feedback control using the captured image is performed.
また、一対の撮像装置２５の回転中心の中間位置の点から視標までの距離ｌは、以下の式で求めることができる。
また、視標１０の視標センサ部１２による位置情報、より具体的には例えば視標１０の並進加速度信号と、アクチュエータ２３の回転角加速度との関係は、以下の式で表わされる。
したがって、撮像画像を用いた視覚フィードバック制御を行うと共に、数２の加速度情報を用いたフィードフォワード制御を行うことにより、アクチュエータ２３を高速に駆動することが可能となる。 Therefore, it is possible to drive the actuator 23 at high speed by performing visual feedback control using a captured image and performing feedforward control using the acceleration information of Equation 2.
また、視標１０が撮像装置２５の死角に入った場合であっても、リアルタイムで得られる数２の加速度情報を用いて視標１０の位置を算出し、これを基にアクチュエータ２３を制御すれば良い。 Even when the target 10 enters the blind spot of the imaging device 25, the position of the target 10 is calculated using the acceleration information of Formula 2 obtained in real time, and the actuator 23 is controlled based on this. It ’s fine.
以上、説明したように、本発明の視標位置測定装置によれば、視標が置かれる環境に影響を受けずに高精度に視標を追跡してその位置を測定することが可能となる。 As described above, according to the target position measurement apparatus of the present invention, it is possible to track the target with high accuracy and measure the position without being affected by the environment where the target is placed. .
なお、本発明の視標位置測定装置は、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。 It should be noted that the target position measuring apparatus of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、位置計測を行うセンサについては、上述したセンサに限定されず、視標に配置可能で視標の位置を計測できるものや、外部から視標の位置を計測できるものであって、これらを本発明の効果が得られるように組み合わせられるものであれば如何なるものであっても適用可能である。 For example, the sensor for measuring the position is not limited to the above-described sensors, and can be placed on the target and can measure the position of the target, or can measure the position of the target from the outside. Any combination is possible so long as the effects of the present invention can be obtained.
また、上述の図示例では視標側には加速度センサ等を設け、外部測定部に撮像装置等を設けたものを説明したが、本発明はこれに限定されず、さらに、視標側にも撮像装置等を設けて外部測定部の位置を計測するようにし、外部測定部にも加速度センサ等を設けて外部測定部の位置を計測するようにすることで、双方の変位を双方で計測することも可能である。 In the illustrated example described above, an acceleration sensor or the like is provided on the target side and an imaging device or the like is provided on the external measurement unit. However, the present invention is not limited to this, and the target side is also provided. By measuring the position of the external measurement unit by providing an imaging device, etc., and measuring the position of the external measurement unit by providing an acceleration sensor etc. also in the external measurement unit, both displacements are measured It is also possible.
本発明の活用例としては、例えばテレビゲーム装置のリモコンを視標とし、そのリモコンの位置によりゲームの操作を行うものが挙げられる。テレビモニタ側に外部測定部を配置し、視標としてのリモコンの位置を外部から計測すると共に、リモコンに内蔵される視標センサ部によりリモコンの位置を計測する。そして、外部測定部からリモコンが見えなくなった場合やリモコンを高速動作させた場合等に、視標センサ部による位置情報を用いて視標の位置を特定することが可能である。 As an application example of the present invention, for example, a remote control of a video game device is used as a target, and a game operation is performed by the position of the remote control. An external measuring unit is arranged on the television monitor side, and the position of the remote controller as a target is measured from the outside, and the position of the remote controller is measured by a target sensor unit built in the remote controller. Then, when the remote controller becomes invisible from the external measurement unit or when the remote controller is operated at a high speed, it is possible to specify the position of the target using the position information from the target sensor unit.
また、海上に設けられるブイに本発明を活用することも可能である。ブイを視標とし、船舶等に設置される外部測定部によりブイを計測する。ブイは波によりその位置が変動するため、視覚フィードバック制御やフィードフォワード制御等によりブイの位置を測定することで、波の高さを計測することが可能である。本発明の視標位置測定装置によれば、例えば波によりブイが外部測定部から見えなくなった場合であっても、ブイに内蔵される視標センサ部による位置情報を用いてブイの位置を追跡し続けることが可能である。なお、ブイにＧＰＳセンサも設けておけば、ＧＰＳセンサによるブイのある程度の位置を用いて、初期測定時に外部測定部をブイの方向に自動的に向けることも可能である。 Moreover, it is also possible to utilize this invention for the buoy provided in the sea. Using the buoy as a target, the buoy is measured by an external measuring unit installed on a ship or the like. Since the position of the buoy varies depending on the wave, the height of the wave can be measured by measuring the position of the buoy by visual feedback control, feedforward control, or the like. According to the target position measurement apparatus of the present invention, for example, even when a buoy is not visible from an external measurement unit due to a wave, the position of the buoy is tracked using position information from a target sensor unit built in the buoy. It is possible to continue. If the buoy is also provided with a GPS sensor, it is possible to automatically point the external measurement unit in the direction of the buoy during initial measurement using a certain position of the buoy by the GPS sensor.
１０ 視標
１２ 視標センサ部
１５ 視標情報出力部
２０ 外部測定部
２１，２４，２５，２６ 撮像装置
２２ 距離センサ
２３ アクチュエータ
３０ 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Target 12 Target sensor part 15 Target information output part 20 External measurement part 21,24,25,26 Imaging device 22 Distance sensor 23 Actuator 30 Calculation part
Claims (14)
視標に配置され、視標の位置を計測する視標センサ部と、
前記視標センサ部により計測される位置情報を出力する視標情報出力部と、
視標の位置を外部から計測し、計測される外部位置情報を出力する外部測定部と、
前記視標情報出力部からの位置情報と前記外部測定部からの外部位置情報とを用いて、視標の位置を特定する演算部と、
を具備することを特徴とする視標位置測定装置。 A target position measuring device for measuring the position of a target, the target position measuring device comprising:
A target sensor unit arranged on the target and measuring the position of the target;
A target information output unit that outputs position information measured by the target sensor unit;
An external measurement unit that measures the position of the target from outside and outputs external position information to be measured;
Using the position information from the target information output unit and the external position information from the external measurement unit, a calculation unit that identifies the position of the target,
A target position measuring apparatus comprising:
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