JP2009245462A - 情報機器操作装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
運転者の手の外光の当たる面とは反対の面を撮像できる位置にカメラ20を配置し、操作物体抽出部60において複数の照度条件下で取得した差分画像から運転者の手の画像を抽出する。検出部70において、抽出した運転者の手の画像からエッジ画像を生成抽出し、そのエッジの平均方向を検出し、検出したエッジの平均方向をタッチパネル100上の運転者の手の方向として、運転者の手の回転角度を検出する。また、差分画像の重心位置を検出し、その重心位置の時間的な変化に基づいて運転者の手の移動方向と移動距離とを検出し、検出した運転者の手の回転角度、移動方向及び移動量を信号出力部80からカーナビゲーション装置10へ出力する。
【選択図】図1
Description
ことができる。
情報機器操作装置は、操作物体における外光の当たる面とは反対の面を撮像できる位置に撮像手段(20)が配置されている。つまり、撮像手段(20)では、操作物体の陰の部分の画像を取得することになる。したがって、外光の照度が変化しても操作物体の陰の部分の照度の変化は少ないので、外光の影響を受けにくい。
例えば、表示装置に操作用の表示をさせる情報機器(10)の場合には、その操作用の表示に、操作物体を重畳表示させれば、その表示を操作者が目視しながら情報機器(10)の操作を行うことができる。
このように、三次元空間における操作物体の動きを検出すれば、二次元面における操作物体の動きに比べ、より多くの情報が得られる。したがって、検出した三次元空間における操作物体の動きによって、情報機器(10)のより複雑な操作を行うことができる。
ところで、三次元回転角度を検出するには、前述の操作物体の画像を用いる方法以外にも、操作物体までの距離を用いる方法もある。つまり、請求項5に記載のように、操作物体までの距離を計測するための少なくとも3つの距離センサ(90)を備え、空間回転角検出手段(76)は、少なくとも3つの距離センサ(90)によって検出された距離に基づいて操作物体の三次元回転角度を検出するのである。
また、請求項6に記載のように2つの照明を使用する方法もある。すなわち、照明手段(30)を、第1照明手段(32)と、第1照明手段(32)と異なる位置に配置され、照射された光が第1照明手段(32)から照射された光と撮像手段(20)から所定の距離で交わるように構成された第2照明手段(34)と構成する。
また、請求項11に記載のように、操作物体までの距離を計測するための距離センサ(90)を備え、空間移動検出手段(78)は、距離センサ(90)によって検出された距離に基づいて操作物体の三次元空間における移動方向及び移動量を検出するようにしてもよい。
また、2つの照明を用いる方法もある。すなわち、請求項12に記載のように、照明手段(30)を、第1照明手段(32)と、第1照明手段(32)と異なる位置に配置され、照射された光が第1照明手段(32)から照射された光と撮像手段(20)から所定の距離で交わるように構成された第2照明手段(34)とから構成する。
そして、空間移動検出手段(78)は、撮像手段(20)によって入力した画像から、第1遮光手段(36)及び第2遮光手段(38)の開口部から操作物体に投射された光を検出し、検出した第1遮光手段(36)及び第2遮光手段(38)の開口部から投射され、操作物体に形成された各々の光点の大きさを撮像手段(20)から取得した画像から検出し、検出した光点の大きさに基づいて、操作物体までの距離を検出してもよい。
また、請求項15に記載のように、信号出力手段(80)は、検出手段(70)によって検出された操作物体の空間における回転角度、移動方向又は移動量の少なくとも1つを出力するよう構成されていると、操作物体の三次元回転角度、移動方向及び移動量をすべて出力することができる。したがって、情報機器(10)でそれらの情報を用いれば、種々の操作が可能となる。
また、請求項18に記載のように、信号出力手段(80)から出力される出力信号を操作者の操作によって切り替えるための出力切替手段(100)を備え、信号出力手段(80)を操作物体が所定の形状や動きをした際に、出力切替手段(100)の状態に応じて異なる信号を出力するように構成するとよい。
まず、カーナビゲーション装置10を操作するためのカーナビゲーション操作装置1(以降、カーナビ操作装置1とも呼ぶ)について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、カーナビ操作装置1の概略の構成を示すブロック図であり、図2は、操作物体である運転者の手の回転角度、移動方向及び移動量を検出するための画像処理の内容を示す図である。
制御部40は、照明30の輝度制御及びカメラ20の画像取得のための制御を行うものであり、照明30を複数の輝度条件となるように制御(点灯/消灯)する。
エッジ方向:tan-1(Dy/Dx)
そして、検出されたエッジの明度強度が所定の閾値より高い部分(図2(b)参照)の各画素のエッジ方向からエッジの平均方向を検出し、検出したエッジの平均方向を運転者の手の角度とする。
このような、カーナビ操作装置1は、外光の影響を受けにくく、運転者の手の動きにより容易に対象機器を操作することができる。以下説明する。
第1実施形態のカーナビ操作装置1は、タッチパネル100上の運転者の手の動きによってカーナビゲーション装置10の操作を行うための出力を行うものであったが、三次元空間の運転者の手の動きによってカーナビゲーション装置10を操作するようにしたカーナビゲーション操作装置2(以降、カーナビ操作装置2とも呼ぶ)について図3及び図4に基づいて説明する。なお、カーナビ操作装置2は、第1実施形態のカーナビ操作装置1と類似の構成であるので、カーナビ操作装置1と同じ構成品には同じ符号を付し、その説明を省略する。
カーナビ操作装置2では、検出部70は、運転者の手のカメラ20の光軸と、光軸に垂直な面において直交する2方向の軸と、からなる三次元空間における運転者の手の動きを検出する。
空間移動検出部78は、操作物体抽出部60によって抽出された運転者の手の領域の平均輝度を所定の時間間隔で検出し、検出した複数の平均輝度を比較することによって、運転者の手の上下移動を検出する。
次に、検出部70実行される検出処理について図5、図6、図7に基づいて説明する。
図5は、検出処理のフローチャートであり、図6は、空間回転角検出のサブルーチンのフローチャートであり、図7は、空間移動検出のサブルーチンのフローチャートである。
続くS105において、空間回転角が検出され、S110において空間移動が検出される。その後S115にて、S105において検出された空間回転角及びS110において検出された空間移動方向と移動量とがカーナビゲーション装置10へ出力される。
空間回転角検出処理では、図6に示すように、S200にて、S100において取得された差分画像(図4(a)参照)が2値化される。
また、S210にて、S200において2値化された差分画像がマスク処理され、差分画像から運転者の手の画像が抽出される。
S235では、S230において検出された各領域ごとの重心とS235において補正された各領域ごとの平均輝度とから、近似平面が検出され、検出された近似平面から運転者の手の空間回転角度が検出される(図4(f)参照)。
空間移動検出処理では、図7に示すように、S300にて、S100において取得された差分画像(図4(a)参照)が2値化される。
また、S310にて、S300において2値化された差分画像がマスク処理され、差分画像から運転者の手の画像が抽出され、続くS315では、S310において抽出された運転者の手の画像の平均輝度が検出される。
このように、カメラ20で撮像した画像を処理して、三次元空間における運転者の手の回転角度(三次元回転角度)、移動方向あるいは移動量を検出しているので、二次元面における運転者の手の動きに比べ、より多くの情報が得られる。
[第3実施形態]
次に、運転者の手の動きを画像ではなく、距離センサにより検出するカーナビゲーション操作装置3(以降、カーナビ操作装置3とも呼ぶ)について図8に基づき説明する。カーナビ操作装置3は、第1実施形態のカーナビ操作装置2と類似の構成であるので、カーナビ操作装置2と同じ構成品には同じ符号を付し、その説明を省略する。
つまり、4つの超音波距離センサ90は指向性を有するので、4つの超音波距離センサ90で計測された距離は、運転者の手の異なる4箇所までの距離となる。したがって、この計測された4つの距離を用いて最小2乗法により平面を近似することができる(この近似した平面を近似明面と呼ぶ)。
また、空間移動検出部78は、運転者の三次元空間における移動方向及び移動量を検出する。三次元空間における移動方向及び移動量のうち、カメラ20の光軸方向(図8中上下方向)は、上記近似平面の上下を検出することによって検出できる。
このとき、距離センサは光学式や電波式のものを使用してもよい。
次に、開口部を有する遮光手段を用いて、運転者の手の三次元角度と移動を検出するカーナビゲーション操作装置4(以降、カーナビ操作装置4とも呼ぶ)について図9に基づき説明する。なお、カーナビ操作装置4は、第1実施形態のカーナビ操作装置1と類似の構成であるので、カーナビ操作装置1と同じ構成品には同じ符号を付し、その説明を省略する。
第1遮光板36は、第1照明32と運転者の手との間に設置され、開口部を有し、その開口部から第1照明32からの光の一部を操作物体に投射する。
そして、第1遮光板36及び第2遮光板38を、第1遮光板36及び第2遮光板38の開口部から投射された光がカメラ20から所定の距離で交わるよう構成してある。
前述したように、運転者の手がタッチパネル100上にある場合、投射された光は、運転者の手の1点を投影する。つまり、操作物体表面の1点に光点が現れる。一方、運転者の手が操作パネルから離れ所定の距離よりも大きくなると、運転者の手の表面には2点の光点が現れる。
また、照明と遮光版の組合せの代わりに、指向性が狭くなるように構成された照明を使用してもよい。
次に、運転者の手の形によって、カーナビゲーション装置10を操作するカーナビゲーション操作装置5(以後、カーナビ操作装置5とも呼ぶ)について説明する。
(1)一部(操作スイッチ部分)が押下されたことを検出するタッチパネル100を備え、信号出力部80は、運転者の手が所定の形状や動きをした際に、タッチパネル100で検出された操作スイッチの操作状況に応じて異なる信号を出力するように構成する。
以上第1実施形態〜第6実施形態で説明したのは、カーナビゲーション装置10を情報機器操作装置(カーナビ操作装置1〜5)で操作するようにしたものであるが、情報機器操作装置6をパソコン12等の情報機器を遠隔操作する際にも同様に利用することができる。
Claims (19)
- 移動体用機器又は情報機器の操作を行うための操作物体を画像処理にて抽出する情報機器操作装置であって、
前記操作物体における外光の当たる面とは反対の面を撮像できる位置に配置された撮像手段と、
発した光が前記操作物体における外光の当たる面とは反対の面に当たるように配置された照明手段と、
前記照明手段の輝度制御及び前記撮像手段の画像取得のための制御を行う制御手段と、
前記制御手段により複数の輝度条件となるように制御された前記照明手段によって実現される複数の照度条件下で前記撮像手段により取得した画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に記憶された前記複数の照度条件下で取得された画像を比較して前記操作物体を抽出する操作物体抽出手段と、
前記操作物体抽出手段で抽出された前記操作物体の所定の形状や動きを検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記操作物体の所定の形状や動きに対応した信号を前記移動体用機器へ出力する信号出力手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記撮像手段の光軸と、前記光軸に垂直な面において直交する2方向の軸と、からなる三次元空間における前記操作物体の動きを検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項1に記載の情報機器操作装置において、
前記検出手段は、前記三次元空間における前記撮像手段の光軸及び前記光軸に垂直な面において直交する2方向の軸の周りの前記操作物体の角度である三次元回転角度を検出する空間回転角検出手段を備え、
前記信号出力手段は、前記空間回転角検出手段によって検出された前記操作物体の三次元回転角度を出力することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項2に記載の情報機器操作装置において、
前記空間回転角検出手段は、
前記操作物体抽出手段によって抽出された前記操作物体を複数の領域に分割し、分割された領域ごとに平均輝度及び重心位置を検出し、検出した前記領域ごとの平均輝度と重心位置とに基づいて前記操作物体の三次元回転角度を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項3に記載の情報機器操作装置において、
前記空間回転角検出手段は、
前記操作物体抽出手段によって抽出された前記操作物体を複数の領域に分割する際、前記操作物体の重心を求め、求めた前記重心を通る複数の線により分割するか又は前記重心を通る線の平行線及びその線に交わる線により分割することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項2に記載の情報機器操作装置において、
前記操作物体までの距離を計測するための少なくとも3つの距離センサを備え、
前記空間回転角検出手段は、
前記少なくとも3つの距離センサによって検出された距離に基づいて前記操作物体の前記三次元回転角度を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項2〜請求項4の何れかに記載の情報機器操作装置において、
前記照明手段は、第1照明手段と、前記第1照明手段と異なる位置に配置され、照射された光が前記第1照明手段から照射された光と前記撮像手段から所定の距離で交わるように構成された第2照明手段とからなり、
前記空間回転角検出手段は、前記撮像手段によって入力した画像から、前記第1照明手段及び前記第2照明手段から前記操作物体に投射された光を検出し、検出した前記第1照明手段及び前記第2照明手段から前記操作物体に投射される各々の光の前記撮像手段から所定の距離における前記操作物体の前記撮像手段の光軸に垂直な面上の距離に基づいて、前記操作物体の三次元回転角度を検出するよう構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項6に記載の情報機器操作装置において、
前記第1照明手段及び前記第2照明手段は、照射される光が指向性を有していることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項6に記載の情報機器操作装置において、
前記第1照明手段と前記操作物体との間に設置され、開口部を有し、その開口部から前記第1照明手段からの光の一部を前記操作物体に投射するための第1遮光手段と、
前記第2照明手段と前記操作物体との間に設置され、開口部を有し、その開口部から前記第2照明手段からの光の一部を前記操作物体に投射するための第2遮光手段と、
を備え、
前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段は、前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から投射された光が前記撮像手段から所定の距離で交わるよう構成され、
前記空間回転角検出手段は、前記撮像手段によって入力した画像から、前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から前記操作物体に投射された光を検出し、検出した前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から前記操作物体に投射される各々の光の前記撮像手段から所定の距離における前記操作物体の前記撮像手段の光軸に垂直な面上の距離に基づいて、前記操作物体の三次元回転角度を検出するよう構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項1〜請求項8の何れかに記載の情報機器操作装置において、
前記操作物体の前記三次元空間における移動方向及び移動量を検出する空間移動検出手段を備え、
前記信号出力手段は、前記空間移動検出手段によって検出された前記操作物体の空間における移動方向及び移動量を出力するよう構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項9に記載の情報機器操作装置において、
前記空間移動検出手段は、
前記操作物体抽出手段によって抽出された操作物体領域の平均輝度を所定の時間間隔で検出し、検出した複数の平均輝度を比較することによって、前記操作物体の前記撮像手段の光軸方向の移動を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項9に記載の情報機器操作装置において、
前記操作物体までの距離を計測するための距離センサを備え、
前記空間移動検出手段は、前記距離センサによって検出された距離に基づいて前記操作物体の前記三次元空間における移動方向及び移動量を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項9に記載の情報機器操作装置において、
前記照明手段は、第1照明手段と、前記第1照明手段と異なる位置に配置され、照射された光が前記第1照明手段から照射された光と前記撮像手段から所定の距離で交わるように構成された第2照明手段とからなり、
前記空間移動検出手段は、前記撮像手段によって入力した画像から、前記第1照明手段及び前記第2照明手段から前記操作物体に投射された光を検出し、検出した前記第1照明手段及び前記第2遮光手段から投射され、前記操作物体に形成された各々の光点の大きさを前記撮像手段から取得した画像から検出し、検出した光点の大きさに基づいて、前記操作物体までの距離を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項12に記載の情報機器操作装置において、
前記第1照明手段及び前記第2照明手段は、照射される光が指向性を有していることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項12に記載の情報機器操作装置において、
前記第1照明手段と前記操作物体との間に設置され、開口部を有し、その開口部から前記第1照明手段の光の一部を前記操作物体に投射するための第1遮光手段と、
前記第2照明手段と前記操作物体との間に設置され、開口部を有し、その開口部から前記第2照明手段の光の一部を前記操作物体に投射するための第2遮光手段と、
を備え、
前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段は、前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から投射された光が前記撮像手段から所定の距離で交わるよう構成され、
前記空間移動検出手段は、前記撮像手段によって入力した画像から、前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から前記操作物体に投射された光を検出し、検出した前記第1遮光手段及び前記第2遮光手段の開口部から投射され、前記操作物体に形成された各々の光点の大きさを前記撮像手段から取得した画像から検出し、検出した光点の大きさに基づいて、前記操作物体までの距離を検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項1〜請求項14の何れかに記載の情報機器操作装置において、
前記信号出力手段は、前記検出手段によって検出された前記操作物体の空間における回転角度、移動方向又は移動量の少なくとも1つを出力するよう構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項1〜請求項15の何れかに記載の情報機器操作装置において、
前記信号出力手段は、前記検出手段で検出した前記操作物体の所定の形状に対応した出力信号を出力するように構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項16に記載の情報機器操作装置において、
前記画像記憶手段は、あらかじめ用意された所定のパターン画像を記憶し、
前記検出手段は、前記画像記憶手段に記憶されたパターン画像と前記操作物体抽出手段によって抽出された操作物体の画像とを比較することによって、前記操作物体が所定の形状であることを検出することを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項1〜請求項17の何れかに記載の情報機器操作装置において、
前記信号出力手段から出力される出力信号を操作者の操作によって切り替えるための出力切替手段を備え、
前記信号出力手段は、前記操作物体が所定の形状や動きをした際に、前記出力切替手段の状態に応じて異なる信号を出力するように構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。 - 請求項18に記載の情報機器操作装置において、
前記出力切替手段は、前記操作者の押下操作によって作動し、
前記信号出力手段は、前記出力切替手段が押下状態にある場合と押下状態にない場合とで異なる信号を出力するように構成されていることを特徴とする情報機器操作装置。
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