JP2016173766A - 物体検出装置、入力操作検出装置、画像表示装置、物体検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度な物体検出を実現する。【解決手段】 所定領域にパターン画像を投影する投影部１２０と、所定領域に投影されたパターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得する撮像部１３０と、パターン画像とパターン撮像画像とを比較して所定領域にある物体を検出する演算部１４０と、を有する物体検出装置１１０であり、投影部１２０は、所定領域に設定される仮想の面である基準面に投影されたパターン画像を射影変換して投影し、演算部１４０は、基準面で撮像されたパターン撮像画像を射影変換した画像により物体を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、物体検出装置と、入力操作検出装置と、画像表示装置と、物体検出方法に関する。

投影画像が投射されるスクリーンから所定の距離の範囲内に存在するユーザの手指などの物体を、例えばステレオカメラを用いて入力操作部として検出し、投影画像に対して操作入力を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、ステレオカメラの撮像素子を構成する各画素が、物体を検出するために距離を測定する測距点になる。

ここで、ステレオカメラを用いて物体を検出するために距離を測定する方式では、ステレオカメラにより撮影された左右の画像の対応点を探索することで距離を測定する。この対応点を探索する精度は撮影時の環境（被写体の状況）に依存するため、例えば被写体のコントラストが低い場合は、被写体のコントラストが高い場合と比較すると、対応点を検出する精度が低下する傾向がある。

本発明は、環境の影響を受け難い高精度な物体検出を実現することができる物体検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定領域にパターン画像を投影する投影部と、所定領域に投影されたパターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得する撮像部と、パターン画像とパターン撮像画像とを比較して所定領域にある物体を検出する演算部と、を有する物体検出装置であり、投影部は、所定領域に設定される仮想の面である基準面に投影されたパターン画像を射影変換して投影し、演算部は、基準面で撮像されたパターン撮像画像を射影変換した画像により物体を検出することを特徴とする。

本発明によれば、環境の影響を受け難い高精度な物体検出を実現することができる。

本発明に係る画像表示装置の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る物体検出装置の実施の形態を示す概略構成図である。 図２の物体検出装置のブロック図である。 図２の物体検出装置の投影部の光学素子の一例を示す図である。 図２の物体検出装置の投影部と投影されたパターン画像とを示す模式図である。 パターン投影法を用いた三次元形状計測技術において投影されるパターン画像と基準面上のパターン画像との関係を示す模式図である。 図２の物体検出装置の実施の形態を示す概略構成図である。 図２の物体検出装置の投影部とｚ軸に直交する基準面とを示す光学配置図である。 図２の物体検出装置が投影するパターン画像の一例を示す図である。 図２の物体検出装置が投影するパターン画像の別の例を示す図である。 図２の物体検出装置の投影部と基準面のパラメータを示す図である。 図１１のパラメータを示す表である。 図２の物体検出装置における射影変換処理を示す光学配置図である。 図２の物体検出装置におけるスクリーン上のパターン画像を示す模式図である。 図２の物体検出装置における基準面上のパターン画像を示す模式図である。 本発明に係る物体検出装置の別の実施の形態を示す模式図である。 本発明に係る物体検出装置のさらに別の実施の形態における投影部の投影レンズのイメージサークルと光学素子との関係を示す模式図である。 図１７の物体検出装置の投影部とｚ軸に直交する基準面とを示す光学配置図である。 本発明に係る物体検出装置のさらに別の実施の形態における投影部とＺ軸に直交しない基準面とを示す光学配置図である。 本発明に係る物体検出装置のさらに別の実施の形態における投影部とＺ軸に直交する面に対して湾曲した基準面とを示す光学配置図である。 本発明に係る実施の形態である物体検出方法のフローチャートである。 本発明に係る物体検出装置の実施例を示す光学配置図である。 図２２の物体検出装置の基準面を−ｚ軸方向とｘ軸方向から見た図である。 図２２の物体検出装置の基準面をｙ軸方向から見た図である。 図２２の物体検出装置の投影部を示す光学配置図である。 図２２の物体検出装置の撮像部を示す光学配置図である。 本発明に係る物体検出装置の別の実施例を示す光学配置図である。 図２７の物体検出装置の基準面を−ｚ軸方向とｘ軸方向から見た図である。 図２７の物体検出装置の基準面をｙ軸方向から見た図である。 図２７の物体検出装置の投影部を示す光学配置図である。 図２７の物体検出装置の撮像部を示す光学配置図である。 本発明に係る物体検出装置のさらに別の実施例を示す光学配置図である。 図３２の物体検出装置の基準面を−ｚ軸方向とｘ軸方向から見た図である。 図３２の物体検出装置の基準面をｙ軸方向から見た図である。 図３２の物体検出装置の投影部を示す光学配置図である。 図３２の物体検出装置の撮像部を示す光学配置図である。 本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施の形態を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る物体検出装置と入力操作検出装置と画像表示装置と物体検出方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

●画像表示装置（１）●
本発明に係る画像表示装置の実施の形態について説明する。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態である画像表示装置１００は、コンピュータ５００やビデオプレーヤなどの画像を生成する装置から出力された表示画像６００をスクリーン７００などの画面に表示するプロジェクタ装置である。画像表示装置１００は、スクリーン７００に投影された表示画像６００に文字や図などを書き込む機能、表示画像６００の拡大，縮小，ページ送りなどの操作を実行する機能などの入力操作機能を有する。

画像表示装置１００では、スクリーン７００の位置、またはスクリーン７００より画像表示装置１００の手前側の位置（以下「スクリーン上」ともいう。）で後述の物体検出装置を入力操作装置として用いて、上述の入力操作機能を実現している。

物体検出装置は、スクリーン上のユーザの手指、筆記用具、ポインタなどの入力操作部８００とスクリーン７００とを計測対象物として、入力操作部８００の位置及び動きを検出する。物体検出装置は、入力操作部８００の位置及び動きと、表示画像６００が投影されているスクリーン７００までの距離値を計測する。物体検出装置は、入力操作部８００とスクリーン７００との距離が所定の閾値を下回った場合を入力操作部８００がスクリーン上にあると定義することで、入力操作部８００を検出する。物体検出装置は、検出した入力操作部８００の位置及び動きに基づいて表示画像６００への入力操作を検出する。

物体検出装置は、検出した入力操作部８００の位置及び動きの情報（以下「入力操作情報」という。）をコンピュータ５００に送信する。コンピュータ５００に送信された入力操作情報は、コンピュータ５００が表示画像６００に反映される。以上の処理により、画像表示装置１００では、いわゆるインタラクティブな画像表示が可能となる。

●実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置１００によれば、ユーザが用いる様々な入力操作部を検出して表示画像に対する入力操作を行うことができる。

●物体検出装置（１）●
本発明に係る物体検出装置の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る物体検出装置は、先に説明した画像表示装置１００に搭載されていて入力操作装置として用いられる物体検出装置である。

図２に示すように、物体検出装置１１０は、パターン投影法を用いた三次元形状計測により先に説明した画像表示装置１００の入力操作機能に必要な物体検出処理を実現している。物体検出装置１１０は、投影部１２０と撮像部１３０とを有している。

投影部１２０は、スクリーン７００に向けてパターン画像ＰＩ１を投影する。撮像部１３０は、スクリーン上の入力操作部８００とパターン画像ＰＩ１とを被写体として含むパターン撮像画像ＳＰ１を取得して、三次元形状計測を実行する。

なお、パターン画像ＰＩ１は、パターン投影法による三次元形状計測を行うために投影された画像であり、上述の画像表示装置１００により投影された表示画像６００とは異なる画像である。

図３に示すように、投影部１２０は、パターン画像ＰＩ１を形成する光学素子１２１と、光学素子１２１を照明する光源１２２と、光学素子１２１を通過した光により形成されるパターン画像ＰＩ１をスクリーン７００に投影する投影レンズ１２３とを備える。投影部１２０は、光学素子としてＤＭＤ（Digital Mirror Device）を備えるプロジェクタなど、画像を投影する装置により構成することもできる。

光源１２２は、表示画像６００に影響を与えにくい光すなわち可視光以外の光、例えば近赤外光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などを用いる。光源１２２は、演算部１４０によって点灯、消灯、光量の制御などが行われる。光源１２２から発された光は、光学素子１２１に入光する。

光源１２２は、可視光を照射するものを用いてもよい。また、光源１２２からの光を制御するための拡散板やフィルタなどを備えていてもよい。

投影部１２０の光学素子１２１は、例えばパターン画像ＰＩ１が形成されているフォトマスクを用いて形成される。図４に示すように、フォトマスクを用いた光学素子１２１は、ガラス基板上にＣｒなどの金属膜により形成される遮光部１２１１と、金属膜の存在しない透過部１２１２とを有する。

図５に示すように、光学素子１２１は、光源１２２からの光を透過させる。光学素子１２１を透過した光は、投影レンズ１２３も透過して、空間上で遮光部１２１１と透過部１２１２との位置に対応したパターン画像ＰＩ１を形成する。光学素子１２１は、遮光部１２１１と透過部１２１２の比率や構造を適宜設計することにより所望のパターン画像ＰＩ１を得ることができる。

光学素子には、フォトマスクの他に、微細構造が形成された回折格子などのスタティックな素子や、各種プロジェクタ、ＤＭＤ、液晶式表示デバイスなどのようなアクティブ空間変調デバイスを用いることができる。光学素子にスタティックな素子を用いる場合には、アクティブ空間変調デバイスを用いる場合と比較して、装置を小型化できるほか、パターン画像ＰＩ１を安定して投影することができる。

投影レンズ１２３は、１枚のレンズで構成されているものに限定されず、複数枚のレンズ群により構成されているもの（投影系レンズ）も含まれる。

図６は、投影部１２０が光学素子１２１を用いてパターン画像ＰＩ１を投影する場合の光学素子１２１と基準面との関係を示している。図６に示すように、光学素子１２１上のパターン画像ＰＩ０は、ピンホールモデルで基準面に向かって投影されたと仮定する。このとき、光学素子１２１から所定距離ｌ１だけ離れたピンホール位置の点ＰＨに関して点対称になる距離Ｌの基準面の位置には、パターン画像ＰＩ１が投影される。基準面の設定などについては後述する。

図３において、撮像部１３０は、被写体像を電気的な画像データに変換する撮像素子１３１と、被写体からの光を通過させて撮像素子１３１の受光面上に被写体像を結像させる撮像レンズ１３２と、を備える。撮像素子１３１は、光源１２２から照射された光に対して感度を有しており、投影部１２０が投影したパターン画像ＰＩ１の撮像が可能である。

撮像素子１３１は、受光面が任意のエリアに分割されたエリア型の各種光電変換素子を用いることができる。撮像素子１３１の例は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などである。撮像素子１３１はエリア型であれば、ポリゴンミラーなどの光偏光手段を用いなくても二次元の位置情報を一括で取得することができる。

撮像レンズ１３２は、１枚のレンズで構成されているものに限定されず、複数枚のレンズ群により構成されているもの（撮像系レンズ）も含まれる。

物体検出装置１１０は、撮像されたパターン撮像画像ＳＰ１と、投影部１２０が投影したパターン画像ＰＩ１との間の視差に基づいて入力操作部８００までの距離を算出して入力操作部８００の位置及び動きを特定し入力操作情報を得る演算部１４０を備える。

演算部１４０は、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１に対して平行化と呼ばれる処理を行い、投影部１２０と撮像部１３０それぞれの光軸が平行であると仮定したときの画像を生成する。演算部１４０は、平行化処理後のパターン撮像画像ＳＰ１について、テンプレートマッチングと呼ばれる手法を用いてパターン撮像画像ＳＰ１とパターン画像ＰＩ１との対応付けを行う。

スクリーン７００より手前側（物体検出装置１１０側）に入力操作部８００が存在する場合、撮像部１３０が撮像したパターン撮像画像ＳＰ１において、入力操作部８００の位置のパターンには、それ以外のパターンと異なりパターンにずれやゆがみが生じる。スクリーン上の入力操作部８００の位置のパターンにずれやゆがみが生じる理由は、撮像部１３０からスクリーン７００までの距離と撮像部１３０から入力操作部８００までの距離が異なることによる。

演算部１４０は、パターン撮像画像ＳＰ１とパターン画像ＰＩ１とのずれ量に基づいて視差を算出し、物体検出装置１１０から入力操作部８００までの距離を算出する。パターン画像ＰＩ１の情報は、物体検出方法を実行する際に投影部１２０から演算部１４０に出力させてもよい。また、パターン画像ＰＩ１の情報は、光学素子１２１にスタティックな素子を用いる場合などには、パターン画像ＰＩ１の形状等が変化することは少ないため、あらかじめ演算部１４０に記憶させてもよい。演算部１４０は、算出した物体検出装置１１０から入力操作部８００までの距離の情報から、三次元形状計測を実施することができる。

ここで、射影変換処理を行わない場合、入力操作部８００などの検出対象物に投影されたパターン画像及びパターン画像を撮像したパターン撮像画像は、面内分解能が均一ではない歪んだパターンとなる。そのため、演算部１４０は、物体検出の検出範囲である所定領域に設定される仮想の面である基準面Ｃ１に基づいてパターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１とを射影変換して、面内で均一な分解能を有する画像に変換する。

演算部１４０が実行する射影変換処理により、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１のパターンは均一な分解能を有する画像となる。

射影変換処理を行うことにより、物体検出装置１１０では、演算部１４０がテンプレートマッチング処理を行う際に画像面上でテンプレートのサイズを統一することができる。物体検出装置１１０では、サイズが統一されたテンプレートによりテンプレートマッチング処理を容易に行うことができるため、物体検出行う際の演算処理時間を短縮することができる。

また、物体検出装置１１０では、投影部１２０と撮像部１３０の位置関係がキャリブレーションにより既知となるため、射影変換による平行化処理を施すことでパターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１の高さ方向が一致する。このため、物体検出装置１１０では、画像画素の行毎に対応点の探索が可能となる。

演算部１４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）など、後述の物体検出プログラムを実行可能なコンピュータの一例である。演算部１４０は、物体検出プログラムを読み出して後述する物体検出方法を実行する。

●基準面と検出範囲
物体検出装置１１０による物体検出処理で用いる基準面と検出範囲について説明する。

図７に示すように、物体検出装置１１０の投影部１２０は、所定領域を物体検出の検出範囲とするため、所定領域に設定される仮想の面である基準面Ｃ１にパターン画像ＰＩ１を投影する。基準面Ｃ１に投影されているパターン画像ＰＩ１は、基準面Ｃ１において均一の面内分解能を有する２次元マトリクスパターンである。基準面Ｃ１は、物体検出装置１１０における物体検出方法を実行するために設定される仮想のパターン画像ＰＩ１の表示位置（スクリーン）であり、ユーザが認識しない面である。また、均一の面内分解能については後述する。

以下の説明において用いる三次元直交座標系は、物体検出装置１１０が設置される床面平行方向(図７紙面左から右方向)をｘ軸とし、床面法線方向(図７紙面下から上方向)をy軸とし、ｘ軸とｙ軸とに垂直な方向をｚ軸とする。

図８に示すように、投影部１２０と基準面Ｃ１とをｘ軸方向から見ると、基準面Ｃ１はｚ軸方向に所定距離Ｌを中心とした検出範囲Ｄ１の範囲内における任意の位置のｘｙ平面上に設定されている。基準面Ｃ１には、光源１２２からの光が光学素子１２１と投影レンズ１２３とを通過して光軸Ａ１の方向にパターン画像ＰＩ１が投影されている。基準面Ｃ１の垂直線はｚ軸と平行（基準面Ｃ１はｙ軸に平行）である。基準面Ｃ１の垂直線は、投影部１２０の光軸Ａ１に対して角度を有している。検出範囲Ｄ１は、ｚ軸方向における物体検出装置１１０から投影方向（スクリーン７００方向）に向かって基準面Ｃ１の位置に基づいて設定されている所定の距離範囲である。

物体検出装置１１０は、ｘｙ平面において基準面Ｃ１の範囲、ｚ軸方向において検出範囲Ｄ１の範囲、それぞれについて、入力操作部８００などの物体の位置及び動きを、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１とから検出する。なお、検出範囲Ｄ１の外であっても物体検出は行われてよい。

パターン画像ＰＩ１は、ｚ軸方向の所定距離Ｌの位置で基準面Ｃ１によって設定されるｘｙ平面において均一の面内分解能を有する面である。物体検出装置１１０では、基準面Ｃ１において均一な面内分解能で物体を検出するため、高精度な物体検出が可能になる。

パターン画像ＰＩ１は、例えば図９に示す２次元マトリクスパターンの場合には、透過部ＰＩ１１または遮光部ＰＩ１２を形成する要素である１つの四角形がｘ軸方向及びｙ軸方向において全て同一長さａの正方形であるため、均一の面内分解能が得られる。

パターン画像ＰＩ１を用いたパターン投影法による距離算出処理では、１つの四角形がｘ軸方向とｙ軸方向にそれぞれ複数個形成されたテンプレートを、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１上で探索して、四角形毎に距離値データを算出する。つまり、パターン画像ＰＩ１は、四角形が全て同一長さの正方形であり距離値を取得するデータ点がx軸方向及びｙ軸方向において等間隔であるため、ｘ軸方向及びｙ軸方向に均一な面内分解能が得られる。

また、パターン画像ＰＩ２は、例えば図１０に示すストライプパターンの場合には、全てのストライプパターンＰＩ２１の幅（ｘ軸方向の長さ）が全て同一であるため、均一の面内分解能が得られる。

パターン画像ＰＩ２を用いたパターン投影法による距離算出処理では、ストライプパターンＰＩ２１毎に距離値データを算出する。つまり、ストライプパターンＰＩ２１のｘ軸方向長さが全て同一の値ａであり、距離値を取得するデータ点がＸ軸方向において等間隔であるため、ｘ軸方向に均一な面内分解能が得られる。なお、ストライプパターンＰＩ２１を用いた距離算出処理の場合、ｙ軸方向については、パターン撮像画像の画素毎に距離値データを算出するため、パターン画像ＰＩ１を用いた場合と異なりｘ軸方向とｙ軸方向のデータ点間隔は同一とは限らない。

基準面Ｃ１は、物体検出装置１１０と入力操作部８００との位置関係に基づいて、検出対象物である入力操作部８００を均一な面内分解能で検出させたい位置に設定することができる。つまり、基準面Ｃ１は、入力操作部８００の位置計測や追跡を正確に行いたい位置に設定することができる。入力操作部８００を検出させたい位置に基づいて、基準面Ｃ１のｚ軸方向の位置（物体検出装置１１０から基準面Ｃ１までのｚ軸方向の距離）が設定される。

図１１に示すように、パターン画像ＰＩ１の表示位置やサイズは、設定された基準面Ｃ１のｚ軸方向の位置において、ｘｙ平面の仮想平面にで均一な面内分解能を有するように、物体検出装置１１０と基準面Ｃ１それぞれの座標より算出する。

パターン画像ＰＩ１の表示位置やサイズを算出するには、基準面Ｃ１内に存在する点の１つを座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）がパターン画像ＰＩ１上の点（ｘ，ｙ，ｚ）に対応するとき、（ｘ，ｙ）は式（１）で表される。

（ｘ，ｙ）＝ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｆ，ｍ，ｚ，θｘ，θｘｚ） ・・・（１）

式（１）において、投影レンズ１２３の焦点距離をｆ、倍率をｍ、xz平面に投影レンズ１２３の光軸Ａ１を射影した線ｘｚ１とx軸のなす角をθx、xz平面と投影レンズ１２３の光軸Ａ１のなす角をθxzとする。以上のパラメータを表にしたものを図１２に示す。

基準面Ｃ１の設定位置とサイズが決定されると、基準面Ｃ１の四隅の座標と式（１）と上記パラメータにより、投影画像パターン画像ＰＩ１のサイズが決定される。検出パターン投影面の位置やサイズを変更する場合には、パターン画像ＰＩ１のサイズの再計算を行えばよい。

本実施の形態において物体検出装置１１０は、図１に示したように画像表示装置１００における入力操作部８００を検出する入力操作装置である。このため、物体検出装置１１０の検出対象物は、主にユーザのジェスチャ認識や表示画像６００のタッチ認識に用いられる人の手指やポインタが主である。

図６に示した投影部１２０におけるピンホール位置ＰＨから入力操作部８００により入力操作が行われる基準面Ｃ１の位置までの距離をＬとする。ピンホール位置ＰＨは、図８に示した投影レンズ１２３の任意の点（例えば主点）と対応する。そして、距離Ｌに基づいて、図８で示した検出範囲Ｄ１は、本実施の形態において例えばＬ±０．１Ｌで与えられる。

検出範囲Ｄ１をＬ±０．１Ｌとしたのは、基準面Ｃ１が入力操作部８００を均一な面内分解能で検出するための仮想面であり、入力操作部８００までの距離Ｌの±１０％の範囲内に基準面Ｃ１が存在すれば、入力操作部８００を正確に検出できるためである。

●射影変換処理
物体検出装置１１０の演算部１４０が行う射影変換処理について説明する。

図１３に示すように、物体検出装置１１０の投影部１２０は、基準面Ｃ１に向けてパターン画像ＰＩ１を投影する。

図１４に示すように、投影部１２０は、この投影部１２０の光軸が基準面Ｃ１の中心を通る垂線及びスクリーン７００を通る垂線の中心と一致しない位置に配置される。また、撮像部１３０は、この撮像部１３０の光軸が基準面Ｃ１の中心を通る垂線及びスクリーン７００を通る垂線の中心と一致しない位置に配置される。例えば、基準面Ｃ１を見上げる位置または見下げる位置に配置される。

そして、投影部１２０が投影するパターン画像ＰＩ０は、基準面Ｃ１に投影された際に均一の面内分解能を有するパターン画像ＰＩ１となるように構成されており、投影部１２０においては面内で分解能が均一ではない歪んだパターンである。また、このパターン画像ＰＩ０を、スクリーン７００に投影したパターン画像ＰＩ３も均一の面内分解能を有しない。これは、パターン画像ＰＩ０は、基準面Ｃ１の位置においてパターン画像ＰＩ１が均一な面内分解能を有するように設計されているためである。また、撮像部１３０が取得するスクリーン７００に投影されたパターン画像ＰＩ３を撮像したパターン撮像画像ＳＰ３は、射影変換処理を行う前であるため面内で分解能が均一ではない歪んだパターンである。

図１５に示すように、投影部１２０によりパターン画像ＰＩ０が基準面Ｃ１上に投影されたパターン画像ＰＩ１は、均一な面内分解能を有する。パターン画像ＰＩ１を撮像したパターン撮像画像ＳＰ１は、射影変換処理を行う前であるため面内で分解能が均一ではない歪んだパターンである。

演算部１４０は、基準面Ｃ１で均一な面内分解能を有するパターン画像ＰＩ１を基準にパターン画像ＰＩ０とパターン撮像画像ＳＰ１とを射影変換し、均一の面内分解能を有するパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰを生成する。

射影変換とは、画像の視点を変更した画像を得るための画像処理方法である。射影変換は、図１１に示したように、投影部１２０と撮像部１３０と基準面Ｃ１との位置関係（座標）が既知であれば行うことができる。

●実施の形態の効果
以上説明したように、物体検出装置１１０では、投影部１２０が基準面Ｃ１に均一の面内分解能を有するパターン画像ＰＩ１を投影し、撮像部１３０が均一の面内分解能を有するパターン撮像画像ＳＰ１を取得する。物体検出装置１１０では、パターン撮像画像ＳＰ１とパターン画像ＰＩ１に基づいて、演算部１４０が物体を検出する。このため、物体検出装置１１０において、投影部１２０の光軸と撮像部１３０の光軸の両方が基準面Ｃ１の中心を通る垂線の中心と一致しない位置に配置されても、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１に基づき高精度な物体検出処理を行うことができる。以上の説明では、投影部１２０の光軸と撮像部１３０の光軸の両方が基準面Ｃ１の中心を通る垂線の中心と一致しない位置に配置されるため、射影変換処理をパターン画像とパターン撮像画像の双方に行う例を説明した。なお、撮像部１３０の光軸が基準面Ｃ１の中心を通る垂線の中心と一致している場合はパターン画像のみについて射影変換処理を行えばよい。また、投影部１２０の光軸が基準面Ｃ１の中心を通る垂線の中心と一致している場合はパターン撮像画像のみに射影変換処理を行えばよい。

本実施の形態によると、投影部１２０の光軸と撮像部１３０の光軸の両方が基準面Ｃ１の中心を通る垂線の中心と一致しない三次元方向で任意な位置に配置することが可能となる。このため、本実施の形態によれば、装置レイアウトの自由度を向上させることができ、例えば、装置構成を小型化することが可能となる。

また、図１４や図１５では、投影部１２０と撮像部１３０とを別々に記載したが、図１６に示すように、１つの筐体内に投影部１２０と撮像部１３０とを近接して配置し、１つの筐体に収納してもよい。

また、物体検出装置１１０によれば、パターン画像ＰＩ１やパターン撮像画像ＳＰ１に対して射影変換処理を行うことにより、均一の面内分解能を有する画像に基づいて高精度な物体検出処理を行うことができる。

また、射影変換処理を行うことにより、物体検出装置１１０では、均一な面内分解能を有するパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰとによりテンプレートマッチングにおけるテンプレートサイズを全て統一することができる。このため、物体検出装置１１０によれば、物体検出方法を実行する際の対応点探索における探索時間を低減させることができる。また、物体検出装置１１０では、射影変換処理により、投影部１２０と光軸方向とが基準面Ｃ１の垂直線に対して角度を持つ場合などでも、基準面Ｃ１においてパターン画像ＰＩ１が均一の面内分解能を有するため、高精度な物体検出を行うことができる。

また、物体検出装置１１０によれば、検出範囲Ｄ１の中間位置に基準面Ｃ１を設定することにより、検出範囲Ｄ１内における面内分解能の歪みを抑えることができる。

また、物体検出装置１１０によれば、パターン画像ＰＩ１に二次元マトリクスパターンを用いることにより、パターン画像ＰＩ１とパターン撮像画像ＳＰ１とにより三次元形状計測ができるため、物体検出処理を高速化することができる。

また、物体検出装置１１０によれば、パターン画像ＰＩ１を形成する光学素子１２１を用いることにより、パターン画像ＰＩ１を容易に形成することができる。

物体検出装置１１０では、検出範囲Ｄ１における基準面Ｃ１内においてパターン画像ＰＩ１の面内分解能を均一に形成することができるため、図１７に示すように投影レンズ１２３の中心またその付近に光学素子１２１を配置させることができる。つまり、物体検出装置１１０では、図１８に示すように投影レンズ１２３のイメージサークルを有効利用してレンズ口径を小型化することができる。

図１９に示すように、図１３に示した基準面Ｃ１の代わりの基準面Ｃ２を、投影部３２０の光軸Ａ３に垂直な平面であるように設定してもよい。また、図２０に示すように、図１３に示した基準面Ｃ１の代わりにｙ軸方向に湾曲した基準面Ｃ３を設定してもよい。

●物体検出方法●
本発明に係る物体検出方法の実施の形態について説明する。

図２１の物体検出方法のフローチャートに示すように、物体検出装置１１０では、演算部１４０により設定された基準面Ｃ１の射影変換処理によりパターン画像ＰＩ１を得るためのパターン画像ＰＩ０を形成する（Ｓ１０１）。パターン画像ＰＩ０は、均一な面内分解能を有しないが、基準面Ｃ１上では均一な面内分解能を有するパターン画像ＰＩ１となる。

物体検出装置１１０の投影部１２０は、基準面Ｃ１上にパターン画像ＰＩ１を投影する（Ｓ１０２）。スクリーン７００上に入力操作部８００が存在する場合、スクリーン７００及び入力操作部８００にパターン画像ＰＩ３が投影される。投影部１２０は、基準面Ｃ１上において均一の面内分解能を有するパターン画像ＰＩ１を投影する光学素子１２１を有するため、スクリーン７００上のパターン画像ＰＩ３は均一な面内分解能を有しない。

撮像部１３０は、対象物である入力操作部８００を被写体として含むパターン撮像画像ＳＰ１を取得する（Ｓ１０３）。スクリーン７００上に入力操作部８００が存在する場合、パターン撮像画像ＳＰ１の被写体にはスクリーン上の入力操作部８００が含まれる。この場合、パターン撮像画像ＳＰ１には、撮像部１３０から見てスクリーン７００と入力操作部８００との間で距離値の差だけずれが生じる。このとき、パターン撮像画像ＳＰ１は、均一な面内分解能を有しない。

演算部１４０は、均一な面内分解能を有しないパターン画像ＰＩ０とパターン撮像画像ＳＰ１に対して、基準面Ｃ１を基準に射影変換を実施する（Ｓ１０４）。基準面Ｃ１におけるパターン画像ＰＩ１の面内分解能は均一であるため、射影変換処理により得られるパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰはともに均一な面内分解能を有する。

演算部１４０は、射影変換後のパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰに対して平行化処理を実施する（Ｓ１０５）。平行化処理とは、投影部１２０及び撮像部１３０の光軸が平行であると仮定したときの画像を生成する処理である。平行化処理には、パターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰの高さ及び倍率を揃える処理を含む。

演算部１４０は、平行化処理後のパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰに対して対応点探索を実施する（Ｓ１０６）。対応点探索では、パターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰにおいて対応付けられる点を求めるために、テンプレートマッチングと称される手法を用いる。テンプレートマッチングとは、パターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰとの一致度を求める処理である。

演算部１４０は、投影されるパターン画像ＰＩのパターンを所定のウィンドウサイズで切り出したテンプレートに対応する部分をパターン撮像画像ＳＰにおいて探索し、それらの相関係数を計算して最も一致度の高い画素を求める。

演算部１４０は、対応点探索結果からパターン画像ＰＩとパターン撮像画像ＳＰとの間の視差を求めて三角測量法により物体検出装置１１０から入力操作部８００までの距離値を算出する（Ｓ１０７）。

●実施の形態の効果
以上説明したように、物体検出方法を実行することにより、入力操作部８００の三次元形状計測を正確に実施することができるため、高精度な物体検出を行うことができる。

次に、本発明に係る物体検出装置の具体的な実施例について説明する。

図２２に示すように、本実施例の物体検出装置の投影部１２０は、先に説明した実施の形態における物体検出装置１１０のものと同様の構成である。基準面Ｃ１は、z軸に直交する位置に設定されている。

図２２に示すように、投影部１２０と基準面Ｃ１とをｘ軸方向から見ると、基準面Ｃ１はｚ軸方向に所定距離Ｌから検出範囲Ｄ１の範囲内における任意の位置のｘｙ平面上に設定されている。基準面Ｃ１には、光源１２２からの光が光学素子１２１と投影レンズ１２３とを通過して光軸Ａ１の方向にパターン画像が投影されている。

検出範囲Ｄ１は、ｚ軸方向における物体検出装置１１０からの基準面Ｃ１の位置に基づいて設定されている所定の距離範囲である。図２２において、検出範囲Ｄ１と基準面Ｃ１は、スクリーン７００から−ｚ軸方向に所定距離離れた位置に設定されている。

物体検出装置１１０は、ｘｙ平面において基準面Ｃ１の範囲、ｚ軸方向において検出範囲Ｄ１の範囲、それぞれについて、入力操作部８００などの物体の位置及び動きを、パターン画像とパターン撮像画像とから検出する。

本実施例において、物体検出装置の起点から入力操作部８００までの距離Ｌを５００ｍｍとした場合、検出範囲Ｄ１は、入力操作部８００がスクリーン７００に近づいているということを検出するために、４５０〜５５０ｍｍ程度の距離範囲であることが望ましい。基準面Ｃ１のｚ軸方向の距離が検出範囲Ｄ１の範囲内であれば、パターン画像の面内分解能の均一性もほぼ保たれるため、物体検出装置１１０の距離測定の精度が保障される。

図２３（Ｂ）に示すように、本実施例では、基準面Ｃ１がｚ軸方向において検出範囲Ｄ１の中間に位置する例として、１００インチのスクリーン７００からみて前方（−ｚ軸方向）５５０ｍｍの位置に物体検出装置１１０を設置する。基準面Ｃ１は、スクリーン７００の５０ｍｍ手前（投影部１２０の主点から５００ｍｍ）の位置に設定される。

図２３（Ａ）に示すように、基準面Ｃ１は、四隅の座標がそれぞれＣ１１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（−１００６，１３０９，５００），Ｃ１２（１００６，１３０９，５００），Ｃ１３（１００６，１７７，５００），Ｃ１４（−１００６，１７７，５００）である。

また、投影部１２０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝４５，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

図２４に示すように、投影部１２０の原点１２０Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）は、投影レンズ１２３の主点とする。基準面Ｃ１の四隅の座標とパラメータと式（１）とから、基準面Ｃ１の四隅の座標にそれぞれ対応するパターン画像ＰＩ１の四隅の座標が求められる。図２５（Ａ）は、投影部１２０をｘ軸方向から見た図であり、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ１の四隅の座標を示す。また、図２５（Ｂ）は、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ１の四隅の座標と基準面Ｃ１の四隅の座標を示す。図２５に示すように、パターン画像ＰＩ１の四隅の座標は、Ｐ１１（１．２１，−１．５１，−０．６２），Ｐ１２（−１．２１，−１．５１，−０．６２），Ｐ１３（−３．１８，−０．８７，−１．２６），Ｐ１４（３．１８，−０．８７，−１．２６）となる。

なお、三次元座標系及び焦点距離ｆの単位は［ｍｍ］、θx，θxzの単位は［°］である。

図２６に示すように、撮像部１３０の原点１３０Ｍは、撮像レンズ１３２の主点とする。撮像部１３０の原点１３０Ｍは、投影部１２０の原点位置からｘ＝５０ｍｍ，ｚ＝−５０ｍｍ離れた位置（ｘ，ｙ，ｚ）＝（５０，０，−５０）とする。

基準面Ｃ１の四隅の座標にそれぞれ対応するパターン撮像画像ＳＰ１の座標も、基準面Ｃ１の四隅の座標とパラメータと式（１）とから求められる。図２６（Ａ）は、撮像部１３０をｘ軸方向から見た図であり、撮像素子１３１におけるパターン撮像画像ＳＰ１の四隅の座標を示す。また、図２６（Ｂ）は、撮像素子１３１におけるパターン撮像画像ＳＰ１の四隅の座標と基準面Ｃ１の四隅の座標を示す。パターン撮像画像ＳＰ１の座標は、Ｓ１１（５１．４３，−１．７１，−０．７５），Ｓ１２（４８．６５，−１．６６，−０．７８），Ｓ１３（４７．４４，−０．５９，−１．４０），Ｓ１４（５２．８２，−０．５８，−１．４０）となる。

また、撮像部１３０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝３０，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

●実施例の効果
以上説明したように、基準面Ｃ１がｚ軸方向において検出範囲Ｄ１の中間位置に設定されていることにより、本実施例の物体検出装置によれば、検出範囲Ｄ１内にて入力操作部８００の位置及び動きを認識することができる。また、本実施例の物体検出装置によれば、入力操作部８００の動き（ジェスチャ）を正確に検出することができる。

また、この位置に基準面Ｃ１が設定されていることにより、本実施例の物体検出装置では、検出範囲Ｄ１内における最も装置から近い位置と遠い位置の両端部において、面内分解能の歪みが最小に抑えられる。このため、本実施例の物体検出装置によれば、入力操作部８００の動きを正確に検出することができる。

次に、本発明に係る物体検出装置の別の実施例について説明する。

図２７に示すように、本実施例は、基準面Ｃ４の位置が先に説明した実施の形態における物体検出装置１１０の基準面Ｃ１よりスクリーン７００に近接している。

本実施例の基準面Ｃ４は、物体検出装置１１０によりスクリーン７００に近接した位置にある入力操作部８００の位置や動きを検出しようとする場合に適用される。入力操作部８００がスクリーン７００の面上に存在する場合や、入力操作部８００がスクリーン７００に触れたか否かを判定しようとする場合には、基準面Ｃ４は、スクリーン７００との距離が数ｍｍ〜数十ｍｍ程度に設定されているのが望ましい。また、検出範囲Ｄ２は、基準面Ｃ４よりスクリーン上手前側（投影部１２０側）の所定領域に設定されている。これにより、物体検出装置１１０では、スクリーン７００の近傍にある入力操作部８００を均一な面内分解能で測定することができる。

図２８（Ｂ）に示すように、本実施例では、基準面Ｃ４がｚ軸方向において検出範囲Ｄ２の前方に位置する例として、１００インチのスクリーン７００からみて前方（−ｚ軸方向）５５０ｍｍの位置に物体検出装置１１０を設置する。基準面Ｃ４は、投影部１２０から見て最遠方に当たるスクリーン７００の３ｍｍ手前の位置に設定される。

図２８（Ａ）に示すように、基準面Ｃ４は、四隅の座標がそれぞれＣ４１（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（−１１０１，１４３２，５４７），Ｃ４２（１１０１，１４３２，５４７），Ｃ４３（１１０１，１９３，５４７），Ｃ４４（−１１０１，１９３，５４７）である。

また、投影部１２０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝４５，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

図２９に示すように、投影部１２０の原点１２０Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）は、投影レンズ１２３の主点とする。基準面Ｃ４の四隅の座標とパラメータと式（１）とから、基準面Ｃ４の四隅の座標にそれぞれ対応するパターン画像ＰＩ４の四隅の座標が求められる。図３０（Ａ）は、投影部１２０をｘ軸方向から見た図であり、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ４の四隅の座標を示す。また、図３０（Ｂ）は、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ４の四隅の座標と基準面Ｃ１の四隅の座標を示す。図３０に示すように、パターン画像ＰＩ４の四隅の座標は、Ｐ４１（１．１９，−１．５４，−０．５９），Ｐ４２（−１．１９，−１．５４，−０．５９），Ｐ４３（−３．１７，−０．８５，−１．２８），Ｐ４４（３．１７，−０．８５，−１．２８）となる。

なお、三次元座標系及び焦点距離ｆの単位は［ｍｍ］、θx，θxzの単位は［°］である。

図３１に示すように、撮像部１３０の原点１３０Ｍは、撮像レンズ１３２の主点とする。撮像部１３０の原点１３０Ｍは、投影部１２０の原点位置からｘ＝５０ｍｍ，ｚ＝−５０ｍｍ離れた位置（ｘ，ｙ，ｚ）＝（５０，０，−５０）とする。

基準面Ｃ４の四隅の座標にそれぞれ対応するパターン撮像画像ＳＰ４の座標も、基準面Ｃ４の四隅の座標とパラメータと式（１）とから求められる。図３１（Ａ）は、撮像部１３０をｘ軸方向から見た図であり、撮像素子１３１におけるパターン撮像画像ＳＰ４の四隅の座標を示す。また、図２６（Ｂ）は、撮像素子１３１におけるパターン撮像画像ＳＰ４の四隅の座標と基準面Ｃ１の四隅の座標を示す。パターン撮像画像ＳＰ４の座標は、Ｓ４１（５１．３８，−１．７７，−０．７２），Ｓ４２（４８．６９，−１．７２，−０．７５），Ｓ４３（４７．４２，−０．５８，−１．４１），Ｓ４４（５２．８２，−０．５７，−１．４１）となる。

また、撮像部１３０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝３０，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

●実施例の効果
以上説明したように、本実施例では、基準面Ｃ４がｚ軸方向において検出範囲Ｄ２の前方位置（スクリーン７００に近接した位置）に設定されていることにより、スクリーン７００に入力操作部８００が触れたか否かを検出することができる。本実施例では、基準面Ｃ４の検出範囲Ｄ２が投影部１２０から最も離れた位置にあることにより，スクリーン近傍領域において入力操作部８００を均一な面内分解能で測定することで正確に検出することができる。

次に、本発明に係る物体検出装置のさらに別の実施例について説明する。本実施例は、先に説明した実施例１の変形例であり、基準面Ｃ５が設定される位置と検出範囲Ｄ５が設定される位置が実施例１と異なる。基準面Ｃ５は、基準面Ｃ１と同様にz軸に直交する位置に設定されている。

図３２に示すように、物体検出装置１１０により入力操作部８００のジェスチャ動作とタッチ動作とを認識するためには、検出範囲Ｄ５と実施例２の検出範囲Ｄ２との中間位置に相当する位置のｘｙ平面上に基準面Ｃ５を設定する。基準面Ｃ５には、光源１２２からの光が光学素子１２１と投影レンズ１２３とを通過して光軸Ａ１の方向にパターン画像が投影されている。

図３３（Ｂ）に示すように、本実施例では、１００インチのスクリーン７００からみて前方（−ｚ軸方向）５２５ｍｍの位置に物体検出装置１１０を設置する。基準面Ｃ５は、スクリーン７００の２５ｍｍ手前（投影部１２０の主点から５２５ｍｍ）の位置に設定される。

図３３（Ａ）に示すように、基準面Ｃ５は、四隅の座標がそれぞれＣ５１（−１０５７，１３７５，５２５），Ｃ５２（１０５７，１３７５，５２５），Ｃ５３（１０５７，１８４，５２５），Ｃ５４（−１０５７，１８４，５２５）である。

また、投影部１２０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝４５，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

図３４に示すように、投影部１２０の原点１２０Ｍ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（０，０，０）は、投影レンズ１２３の主点とする。基準面Ｃ５の四隅の座標とパラメータと式（１）とから、基準面Ｃ５の四隅の座標にそれぞれ対応するパターン画像ＰＩ５の四隅の座標が求められる。図３５（Ａ）は、投影部１２０をｘ軸方向から見た図であり、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ５の四隅の座標を示す。また、図２５（Ｂ）は、光学素子１２１におけるパターン画像ＰＩ１の四隅の座標と基準面Ｃ１の四隅の座標を示す。図３５に示すように、パターン画像ＰＩ５の四隅の座標は、Ｐ５１（１．２０，−１．５２，−０．６１），Ｐ５２（−１．２０，−１．５２，−０．６１），Ｐ５３（−３．１７，−０．８６，−１．２７），Ｐ５４（３．１７，−０．８６，−１．２７）となる。

図３６に示すように、撮像部１３０の原点１３０Ｍは、撮像レンズ１３２の主点とする。撮像部１３０の原点１３０Ｍは、投影部１２０の原点位置からｘ＝５０ｍｍ，ｚ＝−５０ｍｍ離れた位置（ｘ，ｙ，ｚ）＝（５０，０，−５０）とする。

図３６に示す、パターン撮像画像ＳＰ５の座標は、Ｓ５１（５１．４１，−１．７５，−０．７３），Ｓ５２（４８．６７，−１．６９，−０．７６），Ｓ５３（４７．４３，−０．５７，−１．４１），Ｓ５４（５２．８２，−０．５８，−１．４０）である。

また、撮像部１３０の図１２に示したパラメータは、θｘ＝０，θｘｚ＝３０，ｆ＝１．５，ｍ＝０．００４である。

●実施例の効果
以上説明したように、本実施例の物体検出装置によれば、上述の位置に基準面Ｃ１を設定することにより、ジェスチャ動作及びタッチ動作両者を同等の精度で認識することができる。

●画像表示装置（２）●
本発明に係る画像表示装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。

図３７に示すように、本発明に係る別の実施の形態である画像表示装置２００は、先に説明した画像表示装置１００とは異なり、画像が表示されるディスプレイ部２１０を有する電子黒板装置である。

画像表示装置２００は、上述のディスプレイ部２１０の他に、ディスプレイ部２１０を支持する脚部２２０と、脚部２２０に取り付けられているステー２３０と、ステー２３０に取り付けられている先に説明した物体検出装置１１０とを有する。

物体検出装置１１０は、画像表示装置２００の表示画像が表示されるディスプレイ部２１０上に基準面と検出範囲とが設定される。物体検出装置１１０は、基準面であるディスプレイ部２１０の上に位置する入力操作部８００を検出する。

●実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置２００によれば、ユーザが用いる様々な入力操作部を検出して表示画像に対する入力操作を行うことができる。

●画像表示装置（３）●
本発明に係る画像表示装置のさらに別の実施の形態について、先に説明した実施の形態との相違点を中心に説明する。

図３８に示すように、本発明に係る別の実施の形態である画像表示装置３００は、先に説明した画像表示装置１００とは異なり、画像が表示されるディスプレイ部３１０を有する電子黒板装置である。

画像表示装置３００は、上述のディスプレイ部３１０の他に、ディスプレイ部３１０を支持する脚部３２０と、脚部３２０に取り付けられている先に説明した物体検出装置１１０とを有する。

物体検出装置１１０は、画像表示装置２００の表示画像が表示されるディスプレイ部３１０上に基準面と検出範囲とが設定される。物体検出装置１１０は、基準面であるディスプレイ部３１０の上に位置する入力操作部８００を検出する。

●実施の形態の効果
以上説明したように、本実施の形態に係る画像表示装置３００によれば、ユーザが用いる様々な入力操作部を検出して表示画像に対する入力操作を行うことができる。

１００ 画像表示装置
１１０ 物体検出装置
１２０ 投影部
１２１ 光学素子
１２２ 光源
１２３ 投影レンズ
１３０ 撮像部
１３１ 撮像素子
１３２ 撮像レンズ
１４０ 演算部
２００ 画像表示装置
２１０ ディスプレイ部
２２０ 脚部
２３０ ステー
３００ 画像表示装置
３１０ ディスプレイ部
３２０ 脚部
５００ コンピュータ
６００ 表示画像
７００ スクリーン
８００ 入力操作部
１２１１ 遮光部
１２１２ 透過部

特開２０１３−６１５５２号公報

Claims (20)

1. 所定領域にパターン画像を投影する投影部と、
   前記所定領域に投影された前記パターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得する撮像部と、
   前記パターン画像と前記パターン撮像画像とを比較して前記所定領域にある物体を検出する演算部と、
   を有する物体検出装置であり、
   前記投影部は、前記所定領域に設定される仮想の面である基準面に投影された前記パターン画像を射影変換して投影し、
   前記演算部は、前記基準面で撮像された前記パターン撮像画像を射影変換した画像により前記物体を検出する、
   物体検出装置。
2. 前記パターン画像は、前記基準面の位置において均一の分解能となる画像である、
   請求項１記載の物体検出装置。
3. 前記演算部は、前記基準面の座標に基づいて、前記パターン画像と前記パターン撮像画像を射影変換する、
   請求項１または２記載の物体検出装置。
4. 前記演算部は、射影変換を行った後の前記パターン画像と前記パターン撮像画像から視差を取得して前記物体を検出する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載の物体検出装置。
5. 前記基準面は、前記投影部の投影方向における前記所定範囲内の中間に設定されている、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の物体検出装置。
6. 前記基準面は、前記投影部の投影方向における前記所定範囲内の最遠方に設定されている、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の物体検出装置。
7. 前記投影部は、光軸が前記基準面の垂直線に対して角度を有している、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の物体検出装置。
8. 前記パターン画像は、２次元マトリクスパターンである、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の物体検出装置。
9. 前記投影部は、
   前記パターン画像を形成する光学素子と、
   前記光学素子を照明する光源と、
   前記パターン画像を投影する投影レンズと、
   を備える、請求項１乃至８のいずれかに記載の物体検出装置．
10. 前記光学素子は、前記パターン画像が形成されているフォトマスクである、
    請求項９記載の物体検出装置。
11. 前記光学素子は、回折格子である、
    請求項９記載の物体検出装置。
12. 表示画像に対するユーザの入力操作を検出する入力操作検出装置であり、
    パターン画像を射影変換して前記表示画像に設定される仮想の面である基準面に投影する投影部と、
    前記パターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得する撮像部と、
    前記基準面で撮像された前記パターン撮像画像を射影変換し、前記パターン画像と射影変換後の前記パターン撮像画像とを比較して前記表示画像上にある前記入力操作を検出する演算部と、
    を有する入力操作検出装置。
13. 画面に表示画像を表示する画像表示装置であり、
    パターン画像を射影変換して前記画面に設定される仮想の面である基準面に投影する投影部と、
    前記パターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得する撮像部と、
    前記基準面で撮像された前記パターン撮像画像を射影変換し、前記パターン画像と射影変換後の前記パターン撮像画像とを比較して前記表示画像に対するユーザの入力操作を検出する演算部と、
    を有する画像表示装置。
14. 前記画像表示装置は、投影面に前記表示画像を投影して表示するプロジェクタ装置である、
    請求項１３記載の画像表示装置。
15. 所定領域にパターン画像を投影するステップと、
    前記所定領域に投影された前記パターン画像を撮像してパターン撮像画像を取得するステップと、
    前記パターン画像と前記パターン撮像画像とを比較して前記所定領域にある物体を検出するステップと、
    を実行する物体検出方法であり、
    前記投影するステップでは、前記所定領域に設定される仮想の面である基準面に投影された前記パターン画像を射影変換して投影し、
    前記物体を検出するステップでは、前記基準面で撮像された前記パターン撮像画像を射影変換した画像により前記物体を検出する、
    物体検出方法。
16. 前記パターン画像は、前記基準面の位置において均一の分解能となる画像である、
    請求項１４記載の物体検出方法。
17. 前記物体を検出するステップでは、前記基準面の座標に基づいて、前記パターン画像と前記パターン撮像画像を射影変換する、
    請求項１５または１６記載の物体検出方法。
18. 前記物体を検出するステップでは、射影変換を行った後の前記パターン画像と前記パターン撮像画像から視差を取得して前記物体を検出する、
    請求項１５乃至１７のいずれかに記載の物体検出装置。
19. 前記基準面は、前記投影部の投影方向における前記所定範囲内の中間に設定されている、
    請求項１５乃至１８のいずれかに記載の物体検出方法。
20. 前記基準面は、前記投影部の投影方向における前記所定範囲内の最遠方に設定されている、
    請求項１４乃至１８のいずれかに記載の物体検出方法。