JP2017004438A - 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム - Google Patents
入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017004438A JP2017004438A JP2015120545A JP2015120545A JP2017004438A JP 2017004438 A JP2017004438 A JP 2017004438A JP 2015120545 A JP2015120545 A JP 2015120545A JP 2015120545 A JP2015120545 A JP 2015120545A JP 2017004438 A JP2017004438 A JP 2017004438A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- finger
- image
- template
- region
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Image Input (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
【課題】実空間での指先位置を高精度に検出可能な入力装置を提供する。【解決手段】入力装置は、第1の撮像部が指を撮影して得られた第1の画像及び第1の撮像部と所定間隔離して配置された第2の撮像部がその指を撮影して得られた第2の画像のうちの一方の画像において、その指が表された指領域及び指領域から指先位置を検出する指領域検出部11と、指領域を含むテンプレートを設定し、かつテンプレート内の指領域に含まれない画素をマスクするテンプレート設定部12と、テンプレートと第1の画像及び第2の画像のうちの他方の画像との間でテンプレートマッチングを行うことにより、一方の画像上の指先位置に対応する他方の画像上の対応点を求める照合部13と、一方の画像上の指先位置と他方の画像上の対応点とに基づいて、指の先端の実空間での位置を算出する指先位置算出部14とを有する。【選択図】図3
Description
本発明は、例えば、画像に写った指先の位置に応じた入力信号を生成する入力装置、及び、そのような入力装置で利用される指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラムに関する。
近年、人間の動作を検知して、その動作に応じた入力信号を生成するユーザインタフェースが研究されている。そのようなユーザインターフェースを、例えば、パーソナルコンピュータ、あるいはスマートフォンといった情報端末へ応用することが検討されている。特に、オフィスで使用するパーソナルコンピュータなどの操作に上記のユーザインタフェースを適用する場合には、ユーザが大きなジェスチャーを伴う操作を行うことは困難である。そのため、ユーザインターフェースは、手または指などによる微妙なジェスチャーを認識可能であることが求められる。しかしながら、手または指などによる微妙なジェスチャーを認識するためにはユーザインタフェースとして高度の検出精度が要求される。
そこで、所定の視差でステレオ撮影して得られた左右の視差画像に基づき、画像中のオブジェクトに関する視差値を決定することで、ジェスチャーなどを認識する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1に開示された情報処理装置は、左目画像から肌色画素を抽出し、その肌色画素を左目画像の同位置の画素で置き換え、肌色画素以外の画素を背景画素に置き換えた左目の視差画像を作成する。同様に、この情報処理装置は、右目画像から肌色画素を抽出し、その肌色画素を右目画像の同位置の画素で置き換え、肌色画素以外の画素を背景画素に置き換えた右目の視差画像を作成する。そしてこの情報処理装置は、一方の視差画像を2以上のレベルを持つグレイスケール画像に変換し、変換したグレイスケール画像から所定方向に連続する同一レベルを有する連続画素群をオブジェクトとして抽出する。この情報処理装置は、オブジェクトごとに、オブジェクトの位置及び予め定めた最大許容視差に基づいて、一方の視差画像において基準領域を設定するとともに、他方の視差画像において探索エリアを設定する。そしてこの情報処理装置は、基準領域の画像をテンプレートとして探索エリア内においてテンプレートマッチングを行うことにより基準領域に類似する類似領域を探索し、基準領域と類似領域の位置の差に基づいてオブジェクトに関する視差値を決定する。
しかしながら、様々な環境条件、あるいは、撮影対象の特徴などにより、画像から撮影対象の肌色の部位が正確に抽出されないことがある。このような場合、基準領域に対する類似領域が正確に求められないことがあり、その結果として、視差値が不正確となることがある。
一つの側面では、本発明は、実空間での指先位置を高精度に検出可能な入力装置を提供することを目的とする。
一実施形態によれば、入力装置が提供される。この入力装置は、指を撮影してその指が表された第1の画像を生成する第1の撮像部と、第1の撮像部と所定間隔離して配置され、かつ、その指を撮影してその指が表された第2の画像を生成する第2の撮像部と、第1の画像及び第2の画像のうちの一方の画像においてその指が表された指領域及び指領域からその指の先端に相当する指先位置を検出する指領域検出部と、指領域を含むテンプレートを設定し、かつテンプレート内の指領域に含まれない画素をマスクするテンプレート設定部と、テンプレートと第1の画像及び第2の画像のうちの他方の画像との間でテンプレートマッチングを行うことにより一方の画像上の指先位置に対応する他方の画像上の対応点を求める照合部と、一方の画像上の指先位置と他方の画像上の対応点とに基づいて、指の先端の実空間での位置を算出する指先位置算出部とを有する。
実空間での指先位置を高精度に検出できる。
以下、図面を参照しつつ、入力装置について説明する。この入力装置は、二つのカメラのそれぞれでユーザの指を撮影して得られる二つの画像の一方について指先位置を含むテンプレートを生成し、テンプレートマッチングにより他方の画像上での指先位置の対応点を求めることで指先の実空間での位置を求める。そしてこの入力装置は、指先の実空間での位置に応じて、指先が基準となる対象物に接触したか否かを判定する。そしてこの入力装置は、指先が対象物に接触したと判定した場合に、その指先の位置に応じた入力信号を生成する。
この入力装置は、テンプレートを生成する際、一方の画像から、肌色に相当する色を持つ領域を抽出することで、指が写っている指領域を検出し、その指領域及び指先位置を含むようにテンプレートを生成する。そしてこの入力装置は、テンプレート内で、指領域に含まれない画素をマスクすることで、背景によるテンプレートマッチングへの影響を軽減する。一方、この入力装置は、他方の画像については、肌色に相当する色を持つ領域の抽出を行わず、他方の画像そのものをテンプレートマッチングに利用する。これにより、この入力装置は、肌色に相当する色を持つ領域の抽出に起因する、指の一部の抽出に失敗する可能性を低減しつつ、背景によるテンプレートマッチングへの影響を軽減することで、指先の実空間での位置の検出精度の向上を図る。
図1は、一例による入力装置の概略斜視図である。図2は、図1に示された入力装置のハードウェア構成図である。入力装置1は、投影装置2と、ミラー3と、二つのカメラ4−1、4−2と、通信部5と、記憶部6と、制御部7とを有する。入力装置1が有するこれらの各部は、側面から見て縦方向にコの字型をした筐体10に収容される。なお、以下では説明の都合上、ユーザに面する側を正面と呼ぶ。
投影装置2は、例えば、液晶プロジェクタであり、筐体10の正面側に、表示面を上方へ向けて配置される。投影装置2は、制御部7から受け取った映像信号に従って映像をその表示面に表示することで、映像を投影する。投影装置2から投影された映像は、正面側へ突出した筐体10の天頂部10aの下側に設けられたミラー3により反射されて、例えば、ユーザの指先が接触したか否かの判定対象となる対象物8が載置されたテーブル面などに投影される。なお、対象物8は、例えば、シート状の物体とすることができるが、そのような物体に限定されない。また、対象物8は、入力装置1が載置されるテーブルそのものであってもよい。
二つのカメラ4−1、4−2は、それぞれ、撮像部の一例であり、天頂部10aに、ミラー3を挟んで所定間隔だけ離して鉛直下方に向けて配置される。なお、テーブル面からカメラ4−1、4−2までの高さは、対象物8がカメラ4−1とカメラ4−2の両方の撮影範囲に含まれ、かつ、対象物8の近傍に位置する指先を画像上で識別できるように、例えば、600mmに設定される。そしてカメラ4−1、4−2は、それぞれ、所定の撮影周期(例えば、10msec〜50msec)でその撮影範囲が写った画像を生成する。本実施形態では、カメラ4−1、4−2により生成される画像は、RGB表色系により表されるカラー画像である。また、本実施形態では、カメラ4−1とカメラ4−2間の視差方向は、各カメラにより生成された画像において水平方向となる。カメラ4−1、4−2は、画像を生成する度に、その画像を制御部7へ出力する。
通信部5は、入力装置1を他の機器と接続するためのインタフェース及びその制御回路を有する。そして通信部5は、例えば、他の機器から受け取った映像信号を制御部7へ渡す。あるいは、通信部5は、制御部7から受け取った、ユーザの入力に応じた入力信号を他の機器へ出力する。
記憶部6は、例えば、揮発性又は不揮発性の半導体メモリ回路を有する。そして記憶部6は、投影装置2により投影される映像を表す映像信号及びユーザの操作入力を検出するために利用される各種の情報を記憶する。ユーザの操作入力を検出するために利用される情報には、例えば、カメラ4−1とカメラ4−2間の間隔、カメラ4−1、4−2の焦点距離、指先位置の検出に利用する各種のパラメータなどが含まれる。さらに、ユーザの操作入力を検出するために利用される情報には、テーブルと平行な面の位置ごとにおける、カメラ4−1またはカメラ4−2から対象物8の表面までの距離が含まれてもよい。さらに、記憶部6は、カメラ4−1またはカメラ4−2から得られた画像を記憶してもよい。
制御部7は、一つまたは複数のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして制御部7は、投影装置2、カメラ4−1、4−2、通信部5及び記憶部6と信号線を介して接続されており、入力装置1全体を制御する。
また制御部7は、カメラ4−1及びカメラ4−2のそれぞれから受け取った画像上での指先の位置を求めることで、ユーザの指先の実空間での位置(すなわち、三次元位置)を特定する。そして制御部7は、指先の実空間での位置に基づいて、ユーザによる入力操作が行われたか否かを判定し、入力操作が行われたと判定した場合、指先の位置に応じた入力信号を生成して、その入力信号に応じた処理を実行する。
また制御部7は、カメラ4−1及びカメラ4−2のそれぞれから受け取った画像上での指先の位置を求めることで、ユーザの指先の実空間での位置(すなわち、三次元位置)を特定する。そして制御部7は、指先の実空間での位置に基づいて、ユーザによる入力操作が行われたか否かを判定し、入力操作が行われたと判定した場合、指先の位置に応じた入力信号を生成して、その入力信号に応じた処理を実行する。
以下、制御部7により実行される、指先位置検出処理を含む入力処理に関する構成要素の詳細について説明する。
図3は、制御部7の機能ブロック図である。制御部7は、指領域検出部11と、テンプレート設定部12と、照合部13と、指先位置算出部14と、接触判定部15とを有する。
制御部7が有するこれらの各部は、例えば、制御部7が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして実装されてもよい。なお、これらの各部は、それぞれ、別個の回路として、制御部7とは別個に入力装置1に実装されてもよく、あるいはこれらの各部の機能を実現する一つの集積回路として、制御部7とは別個に入力装置1に実装されてもよい。
図3は、制御部7の機能ブロック図である。制御部7は、指領域検出部11と、テンプレート設定部12と、照合部13と、指先位置算出部14と、接触判定部15とを有する。
制御部7が有するこれらの各部は、例えば、制御部7が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実現される機能モジュールとして実装されてもよい。なお、これらの各部は、それぞれ、別個の回路として、制御部7とは別個に入力装置1に実装されてもよく、あるいはこれらの各部の機能を実現する一つの集積回路として、制御部7とは別個に入力装置1に実装されてもよい。
指領域検出部11は、カメラ4−1及びカメラ4−2のそれぞれから制御部7が画像を取得する度に、何れか一方のカメラから取得した画像上で指が写っている領域である指領域を検出する。以下の説明では、指領域検出部11は、カメラ4−1から得られた画像上の指領域を検出するものとする。
本実施形態では、指領域検出部11は、カメラ4−1から得られた画像上で肌色に相当する色を持つ領域を、指領域として抽出する。そのために、指領域検出部11は、画像の各画素の値を、次式に従って、RGB表色系で表される値からHSV表色系で表される値に変換する。
ここで、R、G、Bは、それぞれ、変換前の画素の赤色成分、緑色成分、青色成分を表す。またMAX、MINは、それぞれ、変換前の画素の赤色成分、緑色成分、青色成分のうちの最大値及び最小値を表す。そしてH、V、Sは、それぞれ、変換後の画素の色相、明度、彩度を表す。ただし、Hの値に関しては、(1)式により得られた値が負の場合、その値に360を加えた値が色相の値となる。
この例では、明度V及び彩度Sは、それぞれ、0〜255の範囲内の値を取る。また、色相Hは、0〜359の値を取る。
この例では、明度V及び彩度Sは、それぞれ、0〜255の範囲内の値を取る。また、色相Hは、0〜359の値を取る。
指領域検出部11は、各画素の値がHSV表色系で表された画像から、次式の条件を満たす画素を肌色を持つ画素として抽出する。
指領域検出部11は、抽出された肌色を持つ画素(以下、便宜上、肌色画素と呼ぶ)に対してラベリング処理を実行することにより、肌色画素同士が連結された領域を指領域とする。なお、指領域検出部11は、画像から肌色に相当する色を持つ画素の集合を抽出し、抽出した画素の集合から指領域を検出する様々な方法の何れかに従って指領域を検出してもよい。
指領域が検出されると、指領域検出部11は、指領域の先端を、その画像上での指先の位置として検出する。例えば、画像上では指の根元が上側に位置し、指先が下側に位置することが想定される場合、指領域検出部11は、指領域の輪郭上に位置する画素のうち、垂直方向の座標が最も下方となる画素の位置を指先位置とする。あるいは、指領域検出部11は、画像上での指先位置を検出する様々な方法の何れか、例えば、特開2003−346162号公報に開示されている方法にしたがって画像上の指先位置を検出してもよい。
指領域検出部11は、画像上での指領域及び指先位置をテンプレート設定部12へ通知する。さらに、指領域検出部11は、画像上での指先位置を指先位置算出部14へ通知する。
テンプレート設定部12は、指領域及び指先位置が検出された画像に対して、他方の画像とのマッチングに利用するテンプレートを設定する。その際、テンプレート設定部12は、指領域の少なくとも一部及び指先位置を含むようにテンプレートを設定する。
本実施形態では、テンプレート設定部12は、指先位置を基準としてテンプレートを設定する。
なお、本実施形態では、画像上において指の根元が上側に位置し、指先が下側に位置するとともに、指は画像の垂直方向と略平行となるように写っているものとする。
なお、本実施形態では、画像上において指の根元が上側に位置し、指先が下側に位置するとともに、指は画像の垂直方向と略平行となるように写っているものとする。
図4は、テンプレートの一例を示す図である。テンプレート400は、例えば、指401の一定部分、例えば、第1関節より先の部分がテンプレート400に含まれるように設定される。例えば、画像上の指先位置Pの座標が(px,py)である場合、テンプレート400の左上端座標R0(rx,ry)は、次式のように設定される。
rx=px-W/2
ry=y-H
ただし、Wは、テンプレート400の水平方向の長さであり、Hは、テンプレート400の垂直方向の長さである。カメラ4−1から指までの距離が略600mmであり、カメラ4−1の解像度がVGA(640x480画素)であり、かつ、画角が75°であれば、例えば、W=H=40に設定される。
rx=px-W/2
ry=y-H
ただし、Wは、テンプレート400の水平方向の長さであり、Hは、テンプレート400の垂直方向の長さである。カメラ4−1から指までの距離が略600mmであり、カメラ4−1の解像度がVGA(640x480画素)であり、かつ、画角が75°であれば、例えば、W=H=40に設定される。
テンプレート設定部12は、テンプレートの指領域内の各画素について、その画素の値を、指領域及び指先位置が検出された画像におけるオリジナルの画素の値とする。本実施形態では、オリジナルの画像がRGB表色系で表された画像であるため、指領域内の各画素は、R,G,Bの各成分の値を持つ。
また、テンプレート設定部12は、テンプレート内の指領域以外の画素の値によるテンプレートマッチングへの影響を低下させるために、テンプレート内の指領域に含まれない各画素をマスクする。例えば、テンプレート設定部12は、テンプレート内の指領域に含まれない各画素の値を所定値に置換する。所定値は、任意の値であってよく、例えば、R、G、Bの各色成分について0または255とすることができる。ただし、照合部13によるテンプレートマッチングの精度を向上するために、指領域以外の各画素の値は、HSV表色系の値に変換された場合に(2)式の条件を満たさない値とすることが好ましい。
あるいは、テンプレート設定部12は、テンプレート内で指領域とその他の領域(以下、マスク領域と呼ぶ)とを識別するための情報を生成してもよい。そのような情報として、テンプレート設定部12は、例えば、テンプレートと同サイズの2値画像を生成し、その2値画像において、指領域に含まれる画素に対応する画素の値と、マスク領域に含まれる画素に対応する画素の値を異ならせてもよい。あるいは、テンプレート設定部12は、そのような情報として、テンプレート内でマスク領域に含まれる各画素の値を、オリジナルの画像では取り得ない値、例えば、R,G,Bの何れかについて負の値に設定してもよい。
テンプレート設定部12は、テンプレートを照合部13へわたす。さらに、テンプレート設定部12は、テンプレート内で指領域とマスク領域とを識別するための情報を生成した場合には、その情報も照合部13へわたす。
照合部13は、テンプレートと他方の画像(この例では、カメラ4−2により得られた画像)との間でテンプレートマッチングを実行する。なお、照合部13は、カメラ4−2により生成された画像のうち、テンプレートが設定されたカメラ4−1による画像の撮影時刻と最も近い撮影時刻の画像をテンプレートマッチングに利用する他方の画像とする。
図5(a)は、テンプレートが設定された画像の一例を示す図であり、一方、図5(b)は、他方の画像の一例を示す図である。図5(a)に示されるように、画像500に写っている指先位置Pを含むように、テンプレート501が設定されている。なお、この例では、画像500から指全体が正しく抽出され、結果として指先位置Pが正確に設定されているものとする。
この場合、図5(b)に示される、他方の画像510において、本来、指先位置を含む領域511がテンプレート501と最も一致する領域となる。しかし、従来技術のように、他方の画像510から肌色を持つ画素を抽出し、その抽出された肌色を持つ画素以外の画素の値が所定値とされたものがテンプレートマッチングに利用されたとする。この場合において、例えば、肌色を持つ画素の抽出の際に、爪512の検出に失敗したとすると、テンプレートと最も一致する領域として、誤って領域513が検出されてしまう。この場合、領域511の水平方向の位置x1と領域513の水平方向の位置x1'とが異なっているために、求められる実空間での指先位置も不正確となる。
そこで、本実施形態では、照合部13は、他方の画像について肌色を持つ画素を抽出せずに、そのままテンプレートマッチングに利用する。これにより、照合部13は、肌色を持つ画素の抽出の際に、指の一部(例えば、爪)の抽出に失敗することを防止できるので、指の一部の抽出失敗による、マッチング精度の低下を抑制できる。
照合部13は、例えば、他方の画像に対するテンプレートの相対的な位置を水平方向(すなわち、視差方向)にずらしながら、テンプレートと他方の画像間の正規化相互相関値を算出する。照合部13は、R,G,Bの何れかの色成分についてのみ、正規化相互相関値を算出してもよく、あるいは、各色成分について正規化相互相関値を算出し、その平均値を改めて正規化相互相関値としてもよい。あるいはまた、照合部13は、テンプレート内の各画素の値及び他方の画像の各画素の値をそれぞれHSV表色系に変換した上で、輝度成分に基づいて正規化相互相関値を算出してもよい。なお、照合部13は、他方の画像に対するテンプレートの相対的な位置を、垂直方向にもずらしてもよい。
また、照合部13は、テンプレート内の指領域とマスク領域とを識別する情報を受け取っている場合には、正規化相互相関値を算出する際に、マスク領域に含まれる画素を使用しなくてもよい。
そして照合部13は、正規化相互相関値が最大となったときの位置に位置合わせしたときのテンプレート内の指先位置P(px,py)に対応する、他方の画像上の対応点の位置Q1(x1,y1)を求める。
照合部13は、対応点の位置Q1を指先位置算出部14へ通知する。
指先位置算出部14は、カメラ4−1による画像上の指先位置と、カメラ4−2による画像上の対応点の位置とに基づいて、実空間での指先位置を求める。
本実施形態では、各カメラの設置位置、画角及び解像度が分かっているので、指先位置算出部14は、三角測量に基づいて、一方の画像上での指先位置と、他方の画像上での対応点の位置とから、指先の実空間での位置を求めることができる。例えば、指先位置算出部14は、次式に従って、一方の画像上の指先位置と他方の画像上の対応点とから、カメラ4−1(あるいはカメラ4−2)から指先位置までのカメラ4−1の光軸方向に沿った距離Zを算出する。
ここでx0は、一方の画像における指先位置の水平方向座標であり、x1は、他方の画像における対応点の水平方向座標である。またfは、カメラ4−1及びカメラ4−2の焦点距離である。そしてTは、カメラ4−1とカメラ4−2間の距離である。
また、画像上の画素の位置は、カメラの光軸となす角と1対1に対応している。そのため、指先位置算出部14は、カメラ4−1から指先までの距離と、画像上の指先の位置に対応する、光軸に対する角度とに基づいて、カメラ4−1の光軸に直交する面における指先の位置を特定できる。
指先位置算出部14は、指先の実空間での位置を接触判定部15に通知する。
また、画像上の画素の位置は、カメラの光軸となす角と1対1に対応している。そのため、指先位置算出部14は、カメラ4−1から指先までの距離と、画像上の指先の位置に対応する、光軸に対する角度とに基づいて、カメラ4−1の光軸に直交する面における指先の位置を特定できる。
指先位置算出部14は、指先の実空間での位置を接触判定部15に通知する。
接触判定部15は、カメラ4−1から指先位置までの距離と、その指先の位置に対応する対象物8とカメラ4−1間の距離とを比較する。そして接触判定部15は、その距離の差が、指の厚さに相当する所定の接触判定閾値以下である場合、指先が対象物8に接触したと判定する。
接触判定部15は、指先が対象物8に接触したと判定した場合、指先位置の対象物8の表面における位置に応じた入力信号を生成し、その入力信号を通信部5を介して他の機器へ出力する。あるいは、制御部7は、その入力信号に応じた処理を実行してもよい。
図6は、指先位置検出処理を含む入力処理の動作フローチャートである。制御部7は、カメラ4−1及びカメラ4−2から画像を取得する度に、以下の動作フローチャートに従って入力処理を実行する。また、以下の動作フローチャートにおいて、ステップS101〜S106までが、指先位置検出処理に相当する。
指領域検出部11は、カメラ4−1から得られた画像上で指が写っている指領域を検出する(ステップS101)。そして指領域検出部11は、指領域の先端を画像上での指先位置として検出する(ステップS102)。
テンプレート設定部12は、画像上での指先位置を含む、指領域の一部を含むようにテンプレートを設定する(ステップS103)。そしてテンプレート設定部12は、テンプレート内で指領域に含まれない各画素をマスクする(ステップS104)。
照合部13は、テンプレートと他方の画像間でのテンプレートマッチングを実行することにより、他方の画像においてそのテンプレート内の指先位置に対する対応点を検出する(ステップS105)。
指先位置算出部14は、指先位置及び対応点に基づいて指先の実空間の位置を算出する(ステップS106)。
接触判定部15は、その指先位置におけるカメラ4−1から対象物8までの距離と、カメラ4−1から指先までの距離Zとの差が接触判定閾値D以下か否か判定する(ステップS107)。その差が接触判定閾値Dより大きい場合(ステップS107−No)、接触判定部15は、ユーザの指は対象物8に接触していないと判定する。そして制御部7は、入力処理を終了する。
一方、その差が接触判定閾値D以下である場合(ステップS107−Yes)、接触判定部15は、その指先の位置にてユーザの指が対象物8に接触したと判定する。そして接触判定部15は、その指先の位置の実空間における座標に応じた入力信号を生成し、その入力信号を出力する(ステップS108)。そして制御部7は、入力処理を終了する。
一方、その差が接触判定閾値D以下である場合(ステップS107−Yes)、接触判定部15は、その指先の位置にてユーザの指が対象物8に接触したと判定する。そして接触判定部15は、その指先の位置の実空間における座標に応じた入力信号を生成し、その入力信号を出力する(ステップS108)。そして制御部7は、入力処理を終了する。
図7は、本実施形態による、指先の実空間の位置の測定結果と、比較例として、テンプレートとの照合に利用する他方の画像として、従来技術のように指領域以外の各画素の値を所定値で置換した画像を用いた場合の指先の実空間の位置の測定結果を示す。
この実験では、測定期間中、被験者の指先は、カメラ4−1から60mmの位置に置いた。そしてカメラ4−1及びカメラ4−2から画像が得られる度に、実空間での指先位置とカメラ4−1間の鉛直方向の距離zを測定した。図7の横軸は、各カメラからの画像の取得回数を表し、縦軸は距離を表す。そしてグラフ701は、本実施形態による、各画像取得時のカメラ4−1から指先までの距離の測定値を表すグラフである。一方、グラフ702は、比較例による、各画像取得時のカメラ4−1から指先までの距離の測定値を表すグラフである。本実施形態による、カメラ4−1から指先位置までの距離の測定結果の分散は3.2であり、一方、比較例による、カメラ4−1から指先位置までの距離の測定結果の分散は7.4であった。このように、比較例よりも、本実施形態の方が、カメラ4−1から指先位置までの距離の測定結果のバラツキが小さいことが分かる。
以上に説明してきたように、この入力装置は、一方の画像から肌色を持つ画素の集合を抽出することで検出された指領域を含むテンプレートについて、テンプレート内の指領域以外の画素をマスクすることで、背景によるテンプレートマッチングへの影響を軽減する。そしてこの入力装置は、そのテンプレートと、他方の画像そのものとのテンプレートマッチングを行うことで、一方の画像上の指先位置に対応する他方の画像の対応点を検出する。そしてこの入力装置は、一方の画像上の指先位置と他方の画像上の対応点とから、指先の実空間での位置を算出する。そのため、この入力装置は、一方の画像についてのみ、指領域を抽出するので、指領域の検出の際に指の一部の検出に失敗することによる、他方の画像上の対応点の位置の検出精度の低下を抑制できる。その結果として、この入力装置は、より高精度に指先の実空間での位置を特定できる。
なお、画像から肌色を持つ画素の集合を指領域として抽出する際に、指の一部の抽出に失敗すると、画像上での指領域が本来の指の長さに相当する指領域の長さよりも短くなることがある。特に、指において、爪の部分の色が指の他の部分の色と異なるために、指領域の検出の際に爪の部分の検出に失敗する可能性があるためである。そこで変形例によれば、入力装置は、二つのカメラのそれぞれの画像から指領域を抽出し、それぞれの画像について、指の長手方向に沿った指領域の長さを測定する。そしてこの入力装置は、指領域が長い方の画像についてテンプレートを設定し、指領域が短い方の画像については、オリジナルの画像をテンプレートマッチングに使用する。
この変形例による入力装置は、上記の実施形態と比較して、指領域検出部11及びテンプレート設定部12の処理の一部について相違する。そこで以下では、指領域検出部11及びテンプレート設定部12について説明する。入力装置の他の構成要素については、上記の実施形態の対応する構成要素の説明を参照されたい。
指領域検出部11は、カメラ4−1及びカメラ4−2のそれぞれから制御部7が画像を取得する度に、カメラ4−1から取得した画像及びカメラ4−2から取得した画像の両方について指領域及び指先位置を検出する。なお、指領域及び指先位置の検出の具体的な方法は、上記の実施形態による指領域及び指先位置の検出の方法と同じとすることができるので、ここでは、その詳細な説明は省略する。
指領域検出部11は、カメラ4−1により得られた画像とカメラ4−2により得られた画像のそれぞれについて、その画像上での指領域の長さを測定する。
上述したように、爪の部分の色が指の他の部分の色と異なるために、指領域検出部11は、指領域の検出の際に、爪の部分の検出に失敗することがある。このような場合、爪の部分が正しく検出された場合と比較して、指の長手方向に沿った指領域の長さが短くなる。したがって、同じ指が写っている二つの画像において、指の長手方向に沿った指領域の長さが異なっている場合には、長い方の指領域の方が、正しく指全体を検出できている可能性が高い。そこで、指領域検出部11は、テンプレートに利用する画像を選択するための指標として、各画像について、指の長手方向に沿った指領域の長さを測定する。
本実施形態では、指領域検出部11は、各画像について、指領域の重心と指先位置間の距離を指の長手方向に沿った指領域の長さとして算出する。
図8は、爪が検出されている場合の指領域の長さと爪の検出に失敗した場合の指領域の長さを示す模式図である。画像800では、検出された指領域801に、爪の部分も含まれている。一方、画像810では、爪の検出に失敗しており、その結果として、検出された指領域811に、爪の部分は含まれていない。そのため、画像800における、指領域801の重心G1(x,y)と指先位置P1(x,y)間の距離d1は、画像810における、指領域811の重心G2(x,y)と指先位置P2(x,y)間の距離d2よりも長くなっている。そのため、この例では、画像800に基づいてテンプレートが設定される。
なお、指領域検出部11は、各画像について、他の方法に従って指領域の長さを測定してもよい。例えば、画像上では指の根元が上側に位置し、指先が下側に位置することが想定され、かつ、カメラ4−1とカメラ4−2が画像上での水平方向に相当する方向に沿って並んでいるとする。この場合、指領域検出部11は、各画像について、指領域の上端と指先位置間の距離を、指領域の長さとしてもよい。
指領域検出部11は、各画像についての指領域及び指先位置とともに、測定した指領域の長さをテンプレート設定部12へ通知する。
テンプレート設定部12は、カメラ4-1により得られた画像について測定された指領域の長さとカメラ4-2により得られた画像について測定された指領域の長さとを比較する。そしてテンプレート設定部12は、指領域が長い方の画像について、その画像の指領域及び指先位置に基づいてテンプレートを設定する。例えば、カメラ4-1により得られた画像についての指領域の方が、カメラ4-2により得られた画像についての指領域よりも長い場合、テンプレート設定部12は、カメラ4−1により得られた画像に基づいてテンプレートを設定する。なお、テンプレート設定の詳細については上記の実施形態の対応する記載を参照されたい。
図9は、この変形例による、入力処理の動作フローチャートである。制御部7は、カメラ4−1及びカメラ4−2から画像を取得する度に、以下の動作フローチャートに従って入力処理を実行する。また、以下の動作フローチャートにおいて、ステップS201〜S207までが、指先位置検出処理に相当する。
指領域検出部11は、カメラ4−1から得られた画像及びカメラ4−2から得られた画像のそれぞれから、指が写っている指領域を検出する(ステップS201)。そして指領域検出部11は、各画像について、指領域の先端を画像上での指先位置として検出する(ステップS202)。さらに、指領域検出部11は、各画像について、指領域の重心から指先位置までの距離を指領域の長さとして測定する(ステップS203)。
テンプレート設定部12は、カメラ4−1により得られた画像とカメラ4-2により得られた画像のうち、指領域が長い方の画像について、指先位置と指領域の一部を含むようにテンプレートを設定する(ステップS204)。
ステップS204の後、制御部7は、ステップS205〜ステップS209の処理を実行する。なお、ステップS205〜ステップS209の処理は、図6に示されたフローチャートにおける、ステップS104〜ステップS108の処理と同様であるため、ステップS205〜ステップS209の処理の詳細については省略する。なお、この変形例では、照合部13は、ステップS206における他方の画像として、テンプレートが設定されなかった方の画像を利用する。
この変形例によれば、入力装置は、検出された指領域の長い方の画像からテンプレートを設定するので、指先まで含まれるテンプレートを設定できる可能性を高めることができる。またこの変形例でも、入力装置は、テンプレートとの照合に用いられる画像として、オリジナルの画像を用いるので、指領域の検出の失敗による指先位置の検出精度の低下を抑制できる。
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
1 入力装置
2 投影装置
3 ミラー
4−1、4−2 カメラ
5 通信部
6 記憶部
7 制御部
8 対象物
11 指領域検出部
12 テンプレート設定部
13 照合部
14 指先位置算出部
15 接触判定部
2 投影装置
3 ミラー
4−1、4−2 カメラ
5 通信部
6 記憶部
7 制御部
8 対象物
11 指領域検出部
12 テンプレート設定部
13 照合部
14 指先位置算出部
15 接触判定部
Claims (6)
- 指を撮影して当該指が表された第1の画像を生成する第1の撮像部と、
前記第1の撮像部と所定間隔離して配置され、かつ、前記指を撮影して前記指が表された第2の画像を生成する第2の撮像部と、
前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの一方の画像において前記指が表された指領域及び前記指領域から前記指の先端に相当する指先位置を検出する指領域検出部と、
前記指領域を含むテンプレートを設定し、かつ前記テンプレート内の前記指領域に含まれない画素をマスクするテンプレート設定部と、
前記テンプレートと前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像との間でテンプレートマッチングを行うことにより前記一方の画像上の前記指先位置に対応する前記他方の画像上の対応点を求める照合部と、
前記一方の画像上の前記指先位置と前記他方の画像上の前記対応点とに基づいて、前記指の先端の実空間での位置を算出する指先位置算出部と、
を有する入力装置。 - 前記指領域検出部は、前記一方の画像から肌色に相当する色を持つ画素を抽出し、該抽出された画素の集合に基づいて前記指領域を検出する、請求項1に記載の入力装置。
- 前記指領域検出部は、前記第1の画像と前記第2の画像の両方から前記指領域及び前記指先位置を検出し、かつ、前記第1の画像上の前記指領域の長さと前記第2の画像上の前記指領域の長さを測定し、
前記テンプレート設定部は、前記第1の画像と前記第2の画像のうち、前記指領域が長い方の画像を前記一方の画像として前記テンプレートを設定する、
請求項1または2に記載の入力装置。 - 前記第1の撮像部または前記第2の撮像部から前記指の先端の実空間での位置までの距離と前記第1の撮像部または前記第2の撮像部から対象物までの距離のとの差が所定の閾値以下である場合、前記指が前記対象物に接触していると判定して前記指の先端の実空間での位置に応じた入力信号を生成する接触判定部をさらに有する、請求項1〜3の何れか一項に記載の入力装置。
- 第1の撮像部が指を撮影することにより生成した、当該指が表された第1の画像、及び、前記第1の撮像部と所定間隔離して配置された第2の撮像部が前記指を撮影することにより生成した、当該指が表された第2の画像のうちの一方の画像において前記指が表された指領域及び前記指領域から前記指の先端に相当する指先位置を検出し、
前記指領域を含むテンプレートを設定し、かつ前記テンプレート内の前記指領域に含まれない画素をマスクし、
前記テンプレートと前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像との間でテンプレートマッチングを行うことにより前記一方の画像上の前記指先位置に対応する前記他方の画像上の対応点を求め、
前記一方の画像上の前記指先位置と前記他方の画像上の前記対応点とに基づいて、前記指の先端の実空間での位置を算出する、
ことを含む指先位置検出方法。 - 第1の撮像部が指を撮影することにより生成した、当該指が表された第1の画像、及び、前記第1の撮像部と所定間隔離して配置された第2の撮像部が前記指を撮影することにより生成した、当該指が表された第2の画像のうちの一方の画像において前記指が表された指領域及び前記指領域から前記指の先端に相当する指先位置を検出し、
前記指領域を含むテンプレートを設定し、かつ前記テンプレート内の前記指領域に含まれない画素をマスクし、
前記テンプレートと前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの他方の画像との間でテンプレートマッチングを行うことにより前記一方の画像上の前記指先位置に対応する前記他方の画像上の対応点を求め、
前記一方の画像上の前記指先位置と前記他方の画像上の前記対応点とに基づいて、前記指の先端の実空間での位置を算出する、
ことをコンピュータに実行させるための指先位置検出用コンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015120545A JP2017004438A (ja) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015120545A JP2017004438A (ja) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017004438A true JP2017004438A (ja) | 2017-01-05 |
Family
ID=57754254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015120545A Pending JP2017004438A (ja) | 2015-06-15 | 2015-06-15 | 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017004438A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111652182A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-11 | 广东小天才科技有限公司 | 一种悬空手势识别的方法、装置、电子设备和存储介质 |
CN111753715A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-09 | 广东小天才科技有限公司 | 点读场景下试题拍摄的方法、装置、电子设备和存储介质 |
CN114052374A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 佳能株式会社 | 存储介质、信息处理设备的控制方法和信息处理设备 |
-
2015
- 2015-06-15 JP JP2015120545A patent/JP2017004438A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111652182A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-09-11 | 广东小天才科技有限公司 | 一种悬空手势识别的方法、装置、电子设备和存储介质 |
CN111652182B (zh) * | 2020-06-17 | 2023-09-19 | 广东小天才科技有限公司 | 一种悬空手势识别的方法、装置、电子设备和存储介质 |
CN111753715A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-09 | 广东小天才科技有限公司 | 点读场景下试题拍摄的方法、装置、电子设备和存储介质 |
CN114052374A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 佳能株式会社 | 存储介质、信息处理设备的控制方法和信息处理设备 |
CN114052374B (zh) * | 2020-07-31 | 2024-03-22 | 佳能株式会社 | 存储介质、信息处理设备的控制方法和信息处理设备 |
US11961288B2 (en) | 2020-07-31 | 2024-04-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Storage medium, control method of information processing apparatus, and information processing apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101603017B1 (ko) | 제스처 인식 장치 및 제스처 인식 장치의 제어 방법 | |
US10423848B2 (en) | Method, system, and computer-readable recording medium for long-distance person identification | |
JP6248533B2 (ja) | 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム | |
JP6201379B2 (ja) | 位置算出システム、位置算出プログラム、および、位置算出方法 | |
US9727171B2 (en) | Input apparatus and fingertip position detection method | |
KR20090119107A (ko) | 차영상 엔트로피를 이용한 시선 추적 장치 및 그 방법 | |
JP2014039617A (ja) | 視線検出装置及び視線検出方法 | |
JP6157165B2 (ja) | 視線検出装置及び撮像装置 | |
JP2016091457A (ja) | 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム | |
US9268408B2 (en) | Operating area determination method and system | |
JP2016184362A (ja) | 入力装置、入力操作検出方法及び入力操作検出用コンピュータプログラム | |
TW201939260A (zh) | 一種利用手勢模擬滑鼠操作的方法、裝置及終端 | |
US20180307896A1 (en) | Facial detection device, facial detection system provided with same, and facial detection method | |
JP2017004438A (ja) | 入力装置、指先位置検出方法及び指先位置検出用コンピュータプログラム | |
JP2016099643A (ja) | 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム | |
JP5416489B2 (ja) | 三次元指先位置検出方法、三次元指先位置検出装置、およびプログラム | |
US11488415B2 (en) | Three-dimensional facial shape estimating device, three-dimensional facial shape estimating method, and non-transitory computer-readable medium | |
JP2015170206A (ja) | 検出装置および検出方法 | |
JP2015184906A (ja) | 肌色検出条件決定装置、肌色検出条件決定方法及び肌色検出条件決定用コンピュータプログラム | |
US8947494B2 (en) | Pointer information processing device, computer-readable recording medium and conference system | |
JP6733789B2 (ja) | 入力装置、入力操作検出方法及び入力操作検出用コンピュータプログラム | |
US20240069647A1 (en) | Detecting method, detecting device, and recording medium | |
US20240070889A1 (en) | Detecting method, detecting device, and recording medium | |
JP6361332B2 (ja) | ジェスチャ認識装置およびジェスチャ認識プログラム | |
KR101382806B1 (ko) | 단말기의 카메라에 입력된 손가락 영상을 이용한 3차원 좌표 생성 방법 및 카메라에 입력된 손가락 영상을 이용하여 3차원 좌표를 생성하는 이동 단말기 |