JP2020122696A - Position detection device, position detection unit, image display system, and position detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置検出装置、位置検出ユニット、画像表示システムおよび位置検出方法に関するものである。 The present invention relates to a position detection device, a position detection unit, an image display system and a position detection method.
従来、構造化光を利用した位置検出は1台のカメラで3次元形状が認識可能でありステレオカメラを用いる場合と比較してデバイス個数を減らすことができる。また、構造化光を利用した位置検出は、プロジェクターからの画像が投影されたスクリーンのタッチ認識技術としても応用可能である。このような構造化光を利用した位置検出方法として、ランダムスペックルパターンを投影する技術がある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in position detection using structured light, one camera can recognize a three-dimensional shape, and the number of devices can be reduced as compared with the case of using a stereo camera. Position detection using structured light can also be applied as touch recognition technology for a screen onto which an image from a projector is projected. As a position detecting method using such structured light, there is a technique of projecting a random speckle pattern (for example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、ランダムスペックルパターンを投影する手法の場合、深度解像度を上げるためにパタンピッチを細かくすると深度方向データの繰り返しが発生し、粗いピッチのパターンしか投影できなくなる。その結果、低解像度の画像しか得ることができず、位置検出精度が低下するという問題が生じる。 However, in the case of the method of projecting a random speckle pattern, if the pattern pitch is made fine in order to improve the depth resolution, the data in the depth direction is repeated, and only a pattern having a coarse pitch can be projected. As a result, only a low-resolution image can be obtained, and the position detection accuracy deteriorates.
本発明の第一態様に従えば、構造化光パターンが表示された表示面を指示する第1の指示体と、前記第1の指示体に設けられ、前記表示面に表示された前記構造化光パターンを撮像する第1撮像装置と、前記表示面に表示された前記構造化光パターンを撮像する第2撮像装置と、画像処理部と、を備え、前記第1撮像装置は、前記第1の指示体の周囲に位置する前記構造化光パターンの複数の投影点のうち、互いに異なる少なくとも3点を含む領域を撮像した第1画像を取得し、前記第2撮像装置は、前記第1の指示体が指示する前記表示面における前記構造化光パターンの表示領域の全体を撮像した第2画像を取得し、前記画像処理部は、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記第1の指示体が指示する前記表示面上の位置情報を検出する位置検出装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, a first indicator for indicating a display surface on which a structured light pattern is displayed, and the structured indicator provided on the first indicator and displayed on the display surface. A first image pickup device for picking up a light pattern, a second image pickup device for picking up the structured light pattern displayed on the display surface, and an image processing unit, wherein the first image pickup device is the first image pickup device. Of the plurality of projection points of the structured light pattern located around the pointer of No. 1, the first image obtained by capturing an area including at least three points different from each other is acquired, and the second image pickup apparatus sets the first image pickup apparatus to the first image pickup apparatus. A second image obtained by capturing the entire display area of the structured light pattern on the display surface indicated by the indicator is acquired, and the image processing unit, based on the first image and the second image, A position detection device that detects position information on the display surface indicated by a first indicator is provided.
上記第一態様において、前記表示面を第2の指示体が指示した場合に、前記画像処理部は、前記第2の指示体に指示された前記表示面における前記構造化光パターンの表示領域の全体を前記第2撮像装置で撮像した第3画像を用いて、前記第2の指示体が指示する前記表示面上の位置情報を検出するのが好ましい。 In the above-mentioned first aspect, when a second indicator points to the display surface, the image processing unit controls the display area of the structured light pattern on the display surface pointed to by the second indicator. It is preferable to detect the position information on the display surface indicated by the second indicator using the third image obtained by capturing the entire image with the second image pickup device.
上記第一態様において、前記第1の指示体における指示部分の中心軸は、前記第1撮像装置の光軸と平行であるのが好ましい。 In the first aspect, the central axis of the pointing portion of the first pointer is preferably parallel to the optical axis of the first imaging device.
上記第一態様において、前記中心軸は、前記光軸に一致しているのが好ましい。 In the first aspect, the central axis preferably coincides with the optical axis.
本発明の第二態様に従えば、上記第一態様の位置検出装置と、前記表示面に向けて前記構造化光パターンを表示する構造化光表示部と、を備える位置検出ユニットが提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a position detection unit including the position detection device according to the first aspect, and a structured light display section that displays the structured light pattern toward the display surface. ..
本発明の第三態様に従えば、上記第二態様の位置検出ユニットと、前記表示面に画像を表示する画像表示装置と、を備える画像表示システムが提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an image display system including the position detection unit according to the second aspect, and an image display device that displays an image on the display surface.
上記第三態様において、前記画像処理部は、前記第1の指示体に設けられており、前記第1の指示体は、前記位置情報を前記画像表示装置に送信し、前記画像表示装置は、前記第1の指示体から送信された前記位置情報に基づいて、前記表示面に表示する画像を制御するのが好ましい。 In the third aspect, the image processing unit is provided in the first indicator, the first indicator transmits the position information to the image display device, the image display device, It is preferable to control the image displayed on the display surface based on the position information transmitted from the first indicator.
上記第三態様において、前記第1の指示体は、前記画像表示装置に対して無線通信でデータを転送するデータ転送部をさらに有するのが好ましい。 In the third aspect, it is preferable that the first indicator further includes a data transfer unit that transfers data to the image display device by wireless communication.
本発明の第四態様に従えば、構造化光パターンが表示された表示面を指示する第1の指示体の周囲に位置する前記構造化光パターンの複数の投影点のうち、互いに異なる少なくとも4点の投影点を含む領域を撮像した第1画像を取得する第1画像取得工程と、前記第1の指示体が指示する前記表示面における前記構造化光パターンの表示領域の全体を撮像した第2画像を取得する第2画像取得工程と、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記第1の指示体が指示する前記表示面上の位置情報を検出する検出工程と、を備える位置検出方法が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, at least four different projection points among the plurality of projection points of the structured light pattern located around the first indicator pointing the display surface on which the structured light pattern is displayed. A first image acquisition step of acquiring a first image of a region including a projected point of a point; and a first image of the entire display region of the structured light pattern on the display surface indicated by the first indicator. A second image acquisition step of acquiring two images, and a detection step of detecting positional information on the display surface indicated by the first indicator based on the first image and the second image. There is provided a position detecting method comprising.
以下、本発明の位置検出装置、位置検出ユニット、画像表示システムおよび位置検出方法に係る一実施形態について図面を参照しながら説明する。 An embodiment of a position detecting device, a position detecting unit, an image display system, and a position detecting method of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(画像表示システム)
図1は画像表示システムの構成を示す側面図である。
図1に示すように、本実施形態の画像表示システム1は、平坦なスクリーン(表示面)SC上における電子ペン(第1の指示体)Pの位置を高精度に検出することを可能にした装置である。
(Image display system)
FIG. 1 is a side view showing the configuration of the image display system.
As shown in FIG. 1, the image display system 1 of the present embodiment enables highly accurate detection of the position of the electronic pen (first indicator) P on the flat screen (display surface) SC. It is a device.
本実施形態の画像表示システム1は、図1に示すように、位置検出ユニット2と、スクリーンSCに表示用画像(画像)を表示するプロジェクター(画像表示装置)3と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the image display system 1 of the present embodiment includes a
(位置検出ユニット)
位置検出ユニット2は、構造化光表示部10と、位置検出装置20と、を有する。
構造化光表示部10は、スクリーンSC上に構造化光パターンLPを表示させる。構造化光表示部10は、例えば、840nm程度の波長帯の近赤外光を射出する光源と、光源から射出した近赤外光を回折して所望のパターンに整形する回折光学素子と、回折した近赤外光を投影するレンズ系と、を有している。
(Position detection unit)
The
The structured
プロジェクター3としては、表示用映像V1をスクリーンSCに投影することができれば、例えば、光走査方式のプロジェクターであってもよいし、LCD方式のプロジェクターであってもよいし、DMD方式のプロジェクターであってもよい。なお、プロジェクター3は構造化光表示部10から射出される構造化光パターンLPを構成する近赤外光を遮らない位置に設置されている。
The
図2はスクリーン上に表示される構造化光パターンを示す図である。
図2に示すように、構造化光表示部10によりスクリーンSC上に形成された構造化光パターンLPは格子状を有する。ここで、構造化光パターンLPのピッチとしては特に限定されず、後述する位置検出装置20のカメラの分解能によって適宜設定される。なお、図2では、格子状である構造化光パターンLPの四隅を規定する4点をL1,L2,L3,L4で示した。
FIG. 2 is a diagram showing a structured light pattern displayed on the screen.
As shown in FIG. 2, the structured light pattern LP formed on the screen SC by the structured
本実施形態では、構造化光パターンLPとして近赤外光を用いることで、スクリーンSC上に表示した構造化光パターンLPが人間の眼に視認され難くなるため、プロジェクター3による表示用画像を劣化させるおそれがない。なお、構造化光表示部10の光源は近赤外光を射出するものに限定されず、可視光を射出する光源であってもよい。この場合、構造化光パターンLPを人間に視認され難いような輝度変化を与えたものとしたり、人間の眼で視認され難い周波数で周期的に表示したりするようにすることが望ましい。このようにすれば、構造化光パターンLPとの重なりによってプロジェクター3による表示用画像の劣化を低減することができる。
In the present embodiment, by using near-infrared light as the structured light pattern LP, the structured light pattern LP displayed on the screen SC becomes hard to be visually recognized by human eyes, so that the display image by the
(位置検出装置)
図1に示したように、位置検出装置20は、スクリーンSCを撮像する第2カメラ(第2撮像装置)21と、画像処理回路(画像処理部)22と、電子ペンPと、を備えている。
(Position detection device)
As shown in FIG. 1, the
第2カメラ21は、例えば、近赤外光(NIR光)に対応したNIRカメラである。第2カメラ21は、CCD(Charge Coupled Device:シーシーディー)センサーやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:シーモス)センサーなどの撮像素子(図示せず)およびレンズ系を有する受光ユニットと、撮像素子からの映像信号を処理する処理部と、を備える。
The
第2カメラ21は例えば配線等により画像処理部22と電気的に接続されている。第2カメラ21は、電子ペンPが指示するスクリーンSC上における構造化光パターンLPの表示領域の全体を含む第2画像G2を取得し、画像処理部22に出力する(第2画像取得工程)。
なお、第2画像G2は後述するようにスクリーンSC上における位置情報を規定するために用いられる。
The
The second image G2 is used to define position information on the screen SC as described later.
第2カメラ21は、構造化光表示部10から射出される構造化光パターンLPに対して予め校正(キャリブレーション)されている。すなわち、位置検出装置20は、構造化光表示部10によりスクリーンSCに表示された構造化光パターンLPを第2カメラ21で撮像し、スクリーンSC上に投影された構造化光パターンLPのみを撮像した画像と、スクリーンSCと構造化光表示部10との間に物体が存在していた場合の構造化光パターンLPの撮像画像とを画像処理部22で処理することで、物体の位置情報(座標値)を算出することができる。なお、位置検出ユニット2の座標原点は任意に設定可能であり、例えば、第2カメラ21のカメラ原点をユニットの座標原点としてもよい。
The
本実施形態の位置検出ユニット2は、スクリーンSC上において構造化光パターンLPが投影されている部分、すなわち図2に示した構造化光パターンLPと重なる場所A1の座標に関しては高精度で位置情報を検出可能である。
The
ここで、構造化光パターンLPの格子形状よりも外形の小さい指示体でスクリーンSCを指示した場合において、物体の指示位置を検出する場合について考える。構造化光パターンLPの格子形状よりも外形の小さい指示体は構造化光パターンLPが投影されていない部分、すなわち図2に示した構造化光パターンLPと重ならない場所A2を指示する場合があり、物体の指示位置の検出が難しくなる。 Here, a case will be considered in which the pointing position of the object is detected when the screen SC is pointed by a pointer whose outer shape is smaller than the lattice shape of the structured light pattern LP. An indicator having an outer shape smaller than the lattice shape of the structured light pattern LP may indicate a portion where the structured light pattern LP is not projected, that is, a place A2 that does not overlap the structured light pattern LP shown in FIG. , It becomes difficult to detect the pointing position of the object.
例えば、プレゼンテーションを行う場合において、スクリーンSC上における所定領域を指示する指示体として本実施形態の電子ペンPを用いることができる。 For example, when giving a presentation, the electronic pen P of the present embodiment can be used as an indicator that indicates a predetermined area on the screen SC.
本実施形態の位置検出ユニット2では、電子ペンPのペン先のように構造化光パターンLPの格子形状よりも小さい指示体の位置についても下記構成を採用することで高精度に検出可能である。
In the
本実施形態の電子ペンPは、本体部30と、本体部30の先端に設けられたペン先(指示部分)31と、第1カメラ(第1撮像装置)32と、データ転送部33とを備えている。なお、第1カメラ32およびデータ転送部33は、本体部30内に収容されている。なお、本体部30の少なくともペン先31の近傍は、第1カメラ32による撮像を可能とするために透光性部材、より望ましくは透明部材で構成されている。
The electronic pen P of the present embodiment includes a
ペン先31は本体部30から突出した状態に設けられる。ペン先31の外形は構造化光パターンLPの格子形状よりも小さい。
本実施形態において、ペン先31の根本部分には、ペン先31のスクリーンSCに対する接触を判定する検出素子31aが設けられている。このような検出素子31aとしては、例えば、圧力センサーなどを用いることができる。検出素子31aは第1カメラ32に電気的に接続されている。なお、ペン先31のスクリーンSCに対する接触判定方法としては圧力検知に限定されるものではない。
The
In the present embodiment, a
第1カメラ32は、第2カメラ21と同様の構成を有しており、ペン先31で指示されたスクリーンSC上に表示された構造化光パターンLPを撮像する。
第1カメラ32は、ペン先31のスクリーンSCへの接触が検出素子31aで判定された場合、不図示の電力源から電力が供給されることで撮像を行う。そのため、電子ペンPは、ペン先31がスクリーンSCに接触した場合のみ第1カメラ32を駆動させるので、消費電力の低減を図ることができる。
The
When the
図3はスクリーンを指示する電子ペンの要部を拡大した図である。図3は電子ペンPのペン先31の近傍に設けられた第1カメラ32の要部構成を示している。
図3に示すように、電子ペンPは、ペン先31の近傍に設けられた第1カメラ32を用いて、スクリーンSCを指示するペン先31の周辺画像を取得する。より具体的に、第1カメラ32は、スクリーンSC上に表示された構造化光パターンLPのうちペン先31が指示する領域とその周辺領域とを撮像して後述の第1画像G1として取得する。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the electronic pen for pointing the screen. FIG. 3 shows the main configuration of the
As shown in FIG. 3, the electronic pen P uses a
図3に示すように、第1カメラ32は撮像素子32aとレンズ32bとを有する。本実施形態において、電子ペンPのペン先31の中心軸31Cは、第1カメラ32の光軸32Cと平行である。より具体的に、中心軸31Cは光軸32Cに一致している。第1カメラ32の光軸32Cは撮像素子32aの中心を通るため、電子ペンPのペン先31は撮像素子32aで取得される画像中心に位置する。このようにペン先31が画像中心に位置するため、ペン先31の位置を容易に特定できる。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態において、第1カメラ32は、スクリーンSCに投影された構造化光パターンLPの複数の投影点のうちの互いに異なる少なくとも4つの投影点が認識できる画角を有している。ここで、異なる4つの投影点とは、格子状の構造化光パターンLPにおいて直線上に並ばない4点をいう。
In the present embodiment, the
第1カメラ32は、スクリーンSCを指示した電子ペンPのペン先31の周囲に位置する構造化光パターンLPの複数の投影点のうちの互いに異なる少なくとも4点を含む第1画像G1を取得する(第1画像取得工程)。
The
図4は第1カメラにより撮影された第1画像を示す模式図である。図4では、第1画像G1における4つの投影点を符号LP1,LP2,LP3、LP4でそれぞれ示した。なお、図4における符号L1,L2は図2に示した構造化光パターンLPの4隅の2点に対応する。
上述したように電子ペンPにおいて、ペン先31は撮像素子32aの中心に位置するため、図4に示すように第1画像G1における中心部G1cが欠損している。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a first image taken by the first camera. In FIG. 4, the four projection points in the first image G1 are indicated by reference numerals LP1, LP2, LP3, and LP4, respectively. It should be noted that reference numerals L1 and L2 in FIG. 4 correspond to two points at the four corners of the structured light pattern LP shown in FIG.
As described above, in the electronic pen P, since the
第1カメラ32が取得した第1画像G1の画像データはデータ転送部33に送信される。データ転送部33は、第1画像G1に関するデータを例えば、bluetooth(登録商標)や無線LAN(Local Area Network:ラン)等のような無線通信により画像処理部22に送信する。
The image data of the first image G1 acquired by the
画像処理部22は、CPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)、各種データの一時記憶などに用いられるRAM(Random Acccess Memory:ラム)、および、マスクROM(Read Only Memory:ロム)やフラッシュメモリー、FeRAM(Ferroelectric Randam Access Memory:強誘電体メモリー)などの不揮発性メモリーや画像解析用の処理装置(いずれも図示せず)を備えている。画像処理部22はプロジェクター3の駆動を制御する制御部と電気的に接続されている。
The
図4に示したように、第1画像G1において、本来、矩形状である構造化光パターンLPは変形した状態となっている。これは、第1画像G1が、構造化光パターンLPの投射方向とは異なる方向から電子ペンPに設けられた第1カメラ32によって撮影されたことによるものである。
As shown in FIG. 4, the structured light pattern LP, which is originally rectangular, is in a deformed state in the first image G1. This is because the first image G1 was taken by the
図5は第2カメラに撮像された第2画像を示す模式図である。
図5に示すように、構造化光パターンLPの投射方向、すなわちスクリーンSCを正面方向から撮像した第2カメラ21に撮像された第2画像G2では、構造化光パターンLPは変形しておらず矩形状となっている。そのため、図4に示される第1画像G1に含まれる変形した状態の構造化光パターンLPから算出される位置情報は、図5に示される第2画像G2に含まれる変形していない構造化光パターンLPから取得されるスクリーンSC上の位置情報とは異なっている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a second image captured by the second camera.
As shown in FIG. 5, the structured light pattern LP is not deformed in the projection direction of the structured light pattern LP, that is, in the second image G2 captured by the
本実施形態において、画像処理部22は、第2画像G2から取得したスクリーンSC上における4つの投影点LP1,LP2,LP3、LP4の各座標と、第1画像G1から取得される3つの投影点LP1,LP2,LP3、LP4の各座標とを用いて、射影変換マトリクスを算出する。射影変換マトリクスは、変形している第1画像G1に含まれる変形した構造化光パターンLPで規定される座標系を、スクリーンSCを正面方向から撮像した第2画像G2に含まれる変形のない構造化光パターンLPで規定されるスクリーンSC上における座標系に変換することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態の電子ペンPでは、ペン先31が第1画像G1の中心部G1cに位置する。そのため、画像処理部22は、第1画像G1の中心部G1cの座標を射影変換マトリクスで変換することで、図5に示されるスクリーンSC上におけるペン先31の座標に変換することができる。
In the electronic pen P of the present embodiment, the
以上のように本実施形態の位置検出装置20において、画像処理部22は、上述した第1画像G1と第2画像G2とに基づいて、電子ペンPのペン先31が指示するスクリーンSC上の座標を精度良く検出することができる(検出工程)。
As described above, in the
続いて、本実施形態の画像表示システム1において、例えば、スクリーンSC上を指示する指(第2の指示体)の位置を検出する場合について説明する。人間の指は、電子ペンPのペン先31と異なり、構造化光パターンLPの格子部分の大きさよりも大きい。そのため、スクリーンSC上を指示する指は構造化光パターンLPが投影されている場所A1(図2参照)に重なる。
Next, in the image display system 1 according to the present embodiment, for example, a case where the position of a finger (second indicator) that points on the screen SC is detected will be described. Unlike the
本実施形態の位置検出ユニット2および位置検出装置20では、指で指示されたスクリーンSCにおける構造化光パターンLPの表示領域の全体を第2カメラ21で撮像した画像(第3画像)を用いて、指が指示するスクリーンSC上の位置情報(座標)を検出する。第2カメラ21で撮像された画像において、構造化光パターンLPは、スクリーンSCよりも手前にある指に構造化光パターンLPの一部が投影されるため、指で指示された領域の形状が変化している。
In the
上述したように第2カメラ21は構造化光パターンLPに対して予め校正されているため、画像処理部22は、スクリーンSCにおける構造化光パターンLPの表示領域の全体を第2カメラ21で撮像した画像と、上述のように指によって変形した画像とを比較することで、スクリーンSC上における指の位置情報(座標)を検出することができる。本実施形態の位置検出ユニット2によれば、スクリーンSC上を指示する指の位置を検出することができる。
As described above, since the
画像処理部22は、上述のようにして検出したスクリーンSC上における電子ペンPまたは指の位置情報をプロジェクター3の制御部に出力する。
The
本実施形態の位置検出ユニット2および位置検出装置20によれば、第1カメラ32を有した電子ペンPを備えるので、ペン先31のように細い指示体でスクリーンSC上を指示した場合であっても指示位置を高精度で検出することができる。また、位置検出ユニット2および位置検出装置20は、第2カメラで撮像した画像を用いることで、スクリーンSC上を指示する指の位置を検出することができる。すなわち、本実施形態の位置検出ユニット2および位置検出装置20によれば、スクリーンSCに対する指を用いた荒い入力検出と、スクリーンSC上に対する電子ペンPを用いた高精度な入力検出とを両立することができる。
According to the
したがって、位置検出ユニット2および位置検出装置20を備える本実施形態の画像表示システム1によれば、スクリーンSC上における電子ペンPまたは指の位置を高精度で検出することで、スクリーンSCに映し出される画像を切り替えたり、拡大または縮小したりすることで、プレゼンテーションをスムーズに進行することができる。また、プレゼンターの電子ペンPまたは指の動きによってスクリーンSC上に描かれた画像や文字などをスクリーンSC上に表示させるようにしてもよい。
Therefore, according to the image display system 1 of the present embodiment including the
(変形例)
続いて、変形例に係る画像表示システムについて説明する。本変形例と上記実施形態とは電子ペンの構成が異なっている。そのため、以下では電子ペンの構成を主に説明する。なお、以下の説明において上記実施形態と共通の構成および部材については同じ符号を付し、詳細な説明については省略する。
(Modification)
Next, an image display system according to the modified example will be described. The configuration of the electronic pen is different between this modification and the above embodiment. Therefore, the configuration of the electronic pen will be mainly described below. In the following description, the same components and members as those in the above embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図6は本変形例の電子ペンの構成を示す図である。
図6に示すように、電子ペンP1は、本体部30と、ペン先31と、第1カメラ32と、画像処理部42と、データ転送部43と、を備えている。なお、第1カメラ32、画像処理部42およびデータ転送部43は本体部30内に収容されている。すなわち、本変形例において、画像処理部42は電子ペンP1に設けられている。画像処理部42は上記実施形態の画像処理部22と同様の構成を有する。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the electronic pen of this modification.
As shown in FIG. 6, the electronic pen P1 includes a
画像処理部42は第1カメラ32と電気的に接続されており、第1カメラ32が取得した第1画像G1の画像データは画像処理部42に出力される。本変形例において、第2カメラ21はデータ転送部(不図示)に接続されており、生成した第2画像G2を電子ペンP1に設けられた画像処理部42に転送するようになっている。
The
画像処理部42は第1カメラ32および第2カメラ21から送信された第1画像G1および第2画像G2に基づいて、電子ペンP1のペン先31が指示するスクリーンSC上の位置情報を算出することができる。本変形例の電子ペンP1は、画像処理部42により算出したペン先31の位置情報をデータ転送部43からプロジェクター3の制御部に出力する。データ転送部43はプロジェクター3の制御部に対して無線通信でデータを転送する。
The
本変形例の電子ペンP1によれば、画像処理部42によって算出した電子ペンP1の位置情報である座標データのみをデータ転送部43からプロジェクター3にデータ転送するため、画像データを転送する上記実施形態の構成に比べて、データの転送量を低減することができる。したがって、本変形例の電子ペンP1を用いた画像表示システムによれば、よりリアルタイムな操作を行うことができる。
According to the electronic pen P1 of the present modification, since only the coordinate data, which is the position information of the electronic pen P1 calculated by the
上記実施形態では、構造化光パターンLPとして格子状のものを例に挙げたが、タッチ認識に用いることができれば、構造化光パターンLPの形状は格子状に限定されず、例えば、複数の点(ドット)が均一に散らばっているようなパターンであってもよい。 In the above-described embodiment, the structured light pattern LP has a grid shape as an example, but the shape of the structured light pattern LP is not limited to the grid shape as long as it can be used for touch recognition. The pattern may be such that (dots) are evenly scattered.
また、上記実施形態では、電子ペンPのペン先31の中心軸31Cが第1カメラ32の光軸32Cに一致していたが、中心軸31Cは光軸32Cと平行であればよい。中心軸31Cと光軸32Cとを平行にした場合、ペン先31が第1画像G1の中心から所定量だけシフトした所定位置に常に位置する。そのため、画像処理部22は第1画像G1の所定位置の座標を射影変換マトリクスによってスクリーンSC上におけるペン先31の座標に変換できる。
Further, in the above embodiment, the
また、例えば、ペン先にインク等を含有させた電子ペンを用いてもよい。このようにすれば、表示面上に電子ペンで文字や絵を描画することができる。また、文字や絵を描画する際のペン先の位置を検出しておくことで、画像や文字の入力情報を取得して文書データを作成してもよい。 Further, for example, an electronic pen having a pen tip containing ink or the like may be used. In this way, characters and pictures can be drawn on the display surface with the electronic pen. Further, by detecting the position of the pen tip when drawing a character or a picture, the input information of the image or the character may be acquired to create the document data.
また、上記実施形態では、構造化光表示部10として光源から射出した光を回折光学素子で整形して構造化光パターンLPをスクリーンSC上に表示する場合を例に挙げたが、近赤外光からなる構造化光パターンLPをスクリーンSC上に投射するプロジェクターを用いて構造化光表示部を構成してもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the light emitted from the light source is shaped by the diffractive optical element and the structured light pattern LP is displayed on the screen SC as the structured
また、上記実施形態では、表示面としてスクリーンSCを例に挙げたが、これに限定されず、例えば、壁、ガラス、ホワイトボード等であってもよい。また、表示面は平坦でなくてもよく、球面や凹凸面であってもよい。また、表示面を指示する指示体としては、電子ペンPまたは指に限定されず、例えば、指し棒、表示面に吸着したマグネット等であってもよい。また、画像表示システム1の用途としては、プレゼンテーションに限定されず、例えば、デパート等の店舗案内、取扱商品の紹介・検索等、様々な用途に用いることができる。 Further, although the screen SC is given as an example of the display surface in the above-described embodiment, the display surface is not limited to this, and may be, for example, a wall, glass, a whiteboard, or the like. The display surface does not have to be flat, and may be a spherical surface or an uneven surface. Further, the indicator for indicating the display surface is not limited to the electronic pen P or the finger, and may be, for example, a pointing stick, a magnet attracted to the display surface, or the like. Further, the use of the image display system 1 is not limited to presentations, and can be used for various purposes such as store guides for department stores and the like, introduction/search of products handled, and the like.
1…画像表示システム、2…位置検出ユニット、3…プロジェクター(画像表示装置)、10…構造化光表示部、20…位置検出装置、21…第2カメラ(第2撮像装置)、22…画像処理回路(画像処理部)、22,42…画像処理部、31…ペン先(指示部分)、31C…中心軸、32C…光軸、32…第1カメラ(第1撮像装置)、33,43…データ転送部、F…指、G1…第1画像、G2…第2画像、LAN…無線、LP…構造化光パターン、LP1…投影点、P,P1…電子ペン(第1の指示体)、SC…スクリーン(表示面)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Image display system, 2... Position detection unit, 3... Projector (image display device), 10... Structured light display part, 20... Position detection device, 21... 2nd camera (2nd imaging device), 22... Image Processing circuit (image processing unit), 22, 42... Image processing unit, 31... Pen tip (instruction portion), 31C... Central axis, 32C... Optical axis, 32... First camera (first imaging device), 33, 43 ... data transfer unit, F... finger, G1... first image, G2... second image, LAN... wireless, LP... structured light pattern, LP1... projection point, P, P1... electronic pen (first indicator) , SC... Screen (display surface).
Claims (9)
前記第1の指示体に設けられ、前記表示面に表示された前記構造化光パターンを撮像する第1撮像装置と、
前記表示面に表示された前記構造化光パターンを撮像する第2撮像装置と、
画像処理部と、を備え、
前記第1撮像装置は、前記第1の指示体の周囲に位置する前記構造化光パターンの複数の投影点のうち、互いに異なる少なくとも4点を含む領域を撮像した第1画像を取得し、
前記第2撮像装置は、前記第1の指示体が指示する前記表示面における前記構造化光パターンの表示領域の全体を撮像した第2画像を取得し、
前記画像処理部は、前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記第1の指示体が指示する前記表示面上の位置情報を検出する
位置検出装置。 A first indicator for indicating a display surface on which the structured light pattern is displayed;
A first imaging device provided on the first indicator, for imaging the structured light pattern displayed on the display surface;
A second imaging device for imaging the structured light pattern displayed on the display surface;
An image processing unit,
The first imaging device acquires a first image of a region including at least four different points among a plurality of projection points of the structured light pattern located around the first indicator,
The second image capturing device acquires a second image capturing the entire display area of the structured light pattern on the display surface indicated by the first indicator,
The position detecting device, wherein the image processing unit detects position information on the display surface indicated by the first pointer based on the first image and the second image.
請求項1に記載の位置検出装置。 When the second indicator points to the display surface, the image processing unit performs the second imaging on the entire display area of the structured light pattern on the display surface instructed by the second pointer. The position detection device according to claim 1, wherein position information on the display surface indicated by the second indicator is detected by using a third image captured by the device.
請求項1又は2に記載の位置検出装置。 The position detecting device according to claim 1, wherein a central axis of a pointing portion of the first pointing body is parallel to an optical axis of the first imaging device.
請求項3に記載の位置検出装置。 The position detection device according to claim 3, wherein the central axis coincides with the optical axis.
前記表示面に向けて前記構造化光パターンを表示する構造化光表示部と、を備える
位置検出ユニット。 A position detecting device according to any one of claims 1 to 4,
And a structured light display section that displays the structured light pattern toward the display surface.
前記表示面に画像を表示する画像表示装置と、を備える
画像表示システム。 A position detection unit according to claim 5;
An image display system comprising: an image display device that displays an image on the display surface.
前記第1の指示体は、前記位置情報を前記画像表示装置に送信し、
前記画像表示装置は、前記第1の指示体から送信された前記位置情報に基づいて、前記表示面に表示する画像を制御する
請求項6に記載の画像表示システム。 The image processing unit is provided in the first indicator,
The first indicator transmits the position information to the image display device,
The image display system according to claim 6, wherein the image display device controls an image displayed on the display surface based on the position information transmitted from the first indicator.
請求項7に記載の画像表示システム。 The image display system according to claim 7, wherein the first indicator further includes a data transfer unit that transfers data to the image display device by wireless communication.
前記第1の指示体が指示する前記表示面における前記構造化光パターンの表示領域の全体を撮像した第2画像を取得する第2画像取得工程と、
前記第1画像と前記第2画像とに基づいて、前記第1の指示体が指示する前記表示面上の位置情報を検出する検出工程と、を備える
位置検出方法。 An image of an area including at least four different projection points of the plurality of projection points of the structured light pattern located around the first indicator that indicates the display surface on which the structured light pattern is displayed is imaged. A first image acquisition step of acquiring a first image;
A second image acquisition step of acquiring a second image of the entire display area of the structured light pattern on the display surface indicated by the first indicator,
A position detecting method for detecting position information on the display surface indicated by the first indicator based on the first image and the second image.
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