JP4810658B2 - 接触検出装置及び接触検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出装置及び接触検出方法に関する。

昨今、情報機器におけるヒューマンインタフェースの多様化が進んでおり、人間の体の様々な部分がインタフェースとして使われている。特に人間の意図に応じて高自由度かつ高速に動作可能な指をインタフェースとする研究が活発に行われている。例えば非特許文献１には、加速度を検出するセンサを指先に装着した装置が記載されている。非特許文献１に示すように、センサを指先に直接に装着すると、指先に対する所望の情報が計測しやすくなるといった長所がある。
塚田浩二，安村通晃、Ｕｂｉ−Ｆｉｎｇｅｒ、モバイル指向ジェスチャ入力デバイスの研究、情報処理学会論文集、Ｖｏｌ４３、Ｎｏ．１２、ｐｐ．３６７５〜３６８４、２００２

しかしながら、センサを検出対象となる物体に直接に装着するような手法においては、例えば規模が巨大化されたセンサが検出対象となる物体の動作に支障を与えてしまうといった問題点がある。更に、検出対象となる物体が例えば人間の体の一部である場合には、そもそもセンサを体に装着すること自体に、人間は違和感を感じるといった問題点がある。

そこで、本発明は、検出対象となる物体にセンサを装着しなくても、検出対象となる物体に対する所望の情報を検出することが可能な手法を提供する。具体的に、本発明は、物体が接触対象物体に接触することを検出するセンサを当該物体に装着しなくても、物体と接触対象物体との接触可否を検出することが可能な接触検出装置及び接触検出方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、物体と接触対象物体とが接触する瞬間に、上記物体から接触対象物体までの距離に対する時系列的な変化量において、高周波数成分が一時的に発生することを見出した。更に、発生した高周波数成分の大きさは、物体と接触対象物体とが接触する瞬間の衝突力に比例することを見出した。本発明は、これらのような新たな知見に基づいて為されたものである。

すなわち、本発明に係る接触検出装置は、物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出装置であって、物体及び接触対象物体を撮影する撮影手段と、撮影手段が撮影した画像内における物体及び接触対象物体の位置に基づき、物体から接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する距離測定手段と、距離測定手段が測定した第１時系列変化量中、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分の時系列的な変化量を、第２時系列変化量として抽出するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタが抽出した第２時系列変化量が所定のしきい値以上となった場合に、物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出手段とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る接触検出方法は、物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出方法であって、撮影手段が、物体及び接触対象物体を撮影する撮影ステップと、距離測定手段が、撮影ステップにて撮影された画像内における物体及び接触対象物体の位置に基づき、物体から接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する距離測定ステップと、ハイパスフィルタが、距離測定手段が測定した第１時系列変化量中、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分の時系列的な変化量を、第２時系列変化量として抽出するハイパスフィルタリングステップと、接触検出手段が、ハイパスフィルタリングステップにて抽出された第２時系列変化量が所定のしきい値以上となった場合に、物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出ステップとを備えることを特徴としている。

このような本発明の接触検出装置及び接触検出方法によれば、距離測定手段が、物体から接触対象物体までの距離の第１時系列変化量を測定する。次に、ハイパスフィルタが所定のカットオフ周波数未満の低周波数成分を第１時系列変化量から除去し、第１時系列変化量における高周波数成分の集合である第２時系列変化量を抽出する。ここで、本発明者等が見出したこと、つまり、物体と接触対象物体とが接触する瞬間に、上記物体から接触対象物体までの距離に対する時系列的な変化量において高周波数成分が一時的に発生するということに着眼する。すなわち、高周波数成分のみの第２時系列変化量が所定のしきい値以上となった場合に、接触検出手段は、当該物体と接触対象物体との間に接触があったことを検出することができる。

このように、本発明の接触検出装置及び接触検出方法においては、物体と接触対象物体との間の接触を検出することを目的に、例えば接触検出センサを当該物体に装着することはしない。このため、本発明によれば、物体と接触対象物体との接触を検出可能にすると共に、例えば物体に装着された接触検出センサが当該物体の動作に支障を与えることを防止することができる。

また、接触検出装置は、ハイパスフィルタが抽出した第２時系列変化量に比例する値を、物体と接触対象物体とが接触する時の衝突力を表す値として測定する衝突力測定手段を更に備えることを特徴とする。

また、接触検出方法は、衝突力測定手段が、ハイパスフィルタリングステップにて抽出された第２時系列変化量に比例する値を、物体と接触対象物体とが接触する時の衝突力を表す値として測定する衝突力測定ステップを更に備えることを特徴とする。

ここで、本発明者等が見出したこと、つまり、物体から接触対象物体までの距離に対する時系列的な変化量において、発生した高周波数成分の大きさは、物体と接触対象物体とが接触する瞬間の衝突力に比例することに着眼する。すなわち、衝突力測定手段は、第２時系列変化量に比例する所定の値を、物体と接触対象物体とが接触した時に発生した衝突力として検出することができる。

また、接触検出装置においては、撮影手段の撮影対象となる物体に、当該物体の位置を表すための任意の標識が設けられ、撮影手段は標識を撮影し、距離測定手段は、撮影手段が撮影した標識の撮影画像内における位置に基づき、標識から接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定することを特徴とする。

また、接触検出方法においては、撮影ステップにおける撮影対象となる物体に、当該物体の位置を表すための任意の標識が設けられ、撮影ステップにおける撮影手段は標識を撮影し、距離測定ステップにおける距離測定手段は、撮影ステップにて撮影された標識の撮影画像内における位置に基づき、標識から接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定することを特徴とする。

この場合に、標識は物体の位置を表すものとして、物体に比べて小さくて軽いものを用いることができる。このため、例えば撮影画像から物体の位置を認識する代わりに標識の位置を認識することによって、画像認識にて要求される計算量を減らすと共に、物体の位置を撮影画像から直接に認識する場合と同等な結果を得ることができる。

また、接触検出装置において、ハイパスフィルタにおける所定のカットオフ周波数は、４０ヘルツであることを特徴とする。また、接触検出方法において、ハイパスフィルタリングステップにおける所定のカットオフ周波数は、４０ヘルツであることを特徴とする。

このように、カットオフ周波数を４０ヘルツに設定することで、特に、物体が人間の指またはロボットにおける人間の指に相当する部分である場合に、極めて制度良く接触を検出することができる。すなわち、人間の指あるいはロボットにおける人間の指に相当する部分と接触対象物体とが接触した場合に発生した高周波数成分が第２時系列変化量において明確に表れるので、接触検出手段は、人間の指あるいはロボットにおける相当部分と接触対象物体との接触可否を確実に検出することができる。

また、接触検出装置において、接触検出手段における所定のしきい値は、０．５ｍｍであることを特徴とする。また、接触検出方法において、接触検出ステップにおける所定のしきい値は、０．５ｍｍであることを特徴とする。

このように、しきい値を０．５ｍｍに設定することで、特に、物体が人間の指またはロボットにおける人間の指に相当する部分である場合に、極めて制度良く接触を検出することができる。すなわち、接触検出手段は、人間の指あるいはロボットにおける相当部分と接触対象物体とが接触していないときに発生し得る微細な高周波数成分を無視することができ、人間の指あるいはロボットにおける相当部分と接触対象物体との接触可否を確実に検出することができる。

本発明によれば、物体が接触対象物体に接触することを検出するセンサを当該物体に装着しなくても、物体と接触対象物体との接触可否を検出することが可能となる。

本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

[第１実施形態]
本発明に係る接触検出装置及び接触検出方法の第１実施形態として、タッピングカウンタ（Ｔａｐｐｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｅｒ）１について説明する。タッピングカウンタ１は、指先２０が板３０の表面をタッピングした数を、接触検出センサなどを指先２０に装着せずに、カウントするものである。まず、タッピングカウンタ１の構成について、図１〜３を参照しながら説明する。図１〜３は、接触の検出対象としての指先（物体）２０、当該指先２０の接触対象としての板（接触対象物体）３０、及び、接触検出装置として撮影部（撮影手段）１１と制御部１２とを備えるタッピングカウンタ１の構成を説明するための図である。

図１，２に示すように、第１実施形態における接触検出の対象となる指先２０には、当該指先２０の位置を表すためのマーカー（標識）２１が設けられている。このマーカー２１は、指に比べて小さくて軽くて更に画像認識における認識率の高いものとして、第１実施形態においては、例えば直径５ｍｍで光沢のある軽いボールを用いる。そして、後述するように、タッピングカウンタ１は、撮影画像から指先２０の位置を直接に画像認識する代わりに、マーカー２１の位置を認識する。

図１，３に示すように、第１実施形態における板３０は、指先２０が接触する対象となる物体であり、基本的には動かないものとして、肉厚２．９ｍｍの鉄製の平面板である。このため、板３０は撮影画像における背景となり、例えばタッピングカウンタ１が撮影フレームごとに板３０までを認識する必要はない。すなわち、第１実施形態においては、撮影画像において予め決まった部分の座標を板３０の位置情報をとして用いる。

図１，３に示す撮影部１１は、マーカー２１及び板３０を撮影した画像内における当該マーカー２１の位置情報（位置座標）を実時間に抽出するものであり、第１実施形態においては、例えば空間解像度１２８０×１０２４ピクセルのＣＭＯＳイメージセンサを有する通常の高速ビジョンカメラである。この撮影部１１は、抽出したマーカー２１の位置情報を制御部１２に出力する。

図１に示す制御部１２は、マーカー２１及び板３０の位置情報をもとに、指先２０と板３０との接触を検出するものである。第１実施形態において、制御部１２は、物理的な構成要素としてＣＰＵ、メモリ、通信インタフェイス、ハードディスクといった格納部、モニターといった表示部等を備えたコンピュータシステムである。

指先２０と板３０と撮影部１１との位置関係について、図３を参照しながら詳しく説明する。図３に示すように、第１実施形態においては、撮影部１１からみて前方約４００ｍｍ前後の平面上で、指先２０が動ごくことを想定する。撮影部１１は、板３０の表面から８０ｍｍ上方かつ板３０に対して光軸を水平に保つように配置される。撮影部１１の視野は、指先２０位置付近において２８８ｍｍ×２３０ｍｍと設定し、１画素あたり０．２２５ｍｍの空間解像度として設定される。指先２０の位置は、上述したように、撮影部１１が指先２０に装着したマーカー２１を追跡し、従来の画像認識技術を用いて計算することができる。第１実施形態において、撮影部１１は、例えば６４×６４ピクセルのウィンドウを用いて指先２０のマーカー２１を追跡し、その重心位置を計算することにより指先２０の位置を求める。指先２０位置の計測レートは対象とする指の本数により変動させることが好適であり、例えば１本の場合は９００［ｆｐｓ］とし、２本、３本、４本の場合はそれぞれ４７０［ｆｐｓ］、３９０［ｆｐｓ］、２８０［ｆｐｓ］とすることが望ましい。なお、第１実施形態においては、説明を簡略にするために、対象とする指の本数を１本とし、指先２０位置の計測レートを９００［ｆｐｓ］とする。なお、板３０の位置は、上述したように、撮影画像において予め決まった所定部分の座標とする。

図１に戻り、タッピングカウンタ１の制御部１２は、距離測定部（距離測定手段）１３、ハイパスフィルタ１４及び接触検出部（接触検出手段）１５を備える。以下、制御部１２を構成する各構成要素について、図４〜９を更に参照しながら詳細に説明する。

距離測定部１３は、板３０の位置情報、及び撮影部１１から入力されたマーカー２１の位置情報をもとに、指先２０から板３０までの距離を求め、前記距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定するものである。図４〜７は、距離測定部１３が測定した距離の第１時系列変化量を示す図である。図４〜７においては、板３０の上面の高さを０ｍｍ（基準となる高さ）とするマーカー２１の高さを、上記距離として表す。

図４は、指先２０と板３０との間で接触すること無く指先２０がタッピング動作を繰り返している場合に、１秒間における第１時系列変化量を示す。また、図５は、図４を時間軸に拡大した図であり、指先２０と板３０との接触が無い場合の０．２秒間における第１時系列変化量を示す。図４，５で分かるように、指先２０と板３０との接触が無い場合に、第１時系列変化量は高周波数成分を含むことなく、滑らかな曲線として表れる。

図６は、指先２０が板３０に接触しながらタッピング動作を繰り返している場合に、１秒間における第１時系列変化量を示す。また、図７は、図６を時間軸に拡大した図であり、指先２０と板３０との接触がある場合の０．２秒間における第１時系列変化量を示す。図６，７で分かるように、指先２０と板３０との接触があった場合には、指の厚さの相当する高さ１０ｍｍ付近で一時的な歪みが発生する。これにより、指先２０が板３０に接触する瞬間に、第１時系列変化量には高周波数成分が発生することがわかる。距離測定部１３は、上記図４〜７に示すような第１時系列変化量をハイパスフィルタ１４に出力する。

ハイパスフィルタ１４は、距離測定部１３から入力された第１時系列変化量の中から所定のカットオフ周波数未満の低周波数成分を除去し、上記カットオフ周波数以上の周波数成分の時系列的な変化量を第２時系列変化量として抽出するものである。すなわち、ハイパスフィルタ１４により抽出された第２時系列変化量は、第１時系列変化量から抽出したカットオフ周波数以上の高周波数成分の集合である。第１実施形態において、上記カットオフ周波数は４０ヘルツである。

図８は、図４，５に示す第１時系列変化量に対してハイパスフィルタ１４がフィルタリングを行った結果、つまり指先２０と板３０との接触が無い場合の第２時系列変化量を示す図である。図４，５に示す第１時系列変化量に高周波数成分が発生していなかったため、図８に示す第２時系列変化量にも高周波成分が殆ど表れていない。

図９は、図６，７に示す第１時系列変化量に対してハイパスフィルタ１４がフィルタリングを行った結果、つまり指先２０と板３０との接触があった場合の第２時系列変化量を示す図である。図６，７に示す第１時系列変化量に高周波数成分（歪み）が発生した時刻に合わせて、図８に示す第２時系列変化量にも高周波成分が大きく発生している。ハイパスフィルタ１４は、上記図８，９に示すような第２時系列変化量を接触検出部１５に出力する。

接触検出部１５は、ハイパスフィルタ１４から入力された第２時系列変化量と所定のしきい値とを比較することで、指先２０と板３０との接触を検出するものである。具体的に、接触検出部１５は、第２時系列変化量が所定のしきい値以上の場合に、指先２０と板３０との接触があったことを検出し、第２時系列変化量が所定のしきい値未満の場合に、指先２０と板３０との接触がないことを検出する。第１実施形態において、上記所定のしきい値は０．５ｍｍであり、図８，９においては、点線で表示されている。

図８において、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍ以上となる場合は無いため、接触検出部１５は指先２０と板３０との接触を検出しない。一方、図９においては、第２時系列変化量が１秒の間に７回しきい値を超えており、接触検出部１５は指先２０と板３０との接触が７回発生したことを検出する。

続いて、第１実施形態のタッピングカウンタ１の動作（接触検出方法）について、図１０〜１２を参照しながら説明する。図１０は、タッピングカウンタ１の動作を示すフローチャートである。図１１は、指先２０が２秒間で９回のタッピング動作を行った場合に、タッピングカウンタ１が行った動作の結果を説明するための図である。図１２は、指先２０が２秒間で２回のタッピング動作と４回のフェイント動作（指先２０と板３０とが接触しない空振り動作）とを行った場合に、タッピングカウンタ１が行った動作の結果を説明するための図である。

まず、撮影部１１が、マーカー２１及び板３０を撮影した画像内における当該マーカー２１の位置情報を実時間に抽出する。撮影部１１は、抽出したマーカー２１の位置情報を距離測定部１３に出力する（撮影ステップ、図１０のステップＳ１）。

次に、距離測定部１３は、板３０の位置情報、及び撮影部１１から入力されたマーカー２１の位置情報をもとに、指先２０から板３０までの距離を求め、前記距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する。図１１の（ａ）及び図１２の（ａ）は、距離測定部１３が測定した第１時系列変化量を示す。距離測定部１３は、測定した第１時系列変化量をハイパスフィルタ１４に出力する（距離測定ステップ、図１０のステップＳ２）。

次に、ハイパスフィルタ１４は、距離測定部１３から入力された第１時系列変化量の中からカットオフ周波数４０ヘルツ未満の低周波数成分を除去し、上記カットオフ周波数４０ヘルツ以上の周波数成分の時系列的な変化量を第２時系列変化量として抽出する。図１１の（ｂ）及び図１２の（ｂ）は、ハイパスフィルタ１４が抽出した第２時系列変化量を示す。ハイパスフィルタ１４は、抽出した第２時系列変化量を接触検出部１５に出力する（フィルタリングステップ、図１０のステップＳ３）。

次に、接触検出部１５は、ハイパスフィルタ１４から入力された第２時系列変化量としきい値０．５ｍｍとを比較することで、指先２０と板３０との接触を検出する。具体的に、接触検出部１５は、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍ以上の場合に、指先２０と板３０との接触があったことを検出し、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍ未満の場合に、指先２０と板３０との接触がないことを検出する（接触検出ステップ、図１０のステップＳ４）。

図１１の（ｃ）は、指先２０が２秒間で９回のタッピング動作を行った場合に、図１１の（ｂ）に示す第２時系列変化量をもとに、接触検出部１５がカウントした回数を示す。接触検出部１５は、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍを超えた瞬間に接触をカウントし、２秒間で９回のカウントを行っている。この結果は、指先２０が実際に板３０に接触した回数と一致し、タッピングカウンタ１は指先２０と板３０との接触を正確にカウントしたといえる。

一方、図１２の（ｃ）は、指先２０が２秒間で２回のタッピング動作と４回のフェイント動作とを行った場合に、図１２の（ｂ）に示す第２時系列変化量をもとに、接触検出部１５がカウントした回数を示す。接触検出部１５は、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍを超えた瞬間に接触をカウントし、２秒間で２回のカウントを接触の瞬間に合わせて行っている。この結果は、指先２０が実際に板３０に接触した回数及び時刻と一致し、タッピングカウンタ１は指先２０のフェイント動作が入っている場合にも、指先２０と板３０との接触を正確にカウントしたといえる。

続いて、第１実施形態の作用及び効果について説明する。第１実施形態のタッピングカウンタ１によれば、指先２０と板３０との間の接触を検出することを目的に例えば接触検出センサを当該指先２０に装着しなくても、図１１及び図１２に示すように、指先２０と板３０との間の接触を正確に検出することができる。このため、例えば、指先２０に装着された接触検出センサが当該指先２０の動作に支障を与えることを防止することができる。更に、例えば指に装着された接触検出センサが指の動きを邪魔させ、人間に違和感を感じさせることを防止することができる。

また、第１実施形態におけるマーカー２１は、指先２０の位置を表すものとして、指先２０に比べて小さくて軽いものを用いる。このため、例えば撮影画像から指先２０の位置を認識する代わりに標識の位置を認識することによって、画像認識にて要求される計算量を減らしながらも、指先２０の位置を撮影画像から直接に認識する場合と同等な結果を得ることができる。

また、第１実施形態のタッピングカウンタ１においては、カットオフ周波数を４０ヘルツに設定することで、指先２０と板３０とが接触した場合に発生した高周波数成分が、第２時系列変化量において明確に表れる。このため、接触検出部１５は、指先２０と板３０との接触可否を確実に検出することができる。

また、第１実施形態のタッピングカウンタ１においては、しきい値を０．５ｍｍに設定することで、指先２０と板３０とが接触していないときに発生し得る微細な高周波数成分を無視することができる。このため、接触検出部１５は、指先２０と板３０との接触可否を確実に検出することができる。

以上、本発明の好適な第１実施形態について説明したが、本発明が上記第１実施形態に限定されないことは言うまでもない。

例えば、上記第１実施形態においては、人間の指を接触検出の対象となる物体としたが、これに限定されることなく、ロボットにおける人間の指に相当する部分を、接触検出の対象となる物体としてもよい。この場合においても、ロボットにおける人間の指に相当する部分と板３０との間の接触を検出することを目的に、例えば接触検出センサを当該部分に装着することはない。このため、例えば当該部分に装着された接触検出センサが当該部分の動作に支障を与えることを防止することができる。

更に、上記第１実施形態においては、基本的には動かない板３０を、指先２０の接触対象となる物体としているが、任意の動くものを、指先２０の接触対象となる物体としても良い。この場合には、撮影部１１は、指先２０の接触対象となる物体の撮影画像内における位置情報を実時間に抽出して距離測定部１３に出力する。そして、距離測定部１３は、撮影部１１から入力された接触対象物体及びマーカー２１の位置情報をもとに、指先２０から接触対象物体までの距離を求める。

[第２実施形態]
本発明に係る接触検出装置及び接触検出方法の第２実施形態として、衝突力測定装置２について説明する。衝突力測定装置２は、第１実施形態におけるタッピングカウンタ１を構成する要素を全て含み、各構成要素は同等な位置関係（図３を参照）に配置され、更に衝突力測定部（衝突力測定手段）１６を備える。この衝突力測定装置２は、指先２０と板３０との接触可否のみならず、指先２０と板３０とが接触した瞬間の衝突力をも測定する装置である。まず、衝突力測定装置２の構成について、図１３〜１５を参照しながら説明する。

図１３は、衝突力測定装置２の構成概略図である。図１３に示すように、衝突力測定装置２は、撮影部１１及び制御部１２を備え、制御部１２は距離測定部１３、ハイパスフィルタ１４、接触検出部１５及び衝突力測定部１６を含む。ハイパスフィルタ１４は、抽出した第２時系列変化量を衝突力測定部１６に出力する。衝突力測定部１６は、ハイパスフィルタ１４から入力された第２時系列変化量のピーク値に比例する値を、指先２０と板３０とが接触する時の衝突力を表す値として測定するものである。

衝突力測定部１６が測定した衝突力は、例えば、衝突力測定装置２を含むバーチャル楽器等に用いられる。この場合、バーチャル楽器等は、衝突力測定部１６が測定した衝突力をもとに、バーチャル楽器が発生する音源の音量または発音時間などを適宜に決めることができる。更に、バーチャル楽器等は、接触検出部１５が検出した接触時間をもとに、音源を発生するべき時間を適宜に決めることができる。

第２実施形態の衝突力測定装置２の動作について、図１４，１５を参照しながら説明する。図１４は、衝突力測定装置２の動作を示すフローチャートである。図１５は、指先２０が２秒間で２回のタッピング動作と４回のフェイント動作（指先２０と板３０とが接触しない空振り動作）とを行った場合に、衝突力測定装置２が行った動作の結果を説明するための図である。

まず、撮影部１１が、マーカー２１及び板３０を撮影した画像内における当該マーカー２１の位置情報を実時間に抽出する。撮影部１１は、抽出したマーカー２１の位置情報を距離測定部１３に出力する（撮影ステップ、図１４のステップＳ１）。

次に、距離測定部１３は、板３０の位置情報、及び撮影部１１から入力されたマーカー２１の位置情報をもとに、指先２０から板３０までの距離を求め、前記距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する。図１５の（ａ）は、距離測定部１３が測定した第１時系列変化量を示す。距離測定部１３は、測定した第１時系列変化量をハイパスフィルタ１４に出力する（距離測定ステップ、図１４のステップＳ２）。

次に、ハイパスフィルタ１４は、距離測定部１３から入力された第１時系列変化量の中からカットオフ周波数４０ヘルツ未満の低周波数成分を除去し、上記カットオフ周波数４０ヘルツ以上の周波数成分の時系列的な変化量を第２時系列変化量として抽出する。図１５の（ｂ）は、ハイパスフィルタ１４が抽出した第２時系列変化量を示す。ハイパスフィルタ１４は、抽出した第２時系列変化量を接触検出部１５及び衝突力測定部１６に出力する（フィルタリングステップ、図１４のステップＳ３）。

次に、接触検出部１５は、ハイパスフィルタ１４から入力された第２時系列変化量としきい値０．５ｍｍとを比較することで、指先２０と板３０との接触を検出する。具体的に、接触検出部１５は、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍ以上の場合に、指先２０と板３０との接触があったことを検出し、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍ未満の場合に、指先２０と板３０との接触がないことを検出する（接触検出ステップ、図１４のステップＳ４）。

図１５の（ｃ）は、指先２０が２秒間で２回のタッピング動作と４回のフェイント動作とを行った場合に、図１５の（ｂ）に示す第２時系列変化量をもとに、接触検出部１５がカウントした回数を示す。接触検出部１５は、第２時系列変化量がしきい値０．５ｍｍを超えた瞬間に接触をカウントし、２秒間で２回のカウントを接触の瞬間に合わせて行っている。この結果は、指先２０が実際に板３０に接触した回数及び時間と一致し、衝突力測定装置２は指先２０と板３０との接触を正確にカウントしたといえる。

次に、衝突力測定部１６は、ハイパスフィルタ１４から入力された第２時系列変化量のピーク値に比例する値を、指先２０と板３０とが接触する時の衝突力を表す値として測定する（衝突力測定ステップ、図１４のステップＳ５）。

図１５の（ｄ）は、指先２０が２秒間で２回のタッピング動作と４回のフェイント動作とを行った場合に、図１５の（ｂ）に示す第２時系列変化量をもとに、衝突力測定部１６が測定した衝突力を示す。１５の（ｂ）を参照すると、時刻約３．３秒で発生した高周波数成分のピークの値が約４ｍｍであり、時刻約４．７秒で発生した高周波数成分のピークの値が約３ｍｍである。そして、図１５の（ｄ）には、時刻約３．３秒で測定された衝突力が８Ｎであり、時刻約４．７秒で測定された衝突力が６Ｎである。この結果から、衝突力測定部１６が、発生した高周波数成分のピークの値に比例して衝突力を測定することがわかる。

続いて、第２実施形態の作用及び効果について説明する。第２実施形態の衝突力測定装置２によれば、指先２０と板３０間の接触時の衝突力を測定することを目的に、例えば衝突力測定センサを当該指先２０に装着しなくても、図１５に示すように、指先２０と板３０間の接触時の衝突力を検出することができる。このため、例えば、指先２０に装着された衝突力測定センサが当該指先２０の動作に支障を与えることを防止することができる。更に、例えば指に装着された衝突力測定センサが指の動きを邪魔させ、人間に違和感を感じさせることを防止することができる。

以上、本発明の好適な第２実施形態について説明したが、本発明は上記第２実施形態に限定されないことは言うまでもない。

例えば、上記第２実施形態においては、人間の指を接触時の衝突力測定の対象となる物体としたが、これに限定されることなく、ロボットにおける人間の指に相当する部分を、接触時の衝突力測定の対象となる物体としてもよい。この場合においても、ロボットにおける人間の指に相当する部分と板３０間の接触時の衝突力を測定することを目的に、例えば衝突力測定センサを当該部分に装着することはない。このため、例えば当該部分に装着された衝突力測定センサが当該部分の動作に支障を与えることを防止することができる。

更に、上記第２実施形態における衝突力測定装置２は、バーチャル楽器に限定されることなく、例えばパソコンのマウスにも適宜に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るタッピングカウンタ１の構成概要図である。 指先２０に設けられたマーカー２１を説明するための図である。 指先２０と板３０と撮影部１１との位置関係を説明するための図である。 指先２０と板３０間の距離の第１時系列変化量を示す図である。 図４を時間軸に拡大した図である。 指先２０と板３０間の距離の第１時系列変化量を示す図である。 図６を時間軸に拡大した図である。 指先２０と板３０間の距離の第２時系列変化量を示す図である。 指先２０と板３０間の距離の第２時系列変化量を示す図である。 タッピングカウンタ１の動作を示すフローチャートである。 タッピングカウンタ１が行った動作の結果を示す図である。 タッピングカウンタ１が行った動作の結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る衝突力測定装置２の構成概要図である。 衝突力測定装置２の動作を示すフローチャートである。 衝突力測定装置２が行った動作の結果を示す図である。

符号の説明

１…タッピングカウンタ、２…衝突力測定装置、２０…指先、２１…マーカー、３０…板、１１…撮影部、１２…制御部、１３…距離測定部、１４…ハイパスフィルタ、１５…接触検出部、１６…衝突力測定部。

Claims (10)

1. 物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出装置であって、
   前記物体及び前記接触対象物体を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段が撮影した画像内における前記物体及び前記接触対象物体の位置に基づき、前記物体から前記接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する距離測定手段と、
   前記距離測定手段が測定した前記第１時系列変化量中、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分の時系列的な変化量を、第２時系列変化量として抽出するハイパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタが抽出した前記第２時系列変化量が所定のしきい値以上となった場合に、前記物体と前記接触対象物体との接触を検出する接触検出手段と
   を備えることを特徴とする接触検出装置。
2. 前記ハイパスフィルタが抽出した前記第２時系列変化量に比例する値を、前記物体と前記接触対象物体とが接触する時の衝突力を表す値として測定する衝突力測定手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の接触検出装置。
3. 前記撮影手段の撮影対象となる前記物体に、当該物体の位置を表すための任意の標識が設けられ、
   前記撮影手段は前記標識を撮影し、
   前記距離測定手段は、前記撮影手段が撮影した前記標識の撮影画像内における位置に基づき、前記標識から前記接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接触検出装置。
4. 前記ハイパスフィルタにおける前記所定のカットオフ周波数は、４０ヘルツであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接触検出装置。
5. 前記接触検出手段における前記所定のしきい値は、０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接触検出装置。
6. 物体と接触対象物体との接触を検出する接触検出方法であって、
   撮影手段が、前記物体及び前記接触対象物体を撮影する撮影ステップと、
   距離測定手段が、前記撮影ステップにて撮影された画像内における前記物体及び前記接触対象物体の位置に基づき、前記物体から前記接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定する距離測定ステップと、
   ハイパスフィルタが、前記距離測定手段が測定した前記第１時系列変化量中、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分の時系列的な変化量を、第２時系列変化量として抽出するハイパスフィルタリングステップと、
   接触検出手段が、前記ハイパスフィルタリングステップにて抽出された前記第２時系列変化量が所定のしきい値以上となった場合に、前記物体と前記接触対象物体との接触を検出する接触検出ステップと
   を備えることを特徴とする接触検出方法。
7. 衝突力測定手段が、前記ハイパスフィルタリングステップにて抽出された前記第２時系列変化量に比例する値を、前記物体と前記接触対象物体とが接触する時の衝突力を表す値として測定する衝突力測定ステップを更に備えることを特徴とする請求項６に記載の接触検出方法。
8. 前記撮影ステップにおける撮影対象となる前記物体に、当該物体の位置を表すための任意の標識が設けられ、
   前記撮影ステップにおける前記撮影手段は前記標識を撮影し、
   前記距離測定ステップにおける前記距離測定手段は、前記撮影ステップにて撮影された前記標識の撮影画像内における位置に基づき、前記標識から前記接触対象物体までの距離の時系列的な変化量である第１時系列変化量を測定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の接触検出方法。
9. 前記ハイパスフィルタリングステップにおける前記所定のカットオフ周波数は、４０ヘルツであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の接触検出方法。
10. 前記接触検出ステップにおける前記所定のしきい値は、０．５ｍｍであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の接触検出方法。
    
    
    
    

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