JP4878396B2 - 画像認識プログラム、画像認識装置、画像認識システム、および画像認識方法 - Google Patents
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Description
本発明は、撮像手段によって撮像された撮像画像に含まれる所定の撮像対象を検出する情報処理装置のコンピュータにおいて実行される画像認識プログラムである。画像認識プログラムは、画像取得手段と、領域検出手段と、対象検出手段と、輪郭抽出手段としてコンピュータを機能させる。画像取得手段は、撮像手段によって撮像された撮像画像を取得する。領域検出手段は、撮像画像において第1の間隔で得られる画素値に基づいて、当該撮像画像のうちで所定の撮像対象を含む対象領域を検出する。対象検出手段は、対象領域内の撮像画像において第1の間隔よりも小さい第2の間隔で得られる画素値に基づいて、当該対象領域の画像から所定の撮像対象を検出する。また、所定の撮像対象は、内部図形が描かれた図形を含む。輪郭抽出手段は、領域検出手段によって検出された対象領域において、所定の撮像対象の輪郭を抽出する。対象検出手段は、輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から内部図形を検出する。
上記「所定の撮像対象」は、後述する実施形態においてはマーカ51に含まれる第1図形55であるが、認識処理によって認識することが可能な物であれば、どのような物であってもよい。例えば、「所定の撮像対象」は、ユーザ(プレイヤ)の顔や体の一部であってもよい。
上記「情報処理装置」とは、後述する実施形態に記載のゲーム装置の他、コンピュータプログラムを実行することによって情報処理を行う任意のコンピュータを含む概念である。また、上記「情報処理装置」は、携帯型か否かを問わない。
上記「画像認識プログラム」とは、一例としては、後述する実施形態に記載のゲームプログラムであるが、パーソナルコンピュータや携帯端末において実行されるアプリケーションプログラムを含む概念である。
上記「画像取得手段」は、情報処理装置内に備えられた撮像手段から内部バス等を介して撮像画像を取得してもよいし、情報処理装置の外部の撮像手段から通信によって撮像画像を取得してもよいし、撮像画像によって撮像された撮像画像を記憶した記憶媒体が情報処理装置に装着されることによって当該記憶媒体から撮像画像を取得してもよい。
上記「画素値」とは、画素に設定される色や輝度等を示す値であればどのような情報であってもよい。
上記「領域検出手段」は、所定の撮像対象を含む対象領域を検出するものであればよく、対象領域を検出する具体的な方法はどのような方法であってもよい。
上記「第2の間隔」は、上記「第1の間隔」よりも小さければどのような長さであってもよい。また、後述する実施形態のように、撮像対象を検出する処理において複数種類の処理が実行される場合、その内の少なくとも1つの処理が、第2の間隔で得られる画素値に基づいて行われればよい。
上記「対象検出手段」は、対象領域から所定の撮像対象を検出するものであればよく、所定の撮像対象を検出する具体的な方法はどのような方法であってもよい。
上記「所定の撮像対象を検出する」とは、後述する実施形態や下記(2)のように、撮像画像内における所定の撮像対象の位置(および/または向き)を算出することの他、撮像画像内に所定の撮像対象が存在するか否かを判断する(所定の撮像対象が存在することを検出する)ことを含む概念である。つまり、対象検出手段の検出結果は、撮像画像内における所定の撮像対象の位置および/または向きの情報であってもよいし、撮像画像内に撮像対象が存在するか否かを示す情報であってもよい。
さらに、上記(1)の構成によれば、輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から内部図形が検出されるので、内部図形を検出する範囲を適切に決定することができる。これによれば、内部図形の検出処理を無駄な領域に対して行わずに済むので、認識処理をより効率良く行うことができる。
対象検出手段は、撮像画像内における所定の撮像対象の位置を第2の間隔で得られる画素値に基づいて算出することによって当該撮像対象を検出してもよい。
所定の撮像対象は、複数の内部図形が描かれた図形を含んでいてもよい。このとき、対象検出手段は、対象領域の画像から複数の内部図形をそれぞれ検出し、第2の間隔で得られる画素値に基づいて各内部図形の中心位置をそれぞれ算出することによって所定の撮像対象の位置を検出する。
上記「内部図形の中心位置」とは、内部図形の厳密な意味での中心の位置である必要はなく、各種の演算によって算出することが可能な、内部図形の中央付近の位置であればよい。例えば、「内部図形の中心位置」は、内部図形の輪郭を表す画素の平均値として算出されてもよいし、撮像画像の各画素に何らかの重みが付される場合には、内部図形の領域内の各画素の重心位置として算出されてもよい。
輪郭抽出手段は、撮像画像において第1の間隔よりも小さく第2の間隔よりも大きい第3の間隔で得られる画素値に基づいて所定の撮像対象の輪郭を抽出してもよい。
画像認識プログラムは、輪郭抽出手段によって抽出された輪郭が所定の撮像対象を表すか否かを判定する対象判定手段としてコンピュータを機能させてもよい。このとき、対象検出手段は、対象判定手段によって所定の撮像対象を表すと判定される輪郭に対応する領域内から複数の内部図形をそれぞれ検出する。
対象検出手段は、内部領域検出手段と、位置算出手段とを有していてもよい。内部領域検出手段は、対象領域において複数の内部図形の領域をそれぞれ検出する。位置算出手段は、内部領域検出手段によって検出された各領域の中心位置をそれぞれ算出する。
内部領域検出手段は、撮像画像において第1の間隔よりも小さく第2の間隔よりも大きい第4の間隔で得られる画素値に基づいて複数の内部図形の領域をそれぞれ検出してもよい。
対象検出手段は、内部領域検出手段によって検出された領域の個数が、所定範囲内の個数であるか否かを判定する個数判定手段をさらに有していてもよい。このとき、位置算出手段は、所定範囲内の個数の領域が検出された対象領域について、内部領域検出手段によって検出された各領域の中心位置を算出する。
領域検出手段は、第1の間隔で隣接する画素間における画素値に基づいて所定の撮像対象の輪郭を抽出することによって対象領域を検出してもよい。
領域検出手段は、画像取得手段によって取得された撮像画像の各画素のうち第1の間隔で配置される画素に関する画素値に基づいて対象領域を検出してもよい。このとき、対象検出手段は、画像取得手段によって取得された撮像画像の各画素のうち第2の間隔で配置される画素に関する画素値に基づいて所定の撮像対象を検出する。
情報処理装置がアクセス可能な記憶手段から、所定の撮像対象を表すパターン画像を取得するパターン取得手段としてコンピュータをさらに機能させてもよい。このとき、対象検出手段は、対象領域の画像とパターン画像とを比較することによって対象領域内に所定の撮像対象が含まれるか否かを判断する。
対象検出手段は、第2の間隔で得られる画素値に基づいて対象領域の画像から所定の撮像対象の輪郭を抽出し、抽出された輪郭に基づいて、撮像画像内における所定の撮像対象の位置を算出してもよい。
画像認識プログラムは、位置関係算出手段と、表示制御手段としてコンピュータをさらに機能させてもよい。位置関係算出手段は、対象検出手段によって所定の撮像対象が検出された場合、当該所定の撮像対象と撮像手段との位置関係を対象検出手段による検出結果に基づいて算出する。表示制御手段は、仮想空間に配置される仮想オブジェクトを表す仮想画像を位置関係に基づいて生成し、撮像画像に対して仮想画像を合成した画像を表示手段に表示させる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る画像認識プログラムおよび画像認識装置について説明する。本発明は、表示装置に画像を表示させる任意の情報処理装置(コンピュータ)において画像認識プログラムが実行されることによって実現することができるが、本実施形態では、情報処理装置の一例として図1に示すゲーム装置1を用いる場合について説明する。
次に、図3から図9を参照して、上記ゲームプログラムによって実行されるゲーム処理中において行われるゲーム処理について説明する。ゲームプログラムは、カメラによって撮像された現実空間の画像(撮像画像)に対して画像認識処理を行い、画像認識処理の結果に基づいて仮想空間の画像(仮想画像)を撮像画像に対して合成したゲーム画像を表示し、プレイヤにゲームをプレイさせるものである。
以上のように、本実施形態では、ゲーム装置1は撮像画像から認識処理によってマーカ51を検出する。認識処理においてマーカ51を正確に検出することができなければ、仮想画像を正確に生成することができず、撮像画像上の正しい位置に仮想画像を合成することができなくなってしまい、合成画像の現実味(リアルさ)が薄れてしまう。そこで、本実施形態では、マーカ51を正確にかつ効率良く検出するべく、ゲーム装置1は以下の認識処理を実行する。
図5は、本実施形態における画像認識処理で用いられる対象領域を示す図である。本実施形態では、認識処理を行うべき撮像画像が取得されると、ゲーム装置1はまず、撮像画像のうちでマーカ51を含む領域(「対象領域」と呼ぶ)54を検出する処理(領域検出処理)を行う(図5に示す表の上欄参照)。この領域検出処理は、撮像画像全体の領域53に対して行われ、後述するマーカ検出処理よりも低い精度で行われる。ここで、「低い精度」とは、処理において画素値を参照する画素の間隔を相対的に大きくすることを意味する。例えば本実施形態では、ゲーム装置1は、撮像画像の画素3つ分の間隔で画素値を参照して(すなわち、画素を2つとばしで画素値を参照して)領域検出処理を行う。このように、対象領域54の検出処理は低い精度で行われるので、当該検出処理は比較的高速に行われる。
また、本実施形態における認識処理では、複数の内部図形が描かれた図形を含むマーカ51を用いて、内部図形の中心位置を算出することでマーカ51の検出を行う。図6は、本実施形態において用いられるマーカを示す図である。図6に示すように、マーカ51は、第1図形55と第2図形57とを含む。第1図形55は、複数個(図6では8個)の白い円形の図形56が内部に描かれている。本実施形態では、この白い円形の図形56が内部図形である。また、本実施形態では、8つの内部図形56は、四角形(正方形)の4頂点と4辺の中点との位置に配置されている。なお、第1図形は内部に複数の図形(内部図形)が描かれたものであればどのようなものであってもよく、内部図形の位置、形状、大きさ、および色はどのようなものでもよい。また、第2図形57は図6では矢印を表す図形であるが、第2図形57はどのような図形であってもよい。
次に、図10〜図15を参照して、ゲームプログラムによって実行されるゲーム処理の詳細を説明する。まず、ゲーム処理において用いられる各種データについて説明する。図10は、ゲームプログラムによる処理において用いられる各種データを示す図である。図10において、ゲーム装置1のメインメモリ32には、ゲームプログラム61、撮像画像データ62、およびゲーム処理データ63が記憶される。
上記実施形態は本発明を実施する一例であり、他の実施形態においては例えば以下に説明する構成で本発明を実施することも可能である。
上記実施形態においては、内部図形56を有する第1図形55を撮像対象とし、内部図形56の中心位置を算出することによって第1図形55を検出する認識方法が用いられた。ここで、撮像対象を認識する方法は、上述の内部図形56の中心位置を算出する方法に限らず、他の方法であってもよい。以下、他の認識方法を用いた変形例として、パターンマッチングの手法による認識方法を用いる変形例について説明する。
また、上記ステップS24においては、CPU31は、ステップS23で検出された内部図形56の領域の個数が所定個数であるか否かを判定した。ここで、本実施形態では、8個の内部図形56の中心位置から4本の直線を算出することで4つの頂点を特定しているので、8個全ての内部図形56が検出されなくても4つの頂点を算出することは可能である。例えば、図17における中心点P1〜P8のいずれか1つがなくても、4本の直線L1〜L4を算出することは可能である。したがって、他の実施形態においては、ステップS24において、CPU31は、ステップS23で検出された内部図形56の領域の個数が所定範囲の個数であるか否かを判定するようにしてもよい。ここで、所定範囲は、内部図形の個数(8個)を含む範囲であり、例えば、7個から8個の範囲である。
(条件1)7個の中心位置のうち2つまたは3つの中心位置を通る。
(条件2)第1図形55の輪郭を表す4本の直線のいずれかと略平行である。
(条件3)第1図形55の輪郭を表す4本の直線のいずれかから所定距離内にある(第1図形55の中心付近を通らない)。
なお、上記(条件2)および(条件3)において、第1図形55の輪郭を表す4本の直線は、上記ステップS22で算出されるものを用いてもよい。上記条件1〜3を満たす直線を算出することで、7個の中心位置から4本の直線を算出することができる。
上記実施形態においては、8個の内部図形56が描かれた第1図形55を含むマーカ51を用いる場合を例として説明したが、本発明において用いることができるマーカはこれに限らない。例えば、他の実施形態においては、内部図形56の数は8個に限らない。図22は、本実施形態の変形例におけるマーカを示す図である。図22に示すマーカ73は、12個の内部図形56を有する第1図形74と、図6と同様の第2図形57とを含む。また、第1図形74内の12個の内部図形56は、四角形(正方形)の4頂点と4辺の位置に配置されている。他の実施形態においては、図6に示すマーカ51に代えて、図22に示すマーカ73を用いるようにしてもよい。マーカ73を用いる場合、上述のステップS26では、CPU31は、3つまたは4つの中心位置から上記直線L1〜L4を算出するようにしてもよい。これによれば、内部図形の数に冗長性を持たせることができるので、CPU31は、全ての内部図形を検出できない場合でも4つの頂点の位置を算出することができる。
上記実施形態においては、低精度で行う領域検出処理(ステップS11)と、高精度で行うマーカ検出処理(ステップS15)とにおいて、同じ撮像画像が用いられた。ここで、他の実施形態においては、上記2つの処理で解像度が異なる画像を用いてもよい。具体的には、領域検出処理においては、マーカ検出処理において用いられる撮像画像よりも解像度が低い画像が用いられてもよい。例えば、認識処理以外の他の処理において必要となる等の理由で、ゲーム装置1がカメラによる撮像画像から解像度の低い画像を生成する場合には、当該解像度の低い画像を領域検出処理において用いるようにしてもよい。
上記実施形態においては、CPU31は、内部図形56の中心位置を算出し、中心位置に基づいて、撮像画像内におけるマーカ51の位置(4つの頂点P11〜P14の位置)を算出した。ここで、他の実施形態においては、CPU31は、内部図形56の中心位置をそのままマーカ51の位置として用いてもよい。例えば、CPU31は、図9および図17に示す点P1,P3,P6および点P8をマーカ51の位置として用いてもよい。また、上記実施形態においては、マーカ51の位置および向きを表す情報として、4つの点の位置(4つの頂点P11〜P14の位置)を用いたが、マーカ51の3つ以上の点の位置がわかればマーカ51の位置および向きを特定することができる。したがって、他の実施形態においては、マーカ51の位置および向きを表す情報として3つまたは5つ以上の点の位置を用いてもよい。したがって、CPU31は、3つ以上の内部図形の中心位置に基づいてマーカ51の位置および向きを検出することができる。
上記実施形態では、ゲーム装置1は、ゲーム装置1が備える外側カメラ25によってリアルタイムに取得される撮像画像に対して認識処理を実行した。ここで、他の実施形態においては、認識処理の対象となる撮像画像は、過去に撮像されたものであってもよいし、ゲーム装置1が外部の機器から取得した撮像画像であってもよい。また、上記実施形態では、外側カメラ25がゲーム装置1に予め搭載されているが、他の実施形態では、ゲーム装置1に着脱可能な外付け型のカメラが外側カメラ25に代えて利用されてもよい。
13 タッチパネル
22 上側LCD
25 外側カメラ
31 CPU
32 メインメモリ
51 マーカ
54 対象領域
55 第1図形
56 内部図形
57 第2図形
Claims (16)
- 撮像手段によって撮像された撮像画像に含まれる所定の撮像対象を検出する情報処理装置のコンピュータにおいて実行される画像認識プログラムであって、
前記画像認識プログラムは、
前記撮像手段によって撮像された撮像画像を取得する画像取得手段と、
前記撮像画像において第1の間隔で得られる画素値に基づいて、当該撮像画像のうちで前記所定の撮像対象を含む対象領域を検出する領域検出手段と、
前記対象領域内の撮像画像において前記第1の間隔よりも小さい第2の間隔で得られる画素値に基づいて、当該対象領域の画像から前記所定の撮像対象を検出する対象検出手段として前記コンピュータを機能させ、
前記所定の撮像対象は、内部図形が描かれた図形を含み、
前記画像認識プログラムは、前記領域検出手段によって検出された前記対象領域において、前記所定の撮像対象の輪郭を抽出する輪郭抽出手段として前記コンピュータをさらに機能させ、
前記対象検出手段は、前記輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から前記内部図形を検出する、画像認識プログラム。 - 前記対象検出手段は、前記撮像画像内における前記所定の撮像対象の位置を前記第2の間隔で得られる画素値に基づいて算出することによって当該撮像対象を検出する、請求項1に記載の画像認識プログラム。
- 前記所定の撮像対象は、複数の内部図形が描かれた図形を含み、
前記対象検出手段は、前記対象領域の画像から前記複数の内部図形をそれぞれ検出し、前記第2の間隔で得られる画素値に基づいて各内部図形の中心位置をそれぞれ算出することによって前記所定の撮像対象の位置を検出する、請求項1または請求項2に記載の画像認識プログラム。 - 前記輪郭抽出手段は、前記撮像画像において前記第1の間隔よりも小さく前記第2の間隔よりも大きい第3の間隔で得られる画素値に基づいて前記所定の撮像対象の輪郭を抽出する、請求項1に記載の画像認識プログラム。
- 前記画像認識プログラムは、前記輪郭抽出手段によって抽出された輪郭が前記所定の撮像対象を表すか否かを判定する対象判定手段として前記コンピュータを機能させ、
前記対象検出手段は、前記対象判定手段によって前記所定の撮像対象を表すと判定される輪郭に対応する領域内から前記複数の内部図形をそれぞれ検出する、請求項1または請求項4に記載の画像認識プログラム。 - 前記対象検出手段は、
前記対象領域において複数の内部図形の領域をそれぞれ検出する内部領域検出手段と、
前記内部領域検出手段によって検出された各領域の中心位置をそれぞれ算出する位置算出手段とを有する、請求項3に記載の画像認識プログラム。 - 前記内部領域検出手段は、前記撮像画像において前記第1の間隔よりも小さく前記第2の間隔よりも大きい第4の間隔で得られる画素値に基づいて前記複数の内部図形の領域をそれぞれ検出する、請求項6に記載の画像認識プログラム。
- 前記対象検出手段は、前記内部領域検出手段によって検出された領域の個数が、所定範囲内の個数であるか否かを判定する個数判定手段をさらに有し、
前記位置算出手段は、前記所定範囲内の個数の領域が検出された前記対象領域について、前記内部領域検出手段によって検出された各領域の中心位置を算出する、請求項6または請求項7に記載の画像認識プログラム。 - 前記領域検出手段は、前記第1の間隔で隣接する画素間における画素値に基づいて前記所定の撮像対象の輪郭を抽出することによって対象領域を検出する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像認識プログラム。
- 前記領域検出手段は、前記画像取得手段によって取得された撮像画像の各画素のうち前記第1の間隔で配置される画素に関する画素値に基づいて前記対象領域を検出し、
前記対象検出手段は、前記画像取得手段によって取得された撮像画像の各画素のうち前記第2の間隔で配置される画素に関する画素値に基づいて前記所定の撮像対象を検出する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の画像認識プログラム。 - 前記情報処理装置がアクセス可能な記憶手段から、前記所定の撮像対象を表すパターン画像を取得するパターン取得手段として前記コンピュータをさらに機能させ、
前記対象検出手段は、前記対象領域の画像と前記パターン画像とを比較することによって前記対象領域内に前記所定の撮像対象が含まれるか否かを判断する、請求項1または請求項2に記載の画像認識プログラム。 - 前記対象検出手段は、前記第2の間隔で得られる画素値に基づいて前記対象領域の画像から前記所定の撮像対象の輪郭を抽出し、抽出された輪郭に基づいて、前記撮像画像内における前記所定の撮像対象の位置を算出する、請求項1または請求項11に記載の画像認識プログラム。
- 前記対象検出手段によって前記所定の撮像対象が検出された場合、当該所定の撮像対象と前記撮像手段との位置関係を前記対象検出手段による検出結果に基づいて算出する位置関係算出手段と、
仮想空間に配置される仮想オブジェクトを表す仮想画像を前記位置関係に基づいて生成し、前記撮像画像に対して前記仮想画像を合成した画像を表示手段に表示させる表示制御手段として前記コンピュータをさらに機能させる、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の画像認識プログラム。 - 撮像手段によって撮像された撮像画像に含まれる所定の撮像対象を検出する画像認識装置であって、
前記撮像手段によって撮像された撮像画像を取得する画像取得手段と、
前記撮像画像において第1の間隔で得られる画素値に基づいて、当該撮像画像のうちで前記所定の撮像対象を含む対象領域を検出する領域検出手段と、
前記対象領域内の撮像画像において前記第1の間隔よりも小さい第2の間隔で得られる画素値に基づいて、当該対象領域の画像から前記所定の撮像対象を検出する対象検出手段とを備え、
前記所定の撮像対象は、内部図形が描かれた図形を含み、
前記領域検出手段によって検出された前記対象領域において、前記所定の撮像対象の輪郭を抽出する輪郭抽出手段をさらに備え、
前記対象検出手段は、前記輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から前記内部図形を検出する、画像認識装置。 - 所定の撮像対象と、撮像手段によって撮像された撮像画像に含まれる当該所定の撮像対象を検出する画像認識装置と、を含む画像認識システムであって、
前記撮像手段によって撮像された撮像画像を取得する画像取得手段と、
前記撮像画像において第1の間隔で得られる画素値に基づいて、当該撮像画像のうちで前記所定の撮像対象を含む対象領域を検出する領域検出手段と、
前記対象領域内の撮像画像において前記第1の間隔よりも小さい第2の間隔で得られる画素値に基づいて、当該対象領域の画像から前記所定の撮像対象を検出する対象検出手段とを備え、
前記所定の撮像対象は、内部図形が描かれた図形を含み、
前記領域検出手段によって検出された前記対象領域において、前記所定の撮像対象の輪郭を抽出する輪郭抽出手段をさらに備え、
前記対象検出手段は、前記輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から前記内部図形を検出する、画像認識システム。 - 撮像手段によって撮像された撮像画像に含まれる所定の撮像対象を検出するための画像認識方法であって、
前記撮像手段によって撮像された撮像画像を取得する画像取得ステップと、
前記撮像画像において第1の間隔で得られる画素値に基づいて、当該撮像画像のうちで前記所定の撮像対象を含む対象領域を検出する領域検出ステップと、
前記対象領域内の撮像画像において前記第1の間隔よりも小さい第2の間隔で得られる画素値に基づいて、当該対象領域の画像から前記所定の撮像対象を検出する対象検出ステップとを含み、
前記所定の撮像対象は、内部図形が描かれた図形を含み、
前記領域検出ステップによって検出された前記対象領域において、前記所定の撮像対象の輪郭を抽出する輪郭抽出ステップをさらに含み、
前記対象検出ステップにおいては、前記輪郭抽出手段によって抽出された輪郭内の領域から前記内部図形が検出される、画像認識方法。
Priority Applications (4)
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