JP5502771B2 - Electronic blackboard system and program - Google Patents
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Description
本発明は、表示面に対する座標指示物の接触位置又は表示面の手前側に設定された検出面に対する座標指示物の操作位置を、表示面上の2次元座標として検出できる電子黒板システムと当該システムを構成するコンピュータ上で実行されるプログラムに関する。 The present invention relates to an electronic blackboard system capable of detecting, as a two-dimensional coordinate on a display surface, the contact position of the coordinate indicator on the display surface or the operation position of the coordinate indicator on the detection surface set on the near side of the display surface. The present invention relates to a program that is executed on a computer constituting the computer.
電子黒板システムは、表示装置又は投影装置と、それらの表示面に対する座標指示物の操作入力を検出する座標検出装置と、検出された操作入力に基づく描画処理やシステム全体の動作を制御するコンピュータとで構成されている。 The electronic blackboard system includes a display device or a projection device, a coordinate detection device that detects an operation input of a coordinate indicator on the display surface, a computer that controls a drawing process based on the detected operation input and an operation of the entire system, It consists of
座標検出装置は、検出位置を表示画面上の2次元座標として出力する。コンピュータは、座標検出装置の2次元座標をコンピュータ操作画面上の2次元座標に変換し、予め指定された色と太さを有するオブジェクトとしてコンピュータ操作画面上に描画する。このコンピュータ操作画面が、表示装置又は投影装置の表示面として利用者に提供される。 The coordinate detection device outputs the detection position as two-dimensional coordinates on the display screen. The computer converts the two-dimensional coordinates of the coordinate detection device into two-dimensional coordinates on the computer operation screen, and draws the object on the computer operation screen as an object having a color and thickness designated in advance. This computer operation screen is provided to the user as a display surface of the display device or the projection device.
電子黒板システムは、この座標検出装置による座標の検出からコンピュータ操作画面上の描画までの処理を毎秒何十回も繰り返すことで、座標指示物の操作者がコンピュータ操作画面上に文字や図形をあたかも直接筆記したかのような体験を利用者に提供することができる。また、電子黒板システムが座標指示物による操作入力をコンピュータに接続したマウスの操作と同等に扱う機能に対応している場合には、表示面に対する座標指示物の操作入力を通じてコンピュータを操作することもできる。 The electronic blackboard system repeats the process from the coordinate detection by the coordinate detection device to the drawing on the computer operation screen dozens of times per second, so that the operator of the coordinate pointing object looks like a character or figure on the computer operation screen. It is possible to provide the user with the experience of writing directly. In addition, when the electronic blackboard system supports the function of handling the operation input by the coordinate indicator equivalent to the operation of the mouse connected to the computer, the computer may be operated through the operation input of the coordinate indicator on the display surface. it can.
ところで、電子黒板システムに使われる座標検出装置の座標検出方式には、所定の又は任意の座標指示物が表示面から数センチメートルの範囲に設定された仮想の検出面に侵入した位置(操作位置)を光学的に検出するものがある。 By the way, the coordinate detection method of the coordinate detection device used in the electronic blackboard system includes a position (operation position) where a predetermined or arbitrary coordinate indicator has entered a virtual detection surface set within a range of several centimeters from the display surface. ) Is detected optically.
例えば特許文献1には、表示面の上方両端にカラー2次元撮像素子と検出面全体を撮影可能な画角を有するレンズで構成されるカメラを備えた座標検出装置が開示されている。この座標検出装置は、(1)座標指示物が検出面にない時に予め左右2つのカメラで撮影した基準画像と、その後に両カメラで検出面を撮影した最新画像との差分を左右各画像について算出する処理と、(2)座標指示物が検出面にある場合には、差分画像に残るシルエットの位置から左右2つのカメラからの各方角を求めると共に、予め測定済みのカメラ間の距離を用いて三角測量の要領で表示面における座標指示物の座標を計算する処理を実行する。また、外乱光等によるノイズの発生を減少させるため、表示面の上部を除く周縁部には視野を狭くするための背景板が配置されること、撮影領域を検出面に限定するために縦長の切欠(スリット)を有する遮光板が左右2つのカメラの撮像面前方に取り付けられていることが開示されている。これら背景板と遮光板により、左右2つのカメラは、座標指示物がなければ背景板だけを撮影する。 For example, Patent Document 1 discloses a coordinate detection device including a camera configured by a color two-dimensional imaging device and a lens having an angle of view capable of photographing the entire detection surface at both upper ends of a display surface. This coordinate detection apparatus (1) calculates the difference between a reference image captured by two left and right cameras in advance when the coordinate indicator is not on the detection surface and the latest image captured by the two cameras thereafter for both left and right images. (2) When the coordinate pointing object is on the detection surface, the respective directions from the left and right cameras are obtained from the position of the silhouette remaining in the difference image, and the distance between the cameras that has been measured in advance is used. Then, the process of calculating the coordinates of the coordinate indicator on the display surface in the manner of triangulation is executed. In addition, in order to reduce the generation of noise due to ambient light, etc., a background plate for narrowing the field of view is arranged at the peripheral portion except the upper part of the display surface, and a vertically long shape is used to limit the imaging region to the detection surface. It is disclosed that a light shielding plate having a notch (slit) is attached in front of the imaging surfaces of the left and right cameras. With these background plate and light shielding plate, the two cameras on the left and right images only the background plate if there is no coordinate indicator.
ところが、実用的な電子黒板のサイズになると(例えば表示面のアスペクト比が4:3や16:9であり、かつ、対角線長が数十インチ程度以上になると)、特許文献1の座標検出装置では、温度変化や経年変化に伴う筺体の歪み等の影響でカメラの撮影範囲を背景板だけに限定し続けることが難しくなる。具体的には、表示面や背景板の外側にある景色が撮像範囲に写り込むようになる。この不都合の修正には、ユーザやサポートスタッフによるカメラや遮光板の取り付け位置の微調整作業が必要となる。 However, when the size of a practical electronic blackboard is reached (for example, when the aspect ratio of the display surface is 4: 3 or 16: 9 and the diagonal length is about several tens of inches or more), the coordinate detection device of Patent Document 1 is used. Then, it becomes difficult to continue to limit the shooting range of the camera to only the background plate due to the influence of the distortion of the casing accompanying the temperature change and the secular change. Specifically, the scenery outside the display surface and the background plate is reflected in the imaging range. In order to correct this inconvenience, it is necessary to finely adjust the mounting position of the camera and the light shielding plate by the user and support staff.
そこで、本発明は、カメラや遮光板の取り付け位置の微調整作業を行わなくても、背景板の画像だけを常に取得可能とし、座標指示物の座標を正確に計算できる電子黒板システム及び当該システムを実現するプログラムの提供を目的とする。 Therefore, the present invention provides an electronic blackboard system that can always acquire only the image of the background plate and can accurately calculate the coordinates of the coordinate indicator without performing fine adjustment work of the mounting position of the camera and the light shielding plate. The purpose is to provide a program that realizes.
本発明者は、遮光版を用いずに撮像された画像内から背景板の領域だけを自動的に識別し、識別された領域の画像だけを用いて座標指示物の座標を検出する仕組みを提案する。より具体的には、本発明者は、電子黒板システムとして、以下に示す手段を有するものを提案する。
(a) 所定の背景板を外周に有する表示面上に座標指示物の接触位置を指示する表示面指示標的を1つ以上含む表示面指定画面を表示する表示面指定画面表示制御手段
(b) 前記表示面の上空近傍の検出面に挿入された座標指示物を撮像する1つ以上の撮像手段
(c) 前記検出面に座標指示物が挿入されていない時に前記撮像手段で撮像された基準画像と、前記検出面に座標指示物が挿入されている時に前記撮像手段で撮像された標的画像とから、前記撮像手段の撮像画像内における前記表示面指示標的に対応する標的座標を検出する標的座標検出手段
(d) 前記基準画像のエッジを抽出した第1エッジ画像を生成する第1エッジ画像生成手段
(e) 前記第1エッジ画像内において、近接平行するエッジを合成してエッジ合成領域を生成すると共に、前記標的座標に対して第1の相対位置関係を満たさないエッジを除去してエッジ合成除去画像を生成するエッジ合成除去画像生成手段
(f) 前記エッジ合成除去画像のエッジを抽出した第2エッジ画像を生成する第2エッジ画像生成手段
(g) 前記第2エッジ画像内において、前記標的座標に対して第2の相対位置関係を満たすエッジを前記背景板の輪郭に相当する背景板領域として抽出する背景板領域抽出手段
The inventor proposes a mechanism for automatically identifying only the area of the background plate from the image captured without using the light-shielding plate and detecting the coordinates of the coordinate indicator using only the image of the identified area. To do. More specifically, the present inventor proposes an electronic blackboard system having the following means.
(a) Display surface designation screen display control means for displaying a display surface designation screen including one or more display surface designation targets for designating the contact position of the coordinate pointing object on the display surface having a predetermined background plate on the outer periphery
(b) one or more image pickup means for picking up an image of a coordinate indicator inserted on a detection surface near the sky of the display surface;
(c) a reference image captured by the imaging unit when no coordinate indicator is inserted on the detection surface, and a target image captured by the imaging unit when a coordinate indicator is inserted on the detection surface To target coordinate detection means for detecting target coordinates corresponding to the display surface indication target in the captured image of the imaging means
(d) First edge image generation means for generating a first edge image obtained by extracting an edge of the reference image
(e) In the first edge image, adjacent parallel edges are synthesized to generate an edge synthesis area, and edges that do not satisfy the first relative positional relationship with respect to the target coordinates are removed to remove edge synthesis. Edge synthesis removed image generating means for generating an image
(f) Second edge image generation means for generating a second edge image obtained by extracting an edge of the edge synthesis removed image
(g) Background board area extracting means for extracting an edge satisfying a second relative positional relationship with respect to the target coordinates as a background board area corresponding to the outline of the background board in the second edge image.
また、本発明者は、電子黒板システムを構成するコンピュータを、以下に示す手段として機能させるプログラムを提案する。
(a) 所定の背景板を外周に有する表示面上に、座標指示物の接触位置を指示する表示面指示標的を1つ以上含む表示面指定画面を表示する表示面指定画面表示制御手段
(b) 前記表示面の上空近傍の検出面に挿入された座標指示物を撮像する1つ以上の撮像手段を制御する制御手段
(c) 前記検出面に座標指示物が挿入されていない時に前記撮像手段で撮像された基準画像と、前記検出面に座標指示物が挿入されている時に前記撮像手段で撮像された標的画像とから、前記撮像手段の撮像画像内における前記表示面指示標的に対応する標的座標を検出する標的座標検出手段
(d) 前記基準画像のエッジを抽出した第1エッジ画像を生成する第1エッジ画像生成手段
(e) 前記第1エッジ画像内において、近接平行するエッジを合成してエッジ合成領域を生成すると共に、前記標的座標に対して第1の相対位置関係を満たさないエッジを除去してエッジ合成除去画像を生成するエッジ合成除去画像生成手段
(f) 前記エッジ合成除去画像のエッジを抽出した第2エッジ画像を生成する第2エッジ画像生成手段
(g) 前記第2エッジ画像内において、前記標的座標に対して第2の相対位置関係を満たすエッジを前記背景板の輪郭に相当する背景板領域として抽出する背景板領域抽出手段
The inventor also proposes a program that causes a computer constituting the electronic blackboard system to function as the following means.
(a) Display surface designation screen display control means for displaying a display surface designation screen including one or more display surface indication targets for instructing the contact position of the coordinate indicator on the display surface having a predetermined background plate on the outer periphery.
(b) Control means for controlling one or more image pickup means for picking up an image of a coordinate indicator inserted on a detection surface near the sky on the display surface
(c) a reference image captured by the imaging unit when no coordinate indicator is inserted on the detection surface, and a target image captured by the imaging unit when a coordinate indicator is inserted on the detection surface To target coordinate detection means for detecting target coordinates corresponding to the display surface indication target in the captured image of the imaging means
(d) First edge image generation means for generating a first edge image obtained by extracting an edge of the reference image
(e) In the first edge image, adjacent parallel edges are synthesized to generate an edge synthesis area, and edges that do not satisfy the first relative positional relationship with respect to the target coordinates are removed to remove edge synthesis. Edge synthesis removed image generating means for generating an image
(f) Second edge image generation means for generating a second edge image obtained by extracting an edge of the edge synthesis removed image
(g) Background board area extracting means for extracting an edge satisfying a second relative positional relationship with respect to the target coordinates as a background board area corresponding to the outline of the background board in the second edge image.
本発明の採用により、撮像範囲を制限する遮光板を不要にできるだけでなく、カメラの取り付け位置等の微調整作業を行わなくても、座標指示物の座標を正確に計算できる電子黒板システムを実現することができる。なお、上述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 By adopting the present invention, an electronic blackboard system that not only eliminates the need for a light-shielding plate that limits the imaging range, but also enables accurate calculation of the coordinates of the coordinate indicator without performing fine adjustment work such as the camera mounting position. can do. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、図面に基づいて、発明の実施例を説明する。なお、後述する電子黒板システムはいずれも説明のための一例であり、発明の実施形態は、後述する実施例に限定されるものでない。また、本発明は、後述する電子黒板システムの全ての機能を組み合わせる場合だけでなく、一部の機能のみを搭載する場合、既知の技術を追加する場合、一部機能を既知の技術との置換する場合など、様々な実施形態を含み得る。また、以下の実施例では、各種の処理機能がコンピュータ上で実行されるプログラムとして提供されるものとして説明するが、当該処理機能の一部又は全部を、ハードウェアを通じて実現しても良い。 Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings. In addition, all the electronic blackboard systems mentioned later are examples for description, and embodiment of invention is not limited to the Example mentioned later. In addition, the present invention is not limited to combining all the functions of the electronic blackboard system to be described later, but when only a part of the functions is mounted, when adding a known technique, the partial function is replaced with the known technique. Various embodiments can be included, such as In the following embodiments, various processing functions are described as provided as programs executed on a computer. However, some or all of the processing functions may be realized through hardware.
(電子黒板の構成)
図1に、電子黒板100の実施例を示す。なお、図1に示す電子黒板100は、光学式の座標検出方式を採用する場合について表している。この例では、赤外光を使用する。また、図1に示す電子黒板100は、画像の表示にプロジェクタを使用している。すなわち、光学式の座標検出機能とプロジェクション方式の画像表示機能を組み合わせた電子黒板システムについて説明する。
(Configuration of electronic blackboard)
FIG. 1 shows an embodiment of the electronic blackboard 100. Note that the electronic blackboard 100 illustrated in FIG. 1 represents a case where an optical coordinate detection method is employed. In this example, infrared light is used. The electronic blackboard 100 shown in FIG. 1 uses a projector for displaying images. That is, an electronic blackboard system that combines an optical coordinate detection function and a projection image display function will be described.
電子黒板100は、平板状の電子黒板筐体(ボード101)に、カメラA103、カメラB104、背景板105を取り付けた構成を有している。これらの付属物は、いずれもボード101の外周部分に配置される。なお、ボード101の中央部分は、プロジェクタ210(図2)からの投影光が投影される表示面102として用いられる。勿論、画像の表示にフラットパネルディスプレイを使用する場合には、表示面102はディスプレイの表示領域と一致する。
The electronic blackboard 100 has a configuration in which a camera A103, a camera B104, and a
カメラA103、カメラB104、背景板105は、座標検出装置のハードウェア部分を構成する。この実施例の場合、カメラA103はボード101の左上隅に配置し、カメラB104はボード101の右上隅に配置する。画角が約90°のカメラを使用するためである。従って、左上隅に配置されるカメラA103は、表示面102の下辺と右辺側に位置する背景板105を撮像し、右上隅に配置されるカメラB104は、表示面102の下辺と左辺側に位置する背景板105を撮像する。
Camera A103, camera B104, and
なお、画角が90°より大きい(例えば約180°)カメラを使用できる場合には、カメラA103及びカメラB104は、表示面102の左右両端よりも内側位置に(水平方向の辺長よりも短い間隔だけ離した位置に)配置することができる。
Note that when a camera with an angle of view larger than 90 ° (for example, about 180 °) can be used, the camera A 103 and the
背景板105は、矩形形状を有するボード101の左辺、右辺、下辺の3辺に沿うように、ボード101の表面に対して垂直に設置される。背景板105は、カメラA103及びカメラB104が座標指示物を撮像する際に座標指示物の背景として撮像されるだけの十分な幅を有する。なお、カメラA103及びカメラB104によって撮像される背景板105の表面は、無地の無彩色又は無彩色のみで構成される縞模様若しくは格子模様であることが好ましい。
The
また、当該表面には、例えば再帰性の反射特性を有するテープ状の部材を配置する。再帰性の反射部材を背景板105の表面に沿って配置することにより、カメラ側から背景板105の表面に入射された光(例えば赤外光)は、その入射角の違いに関わらず、いずれも入射角と平行な方向に反射する。このため、背景板105の表面は明画像として撮像され、背景板105の表面を横切る座標指示物(人の指、手、ペン、スタイラス(指示棒)等)は影として撮像される。
Further, a tape-like member having, for example, a reflexive reflection characteristic is disposed on the surface. By arranging the retroreflective member along the surface of the
カメラA103及びカメラB104は、表示面102の上空近傍に接近又は表示面102に接触した座標指示物の検出と、検出された座標指示物の表示面上の位置を特定する2次元座標の検出に用いられる。カメラA103及びカメラB104は、PC200(図2)からの指示に基づいて背景板105を撮像する。この実施例に係るカメラA103及びカメラB104の特徴として、その撮像面の前方には撮像を妨げるスリットは配置されていない。このため、後述するように、カメラA103及びカメラB104の撮像画面には背景板105だけでなく、その周辺に位置する全ての物体が撮像される。
The camera A 103 and the
なお、カメラA103及びカメラB104からPC200(図2)への撮像画像の出力はデジタル信号であることが望ましい。PC200(図2)の信号処理はデジタル信号について実行されるためである。もっとも、PC200(図2)の側でアナログ信号形式の画像信号をデジタル信号形式の画像信号に変換できる機能が搭載されている場合にはアナログ信号による出力でも問題はない。また、カメラの撮像素子は上記条件を満たす限りCMOSやCCD、あるいはその他の撮像素子であっても良い。さらに、カメラA103及びカメラB104は、表示面102を撮像可能な画角のレンズを有する。なお、カメラA103及びカメラB104は、単一のカメラに限らず、画角の小さいカメラの集合体でも良い。
Note that the output of the captured image from the camera A 103 and the
座標指示物の座標の検出は概ね次のように行われる。まず、カメラA103及びカメラB104は、PC200(図2)からの指示に基づき左基準画像、右基準画像をそれぞれ撮像する。なお、基準画像の取得時には、撮像領域内に座標指示物が存在しないことが必須である。撮像された基準画像は、新たな基準画像が撮像されるまでRAM203(図2)に一時保存される。
The detection of the coordinates of the coordinate indicator is generally performed as follows. First, the camera A 103 and the
続いて、カメラA103及びカメラB104は、PC200(図2)からの定期的な指示に基づいて左最新画像、右最新画像をそれぞれ撮像する。次にPC200(図2)は、左基準画像と左最新画像の各ピクセルの値の差分から左差分画像を生成する。同様に、PC200は、右基準画像と右最新画像の各ピクセルの差分から右差分画像を生成する。
Subsequently, the camera A 103 and the
左右の最新画像を撮像する際、表示面102の上空近傍に座標指示物が存在すると、そのシルエットが左差分画像及び右差分画像に残る。PC200は、当該シルエットの位置を検出し、当該検出位置と各カメラの取り付け位置との角度情報を検出する。この後、PC200は、検出された角度情報とカメラ間の距離との関係に基づいて、表示面102上における座標指示物の座標を三角測量の原理に従って計算する。
When the left and right latest images are captured, if there is a coordinate indicator near the sky above the
座標の計算に使用する差分画像には、光環境のわずかな揺らぎも影響しないことが座標値の安定性の観点からも誤検出を避ける上でも必要である。従って、差分画像には、基準画像と最新画像との単純な差分を用いるのでなく、一定値(閾値)以上の差分成分だけを差分画像として取り出すことが望ましい。 From the viewpoint of the stability of the coordinate values, it is necessary for the difference image used for calculating the coordinates not to be affected by slight fluctuations in the light environment from the viewpoint of the stability of the coordinate values. Therefore, instead of using a simple difference between the reference image and the latest image as the difference image, it is desirable to extract only the difference component equal to or greater than a certain value (threshold value) as the difference image.
また、左右の各基準画像は周囲の光環境の変化に適応するため、随時更新することが望ましい。例えば左右の各差分画像にシルエットが残っていない場合(PC200によってシルエットが残っていないとPC200によって検出された場合)には、左右の各最新画像を既存の基準画像と置き換えても良い。あるいは、左右の各差分画像にシルエットが残っていない場合(PC200によってシルエットが残っていないとPC200によって検出された場合)、直近の複数の最新画像について各ピクセルの平均値を算出し、当該平均値で構成される画像を基準画像として用いても良い。
In addition, it is desirable to update the left and right reference images as needed to adapt to changes in the surrounding light environment. For example, when no silhouette remains in the left and right difference images (when the
なお、本実施例の場合、前述した基準画像や最新画像等は、カメラA103及びカメラB104で撮像した画像全体の意味ではなく、後述する背景板領域抽出機能によって抽出される背景板領域(基準画像等から切り出された部分画像領域)に対応する部分画像の意味で使用する。
In the case of the present embodiment, the reference image, the latest image, and the like described above do not mean the whole image captured by the camera A 103 and the
(コンピュータの内部構成)
図2に、電子黒板100に接続するPC200の内部構成と周辺装置との接続を示す。PC200は、CPU201、ROM202、RAM203、HDD204、ビデオカード205、ディスプレイインターフェース(I/F)206、外部インターフェース(I/F)207、内部バス208で構成される。
(Internal configuration of computer)
FIG. 2 shows the internal configuration of the
CPU201は、BIOSプログラム、OS、電子黒板プログラム(座標位置検出機能だけでなく、後述する背景板領域抽出機能も含む。)を実行する演算装置である。ROM202は、PC200の起動時の動作手順及びPC200の内部及び外部の各ハードウェアの基本的な制御手順であるBIOSプログラムを記録する領域である。RAM203は、BIOSプログラム、OS、電子黒板プログラム、その他のプログラム、カメラA103、カメラB104で撮像された画像、それらの処理結果等を一時的に記憶する領域である。HDD204は、OSや電子黒板プログラムを記録する領域である。ビデオカード205は、表示用データを演算して一時的に蓄積し、表示装置(図2においては、プロジェクタ210)に出力する装置である。ディスプレイI/F206は、ビデオカード205と表示装置を接続するインターフェースである。外部I/F207は、電子黒板100を構成する各種の装置とPC200を接続するインターフェースである。内部バス208は、201〜207間におけるデータのやり取りに使用される。
The
PC200では、次のように動作が実行される。CPU201は、PC200の電源が投入されると、ROM202から読み込んだBIOSプログラムを読み込み実行する。続いて、CPU201は、HDD204からOSと電子黒板プログラムをRAM203にコピーし、順次実行する。CPU201は、BIOSプログラム、OS、電子黒板プログラムに含まれる表示装置への出力命令を実行すると、ビデオカード205に描画命令と描画データを送り込む。ビデオカード205は、描画命令に基づいて描画データを演算し、演算結果を表示用データとして一時的に蓄積した後、ディスプレイI/F206に接続された表示装置に表示用データとして送信し表示させる。CPU201は、BIOSプログラム、OS、電子黒板プログラムに含まれる電子黒板100の操作命令を実行すると、外部I/F207を介して所定の指示を電子黒板100へ送り、その指示の処理結果を受け取ってRAM203に一時的に記憶させる。
In the
表示装置としてのプロジェクタ210は、ディスプレイケーブル209を介してPC200に接続されており、当該ケーブルを通じてPC200から送られた表示用データを電子黒板100の表示面102に投影する。
A
電子黒板100を構成するカメラA103、カメラB104は、接続ケーブル211を介してPC200に接続されており、当該ケーブルを通じてCPU201から送られた所定の指示に基づいて撮像等の処理を行い、その処理結果を送り返す。
The camera A 103 and the
(プログラム)
BIOSプログラムには、PC200の起動時の動作手順、PC200の内部・外部の各ハードウェアの基本的な制御手順が記述されている。OSは、PC200のオペレーティングシステムであり、PC200の内部・外部の各ハードウェアを抽象化し、アプリケーションプログラムからの指示に基づいて各ハードウェアを操作する。例えばOSは、プロジェクタ210に表示用データを投影させたり、電子黒板100のカメラA103及びカメラB104に画像を撮像させたり、撮像された画像を受け取ったりする。
(program)
The BIOS program describes an operation procedure at the time of starting the
電子黒板プログラムは、OS上で動作するアプリケーションプログラムであり、カメラA103及びカメラB104が撮像した画像から背景板105が写る部分領域を抽出する処理(背景板領域抽出機能)、左右一対のカメラにより撮像される基準画像と最新画像の各差分画像から座標指示物の指示座標を計算する処理(座標位置検出機能)等を実行する。
The electronic blackboard program is an application program that runs on the OS, and extracts a partial area in which the
(背景板領域抽出機能)
ここでは、電子黒板100を使用する前(座標指示物による操作入力を開始する前。すなわち、座標指示物の座標検出を開始する前)に実行して好適な背景板領域抽出機能について説明する。当該機能は、座標指示物の座標を正確に検出するためのキャリブレーションに対応する。なお、当該機能の実行は、電子黒板100の毎使用開始時(例えば電源投入時)が望ましいが、数回に1回の割合、1日の最初の使用前、数日に1回の割合、午前の最初の使用前と午後の最初の使用前等に実行しても良い。
(Background board area extraction function)
Here, a suitable background board region extraction function will be described which is executed before using the electronic blackboard 100 (before starting operation input by the coordinate indicator, that is, before starting coordinate detection of the coordinate indicator). This function corresponds to calibration for accurately detecting the coordinates of the coordinate indicator. The function is preferably executed every time the electronic blackboard 100 starts to be used (for example, when the power is turned on), but once every several times, before the first use of the day, once every few days, It may be executed before the first use in the morning and before the first use in the afternoon.
前述の通り、本実施例で使用するカメラA103及びカメラB104の場合、その撮像画像は、遮光板(スリット)等により撮像視野が制限されていない。このため、各撮像画面には、背景板105だけでなく、ボード101(表示面102を含む)や床も同じフレーム内に撮像される。そこで、背景板領域抽出機能を実行し、カメラA103及びカメラB104で撮像した画像から基本的に背景板105だけが写った領域部分を自動的に抽出可能とし、ユーザやサポートスタッフによるカメラや遮光板(スリット)の取り付け位置の微調整を不要にする。
As described above, in the case of the camera A103 and the camera B104 used in this embodiment, the captured field of view of the captured image is not limited by a light shielding plate (slit) or the like. For this reason, not only the
図3に、当該背景板領域抽出機能を実現するプログラムの処理手順の概要を示す。本プログラムは、電子黒板プログラムの起動時に自動的に、予め定めた条件を満たすタイミングで自動的に、又は電子黒板システムの使用者の要求により開始される。 FIG. 3 shows an outline of a processing procedure of a program that realizes the background plate area extraction function. This program is automatically started when the electronic blackboard program is started, automatically at a timing satisfying a predetermined condition, or at the request of the user of the electronic blackboard system.
なお、以下の説明では、カメラA103の撮像画像(全体画像)に含まれる背景板領域(背景板105の画像領域)を抽出する場合について説明するが、カメラA104の撮影画像(全体画像)に含まれる背景板領域(背景板105の画像領域)を抽出する場合にも同じ処理手順を適用できる。 In the following description, a case where a background plate region (image region of the background plate 105) included in the captured image (overall image) of the camera A103 is described will be described. However, it is included in the captured image (overall image) of the camera A104. The same processing procedure can also be applied when extracting a background plate area (image area of the background plate 105) to be extracted.
ステップ301において、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、プロジェクタ210に表示面指定画面を表示面102に表示させると共に、カメラA103に撮像指示を出し、その撮像画像を受け取る。このステップ301において、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、表示面指定画面表示制御部及び表示面指示標的座標検出部として動作する。
In
まず、表示面指定画面表示制御部としての機能を説明する。表示面指定画面は、背景板領域の特定を容易にするために用意された基本的に全面白色の画面である。もっとも、表示面102内には、ユーザ又はサポートスタッフに特定位置を座標指示物で指示させるための表示面指示標的が1つ以上配置されている。
First, the function as the display surface designation screen display control unit will be described. The display surface designation screen is basically an entirely white screen prepared to facilitate the specification of the background plate area. However, in the
なお、全面白色の画面(画面全体が一定値以上の同一の光度又は照度を有する画面)を表示するのは、電子黒板100の使用環境によっては、表示面102の一部分に外光が映り込み、撮像画面に輝度ムラが発生する可能性があるためである。輝度ムラは、背景板105のエッジと誤検出されるおそれがある。従って、ここでの光度又は照度は、少なくとも任意の外光が存在しても写り込みによる擬似エッジを撮像画面内から消去可能な値に設定する。
Note that displaying the entire white screen (the screen having the same luminous intensity or illuminance over the entire screen) depends on the usage environment of the electronic blackboard 100, and external light is reflected on a part of the
また、表示面指示標的は、画像処理において、撮像画面に含まれるエッジ情報のうち背景板105に対応するエッジとその他のエッジとの識別を容易にするために、すなわち表示面102と背景板105の境界の識別を容易にするために表示される。図4に、表示面指定画面の表示例を示す。図4に示す表示面指定画面の場合には、その四隅付近に各1つ(計4つ)の表示面指示標的を配置している。なお、表示面指示標的は、表示面指定画面上の任意の位置に1つだけ、2つだけ、3つだけ、5つ以上配置されても良い。好ましくは、背景板105が設置される各辺に付き1つの表示面指示標的を配置する。さらに好ましくは、背景板105が設置される各辺に付き2つの表示面指示標的を配置する。
Further, the display surface instruction target is used to facilitate identification of an edge corresponding to the
次に、表示面指示標的座標検出部としての機能を説明する。背景板領域抽出機能部(CPU201)は、表示面指定画面の表示直後に、カメラA103に対して撮像指示を出力する。その結果、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、カメラA103から撮影画像(以下、「全体画像」という。)を取得する。 Next, the function as a display surface instruction | indication target coordinate detection part is demonstrated. The background plate area extraction function unit (CPU 201) outputs an imaging instruction to the camera A103 immediately after the display surface designation screen is displayed. As a result, the background board area extraction function unit (CPU 201) acquires a captured image (hereinafter referred to as “whole image”) from the camera A103.
同様に、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、電子黒板100の操作者に対し、表示面指定画面に表示された表示面指示標的を座標指示物で指し示すように通知する。例えば表示面指定画面上に、これから画面表示される表示面指示標的を座標指示物で指し示すように指示文を表示する。なお、操作に慣れた上級者向け用として、当該指示文の表示を省略し、すぐさま表示面指示標的を表示する機能を用意しても良い。 Similarly, the background board area extraction function unit (CPU 201) notifies the operator of the electronic blackboard 100 so that the display surface instruction target displayed on the display surface designation screen is indicated by the coordinate instruction object. For example, an instruction sentence is displayed on the display surface designation screen so that the display surface instruction target to be displayed on the screen is pointed to by a coordinate indicator. In addition, for advanced users who are used to the operation, a function of omitting the display of the instruction text and immediately displaying the display surface instruction target may be prepared.
表示面指定画面が表示面102に表示されている間も、背景板領域抽出機能部(CPU201)は撮像指示を出力し、カメラA103から撮影画像(以下、「標的画像」という。)を取得する。
Even while the display surface designation screen is displayed on the
なお、表示面指示標的を複数表示する場合、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、表示面指示標的を1つずつ画面上に表示する。例えば図4の場合、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、表示面指示標的1を表示し、次に、表示面指示標的2を表示し、次に、表示面指示標的3を表示し、次に、表示面指示標的4を表示する。また、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、新たな表示面指示標的が画面上に表示されるたびに撮像指示を出力し、各表示面指示標的に対応する標的画像を順次取得する。 When a plurality of display surface instruction targets are displayed, the background plate area extraction function unit (CPU 201) displays the display surface instruction targets one by one on the screen. For example, in the case of FIG. 4, the background plate area extraction function unit (CPU 201) displays the display surface instruction target 1, then displays the display surface instruction target 2, and then displays the display surface instruction target 3. Next, the display surface indication target 4 is displayed. The background plate area extraction function unit (CPU 201) outputs an imaging instruction each time a new display surface instruction target is displayed on the screen, and sequentially acquires target images corresponding to the display surface instruction targets.
この後、背景板領域抽出機能部(CPU201)は全体画像を基準画像とし、当該基準画像と各標的画像との差画像から全体画像上における表示面指示標的の座標位置を取得する。ここでの座標位置は、カメラA103により撮像される画像及びこれから生成される画像(全体画像、標的画像、差画像、第1エッジ画像、エッジ合成除去画像、第2エッジ画像)内における各表示面指示標的の座標位置として用いられる。勿論、カメラB104についても、同様に、全体画像上における表示面指示標的の座標位置が取得され、カメラB104によって撮像される画像及びこれから生成される画像内における各表示面指示標的の座標位置として用いられる。 Thereafter, the background plate area extraction function unit (CPU 201) uses the entire image as a reference image, and acquires the coordinate position of the display surface instruction target on the entire image from the difference image between the reference image and each target image. The coordinate positions here are the display surfaces in the image captured by the camera A103 and the image generated from the image (whole image, target image, difference image, first edge image, edge synthesis removed image, second edge image). Used as the coordinate position of the pointing target. Of course, for the camera B104 as well, the coordinate position of the display surface instruction target on the entire image is acquired and used as the coordinate position of each display surface instruction target in the image captured by the camera B104 and the image generated from this. It is done.
図5に、カメラA103によって撮像される全体画像の例を示す。図5の画像中央において縦方向に延伸する屈曲した細長い領域が、表示面102の右辺と下辺に位置する背景板105に対応する。領域が屈曲しているのは、2つの背景板105が形成する面からオフセットした位置から撮像しているためである。また、領域幅が太い部分はカメラA103に近い領域であることを意味し、領域幅が狭い部分はカメラA103から遠く離れた領域であることを意味する。すなわち、遠近効果の影響である。
FIG. 5 shows an example of the entire image captured by the camera A103. A bent and elongated region extending in the vertical direction in the center of the image in FIG. 5 corresponds to the
この他、図5に示す全体画像には、電子黒板筺体(ボード101)と表示面102が背景板105に対応する領域の左側に撮像され、床106が背景板105に対応する領域の右側に撮像される。
In addition, in the entire image shown in FIG. 5, the electronic blackboard housing (board 101) and the
背景板105に対応する領域のうち画像上方で若干細く縊れている部分は、電子黒板100の右下隅に対応するためである。電子黒板100の右下隅は、カメラA103から一番遠い場所に当たるためである。
This is because the portion of the area corresponding to the
図5においては、説明を簡単にするため、背景板105に対応する領域の右側に床106だけが写っている例を表している。しかし、実際の撮像画面には、床106以外にも、人、物、壁、窓等が写り込むことがある。また、図5の例では、表示面102、背景板105、ボード101、床106の各境界が直線となるように描いているが、実際にはカメラA103に付属するレンズの歪み等の影響で若干弓なり(すなわち、弧線として)に撮像される。
FIG. 5 shows an example in which only the floor 106 is shown on the right side of the area corresponding to the
なお、以降の説明の便宜上、カメラA103で撮像する画像およびこれから生成される画像(全体画像、標的画像、差画像、第1エッジ画像、エッジ合成除去画像、第2エッジ画像)は、いずれも図中の左上隅を座標原点とし、右方向をx軸方向とし、下方向をy軸方向とする。 For convenience of the following description, an image captured by the camera A103 and an image generated from the image (overall image, target image, difference image, first edge image, edge synthesis removed image, and second edge image) are all shown in the figure. The upper left corner is the coordinate origin, the right direction is the x-axis direction, and the lower direction is the y-axis direction.
続く、ステップ302において、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、全体画像から第1エッジ画像を作成する。この機能を、本明細書では、第1エッジ画像生成部と呼ぶ。ここでの第1エッジ画像は、全体画像から変化量が大きい画像データだけを抽出した画像に当たる。すなわち、第1エッジ画像は、全体画像の各ピクセルについて、一定範囲の周囲に隣接するピクセルからの明度の変化量(一次微分値)をx軸方向またはy軸方向のいずれかに計算した値、あるいはそれらを合成した値が、所定の閾値以上であるピクセルの値を1、それ以外のピクセルの値を0とした二値画像に当たる。
In
エッジの検出には、例えばCannyエッジ検出器やHough変換器等を使用する。もっとも、エッジの検出に用いる方法は任意であり、これらの検出器や変換器に限らない。図6に、第1エッジ画像の例を示す。図6の場合、画像中央には、縦方向に複数のエッジがほぼ平行に走っている。これらのエッジは、表示面102と背景板105との隙間や、背景板105とその構造を裏側から支える電子黒板筺体(ボード101)の境界、背景板105の表示面102への写り込み等で生じたものである。
For example, a Canny edge detector or a Hough converter is used for edge detection. However, the method used for edge detection is arbitrary, and is not limited to these detectors and converters. FIG. 6 shows an example of the first edge image. In the case of FIG. 6, a plurality of edges run substantially in parallel in the vertical direction in the center of the image. These edges are due to the gap between the
図6に示す第1エッジ画像のうち左半分の領域に斜めに延びる2本のエッジは、電子黒板筺体(ボード101)と表示面102の境界によって生じたものである。第1エッジ画像のうち中央部の矩形状領域は、白色光が投影された表示面102を撮像した領域なのでエッジは抽出されない。なお、画像右側に床以外のものが写り込んでいれば、この領域には様々なエッジが抽出される。
In the first edge image shown in FIG. 6, the two edges extending obliquely in the left half region are generated by the boundary between the electronic blackboard housing (board 101) and the
ステップ303において、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、画像処理により、第1エッジ画像に含まれる平行エッジを一つにまとめ、エッジ合成領域として取り扱い可能とする。すなわち、エッジの合成と除去を実行する。この際、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、エッジ合成除去画像生成部として動作する。
In
ここで、エッジの合成と除去には、エッジ同士の隙間を埋めるモルフォロジー変換処理(膨張処理、収縮処理又はそれらの組み合わせ処理等)やエッジで囲まれた領域を特定するフラッドフィル処理等を使用する。もっとも、これらは一例であり、他の任意の手法を用いることができる。 Here, for the synthesis and removal of edges, morphological conversion processing (expansion processing, contraction processing, or a combination thereof) that fills the gaps between edges, flood fill processing that specifies an area surrounded by edges, and the like are used. . However, these are merely examples, and any other method can be used.
また、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、第1エッジ画像内の表示面指示標的の座標よりもx軸の負の方向に延びるエッジを除去する。これにより、電子黒板筺体(ボード101)と表示面102の境界部分に生じたエッジを取り除くことができる。図7に、エッジの合成処理と除去処理を実行した後の画像(エッジ合成除去画像)の一例を示す。図7のうち画面中央の灰色に着色した領域がエッジの合成処理で得られた領域である。図7の場合には、背景板105に対応する領域だけが残っている。ただし、全体画像中に床以外の物体、例えば人、物、壁、窓等が写り込んでいる場合、エッジ合成除去画像の右半分にはそれらから生じたエッジ合成領域がこの時点でも残っている。
Further, the background plate area extraction function unit (CPU 201) removes an edge extending in the negative direction of the x axis from the coordinates of the display surface instruction target in the first edge image. Thereby, an edge generated at the boundary between the electronic blackboard housing (board 101) and the
そこで、ステップ304において、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、背景板領域に対応する境界線だけをエッジ合成除去画像から抽出する処理を実行する。ここで、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、第2エッジ画像生成部及び背景板領域抽出部として動作する。
Therefore, in
まず、第2エッジ画像生成部としての機能を説明する。このとき、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、ステップ302と同様のエッジ検出処理を適用し、エッジ合成領域に含まれるエッジ成分の画像(第2エッジ画像)を作成する。すなわち、エッジ合成除去画像から変化量が大きいエッジだけを抽出する。
First, the function as the second edge image generation unit will be described. At this time, the background board area extraction function unit (CPU 201) applies the edge detection process similar to that in
次に、背景板領域抽出部としての機能を説明する。このとき、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、背景板105が表示面指示標的の座標よりも右側(x軸座標が大きい側)に存在することが自明であることを利用し、背景板105に対応するエッジだけを効率良く抽出する。すなわち、表示面指示標的の座標と背景板105に対応するエッジの相対的な位置関係に基づいて、背景板105に対応するエッジだけを抽出する。
Next, the function as a background board area extraction unit will be described. At this time, the background plate area extraction function unit (CPU 201) utilizes the fact that the
具体的には、第2エッジ画像における表示面指示標的の座標を起点としてx軸の正方向に進んだ際に1番目に出会うエッジと2番目に出会うエッジを、背景板105に対応する領域の左右の境界線とする。また、これら2つの境界線と第2エッジ画像の上下端で挟まれた領域を背景板領域とみなす。
Specifically, an edge that meets first and an edge that meets second when the coordinate of the display surface instruction target in the second edge image starts as the starting point in the positive direction of the x-axis are displayed in the region corresponding to the
このエッジ選択方法の適用により、床106の撮像領域に人、物、壁、窓等が写り込み、エッジ合成除去画像の右側半分にそれらに対応するエッジ合成領域が残っている場合でも、背景板領域の境界線だけを確実に選択することができる。 By applying this edge selection method, even when a person, an object, a wall, a window, or the like is reflected in the imaging area of the floor 106 and the corresponding edge synthesis area remains in the right half of the edge synthesis removal image, the background plate Only the border of the region can be selected reliably.
なお、実際のエッジ合成領域の境界線は、一般に複数のエッジの合成で形成されている。すなわち、境界線は、単純な直線になっていないことも多い。具体的には、境界線は、複数の線分の集まりとして構成される場合が多い。この場合、1つの表示面指示標的から放射状にx軸の正方向に進んだ際に1番目に出会うエッジと2番目に出会うエッジを抽出する方法、背景板105の各辺に平行になるように配置される2つの表示面指示標的を結ぶ仮想線を分割し、分割点からx軸の正方向に進んだ際に1番目に出会うエッジと2番目に出会うエッジを抽出する方法等の処理が必要となる。ただし、これらの方法は、エッジを構成する線分が多い場合、画像処理の演算量が多くなる。なお、レンズ歪みの影響等により、境界線を構成する線分は、一直線ではなく弓なりの弧線となる場合もある。
Note that the boundary line of the actual edge composition region is generally formed by combining a plurality of edges. That is, the boundary line is often not a simple straight line. Specifically, the boundary line is often configured as a collection of a plurality of line segments. In this case, a method of extracting the first meeting edge and the second meeting edge when advancing radially from one display surface pointing target in the positive direction of the x-axis, so as to be parallel to each side of the
そこで、本発明者は、背景板領域の境界線を与えるエッジを効率的に検出できる手法として、以下の処理内容を提案する。具体的には、多数の線分で構成されるエッジを関数に近似し、画像処理の効率化を実現する方法を提案する。ここでは、近似方法の一例として、境界線を直線に近似する場合について説明する。 Therefore, the present inventor proposes the following processing contents as a method for efficiently detecting the edge that gives the boundary line of the background plate area. Specifically, a method for approximating an edge composed of a large number of line segments to a function and realizing an efficient image processing is proposed. Here, a case where the boundary line is approximated to a straight line will be described as an example of the approximation method.
図8に、第2エッジ画像の例を示す。図8の場合、画像中央の縦線2本がエッジ合成領域を構成する境界線である。図8では、説明を簡単にするため、背景板105に対応する境界線のみを表しているが、床以外の物体の映り込みがある場合には第2エッジ画像の右半分側にその他の境界線も存在することは既に述べた通りである。
FIG. 8 shows an example of the second edge image. In the case of FIG. 8, the two vertical lines in the center of the image are the boundary lines constituting the edge synthesis area. In FIG. 8, for the sake of simplicity, only the boundary line corresponding to the
直線近似法を適用する場合、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、第2エッジ画像上で表示面指示標的2と表示面指示標的4の座標間を結ぶ線分を等分に分割する分割点の各座標を算出する。次に、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、各分割点からx軸の正方向(図8の右方向)に進み、1番目に出会うエッジとの交点の座標と2番目に出会うエッジとの交点の座標を検出する。次に、背景板領域抽出機能部(CPU201)は、1番目に出会うエッジとの交点の座標だけを集め、それらの近傍を通る近似直線を最小二乗法により求める。例えば図8の左下側の背景板領域の境界線は、y=ax+bで与えられる一次式として求められる。同様に、2番目に出会うエッジとの交点の座標だけを集め、それらの近傍を通る近似直線を最小二乗法により求めると、同右下側の境界線を得ることができる。 When the linear approximation method is applied, the background plate area extraction function unit (CPU 201) divides the line segment connecting the coordinates of the display surface instruction target 2 and the display surface instruction target 4 into equal parts on the second edge image. Calculate the coordinates of the points. Next, the background plate area extraction function unit (CPU 201) proceeds from each division point in the positive direction of the x-axis (right direction in FIG. 8), and the coordinates of the intersection with the first meeting edge and the second meeting edge. Detect the coordinates of the intersection of Next, the background plate area extraction function unit (CPU 201) collects only the coordinates of the intersection with the edge that meets first, and obtains an approximate straight line that passes through those coordinates by the method of least squares. For example, the boundary line of the lower left background plate region in FIG. 8 is obtained as a linear expression given by y = ax + b. Similarly, if only the coordinates of the intersection point with the edge that meets the second are collected and an approximate straight line passing through those coordinates is obtained by the least square method, a boundary line on the lower right side can be obtained.
表示面指示標的3と表示面指示標的4についても同様の手順を実行すると、同左上側と右上側の境界線を得ることができる。なお、表示面指示標的を結ぶ線分の等分数は幾つでも良く、図8に例示したものに限らない。また、境界線の近似方法は、ここで挙げた最小二乗法以外の手法でも良く、一次式以外の関数に近似しても良い。 When the same procedure is executed for the display surface instruction target 3 and the display surface instruction target 4, the boundary line on the upper left side and the upper right side can be obtained. Note that any number of equal numbers of line segments connecting the display surface instruction targets may be used, and the number is not limited to that illustrated in FIG. Further, the boundary line approximation method may be a method other than the least square method mentioned here, or may be approximated to a function other than a linear expression.
なお、第2エッジ画像に含まれるエッジ合成領域の幅が途中で大きく変化したり、又はエッジ合成領域が分断されていたりすると、近似に用いる交点の座標が他の座標より大きくずれてしまう。この場合でも、境界線の近似後に各交点との差異を検証し、大きくずれている座標を除外したうえで境界線の再近似を行えば、本来の背景板105の輪郭に近い背景板領域の境界線を得ることができる。
Note that if the width of the edge composite area included in the second edge image changes greatly in the middle, or the edge composite area is divided, the coordinates of the intersection used for approximation are greatly shifted from other coordinates. Even in this case, if the difference from each intersection is verified after the boundary line is approximated and the boundary line is re-approximed after excluding coordinates that are greatly shifted, the background plate area close to the contour of the
ところで、前述した方法で抽出した背景板領域は、背景板105の表示面102等への写り込み等により、本来の背景板領域より幅が広がっている可能性がある。そのような検出結果が想定される場合には、前述した方法で抽出された背景板領域の幅の数分の1を両側又は一方から削って最終的な背景板領域として扱っても良い。
By the way, the background board area extracted by the above-described method may be wider than the original background board area due to reflection of the
また、背景板領域の幅が一定のほうが画像処理の効率が良いので、表示面指示標的からx軸方向に進んで1番目に出会ったエッジのみを抽出し、当該エッジ又は更に近似した境界線からx軸の正方向に一定の幅を取った領域を背景板領域とみなしても良い。 In addition, since the image processing efficiency is better when the width of the background plate area is constant, only the first edge encountered in the x-axis direction from the display surface instruction target is extracted, and the edge or the more approximate boundary line is extracted. An area having a certain width in the positive direction of the x axis may be regarded as a background board area.
同様に、表示面指示標的からx軸の正方向に進んで2番目に出会ったエッジのみを抽出し、当該エッジ又は更に近似した境界線からx軸の負方向に一定の幅を取った領域を背景板領域とみなしても良い。 Similarly, only the edge that has been encountered second in the positive direction of the x-axis from the display surface indication target is extracted, and an area having a certain width in the negative direction of the x-axis from the edge or a further approximate boundary line is extracted. It may be regarded as a background board area.
(座標検出機能)
前述した背景板領域抽出機能の実行により、カメラA103及びカメラB104の撮像画面のうち背景板105に対応する領域(背景板領域)が抽出されると、座標指示物による指示された画面上の座標が三角測量の原理を用いて検出される。ここでは、本実施例における座標検出処理の概要を説明する。
(Coordinate detection function)
When an area (background board area) corresponding to the
まず、CPU201は、検出面に座標指示物が存在しない状態で、カメラA103及びカメラB104で撮像された全体画像から前述した背景板領域抽出部によって確定された背景板領域の画像を基準画像として切り出す。このとき、CPU201は、基準画像記憶制御部として機能する。カメラA103に対応する基準画像は左基準画像として、カメラB104に対応する基準画像は右基準画像としてRAM203の基準画像記憶領域に保存される。なお、背景板領域を与える情報は、RAM203に格納されている。
First, the
次に、CPU201は、検出面に座標指示物が挿入された状態で、カメラA103及びカメラB104で撮像された全体画像から前述した背景板領域抽出部によって確定された背景板領域の画像を最新画像として切り出す。このとき、CPU201は、座標指示物画像記憶として機能する。カメラA103に対応する最新画像は左座標指示物画像として、カメラB104に対応する最新画像は右座標指示物画像としてRAM203の座標指示物画像領域に保存される。
Next, the
次に、CPU201は、各座標指示物画像と対応する基準画像との差分画像から座標指示物だけを被写体として抽出する。すなわち、CPU201は、被写体抽出部として機能する。
Next, the
続いて、CPU201は、抽出された被写体の左右一対の座標指示物画像内における位置情報に基づいて座標指示物の表示面上における座標を検出(算出)する。すなわち、CPU201は、座標検出部として機能する。この際、左右一対の座標指示物画像には、被写体である座標指示物画像だけが含まれるため、常に正確な座標の検出(算出)が可能となる。
Subsequently, the
(まとめ)
以上説明したように、実施例に係る電子黒板システムにおいては、背景板領域抽出処理を電子黒板100の使用前に実行する。これにより、カメラA103及びカメラB104で撮像された全体画像から背景板105に対応する背景板領域だけを自動的に抽出することができる。当該抽出された背景板領域又は更に画像処理して長方形に整形した背景板領域を用いれば、温度変化や経年変化等により電子黒板筺体(ボード101)が変形した場合やカメラの取り付け位置が多少ずれた場合にも、ユーザ等によるカメラ等の取り付けの微調整無しに、座標指示物の座標を正確に検出可能とする背景板領域の自動抽出を実現できる。
(Summary)
As described above, in the electronic blackboard system according to the embodiment, the background board area extraction process is executed before the electronic blackboard 100 is used. As a result, only the background plate region corresponding to the
また、当該背景板領域の自動抽出機能を搭載することにより、従来に比して少ない負担で、常に正確な座標検出を実現できる。 In addition, by incorporating the automatic extraction function of the background plate area, accurate coordinate detection can always be realized with less burden than in the past.
100…電子黒板、101…ボード、102…表示面、103…カメラA、104…カメラB、105…背景板、106…床、200…PC、201…CPU、202…ROM、203…RAM、204…HDD、205…ビデオカード、206…ディスプレイI/F、207…外部I/F、208…内部バス、209…ディスプレイケーブル、210…プロジェクタ、211…接続ケーブル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Electronic blackboard, 101 ... Board, 102 ... Display surface, 103 ... Camera A, 104 ... Camera B, 105 ... Background board, 106 ... Floor, 200 ... PC, 201 ... CPU, 202 ... ROM, 203 ... RAM, 204 ... HDD, 205 ... Video card, 206 ... Display I / F, 207 ... External I / F, 208 ... Internal bus, 209 ... Display cable, 210 ... Projector, 211 ... Connection cable.
Claims (12)
前記表示面の上空近傍の検出面に挿入された座標指示物を撮像する1つ以上の撮像手段と、
前記検出面に座標指示物が挿入されていない時に前記撮像手段で撮像された基準画像と、前記検出面に座標指示物が挿入されている時に前記撮像手段で撮像された標的画像とから、前記撮像手段の撮像画像内における前記表示面指示標的に対応する標的座標を検出する標的座標検出手段と、
前記基準画像のエッジを抽出した第1エッジ画像を生成する第1エッジ画像生成手段と、
前記第1エッジ画像内において、近接平行するエッジを合成してエッジ合成領域を生成すると共に、前記標的座標に対して第1の相対位置関係を満たさないエッジを除去してエッジ合成除去画像を生成するエッジ合成除去画像生成手段と、
前記エッジ合成除去画像のエッジを抽出した第2エッジ画像を生成する第2エッジ画像生成手段と、
前記第2エッジ画像内において、少なくとも1つの前記表示面指示標的座標に対して第2の相対位置関係を満たすエッジを前記背景板の輪郭に相当する背景板領域として抽出する背景板領域抽出手段と、
を有することを特徴とする電子黒板システム。 Display surface designation screen display control means for displaying a display surface designation screen including one or more display surface indication targets for instructing the contact position of the coordinate indicator on the display surface having a predetermined background plate on the outer periphery;
One or more imaging means for imaging a coordinate indicator inserted on a detection surface near the sky above the display surface;
From the reference image captured by the imaging means when no coordinate indicator is inserted on the detection surface and the target image captured by the imaging means when the coordinate indicator is inserted on the detection surface, Target coordinate detection means for detecting target coordinates corresponding to the display surface instruction target in the captured image of the imaging means;
First edge image generation means for generating a first edge image obtained by extracting an edge of the reference image;
In the first edge image, an edge synthesis region is generated by synthesizing adjacent parallel edges, and an edge synthesis removal image is generated by removing an edge that does not satisfy the first relative positional relationship with the target coordinate. Edge synthesis removal image generating means for performing,
Second edge image generation means for generating a second edge image obtained by extracting an edge of the edge synthesis removed image;
Background plate area extracting means for extracting, in the second edge image, an edge satisfying a second relative positional relationship with respect to at least one of the display surface instruction target coordinates as a background plate area corresponding to the outline of the background plate; ,
An electronic blackboard system comprising:
前記検出面に座標指示物が存在しない状態で複数の前記撮像手段によって撮像した画像から前記背景板領域抽出手段で抽出された領域を切り出した基準画像を保存する基準画像記憶制御手段と、
前記検出面に座標指示物が挿入された状態で複数の前記撮像手段によって撮像した画像から前記背景板領域抽出手段で抽出された領域を切り出した座標指示物の画像を保存する座標指示物画像記憶制御手段と、
基準画像に基づいて座標指示物画像から座標指示物に当たる被写体だけを抽出する被写体抽出手段と、
被写体抽出手段によって抽出された被写体の座標指示物画像内での位置から座標指示物の座標を検出する座標検出手段と、
を有することを特徴とする電子黒板システム。 The electronic blackboard system according to claim 1,
A reference image storage control means for storing a reference image obtained by cutting out an area extracted by the background plate area extraction means from an image taken by a plurality of the imaging means in a state where there is no coordinate indicator on the detection surface;
Coordinate indicator image storage for storing an image of a coordinate indicator obtained by cutting out an area extracted by the background plate area extracting means from images picked up by a plurality of the imaging means in a state where the coordinate indicator is inserted on the detection surface. Control means;
Subject extraction means for extracting only the subject that hits the coordinate indicator from the coordinate indicator image based on the reference image;
Coordinate detection means for detecting the coordinates of the coordinate indicator from the position in the coordinate indicator image of the subject extracted by the subject extraction means;
An electronic blackboard system comprising:
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジと2番目に出会うエッジである
ことを特徴とする電子黒板システム。 The electronic blackboard system according to claim 1,
The electronic blackboard system characterized in that the edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from the target coordinates meets a second edge and a second edge. .
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジであり、
前記背景板領域は、前記1番目に出会うエッジから一定の幅だけ前記標的座標から離れる方向の範囲内にある領域である
ことを特徴とする電子黒板システム。 The electronic blackboard system according to claim 1,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from the target coordinate first meets,
The backgroundboard area is an area within a range in a direction away from the target coordinates by a certain width from the first encountering edge.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が2番目に出会うエッジであり、
前記背景板領域は、前記2番目に出会うエッジから一定の幅だけ前記標的座標に近づく方向の範囲内にある領域である
ことを特徴とする電子黒板システム。 The electronic blackboard system according to claim 1,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from the target coordinates meets second.
The background board area is an area within a range in a direction of approaching the target coordinates by a certain width from the second edge to be encountered.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標及び複数の標的座標間を結ぶ線分上の分割点を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジとの交点の集合についての近似関数と、前記仮想線が2番目に出会うエッジとの交点の集合についての近似関数で与えられる
ことを特徴とする電子黒板システム。 The electronic blackboard system according to claim 1,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from a dividing point on a line segment connecting the target coordinates and the plurality of target coordinates is first encountered. An electronic blackboard system, characterized in that an approximate function for a set of intersection points and an approximation function for a set of intersection points of the virtual line and the edge where the virtual line meets secondly.
所定の背景板を外周に有する表示面上に、座標指示物の接触位置を指示する表示面指示標的を1つ以上含む表示面指定画面を表示する表示面指定画面表示制御手段と、
前記表示面の上空近傍の検出面に挿入された座標指示物を撮像する1つ以上の撮像手段を制御する制御手段と、
前記検出面に座標指示物が挿入されていない時に前記撮像手段で撮像された基準画像と、前記検出面に座標指示物が挿入されている時に前記撮像手段で撮像された標的画像とから、前記撮像手段の撮像画像内における前記表示面指示標的に対応する標的座標を検出する標的座標検出手段と、
前記基準画像のエッジを抽出した第1エッジ画像を生成する第1エッジ画像生成手段と、
前記第1エッジ画像内において、近接平行するエッジを合成してエッジ合成領域を生成すると共に、前記標的座標に対して第1の相対位置関係を満たさないエッジを除去してエッジ合成除去画像を生成するエッジ合成除去画像生成手段と、
前記エッジ合成除去画像のエッジを抽出した第2エッジ画像を生成する第2エッジ画像生成手段と、
前記第2エッジ画像内において、前記標的座標に対して第2の相対位置関係を満たすエッジを前記背景板の輪郭に相当する背景板領域として抽出する背景板領域抽出手段と、
として機能させることを特徴とするプログラム。 The computers that make up the electronic blackboard system
Display surface designation screen display control means for displaying a display surface designation screen including one or more display surface indication targets for instructing the contact position of the coordinate indicator on the display surface having a predetermined background plate on the outer periphery;
Control means for controlling one or more imaging means for imaging a coordinate indicator inserted on a detection surface near the sky above the display surface;
From the reference image captured by the imaging means when no coordinate indicator is inserted on the detection surface and the target image captured by the imaging means when the coordinate indicator is inserted on the detection surface, Target coordinate detection means for detecting target coordinates corresponding to the display surface instruction target in the captured image of the imaging means;
First edge image generation means for generating a first edge image obtained by extracting an edge of the reference image;
In the first edge image, an edge synthesis region is generated by synthesizing adjacent parallel edges, and an edge synthesis removal image is generated by removing an edge that does not satisfy the first relative positional relationship with the target coordinate. Edge synthesis removal image generating means for performing,
Second edge image generation means for generating a second edge image obtained by extracting an edge of the edge synthesis removed image;
In the second edge image, a background board area extracting means for extracting an edge satisfying a second relative positional relationship with respect to the target coordinates as a background board area corresponding to the outline of the background board;
A program characterized by functioning as
前記検出面に座標指示物が存在しない状態で複数の前記撮像手段によって撮像した画像から前記背景板領域抽出手段で抽出された領域を切り出した基準画像を保存する基準画像記憶制御手段と、
前記検出面に座標指示物が挿入された状態で複数の前記撮像手段によって撮像した画像から前記背景板領域抽出手段で抽出された領域を切り出した座標指示物の画像を保存する座標指示物画像記憶制御手段と、
基準画像に基づいて座標指示物画像から座標指示物に当たる被写体だけを抽出する被写体抽出手段と、
被写体抽出手段によって抽出された被写体の座標指示物画像内での位置から座標指示物の座標を検出する座標検出手段と、
をして機能させることを特徴とするプログラム。 The program according to claim 7 is a computer,
A reference image storage control means for storing a reference image obtained by cutting out an area extracted by the background plate area extraction means from an image taken by a plurality of the imaging means in a state where there is no coordinate indicator on the detection surface;
Coordinate indicator image storage for storing an image of a coordinate indicator obtained by cutting out an area extracted by the background plate area extracting means from images picked up by a plurality of the imaging means in a state where the coordinate indicator is inserted on the detection surface. Control means;
Subject extraction means for extracting only the subject that hits the coordinate indicator from the coordinate indicator image based on the reference image;
Coordinate detection means for detecting the coordinates of the coordinate indicator from the position in the coordinate indicator image of the subject extracted by the subject extraction means;
A program characterized by functioning.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジと2番目に出会うエッジである
ことを特徴とするプログラム。 The program according to claim 7,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists with the target coordinate as a starting point and an edge where the imaginary line meets first and second.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジであり、
前記背景板領域は、前記1番目に出会うエッジから一定の幅だけ前記標的座標から離れる方向の範囲内にある領域である
ことを特徴とするプログラム。 The program according to claim 7,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from the target coordinate first meets,
The background plate region is a region in a range in a direction away from the target coordinates by a certain width from the first meeting edge.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が2番目に出会うエッジであり、
前記背景板領域は、前記2番目に出会うエッジから一定の幅だけ前記標的座標に近づく方向の範囲内にある領域である
ことを特徴とするプログラム。 The program according to claim 7,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from the target coordinates meets second.
The background plate area is an area that is within a range in a direction of approaching the target coordinates by a certain width from the second meeting edge.
前記第2の相対位置関係を満たすエッジは、前記標的座標及び複数の標的座標間を結ぶ線分上の分割点を起点として背景板が存在する方向に延びる仮想線が1番目に出会うエッジとの交点の集合についての近似関数と、前記仮想線が2番目に出会うエッジとの交点の集合についての近似関数で与えられる
ことを特徴とするプログラム。 The program according to claim 7,
The edge satisfying the second relative positional relationship is an edge where a virtual line extending in a direction in which a background plate exists starting from a dividing point on a line segment connecting the target coordinates and the plurality of target coordinates is first encountered. A program characterized in that an approximate function for a set of intersection points and an approximate function for a set of intersection points between the virtual line and the edge where the virtual line meets secondly are given.
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