JP5565886B2 - 入力装置、入力方法、及びプログラム - Google Patents

入力装置、入力方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、入力装置、入力方法、及びプログラムに関する。
ユーザの手の動きに基づいてユーザからの操作指令を判別する、いわゆるハンドジェスチャ入力装置が知られている。例えば、特許文献１〜３には、カメラで撮像されたユーザの手の動きに基づいて、ユーザのジェスチャを認識する装置が開示されている。また、特許文献４、５には、認識したユーザのジェスチャに基づいて機器を制御する装置が開示されている。
特開２０１２−０９８９８８号公報 特開２０１１−１８６７３０号公報 特開２０１１−０７６２５５号公報 特開２００９−２３０４６０号公報 特開２００２−０８３３０２号公報
従来のハンドジェスチャ入力装置は、例えば、左に手を動かすジェスチャをした後の手を元の位置に戻す動作を右に手を動かすジェスチャと誤認識したり、円を描くジェスチャを上下左右へ手を動かすジェスチャと誤認識したりと、誤認識の発生が絶えない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ユーザのジェスチャを精度よく認識できる入力装置、入力方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の第１の観点に係る入力装置は、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出手段と、
前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得手段と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別手段と、を備える、
ことを特徴とする。
本発明の第２の観点に係る入力装置は、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出手段と、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得手段と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別手段と、を備え、
前記移動軌跡抽出手段は、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
前記入力判別手段は、
同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
ことを特徴とする。
本発明の第３の観点に係る入力方法は、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出ステップと、
前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得ステップと、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別ステップと、を有する、
ことを特徴とする。
本発明の第４の観点に係る入力方法は、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出ステップと、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得ステップと、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別ステップと、を有し、
前記移動軌跡抽出ステップでは、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
前記入力判別ステップでは、
同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
ことを特徴とする。
本発明の第５の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得機能と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出機能と、
前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得機能と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別機能と、を実現させる、
ことを特徴とする。
本発明の第６の観点に係るプログラムは、
コンピュータに、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得機能と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出機能と、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得機能と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別機能と、を実現させ、
前記移動軌跡抽出機能では、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
前記入力判別機能では、
同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
ことを特徴とする。
本発明によれば、ユーザのジェスチャを精度よく認識できる入力装置、入力方法、及びプログラムを提供できる。
本発明の実施の形態に係る入力装置の操作指令の入力の状態を示す斜視図である。 図１に示す入力装置の内部構成を示すブロック図である。 図２に示す制御部の機能を説明するための機能ブロック図である。 図２に示す記憶部に格納された移動パターン情報テーブルを説明するための図である。 ユーザの手の移動パターンを説明するための図であり、（Ａ）は右回りの円を描く移動パターン、（Ｂ）は左回りの円を描く移動パターン、（Ｃ）は左方向の直線移動の移動パターン、（Ｄ）は右方向の直線移動の移動パターンを説明するための図である。 図２に示す記憶部に格納されたコマンドテーブルを説明するための図である。 相対情報を説明するための図であり、（Ａ）は相対範囲情報を説明するための図、（Ｂ）は相対位置情報を説明するための図である。 図６に示すコマンドテーブルに格納された組み合わせ情報を説明するための図であり、（Ａ）は図６に示すコマンドテーブルのレコード１の組み合わせ情報の図、（Ｂ）は図６に示すコマンドテーブルのレコード２の組み合わせ情報の図、（Ｃ）は図６に示すコマンドテーブルのレコード３の組み合わせ情報の図、（Ｄ）は図６に示すコマンドテーブルのレコード４の組み合わせ情報の図である。 本発明の実施の形態に係る入力装置で実行される入力処理のフローチャートである。 入力処理で使用される画像データを説明するための図である。 画像データから人の手の軌跡を抽出した様子を示す図である。 画像データから複数の移動軌跡を抽出する様子を示す図であり、（Ａ）は画像データから２つの移動軌跡を抽出した様子を示す図、（Ｂ）は抽出した移動軌跡それぞれについて移動パターンを判別して記憶した様子を示す図である。 相対移動量情報と相対移動速度情報を説明するための図である。 同じ移動パターンと判別される移動軌跡が連続発生した様子を示す図である。 相対位置情報を説明するための図であり、（Ａ）は移動範囲の中心位置間の距離および各頂点の距離を基に相対位置情報を取得する様子を示す図であり、（Ｂ）は移動範囲の各辺の距離を基に相対位置情報を取得する様子を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係る処理装置について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態の入力装置１００は、カメラで撮像されたユーザの手の動きに基づいて、ユーザの機器に対する入力（例えば、ユーザの機器に対する操作指令やコマンド等）を判別する機能を備えた、例えば図１に示すようなパーソナルコンピュータである。入力装置１００は、図２に示すように、操作部１１０と、表示部１２０と、撮像部１３０と、画像記憶部１４０と、制御部１５０と、記憶部１６０とから構成される。
操作部１１０は、キーボード等の入力デバイスから構成される。操作部１１０は、ユーザからの処理開始命令等を受け取って後述の制御部１５０に送信する。
表示部１２０は、液晶ディスプレイ等の表示装置から構成される。表示部１２０は、制御部１５０の制御に従って各種画像を表示する。
撮像部１３０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）カメラやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラ等の撮像装置から構成される。撮像部１３０は、例えば、表示部１２０の上部中央に設置されている。撮像部１３０は、ユーザの手の画像（映像を含む。）を撮像し、逐次、画像記憶部１４０に送信する。
画像記憶部１４０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のビデオメモリから構成される。画像記憶部１４０は、撮像部１３０から送信された画像データを記憶する。
制御部１５０は、プロセッサ等の処理装置から構成される。制御部１５０は不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭに格納されているプログラムに従って動作し、後述の「入力処理」を含む種々の動作を実行する。制御部１５０は、「入力処理」に従って動作することで、図３に示すように、画像取得部１５１、移動軌跡抽出部１５２、相対情報取得部１５３、入力判別部１５４として機能する。なお、これらの機能については、後述の「入力処理」の説明の箇所で述べる。
記憶部１６０は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等のデータ読み書き可能な記憶装置から構成される。記憶部１６０には、「移動パターン情報テーブル」、「コマンドテーブル」等の各種データが格納されている。
「移動パターン情報テーブル」は、ユーザの手の軌跡が予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するかを判別するための情報である。「移動パターン情報」は、図４に示すように、「識別情報」と「特徴データ」とを関連付けた情報から構成される。
「識別情報」は、ユーザの手の移動パターンを識別するための情報である。例えば、ユーザの手が、図５（Ａ）に示すように右回りの円を描くであれば「周回（右回り）」、図５（Ｂ）に示すように左回りの円を描くのであれば「周回（左回り）」、図５（Ｃ）に示すように、左方向の直線移動であれば「直線（左方方向）」、図５（Ｄ）に示すように、右方向の直線移動であれば「直線（右方方向）」といった情報が識別情報である。なお、識別情報の書式は特定の書式に限定されない。例えば、１、２、３・・・といった数値であってもよいし、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・といった記号であってもよい。
「特徴データ」は、ユーザの手の移動パターンを特定するための情報である。特徴データは、例えば、ユーザの手が描く移動軌跡の特徴を抽出して格納した特徴量データから構成される。制御部１５０は、ユーザの手の軌跡を特徴データに照合することによって、ユーザの手の軌跡がいずれの移動パターンに該当するか判別する。
「コマンドテーブル」は、ユーザのジェスチャが、複数ある機器コマンドのいずれに該当するかを判別するための情報である。コマンドテーブルは、図６に示すように、「組み合わせ情報」と「制御コマンド」を関連付けた情報から構成される。
「組み合わせ情報」は、ユーザのジェスチャを判別するための情報である。組み合わせ情報は、「識別情報」と「相対情報」とを組み合わせた情報から構成される。
「相対情報」は、ユーザの手の軌跡から抽出した複数の移動軌跡の相対的な関係を示す情報である。相対情報は、「相対範囲情報」や「相対位置情報」等から構成される。
「相対範囲情報」は、複数の移動軌跡の相対的な移動範囲の大きさの違いを示すであり、例えば、複数ある移動軌跡の一つを基準とした他の移動軌跡の移動範囲の大きさを示す情報である。例えば、ユーザの手の一連の動き（例えば、所定期間（例えば１０秒間）のユーザの手の連続した動き。以下、単に「軌跡」という。）の中から、特徴データで示される特徴を有する移動軌跡が、図７（Ａ）に示すように、２つ検出されたとする（以下、２つの移動軌跡を「移動軌跡Ａ１」「移動軌跡Ａ２」と呼ぶ）。このとき、例えば、移動軌跡Ａ１を取り囲む最小の四角の面積に対する移動軌跡Ａ２を取り囲む最小の四画の面積の比（例えば、移動軌跡Ａ１の移動範囲の面積を１とした場合の移動軌跡Ａ２の移動範囲の面積）が相対範囲情報である。
「相対位置情報」は、複数の移動軌跡の相対的な位置関係を示す情報であり、例えば、複数ある移動軌跡の一つを基準とした他の移動軌跡の方向や座標を示す情報である。例えば、ユーザの手の軌跡の中から、特徴データで示される特徴を有する移動軌跡が、図７（Ｂ）に示すように、２つ検出されたとする（以下、２つの移動軌跡を「移動軌跡Ｂ１」「移動軌跡Ｂ２」と呼ぶ）。このとき、例えば、移動軌跡Ｂ１の移動範囲の中心位置に対する移動軌跡Ｂ２の移動範囲の中心位置の方向（例えば「右方向」）や、移動軌跡Ｂ１の中心位置を基準とした、例えば、原点（０，０）とした移動軌跡Ｂ２の中心位置の座標（例えば、（２１，３））が相対位置情報である。
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、上記「組み合わせ情報」を理解容易にするため、図６に示すレコード１〜４を図示したものである。図８（Ａ）で示す軌跡は、右回りの移動軌跡２つの連続として構成され（以下、最初の移動軌跡を「移動軌跡１」その後に続く移動軌跡を「移動軌跡２」とよぶ）、移動軌跡１に対する移動軌跡２の面積比は１よりも小さく、移動軌跡２の中心位置は移動軌跡１の中心位置より右にあるので、図６に示すレコード１の組み合わせ情報に相当する。また、図８（Ｂ）の軌跡は、左回りの移動軌跡２つの連続として構成され、移動軌跡１に対する移動軌跡２の面積比は１よりも小さく、移動軌跡２の中心位置は移動軌跡１の中心位置の左にあるので、図６に示すレコード２の組み合わせ情報に相当する。また、図８（Ｃ）の軌跡は、右回りの移動軌跡と右方向の直線移動の移動軌跡の連続として構成され、移動軌跡２の中心位置は移動軌跡１の中心位置の右にあるので、図６に示すレコード３の組み合わせ情報に相当する。また、図８（Ｄ）の軌跡は、右回りの移動軌跡と左方向の直線移動の移動軌跡の連続として構成される軌跡であり、移動軌跡２の中心位置は移動軌跡１の中心位置の左にあるので、図６に示すレコード４の組み合わせ情報に相当する。制御部１５０は、撮像部１３０で撮像された画像データを解析して、ユーザの手の軌跡がコマンドテーブルに格納された複数の組み合わせ情報のいずれに該当するか判別する。
「制御コマンド」は、機器を制御するための制御情報である。「操作コマンド」は、例えば、音楽再生ソフト等のアプリケーションソフトやオペレーティングシステム等に入力される、再生、停止、早送り、スキップ、決定、キャンセル、ボリューム変更等の制御情報である。制御部１５０は、ユーザのジェスチャが上記「組み合わせ情報」のいずれに該当するか判別し、判別した組み合わせ情報に関連付けられている操作コマンドをアプリケーションソフト等に入力する。
次に、このような構成を有する入力装置１００の動作について説明する。
制御部１５０は、操作部１１０より処理開始命令を受信すると、撮像部１３０に対して撮像の開始を命令する。撮像部１３０は撮像開始を命令されると、逐次、撮像した画像を画像記憶部１４０に送信する。また、制御部１５０は、操作部１１０より処理開始命令を受信すると、音楽再生ソフト等のアプリケーションソフトを実行するとともに、そのアプリケーションソフトに操作コマンドを入力するための「入力処理」を開始する。以下、図９のフローチャートを参照して「入力処理」について説明する。
制御部１５０の画像取得部１５１は、画像記憶部１４０から、人の手が撮像された最新の所定期間分（例えば、１０秒分）の画像データ（例えば図１０に示すような複数枚の画像データ）を取得する（ステップＳ１０１）。
図９のフローに戻り、制御部１５０の移動軌跡抽出部１５２は、複数枚の画像データそれぞれについて人の手の領域を検出する（ステップＳ１０２）。例えば、記憶部１６０に、人の手の形の特徴を抽出したパターンデータを予め記憶しておいて、移動軌跡抽出部１５２は、そのパターンデータと画像データとを照合することによって、画像データ中の人の手の領域（例えば、図１０の破線で示すような、人の手を包含する最少の矩形領域。以下、「手領域」という。）を検出する。なお、手領域を検出する手法は特定の手法に限定されず、既知のさまざまな手法を使用可能である。
図９のフローに戻り、移動軌跡抽出部１５２は、検出した手領域の情報を基に、複数枚の画像データそれぞれについて手領域の重心位置の座標（以下、「重心座標」という。）を特定する（ステップＳ１０３）。
移動軌跡抽出部１５２は、特定した重心座標を使って人の手の軌跡を抽出する（ステップＳ１０４）。例えば、移動軌跡抽出部１５２は、特定した複数の重心座標を同一座標平面上に転写し、転写した複数の重心座標を時間順に接続していくことによって、例えば図１１に示すように、人の手の軌跡を抽出する。
図９のフローに戻り、移動軌跡抽出部１５２は、抽出した軌跡の情報を移動パターン情報テーブルの特徴データと照合することによって、抽出した軌跡の中から、特徴データと一致する移動パターンを有する移動軌跡を抽出する（ステップＳ１０５）。例えば、記憶部１６０が、例えば図４に示すように、右回り周回の特徴を示す特徴データ（図中の特徴データ２）を格納した移動パターン情報テーブルを記憶しており、制御部１５０が例えば図１１に示すような軌跡を抽出したとすれば、移動軌跡抽出部１５２は、例えば図１２（Ａ）に示すように、抽出した軌跡の中から特徴データ２の特徴と一致する移動パターンの２つの移動軌跡（以下、２つの移動軌跡を「移動軌跡１」、「移動軌跡２」という。）を抽出する。
図９のフローに戻り、移動軌跡抽出部１５２は、抽出した移動軌跡の移動パターンの種類を判別する。より具体的には、移動軌跡抽出部１５２は抽出した移動パターンに関連付けられている識別情報を移動パターン情報テーブルから取得する。そして、移動軌跡抽出部１５２は、取得した識別情報を移動軌跡の発生順序で順序付けて記憶部１６０に保存する（ステップＳ１０６）。例えば、ステップＳ１０５で図１２（Ａ）に示すように特徴データ２と一致する移動軌跡が２つ抽出されたとすれば、移動軌跡抽出部１５２は、図４に示す移動パターン情報テーブルから、特徴データ２の識別情報である“周回（右回り）”を取得し、そして図１２（Ｂ）に示す（ａ）のように、最初の移動軌跡を移動軌跡１、２つ目の移動軌跡を移動軌跡２として、取得した識別情報をそれぞれ保存する。なお、移動軌跡が１つしか抽出されなかったのであれば、その移動軌跡の識別情報のみ保存する。移動軌跡が３つ以上抽出されたのであれば、３つそれぞれ識別情報を保存する。例えば、移動軌跡が３つ抽出されたのであれば、最初の移動軌跡を移動軌跡１、２つ目の移動軌跡を移動軌跡２、３つ目の移動軌跡を移動軌跡３として識別情報を保存する。
図９のフローに戻り、移動軌跡抽出部１５２は、特徴データで示される特徴を有する移動軌跡が複数個抽出されたか、すなわち、ステップＳ１０６で複数の移動軌跡の情報が保存されたか判別する（ステップＳ１０７）。複数個抽出されていない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻り、複数個抽出されるまでステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理を繰り返す。複数個抽出されている場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。
移動軌跡抽出部１５２は、抽出された複数の移動軌跡の中に時間的に連続している移動軌跡があるか判別する（ステップＳ１０８）。例えば、図１２（Ａ）に示すように、画像データから移動軌跡１と移動軌跡２が抽出されたのであれば、移動軌跡１の終端の座標と移動軌跡２の始端の座標が一致しているか否か判別し、一致している場合、移動軌跡１と移動軌跡２は時間的に連続していると判別し、そうでない場合、移動軌跡１と移動軌跡２は時間的に連続していないと判別する。複数の移動軌跡の中に時間的に連続する移動軌跡がない場合（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、制御部１５０は、ステップＳ１０１に戻り、連続する移動軌跡が発見されるまでステップＳ１０１〜ステップＳ１０８の処理を繰り返す。連続する移動軌跡が１つでもある場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９に進む。
相対情報取得部１５３は、時間的に連続する複数の移動軌跡それぞれについて移動範囲を特定する（ステップＳ１０９）。例えば、図１２（Ａ）に示すように、時間的に連続する移動軌跡として移動軌跡１と移動軌跡２とが抽出されたのであれば、これら移動軌跡を包含する最小の矩形領域（例えば、図中の破線で囲まれた部分）を移動範囲と特定する。
図９のフローに戻り、相対情報取得部１５３は、特定した移動範囲の情報を基に、時間的に連続する複数の移動軌跡の相対情報（例えば、相対位置情報と相対範囲情報）を取得する。例えば、相対情報取得部１５３は、移動軌跡１の移動範囲の中心（図中の中心位置１）に対する移動軌跡２の移動範囲の中心（図中の中心位置２）の方向、例えば「右方向」を相対位置情報として取得する。また、相対情報取得部１５３は、移動軌跡１の移動範囲の面積（図中の面積１）に対する移動軌跡２の移動範囲の面積（図中の面積２）の比、例えば「面積２／面積１＝０．３８」を相対範囲情報として取得する。相対情報取得部１５３は、取得した相対情報を、例えば図１２（Ｂ）に示す（ｂ）のように、記憶部１６０に保存する（ステップＳ１１０）。
図９のフローに戻り、入力判別部１５４は、ステップＳ１１０で取得した識別情報と相対情報の組み合わせが、コマンドテーブルに格納された組み合わせ情報のいずれに該当するか判別する（ステップＳ１１１）。例えば、記憶部１６０が、例えば図６に示すようなコマンドテーブルを記憶しており、相対情報取得部１５３が図１２（Ｂ）に示す（ｂ）のような相対情報と識別情報を取得したとすれば、図６に示すレコード１の組み合わせ情報を該当の組み合わせ情報と判別する。
図９のフローに戻り、入力判別部１５４は、コマンドテーブルから、判別した組み合わせ情報に関連付けられている制御コマンドをユーザの入力と判別し、判別した制御コマンドをアプリケーションソフトに入力する（ステップＳ１１２）。例えば、入力判別部１５４は、図６に示すレコード１の組み合わせ情報を該当の組み合わせ情報と判別したのであれば、レコード１に格納されている制御コマンド（音量変更）をユーザの入力と判別し、そのコマンドをアプリケーションソフトに入力する。
制御コマンドの入力が完了したら、制御部１５０は、ステップＳ１０１に戻り、再びステップＳ１０１〜ステップＳ１１２の処理を繰り返す。
本実施の形態によれば、複数の移動軌跡の相対的な関係を基に制御コマンドを判別しているので、ユーザのジェスチャを精度よく認識することができる。例えば、従来のハンドジェスチャ入力装置は、ユーザの手の移動軌跡と予め記憶した移動パターンとを照合することによってユーザのジェスチャを判別している。この場合、ユーザが描く移動軌跡の大きさや形状にユーザ毎にバラツキがあるので、ジェスチャの誤認識が絶えない。この点、本実施の形態の入力装置１００は、ユーザの手の軌跡を１つの一体の移動軌跡ではなく、複数の移動軌跡の連続として認識し、バラツキが少ないと考えられるそれら移動軌跡の相対的な関係を基に制御コマンドを判別しているので、入力装置１００はユーザのジェスチャの誤認識を減少させることができる。
また、入力装置１００が認識可能なコマンド数を多くしようとすると、必然的に、入力装置１００が認識する移動パターンの形状は複雑なものになる。形状が複雑になると誤認識が増え、結果として入力装置１００のジェスチャの認識精度は低下する。しかし、本実施の形態の入力装置１００は、ユーザの手の軌跡を１つの一体の移動軌跡ではなく、複数の移動軌跡の連続として認識している（すなわち、ユーザの手の一連の動きを複数の単純な形状の移動軌跡の連続として認識している）ので、入力装置１００が認識する必要がある１つ１つの移動パターンは従来のハンドジェスチャ入力装置と比べ単純なものとなり、結果、入力装置１００はジェスチャの誤認識の発生を減少させることができる。
なお、上述の実施の形態は一例であり、種々の変更及び応用が可能である。
例えば、入力装置１００が認識するジェスチャはユーザの手の動き（すなわちハンドジェスチャ）に限られず、ユーザの意思の下に移動する物体（ユーザの体の一部を含む。）の動きであってもよい。例えば、入力装置１００は、ユーザの頭部、足、眼球（黒目）、手足の指の動きをユーザのジェスチャとして認識するよう構成されていてもよい。また、入力装置１００は、ユーザが手に持って動かす物の動きをユーザのジェスチャとして認識するよう構成されていてもよい。例えば、先端に球体が取り付けられた指示棒のパターンデータを記憶し、ユーザが動かす指示棒の先端の球体の動きを認識するよう構成されていてもよい。
また、入力装置１００が制御コマンドの判別に使用する相対情報は、相対位置情報や相対範囲情報に限られず、例えば、複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す「相対移動量情報」であってもよい。例えば、入力装置１００が、図１３に示すように、移動量Ｌ１の移動軌跡１と、移動量Ｌ２の移動軌跡２を抽出したとすれば、移動軌跡１の移動量を基準とした移動軌跡２の移動量Ｌ２／Ｌ１が相対移動量情報である。
また、入力装置１００が制御コマンドの判別に使用する相対情報は、複数の移動軌跡の相対的な移動速度の違いを示す「相対移動速度情報」であってもよい。例えば、入力装置１００が、図１３に示すように、Ｌ１の距離を時間Ｔ１で移動したすなわち移動速度Ｓ１（＝Ｌ１／Ｔ１）の移動軌跡１と、Ｌ２の距離を時間Ｔ２で移動したすなわち移動速度Ｓ２（＝Ｌ２／Ｔ２）の移動軌跡２を抽出したとすれば、移動軌跡１の移動速度を基準とした移動軌跡２の移動速度Ｓ２／Ｓ１が相対移動速度情報である。
また、上述の実施の形態では、相対情報と識別情報とをコマンドテーブルの組み合わせ情報に照合することによって制御コマンドを判別したが、入力装置１００は、同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数の情報を使ってユーザの入力を判別してもよい。例えば、図１４に示すように、右回りの移動軌跡４つ（以下、時間が若い順に移動軌跡１〜４とする。）が抽出されたとすれば、入力装置１００は、移動軌跡１と２の識別情報と相対情報とを図６に示すコマンドテーブルに照合してユーザの入力をレコード１の音量変更と判別し、さらに、周回（右回り）の移動パターンの連続発生回数（４回）を基に、音量レベルの変更量を例えば音量レベル４アップ等と判別してもよい。
また、入力装置１００は、移動パターンが同じで移動範囲がほぼ一致する移動軌跡（例えば、面積と位置が一定の閾値に収まる移動軌跡）の連続発生回数を基にユーザの入力を判別してもよい。図１４の例であれば、移動パターンが同じで移動範囲がほぼ一致する移動軌跡は移動軌跡２〜４の３つであるので、入力装置１００は、移動軌跡の連続発生回数を３回と判別し、ユーザの入力を例えば音量レベル３アップ等と判別してもよい。
また、上述の実施の形態では、相対位置情報および相対範囲情報の少なくとも１つと識別情報とを組み合わせて「組み合わせ情報」としたが、組み合わせ情報の構成要素は相対位置情報、相対範囲情報、識別情報に限られない。例えば、相対位置情報、相対範囲情報、相対移動量情報、及び相対移動速度情報の中から選択された１以上の情報と識別情報とを組み合わせて組み合わせ情報としてもよいし、識別情報を使用せずに、相対情報のみ（例えば、相対位置情報、相対範囲情報、相対移動量情報、及び相対移動速度情報の中から選択された１以上の情報）を構成要素としてもよい。また、相対情報と他の情報（例えば、同じ移動パターンの連続発生回数等）を組み合わせて組み合わせ情報としてもよい。
また、ステップＳ１０４では、手領域の重心位置の軌跡を手の移動軌跡として抽出したが、移動軌跡は手領域の重心位置の軌跡に限定されない。例えば、移動軌跡抽出部１５２は、指（例えば、人差し指）を立てた人の手の立てた指の先端の軌跡をユーザの手の移動軌跡として抽出してもよい。
また、ステップＳ１０８では、２つの移動軌跡の終端と始端の座標が一致しているか否かで２つの移動軌跡が時間的に連続しているか否かを判別したが、移動軌跡の連続の判定は上記の方法に限定されない。例えば、図１２（Ａ）に示すように、画像データから移動軌跡１と移動軌跡２が抽出されたのであれば、移動軌跡抽出部１５２は、画像データそれぞれの撮影時間等から、ユーザの手（例えば、手領域の重心）が移動軌跡１の終端を通過した時間Ｔ１と、移動軌跡２の始端を通過した時間Ｔ２とを判別し、時間Ｔ１と時間Ｔ２の差分が一定の閾値内であるか否かによって移動軌跡１と移動軌跡２が時間的に連続しているか否かを判別してもよい。
また、ステップＳ１０９では、移動軌跡を包含する最小の矩形領域を移動範囲と特定したが、移動範囲は移動軌跡を包含する最小の矩形領域に限定されない。例えば、相対情報取得部１５３は、移動軌跡を包含する所定形状（例えば、円や楕円）の領域を移動範囲として特定してもよいし、例えば、移動軌跡が図５（Ａ）や（Ｂ）に示すようなループ状なのであれば、ループが取り囲む部分を移動範囲としてもよい。
また、ステップＳ１０５では、抽出した移動軌跡を移動パターン情報テーブルの特徴データと照合することによって、移動軌跡の移動パターンを識別したが、移動パターンの識別方法は特徴データとの照合に限られず、既知のさまざまな手法を使用可能である。例えば、ステップＳ１０３で取得した重心座標のデータを使って近似直線（回帰直線）を求め、手の移動軌跡と近似直線との類似度を算出し、一定の閾値以上の類似度の手の移動動作を直線移動動作と判別してもよい。また、手の移動軌跡の円形度を求め、一定の閾値以上の円形度の手の移動動作を周回動作と判別してもよい。
また、ステップＳ１０２では、人の手を包含する最少の矩形領域を手領域として検出したが手領域は人の手を包含する最少の矩形領域に限定されない。例えば、相対情報取得部１５３は、移動軌跡を包含する所定形状（例えば、円や楕円）の領域を手領域として検出してもよいし、手の形状そのものを手領域として検出してもよい。
また、上述の実施の形態では、相対位置情報の例として、一方の移動軌跡の移動範囲の中心位置に対する他方の移動軌跡の移動範囲の中心位置の方向（例えば「右方向」）や、一方の移動軌跡の中心位置を基準とした他方の移動軌跡の中心位置の座標（例えば、（２１，３））を示したが、相対位置情報は、２つの移動軌跡の距離であってもよいし、例えば、図１５（Ａ）に示すように、一方の移動軌跡の中心位置を基準とした他方の移動軌跡の中心位置の角度であってもよい。また、相対位置情報は、方向、座標、距離、角度の中から選択された１以上の情報であってもよい。
相対位置情報を２つの移動軌跡の距離とする場合、この距離は、例えば図１５（Ａ）に示すように、一方の移動軌跡（移動軌跡１）の移動範囲の中心位置と他方の移動軌跡（移動軌跡２）の移動範囲の中心位置との距離（図中のＬＣ）であってもよい。
また、移動軌跡１の移動範囲の各頂点と移動軌跡１の移動範囲の対応する頂点、例えば図１５（Ａ）に示すように、左上頂点同士の距離Ｌ１、右上頂点同士の距離Ｌ２、右下頂点同士の距離Ｌ３、右下頂点同士の距離Ｌ４、の中の最も大きな距離（図の例ではＬ４）を移動軌跡１と移動軌跡２の距離としてもよい。また、図１５（Ｂ）に示すように、移動範囲の左辺同士の距離ＬＸ１と右辺同士の距離ＬＸ２の大きな方の距離（例えば、ＬＸ１）を移動軌跡１と移動軌跡２の距離としてもよいし、移動範囲の上辺同士の距離ＬＹ１と下辺同士の距離ＬＹ２の大きな方の距離（例えば、ＬＹ２）を移動軌跡１と移動軌跡２の距離としてもよい。図１５（Ａ）や（Ｂ）のように２つの移動軌跡の大きさが違う場合、中心位置の距離ＬＣを相対位置情報とする場合と比べ、相対位置情報を大きな値として取得できる。
また、上述の実施の形態では、入力判別部１５４は判別した制御コマンドをアプリケーションソフトに入力するよう構成されていたが、制御コマンドを入力するソフトウェアはアプリケーションソフトに限られない。入力判別部１５４は、判別した制御コマンドを、例えば、オペレーティングシステムに入力してもよい。また、判別した制御コマンドを通信線や無線を介して入力装置１００以外の他の装置に入力するよう構成されていてもよい。
また、上述の実施の形態では、入力装置１００の一例としてパーソナルコンピュータを示したが、入力装置１００はパーソナルコンピュータに限られず、ユーザの入力を判別する機能を備えた他の種類の電気機器であってもよい。例えば、入力装置１００は、テレビ、レコーダ、ゲーム機、固定電話機、携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等であってもよい。
本実施の形態の入力装置１００は、専用のシステムにより実現してもよいし、通常のコンピュータシステムにより実現してもよい。例えば、上述の動作を実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、該プログラムをコンピュータにインストールして、上述の処理を実行することによって入力装置１００を構成してもよい。また、インターネット等のネットワーク上のサーバ装置が備えるディスク装置に格納しておき、例えばコンピュータにダウンロード等できるようにしてもよい。また、上述の機能を、ＯＳとアプリケーションソフトとの共同により実現してもよい。この場合には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、コンピュータにダウンロード等してもよい。
上記プログラムを記録する記録媒体としては、ＵＳＢメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）、ＭＯ（Magneto-Optical disk）、ＳＤメモリーカード（Secure Digital memory card）、メモリースティック（登録商標）、その他、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、磁気テープ等のコンピュータ読取可能な記録媒体を使用することができる。
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出手段と、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得手段と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別手段と、を備える、
ことを特徴とする入力装置。
（付記２）
前記移動軌跡抽出手段は、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
前記入力判別手段は、判別した移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
ことを特徴とする付記１に記載の入力装置。
（付記３）
前記入力判別手段は、
同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
ことを特徴とする付記２に記載の入力装置。
（付記４）
前記相対情報と前記移動パターンを識別する識別情報とを組み合わせた組み合わせ情報と、機器を制御するための制御情報と、を関連付けて記憶する記憶手段、を備え、
前記入力判別手段は、前記相対情報取得手段で取得した前記相対情報と前記移動軌跡抽出手段で取得した前記移動パターンが前記記憶手段に記憶された複数の組み合わせ情報のいずれに該当するか判別し、判別した組み合わせ情報に関連づけられている前記制御情報をユーザの入力と判別する、
ことを特徴とする付記２に記載の入力装置。
（付記５）
前記相対情報は、前記複数の移動軌跡の相対的な位置関係を示す相対位置情報、相対的な移動範囲の大きさの違いを示す相対範囲情報、相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される、
ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の入力装置。
（付記６）
前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の一方の移動軌跡の位置を基準とした他方の移動軌跡の方向を前記相対位置情報として取得する、
ことを特徴とする付記５に記載の入力装置。
（付記７）
前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の移動範囲の面積比を前記相対範囲情報として取得する、
ことを特徴とする付記５に記載の入力装置。
（付記８）
前記物体は人の手である、
ことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１つに記載の入力装置。
（付記９）
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出ステップと、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得ステップと、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別ステップと、を有する、
ことを特徴とする入力方法。
（付記１０）
コンピュータに、
ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得機能と、
前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出機能と、
前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得機能と、
前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別機能と、を実現させる、
ことを特徴とするプログラム。
１００ 入力装置
１１０ 操作部
１２０ 表示部
１３０ 撮像部
１４０ 画像記憶部
１５０ 制御部
１５１ 画像取得部
１５２ 移動軌跡抽出部
１５３ 相対情報取得部
１５４ 入力判別部
１６０ 記憶部

Claims (16)

  1. ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出手段と、
    前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得手段と、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別手段と、を備える、
    ことを特徴とする入力装置。
  2. ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得手段と、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出手段と、
    前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得手段と、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別手段と、を備え、
    前記移動軌跡抽出手段は、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
    前記入力判別手段は、
    同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
    前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
    ことを特徴とする入力装置。
  3. 前記相対情報には、少なくとも前記相対移動量情報が含まれる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
  4. 前記相対情報には、少なくとも前記相対移動速度情報が含まれる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
  5. 前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
    前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の一方の移動軌跡の移動量に対する他方の移動軌跡の移動量の比率を前記相対移動量情報として取得する、
    ことを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
  6. 前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
    前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の一方の移動軌跡の移動速度に対する他方の移動軌跡の移動速度の比率を前記相対移動速度情報として取得する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の入力装置。
  7. 前記移動軌跡抽出手段は、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
    前記入力判別手段は、判別した移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
    ことを特徴とする請求項１、３、４、５、又は６に記載の入力装置。
  8. 前記相対情報と前記移動パターンを識別する識別情報とを組み合わせた組み合わせ情報と、機器を制御するための制御情報と、を関連付けて記憶する記憶手段、を備え、
    前記入力判別手段は、前記相対情報取得手段で取得した前記相対情報と前記移動軌跡抽出手段で取得した前記移動パターンが前記記憶手段に記憶された複数の組み合わせ情報のいずれに該当するか判別し、判別した組み合わせ情報に関連づけられている前記制御情報をユーザの入力と判別する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の入力装置。
  9. 前記相対情報は、前記複数の移動軌跡の相対的な位置関係を示す相対位置情報、相対的な移動範囲の大きさの違いを示す相対範囲情報、相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される、
    ことを特徴とする請求項２に記載の入力装置。
  10. 前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
    前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の一方の移動軌跡の位置を基準とした他方の移動軌跡の方向を前記相対位置情報として取得する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の入力装置。
  11. 前記移動軌跡抽出手段は、前記物体が描く軌跡のなかから、予め記憶された移動パターンと判別される連続する２つの移動軌跡を抽出し、
    前記相対情報取得手段は、前記連続する２つの移動軌跡の移動範囲の面積比を前記相対範囲情報として取得する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の入力装置。
  12. 前記物体は人の手である、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の入力装置。
  13. ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出ステップと、
    前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得ステップと、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別ステップと、を有する、
    ことを特徴とする入力方法。
  14. ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得ステップと、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出ステップと、
    前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得ステップと、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別ステップと、を有し、
    前記移動軌跡抽出ステップでは、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
    前記入力判別ステップでは、
    同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
    前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
    ことを特徴とする入力方法。
  15. コンピュータに、
    ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得機能と、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出機能と、
    前記複数の移動軌跡の相対的な移動量の違いを示す相対移動量情報、及び相対的な移動速度の違いを示す相対移動速度情報の少なくとも１つの情報から構成される相対情報を取得する相対情報取得機能と、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別機能と、を実現させる、
    ことを特徴とするプログラム。
  16. コンピュータに、
    ユーザの意思の下に移動する物体を撮像した画像を取得する画像取得機能と、
    前記物体が描く軌跡の中から、予め記憶された移動パターンとそれぞれ判別される連続する複数の移動軌跡を抽出する移動軌跡抽出機能と、
    前記複数の移動軌跡の相対的な関係を示す相対情報を取得する相対情報取得機能と、
    前記相対情報に基づいてユーザの機器に対する入力を判別する入力判別機能と、を実現させ、
    前記移動軌跡抽出機能では、前記移動軌跡それぞれの移動パターンが、予め記憶された複数の移動パターンのいずれに該当するか判別し、
    前記入力判別機能では、
    同じ移動パターンと判別される移動軌跡の連続発生回数を取得し、
    前記連続発生回数と前記移動パターンの情報と前記相対情報とに基づいてユーザの入力を判別する、
    ことを特徴とするプログラム。
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