JP6473422B6 - マーカ及びマーカの認識率低下抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、拡張現実感（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術を用いる際に画像表示位置の基準となる基準マーカにおいて、照明状況への耐性を向上させる技術分野に関するものである。

ＡＲ技術はカメラで撮影した動画像に別の画像を重畳表示することで、付加的な情報を付与する技術である（例えば、非特許文献１を参照。）。動画像に情報を視覚的に付与できることから、人の理解、判断、行動を支援する技術として様々な分野での活用が検討されている（例えば、非特許文献２及び特許文献１を参照。）。

ＡＲ技術は大きくロケーションベース方式、マーカ型ビジョンベース方式、及びマーカレス型ビジョンベース方式に分類される。ロケーションベース方式はＧＰＳ、加速度センサ、次期センサ等の情報を活用して情報を表示する位置を決める。ビジョンベース方式は画像認識技術及び空間認識技術を応用し、カメラに撮影されている空間にある情報を認識し、解析して情報を提示する。

その中でも、マーカ型ビジョンベース方式は、図１に示すような、システムに予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマークが印刷等によって付与されている専用の台座（以降マーカと呼ぶ）を実環境内に設置し、画像認識技術にてシステムがマークを認識することで、画像内のマークの位置を基準に付加情報を画像内の所定の位置に表示する。マークというユニークかつ強固な目印を基準として付加情報の提示位置が決まるため、表示位置精度の良さが特徴である。一方、マーカを現実の環境内に設置する必要があるため、スペースの都合から設置場所が限定されることがある。

特開２０１１−１８６７５６号公報

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｔｍａｒｋｉｔ．ｃｏ．ｊｐ／ａｉｔ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／１１０９／２６／ｎｅｗｓ１３６．ｈｔｍｌ（平成２８年１月１２日検索） 大沼、市地、阿部、菅沼、「ＳＤＮを利用したネットワーク情報のＡＲ可視化システムの基礎的検討」、情処学総大、６Ｄ−０１、２０１５年３月

マーカ型ビジョンベース方式においては、マークを正しく認識できない場合、付加情報が表示されない。画像認識技術では画像を二値化処理して認識対象の形状を識別する手法が用いられる。図２に示すように、この二値化処理の際に、マーカ周辺にある突起部や突起物の影がマークと重なるように写り込んでいた場合、本来白であるはずの領域が影によって黒と判断され、二値化後に正しいマーク形状が得られず、マークの認識率が低下することがある。

また、図３に示すように照明光がマークに直接照射されている場合は、マークの黒色部が白光りすることにより、二値化処理の際に黒を白と判断してしまい、正しい形状が得られずマークの認識率が低下することもある。

このように、マーカ型ビジョンベース方式のＡＲ技術には、付加情報を表示する位置の基準となるマーカを実環境に設置する必要があるため、上述した影や照明の影響を受けやすいという課題がある。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、影や照明の影響でマークの認識率が低下することを防ぐマーカ及びマーカの認識率低下抑制方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るマーカは、シェードを有し、当該シェードでマーク全体に予め影を作っておくこととした。

具体的には、本発明に係るマーカは、マーカ型ビジョンベース方式の拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に用いられるマーカであって、
予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマークが付与されたマーク面と、
前記マークに接触しないように前記マーク面に突き当てられ、光源からの光を遮り、自身の影で前記マーク全体を覆うシェードと、
を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るマーカの認識率低下抑制方法は、マーカ型ビジョンベース方式の拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に用いられるマーカの認識率低下抑制方法であって、
予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマークが付与されたマーク面に、シェードを前記マークに接触しないように突き当て、
前記シェードで光源からの光を遮り、前記シェードの影で前記マーク全体を覆う
ことを特徴とする。

マーカのマーク部分全体に予め影を形成しておくことで、マーカ周囲の突起物の影がマーク内に形成されること、及び周囲の照明光の強弱でマークのコントラストが変化してしまうことを低減することができる。従って、本発明は、影や照明の影響でマークの認識率が低下することを防ぐマーカ及びマーカの認識率低下抑制方法を提供することができる。

マーク全体に影を形成するためには、次の条件が求められる。
前記シェードの形状を一辺が前記マーク面に突き当てられた長方形とみなしたとき、
前記シェードの前記一辺に平行する他の一辺までの間の距離である張り出し長さｘ、及び前記シェードと前記マーク面と成す角度θが数式Ｃ１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマーカ。

ａは、前記シェードの前記一辺から最も離れた前記マークの端部と前記一辺との長さ、
ｂは、前記マーク面を含む平面への前記光源からの垂線と前記平面の交点から前記シェードの前記一辺までの最短距離、
ｃは、前記マーク面を含む平面に対する前記光源の高さ、
である。

また、マークの大きさやさまざまな実環境に適応可能とするため、前記シェードは、前記マーク面から最も離れた前記シェードの端の、前記マーク面に対する高さである張り出し長を可変とするスライド機構を有することを特徴とする。

本発明は、影や照明の影響でマークの認識率が低下することを防ぐマーカ及びマーカの認識率低下抑制方法を提供することができる。

マーカを説明する一例である。 マークの認識率が低下する例を説明する図である。（Ａ）は実環境を説明する図、（Ｂ）はカメラで撮影したマークの二値化処理結果が理想的な場合の図、（Ｃ）はカメラで撮影したマークの二値化処理結果が影の影響を含む場合の図である。 マークの認識率が低下する例を説明する図である。（Ａ）は実環境を説明する図、（Ｂ）はカメラで撮影したマークの二値化処理結果が理想的な場合の図、（Ｃ）はカメラで撮影したマークの二値化処理結果が白光りの影響を含む場合の図である。 本発明に係るマーカを説明する図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は二面図である。 本発明に係るマーカを説明する図である。 本発明に係るマーカを説明する二面図である。（Ａ）は張り出し長を最も短くした場合、（Ｂ）は張り出し長を最も長くした場合である。 本発明に係るマーカを説明する図である。（Ａ）はヒンジ部を有する場合、（Ｂ）はさらに支持部を有する場合である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図４は、本実施形態におけるマーカ３０１について示した図である。マーカ３０１は、マーカ型ビジョンベース方式のＡＲ技術に用いられるマーカであって、
予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマーク１２が付与されたマーク面１１と、
マーク１２に接触しないようにマーク面１１に突き当てられ、光源からの光を遮り、自身の影でマーク全体を覆うシェード１３と、
を備えることを特徴とする。

マーカのマーク面１１には任意の図形によるマーク１２が記載されている。マーク１２の上端側には、マーク面１１から張り出したシェード１３（いわゆる、ひさし）が設けられている。シェード１３が作り出す影がマーク１２全体を一様に覆う事で、突起部やケーブル、コードなどの突起物の影がマーク周辺に映り込むことや照明の光が直接マークに照射されてマークの黒色部が白光りするのを防止する。

シェード１３の影がマーク１２全体を一様に覆うために必要となるシェード１３の張り出し長と設置角度は、マーカの寸法と照明位置によって決定される。図５は、シェード１３の張り出し長と設置角度を説明する図である。ここで、シェード１３の形状を一辺がマーク面１１に突き当てられた長方形とみなしている。マークが記載されているマーカの垂直方向長さ辺ＡＢをａ、マーカ上端から照明までの垂直方向長さ辺ＢＣをｂ、マーカ上端から照明までの水平方向長さ辺ＣＤをｃ、照明とマーカの下端間の長さ辺ＡＤをｄとする。また、頂点Ｂから辺ＡＤにおろした垂線ＢＥの長さをｅとする。角ＡＢＥ、角ＤＡＣ、角ＣＤＡの角度を各々α、β、γ［ｒａｄ］とする。シェード１３の長さをｘ、設置角度をθとする。
なお、図５において、辺ＡＢをマーク面１１の幅（シェード１３との接続部Ｂからその反対側までの距離）としているが、影でマーク全体を覆えばよいので辺ＡＢをシェード１３の接続部Ｂから最も離れたマークの端部と接続部Ｂとの長さとしてもよい。

この時辺ＢＥの長さｅは以下の通り表される。

よって、

ここで以下の関係を踏まえると

式（２）は以下の通り表される。

ここで、

を式（６）に代入すると以下のように表される。

合成公式により、式（９）は以下のようになる。

式（１０）において、ｘ、θ以外のパラメータは既知の値である。よって、シェード１３の影がマークを一様に覆うためには、シェード１３の長さｘと設置角度θが式（１０）を満たす必要がある。

（実施形態２）
図６は、本実施形態のマーカ３０２を説明する２面図である。マーカ３０２のシェード１３は、マーク面１１から最も離れたシェードの端１３ａの、マーク面１１に対する高さである張り出し長ｘを可変とするスライド機構を有する。マーカ３０２のスライド機構は３つの板１３ｄとそれぞれの板に形成された溝１３ｂ及びレール１３ｃで構成されるが、これは一例であって、他の構成のスライド機構を用いてもよい。図６（Ａ）は張り出し長をｘを最も短くした場合、図６（Ｂ）は張り出し長をｘを最も長くした場合である。マーカ３０２は、スライド機構を具備することで張り出し長ｘを調整することができる。

（実施形態３）
図７は、本実施形態のマーカ３０３を説明する斜視図である。マーカ３０３は、シェード１３の設置角度θを可変するヒンジ部１４を備える。さらに、マーカ３０３は、図７（Ｂ）のようにシェード１３の設置角度θを固定する支持部１５を備えていてもよい。

［本発明の特徴］
本発明に係るマーカは、以下のような構成である。
（１）ＡＲ技術において情報の表示位置を特定する基準となるマーカであって、
マーカ表面に画像認識の基準となるマークが図形やコードで記載されており、
マーカ上部側にシェードを有する
ことを特徴とする。
（２） （１）に記載のシェードの張り出し長さおよび設置角度は、シェードによって生じる影がマークを完全に覆うだけの長さおよび角度であることを特徴とする。

本発明に係るマーカの効果は次の通りである。

この発明の実現により、マーカ設置個所の周囲に突起部や突起物（ケーブル、コード、スイッチ等）の影を生じ得る構造があるような環境でも、それらの影がマークに重なることを防止し、マークの認識率が低下するのを回避できる。

照明の光がマークに直接照射されることによる黒色部の白光りを防止し、マーカの認識率が低下するのを回避できる。従来の白光り回避対策として、光沢の少ない素材に光沢の少ない塗料を用いてマークを印刷することが用いられるが、そのような特殊な素材を使用する必要がなくなるため簡便かつ安価にマーカを準備できる。

シェードが持ち手となるため、周囲の部材やマークに触れることなく、マーカの取り付けおよび取り外しができ、作業性が向上する。

シェードがマーカの補強となり、マーカにしなりが加わることによる歪みの影響を回避することができ、画像認識精度が向上するとともに、厚みや硬質素材による強度確保が必要ないため、マーカを例えば厚紙等の安価な材料で実現可能である。

周囲にコード等がある環境においてマーカを取付ける際、コード類がマーカにかかりマークを隠ぺいすることがないよう、固定等によりコードを養生する必要があったが、シェード１３があることでコードがシェードで支えられるため、コードがマークを隠ぺいすることがなく、コードの養生が不要となり、マーカの設置が簡便になるとともに、画像認識率が向上する。

１１：マーク面
１２：マーク
１３：シェード
１３ａ：端
１３ｂ：溝
１３ｃ：レール
１３ｄ：板
１４：ヒンジ部
１５：支持部
３０１〜３０３：マーカ

Claims (5)

1. マーカ型ビジョンベース方式の拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に用いられるマーカであって、
   予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマークが付与されたマーク面と、
   前記マークに接触しないように前記マーク面に突き当てられ、光源からの光を遮り、自身の影で前記マーク全体を覆うシェードと、
   を備え、
   前記シェードは、前記マーク面から張り出したひさしの形状であることを特徴とするマーカ。
2. 前記シェードの形状を一辺が前記マーク面に突き当てられた長方形とみなしたとき、
   前記シェードの前記一辺に平行する他の一辺までの間の距離である張り出し長さｘ、及び前記シェードと前記マーク面と成す角度θが数式Ｃ１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマーカ。
   

   

   ａは、前記シェードの前記一辺から最も離れた前記マークの端部と前記一辺との長さ、
   ｂは、前記マーク面を含む平面への前記光源からの垂線と前記平面の交点から前記シェードの前記一辺までの最短距離、
   ｃは、前記マーク面を含む平面に対する前記光源の高さ、
   である。
3. 前記シェードは、前記マーク面から最も離れた前記シェードの端の、前記マーク面に対する高さである張り出し長を可変とするスライド機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマーカ。
4. 前記シェードは、前記マーク面と成す角度θを可変とするヒンジ部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマーカ。
5. マーカ型ビジョンベース方式の拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）技術に用いられるマーカの認識率低下抑制方法であって、
   予め登録された単一または複数の幾何学模様の組み合わせからなるマークが付与されたマーク面に、シェードを前記マークに接触しないようにひさし状に突き当て、
   前記シェードで光源からの光を遮り、前記シェードの影で前記マーク全体を覆う
   ことを特徴とするマーカの認識率低下抑制方法。

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