明 細 書 Specification
撮像装置の指示位置検出方法および装置、撮像装置の指示位置検出用 プログラム Method and apparatus for detecting pointing position of imaging device, and program for detecting pointing position of imaging device
技術分野 Technical field
[0001] 本発明は、撮像装置によってディスプレイを撮影した場合において、撮像装置の光 軸 (又は、指示方向)とディスプレイ平面との交点におけるディスプレイ上の相対座標 を検出するための撮像装置の指示位置検出方法および装置に関するものであって、 特に、射撃ゲーム用のガンやポインティングデバイスに内蔵された撮像装置を用いて [0001] The present invention relates to a pointing position of an imaging device for detecting relative coordinates on the display at an intersection of an optical axis (or a pointing direction) of the imaging device and a display plane when a display is shot by the imaging device. The present invention relates to a detection method and an apparatus, particularly, using an imaging device built in a gun or a pointing device for a shooting game.
、ディスプレイ側に用意された複数のマークを撮影することにより、撮像装置の光軸が ディスプレイ上のどの位置を指示しているかを検出するための方法および装置に係 る。 Also, the present invention relates to a method and apparatus for detecting which position on the display the optical axis of the image pickup device indicates by photographing a plurality of marks prepared on the display side.
また、本発明は、前記位置検出方法および装置をコンピュータ上で実現するための 撮像装置の指示位置検出用プログラムに関する。 Further, the present invention relates to a program for detecting a designated position of an imaging device for realizing the position detecting method and apparatus on a computer.
背景技術 Background art
[0002] 従来から、 CRTや液晶ディスプレイを利用した射撃ゲームにぉ 、て、標的をねらう ガンなどの発射装置の照準位置を検出したり、スクリーン型のディスプレイ上に投影 された画像上の所定の位置を指示するためのポインティングデバイスの使用時に、ポ インティングデバイスの指示するディスプレイ上の位置を検出するための装置として、 撮像装置を利用したものが知られて ヽる (特許文献 1 - 3参照)。 [0002] Conventionally, in a shooting game using a CRT or a liquid crystal display, an aiming position of a firing device such as a gun which is aimed at a target is detected, or a predetermined position on an image projected on a screen type display is detected. A device using an imaging device is known as a device for detecting a position on a display indicated by a pointing device when the pointing device is used to indicate a position (see Patent Documents 1 to 3). ).
[0003] この種の装置は、被写体となるディスプレイの四隅に設けられたマークを撮影し、デ イスプレイと撮像装置の距離、角度等に応じて、撮影された四隅のマークの画像平面 上における相対位置が変化することを利用して、ディスプレイに対する撮像装置の光 軸の向き、すなわちディスプレイ上におけるガンの照準位置やポインティングデバイ スの指示位置を検出するものである。 [0003] This type of device captures marks provided at four corners of a display as a subject, and determines the relative positions of the captured four corners on an image plane according to the distance, angle, and the like between the display and the imaging device. Utilizing the change in position, the direction of the optical axis of the imaging device with respect to the display, that is, the aiming position of the gun and the pointing position of the pointing device on the display are detected.
特許文献 1:特開平 8— 71252号公報 Patent Document 1: JP-A-8-71252
特許文献 2:特開平 11― 305935号公報 Patent Document 2: JP-A-11-305935
特許文献 3:特開 2001— 148025号公報
発明の開示 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148025 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0004] この種の撮像装置の指示位置検出装置は、撮像装置によって撮影された四隅のマ ークの画像平面上での位置情報を用いて撮像装置の光軸が指示するディスプレイ 平面上の相対位置を検出するものであるため、射影歪みを考慮した精度の良い位置 検出を行う場合、必ず、ディスプレイ上の規定された四隅のマークの位置情報が必要 となる。なお、マークの位置は、必ずしも特許文献 1—3のようなディスプレイの四隅で なくても良いが、少なくとも 4つに設けられて 、ることが検出精度上不可欠である。 [0004] The pointing position detecting device of this type of imaging device uses a position on the image plane of the four corner marks photographed by the imaging device to determine the relative position on the display plane indicated by the optical axis of the imaging device. Since the position is detected, accurate position detection taking into account projection distortion always requires the position information of the specified four corner marks on the display. Note that the positions of the marks do not necessarily have to be at the four corners of the display as in Patent Documents 1-3, but it is indispensable to provide them at least at four positions in terms of detection accuracy.
[0005] このような従来技術において、撮像装置の照準や指示位置をディスプレイの周辺領 域に定めると、その反対側に設けられたマークが撮影範囲から外れてしまい、 4つの マークを画像平面上に映し出すことができなくなり、撮像装置の位置決めが不可能と なる。そのため、これら 4つのマークを必ず画像平面範囲内に撮像するためには、デ イスプレイと撮像装置の距離はディスプレイ全体が写るくらい十分に離れている必要 がある。 [0005] In such a conventional technique, when the aiming or pointing position of the imaging device is set in the peripheral area of the display, the marks provided on the opposite side are out of the shooting range, and the four marks are placed on the image plane. And the positioning of the imaging device becomes impossible. Therefore, in order to capture these four marks within the image plane range, the distance between the display and the imaging device needs to be sufficiently large to show the entire display.
[0006] しかし、撮像装置とディスプレイの距離を大きくすることは、これを利用したゲーム機 などの大型化に繋がり、特に、設置スペースの小型化が求められているアーケードゲ ーム機などにおいては大きな不都合であった。また、大型のディスプレイを使用した 場合は、撮像装置とディスプレイの距離がより大きくなり、離れた位置から撮像装置を 内蔵したガンやポインタを操作することになり、ディスプレイの希望する位置に照準を 合わせることが困難になったり、表示内容を確認することが不可能になる問題が生じ ていた。 [0006] However, increasing the distance between the imaging device and the display leads to an increase in the size of a game machine or the like using the image pickup device. In particular, an arcade game machine or the like that requires a small installation space is large. It was inconvenient. When a large display is used, the distance between the imaging device and the display becomes larger, and the user operates a gun or pointer with a built-in imaging device from a remote location, thereby aiming at the desired position on the display. This makes it difficult to check the displayed contents.
[0007] 本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであつ て、その目的は、マークの情報に他のマークの位置を推測させる情報を盛り込み、撮 像されて 、な 、マークの位置を推測させることにより、マーク力 つ撮影されな 、状況 であっても、ディスプレイ四隅のマークの位置情報を取得可能とし、その 4つの位置 情報に基づいて、撮像装置の指示位置検出を精度良く実施することができるようにし た位置検出方法および装置を提供することにある。 [0007] The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to include information for estimating the position of another mark in information of a mark, and Then, by inferring the position of the mark, the position information of the mark at the four corners of the display can be obtained even in the situation where the mark is not photographed and the image is taken, and based on the four position information, the imaging device is used. It is an object of the present invention to provide a position detecting method and device capable of accurately performing the specified position detection.
[0008] 本発明の他の目的は、ディスプレイの四隅のマークすベてを撮影しない状態でも四
隅のマークの位置確認を可能とすることにより、ディスプレイの周辺領域に照準位置 や指示位置が向けられた場合であっても、撮像装置の指示位置検出を精度良く行う ことを可能とした位置検出方法および装置を提供することにある。 [0008] Another object of the present invention is to provide an image processing apparatus in which all the marks at the four corners of the display are not photographed. Position detection that enables accurate detection of the pointing position of the imaging device even when the aiming position and the pointing position are directed to the peripheral area of the display by enabling the position confirmation of the corner mark It is to provide a method and an apparatus.
[0009] 本発明のさらに他の目的は、ディスプレイ四隅のマークすベてを撮影しなくても撮 像装置の指示位置検出を可能とすることにより、撮像装置とディスプレイの距離の短 縮ィ匕を図り、装置全体の小型化および操作性の向上を可能とした位置検出方法およ び装置を提供することにある。 Yet another object of the present invention is to reduce the distance between the imaging device and the display by enabling the pointing position of the imaging device to be detected without photographing all the marks at the four corners of the display. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a position detecting method and apparatus capable of miniaturizing the entire apparatus and improving operability.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0010] 本発明は、 4つのマークを使用した撮像装置の指示位置検出方法に関するもので あって、ディスプレイの四隅にそれぞれマークを配置し、各マークには、他の 3つのマ ークの配置方向を示す直線状の指標線分を設けておき、撮像装置の指示位置検出 時において、撮像装置に 4つのマークが撮影されていない場合に、撮影された少なく とも 2つのマークがディスプレイのどの位置に設けられたものであるかを判別して、撮 像されていないマークの存在する方向を検出する処理と、撮像された各マークに含 まれる指標線分を判別して、その指標線分を撮像されて ヽな 、マークの存在する方 向に延長すると共に、各マーク力 延長された線分の交点を求め、この交点上に撮 像されて 、な 、マークの存在位置を演算する処理と、この演算された撮影されて 、な いマークの位置と、前記撮影された複数のマークの位置とに基づいて、ディスプレイ 上に設けられた 4つのマークの撮像装置における画像平面上の位置を算定する処 理と、これら 4つのマークの画像平面上の位置情報に基づいて、ディスプレイ平面上 における撮像装置の光軸が指示する座標位置を検出する処理とを含むことを特徴と する。 [0010] The present invention relates to a method for detecting an indicated position of an imaging device using four marks, in which marks are arranged at four corners of a display, and the other three marks are arranged at each mark. A linear index line segment indicating the direction is provided, and at the time of detection of the pointing position of the imaging device, if at least four marks are not captured by the imaging device, at least two of the captured marks are displayed at any position on the display. Processing for detecting the direction in which a mark that has not been captured exists, and determining the index line segment included in each captured mark, and determining the index line segment. A process is performed to extend the direction of the mark where the image is captured, obtain the intersection of the extended lines of each mark force, and calculate the position of the mark where the image is captured at the intersection. And this operation Calculating the positions of the four marks provided on the display on the image plane in the imaging device based on the positions of the marks that have not been photographed and the positions of the plurality of photographed marks. A process of detecting a coordinate position indicated by the optical axis of the imaging device on the display plane based on position information of the four marks on the image plane.
[0011] 本発明は、他の態様として、以上の方法を撮像装置の指示位置検出装置や撮像 装置の指示位置検出用プログラムとして捉えることも可能である。 In another aspect of the present invention, the above method can be considered as a pointing position detection device for an imaging device or a program for detecting a pointing position of an imaging device.
[0012] このような態様によれば、ディスプレイの四隅に設けられた各マークに他のマークの 方向を示す情報、すなわち指標線分を包含させることにより、撮像装置の画像平面 上にすべてのマークが撮影されていない場合であっても、少なくとも 2つのマークが 撮影されていれば、撮影されたマークに包含されている指標線分を検出し、この指標
線分を延長することにより、未撮影のマークの画像平面上の位置を算出することがで きる。その結果、撮影されたマークと演算により算定された未撮影のマークの画像平 面上における位置情報に基づいて、すべてのマークが撮影された場合と同様にして 、ディスプレイ平面上における撮像装置の光軸が指示する座標位置を検出すること が可能である。 According to such an embodiment, each mark provided at each of the four corners of the display includes information indicating the direction of another mark, that is, an index line segment, so that all the marks can be displayed on the image plane of the imaging apparatus. Even if is not photographed, if at least two marks have been photographed, the index line segment included in the photographed mark is detected, and this By extending the line segment, the position of the unphotographed mark on the image plane can be calculated. As a result, based on the position information on the image plane of the photographed mark and the unphotographed mark calculated by the calculation, the light of the imaging device on the display plane is displayed in the same manner as when all the marks are photographed. It is possible to detect the coordinate position indicated by the axis.
[0013] 本発明の他の態様は、 2つのマークを使用した撮像装置の指示位置検出方法に関 するものであって、撮像装置によってディスプレイを撮影した場合において、ディスプ レイ上における撮像装置の光軸とディスプレイ平面との交点の相対座標を検出する ための方法において、ディスプレイの四隅のうち、 2つにマークを配置し、各マークに は、マークが設けられて 、な 、ディスプレイの隅部の配置方向を示す直線状の指標 線分を設けておき、撮像装置の指示位置検出時においては、撮像装置により撮影さ れた画像平面上における撮像された 2つのマークの位置と、これら 2つのマークに含 まれる指標線分を判別する処理と、前記 2つのマークに含まれて 、る指標線分をマ ークが設けられて ヽな 、ディスプレイの隅部の方向に延長すると共に、この延長した 線分の交点を演算し、この交点をマークが設けられて 、な 、ディスプレイの隅部の画 像平面上における位置とする処理と、この演算されたディスプレイ隅部の位置と、前 記撮影された 2つのマークの位置とに基づいて、ディスプレイの四隅の位置の画像平 面上における位置を算定する処理と、これらディスプレイの四隅の位置の画像平面 上における位置情報に基づ 、て、ディスプレイ平面上における撮像装置の光軸が指 示する座標位置を検出する処理を含むことを特徴とする。 [0013] Another embodiment of the present invention relates to a method for detecting a pointing position of an imaging device using two marks, and when a display is photographed by the imaging device, the light of the imaging device on the display is displayed. In a method for detecting relative coordinates of an intersection between an axis and a display plane, marks are arranged at two of four corners of a display, and each mark is provided with a mark. A linear index line segment indicating the arrangement direction is provided, and when the pointing position of the imaging device is detected, the positions of the two marks captured on the image plane captured by the imaging device and the two marks are determined. A process of determining an index line segment included in the display, and extending the index line segment included in the two marks in the direction of a corner of the display provided with a mark. In both cases, the intersection of the extended line segment is calculated, and this intersection is provided with a mark to determine the position of the corner of the display on the image plane. A process of calculating the positions of the four corners of the display on the image plane based on the positions of the two marks photographed, and a process of calculating the positions of the four corners of the display on the image plane. Further, the method includes a process of detecting a coordinate position indicated by the optical axis of the imaging device on the display plane.
[0014] 本発明は、他の態様として、以上の方法を撮像装置の指示位置検出装置や撮像 装置の指示位置検出用プログラムとして捉えることも可能である。 [0014] In another aspect of the present invention, the above method can be regarded as a pointing position detection device of an imaging device or a program for detecting a pointing position of an imaging device.
[0015] このような態様によれば、ディスプレイ側に 2つのマークを設け、これら各マークにデ イスプレイのマークが設けられていない隅部の方向を示す情報、すなわち指標線分 を包含させることにより、撮像装置の画像平面上に撮影された 2つのマークに包含さ れている指標線分を検出し、この指標線分を延長することにより、ディスプレイのマー クが設けられていない隅部の画像平面上の位置を算出することができる。その結果、 撮影されたマークと演算により算定されたディスプレイの隅部の画像平面上における
位置情報に基づいて、ディスプレイの四隅に設けられたすべてのマークが撮影され た場合と同様にして、ディスプレイ平面上における撮像装置の光軸が指示する座標 位置を検出することが可能である。 According to such an embodiment, two marks are provided on the display side, and each mark includes information indicating the direction of the corner where the display mark is not provided, that is, the index line segment. Then, by detecting the index line segment included in the two marks photographed on the image plane of the imaging device, and extending the index line segment, the image of the corner where the display mark is not provided is obtained. The position on the plane can be calculated. As a result, on the image plane of the corner of the display calculated by the calculated mark and the calculation Based on the position information, it is possible to detect the coordinate position indicated by the optical axis of the imaging device on the display plane in the same manner as when all the marks provided at the four corners of the display have been photographed.
発明の効果 The invention's effect
[0016] 本発明によれば、マークをディスプレイの四隅に 4つ設置した場合には、指標線分 を 3本備えた 4つのマークの内、任意の 2つが撮像できれば、前記指標線分の情報か ら撮像されて 、な 、マークの位置を予測でき、マークを 4つ撮像しなければならな 、 場合と比較して、撮像装置の操作範囲の拡大が可能となる。 According to the present invention, when four marks are set at the four corners of the display, if any two of the four marks provided with three index lines can be imaged, the information of the index lines is obtained. In this case, the position of the mark can be predicted, and the operation range of the imaging device can be expanded as compared with the case where four marks must be taken.
[0017] また、マークをディスプレイの四隅のうち、少なくとも 2力所に設けた場合には、指標 線分を備えた少なくとも 2つのマークを撮像することにより、これら 2つのマークに含ま れる指標線分の情報力 ディスプレイのマークが存在しない他の隅部の位置を予測 でき、これらマークの位置と予測されたディスプレイ隅部の位置に基づいて、ディスプ レイ平面上における撮像装置の光軸が指示する座標位置検出することが可能になり 、マークを 4力所設ける場合と比較して、マーク設置個数の低減が可能となる。 [0017] When the marks are provided in at least two places among the four corners of the display, at least two marks provided with the index line segments are imaged, and the index line segments included in these two marks are captured. The position of other corners where no display mark exists can be predicted, and the coordinates indicated by the optical axis of the imaging device on the display plane are determined based on the position of these marks and the predicted position of the display corner. The position can be detected, and the number of marks to be set can be reduced as compared with the case where four marks are provided.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0018] [図 1]本発明の実施例 1の構成を示すブロック図。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of Embodiment 1 of the present invention.
[図 2]本発明の実施例 1の動作を示すフローチャート。 FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the present invention.
[図 3]本発明のマーク位置推測の原理を示す説明図。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a principle of estimating a mark position according to the present invention.
[図 4]本発明に使用するマークの一例を示す正面図。 FIG. 4 is a front view showing an example of a mark used in the present invention.
[図 5]図 4のマークの拡大正面図。 FIG. 5 is an enlarged front view of the mark in FIG.
[図 6]本発明に使用するマークの他の例を示す正面図。 FIG. 6 is a front view showing another example of a mark used in the present invention.
[図 7]図 4のマークを使用した場合のマーク推測位置を示す正面図。 FIG. 7 is a front view showing the estimated position of the mark when the mark in FIG. 4 is used.
[図 8]射影歪みによる撮像画像の変形を示す正面図。 FIG. 8 is a front view showing deformation of a captured image due to projective distortion.
[図 9]射影歪みによるマークの変形を示す正面図。 FIG. 9 is a front view showing deformation of a mark due to projective distortion.
[図 10]本発明に使用するマークのさらに他の例を示す正面図。 FIG. 10 is a front view showing still another example of a mark used in the present invention.
[図 11]図 10のマークをディスプレイ四隅に配設した場合の正面図。 FIG. 11 is a front view when the marks in FIG. 10 are arranged at the four corners of the display.
[図 12]実施例 1における撮像画像中からマークをサイズにより判別する手法を示す正 面図。
[図 13]図 4のマーク判別に当たり、輪郭追跡を行う際に使用する方向カテゴリを説明 するための図。 FIG. 12 is a front view showing a method for determining a mark from a captured image according to a size in the first embodiment. FIG. 13 is a diagram for explaining a direction category used in performing contour tracing in determining the mark in FIG. 4;
[図 14]図 4のマークの判別に当たり、三角形を検出する手法を説明する図。 FIG. 14 is a view for explaining a method of detecting a triangle in determining the mark in FIG. 4.
[図 15]3つのマークが検出された場合に、残る 1つの未撮像のマークの検出方法を示 す図。 [FIG. 15] A diagram showing a method for detecting one remaining unimaged mark when three marks are detected.
[図 16]2つのマークが検出された場合に、その組み合わせを示すディスプレイの正面 図。 FIG. 16 is a front view of a display showing a combination of two marks detected when the marks are detected.
[図 17]2つのマークが検出された場合に、残る 2つの未撮像のマークの検出方法を示 す図。 [FIG. 17] A diagram showing a method for detecting two remaining unimaged marks when two marks are detected.
[図 18]2つのマークが検出された場合に、各マークの頂点を識別する手法を示す図。 FIG. 18 is a diagram showing a method of identifying a vertex of each mark when two marks are detected.
[図 19]2つのマークが検出された場合に、未撮像マークの位置を推測するために使 用する指標線分を選択する手法を示す図。 FIG. 19 is a diagram showing a method of selecting an index line segment used for estimating the position of an unimaged mark when two marks are detected.
[図 20]撮像されたマークと未撮像のマークとからなる 4つのマークを識別するに当たり 、撮像されたマークの組み合わせを示す図。 FIG. 20 is a diagram showing a combination of picked-up marks when identifying four marks consisting of a picked-up mark and a non-shotted mark.
[図 21]本発明において、ディスプレイの下部に設けられた 2つのマークが撮像されて いる場合の効果を説明する図。 FIG. 21 is a view for explaining an effect when two marks provided at the lower part of the display are imaged in the present invention.
[図 22]本発明において、ディスプレイの左側に設けられた 2つのマークが撮像されて いる場合の効果を説明する図。 FIG. 22 is a view for explaining an effect when two marks provided on the left side of the display are imaged in the present invention.
[図 23]図 10のマークを使用した場合に、撮像画像中から図 10のマークを抽出する手 法を示す図。 FIG. 23 is a diagram showing a method of extracting the mark of FIG. 10 from a captured image when the mark of FIG. 10 is used.
[図 24]図 10のマークを使用した場合に、撮像画像中から図 10のマークを抽出する他 の手法を示す図。 FIG. 24 is a diagram showing another method of extracting the mark of FIG. 10 from a captured image when the mark of FIG. 10 is used.
符号の説明 Explanation of symbols
1…ディスプレイ 1… Display
2…撮像装置 2 ... Imaging device
3- AZD変 3- AZD change
4···フレームメモリ 4 Frame memory
5…位置検出部
6…ディスプレイ制御部 5… Position detector 6 ... Display control unit
50…フイノレタ処理咅 50… Finoleta processing 咅
51 · ··マーク検出部 51Mark detector
52· ··マーク種別検出部 52Mark type detection section
53· ··指標線分選定部 53Index line segment selection section
54 · · ·未撮像マーク位置演算部 54 Not imaged mark position calculation unit
55· ··相対座標検出部 55Relative coordinate detector
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0020] 本発明のように、射影変換を利用して、被写体であるとディスプレイと撮像装置によ つて撮影された画像平面との相対的な位置関係を把握する場合、被写体および画 像平面上における直線性は位相不変量であり、射影変換では直線は直線に変換さ れることがわかっている。そこで、 2つの直線 A, Bの交点を Cとし、また、直線 A, Bの 射影変換後の直線をそれぞれ A' , B'、交点 Cの射影変換後の位置を C'とすると、 C ,は A'、 B'の交点となる。今、線分の延長線上の交点力 反対側のマークの位置に なるような線分情報を各マークに盛り込んだ場合、被写体 (ディスプレイ)上の 2点の マークが撮像されていれば、他の 2点のマーク位置を、線分の延長線上の交点として 推測できる。 [0020] As in the present invention, when the relative positional relationship between the display and the image plane photographed by the imaging device is grasped as the subject using the projective transformation, the object and the image plane are displayed. It is known that the linearity in is a phase invariant, and the straight line is transformed into a straight line in the projective transformation. Therefore, if the intersection of the two straight lines A and B is C, the straight lines of the straight lines A and B after the projective transformation are A 'and B', and the position of the intersection C after the projective transformation is C ', then C, Is the intersection of A 'and B'. Now, if line segment information that includes the position of the mark on the opposite side of the intersection point on the extension of the line segment is included in each mark, if two marks on the subject (display) are imaged, the other The two mark positions can be inferred as intersections on the extension of the line segment.
[0021] 本発明は、これらの特徴を利用し、 [0021] The present invention utilizes these features,
(1)マーク 4つを設置した場合における、撮像装置の操作範囲の拡大。 (1) Expansion of the operation range of the imaging device when four marks are installed.
(2)マークの設置個数の低減。 (2) Reduce the number of installed marks.
の!、ずれかを可能としたものである。 of! , Which is possible.
[0022] この場合、ディスプレイに設ける各マークは、直線情報を含む形状となるため、それ に応じた認識処理が必要となり、且つ追加される処理として、マークの座標位置の推 定を行う処理が必要となる。以下に、どのような形状のマークが考えられる力、それら の認識手法、認識後の交点の推測方法を示す。なお、以下の説明において、簡単 化のためマークに付加する直線情報を以下「指標線分」と称す。 [0022] In this case, since each mark provided on the display has a shape including straight line information, a recognition process corresponding to that is necessary, and a process of estimating the coordinate position of the mark is added as a process. Required. The following shows the possible shapes of marks, their recognition methods, and the method of estimating the intersection after recognition. In the following description, the straight line information added to the mark for simplicity is hereinafter referred to as “index line segment”.
[0023] 指標線分の構成する画素数 (エッジの画素数)により、指標線分の精度が決定する 。言い換えれば、指標線分が、少ない個数で構成されていれば、それだけ、直線上
の交点の位置は不確かなものとなる。但し、マーク 4点を撮像できない状態とは、被 写体と位置認識ユニットである撮像装置がある程度近い場合に発生するものと考えら れる。 The accuracy of the index line segment is determined by the number of pixels constituting the index line segment (the number of pixels of the edge). In other words, if the index line segment is composed of a small number, The position of the intersection of is uncertain. However, it is considered that the state in which the four marks cannot be imaged occurs when the object and the imaging device as the position recognition unit are somewhat close to each other.
[0024] 今、図 3に示すように、ディスプレイの四隅に設置されるマークをそれぞれ、マーク 0 , 1, 2, 3とする。このとき、マーク 0に、延長線上にマーク 1, 2, 3が存在するような情 報を含ませておくことにより、マーク 0のみが撮像されても残りのマークが存在する方 向が判断できるようにする。マーク 1, 2, 3の構成も同様に、延長線上に自身以外の マークが存在する線分の情報を含ませる。但し、マークと、他の図形の判別をする必 要があるため、マークの形状を工夫する必要がある。 Now, as shown in FIG. 3, marks provided at the four corners of the display are referred to as marks 0, 1, 2, and 3, respectively. At this time, by including information such that the marks 1, 2, and 3 exist on the extension line in the mark 0, the direction in which the remaining marks exist even if only the mark 0 is imaged can be determined. To do. Similarly, the configuration of the marks 1, 2, and 3 includes the information of the line segment where the mark other than the mark exists on the extension line. However, since it is necessary to discriminate the mark from other figures, it is necessary to devise the shape of the mark.
[0025] そこで、本実施形態において、マークは、図 4のように、一つの円形部(塗りつぶし 部)を内部に持ち、その周りを三角形の枠で囲まれている形状 (マーク 0, 1)、および 内部に塗りつぶし部がない策角形の枠で囲まれている形状 (マーク 2, 3)とする。ま た、画像においてマークの抽出を助長させるために、図 6のように、マークの周囲を低 輝度な素材で構成し、マーク自身を構成する指標線分 1〜指標線分 3および円形部 を高輝度な領域で構成する。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the mark has one circular portion (filled portion) inside and is surrounded by a triangular frame (mark 0, 1). , And the shape (marks 2 and 3) surrounded by a square frame with no painted part inside. In addition, in order to facilitate extraction of the mark in the image, as shown in Fig. 6, the periphery of the mark is made of a low-luminance material, and the index line segments 1 to 3 and the circular portion that constitute the mark itself are formed. It is composed of a high brightness area.
この構成にすることにより、撮像された画像においてマーク図形部分が高コントラス トになり、濃度変化情報で他の図形と区別しやすくできる。これらは透過照明による面 光源や再帰反射板等によって実現できる。 With this configuration, the mark graphic portion in the captured image has a high contrast, and can be easily distinguished from other graphics by the density change information. These can be realized by a surface light source by transillumination, a retroreflector, and the like.
[0026] マークを構成する枠は 3直線でできており、それぞれの直線が上記で示した、マー クの位置を予測させるための線分の情報となる。また、このこと自身も他の図形との判 別材料にもなり得る。図 5において、指標線分 1〜指標線分 3はそれぞれ、左下マー ク、右下マーク、右上マークの存在する方向を示す線分となる。なお、指標線分の情 報においては、実際に線分の形状を入れる必要は無ぐマークの形状よりそれらの情 報が引き出せれば良い。 [0026] The frame forming the mark is made up of three straight lines, and each straight line serves as line segment information for predicting the position of the mark as described above. In addition, this can itself be a material for discrimination from other figures. In FIG. 5, index line segments 1 to 3 are line segments indicating the directions in which the lower left mark, lower right mark, and upper right mark exist, respectively. In the information of the index line segment, it is not necessary to actually insert the shape of the line segment, as long as the information can be derived from the shape of the mark.
[0027] たとえば、図 6 (A)のように、指標線分を三角形の頂点を結ぶことによって作成する ことも可能である。この場合、 For example, as shown in FIG. 6A, an index line segment can be created by connecting the vertices of a triangle. in this case,
(a)ある範囲内において存在する 4つの点の集合。 (a) A set of four points that exist within a certain range.
(b)凸包図形は、内部に点を有する三角形となる。
(c)他の図形に比較して高輝度。 (b) The convex hull figure is a triangle having points inside. (c) High brightness compared to other figures.
等の情報から、撮像された他の図形とマークとを区別することができる。また、図 6 (B )のように、外側に枠を設けることで、他の図形と区別しても良い。 And the like, it is possible to distinguish the mark from the other figure taken. In addition, as shown in FIG. 6B, a frame may be provided on the outside to distinguish it from other figures.
[0028] ところで、前記のように三角形の枠状のマークを使用した場合、マークに含まれる 3 本の直線は、マーク上の一点を通るものではないため、次のような問題がある。図 7 は、上記のマークが持つ線分と他のマークの設置位置を示した図である。この図 7か ら分かるとおり、このマーク形状では、マークの線分によって得られる直線は、他の 2 直線が成す交点を通らず、求めるべき被写体上の規定の 4点の位置力 ずれること になる。そのため、縦方向の線分より、マーク位置を予測する場合は、縦方向の線分 と同じ傾きを持ち且つ他の 2直線の交点を通る直線を考えなければならない。 By the way, when a triangular frame-shaped mark is used as described above, three straight lines included in the mark do not pass through one point on the mark, and thus have the following problem. FIG. 7 is a diagram showing a line segment of the above-mentioned mark and an installation position of another mark. As can be seen from Fig. 7, in this mark shape, the straight line obtained by the line segment of the mark does not pass through the intersection formed by the other two straight lines, and the positional forces of the specified four points on the subject to be obtained are shifted. . Therefore, when predicting the mark position from the vertical line segment, a straight line having the same inclination as the vertical line segment and passing through the intersection of the other two straight lines must be considered.
[0029] その上、厳密に言えば、図 8に示すように、ディスプレイの表面に対して所定の角度 で撮像装置を配置して撮影した場合、撮像装置で得られる画像は射影歪みを受ける ことになる。そして、このように射影歪みを受けた画像においては、図 9に示すように、 マーク自体の画像も射影歪みの影響を受けることになる。そのため、マークの線分に よって得られる直線の方向と被写体の縦方向は異なり、図 7のように単に縦方向の線 分と同じ傾きで他の 2直線の交点を通る線分を想定しただけでは正確に他のマーク の位置を推測できない。しかし、射撃ゲームのガンコントローラにしろ、プレゼンテー シヨン用のポインタにしろ、その焦点や指示位置には多少の許容範囲があるので、前 記のような直角三角形状のマークを使用して、交点の位置分だけ直線を平行移動す る補正を行うことで、実用上問題のない程度で、ディスプレイ上の 4点のマークの位置 を近似的に予測することができる。 [0029] Moreover, strictly speaking, as shown in FIG. 8, when the imaging device is arranged at a predetermined angle with respect to the surface of the display and photographed, the image obtained by the imaging device is subject to projection distortion. become. Then, in the image subjected to the projection distortion as described above, as shown in FIG. 9, the image of the mark itself is also affected by the projection distortion. Therefore, the direction of the straight line obtained by the line segment of the mark and the vertical direction of the subject are different, and a line segment passing through the intersection of the other two straight lines with the same inclination as the vertical line segment is assumed as shown in Fig. 7. Cannot accurately estimate the position of other marks. However, regardless of whether it is a gun controller in a shooting game or a pointer for presentation, there is some tolerance in the focus and pointing position. By performing the correction that translates the straight line by the position of, the positions of the four marks on the display can be approximately predicted without any practical problem.
[0030] 図 10は、前記のような直角三角形状のマークの問題点を解消したマークの一例を 示すものであって、マークに含める 3本の直線線分の情報が一点で交わる構成とした ものである。このような形状のマークによれば、 3本の直線の交点が、図 11のように、 ディスプレイ上に設置される規定の点となり、射影歪みに起因する誤差が解消される 。なお、この形状のマークは、各マークに含まれる 3本の直線の相対的な位置を異な らせたり、ディスプレイの片側の放射状マークの外周に、リング状のマークを組み合わ せたりすることにより、各マークがディスプレイのどの位置に設けられているかを判別
できる。 FIG. 10 shows an example of a mark in which the problem of the right-angled triangular mark as described above has been solved, in which information of three straight line segments included in the mark intersect at one point. Things. According to the mark having such a shape, the intersection of the three straight lines becomes a specified point set on the display as shown in FIG. 11, and the error caused by the projection distortion is eliminated. The mark of this shape can be obtained by changing the relative positions of the three straight lines included in each mark, or by combining a ring-shaped mark on the outer circumference of the radial mark on one side of the display. Determine where each mark is located on the display it can.
実施例 1 Example 1
[0031] 1.実施例の構成 1. Configuration of Example
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて、具体的に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
本実施例の位置検出装置は、図 1に示す通り、撮影対象となる画像表示面を有す るディスプレイ 1と、このディスプレイ 1の画像表示面を撮影する撮像装置 2とを備えて いる。この撮像装置 2としては、 CCD撮像素子を備えたビデオカメラやデジタルカメラ が使用される。 As shown in FIG. 1, the position detection device of the present embodiment includes a display 1 having an image display surface to be imaged, and an imaging device 2 for imaging the image display surface of the display 1. As the imaging device 2, a video camera or a digital camera equipped with a CCD imaging device is used.
[0032] 前記ディスプレイ 1の四隅にはそれぞれ異なった形状の 4つのマーク 0, 1, 2, 3が 設けられている。図 4は、各マーク 0, 1, 2, 3の一例を示すものであって、各マークは 全体として直角三角形状をなし、各マークのそれぞれには、他のマークの配置方向 を示す 3本の直線状の線分 (直角三角形の各辺)が含まれている。これら各マークは 、ディスプレイ 1上における配置箇所が判別できるように、それぞれ異なった形状をな すものであり、本実施形態においては、ディスプレイの左側のマーク 0, 1の内部には 円形の塗りつぶし部が設けられ、右側のマーク 2, 3には塗りつぶし部がないことで判 別できる。また、ディスプレイ 1上部のマーク 0, 3は水平な直線が三角形の下辺に位 置し、下部のマーク 1, 2は水平な直線が三角形の上辺に位置している。 At the four corners of the display 1, four marks 0, 1, 2, and 3 having different shapes are provided. Figure 4 shows an example of each of the marks 0, 1, 2, and 3.Each mark has a right-angled triangular shape as a whole, and each mark has three lines that indicate the direction in which the other marks are arranged. (Each side of a right-angled triangle) is included. Each of these marks has a different shape so that the location of the mark on the display 1 can be determined. In the present embodiment, the circles 0 and 1 on the left side of the display have circular filled portions. Is provided, and marks 2 and 3 on the right side can be discriminated from the fact that there is no filled portion. In addition, marks 0 and 3 on the upper part of the display 1 have horizontal straight lines located on the lower side of the triangle, and marks 1 and 2 on the lower side have horizontal straight lines located on the upper side of the triangle.
[0033] これらのマークは、ディスプレイ 1の枠部などに貼り付け、印刷等の手段で設けるこ とも可能であるし、ディスプレイ 1の表示画面中の映像として映し出すことによって表 示することもできる。また、撮像装置 2によるマークの抽出を助長させるために、マーク の周囲を低輝度な素材で構成し、マーク自身を高輝度な領域で構成することが好ま しい。この構成にすることにより、撮像装置 2によって撮影された画像中においてマー ク図形部分が高コントラストになり、濃度変化情報で他の図形と区別しやすくできる。 これらは透過照明による面光源や再帰反射板等によって実現できる。 These marks can be attached to a frame portion of the display 1 or the like and provided by means such as printing or the like, or can be displayed by displaying them as an image on the display screen of the display 1. Further, in order to facilitate the extraction of the mark by the imaging device 2, it is preferable that the periphery of the mark is formed of a low-luminance material and the mark itself is formed of a high-luminance region. With this configuration, the mark figure portion in the image captured by the imaging device 2 has high contrast, and can be easily distinguished from other figures by the density change information. These can be realized by a surface light source by transmission illumination, a retroreflector, or the like.
[0034] 前記撮像装置 2には、これによつて撮影された画像データをデジタル画像データと する AZD変 3が接続され、この AZD変 3の出力がフレームメモリ 4に出力 される。このフレームメモリ 4は、 A/D変換されたデジタル画像データを、撮像装置 2 の CCD撮像素子の撮像平面の各画素に対応したアドレス毎に一時的に記憶するも
のである。前記フレームメモリ 4には、フレームメモリ 4上に一時記憶された画像データ を解析して、ディスプレイ 1の画像表示面に対する撮像装置 2の光軸が指示している ディスプレイ平面上における座標を検出するための位置検出部 5が設けられている。 [0034] The imaging device 2 is connected to an AZD variant 3 that uses the image data photographed thereby as digital image data, and outputs the output of the AZD variant 3 to the frame memory 4. The frame memory 4 temporarily stores the A / D-converted digital image data for each address corresponding to each pixel on the imaging plane of the CCD imaging device of the imaging device 2. It is. The frame memory 4 analyzes the image data temporarily stored in the frame memory 4 to detect the coordinates on the display plane indicated by the optical axis of the imaging device 2 with respect to the image display surface of the display 1. The position detection unit 5 is provided.
[0035] 前記位置検出部 5は、撮像装置 2によって撮影され画像平面上に存在する図形中 力 マークに該当する可能性の低い図形を排除するフィルタ処理部 50と、前記フィ ルタ処理部 50を通過した図形中力もマークの画像を判別するマーク検出部 51とを 備えている。また、前記マーク検出部 51によって判定されたマーク力 ディスプレイの どの位置に設けられたものであるかを判別するマーク種別判別部 52と、撮像された 各マークに含まれる 3本の指標線分の中から撮像されて!、な 、マークの方向に延長 する指標線分を選定する指標線分選定部 53を備えている。さらに、前記指標線分選 定部 53により選定された複数のマーク中の指標線分を撮像されて 、な 、マークの存 在する方向に延長すると共に、各マークから延長された指標線分の交点を求め、こ の交点上に撮像されていないマークの画像平面上における位置を演算する未撮影 マーク位置演算部 54と、画像平面上における撮影マークと未撮影マークの画像平面 上の位置情報に基づ!、て、ディスプレイ平面上における撮像装置の光軸が指示する 座標位置を演算する相対座標検出部 55を備えている。 The position detection unit 5 includes a filter processing unit 50 that eliminates a figure that is unlikely to correspond to a figure force mark that is captured by the imaging device 2 and exists on the image plane, and a filter processing unit 50 that A mark detecting unit 51 is also provided for determining the image of the mark also for the passing force of the figure. Further, a mark type discriminating unit 52 for discriminating at which position of the mark force display determined by the mark detecting unit 51 is provided, and three index line segments included in each picked-up mark An index line segment selection unit 53 is provided for selecting an index line segment that is imaged from inside and extends in the direction of the mark. Further, the index line segments in the plurality of marks selected by the index line segment selection unit 53 are imaged, and are extended in the direction in which the marks exist, and the index line segments extended from the respective marks are taken. An unphotographed mark position calculation unit 54 that calculates an intersection and calculates the position on the image plane of a mark that has not been imaged on this intersection, and the position information on the image plane of the photographed mark and the unphotographed mark on the image plane. And a relative coordinate detecting unit 55 that calculates a coordinate position indicated by the optical axis of the imaging device on the display plane.
[0036] 前記位置検出部 5の出力側はゲーム機やディスプレイ表示装置に設けられたディ スプレイ制御装置 6に接続され、このディスプレイ制御装置 6に前記相対座標検出部 55で算出された撮像装置のディスプレイ表面に対する相対的な位置情報が出力さ れるようになっている。この場合、ディスプレイ制御装置 6は、入力された撮像装置の 位置情報に基づいて、例えば、撮像装置の中心が指示するディスプレイ上の座標を 算出し、その座標上に射撃ゲームの照準点を表示したり、ポインティングデバイスの 指示ポイントを表示する。 [0036] The output side of the position detecting unit 5 is connected to a display control device 6 provided in a game machine or a display device, and the display control device 6 is connected to the imaging device calculated by the relative coordinate detecting unit 55. Position information relative to the display surface is output. In this case, the display control device 6 calculates, for example, coordinates on the display indicated by the center of the imaging device based on the input position information of the imaging device, and displays an aiming point of the shooting game on the coordinates. Or display the pointing point of the pointing device.
[0037] 2.各部の動作の詳細 [0037] 2. Details of operation of each unit
次に、前記のような構成を有する本実施例における各部の動作を、より詳細に説明 する。 Next, the operation of each section in the present embodiment having the above-described configuration will be described in more detail.
(1)フィルタ処理部 50 (1) Filter processing unit 50
前記フィルタ処理部 50は、前記のようにマーク図形を高コントラストとしておくことに
より、撮影された画像中の濃度変化情報で他の図形と区別するものであって、判定 対象となる図形の濃淡情報を検出し、一定の閾値を超えたコントラストの高い図形を マーク候補として判定する。この場合、撮像装置 2にあらカゝじめ赤外線透過フィルタを 使用することで、可視光線領域の画像と比較してある程度判別対象となる図形数を 制限することにより、よりフィルタ処理を効果的に行なうように構成することも可能であ る。 The filter processing unit 50 sets the mark figure to have high contrast as described above. Is used to distinguish from other figures based on the density change information in the captured image, and detects the shading information of the figure to be determined, and determines a figure with a high contrast exceeding a certain threshold as a mark candidate. I do. In this case, the use of an infrared transmission filter in advance in the imaging device 2 limits the number of figures to be discriminated to some extent as compared with the image in the visible light region, thereby more effectively performing filter processing. It can also be configured to do so.
このように本実施形態においては、マークと他の部分とのコントラストを強調した鮮 鋭化処理や赤外線フィルタを利用したノイズ除去処理などにより、判定対象となる図 形数を制限しておく。これらの処理は、後の処理の効率を上げ、演算装置の負担を 軽減する意味でも有効である。 As described above, in the present embodiment, the number of graphics to be determined is limited by a sharpening process that emphasizes the contrast between a mark and another portion, a noise removal process that uses an infrared filter, or the like. These processes are also effective in increasing the efficiency of the subsequent processes and reducing the load on the arithmetic unit.
[0038] (2)マーク検出部 51 (2) Mark Detector 51
前記マーク検出部 51は、撮像装置によって撮影された 1フレーム分の画像データ 中に、各マークに相当する画像が存在するカゝ否かを判別し、その撮影画像平面上に おける位置 (座標)を取得するものである。すなわち、撮像装置によって撮影された画 像中には、マーク以外のものが種々含まれているので、それらの画像中からマークに 相当するものを抽出する。 The mark detection unit 51 determines whether or not an image corresponding to each mark exists in one frame of image data captured by the imaging device, and determines a position (coordinate) on the captured image plane. Is what you get. That is, since images other than the marks are variously included in the image captured by the imaging device, an image corresponding to the mark is extracted from the images.
[0039] このようなマーク検出部 51の処理は、次のような判定処理を順次実行することにより 、撮像された図形中からマークを抽出する。 In the processing of the mark detection unit 51, a mark is extracted from a captured figure by sequentially executing the following determination processing.
(1)規定矩形の範囲内の連結成分である。 (1) Connected components within the range of the specified rectangle.
(2)各マークは、 3つの直線で囲まれている図形であるので、撮影された画像を構成 する画素を連結処理し、その中から枠状の図形のみを抽出する。 (2) Since each mark is a figure surrounded by three straight lines, the pixels constituting the captured image are connected, and only the frame-like figure is extracted from the connected image.
(3) 3つの直線力 構成されている枠である。 (3) Three linear forces.
以下、これらの処理について、順次説明する。 Hereinafter, these processes will be sequentially described.
[0040] (2- 1)寸法、画素数による判定処理 [0040] (2-1) Judgment processing based on dimensions and number of pixels
前記のようなフィルタ処理によって選別された判定対象の図形に対して、その図形 が規定矩形 (画像平面の垂直、水平方向の矩形)範囲内の領域に含まれるか否かを 判定する。すなわち、この判定は、判定対称となる図形の大きさ(図形の面積、図形 の領域に外接する矩形の幅'高さ)による判定であって、この判定は、次の 2つの処
理の少なくとも一方を実施する。 It is determined whether or not the graphic to be determined selected by the above filtering process is included in an area within a specified rectangle (rectangular in the vertical and horizontal directions of the image plane). That is, this determination is based on the size of the figure (the area of the figure and the width and height of the rectangle circumscribing the area of the figure) which are symmetrical to the determination. Implement at least one of
[0041] (a)領域が、有する画素数の総計による判定 (A) Judgment by Total Number of Pixels in Region
この処理は、マークは 3本の直線を含みし力も一定の大きさを有することから、一定 の領域内における画素数の割合が決まっている。すなわち、画素数が多くほとんど塗 りつぶされているような図形や、逆に画素数が少なすぎる図形は、たとえ寸法的にマ ーク候補であったとしても、 3本の直線を判別できないので、マーク候補から除外する ことができる。 In this process, since the mark includes three straight lines and the force has a certain magnitude, the ratio of the number of pixels in a certain area is determined. In other words, a figure with a large number of pixels and almost painted over, or a figure with too few pixels, on the other hand, cannot distinguish three straight lines even if they are mark candidates. , Can be excluded from mark candidates.
[0042] (b)判定対象となる図形の領域と外接する画像平面における水平、垂直方向の辺を 有する矩形の幅、高さによる判定を行う。すなわち、図 12の例で言えば、垂直方向矩 形幅 minと垂直方向矩形幅 max、および水平方向矩形幅 minと水平方向矩形幅 ma Xにより規定された矩形の範囲内にある領域のみを対称図形と判断する。図 12にお いて、図形 A, B, C, Dは、前記の条件を満たすものであるからマーク候補として判 定し、図形 E, Fは、前記領域よりも小さいかあるいは大きい図形であるためマークで はないと判定する。 (B) Judgment is performed based on the width and height of a rectangle having horizontal and vertical sides in an image plane circumscribing the area of the graphic to be determined. That is, in the example of FIG. 12, only the area within the rectangle defined by the vertical rectangle width min and the vertical rectangle width max, and the horizontal rectangle width min and the horizontal rectangle width max are symmetric. Judge as a figure. In FIG. 12, since figures A, B, C, and D satisfy the above conditions, they are judged as mark candidates, and figures E and F are figures that are smaller or larger than the area. Judge that it is not a mark.
[0043] (2— 2)輪郭追跡による直線検出 (2-2) Line Detection by Contour Tracking
前記の寸法、画素数による判定処理後、対象となった図形に対して、枠のエッジ部 分に直線の要素がどの程度含まれて 、るかを下記の通りに判定する。 After the above-described determination processing based on the size and the number of pixels, it is determined as to how much a linear element is included in the edge portion of the frame with respect to the target graphic as follows.
図 13において符号 Aは、対称図形の所定の一点力も選定された検査開始位置 (現 在位置)である。この現在位置 Aを中心として、上下、左右、斜めの 8方向をそれぞれ 図 13の表に示すように 4つの方向カテゴリに分類する。すなわち、現在位置 Aを中心 として、時計回りに、 In FIG. 13, reference numeral A denotes an inspection start position (current position) at which a predetermined one-point force of the symmetrical figure is also selected. With the current position A as the center, eight directions, up, down, left, right, and diagonally, are classified into four direction categories as shown in the table of FIG. In other words, clockwise around the current position A,
2, 3, 4方向…方向カテゴリ A 2, 3, 4 directions: Direction category A
4, 5, 6方向…方向カテゴリ B 4, 5, 6 directions: Direction category B
6, 7, 0方向…方向カテゴリ C 6, 7, 0 direction… Direction category C
0, 1, 2方向…方向カテゴリ D 0, 1, 2 directions… Direction category D
とする。また、現在位置 Aから判定対象図形の輪郭を追跡した場合に、方向変化が 生じるごとに、 1つ前の方向コード変化の場所を XI, Yl、今回の方向コードの変化 の場所を Χ2, Υ2とする。
[0044] ところで、「ディジタル直線の定義」として次のことが知られて 、る。 And When the contour of the figure to be determined is tracked from the current position A, every time a direction change occurs, the location of the previous direction code change is XI, Yl, and the location of the current direction code change is Χ2, Υ2 And By the way, the following is known as the “definition of digital straight line”.
[定理] [Theorem]
単純弧 αが連続画像上の線分のディジタルかであるための必要十分条件は、 αが コード特性を持つことである。このときの図形をディジタル線分またはディジタル直線 と呼ぶ。 A necessary and sufficient condition for a simple arc α to be a digital line segment on a continuous image is that α has a code characteristic. The figure at this time is called a digital segment or a digital straight line.
[0045] [性質] [0045] [Properties]
単純弧がディジタル直線であるための必要条件は、この単純弧を方向コードで表し たとき、次の (1)〜(3)がすべて成り立つことである。但し、方向コードはある画素から 隣の画素に向かう方向を 45° を単位として表したものであり、チェインコード、フリー マンコードと呼ばれる。 The necessary condition for a simple arc to be a digital straight line is that when the simple arc is represented by a direction code, the following (1) to (3) are all satisfied. However, the direction code represents the direction from one pixel to the next pixel in 45 ° units, and is called a chain code or Freeman code.
(1)方向コードは 2種類以内であり、し力もそれらは互いに 45度異なる。 (1) There are no more than two types of direction codes, and the forces differ by 45 degrees from each other.
(2)このコードの少なくとも一方は長さ 1の連でしか生じな!/、。 (2) At least one of these codes can only occur in runs of length 1! / ,.
(3)もう一方のコードは高々 2種類の長さの連を作る。そして、この 2種類の連の長さ は 1しか違わない。 (3) The other chord creates a run of at most two different lengths. And the lengths of these two runs differ only by one.
[0046] なお、これらの点にっ 、ては、非特許文献 1に詳し!/、。 These points are described in detail in Non-Patent Document 1.
非特許文献 1 :鳥脇純一郎著 画像理解のためのディジタル画像処理 (Π) 昭晃 堂発行 Non-Patent Document 1: Tokuwaki Junichiro Digital Image Processing for Image Understanding (Π) Published by Shokodo
[0047] ここで、輪郭追跡にぉ 、て上記の条件を満たさな 、時を、頂点予測点と呼ぶことに し、その数により、図形の縁に直線成分がどの程度含まれているかを判断する。例え ば、図 14 (A)のような画像においては、長い 3本の直線と、その各頂点部分における 短い線分が存在するが、このうち、各頂点部分の短い線分は前記 (1)〜(3)の条件を 満たすことがないので、デジタル直線とはカウントせず、この図形では 3本の長い線 分のみが直線として検出される。 Here, when the above condition is not satisfied in the contour tracking, a time when the above condition is not satisfied is referred to as a vertex prediction point, and the number of the points is used to determine how much a linear component is included in the edge of the figure. I do. For example, in the image shown in Fig. 14 (A), there are three long straight lines and short line segments at each vertex. Since the condition of (3) is not satisfied, it is not counted as a digital straight line, and only three long segments are detected as straight lines in this figure.
[0048] (2— 3)三角形の検出 [0048] (2-3) Triangle detection
但し、前記 (1)〜(3)の判定だけでは、円のように、一つ一つの小さな辺でできてい る場合、それらの辺はカウントされないため下記の条件も追加する必要がある。すな わち、図 14 (Β)のように短 、線分が組み合わされた凹部が形成されて 、る図形にお
いては、凹部を形成する短い線分は前記 (1)〜(3)の条件を満たさないために直線と はカウントされず、凹部以外の残るコ字型の 3本の直線が検出され、辺の数が 3の図 形として認識されてしまう。しかし、たとえ 3本の直線が検出されたとしても、このような 凹部を含む形状の図形は本発明の検出対象である三角形のマークではないので、 このような図形がマーク候補としては排除される必要がある。そこで、本実施形態で は、次のような条件を追加することにより、マーク候補である力否かを判定する。 However, if only the determinations in (1) to (3) above are made up of individual small sides, such as a circle, those sides are not counted, so the following conditions must be added. In other words, as shown in Fig. 14 (Β), a concave portion formed by combining short segments is formed, and Since the short line segment forming the concave portion does not satisfy the above conditions (1) to (3), it is not counted as a straight line, and three remaining U-shaped straight lines other than the concave portion are detected, and the edge is detected. Is recognized as a figure of 3. However, even if three straight lines are detected, such a figure including a concave portion is not a triangular mark to be detected by the present invention, and such a figure is excluded as a mark candidate. There is a need. Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not a force is a mark candidate by adding the following condition.
[0049] [追加条件] [0049] [Additional conditions]
輪郭追跡において、必ず、同じ方向変化カテゴリを取りつつ一回だけサイクルする すなわち、輪郭追跡時に、方向変化が生じる毎に、変化する方向の判定を行ない、 たとえば、追跡開始位置力もの方向変化カテゴリ Aを開始カテゴリとした場合に、方 向変化カテゴリ A—方向変化カテゴリ B—方向変化カテゴリ C一方向変化カテゴリ D 一方向変化カテゴリ Aまたは方向変化カテゴリ A—方向変化カテゴリ D—方向変化力 テゴリ C一方向変化カテゴリ B—方向変化カテゴリ Aのように、同一の方向変化カテゴ リが一回だけサイクルして、元の追跡開始位置に戻ることを、検出対象であるマーク 判定の条件とする。なお、このとき、開始カテゴリは規定せず、どの方向変化カテゴリ 力 追跡が開始されても良い。 In contour tracing, a cycle is performed only once while always taking the same direction change category. That is, during contour tracing, each time a direction change occurs, the direction of change is determined. , The direction change category A—direction change category B—direction change category C one-way change category D one-way change category A or direction change category A—direction change category D—direction change force Direction change category B—As in direction change category A, the same direction change category is cycled only once and returns to the original tracking start position. At this time, the start category is not specified, and any direction change category force tracking may be started.
[0050] このようにすると、図 14 (B)のように、凹部を含む図形においては、サイクルの途中 で異なる方向変化カテゴリを含むことになるので、この異なる方向変化カテゴリの存 在により、凹部を含む図形はマークでないと判別できる。 In this manner, as shown in FIG. 14 (B), a figure including a concave portion includes a different direction change category in the middle of a cycle. Can be determined as not a mark.
[0051] 前記のようなデジタル直線の定義および追加条件に従って、判定対象とした図形 について、直線抽出処理を行う場合のアルゴリズムは、次の通りである。 An algorithm for performing a straight line extraction process on a figure to be determined according to the definition of the digital straight line and the additional conditions as described above is as follows.
まず、判定対象とした図形の輪郭追跡を行うに当たり、輪郭追跡開始点を開始頂 点予測点とし、前記の条件 (デジタル直線の定義)を、満たさないときの位置を終了 頂点予測点として、下記の判定を行う。 First, in performing contour tracing of the figure to be judged, the contour tracing start point is set as the starting vertex predicted point, and the position where the above condition (definition of the digital straight line) is not satisfied is set as the ending vertex predicted point. Is determined.
[0052] (1)開始頂点予測点と終了頂点予測点間の距離を抽出した辺の大きさとし、以下の 判定'処理を行う。なお、ここで、辺の大きさの判定距離は、水平方向の差分と垂直 方向の差分の各絶対値の和(シティブロックの距離)とする。
(a)辺の大きさがあらかじめ定めたある規定の大きさであれば、開始頂点予測点と 終了頂点予測点の位置 (座標)を記憶し、辺の数をインクリメントし、終了頂点予測点 を次の辺の開始頂点予測点とするための更新処理を行う。 (1) The distance between the predicted start vertex point and the predicted end vertex point is defined as the size of the extracted side, and the following determination ′ processing is performed. Here, the determination distance of the side size is the sum of the absolute values of the difference in the horizontal direction and the difference in the vertical direction (distance between city blocks). (a) If the size of the side is a certain predetermined size, the positions (coordinates) of the predicted start vertex point and the predicted end vertex point are stored, the number of sides is incremented, and the predicted end vertex point is calculated. An update process is performed to set the start vertex prediction point of the next side.
(b)辺の大きさがある規定の大きさでなければ、終了頂点予測点を次の辺の開始頂 点予測点とする更新処理のみ行う。 (b) If the size of the side is not a certain specified size, only the updating process is performed with the predicted end vertex point as the predicted start vertex point of the next side.
[0053] (2)カテゴリ変化の判定 [0053] (2) Category change judgment
前記追加条件の変化サイクルでない場合は、マークでないとして、判定対象とした 図形に対する処理を中止する。 If the change cycle is not the change cycle of the additional condition, it is determined that the mark is not a mark, and the processing on the graphic as a determination target is stopped.
[0054] (3)辺の数の判定 (3) Determination of Number of Sides
輪郭追跡終了時において、前記 (1)および (2)の条件を満足した図形について、ィ ンクリメントした辺の数を検査し、辺の数が 3である場合には、その図形をマークであ ると判定する。この場合、その図形が有する各辺力 求める指標線分に相当する。す なわち、求めた辺は、開始頂点予測点と終了頂点予測点の 2点を通る直線となる。一 方、その図形の辺の数が 3でない場合には、その図形はマークではないと判定する。 At the end of the contour tracking, the number of the incremented sides is inspected for the figure satisfying the above conditions (1) and (2). If the number of sides is 3, the figure is marked. Is determined. In this case, each side force of the figure corresponds to an index line segment to be obtained. That is, the obtained side is a straight line passing through two points, the predicted start vertex point and the predicted end vertex point. On the other hand, if the number of sides of the figure is not 3, it is determined that the figure is not a mark.
[0055] (2— 4)枠の頂点の算出 [0055] (2-4) Calculation of vertex of frame
前記のようにして、マークとして判定された図形中力 抽出された 3直線より、 3つの 交点 (枠の頂点)を算出する。すなわち、前記 (1)の (b)の処理によって辺としてはカウ ントされて!/、な ヽ短 、直線が認識されて!、る場合のように(図 14 (A)参照)、図形中 で検出された 3直線の開始頂点予測点と終了頂点予測点は、必ずしも枠の頂点に位 置するとは限らない。そこで、前記マークの判別処理で、マークとして判定された図形 の 3直線より、各々各組み合わせの 2直線の交点を求め、それらの交点を枠が形成 する三角形の頂点とするための算出処理を行う。 As described above, three intersections (vertices of the frame) are calculated from the extracted three straight lines as the figure medium force determined as the mark. That is, as shown in FIG. 14 (A), the edge is counted as a side by the processing of (b) in (1) above, and a short line and a straight line are recognized (see FIG. 14 (A)). The start vertex predicted point and end vertex predicted point of the three straight lines detected in are not necessarily located at the vertices of the frame. Therefore, in the mark discrimination processing, the intersection of two straight lines of each combination is obtained from the three straight lines of the figure determined as the mark, and a calculation process is performed to set those intersections as the vertices of the triangle formed by the frame. .
[0056] (2— 5)マーク数の決定 [0056] (2-5) Determination of Number of Marks
以下、撮影されたすベての図形に対して、このような処理を行い、撮像平面上にい くつのマークが存在するかを判定していく。この場合、マークと判定された図形が 2〜 4の場合は、判定されたマーク数に応じたそれぞれの処理がなされる力 マークが 1 以下あるいは 5以上とあると判定された場合には、焦点や指示位置が判定できない ので、再び元の画像入力処理に戻り、撮像された図形中力 のマークの判定処理を
繰り返す。 Hereinafter, such processing is performed on all the captured figures, and it is determined how many marks are present on the imaging plane. In this case, when the number of figures determined to be marks is 2 to 4, the force to be processed according to the number of determined marks is 1 or less. And the designated position cannot be determined, so the processing returns to the original image input processing again, and the determination processing of the captured medium-strength mark is performed. repeat.
[0057] なお、マークと判定された図形が 5以上 (マークの設置個数以上)の場合には、さら にマークの判定基準を厳しくすることで、マーク候補図形を絞り込むことも可能である When the number of graphics determined to be a mark is 5 or more (more than the number of installed marks), it is possible to narrow down the mark candidate graphics by further strictly determining the mark.
。たとえば、マークを構成する枠の直線性の確か度合いを基準としたり、枠内部に含 まれる画像の形状や画素数を絞り込みの基準とすることができる。具体的には、枠の 内部に左右判別用の円形部を設けたマークでは、枠中に円形の図形が存在すること をマークとしての判定基準としたり、円形部を構成する画素数が一定の範囲内にある ことで、その図形をマークとして判定したり、枠内に円形部が存在しない側のマークに ついては、枠内に他の図形や一定数以上の画素が存在しないことをマークとしての 判定基準とする。 . For example, the degree of certainty of the linearity of the frame forming the mark can be used as a reference, or the shape and the number of pixels of an image included in the inside of the frame can be used as a reference for narrowing down. Specifically, in the case of a mark having a circular portion for left / right discrimination inside the frame, the presence of a circular figure in the frame is used as a criterion as a mark, or the number of pixels constituting the circular portion is fixed. If the figure is within the range, the figure is determined as a mark.If the mark does not have a circular part in the frame, the mark indicates that there is no other figure or a certain number of pixels in the frame. This is used as a criterion.
[0058] (3)マーク種別判別部 52 (3) Mark Type Discrimination Unit 52
前記マーク種別判別部 52は、マークがディスプレイの左右のどちら側に設けられた ものであるかを判別するものであって、前記マーク検出部 51の処理によってマークと 判定された図形について、枠の内部に塗りつぶし部が存在する力否かを検出し、そ の有無によって、ディスプレイの 、ずれの側に設けられたマークであるかの判別を行 なう。なお、この処理は、 3本の指標線分によって囲まれた領域内に、一定数以上の 画素が存在することを検出することで実施できる。 The mark type discriminating section 52 discriminates whether the mark is provided on the left or right side of the display. For the figure determined as a mark by the processing of the mark detecting section 51, the mark type is determined. It detects whether or not there is a painted portion inside and determines whether or not it is a mark provided on the side of the display that is shifted on the basis of the presence or absence of the filled portion. This processing can be performed by detecting that a certain number or more of pixels exist in a region surrounded by three index line segments.
[0059] (4)指標線分選定部 53 (4) Index Line Segment Selection Unit 53
(4 1)マーク位置の予測…基本的な考え方 (4 1) Mark position prediction: Basic concept
前記のようにして、各マークについて、その頂点の位置 (各マークの頂点の座標)が 算出され、撮像平面上における各マークの位置が判明した後は、撮像されたマーク に含まれるどの指標成分をどの方向に延長するかによって、撮像されて 、な 、マーク の位置の推測を行う。 As described above, for each mark, the position of the vertex (the coordinates of the vertex of each mark) is calculated, and after the position of each mark on the imaging plane is determined, any index component included in the captured mark is determined. According to the direction in which is extended, an image is taken, and the position of the mark is estimated.
[0060] (A)撮影されたマークが 4個 [0060] (A) Four shot marks
マークと判定された図形力 個の場合には、すべてのマークが撮像されているとし て、これら 4個のマークの撮像平面上における座標を基準として、画像平面の中心で ある撮像装置の光軸がディスプレイ表示平面の座標系のどの座標に位置しているか を算出する。なお、この処理については、前記の特許文献 1などに示されるとおり、公
知の技術である。 In the case of a figure power determined to be a mark, it is assumed that all marks have been imaged, and the optical axis of the imaging device, which is the center of the image plane, is determined based on the coordinates of these four marks on the imaging plane. Calculates where is located in the coordinate system of the display plane. This processing is publicly disclosed as shown in Patent Document 1 and the like. It is a technology of knowledge.
[0061] (B)撮影されたマークが 3個 (B) Three shot marks
マークと判定された図形が 3個の場合には、この 3個の図形に含まれた線分を利用 して、残る 1つのマークの位置を算出する。本実施形態においては、最低 2個のマー クが認識されれば他のマークの位置が算出できる力 この場合のように 3個のマーク が検出されている場合には、各マークの異なる方向の 3つの線分の交差点を求める ことにより、精度を向上させることができる。 If there are three figures determined to be marks, the position of the remaining one mark is calculated using the line segments included in these three figures. In this embodiment, if at least two marks are recognized, the position of another mark can be calculated if three marks are detected as in this case. Accuracy can be improved by finding the intersection of three line segments.
[0062] この交点を求める処理は次のように行う。まず、図 15に示すように、画像平面上の 座標を X, yとし、各マークに含まれる直線を y=ax+bで表し、検出された 3つのマー クをマーク 0、マーク 1、マーク 2とする。これらマーク 0からマーク 2が有する 3本の直 線それぞれその傾きと Y切片を調べると、 3本の直線のうち、 2本の直線については、 他のマークの直線と同じ傾きで同じ Y切片を有する。すなわち、撮像された 2つのマ ークには、同一直線上を通る線分がそれぞれ含まれているので、各マークの 3本の 直線について、その傾きと Y切片を調べると、各マークの 3本の直線のうち、 2本につ いては、他のマークの直線と同一の傾きと Y切片を持つものがある。このことは、マー クが 3つ撮影されているとすると、各マークについて、必ず 1本の直線は、他のマーク の直線と同一直線上を通ることがない。そして、撮影されていない第 4のマーク (マー ク 4)は、各マークの他のマークの直線と同一直線上を通ることがない 1本の直線の交 点上に位置することになる。 [0062] The process for finding this intersection is performed as follows. First, as shown in Fig. 15, the coordinates on the image plane are represented by X and y, the straight line included in each mark is represented by y = ax + b, and the three detected marks are marked 0, 1, and 3. Assume 2. Examining the slopes and Y intercepts of each of the three straight lines of these marks 0 to 2 reveals that two of the three straight lines have the same Y intercept with the same slope as the straight lines of the other marks. Have. In other words, since the two captured images each include a line segment passing on the same straight line, the inclination and Y intercept of the three straight lines of each mark are examined. Two of the straight lines have the same slope and Y intercept as the straight lines of the other marks. This means that if three marks are taken, for each mark, one straight line does not necessarily pass on the same line as the other marks. Then, the fourth unmarked mark (mark 4) is located on the intersection of one straight line that does not pass on the same straight line as the straight line of the other mark of each mark.
[0063] (C)撮影されたマークが 2個 [0063] (C) Two photographed marks
ディスプレイ側にマークを 4つ設置した状態にぉ 、て、マークが 2個撮像されるバタ ーンは、図 16のように大別して次の 6通りである。 When four marks are provided on the display side, the pattern in which two marks are imaged is roughly classified into the following six patterns as shown in FIG.
(1)上側のマークのみ撮像される場合 (左上マーク、右上マークのみ撮像) (1) When only the upper mark is imaged (only the upper left mark and upper right mark are imaged)
(2)下側のマークのみ撮像される場合 (左下マーク、右下マークのみ撮像)(2) When only the lower mark is imaged (only the lower left mark and lower right mark are imaged)
(3)右側のマークのみ撮像される場合 (右上マーク、右下マークのみ撮像)(3) When only the right mark is imaged (only the upper right mark and lower right mark are imaged)
(4)左側のマークのみ撮像される場合 (左上マーク、左下マークのみ撮像)(4) When only the left mark is imaged (only the upper left mark and lower left mark are imaged)
(5)対角のマークが撮像される場合…その 1 (左上マーク、右下マークのみ撮像)(5) When a diagonal mark is captured ... Part 1 (Only upper left mark and lower right mark are captured)
(6)対角のマークが撮像される場合…その 2 (左下マーク、右上マークのみ撮像)
[0064] 前記 (1)〜(6)については、いずれの場合においても、たとえば左側のマーク 2つが 撮像された (4)の状態を示す図 17のように、撮像された 2つのマークの直線成分の内 、方向が同一である直線を除いた 2直線同士の交点により、撮像されていない 2つの マークの位置を予測することができる。すなわち、図 17の右側のグラフに示すように、 マーク 0とマーク 1の直線の中で、同一の直線と思われる直線以外の 4本の直線の交 点の中力 残る 2つのマークの位置を予測する。この場合、まず、 4本の直線の交点 の中で、同じマークに派生する直線の交点は、そのマークの頂点を表すものであり、 残る 2つのマークとは無関係なので、排除する。 (6) When the diagonal mark is captured ... Part 2 (Only the lower left mark and upper right mark are captured) Regarding (1) to (6), in any case, for example, as shown in FIG. 17 showing the state of (4) in which two marks on the left side have been imaged, a straight line The intersection of two straight lines excluding the straight line having the same direction among the components makes it possible to predict the positions of two marks that are not imaged. In other words, as shown in the graph on the right side of Fig. 17, the neutral force of the intersection of four straight lines other than the straight line considered to be the same among the straight lines of mark 0 and mark 1 indicates the positions of the remaining two marks. Predict. In this case, first, among the intersections of the four straight lines, the intersections of the straight lines derived from the same mark represent the vertices of the mark, and are excluded because they have nothing to do with the remaining two marks.
[0065] (4- 2)マーク位置の予測…具体的なアルゴリズム (4-2) Prediction of Mark Position: Specific Algorithm
(4 2— 1)マークの頂点の識別 (4 2—1) Mark vertex identification
次に、各マークの 2本の直線同士の組み合わせによって生じる 4つの交点の中で、 本来のマーク 2とマーク 3の位置ではない箇所に生じる 2つの交点(例えば、図 17中 の P)を排除する必要があり、そのためには、推測するマーク位置を通る直線と通らな い直線とを区別する必要がある。そこで、本実施形態では、各マークの頂点の中で他 の頂点とは性質の違う頂点を識別することにより、前記の直線の区別を行う。 Next, of the four intersections caused by the combination of the two straight lines of each mark, two intersections (for example, P in Fig. 17) that occur at locations other than the original positions of mark 2 and mark 3 are eliminated. It is necessary to distinguish between a straight line passing through the estimated mark position and a straight line that does not pass. Therefore, in the present embodiment, the straight line is distinguished by identifying a vertex having a property different from that of the other vertices among the vertices of each mark.
[0066] 図 18は、頂点の識別の手法を示すものであって、図中左側は、マークとして判別さ れた図形であり、この図形には、 3つの頂点 a' , b ', c'が有るとする。同様に図示して いないが、マークとして判別された他の図形も 3つの頂点 d', e ' , f'を備えているとす る。この場合、各マークの頂点は、それぞれ識別されていない状態なので、頂点の符 号に「'」をつけて識別後の頂点の符号とは区別して 、る。 FIG. 18 shows a method of identifying vertices. The left side of the figure shows a figure identified as a mark, and this figure has three vertices a ′, b ′, and c ′. There is. Similarly, although not shown, it is assumed that another figure determined as a mark also has three vertices d ', e', and f '. In this case, since the vertices of the respective marks are not yet identified, the signs of the vertices are marked with “′” to distinguish them from the signs of the vertices after identification.
[0067] この状態で、 2つのマークを検討すると、各マークの頂点のうち 2つは、他のマーク の 2つの頂点を通る同一直線 L上に存在することになる。図 18の例であれば、図中 右側のように、 2つのマークの頂点 a' , b ' , d' , e'が同一直線 L上に位置する。そこ で、この同一直線 L上に位置しない頂点 c', f'をそれぞれ各マークの頂点 c, fと定め 、残りの 2頂点を任意に a, bと d, eとする。これにより、各マークについて、性質の異な る頂点 c, fを基準とした各頂点の識別が可能となる。 In this state, when examining the two marks, two of the vertices of each mark are on the same straight line L passing through the two vertices of the other mark. In the example of FIG. 18, the vertices a ′, b ′, d ′, and e ′ of the two marks are located on the same straight line L, as shown on the right side in the figure. Therefore, vertices c 'and f' not located on the same straight line L are defined as vertices c and f of each mark, respectively, and the remaining two vertices are arbitrarily defined as a, b and d, e. As a result, for each mark, each vertex can be identified based on the vertices c and f having different properties.
[0068] (4— 2— 2)ベクトルの向きを揃える [0068] (4—2—2) Align the directions of the vectors
前記のようにして、各マークについて頂点が決定された後は、同一直線上に位置す
る各マークの直線、すなわち、マーク 01の直線 abとマーク 02の直線 deによって定ま るベクトルの向きをそろえる。すなわち、各マークにおいて、頂点 a, bと d, eは任意に 定めているため、同一直線上に配置された直線上の直線 ab, deによって示されるベ タトルの向きが一致するとは限らない。そこで、次のような規則に基づいて、ベクトル の向きを一致させる。 After the vertices are determined for each mark as described above, they are located on the same straight line. The direction of the vector determined by the straight line of each mark, that is, the straight line ab of the mark 01 and the straight line de of the mark 02 is aligned. That is, since the vertices a and b and d and e are arbitrarily determined in each mark, the directions of the vectors indicated by the straight lines ab and de on the same straight line are not always the same. Therefore, the directions of the vectors are matched based on the following rules.
(1) ab = k - de k> 0の時(内積:正の値)ならば、そのまま何もしない。 (1) If ab = k-de k> 0 (inner product: positive value), do nothing.
(2) ab = k - de kく 0の時(内積:負の値)ならば、頂点 a, bを交換する。 (2) If ab = k-dek 0 0 (inner product: negative value), exchange vertices a and b.
(ここで、必ず、 abと deを同じ向きになるように調整する。 ) (Here, be sure to adjust ab and de so that they are in the same direction.)
[0069] (4 2— 3)推測されるマーク位置の決定 (4 2— 3) Determination of Estimated Mark Position
次に、撮像されている 2つのマークの種類が異なる場合、上側や下側のマークが撮 像されて 、るの力 もしくは対角の位置にあるマークが撮像されて 、るのかによつて、 直線の組み合わせの抽出の条件が異なるため判断する必要がでてくる。この撮像パ ターンには、図 19に示すように、 3つのパターンが存在するので、各パターンごとに 各マークの頂点の位置を決定する。 Next, when the types of the two marks being imaged are different, depending on whether the upper or lower mark is imaged and the mark at the diagonal position or the mark at the diagonal position is imaged, Since the conditions for extracting the combination of straight lines are different, it is necessary to make a determination. Since there are three patterns in this imaging pattern as shown in FIG. 19, the position of the vertex of each mark is determined for each pattern.
[0070] (a)撮像パターン 1 (右側、左側マークのみ撮像された場合) [0070] (a) Imaging pattern 1 (when only right and left marks are imaged)
このパターンにおいては、前記のように、撮像された 2つベクトルの向きが同一とな るように各マークの頂点 a, b, cと d, e, fが定められている状態で、外積: ab X ac符号 を oc、外積 de X dfの符号を βとすると、 α = β (同符号)になる。そこで、撮像された 各マークの直線 caと直線 fdの交点が撮像されていない第 1のマークの位置となり、直 線 cbと直線 feの交点が撮像されて ヽな 、第 2のマークの位置となる。 In this pattern, as described above, with the vertices a, b, c and d, e, f of each mark determined so that the directions of the two captured images are the same, the cross product: If the sign of the ab X ac code is oc and the sign of the outer product de X df is β, then α = β (same sign). Therefore, the intersection of the straight line ca and the straight line fd of each imaged mark is the position of the first mark that is not imaged, and the intersection of the straight line cb and the straight line fe is imaged. Become.
[0071] (b)撮像パターン 2 (上側、下側マークのみ撮像された場合) (B) Imaging pattern 2 (only upper and lower marks are imaged)
このパターンにおいても、撮像された 2つベクトルの向きが同一となるように各マーク の頂点 a, b, cと d, e, fが定められている状態で、外積: ab X ac符号を α、外積 de X dfの符号を |8とすると、前記撮像パターン 1と同様に α = β (同符号)になる。そして 、撮像された各マークの直線 caと直線 fdの交点が撮像されていない第 1のマークの 位置となり、直線 cbと直線 feの交点が撮像されていない第 2のマークの位置となる。 Also in this pattern, with the vertices a, b, c and d, e, f of each mark determined so that the directions of the two captured images become the same, the outer product: ab X ac code is set to α If the sign of the outer product de X df is | 8, α = β (same sign) as in the imaging pattern 1 described above. Then, the intersection of the straight line ca and the straight line fd of each imaged mark is the position of the first mark not imaged, and the intersection of the straight line cb and the straight line fe is the position of the second image not imaged.
[0072] (c)撮像パターン 3 (対角に位置するマークが撮像された場合) (C) Imaging pattern 3 (when a diagonally located mark is imaged)
このパターン 3において、撮像された 2つベクトルの向きが同一となるように各マーク
の頂点 a, b, cと d, e, fが定められている状態で、外積: ab X ac符号を α、外積 de X dfの符号を |8とすると、 α≠ β (異符号)になる。そして、撮像された各マークの直線 caと直線 feの交点が撮像されていない第 1のマークの位置となり、直線 cbと直線 fdの 交点が撮像されて 、な 、第 2のマークの位置となる。 In this pattern 3, each mark was taken so that the directions of the two captured images would be the same. When the vertices a, b, c and d, e, f of are defined, the outer product: ab X ac code is α, and the outer product de X df is | 8, then α (β (other sign) Become. Then, the intersection of the straight line ca and the straight line fe of each imaged mark is the position of the first mark that is not imaged, and the intersection of the straight line cb and the straight line fd is imaged, and is the position of the second mark. .
[0073] しかし、本実施の形態においては、このような撮像パターン 3が検出された場合 半 β )には、撮像エラーとして、再度、撮像処理を行わせるようにする。すなわち、こ の撮像パターン 3が生じるのは、撮像装置が被写体に力なり近づき、し力も、光軸を 中心にして回転した場合であるが、実際の撮像装置の使用態様、たとえば、一般的 なシユーティングゲームによる照準やプレゼンテーション装置におけるポインタの使 用時には、撮像装置がそのような状態となることは不自然であり、ほとんどあり得ない 。そこで、本実施形態においては、このような撮像パターン 3を検出した場合には、ェ ラーとして使用者に対して再度の撮像を促すようにする。 However, in the present embodiment, when such an imaging pattern 3 is detected (half β), the imaging process is performed again as an imaging error. In other words, this imaging pattern 3 occurs when the imaging device approaches and approaches the subject, and the force also rotates around the optical axis. When aiming in a shooting game or using a pointer in a presentation device, it is unnatural and almost impossible for the imaging device to be in such a state. Therefore, in the present embodiment, when such an imaging pattern 3 is detected, the user is prompted to perform another imaging as an error.
[0074] なお、このような撮像パターン 3において、エラーとせずに撮像されていない 2つの マークの位置を算出する場合には、撮像されたどちらかのマークにおいてそれぞれ 上下のマークが明確になるようにマークの形状を変更する必要がある。つまりマーク の形状としては 3種類のマークを用意する必要がでてくることに注意する。その理由 は、次の各マーク位置の頂点決め処理を行う場合に、 2種類の異なる形状のマーク だけでは、 4つのマークの位置を特定できなくなる力もである。 [0074] In such an imaging pattern 3, when calculating the positions of two marks that have not been imaged without causing an error, the upper and lower marks of each of the captured marks are made clear. It is necessary to change the shape of the mark. In other words, note that it is necessary to prepare three types of marks as mark shapes. The reason is that when performing the following vertex determination processing for each mark position, there is also a force that makes it impossible to specify the positions of the four marks only with marks of two different shapes.
[0075] また、これらの交点計算するための直線の組み合わせ判定は、ディスプレイ側に設 けるマークの点数を減少させるためではなぐ撮像装置による指示可能範囲を拡大 するために、ディスプレイ側に 4つのマークを設けた場合のみ考える必要があり、ディ スプレイ側に設けるマーク点数を減らす場合 (たとえば 2つとした場合)は、撮像され た 2つのマークが、ディスプレイの何処に設置しているマークかは既知であるため必 要がない。 [0075] In addition, the determination of the combination of straight lines for calculating these intersections is based on four marks on the display side in order to increase the range that can be pointed by the imaging device rather than to reduce the number of marks on the display side. It is necessary to consider only when the mark is provided, and when reducing the number of marks to be provided on the display side (for example, when the number of marks is two), it is known where the two marks taken on the display are located. There is no need for it.
[0076] (5)未撮像マーク位置演算部 54 (5) Unimaged Mark Position Calculation Unit 54
(5— 1)未撮像マークの座標の演算 (5-1) Calculation of coordinates of non-imaging mark
前記のようにして、指標線分選定部 53により、撮像された 2つのマークのどの指標 線分の組み合わせにより未撮像のマークの位置を演算するかが決定された後は、こ
の未撮像マーク位置演算部 54により、選定された指標線分の組み合わせに従!、そ の延長線の交点の座標を演算することで、 2つの未撮像のマークの位置 (画像平面 上における座標)を演算する。 As described above, after the index line segment selection unit 53 determines which combination of the index line segments of the two picked-up marks should be used to calculate the position of the unimaged mark, In accordance with the combination of the index line segments selected by the non-imaging mark position calculation unit 54 of! By calculating the coordinates of the intersection of the extension lines, the positions (coordinates on the image plane) of the two unimaged marks are calculated.
[0077] (5— 2)各マーク位置の頂点決め処理 (5-2) Vertex Determination Processing for Each Mark Position
前記のようにして、撮像されていない 2つのマークの位置 (座標)が、撮像されたマ ークに含まれて 、る線分の延長線の交点として求められた後は、マーク 0〜マーク 3 がディスプレイに設けられたどのマークに対応する力、すなわち、 4つのマークの識別 (4つのマークによって形成される四角形の頂点決め)を行う。なお、以下の説明にお いて、符号 A, B, C, Dは、マーク 0〜マーク 3の識別位置を示し、上記で述べた各マ ークでの 3つの交点 a, b, c,……を示しているのではない。また、撮像されたマーク を A, Bとし、交点によって推測されたマークを C, Dとする。 As described above, after the positions (coordinates) of the two marks that have not been imaged are included in the imaged marks and determined as the intersections of the extended lines of the circle, the marks 0 to 3 is a force corresponding to any mark provided on the display, that is, four marks are identified (vertexes of a square formed by four marks). In the following description, symbols A, B, C, and D indicate the identification positions of marks 0 to 3 and the three intersections a, b, c,. It does not indicate ... Also, let A and B denote the captured marks and C and D denote the marks estimated by the intersection.
[0078] ただし、検出マークが 3点であるときは、検出したマークの内、 2点対で検出された マークがわかるため、 1点しか検出されなかったマークを C、 3直線の交点より推測し た Dとして、以下述べる 2つのマークが撮像された場合と同様な処理により、 4つのマ ークの頂点決めを行う。 [0078] However, when the number of detected marks is three, since marks detected in pairs of the detected marks are known, the mark in which only one point is detected is estimated from the intersection of C and three straight lines. As D, the vertices of the four marks are determined by the same processing as when two marks described below are imaged.
[0079] この頂点決めの前提として、撮像されたマーク特徴(内部の円形部の有無)によつ て、マークの種類は明確になっており、且つ、上記のマーク位置の予測処理におい て、どのマークの組み合わせが撮像されたかは明確になっている。そして、図 20のよ うに、内部の円形部を含むマークを左側、含まないマークを右側とし、それぞれ左上 より、反時計回りにマーク 0〜3とする。また、検出されたマークが左側マーク 2点、右 側マーク 2点、異なる種類のマークの 2点に分けて、頂点決めの処理を行う。 [0079] As a premise of this vertex determination, the type of the mark is clear based on the imaged mark feature (presence or absence of an inner circular portion), and in the mark position prediction processing described above, It is clear which combination of marks has been imaged. Then, as shown in FIG. 20, marks including the inner circular portion are referred to as the left side, and marks not including the inner circular portion are referred to as the right side. Vertices are determined by dividing the detected mark into two points: a left mark, two right marks, and two different types of marks.
[0080] (1)検出マークが左側のマーク 2点であることは既知の場合 [0080] (1) When it is known that the detection mark is the two marks on the left side
(推測マーク:マーク 2, 3) (Guess mark: mark 2, 3)
AB XACの外積を行う。 Performs cross product of AB XAC.
AB X ACの符号が正であるならば、左上が A、左下が B If the sign of AB X AC is positive, upper left is A, lower left is B
AB X ACの符号が負であるならば、左上が B、左下が A If the sign of AB X AC is negative, upper left is B, lower left is A
AC X ADの外積を行う Perform cross product of AC X AD
AC XADの符号が正であるならば、右下が C、右上が D
AC X ADの符号が負であるならば、右下が D、右上が C If the sign of AC XAD is positive, lower right is C, upper right is D If the sign of AC X AD is negative, the lower right is D and the upper right is C
[0081] (3)検出マークが右側のマーク 2点であることは既知 [0081] (3) It is known that the detection mark is two points on the right side.
(推測マーク:マーク 0, 1) (Guess mark: mark 0, 1)
AB XACの外積を行う Perform cross product of AB XAC
AB X ACの符号が正であるならば、右下が A、右上が B If the sign of AB X AC is positive, lower right is A, upper right is B
AB X ACの符号が負であるならば、右下が B、右上が A If the sign of AB X AC is negative, B is lower right and A is upper right
AC X ADの外積を行う Perform cross product of AC X AD
AC XADの符号が正であるならば、左上が C、左下が D If the sign of AC XAD is positive, the upper left is C and the lower left is D
AC XADの符号が負であるならば、左上が D、左下が C If the sign of AC XAD is negative, the upper left is D and the lower left is C
[0082] (2)/(4)検出マークの 1点 (A)が左側、もう 1点 (B)が右側であることは既知 [0082] (2) / (4) It is known that one point (A) of the detection mark is on the left side and the other point (B) is on the right side.
AB XACの外積を行う Perform cross product of AB XAC
(a) AB X ACの符号が正であるならば、右下が B、左下が A (a) If the sign of AB X AC is positive, lower right is B and lower left is A
AC XADの外積を行う Perform cross product of AC XAD
AC XADの符号が正であるならば、左上が D、右上が C If the sign of AC XAD is positive, the upper left is D and the upper right is C
AC XADの符号が負であるならば、左上が C、右上が D If the sign of AC XAD is negative, the upper left is C and the upper right is D
(b) AB X ACの符号が負であるならば、左上が A、右上が B (b) If the sign of AB X AC is negative, A is in the upper left and B is in the upper right
AC XADの外積を行う Perform cross product of AC XAD
AC XADの符号が正であるならば、左下が C、右下が D If the sign of AC XAD is positive, lower left is C and lower right is D
AC XADの符号が負であるならば、左下が D、右下が C If the sign of AC XAD is negative, the lower left is D and the lower right is C
[0083] (5)/(6)検出マークの 1点 (A)が左側、もう 1点 (B)が右側であることは既知 [0083] (5) / (6) It is known that one point (A) of the detection mark is on the left side and another point (B) is on the right side.
このように斜めの 2つのマークが撮像された場合は、前記のような外積による手法で は、各マークの特定は無理となり頂点の検出は不可となる。そのため、前記のように 本実施形態では、撮像パターン 3のようなマークの組み合わせの場合には、再度の 撮像処理を求め、この (5)Z(6)のような撮像パターンが生じないようにしている。もちろ ん、左右を区別する 2種類のマークにカ卩えて、左上下のマークを異なる形状にして区 別することができれば (合計 3種類のマークを用意することになる)、この (5)Z(6)の場 合でも 4つの頂点の識別が可能になる。 When two oblique marks are picked up in this way, it is impossible to specify each mark by the above-described method using the cross product, and the vertex cannot be detected. For this reason, as described above, in the present embodiment, in the case of a combination of marks such as the imaging pattern 3, a re-imaging process is required to prevent the occurrence of the imaging pattern (5) Z (6). ing. Of course, if it is possible to combine two types of marks that distinguish left and right, and to distinguish the upper and lower left and right marks in different shapes (to prepare a total of three types of marks), this (5) In the case of Z (6), four vertices can be identified.
[0084] (6)相対座標検出部 55
この相対座標検出部 55においては、画像平面上における 4つのマークの座標と、 ディスプレイ表示平面上におけるディスプレイの四隅に設けられている各マークの座 標とに基づ 、て、撮像画像平面の座標系とディスプレイ表示平面の座標系との透視 射影変換処理を行うことにより、両座標系の相対的な位置関係を算出する。そして、 両座標系の相対的な位置関係が判明すると、たとえば、撮像装置の中心 (光軸上) にある指示部がディスプレイ表示面のどの位置を指示しているかを算出することがで きるので、その演算結果をディスプレイ制御装置 6に出力することにより、ディスプレイ 上に撮像装置の中心が指示しているポイントを表示させることが可能になる。 (6) Relative coordinate detection unit 55 In the relative coordinate detecting unit 55, based on the coordinates of the four marks on the image plane and the coordinates of the marks provided at the four corners of the display on the display plane, the coordinates of the captured image plane are obtained. By performing perspective projection conversion processing between the system and the coordinate system of the display plane, the relative positional relationship between the two coordinate systems is calculated. When the relative positional relationship between the two coordinate systems is determined, for example, it is possible to calculate which position on the display surface of the display unit is indicated by the indicator at the center (on the optical axis) of the imaging device. By outputting the calculation result to the display control device 6, it is possible to display the point indicated by the center of the imaging device on the display.
[0085] なお、撮像画像平面上における 4つのマークの座標が算出された後の透視射影変 換処理による指示位置の特定は、特開平 8— 71252号公報、特開昭 2001— 1480 25号公報、および本出願人の出願に力かる特願 2002— 300478号に記載されて いるように公知の技術であるから、本発明において、この部分処理の手法はどのよう なものを採用しても良い。 [0085] Note that the specification of the designated position by the perspective projection conversion process after the coordinates of the four marks on the captured image plane are calculated is described in JP-A-8-71252 and JP-A-2001-148025. , And Japanese Patent Application No. 2002-300478, which is filed by the applicant of the present invention, is a known technique. Therefore, in the present invention, any method may be employed for this partial processing. .
[0086] 3.装置全体の動作 [0086] 3. Operation of the entire device
次に、本実施例の位置検出装置の動作について、図 2のフローチャートによって説 明する。本実施例の処理は、大別して、(1)撮像された画像平面上の画素中からマ ークを判別する処理と、 (2)判別されたマークによる撮像されて ヽな 、マークの位置 を判定する処理とからなる力 フローチャートに記載した各ステップの詳細な動作に ついては、既に、本実施例のアルゴリズムの欄で説明したので、その詳細は省き、装 置がどのような順序で、各処理を実行するかを説明する。 Next, the operation of the position detection device of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The processing according to the present embodiment is roughly divided into (1) processing of determining a mark from pixels on the imaged image plane, and (2) determining the position of the mark when the image is captured by the determined mark. The detailed operation of each step described in the flowchart is already described in the section of the algorithm of the present embodiment, so the details are omitted, and the processing is performed in any order by the device. Will be described.
[0087] また、このフローチャートは、撮像装置によって撮像された画像平面上の図形に対 して行なう画像処理を示すものであって、この前段階として、撮像装置としては、あら 力じめ赤外線透過フィルタを使用し、なるべく図形が発生しないような構造にしておく 。そのようにすることで、可視光領域での画像と比較し、ある程度図形の数は制限で きる。 [0087] This flowchart shows image processing to be performed on a figure on an image plane captured by the imaging device. As a pre-stage, the imaging device needs to be able to transmit infrared rays in advance. Use a filter and make the structure as small as possible. By doing so, the number of figures can be limited to some extent compared to an image in the visible light region.
[0088] (1)マークの判別処理 (1) Mark Discrimination Processing
(ステップ 01) (Step 01)
赤外線透過フィルタにより、赤外領域の光により画像平面上に結像した画像に対し
て、鮮鋭化処理、二値化処理による対象領域の抽出を行なう。すなわち、他の図形と マークを区別するために、マーク自身は、近赤外領域の波長を使用する等を行い、 撮像装置にフィルタを設置することによってあらかじめ発生する図形の数を抑制する 手段をとる。 With the infrared transmission filter, the image formed on the image plane by the light in the infrared region Then, a target area is extracted by a sharpening process and a binarizing process. That is, in order to distinguish a mark from another figure, the mark itself uses a wavelength in the near-infrared region or the like, and means for suppressing the number of figures generated in advance by installing a filter in the imaging device. Take.
(ステップ 02) (Step 02)
撮像され画像平面上に表示される図形中から、枠状の図形、すなわち内部に穴を 含む形状の図形のみをマークの判断の対象とするために、ステップ 01によって抽出 されたすべての画素に対して、連結処理を行なう。 In order to judge only the frame-shaped figure, that is, the figure including the hole inside, from the figures captured and displayed on the image plane, all the pixels extracted in step 01 are determined. Then, the connection processing is performed.
(ステップ 03) (Step 03)
連結処理された画素によって構成される図形が、 (1)枠状のもの力、 (2)内部に塗り つぶし部(円形部)が存在するものであるかの判別を行なう。すなわち、 (1)の処理に おいて、枠状の図形以外は、マークでないと判別して、マーク候補から除外する。ま た、(2)の処理において、マーク候補として判定された図形について、枠の内部に塗 りつぶし部がある力否かを判定する。なお、この塗りつぶし部の判別は、以下のステツ プでマークと判定された図形につ 、て、それがディスプレイの左右 、ずれかの側にあ るかを判定するために使用される。 It is determined whether the figure composed of the pixels subjected to the connection processing is (1) a frame-like figure, and (2) a figure having a painted part (circular part) inside. That is, in the processing of (1), it is determined that a figure other than a frame-shaped figure is not a mark, and is excluded from mark candidates. Also, in the process (2), it is determined whether or not the figure determined as a mark candidate is a force having a painted portion inside the frame. The determination of the painted portion is used to determine whether the figure determined to be a mark in the following step is on the left, right, or on the side of the display.
[0089] (ステップ 04) [0089] (Step 04)
マーク候補の図形が、規定矩形の範囲内の連結成分であることを検査する。すな わち、マークとなるべき図形は、一定範囲の寸法に収まるはずであるから、範囲外の 図形については、マークでないと判定する。 It is checked that the mark candidate graphic is a connected component within the range of the specified rectangle. In other words, a figure to be a mark should fall within a certain range of dimensions, and a figure outside the range is determined to be not a mark.
(ステップ 05) (Step 05)
ステップ 04においてマーク候補とされた図形について、それらが 3つの直線力も構 成されて!/ヽる枠であるカゝ否かの判定を行なう。 It is determined whether or not the figure which is a mark candidate in step 04 is a frame in which three linear forces are also formed!
(ステップ 06) (Step 06)
ステップ 05において検出されたマークは、 3本の線分 (指標線分)を含むものである 力 判別された線分の端点がそのまま三角形の頂点とは限らない。そこで、検出され た 3本の直線の交点力も枠の頂点座標を検出する。 The mark detected in step 05 includes three line segments (index line segments). The end point of the line segment determined to be force is not necessarily the vertex of a triangle. Therefore, the vertex coordinates of the frame are also detected for the intersection force of the three detected straight lines.
[0090] 以上の通り、前記各ステップを順次実行することにより、撮像された画像中からマー
クとなる図形を、一例として、次のように判定する。 [0090] As described above, by sequentially executing the above steps, the marker is extracted from the captured image. For example, the figure to be determined is determined as follows.
左マーク:内部に塗りつぶし部が存在し、 3つの直線で構成される枠 Left mark: A frame with a solid part inside and three straight lines
右マーク:内部に塗りつぶし部が存在せず、 3つの直線で構成される枠 Right mark: A frame consisting of three straight lines with no painted part inside
この場合、マークの数はディスプレイ側に設置したマークの数以下の 0〜4の範囲 にあるはずである。しかし、(1)のマーク判別処理において、マークの設置数以上に 対象となる図形が存在する場合は、内部点の形状もしくは枠の直線性の確か度合 、 の比較等行うこともできる。 In this case, the number of marks should be in the range of 0 to 4 less than the number of marks installed on the display side. However, in the mark discrimination processing of (1), when there are more target figures than the number of marks to be set, it is also possible to compare the certainty of the shape of the internal point or the linearity of the frame.
[0091] (2)マーク位置の判定処理 [0091] (2) Mark position judgment processing
前記のようにしてマークとなる図形の判別がなされた後は、判別されたマーク数に 応じて、撮像された各マークの位置と、これら撮像された各マーク力 推測される撮 像されて ヽな 、マークの位置の判定を行なう。 After the figure to be a mark is determined as described above, the position of each imaged mark and the strength of each imaged mark are estimated according to the number of determined marks. The position of the mark is determined.
(ステップ 07) (Step 07)
4つのマークが検出された力否かを判定し、 4つのマークが判定されて 、る場合に は、次のステップ 13の 4つのマークの頂点の識別処理に進む。一方、マークが 4っ検 出されなかった場合には、ステップ 08の 3つのマークが検出された力否かの判別処 理に進む。なお、この判定において、各マークに同一の直線が含まれることも入れる ことで、前記(2)のマーク図形判定処理にぉ 、てマーク候補として判定された図形で あっても、同一の直線を含まないものは、本来のマークでないと判定することもできる 。この同一直線を含むか否かの判定は、後述するステップ 08, 10のおいてマークの 個数を判定する場合にも同様に実施することにより、撮像された図形中からマークを 選定する場合の精度が向上する。 It is determined whether or not the four marks have been detected. If the four marks have been determined, the process proceeds to the next step 13 of identifying the vertices of the four marks. On the other hand, if four marks have not been detected, the process proceeds to step 08 for determining whether or not the three marks have been detected. In this determination, by including that the same straight line is included in each mark, the same straight line is determined even if the mark is determined to be a mark candidate in the mark figure determination process of (2). Those not included can be determined as not the original mark. The determination of whether or not to include the same straight line is performed in the same manner when determining the number of marks in steps 08 and 10 described later, so that the accuracy in selecting the marks from the captured figures can be improved. Is improved.
[0092] (ステップ 08) [0092] (Step 08)
3つのマークが検出された場合には、次のステップ 09に進み、 3直線の交点から残 る 1つのマークの位置を求める。一方、 3つのマークが検出されなかった場合には、 次のステップ 10の 2つのマークが検出されたか否かの判定に進む。 When three marks are detected, the process proceeds to the next step 09, and the position of one mark remaining from the intersection of the three straight lines is obtained. On the other hand, if three marks have not been detected, the process proceeds to the next step 10 to determine whether two marks have been detected.
(ステップ 09) (Step 09)
このステップでは、 3つのマークの指標線分うち、他のマークの指標線分と同じ直線 上にない指標線分を各マーク力 抽出し、これら 3本の指標線分の延長線の交点か
ら残る 1つのマークの位置を求める。なお、この場合、 3つのマークの中力も選択する 2つのマークが有する指標線分の組み合わせから、残る 1つのマークの位置を推測し ても良い。そして、残る 1つのマークの位置が推測された後は、撮像された 3つのマー クと推測された 1つのマークの位置に基づいて、次のステップ 13に進み、 4つのマー クの頂点の識別を行なう。 In this step, of the three mark index line segments, the index line segments that are not on the same straight line as the other mark index line segments are extracted for each mark force. Find the position of one remaining mark. In this case, the position of the remaining one mark may be estimated from the combination of the index line segments of the two marks that also selects the neutral force of the three marks. After the positions of the remaining one mark have been estimated, the process proceeds to the next step 13 based on the three images captured and the estimated position of the one mark, and identifies the vertices of the four marks. Perform
[0093] (ステップ 10) [0093] (Step 10)
このステップでは、検出されたマークが 2つか否かの判定を行なう。マークが 2つの 場合には、ステップ 11の直線組合せの決定に進み、マークが 2つでない場合、すな わち、撮像されたマークが 1つ以下の場合には、他のマーク位置の推測が不可能で あるとし、ステップ 15の無限ループ処理を介して、次の撮像画像に対する処理を行 なうため、ステップ 01に戻る。なお、前記(1)マーク判別処理において、マークの設 置個数以上にマークと判定された図形がある場合、マーク判別処理において、マー ク個数を 4つ以下にする代わりに、このステップ 10において、 5つ以上のマークがある 場合には、マークの位置決めを行なわずに、次の撮像画像に対する判定処理を行な うためにステップ 01に戻るように構成することも可能である。 In this step, it is determined whether there are two detected marks. If there are two marks, proceed to step 11 to determine the straight line combination.If there are not two marks, that is, if there are not more than one imaged mark, the estimation of other mark positions is performed. If it is impossible, the process returns to step 01 to perform the process for the next captured image via the infinite loop process of step 15. In the above (1) mark discriminating process, if there are figures determined to be more than the number of marks to be set in the mark discriminating process, in the mark discriminating process, instead of reducing the number of marks to four or less, When there are five or more marks, it is also possible to configure so as to return to step 01 in order to perform the determination processing for the next captured image without positioning the marks.
[0094] (ステップ 11) [0094] (Step 11)
前記ステップ 10において、撮像されたマークが 2つであると判定された場合には、こ のステップ 11において、 2つのマークに含まれている指標線分のうち、どの指標線分 の組合せにより撮像されて 、な 、マークの位置を推測するかと!/、う、指標線分の組合 せの選択処理を実行する。この処理は、既に述べたように、 2つのマークの頂点の中 で同一直線上にないものを選択し、それを基準として各マークの頂点の識別を行なう ことで、交点検出のために使用する指標線分を選定するものである。 If it is determined in step 10 that the number of the captured marks is two, in step 11, which of the index line segments included in the two marks is imaged is used. Then, whether to guess the position of the mark! /, U, and executes the selection process of the combination of the index line segments. In this process, as described above, two vertices of a mark that are not on the same straight line are selected, and the vertices of each mark are identified based on the selected vertices, which is used for intersection detection. An index line segment is selected.
(ステップ 12) (Step 12)
ステップ 11にお 、て、 2つのマークのどの指標線分を利用するかが決定された後は 、それらの指標線分の延長線の交点を求め、それを撮像されていない 2つのマーク の位置と推測する。 After it is determined in step 11 which index line segment of the two marks is to be used, the intersection of the extension lines of those index line segments is determined, and the intersection of the extension lines of the two mark segments that have not been imaged is determined. I guess.
[0095] (ステップ 13) [0095] (Step 13)
前記のステップ 07, 09, 12の処理の結果、撮像されたマーク及び推測されたマー
クの画像平面上における座標が判別するので、このステップ 13においては、これら 4 つのマークがディスプレイの四隅のどの位置に相当する力、すなわち、ディスプレイ の表示画面をなす四角形の頂点と 4つのマークの対応関係を決定する。 As a result of the processing in steps 07, 09, and 12 described above, the imaged mark and the inferred mark In step 13, these four marks are the forces corresponding to any of the four corners of the display, that is, the vertices of the squares forming the display screen of the display and the four marks are determined. Determine the correspondence.
[0096] (ステップ 14) [0096] (Step 14)
このステップ 14においては、画像平面上における 4つのマークの座標と、ディスプレ ィ表示平面上におけるディスプレイの四隅に設けられている各マークの座標とに基づ V、て、撮像画像平面の座標系とディスプレイ表示平面の座標系との透視射影変換処 理を行うことにより、画像平面の中心である撮像装置の光軸がディスプレイ表示平面 の座標系のどの座標に位置しているかを算出する。 In this step 14, based on the coordinates of the four marks on the image plane and the coordinates of each mark provided at the four corners of the display on the display plane, V and the coordinate system of the captured image plane By performing a perspective projection conversion process with the coordinate system of the display plane, the coordinates of the optical axis of the imaging device, which is the center of the image plane, in the coordinate system of the display plane are calculated.
[0097] (ステップ 15) [0097] (Step 15)
以上のようにして、撮像装置光軸とディスプレイ平面上における座標位置が判別さ れた後は、中止指令が入力されない限り、撮像装置力 入力された次のデータ、す なわち、刻々と移動する撮像装置から入力される画像データの分析を繰り返すことに より、その時点ごとにおける撮像装置の指示位置検出を繰り返す。また、前記のよう に、マークが 5点以上検出された場合や、 1点以下しか検出されなかった場合も、次 に入力される撮像画像データに対して、新たにマークの検出処理を行い、撮像装置 の指示位置検出を実行する。 After the optical axis of the imaging device and the coordinate position on the display plane are determined as described above, the next data that is input to the imaging device, that is, moves instantly, unless a stop command is input. By repeating the analysis of the image data input from the imaging device, the detection of the pointing position of the imaging device at each point in time is repeated. Further, as described above, even when five or more marks are detected, or when only one or less marks are detected, a new mark detection process is performed on the next input captured image data. The pointing position of the imaging device is detected.
[0098] 4.実施例の効果 [0098] 4. Effect of Example
以上のように、本実施例によれば、画像平面に 2つのマークし力撮影されていない 場合においても、残る 2つのマークの位置を推測することにより、ディスプレイ上にお ける撮像装置の光軸とディスプレイ平面との交点の相対座標を検出することが可能と なる。その結果、従来技術では、撮像装置により指示するディスプレイ上のポイントは 、ディスプレイ側のすべてのマークが撮像される範囲に限られており、ディスプレイの 周辺近くを指示することが不可能であった力 本実施例によれば、 2つのマークを撮 影できれば良 、ので、ディスプレイの周辺部近くのポイントを指示することも可能とな る。 As described above, according to the present embodiment, even when two marks are not formed on the image plane and the force is not photographed, the position of the remaining two marks is estimated, so that the optical axis of the imaging device on the display is displayed. It is possible to detect the relative coordinates of the point of intersection with the display plane. As a result, in the related art, the point on the display indicated by the imaging device is limited to a range where all the marks on the display are imaged, and it is impossible to indicate near the periphery of the display. According to the present embodiment, it is only necessary to capture two marks, so that it is possible to indicate a point near the periphery of the display.
[0099] たとえば、図 21は、撮像装置の画像平面 Wには、ディスプレイの四隅のマークのう ち、下の 2つのマーク 1, 2し力撮像されていない場合を示すものであって、画像平面
wの中心点 oが撮像装置の中心点として、ディスプレイ表示面の所定のポイントを指 示している。本実施例によれば、この 2つのマーク 1, 2に含まれている指標線分に基 づいて他のマーク 3, 4の位置を推測することが可能になる。これら 4つのマークによ つて囲まれた範囲がディスプレイの表示平面 Vに相当し、画像平面 Wの中心点 Oが ディスプレイ表示平面 Vにおける指示ポイントとなるので、この中心点 Oをディスプレ ィ表示平面 Vの周辺部近くにまで移動させることができる。 [0099] For example, FIG. 21 shows a case in which the lower two marks 1, 2 of the four corner marks of the display are not imaged on the image plane W of the imaging device. Plane The center point o of w indicates a predetermined point on the display surface of the imaging device as the center point of the imaging device. According to this embodiment, the positions of the other marks 3 and 4 can be estimated based on the index line segments included in the two marks 1 and 2. The area surrounded by these four marks corresponds to the display plane V of the display, and the center point O of the image plane W is the designated point on the display plane V. Can be moved to the vicinity of the periphery.
[0100] 同様に、図 22は、撮像装置の画像平面 Wには、ディスプレイの四隅のマークのうち 、左の 2つのマーク 0, 1し力撮像されていない場合である力 この場合にも、撮像さ れていない他の 2つのマーク 2, 3の位置を推測することにより、画像平面 Wの中心点 Oをディスプレイ表示平面の周辺部近くにまで移動させることができる。 [0100] Similarly, FIG. 22 shows that, on the image plane W of the imaging device, two marks 0, 1 on the left of the four corners of the display are forces that are not imaged. By estimating the positions of the other two marks 2 and 3 that are not imaged, the center point O of the image plane W can be moved to near the periphery of the display plane.
[0101] さらに、従来技術では、撮像装置をディスプレイに近づけると 4つのマークの撮像が 不可能になって撮像装置の指示する相対座標の検出ができなくなるが、本発明では 、最低限 2つのマークが撮像されていればよいので、従来技術に比較して撮像装置 をディスプレイに近接させることが可能となる。その結果、本実施例によれば、デイス プレイと撮像装置とからなるゲーム機器などの小型化や、撮像装置の使用者と大型 のディスプレイが近接しているプレゼンテーション装置を実現することができる。 実施例 2 [0101] Further, in the related art, when the imaging device is brought close to the display, imaging of the four marks becomes impossible and the relative coordinates indicated by the imaging device cannot be detected. However, in the present invention, at least two marks are detected. Since it is sufficient that the image is taken, it is possible to bring the image pickup device closer to the display as compared with the related art. As a result, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of a game device including a display and an imaging device, and to realize a presentation device in which a user of the imaging device is close to a large display. Example 2
[0102] 実施例 2は、 2つのマークだけがディスプレイ側に設けられている場合であって、マ ーク設置個数の低減を図ったものである。この実施例では、ディスプレイの四隅のう ち、いずれの 2力所に設けられた 2点のマークが撮像されれば、ディスプレイのマーク を設けな力つた 2力所の隅部の位置を予測できるため、マークの設置数の削減が可 會 になる。 [0102] Embodiment 2 is a case where only two marks are provided on the display side, and is intended to reduce the number of marks to be installed. In this embodiment, if the two marks provided at any two of the four corners of the four corners of the display are imaged, the positions of the corners of the two strong points without the display marks can be predicted. Therefore, the number of marks to be installed can be reduced.
[0103] その反面、設置した 2点のマークは必ず撮像されなければならず、前記実施例 1と 比較して指示可能範囲が狭くなる。また、この実施例では、設置された 2点のマーク は必ず撮像されていることが前提条件となるため、設置されているマークの方向を示 す情報は付加しなくても良い。 [0103] On the other hand, the two marks that have been set must be imaged, and the pointing range is narrower than in the first embodiment. In this embodiment, since it is a precondition that two set marks are always imaged, it is not necessary to add information indicating the direction of the set marks.
[0104] 具体的な構成としては、前記実施例 1でディスプレイの四隅に設けた 4つのマーク のうちの、任意の 2つのマークをあら力じめディスプレイに設けたことを想定すれば良
い。例えば、本実施例のようにマークの設置数を低減させた場合、実施例 1の 4つの マークのな力から任意の 2つが撮像された場合と比べて、撮像されるパターンが少な くなるので、実施例 1において行ったマーク位置の予測処理における、直線の組み 合わせが不要となる。 As a specific configuration, it is sufficient to assume that any two of the four marks provided at the four corners of the display in the first embodiment are provided on the display. Yes. For example, when the number of marks to be set is reduced as in the present embodiment, the number of patterns to be imaged is smaller than when two arbitrary images are taken due to the force of the four marks in the first embodiment. In the mark position prediction processing performed in the first embodiment, the combination of straight lines is not required.
[0105] さらに、 4つのマークの識別(4つのマークによって囲まれたディスプレイ領域の頂点 決め)の処理においても、この実施例 2では、明らかに撮像されているマークの位置 が既知であるため、実施例 1における同種類のマークが撮像されて 、る時の処理の みとなる。従って、実施例 2においては、図 3に示した前記実施例 1のフローチャート の中で、ステップ 07のマーク力 つ検出された場合の処理と、ステップ 08, 09のマー クが 3つ検出された場合の処理は不要である。 Further, in the process of identifying the four marks (determining the vertices of the display area surrounded by the four marks), in the second embodiment, since the position of the marked image is clearly known, The same type of mark in the first embodiment is imaged, and only the processing when the mark is performed is performed. Therefore, in the second embodiment, in the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 3, the processing when the mark power is detected in step 07 and the three marks in step 08 and 09 are detected. In this case, no processing is required.
実施例 3 Example 3
[0106] 前記の各実施例は、マークとして三角形の枠状のものを使用したものである力 本 発明のマークの形状はそれに限定されるものではない。前記図 10に示すように、 1点 で交差する 3本の指標線分の組み合わせ力 なるマークを使用することも可能である 。その場合には、撮像された図形中からマークを判別するに当たり、輪郭追跡による 枠の判定の手法を採用することはできない。そこで、図 12に示すように、前記実施例 1に示したマークの寸法が一定の領域に入ると 、う判定手法に加え、 3本の直線の一 点交差をマークの特長量として使用する。 Each of the above embodiments uses a triangular frame as a mark. Force The shape of the mark of the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 10 described above, it is also possible to use a mark having a combined force of three index lines intersecting at one point. In such a case, a method of determining a frame by contour tracing cannot be adopted in determining a mark from a captured figure. Therefore, as shown in FIG. 12, when the size of the mark shown in the first embodiment falls within a certain area, the point intersection of three straight lines is used as the feature amount of the mark, in addition to the judging method.
[0107] すなわち、図 23に示すように、判定対象となる 3本の直線の中から 2本の直線の組 み合わせを選びその交点の位置を算出して、算出された 3つの交点によって区切ら れる直線 LI, L2, L3がどれだけ短いかが、 3本の直線が一点で交わっているかの指 標とする。この場合、 3交点の各 X, Y座標のうちの最大値、最小値をそれぞれ求める 。 X, Y方向の長さ LX, LYを求め、 LX+LYが最小であるものが一番交点に近いと 判定する。 That is, as shown in FIG. 23, a combination of two straight lines is selected from the three straight lines to be determined, the position of the intersection is calculated, and the position of the intersection is divided by the calculated three intersections. The length of the straight lines LI, L2, and L3 is an indicator of the intersection of the three straight lines. In this case, the maximum value and the minimum value of the X and Y coordinates of the three intersections are obtained. Determine the lengths LX and LY in the X and Y directions, and judge that the one with the smallest LX + LY is closest to the intersection.
[0108] なお、この場合、 3つの交点によって囲まれた部分の面積の大小によって、 3本の 直線が 1点で交わって ヽる度合 、を判定することも考えられる力 図 24に示すように 、交点 B, Cが交点 Aから遠く離れていても交点 Cが交点 Bに近づけば面積は 0に近く なるため、前記のような各点の位置関係を指標とするものの方が優れている。しかし、
この面積による指標を他の指標 (検出された 2つの指標線分の角度など)と組み合わ せることで、 1点交差の度合いを判定することも可能であり、本発明は、図 24のような 指標を排除するものではな 、。 [0108] In this case, depending on the size of the area surrounded by the three intersections, it is also conceivable to determine the degree to which three straight lines intersect at one point. Even if the intersections B and C are far away from the intersection A, the area becomes close to 0 when the intersection C approaches the intersection B. Therefore, it is better to use the above-described positional relationship of each point as an index. But, By combining this area-based index with another index (such as the angle of the two detected index line segments), it is also possible to determine the degree of one-point crossing. It does not exclude indicators.
[0109] このように実施例 3のマーク構成にすることによって、「3直線 (指標線分)で構成さ れ且つ、 1点で交差する」と言う特徴付けが可能となる。そのため、 2つのマークの指 標線分を延長して撮像されて 、な 、他のマークの位置を推測した場合に、前記実施 例 1の三角形の枠状のマークに比較すると、マーク位置を正確に予測できる利点が ある。特に、交差した 1点は、図 8のような枠を構成する線分の長さに起因する誤差や 、図 9 (A)に示すような射影歪みによる影響を受けることがないので、より正確な位置 予測が可能になり、撮像マークと予測マークとに基づいた撮像装置の指示位置検出 の精度も高い利点がある。 Thus, by adopting the mark configuration of the third embodiment, it is possible to characterize “consisting of three straight lines (index line segments) and intersecting at one point”. Therefore, when an image is taken by extending the index line portion of the two marks, and when the position of the other mark is estimated, the mark position is more accurate than the triangular frame-shaped mark of the first embodiment. Has some predictable advantages. In particular, the point of intersection is more accurate because it is not affected by errors due to the length of the line segments that make up the frame as shown in Fig. 8 or by projective distortion as shown in Fig. 9 (A). This makes it possible to perform accurate position prediction, and has an advantage that the accuracy of detecting the indicated position of the imaging apparatus based on the imaging mark and the prediction mark is high.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
[0110] 本発明は、ゲーム機の照準装置、プレゼンテーション用ディスプレイのポインタに加 え、撮像装置を利用者の頭部に装着することにより運転シミュレータにおける利用者 の視線方向検出装置などの用途にも適用できる。
The present invention can be applied not only to a sight device of a game machine, a pointer of a display for presentation, but also to an application such as a device for detecting a gaze direction of a user in a driving simulator by mounting an imaging device on the head of the user. Applicable.