WO2013118608A1 - 自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置と手の認識方法及びそのプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】どの方向から手に光が当たっても二値画像より手を認識することができるジェスチャー認識装置を提供する。 【解決手段】カメラ1から手認識部10への入力画像を二値化処理部12により所定の方法により二値化処理して第1の二値画像を作成し、再二値化処理部13により入力画像の所定の領域のみを再二値化して第2の二値画像を作成し、第2の二値画像に対して収縮処理部14により収縮処理を行う。再二値化を行うことにより、第1の二値画像において黒く分類されてしまった手の部分を白く分類することができ、手を認識できる可能性を高めることができる。第1の二値画像と第2の二値画像のうちいずれか一方または両方で手を認識できる場合、手を認識できると判定する。
Description
本発明は、自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー(操作)を車内に設置された撮像機器によりステアリングハンドルを撮像し、画像データよりステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識するジェスチャー認識装置に関する。
従来、車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー、即ちステアリングハンドル上の乗員の手の位置をカメラにより読み取り、読み取った手の位置と動きに基づく操作処理を行うジェスチャーリモコン式操作装置が知られている。ジェスチャーリモコン式装置に用いられるジェスチャー認識装置は、ステアリングハンドル上の乗員の手の位置をカメラにより撮像し、その画像データを処理して手を認識する。
例えば、特許文献1には、操作者のジェスチャー、即ち手の位置や手の動きに基づいて車載機器に対する操作コマンドを出力するものが記載されている。
また、特許文献2には、背景に濃淡むらのある画像を二値化し、二値画像からより鮮明な検出対象物を抽出するものが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載されたものは、操作者の手の位置や動きを正確に読み取ることが難しく、例えば、操作者の違いによるジェスチャーの微妙な違いも明確には識別できない。
また、特許文献2に記載されたものは、背景に濃淡むらがある画像から対象物を検出しているため、自動車に適用した場合、背景となるステアリングハンドルには濃淡むらがなく、太陽光があたる環境下で撮像される画像データから対象物である手の位置を検出することが難しい。
ステアリングハンドル上の手をカメラにより撮像した画像データを二値化して二値画像より手を認識する場合、太陽光が手の前方から当たっているときは、光が当たっている部分が白、光が当たっていない部分が黒に二値化され、二値画像上で手が分離してしまう。また、光が手の右側後方から当たっているときは、手の上に光が当たっている部分と、光が当たらずに陰になる部分ができ、二値画像上で手が分離してしまう。このように手が分離した場合、手であると認識できないことがある。
そこで、本発明はどの方向から光が当たっても二値画像より手を認識することができるジェスチャー認識装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために創案された本発明のジェスチャー認識装置は、ステアリングハンドルを撮像できる位置に設けられる撮像手段と、撮像手段から出力される撮像データに基づいてステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識する認識手段とを備える、自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置において、認識手段は、撮像手段から出力される撮像データを所定の方法により二値化処理し、第1の二値画像を作成する二値化処理手段と、撮像データにおいて、ジェスチャー時に手が写っているであろう第1の領域と、ジェスチャー時にも背景が写っているであろう第2の領域とを決定し、第1の領域と第2の領域を1つの画像として所定の方法により新たな閾値を決定し、撮像データの所定の領域を再二値化して第2の二値画像を作成する再二値化処理手段と、第1の二値画像と第2の二値画像のうちいずれか一方または両方で手を認識できる場合、手を認識できると判定する判定手段と、を有する。
また、本発明の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置は、第2の二値画像に対して収縮処理を行う収縮処理手段を更に備えることができる。
ここで、二値化処理手段における所定の方法は、判別分析法または適応的二値化処理によることが好ましい。また、再二値化処理手段における所定の方法は、判別分析法であることが好ましい。
本発明の手認識方法は、自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー時に、ステアリングハンドルを撮像できる位置に設けられる撮像手段から出力される撮像データに基づいて、ステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識する手認識方法において、撮像手段から出力される撮像データを所定の方法により二値化処理を行い、第1の二値画像を作成するステップと、撮像データにおいて、ジェスチャー時に手が写っているであろう第1の領域と、ジェスチャー時にも背景が写っているであろう第2の領域とを決定し、第1の領域と第2の領域を1つの画像として所定の方法により新たな閾値を決定し、撮像データの所定の領域を再二値化して第2の二値画像を作成するステップと、第1の二値画像と第2の二値画像のうちいずれか一方または両方で手を認識できる場合、手を認識できると判定するステップとを備える。
また、第2の二値画像に対し収縮処理を行うステップを更に備えることができる。
ここで、第1の二値画像を作成するステップにおける所定の方法は、判別分析法または適応的二値化処理によることが好ましい。また、第2の二値画像を作成するステップにおける所定の方法は、判別分析法であることが好ましい。
本発明のプログラムは、上記の手認識方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
本発明の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置によれば、撮像データの二値化による二値画像を更に所定の領域のみ異なる閾値で再二値化を行うので、最初の二値画像では光の当たり具合により手の甲や指の一部が黒に分類された部分を白く分類することになり、二値画像において手の甲と指を結合することができる。これにより、二値画像において手の認識が可能となる。
また、本発明では再二値化された二値画像に対し収縮処理をしている。再二値化の際に背景の一部が白く分類される場合があり、背景と手の甲と指が結合する可能性があるが、収縮処理を行うことにより結合の可能性を低減することができる。
更に、本発明では再二値化を行う領域を画像全体ではなく所定の領域のみとしているので、装置の処理負担を軽減することができる。
本発明のステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識する手認識方法によれば、撮像データの二値化による二値画像を更に所定の領域のみ異なる閾値で再二値化を行うので、最初の二値画像では光の当たり具合により手の甲や指の一部が黒に分類された部分を白く分類することになり、二値画像において手の甲と指を結合することができる。これにより、二値画像において手の認識が可能となる。
本発明の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置は、車のステアリングハンドルをカメラ等の撮像手段により撮像し、撮像データを二値化して二値画像よりステアリングハンドル上の運転手の手を認識する装置である。本発明の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置の操作装置の実施形態について添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
図1及び図2に本発明の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置を搭載した自動車の車室内を示す。図1、2に示すように、撮像機器であるカメラ1が運転者の斜め後方の天井部に、ステアリングハンドルSを撮像できるように設置される。また、カメラ1の近傍には、車内が暗い場合にステアリングハンドルS周辺を照射する赤外線照射手段URが設けられる。
撮像手段として用いられるカメラは、可視光の画像と赤外線の画像を撮像できるカメラであり、カメラの設置位置は図1の例に限らず、車室内のステアリングハンドルSを撮像可能な位置であればよい。
撮像対象であるステアリングハンドルSは、操向軸(図示せず)に連結された中央ハブ部Saと、その中央ハブ部Saを円環状に取り囲むリム部Smと、そのリム部Smおよび中央ハブ部Sa間を連結する3本のスポーク部Sb1~Sb3とを備える。中央ハブSaの外面にはホーンカバー2が着脱可能に被着され、そのホーンカバー2の中央外面には、デザイン処理されたH字状のマークM1が装着される。また、スポーク部Sb1~Sb3には、これらの外面を体裁よく覆うスポークカバー3が着脱可能に装着される。
ステアリングハンドルSがまっすぐな位置であるとき、スポーク部Sb1とSb3には左右対称にL字状マークの基準マークMsが設けられ、スポーク部Sb1にはマークM2~M4が設けられ、スポーク部Sb3にはマークM5~M7が設けられる。本実施形態では、基準マークMsの位置に基づいて、カメラからの入力画像に対して行う二値化処理の閾値を求める画像領域を決定する。
なお、基準マークとマークを設けて撮像装置の撮像データに基づいて、基準マークの位置を認識し、基準マークの位置からマークの位置を特定する車載機器の操作装置は、本願出願人により特許出願されている(未公開)。
閾値を求める画像領域を決定する方法は、基準マークを利用する方法に限ることなく、他の認識可能なものに基づいてもよく、或いは、予め閾値を求める画像領域を決定していてもよい。
次に、カメラ1により撮像された画像データを二値化して二値画像より手を認識する手認識部について説明する。図3にジェスチャー認識装置の手認識部10を示す。図3に示すように、カメラ1により撮像された画像データを受信する画像受信部11と、画像受信部11から受信した入力画像を所定の方法で二値化処理して、第1の二値画像を作成する二値化処理部12と、入力画像の所定の領域を他の閾値により再二値化して第2の二値画像を作成する再二値化処理部13と、再二値化処理部13により作成された第2の二値画像を収縮処理する収縮処理部14と、第1の二値画像と収縮処理された第2の二値画像において手を認識可能か否かを判定する判定部15とを備える。
画像受信部11は、カメラ1から画像データを受け取る機能を有する。具体的には、カメラが生成した所定の形式の画像データを受信し、受信した入力画像を二値化処理部12に送信する。
二値化処理部12は、画像受信部11から送信された入力画像を二値画像に変換する機能を有する。本実施の形態では、画像を二値化する閾値を決定する方法として判別分析法を用いる。判別分析法については公知の技術であるため詳しい説明は省略するが、判別分析法の文献として、「大津展之:“判別および最小2乗基準に基づく自動しきい値選定法,”電子通信学会論文誌D,J-63,4,p.349,1980」がある。
二値化処理部12は、入力画像から基準マークMsに基づいて閾値を求める領域を決定し判別分析を行ったものを閾値として、入力画像の二値化処理を行い、第1の二値画像を作成する。この入力画像の二値化処理により、第1の二値画像において、ステアリングハンドルと手を分離することが可能となる。作成された第1の二値画像は判定部15により手を認識できるか否かを判定される。
次に、再二値化処理部13は、画像受信部11から送信された入力画像の所定の領域のみに対して二値化を行う他の閾値を決定して、二値化処理部12により作成された二値画像の所定の領域に対して再二値化を行い、第2の二値画像を作成する。ここで、再二値化を行う目的は、二値化処理部12による二値画像においてステアリングハンドルと手を分離したが、光の当たり方によっては、手の各指も手の甲から分離してしまう場合があり、手の甲と手の各指とを結合する目的で再二値化処理を行う。
再二値化処理部13における他の閾値の決定方法は、入力画像から基準マークMsに基づいて、ジェスチャー(操作)時に恐らく手が入るであろう領域と、ジェスチャー(操作)時にも背景が写っているであろう領域を決定する。そして、これら領域を1つの画像として判別分析法により閾値を決定する。
また、再二値化を行う所定の領域とは、再二値化を行う必要最低限な領域であることが好ましく、その決定方法は、入力画像から基準マークMsに基づいて決定することができる。例えば、他の閾値の決定に用いた上述の領域は、手と背景の境目が写っている領域であると推測できるので、これらの領域のみを再二値化すれば手の甲と手の各指とを結合できる可能性が高い。必要最低限な領域のみを再二値化することにより、処理負担を軽減することができる。
収縮処理部14は、再二値化処理部13により作成された第2の二値画像に対して収縮処理を行う。再二値化された二値画像に対して収縮処理を行うのは、再二値化した際に、背景となるステアリングハンドルと結合しやすくなるため、結合を緩和するためである。なお、収縮処理の一例として、特許第3025365号公報の段落0014に記載がある。
判定処理部15は、第1の二値画像と収縮処理部14により収縮された第2の二値画像とにおいて手を認識できるかどうかを判定し、どちらか一方またはその両方に手を認識できた場合、手を認識できると判定する。
次に、ジェスチャー認識装置の手の認識処理方法を説明する。図4に手の認識処理方法のフローチャートを示す。手の認識処理方法は、入力画像に対して判別分析法により二値化処理を行って第1の二値画像を作成し、次に所定の領域のみを再二値化して第2の二値画像を作成する方法である。
最初に第1の二値画像を作成する。カメラにより撮像された入力画像に対して判別分析法により二値化処理を行う閾値を決定する(S100)。
図5に第1の二値画像を作成する画像処理の一例を示す。図5において、(a)はカメラ入力画像、(b)は二値化を行う閾値決定のブロック、(c)は二値化処理後の二値画像である。図5(b)に示すように、カメラ入力画像を任意のサイズのブロックに分割し、ブロックごとに判別分析法で分析して閾値を決定する。
次に、決定された閾値により入力画像を二値化し二値画像を作成する(S101)。図5の例では、(a)の入力画像を二値化したものが(c)の二値画像である。図5(c)に示す二値画像では、手の甲が黒くなり背景として分類されている。
次に第2の二値画像を作成する。第1の二値画像を作成した際の入力画像に対して、ジェスチャー(操作)時に恐らく手が入るであろう領域1点と、ジェスチャー(操作)時にも背景が写っているであろう領域を2点決定する(S102)。これら3点の領域は図2の基準マークMsを基準として決定することができる。本実施の形態では、恐らく手が入るであろう領域を1点と、背景が写っているであろう領域を2点決定しているが、これら領域を何個所用いてもよく、適宜決定することができる。
図6に再二値化処理を行い第2の二値画像を形成する画像処理の一例を示す。図6において、(a)はカメラ入力画像、(b)再二値化を行う閾値決定のブロック、(c)閾値決定のブロックの画像を1つの画像とした場合、(d)は二値化処理後の二値画像である。図6(b)に示すように、決定される3点の領域は、手が入る(写る)であろう領域を中央ハブ部Saの中心のブロックとし、操作時にも背景が写っているであろう領域を中央ハブ部Saの基準マークMsの近傍のブロックとしている。
図6(c)に示すように、3点のブロックの画像を1つの画像として判別分析法を行って新たな閾値を決定する(S103)。そして、入力画像の所定の領域を新たな閾値により再二値化処理して、第2の二値画像を作成する(S104)。図6(d)に示すように、再二値化後の第2の二値画像では、手の甲が白く分類されている。次に、第2の二値画像に対して、収縮処理を行う(S105)。そして次に、第1の二値画像と収縮処理された第2の二値画像において手を認識できるかどうかを判定する(S106)。第1の二値画像と第2の二値画像のいずれかで手を認識できる場合、手を認識できると判定される(S107)。
図5(c)の第1の二値画像では手の甲が黒くなり、手を認識できないと判定されるが、図6(d)の再二値化された画像の例では、手が白く分類されているため、手であると認識される。従って、一方で手を認識できるので、手を認識できると判定されることになる。
図7に手の認識処理における画像処理の他の例を示す。図7(a)は、カメラからの入力画像であり、手の右側後方から光が当たっている。(b)は、判別分析法による第1の二値画像、(c)は必要最低限の領域を再二値化し、収縮処理を行った第2の二値画像である。
図7(b)に示すように、手は白く分類され、ステアリングSの部分は黒に分類される。つまり(b)の第1の二値画像において手を認識できると判断される。一方(c)の第2の二値画像では、再二値化処理によりホーン部2が白に分類されてしまい、指とエアバック面が結合してしまうが、収縮処理を行うことにより、人さし指が細くなり、人さし指とホーン部2の結合を解除することができる。
上述の実施形態では二値化の閾値の決定方法に判別分析法を用いたが、他の二値化の閾値を決定する方法を用いて、同様の処理手順により二値画像を作成して手の認識を行うことができる。また、最初の二値化を行う閾値と再二値化を行う閾値をどちらも判別分析法により決定したが、それぞれ異なる方法を用いて閾値を決定することができる。例えば、最初の閾値を適応的二値化処理(adaptive threshold)により決定し、再二値化を行う閾値を判別分析法により決定しても上述の実施形態と同様の処理手順により同様な効果を得ることができる。なお、適応的二値化処理の一例として、特許第4405942号公報の段落0037に記載がある。
以上、本発明を図面に示した実施形態を用いて説明したが、これらは例示的なものに過ぎず、本技術分野の当業者ならば、本発明の範囲および趣旨から逸脱しない範囲で多様な変更および変形が可能なことは理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって定められず、特許請求の範囲に記載された技術的趣旨により定められねばならない。
1 カメラ
10 手認識部
11 画像受信部
12 二値化処理部
13 再二値化処理部
14 収縮処理部
15 判定部
10 手認識部
11 画像受信部
12 二値化処理部
13 再二値化処理部
14 収縮処理部
15 判定部
Claims (9)
- ステアリングハンドルを撮像できる位置に設けられる撮像手段と、前記撮像手段から出力される撮像データに基づいて前記ステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識する認識手段とを備える、自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置において、
前記認識手段は、
前記撮像手段から出力される撮像データを所定の方法により二値化処理し、第1の二値画像を作成する二値化処理手段と、
前記撮像データにおいて、ジェスチャー時に手が写っているであろう第1の領域と、ジェスチャー時にも背景が写っているであろう第2の領域とを決定し、第1の領域と第2の領域を1つの画像として所定の方法により新たな閾値を決定し、前記撮像データの所定の領域を再二値化して第2の二値画像を作成する再二値化処理手段と、
前記第1の二値画像と前記第2の二値画像のうちいずれか一方または両方で手を認識できる場合、手を認識できると判定する判定手段と、を有することを特徴とする自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置。 - 前記第2の二値画像に対して収縮処理を行う収縮処理手段を更に備えることを特徴とする請求項1記載の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置。
- 前記二値化処理手段における所定の方法は、判別分析法または適応的二値化処理であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置。
- 前記再二値化処理手段における所定の方法は、判別分析法により決定することを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー認識装置。
- 自動車のステアリングハンドルを用いるジェスチャー時に、前記ステアリングハンドルを撮像できる位置に設けられる撮像手段から出力される撮像データに基づいて、前記ステアリングハンドルにおける人の手の位置を認識する手認識方法において、
前記撮像手段から出力される撮像データを所定の方法により二値化処理を行い、第1の二値画像を作成するステップと、
前記撮像データにおいて、ジェスチャー時に手が写っているであろう第1の領域と、ジェスチャー時にも背景が写っているであろう第2の領域とを決定し、第1の領域と第2の領域を1つの画像として所定の方法により新たな閾値を決定し、前記撮像データの所定の領域を再二値化して第2の二値画像を作成するステップと、
前記第1の二値画像と前記第2の二値画像のうちいずれか一方または両方で手を認識できる場合、手を認識できると判定するステップと、を備えることを特徴とする手認識方法。 - 前記第2の二値画像に対し収縮処理行うステップを更に備えることを特徴とする請求項5記載の自動車における手認識方法。
- 前記第1の二値画像を作成するステップにおける所定の方法は、判別分析法または適応的二値化処理により決定することを特徴とする請求項5又は請求項6記載の手認識方法。
- 前記第2の二値画像を作成するステップにおける所定の方法は、判別分析法であることを特徴とする請求項5乃至請求項7記載の手認識方法
- 請求項5乃至請求項8記載の手認識方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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