JP2005165670A - ヒューマンインタフェース装置及びヒューマンインタフェースシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外殻2と、外殻2の内側に設置され、撮像光学系4を介して外殻2の近傍を撮像する撮像装置5と、撮像装置5で撮像した画像の変動を認識する変動認識装置38とを具備する。
【選択図】 図1
Description
まず、本発明のヒューマンインタフェース装置の基本的な概念を図1を参照して説明する。本発明のヒューマンインタフェース装置は、外殻2と、当該外殻2の内側に設置され、撮像光学系4を介して外殻2の近傍を撮像する撮像装置5と、撮像装置5で撮像した画像の変動を認識する変動認識装置38とを具備する。
次に、本発明のヒューマンインタフェース装置の第2実施の形態を図9を参照して説明する。本実施の形態のヒューマンインタフェース装置1は、拡散面18を外殻外面2−2にもち、透過面19を外殻内面2−1にもち、光線を透過する外殻2と、この外殻2を照明する照明装置7と、外殻外面2−2の近傍の像を撮像可能に導く撮像光学系4と、撮像を行う撮像装置5と、外殻2に密着した手指等の接触を画像として検知する接触面検知装置(後述)と、接触面の増減から外殻2に加えられた力を推定する力推定装置(後述)とを具備する。第2実施の形態の基本的な構成は第1実施の形態と共通であるが、撮像対象と力の推定手法が異なる。
次に、本発明のヒューマンインタフェース装置の第3実施の形態を図13を参照して説明する。本実施の形態では第2実施の形態に加えて、手指の静脈パターンを撮像することができるようにしたことを特徴とする。そのため、ここでは、第2実施の形態の構成に加えて、外殻2に可視光カットかつ赤外透過フィルタ21を設けるとともに、照明装置7を赤外照明装置22に変更している。また、静脈パターン照合装置23が新たに追加され、手指位置姿勢推定装置16と、接触面検知装置20とに接続される。
次に本発明のヒューマンインタフェース装置の第4実施の形態を図15,図16を参照して説明する。ここでは第1、第2もしくは第3実施の形態に加えて、3次元の位置姿勢を計測することを特徴とする。本実施の形態のヒューマンインタフェース装置は、第2実施の形態の変形例と同様に、拡散面を持たずに被写界深度により接触面を検知する手法を用いる。さらに、第3実施の形態で用いた赤外光を発光する赤外線照明装置22を外部から監視する単一もしくは複数のステレオカメラ24を有する。幾何的に既知の赤外線照明装置22の発光点配列と、その発光パターンとは照明パターン制御装置25により制御される。
次に本発明のヒューマンインタフェース装置の第5実施の形態を図18を用いて説明する。本実施の形態では、コマンドの生成と記録を行うためにコマンド生成装置30を備えている。この構成は上記した第1、第2、第3、第4実施の形態に共通して適用可能である。コマンド生成装置30は、力推定装置9と通信装置10との間に配置され、3次元位置姿勢計測装置27と手指位置姿勢推定装置16とに接続されている。
1.外殻と、
当該外殻の内側に設置され、撮像光学系を介して前記外殻の近傍を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像した画像の変動を認識する変動認識装置と、
を具備することを特徴とするヒューマンインタフェース装置。
この発明に関する実施の形態は、第1及び第2の実施の形態が対応する。撮像光学系は、この実施の形態では魚眼レンズもしくは双曲面ミラーが該当するが、2つの光学系を同種で構成しても良く、また、双曲面ではなく円錐面や放物面、自由曲面なども含む。
外殻と、それに内蔵された撮像光学系を持つ撮像装置により撮像された画像の変動を変動認識装置により認識することにより被写体の変動を入力する。
ヒューマンインタフェース内から撮像するため、ヒューマンインタフェースを例えば握る手、指、もしくは外殻の内面などを遮蔽物による遮蔽なく撮像することができ、手指の握り方によるジェスチャの入力などを有効に認識することが可能となる。また、曲げセンサなどの可動部を持たないために、故障しにくいという特性ももつ。
被写界深度を外殻近傍に設定する。
必要とする外殻近傍の被写体以外のものを被写界深度外とすることができるため、被写体の変動の認識を外殻付近に絞り、より簡便に行うことができる。
この発明に関する実施の形態は、第1の実施の形態が対応する。
外殻に設けられたパターンを撮像光学系を介して撮像装置で撮影し、その画像から変形認識装置により外殻の変形を算出する。
複数個の撮像装置を用いることで、外殻ほぼ全面の接触状態を変形量から検知することが出来るヒューマンインタフェース装置が得られる。
前記変動認識装置は前記撮像装置で撮像した前記パターンの変形を計測する変形認識装置であることを特徴とする3に記載のヒューマンインタフェース装置。
外殻内面に描画されたパターンを撮像装置で撮影する。
既知のパターンのみを、遮蔽物の影響なく撮像することができるため、より良好に外殻の変形から生じたパターンの歪みを撮像することができ、外殻の変動を認識することができる。
この発明に関する実施の形態は、第1の実施の形態が対応する。構成中の撮像光学系は、この実施の形態では魚眼レンズもしくは双曲面ミラーが該当するが、2つの光学系を同種で構成しても良く、また、双曲面ではなく円錐面や放物面、自由曲面なども含む。また、力というのは、圧力も含む。
外殻に設けられたパターンを撮像光学系を介して撮像装置により撮影し、その画像から変形認識装置により外殻の変形を算出し、力推定装置により変形量から力分布を算出する。
複数個の撮像装置を用いることで、外殻ほぼ全面の接触荷重や、その分布を検知することが出来るヒューマンインタフェース装置が得られる。
魚眼レンズにより外殻内面を撮影する。
魚眼レンズによる撮影のため、光軸方向から全天周のパターンの歪み画像を得ることが出来るとともに、略球殻をほぼ等距離で撮影することになるので収差面、被写界深度面でも有利になる。
双曲面全周ミラーにより、パノラミックな周囲画像として、外殻のパターンが撮影される。
単純な光学構成により、広角な全周画像が得られるとともに、略球殻をほぼ等距離で撮影することになるので収差面、被写界深度面で有利になる。
外殻の変形により歪んだパターンが撮像され、それにより力推定手段により推定された力分布から、手指の形状を推定する。
どのような手指の姿勢でヒューマンインタフェース装置を握っているかを推定することが出来る。
外殻の過大な変形を内殻が受け止める。
内殻により、撮像装置や照明装置などが保護される。また、内殻が透過素材であるため撮像を妨げることがない。
この発明に関する実施の形態は、第2の実施の形態が対応する。構成中の撮像光学系は、この実施の形態では魚眼レンズもしくは双曲面ミラーが該当するが、2つの光学系を同種で構成しても良く、また、双曲面ではなく円錐面や放物面、自由曲面なども含む。
外面が拡散面で、内面が透過面の外殻に対して照明装置により照明をし、外壁面近傍を撮像光学系で撮影し、外壁面に接触した手指などの被写体を撮像装置で撮影し、接触面検知装置により密着した手指の領域を検知し、接触面の増減から力推定装置によって外殻に加えられた力を推定する。
拡散面に押し付けられた、手指などの画像により、手指が外殻外面に接触した領域を検出することで手指の弾性を利用して力を推定するとともに、手形状画像も同時に撮像することが出来る。
前記画像の変動から外殻に加えられた力を推定する力推定装置とを持つことを特徴とする10記載のヒューマンインタフェース装置。
外殻表面にすりガラスのような拡散面にし、その拡散面に密着した手指部位の画像の変動を接触面検知装置に入力して接触面を認識し、かつ、力推定装置によって外殻に加えられた力を推定する。
拡散面により手指等の密着面を強調し、その部分を接触面検知装置により検知することで、手指の接触面の検出を容易にすることができる。
魚眼レンズにより外殻外面を撮影する。
魚眼レンズによる撮影のため、光軸方向から全天周の歪み画像を得ることが出来るとともに、略球殻をほぼ等距離で撮影することになるので収差面、被写界深度面でも有利になる。
双曲面全周ミラーにより、パノラミックな周囲画像として、外殻の外面が撮影される。
単純な光学構成により、広角な全周画像が得られるとともに、略球殻をほぼ等距離で撮影することになるので収差面、被写界深度面で有利になる。
接触している部分と、撮像された手指画像から、手指の姿勢位置などを推定する。
ヒューマンインタフェース装置の握り方を計測することが出来る。
この発明に関する実施の形態は、第3実施の形態が対応する。
外殻を照明する照明装置が赤外線を発光し、手指の接触面を照明するとともに、外殻の可視光カットフィルタにより可視光は透過しない。
可視光で発光しているようには見えずに手指位置姿勢ならび圧力の測定が出来る。また、内部構造を遮蔽することが出来る。
この発明に関する実施の形態は、第1、第2実施の形態が対応する。
変形、力分布からコマンドを生成する。
ヒューマンインタフェース装置の握り方、力のかけ方によりコマンドを生成することにより、感性に応じたもしくは非言語の入力を実施することが出来る。
この発明に関する実施の形態は、第1、第2実施の形態が対応する。
変形、力分布からコマンドを登録、学習する。
ヒューマンインタフェース装置の握り方、力のかけ方によりコマンドを登録、もしくは学習することにより、個人個人に応じた感性に応じたもしくは非言語の入力を実施することが出来る。
この発明に関する実施の形態は、第4、第5実施の形態が対応する。
圧力分布、手指の位置姿勢に加え、ヒューマンインタフェース自体の位置姿勢を入力する。
圧力分布、手指の位置姿勢と同時に、位置姿勢の変化を入力することが出来る。
この発明に関する実施の形態は、第3、第5実施の形態が対応する。
赤外撮影による静脈パターン撮影を撮像光学系を通して撮像装置で取得し、静脈パターン検出部で静脈パターンを検出するとともに、手指姿勢の推定結果から、歪んだ静脈パターンデータを補正する静脈パターン補正部により正規化された静脈パターンを得て、これをあらかじめ登録された静脈パターンと静脈パターン照合部で照合する。
照合を行うことにより、キャリブレーションデータや、その操作者の癖等を把握した計測を実施することが出来るようになり、各人に適したヒューマンインタフェース装置を提供できるようになる。
Claims (20)
- 外殻と、
当該外殻の内側に設置され、撮像光学系を介して前記外殻の近傍を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置で撮像した画像の変動を認識する変動認識装置と、
を具備することを特徴とするヒューマンインタフェース装置。 - 前記撮像光学系の被写界深度が外殻近傍に限られることを特徴とする請求項1記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記外殻は弾性素材で構成され、その内面に所定のパターンが描画されていることを特徴とする請求項1記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記撮像装置は前記パターンを撮像し、
前記変動認識装置は前記撮像装置で撮像した前記パターンの変形を計測する変形認識装置であることを特徴とする請求項3に記載のヒューマンインタフェース装置。 - 前記ヒューマンインタフェース装置は、前記変形認識装置で計測された変形量から外殻に加えられた力を推定する力推定装置をさらに有することを特徴とする請求項4記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記撮像光学系は、魚眼レンズで構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記撮像光学系は、双曲面、放物面、円錐面のいずれかの反射面をもつ反射ミラーと、結像レンズとから構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記外殻の変形から、手指の形状を推定する手指位置姿勢推定装置を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記外殻の内側に透過素材で作られ、前記外殻より硬い内殻を持つことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記外殻は外面が拡散面であり、内面が透過面であることを特徴とする請求項1記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記ヒューマンインタフェース装置は、前記変動認識装置で認識された画像の変動から外殻に密着した手指等の接触を検知する接触面検知装置と、
前記画像の変動から外殻に加えられた力を推定する力推定装置とを持つことを特徴とする請求項10記載のヒューマンインタフェース装置。 - 前記撮像光学系は魚眼レンズで構成されることを特徴とする請求項10記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記撮像光学系は、双曲面、放物面、円錐面のいずれかの反射面をもつ反射ミラーと、結像レンズとから構成されることを特徴とする請求項10記載のヒューマンインタフェース装置。
- 接触面のパターンならびに撮影画像から手指の接触形状を推定する手指位置姿勢推定装置を持つことを特徴とする請求項10〜13のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 前記外殻は赤外線を透過する可視光カットフィルタからなり、照明装置の照明光が赤外光であることを特徴とする請求項10〜14のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 変形もしくは力分布の少なくとも一方からコマンドを生成することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 変形もしくは力分布の少なくとも一方からコマンドを登録もしくは学習することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- さらに3次元位置姿勢を検出する位置姿勢検出装置を持つことを特徴とする請求項1〜17のいずれか1つに記載のヒューマンインタフェース装置。
- 手のひらや手指の静脈パターンを検出する静脈パターン検出部と、検出された静脈パターンを正規化する静脈パターン補正部と、補正された静脈パターンとあらかじめ登録された静脈パターンとを照合する静脈パターン照合部とを具備することを特徴とする請求項15に記載のヒューマンインタフェース装置。
- 外殻と、当該外殻の内側に設置され、撮像光学系を介して前記外殻の近傍を撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像した画像の変動を認識する変動認識装置と、を備えたヒューマンインタフェース装置と、
通信装置とを有することを特徴とするヒューマンインタフェースシステム。
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