JP2011175439A - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び画像処理システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実空間を撮影した入力画像を取得する入力画像取得部と、操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、前記入力画像に映る操作子であって、仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識する画像認識部と、前記画像認識部による前記操作子の認識の結果に応じて、前記仮想オブジェクトを表示すべき表示装置の画面上の位置を算出する演算部と、前記演算部により算出される表示装置の画面上の前記位置に前記仮想オブジェクトを表示させる表示制御部と、前記第1のユーザ入力が検出された場合に、前記仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信する通信部と、を備える画像処理装置を提供する。
【選択図】図4
Description
1.システムの概要
1−1.システムの全体像
1−2.関連技術の課題
2.画像処理装置の説明
2−1.装置の構成例
2−2.処理の流れ
3.管理サーバの説明
3−1.装置の構成例
3−2.処理の流れ
4.変形例
5.まとめ
[1−1.システムの全体像]
図1は、本発明の一実施形態に係る画像処理システムの概要を説明するための模式図である。図1を参照すると、画像処理装置100a及び100b、並びに管理サーバ200を含む画像処理システムが示されている。画像処理装置100aは、ユーザUaが使用する装置である。画像処理装置100aは、有線又は無線による通信接続を介して、管理サーバ200と通信することができる。画像処理装置100bは、ユーザUbが使用する装置である。画像処理装置100bもまた、有線又は無線による通信接続を介して、管理サーバ200と通信することができる。
次に、図2、図3A及び図3Bを用いて、図1に示したような画像処理システムにおける本発明に関連する技術の課題を説明する。図2は、関連技術における典型的な画像処理について説明するための説明図である。図3A及び図3Bは、図2を用いて説明する画像処理において生じ得る実世界の状態と仮想オブジェクトの状態との間の不整合について説明するための説明図である。
(1)操作子を認識
(2)オブジェクト位置を決定
(3)オブジェクトID、位置を報告
(4)オブジェクトID、位置を配信
(5)仮想オブジェクトを移動
まず、いずれかの画像処理装置100(図2の例では画像処理装置100a)において、入力画像に映る操作子が認識される。操作子とは、仮想オブジェクトの操作のために用いられる実世界の物体である。操作子は、ユーザの手など人体の一部であってもよく、人体以外の所定の物体であってもよい。
次に、操作子の位置(又は動き)と仮想オブジェクトの位置との関係から、仮想オブジェクトの新たな位置が決定される。例えば、操作子が仮想オブジェクトに接している状態で操作子が移動した場合には、操作子の動きに合わせて仮想オブジェクトの位置が更新され得る。
次に、仮想オブジェクトの新たな位置とオブジェクトID(識別子:Identifier)とが、管理サーバ200へ報告される。
次に、管理サーバ200により、同じ仮想オブジェクトを共有する他の画像処理装置100(図2の例では画像処理装置100b)へ、仮想オブジェクトの新たな位置とオブジェクトIDとが配信される。
そして、同じ仮想オブジェクトを共有する他の画像処理装置100において、HMD104の画面上の仮想オブジェクトが移動される。
[2−1.装置の構成例]
図4は、本実施形態に係る画像処理装置100の構成の一例を示すブロック図である。図4を参照すると、画像処理装置100は、入力画像取得部110、自己位置検出部120、記憶部130、画像認識部140、演算部150、表示制御部160、及び通信部170を備える。
入力画像取得部110は、カメラ102により実空間を撮影した入力画像を取得する。そして、入力画像取得部110は、取得した入力画像を、自己位置検出部120、画像認識部140及び表示制御部160へ出力する。
自己位置検出部120は、実世界におけるカメラ102の位置及び姿勢を検出する。カメラ102の位置は、例えば、実世界の絶対座標系における3次元位置により表される。カメラ102の姿勢は、例えば、回転行列に対応する四元数又はオイラー角などにより表される。自己位置検出部120は、例えば、Andrew J.Davisonによる“Real-Time Simultaneous Localization and Mapping with a Single Camera”(Proceedings of the 9th IEEE International Conference on Computer Vision Volume 2, 2003, pp.1403-1410)に記載されているSLAM技術の原理に従って、入力画像取得部110から入力される入力画像を用いてカメラ102の位置及び姿勢を検出してもよい。その代わりに、カメラ102が位置センサ(例えば、光位置センサ)及び姿勢センサ(例えば、ジャイロセンサ)を有する場合には、自己位置検出部120は、カメラ102において各センサにより検出された位置及び姿勢を取得してもよい。自己位置検出部120は、例えば、上述したいずれかの手法により検出したカメラ102の位置及び姿勢を、画像認識部140及び通信部170へ出力する。
記憶部130は、ハードディスク又は半導体メモリなどの記憶媒体を用いて、操作子画像、及びオブジェクトデータを予め記憶している。操作子画像とは、出力画像に表示される仮想オブジェクトの操作のために用いられる操作子を表す画像である。一方、オブジェクトデータとは、複合現実感においてHMD104により表示される仮想オブジェクトに関するデータである。
画像認識部140は、操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、入力画像取得部110から入力される入力画像に映る操作子であって、仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識する。画像認識部140は、例えば、記憶部130に記憶されている操作子画像を用いて、入力画像に映る操作子を認識することができる。より具体的には、例えば、画像認識部140は、公知のパターンマッチングの手法を用いて、入力画像内の部分画像と操作子画像とを照合する。そして、画像認識部140は、入力画像内の操作子画像の検出位置と検出された大きさとに基づいて、実世界における操作子の3次元位置を認識する。ここで認識される操作子の3次元位置は、その時点のカメラ102の位置及び姿勢に対する相対的な位置である。さらに、画像認識部140は、自己位置検出部120から入力されるカメラ102の位置及び姿勢を用いて、操作子の相対的な3次元位置を実世界の絶対座標系における3次元位置に変換する。そして、画像認識部140は、変換後の操作子の位置を、演算部150へ出力する。画像認識部140は、こうした画像認識処理を、操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された後、操作終了を表す第2のユーザ入力が検出されるまで、一連の入力画像の各フレームについて繰り返す。そして、画像認識部140は、操作終了を表す第2のユーザ入力が検出された場合には、画像認識処理を終了する。なお、画像認識部140は、例えば、操作子画像の代わりに操作子の形状を表す形状データを用いて、入力画像に映る操作子を認識してもよい。
演算部150は、上記操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、画像認識部140による操作子の認識の結果に応じて、仮想オブジェクトを表示すべきHMD104の画面上の位置を算出する。そして、演算部150は、算出した仮想オブジェクトの表示位置を表示制御部160へ出力すると共に、記憶部130により記憶されている仮想オブジェクトの位置データを更新する。演算部150は、操作子の認識の結果に応じた仮想オブジェクトの表示位置算出処理を、操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された後、操作終了を表す第2のユーザ入力が検出されるまで、一連の入力画像の各フレームについて繰り返す。
表示制御部160は、演算部150により算出されるHMD104の画面上の表示位置に、仮想オブジェクトを表示させる。例えば、表示制御部160は、入力画像取得部110から入力される入力画像に仮想オブジェクトを表すポリゴンを重畳することにより出力画像を生成し、当該出力画像をHMD104へ出力してもよい。より具体的には、表示制御部160は、例えば、演算部150により算出される仮想オブジェクトのポリゴンの各頂点の座標に基づいて、当該ポリゴンを出力画像内に描画することができる。その結果、HMD104によりユーザに向けて表示される出力画像において、操作子の動きに追随して仮想オブジェクトが移動し、拡張現実感がユーザに提供される。なお、表示制御部160は、例えば、HMD104がシースルーディスプレイである場合には、演算部150により算出される仮想オブジェクトのポリゴンの各頂点の座標に基づいて、当該ポリゴンをHMD104のスクリーン上に投影してもよい。
通信部170は、上述した操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、共通する仮想オブジェクトを表示する他の画像処理装置100へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信する。本明細書では、第1の通知信号を操作開始信号という。また、通信部170は、上述した操作終了を表す第2のユーザ入力が検出された場合に、共通する仮想オブジェクトを表示する他の画像処理装置100へ操作終了を通知するための第2の通知信号を送信する。本明細書では、第2の通知信号を操作終了信号という。本実施形態では、操作開始信号及び操作終了信号は、管理サーバ200を介して他の画像処理装置100へ送信される。
(操作者側の処理)
図9は、本実施形態に係る画像処理装置100による操作者側の画像処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図10は、本実施形態に係る画像処理装置100による観察者側の画像処理の流れの一例を示すフローチャートである。
[3−1.装置の構成例]
図11は、本実施形態に係る管理サーバ200の構成の一例を示すブロック図である。図12を参照すると、管理サーバ200は、通信部210、記憶部220及びユーザ管理部230を備える。
通信部210は、有線又は無線による通信接続を介して、各画像処理装置100の通信部170との間で信号を送受信する。管理サーバ200の通信部210と各画像処理装置100の通信部170との間で送受信される信号には、上述した操作開始信号、操作終了信号及び自己位置通知信号が含まれる。
記憶部220は、ハードディスク又は半導体メモリなどの記憶媒体を用いて、共通する仮想オブジェクトを表示する一群の画像処理装置100を管理するデータベースを保持する。記憶部220により保持されるデータベースには、例えば、自己位置通知信号を用いて定期的に収集される各画像処理装置100のカメラ102の位置及び姿勢に関するデータが含まれる。また、記憶部220により保持されるデータベースには、例えば、各画像処理装置100により表示され得る仮想オブジェクトのオブジェクトIDが含まれてもよい。
ユーザ管理部230は、通信部210により自己位置通知信号が受信されると、当該自己位置通知信号の送信元の画像処理装置100について記憶部220が保持する位置及び姿勢に関するデータを更新する。また、通信部210により操作開始信号又は操作終了信号が受信されると、ユーザ管理部230は、当該信号の送信元と共通する仮想オブジェクトを表示している他の画像処理装置100へ、操作開始信号又は操作終了信号を転送させる。ユーザ管理部230は、例えば、操作開始信号又は操作終了信号に含まれるオブジェクトIDと記憶部220のデータベースにおいて関連付けられている画像処理装置100を、各信号の転送先の装置として決定してもよい。その代わりに、ユーザ管理部230は、例えば、操作開始信号又は操作終了信号に示されている仮想オブジェクトの位置がカメラ102の視界に含まれると判定される画像処理装置100を、各信号の転送先の装置として決定してもよい。
図12は、本実施形態に係る管理サーバ200による信号転送処理の流れの一例を示すフローチャートである。
図13は、本実施形態の一変形例に係る画像処理システムについて説明するための模式図である。図13を参照すると、画像処理装置300a、300b及び300cを含む画像処理システムが示されている。画像処理装置300a、300b及び300cは、それぞれ、ユーザUa、Ub及びUcが使用する装置である。これら装置は、有線又は無線による通信接続を介して相互に通信することができる。
ここまで、図1〜図13を用いて、本発明の一実施形態及びその変形例について説明した。本実施形態によれば、操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、操作者側の画像処理装置において、実空間を撮影した入力画像に映る操作子が認識され、認識の結果に応じて仮想オブジェクトの表示が制御される。また、操作者側の画像処理装置から観察者側の画像処理装置へ操作開始信号が送信される。それにより、観察者側の画像処理装置も、実空間を撮影した入力画像に映る操作子を認識し、認識の結果に応じて仮想オブジェクトの表示を制御することができる。従って、操作者側と観察者側とで並行して画像認識による操作子の追跡が行われるため、追跡結果の伝送による遅延が生じることがない。また、操作開始信号に仮想オブジェクトを識別するためのオブジェクトID又は仮想オブジェクトの位置データを含めることにより、仮想オブジェクトを共有しない画像処理装置においては、不必要な画像認識処理の実行を避けることができる。また、操作終了を表す第2のユーザ入力が検出された場合には、操作者側の画像処理装置から観察者側の画像処理装置へ操作終了信号が送信される。それにより、仮想オブジェクトの操作が行われていない間、いずれの画像処理装置も画像認識処理を実行しなくてよい。このように、本実施形態によれば、操作者側と観察者側とで並行して画像認識による操作子の追跡が行われることに加えて、画像認識処理が稼動するタイミングが装置間で交換される信号に基づいて制御されるため、複合現実感の提供に際して、処理の負荷を効果的に低減しながら、実世界の状態と仮想オブジェクトの状態との間の不整合を抑制することができる。
102 カメラ
104 HMD(表示装置)
110 入力画像取得部
130 記憶部
140 画像認識部
150 演算部
160 表示制御部
170 通信部
200 管理サーバ(情報処理装置)
S1 操作開始信号(第1の通知信号)
S2 操作終了信号(第2の通知信号)
Claims (13)
- 実空間を撮影した入力画像を取得する入力画像取得部と;
操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、前記入力画像に映る操作子であって、仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識する画像認識部と;
前記画像認識部による前記操作子の認識の結果に応じて、前記仮想オブジェクトを表示すべき表示装置の画面上の位置を算出する演算部と;
前記演算部により算出される表示装置の画面上の前記位置に前記仮想オブジェクトを表示させる表示制御部と;
前記第1のユーザ入力が検出された場合に、前記仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信する通信部と;
を備える画像処理装置。 - 前記第1の通知信号は、前記仮想オブジェクトを識別するための識別データ又は前記仮想オブジェクトの位置を表す位置データを含む、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記通信部は、操作終了を表す第2のユーザ入力が検出された場合に、前記他の装置へ操作終了を通知するための第2の通知信号を送信する、請求項1又は請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記第2の通知信号は、前記演算部により算出される前記仮想オブジェクトの位置を表す位置データを含む、請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記画像認識部は、前記通信部により他の装置から前記第1の通知信号が受信された場合にも、前記入力画像に映る前記操作子を認識する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記画像認識部は、前記通信部により受信された前記第1の通知信号が自装置が表示すべき仮想オブジェクトに関連しない場合には、前記操作子の認識を行わない、請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記通信部は、前記第1のユーザ入力が検出された後、前記画像認識部による前記操作子の認識の結果において前記操作子が前記仮想オブジェクトに接したと判定された場合に、前記他の装置へ前記第1の通知信号を送信する、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記通信部は、前記第1の通知信号を、共通する仮想オブジェクトを表示する一群の装置を管理する情報処理装置へ送信する、請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記第1の通知信号は、前記仮想オブジェクトを識別するための識別データ又は前記仮想オブジェクトの位置を表す位置データを含み、前記仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ前記情報処理装置を介して転送される、請求項8に記載の画像処理装置。
- 前記画像処理装置は、
前記操作子を表す操作子画像を記憶している記憶部、
をさらに備え、
前記画像認識部は、前記記憶部に記憶されている前記操作子画像を用いて、前記入力画像に映る前記操作子を認識する、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 画像処理装置における画像処理方法であって:
実空間を撮影した入力画像を取得するステップと;
操作開始を表す第1のユーザ入力を検出するステップと;
前記画像処理装置が操作しようとする仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信するステップと;
前記入力画像に映る操作子であって、前記仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識するステップと;
前記操作子の認識の結果に応じて、前記仮想オブジェクトを表示すべき表示装置の画面上の位置を算出するステップと;
算出された表示装置の画面上の前記位置に前記仮想オブジェクトを表示させるステップと;
を含む画像処理方法。 - 画像処理装置を制御するコンピュータを:
実空間を撮影した入力画像を取得する入力画像取得部と;
操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、前記入力画像に映る操作子であって、仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識する画像認識部と;
前記画像認識部による前記操作子の認識の結果に応じて、前記仮想オブジェクトを表示すべき表示装置の画面上の位置を算出する演算部と;
前記演算部により算出される表示装置の画面上の前記位置に前記仮想オブジェクトを表示させる表示制御部と;
前記第1のユーザ入力が検出された場合に、前記仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信する通信部と;
として機能させるための、プログラム。 - 2つ以上の画像処理装置を含む画像処理システムであって、
各画像処理装置は:
実空間を撮影した入力画像を取得する入力画像取得部と;
操作開始を表す第1のユーザ入力が検出された場合に、前記入力画像に映る操作子であって、仮想オブジェクトの操作のために用いられる当該操作子を認識する画像認識部と;
前記画像認識部による前記操作子の認識の結果に応じて、前記仮想オブジェクトを表示すべき表示装置の画面上の位置を算出する演算部と;
前記演算部により算出される表示装置の画面上の前記位置に前記仮想オブジェクトを表示させる表示制御部と;
前記第1のユーザ入力が検出された場合に、前記仮想オブジェクトと共通する仮想オブジェクトを表示する他の装置へ操作開始を通知するための第1の通知信号を送信する通信部と;
をそれぞれ備え、
前記画像認識部は、前記通信部により他の装置から前記第1の通知信号が受信された場合にも、前記入力画像に映る前記操作子を認識する、
画像処理システム。
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