JP2013113642A - 位置計測装置及び位置計測システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】演算装置200は、カメラ速度と最大荷重領域の速度とを対応付けた対応テーブルを記憶する記憶部230と、足裏圧力が最大となる最大荷重領域の時間変化により最大荷重ベクトルを生成する最大荷重ベクトル生成部251と、対応テーブルを参照して、最大荷重ベクトルが示す最大荷重領域の速度から、カメラ速度を算出するカメラ速度算出部252と、最大荷重ベクトルが示す最大荷重領域の方向を、カメラ方向として算出するカメラ方向算出部253と、カメラ速度と、カメラ方向とに基づいて、カメラ位置を算出するカメラ位置算出部254と、を備える。
【選択図】図5
Description
また、従来のDGSは、屋外で使用可能であるが、非特許文献1に記載の技術と同様、専用の大型装置を使用しなければならず、重く、機動性が悪いという欠点がある。
さらに、従来の画像解析ソフトウェアは、カメラデータの精度が不十分であり、景色のような特徴が少ない映像からカメラデータを算出することが極めて困難である。
つまり、位置データ算出手段は、計測対象の移動速度に高い相関を有する最大荷重領域の速度を用いて、計測対象の移動速度を正確に算出する。
なお、本発明の履物には、例えば、靴、ブーツ、サンダル又はスリップがあげられる。
かかる構成によれば、位置計測装置は、一般的な感圧シートで足裏圧力計測手段を構成することができる。
かかる構成によれば、位置計測装置は、計測対象の位置データに加えて、姿勢データも計測することができる。
かかる構成によれば、位置計測装置は、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、撮影カメラの位置データ及び姿勢データをカメラデータとして計測することができる。
かかる構成によれば、位置計測装置は、カメラデータに撮影カメラの画角を付加することができる。
本願1,9発明によれば、計測対象の移動速度に高い相関関係を有する最大荷重領域の速度を用いて、計測対象の移動速度を正確に算出できるため、位置データを高い精度で計測することができる。さらに、本願1,9発明によれば、足裏圧力計測手段が履物状又はシート状であるため、平坦でない場所でも位置データを計測でき、専用の大型装置を必要とせず、機動性に優れる。
本願3,9発明によれば、足裏圧力計測手段を小型化できるため、機動性により優れる。さらに、本願3,9発明によれば、足裏圧力計測手段が人物と共に移動するため、位置データの計測範囲を極めて広くすることができる。
本願5,9発明によれば、各個人に対応した対応テーブル及び誤差テーブルを用いて、相関関係の個人差を位置データに反映させるため、位置データをより高い精度で計測することができる。
本願第7,9発明によれば、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、カメラデータを計測するため、撮影映像とカメラデータとの時間軸が一致して、映像加工処理を効率的に行うことができる。
本願第8,9発明によれば、カメラデータに撮影カメラの画角が付加されるので、映像加工処理をより効率的に行うことができる。
[カメラデータ計測システムの概略]
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るカメラデータ計測システム(位置計測システム)Sysの概略について説明する。
図1(a)に示すように、カメラデータ計測システムSysは、カメラデータ計測装置(位置計測装置)1と、計測対象としての撮影カメラ900とを備える。
このカメラデータ計測装置1は、撮影カメラ900の姿勢データと位置データとをカメラデータとして計測するものであり、圧力データ計測装置(足裏圧力計測手段)100と、演算装置(位置データ算出手段)200とを備える。
<履物状感圧センサの構造>
図2を参照して、圧力データ計測装置100の構造を説明した後、図3を参照して、圧力データ計測装置100の信号処理を説明する。
図2に示すように、圧力データ計測装置100は、右足用の圧力データ計測装置100Rと、左足用の圧力データ計測装置100Lとで構成される。
なお、圧力データ計測装置100L,100Rが同一構成のため、圧力データ計測装置100Lのみ説明し、圧力データ計測装置100Rの説明を省略する。
具体的には、圧力データ計測装置100Lは、靴110Lの靴底に感圧センサ120Lが装着(貼付)されている。この感圧センサ120Lは、靴110Lの靴底と同じ形状であり、靴110Lの靴底全面で足裏圧力を計測する。また、信号ケーブル120Laは、計測した足裏圧力を出力するため、感圧センサ120Lと圧力データ送信部130Lとの間を接続している。この圧力データ送信部130Lは、靴110Lのかかと側に固定された円筒状の筐体と、この筐体上部から突出したアンテナ130Laとで構成される。
感圧センサ120Lは、カメラマンCmの足裏圧力を計測するものである。つまり、感圧センサ120Lは、撮影カメラ900を肩に載せたカメラマンCmが移動する際、このカメラマンCmの足裏のどの部分にどの程度の圧力が加わっているか計測する。そして、感圧センサ120Lは、計測した足裏圧力を圧力データ送信部130Lに出力する。
なお、感圧センサ120Lで足裏圧力を計測する原理は、後記する感圧シート140と同様のため、説明を省略する。
なお、圧力データ送信部130Lは、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
図4,図5を参照して、図1の演算装置200の構成について説明する。
図4に示すように、演算装置200は、ジャイロセンサ210と、加速度センサ220と、記憶部230(図5)と、圧力データ受信部240(受信部、図5)と、CPU(Central Processing Unit)250とを備える。
パン方向ジャイロセンサ211は、演算装置200及びこの演算装置200が装着された撮影カメラ900について、パン方向の角速度を計測するものである。
チルト方向ジャイロセンサ213は、演算装置200及び撮影カメラ900について、チルト方向の角速度を計測するものである。
ヨー方向ジャイロセンサ215は、演算装置200及び撮影カメラ900について、ヨー方向の角速度を計測するものである。
そして、ジャイロセンサ210は、計測したパン方向、チルト方向及びヨー方向の角速度を速度データとしてCPU250に出力する。
左右方向加速度センサ221は、演算装置200及びこの演算装置200が装着された撮影カメラ900について、左右方向(x軸方向)の加速度を計測するものである。
上下方向加速度センサ223は、演算装置200及び撮影カメラ900について、上下方向(y軸方向)の加速度を計測するものである。
前後方向加速度センサ225は、演算装置200及び撮影カメラ900について、前後方向(z軸方向)の加速度を計測するものである。
そして、加速度センサ220は、計測した左右方向、上下方向及び前後方向の加速度を加速度データとしてCPU250に出力する。
この対応テーブルは、移動するカメラマンCmに保持された撮影カメラ900の移動速度(以下、「カメラ速度」)と、カメラマンCmの左右両足の足裏圧力から求められた最大荷重領域の速度とを予め対応付けたものである。
この誤差テーブルは、カメラマンCmの前後に開いた両足(以下、「前後両足」)の荷重バランスと、カメラマンCmに保持された撮影カメラ900の位置ずれ量とを予め対応付けたものである。
図6〜図11を参照して、対応テーブルの前提として最大荷重領域を説明した後、対応テーブル及び誤差テーブルの設定方法を順番に説明する(適宜図5参照)。
また、図7では、カメラマンCmの移動によるつま先Egの荷重分布を実線で図示した。この荷重分布は、例えば、円形又は楕円形のように表れる。そして、最大荷重領域Aは、この荷重分布が最大となる領域であり、図7にハッチングで図示した。
なお、図面を見やすくするため、図7(b)〜(d)では、移動方向D及び足裏全体Ftの図示を省略した。
まず、カメラマンCmが片足を踏み出した直後では(時刻T1)、最大荷重領域Aは、図8(a)に示すように、つま先Egの後方に位置する。次に、カメラマンCmが片足を踏み込んでいくと(時刻T2,T3)、最大荷重領域Aの位置は、図8(b),(c)に示すように、つま先Egの左前方に動く。さらに、カメラマンCmが反対側の足に踏みかえる直前(時刻T4)、最大荷重領域Aは、図8(d)に示すように、時刻T3よりもつま先Egの左前方に動き、つま先Egの先端左側に近づく。
また、カメラマンCmが足を踏みかえるときに、左右両足で同時に最大荷重領域Aが現れる場合も考えられるが、極めて短時間のため、これを無視して扱ってもよい。
続いて、キャリブレーションによって対応テーブルを設定する方法について、具体的に説明する。
なお、キャリブレーションとは、カメラ速度と最大荷重領域Aの速度とを対応付けることである。
また、最大荷重領域Aは、例えば、カメラマンCmの個人差や圧力データ計測装置100の計測精度に起因して、図7のように一定の形状を保たずに、様々な形状に変化する場合もある。この場合、最大荷重領域Aの重心位置を求め、最大荷重領域Aの重心位置の速度と、カメラ速度とを対応付けてもよい。
図10に示すように、カメラマンCmの前後両足の荷重バランスが不均衡な場合、肩に載せられた撮影カメラ900の位置は、前後に誤差(位置ずれ)を有することが多い。そして、撮影カメラ900の位置は、荷重バランスが前後で不均衡になると、前後に規則性をもって変化する。従って、カメラマンCmが荷重バランスを前後に変化させながら、基準位置に対する撮影カメラ900の位置ずれ量を位置変化計測装置で計測する。
なお、前後の荷重バランスが均衡な状態での撮影カメラ900の位置を、基準位置とする。
この図11(a)では、縦軸が前足の足裏圧力であり、横軸が後足の足裏圧力である。
この図11(b)では、縦軸が位置ずれ量であり、横軸が図11(a)の荷重バランスに対応する。
圧力データ受信部240は、圧力データ計測装置100L,100Rのそれぞれから、左右両足の足裏圧力を圧力データとして受信するものである。そして、圧力データ受信部240は、受信した左右両足の圧力データをCPU250に出力する。この圧力データ受信部240は、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
カメラ速度算出部252は、記憶部230に記憶された対応テーブルを参照して、最大荷重ベクトルVの大きさで表される最大荷重領域Aの速度から、カメラ速度を算出するものである。
カメラ位置算出部254は、カメラ速度算出部252で算出されたカメラ速度と、カメラ方向算出部253で算出されたカメラ方向とに基づいて、撮影カメラ900の位置を示す位置データを算出するものである。
図7を参照して、最大荷重ベクトル生成部251が最大荷重ベクトルV1を生成してから、カメラ位置算出部254が位置データを算出するまでの処理を具体的に説明する(適宜図5参照)。
なお、時刻T3,T4でカメラ速度及びカメラ方向を算出する処理は、時刻T1,T2と同様のため、説明を省略する。
また、本実施形態では、圧力データ計測装置100が履物状であるため、カメラマンCmの絶対位置(絶対座標)を計測することができない。このため、カメラデータ計測装置1は、キャリブレーション原点にカメラマンCmが位置した状態で、位置データの算出を開始することとする。そして、カメラデータ計測装置1は、計算間隔ごとに、撮影カメラ900の相対的な位置を示す位置データを算出する。
前記したように、圧力データは、左右何れの足であるかの識別情報が付加されている。また、カメラマンCmは、両足をそろえた状態で左右どちらの足を最初に踏み出すのか癖として決まっており、その後、左右の足を交互に踏みこむ。従って、荷重バランス算出部255は、カメラマンCmが最初に踏み出す足の情報を予め設定すると共に、左右の足裏圧力の最大値が反転したときに左右の足が踏み替えられたと判定する。これによって、荷重バランス算出部255は、受信した圧力データが前足又は後足の何れに対応するかを識別して、左右両足の足裏圧力の比によって、前後両足の荷重バランスを算出することができる。
なお、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する方法は、MEMS慣性センサの実装に依存する一般的な処理のため、詳細な説明を省略する。
図12を参照して、図3の圧力データ計測装置100の動作について説明する(適宜図3参照)。
圧力データ計測装置100は、感圧センサ120によって、カメラマンCmの足裏圧力(圧力データ)を計測する(ステップS1)。
圧力データ計測装置100は、圧力データ送信部130によって、感圧センサ120で計測された圧力データを演算装置200に送信する(ステップS2)。
図13を参照して、図5の演算装置200の動作について説明する(適宜図3参照)。
演算装置200は、キャリブレーションによって設定した対応テーブルと、誤差テーブルとを、予め記憶部230に記憶する(ステップS11)。
演算装置200は、加速度センサ220によって、加速度データを計測する(ステップS13)。
演算装置200は、姿勢データ算出部257によって、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する(ステップS14)。
演算装置200は、最大荷重ベクトル生成部251によって、圧力データが最大となる最大荷重領域を求め、この最大荷重領域Aの時間変化により最大荷重領域の方向及び速度を示す最大荷重ベクトルを生成する(ステップS16)。
演算装置200は、カメラ方向算出部253によって、最大荷重ベクトルの方向をカメラ方向として算出する(ステップS18)。
演算装置200は、カメラ位置算出部254によって、カメラ速度と、カメラ方向とに基づいて位置データを算出する(ステップS19)。
演算装置200は、カメラ位置補正部256によって、誤差テーブルを参照して、荷重バランスから撮影カメラ900の位置ずれ量を算出し、この位置ずれ量で位置データを補正する(ステップS21)。
その後、演算装置200は、CPU250によって、撮影カメラ900の位置データと姿勢データとを、カメラデータとして出力する。
図5に戻り、本発明の第1実施形態に係るカメラデータ計測装置1について、変形例を説明する。
カメラ速度と最大荷重領域の速度との相関関係や、前後両足の荷重バランスと撮影カメラ900の位置ずれ量との相関関係は、カメラマンCmごとの個人差が大きく表れる。
このため、記憶部230は、各カメラマンCmに対応した対応テーブル及び誤差テーブルを予め記憶する。そして、カメラデータ計測装置1は、カメラマンCmの認証処理を行い、認証されたカメラマンCmに対応した対応テーブル及び誤差テーブルを用いて、カメラデータを計測する。
[位置センサの構成]
図14〜図16を参照して、本発明の第2実施形態に係るカメラデータ計測装置1Bについて、第1実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置1Bは、履物状の圧力データ計測装置100(図2)の代わりに、シート状の圧力データ計測装置100Bを備える点が第1実施形態と異なる。
また、第2実施形態では、足裏圧力が絶対座標系で計測されるため、荷重バランス算出部255(図5)は、その絶対座標を用いて、左右両足の圧力データが前足又は後足に対応するか識別してもよい。
[カメラデータ計測装置の構成]
図17を参照して、本発明の第3実施形態に係るカメラデータ計測装置1Cの構成について、第2実施形態と異なる点を説明する。
なお、同期信号を用いる以外、カメラデータ計測装置1Cの各手段は、図5と同様のため、詳細な説明を省略する。
[カメラデータ計測装置の構成]
図18,図19を参照して、本発明の第4実施形態に係るカメラデータ計測装置1Dの構成について、第1実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置1Dは、撮影カメラ900の撮影画角を算出して、カメラデータに付加する点が、第2実施形態と大きく異なる。
この撮影画角テーブルは、リング回転量と、撮影カメラ900の撮影画角とを予め対応付けたものである。
以上のように、本発明の第4実施形態に係るカメラデータ計測装置1Dは、位置データ及び姿勢データに加えて、撮影画角もカメラデータとして計測することができる。
100,100B,100L,100R 圧力データ計測装置(足裏圧力計測手段)
110L,110R 靴
120,120L,120R 感圧センサ
130,130L,130R 圧力データ送信部(送信部)
140 感圧シート
140a 信号ケーブル
141 表面層
143 中間層
145 裏面層
200,200C,200D 演算装置(位置データ算出手段)
210 ジャイロセンサ
211 パン方向ジャイロセンサ
213 チルト方向ジャイロセンサ
215 ヨー方向ジャイロセンサ
220 加速度センサ
221 左右方向加速度センサ
223 上下方向加速度センサ
225 前後方向加速度センサ
230 記憶部
240 圧力データ受信部(受信部)
250,250C,250D CPU
251 最大荷重ベクトル生成部
252 カメラ速度算出部(移動速度算出部)
253 カメラ方向算出部(移動方向算出部)
254 カメラ位置算出部(計測対象位置算出部)
255 荷重バランス算出部
256 カメラ位置補正部(位置データ補正部)
257 姿勢データ算出部
258 画角算出部
260 計測部
270 エンコーダ
290 基板
291 筐体
292 アンテナ
900 撮影カメラ(計測対象)
910 ズームレンズ
920 回転リング
Sys カメラデータ計測システム(位置計測システム)
Claims (9)
- 移動する人物の足裏圧力を計測する履物状又はシート状の足裏圧力計測手段と、前記足裏圧力が最大となる最大荷重領域に基づいて、移動する前記人物に保持された計測対象の位置データを算出する位置データ算出手段と、を備える位置計測装置であって、
前記位置データ算出手段は、
移動する前記人物に保持された前記計測対象の移動速度と、当該人物の両足の足裏圧力から求められた前記最大荷重領域の速度とが予め対応付けられた対応テーブルを記憶する記憶部と、
前記足裏圧力計測手段で計測された足裏圧力が最大となる前記最大荷重領域を求め、前記最大荷重領域の時間変化により当該最大荷重領域の方向及び速度を示す最大荷重ベクトルを生成する最大荷重ベクトル生成部と、
前記記憶部に記憶された対応テーブルを参照して、前記最大荷重ベクトルの大きさで表される前記最大荷重領域の速度から、前記計測対象の移動速度を算出する移動速度算出部と、
前記最大荷重ベクトルの方向を前記計測対象の移動方向として算出する移動方向算出部と、
前記移動速度算出部で算出された計測対象の移動速度と、前記計測対象の移動方向とに基づいて、前記計測対象の位置データを算出する計測対象位置算出部と、
を備えることを特徴とする位置計測装置。 - 前記位置データ算出手段は、
前記記憶部が、さらに、人物の両足の荷重バランスと、当該人物に保持された前記計測対象の位置ずれ量とが予め対応付けられた誤差テーブルを記憶し、
前記足裏圧力計測手段で計測された両足の足裏圧力の比によって、前記荷重バランスを算出する荷重バランス算出部と、
前記記憶部に記憶された誤差テーブルを参照して、前記荷重バランス算出部が算出した荷重バランスから前記計測対象の位置ずれ量を算出し、算出した当該位置ずれ量によって前記計測対象位置算出部で算出された位置データを補正する位置データ補正部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の位置計測装置。 - 前記足裏圧力計測手段は、
前記人物の履物の靴中又は靴底に装着され、当該人物の足裏圧力を計測する感圧センサと、
前記感圧センサで計測された足裏圧力を前記位置データ算出手段に送信する送信部と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の位置計測装置。 - 前記足裏圧力計測手段は、
前記人物の足裏圧力を計測する感圧シートと、
前記感圧シートで計測された足裏圧力を前記位置データ算出手段に送信する送信部と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の位置計測装置。 - 前記記憶部は、前記人物ごとに、前記対応テーブルと前記誤差テーブルとを記憶し、
前記移動速度算出部は、前記人物ごとの対応テーブルを参照して、前記計測対象の移動速度を算出し、
前記位置データ補正部は、前記人物ごとの誤差テーブルを参照して、前記位置データの位置ずれ量を補正する
ことを特徴とする請求項2から請求項4の何れか一項に記載の位置計測装置。 - 前記位置データ算出手段は、
前記計測対象の3次元方向の加速度を計測する加速度センサと、
前記計測対象のパン方向、チルト方向及びヨー方向の角速度を計測するジャイロセンサと、
前記ジャイロセンサが計測した角速度と前記加速度センサが計測した加速度とから、前記計測対象の向きを示す姿勢データを算出する姿勢データ算出部と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の位置計測装置。 - 前記位置データ算出手段は、前記計測対象としての撮影カメラに装着され、
前記計測対象位置算出部は、前記撮影カメラが撮影した撮影映像の同期信号が入力され、入力された前記同期信号に同期させて前記計測対象の位置データを算出することを特徴とする請求項6に記載の位置計測装置。 - 前記位置データ算出手段は、
前記記憶部が、さらに、前記撮影カメラが備えるズームレンズのリング回転量と前記撮影カメラの画角とを予め対応付けた撮影画角テーブルを記憶し、
前記リング回転量を計測するエンコーダと、
前記記憶部が記憶する撮影画角テーブルを参照して、前記エンコーダが計測したリング回転量から前記撮影カメラの画角を算出する画角算出部と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の位置計測装置。 - 請求項1から請求項8の何れか一項に記載の位置計測装置と、
前記計測対象としての撮影カメラと、
を備えることを特徴とする位置計測システム。
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