JP3910551B2 - 照準位置検出システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーン上の指示目標に対する照準位置を検出するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の照準位置検出システムとしては、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。このシステムでは、指示器具に取り付けられた赤外線発光器によってスクリーン上の照準位置に対応する位置に赤外線スポットが投射され、ＣＣＤカメラによってスクリーン上に投影された目標と前記赤外線スポットとを含む画像が取得され、取得された画像内でのそれらの相対的な位置関係からスクリーン上での赤外線スポットの位置すなわち照準位置が検出される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１３４４９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来システムでは、赤外線スポットは赤外線発光器から放射された赤外光をスクリーン上で反射するスポットであるため、当該赤外線スポットからの光量が不足して、その位置を精度良く検出できない場合があるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる照準位置検出システムは、スクリーン上に間隔をあけて複数設置される不可視光線の発光部と、上記複数の発光部の発光／消光を制御する発光制御部と、スクリーン上の照準位置に対応する撮影領域の不可視光線画像を取得する撮像部と、上記撮像部によって取得された不可視光線画像から上記発光部の画像を検出する発光部画像検出部と、上記発光部画像検出部によって発光部の画像が検出されたときそれに対応するタイミングで上記発光制御部が発光させていた発光部として、上記撮影領域内にある発光部を特定する特定部と、上記特定部によって特定された発光部の位置座標と、撮影領域の不可視光線画像におけるその発光部と照準位置との相対的な位置関係と、に基づいて、照準位置の位置座標を検出する照準位置検出部と、を備える。
【０００６】
また上記本発明にかかる照準位置検出システムでは、上記発光制御部は、発光部を順次発光させるのが好適である。
【０００７】
また上記本発明にかかる照準位置検出システムでは、上記発光制御部は、上記発光部画像検出部の検出結果に基づいて次に発光させる発光部を決定するのが好適である。
【０００８】
また上記本発明にかかる照準位置検出システムでは、上記発光制御部は、複数の発光部を、発光させる発光群と消光させる消光群とに区分する二分法を用いて、上記撮影領域内に存在する発光部を含む群を絞り込み、次に発光させる発光部を決定するのが好適である。
【０００９】
また上記本発明にかかる照準位置検出システムでは、照準位置の履歴から照準位置の移動先を予測する移動先予測部を備え、上記発光制御部は、その予測結果に基づいてその移動先側に位置する発光部を発光させるのが好適である。
【００１０】
また、本発明にかかる検出装置は、照準位置検出システム用の検出装置であって、上記発光部画像検出部、特定部、および照準位置検出部を備える。
【００１１】
また本発明にかかる照準位置検出システムは、スクリーン上に間隔をあけて複数設置される不可視光線の発光部と、スクリーン上の照準位置に対応する撮影領域の不可視光線画像を取得する撮像部と、上記撮像部によって取得された不可視光線画像から上記発光部の画像を検出する発光部画像検出部と、上記発光部画像検出部の検出結果に基づいて複数の発光部のうち上記撮影領域内にある発光部を特定する特定部と、上記特定部によって特定された発光部の位置座標と、撮影領域の不可視光線画像におけるその発光部と照準位置との相対的な位置関係と、に基づいて、照準位置の位置座標を検出する照準位置検出部と、を備え、上記発光部は、該発光部の画像がスクリーン上の該発光部の位置によって異なるものとなるように設置される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる照準位置検出システム１０を備えた照準訓練システムの一例を示す外観図である。この図１に示すように、照準位置検出システム１０は半球状のドーム１４を備える。ドーム１４の内壁はスクリーン１６となっており、このスクリーン１６上に、図示しないプロジェクタ等によって、移動する目標１８を含む映像が投射される。訓練者は、指示器具２０の軸が目標１８を指向するように、例えば指示器具２０に設けられた照準器（図示せず）を用いて目標１８を追尾する。この指示器具２０には撮影機構２２が設けられており、検出装置２４は、その撮影機構２２による撮影領域Ａの画像に基づいて照準位置を検出する。そして、検出装置２４あるいは別の装置によって照準位置と目標１８との誤差が算出され、この誤差に基づいて目標追尾成績が算出される。なお、スクリーン１６の表面には、不可視光線（例えば赤外線）を発する発光部（例えば赤外線発光ダイオード等）２６が間隔を空けて複数設置されており、撮影機構２２は、その不可視光線の画像を取得する。不可視光線を用いることで、訓練等の妨げとなるのを防止しつつ発光部２６の発光／消光の制御を自在に行うことができる。また撮影機構２２は、少なくとも発光部２６の画像を取得できるものであればよく、スクリーン１６上に投影される目標１８あるいはその他の画像を取得する機能は必須ではない。
【００１３】
ここで、本実施形態にかかる照準位置検出システム１０による照準位置検出の原理について、図２および図３を参照して説明する。図２は、スクリーン１６上に投射された目標１８、撮影機構２２による撮影領域Ａ、および照準位置Ｍを模式的に示す図であり、図３は、撮影機構２２によって取得された図２の撮影領域Ａの画像に所定の画像処理を施して得られた画像の一例を示す図である。なお、図３では、不可視光線の強度が所定の閾値より大きくなる部分（すなわち発光部２６の画像）を黒く塗りつぶしている。
【００１４】
図２に示すように、スクリーン１６には、複数の発光部２６（２６ａ〜２６ｔ）が例えば千鳥配置で設けられている。なお図２は、これら複数の発光部２６のうち、撮影領域Ａ内に位置するもののうち二つの発光部２６ｆ，２６ｋのみが発光し（太い線で示す）、その他の発光部（２６ａ〜２６ｅ，２６ｇ〜２６ｊ，２６ｌ〜２６ｔ；細い線で示す）が消光しているときの様子を示している。
【００１５】
撮影機構２２は、発光部２６の発する不可視光線の画像を取得する。すなわち図３に示すように、撮影機構２２が取得した図２の撮影領域Ａの画像には、発光している発光部２６ｆ，２６ｋの画像は含まれるが、消光している発光部（２６ａ〜２６ｅ，２６ｇ〜２６ｊ，２６ｌ〜２６ｔ）の画像は含まれない。そして検出装置２４（の照準位置検出部３８；図４）は、この画像から照準位置Ｍを検出する。具体的には、検出装置２４は、画像スケール（ｘ，ｙ）における二つの発光部２６ｆ，２６ｋの画像の中心の座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２）を求める。撮影領域Ａおよび画像スケールは照準位置Ｍに対して相対的に固定されているので、画像スケール上での発光部２６ｆ，２６ｋの座標から、発光部２６ｆ，２６ｋに対する照準位置Ｍ（例えば撮影領域Ａの中心に設定される）の相対的な位置がわかる。そして、発光部２６ｆ，２６ｋのスクリーン１６上の位置座標（三次元座標）は既知であるから、検出装置２４は、当該発光部２６ｆ，２６ｋのスクリーン１６上の位置座標と前記相対的な位置関係とから、照準位置Ｍのスクリーン１６上の位置座標を取得することができる。さらに、目標１８のスクリーン１６上の位置座標は既知であるので、目標１８のスクリーン１６上の位置座標と照準位置Ｍのスクリーン１６上の位置座標との誤差を算出することができ、さらに、その誤差に基づいて訓練成績を算出することができる。なお、ここでは、発光部２６ｆ，２６ｋの画像に基づいて照準位置Ｍのスクリーン１６上の位置座標を取得する例について示したが、これには限られず、撮影領域Ａ内の発光部２６（すなわち図２の場合は、２６ｆ，２６ｇ，２６ｊ，２６ｋ，２６ｎ，２６ｏ）の発光画像であればどれを用いても同様に照準位置Ｍを取得することができる。スクリーン１６上の撮影領域Ａの姿勢や倍率が既知（または固定値）である場合には、撮影領域Ａ内にある一つの発光部２６の画像から照準位置Ｍを取得することができる。
【００１６】
次に、図４を参照して、本実施形態にかかる照準位置検出システム１０の概略構成について説明する。図４は、照準位置検出システム１０のブロック図である。
【００１７】
照準位置検出システム１０は、撮影機構２２、検出装置２４および発光機構を含む。上述したように、撮影機構２２は、スクリーン１６上の撮影領域Ａの不可視光線画像を取得する。取得された不可視光線画像は検出装置２４に送られる。
【００１８】
検出装置２４は、その不可視光線画像から照準位置Ｍを検出する。まず、画像処理部３２は、撮影機構２２によって取得された不可視光線画像に所定の画像処理（例えば、二値化処理、フィルタリング、グルーピング、ラベリング等）を施す。これによって例えば図３に示した画像が取得される。発光部画像検出部３４は、その画像中に所定の条件を満たす画素グループ（例えばその画素数や形状等が所定の条件を満たすもの）がある場合に、その画素グループを発光部２６の画像として検出する。例えば図３の場合には、二つの画素群が発光部２６の画像として認定されることになる。
【００１９】
ここで、発光部画像検出部３４では、撮影領域Ａ内に発光している発光部２６があるときには発光部２６の画像が検出されるが、撮影領域Ａ内に発光している発光部２６が無いときには当然ながら発光部２６の画像は検出されない。これを利用して、スクリーン１６上の複数の発光部２６から、撮影領域Ａ内にある発光部２６を特定することができる。その一例について図５を参照して説明する。図５は、発光部２６の発光パターンの一例を示す図である。この図５では、発光している発光部２６を太線で示し、消光している発光部２６を細線で示している。この例では、（ａ）〜（ｃ）に示すように、発光させる発光部２６を順次切り替えるとともに、各発光タイミングでは全発光部２６のうち二つの発光部２６のみが発光するようにしている。こうしてスクリーン１６上の全ての発光部２６を順次発光させれば、撮影領域Ａ内に存在する発光部２６も所定のタイミングで必ず発光し、そのときには発光部画像検出部３４でその発光部２６の画像が検出されることになる。すなわち、特定部３６は、発光部画像検出部３４で発光部２６の画像が所定数（撮影領域Ａ内の発光部２６を最終的に特定するときに一度に発光させる発光部２６の数）検出されたときに、その画像が検出されたタイミングに対応して発光していた発光部２６を示す情報を取得し、その発光部２６の画像に対応する発光部２６を特定する。この手法は、訓練開始時など、検出装置２４で指示器具２０の指示方向すなわち撮影領域Ａを把握することができず、まずはそれを特定する必要がある場合に有効である。なお、この処理のため、撮影領域Ａの大きさおよび発光部２６の分布密度は、撮影領域Ａがスクリーン１６上のどの位置にあっても少なくとも前記所定数の発光部２６が含まれるように設定しておく。
【００２０】
検出された発光部２６が特定部３６によって特定されると、照準位置検出部３８は、上述した手法を用いて、その発光部２６のスクリーン１６上の位置座標と、画像（すなわち画像処理部３２によって画像処理された後の画像）中の発光部２６の位置と照準位置Ｍとの相対的な位置関係とから、スクリーン１６上の照準位置Ｍを検出する。各タイミングで検出された照準位置Ｍを示す情報は、照準位置履歴情報として、照準位置履歴記憶部４０に格納される。この照準位置履歴情報は、照準の成績算出に用いられる。すなわち、成績算出部４２は、照準位置履歴情報と、各タイミングにおける目標１８の位置を示す目標位置履歴情報とを比較し、それらの誤差の程度あるいは誤差が所定の閾値を超えた率などから、訓練成績を算出する。なお、目標位置履歴情報は、例えば、画像投影システム４４から取得され、目標位置履歴記憶部４６に格納される。
【００２１】
また、照準位置検出システム１０は、発光機構として、発光制御部４８、発光パターン記憶部５０、駆動回路５２、発光履歴記憶部５４を備える。このうち発光制御部４８は、例えば、発光パターン記憶部５０に格納される発光パターン（例えば、図５に例示したような発光部２６を二個ずつ順次発光させる発光パターン等）に基づいて、複数の発光部２６の発光／消光を制御することができる。発光制御部４８で生成された制御信号は駆動回路５２に入力され、駆動回路５２は、この制御信号に基づいて複数の発光部２６を発光あるいは消光させる。また、発光履歴記憶部５４は、各発光部２６の各タイミングにおける発光／消光を示す情報、すなわち発光履歴情報を格納する。発光制御部４８は、この発光履歴情報に基づいて発光／消光を制御することもできる。
【００２２】
そして、この発光制御部４８によって複数の発光部２６の発光／消光を適切に制御することで、撮影領域Ａ内にある発光部２６をより迅速に特定することができる。その一例について図６を参照して説明する。図６は、発光部２６の発光パターンの他の一例を示す図であり、具体的には、複数の発光部２６を、発光させる発光群と消光させる消光群とに区分する手法（いわゆる二分法）を用いて、スクリーン１６上の全発光部２６から、撮影領域Ａ内にある発光部２６を絞り込む例である。まず、発光制御部４８は、図６（ａ）に示すように、例えば、スクリーン１６上の全ての発光部２６を群ａ１と群ａ２とに分け、そのうちいずれか一方の群（発光群；例えば群ａ１）に属する発光部２６を発光させ、他方の群（消光群；例えば群ａ２）の発光部２６を消光させる。ここで、発光部画像検出部３４において、このときの画像から発光部２６の画像が検出された場合には、撮影領域Ａ内には発光群（群ａ１）の発光部２６が含まれていることを意味し、逆に発光部２６の画像が検出されなかった場合には、撮影領域Ａ内には消光群（群ａ２）の発光部２６が含まれることを意味する。さらに、発光制御部４８は、発光履歴情報と発光部画像検出部３４の検出結果に基づき、撮影領域Ａ内の発光部２６を含む群（図６（ａ）の例では群ａ１）を、さらに発光群（例えば群ｂ１）と消光群（例えば群ｂ２）とに分け、同様の処理を実行する。かかる処理を繰り返すことで、撮影領域Ａ内にある発光部２６が絞り込まれる。こうして特定部３６は、撮影領域Ａ内にある発光部２６を、図５の場合よりさらに迅速に特定することができるようになる。
【００２３】
そして、本実施形態にかかる照準位置検出システム１０では、一旦撮影領域Ａ内の発光部２６が特定されると、その後は、照準位置の移動を予測して発光部２６の発光を制御するため、撮影領域Ａが移動したとしても、当該撮影領域Ａ内に位置する発光部２６が発光する状態をより容易に維持することができる。その一例について、図７を参照して説明する。図７は、照準位置の移動先の予測に基づく発光部２６の制御の一例を示す図である。図７（ａ）に示すように、目標１８が矢印の方向に移動している場合などには、通常、それを追尾する照準位置Ｍも矢印の方向に移動することになるが、このとき、発光している発光部２６が撮影領域Ａから外れ、その撮影領域Ａ内に発光状態の発光部２６が無くなると、図５あるいは図６に例示した手法等により、再度、撮影領域Ａ内の発光部２６を探し出す必要が生じる。そこで、本実施形態では、移動先予測部５６により、照準位置履歴記憶部４０から取得した照準位置履歴情報に基づいて照準位置Ｍｐおよび撮影領域Ａの移動先を予測し、その移動先にある発光部２６を発光させる（図７（ｂ））。例えば、最近の数回のタイミングでの照準位置情報を取得し、それら位置座標から外挿することによって次の照準位置Ｍｐを予測する。具体的には、過去２回の二つの照準位置を通る一次関数を算出し、その一次関数上で最近の照準位置からそれら二つの照準位置間の距離だけ離れた点として移動先Ｍｐの位置座標を求めることができる。そして、移動先予測部５６は、例えば、撮影領域Ａ近傍の発光部２６のうち、移動先側に照準位置の予測位置Ｍｐに対して所定の距離内に位置する発光部２６（図７（ｂ）では発光部２６ｐｒ）があったときは、それを示す情報を発光制御部４８に伝える。発光制御部４８は、その情報に基づいて当該発光部２６（同発光部２６ｐｒ）を発光させる。こうして、発光状態の発光部２６を撮影領域Ａ内に捕捉した状態が維持されやすくなり、より精度良く照準位置Ｍを検出することができるようになる。
【００２４】
次に、本発明の他の実施形態について図８および図９を参照して説明する。図８は、本発明の第二の実施形態にかかるスクリーン１６ａを示す図、また図９は、本発明の第三の実施形態にかかるスクリーン１６ｂを示す図である。これら実施形態では、発光部２６の配置パターンをその位置に応じて異なるものとし、発光部２６の画像からその発光部２６を特定できるようにしている。このため、特定部３６（図４）は、発光部２６のスクリーン上の配置パターンや形状を示す情報を記憶する発光部情報記憶部５８を参照して、検出された発光部２６を特定する。さて、図８の例では、発光部２６の各群における発光部２６の数を行毎に変え、さらに各発光部２６の群の姿勢（回転角度）を列毎に変えている。また、図９の例では、列方向（上下方向）に隣接する二つの発光部２６の間隔を列方向で変え（下側ほど大きくなっており）、さらに隣接する行の間隔を行方向で変えている（右側ほど行間隔を大きくしている）。これらの例のように発光部２６の配置をその位置に応じた固有のものとすることで、撮影領域Ａの位置によってその撮影領域Ａの画像中の発光部２６の画像が異なるようになるので、当該発光部２６の画像のパターンからその発光部２６を特定することができる。なお、配置パターンは、全スクリーン１６について固有とするのが好適であるが、スクリーンの一部領域で固有とし、上記第一の実施形態の手法を併用して撮影領域Ａ中の発光部２６を特定するようにしてもよい。また、形状の異なる発光部２６を複数種類用い、スクリーン１６上の位置固有の発光部２６の形状および配置パターンとすることで、発光部２６を特定できるようにしてもよい。
【００２５】
なお、本発明にかかる照準位置検出システムは、射撃訓練や消防放水訓練等の照準訓練システムに適用することができるほか、ゲーム機器等に適用することも可能である。また、スクリーンは平面であってもよいし、不可視光線が取得できる距離が確保できればシステムの規模等も特に限定されるものではない。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、不可視光線の発光部をスクリーンに設けたため、不可視光線のスポットをスクリーン上に形成していた場合に比べ、十分な光量を得ることができ、照準位置の検出精度が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる照準位置検出システムを含む照準訓練システムの外観図である。
【図２】 本発明の実施形態にかかる照準位置検出システムのスクリーン上の目標、撮影領域および照準位置を模式的に示す図である。
【図３】 本発明の実施形態にかかる照準位置検出システムによって取得された図２の撮影領域Ａの画像に所定の画像処理を施して得られた画像の一例を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態にかかる照準位置検出システムのブロック図である。
【図５】 本発明の第一の実施形態にかかる照準位置検出システムの発光部の発光パターンの一例を示す図である。
【図６】 本発明の第一の実施形態にかかる照準位置検出システムの発光部の発光パターンの他の例を示す図である。
【図７】 本発明の第一の実施形態にかかる照準位置検出システムによる照準位置の移動先の予測およびその予測に基づく発光部の制御の一例を示すための図である。
【図８】 本発明の第二の実施形態にかかる照準位置検出システムにおけるスクリーン上の発光部の配置パターンを示す図である。
【図９】 本発明の第三の実施形態にかかる照準位置検出システムにおけるスクリーン上の発光部の配置パターンを示す図である。
【符号の説明】
１０ 照準位置検出システム、１４ ドーム、１６，１６ａ，１６ｂ スクリーン、１８ 目標、２０ 指示器具、２２ 撮影機構、２４ 検出装置、２６（２６ａ〜２６ｔ，２６ｐｒ） 発光部、３２ 画像処理部、３４ 発光部画像検出部、３６ 特定部、３８ 照準位置検出部、４０ 照準位置履歴記憶部、４２成績算出部、４４ 画像投影システム、４６ 目標位置履歴記憶部、４８ 発光制御部、５０ 発光パターン記憶部、５２ 駆動回路、５４ 発光履歴記憶部、５６ 移動先予測部、５８ 発光部情報記憶部、Ａ 撮影領域、Ｍ 照準位置、Ｍｐ 移動先（照準位置）。

Claims (3)

1. スクリーン上に間隔をあけて複数設置される不可視光線の発光部と、
   前記複数の発光部の発光／消光を制御する発光制御部と、
   スクリーン上の照準位置に対応する撮影領域の不可視光線画像を取得する撮像部と、
   前記撮像部によって取得された不可視光線画像から前記発光部の画像を検出する発光部画像検出部と、
   前記発光部画像検出部によって発光部の画像が検出されたときそれに対応するタイミングで前記発光制御部が発光させていた発光部として、前記撮影領域内にある発光部を特定する特定部と、
   前記特定部によって特定された発光部の位置座標と、撮影領域の不可視光線画像におけるその発光部と照準位置との相対的な位置関係と、に基づいて、照準位置の位置座標を検出する照準位置検出部と、を備え、
   前記発光制御部は、前記発光部画像検出部の検出結果に基づいて、複数の発光部を、発光させる発光群と消光させる消光群とに区分する二分法を用いて、前記撮影領域内に存在する発光部を含む群を絞り込み、次に発光させる発光部を決定することを特徴とする照準位置検出システム。
2. スクリーン上に間隔をあけて複数設置される不可視光線の発光部と、
   前記複数の発光部の発光／消光を制御する発光制御部と、
   スクリーン上の照準位置に対応する撮影領域の不可視光線画像を取得する撮像部と、
   前記撮像部によって取得された不可視光線画像から前記発光部の画像を検出する発光部画像検出部と、
   前記発光部画像検出部によって発光部の画像が検出されたときそれに対応するタイミングで前記発光制御部が発光させていた発光部として、前記撮影領域内にある発光部を特定する特定部と、
   前記特定部によって特定された発光部の位置座標と、撮影領域の不可視光線画像におけるその発光部と照準位置との相対的な位置関係と、に基づいて、照準位置の位置座標を検出する照準位置検出部と、
   照準位置の履歴から照準位置の移動先を予測する移動先予測部と、を備え、
   前記発光制御部は、前記移動先予測部による予測結果に基づいてその移動先側に位置する発光部を発光させることを特徴とする照準位置検出システム。
3. 前記発光制御部は、発光部を順次発光させることを特徴とする請求項１又は２に記載の照準位置検出システム。

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