JP4196880B2 - 自動移動型空中浮遊映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空中を自由に移動可能な飛行船から、地面等の下方に向けて行う映像（動画、静止画の両方を含む）の投影表示技術に関する。

従来より、地上や空中にあるバルーン等の内部からその表面に映像投影を行って映像をバルーン等の表面に表示する、広告装置やアミューズメント装置がある（例えば、特許文献１又は特許文献２）。
特開平５−２９４２８８号公報 特開平８−３１４４０１号公報

しかしながら、従来の装置の場合、バルーン等から地上の任意の場所に映像を表示するものではなかった。このため、人がバルーン等を故意に注視しない限りその映像が人に見られることはなかった。また、従来の装置による映像表示は、移動する視聴者にとって見やすいものでなかった。さらに、映像に併せて出す音声がある場合、従来はその音声が対象者以外の周囲にも広がって、その周囲に迷惑がかかることもあった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、空中を自由に移動して任意の場所に映像を表示できる映像表示装置を提供するものである。また、移動中の人の視野にも、できるだけ自然な状態で予め定めた長さの映像が入るようにすることを目的とする。さらに、投影映像に対応した音声を投影対象者の近傍にのみ発生させて、その音声がその対象者の周囲に影響を及ぼさないようにすることも目的としている。

本発明の自動移動型空中浮遊映像表示装置は、空中を自動的に移動可能な飛行船と、前記飛行船に搭載され該飛行船の下方の地上（地面、床、壁を含む）に映像を投影するプロジェクタとを備えたことを特徴とする。これにより、映像の投影を任意の位置へ任意の方向から行うことが可能となる。

さらに、前記飛行船が該飛行船の下方を撮影するカメラを備え、前記カメラの撮影画像を基に認識された人物の近傍に前記プロジェクタから映像を投影することを特徴とする。これにより、飛行船が認識した任意の人物に対して映像を表示することが可能となる。しかも、認識された人物の近傍に映像が投影されるため、その人物に強い注意を引かせることができる。

前記飛行船は翼、前記翼の向きを変更する翼駆動装置、プロペラ、前記プロペラを回転するプロペラ駆動装置、及び前記飛行船の飛行に対する障害物を検知する複数の障害物検知センサを備え、前記翼、前記翼駆動装置、前記プロペラ、前記プロペラ駆動装置及び前記障害物検知センサの情報により前記飛行船の飛行が制御されることを特徴とする。これにより、飛行船は障害物を回避しながら空中を移動することができる。

また、前記プロジェクタが前記認識された人物の正面に映像を投影することを特徴とする。これにより、人物の視野に映像を自然に取り込ませることができる。
また、前記飛行船が前記認識された人物の移動に合わせて移動することを特徴とする。これにより、一定の長さの映像の全部をその人物に見せることが可能となる。
さらに、前記認識された人物の近傍にのみ音声を発生する指向性を有したスピーカを前記飛行船に備えたことを特徴とする。これにより、投影映像に対応した音声の拡散範囲を抑制して騒音の影響を狭い範囲に押さえることができる。

また、前記プロジェクタのフォーカスは、その投影距離に応じて調整されることを特徴とする。これにより、飛行高度が変化しても明瞭な映像が投影表示されることとなる。
また、前記プロジェクタの投影画面形状は、前記カメラの撮影画像から認識された前記プロジェクタの投影画面形状に基づいて所定のアスペクト比に補正されることを特徴とする。これにより、ゆがみのない良質な映像の表示が可能となる。

図１は本発明の実施形態の一例を示す概念図である。本発明では自動で空中を自由に移動して浮遊する飛行船１が必須となっている。このため、本実施形態の飛行船１は、尾翼／プロペラ１２、それらを駆動する装置としての尾翼用モータ／プロペラ用モータ１３、、飛行中の障害物を検知するセンサである赤外線センサ群１１等を備える。そして、この飛行船１にプロジェクタ３１を搭載し、そのプロジェクタ３１から地上等の下方に向けて映像を投影表示する。なお、その投影表示にはスピーカ４１からの音声出力を伴うことが好ましい。また、プロジェクタ３１から投影表示を行うにあたっては、飛行船１に搭載したカメラ２１で飛行船１の下方を撮影しながらその画像認識を行って、そこで認識された人物を対象に、その人物の近傍、特に正面に投影表示を行うのが好ましい。飛行船１の高度は、プロジェクタ３１が目標位置に映像を表示できるような高度であり、プロジェクタ３１によっても異なり、例えば３〜４ｍが一つの目安となる。なお、飛行船１の飛行は屋外に限られず、建物の内部空間を浮遊する場合も含む。また、プロジェクタ３１からの投影場所は、地面又は床等に限らず、立設している壁等であってもよい。

図２は本発明の実施形態に係る自動移動型空中浮遊映像表示装置である飛行船１の主たる構成図である。飛行船１は、飛行に関係する構成部分である、飛行中の障害物検知センサとしての赤外線センサ群１１、尾翼／プロペラ（尾翼及びプロペラ）１２、尾翼用モータ／プロペラ用モータ（尾翼用モータ及びプロペラ用モータ）１３、及びこれらに作用して飛行船１の飛行を制御する飛行制御部１４を備える。また、飛行船１の下方を撮影するためのカメラ２１とそのカメラ２１の撮影画像を解析して投影対象とする人物及び投影画面形状等を認識する画像処理部２２を備える。また、予め記録されていた映像を飛行船１の下方に投影表示するプロジェクタ３１とそのプロジェクタ３１の投影制御を行う投影制御部３２を備える。また、ここでは、プロジェクタ３１の投影に連動して音声を出力するスピーカ４１とそのスピーカ４１の出力を制御する音声制御部４２を備える。そして、上記各制御部１４，２２，３２，４２は、さらに制御装置５１により飛行船１全体として統合的に制御されている。

赤外線センサ群１１は、赤外線を利用して飛行船１の飛行の障害となる障害物までの距離を検知する飛行船１の周囲に複数個取り付けられたセンサの総称である。赤外線センサ群１１は、飛行中作動し続けそれにより検知されたデータは飛行制御部１４に取り込まれて飛行制御に利用される。
尾翼／プロペラ１２は、飛行船１の飛行に直接関係するもので、尾翼は飛行船１の姿勢と方向を調整し、プロペラは飛行船１の移動力を発生する。なお、尾翼／プロペラ１２は、尾翼用モータ／プロペラ用モータ１３によりそれぞれ駆動される。
飛行制御部１４は、コンピュータ、モータ駆動回路等から構成され、直接には尾翼用モータ／プロペラ用モータ１３を駆動制御して、尾翼／プロペラ１２の動作を制御する。飛行制御部１４はまた、赤外線センサ群１１からの情報を受け取り、飛行船１が障害物に近接しつつあることを検知すると、その障害物への衝突を回避するように飛行船１の方向を決定し、その決定を基に尾翼用モータ／プロペラ用モータ１３に作用して尾翼／プロペラ１２を動作させる。

カメラ２１は、飛行船１の下側に搭載され、飛行中、飛行船１の下方を連続的に撮影している。カメラ２１からの撮影画像は、表示装置、コンピュータ等からなる画像処理部２２に送られて、そこで飛行船１の下方の人物認識、及びプロジェクタ３１による投影画面の形状認識が行われる。人物認識には、飛行船１の下方における人物の存否、人物の向き、及び人物の動きが含まれる。なお、人物の動きとしては、同じ位置に止まっているか移動中かであり、移動中の場合には、その方向と速度も認識する。

プロジェクタ３１は、飛行船１の下方に、特にカメラ２１を介して認識された人物の近傍、好ましくは正面に、予め記録された広告等の映像を投影表示する。投影制御部３２はプロジェクタ３１に作用し、プロジェクタ３１の投影距離を基に投影画面のフォーカスを適切に調整したり、画像処理部２２からの情報を基に投影画面を予め定めた所定のアスペクト比（横縦比）の画面に補正するためのものである。従って、投影制御部３２は、実際の状況に基づき適正なフォーカス調整やアスペクト補正を行うためのデータを予め備えたコンピュータ等から構成される。なお、投影制御部３２にプロジェクタ３１の投影表示のＯＮ／ＯＦＦを制御させてもよい。また、プロジェクタ３１が投影表示を行う時間は適宜定めてよく、例えば、飛行中常に投影表示を行うようにしても、あるいは人物を認識したときだけ投影表示を行うようにしてもよい。

スピーカ４１は、プロジェクタ３１の映像に合わせた音声を投影対象の人物に出力するもので、その音量や出力のＯＮ／ＯＦＦは音声制御部４２で制御される。なお、スピーカ４１はかならずしも必須ではないが、これを備える場合には、特定の人物の近傍にのみ音声を発する指向性の強いスピーカとすることが好ましく、また、プロジェクタ３１と一体化したものでも良い。

制御装置５１は、各制御部１４，２２，３２，４２を関連づけて飛行船１が有する機能を統合的に制御するためのものであり、中央処理装置（ＣＰＵ）等から構成することができ、例えば以下のような作用をなすものである。
制御装置５１は、画像処理部２２で人物が認識されない場合、飛行制御部１４に対して、飛行船１を別の位置への移動させるべく指示する。
制御装置５１は、画像処理部２２で人物が認識された場合、プロジェクタ３１からの投影画面がその人物の所定位置、好ましくは正面、となるように飛行船１を移動させるべく、飛行制御部１４に対して方向及び移動距離を算出して指示する。これに併せて、制御装置５１は飛行制御部１４に対して、その人物の移動速度及び方向に合わせて飛行船１を飛行させるように指示する。
制御装置５１は、現在の投影対象人物に対して予め定めた一通りの映像を投影し終えたら、別の人物を探すべく飛行船１を移動させるように、飛行制御部１４に指示する。
また制御装置５１は、画像処理部２２における認識結果に応じて投影制御部３２と音声制御部４２を作用させることもできる。例えば、画像処理部２２で人物が認識されている間だけ投影表示と音声出力を行うように、投影制御部３２と音声制御部４２を制御する。 さらに制御装置５１は、赤外線センサ群１１の何れかのセンサを利用してプロジェクタ３１の投影距離を取得し、取得した投影距離に応じてプロジェクタ３１のフォーカスを適切に調整するよう投影制御部３２に指示を出す。また、画像処理部２２で認識された投影画面の形状に基づいて、投影制御部３２に投影画面のアスペクト比を予め定めた所定の値に補正するように指示を出す。

図３は飛行船１の飛行動作の一例を示すフローチャートである。なお、この飛行動作は飛行船１が設定高度より低い空中に放たれた状態から始まる場合のものである。
空中に放たれた飛行船は１は、赤外センサ群１１の何れかのセンサを利用して地上からの距離すなわち高度を検知しており、飛行制御部１４はその高度を取り込んで（Ｓ１）、飛行船１が予め設定された高度に達したかどうか判断する（Ｓ２）。ここで、飛行船１が設定高度に達していない場合には、尾翼／プロペラ１２を動作させて、その高度をさらに上げる（Ｓ２〜Ｓ４）。なお、その場合に、赤外センサ群１１の何れかのセンサが予め定めた所定の距離に障害物を検知した場合には、尾翼／プロペラ１２を動作させて衝突を回避する（Ｓ３，Ｓ５）。

飛行船１が上記設定値まで上昇した判断すると（Ｓ２）と、その高度位置で再び赤外センサ群１１のデータを利用して障害物回避動作の必要性を判断し、必要な場合には尾翼／プロペラ１２を動作させて衝突を回避する（Ｓ６，Ｓ７）。

ステップＳ６で障害物回避動作の必要性なしと判断した場合、又はステップＳ７の処理が終了した場合には、画像処理部２２で実行された人物の認識処理から、人物が認識されたか否かを判断する（Ｓ８）。画像処理部２２で人物が認識されていた場合には、画像処理部２２で得られた人物の向き、移動方向及び移動速度の情報を基に、プロジェクタ３１からの投影画像がその人物の正面となるように、尾翼／プロペラ１２を動作させて飛行船１を移動させる。また、その人物が移動している場合にはその移動状況に合わせて飛行船１を移動させる（Ｓ９）。ステップＳ８で人物が認識されない場合には、尾翼／プロペラ１２を動作させて飛行船１を任意の位置に移動（直進移動、ランダム移動等）させて（Ｓ１０）、最初のステップＳ１に戻る。

図４は先の飛行船１の飛行動作の説明中に触れた飛行船１の衝突回避動作の一例を示すフローチャートである。次に、これを基に飛行船１の衝突回避動作を説明する。
まず初めに、飛行制御部１４は赤外線センサ群１１の各センサから障害物の情報すなわち飛行船１から障害物までの距離情報を取得する（Ｓ１１）。続いて、飛行制御部１４は、各センサからの距離情報が予め定めた設定値に達したか否、すなわち、障害物までの距離がある設定距離よりも近くなったかを確認する（Ｓ１２）。なお、これらＳ１１及びＳ１２の処理は、赤外線センサ群１１の全てのセンサに対して実行されるまで行う（Ｓ１３）。続いて、赤外線センサ群１１の各センサの距離情報の中に予め定めた設定値に達したものがあるか否か判断する（Ｓ１４）。さらに、その距離情報の中に予め定めた設定値に達しているものがあれば、その距離情報及び対応するセンサの位置情報に基づいて、飛行船１が障害物を回避する方向を決定する（Ｓ１５）。そして、その決定された方向に飛行船１を移動させるように、尾翼／プロペラ１２を動作させて、衝突を回避する（Ｓ１６）。なお、ステップＳ１４で上記センサの距離情報で予め定めた設定値に達したものがない場合には、最初のステップに戻る（Ｓ１４〜Ｓ１１）。

図５は画像処理部２２の作用例を示すフローチャートである。画像処理部２２はまず、カメラ２１で撮影された画像を取得し（Ｓ２１）、その画像を解析して飛行船１の下方に人物がいるかどうかを判別する（Ｓ２２）。ここで、人物が認識されると、その人物の正面にプロジェクタ３１からの映像が投影されるように、飛行船１と人物との位置関係を求め、飛行船１が移動すべき方向及び距離を算出する（Ｓ２３）。そして、飛行制御部１４に対して、その方向及び距離に従って移動するように指示を出す（Ｓ２４）。

ステップＳ２２で人物が認識できなかった場合、又はステップＳ２４の処理が終了した場合、画像処理部２２は、次に、プロジェクタ３１の投影画面の大きさ又はセンサ等から投影距離を求める（Ｓ２５）。そして、その投影距離を基に、プロジェクタ３１のフォーカス調整の要否を判断する（Ｓ２６）。ステップＳ２６でフォーカス調整が必要と判断された場合には、投影制御部３２に対し、上記投影距離に対応したフォーカス調整を行うよう指示する（Ｓ２７）。なお、ステップＳ２２で人物が認識できなかった場合には、最初のステップＳ２１に戻るようにしてもよい。

ステップＳ２６でフォーカス調整が必要無しと判断された場合、あるいはステップＳ２７の処理が終了した場合、画像処理部２２は、ステップＳ２１で取得された画像を解析してプロジェクタ３１の投影画面の４隅の点を取得する（Ｓ２８）。そして、この４点を基にプロジェクタ３１の投影画面が所定のアスペクト比となっているかどうか判断する（Ｓ２９）。なお、この例でアスペクト比は、４：３、あるいは１６：９の長方形である。上記投影画面が所定の形状でない台形形状等になっている場合には、それを所定の形状へ補正する補正方法及び補正量を決定し（Ｓ３０）、それを基に投影制御部３２に上記投影画面を所定形状とするための補正指示（台形補正指示）を出す（Ｓ３１）。
そして、ステップＳ２９で上記投影画面をほぼ適正なアスペクト比の長方形であると判断した場合、又はステップＳ３１の処理を終了した場合には、最初のステップＳ２１に戻る（ステップＳ２９〜ステップＳ２１、ステップＳ３１〜ステップＳ２１）。

図６は、図５の画像処理部２２の説明の中で言及した投影制御部３２による投影制御の一例を示すフローチャートである。なお、ここでは、プロジェクタ３１が映像投影を飛行中常に行っているものとし、音声もその映像投影に連動して出力されているものとする。 投影制御部３２は、まず、フォーカス調整指示の有無を判断する（Ｓ５１）。ここで、投影制御部３２がフォーカス調整指示を受けとっている場合には、その指示に従ってプロジェクタ３１のフォーカス調整を行う（Ｓ５２）。ステップＳ５１でフォーカス調整の指示がなかった場合、あるいはステップＳ５２の処理が終了した場合、今度は台形補正指示の有無を判断する（Ｓ５３）。ここで、投影制御部３２が補正方式及び補正量が含まれた台形補正指示を受けとっている場合には、その指示に従ってプロジェクタ３１による投影画面の台形補正を行う（Ｓ５４）。そして、ステップＳ５３で台形補正の指示がなかった場合、又はステップＳ５４の処理が終了した場合には、投影制御部３２は、ステップ５１に戻る（Ｓ５３〜Ｓ５１、Ｓ５４〜Ｓ５１）。

上記実施形態の空中浮遊映像表示装置によれば、映像の投影表示場所を任意の場所に自由に設定できる。従って、広範囲にわたって映像表示を行うことができ、また個々の人物の状況に対応させた映像表示が可能となる。
また、人物（歩行している者、停止している者の双方を含む）の正面に映像が投影されるため、映像に対して人物の注意を強く引かせることができる。
さらに、指向性を有したスピーカにより、対象とする人物の周辺に及ぼす騒音の影響も抑制できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られものではなく、次のような態様も可能である。
（１）上記実施形態において、飛行船１はそれ自身で飛行を制御するタイプとしたが、地上等からラジコン等により制御するものであってもよい。また、画像処理部２２や投影制御部３２は地上側に置いて、飛行船に搭載されたカメラやプロジェクタとの信号送受を無線により行うようにしてもよい。
（２）障害物検知センサ１１には、赤外線センサの他に各種の電波センサが使用できる。（３）上記実施形態の図３に示した飛行船１の飛行動作、図４に示した飛行船１の障害物回避動作、図５に示した画像処理部２２の作用、及び図６に示した投影制御部３２の制御の各動作フローは一例であり、それらは図１の概念図に関連して説明した本発明の思想の範囲内で多様に変化させてよい。
（４）プロジェクタ３１による投影対象は人物一人だけを対象としても、また同時に複数人を対象としてもよい。
（５）上記実施形態では、飛行制御部１４、画像処理部２２、投影制御部３２及び音声制御部４２の他に制御装置５１を備える構成としたが、これらの各制御部１４，２２，３２，４２の全体の中に、制御装置５１の作用を含める構成としてもよい。

本発明の実施形態を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る自動移動型空中浮遊映像表示装置の構成図である。 飛行船の飛行動作の一例を示すフローチャートである。 飛行船の衝突回避動作の一例を示すフローチャートである。 画像処理部の作用の一例を示すフローチャートである。 投影制御部の制御の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 飛行船、１１ 赤外線センサ群、１２ 尾翼／プロペラ、１３ 尾翼用モータ／プロペラ用モータ、１４ 飛行制御部、２１ カメラ、２２ 画像処理部、３１ プロジェクタ、３２ 投影制御部、４１ スピーカ、４２ 音声制御部、５１ 制御装置。

Claims (7)

1. 空中を自動的に移動可能な飛行船と、前記飛行船に搭載され該飛行船の下方の地上に映像を投影するプロジェクタとを備えた自動移動型空中浮遊映像表示装置であって、
   前記飛行船が該飛行船の下方を撮影するカメラを備え、前記カメラの撮影画像を基に認識された人物の近傍に前記プロジェクタから映像を投影することを特徴とする自動移動型空中浮遊映像表示装置。
2. 前記飛行船は翼、前記翼の向きを変更する翼駆動装置、プロペラ、前記プロペラを回転するプロペラ駆動装置、及び前記飛行船の飛行に対する障害物を検知する複数の障害物検知センサを備え、前記翼、前記翼駆動装置、前記プロペラ、前記プロペラ駆動装置及び前記障害物検知センサの情報により前記飛行船の飛行が制御されることを特徴とする請求項１に記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。
3. 前記プロジェクタが前記認識された人物の正面に映像を投影することを特徴とする請求項１又は２に記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。
4. 前記飛行船が前記認識された人物の移動に合わせて移動することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。
5. 前記認識された人物の近傍にのみ音声を発生する指向性を有したスピーカを前記飛行船に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。
6. 前記プロジェクタのフォーカスは、その投影距離に応じて調整されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。
7. 前記プロジェクタの投影画面形状は、前記カメラの撮影画像から認識された前記プロジェクタの投影画面形状に基づいて所定のアスペクト比に補正されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の自動移動型空中浮遊映像表示装置。

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