JP4656016B2 - モーショントラッカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学方式のモーショントラッカ装置（以下、ＭＴ装置ともいう）に関し、さらに詳細には、光学マーカーの現在位置及び現在角度を検出する機能を備える光学方式のＭＴ装置に関する。本発明は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度（すなわち、現在の頭部位置及び頭部角度）を検出するヘッドモーショントラッカ装置（以下、ＨＭＴ装置ともいう）等に利用される。

ここで、光学方式のＨＭＴ装置とは、反射板や発光体等の光学マーカーを取り付けたヘルメット等を頭部に装着して、光学マーカーの位置を立体視が可能なカメラ装置で測定することにより、頭部の動きを追跡する装置をいう。

時々刻々と変動する物体の現在位置や現在角度を正確に測定する技術は、様々な分野で利用されている。例えば、ゲーム機では、バーチャルリアリティ（ＶＲ）を実現するために、頭部装着型表示装置付ヘルメットを用いることにより、映像を表示することがなされている。このとき、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度に合わせて、映像を変化させる必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するために、ＨＭＴ装置が利用されている。

また、救難飛行艇による救難活動では、発見した救難目標を見失うことがないようにするため、頭部装着型表示装置付ヘルメットにより表示される照準画像と救難目標とが対応した時にロックすることにより、ロックされた救難目標の位置を演算することが行われている。このとき、その救難目標の位置を演算するために、飛行体の緯度、経度、高度、姿勢に加えて、飛行体に設定された相対座標系に対するパイロットの頭部角度及び頭部位置を測定している。このときに、ＨＭＴ装置が利用されている。

頭部装着型表示装置付ヘルメットに利用されるＨＭＴ装置としては、光学的に頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置や現在角度を測定するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、複数の反射板を頭部装着型表示装置付ヘルメットに取り付けるとともに光源から光を照射したときの反射光をカメラ装置でモニタする光学方式のＨＭＴ装置が開示されている。また、本出願人が先に出願している光学方式のＨＭＴ装置もある（特願２００５−１０６４１８号）。具体的には、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、光学マーカー群として、発光体であるＬＥＤを互いに離隔するようにして３箇所に取り付け、これら３個の光学マーカーの相対的な位置関係をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個の光学マーカーを、ステレオ視が可能でかつ設置場所が固定された２台のカメラで同時に立体視で撮影することで、所謂、三角測量の原理により、現在の３個の光学マーカーの相対的な位置関係を測定している。頭部装着型表示装置付ヘルメットに固定された３点の位置（３つのＬＥＤの位置）が特定できれば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの位置や向き（角度）が特定できるので、これにより、２台のカメラに対する頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動距離量や移動角度量を算出している。
特表平９−５０６１９４号公報

上述したような光学方式のＨＭＴ装置で、３個の光学マーカーの相対的な位置関係を測定するためには、３個の光学マーカーをそれぞれ識別する必要がある。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメットには、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーが取り付けられている。例えば、頭部装着型表示装置付ヘルメットの外周面上に、３個の光学マーカーとして、互いに異なる波長の赤外光を発光するＬＥＤを互いに離隔するようにして取り付け、これら３個のＬＥＤのそれぞれの位置をＨＭＴ装置に予め記憶させておく。そして、これら３個のＬＥＤを波長差によりそれぞれ識別することで、現在の３個のＬＥＤのそれぞれの現在位置を測定していた。

しかしながら、それぞれが識別可能な３個の光学マーカーを取り付けた場合、１個の光学マーカーが故障等したときに、故障した１個の光学マーカーを新品の１個の光学マーカーと交換するとともに、新品の１個の光学マーカーの識別情報（例えば、波長情報）を改めてＨＭＴ装置に記憶させる必要があった。よって、新品の光学マーカーと交換するたびに、新品の光学マーカーの識別情報をＨＭＴ装置に記憶させる手間がかかった。

また、識別情報を有さない３個の光学マーカーを、１個１個順番に点灯させることにより、識別することも考えられるが、１個１個順番に点灯させなければならないので、時々刻々と変化する頭部装着型表示装置付ヘルメットの動きをモニタリングすることは困難である。

そこで、本出願人は、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物５０に取り付けられた３個のＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別する際に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることもなく、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの現在位置を識別することができる方法を検討した。例えば、図７に示すように、時間ｔ１に、ＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃのそれぞれの位置を記憶するとともに、記憶されたそれぞれのＬＥＤ５７ａ、５７ｂ、５７ｃの位置を中心とする一定の大きさの球状である予想移動範囲（Ｄ）を設定することにより、時間ｔ２に、予想移動範囲（Ｄ）に存在するＬＥＤを、時間ｔ１に設定された予想移動範囲（Ｄ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別した。

しかしながら、図８に示すように、設定する予想移動範囲（Ｄ１）の大きさ（ｌ１）を小さくすると、対象物５０の移動速度が速い場合に、予想移動範囲（Ｄ１）にＬＥＤが存在しなくなることがあった。一方、図９に示すように、設定する予想移動範囲（Ｄ２）の大きさ（ｌ２）を大きくすると、予想移動範囲（Ｄ２）に２個のＬＥＤが同時に存在することがあった。つまり、予想移動範囲（Ｄ）に存在するＬＥＤを、その予想移動範囲（Ｄ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することができなくなることがあった。

そこで、本発明は、頭部装着型表示装置付ヘルメット等の対象物に取り付けられた３個以上のＬＥＤ等の光学マーカーのそれぞれの現在位置を識別する際に、光学マーカーに識別情報を持たせたり、１個１個順番に点灯させたりすることなく、光学マーカーのそれぞれの現在位置を確実に識別することができるモーショントラッカ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のモーショントラッカ装置は、対象物に取り付けられる３個以上の光学マーカーと、前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるモーショントラッカ装置であって、異なる時間に算出された少なくとも２つの光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、前記少なくとも２つの光学マーカー位置情報を比較することにより、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしている。

本発明のモーショントラッカ装置によれば、例えば、時間ｔ１に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの位置と、時間ｔ２に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置とを比較することにより、時間ｔ３での光学マーカーの予想移動位置を推定する。さらに、例えば、推定された１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲を設定することにより、時間ｔ３に予想移動範囲に存在する光学マーカーを、時間ｔ２に設定された予想移動範囲に対応する光学マーカーと同一のものであると識別する。よって、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐことができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記の発明において、前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することにより、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別するようにしてもよい。
また、上記の発明において、前記光学マーカーの予想移動範囲は、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であるようにしてもよい。

また、上記の発明において、前記光学マーカーの予想移動位置及び光学マーカー位置情報に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えるようにしてもよい。
本発明によれば、時間ｔ１に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの位置と、時間ｔ２に記憶された３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置とを比較することにより、時間ｔ３での光学マーカーの予想移動位置を推定する。このとき、時間ｔ１から時間ｔ２までの光学マーカーの移動速度も算出する。これにより、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする予想移動範囲の大きさを、例えば、光学マーカーの移動速度が速い場合には大きくし、一方、光学マーカーの移動速度が遅い場合には小さくすることができる。よって、対象物の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることを防ぐとともに、対象物の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲に２個以上の光学マーカーが同時に存在することを防ぐことができる。

そして、上記の発明において、前記光学マーカー推定部は、３個の光学マーカーの光学マーカー位置情報に基づいて、前記３個の光学マーカーの予想移動位置を推定するようにしてもよい。
本発明によれば、時間ｔ１に記憶された３個の光学マーカーの位置と、時間ｔ２に記憶された３個の光学マーカーの現在位置とを比較することにより、光学マーカーの回転移動も計測することができるので、予想移動範囲に光学マーカーが存在しなくなることをより防ぐことができる。

さらに、上記の発明において、前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられるようにしてもよい。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。

（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図である。本実施形態は、飛行体でパイロットが着用する頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度を算出するものである。つまり、ＨＭＴ装置１は、搭乗体３０に設定された相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対する、パイロット３の頭部位置及び頭部角度を含む相対情報を算出するものである。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、後述するカメラ装置２（２ａ、２ｂ）を基準とするものであり、相対座標記憶部４３に記憶されている。

ＨＭＴ装置１は、パイロット３の頭部に装着される頭部装着型表示装置付ヘルメット１０と、搭乗体３０の天井に取り付けられたカメラ装置２（２ａ、２ｂ）と、コンピュータにより構成される制御部２０とから構成される。

搭乗体３０は、パイロット３が搭乗する飛行体のコックピットであり、パイロット３が着席する座席３０ａを備える。
頭部装着型表示装置付ヘルメット１０は、表示器（図示せず）と、表示器から出射される画像表示光を反射することにより、パイロット３の目に導くコンバイナ８と、位置や向き（すなわち頭部位置や頭部角度）を測定する際の指標となる頭部マーカーとして機能するＬＥＤ群７とを有する。なお、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０を装着したパイロット３は、表示器による表示映像とコンバイナ８の前方実在物とを視認することが可能となっている。

ＬＥＤ群７は、図２に示すように、同じ波長の赤外光又は可視光を発光する３個（あるいは３個以上の数）のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃがお互い一定の距離（ｄ２）を隔てるようにして取り付けられたものである。よって、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光（可視光）を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできないことになる。

カメラ装置２（２ａ、２ｂ）は、２台のカメラ２ａ、２ｂからなり、撮影方向が頭部装着型表示装置付ヘルメット１０に向けられているとともに、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の立体視が可能な一定の距離（ｄ１）を隔てるように、搭乗体３０の天井に固定軸２ｃを介して設置されている。
よって、図３に示すように、ＬＥＤ７ａのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置は、カメラ装置２（２ａ，２ｂ）に撮影された画像中に映し出されている頭部マーカーの位置を抽出し、さらにカメラ２ａからの方向角度（α）とカメラ２ｂからの方向角度（β）とを抽出し、カメラ２ａとカメラ２ｂとの間の距離（ｄ１）を用いることにより、三角測量の手法で算出することができるようにしてある。他の頭部マーカーであるＬＥＤ７ｂ、７ｃのカメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する位置についても、同様に算出されるようにしてある。

このときの各頭部マーカーの位置を、空間座標で表現することができるようにするために、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に固定され、カメラ装置２とともに移動する座標系である相対座標系（ＸＹＺ座標系）を用いる。なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）の具体的な原点位置やＸＹＺ軸方向の説明については後述する。相対座標系（ＸＹＺ座標系）によりＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの位置座標は、（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）として表現できる。

制御部２０は、図１に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ４１等からなるコンピュータにより構成され、各種の制御や演算処理を行うものである。ＣＰＵ２１が実行する処理を、機能ブロックごとに分けて説明すると、モーショントラッカ駆動部２８と、相対情報算出部２２と、光学マーカー位置情報算出部２４と、光学マーカー推定部２６と、映像表示部２５とを有する。

また、メモリ４１には、制御部２０が処理を実行するために必要な種々のデータを蓄積する領域が形成してあり、相対座標系（ＸＹＺ座標系）を記憶する相対座標記憶部４３と、時間記憶部４２と、３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置を含む光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部４４と、（ｄ２）／２を直径とする球状とする予想移動範囲の大きさを記憶する予想移動範囲記憶部４５とを有する。

なお、相対座標系（ＸＹＺ座標系）は、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では図３に示すように、カメラ２ｂからカメラ２ａへの方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に垂直で下向き方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸方向に垂直かつ天井に水平で右向き方向をＹ軸方向とするように定義し、原点をカメラ２ａ、カメラ２ｂの中点として定義するように相対座標記憶部４３に設定されている。また、後述する角度（Θ）は、ロール方向（Ｘ軸に対する回転）の角度であり、角度（Φ）は、エレベーション方向（Ｙ軸に対する回転）の角度であり、角度（Ψ）は、アジマス方向（Ｚ軸に対する回転）の角度である。

モーショントラッカ駆動部２８は、ＬＥＤ群７を点灯させる指令信号を出力するとともに、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７から出射される光線の画像データを検出させる制御を行うものである。しかし、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃは、同じ波長の赤外光を発光するものなので、各ＬＥＤを識別することはできない。そこで、後述する光学マーカー位置情報算出部２４から光学マーカー位置情報を得ることで、各ＬＥＤが識別される。よって、画像データと光学マーカー位置情報とが光学マーカー記憶部４４に記憶されて、蓄積されていくことになる。

光学マーカー推定部２６は、光学マーカー位置情報及び画像データに基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置を推定する制御を行うものである。図４に示すように、例えば、時間ｔ１に記憶されたＬＥＤ７ａの位置と、時間ｔ２に記憶されたＬＥＤ７ａの現在位置とを比較することにより、時間ｔ３でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを推定する。つまり、時間ｔ１に記憶されたＬＥＤ７ａの位置から時間ｔ２に記憶されたＬＥＤ７ａの現在位置までの移動量を算出し、時間ｔ２に記憶されたＬＥＤ７ａの現在位置に移動量を加えることにより、時間ｔ３でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを決定する。また、算出された移動量を、時間ｔ２に記憶されたＬＥＤ７ｂ、７ｃの現在位置に加えることにより、時間ｔ３でのＬＥＤ７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ｂ、１７ｃも決定する。

光学マーカー位置情報算出部２４は、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃに基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する制御を行うものである。図５に示すように、まず、時間ｔ２に、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする球状である予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）をＸＹＺ座標系に設定する。次に、時間ｔ３に、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別する。例えば、時間ｔ３に、予想移動範囲（Ｄａ）に存在するＬＥＤ７ａを、時間ｔ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ）に対応するＬＥＤ７ａ（ｔ２）と同一のものであると識別する。同様に、予想移動範囲（Ｄｂ）に存在するＬＥＤ７ｂを、ＬＥＤ７ｂ（ｔ２）と同一のものであるとし、予想移動範囲（Ｄｃ）に存在するＬＥＤ７ｃを、ＬＥＤ７ｃ（ｔ２）と同一のものであると識別する。このようにして、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報が算出される。

相対情報算出部２２は、光学マーカー位置情報及び画像データに基づいて、カメラ２ａ及びカメラ２ｂ（ＸＹＺ座標系）に対するパイロット３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を含む相対情報を算出する制御を行うものである。よって、カメラ装置２ａ、２ｂに対する３つのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの現在位置が特定されるので、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃが固定されている頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の位置や角度（向き）が座標系を用いて特定できるようになる。つまり、頭部マーカーであるＬＥＤ群７から発光される赤外光を検出することにより３個のＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの現在のそれぞれの位置座標を得ることで、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）に対する頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の現在の位置や向き（角度）を算出でき、位置座標や座標軸に対する角度で表現できる。

映像表示部２５は、相対情報に基づいて、表示器から映像表示光を出射する制御を行うものである。これにより、パイロット３は、表示器による表示映像を視認することができるようになる。

次に、ＨＭＴ装置１により、相対座標系（ＸＹＺ座標系）に対するパイロット３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を測定する測定動作について説明する。図６は、ＨＭＴ装置１による測定動作について説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１の処理において、時間（ｔ）に０と時間記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１０２の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。このとき、光学マーカー記憶部４４にＬＥＤ群７の画像データを初期画像データとして記憶させる。
次に、ステップＳ１０３の処理において、相対頭部情報算出部２２は、初期画像データに基づいて、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）（相対座標系）に対するパイロット３の初期位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び初期角度（Θ、Φ、Ψ）を算出する。

次に、ステップＳ１０４の処理において、ｔ＝０（初期状態）では、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を中心とする、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を相対座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。

次に、ステップＳ１０５の処理において、時間（ｔ）に＋１と更新するように、ｔ＝ｔ＋１と時間記憶部４２に記憶させる。
次に、ステップＳ１０６の処理において、モーショントラッカ駆動部２８は、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）でＬＥＤ群７の画像データを検出させる。このとき、光学マーカー記憶部４４にＬＥＤ群７の画像データを記憶させる。

次に、ステップＳ１０７の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔに設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤと同一のものであると識別することにより、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する。このとき、光学マーカー記憶部４４にＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を記憶させる。

次に、ステップＳ１０８の処理において、相対頭部情報算出部２２は、光学マーカー位置情報及び画像データに基づいて、カメラ装置２（２ａ、２ｂ）（相対座標系）に対するパイロット３の頭部位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び頭部角度（Θ、Φ、Ψ）を算出する。

次に、ステップＳ１０９の処理において、搭乗体３０が飛行しているか否かを判定する。搭乗体３０が飛行していると判定されたときには、本フローチャートを終了させる。一方、搭乗体３０が飛行していると判定されたときには、ステップＳ１１０の処理に進む。

次に、ステップＳ１１０の処理において、光学マーカー推定部２６は、ｔ＝ｔ、ｔ＋１の光学マーカー位置情報及び画像データに基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。このとき、時間ｔに記憶されたＬＥＤ７ａの位置から、時間ｔ＋１に記憶されたＬＥＤ７ａの現在位置までの移動量を算出し、時間ｔ＋１に記憶されたＬＥＤ７ａの現在位置に移動量を加えることにより、時間ｔ＋２でのＬＥＤ７ａの予想移動位置１７ａを推定する。また、算出された移動量を、時間ｔ＋１に記憶されたＬＥＤ７ｂ、７ｃの現在位置に加えることにより、時間ｔ＋２でのＬＥＤ７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ｂ、１７ｃも決定する。

次に、ステップＳ１１１の処理において、光学マーカー位置情報算出部２４は、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃに基づいて、ＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を相対座標系（ＸＹＺ座標系）に設定する。

以上のように、ＨＭＴ装置１によれば、時間ｔ１に記憶されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置と、時間ｔ２に記憶されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの現在位置とを比較することにより、時間ｔ３でのＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを推定する。さらに、推定されたＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃの予想移動位置１７ａ、１７ｂ、１７ｃを中心とする予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を設定することにより、時間ｔ３に予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に存在するＬＥＤを、時間ｔ２に設定された予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）に対応するＬＥＤ７ａ、７ｂ、７ｃと同一のものであると識別する。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲（Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）にＬＥＤが存在しなくなることを防ぐことができる。

（実施形態２）
ＨＭＴ装置は、上述したものに加えて、ＬＥＤの予想移動位置及び光学マーカー位置情報に基づいて、ＬＥＤの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えるような構成としてもよい。
実施形態２のＨＭＴ装置によれば、時間ｔ１に記憶された３個のＬＥＤのそれぞれの位置と、時間ｔ２に記憶された３個のＬＥＤのそれぞれの現在位置とを比較することにより、時間ｔ３でのＬＥＤの予想移動位置を推定する。このとき、予想移動範囲決定部は、時間ｔ１から時間ｔ２までのＬＥＤの移動速度も算出することにより、１個のＬＥＤの予想移動位置を中心とする予想移動範囲の大きさを、ＬＥＤの移動速度が速い場合には大きくし、一方、ＬＥＤの移動速度が遅い場合には小さくする。よって、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が速い場合にも、予想移動範囲にＬＥＤが存在しなくなることを防ぐとともに、頭部装着型表示装置付ヘルメット１０の移動速度が遅い場合に、予想移動範囲に２個以上のＬＥＤが同時に存在することを防ぐことができるようになる。

（実施形態３）
ＨＭＴ装置は、上述した光学マーカー推定部は、３個のＬＥＤの光学マーカー位置情報に基づいて、３個のＬＥＤの予想移動位置を推定するような構成としてもよい。
実施形態３のＨＭＴ装置によれば、時間ｔ１に記憶された３個のＬＥＤの位置と、時間ｔ２に記憶された３個のＬＥＤの現在位置とを比較することにより、ＬＥＤの回転移動も計測することができるので、予想移動範囲にＬＥＤが存在しなくなることをより防ぐことができる。

本発明のＨＭＴ装置は、例えば、ゲーム機や乗物等で用いられる頭部装着型表示装置付ヘルメットの現在位置及び現在角度を検出するものとして、利用される。

本発明の一実施形態であるＨＭＴ装置の概略構成を示す図である。 図１に示す頭部装着型表示装置付ヘルメットの平面図である。 相対座標系の設定を説明するための図である。 頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。 頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。 ＨＭＴ装置による測定動作について説明するためのフローチャートである。 従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。 従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。 従来の頭部装着型表示装置付ヘルメットの移動を説明するための図である。

符号の説明

１ ヘッドモーショントラッカ装置
２ カメラ装置
３ パイロット
７ ＬＥＤ群
１０ 頭部装着型表示装置付ヘルメット
２２ 相対情報算出部
２４ 光学マーカー位置情報算出部
２６ 光学マーカー推定部
４４ 光学マーカー記憶部

Claims (6)

1. 対象物に取り付けられる３個以上の光学マーカーと、
   前記光学マーカーからの光線を立体視で検出するカメラ装置と、
   検出された光線に基づいて、前記３個以上の光学マーカーのそれぞれの現在位置を含む光学マーカー位置情報を算出する光学マーカー位置情報算出部と、
   前記光学マーカー位置情報に基づいて、前記カメラ装置に対する対象物の現在位置及び現在角度を含む相対情報を算出する相対情報算出部とを備えるモーショントラッカ装置であって、
   異なる時間に算出された少なくとも２つの光学マーカー位置情報を記憶する光学マーカー記憶部と、
   前記少なくとも２つの光学マーカー位置情報を比較することにより、前記光学マーカーの予想移動位置を推定する光学マーカー推定部とを備え、
   前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とするモーショントラッカ装置。
2. 前記光学マーカー位置情報算出部は、前記光学マーカーの予想移動位置に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲を設定することにより、前記３個以上の光学マーカーをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１に記載のモーショントラッカ装置。
3. 前記光学マーカーの予想移動範囲は、１個の光学マーカーの予想移動位置を中心とする球状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモーショントラッカ装置。
4. 前記光学マーカーの予想移動位置及び光学マーカー位置情報に基づいて、前記光学マーカーの予想移動範囲の大きさを決定する予想移動範囲決定部を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のモーショントラッカ装置。
5. 前記光学マーカー推定部は、３個の光学マーカーの光学マーカー位置情報に基づいて、前記３個の光学マーカーの予想移動位置を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のモーショントラッカ装置。
6. 前記対象物は、搭乗者の頭部に装着されるヘルメットであり、かつ、
   前記カメラ装置は、前記搭乗者が搭乗する移動体に取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のモーショントラッカ装置。
   
   

Images