JP4656016B2 - Motion tracker device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an optical motion tracker device (hereinafter also referred to as an MT device), and more particularly to an optical MT device having a function of detecting a current position and a current angle of an optical marker. The present invention relates to a head motion tracker device (hereinafter, the current head position and head angle) for detecting the current position and current angle of a helmet with a head-mounted display device used in, for example, game machines and vehicles (hereinafter, the current head position and head angle). , Also referred to as an HMT device).
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。 Here, the optical HMT device is a device in which a helmet equipped with an optical marker such as a reflector or a light emitter is attached to the head, and the position of the optical marker is measured with a camera device capable of stereoscopic viewing. A device that tracks the movement of the head.
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。 A technique for accurately measuring the current position and current angle of an object that changes from moment to moment is used in various fields. For example, in a game machine, an image is displayed by using a helmet with a head-mounted display device in order to realize virtual reality (VR). At this time, it is necessary to change the image in accordance with the current position and the current angle of the head mounted display-equipped helmet. Therefore, in order to measure the current position and current angle of the helmet with a head-mounted display device, an HMT device is used.
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。 Also, in the rescue operation by the rescue flying boat, in order not to lose sight of the found rescue target, by locking when the aiming image displayed by the helmet with head mounted display device corresponds to the rescue target, Calculating the position of the locked rescue target has been done. At this time, in order to calculate the position of the rescue target, in addition to the latitude, longitude, altitude, and attitude of the flying object, the head angle and head position of the pilot with respect to the relative coordinate system set for the flying object are measured. ing. At this time, the HMT device is used.
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。
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。 In order to measure the relative positional relationship of the three optical markers with the optical HMT apparatus as described above, it is necessary to identify each of the three optical markers. Therefore, three optical markers that can be individually identified are attached to the head-mounted helmet with a display device. For example, on the outer peripheral surface of a helmet with a head-mounted display device, LEDs that emit infrared light having different wavelengths are attached as three optical markers so as to be separated from each other, and each of these three LEDs Are previously stored in the HMT apparatus. Then, the current positions of the three current LEDs are measured by identifying these three LEDs by the wavelength difference.
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。 However, when three optical markers that can be identified are attached, when one optical marker breaks down, etc., one failed optical marker is replaced with one new optical marker, and a new one It is necessary to store the identification information (for example, wavelength information) of one optical marker in the HMT apparatus anew. Therefore, it takes time and effort to store the identification information of the new optical marker in the HMT device every time it is replaced with a new optical marker.
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。 In addition, it is conceivable to identify the three optical markers having no identification information by lighting them one by one in order, but they must be turned on one by one. It is difficult to monitor the movement of a helmet with a head mounted display device that changes.
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。
Accordingly, the present applicant identifies the
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。
However, as shown in FIG. 8, when the size (l1) of the set expected movement range (D1) is reduced, no LED exists in the expected movement range (D1) when the moving speed of the
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。 Therefore, the present invention provides the optical marker with identification information when identifying the current position of each of the three or more optical markers such as LEDs attached to an object such as a head-mounted display-equipped helmet. It is another object of the present invention to provide a motion tracker device that can reliably identify the current position of each optical marker without lighting them one by one.
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。 In order to solve the above problems, a motion tracker device according to the present invention includes three or more optical markers attached to an object, a camera device that detects light rays from the optical markers in stereoscopic view, and detected light rays. An optical marker position information calculation unit that calculates optical marker position information including the current position of each of the three or more optical markers, and based on the optical marker position information, the current position of the object with respect to the camera device A motion tracker device including a relative information calculation unit that calculates relative information including a position and a current angle, and an optical marker storage unit that stores at least two optical marker position information calculated at different times; The estimated movement position of the optical marker is estimated by comparing the two optical marker position information. And an optical marker estimator, said optical marker position information calculating unit, based on the expected movement position of the optical markers, and the three or more optical markers to identify respectively.
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。 According to the motion tracker device of the present invention, for example, the position of each of the three or more optical markers stored at time t1 is compared with the current position of each of the three or more optical markers stored at time t2. Thus, the expected movement position of the optical marker at time t3 is estimated. Further, for example, by setting an expected movement range centered on the estimated movement position of one estimated optical marker, the optical marker existing in the expected movement range at time t3 is moved to the expected movement set at time t2. It is identified as the same optical marker corresponding to the range. Therefore, even when the moving speed of the object is high, it is possible to prevent the optical marker from being present in the expected moving range.
(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。
(Means and effects for solving other problems)
In the above invention, the optical marker position information calculation unit identifies each of the three or more optical markers by setting an expected movement range of the optical marker based on an expected movement position of the optical marker. You may make it do.
In the above invention, the expected movement range of the optical marker may be a sphere centered on the expected movement position of one optical marker.
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。
In the above invention, an expected movement range determination unit may be provided that determines the size of the expected movement range of the optical marker based on the expected movement position of the optical marker and the optical marker position information.
According to the present invention, by comparing the respective positions of the three or more optical markers stored at time t1 with the respective current positions of the three or more optical markers stored at time t2, the time t3 The estimated movement position of the optical marker at is estimated. At this time, the moving speed of the optical marker from time t1 to time t2 is also calculated. As a result, the size of the predicted movement range centered on the predicted movement position of one optical marker is increased, for example, when the movement speed of the optical marker is fast, while the movement speed of the optical marker is slow. Can be small. Therefore, even when the moving speed of the object is fast, it is possible to prevent the optical marker from being present in the expected moving range, and when the moving speed of the object is slow, two or more optical markers are simultaneously present in the expected moving range. It can be prevented from existing.
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。
In the above invention, the optical marker estimator may estimate the predicted movement positions of the three optical markers based on the optical marker position information of the three optical markers.
According to the present invention, the rotational movement of the optical marker is also measured by comparing the positions of the three optical markers stored at time t1 with the current positions of the three optical markers stored at time t2. Therefore, it is possible to further prevent the optical marker from being present in the expected movement range.
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。 Furthermore, in the above invention, the object may be a helmet mounted on a passenger's head, and the camera device may be attached to a moving body on which the passenger rides.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it is needless to say that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an HMT device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the helmet with a head-mounted display device shown in FIG. In this embodiment, the current position and the current angle of the helmet with a head-mounted display device worn by the pilot on the flying object are calculated. That is, the
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。
The
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。
The mounted
The
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。
In the
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。
The camera device 2 (2a, 2b) is composed of two
Therefore, as shown in FIG. 3, the position of the
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。
A relative coordinate system that is a coordinate system that is fixed to the camera device 2 (2a, 2b) and moves together with the camera device 2 so that the position of each head marker at this time can be expressed in spatial coordinates. (XYZ coordinate system) is used. A specific origin position of the relative coordinate system (XYZ coordinate system) and description of the XYZ axis directions will be described later. The position coordinates of the
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。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
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。
The relative coordinate system (XYZ coordinate system) can arbitrarily determine the origin and the direction of each coordinate axis. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the direction from the
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。
The motion
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。
The optical
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。
The optical marker position
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。
Based on the optical marker position information and the image data, the relative
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。
The
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。
Next, the measurement operation for measuring the head position (X, Y, Z) and the head angle (Θ, Φ, Ψ) of the pilot 3 with respect to the relative coordinate system (XYZ coordinate system) by the
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。
First, in the process of step S101, 0 is stored in the
Next, in the process of step S102, the motion
Next, in the process of step S103, the relative head
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。
Next, in the process of step S104, at t = 0 (initial state), the respective expected movement ranges (Da, Db, Dc) of the
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。
Next, in the process of step S105, t = t + 1 is stored in the
Next, in the process of step S106, the motion
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。
Next, in the process of step S107, the optical marker position
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。
Next, in the process of step S108, the relative head
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。
Next, in step S109, it is determined whether the
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。
Next, in the process of step S110, the optical
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。
Next, in the process of step S111, the optical marker position
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。
As described above, according to the
(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。
(Embodiment 2)
In addition to the above, the HMT device may be configured to include an expected movement range determination unit that determines the size of the expected movement range of the LED based on the expected movement position of the LED and the optical marker position information.
According to the HMT apparatus of the second embodiment, by comparing the respective positions of the three LEDs stored at time t1 with the current positions of the three LEDs stored at time t2, the time t3 The expected movement position of the LED at is estimated. At this time, the expected movement range determination unit calculates the movement speed of the LED from time t1 to time t2, thereby calculating the size of the expected movement range centered on the expected movement position of one LED. When the speed is high, it is increased. On the other hand, when the moving speed of the LED is low, it is decreased. Therefore, even when the movement speed of the
(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。
(Embodiment 3)
The HMT device may be configured such that the above-described optical marker estimation unit estimates the expected movement position of the three LEDs based on the optical marker position information of the three LEDs.
According to the HMT device of the third embodiment, the rotational movement of the LEDs is also measured by comparing the positions of the three LEDs stored at time t1 with the current positions of the three LEDs stored at time t2. Therefore, it is possible to further prevent the LED from being present in the expected movement range.
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。 The HMT device of the present invention is used, for example, as a device that detects the current position and the current angle of a helmet with a head-mounted display device used in game machines, vehicles, and the like.
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
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 Three or more optical markers attached to the object;
A camera device for detecting a light beam from the optical marker in a stereoscopic view;
An optical marker position information calculating unit that calculates optical marker position information including the current positions of the three or more optical markers based on the detected light beam;
A motion tracker device comprising a relative information calculation unit that calculates relative information including a current position and a current angle of an object with respect to the camera device based on the optical marker position information,
An optical marker storage unit for storing at least two optical marker position information calculated at different times;
An optical marker estimation unit that estimates the predicted movement position of the optical marker by comparing the at least two optical marker position information;
The motion tracker device, wherein the optical marker position information calculation unit identifies each of the three or more optical markers based on an expected movement position of the optical marker.
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。
The object is a helmet to be worn on a passenger's head; and
The motion tracker device according to claim 1, wherein the camera device is attached to a moving body on which the passenger rides.
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
JP5594944B2 (en) * | 2008-08-05 | 2014-09-24 | 株式会社島津製作所 | Motion tracker device |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0942929A (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Ono Sokki Co Ltd | Method and device for measuring position of light spot |
JPH10240156A (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-11 | Shimadzu Corp | Head-mounted display system |
JP2002008040A (en) * | 2000-06-16 | 2002-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional information detecting device and three-dimensional information detecting method |
WO2005124687A1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-12-29 | The University Of Tokyo | Method for marker tracking in optical motion capture system, optical motion capture method, and system |
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2006
- 2006-07-25 JP JP2006202172A patent/JP4656016B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0942929A (en) * | 1995-08-01 | 1997-02-14 | Ono Sokki Co Ltd | Method and device for measuring position of light spot |
JPH10240156A (en) * | 1997-02-28 | 1998-09-11 | Shimadzu Corp | Head-mounted display system |
JP2002008040A (en) * | 2000-06-16 | 2002-01-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional information detecting device and three-dimensional information detecting method |
WO2005124687A1 (en) * | 2004-06-16 | 2005-12-29 | The University Of Tokyo | Method for marker tracking in optical motion capture system, optical motion capture method, and system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105169701A (en) * | 2015-07-22 | 2015-12-23 | 陈飞 | Helmet for situational simulation training/games |
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Publication number | Publication date |
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