(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光手段、撮像手段、及び画像処理手段を備え、
前記発光手段が物体に光を放射した状態で、前記撮像手段が前記物体から反射された光を検出して画像を取得し、
前記画像処理手段が、
前記画像内において、前記物体表面の特定部分に該当する画像領域を検出し、
検出された前記画像領域の特徴量と変換用データとを用いて、基準位置から前記物体表面の前記特定部分までの距離を求め、
前記変換用データが、前記基準位置からの距離と前記特徴量とを対応付けるデータであり、
前記特徴量が、前記画像領域の明るさであることを特徴とするヒューマンインターフェイス装置。
【請求項２】
前記物体が人の手であり、
前記特定部分が指の先端部分であることを特徴とする請求項１に記載のヒューマンインターフェイス装置。
【請求項３】
前記光が近赤外光であり、
前記撮像手段が魚眼レンズを備え、
前記画像処理手段が、前記画像上の前記特定部分の位置及び前記撮像手段の光学特性から、極座標における前記特定部分の極角及び方位角を求め、
前記距離、前記極角、及び前記方位角を、前記特定部分の３次元位置情報として決定することを特徴とする請求項２に記載のヒューマンインターフェイス装置。
【請求項４】
前記画像処理手段が、
前記発光手段から放射される光の配光特性の極角依存性と前記特定部分の極角とを用いて、明るさに関する前記変換用データを修正し、
修正された前記変換用データを用いて前記距離を求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のヒューマンインターフェイス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータなどの機器に対するヒューマンインターフェイス装置に関し、特に人の手指の３次元位置情報を出力するヒューマンインターフェイス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９７０年代にＧＵＩ（Graphical User Interface）の概念が発明されてから、コンピュータへの情報入力のために、マウス、トラックボール、ジョイスティック、ペン入力タブレットなどの多様なポインティングデバイスが利用されてきた。とりわけマウスの普及は目覚しく、現在に至るまで、使い易さやコストの点で、マウスを超えるポインティングデバイスは知られていない。
【０００３】
現在のポインティングデバイスは２次元座標の変位を連続して入力しているように見えるが、一定の周期でデータを繰り返して入力していて、ある瞬間に入力できるのは１点の座標のみである。即ち、多点の変位や座標を同時に入力することはできない。また、この変位や座標は２次元平面上のものであり、これに高さ方向の座標を加えた３次元座標を入力することは一般にはできない。なお、ＣＡＤやゲームのために開発された３次元座標の入力装置として、図１０に示す「３ｄマウス」が知られている（下記非特許文献１参照）。これは、複数のセンサを用いて各々の方向の変位を検出するものである。
【０００４】
一方、下記特許文献１には、複数の指の位置を検出する機能を備えたヒューマンインターフェイス装置が開示されている。この装置の断面の構成を図１１に示す。照明装置から出力された光が外殻パターンによって反射され、撮像光学系と撮像装置によって外殻パターンの画像を取得する。この装置を手にとって複数の指で支えるとき、外殻外面に接触した指の位置の情報を得ることができる。更に、外殻を柔軟な材料で構成することにより、変形した外殻パターンの画像を基にして、指によって外殻に加えられた圧力の情報も得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１６９６８８号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】インターネット＜URL：http://www.nissho-ele.co.jp/product/3d_mouse/feature.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、複数の点の変位や座標を同時に入力できるユーザーインターフェイス装置が要望されている。複数の点の変位や座標を同時に入力できれば、これらに対応するポインタや指の画像をディスプレイに表示して、同時に表示した物体を操作するという自然なインターフェイスを実現できる。即ち、複数の指の変位や座標の同時入力により、指の動き（ジェスチャー）を利用したインターフェイスを実現することができる。
【０００８】
また、最近は３ｄディスプレイの研究開発が盛んである。今後、映画やゲームなどの３ｄコンテンツが大量に開発されるようになり、家庭のテレビやパソコンのモニタが３次元表示の機能を備えることが予想される。このような環境では、３次元表示された仮想物体を操作するために、３次元座標を入力するためのユーザーインターフェイスが必要になる。しかも同時に多点の座標を入力できれば、複数の指の動きによりコンピュータを操作することができる。例えば、３ｄディスプレイに表示した仮想物体を、実際に手に取るような感覚で操作することが可能になる。
【０００９】
しかし、既存のポインティングデバイスは、コンピュータのユーザーインターフェイスとしては、著しく機能が制限されたものである。例えば、上記非特許文献１の３ｄマウスによる入力動作は、人にとって自然な入力動作とは言えず、一般の２ｄマウスを代替するには至っていない。また、上記特許文献１の装置では、指と装置が接触していることが前提となるため、指が装置から離れたときには何の情報も入力できない。
【００１０】
従って、本発明は、人の自然な動作により情報を入力できるヒューマンインターフェイス装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【００１２】
即ち、本発明に係るヒューマンインターフェイス装置は、発光手段、撮像手段、及び画像処理手段を備え、
前記発光手段が物体に光を放射した状態で、前記撮像手段が前記物体から反射された光を検出して画像を取得し、
前記画像処理手段が、
前記画像内において、前記物体表面の特定部分に該当する画像領域を検出し、
検出された前記画像領域の特徴量と変換用データとを用いて、基準位置から前記物体表面の前記特定部分までの距離を求め、
前記変換用データが、前記基準位置からの距離と前記特徴量とを対応付けるデータであることを特徴としている。
【００１３】
前記特徴量は、前記画像領域の大きさである。
【００１４】
また、前記物体が人の手であり、前記特定部分が指の先端部分であることができる。
【００１６】
また、前記光が近赤外光であり、前記撮像手段が魚眼レンズを備え、前記画像処理手段が、前記画像上の前記特定部分の位置及び前記撮像手段の光学特性から、極座標における前記特定部分の極角及び方位角を求め、前記距離、前記極角、及び前記方位角を、前記特定部分の３次元位置情報として決定することができる。
【００１７】
また、前記画像処理手段は、前記発光手段から放射される光の配光特性の極角依存性と前記特定部分の極角とを用いて、明るさに関する前記変換用データを修正し、修正された前記変換用データを用いて前記距離を求めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、対象物の特定部分に関する３次元位置情報、特に、人の各指の先端部の３次元位置情報を同時に取得することができる。従って、コンピュータなどに対して、複数の点の変位や座標を同時に入力することが可能になる。
【００１９】
従って、これらに対応するポインタや指の画像をディスプレイに表示して、同時に表示した物体を操作するという自然なインターフェイスを実現することができる。即ち、複数の指の変位や座標の同時入力により、指の動き（ジェスチャー）を利用したインターフェイスを実現することができる。
【００２０】
また、今後、家庭のテレビやパソコンのモニタが３次元表示の機能を備え、映画やゲームなどの３ｄコンテンツが大量に開発されるようになれば、本発明を適用して、複数の指の動きにより３ｄディスプレイに表示した仮想物体を、実際に手に取るような感覚で操作することが可能になる。例えば、コンピュータの記憶装置に保存されたファイルを探すときに、複数の指とキャビネットをディスプレイに立体的に表示して、ラベルの付いた引き出しを開け、その中のフォルダに収納された複数のファイルを指でめくりながら所望のものを見つける、あるいは、製品と５本の指を立体表示して、製品を指で動かしながら、様々な角度から製品を観察したり機能を確認したりする、といった使い方が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒューマンインターフェイス装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したヒューマンインターフェイス装置の発光手段及び撮像手段の一例を示す図である。
【図３】極座標を示す図である。
【図４】試作した発光手段の配光特性を示すグラフである。
【図５】試作した発光手段を用いて撮像した画像である。
【図６】試作した発光手段を用いて撮像した画像から得られた指の幅および指の中心部の画素値の平均値のグラフである。
【図７】試作した別の発光手段の配光特性を示すグラフである。
【図８】試作した別の発光手段を用いて撮像した画像から得られた指の幅および指の中心部の画素値の平均値のグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係るヒューマンインターフェイス装置を用いて、指先の位置情報を取得する動作を示すフローチャートである。
【図１０】従来の３ｄマウスの一例を示す斜視図である。
【図１１】従来のヒューマンインターフェイス装置の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るヒューマンインターフェイス装置の概略構成を示すブロック図である。本ヒューマンインターフェイス装置は、発光手段１、撮像手段２、制御手段３、記録手段４、及び、画像処理手段５を備えて構成されている。制御手段３は、発光手段１による光の放射をオン／オフ制御し、発光手段１をオンした状態で、撮像手段２を制御して所定の時間間隔で撮像対象物（例えば人の指）６を撮像する。記録手段４は、撮像される一連の画像（デジタルデータ）を時系列に記録する。画像処理手段５は、記録手段４から撮像された画像を読み出し、撮像対象物６の３次元位置情報（例えば、指の３次元位置情報）を計算する。計算された３次元位置情報（以下、３Ｄデータとも記す）は、制御手段３から外部装置７に出力される。なお、本明細書において、特に断らない限り、「指」とは手指の第１関節から先の部分を意味する。
【００２４】
本ヒューマンインターフェイス装置は、このように対象物の撮像および３Ｄデータの算出を繰り返すことによって、対象物の変位に応じて３Ｄデータを外部装置７に出力し、外部装置７は３Ｄデータを任意の用途（例えば、コンピュータのアプリケーションソフトウエア）で使用する。なお、図１には、主要な構成要素のみを示しており、それら以外にも電源など当然に必要な要素もあるが省略されている。
【００２５】
図２は、本ヒューマンインターフェイス装置の発光手段１及び撮像手段２の一例を示す模式図である。図２では、発光手段１としてＬＥＤ８を使用している。ＬＥＤ８及び撮像手段２は、ベース１１の上に配置された球状の透明な外殻９の内側に配置されている。撮像手段２は、魚眼レンズ１０、イメージセンサ（図示せず）、その駆動装置（図示せず）を備えている。複数のＬＥＤ８は、魚眼レンズ１０を取り囲むように配置されている。ＬＥＤ８から放射された光は、透明な外殻９を透過してその外部にある複数の指６を照明する。撮像手段２は、照明された指６を撮像し、画像データを制御手段３へ転送する。ここで、魚眼レンズとは画角が約１８０度以上のレンズをいう。
【００２６】
ここで、ＬＥＤ８が発する光は赤外光であり、透明な外殻９とイメージセンサの光電変換素子との間の空間に赤外光のみを透過するフィルタを備えることが望ましい。また、複数のＬＥＤ８が放射する光の強度分布は、魚眼レンズ１０の光軸（図３のｚ軸）を基準として軸対称であることが望ましい。即ち、複数のＬＥＤ８の数及び配置は、そのような光の強度分布が得られるように決定されることが望ましい。
【００２７】
尚、透明な外殻９は必須の構成要素ではなく、指６が直接に魚眼レンズ１０に触れる構成であってもよい。また、魚眼レンズ１０の代わりに広角レンズ（画角が約６０度〜約１８０度）を使用してもよい。
【００２８】
次に、動作原理について説明する。発光手段１は、複数の指６及びその周囲の領域を照明する。一様に光を放射する点光源の場合には、光源に正対する領域の単位面積当たりの光強度（放射照度）は、光源からの距離の自乗に反比例する。従って、指で拡散反射する光の強度も、光源と指との距離に反比例する。その結果、撮像された画像の指の領域の画素値は、光源からの距離の増加と共に減少する。実際の発光手段１は点光源ではなく、特有の角度分布で光を放射するが、放射照度が光源からの距離と共に単調に減少するという傾向は同じである。従って、撮像された指の特定領域の画素値は、光源からの距離に応じて単調に変化する。従って、この距離と画素値の関係を予め測定して変換用データとして保持しておけば、撮像された画像中の指に該当する部分の画素値と変換用データとを比較して、指と光源との距離を計算できる。この距離は、図３の極座標において光源の位置を原点とすれば、動径ｒに対応する。極角θと方位角φは、撮像された画像から直接に特定できる。即ち、方位角φは、指に該当する部分と原点を結ぶ直線とｘ軸とが成す角度であり、極角θは、魚眼レンズの特性及び画像の中心からの距離から求めることができる。その結果、各指の３次元位置情報を得ることができる。
【００２９】
動径方向の距離の算出に関して、実験で採用した数値例を示しながら詳しく説明する。撮像手段２として、一般的な魚眼レンズを一般的なＣＭＯＳカメラに装着して構成した。発光手段１については、ドーナツ状のプリント基板に１６個の砲弾型ＬＥＤを半田付けした。即ち、これらのＬＥＤは、プリント基板の中央に位置する魚眼レンズを取り囲むように配置される（図２参照）。ここで、外光の影響をなくすために、ピーク波長が９５０ｎｍの近赤外光を放射するＬＥＤを用いた。一般的なシリコンウェハから製造されるＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサは、この波長帯の光を検出できるので、赤外線のみを透過するフィルタをイメージセンサとレンズの間に挿入することにより、可視領域の外光の影響を完全に取り除くことができる。簡単のため、以下ではこの種のフィルタは用いずに、暗室内で実験することで外光の影響を排除した結果を示す。
【００３０】
図４は、上記のように試作した発光手段に所定の電流を流したときの配光特性を示すグラフである。測定手段として有感領域の面積が１ｃｍ２のフォトダイオードを使用し、魚眼レンズの中心を図３の極座標の原点として、ｚ軸を含む面内で半径５ｃｍおよび１０ｃｍの半円に沿ってフォトダイオードを移動させて測定した。図４において、縦軸は光の強度、横軸は極角θ（但し、ここではｚ軸を挟んで一方を正、逆方向を負の値で現している）である。図４から、光源からの距離が大きくなると放射強度が減少することが確認できる。距離が２倍になっても放射強度が正確に１／４にならないのは、点光源ではなく、指向性を持つ砲弾型ＬＥＤを使用したためである。
【００３１】
図５は、試作した装置で取得した手の画像の一例である。画像の外縁付近にリング状に見えるのは魚眼レンズのＣマウントである。このリング状領域の内側が、魚眼レンズを通してＣＭＯＳカメラによって撮像された外界であり、画像の中央に手が鮮明に写っている。図５は、手と魚眼レンズの中心との間の距離が約５ｃｍの場合の画像である。この距離が増加するに連れて、撮像された画像中の手の大きさは小さくなり、明るさも減少する。
【００３２】
距離と明るさの関係を定量化するために、人差し指を、指の腹が光源に対向するように固定具に固定し、これを光学ベンチの上でスライドさせながら複数の画像を撮像した。このとき、撮像された画像上で、指に該当する領域の中心が画像の中心と一致するように調節した。即ち、図３の座標系で極角θが０となるように、ｚ軸上で動径ｒを変化させた。図６は、撮像した各画像から指の幅と指の中心部の画素値の平均値とを求め、これらを動径ｒに対してプロットしたグラフである。白丸は指の幅を表し、黒丸は指の中心部の画素値の平均値を表す。図６から、動径方向の距離の増加と共に、指の幅は単調に減少することが分かる。これは単純な幾何学的な効果である。また、指の明るさである画素値の平均値も単調に減少することが分かる。
【００３３】
従って、図６のいずれの曲線も、撮像された指の画像から指の動径方向の位置（撮像系の原点からの距離）を算出するための変換用データとして利用できる。但し、手の回転によって、指の腹が光源に正対しない場合、画像上の指の幅や指の明るさが変化するが、その場合でも、ある程度の精度で指の距離を計算することができる。また、指の幅に関する変換用データと、指の中心部の画素値の平均値に関する変換用データとを組み合わせて使用すれば、精度を向上することが可能である。
【００３４】
以下において、変換用データを区別する場合には、指の幅と距離とを対応付ける変換用データを「第１の変換用データ」とし、指の中心部の画素値の平均値と距離とを対応付ける変換用データを「第２の変換用データ」とする。
【００３５】
図４〜図６では砲弾型ＬＥＤを用いた場合の実験結果を示したが、以下では、チップ型ＬＥＤを使用した例を示す。ピーク波長が９５０ｎｍのチップ型ＬＥＤを８個用い、魚眼レンズの周囲に同じ円周上で等間隔に配置して、所定の電流を流して発光させた。図４の実験と同様にして得られた配光特性を図７に示す。但し、測定用のフォトダイオードは、ｚ軸を含む面内で半径５〜１０ｃｍの半円に沿って移動させた。
【００３６】
図７から、指向性の広いチップ型ＬＥＤを用いたために、図４に比べて、斜め方向へ出力される光の強度が大きいことが確認できる。また、図７においても図４と同様に、動径方向の距離ｒの増加と共に光強度が単調に減少しており、画素値の大きさに基づいた距離の算出が可能なことを示している。
【００３７】
更に、チップ型ＬＥＤを使用した光源についても、図６の変換用データを取得したのと同様の実験を繰り返した。得られた結果を図８に示す。図６と同様の変換曲線が得られたが、細かく観察すると、図８では、図６に比べて、特に距離が小さいとき（グラフの左端付近）に画素値の平均値の変化が急峻であることが分かる。これは、図６のグラフよりも図８のグラフの方が、画素値から算出される距離の分解能が高くなることを示している。但し、距離が大きい場合（グラフの右端付近）には、図６のグラフよりも図８のグラフの方が画素値の変化は緩やかであり、距離を算出するときの分解能が低くなる。
【００３８】
このように、光源の配光特性によって変換曲線の形状が変化するので、光源の配光特性は、動径方向の距離を算出するときの精度に影響を与える。即ち、指の動径方向の距離ｒを精度よく算出するためには、光源の配光特性が重要であり、光源の配光特性は距離ｒにのみ依存し極角θに依存しないのが望ましい。そして、使用する撮像手段に応じて、発光手段の配光特性が距離ｒにのみ依存するように、発光手段の形状（例えば、ＬＥＤの配置）を決定することが望ましい。逆に、発光手段の詳細な構成は、使用目的に応じて要求される距離ｒの精度や許容される製造コストなどに応じて決められるべき事項であるとも言える。
【００３９】
なお、図６および図８は、極角θが０に等しい場合の変換用データだが、極角θが０でない場合でも、同様の変換用データが得られる。これも具体的な設計に依存するが、前述のチップ型ＬＥＤを使用した光源の場合には、θ＜７０°の場合にはこれらの変換用データはほぼ一致する。従って、距離ｒの算出に必要なデータ量が少なくなる。
【００４０】
図９は、本ヒューマンインターフェイス装置を用いて指の位置情報を取得する動作を示すフローチャートである。図１〜図９を参照して、本ヒューマンインターフェイス装置の動作を説明すれば次の通りでする。
【００４１】
ステップＳ１において、制御手段３は、発光手段１をオンし、撮像手段２を用いて撮像を行い、画像データを記録手段４に記録する。これによって、図５のような画像が得られる。撮像される画像は、例えば多階調のグレースケール画像である。
【００４２】
ステップＳ２において、画像処理手段５は、記録手段４から画像データを読み出して、画像中の指の領域を検出する。指の検出には、エッジ検出などの公知の画像処理を使用すればよいので、詳細説明は省略する。
【００４３】
ステップＳ３において、画像処理手段５は、ステップＳ２で検出した指の領域から、各指の幅ｗ、又は、各指の所定領域（以下、領域Ａとも記す（図３の楕円領域参照））の画素値の平均値ａを計算する。例えば、幅ｗ、平均値ａは、５本の指の各々について計算される。
【００４４】
ステップＳ４において、画像処理手段５は、ステップＳ３で得られた幅ｗ又は平均値ａと、記録手段４から読み出した変換用データとを用いて、各指の位置座標（ｒ，θ，φ）を計算し、指毎のデータとして出力する。変換用データは、使用する発光手段１及び撮像手段２を用いて予め測定されたデータであり、例えば図６、図８に示したようなデータである。
【００４５】
このとき、ステップＳ３で幅ｗを計算する場合には、少なくとも幅ｗ及び距離ｒのグラフ（例えは図６、図８の白丸のデータ）を第１の変換用データとして記録手段４に記録しておき、これを用いてステップＳ４における距離ｒの計算を行う。ステップＳ３で平均値ａを計算する場合には、少なくとも平均値ａ及び距離ｒのグラフ（例えは図６、図８の黒丸のデータ）を第２の変換用データとして記録手段４に記録しておき、これを用いてステップＳ４における距離ｒの計算を行う。なお、換算用データは、関数として記録していても、離散的なデータとして記録していてもよい。関数であれば、測定値（ｗ又はａ）から直接に距離ｒを計算することができる。離散的なデータの場合には、補間法などによって測定値（ｗ又はａ）に対応する距離ｒを計算すればよい。
【００４６】
極角θは、撮像手段の光学特性を考慮して、画像の中心から領域Ａ（領域Ａの代表点（例えば中心））までの距離（画素数）から計算することができる。例えば、魚眼レンズを使用して、画像の中心からの距離と極角θとが比例するように光学系を設計しておけばよい。また、方位角φは、画像内の基準軸（ｘ軸）に対する領域Ａ（領域Ａの代表点）の角度として計算する。
【００４７】
指毎に得られた（ｒ，θ，φ）は、所定のインターフェイスを介して外部装置７に出力される。データの出力形式は任意である。シリアルインターフェイスの場合には、例えば、データの時系列順序を各指に対応させ、親指〜小指の（ｒ，θ，φ）を順に出力すればよい。
【００４８】
ステップＳ５において、終了の有無が判断され、終了しない場合にはステップＳ１に戻り、上記のステップＳ１〜Ｓ４を所定の時間間隔で繰り返す。各指の位置の変化の時間分解能は、撮像手段２および画像処理手段５の性能に依存する。例えば、Ｎ枚／秒の速度で画像を撮像し画像処理すれば、各指の位置の変化を１秒間にＮの分解能で求めることができる。
【００４９】
ＣＭＯＳ技術によるイメージセンサは、画像の出力フォーマットの自由度が高いので、撮像手段２にＣＭＯＳイメージセンサを使用すれば、例えば、目的とする指の領域を限定して高速で出力することも可能である。また、通常の人物や風景等の撮像と異なり、指の中心の変位を求めるのが目的なので、画像の精細度に関する要求は低い。この事実も高速のデータ出力に有利であり、例えば２００ｆｐｓ（ｆｒａｍｅｓ／ｓｅｃ）を超えるスピードが実現できる。従って、一般のマウスに比べて、座標入力の速度が劣ることは無い。
【００５０】
上記では、幅ｗ又は平均値ａを使用して、距離ｒを計算する場合を説明したが、幅ｗ及び平均値ａの両方を用いてもよい。例えば、ステップＳ３において、幅ｗ及び平均値ａを計算し、ステップＳ４において、それぞれ第１及び第２の変換用データを用いて距離ｒを求め、第１の変換用データから求めた距離ｒwと、第２の変換用データから求めた距離ｒaとから、例えばそれらの平均値（ｒw＋ｒa）／２として最終的に距離ｒを求めても良い。また、距離に応じて、変換用データを使い分けてもよい。例えば、図６のデータを使用する場合には、距離ｒが５ｃｍ近傍では、第１の変換用データの変化の方が急峻であり解像度が高いので、距離ｒが５ｃｍ近傍の所定範囲では第１の変換用データを使用し、それ以外の範囲では第２の変換用データを使用してもよい。
【００５１】
変換用データは、特定のヒューマンインターフェイス装置および特定の人に関して少なくとも一度測定して得られたものを、異なる人に対して使用することができる。しかし、指の形状や光の反射率には個体差（性別、年齢、肌の色など）があるので、同じヒューマンインターフェイス装置で測定しても変換用データが異なる可能性がある。従って、より精度良く距離を求めるためには、人毎に最初に較正を行なうことが望ましい。例えば、最初に所定距離ｒ＝ｒ0の位置に指を位置させて、一度ステップＳ１〜Ｓ４の処理を行って距離を計算し、計算されたｒ1とｒ0との差違に応じて、予め記録された変換用データを修正して、それ以後の処理では修正された変換用データを使用することができる。修正方法は、例えば、ｒ1とｒ0との差に応じて変換用データをシフトする、ｒ1とｒ0との比に応じて変換用データをスケーリングするなどの方法がある。
【００５２】
また、指の幅ｗは指の種類（親指、人差し指、中指、薬指、小指）によって異なるので、指毎に第１の変換用データを記録しておいてもよい。例えば、親指用の変換用データと、小指用の変換用データとで、異なる変換用データを使用してもよい。このとき、指の種類は、画像処理によって検出された各指の大きさと相互の位置関係とから決定すればよい。
【００５３】
また、第１の変換用データは、絶対距離と指の幅とを対応させたデータに限らず、指の幅を距離に変換できるデータであればよい。例えば、最小距離（図２の外殻表面と原点との距離）に対する倍率と指の幅とを対応させたデータであってもよい。
【００５４】
また、配光特性の角度依存性が小さい場合、θ＝０で測定して得られた第２の変換用データのみを使用することができるが、図４、図７のように配光特性に角度依存性がある場合、第２の変換用データを配光特性で修正して使用してもよい。例えば、第２の変換用データがθ＝０で測定して得られたデータであった場合、距離ｒを計算する前に、指先部の極角θを求め（θ＝θ1）、θ＝θ1及びθ＝０に対応する配光特性の光強度の比で第２の変換用データを修正し、修正された変換用データを用いて距離ｒを算出すればよい。また、θ＝０で測定した第２の変換用データに加えて、０＜θ＜９０（度）で測定した複数の第２の変換用データを使用してもよい。その場合、距離ｒを計算する前に、指の極角θを求め、得られた角度θ1に応じて複数の第２の変換用データを用いて距離ｒを計算すればよい。
【００５５】
また、人の指先部分に所定の反射物を取り付けて、その反射物によって反射される光の強度を用いてもよい。例えば、各指の指先に直接接着しても、指先部分に反射物を取り付けた手袋を使用してもよい。この場合、変換用データは、同じ反射物を取り付けた状態で測定して取得すればよい。
【００５６】
また、指の幅ｗ、指の画素値の平均値ａを使用する場合に限らず、撮像された画像から抽出された各指の特徴量が距離に依存するものであれば、その特徴量と距離との関係を予め測定して変換用データとして使用することができる。例えば、特徴量は指の面積であってもよい。
【００５７】
また、指に限らず、ある程度光を反射し、３次元位置が変位可能な物を使用しても良い。例えば、掌の皺を利用してもよい。これを手相として認識すれば、占いに関連したゲームのインターフェイスとしても利用できる。
【００５８】
また、光の反射だけではなく吸収も利用して画像を取得して、画像の特徴量に基づいて、手や指の変位を検出してもよい。このような例として、手や指の内部の静脈がある。赤外光の吸収の大小を利用して掌の静脈パターンを検出し、この特徴を元に個人認証を行うことは、銀行のＡＴＭ装置などで広く実用化されている。従って、こうした公知技術を用いれば、図５のような画像から静脈パターンを検出できる。手を動かせば静脈パターンも変化するので、逆に、静脈パターンの変化から手の変位を検出できる。
【符号の説明】
【００５９】
１    発光手段
２    撮像手段
３    制御手段
４    記録手段
５    画像処理手段
６    手指
７    外部装置
８    ＬＥＤ
９    外殻
１０  魚眼レンズ
１１  ベース
【図１】
0005401645.tif 000002
【図２】
0005401645.tif 000003
【図３】
0005401645.tif 000004
【図４】
0005401645.tif 000005
【図６】
0005401645.tif 000006
【図７】
0005401645.tif 000007
【図８】
0005401645.tif 000008
【図９】
0005401645.tif 000009
【図１０】
0005401645.tif 000010
【図１１】
0005401645.tif 000011
【図５】
0005401645.tif 000012