(57)【要約】【課題】  複数の光源の位置または指示位置を計測することができる位置計測システムを提供する。【解決手段】  位置計測システムは、ポインタ１，２と、ポインタ１，２の発光を制御する発光制御装置３と、ポインタ１，２から放射された光を撮像するＣＣＤイメージセンサ４，５と、イメージセンサ４，５が撮像した画像に基づいてポインタ１，２の指示位置を演算するＰＣ６とを備える。ポインタ１，２は同心円模様光９を投影する。ＰＣ６はディスプレイ１０に接続され、ポインタ１，２が指し示した位置にカーソル７を表示させる。発光制御装置３は、イメージセンサ４，５の撮像フレームに対応してポインタ１，２を順次選択して発光させる。【選択図】  図１
2008070343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源の発光を制御する発光制御装置と、前記光源から放射された光を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像に基づいて前記光源の位置または指示位置を演算する演算装置とを備え、前記発光制御装置が前記撮像装置の撮像フレームに対応して前記光源を順次選択して発光させることを特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記光源の発光と前記撮像装置に設けられたシャッターの開閉とを同期させて前記光源からの光を撮像することを特徴とする請求項１記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記発光制御装置が、前記撮像装置のシャッターの開閉タイミングにあわせて前記光源を発光させることを特徴とする請求項２記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記光源からの光を受光する受光装置を備え、前記受光装置が検知した前記光源の発光にあわせて前記撮像装置のシャッターを開閉することを特徴とする請求項２または３記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記発光制御装置がどの光源も発光させない非発光撮像フレームを介在させ、前記演算装置が前記非発光撮像フレームの画像を他の画像との背景差分を撮るための背景画像として使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項６】
前記非発光撮像フレームは、前記複数の光源の発光の撮像終了後に撮像されることを特徴とする請求項５記載の位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から点光源の位置やポインタ光源の指示位置を計測する位置計測システムが知られている。この種のシステムは、点光源の３次元（３Ｄ）位置の計測やポインタ光源の指示位置の計測に利用できるほか、これを用いて物を誘導する位置情報システムや、ロボットの位置の自動制御システムなどに利用することができる。
【０００３】
例えば、従来提案されているポインタ光源の指示位置を計測する位置計測システムでは、同心円模様を投影する投影装置をポインタ本体として利用し、ポインタで指示される対象物の比較的近傍に同心円模様を検出するセンサを設置している（特許文献１）。従来のシステムでは、例えば、ポインタの指示位置の移動をディスプレイ画面におけるカーソル移動に適用する場合には、画面の端部に複数のセンサを設置し、ユーザが使用するポインタ側に同心円模様の投影装置を設けるように構成される。
【特許文献１】特開２００４−２８９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光源の位置やポインタ光源の指示位置を計測する位置計測システムでは、多数の光源位置や多数のポインタの指示位置を計測することができない。すなわち、従来の位置計測システムでは、複数の光源を配置して利用することが困難であり、またポインタはユーザが１人しか利用できず、同時に複数人が利用できることが困難であるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、複数の光源の位置または指示位置を計測することができる位置計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、複数の光源の発光を制御する発光制御装置と、前記光源から放射された光を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像に基づいて前記光源の位置または指示位置を演算する演算装置とを備え、前記発光制御装置が前記撮像装置の撮像フレームに対応して前記光源を順次選択して発光させる位置計測システムにより、達成される。
【０００７】
ここで、前記光源の発光と前記撮像装置に設けられたシャッターの開閉とを同期させて前記光源からの光を撮像することができる。前記発光制御装置は、前記撮像装置のシャッターの開閉タイミングにあわせて前記光源を発光させることができる。また、前記光源からの光を受光する受光装置を備え、前記受光装置が検知した前記光源の発光にあわせて前記撮像装置のシャッターを開閉することができる。
【０００８】
また、前記発光制御装置がどの光源も発光させない非発光撮像フレームを介在させ、前記演算装置が前記非発光撮像フレームの画像を他の画像との背景差分を撮るための背景画像として使用することができる。前記非発光撮像フレームは、前記複数の光源の発光の撮像終了後に撮像することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の光源の位置または指示位置を計測することができる位置計測システムを得ることができる。複数の光源を制御装置により制御して時系列で発光させ、その発光タイミングにあわせて光源の発光により形成される同心円模様や光リング像をイメージセンサが撮像し、光源の位置やポインタの指示位置を計測することができる。本発明では、発光制御装置が複数の光源や複数のポインタに割り当てられた識別番号（ＩＤ番号）を識別しながら光源を発光させることにより、複数の光源や複数のポインタが存在する場合であってもＩＤ番号を識別しながら容易に各光源の位置や各ポインタの指示位置を計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る位置計測システムの実施例を説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。本実施例では、図示のように、複数の光源としてのポインタ１，２と、ポインタ１，２の発光を制御する発光制御装置３と、ポインタ１，２から放射された光を撮像する撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサ４，５と、イメージセンサ４，５が撮像した画像に基づいてポインタ１，２の指示位置を演算する演算装置としてのパソコン（ＰＣ）６等のコンピュータとを備える。ポインタ１，２は同心円模様光９を投影する。このポインタの構成例については後述する。イメージセンサ４，５は、ポインタ１，２が同心円模様光９を投影する対象物である例えばディスプレイ１０の端部に設けられる。ＰＣ６はディスプレイ１０に接続され、ポインタ１，２が指し示した位置にカーソル７を表示させることができる。
【００１１】
発光制御装置３は、イメージセンサ４，５の撮像フレームに対応してポインタ１，２を順次選択して発光させる。これは、例えば、各ポインタにそれぞれ識別番号（ＩＤ番号）を付与し、発光制御装置３がそのＩＤ番号に対応する信号を順次送信することで実現することができる。ポインタ１，２の発光とイメージセンサ４，５に設けられたシャッターの開閉とは同期してポインタ１，２からの光を撮像する。この場合、発光制御装置３が、イメージセンサ４，５のシャッターの開閉タイミングにあわせてポインタ１，２を発光させることができる。また、ポインタ１，２からの光を受光する受光装置（ＰＤ）８を備え、これをイメージセンサ４，５に接続し、ＰＤ８が検出したポインタ１，２の発光にあわせてイメージセンサ４，５のシャッターを開閉することができる。
【００１２】
本実施例では、ディスプレイ１０の画面に向かって同心円模様の光を投影する２台のポインタ１，２の指示位置を計測する例を示している。ディスプレイ１０の上端部にイメージセンサ４，５が設置される。イメージセンサ４，５は、例えば３０フレーム／秒の撮像速度を持つＩＥＥＥ１３９４カメラとする。それにより撮像した画像は画像データとしてＩＥＥＥ１３９４ケーブルを通じてＰＣ６に入力され、画像解析によりポインタ１，２の指示位置が計測される。また、ＰＣ６には無線の発光制御装置３が連結されており、ＰＣ６の指示により発光制御装置３は、ポインタ１または２に発光するように信号を送信し、発光すべきポインタだけが発光するように制御する。
【００１３】
ポインタ１，２は、発光制御装置３から信号を受信して、同心円模様の光を発光する機能を備える。その発光はイメージセンサ４，５が撮像可能な時間、即ち撮像フレームがオンのタイミングの時に発光するようにする。また、ポインタの発光に同期してイメージセンサ４，５の撮像シャッターが切られるようにＰＣ６がイメージセンサ４，５を制御する。図２はイメージセンサとポインタの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）はポインタ１の発光、（ｃ）はポインタ２の発光、（ｄ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。イメージセンサ撮像フレームは１／３０秒間隔である。図示のように、ある撮像フレームがオンの期間にポインタ１が発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターがオンにされ、次の撮像フレームがオンの期間にポインタ２が発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターがオンにされ、これが繰り返される。この場合、イメージセンサ撮像シャッターのオンに同期してポインタをオンすることもできる。ポインタの発光期間および撮像シャッターのオン期間は例えば１μｓである。これらの制御シーケンスは発光制御装置３により実行される。このようなシーケンスにしたがって、ポインタが投影する同心円模様の光をイメージセンサで撮像する。
【００１４】
図３は同心円模様を光の干渉で形成するポインタの一例を示す図で、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は干渉レンズの例を示す図である。ポインタ３０は、図示のように、レーザ光源２、コリメータレンズ１ｃおよび干渉レンズ１−３を備える。干渉レンズは、図３（ｂ）の断面図１−３および平面図１−３ｕに示すように、前面リング凸面／後面凹面の光学レンズであり、前面のリング凸面１−２ｕは、ｘ＝０．３＊（ｙ−１．５）＾１．５５の断面を持つ非球面レンズである。後面の凹レンズは曲率半径−６２ｍｍの球面レンズである。レンズ直径はΦ６ｍｍで、レンズ厚さ３ｍｍ、屈折率１．５１である。
【００１５】
このように構成したポインタにおいて、レーザ光源２からの光はコリメータレンズ１ｃにより平行光にされ、この光が干渉レンズ１−３により同心円干渉模様として前方の例えばディスプレイ１０に投影される。干渉レンズ１−３は、光軸を通る平面において１個のレーザ光源２をあたかも２個の光源２−１，２−２であるかのように光を屈折させるため、図中の地点５に示す位置等において干渉が起きる。ここでｘは光軸であり、ｙは光軸に垂直でレンズの半径方向の軸である。レーザ光源２からの光の波長を８５０ｎｍとし、レンズ後面から投影平面までの距離を３ｍとした場合に、投影平面に形成される同心円干渉模様は円中心から外周部に至るまで、そのピッチが全て０．８１６ｍｍになることがシミュレーション結果から分かっている。
【００１６】
ポインタ３０からはこのような干渉模様が投影され、ディスプレイ１０に設置した２台のイメージセンサ４，５（図１）がこの同心円干渉模様を撮像する。干渉模様は同心円状に投影されているので、イメージセンサが撮像する画像は縞模様となる。この縞方向の法線上に同心円中心、即ち指示位置が存在するので、２台のイメージセンサが撮像した縞方向の法線の交点を求めることで指示位置を計測することができる。図４は、この同心円中心を求める方法の一例を示す図である。図４において、イメージセンサ４，５には同心円干渉模様の一部分である円弧が多数投影される。この円弧の画像をＰＣ６により画像処理し、同心円中心を算出する。円弧から任意の３点５−１，５−２，５−３をとり、２本の線分を決める。数学の定理より、その各々の線分の垂直２等分線の交点が円中心５−０となる。この円中心がポインタの指示点となる。円弧の任意の３点は、イメージセンサが検出した全ての円弧情報から抽出することができるので、その点数を多くすればするほど、ノイズ成分がキャンセルされ高い位置精度で中心点を求めることができる。
【００１７】
本実施例では、ポインタの発光を制御する方法として、無線による発光制御装置３を使用したが、有線で発光制御装置とポインタを接続して操作することもできる。
本実施例では、ポインタが多数個あっても、ポインタを時系列で順次発光させるので、イメージセンサが撮像する画像には各ポインタが放出する同心円模様が重ならず、各々のポインタの指示位置を計測することができる。ポインタが投影する同心円干渉縞はセンサ上では高速に移動するので、速いシャッター速度でなければ像がぼやけてしまい、鮮明な像を撮像することができないが、本方式により高速シャッターで撮像できるので、鮮明な像を撮像することができる。また、ポインタが発光している場合だけイメージセンサは撮像信号を取り込むので、照明や環境光などのノイズ光の影響を低減することができる。
【００１８】
（実施例２）
図５はイメージセンサとポインタの制御シーケンスの他の例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）はポインタ１の発光、（ｃ）はポインタ２の発光、（ｄ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。本実施例は、実施例１と同様の構成、すなわち図１に示すポインタ１，２や無線制御装置３、イメージセンサ４，５、ＰＣ６等を用いて、ポインタの指示位置を計測するものである。本実施例では、図５に示すように、ポインタの発光とイメージセンサの制御シーケンスを工夫し、ノイズ光の影響をさらに除去するシーケンスを実施する。
【００１９】
図５において、イメージセンサ撮像フレームは１／３０秒間隔であるが、ポインタの発光はイメージセンサ撮像フレーム内で複数回発光させ、これに同期してシャッターを開閉し、あるいはシャッターをイメージセンサ撮像フレーム内で複数回開閉させ、これに同期してポインタを複数回発光させる。すなわち、図示のように、ある撮像フレームがオンの期間にポインタ１が複数回発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターが複数回オンされ、次の撮像フレームがオンの期間にポインタ２が複数回発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターが複数回オンされ、これが繰り返される。ポインタの発光周期および撮像シャッターのオン周期は例えば１万Ｈｚ〜１００万Ｈｚに相当する。これらの制御シーケンスは発光制御装置３により実行される。このようなシーケンスにしたがって、ポインタが投影する同心円模様の光をイメージセンサで撮像する。
【００２０】
図６（ａ）、（ｂ）はイメージセンサの構成例を示す図である。図６（ａ）において、イメージセンサ６１は、ＣＣＤ撮像素子６２と、その撮像を制御する撮像制御装置６３とを備える。撮像された画像は画像データとして撮像制御装置６３からＰＣ６に送られる。本例では、イメージセンサ６１の光入射窓には液晶シャッター６４が設置される。液晶シャッター６４の開閉制御は、ＰＣ６からの制御信号により行われ、発光制御装置３はそのシャッターの開閉タイミングにあわせてポインタを発光させるように制御する。一方、図６（ｂ）において、イメージセンサ６５は、ＣＭＯＳ撮像素子６６と、その撮像を制御する撮像制御装置６７とを備える。撮像された画像データは撮像制御装置６７からＰＣ６に送られる。本例では、液晶シャッターは備えず、図１のＰＤ（受光装置）８を用いてポインタが投影した光を検出し、撮像制御装置６７によりＰＤ８が検知したポインタの発光にあわせて自動的にシャッターを開閉する。このように、シャッターとして液晶シャッターを用いることもできるが、センサの撮像シャッターそのものを用いることもできる。その場合には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサの各画素に対して電荷蓄積領域を設け、シャッターの開閉ごとに画素に蓄積した電荷がこの電荷蓄積領域に貯められ、フレーム毎に転送する仕組みとされる。これらのイメージセンサは実施例１，２において用いることができる。
【００２１】
本実施例では、シャッターの開閉に同期してポインタを複数回発光させることにより、照明や環境光などのノイズ光に対して、信号光（投影した同心円干渉模様）を強く検出することができ、ノイズ光の影響を受けにくいシステムとすることができる。これは、ノイズ光はランダムにセンサに到達するが、信号光はシャッターと同時に必ずセンサに到達するので、ランダムな成分の影響を低下することができるからである。
【００２２】
（実施例３）
図７は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例では、図示のように、部屋内に、複数の光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）７１，７２と、ＬＥＤ７１，７２の発光を制御する発光制御装置７３と、ＬＥＤ７１，７２から放射された光を撮像する撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサ７４，７５と、イメージセンサ７４，７５が撮像した画像のデータに基づいてＬＥＤ７１，７２の位置を演算する演算装置としてのパソコン（ＰＣ）７６等のコンピュータとを備える。イメージセンサ７４，７５は、例えば部屋の上端部に設けられる。ＰＣ７６は発光制御装置７３およびイメージセンサ７４，７５に接続される。ここで、図示のＬＥＤ７１，７２は、例えば人が携帯可能なカード（図中の長方形）にＬＥＤ素子（図中の丸印）を搭載したものである。これにより、本実施例によれば、ＬＥＤ７１，７２の３次元位置を計測することで、それを携帯する人の３次元位置を知ることができる。
【００２３】
発光制御装置７３は、イメージセンサ７４，７５の撮像フレームに対応してＬＥＤ７１，７２を順次選択して発光させる。これは、例えば、各ＬＥＤにそれぞれ識別番号（ＩＤ番号）を付与し、発光制御装置７３がそのＩＤ番号に対応する信号を順次送信することで実現することができる。ＬＥＤ７１，７２の発光とイメージセンサ７４，７５に設けられたシャッターの開閉とは同期してＬＥＤ７１，７２からの光を撮像する。この場合、発光制御装置７３が、イメージセンサ７４，７５のシャッターの開閉タイミングにあわせてＬＥＤ７１，７２を発光させることができる。
【００２４】
図８はイメージセンサの構成例を示す図である。図８において、イメージセンサ８０は、球面収差の大きなレンズ８１と、ＣＣＤ撮像素子８２と、その撮像を制御する撮像制御装置８３とを備える。撮像された画像のデータは撮像制御装置８３からＰＣ６に送られる。本例では、イメージセンサ８１の光入射窓には液晶シャッター８４が設置される。液晶シャッター８４の開閉制御は、例えばＰＣ６からの制御信号により行われる。
【００２５】
イメージセンサ８０は、ＬＥＤ等の点光源の３次元位置を計測可能な１台のカメラを用いることができる。このセンサには、例えば半球レンズのような球面収差が大きなレンズ８１が搭載されており、点光源８５からの光は図の光線経路に示すように液晶シャッター８４を介してレンズ８１で光線経路を変更してＣＣＤ撮像素子８２に至り、ＣＣＤ撮像素子８２上に光リング像８６が形成される。これはレンズの球面収差を利用するものであり、その原理は特開２００４−２１２３２８号公報に記載のとおりである。ＣＣＤ撮像素子８２は、光リング像形成用のレンズ８１の焦点位置よりレンズ８１に近い位置に設置される。これにより点光源８５から放出された光はこのレンズの球面収差により光リング像に変換されてＣＣＤ撮像素子８２で撮像される。光リング像の直径は点光源までの距離により変化するので、光リング像の直径を検出することで点光源までの距離が計測できる。また、光リング像の画像位置から点光源が存在する方向が決定できるので、光リング像を解析することで点光源の３次元位置を計測することができる。光源位置が光軸から外れた場合、光リング像は円から楕円に変形することになるが、その楕円の中心位置、長軸および短軸の長さを測定することで光源の３次元位置を計測することができる。その測定原理を次に示す。
【００２６】
図９は、光源とレンズと光リング像の関係の一例を示す図である。いま、図のように、イメージセンサ８２上の光リング像の中心位置を（ｙ０，ｚ０）とし、イメージセンサの光軸上の位置をｘ０とすると、光リング像の中心点の３次元位置は（ｘ０，ｙ０，ｚ０）と表すことができる。光源８５は概ねレンズ８１の中心点（ｘＬ，ｙＬ，ｚＬ）と光リング像の中心点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を結ぶ直線上に存在するので、光源８５の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、次の式（１）のように表すことが出来る。
【００２７】
【数１】
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【００２８】
ここで、ｍは、光源８５からレンズ８１の中心点までの距離が、レンズ８１の中心点からイメージセンサ８２上の光リング像の中心点までの距離の何倍であるかを表す値であり、距離を表す係数と考えることができる。そしてこのｍがリング像の長軸と短軸の長さから求められることがわかっているので、光源８５の３次元座標を求めることができる。
【００２９】
このような位置計測システムにおいて、発光ダイオード光源であるＬＥＤ７１とＬＥＤ７２を発光制御装置７３からの無線または有線による信号により発光させる。発光制御装置７３はＰＣ７６に接続されており、ＰＣ７６が発光制御装置７３とセンサ７４とセンサ７５の制御シーケンスを管理する。
【００３０】
図１０はイメージセンサとＬＥＤの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ７４撮像フレーム、（ｂ）はイメージセンサ７５撮像フレーム、（ｃ）はＬＥＤ７１の発光、（ｄ）はＬＥＤ７２の発光、（ｅ）はイメージセンサ７４撮像シャッター、（ｆ）はイメージセンサ７５撮像シャッターの制御シーケンスである。イメージセンサ７４，７５は同期させて同じフレームで撮像させる。そのフレーム内でＬＥＤ７１とＬＥＤ７２を順次、複数回発光するように発光制御装置７３で制御する。また、イメージセンサ７４，７５には液晶シャッターを設置し、ＬＥＤ７１あるいはＬＥＤ７２の発光と同期してイメージセンサ７４のシャッターおよびイメージセンサ７５のシャッターが開閉するように制御する。イメージセンサ撮像フレームは１／３０秒間隔である。図示のように、イメージセンサ７４，７５のある撮像フレームがオンの期間にＬＥＤ７１が複数回発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ７４，７５の撮像シャッターが複数回オンされ、次の撮像フレームがオンの期間にＬＥＤ７２が複数回発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ７４，７５の撮像シャッターが複数回オンされ、これが繰り返される。ＬＥＤの発光周期および撮像シャッターのオン周期は例えば１万Ｈｚ〜１００万Ｈｚに相当する。これらの制御シーケンスは発光制御装置７３により実行される。このようなシーケンスにしたがって、ＬＥＤからの光により形成される光リング像をイメージセンサで撮像する。
【００３１】
本実施例では、多数のＬＥＤ光源が存在しても、それらが順次発光するので、ＣＣＤ撮像素子が撮像する光リング像は常に１個であり、演算装置における画像解析が単純で位置計測を行い易い。また、複数のセンサが同フレームで動作しているので、ＬＥＤが１つのセンサからは見えない位置にあっても他のセンサで撮像できるので、位置計測の範囲を広げることができる。さらに、ＬＥＤの発光に同期してセンサが撮像するので、ノイズ光の影響を低減することができる。
【００３２】
（実施例４）
図１１は、本発明に係る位置計測システムのさらに他の実施例を示す図である。本実施例は、装置の設定は図７と同様であるが、ＬＥＤの個数が多数個存在する。その個数をｎとする。すなわち、図示のように、光源としてのＬＥＤがＬＥＤ７１〜ＬＥＤ７ｎ個存在する。本実施例では、上記実施例３と同様にして、ＬＥＤ７１〜ＬＥＤ７ｎの３次元位置を計測することで、それらを携帯する多数の人の３次元位置を知ることができる。さらに本実施例では、光源の３次元位置を計測する位置計測システムおいてノイズ除去を実施して高精度に位置計測を行うことができる。以下これについて説明する。
【００３３】
図１２はイメージセンサとＬＥＤの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）〜（ｄ）はＬＥＤ７１〜ＬＥＤ７ｎの発光、（ｅ）はＬＥＤの発光なし、（ｆ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。図示のように、ある撮像フレームがオンの期間にＬＥＤ７１が発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターがオンにされ、次の撮像フレームがオンの期間にＬＥＤ７２が発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターがオンにされ、・・・次の撮像フレームがオンの期間にＬＥＤ７ｎが発光（オン）し、これに同期してイメージセンサ撮像シャッターがオンにされ、これが繰り返される。この場合、イメージセンサのシャッターのオンに同期してＬＥＤを発光（オン）させてもよい。イメージセンサ撮像フレームは１／３０秒間隔である。ＬＥＤの発光期間および撮像シャッターのオン期間は例えば１μｓである。これらの制御シーケンスは発光制御装置７３により実行される。このようなシーケンスにしたがって、ＬＥＤからの光により形成される光リング像をイメージセンサで撮像する。
【００３４】
このように、本実施例では、イメージセンサの撮像フレームに合わせてＬＥＤ光源を順次発光させ、それらにより形成される光リング像を順次撮像する。これは、例えば、各ＬＥＤにそれぞれ識別番号（ＩＤ番号）を付与し、発光制御装置７３がそのＩＤ番号に対応する信号を順次送信することで実現することができる。その次の撮像フレームではＬＥＤは発光させずに撮像する。この画像はＬＥＤ光源以外の光を撮像することになるので、背景画像とすることができる。これ以降の撮像画像に対して、各画素の輝度値からこの背景画像の輝度値を引き算する（背景差分）ことで、光リング像以外の背景画像を除去することができる。すなわち、発光制御装置がどの光源も発光させない非発光撮像フレームを介在させ、演算装置が非発光撮像フレームの画像を他の画像との背景差分を撮るための背景画像として使用する。非発光撮像フレームは、複数の光源の個数分の撮像を終了後に撮像される。これにより必要とする光リング像だけを撮像することができ、ノイズに影響されずに光源の３次元位置をロバストに計測することができる。また、この実施例では、ｎ個のＬＥＤを発光させた後に、ＬＥＤを発光させない背景画像を撮像したが、光源の数が１個の場合でもこの方式が利用できることはいうまでもない。この場合はリング像と背景画像を交互に撮像し、背景差分を行うことになる。
【００３５】
本実施例によれば、照明などの環境光の影響を除去でき、リング像だけをクリアーに撮像することができる。ＬＥＤが多数個ある場合でも背景差分によりクリアーにリング像を撮像することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は位置計測システムに関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。
【図２】イメージセンサとポインタの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）はポインタ１の発光、（ｃ）はポインタ２の発光、（ｄ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。
【図３】同心円模様を光の干渉で形成するポインタの一例を示す図で、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は干渉レンズの例を示す図である。
【図４】同心円中心を求める方法の一例を示す図である。
【図５】イメージセンサとポインタの制御シーケンスの他の例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）はポインタ１の発光、（ｃ）はポインタ２の発光、（ｄ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。
【図６】（ａ）、（ｂ）はイメージセンサの構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。
【図８】イメージセンサの構成例を示す図である。
【図９】光源とレンズと光リング像の関係の一例を示す図である。
【図１０】イメージセンサとＬＥＤの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ７４撮像フレーム、（ｂ）はイメージセンサ７５撮像フレーム、（ｃ）はＬＥＤ７１の発光、（ｄ）はＬＥＤ７２の発光、（ｅ）はイメージセンサ７４撮像シャッター、（ｆ）はイメージセンサ７５撮像シャッターの制御シーケンスである。
【図１１】本発明に係る位置計測システムのさらに他の実施例を示す図である。
【図１２】イメージセンサとＬＥＤの制御シーケンスの一例を示す図で、（ａ）はイメージセンサ撮像フレーム、（ｂ）〜（ｄ）はＬＥＤ７１〜ＬＥＤ７ｎの発光、（ｅ）はＬＥＤの発光なし、（ｆ）はイメージセンサ撮像シャッターの制御シーケンスである。
【符号の説明】
【００３８】
１，２  ポインタ
３  発光制御装置
４，５  イメージセンサ
６  パソコン（ＰＣ）
７  カーソル
８  受光装置（ＰＤ）
９  同心円模様光
１０  ディスプレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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