(57)【要約】【課題】  視空間点認知の方法を提供する。【解決手段】  視空間点認知の方法であって、人の眼の空間認知に対する視差原理に基づき、点光源及び視空間点認知装置の利用を通して、該点光源の物点座標、及び該視空間点認知装置の視点座標を測量することができ、こうして視空間点光源位置認知の目的を達成する。また、該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成する。同時に、該視空間点認知装置は外部新視点の座標を受け入れることができ、これにより視点の位置を再設定し、視点リセットの目的を達成する。【選択図】  図１９
2008233081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視空間点認知であって、以下のパーツにより構成し、
点光源は移動可能な主動式点光源により構成し、該点光源は可視光、或いは非可視光を発散し、または移動可能な受動式点光源により構成し、該点光源は点状の反射体で、他の光源の光を反射し、
視空間点認知装置は該点光源が発散する光を受け取り、該視空間点認知装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を計算並びに出力可能で、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)
を計算並びに出力し、また、該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成し、同時に、該視空間点認知装置外部新視点の座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を受け取り、これにより視点の位置を再設定し、該視空間点認知装置視点リセットの目的を達成することを特徴とする視空間点認知の方法。
【請求項２】
前記視空間点認知装置は、以下のパーツにより構成し、
視差像取り込み装置は該点光源が発出する光を受け取り後、一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一対の左、右2D影像信号を出力可能で、また、一組の新視点パラメーター信号を受け取り、これに基づき視差像取り込み装置視点の位置を改変し、
視空間点演算装置は該一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一対の左、右2D影像信号を受け取り後、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を計算並びに出力可能で、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を計算並びに出力可能で、同時に、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算並びに出力し、該視差像取り込み装置の視点座標と該点光源の物点座標を重合させ、物点追跡の目的を達成し、また、外部の新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を受け取り、演算を経てもう一組の新視点パラメーター信号を算出後、該信号を強制的に出力し、こうして該視差像取り込み装置視点の位置を再設定し、視点リセットの目的を達成することを特徴とする請求項１記載の視空間点認知の方法。
【請求項３】
前記視差像取り込み装置は、以下のパーツにより構成し、
左撮影機は視点定位機構装置の上に装置し、該点光源が発散する光を受け取り後、視差信号を備える左2D影像信号を出力し、
右撮影機は視点定位機構装置の上に装置し、該点光源が発散する光を受け取り後、視差信号を備える右2D影像信号を出力し、
左2D影像記憶及び出力装置は該左2D影像信号を読み取り後、左2D影像信号を保存並びに出力し、
右2D影像記憶及び出力装置は該右2D影像信号を読み取り後、右2D影像信号を保存並びに出力し、
視点定位機構装置は多数の回転、位置移動等機械の構造で、アクチュエーター(Actuator)、及び定位器(Positioning Sensor)により構成し、該左、右撮影機を固定、積載、回転、及び移動可能で、視点駆動制御信号の受信を通して、すべてのアクチュエーターを駆動することができ、該左、右撮影機光軸(すなわち、視軸)方向を改変及び再設定可能で、こうして視差像取り込み装置視点位置の改変及び再設定の目的を達成することができ、またすべての定位器のデータの出力を通して、左、右撮影機光軸(すなわち、視軸)方向のデータを提供し、
視点読み取り装置は該視点定位機構装置上のすべての定位器のデータ及び該撮影機の焦点距離を読み取り、視点パラメーター値に転換後、一組の視点パラメーター信号を出力し、
視点設定装置は一組の新視点パラメーター信号を受信し、該信号を視点駆動制御信号に転換後、該信号を出力し、こうして該視点定位機構装置上のすべてのアクチュエーターの駆動を達成することを特徴とする請求項２記載の視空間点認知の方法。
【請求項４】
前記左撮影機は、以下のパーツにより構成し、
光学フィルターは該点光源波長以外の光源を濾過し、
自動微調整可能な2D絞りは円型の孔であって、その孔の孔径は自動微調整し、
オートフォーカス可能な2Dレンズ組は水平及び垂直方向2Dフォーカス能力を備えるレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力し、
2D影像センサーは一般的に公知のCCD或いはCMOSにより構成し、視差信号を備える左2D影像信号を出力することを特徴とする請求項３記載の視空間点認知の方法。
【請求項５】
前記右撮影機は、以下のパーツにより構成し、
光学フィルターは該点光源波長以外の光源を濾過し、
自動微調整可能な2D絞りは円型の孔であって、その孔の孔径は自動微調整し、
オートフォーカス可能な2Dレンズ組は水平及び垂直方向2Dフォーカス能力を備えるレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力し、
2D影像センサーは一般的に公知のCCD或いはCMOSにより構成し、視差信号を備える右2D影像信号を出力することを特徴とする請求項３記載の視空間点認知の方法。
【請求項６】
前記視空間点演算装置は、以下のパーツにより構成し、
電子インターフェースは一般のデジタル入力/出力ポート、ADC、DAC等電子パーツにより構成し、該視差像取り込み装置に連結し、該一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一対の左、右2D影像信号を読み取り可能で、また一組の新視点パラメーター信号を出力し、
電子インターフェースは一般の有線或いは無線のRS232、USB、ネットワーク等標準伝送インターフェースにより構成し、外部の他の装置に連結し、該標準伝送インターフェースを通して新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を読み取り、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を出力し、及び該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を出力し、
演算プログラム装置は一般のマイクロプロセッサー、DSP、記憶装置により構成するマイクロコンピュータで、該記憶装置中には演算ロジックプログラムを装置し、該演算ロジックプログラムは入力された該一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一対の左、右2D影像信号に基づき、該視差信号を取り出し後、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を計算並びに出力し、また、該物点座標信号(XP,YP,ZP)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算及び出力し、該視差像取り込み装置の視点座標と該点光源の物点座標を重合させ、物点追跡の目的を達成し、また、該演算ロジックプログラムは入力された該新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算及び出力し、該信号を強制的に出力し、これにより視点の位置を再設定し、こうして新視点リセットの目的を達成することを特徴とする請求項２記載の視空間点認知の方法。
【請求項７】
前記一組の視点パラメーター信号は
(θL,θR,ψL,ψR,Ω,Φ,S,f)で、該視差信号は(xL,yL,xR,yR)で、該一組の新視点パラメーター信号は
(θLNew,θRNew,ψLNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)であることを特徴とする請求項２記載の視空間点認知の方法。
【請求項８】
前記視差信号を備える左2D影像信号に対して、その視差信号は(xL,yL)で、該視差信号を備える右2D影像信号に対して、その視差信号は(xR,yR)であることを特徴とする請求項３記載の視空間点認知の方法。
【請求項９】
前記視差信号(xL,yL)と(xR,yR)間にはxL = yR = yiの関係を備えることを特徴とする請求項８記載の視空間点認知の方法。
【請求項１０】
前記一組の視点パラメーター信号(θL,θR,ψL,ψR,Ω,Φ,S,f)は, ψL=ψR=ψ
の関係を備え、しかも該一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψLNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)はψLNew=ψRNew=ψNewの関係を備えることを特徴とする請求項７記載の視空間点認知の方法。
【請求項１１】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは該左、右2D影像が含む視差信号に対して取り出し処理を行い、該左、右2D影像上の最亮点を探し出すことにより、該点光源に対応する左像点座標(xL,yL)、及び右像点座標(xR,yR)を取り出すことを特徴とする請求項６記載の視空間点認知の方法。
【請求項１２】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは左視点ベクトルと左視軸単位ベクトル、右視点ベクトルと右視軸単位ベクトルに基づき、平行の幾何関係、及び左視点ベクトルと右視点ベクトルが視点において相互に交差する幾何関係を備え、以下の公式を通して、視点座標信号(XV,YV,ZV)を算出する
【数１】
2008233081.tif 000038
ことを特徴とする請求項６記載の視空間点認知の方法。
【請求項１３】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは幾何光学写像の原理に基づき、左像点ベクトルと左物点ベクトル、右像点ベクトルと右物点ベクトルは平行の幾何関係を備え、及び左物点ベクトルと右物点ベクトルが物点において相互に交差する幾何関係を備え、以下の公式を通して、物点座標信号(XP,YP,ZP)を算出する
【数２】
2008233081.tif 000039
ことを特徴とする請求項６記載の視空間点認知の方法。
【請求項１４】
前記一組の視点パラメーター信号(θL,θR,ψL,ψR,Ω,Φ,S,f)、及び該一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψLNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)は各角度の正負値に対して、右手回転法則、或いは左手回転法に基づきに基づきこれを定義することを特徴とする請求項１０記載の視空間点認知の方法。
【請求項１５】
前記R11〜R33及びＸL0“，ＹL0“，ＺL0“、ＸR0“，ＹR0“，ＺR0“の値は、座標回転の順序に従い、異なる値を呈し、その内の一種の座標回転順序の結果に対して、該R11〜R33及びＸL0“，ＹL0“，ＺL0“、ＸR0“，ＹR0“，ＺR0“の値は
【数３】
2008233081.tif 000040
であることを特徴とする請求項１２、１３記載の視空間点認知の方法。
【請求項１６】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムの物点追跡に対して、物点追跡範囲の大きさに基づき、小角度物点追跡と大角度物点追跡に分けられることを特徴とする請求項６記載の視空間点認知の方法。
【請求項１７】
前記小角度物点追跡に対して、視点から比較的近い距離の該点光源(すなわち、物点)は該視点定位機構装置への制御を通して、(θL,θR,ψL,ψR)の値を改変し視点を変えることができ、視点を物点の位置に移動させることができ、大角度物点追跡に対して、視点から比較的遠い距離の該点光源(すなわち、物点)に対する該視点定位機構装置への制御を通して、(θL,θR,ψL,ψR,Θ,Φ,S)の値を改変し視点を変え、視点を物点の位置に移動させることができ、こうして物点追跡の目的を達成することを特徴とする請求項１６記載の視空間点認知の方法。
【請求項１８】
前記小角度物点追跡に対して、該物点座標P(XP,YP,ZP)と視点座標V(XV,YV,ZV)位置の相対関係に基づき、該(θL,θR,ψL,ψR)角度の改変量ΔθL、ΔθR、ΔψL、ΔψRを決定可能で、ΔθL、ΔθR、ΔψL、ΔψRの量を改変後、視点座標と物点座標重合の目的を達成し、その計算は垂直方向上における視点の改変と水平方向上における視点の改変に分けられ、その計算は以下の通りで、
垂直方向上における視点改変量の計算は以下の通りで、
【数４】
2008233081.tif 000041
水平方向上の視点改変量の計算は以下の通りで、
【数５】
2008233081.tif 000042
【数６】
2008233081.tif 000043
【数７】
2008233081.tif 000044
【数８】
2008233081.tif 000045
ことを特徴とする請求項１７記載の視空間点認知の方法。
【請求項１９】
前記大角度物点追跡において、該物点P(XP,YP,ZP)の位置に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψLNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を計算及び出力し、その計算の方法は新視中心線を
【数９】
2008233081.tif 000046
の姿勢により物点に新視中心線を合わせ、即ち、先に頸部パラメーター(ΘNew,ΦNew)を設定し、この後、さらにθLNew=−θNew、θRNew=θNew、ψLNew=ψRNew=0の関係により、該左、右撮影機光軸(すなわち、視軸)の角度を回転させ、物点追跡の目的を達成し、各相関角度の計算は以下の通りである
【数１０】
2008233081.tif 000047
ことを特徴とする請求項１７記載の視空間点認知の方法。
【請求項２０】
前記新視点再設定において、入力された新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψLNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を計算及び出力し、その計算方式はまた請求項１９記載の計算方法により、但し(XVNew,YVNew,ZVNew)を式中(XP,YP,ZP)の値に入れ替えることを特徴とする請求項６記載の視空間点認知の方法。
【請求項２１】
視空間点認知の方法であって、以下のパーツにより構成し、
点光源は移動可能な主動式点光源により構成し、該点光源は可視光、或いは非可視光を発散し、または移動可能な受動式点光源により構成し、該点光源は点状の反射体で、他の光源の光を反射し、
視空間点認知装置は該点光源が発散する光を受け取り、該視空間点認知装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を計算並びに出力可能で、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を計算並びに出力し、また該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させ、物点自動追跡の目的を達成し、同時に、該視空間点認知装置は外部新視点の座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を受信し、これにより視点の位置を再設定し、該視空間点認知装置視点リセットの目的を達成することを特徴とする視空間点認知の方法。
【請求項２２】
前記視空間点認知装置は、以下のパーツにより構成し、
視差像取り込み装置は該点光源が発出する光を受け取り後、一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一組の左、中、右1D影像信号を出力可能で、また一組の新視点パラメーター信号を受け取り、これに基づき視差像取り込み装置視点の位置を改変可能で、
視空間点演算装置は該一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一組左、中、右1D影像信号を受信後、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を計算並びに出力可能で、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を計算並びに出力可能で、同時に、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算並びに出力し、該視差像取り込み装置の視点座標と該点光源の物点座標を重合させ、物点追跡の目的を達成し、また外部の新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を受信し、演算を経てもう一組の新視点パラメーター信号を算出後、該信号を強制的に出力し、こうして該視差像取り込み装置視点の位置を再設定し、視点リセットの目的を達成することを特徴とする請求項２１記載の視空間点認知の方法。
【請求項２３】
前記視差像取り込み装置は、以下のパーツにより構成し、
左撮影機は視点定位機構装置の上に装置し、該点光源が発散する光を受け取り後、視差信号を備える左1D影像信号を出力し、
中撮影機は視点定位機構装置の上に装置し、該点光源が発散する光を受け取り後、視差信号を備える中1D影像信号を出力し、
右撮影機は視点定位機構装置の上に装置し、該点光源が発散する光を受け取り後、視差信号を備える右1D影像信号を出力し、
左1D影像記憶及び出力装置は該左1D影像信号を読み取り後、左1D影像信号を保存並びに出力可能で、
中1D影像記憶及び出力装置は該中1D影像信号を読み取り後、中1D影像信号を保存並びに出力し、
右1D影像記憶及び出力装置は該右1D影像信号後を読み取り後、右1D影像信号を保存並びに出力し、
視点定位機構装置は多数の回転、位置移動等機械の構造で、アクチュエーター(Actuator)、及び定位器(Positioning Sensor)により構成し、該左、中、右撮影機を固定、積載、回転、及び移動し、視点駆動制御信号の受信を通して、すべてのアクチュエーターを駆動することができ、該左、中、右撮影機光軸(すなわち、視軸)方向を改変及び再設定し、こうして視差像取り込み装置視点位置の改変及び再設定の目的を達成することができ、またすべての定位器のデータの出力を通して、左、中、右撮影機光軸(すなわち、視軸)方向のデータを提供し、
視点読み取り装置は該視点定位機構装置上のすべての定位器のデータ及び撮影機の焦点距離を読取り可能で、視点パラメーター値に転換後、一組の視点パラメーター信号を出力し、
視点設定装置は一組の新視点パラメーター信号を受信し、該信号を視点駆動制御信号に転換後、該信号を出力し、こうして該視点定位機構装置上のすべてのアクチュエーターの駆動を達成することを特徴とする請求項２２記載の視空間点認知の方法。
【請求項２４】
前記左撮影機は、以下のパーツにより構成し、
光学フィルターは該点光源波長以外の光源を濾過し、
自動微調整可能な1D絞りは細長い形状のスリットで、そのスリット幅は自動微調整可能で、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置し、
オートフォーカス可能な1Dレンズ組は水平フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力し、
1D影像センサーは一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置し、視差信号を備える左1D影像信号を出力可能であることを特徴とする請求項２３記載の視空間点認知の方法。
【請求項２５】
前記中撮影機は、以下のパーツにより構成し、
光学フィルターは該点光源波長以外の光源を濾過し、
自動微調整可能な1D絞りは細長い形状のスリットで、そのスリット幅はは自動微調整可能で、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置し、
オートフォーカス可能な1Dレンズ組は垂直フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力し、
1D影像センサーは一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置し、視差信号を備える中1D影像信号を出力可能であることを特徴とする請求項２３記載の視空間点認知の方法。
【請求項２６】
前記右撮影機は、以下のパーツにより構成し、
光学フィルターは該点光源波長以外の光源を濾過し、
自動微調整可能な1D絞りは細長い形状のスリットで、そのスリット幅は自動微調整し、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置し、
オートフォーカス可能な1Dレンズ組は水平フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力し、
1D影像センサーは一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置し、視差信号を備える右1D影像信号を出力することを特徴とする請求項２３記載の視空間点認知の方法。
【請求項２７】
前記視空間点演算装置は、以下のパーツにより構成し、
電子インターフェースは一般のデジタル入力/出力ポート、ADC、DAC等電子パーツにより構成し、該視差像取り込み装置に連結し、該一組の視点パラメーター信号、及び視差信号を備える一組の左、中、右1D影像信号を読み取り可能で、また一組の新視点パラメーター信号を出力し、
電子インターフェースは一般の有線或いは無線のRS232、USB、ネットワーク等標準伝送インターフェースにより構成し、外部の他の装置に連結し、該標準伝送インターフェースを通して新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)を読取り、該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を出力し、及び該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)を出力し、
演算プログラム装置は一般のマイクロプロセッサー、DSP、記憶装置により構成するマイクロコンピュータで、該記憶装置中には演算ロジックプログラムを装置し、該演算ロジックプログラムは入力された該一組の視点パラメーター信号、視差信号を備える一組の左、中、右1D影像信号に基づき、該視差信号を取り出し後、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)を計算並びに出力可能で、また該物点座標信号(XP,YP,ZP)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算及び出力し、該視差像取り込み装置の視点座標と該点光源の物点座標を重合させ、物点追跡の目的を達成し、また該演算ロジックプログラムは入力された該新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)に基づき、一組の新視点パラメーター信号を計算及び出力し、該信号を強制的に出力し、視点の位置を再設定可能で、こうして新視点リセットの目的を達成することを特徴とする請求項２２記載の視空間点認知の方法。
【請求項２８】
前記一組の視点パラメーター信号は(θL,θM,θR,ψL,ψM,ψR,Ω,Φ,S,f)で、該視差信号は(xL,yi,xR)で、該一組の新視点パラメーター信号は(θLNew,θMNew,θRNew,ψLNew,ψMNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)であることを特徴とする請求項２２記載の視空間点認知の方法。
【請求項２９】
前記視差信号を備える左1D影像信号に対して、その視差信号は(xL)で、該視差信号を備える中1D影像信号に対して、その視差信号は(yi)で、該視差信号を備える右1D影像信号に対して、その視差信号は(xR)であることを特徴とする請求項２３記載の視空間点認知の方法。
【請求項３０】
前記一組の視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψL,ψM,ψR,Ω,Φ,S,f)はψL=ψM=ψR=ψの関係を備え、しかも該一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψLNew,ψMNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)もまたψLNew=ψMNew=ψRNew=ψNewの関係を備えることを特徴とする請求項２８記載の視空間点認知の方法。
【請求項３１】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは該1D影像信号の取り出し処理において該1D左、中、右影像上の最亮点を探し出すことができ、該点光源に対応する左像点の座標(xL)、中像点の座標(yi)、及び右像点の座標(xR)を取り出すことを特徴とする請求項２７記載の視空間点認知の方法。
【請求項３２】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは請求項１２記載の方法と公式に基づき、該視点座標信号(XV,YV,ZV)を算出可能であることを特徴とする請求項２７記載の視空間点認知の方法。
【請求項３３】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムは請求項１３記載の方法と公式に基づき、該物点座標信号(XP,YP,ZP)を算出可能であることを特徴とする請求項２７記載の視空間点認知の方法。
【請求項３４】
前記一組の視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψL,ψM,ψR,Ω,Φ,S,f)、及び該一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψLNew,ψMNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)は、各角度の正負値に対して、右手回転法則、或いは左手回転法に基づき、これを定義することを特徴とする請求項３３記載の視空間点認知の方法。
【請求項３５】
前記R11〜R33及びXL0“，Y L0“，ZL0“、X R0“，Y R0“，Z R0“の値は座標回転の順序に従い、異なる値を呈し、その内の一種の座標回転順序の結果に対して、該R11〜R33及びXL0“，Y L0“，ZL0“、X R0“，Y R0“，Z R0“の値は請求項１５記載の値であることを特徴とする請求項３２、３３記載の視空間点認知の方法。
【請求項３６】
前記演算プログラム装置中の演算ロジックプログラムの物点追跡において、物点追跡範囲の大きさに基づき、小角度物点追跡と大角度物点追跡に分けられることを特徴とする請求項２７記載の視空間点認知の方法。
【請求項３７】
前記小角度物点追跡において、視点から比較的近い距離の該点光源(すなわち、物点)に対して、該視点定位機構装置への制御を通して、(θL,θM,θR,ψL,ψM,ψR)の値を改変し、こうして視点を改変し、視点を物点の位置に移動させることができ、大角度物点追跡においては、視点から比較的遠い距離の該点光源(すなわち、物点)に対して、該視点定位機構装置への制御を通して、(θL,θM,θR,ψL,ψM,ψR,Ω,Φ,S,f)の値を改変し、こうして視点を改変し、視点を物点の位置に移動させることができ、こうして物点追跡の目的を達成することを特徴とする請求項３６記載の視空間点認知の方法。
【請求項３８】
前記小角度物点追跡において、該物点P(XP,YP,ZP)と視点V(XV,YV,ZV)位置の相対関係に基づき、該(θL,θR,ψL,ψM,ψR)角度の改変量ΔθL、ΔθM、ΔθR、ΔψL、ΔψM、ΔψRを決定可能で、ΔθL、ΔθM、ΔθR、ΔψL、ΔψM、ΔψRの量を改変後、視点座標と物点座標重合の目的を達成し、内、ΔθL、ΔθR、ΔψL、ΔψRの計算に対して、その方法は請求項１８記載の方法と公式に基づき、しかもΔψL=ΔψM=ΔψR=Δψで、また該中撮影機回転角度θMNewの設定において、その計算は以下の通りである
【数１１】
2008233081.tif 000048
ことを特徴とする請求項３７記載の視空間点認知の方法。
【請求項３９】
前記大角度物点追跡において、該物点P(XP,YP,ZP)の位置に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψLNew,ψMNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を計算及び出力し、その計算の方法は新視中心線を
【数１２】
2008233081.tif 000049
即ち、先に頸部パラメーター (ΘNew,ΦNew)を設定し、この後、さらにθLNew=−θNew、θMNew=0、θRNew=θNew、ψLNew=ψRNew=ψMNew=0の関係により、該左、中、右撮影機光軸(すなわち、視軸)の角度を回転させ、物点追跡の目的を達成し、各相関角度の計算は請求項１９記載の公式に基づくことを特徴とする請求項３７記載の視空間点認知の方法。
【請求項４０】
前記新視点の再設定において、入力された該新視点座標信号(XvNew,YvNew,ZvNew)に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψLNew,ψMNew,ψRNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を計算及び出力し、その計算方式は請求項３９記載の計算方法とするが、但し(XvNew,YvNew,ZvNew)を式中(XP,YP,ZP)の値に入れ替えることを特徴とする請求項２７記載の視空間点認知の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視空間点認知の方法に関する。特に、人の眼の空間認知に関する視差原理に基づき、点光源及び視空間点認知装置を用いて、該点光源の物点座標、及び該視空間点認知装置の視点座標を測定し、視空間点光源位置認知の目的を達成し、また該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成し、同時に該視空間点認知装置は外部新視点の座標を受け入れることができ、これにより視点の位置を再設定し、視点リセットの目的を達成する視空間点認知の方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
図１は、2D光学レンズ写像の指示図である。
一般的な2D光学レンズは、球面レンズ1により構成し、傍軸点光源の物点oに対して、2D光学レンズ1の作用を経由後、その写像の特徴は点状の像点ixyで、その写像位置の関係は式(1)の幾何光学の法則に従う。
【数１３】
2008233081.tif 000003
ここで、loは点光源oの物点距離、liは像距離、fは光学レンズ1の焦点距離である。また、幾何光学写像のもう一つの特徴は、点光源oと像点ixyの間に屈折しない光線を備え、しかも該光線は該2D光学レンズ1の幾何中心点Olensを通過することである。
図２は、1D光学レンズ写像の指示図である。
一般的な1D光学レンズは半円柱状のレンズ2、3により構成し、その写像の原理は幾何光学の理論に従うが、1Dの写像能力のみを備える。よって、傍軸点光源の物点oに対して、1D縦方向フォーカス光学レンズ2の作用を経れば、その写像の特徴は横線状の横像線iyとなり、1D横方向フォーカス光学レンズ3の作用を経れば、その写像の特徴は縦線状の縦像線ixとなる。その空間位置の関係もまた式(1)幾何光学の法則に従う。
図３は、一般光学撮影機構成の指示図である。
該撮影機5は一般の光学カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラとすることができ、主に調整可能絞り6、焦点変更可能レンズ組7、像感知記録装置8により構成する。物点o1に対して、該焦点変更可能レンズ組7の焦点距離fを適当に調整後、像点i1を得て、該像記録装置8の上に写像可能である。一般に、物点の物点距離lo≫fは、liはほぼ等しくfの関係にある。また、距離が異なる物点o2に対しては、該焦点変更可能レンズ組7の作用を通して、別の像点i2を得ることができ、該調整可能絞り6の大きさを適当に調整することで、該像記録装置8の上に別の近似像点i2`を写像可能である。
【０００３】
図４はヒト眼球構造の指示図である。
ヒト眼球10は一部の光学撮影機に類似しており、主に虹彩11、水晶体13、視網膜15により構成する。光学撮影機と対比させれば、虹彩11の機能は瞳孔12の大きさの調整であるため調整可能な絞りと見なすこともでき、水晶体13の機能はレンズで、毛様体筋14の運動は水晶体13の湾曲率(すなわち焦点距離)を改変することができるため、焦点変更可能なレンズと見なすこともできる。視網膜15は影像感知装置とも言え、それが取得した影像を視神経16を通して大脳に伝達し、大脳により影像処理、保存、及び空間認知を行う。一般的に、眼球10の視線は視軸17とも呼ばれ、それはすなわち眼球光学システムの光軸である。眼球の上下、左右転動を通して、視軸17の方向を一定限度内で変更することができる。また、頸部の左右、上下転動を通して、視軸17の方向を大きく変更することができる。
図５は視空間構成の指示図である。
左右眼21、22にとっては、視空間は該左右眼21、22が存在し及び見ている空間である。先ず、ワールド座標系O(X,Y,Z)を定義し、
【数１４】
2008233081.tif 000004
よって、Θ、Φは頸部の左右(すなわち、水平)、上下(すなわち、垂直)の転動角度に類似するものと見なすことができる。
Sは立体ステレオベース(Stereo Base)と定義し、OHはステレオベース中心点と定義し、Hの長度は頸椎の高度と見なすことができる（図９、図１０参照）。
図５に示すように、別に左眼座標系OL(XL,YL,ZL)上の(0,0,f)において、点FLを左眼水晶体の中心位置と定義する。該座標系OL(XL,YL,ZL)のZL軸はYL軸に対して角度の回転を行い、XL軸に対して角度ψLの回転を行う（図７参照）。よって、θL、ψLの角度は左眼球の左右(すなわち、水平)、上下(すなわち、垂直)の回転運動角度に類似すると言える（図９と図１０参照）。左眼座標系OL(XL,YL,ZL)は視網膜上に設定されるため、よって、座標原点付近に分布する視網膜はXL−YL平面上に分布すると見なすことができ、よってXL−YL面を左像平面と定義する。
図５に示すように、別に右眼座標系OR(XR,YR,ZR)上の(0,0,f)位置において、点FRを右眼水晶体の中心位置と定義する。該座標系OR(XR,YR,ZR)のZR軸はYR軸に対して角度θRの回転を行い、XR軸に対して角度ψRの回転を行う（図８参照）。よって、θR、ψRの角度は右眼球の左右(すなわち、水平)、上下(すなわち、垂直)の回転運動角度に類似したものと見なすことができる（図９と図１０参照）。右眼座標系OR(XR,YR,ZR)は視網膜上に設定するため、座標原点付近に分布する視網膜はXR−YR平面上に分布すると見なすことができる。よって、XR−YR面を右像平面と定義する。
図１１は両眼が実際に凝視する時の視点、物点と各座標係の幾何指示図である。
両眼が前方を凝視する時、両眼の視線は一点において交差し、すなわちそれが視点である。またZL軸とZR軸はそれぞれ左右眼21、22の視軸で、該両視軸は一点において交差しなければならない。該交点が視点Vである。ワールド座標系O(X,Y,Z)上において、該視点Vの座標は(XV,YV,ZV)である。また、視点Vの付近には物点Pが存在し、ワールド座標系O(X,Y,Z)上において、該物点Pの座標は(XP,YP,ZP)である。また、該物点Pは左眼視網膜OL(XL,YL,ZL)座標系上において、写像する点ILの位置はIL(xL,yL,0)である。該物点は右眼視網膜OR(XR,YR,ZR)座標系上において、写像する点IRの位置はIR(xR,yR,0)である。一般的に、左右両眼視軸の角度(θL,θR,ψL,ψR,Θ,Φ)を適当に調整することにより、視点Vと物点Pを重合させ、目標物を追跡注視する目的を達成することができる。
【０００４】
人の眼にとって、効率よく立体空間を認知するため、ヒトの視覚進化は左右眼球の上下運動を同角度の転動に制限し、すなわちψL=ψR=ψである。この制限条件は、非常に重要な結果をもたらす。つまり、視網膜上に投射される像点ILとIRの左、右像面上の垂直座標値は一致し、yL=yRである。この結果を導くもう一つの必要条件は左右眼の焦点距離が一致していることで、こうして初めて左右眼写像大きさの一致性を確保することができる。よって、いわゆる視差現象とは、視点V以外の物点Pに対して、左右眼の視網膜上において該物点Pが写像する差異を指し、すなわりxL≠xRである。この視差の現象の利用を通して、ヒトの眼は初めて空間の遠近を認知する能力を持つ。また、立体ステレオベースSの値は視差の大きさを決定する最も根本的な素因で、より遠い景色や物体に対して、立体ステレオベースSを増加させ、視差効果を高め、距離遠近に対する認知感を増強することができる。よって、ヒトの視覚空間認知にとっては、(θL,θR,ψ,Θ,Φ,S,f)を一組の視点パラメーターと定義可能で、該パラメーターは視差の効果を決定し、該視差効果を利用し、空間認知の目的を達成することができる。
【特許文献１】特表平１１−５１３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ヒトの眼のような機能と効果を達成するため、公知の技術を利用し、空間遠近認知の能力を達成する。本発明視空間点認知の方法は人の眼の空間認知に対する視差原理に基づき、点光源及び視空間点認知装置の利用を通して、該点光源の物点座標、及び該視空間点認知装置の視点座標を測ることができ、こうして視空間点光源位置認知の目的を達成する。また、該視空間点認知装置視点の移動が可能で、視点座標と物点座標を重合させ、物点自動追跡の目的を達成する。同時に、該視空間点認知装置は外部新視点の座標を受け入れることができ、視点座標リセットの目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は下記の視空間点認知の方法を提供する。
以下に図、符号の巻明及び発明の詳細な説明を用い、本発明について記述する。
以下に先ず視差理論の計算方法を説明後、次に実際の実施例の説明を行う。
図１５は既知の視軸パラメーターにおける各座標系、視点、物点、像点等幾何関係の指示図である。また、視差の理論に基づき、視軸パラメーター(θL,θR,ψ,Θ,Φ,S,f)、及び左右眼の像点座標IL(xL,yL,0)、IR(xR,yR,0)等既知の条件から、算出される視点V(XV,YV,ZV)、物点P(XP,YP,ZP)の座標は、これに基づき推算され、視点追跡が必要とする新視軸パラメーターを達成することができる。
1.初期状態下における各座標系の定義
図５は視空間初期状態構成の指示図である。
各座標系初期状態の幾何関係図では、θL,θR,ψ,Θ,Φ等角度回転を行う前、ワールド座標系O(X,Y,Z)にとっては、頸部座標系をON(XN,YN,ZN)と設定し、左眼座標系をOL(XL,YL,ZL)と設定し、及び右眼座標系をOR(XR,YR,ZR)と設定し、しかも各座標系の原点位置を以下のように定義する。
【数１５】
2008233081.tif 000005
【０００７】
2.頸部パラメーターΘ、Φの変化
図１２は頸部座標系がON(XN,YN,ZN)で、先にYN軸に対してΘ角度回転する時、各座標系の相対幾何関係である。図１３は頸部座標系がON(XN,YN,ZN)で、次にXN軸に対してΦ角度回転する時、各座標系の相対幾何関係である。Θ、Φ角度の正負値の定義は右手の回転法則に基づき定義する。
座標回転の変換と回転順序には関連があるため、先にΘ角度の回転を行った後、さらにΦ角度の回転を行う。その結果は先にΦ角度の回転を行った後にさらにΘ角度の回転を行う結果とは異なる。よって、本発明中では、左、右眼像点座標θL、θR、ψL、ψRの回転順序を含むが、その中の一種の回転順序についてだけ記述し、その他の異なる順序については、計算方式が同一であるため記述しない。
ここでは座標軸、単位ベクトルの変化を明確に描写するため、垂直軸の回転に対して、頸部座標系は+Θ角度の回転を行う。すなわち、頸部は左方へと回転する。水平軸の回転に対しては、頸部座標系は+Φ角度の回転を行い、すなわち頸部は下方へと回転する。よって、左眼座標系OL(XL,YL,ZL)、右眼座標系OR(XR,YR,ZR)のワールド座標系O(X,Y,Z)間に対する座標転換関係は以下の通りである。
【数１６】
2008233081.tif 000006
で、またワールド座標系O(X,Y,Z)に対して、左眼座標系OL(XL,YL,ZL)、右眼座標系OR(XR,YR,ZR)が頸部座標系ON(XN,YN,ZN)のΘ、Φ角度の回転を経た後、各座標軸の単位ベクトル変化は以下の通りである。
【数１７】
2008233081.tif 000007
【０００８】
3. 眼部パラメーターθL、θR、ψの変化
図１４は左、右眼座標系がθL、θR、ψ角度の回転を行う時、左、右眼座標系の幾何変化関係である。θL、θR、ψ角度の正負値は右手の回転法則に基づき定義する。座標軸、単位ベクトルの変化を明確に描写するため、垂直軸の回転に対して、左眼座標系はθL角度の回転を行い、この例θL＜0は負値で、右眼座標系はθR角度の回転を行い、この例θR＞0、は正値で、すなわち左右両目は前方を凝視する。また、水平軸の回転に対して、両者は共にψ角度の回転を行い、この例ψ＜0は負値で、すなわち左右両目は上方を凝視する。
よって、左眼座標系OL(XL,YL,ZL)のワールド座標系O(X,Y,Z)間に対する座標転換関係は以下の通りである。
【数１８】
2008233081.tif 000008
また、右眼座標系OR(XR,YR,ZR)のワールド座標系O(X,Y,Z)間に対する座標転換関係は以下の通りである。
【数１９】
2008233081.tif 000009
また、ワールド座標系に対して、左眼座標系上の座標軸単位ベクトルの変化は以下の通りである。
【数２０】
2008233081.tif 000010
また、ワールド座標系O(X,Y,Z)に対して、右眼座標系上の座標軸単位ベクトルの変化は以下の通りである。
【数２１】
2008233081.tif 000011
【０００９】
4. 視点の計算
図１４はワールド座標系O(X,Y,Z)に対して、左、右眼座標系OL(XL,YL,ZL)、OR(XR,YR,ZR)が視点パラメーター(θL,θR,ψ,Θ,Φ,S,)回転定位後(注、ここでの例はθL＜0、θR＞0、ψ＜0)に、左視軸ZL““と右視軸ZR““が交わる点で、すなわち視点V(XV,YV,ZV)である。よって、視点Vの位置(XV,YV,ZV)は視点パラメーター(θL,θR,ψ,Θ,Φ,S,)により決定し、その計算は以下の通りである。
【数２２】
2008233081.tif 000012
式(50)により展開後、以下を得ることができる。
【数２３】
2008233081.tif 000013
左、右視軸は視点V(XV,YV,ZV)において交差するため、式(52)〜(54)と式(55)~(57)は共にX=XV；Y=YV；Z=ZVの解を備える。よって、
【数２４】
2008233081.tif 000014
【数２５】
2008233081.tif 000015
【００１０】
5. 物点の計算
図１５は、視点V(XV,YV,ZV)付近において存在する物点P(XP,YP,ZP)である。該物点が左右眼座標系上において写像する位置は左像点IL(xL,yi,0)、右像点IR(xR,yi,0)である。よって、物点Pの位置(XP,YP,ZP)は視点パラメーター(θL,θR,ψ,Θ,Φ,S,f)及び写像位置(xL,xR,yi)により決定する。その計算は以下の通りである。
式(10)、(18)の座標変換に基づき、左像点のワールド座標系上における座標を以下のように得ることができる。
【数２６】
2008233081.tif 000016
また、式(11)、(30)の座標変換に基づき、右像点のワールド座標系上における座標を以下のように得ることができる。
【数２７】
2008233081.tif 000017
ここで、YIL=YIRである。
また、左右水眼晶体の中心点FL、FRの左右眼座標系上の座標は共に（0,0,f）で、ワールド座標系上での座標は以下の通りである。
【数２８】
2008233081.tif 000018
物点P、左右水眼晶体の中心点FL、FRと左右像点IL、IRの線性幾何光学の特性を利用し、物点Pの世界座標(XP,YP,ZP)を以下のように求めることができる。
【数２９】
2008233081.tif 000019
【数３０】
2008233081.tif 000020
【数３１】
2008233081.tif 000021
【数３２】
2008233081.tif 000022
式(76)を展開すると三軸方向上においてすべてゼロベクトルであるため、３個の方程式を以下の通り得ることができる。
【数３３】
2008233081.tif 000023
【数３４】
2008233081.tif 000024
【００１１】
6. 物点追跡の計算
明確に空間を認知し、物点の遠近及び位置を判別するため、ヒトは両目の視線を絶えず移動させ、物点追跡の目的を達成しなければならない。物点追跡範囲の大きさに基づき、小角度物点追跡と大角度物点追跡に分けることができる。小角度物点追跡は視点に比較的近い物点に対して、眼球の転動を利用するだけで(θL,θR,ψ)を変化させることができるため、比較的小さな角度で視点を改変し、視点を物点の位置に移動させる。一方、大角度物点追跡は視点に比較的遠い物点に対して、頸部の転動と眼球の転動を利用し、最良の視点パラメーター(Θ,Φ,θL,θR,ψ)を再設定し、物点追跡の目的を達成するものである。通常、ヒトは無意識に眼球と頸部の角度を同時に調整しており、すなわち
(Θ,Φ,θL,θR,ψ)で、こうして視点は最も注意を向ける必要のある物点上に留まり続け、物点の遠近、位置を判別する目的を達成する。
小角度物点追跡の計算
図１６は小角度物点追跡の指示図である。
前記のように、視点に比較的近い物点に対するその物点追跡の方法は、(θL,θR,ψ)眼球の角度を変えることにより、左右眼視軸の方向を転動させ、物点追跡の目的を達成する。よって、左右眼新視軸方向
【数３５】
2008233081.tif 000025
垂直方向上視点の追跡
【数３６】
2008233081.tif 000026
(1) 視点の上方への追跡(Δψ＜0)
【数３７】
2008233081.tif 000027
(2) 視点の下方への追跡(Δψ＞0)
【数３８】
2008233081.tif 000028
水平方向における視点の追跡
【数３９】
2008233081.tif 000029
ここにおける仮定条件は小角度物点追跡であるため、ΔθLとΔθRの角度改変には限界があり、三角関数cosΔθL、或いはcosΔθRの値に対しては、該角度ΔθL、ΔθRの正負は共に最終的に正値を得る。よって、ΔθL、ΔθRの正負値は、図１６に示すように、物点P(XP,YP,ZP)と原視点V(XV,YV,ZV)の相対位置に基づき決定する必要があり、以下のように４類に分類される。
（３）視点の右方への追跡（ΔθL＜０しかもΔθR＜０）
【数４０】
2008233081.tif 000030
(4) 視点の左方への追跡(ΔθL＞0しかもΔθR＞0)
【数４１】
2008233081.tif 000031
(5) 視点の近距離への追跡(ΔθL＜0しかもΔθR＞0)
【数４２】
2008233081.tif 000032
(6) 視点の遠距離への追跡(ΔθL＞0しかもΔθR＜0)
【数４３】
2008233081.tif 000033
よって、式(87)〜(89)に基づき、新視点パラメーターは以下のようになる。
(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)=(θL＋ΔθL,θR＋ΔθR,ψ＋Δψ,Θ,Φ,S) (90)
【数４４】
2008233081.tif 000034
大角度物点追跡の計算
図１７、１８は大角度物点追跡の指示図である。
前記のように、視点より遠い物点に対しては、頸部の転動と眼球の転動を通して、
(Θ,Φ,θL,θR,ψ)を改変し、物点追跡の目的を達成することができる。通常、視点より遠い物点に対するその物点追跡の方法は、先ず頸部パラメーター(Θ,Φ)を調整し、視中心線を
【数４５】
2008233081.tif 000035
【数４６】
2008233081.tif 000036
【数４７】
2008233081.tif 000037
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、本発明は人の眼の空間認知に対する視差原理に基づき、点光源及び視空間点認知装置の利用を通して、該点光源の物点座標、及び該視空間点認知装置の視点座標を測るすることができ、こうして視空間点光源位置認知の目的を達成する。また、該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成する。同時に、該視空間点認知装置は外部新視点の座標を受け入れることができ、これにより視点の位置を再設定し、視点リセットの目的を達成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
第一実施例
図１９は本発明第一実施例方法構成の指示図である。
本発明視空間点認知方法100の第一実施例は主に、点光源101、及び視空間点認知装置105により構成する。
該点光源101は主動の点光源により構成し、該光源は可視光、或いは非可視光102を発散することができ、または受動の点光源で、該光源は光の反射体で、他の光源の光を反射可能である。
該視空間点認知装置105は該点光源101が発散する光102を受け取り、一組の該視空間点認知装置105の視点座標信号(XV,YV,ZV)190を出力し、及び該点光源101の物点座標信号(XP,YP,ZP) 191を出力する。また、該視空間点認知装置105は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成する。同時に、該視空間点認知装置105は外部の新視点視空間座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)192を受け取り、これにより視点の位置を再設定し、該視空間点認知装置105視点リセットの目的を達成する。
【００１４】
図２０は本発明第一実施例の視空間点認知装置構成の指示図である。
本発明第一実施例中の視空間点認知装置105は主に視差像取り込み装置110、及び視空間点演算装置170により構成する。
該視差像取り込み装置110は該点光源101が発出する光102を受け取った後、一組の視点パラメーター信号(θL,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)150を出力可能で、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える左、右2D影像信号158を出力可能である。また、該視差像取り込み装置110は該視空間点演算装置170が出力する一組の新視点パラメーター信号
(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)153を受け取り、これに基づき該視差像取り込み装置110視点の位置を改変することができる。該視空間点演算装置170は該視点パラメーター信号 (θL,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)150、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一対の左、右2D影像信号158を受け取り後、公式(58)、(59)、(60)に基づき、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)190を計算並びに出力することができる。別に、公式(80)、(81)、(82)に基づき、該点光源101の物点座標信号(XP,YP,ZP)191を演算し並びに出力することができる。同時に、公式(87)、(88)、(89)、(90)に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)153を計算並びに出力可能で、小角度物点追跡の目的を達成する。別に、公式(93)、(94)、(95)、(96)に基づき、新視点パラメーター信号
(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)153を計算並びに出力可能で、大角度物点追跡の目的を達成する。また、該視空間点演算装置170は外部の新視点視空間座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)192を受け取り、公式(93)、(94)、(95)、(96)に基づき、但し(XVNew,YVNew,ZVNew)を式中の (XP,YP,ZP)に入れ替え、もう一組の新視点パラメーター信号153(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を演算し、後に該信号を強制的に出力し、視点リセットの目的を達成する。
【００１５】
図２１は本発明第一実施例の視差像取り込み装置構成の指示図である。
本発明第一実施例の視差像取り込み装置110は主に一対の左、右撮影機120、130、一組の視点定位機構装置140、視点読み取り装置151、視点設定装置154及び一対の左、右2D影像記憶及び出力装置157により構成する。
該左、右撮影機120、130は該視点定位機構装置140の上に装置し、該点光源101が発散する光102を受け取り後、一対の左、右2D影像信号156を個別に出力することができる。
該左、右2D影像記憶及び出力装置157は該左、右2D影像信号156を受け取り後、一対の左、右2D影像信号158を保存並びに出力することができる。
該視点定位機構装置140は多数の回転、位置移動等機械の構造で、アクチュエーター(Actuator)、及び定位器(Positioning Sensor)により構成し(注：構成が複雑で図示が困難で、かつ一般的に常用される公知のパーツであるため、ここでは詳述しない)、該左、右撮影機120、130を固定、積載、回転、及び移動可能で、また、視点駆動制御信号155の受信を通して、すべてのアクチュエーターを駆動することができ、該左、右撮影機120、130光軸(すなわち、視軸)方向を改変及び再設定可能で、こうして視差像取り込み装置視点位置の改変及び再設定の目的を達成することができる。該視点読み取り装置151は該視点定位機構装置140上のすべての定位器のデータ及び撮影機焦点距離のデータ152を読み取り可能で、視点パラメーター値に転換後、視点パラメーター信号
(θL,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)150を出力する。また、該視点設定装置154は新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)153を受け取り、該信号153を視点駆動制御信号155に転換後、該信号155を出力する。よって、該視点定位機構装置140は視点設定装置154が出力する新視点駆動制御信号155を受け取り、すべてのアクチュエーターの駆動を制御する目的を達成し、こうして視点改変の目的を達成する。
【００１６】
図２２は本発明第一実施例の左、右撮影機構成の指示図である。
本発明第一実施例中の左、右撮影機120、130は主に光学フィルター121、自動微調整可能な2D絞り122、オートフォーカス可能な2Dレンズ組123、及び2D影像センサー124により構成する。
該光学フィルター121は該点光源波長以外の光源をろ過可能である。
該自動微調整可能な2D絞り122は円型の孔とすることができ、その孔の孔径は制御微調整可能である。
該オートフォーカス可能な2Dレンズ組123は水平及び垂直方向2Dフォーカス能力を備えるレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力可能である。
該左撮影機120上において該2D影像センサー124は一般的に公知のCCD或いはCMOSにより構成し、視差信号(xL,yi)を備える左2D影像信号156を出力することができる。また、該右撮影機130は一般的に公知のCCD或いはCMOSにより構成し、視差信号(xR,yi)を備える右2D影像信号156を出力することができる。
【００１７】
図２３は本発明第一実施例の視空間点演算装置構成の指示図である。
本発明第一実施例中の視空間点演算装置170は主に２個の電子インターフェース171及び181、及び演算プログラム装置172により構成する。
該電子インターフェース171は一般のデジタル入力/出力ポート、ADC、DAC等電子パーツにより構成し、該視差像取り込み装置に連結し、該視点パラメーター信号
(θL,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)150、視差信号(xL,xR,yi)を備える一対の左、右2D影像信号158を読み取ることができる。また、一組の新視点パラメーター信号 (θLNew,θRNew,ψNew,
ΩNew,ΦNew,SNew)153を出力可能である。
該電子インターフェース181は一般の有線或いは無線のRS232、USB、ネットワーク等標準伝送インターフェースにより構成し、外部の他の装置に連結し、該標準伝送インターフェースを通して新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)192を読み取り、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)190を出力し、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)191を出力する。
該演算プログラム装置172は一般のマイクロプロセッサー、DSP、記憶装置により構成するマイクロコンピュータで、該記憶装置中には演算ロジックプログラム173を装置する。該演算ロジックプログラム173は入力された該視点パラメーター信号(θL,
θR,ψ,Ω,Φ,S,f)150、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一対の左、右2D影像信号158に基づき、該2D影像信号158の処理に対して、該演算ロジックプログラム173は該2D影像センサー124上影像の最亮点を探し出すことができ、左右像点の座標(xL,yi)、及び(xR,yi)を取り出し後、視点座標信号(XV,YV,ZV)190、及び物点座標信号(XP,YP,ZP)191を計算並びに出力可能で、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,
ΦNew,SNew)153を計算並びに出力し、物点追跡の目的を達成する。
また、該演算ロジックプログラム173は入力された該新視点座標信号 (XvNew,YvNew,ZvNew)192に基づき、一組の新視点パラメーター信号 (θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)153を計算並びに出力し、こうして新視点リセットの目的を達成する。
【００１８】
第二実施例
図２４は本発明第二実施例の方法構成の指示図である。
本発明第二実施例の視空間点認知方法200は主に点光源201、及び視空間点認知装置205により構成する。
該点光源201は主動の点光源により構成し、該光源は可視光、或いは非可視光202を発散することができ、または受動の点光源で、該光源は光の反射体で、他の光源の光を反射可能である。
該視空間点認知装置205は該点光源201が発散する光202を受け取り、該視空間点認知装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)290を出力し、及び該点光源201の物点座標信号 (XP,YP,ZP)291を出力することができる。該視空間点認知装置は視点移動の能力を備え、視点の移動により視点座標と物点座標を重合させることができ、物点自動追跡の目的を達成する。同時に、該視空間点認知装置は外部の新視点の座標信(XVNew,YVNew,ZVNew)292を受け取り、該信号292に基づきリ、該視空間点認知装置205の視点をリセットすることができる。
【００１９】
図２５は本発明第二実施例の視空間点認知装置構成の指示図である。
本発明第二実施例中の視空間点認知装置205は主に視差像取り込み装置210、及び視空間点演算装置270により構成する。
該視差像取り込み装置210は該点光源201が発出する光202を受け取り後、一組の視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)250、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一組の左、中、右1D影像信号258を出力可能である。また、該視差像取り込み装置210は該視空間点演算装置270が出力する一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)253を受け取り、これに基づき該視差像取り込み装置210の視点を改変する。該視空間点演算装置270は該視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)250、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一組の1D影像信号258を受け取り後、公式(58)、(59)、(60)に基づき、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)290を計算並びに出力可能である。別に、公式(80)、(81)、(82)に基づき、該点光源201の物点座標信号(XP,YP,ZP)291を演算並びに出力可能である。同時に、公式(87)、(88)、(89)、(90)、(91)に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,
ΦNew,SNew)253を計算並びに出力可能で、小角度物点追跡の目的を達成する。別に、公式(93)、(94)、(95) 、 (96)、(97)に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,
θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)253を計算並びに出力可能で、大角度物点追跡の目的を達成する。
また、該視空間点演算装置270は外部の一組の新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)292を受け取り、公式(93)、(94)、(95)、(96)、(97)に基づき、(XVNew,YVNew,ZVNew)を式中の(XP,YP,ZP)に入れ替え、もう一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,
ΦNew,SNew)253を演算、算出後、該信号を強制的に出力し、視点リセットの目的を達成する。
【００２０】
図２６は本発明第二実施例の視差像取り込み装置構成の指示図である。
本発明第二実施例中の視差像取り込み装置210は主に左撮影機220、中撮影機225、右撮影機230、一組の視点定位機構装置240、視点読み取り装置251、視点設定装置254及び左、中、右1D影像記憶及び出力装置257により構成する。
該左、中、右撮影機220、225、230は該点光源201が発散する光202を受け取り後、左、中、右1D影像信号256を個別に出力する。
該左、中、右1D影像記憶及び出力装置257は該左、中、右1D影像信号256を受信後、左、中、右1D影像信号258を個別に保存並びに出力する。
また、該左、中、右撮影機220、225、230は該視点定位機構装置240の上に装置する。該視点定位機構装置240は多数の回転、位置移動等機械の構造(Actuator)、及び定位器(Positioning Sensor)により構成(注：構成が複雑で図示が困難で、かつ一般的に常用されている公知のパーツであるため、ここでは詳述しない)し、これら自動化機構及びパーツの装置を通して、(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)等パラメーターを改変し、こうして左、中、右撮影機220、225、230 光軸(すなわち、視軸)方向を改変する目的を達成する。また、該視点定位機構装置240は視点駆動制御信号255の受信を通して、すべてのアクチュエーターを駆動することができ、該左、中、右撮影機220、225、230光軸方向を改変及び再設定し、こうして該視差像取り込み装置視点位置の改変及び再設定の目的を達成する。
また、該視点読み取り装置251は該視点定位機構装置上240のすべての定位器のデータ及び撮影機の焦点距離252を読み取り、視点パラメーター値に転換後、一組の視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)250を出力可能である。また、該視点設定装置254は新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)253を受信し、該信号253を視点駆動制御信号255に転換後、該信号255を出力する。よって、該視点定位機構装置240は視点設定装置254が出力する新視点駆動制御信号255を受信し、すべてのアクチュエーターの駆動を制御する目的を達成し、こうして視点改変の目的を達成する。
【００２１】
図２７は本発明第二実施例の左、中、右撮影機構成の指示図である。
本発明第二実施例中の左、中、右撮影機220、225、230は主に光学フィルター221、自動微調整可能な1D絞り222、オートフォーカス可能な1Dレンズ組223、及び1D影像センサー224により構成する。該光学フィルター221は該点光源波長以外の光源をろ過可能である。
該左撮影機220上において該1D絞り222は細長い形状のスリットで、そのスリット幅は制御微調整可能で、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置する。
該1Dレンズ組223は水平フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力可能である。
該1D影像センサー224は一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置し、視差信号(xL)を備える左1D影像信号を出力することができる。
該中撮影機225上において該1D絞り222は細長い形状のスリットで、そのスリット幅は制御微調整可能で、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置する。
該1Dレンズ組223は垂直フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力可能である。
該1D影像センサーは一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置し、視差信号(yi)を備える中1D影像信号を出力することができる。
該右撮影機230上において該1D絞り222は細長い形状のスリットで、そのスリット幅は制御微調整可能で、その装置方向は垂直方向で、すなわち長いほうの辺を垂直方向に装置する。
該1Dレンズ組223は水平フォーカス能力を備える1Dレンズ組で、その焦点距離をオートフォーカス並びに出力可能である。
該1D影像センサー224は一般公知のCCD或いはCMOSにより構成し、その装置方向は水平方向で、すなわち長い方の辺を水平方向に装置し、視差信号(xR)を備える右1D影像信号を出力することができる。
【００２２】
図２８は本発明第二実施例の視空間点演算装置構成の指示図である。
本発明第二実施例の視空間点演算装置270は主に両電子インターフェース271及び281、及び演算プログラム装置272により構成する。
該電子インターフェース271は一般のデジタル入力/出力ポート、ADC、DAC等電子パーツにより構成し、該視差像取り込み装置210に連結し、該視点パラメーター信号250(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一組の左、中、右1D影像信号258を読み取ることができる。また、一組の新視点パラメーター信号253(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)を出力可能である。
また、該電子インターフェース281は一般の有線或いは無線のRS232、USB、ネットワーク等標準伝送インターフェースにより構成し、外部の他の装置に連結し、該標準伝送インターフェースを通して新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)292を読み取り、該視差像取り込み装置の視点座標信号290(XV,YV,ZV)を出力し、及び該点光源の物点座標信号291(XP,YP,ZP)を出力する。
該演算プログラム装置272は一般のマイクロプロセッサー、DSP、記憶装置により構成するマイクロコンピュータで、該記憶装置中には演算ロジックプログラム273を装置する。該演算ロジックプログラム273は入力された該視点パラメーター信号(θL,θM,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)250、及び視差信号(xL,xR,yi)を備える一組の左、中、右1D影像信号258に基づき、該1D影像信号258の処理に対して、該演算ロジックプログラム273は該1D影像信号258上の影像の最亮点を探し出すことができ、左、中、右像点の座標 (xL,yi,xR)を取り出し後、該視差像取り込み装置の視点座標信号(XV,YV,ZV)290を計算並びに出力し、及び該点光源の物点座標信号(XP,YP,ZP)291を出力する。また、該物点座標信(XP,YP,ZP)290に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)253を計算及び出力し、これにより該視差像取り込み装置の視点と該点光源の物点を重合させ、視点追跡の目的を達成する。また、該演算ロジックプログラム273は入力された該新視点座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew)292に基づき、一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θMNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)253を計算並びに出力し、該信号を強制的に出力し、視点の位置を再設定可能で、こうして新視点リセットの目的を達成する。
【００２３】
上記のように、本発明方法の特徴及び各実施例は本発明が目的及び機能と効果において実施上の進歩性を備え、産業上の利用価値が高く、しかも現在市場では見られない運用であることを詳細かつ十分に示している。よって特許法に基づき、本発明は発明の要件に完全に符合している。
上記は本発明の実施例に過ぎず本発明を限定するものではない。本発明の特許請求の範囲に基づき行われる均等変化及び修飾はすべて本発明の特許範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】2D光学レンズ写像の指示図である。
【図２】1D光学レンズ写像の指示図である。
【図３】一般光学撮影機構成の指示図である。
【図４】ヒト眼球構造の指示図である。
【図５】視空間初期状態構成の指示図である。
【図６】頸部座標系座標軸回転の指示図である。
【図７】左眼座標系座標軸回転の指示図である。
【図８】右眼座標系座標軸回転の指示図である。
【図９】水平方向における左右眼転動の指示図である。
【図１０】垂直方向における眼球転動の指示図である。
【図１１】両眼が実際に凝視する時の視点、物点と各座標係の幾何指示図である。
【図１２】頸部座標系が先にYN軸に対してΘ角度の回転を行う時の各座標系の相対幾何関係である。
【図１３】頸部座標系が次にXN軸に対してΦ角度の回転を行う時の各座標系の相対幾何関係である。
【図１４】左、右眼座標系がθL、θR、ψ角度の回転を行う時の左、右眼座標系の幾何変化関係である。
【図１５】既知の視軸パラメーターにおける各座標系、視点、物点、像点等幾何関係の指示図である。
【図１６】小角度物点追跡の指示図である。
【図１７】大角度物点追跡の平面指示図である。
【図１８】大角度物点追跡の立体指示図である。
【図１９】本発明第一実施例方法構成の指示図である。
【図２０】本発明第一実施例の視空間点認知装置構成の指示図である。
【図２１】本発明第一実施例の視差像取り込み装置構成の指示図である。
【図２２】本発明第一実施例の左、右撮影機構成の指示図である。
【図２３】本発明第一実施例の視空間点演算装置構成の指示図である。
【図２４】本発明第二実施例方法構成の指示図である。
【図２５】本発明第二実施例の視空間点認知装置構成の指示図である。
【図２６】本発明第二実施例の視差像取り込み装置構成の指示図である。
【図２７】本発明第二実施例の左、中、右撮影機構成の指示図である。
【図２８】本発明第二実施例の視空間点演算装置構成の指示図である。
【符号の説明】
【００２５】
1  2D光学球面レンズ
2  1D縦方向(垂直)フォーカス光学レンズ
3  1D横方向(水平)フォーカス光学レンズ
5  一般光学撮影機
6  調整可能絞り
7  焦点変更可能レンズ組
8  像感知記録装置
10  眼球
11  虹彩
12  瞳孔
13  水晶体
14  毛様体筋
15  視網膜
16  視神経
17  視軸
21  左眼球
22  右眼球
26  右視軸
30  視点
31  視空間
32  像空間
100 、200  視空間点認知方法
101 、201  点光源
102、202  点光源が発散する光
105、205  視空間点認知装置
110 、210  視差像取り込み装置
120、220  左撮影機
121、221  光学フィルター
122  自動微調整可能な2D絞り
123  オートフォーカス可能な2Dレンズ組
124  2D影像センサー
130、230      右撮影機
140、240      一組の視点定位機構装置
150、250  一組の視点パラメーター信号(θL,θR,ψ,Ω,Φ,S,f)
151、251  視点読み取り装置
152、252      すべての定位器のデータ及び撮影機焦点距離のデータ
153、253  一組の新視点パラメーター信号(θLNew,θRNew,ψNew,ΩNew,ΦNew,SNew)
154、254  視点設定装置
155、255      視点駆動制御信号
156、158  一対の左、右2D影像信号
157  一対の左、右2D影像記憶及び出力装置
170、270  視空間点演算装置
171、181、271、281  電子インターフェース
172、272  演算プログラム装置
173、273  演算ロジックプログラム
190、290      視点視空間座標信号(XV,YV,ZV)
191、291  物点視空間座標信号(XP,YP,ZP) 
192、292  新視点視空間座標信号(XVNew,YVNew,ZVNew) 
222  自動微調整可能な1D絞り
223  オートフォーカス可能な1Dレンズ組
224  1D影像センサー
225  中撮影機
257  1D影像記憶及び出力装置
o、o1、o2点光源の物点
Olens  2D光学レンズの幾何中心点
ixy、i1、i2  像点
lo  物体距離
li  像距離
f  焦点距離
ix  縦像線
iy  横像線
S  立体ステレオベース
H  頸椎の高度
OH  ステレオベース中心点
Θ  頸部座標系のYN軸に対する回転の角度
Φ  頸部座標系のXN軸に対する回転の角度
θL 左眼座標系のXL軸に対する回転の角度
θR  右眼座標系のYR軸に対する回転の角度
ψL  右眼座標系のXR軸に対する回転の角度
ψ  左、右眼の相同の角度によるXL、XR軸に対する回転
O(X,Y,Z)  視空間座標系(ワールド座標系) 及び座標軸
ON(XN,YN,ZN)  頸部座標系及び座標軸
OL(XL,YL,ZL)  左眼像空間座標系及び座標軸
OR(XR,YR,ZR)  右眼像空間座標系及び座標
RL(Θ,Φ,θL,ψ)回転を行った後の左眼像空間座標系の座標軸単位ベクト          ル(内、は左視軸単位ベクトル)
右眼像空間座標系の座標軸単位ベクトル
RR(Θ,Φ,θR,ψ)回転を行った後の右眼像空間座標系の座標軸単位ベクト          ル(内、は右視軸単位ベクトル)
RL(Θ,Φ,θL,ψ)  左眼像空間座標系の座標回転マトリックス
RLij  左眼像空間座標系座標回転マトリックスの因子
RR(Θ,Φ,θR,ψ)  右眼像空間座標系の座標回転マトリックス
RRij  右眼像空間座標系座標回転マトリックスの因子
V(XV,YV,ZV)  ワールド座標系上における視点Vの座標
P(XP,YP,ZP)  ワールド座標系上における物点Pの座標
P(xP,yP,zP)  頸部座標系上における物点Pの座標
IL(xL,yL,0)  左眼像空間座標系上における像点ILの座標
IR(xR,yR,0)  右眼像空間座標系上における像点IRの座標
IL(XIL,YIL,ZIL)  ワールド座標系上における左像点ILの座標
IR(XIR,YIR,ZIR)  ワールド座標系上における右像点IRの座標
FL(0,0,f)  左眼像空間座標系上における左眼水晶体FLの座標
FR(0,0,f)  右眼像空間座標系上における右眼水晶体FRの座標
FL(XFL,YFL,ZFL)ワールド座標系上における左眼水晶体FL中心点の座標
FR(XFR,YFR,ZFR)  ワールド座標系上における右眼水晶体FRの座標
回転後の左視軸
回転後の右視軸
左新視軸単位ベクトル
左新視軸単位ベクトル
左視点ベクトル
右視点ベクトル
左物点ベクトル
右物点ベクトル
左像点ベクトル
右像点ベクトル
視中心軸ベクトル
θM  視中心軸角度
θC  視軸収束角度
【図１】
2008233081.tif 000050
【図２】
2008233081.tif 000051
【図３】
2008233081.tif 000052
【図４】
2008233081.tif 000053
【図５】
2008233081.tif 000054
【図６】
2008233081.tif 000055
【図７】
2008233081.tif 000056
【図８】
2008233081.tif 000057
【図９】
2008233081.tif 000058
【図１０】
2008233081.tif 000059
【図１１】
2008233081.tif 000060
【図１２】
2008233081.tif 000061
【図１３】
2008233081.tif 000062
【図１４】
2008233081.tif 000063
【図１５】
2008233081.tif 000064
【図１６】
2008233081.tif 000065
【図１７】
2008233081.tif 000066
【図１８】
2008233081.tif 000067
【図１９】
2008233081.tif 000068
【図２０】
2008233081.tif 000069
【図２１】
2008233081.tif 000070
【図２２】
2008233081.tif 000071
【図２３】
2008233081.tif 000072
【図２４】
2008233081.tif 000073
【図２５】
2008233081.tif 000074
【図２６】
2008233081.tif 000075
【図２７】
2008233081.tif 000076
【図２８】
2008233081.tif 000077