(57)【要約】【課題】視覚により認識可能な画像データを手指等の触覚により認識するための画像表示装置において、物体の立体形状、物体までの距離を触覚により認識できるようにする。【解決手段】互いに間隔をおいて同じ方向に向けて配された複数のカメラからなり、これらカメラにより複数の画像データを同時に取得する画像取得部５と、画像データの領域に対応づけてマトリクス状に配列される多数の細い棒状の触覚ピン、および触覚ピンをそれぞれ配列方向に直交する方向に移動させる駆動部を備えた点画表示部７と、複数の画像データに基づいて、各画像データに投影された物体の輪郭データを抽出し、画像取得部から輪郭データまでの距離データを算出する演算処理部２１と、輪郭データの位置に対応する触覚ピンが距離データに応じた突出長さになるように、駆動部を制御する点画出力制御部２５とを備える画像表示装置を提供する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のカメラを備え、該カメラにより複数の画像データを取得する画像取得部と、
前記画像データの領域に対応づけてマトリクス状に配列される多数の細い棒状の触覚ピン、および該触覚ピンをそれぞれ前記配列方向に直交する方向に移動させる駆動部を備えた点画表示部と、
複数の前記画像データに基づいて、各画像データに投影された物体の輪郭データを抽出し、前記画像取得部から該輪郭データまでの距離データを算出する演算処理部と、
前記輪郭データの位置に対応する前記触覚ピンが前記距離データに応じた突出長さになるように、前記駆動部を制御する点画出力制御部とを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記触覚ピンが磁性体からなり、
前記駆動部が、前記触覚ピンの周囲に巻かれたコイルからなり、磁力により前記触覚ピンを突出方向に移動させるソレノイドと、前記触覚ピンを前記突出方向の逆方向に付勢する付勢手段とを備え、
該付勢手段による付勢力が、磁力による前記触覚ピンの移動長さに比例することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記カメラが、前記画像データを連続的に取得し、これら画像データに基づいて、前記点画出力制御部が前記駆動部を制御して前記触覚ピンを順次移動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記画像取得部および前記点画表示部が、携行可能な筐体の表面および該表面の背面側となる裏面にそれぞれ配され、前記演算処理部および前記点画出力制御部が前記筐体の内部に配されていることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、視覚により認識可能な画像データを手指等の触覚により認識するための画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、視覚障害者用の画像表示装置としては、１つの画像データを点画により表示して、視覚障害者が、触覚により画像データを認識できるものがある。
すなわち、例えば、特許文献１に示すように、絵等の画像データを点画イメージに変換して、筐体の表面に対して出没自在な多数の点字画触覚ピンにより、仮想的に立体化して表示するものがある。また、例えば、特許文献２に示すように、各セグメントの前進量を調整して画像データを表示することにより、より一層立体的に表示するものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−４００５４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２４０６４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の画像表示装置は、いずれも画像データに投影された物体を仮想的に立体化して表示するものであったため、視覚障害者が、実際の物体の立体形状や、物体までの距離を認識できないという問題があった。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、物体の立体形状、物体までの距離を手指等の触覚により認識できる画像表示装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、１つ以上のカメラを備え、該カメラにより複数の画像データを取得する画像取得部と、前記画像データの領域に対応づけてマトリクス状に配列される多数の細い棒状の触覚ピン、および該触覚ピンをそれぞれ前記配列方向に直交する方向に移動させる駆動部を備えた点画表示部と、複数の前記画像データに基づいて、各画像データに投影された物体の輪郭データを抽出し、前記画像取得部から該輪郭データまでの距離データを算出する演算処理部と、前記輪郭データの位置に対応する前記触覚ピンが前記距離データに応じた突出長さになるように、前記駆動部を制御する点画出力制御部とを備えることを特徴とする画像表示装置を提案している。
【０００６】
この発明に係る画像表示装置によれば、物体を点画表示部に表示させる際には、複数の画像データに投影された物体の輪郭データ、および画像取得部から物体の輪郭までの距離データを基に、輪郭データの位置に対応する触覚ピンを突出させると共に、この触覚ピンの突出長さを距離データに関連づけて変化させる。
すなわち、例えば、物体の輪郭までの距離が短い場合には、触覚ピンの突出量を大きくし、また、物体の輪郭までの距離が長い場合には、触覚ピンの突出量を小さくする。そして、これら多数の触覚ピンを手指等で触れることにより各触覚ピンの突出長さの違いを認識できる。
【０００７】
なお、画像取得部が、複数のカメラを備えている場合には、これら複数のカメラを互いに間隔をおいて同じ方向に向けて配置する。これにより複数の画像データを同時に取得することができるため、物体までの距離データを正確に、かつ高速に算出できる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、前記触覚ピンが磁性体からなり、前記駆動部が、前記触覚ピンの周囲に巻かれたコイルからなり、磁力により前記触覚ピンを突出方向に移動させるソレノイドと、前記触覚ピンを前記突出方向の逆方向に付勢する付勢手段とを備え、該付勢手段による付勢力が、磁力による前記触覚ピンの移動長さに比例することを特徴とする画像表示装置を提案している。
この発明に係る画像表示装置によれば、ソレノイドに電圧を印加することにより、印加電圧の高さに比例する磁力によって触覚ピンが突出方向に移動する。この際には、触覚ピンの移動長さに比例して、触覚ピンの移動方向と逆向きの付勢力が発生するため、触覚ピンが、これら磁力と付勢力とが等しくなる位置に保持される。すなわち、ソレノイドへの印加電圧の高さに応じて触覚ピンの突出長さが決定される。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の画像表示装置において、前記カメラが、前記画像データを連続的に取得し、これら画像データに基づいて、前記点画出力制御部が前記駆動部を制御して前記触覚ピンを順次移動させることを特徴とする画像表示装置を提案している。
この発明に係る画像表示装置によれば、画像データに投影される物体と画像取得部との相対位置の変化に対して、各触覚ピンを逐次移動させることにより、物体との相対的な動きを表現できるため、物体と画像取得部との相対的な動きを手指等の触覚により認識できる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の画像表示装置において、前記画像取得部および前記点画表示部が、携行可能な筐体の表面および該表面の背面側となる裏面にそれぞれ配され、前記演算処理部および前記点画出力制御部が前記筐体の内部に配されていることを特徴とする画像表示装置を提案している。
この発明に係る画像表示装置によれば、筐体を片手もしくは両手で把持した状態にて、筐体の表面に対向する物体を逐次点画表示部において表示できるため、視覚障害者が歩行しながら、その進行方向前方にある障害物までの距離を容易に認識できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１から図６は、本発明の一実施形態を示しており、この実施の形態に係る画像表示装置１は、図１，２に示すように、携行可能な筐体３と、筐体３の表面３ａに配され、画像データを取得する画像取得部５と、筐体３の表面３ａの背面側となる裏面３ｂに配され、この画像データを触覚により認識可能に表示する点画表示部７とを備えている。
画像取得部５は、画像データを連続的に取得できる、すなわち動画データを取得できる２つのカメラ９，９から構成されている。これら２つのカメラ９，９は、筐体３の表面３ａに直交する方向に向けて互いに間隔をおいて配されている。
【００１２】
点画表示部７は、図３，４に示すように、細い棒状の磁石からなる多数の触覚ピン１１と、これら触覚ピン１１をそれぞれ筐体３の裏面３ｂから出没自在に移動させる駆動部１３とを備えている。
多数の触覚ピン１１は、前述の画像データの領域に対応づけてマトリクス状に配列されており、その長手方向の一端面１１ａにより矩形状の表示面１２を構成している。
【００１３】
駆動部１３は、各触覚ピン１１を筐体３の裏面３ｂから突出方向（Ａ方向）に移動させるソレノイド１５と、各触覚ピン１１を裏面３ｂから筐体３内部に埋没させる方向（Ｂ方向）に付勢するスプリング１７とを備えている。
ソレノイド１５は、触覚ピン１１の周囲に巻かれたコイルからなり、筐体３の内部に固定されている。したがって、このソレノイド１５に電圧を印加することにより、印加電圧に比例する磁力によって触覚ピン１１がＡ方向に移動することになる。
【００１４】
スプリング１７は、その一端部１７ａが筐体３の内部に固定され、その他端部１７ｂが触覚ピン１１に固定されている。また、このスプリング１７は、図４（ａ）に示すように、触覚ピン１１の一端面１１ａが筐体３の裏面３ｂと共に略同一平面をなしている状態において自然長となっており、図４（ｂ）に示すように、触覚ピン１１が裏面３ｂから突出することにより収縮する。したがって、スプリング１７が収縮した状態においては、スプリング１７により触覚ピン１１をＡ方向に移動させる付勢力が発生し、この付勢力は、触覚ピン１１の突出長さに比例する。
したがって、ソレノイド１５に電圧を印加した場合には、ソレノイド１５による磁力と、スプリング１７による付勢力とが等しくなる位置まで触覚ピン１１が突出し、その位置に保持されることになる。すなわち、ソレノイド１５への印加電圧の高さに応じて触覚ピン１１の突出長さが決定される。
【００１５】
また、この画像表示装置１は、図５に示すように、画像取得部５において取得された２つの画像データに投影された物体の立体形状や、物体までの距離を点画表示部７に表示させるための演算処理部２１、設定メモリ部２３および点画出力制御部２５を備えている。これら演算処理部２１、設定メモリ部２３および点画出力制御部２５は、筐体３の内部に配されている。
演算処理部２１は、画像取得部５において取得した２つの画像データに基づいて、画像データに投影された物体の輪郭データを抽出し、画像取得部５から各輪郭データまでの距離データを算出するものである。なお、この輪郭データには、画像データの領域における物体輪郭の位置データが含まれている。
【００１６】
設定メモリ部２３には、画像領域の位置データと各ソレノイド１５とが対応づけて記憶されており、また、各輪郭データまでの距離が近い程ソレノイド１５の突出長さが大きくなるように、距離データとソレノイド１５への印加電圧の値とが対応づけて記憶されている。
点画出力制御部２５は、演算処理部２１の輪郭データおよび距離データに基づいて、輪郭データに対応する各ソレノイド１５への印加電圧を設定メモリ部２３から読み出し、各ソレノイド１５の動作を制御するものである。
【００１７】
以上のように構成された画像表示装置１による物体の表示方法について以下に説明する。ここでは、一例として、図６（ａ）に示すように、複数の物体３１〜３５を上方から撮影する場合を考える。なお、画像取得部５において取得される画像データの領域は、図中の二点鎖線Ｌ１により区画された領域となっている。
これら物体３１〜３５を点画表示部７に表示する場合には、はじめに、これら物体３１〜３５を含む２つの画像データをカメラ９，９により同時に取得する。この際には、演算処理部２１が、それぞれの画像データに投影された各物体３１〜３５の輪郭データを抽出し、これら２つの画像データの輪郭データに基づいて、画像取得部５から各物体３１〜３５の輪郭までの距離データを算出する。
その後、点画出力制御部２５が、各輪郭データの位置データに対応する触覚ピン１１を移動させるソレノイド１５、および距離データに対応する各ソレノイド１５への印加電圧を設定メモリ部２３から読み出して、該当するソレノイド１５にそれぞれ所定の電圧を印加する。
【００１８】
これにより、図６（ｂ）に示すように、各物体３１〜３５に対応する位置の触覚ピン１１が突出する。これら触覚ピン１１の突出長さは、画像取得部５から各物体３１〜３５の輪郭までの距離に応じてそれぞれ異なっている。
すなわち、高さ寸法が大きい物体３１，３３は、これらの表面３１ａ，３３ａが比較的画像取得部５の近くに位置するため、これに対応する触覚ピン１１の突出長さが大きくなる。これに対して高さ寸法の小さい物体３２は、その表面３２ａが比較的画像取得部５から遠くに位置するため、これに対応する触覚ピン１１の突出長さが小さくなる。
これにより、点画表示部７に各物体３１〜３５にそれぞれ対応した形状４１〜４５が表示されることになる。
【００１９】
また、画像取得部５のカメラ９，９が向く方向に対して傾斜する傾斜面を有する物体３４，３５は、傾斜面を画定する各輪郭データまでの距離が異なっているため、それぞれの輪郭データまでの距離に応じて触覚ピン１１の突出長さが変化する。以上により、点画表示部７への物体の表示が終了する。そして、この状態において、多数の触覚ピン１１を手指等で触れることにより、各触覚ピン１１の突出長さの違いを認識することができる。
【００２０】
したがって、上記の画像表示装置１によれば、点画表示部７の触覚ピン１１を手指等で触れることにより、触覚ピン１１の突出長さの違いを認識できるため、視覚障害者が、物体３１〜３５に直接触れることなく、実際の物体３１〜３５の立体形状や物体３１〜３５までの距離を的確に認識できる。
また、ソレノイド１５へ印加する電圧に応じて触覚ピン１１の突出長さを決定できるため、点画出力制御部２５による駆動部１３の制御を容易に行うことができる。
さらに、２つのカメラ９，９により２つの画像データを同時に取得するため、物体までの距離データを正確に、かつ高速に算出できる。
【００２１】
なお、カメラ９，９は、それぞれ画像データを連続的に取得できるように構成されているため、筐体３を片手もしくは両手にて把持した状態にて、画像取得部５と物体３１〜３５との相対位置を変化させた際には、同時に得られる２つの画像データ毎に演算処理部２１において輪郭データを抽出して、距離データが算出されると共に、点画出力制御部２５により触覚ピン１１の突出長さが変更されることになる。
これにより、点画表示部７において画像取得部５と物体３１〜３５との相対的な動きを表示できる。したがって、例えば、視覚障害者が歩行しながら、その進行方向前方に画像取得部５を向けた場合には、前方にある障害物までの距離を容易に認識できるため、視覚障害者が、周囲状況の変化を容易に把握できると共に、容易に障害物を避けて通行する等、周囲状況に応じて的確に行動できる。
【００２２】
なお、上記の実施の形態においては、画像取得部５が２つのカメラ９，９から構成されるとしたが、これに限ることはなく、３つ以上のカメラから構成されるとしてもよい。この構成の場合には、各物体３１〜３５までの距離をさらに正確、かつ高速に算出することができる。
また、画像取得部５を１つのカメラから構成するとしてもよい。この構成の場合には、１つのカメラにおいて、焦点距離を変化させながら複数の画像データを取得し、これら画像データを相対的に比較する。そして、この比較結果から、焦点の合致した物体の輪郭データが映っている画像データの焦点距離を、その物体の輪郭データまでの距離データとする。
【００２３】
さらに、画像取得部５および点画表示部７が、１つの筐体３に設けられるとしたが、これに限ることはなく、それぞれ別の筐体に設けるとしてもよい。
また、触覚ピン１１は、磁石から形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも鉄等の磁性体から形成されていればよい。
【００２４】
さらに、駆動部１３は、ソレノイド１５およびスプリング１７により構成されるとしたが、これに限ることはなく、各触覚ピン１１を移動させると共に所定の突出長さに保持できるものであればよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、点画表示部の触覚ピンを手指等で触れることにより、触覚ピンの突出長さの違いを認識できるため、視覚障害者が、物体に直接触れることなく、実際の物体の立体形状や物体までの距離を的確に認識できる。
【００２６】
また、請求項２に係る発明によれば、ソレノイドに印加する電圧の高さにより触覚ピンの突出長さを決定できるため、点画出力制御部による駆動部の制御を容易に行うことができる。
【００２７】
また、請求項３に係る発明によれば、触覚により物体と画像取得部との相対的な動きを認識できるため、視覚障害者でも周囲状況の変化を把握することができる。
【００２８】
また、請求項４に係る発明によれば、進行方向前方にある障害物までの距離を容易に認識できるため、視覚障害者が、容易に障害物を避けて通行できる等、周囲の状況に応じて的確に行動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の表面側を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る画像表示装置の裏面側を示す斜視図である。
【図３】図１，２の画像表示装置において、点画表示部を示す概略斜視図である。
【図４】図１，２の画像表示装置において、触覚ピンおよびアクチュエータを示す概略図であり、（ａ）は、ソレノイドに電圧が印加されていない状態を示しており、（ｂ）は、ソレノイドに電圧が印加されている状態を示している。
【図５】図１，２の画像表示装置において、画像取得部において取得した画像データの表示内容を点画表示部に表示させる制御を示すブロック図である。
【図６】図１，２の画像表示装置において、物体を点画表示部に表示する一例を示しており、（ａ）は、表示対象となる物体の斜視図であり、（ｂ）は、点画表示部における物体の表示結果を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・画像表示装置、３・・・筐体、３ａ・・・表面、３ｂ・・・裏面、５・・・画像取得部、７・・・点画表示部、９・・・カメラ、１１・・・触覚ピン、１３・・・駆動部、１５・・・ソレノイド、１７・・・スプリング（付勢手段）、２１・・・演算処理部、２５・・・点画出力制御部、３１〜３５・・・物体
【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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