(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオモニタ上に標的像を表示するためのコンポジット信号の垂直同期信号が発生した時から、映像信号が特異的に変化するまでの時間を計測し、その計測時間からビデオモニタ上の標的像のＹ座標を連続して算出し、該映像信号の直前の水平同期信号から該映像信号までの時間を計測し、その計測時間からＸ座標を連続して算出することを特徴とする標的像座標演算方法。
【請求項２】
前記特異的に変化する該映像信号が、前後の該映像信号電圧を比較して極大または極小の電圧の信号であることを特徴とする請求項１に記載の標的像座標演算方法。
【請求項３】
該標的像が発光体をビデオカメラで撮影した像であることを特徴とする請求項１に記載の標的像座標演算方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビデオカメラで撮影された発光体等の標的や、録画装置に記憶されている標的をビデオモニタに表示するための合成ビデオ信号（コンポジット信号）から、標的像がモニタ上に表示されるときの座標を算出する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラで撮影された特定な位置、マーク、発光体等の標的や、録画装置に記憶されている標的をビデオモニタで表示したときの座標は、画素ドット数をカウントした値をデジタル変換し、デジタル値で座標を算出し、そのデジタル座標をアナログ値に戻して外部の機器、例えば画像編集器などに出力していた。
【０００３】
このように、データをアナログ−デジタル変換、デジタル演算、デジタル−アナログ変換という経路で処理すると、座標値が出力されるまでに非常に時間がかかる。特にドット数の多いビデオ画面などでは、処理時間が極端に長くかかる。通常のビデオ画像では１秒間に６０フィールドの画面が走査されて入れ替わるが、余程速い演算処理速度を持つ演算素子でないと、１フィールドが終了し、次のフィールドが現れるまでに座標値の出力が間に合わない場合も多々あった。次々と座標値を演算して出力する場合などは、遅れが累積して支障を来すこともあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解消するためなされたもので、標的像がモニタ上に表示されるときの座標を極めて迅速に算出できる標的像座標演算方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明の標的像座標演算方法は、ビデオモニタ上に標的像を表示するためのコンポジット信号の垂直同期信号が発生した時から、映像信号が特異的に変化するまでの時間を計測し、その計測時間からビデオモニタ上の標的像座標を算出することを特徴とする。
【０００６】
この標的像座標演算方法によれば、垂直同期信号から映像信号が特異的に変化するまでの時間をもとに標的像座標を算出し、データをアナログ−デジタル変換、またデジタル−アナログ変換をしなくても済むので、短時間な処理時間で座標データを得ることができる。
【０００７】
本発明の標的像座標演算方法は、前記の計測時間から該標的像座標のＹ座標を算出し、該映像信号の直前の水平同期信号から該映像信号までの時間を計測し、その計測時間からＸ座標を算出する態様であってもよい。
【０００８】
前記の特異的に変化する映像信号は、具体的には、前後の映像信号電圧を比較して極大または極小の電圧の信号である。
【０００９】
また標的像は、発光体をビデオカメラで撮影した像である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の態様を詳細に説明する。
図１は本発明を適用する標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの例を示してある。この例の標的像座標演算装置は、ビデオモニタ１０上に標的像１を表示し、その標的像座標を外部機器２２および２３に出力するものである。この装置は、ビデオカメラ２８の出力に、垂直同期信号分離回路１１、映像信号分離回路１２およびビデオモニタ１０が接続されている。
【００１１】
ビデオカメラ２８は、ＮＴＳＣのコンポジット信号を出力するＣＣＤ（チャージカップルデバイス）のモノクロカメラであり、その前面に赤外線透過フィルター２９が取り付けられている。ビデオカメラ２８の視野内に赤外線発光素子（ＬＥＤ）からなる標的１Ａが存在する。標的１Ａが発光すると、ビデオモニタ１０上に標的像１が映る。詳細には、標的１Ａの発光で、ビデオカメラ２８から、図２のフローチャートに示すコンポジット信号が流れる。垂直同期信号は１フィールド毎に生成される。本例のコンポジット信号では、垂直同期信号は１／６０秒毎に生成し、フィールドが毎秒６０回更新する（６０Ｈｚ）。水平同期信号は、１走査線毎に生成され、本例では１フィールドに２５６本の走査線があり、毎秒６０＊２５６＝１５３６０生成する（１５３６０Ｈｚ）。映像信号は電圧強度のアナログ信号として現れる。これを１フィールドの平面に現すと、図３に示すとおり、映像信号の電圧は標的像１の中心（水平走査線ｎ＋５）に近づくほど高くなり、コンパレートレベル越えたとき、映像信号が特異的に変化したものと認識される。
【００１２】
映像信号分離回路１２の出力には電圧コンパレーター１３が接続され、その出力はフリップフロップ１４のセット端子に接続されている。フリップフロップ１４のリセット端子は垂直同期信号分離回路１１の出力に繋がっている。またフリップフロップ１４の出力はスイッチ回路１７の操作片に繋がっている。スイッチ回路１７は、周波数分周器１６を介して水晶発振器１５が接続され、１６ビットのバイナリーカウンタ１８のＣＬカウントアップ端子に入力している。バイナリーカウンタ１８の出力はＹ軸ＲＯＭメモリー１９、Ｘ軸ＲＯＭメモリー２０、および外部機器２４に接続されている。Ｙ軸ＲＯＭメモリー１９には、バイナリーカウンタ１８のカウント時間信号と、走査線の番号ｎ、すなわち垂直方向の位置の関係が記憶されている。Ｘ軸ＲＯＭメモリー２０には、バイナリーカウンタ１８のカウント時間信号と、水平走査線の走査速度の関係が記憶されている。Ｙ軸ＲＯＭメモリー１９の出力およびＸ軸ＲＯＭメモリー２０の出力は、外部機器２２および外部機器２３に各々接続されている。尚、フリップフロップ１４の出力にも外部機器２５が接続されている。
【００１３】
標的１Ａのビデオモニタ１０上における標的像１の座標は、以下のようにして演算される。ビデオカメラ２８の出力コンポジット信号から、垂直同期信号分離回路１１で垂直同期信号が取り出され、映像信号分離回路１２で映像信号が取り出される。垂直同期信号は、バイナリーカウンタ１８およびフリップフロップ１４をリセットする。水晶発振器１５から出力されるＣＬ信号は、周波数分周器１６により４.１２ＭＨｚに分周され、フリップフロップ１４のリセット状態で導通しているスイッチ回路１７を介してバイナリーカウンタ１８によりカウントアップされる。一方、電圧コンパレーター１３に入力した映像信号は、コンパレートレベル（図３参照）以上になったとき、図２のタイムチャートに示すとおり、フリップフロップ１４に入力してセット状態にするから、スイッチ回路１７が遮断され、バイナリーカウンタ１８のＣＬカウントが終了する。このカウント時間（１フィールドの走査開始から標的像１の信号までの時間）がＹ軸ＲＯＭメモリー１９およびＸ軸ＲＯＭメモリー２０に入力する。Ｙ軸ＲＯＭメモリー１９では、このカウント時間を、記憶されている時間−走査線の番号ｎと参照しＹ座標を算出する。Ｘ軸ＲＯＭメモリー２０では、バイナリーカウンタ１８のカウント時間を、記憶している走査速度と参照しＸ座標を算出する。
【００１４】
次の垂直同期信号が現れると、バイナリーカウンタ１８およびフリップフロップ１４は、再度、リセットされ、次のフィールドについて前記と同様の回路動作を繰り返し、Ｙ座標およびＸ座標を算出し、外部機器２２および外部機器２３から出力する。尚、外部機器２２、２３は、標的像１のＹ座標およびＸ座標の値を使用して別な演算をするための演算回路や、パーソーナルコンピュータ、その他の機器に入力させるためのＩ／Ｏ回路である。外部機器２４は、１フィールドの走査開始から標的像１の信号までの時間を使用して別な演算や新たなアクションをするため機器である。外部機器２５はフリップフロップ１４のリセット状態、セット状態、すなわち標的像１を表示しているタイミングを使用して別な演算や新たなアクションをするため機器である。
【００１５】
上記実施例では、一般的なテレビカメラなどと同じにフィールドのリフレシュレートを６０Ｈｚとしているが、これより高速なリフレシュレートであっても、十分に追随して各フィールド毎に標的像の座標を算出できる。
【００１６】
図４は本発明を適用する別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの要部を示してある。この例の標的像座標演算装置は、ビデオカメラ２８の視野内に同程度の発光輝度の赤外線発光素子を持つ５個の標的１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａが存在する。これらの標的１Ａ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａは各々無線受信機を内蔵し、自己の持つアドレス信号を受信している間だけ、夫々の赤外線発光素子が発光するようになっている。
【００１７】
図４では一部省略してあるが、図１の回路と同様に、ビデオモニタ１０、垂直同期信号分離回路１１、映像信号分離回路１２、電圧コンパレーター１３、フリップフロップ１４、分周器１６、発振器１５、スイッチ回路１７、バイナリーカウンタ１８、Ｙ軸ＲＯＭメモリー１９、Ｘ軸ＲＯＭメモリー２０、および外部機器２２、２３、２４、２５を有している。さらに、この標的像座標演算装置は、シリアルリングカウンタ３０、無線送信機３１、外部機器２６が接続されている。
【００１８】
標的１Ａが発光するとビデオモニタ１０上に標的像１が表示され（図５のＮフィールド参照）、標的２Ａが発光すると標的像２（Ｎ＋１フィールド）、標的３Ａが発光すると標的像３（Ｎ＋２フィールド）、標的４Ａが発光すると標的像４（Ｎ＋３フィールド）、標的５Ａが発光すると標的像５（Ｎ＋４フィールド）が順に、ビデオモニタ１０上に表示される。これが高サイクルで表示されることにより、視覚的には図４のビデオモニタ１０に示すとおり、５個の標的像１、２、３、４、５が同時に観察される。
【００１９】
垂直同期信号はフィールド毎に現れるから、これをカウントすることによりフィールドのアドレスＮが特定される。これを利用し、ビデオモニタ１０上における各標的像１、２、３、４、５の座標は、以下のようにして演算される。
【００２０】
ビデオカメラ２８の出力コンポジット信号から垂直同期信号分離回路１１で取り出された垂直同期信号をシリアルリングカウンタ３０でカウントすることで、Ｎフィールドのアドレスが特定され、そのアドレス信号が無線送信機３１を通じて発振する。Ｎフィールドのアドレス信号に対応する標的１Ａに内蔵の受信機がこれを受信して標的１Ａが発光する。標的１Ａが発光してから、標的像１の座標を演算する過程は前記に詳しく説明したので、再度の説明を省略する。
【００２１】
次いでＮ＋１フィールドの表示を開始する垂直同期信号が現れ、シリアルリングカウンタ３０でカウントアップして、標的２Ａが発光してから、Ｎ＋１フィールドの標的像が表示されるとともに、その座標が算出される。以下、垂直同期信号のカウントアップを繰り返し、そのアドレスに対応する標的があれば発光し、標的像が次々に表示されるとともに、その座標が算出される。
【００２２】
尚、外部機器２６はシリアルリングカウンタ３０の出力（フィールドアドレス信号）を利用する機器である。
【００２３】
図６は本発明を適用するさらに別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの要部を示してある。この例の標的像座標演算装置は、ビデオカメラ２８の視野内に、同程度の発光輝度の赤外線発光素子を持つ３個の標的１Ａ、２Ａ、３Ａとともに、同程度の発光輝度の赤外線発光素子からなる基準標的７Ａが存在する。ビット表示回路３３を内蔵し、受信信号によって夫々の赤外線発光素子がオン、オフするようになっている。また基準標的７Ａは固有のオンオフスイッチを持っている。
【００２４】
図６の標的像座標演算装置の回路は、ビデオモニタ１０、垂直同期信号分離回路１１、映像信号分離回路１２、電圧コンパレーター１３、分周器１６、発振器１５、バイナリーカウンタ１８、Ｙ軸ＲＯＭメモリー１９、Ｘ軸ＲＯＭメモリー２０、および外部機器２２、２３、２４、２１を有している。垂直同期信号分離回路１１には、シリアルリングカウンタ３０、無線送信機３１、外部機器２６、ビット表示回路３３、外部機器２７が接続されている。
【００２５】
図６に示すとおり、基準標的７Ａのスイッチをオンにすると基準標的７Ａが発光し、ビデオモニタ１０上に基準標的像７が表示され、このスイッチをオフにしなない限り、基準標的７Ａが発光し続け、基準標的像７が表示されている。
【００２６】
図７のＮフィールドに示すとおり、当初、ビデオモニタ１０上に基準標的像７だけが表示されている。垂直同期信号をカウントするシリアルリングカウンタ３０の出力によってビット表示回路３３は点滅するから、次の垂直同期信号がカウントされると、ビット表示回路３３からオン信号が出て無線送信機３１を経て、Ｎ＋１フィールドのアドレス信号に対応する標的１Ａに内蔵の受信機がこれを受信して標的１Ａが発光する。したがって、図７のＮ＋１フィールドに示すとおり、基準標的像７ともに標的像１がビデオモニタ１０上に表示される。次の垂直同期信号がカウントされると、ビット表示回路３３からオフ信号が出て無線送信機３１を経て、標的１Ａの受信機が受信して標的１Ａが消光する。そのためＮ＋２フィールドでは基準標的像７だけが表示される。次の垂直同期信号ではビット表示回路３３からオフ信号が出て、Ｎ＋３フィールドのアドレス信号に対応する標的２Ａに内蔵の受信機がこれを受信して標的２Ａが発光するから、Ｎ＋３フィールドでは、基準標的像７ともに標的像２が表示される。次の垂直同期信号では標的２Ａがオフ信号を受信して、そのためＮ＋４フィールドでは基準標的像７だけが表示される。これを繰り返し、垂直同期信号毎（フィールド毎）に（基準標的像７）→（基準標的像７＋標的像１）→（基準標的像７）→（基準標的像７＋標的像２）→（基準標的像７）→（基準標的像７＋標的像３）→・・・という表示がビデオモニタ１０になされる。
【００２７】
このように、フィールド毎に現れる垂直同期信号を始点とし、基準標的像７に対応する映像信号までの時間、および１フィールドおきに現れる標的像１、２、３、・・・に対応する映像信号までの時間をカウントし、外部機器により基準標的像７のＹ座標およびＸ座標から各標的像１、２、３、・・・までの相対座標が算出される。
【００２８】
図８は本発明を適用する別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの例を示してある。この例の標的像座標演算装置は、図１の回路と同様に、ビデオモニタ１０、垂直同期信号分離回路１１、映像信号分離回路１２、電圧コンパレーター１３、フリップフロップ１４、分周器１６、発振器１５、スイッチ回路１７、および外部機器２２、２３を有している。図１の回路と異なりバイナリーカウンタ３７は８ビットのものである。この他、ビデオカメラ２８のＮＴＳＣコンポジット信号から水平同期信号を取り出すための水平同期信号分離回路３５、８ビットのバイナリーカウンタ３６、スイッチ回路３８を有している。
【００２９】
標的１Ａのビデオモニタ１０上における標的像１のＹ座標は、垂直同期信号から映像信号までの時間をカウントし、このカウント時間から算出する前記した演算過程がそのまま利用できる。Ｘ座標は以下のようにして演算される。ビデオカメラ２８の出力コンポジット信号から、水平同期信号分離回路３５で取り出された水平同期信号は、バイナリーカウンタ３６をリセットし、フリップフロップ１４のリセット状態で導通しているスイッチ回路３８から入力するクロックをバイナリーカウンタ３６はカウントアップする。一方、電圧コンパレーター１３から出力した映像信号がフリップフロップ１４をセット状態にするから、スイッチ回路３８が遮断され、バイナリーカウンタ３６のカウントが終了する。このカウント時間（映像信号の直前の水平同期信号から映像信号までの時間、すなわち１水平走査線の走査開始から映像信号までの時間）によりＸ座標が算出される。
【００３０】
図９は本発明を適用する別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの例を示してある。この例の標的像座標演算装置は、前記した各例の電圧コンパレーター１３に、映像信号のコンパレートレベルを設定するするためのアナログ基準電圧入力手段４０を付加した例である。アナログ基準電圧入力手段４０により標的１Ａの輝度に合わせた映像信号電圧の感度に調整できる。
【００３１】
図１０は図９に示した例をさらに変形した例を示してある。この例では電圧コンパレーターとしてデジタルコンパレーター４２を採用し、その入力信号であるアナログ映像信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器４１を挿入してある。コンパレートレベルを設定するするための基準電圧入力手段４３はデジタル入力手段である。したがって、他のコンピュータから出力されるデジタルデータなどを直接入力できる。
【００３２】
上記実施例では、標的像座標演算方法を実行のためのコンポジット信号は、ビデオカメラの出力信号から得ているが、これに限ることなく、他のビデオ機器から出力されるコンポジット信号であっても実施可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明を適用する標的像座標演算方法によれば、標的像がモニタ上に表示されるときの座標を極めて迅速に算出でき、画面フィールドのリフレシュレートが高速な場合でもそのリフレシュに遅れることなく算出できる。したがって、非常に速い位置解析を必要とする高速運動をする物体の高速追尾システムやテレビゲームの操作装置や、多くの位置認識を必要とする手話認識装置のデータ解析への応用として極めて有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施したタイムチャート図である。
【図３】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施原理を説明する図である。
【図４】本発明を適用する別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロック要部を示す図である。
【図５】その態様の標的像座標演算方法を実行中の表示状態を示す図である。
【図６】本発明を適用するさらに別な態様の標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロック要部を示す図である。
【図７】その態様の標的像座標演算方法を実行中の表示状態を示す図である。
【図８】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施するための別な態様の標的像座標演算装置の回路ブロック図である。
【図９】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックの変形例の要部を示す図である。
【図１０】本発明を適用する標的像座標演算方法を実施するための標的像座標演算装置の回路ブロックのさらなる変形例の要部を示す図である。
【符号の説明】
１・２・３・４・５は標的像、１Ａ・２Ａ・３Ａ・４Ａ・５Ａは標的、７は基準標的像、７Ａは基準標的、１０はビデオモニタ、１１は垂直同期信号分離回路、１２は映像信号分離回路、１３は電圧コンパレーター、１４はフリップフロップ、１５は発振器、１６は分周器、１７はスイッチ回路、１８はバイナリーカウンタ、１９はＹ軸ＲＯＭメモリー、２０はＸ軸ＲＯＭメモリー、２１・２２・２３・２４・２５・２６・２７は外部機器、２８はビデオカメラ、２９は赤外線透過フィルター、３０はシリアルリングカウンタ、３１は無線送信機、３３はビット表示回路、３５は水平同期信号分離回路、３６・３７はバイナリーカウンタ、３８はスイッチ回路、４０はアナログ基準電圧入力手段、４１はアナログ−デジタル変換器、４２はデジタルコンパレーター、４３は基準電圧入力手段である。
【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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