JP2001148025A - 位置検出装置及びその方法、平面姿勢検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像された画像データのみの情報から撮像対
象である所定平面の姿勢位置や平面上の被検出位置を簡
単に検出できる姿勢や位置の検出方法、自由度の高い操
作性を有する小型で軽量な姿勢検出装置や位置検出装置
を提供する。 【解決手段】 複数の特徴点をもつ所定平面を撮像する
撮像手段１と、前記撮像手段により得られた画像データ
から撮像面上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点
特定手段と、前記特徴点の座標位置に基づいて、第１デ
ータを演算する第１演算手段５２１と、前記第１演算手
段の結果と前記特徴点の座標位置とに基づいて、撮像面
上の基準位置にて撮像された点での前記所定平面上の座
標位置を第２データとして演算する第２演算手段５２２
とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像画像データに
基づいて３次元空間内に置かれた平面上の被検出位置を
検出する位置検出装置及び方法ならびに対象平面上の姿
勢検出装置及び方法に関するものであり、特に、ディス
プレイ上の位置検出などに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近コンピュータの表示画面に直接座標
入力したり、コンピュータ画面をプロジェクタによりス
クリーン上に投影しカーソル操作を行うことが頻繁に行
われている。特に投影された画像上をレーザーポインタ
等により指示位置を特定して、コンピュータ本体のコマ
ンド操作、編集、拡大縮小などを行うことのできるポイ
ンティングデバイスが提案されている。これらの従来例
として、例えば特開平２−３０６２９４号、特開平３−
１７６７１８号公報、特開平４−３０５６８７号公報、
特開平６ー３０８８７９号公報などがあげられる。

【０００３】代表的な従来例である特開平２−３０６２
９４号公報は、プロジェクタにより投影されたスクリー
ン、スクリーン上の被検出位置を指示するレーザーポイ
ンタ、スクリーン上に向けられレーザーポインタの輝点
を検出するための固定ＣＣＤカメラから構成されてい
る。このＣＣＤカメラにより所定時間毎にスクリーン上
のレーザー輝点を検出し、スクリーン上の輝点の位置を
検出しようとするものである。

【０００４】また、特開平６ー３０８８７９号公報はス
クリーンの近傍に複数の発光素子を配置し、指示器には
複数の発光素子からの光を受光する受光素子が設けら
れ、発光素子からの光強度や光の方向性を基に計算機に
より計算しスクリーン上の位置を特定できるようにした
装置で、操作者が任意の位置で操作してもスクリーン上
の指示位置を特定できる装置である。

【０００５】さらに、特開平１０ー１１６３４１号公報
では、基準カメラと検査カメラの２台のカメラを用いて
それぞれの画像を基に被計測点の位置を計測する方法、
特開平９−２３１３７３号公報では、２つ以上の撮像装
置を用いて複数の特徴点を有する物体を撮像し、各特徴
点間の相対的な３次元位置関係を透視射影変換により算
出する３次元位置計測装置などが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
ポインティングデバイスなどに用いる位置検出装置、例
えば、特開平２−３０６２９４号公報のように固定カメ
ラにより位置検出する場合、カメラとスクリーンとの間
に操作者や人が入ってしまい位置検出ができなくなって
しまう問題やスクリーン上に投影されている画像が高輝
度画像となるとレーザービームの輝点検出が困難になる
問題が生じる。さらに、固定カメラを設置するスペース
が必要となり、装置が大型化してしまい操作性の自由度
が低く、汎用性に欠けるという問題も生じる。

【０００７】特開平６ー３０８８７９号公報のように、
表示画面上に発光素子を設けて発光する光を指示器に設
けられた光電変換素子で受光する方法は、位置検出する
ために表示画面に発光素子を設けなければならないため
汎用性に欠けるという問題や、光強度の指向性とその強
度を検出して被検出位置を算出する方法は、そのための
受光素子構造の工夫が必要の上、スクリーン上の被検出
位置精度が高くないという問題が生じる。

【０００８】また、複数の撮像装置を用いて３次元空間
内の被写体の位置計測を行う方法は、装置が大型化し演
算処理量も多くなってしまうという問題がある。本発明
の目的は、撮像された画像データのみの情報から撮像対
象である所定平面の姿勢位置や平面上の被検出位置を簡
単に検出できる姿勢や位置の検出方法、自由度の高い操
作性を有する小型で軽量な姿勢検出装置及び位置検出装
置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の位置検出装置は、複数の特
徴点をもつ所定平面を撮像する撮像手段と、前記撮像手
段により得られた画像データから撮像面上の前記特徴点
の座標位置を特定する特徴点特定手段と、前記特徴点の
座標位置に基づいて、第１データを演算する第１演算手
段と、前記第１演算手段の結果と前記特徴点の座標位置
とに基づいて、撮像面上の基準位置にて撮像された点で
の前記所定平面上の座標位置を第２データとして演算す
る第２演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の請求項２記載の複数の特徴
点をもつ所定平面上の被検出位置を検出する装置は、前
記所定平面上の被検出位置が予め定められた撮像面上の
基準位置に合っている状態で撮像する撮像手段と、前記
撮像手段により得られた画像データから撮像面上の前記
特徴点の座標位置を特定する特徴点特定手段と、前記特
徴点特定手段により特定された座標位置に基づいて、第
１データを演算する第１演算手段と、前記第１演算手段
の結果と前記特徴点の座標位置とに基づいて、前記所定
平面上の被検出位置の座標位置を第２データとして演算
する第２演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項１７記載の位置検出方法
は、複数の特徴点をもつ所定平面を撮像する撮像ステッ
プと、前記撮像ステップにより得られた画像データから
撮像面上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定
ステップと、前記特徴点特定ステップにより特定された
座標位置に基づいて、第１データを演算する第１演算ス
テップと、前記第１演算ステップの結果と前記特徴点の
座標位置とに基づいて、撮像面上の所定位置にて撮像さ
れた点の前記所定平面上の座標位置を演算する第２演算
ステップとを含むことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項２８記載の３次元空間内の
所定平面の姿勢を検出する姿勢検出装置は、前記所定平
面上に存在する特徴点を含むように撮像する撮像手段
と、前記撮像手段により得られた画像データから撮像面
上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定手段
と、前記特徴点の座標位置に基づいて、消失点を算出処
理する消失点処理手段と、前記消失点処理手段の結果と
前記特徴点の座標位置とに基づいて撮像面に対する所定
平面の姿勢パラメータを演算する透視射影変換手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項３５記載の３次元空間内の
所定平面の姿勢を検出する姿勢検出方法は、前記所定平
面上に存在する特徴点を含むように撮像する撮像ステッ
プと、前記撮像ステップにより得られた画像データから
撮像面上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定
ステップと、前記特徴点の座標位置に基づいて、消失点
を算出処理する消失点処理ステップと、前記消失点処理
ステップの結果と前記特徴点の座標位置とに基づいて撮
像面に対する所定平面の姿勢パラメータを演算する透視
射影変換ステップとを含むことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は実施の形態に係わる位置検
出装置の概念構成図である。１００は本実施の形態に係
わる位置検出装置本体、１１０は座標検出対象となる所
定平面であり、特徴点Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4を有する矩形
平面である。位置検出装置本体１００を用いて平面１１
０上の被検出位置Ｐ0を検出しようとするものである。
位置検出装置本体１００は所定平面１１０に対し任意の
位置から操作することが可能である。破線１０１は位置
検出装置本体１００に設けられている撮像手段１の撮像
面の中心から垂直に所定平面上の被検出位置まで延びて
いる光軸である。

【００１５】本実施の形態で被検出対象とした平面の形
状は、四角形の各角度が直角なる矩形形状を有する物体
や図形である。代表的な例として、パソコン表示画面、
プロジェクタ投影画面、コンピュータにより作成される
図形などの表示画面があげられる。本実施の形態では特
徴点として所定平面形状の４隅とする矩形形状とした
が、これら矩形形状を特徴付ける特徴点は所定平面上に
あればよく、スクリーン平面上に表示された画像であっ
てもよい。

【００１６】図２、図３は本発明の実施の形態に係わる
位置検出装置１００のブロック構成図、図４はその概念
構成斜視図である。図２の構成ブロック図において、１
は撮像手段であり、撮像手段はレンズ光学系と撮像素子
とから構成されている。本実施の形態ではＣＣＤ撮像素
子を有するデジタルスチルカメラを用いたが、ビデオカ
メラでもよい。

【００１７】また、撮像手段１には被写体である平面上
の被検出位置を特定するため予め基準位置が定められて
いる。本実施の形態では基準位置は撮像面の中心とし、
画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の原点Ｏｍとしてある。２
は撮像手段により撮像された画像データをデジタル画像
データとするＡ／Ｄ変換手段である。３はＡ/Ｄ変換さ
れたデジタル画像データはＣＣＤ撮像面の各画素に対応
したアドレス毎に一時的に記憶できるフレームメモリで
ある。

【００１８】このフレームメモリは連続撮像が記憶でき
るように数十ＭＢ程度記憶できる容量を有している。４
は制御手段である。この制御手段４はＲＯＭ（不図示）
を備えており、透視射影変換処理するプログラムや各種
制御プログラムなどが格納されている。

【００１９】５は画像処理手段である。画像処理手段５
は、取り込まれた撮像画像データに基づいて、３次元空
間内の平面上のいずれかに配置された矩形形状を特徴付
ける特徴点を抽出する特徴点抽出手段５１と、抽出され
た特徴点の座標位置に基づいて被検出位置演算処理を行
う位置演算手段５２とから構成される。

【００２０】この特徴点抽出手段５１には、一時的に呼
び込まれた画像データが矩形平面の特徴点を抽出したか
否か判断する抽出判断手段（不図示）を備えている。こ
の抽出判断手段を備えることにより、もし抽出判断手段
において特徴点が抽出できなかった場合に警告音を発
し、再度画像の取り込みを操作者に指示することができ
る。

【００２１】また、位置演算手段５２は３次元空間（Ｘ
−Ｙ−Ｚ座標系）内における撮像面に対する所定平面の
姿勢パラメータ（第１データ）を演算する平面姿勢演算
手段（第１演算手段）５２１と、所定平面上の被検出位
置の座標を演算する座標演算処理手段（第２演算手段）
５２２とから構成される。

【００２２】図３は平面姿勢演算手段５２１の詳細ブロ
ック図である。平面姿勢演算手段（第１演算手段）５２
１は、消失点算出手段５２１１と消失直線算出手段５２
１２と消失特徴点算出手段５２１３とから構成される消
失点処理手段（第３演算手段）５２３、画像座標系変換
手段５２１４及び透視射影変換手段（第４演算手段）５
２１５とから構成されている。

【００２３】消失点処理手段（第３演算手段）は撮像面
上における複数の特徴点の座標位置から算出し、その消
失点に基づいて消失特徴点（第３データ）を算出処理す
る手段である。第４演算手段は姿勢パラメータを算出す
るための透視射影変換手段に相当する。

【００２４】６Ａは光ビーム照射手段であり、ＬＥＤ発
光素子や半導体レーザー発生器が用いられる。光ビーム
照射手段２は被検出位置を指示する視認性のある光を発
するものであればよく、プレゼンテーションや会議の
際、操作者が指示する箇所を特定できる汎用のレーザー
ポインタでよい。

【００２５】図５は図４で示した光ビーム照射手段６Ａ
を用いた装置構成の光学系の一例である。光ビーム照射
手段として赤外線レーザーを用いた例である。電源がＯ
Ｎされると６０光源から６１コリメートレンズで平行と
なったレーザー光は、６２ミラーを介し、撮像光学系の
中心軸上に設けられた１３ミラーにより反射され所定平
面上に輝点として導かれる。撮像光学系は１２は撮像レ
ンズと１１はＣＣＤとから構成されている。装置本体か
ら出射されるポインティング用レーザーの光軸が、撮像
光学系の光軸と一致するような光学系となっている。ミ
ラー１３は赤外線レーザーを反射させ、可視光を透過す
るようなハーフミラーである。

【００２６】ポインティング用レーザーは表示画面上の
被検出位置を確認できればよく、撮像時にはＯＦＦされ
る。従って、ミラー１３は撮像する時にはミラーアップ
するような機構にしても良い。光ビーム照射手段６Ａに
より照射された所定平面上の被検出位置が撮像面上に設
定された基準位置と合致するように、光ビーム照射手段
６Ａと撮像手段１とが予め決められた位置関係で設けら
れている。図では撮像レンズの光軸とレーザー照射光学
系の光軸とが一致するようにしてあるが、レーザーは視
認するだけであるので、所定平面上の輝点が被検出位置
近傍にあればよく、必ずしも光軸が一致してなくてもよ
い。

【００２７】７はレーザー照射ボタン、８はシャッター
ボタンである。７、８は、２段スイッチとなっており、
１段目を押すと単に赤外線レーザーを照射し、被検出位
置を指し示すだけでオフされる。さらに２段目を押すこ
とにより、撮像手段のシャッターが切れ、所定平面の画
像を取り込めるようになっている。

【００２８】９は出力信号処理部で、演算結果得られた
平面の姿勢パラメータや被検出位置を出力信号に変え、
本体の表示部に画像とともに数値表示したり、ビデオプ
ロジェクタ、コンピュータなどの外部機器へ送出する。
出力信号処理手段９として被検出位置出力信号をワイヤ
レス信号として送出できる発信手段を用いれば、装置の
操作性は格段に広がり効果的である。

【００２９】図６は、被検出位置に基準位置を合わせる
方法として光ビーム照射手段に代え、視準手段６Ｂを備
えた位置検出装置の光学系の一例である。視準手段６Ｂ
には予め撮像面上の基準位置と一致する位置に十字線７
４が刻まれており、この十字線の位置を被検出位置に合
わせて、撮像することにより所定平面上の被検出位置が
検出される。

【００３０】このように、撮像時に視準手段を設けたフ
ァインダーや光ビーム照射手段などを用いることによ
り、予め定められた撮像面上の基準位置に合っている状
態で撮像が行われるようにしているのである。その基準
位置は撮像レンズの光軸が撮像面を切る点、すなわち、
撮像画像の中心としてある。

【００３１】本実施の形態に係わる位置検出装置本体の
構成は、図６のように撮像手段１と画像処理手段５とが
一体としたが、位置検出入力手段としての撮像手段と画
像処理手段とを別体にし、画像処理手段５をパソコンな
ど外部機器の内部記憶装置や外部記録媒体に備えるよう
にしてもよい。

【００３２】次に、本発明の実施の形態の位置検出装置
の基本動作について説明する。図７は本発明の実施の形
態の検出装置の基本動作を説明するフローチャートであ
る。ステップＳ１００で検出装置の電源がＯＮする。ス
テップＳ１０１において３次元空間内の複数の特徴点を
含む所定平面上において検出しようとする被検出位置に
画像座標系の撮像面上の予め定められた基準位置を合わ
せる。本実施の形態において、基準位置は撮像レンズの
光軸が撮像面を切る点、すなわち、撮像画像の中心とし
てある。

【００３３】ステップＳ１０２ではこの合わせた状態で
撮像手段のシャッター８をＯＮにし、画像を取り込む。
取り込まれた画像は画像データ信号処理されフレームメ
モリに格納され、ステップＳ１０３において予め抽出し
ようとする幾何学的特徴点が抽出され、画像座標系にお
いて矩形形状を特徴づける４個の特徴点の重心位置座標
ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4が特定される。 その時、ステップ
Ｓ１０４では予め決められた幾何学的特徴点が正確に抽
出されたか否か判断する。正確に抽出されなかった場
合、ステップＳ１０５において警告音を発し、再度撮像
手段により取り込むよう操作者に伝えられる。予め定め
られた幾何学的特徴点が抽出されれば、次のステップＳ
１０６に進む。

【００３４】ステップＳ１０６では３次元空間内の所定
平面の姿勢位置や被検出位置の検出演算処理される。こ
のステップＳ１０６の詳細は後述する。ステップＳ１０
７では演算処理され算出された値を表示手段（不図示）
や外部機器などに合わせ信号処理され出力される。例え
ば、所定平面としてパソコン画面とした場合、本実施の
形態の位置検出装置により、任意の位置からパソコン画
面上の座標位置入力が行え、指示した位置（被検出位
置）にカーソルを表示することができる。

【００３５】次に、本実施の形態の検出装置の画像処理
手段５の各構成の動作について詳細に説明する。 （ａ）特徴点抽出処理 撮像画像データから矩形形状を特徴付ける所定平面の４
隅Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4を抽出する方法としてパターンマ
ッチング法、差分画像法、濃淡輪郭法などがある。対象
となる所定平面に応じて適切な方法を選択することにな
る。

【００３６】本実施の形態では、所定平面の形状を特徴
付けるこれら４つの特徴点の情報、例えば、幾何学的形
状、色、発光素子などを予めメモリに格納しておき、撮
像画像データと比較参照して特徴点を抽出するパターン
マッチング方法を用いる。また、所定平面がスクリーン
平面上に表示された表示画像である場合には差分画像法
が好ましい。表示画像全体は４隅Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4を
特徴点とする矩形形状である。表示画像は撮像時の撮像
時のシャッター信号と同期して、表示画像の輝度が変化
するようになっている。撮像時のタイミングに合わせて
表示画像輝度が異なる濃淡２枚の時系列画像を撮像し、
２枚の撮像画像を得る。これら２枚の撮像画像を差分処
理する。これら差分画像に基づき二値化処理を行い、複
数の幾何学的特徴点ｑ1、ｑ2、ｑ3、ｑ4を抽出する。

【００３７】（ｂ）位置演算処理（第２演算手段） 次に、３次元空間内に置かれた特徴点を有する所定平面
上の被検出位置Ｐ0の位置座標を算出する方法について
具体的に説明する。図８は３次元空間内に置かれた所定
平面上の被検出位置を演算処理する具体的な手順を示し
たフローチャートである。図７の基本動作フローチャー
トのステップＳ１０６の動作の詳細である図９は３次元
空間における撮像面上のＸ−Ｙ−Ｚ座標系（画像座標系
と呼ぶ）と所定平面上のＸ*−Ｙ*座標系（平面座標系と
呼ぶ）との姿勢の位置関係を示したものである。画像座
標系の中心から垂直に延びる光軸（撮像レンズの光軸）
をＺ軸とする。Ｚ軸上の視点Ｏは、画像座標系の原点Ｏ
ｍから焦点距離ｆの位置にある。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系のＸ
軸回りの角度ψ、Ｙ軸回りの角度γ、Ｚ軸回りの角度α
またはβとする。これらの角度回りはいずれも時計回り
を正としている。

【００３８】図１０及び図１１には、操作者が任意の位
置から位置検出装置本体に設けられた撮像手段１００の
撮像方向を矩形形状である所定平面に向けて撮像した撮
像画像ｑを示した。図には、撮像された画像は平面上の
座標位置である被検出位置Ｐ0を撮像面に設定された基
準位置（撮像面の原点Ｏｍ）に一致させてある。すなわ
ち、撮像面上に定められた基準位置が光軸（Ｚ軸）が撮
像面を切る点としてある。これら４個の特徴点ｑ1，ｑ
2，ｑ3，ｑ4は、図１の平面座標系Ｘ*−Ｙ*座標系にお
けるＱ1、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4に対応する。

【００３９】被検出位置を示す基準位置が４個の特徴点
が形成される形状（矩形形状）の範囲外であっても良
い。図１１は、被検出位置とした撮像画像の中心が所定
平面上にある４個の特徴点で形成される矩形形状範囲内
に含まない例である。 （ｂ１）平面の姿勢演算処理（第１演算手段） 被検出位置を演算するための第１のステップである平面
の姿勢算出処理について、図８のフローチャート及び図
３のブロック構成図、図９〜図１６を参考にしながら説
明する。撮像面に対する所定平面の姿勢パラメータ（第
１データ）として Ｚ軸回りの角度αまたは角度β、Ｙ
軸回りの角度ψ及びＸ軸回りの角度γがある。

【００４０】まず最初に、ステップＳ１１１では、すで
に特徴点抽出手段の特徴点特定手段において特定された
ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4の座標位置に基づいて、撮像画像ｑ
の相隣接する特徴点を通る直線式Ｉ1．Ｉ2，Ｉ3，Ｉ4を
算出する。次に、ステップＳ１１２ではこれら直線式を
用いて撮像画像データの消失点Ｔ0、Ｓ0を算出する。
（ステップＳ１１１とＳ１１２は図３のブロック構成図
の消失点算出手段５２１１の処理に相当する） 矩形形状を有する平面を撮像すると撮像画像には必ず消
失点が存在する。消失点とは平行群が収束する点であ
る。例えば、直線Ｑ1Ｑ2に対応する撮像面上の直線 ｑ1
ｑ2 と直線Ｑ3Ｑ4に対応する直線ｑ3ｑ4、ｑ1ｑ4、ま
た右辺Ｑ1Ｑ4 とｑ2ｑ3とが完全に平行であれば消失点
は無限遠に存在することになる。無限遠に存在すると
き、その方向には透視射影されても透視効果は現れな
い。

【００４１】本実施の形態では３次元空間内に置かれた
平面形状は矩形形状である。従って、物体座標系では２
組の平行を有し、画像座標系の撮像画像上ではＸ軸側、
Ｙ軸側のそれぞれに消失点が１つ存在することになる。
図１０には任意の位置で撮像したときの撮像データ上で
消失点の位置を示してある。Ｘ軸側に生じる消失点をＳ
0、Ｙ軸側に生じる消失点をＴ0としてある。ｑ1ｑ2 と
ｑ3ｑ4との延長した直線の交点が消失点の位置である。

【００４２】ステップＳ１１３では消失点Ｓ0，Ｔ0を求
めた後、これら消失点と撮像画像の中心Ｏｍとを結んだ
直線ＯmＳ0、ＯmＴ0を算出する。（ステップＳ１１３は
図３の消失直線算出手段５１１２で実行される処理であ
る） 次に、これら消失直線と特徴点ｑ1、ｑ2、ｑ3、ｑ4とに
よって特徴付けられる消失特徴点ｑs1、ｑs2、ｑt1、ｑ
t2を求める処理を行う。（ステップＳ１１４は図３の消
失特徴点算出手段５１１３で実行される処理である） 消失点Ｓ0、Ｔ0と撮像データ中心Ｏｍとを結んだ各消失
直線Ｓ0Ｏm、Ｔ0Ｏmが、相隣接する２つの特徴点を通る
直線ｑ1ｑ2、ｑ3ｑ4、及びｑ2ｑ3、ｑ1ｑ4と交わる交点
ｑt1(Ｘt1，Ｙt1)、ｑt2(Ｘt2，Ｘt2)、ｑs1(Ｘs1，Ｙs
1）、ｑs2(Ｘs2，Ｙs2）を算出する。（以後、ｑt1、ｑ
t2、ｑs1、ｑs2を消失特徴点と呼ぶ。また、ｑt1ｑt2、
ｑs1ｑs2は、ＯmＳ0、ＯmＴ0と同様に消失直線と呼ぶこ
とにする。） 消失直線ｑt1ｑt2、ｑs1ｑs2は、平面上で被検出位置Ｐ
0を基準とする各々互いに直交した直線に対応し、被検
出位置を算出するための基準直線となる。すなわち、画
像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の各特徴点ｑt1、ｑt2、ｑs
1、ｑs2は、図１の平面座標系（Ｘ*−Ｙ*座標系）にお
ける所定平面の特徴点Ｔ1、Ｔ2、Ｓ1、Ｓ2に対応する。

【００４３】ステップＳ１１２の消失点算出処理におい
て、Ｘ−Ｙ画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）のＸ軸方向に消
失点が無限遠に存在すると判断された場合は、消失直線
はＸ軸と平行な直線となる。 次に、ステップＳ１１５
に進む。ステップＳ１１５では、画像座標系（Ｘ−Ｙ座
標系）のＸ軸がＸ軸側の消失直線ＯmＳ0に一致するよう
にＯmを中心に角度β度回転させ、Ｘ’−Ｙ’座標系と
する座標変換処理を行う。このとき、画像座標系のＹ軸
がＹ軸側の消失直線ＯmＴ0に一致するようにＯmを中心
に角度α度回転させ、Ｘ’’−Ｙ’’座系とする座標変
換処理でも良い。本実施の形態で用いる処理はいずれか
一方で十分である。（ステップＳ１１５は図３の画像座
標系変換手段５２１４で実行される処理である） 図１２は、画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）を時計回りを正
としてβ度回転させ、Ｘ’−Ｙ’座標系、Ｘ’’−
Ｙ’’座標系にそれぞれ画像座標変換処理を説明する図
である。

【００４４】これらの画像座標系回転操作は３次元空間
（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）におけるＺ軸回りの回転に相当
し、３次元空間内におかれた所定平面の姿勢位置を表す
パラメータの１つを決める操作である。このように消失
直線ｑs1ｑs2をＸ軸上に一致させることにより３次元空
間内に置かれた所定平面上の直線Ｑ1Ｑ2，Ｑ3Ｑ4はＸ軸
と平行な位置関係となる。

【００４５】次のステップＳ１１６において、得られた
撮像画像上のＸ−Ｙ座標変換後のＸ’−Ｙ’座標系にお
ける位置座標を基に、画像座標系Ｘ’−Ｙ’系の特徴点
ｑ1，ｑ2，ｑ3，ｑ4及び消失特徴点ｑt1、ｑt2、ｑs1、
ｑs2の座標位置に対する平面座標系を有する所定平面上
の特徴点Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，Ｑ4及びＴ1、Ｔ2、Ｓ1、Ｓ2の
各座標位置の対応づけを行う。これらの対応付けは幾何
学的手法を用いた透視射影変換処理を行うことによりな
される。この透視射影処理は、撮像面を基準にした３次
元空間（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）内の撮像面に対する所定平
面の姿勢を算出する処理になり、すなわち、平面の姿勢
を決定する２つのパラメータであるＹ軸回りの角度ψと
Ｘ軸回りの角度γを算出する処理となる。なお、透視射
影変換処理の詳細は（ｂ２）項にて後述する。（ステッ
プＳ１１６は図３の透視射影変換手段５２１５において
実行される処理である） 次のステップＳ１１６は、ステップＳ１１５で算出され
た所定平面の姿勢パラメータに基づいて、平面座標系
（Ｘ*−Ｙ*座標系）上での被検出位置Ｐ0の座標位置を
算出する。被検出位置座標の算出の詳細は（ｂ３）項に
て後述する。

【００４６】（ｂ２）透視射影変換処理 （第４演算手
段） ここで、撮像面の画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）において
矩形形状を特徴づける４個の特徴点の座標が特定された
結果に基づいて、３次元空間内に置かれた撮像面に対す
る所定平面の姿勢パラメータ（俯角ψ、仰角γ）を算出
するための透視射影変換処理について説明する。

【００４７】まず最初に、図１３に基づき２次元透視射
影変換について簡単に説明する。図１３では横軸をＺ
軸、縦軸をＹ軸としてある。Ｏは透視射影変換する際の
原点である（以下、透視点と呼ぶ）、１はＸ−Ｙ座標系
を有する撮像面、２は２次元平面である。図では透視点
Ｏを原点とし横軸にＺ軸、縦軸を撮像面Ｘ−Ｙ座標系の
Ｙ軸に一致させてある。いいかえれば、撮像面のＸ軸は
紙面に垂直方向にあり、撮像面の中心をＺ軸に一致させ
てある。この撮像手段が備えているレンズ光学系の焦点
距離をｆとする。撮像面１は透視点Ｏから焦点距離ｆの
位置にＺ軸上に垂直に置かれていることになる。実際に
は撮像面の前面位置にはレンズ光学系が置かれ、撮像面
には２次元平面の倒立像が結像する構成となっている
が、ここでは説明し易くするために便宜上、ＣＣＤ撮像
面の後方焦点の位置に配置する構成としてある。

【００４８】また、Ｘ*−Ｙ*平面座標系を有する所定平
面２が、Ｙ軸に対して角度γ度傾けた姿勢にあるとし
た。Ｘ−Ｙ座標系を有する画像座標系の各特徴点各ｑi
(i=1,2)は、Ｘ*−Ｙ*座標系を有する所定平面上の対応
する特徴点Ｑi(i=1,2)に幾何学的な対応付けにより透視
射影変換される。その変換式は数１で表される。

【００４９】

【数１】

【００５０】従って、特徴点Ｑi(Ｙ*i，Ｚ*i）(i=1,2)
の座標位置は、それぞれ次の数２で表される。

【００５１】

【数２】

【００５２】次に、３次元空間内に置かれた撮像面に対
する所定平面の位置姿勢を算出する透視射影変換処理に
ついて具体的に説明する。図１４は、３次元空間内（Ｘ
−Ｙ−Ｚ座標系）に置かれた所定平面の位置姿勢を説明
する斜視図である。図では所定平面の１/４矩形を示し
てあり、撮像面上の所定平面上の特徴点の位置座標Ｑ1
(Ｘ*1，Ｙ*1)、Ｑ2(Ｘ*2，Ｙ*2）に対応する特徴点座標
点ｑ1（Ｘ1、Ｙ1）、ｑ2(Ｘ2，Ｙ2）が示されている。

【００５３】図には平面座標系（Ｘ*−Ｙ*座標系）にお
ける被検出位置Ｐ0を通り、それぞれの軸に平行な直線
と隣接する２つの特徴点を通る直線との交点であるＴ
1、Ｔ2それにＳ2の３点の位置座標が示されている。こ
れら図示されている特徴点Ｔ1、Ｔ2、Ｓ2それに不図示
のＳ1は、撮像画像座標上では消失直線によって特徴付
けられた消失特徴点ｑt1、ｑt2、ｑs2及びｑs1に対応す
る。

【００５４】Ｑ3(Ｘ*3，Ｙ*3）、Ｑ4(Ｘ*4，Ｙ*4）に対
応する座標点ｑ3（Ｘ3，Ｙ3）、ｑ4（Ｘ4，Ｙ4）につい
ては省略してある。本実施の形態では、図中の画像座標
系の原点Ｏｍ(0,0,f)は撮像画像の中心位置とし、この
中心位置は撮像しようとする所定平面上の被検出位置と
してある。３次元空間Ｘ−ＹーＺ座標系の原点Ｏ(0,0,
0)は、透視射影変換処理する際の透視点としてある。ｆ
は焦点距離である。

【００５５】所定平面の撮像面に対する位置関係は、Ｘ
軸回りを撮像面の原点Ｏｍを中心としてＸ軸回りに角度
＋ψ、Ｙ軸回りに角度＋γである。これらいずれの角度
も時計回りを正としてある。この図ではＺ軸回りの回転
操作（Ｘ−Ｙ座標系を＋β度回転）した結果が示してあ
る。

【００５６】本実施の形態では、撮像画像（Ｘ−Ｙ座標
系）上の特徴点ｑ1、ｑt1、ｑs2の座標データに基づい
て、これらの特徴点に対応する所定平面（Ｘ*−Ｙ*座標
系）上の特徴点Ｑ1、Ｔ1及びＳ2の座標位置を透視射影
変換により算出した。図１５は図１４に示した３次元空
間内（Ｘ−Ｙ−Ｚ座標系）に置かれた所定平面をＸ’−
Ｚ’座標投影平面（Ｙ’＝０）上に正投影した図であ
る。Ｘ’−Ｙ’−Ｚ’座標系はＸ−Ｙ−Ｚ座標系を回転
座標変換したものである。Ｘ’−Ｚ’座標投影平面上
（Ｙ’＝０）には直線Ｓ1Ｓ2のみが存在している（太線
で図示）。Ｘ’−Ｚ’座標系の原点Ｏmと透視点Ｏの距
離は、撮像レンズの焦点距離ｆの位置である。各特徴点
について透視射影変換により、対応付けを行った、平面
座標系における各特徴点の座標位置をＸ’−Ｙ’座標系
における位置座標で表現した結果は、数３、数４で表さ
れる。

【００５７】

【数３】

【００５８】

【数４】

【００５９】また、図１６は図１４所定平面をＹ’−
Ｚ’座標投影平面（Ｘ’＝Ｏ）の上に正投影した図であ
る。Ｙ’−Ｚ’座標投影平面（Ｘ’＝０）上には直線Ｔ
1Ｔ2のみが存在する。図中には所定平面上の特徴点Ｔ1
とＱ1に対応する撮像画像上の特徴点ｑt1とｑ1のみを図
示してあり、Ｑ2、Ｑ3、Ｑ4に対応する撮像画像上の特
徴点は略してある。Ｙ’−Ｚ’座標投影平面上における
透視射影変換処理は、先に行ったＸ’−Ｚ’座標投影平
面上での処理と同様な処理を行い、ｑt1とｑ1に対応す
る平面上の特徴点Ｔ1、Ｑ1の座標位置を算出する。

【００６０】数５には、Ｔ1、Ｑ1の座標位置を示した。

【００６１】

【数５】

【００６２】図１５，図１６の平面座標系の特徴点Ｔ1
及びＱ1の座標算出処理に着目する。Ｘ’−Ｚ’座標投
影平面とＹ’−Ｚ’座標投影平面の２つの座標面に対し
て透視射影変換処理した結果、特徴点ｑt1とｑ1に対応
する平面座標上の特徴点Ｔ1及びＱ1の座標値が得られ
る。

【００６３】図１５からはＴ1（Ｘ*t1，Ｚ*t1｜x）とＱ
1（Ｘ*1，Ｚ*1｜x）、図１６からはＴ1（Ｙ*t1，Ｚ*t1
｜y）とＱ1（Ｙ*1，Ｚ*1｜y）がそれぞれ得られる。３
次元空間内（Ｘ’−Ｙ’−Ｚ’座標系）に置かれた所定
平面を正投影したＸ’Ｚ’投影平面（図１５）、Ｙ’
Ｚ’投影平面（図１６）において、Ｚ’軸に関する座標
値は各投影平面座標では同じ値をとり、次の関係にあ
る。 Ｚ*1｜x＝Ｚ*1｜y Ｚ*t1｜x＝Ｚ*t1｜y 上記の条件式から次の２つの関係式数６，数７を得るこ
とができる。

【００６４】

【数６】

【００６５】

【数７】

【００６６】上記結果、３次元空間内に置かれた所定平
面の姿勢パラメータが画像座標系の特徴点の座標ｑi、
消失特徴点の座標ｑtiまたはｑsiと撮像レンズの焦点距
離とにより簡単な関係式で表現されることがわかった。
平面の位置姿勢を表す関係式は、数６及び数７に代え、
次の関係式数８及び数９であっても良い。

【００６７】数８及び数９示したＹ軸回りの角度ψの回
転方向は、数６及び数７と逆である。

【００６８】

【数８】

【００６９】

【数９】

【００７０】これらの関係式に用いられている特徴点ｑ
iは、撮像画像で得られた特徴点ｑi(i=1〜4)の１点とこ
れら４この特徴点から算出された消失点を用いて決定さ
れた特徴点ｑtiまたはｑsiを用いて表現されている。本
実施の形態の手順では撮像手段により得られた画像デー
タから得られた消失直線ｑs1ｑs2をＸ軸に一致するよう
に、Ｘ−Ｙ座標系をβ度回転させＸ’−Ｙ’座標系に変
換した場合について説明した。もう一方の消失直線ｑt1
ｑt2をＹ軸に一致するように、Ｘ−Ｙ座標系をＸ’’−
Ｙ’’座標系に変換して行っても、数式表現は異なるが
同様な結果が得られる。

【００７１】途中の式は省略し結果のみを数１０、数１
１に示した。

【００７２】

【数１０】

【００７３】

【数１１】

【００７４】数１０、数１１では平面姿勢角度パラメー
タψはｑ1とｑs2の２つの座標値のみで表現されたもの
を示した。一般に、画像座標系の特徴点の座標位置は画
素数で表現され、数６〜数１１式中に換算係数としてＣ
ＣＤ撮像素子の画素サイズが必要となることはいうまで
もない。

【００７５】以上、説明したように、平面座標系の平面
の姿勢パラメータである角度算出式は撮像画像から算出
された特徴点の座標データと撮像手段のパラメータであ
る焦点距離ｆだけで表現された簡単な関係式となってい
る。平面の姿勢パラメータを算出する式が、従来のよう
な煩雑な座標変換行列式を用いることなく簡単な式で表
現されているため、演算処理能力が低くてもよい、演算
誤差が少なくなり精度的に有利などの利点がある。強い
ては、装置の低コスト化にもつながる。

【００７６】さらに、所定平面の姿勢を算出する際に
は、平面座標系における平面形状が定性的に矩形形状で
あるということが既知であればよく、矩形形状のアスペ
クト比や矩形形状を特徴付ける座標位置データ、撮像面
と所定平面までの距離データなど平面に関する位置デー
タは必要ないという利点がある。 （ｂ３）座標位置演算処理（第２演算手段） 透視射影変換処理により算出された３次元空間内の所定
平面の姿勢パラメータに基づいて、平面座標系における
所定平面上の被検出位置座標を座標演算処理手段５２２
により演算する。

【００７７】平面座標系（Ｘ*−Ｙ*座標系）における所
定平面上の被検出位置は、横軸比ｍi＝｜Ｓ1Ｐ0｜／｜
Ｓ2Ｐ0｜、縦軸比ｎi＝｜Ｔ１Ｐ0｜／｜Ｔ2Ｐ0｜で算出
される。 数６及び数７の姿勢パラメータに対応した所
定平面の被検出位置Ｐ0（Ｘ*i，Ｙ*i）の算出式は、Ｘ
軸比ｍ及びＹ軸比ｎで表現すると、数１２，数１３で表
される。これらいずれの式を用いても良い。

【００７８】数１２は軸比ｎx、ｍxを用いた式であり、
Ｘ−Ｙ画像座標系をβ度回転しＸ’−Ｙ’座標系に変換
した場合である。

【００７９】

【数１２】

【００８０】また数１３は、軸比ｎy、ｍyを用いた式で
あり、Ｘ−Ｙ座標系をα度回転しＸ’’−Ｙ’’座標系
に変換した場合である。

【００８１】

【数１３】

【００８２】従って、所定平面上の被検出位置の座標位
置Ｐ0（Ｘ0*、Ｙ0*）は、数１２の軸比を用いた場合に
は数１４で表される。

【００８３】

【数１４】

【００８４】所定平面上の被検出位置の座標を算出する
際には、算出された２つの平面の姿勢パラメータ（俯角
ψ、仰角γ）のいずれか１つが算出されていればよい。
今、特徴点が所定平面上に表示されている画像の４隅と
したパソコン表示画面を考える。表示される最大ドット
数Ｕmax、縦軸の最大ドット数Ｖmaxは既知であるので数
１４中Ｘ*max＝Ｕmax、Ｙ*max＝Ｖmaxとすれば、被検出
位置の座標位置が容易に算出される。

【００８５】＜シミュレーションによる位置検出方法の
原理検証＞次に、シミュレーション計算を行い、所定平
面上の被検出位置Ｐ0の座標位置を算出し、本実施の形
態の位置検出方法の原理検証を行った。まず最初に、検
出しようとしている被検出位置の矩形平面上の特徴点に
対応する撮像面上の特徴点の座標位置データが必要であ
る。そのために、予め既知の平面の位置姿勢パラメータ
（ψ、γ）の値を用いて、撮像面上の画像プロファイル
を得るシミュレーション計算を行った。

【００８６】所定平面として１５００ｍｍ×２０００ｍ
ｍの１００”'サイズのスクリーン平面を想定し、撮像
距離はスクリーン平面中心より２０００ｍｍ離れたとこ
ろより、スクリーン面上の被検出位置としてＳ1Ｐ0／Ｓ
2Ｐ0（ｍとする）＝１，Ｔ1Ｐ0／Ｔ2Ｐ0（ｎとする）＝
１の座標位置（この座標位置はスクリーン中心である）
に向けて、撮像することを想定した。

【００８７】計算に用いた撮像手段の光学パラメータ
は、焦点距離のみであり、ｆ=５ｍｍを使用した。ま
た、撮像面に対するスクリーン平面の姿勢パラメータと
して、仰角ψ=６０度、俯角γ=５度を用いた。シミュレ
ーション計算結果、得られた画像座標上の座標位置デー
タに基づいて、諸々の関係式数６〜数１４から算出され
る姿勢パラメータ値ψ、γ及被検出位置の軸比ｍ、ｎ
が、予め設定した値になるか検証した。

【００８８】表１には前述した数６〜数１４を用いて、
スクリーン平面の姿勢ならびにスクリーン上の座標系に
おける被検出位置の位置座標を算出した結果を示した。

【００８９】

【表１】

【００９０】表にはＸ−Ｙ座標系をＺ軸回りにβ度反時
計回りに回転させ、Ｓ軸をＸ軸に一致させた座標系を
Ｘ’−Ｙ’座標系とした場合とＸ−Ｙ座標系をＺ軸回り
にα度時計回りに回転させ、Ｔ軸をＹ軸に一致させ
Ｘ’’−Ｙ’’座標系とした場合について示した。

【００９１】その結果、スクリーンの撮像面からの姿勢
位置ならびに被検出位置は予め設定した仰角６０度、俯
角５度という値に対して非常に精度良く一致しており、
原理的に正しいことが検証できた。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、本発明の実施の形態に係
わる位置検出装置は、予め撮像面の基準位置を定めこの
基準位置と被検出位置とを合わせたこと、複数の特徴点
により形成される消失点を用いて演算処理したことなど
により、撮像レンズの焦点距離と矩形形状を特徴づける
４個の画像位置データとの少ないパラメータを用いた簡
単な関係式を導出できた。このように撮像面に対する所
定平面の姿勢検出や所望の被検出位置の座標位置が、精
度良く、煩雑な行列演算処理を必要とせず容易に得るこ
とができる。

【００９３】また、本実施の形態に係わる平面姿勢検出
装置によれば、３次元空間内に置かれた平面の姿勢位置
情報を得るための姿勢センサが不要であり、１つの撮像
素子があれば良いため装置構成は簡素化され、装置の小
型軽量化となる。さらに、平面座標系における所定平面
上の特徴点に関する情報は、矩形形状を形成するという
以外不要であり、撮像画像上の特徴点の座標位置のみで
算出することができる。

【００９４】また、本実施の形態に係わる位置検出装置
によれば、操作者は任意の操作位置からスクリーンなど
表示画面上の指示したい位置に直接入力操作することが
でき、高い操作自由度を有する。このように本実施の形
態に係わる位置検出装置や姿勢検出装置は、従来にない
新しい入力装置として様々な分野への用途拡大が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の位置検出装置を説明するシステム構
成図。

【図２】 本実施の形態の構成ブロック図。

【図３】 本実施の形態の平面姿勢算出手段の詳細構成
ブロック図

【図４】 本実施の形態の位置検出装置本体（位置検出
入力手段）の構成図。

【図５】 本実施の形態の第１の光学系。

【図６】 本実施の形態の第２の光学系。

【図７】 本実施の形態の基本動作を説明するフローチ
ャート。

【図８】 本実施の形態の画像処理部の詳細フローチャ
ート。

【図９】 本実施の形態の画像座標系と平面座標系との
関係を説明する図。

【図１０】 撮像された第１の矩形平面画像。

【図１１】 撮像された第２の矩形平面画像。

【図１２】 撮像された画像面上の各座標系。

【図１３】 ２次元透視射影変換を説明する図

【図１４】 ３次元透視射影変換を説明する斜視図。

【図１５】 図１４における所定平面のＸ’−Ｚ’投影
平面上への正投影図。

【図１６】 図１４における所定平面のＹ’−Ｚ’投影
平面上への正投影図。

【符号の説明】

１ 撮像手段 ２ Ａ／Ｄ変換手段 ３ フレームメモリ ４ 制御手段 ５ 画像処理手段 ６Ａ 光ビーム照射手段 ６Ｂ 視準手段 ７ シャッターボタン ８ 光照射ボタン ９ 出力信号処理手段 ５１ 特徴点抽出手段 ５２ 位置演算処理手段 ５２１ 平面姿勢演算手段（第１演算手段） ５２２ 座標演算手段（第２演算手段） ５２３ 消失点処理手段（第３演算手段） ５２１１ 消失点算出手段 ５２１２ 消失直線算出手段 ５２１３ 消失特徴点算出手段 ５２１４ 画像座標系変換手段 ５２１５ 透視射影変換手段（第４演算手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B068 AA05 BB18 BC03 BD02 BD09 CC12 5B087 AA09 AB09 BC03 BC12 BC32 CC02 CC05 CC09 CC33 DD06 DE07 5L096 AA09 AA11 BA20 CA02 CA27 DA03 FA09 FA12 FA16 FA60 FA66 FA67 FA69 FA70 FA78 GA08 JA20

Claims (38)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の特徴点をもつ所定平面を撮像する
   撮像手段と、 前記撮像手段により得られた画像データから撮像面上の
   前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定手段と、 前記特徴点の座標位置に基づいて、第１データを演算す
   る第１演算手段と、 前記第１演算手段の結果と前記特徴点の座標位置とに基
   づいて、撮像面上の基準位置にて撮像された点での前記
   所定平面上の座標位置を第２データとして演算する第２
   演算手段と、 を備えたことを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 複数の特徴点をもつ所定平面上の被検出
   位置を検出する装置であって、 前記所定平面上の被検出位置が予め定められた撮像面上
   の基準位置に合っている状態で撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により得られた画像データから撮像面上の
   前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定手段と、 前記特徴点特定手段により特定された座標位置に基づい
   て、第１データを演算する第１演算手段と、 前記第１演算手段の結果と前記特徴点の座標位置とに基
   づいて、前記所定平面上の被検出位置の座標位置を第２
   データとして演算する第２演算手段と、 を備えたことを特徴とする位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１演算手段は、前記特徴点の座標
   位置に基づいて、第３データを演算する第３演算手段
   と、前記第３演算手段の結果と前記特徴点の座標位置と
   に基づいて前記第１データを演算する第４演算手段とを
   備えたことを特徴とする請求項１または２記載の位置検
   出装置。
4. 【請求項４】 前記第１データは、撮像面に対する所定
   平面の姿勢パラメータとすることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記第１演算手段は、撮像面に対する所
   定平面の姿勢を演算する平面姿勢演算手段であることを
   特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記第１演算手段は、前記透視射影演算
   手段であることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれ
   かに記載の位置検出装置。
7. 【請求項７】 前記第１データは、前記特徴点の座標位
   置から算出された消失点に基づいて演算することを特徴
   とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置検出装置。
8. 【請求項８】 前記第３演算手段は、前記特徴点特定手
   段により特定された座標位置に基づいて消失点を算出す
   る消失点算出手段と、前記消失点と前記撮像面上に予め
   定められた基準位置とを結ぶ消失直線を算出する消失直
   線算出手段と、前記消失直線と前記特徴点の相隣接する
   ２点間の直線との交点の座標位置を算出する消失特徴点
   算出手段とにより、前記第３データを消失特徴点として
   演算することを特徴とする請求項３記載の位置検出装
   置。
9. 【請求項９】 前記第３演算手段は、前記消失点のうち
   一方の消失点が画像座標系のＸ軸またはＹ軸のいずれか
   一方に一致するように撮像画像データを画像上の基準位
   置を中心に回転させる画像座標変換手段により、前記第
   ３データを撮像面に対する所定平面の姿勢パラメータと
   して演算することを特徴とする請求項３〜８のいずれか
   に記載の位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第４演算手段は、前記第１データ
    を撮像面に対する所定平面の姿勢パラメータとして演算
    する透視射影変換手段であることを特徴とする請求項
    ３、８，９のいずれかに記載の位置検出装置。
11. 【請求項１１】 前記被検出位置が予め定められた撮像
    面上の基準位置に合っている状態で撮像が行われるよう
    にするためのファインダーを備えたことを特徴とする請
    求項２記載の位置検出装置。
12. 【請求項１２】 前記被検出位置が予め定められた撮像
    面上の基準位置に合っている状態で撮像が行われるよう
    にするための前記所定平面上の被検出位置を輝点とする
    光ビームを照射する光ビーム照射手段を備えたことを特
    徴とする請求項２記載の位置検出装置。
13. 【請求項１３】 前記光ビーム照射手段の光軸は、撮像
    手段の光軸とほぼ一致していることを特徴とする請求項
    １２記載の位置検出装置。
14. 【請求項１４】 前記所定平面は平面に存在する表示画
    像であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに
    記載の位置検出装置。
15. 【請求項１５】 前記複数の特徴点は画像表示された点
    群であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに
    記載の位置検出装置。
16. 【請求項１６】 前記基準位置は前記撮像手段の光軸が
    撮像面を切る点であることを特徴とする請求項１〜１５
    のいずれかに記載の位置検出装置。
17. 【請求項１７】 複数の特徴点をもつ所定平面を撮像す
    る撮像ステップと、 前記撮像ステップにより得られた画像データから撮像面
    上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定ステッ
    プと、 前記特徴点特定ステップにより特定された座標位置に基
    づいて、第１データを演算する第１演算ステップと、 前記第１演算ステップの結果と前記特徴点の座標位置と
    に基づいて、撮像面上の所定位置にて撮像された点の前
    記所定平面上の座標位置を演算する第２演算ステップ
    と、 を含むことを特徴とする位置検出方法。
18. 【請求項１８】 複数の特徴点をもつ所定平面上の被検
    出位置を検出する方法であって、 前記所定平面上の被検出位置が予め定められた撮像面上
    の基準位置に合っている状態で撮像する撮像ステップ
    と、 前記撮像ステップにより得られた画像データから撮像面
    上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定ステッ
    プと、 前記特徴点特定ステップにより特定された座標位置に基
    づいて、第１データを演算する第１演算ステップと、 前記第１演算ステップの結果と前記特徴点の座標位置と
    に基づいて、前記所定平面上の被検出位置の座標位置を
    第２データとして演算する第２演算ステップと、 を含むことを特徴とする位置検出方法。
19. 【請求項１９】 前記第１演算ステップは、前記特徴点
    の座標位置に基づいて、第３データを演算する第３演算
    ステップと、前記第３演算ステップの結果と前記特徴点
    の座標位置とに基づいて前記第１データを演算する第４
    演算ステップとを含むことを特徴とする請求項１７また
    は１８記載の位置検出方法。
20. 【請求項２０】 前記第１データは、撮像面に対する所
    定平面の姿勢パラメータであることを特徴とする請求項
    １７〜１９のいずれか記載の位置検出方法。
21. 【請求項２１】 前記第１演算ステップは、撮像面に対
    する所定平面の姿勢を演算する平面姿勢演算ステップで
    あることを特徴とする請求項２０記載の位置検出方法。
22. 【請求項２２】 前記第１演算ステップは、透視射影変
    換ステップであることを特徴とする請求項１７〜２０記
    載のいずれかに記載の位置検出方法。
23. 【請求項２３】 前記第１データは、前記特徴点の座標
    位置から算出された消失点に基づいて演算することを特
    徴とする請求項１７〜２２のいずれかに記載の位置検出
    方法。
24. 【請求項２４】 前記第３演算ステップは、前記特徴点
    特定ステップにより特定された座標位置に基づいて消失
    点を算出する消失点算出ステップと、前記消失点と前記
    撮像面上に予め定められた基準位置とを結ぶ消失直線を
    算出する消失直線算出ステップと、前記消失直線と前記
    特徴点の相隣接する２点間の直線との交点の座標位置を
    算出する消失特徴点算出ステップとを含み、前記第３デ
    ータを消失特徴点として演算することを特徴とする請求
    項１９記載の位置検出方法。
25. 【請求項２５】 前記第３演算ステップは、前記消失点
    のうち一方の消失点が画像座標系のＸ軸またはＹ軸のい
    ずれか一方に一致するように撮像画像データを画像上の
    基準位置を中心に回転させる画像座標変換ステップを含
    み、前記第３データを撮像面に対する所定平面の姿勢パ
    ラメータとして演算することを特徴とする請求項１９〜
    ２４のいずれかに記載の位置検出方法。
26. 【請求項２６】前記第４演算ステップは、前記第１デー
    タを撮像面に対する所定平面の姿勢パラメータとして演
    算する透視射影変換ステップであることを特徴とする請
    求項１９、２４、２５のいずれかに記載の位置検出方
    法。
27. 【請求項２７】 前記基準位置は前記撮像手段の光軸が
    撮像面を切る点であることを特徴とする請求項１７〜２
    ６のいずれかに記載の位置検出方法。
28. 【請求項２８】 ３次元空間内の所定平面の姿勢を検出
    する姿勢検出装置であって、 前記所定平面上に存在する特徴点を含むように撮像する
    撮像手段と、 前記撮像手段により得られた画像データから撮像面上の
    前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定手段と、 前記特徴点の座標位置に基づいて消失点を算出処理する
    消失点処理手段と、前記消失点処理手段の結果と前記特
    徴点の座標位置とに基づいて撮像面に対する所定平面の
    姿勢パラメータを演算する透視射影変換手段とを備えた
    ことを特徴とする平面姿勢検出装置。
29. 【請求項２９】 前記消失点処理手段は、前記特徴点特
    定手段により特定された座標位置に基づいて消失点を算
    出する消失点算出手段と、前記消失点と前記撮像面上に
    予め定められた基準位置とを結ぶ消失直線を算出する消
    失直線算出手段と、前記消失直線と前記特徴点の相隣接
    する２点間の直線との交点の座標位置を算出する消失特
    徴点算出手段とを備えたことを特徴とする請求項２９記
    載の平面姿勢検出装置。
30. 【請求項３０】 前記消失点処理手段は、前記消失点の
    うち一つの消失点が画像座標系のＸ軸またはＹ軸のいず
    れか一方に一致するように撮像画像データを画像上の基
    準位置を中心に回転させる画像座標変換手段により、前
    記第３データを撮像面に対する所定平面の姿勢パラメー
    タとして演算することを特徴とする請求項２８または２
    ９記載の平面姿勢検出装置。
31. 【請求項３１】 前記所定平面は平面上に表示された画
    像であることを特徴とする請求項２８〜３０のいずれか
    に記載の平面姿勢検出装置。
32. 【請求項３２】 前記複数の特徴点は画像表示されたこ
    とを特徴とする請求項２８〜３１のいずれかに記載の平
    面姿勢検出装置。
33. 【請求項３３】 前記複数の特徴点は画像表示された点
    群であることを特徴とする請求項２８〜３２のいずれか
    に記載の平面姿勢検出装置。
34. 【請求項３４】 前記基準位置は前記撮像手段の光軸が
    撮像面を切る点であることを特徴とする請求項２９また
    は３０記載の平面姿勢検出装置。
35. 【請求項３５】 ３次元空間内の所定平面の姿勢を検出
    する姿勢検出方法であって、 前記所定平面上に存在する特徴点を含むように撮像する
    撮像ステップと、 前記撮像ステップにより得られた画像データから撮像面
    上の前記特徴点の座標位置を特定する特徴点特定ステッ
    プと、 前記特徴点の座標位置に基づいて、消失点を算出処理す
    る消失点処理ステップと、前記消失点処理ステップの結
    果と前記特徴点の座標位置とに基づいて撮像面に対する
    所定平面の姿勢パラメータを演算する透視射影変換ステ
    ップとを含むことを特徴とする平面姿勢検出方法。
36. 【請求項３６】 前記消失点処理ステップは、前記特徴
    点特定ステップにより特定された座標位置に基づいて消
    失点を算出する消失点算出ステップと、前記消失点と前
    記撮像面上に予め定められた基準位置とを結ぶ消失直線
    を算出する消失直線算出ステップと、前記消失直線と前
    記特徴点の相隣接する２点間の直線との交点の座標位置
    を算出する消失特徴点算出ステップとを含むことを特徴
    とする請求項３５記載の平面姿勢検出方法。
37. 【請求項３７】 前記消失点処理ステップは、前記消失
    点のうち１つの消失点が画像座標系のＸ軸またはＹ軸の
    いずれか一方に一致するように撮像画像データを画像上
    の基準位置を中心に回転させる画像座標変換ステップを
    含むことを特徴とする請求項３５または３６記載の平面
    姿勢検出方法。
38. 【請求項３８】 前記基準位置は前記撮像ステップの光
    軸が撮像面を切る点であることを特徴とする請求項３５
    または３７のいずれかに記載の平面姿勢検出方法。