位置計測システム
【課題】 計測ノイズを除去するとともに測定対象点をレスポンス良く追随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】 本位置計測システムは、同心円状干渉模様光５を投射するポインター３と、ポインター３から投射された干渉模様光を検出する検出装置１０，１１と、検出装置１０，１１から得られた信号に基づいてディスプレイ１００に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求めるコンピュータ１２とを備える。コンピュータ１２は、求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、第２の位置座標値に基づいて指示位置６を決定する。
【解決手段】 本位置計測システムは、同心円状干渉模様光５を投射するポインター３と、ポインター３から投射された干渉模様光を検出する検出装置１０，１１と、検出装置１０，１１から得られた信号に基づいてディスプレイ１００に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求めるコンピュータ１２とを備える。コンピュータ１２は、求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、第２の位置座標値に基づいて指示位置６を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置や方向を計測する際に問題となるノイズを除去して対象点の位置座標を求める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、位置計測システムは各種のものが提案されているが、例えば特許文献１に記載されているシステムは、同心円状の干渉模様光を投射する指示装置と、指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心位置座標を求める演算装置とを備え、この中心位置座標を対象点の位置座標として計測する。このシステムは例えばポインターや位置情報システムなどに利用することができる。具体的には、例えば、指示装置をポインターとして用いることでコンピュータへの入力インタフェースとして利用することができる。
【０００３】
この種の位置計測システムでは、位置や方向を計測する際に乗るノイズが問題となる。このため、測定値などにランダムに乗るノイズを除去し、真の値を算出する方法として、カルマンフィルターが良く利用される。しかし、カルマンフィルターを利用したノイズ除去において、変動の大きなノイズを除去するためには、観測値のノイズ分散を大きく設定する必要がある。しかし、そのように設定すると、測定値の俊敏な変化はノイズとして処理されるために、測定値が正しい値を示さないことがある。また、逆に観測値のノイズ分散を小さく設定すると真の値にノイズが混入しやすく、正常な値を示さないことがある。以下に例を挙げて示す。
【０００４】
例えば、人間が指示装置（ポインター）で指し示した位置を計測する位置計測システムでは、計測した指示位置（指示点）をパソコン（ＰＣ）ディスプレイ画面上にカーソルとして表示し、ポインターの移動に応じてカーソルを移動させることができる。しかし、その際にノイズ除去を強く行うとカーソルの移動速度が遅くて、なかなか指示点にカーソルが到達しなかったり、逆にノイズ除去を弱くすると、ポインターを静止させてもディスプレイ画面上のカーソルが静止せず、常に振動するなどの状況が発生することがある。
【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】
【０００５】
上述のように、従来、計測値に乗っているノイズを確実に除去し、ノイズに影響されない真値を算出するようにノイズフィルタをかけると、測定対象点の俊敏な動きをもノイズとして処理するために、測定対象点をレスポンス良く追随することができない。逆に測定対象点の俊敏な変化に対応できるようにノイズ除去フィルターをかけると、ノイズが計測値に残ってしまし、測定対象点が静止した場合にもノイズのために測定値が振動するという問題があった。
【０００６】
従って本発明の目的は、計測ノイズを除去するとともに測定対象点をレスポンス良く追随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】
【０００７】
上記目的は、対象点の位置座標を計測する位置計測システムであって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を得る第１のノイズ除去手段と、前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を得る第２のノイズ除去手段とを有し、前記第２のノイズ除去手段で用いるノイズ除去パラメータが前記第１の位置座標値に基づいて決定される位置計測システムにより、達成される。
【０００８】
ここで、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることが好ましい。前記第１のノイズ除去手段および前記第２のノイズ除去手段は共にカルマンフィルターを用いることができ、この場合、前記ノイズ除去パラメータはシステム雑音と観測雑音である。好適には、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記システム雑音は小さくかつ前記観測雑音は大きく設定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記システム雑音は大きくかつ前記観測雑音は小さく設定する。
【０００９】
前記対象点の位置は、指示装置によって指し示される指示位置とすることができる。前記指示装置の指示位置は、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得る。前記ノイズ除去パラメータは、前記指示装置の振動に伴う前記カーソルの振動を抑制するように設定されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る位置計測システムは、同心円状干渉模様光を投射する指示装置と、前記指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、前記検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求める演算装置とを備え、前記演算装置は、前記求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記指示装置の指示位置を決定する。
【００１１】
ここで、前記第１の位置座標値および第２の位置座標値の算出は共にカルマンフィルターを用いることができ、この場合、前記第２のノイズ除去手段のノイズ除去パラメータはシステム雑音と観測雑音である。前記指示装置の指示位置は、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得る。前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記カーソルを固定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記カーソルを前記第２の位置座標値に移動する。
【００１２】
さらに、本発明に係る位置計測方法は、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記対象点の位置座標を決定するものである。ここで、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、計測ノイズを除去するとともに測定対象点をレスポンス良く追随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。本発明では、操作者の意図に応じて、フィルタリングのパラメータが設定されるので、測定対象点の俊敏な動きに追随できると同時に、測定対象点が静止している場合にはノイズ除去をしっかりと行い、真値を静止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る位置計測システムの実施の形態を図面に沿って説明する。
図１は、対象点の位置座標を計測する位置計測システムの一例を示す図である。本システムでは、指示装置によって指し示される指示点の位置座標が求められる。本システムは、図示のように、同心円状の干渉模様光５を投射する指示装置としてのポインター３と、ポインター３から投射された干渉模様光５を検出するＣＣＤなどのイメージセンサを有する検出装置１０，１１と、検出装置１０，１１から得られた信号に基づいてディスプレイ１００に投射された干渉模様光５の中心（指示位置）６の位置座標を求める演算装置としてのパソコン（ＰＣ）等のコンピュータ１２とを備える。ポインター３は、その構成例については後述するが、半導体レーザ２、コリメータレンズ１ｃ、および干渉レンズ１−３を備える。コンピュータ１２は、検出装置１０，１１およびディスプレイ１００に接続されている。このコンピュータ１２で検出装置１０，１１からの検出信号を処理することにより、ポインター３の指示位置６を、ディスプレイ１００の画面上にカーソルとして表示し、またポインター３の移動に応じてカーソルを移動させることができる。
【００１５】
本システムでは、コンピュータ１２は、単にポインター３の指示位置６を求めるのではなく、求めた指示位置６の位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、この第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて上記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、この第２の位置座標値に基づいてポインターの指示位置を決定する。すなわち、カルマンフィルターを用いる場合、先ず計測値に１回目のカルマンフィルターをかけてノイズを除去し真値（第１の位置座標値）を出す。この真値から測定対象点の真の変動を推測し、次に実施するカルマンフィルターのパラメータ値を設定しノイズ除去を行って、第２の位置座標値を得る。これにより、ポインター３を人間が操作するときに生ずる手ぶれなどの身体的振動に伴って発生する指示位置６の振動を抑制することができるとともに、測定対象点の俊敏な動きに対して追随することができる。これについては後で詳述する。
【００１６】
図２（ａ）はポインターの構成例を示す図であり、（ｂ）は干渉レンズの一例を示す図である。ポインターは、図２（ａ）に示すように、光源として８５０ｎｍ波長の光を出射する半導体レーザ２と、その光を平行光にするコリメータレンズ１ｃと、この平行光を同心円状の干渉模様光５として照射する干渉レンズ１−３とを備える。干渉レンズ１−３は、例えば光軸に窪みのある光軸対象のリング形状レンズを用いる。図２（ｂ）において、レンズ１−３はレンズの断面図を示し、レンズ１−３ｕはレンズを光源方向から見た正面図を示すものである。ここで、レンズ外径は３ｍｍとした。光軸上の平面におけるレンズの入射面はｘ＝０．５＊（ｙ−１．５）１．５（単位はｍｍ）の非球面で構成されている。ここで、ｘは光軸で光の進行方向を正とし、ｙは光軸に垂直な半径方向の軸である。レンズ１−３の光出射面は平面とした。レンズ素材の屈折率は１．５１とした。
【００１７】
図２（ａ）において、半導体レーザ２から放射された光はコリメータレンズ１ｃを介して干渉レンズ１−３に入射する。光軸より上側を通過した光はディスプレイ１００に光線軌跡２−３−１を経由して照射される。同様に、光軸より下側を通過した光はディスプレイ１００に光線軌跡２−３−２を経由して照射される。ディスプレイ１００上の同一点（干渉点）５に到達した光は、同一光源より発せられたレーザ光であるので干渉する。このように、一つの光源から放出されたレーザ光は光軸上平面において仮想的に２点の光源２−１、２−２から放出されたレーザ光であるように、ディスプレイに投影される。本実施例では、点光源の光をコリメータレンズを用いて平行光とし、これを上記レンズに入射させているが、平行光は、無限遠の光源と考えることができ、この無限遠の光源を上記レンズにより、仮想的に２点の光源としている。
【００１８】
干渉レンズ１−３の光軸の延長線上にある同心円干渉模様の中心点が指示点（指示位置）となる。ディスプレイ１００の角に図１に示すように検出装置１０，１１を設置し、同心円干渉模様５の一部を検出する。検出装置には８５０ｎｍより長波長の光のみを通過させる赤外線フィルターを取り付けてもよい。これにより、室内灯などのノイズとなる光を遮断することができる。検出装置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。この円弧の画像をコンピュータ１２により、画像処理し、同心円干渉模様５の中心位置を算出することができる。
【００１９】
図３は、この円弧から同心円中心を求める方法を示す。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等分線の交点が円の中心５−０となる。この円の中心がポインター３の指示点（指示位置）となる。円弧の任意の３点は、検出装置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。
【００２０】
上記のように、ディスプレイ１００に検出装置１０，１１を取り付けて、同心円干渉模様を検出し、コンピュータ１２でポインター３が指し示した位置を算出し、この位置にカーソルを移動させる信号をコンピュータ１２からディスプレイ１００に送信することで、ポインター３をコンピュータへの入力インタフェースとしてカーソル表示に利用することができる。上記の実施例では、検出装置は２個設けているが、１個または３個以上設けてもよい。
【００２１】
本システムでは、ポインターの指示位置の位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、この第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて上記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、この第２の位置座標値に基づいてポインターの指示位置を決定する。以下、人間が手にポインターを持ち、そのポインターでコンピュータと接続されたディスプレイ装置またはプロジェクターで投影されたディスプレイ画面を指し示しながら、プレゼンテーションを行う場合を考える。その指示点に表示されるカーソルは、ポインターの移動に応じて移動する。このとき生ずる手ぶれなどの身体的振動に伴って発生するポインターの指示位置の振動は以下のような方法により抑制される。
【００２２】
（実施例１）
図４は、本発明に係る位置計測システムにおけるノイズ除去のアルゴリズムの一実施例を示すフローチャートである。本例では、ノイズ除去にカルマンフィルターを用いる。図４において、まずステップ４１にて、ポインターの指示位置Ｘ１を計測する。ポインターの指示位置Ｘ１は、例えば図３の説明で述べたように、ポインターからディスプレイに照射された同心円干渉模様の円弧から求められる同心円の中心位置座標である。このポインターの指示位置はディスプレイ画面上の座標（ｘ，ｙ）で表される。ステップ４２にて、この指示位置Ｘ１が初回の計測かどうかを判断する。初回の場合は、Ｘ０＝Ｘ１としてステップ４５に移行し、初回でない場合は、Ｘ０＝Ｘ３としてステップ４５に移行する。ここで、Ｘ０は比較対象値、Ｘ３は前回の算出値である。
【００２３】
次に、ステップ４５（第１のノイズ除去手段）にて、Ｘ０（初回の場合はＸ１、初回でない場合はＸ３）を第１のカルマンフィルターに通してノイズ除去し真の位置（真値）Ｘ２（第１の位置座標値）を算出する。カルマンフィルターの状態ベクトルＸｋは以下の式で表される。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、ｘ（ｋ），ｙ（ｋ）は時刻ｋにおける指示点の位置座標、Ｖｘ（ｋ），Ｖｙ（ｋ）は時刻ｋにおける指点の移動速度である。カルマンフィルターの基本モデルは一般的な以下のモデルとした。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、Ｆは状態遷移行列、Ｇは駆動行列、Ｈは観測行列である。Ｗｋはシステム雑音、Ｖｋは観測雑音であり、それらの共分散行列は以下で表される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
σｗとσｖは分散値で、Ｉ２×２は２×２の単位行列を意味する。
カルマンフィルターによるノイズ除去は状態ベクトルＸｋの算出により行われる。その計算は以下の漸化式を順次実施ことにより得られる。
【００３０】
【数４】
【００３１】
このようにして、第１のノイズ除去手段では、状態ベクトルＸｋ｜ｋを求め、各計測時刻ｋにおいて計測された指示位置Ｘ０から第１のノイズを先ず除去する。これを指示位置の真値Ｘ２（第１の位置座標値）とする。続いて、ステップ４６にて、Ｘ２をＸ０（初回の場合はＸ１、初回でない場合はＸ３）と比較して変化量、この場合は、カーソル移動距離Ｌを算出する。その移動距離Ｌは、
Ｌ＝｜Ｘ２−Ｘ０｜ （１１）
で表わされる。ここで記号｜｜は絶対値を表す。
【００３２】
この移動距離Ｌに応じて、カルマンフィルターのシステム雑音と観測雑音のノイズ分散値σｗとσｖを決定する。すなわち、この移動距離Ｌ（変化量）が基準値より小さい場合には、人間は特定の箇所を指し示しており、カーソルを固定することが望ましい。逆に、移動距離Ｌ（変化量）が基準値より大きい場合には、人間は他の場所を指し示すためにポインターをダイナミックに移動させているので、カーソルもそれに俊敏に追随して移動することが望ましい。そこで、ステップ４７にて、移動距離Ｌの関数として、カルマンフィルターのノイズ分散値σｗとσｖを次のようにして決定する。
σｗ＝Ｌ＊Ａ （１２）
σｖ＝Ｂ／Ｌ （１３）
ここでＡ，Ｂは定数である。式（５）、（１２）、（１３）から分かるように、Ｘ２とＸ０との差（移動距離）Ｌが基準値よりも小さい場合には、システム雑音は小さくかつ観測雑音は大きく設定され、Ｘ２とＸ０との差（移動距離）Ｌが基準値よりも大きい場合には、システム雑音は大きくかつ観測雑音は小さく設定される。ここで、Ｌが基準値より大きいか、小さいかにより処理方法を変化させているが、この基準値は、例えばポインタで指し示した位置にカーソル振動が停止している、あるいは人間が目で見て違和感が無い程度の小さい振動であるところにおくことができるが、これに限定されるものではなく、自由に設定することができる。また、システム雑音および観測雑音の大きい又は小さいの設定も上記と同様に、人間が見てカーソル振動が違和感ないことを基準として、これを実現できるような「大きさ」あるいは「小ささ」のパラメータ設定を行う。
【００３３】
そして、ステップ４８（第２のノイズ除去手段）にて、このノイズ分散値σｗとσｖをノイズ除去パラメータとして用いて、再びカルマンフィルターを掛けて状態ベクトルＸｋ｜ｋを算出する。すなわち、Ｘ２（第１の位置座標値）を第２のカルマンフィルターに通してＸ３を算出する。ステップ４９にて、この値Ｘ３（第２の位置座標値）はメモリーに格納されるとともに、ステップ４４にて、次のＸ０＝Ｘ３として次回のノイズ除去処理に利用される。また、ステップ５０にて、この値Ｘ３にカーソルが移動される。ステップ５１では、以上の処理を終了するかどうかが判断され、終了する場合以外はステップ４１に戻り、上記処理を繰り返す。以上の手法により、人間がポインターで特定場所を指し示している場合にはカーソルは手ぶれ振動せずに止まり、ポインターを移動させている場合にはカーソルがそれに俊敏に追随することが可能となる。
【００３４】
人間が手でポインターを持った場合、往々にして手が震え、その結果ディスプレイ画面上に表示されるカーソルが振動することがおこるので、本システムでは指示位置の真値から人間の意図を汲み取りカーソルの振動を抑制することにした。ポインターを利用したプレゼンテーションではある特定の位置を指し示す場合には、手が振動してもその移動距離は一定の範囲に入っていることが多い。一方、他の場所を示す場合には、その指示位置の移動距離は大きくなるので、これと手ぶれによる振動とは識別できる。
【００３５】
（実施例２）
本実施例は、ノイズ除去の第１のフィルターとして、過去の測定値を指数関数的に減衰させるものを用いる。第２のフィルターとしては、実施例１と同様にカルマンフィルターを用いる。いま、測定を開始してからｎ回目に計測されたカーソル座標を（ｘｎ，ｙｎ）とする。減衰係数をａとし、ノイズを除去した値を（ｘ，ｙ）とし、（ｘ，ｙ）を以下のように算出する。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ここで、下添え字の１，２，３などはｉ番目のフレーム数を表す。例えば、減衰係数ａ＝５と設定すると、ｎ＝１００番目フレームでは（ｘ，ｙ）は次のようになる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
この計算のアルゴリズムはシンプルで、各フレームｉ毎に
【００４０】
【数７】
【００４１】
を繰り返すだけで、上記の等比級数が得られる。このようなノイズ除去手段を用いて、測定値を算出する。この値と前回の測定値との差（移動距離）Ｌを式（１１）にもとづいて算出する。この後、上記実施例１と同様にカルマンフィルターを利用して、カーソル移動の速度を式（１２）、式（１３）のように設定する。これにより、実施例１と同様に、操作者の意図を汲んだようなカーソル移動をすることができる。
【００４２】
（実施例３）
本実施例は、式（１１）に示すカルマンフィルターのシステム雑音σｖと観測雑音σｗを測定位置の関数とするものである。本実施例では、第１のカルマンフィルターを、ノイズ分散値σｖ＝１、σｗ＝１００、とし、先ずノイズを除去する。次に、式（１１）からカーソルの移動距離Ｌを算出する。そして、その移動距離Ｌに対して、第２のカルマンフィルターを、ノイズ分散値σｖ０＝１０−６、σｗ０＝１０６として、
σｖ０＝σｖ０＊Ｌ （２０）
σｗ０＝σｗ０／Ｌ （２１）
という関数を作用させる。この結果を図５に示す。
【００４３】
図５は、入力信号、第１のカルマンフィルターを通したもの、および第２のカルマンフィルターを通したものについて、カーソル位置座標の各画像毎の変化をそれぞれ示すグラフである。グラフ横軸は画像のフレーム番号（時刻）を示し、グラフ縦軸は画像上でのカーソル位置座標（ｘ、ｙ）のｙ座標を示す。ここで、入力信号は同心円干渉模様から求められた同心円の中心位置座標（ノイズ除去前のカーソル位置座標）である。図示のとおり、入力信号は破線で示すようにノイズが大きく上下振動が激しいが、これを第１のカルマンフィルターに通すと細実線で示すようにノイズが一定量除去されて上下振動が緩和され、さらにこれを第２のカルマンフィルターに通すと太実線で示すようにノイズがより良好に除去されて上下振動が収まることが分かる。
【００４４】
以上の実施例は、例えばコンピュータプログラムを用いて実行することができる。本発明によれば、操作者の意図に応じて、フィルタリングのパラメータが設定されるので、測定対象点の俊敏な動きに追随できると同時に、測定対象点が静止している場合にはノイズ除去をしっかりと行い、真値を静止させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、位置や方向を計測する際に問題となるノイズを除去して対象点の位置座標を求める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】
【００４６】
【図１】対象点の位置座標を計測する位置計測システムの一例を示す図である。
【図２】（ａ）はポインターの構成例を示す図であり、（ｂ）は干渉レンズの一例を示す図である。
【図３】円弧から同心円中心を求める方法を示す図である。
【図４】本発明に係る位置計測システムにおけるノイズ除去のアルゴリズムの一実施例を示すフローチャートである。
【図５】入力信号、第１のカルマンフィルターを通したもの、および第２のカルマンフィルターを通したものについて、カーソル位置座標の時刻変化をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ｃ コリメータレンズ
１−３ 干渉レンズ
２ 半導体レーザ
３ ポインター
５ 同心円状干渉模様項
６ 指示位置
１０，１１ 検出装置
１２ コンピュータ
１００ ディスプレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置や方向を計測する際に問題となるノイズを除去して対象点の位置座標を求める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、位置計測システムは各種のものが提案されているが、例えば特許文献１に記載されているシステムは、同心円状の干渉模様光を投射する指示装置と、指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心位置座標を求める演算装置とを備え、この中心位置座標を対象点の位置座標として計測する。このシステムは例えばポインターや位置情報システムなどに利用することができる。具体的には、例えば、指示装置をポインターとして用いることでコンピュータへの入力インタフェースとして利用することができる。
【０００３】
この種の位置計測システムでは、位置や方向を計測する際に乗るノイズが問題となる。このため、測定値などにランダムに乗るノイズを除去し、真の値を算出する方法として、カルマンフィルターが良く利用される。しかし、カルマンフィルターを利用したノイズ除去において、変動の大きなノイズを除去するためには、観測値のノイズ分散を大きく設定する必要がある。しかし、そのように設定すると、測定値の俊敏な変化はノイズとして処理されるために、測定値が正しい値を示さないことがある。また、逆に観測値のノイズ分散を小さく設定すると真の値にノイズが混入しやすく、正常な値を示さないことがある。以下に例を挙げて示す。
【０００４】
例えば、人間が指示装置（ポインター）で指し示した位置を計測する位置計測システムでは、計測した指示位置（指示点）をパソコン（ＰＣ）ディスプレイ画面上にカーソルとして表示し、ポインターの移動に応じてカーソルを移動させることができる。しかし、その際にノイズ除去を強く行うとカーソルの移動速度が遅くて、なかなか指示点にカーソルが到達しなかったり、逆にノイズ除去を弱くすると、ポインターを静止させてもディスプレイ画面上のカーソルが静止せず、常に振動するなどの状況が発生することがある。
【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】
【０００５】
上述のように、従来、計測値に乗っているノイズを確実に除去し、ノイズに影響されない真値を算出するようにノイズフィルタをかけると、測定対象点の俊敏な動きをもノイズとして処理するために、測定対象点をレスポンス良く追随することができない。逆に測定対象点の俊敏な変化に対応できるようにノイズ除去フィルターをかけると、ノイズが計測値に残ってしまし、測定対象点が静止した場合にもノイズのために測定値が振動するという問題があった。
【０００６】
従って本発明の目的は、計測ノイズを除去するとともに測定対象点をレスポンス良く追随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】
【０００７】
上記目的は、対象点の位置座標を計測する位置計測システムであって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を得る第１のノイズ除去手段と、前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を得る第２のノイズ除去手段とを有し、前記第２のノイズ除去手段で用いるノイズ除去パラメータが前記第１の位置座標値に基づいて決定される位置計測システムにより、達成される。
【０００８】
ここで、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることが好ましい。前記第１のノイズ除去手段および前記第２のノイズ除去手段は共にカルマンフィルターを用いることができ、この場合、前記ノイズ除去パラメータはシステム雑音と観測雑音である。好適には、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記システム雑音は小さくかつ前記観測雑音は大きく設定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記システム雑音は大きくかつ前記観測雑音は小さく設定する。
【０００９】
前記対象点の位置は、指示装置によって指し示される指示位置とすることができる。前記指示装置の指示位置は、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得る。前記ノイズ除去パラメータは、前記指示装置の振動に伴う前記カーソルの振動を抑制するように設定されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る位置計測システムは、同心円状干渉模様光を投射する指示装置と、前記指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、前記検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求める演算装置とを備え、前記演算装置は、前記求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記指示装置の指示位置を決定する。
【００１１】
ここで、前記第１の位置座標値および第２の位置座標値の算出は共にカルマンフィルターを用いることができ、この場合、前記第２のノイズ除去手段のノイズ除去パラメータはシステム雑音と観測雑音である。前記指示装置の指示位置は、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得る。前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記カーソルを固定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記カーソルを前記第２の位置座標値に移動する。
【００１２】
さらに、本発明に係る位置計測方法は、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記対象点の位置座標を決定するものである。ここで、前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、計測ノイズを除去するとともに測定対象点をレスポンス良く追随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。本発明では、操作者の意図に応じて、フィルタリングのパラメータが設定されるので、測定対象点の俊敏な動きに追随できると同時に、測定対象点が静止している場合にはノイズ除去をしっかりと行い、真値を静止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る位置計測システムの実施の形態を図面に沿って説明する。
図１は、対象点の位置座標を計測する位置計測システムの一例を示す図である。本システムでは、指示装置によって指し示される指示点の位置座標が求められる。本システムは、図示のように、同心円状の干渉模様光５を投射する指示装置としてのポインター３と、ポインター３から投射された干渉模様光５を検出するＣＣＤなどのイメージセンサを有する検出装置１０，１１と、検出装置１０，１１から得られた信号に基づいてディスプレイ１００に投射された干渉模様光５の中心（指示位置）６の位置座標を求める演算装置としてのパソコン（ＰＣ）等のコンピュータ１２とを備える。ポインター３は、その構成例については後述するが、半導体レーザ２、コリメータレンズ１ｃ、および干渉レンズ１−３を備える。コンピュータ１２は、検出装置１０，１１およびディスプレイ１００に接続されている。このコンピュータ１２で検出装置１０，１１からの検出信号を処理することにより、ポインター３の指示位置６を、ディスプレイ１００の画面上にカーソルとして表示し、またポインター３の移動に応じてカーソルを移動させることができる。
【００１５】
本システムでは、コンピュータ１２は、単にポインター３の指示位置６を求めるのではなく、求めた指示位置６の位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、この第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて上記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、この第２の位置座標値に基づいてポインターの指示位置を決定する。すなわち、カルマンフィルターを用いる場合、先ず計測値に１回目のカルマンフィルターをかけてノイズを除去し真値（第１の位置座標値）を出す。この真値から測定対象点の真の変動を推測し、次に実施するカルマンフィルターのパラメータ値を設定しノイズ除去を行って、第２の位置座標値を得る。これにより、ポインター３を人間が操作するときに生ずる手ぶれなどの身体的振動に伴って発生する指示位置６の振動を抑制することができるとともに、測定対象点の俊敏な動きに対して追随することができる。これについては後で詳述する。
【００１６】
図２（ａ）はポインターの構成例を示す図であり、（ｂ）は干渉レンズの一例を示す図である。ポインターは、図２（ａ）に示すように、光源として８５０ｎｍ波長の光を出射する半導体レーザ２と、その光を平行光にするコリメータレンズ１ｃと、この平行光を同心円状の干渉模様光５として照射する干渉レンズ１−３とを備える。干渉レンズ１−３は、例えば光軸に窪みのある光軸対象のリング形状レンズを用いる。図２（ｂ）において、レンズ１−３はレンズの断面図を示し、レンズ１−３ｕはレンズを光源方向から見た正面図を示すものである。ここで、レンズ外径は３ｍｍとした。光軸上の平面におけるレンズの入射面はｘ＝０．５＊（ｙ−１．５）１．５（単位はｍｍ）の非球面で構成されている。ここで、ｘは光軸で光の進行方向を正とし、ｙは光軸に垂直な半径方向の軸である。レンズ１−３の光出射面は平面とした。レンズ素材の屈折率は１．５１とした。
【００１７】
図２（ａ）において、半導体レーザ２から放射された光はコリメータレンズ１ｃを介して干渉レンズ１−３に入射する。光軸より上側を通過した光はディスプレイ１００に光線軌跡２−３−１を経由して照射される。同様に、光軸より下側を通過した光はディスプレイ１００に光線軌跡２−３−２を経由して照射される。ディスプレイ１００上の同一点（干渉点）５に到達した光は、同一光源より発せられたレーザ光であるので干渉する。このように、一つの光源から放出されたレーザ光は光軸上平面において仮想的に２点の光源２−１、２−２から放出されたレーザ光であるように、ディスプレイに投影される。本実施例では、点光源の光をコリメータレンズを用いて平行光とし、これを上記レンズに入射させているが、平行光は、無限遠の光源と考えることができ、この無限遠の光源を上記レンズにより、仮想的に２点の光源としている。
【００１８】
干渉レンズ１−３の光軸の延長線上にある同心円干渉模様の中心点が指示点（指示位置）となる。ディスプレイ１００の角に図１に示すように検出装置１０，１１を設置し、同心円干渉模様５の一部を検出する。検出装置には８５０ｎｍより長波長の光のみを通過させる赤外線フィルターを取り付けてもよい。これにより、室内灯などのノイズとなる光を遮断することができる。検出装置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。この円弧の画像をコンピュータ１２により、画像処理し、同心円干渉模様５の中心位置を算出することができる。
【００１９】
図３は、この円弧から同心円中心を求める方法を示す。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等分線の交点が円の中心５−０となる。この円の中心がポインター３の指示点（指示位置）となる。円弧の任意の３点は、検出装置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。
【００２０】
上記のように、ディスプレイ１００に検出装置１０，１１を取り付けて、同心円干渉模様を検出し、コンピュータ１２でポインター３が指し示した位置を算出し、この位置にカーソルを移動させる信号をコンピュータ１２からディスプレイ１００に送信することで、ポインター３をコンピュータへの入力インタフェースとしてカーソル表示に利用することができる。上記の実施例では、検出装置は２個設けているが、１個または３個以上設けてもよい。
【００２１】
本システムでは、ポインターの指示位置の位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、この第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて上記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、この第２の位置座標値に基づいてポインターの指示位置を決定する。以下、人間が手にポインターを持ち、そのポインターでコンピュータと接続されたディスプレイ装置またはプロジェクターで投影されたディスプレイ画面を指し示しながら、プレゼンテーションを行う場合を考える。その指示点に表示されるカーソルは、ポインターの移動に応じて移動する。このとき生ずる手ぶれなどの身体的振動に伴って発生するポインターの指示位置の振動は以下のような方法により抑制される。
【００２２】
（実施例１）
図４は、本発明に係る位置計測システムにおけるノイズ除去のアルゴリズムの一実施例を示すフローチャートである。本例では、ノイズ除去にカルマンフィルターを用いる。図４において、まずステップ４１にて、ポインターの指示位置Ｘ１を計測する。ポインターの指示位置Ｘ１は、例えば図３の説明で述べたように、ポインターからディスプレイに照射された同心円干渉模様の円弧から求められる同心円の中心位置座標である。このポインターの指示位置はディスプレイ画面上の座標（ｘ，ｙ）で表される。ステップ４２にて、この指示位置Ｘ１が初回の計測かどうかを判断する。初回の場合は、Ｘ０＝Ｘ１としてステップ４５に移行し、初回でない場合は、Ｘ０＝Ｘ３としてステップ４５に移行する。ここで、Ｘ０は比較対象値、Ｘ３は前回の算出値である。
【００２３】
次に、ステップ４５（第１のノイズ除去手段）にて、Ｘ０（初回の場合はＸ１、初回でない場合はＸ３）を第１のカルマンフィルターに通してノイズ除去し真の位置（真値）Ｘ２（第１の位置座標値）を算出する。カルマンフィルターの状態ベクトルＸｋは以下の式で表される。
【００２４】
【数１】
【００２５】
ここで、ｘ（ｋ），ｙ（ｋ）は時刻ｋにおける指示点の位置座標、Ｖｘ（ｋ），Ｖｙ（ｋ）は時刻ｋにおける指点の移動速度である。カルマンフィルターの基本モデルは一般的な以下のモデルとした。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、Ｆは状態遷移行列、Ｇは駆動行列、Ｈは観測行列である。Ｗｋはシステム雑音、Ｖｋは観測雑音であり、それらの共分散行列は以下で表される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
σｗとσｖは分散値で、Ｉ２×２は２×２の単位行列を意味する。
カルマンフィルターによるノイズ除去は状態ベクトルＸｋの算出により行われる。その計算は以下の漸化式を順次実施ことにより得られる。
【００３０】
【数４】
【００３１】
このようにして、第１のノイズ除去手段では、状態ベクトルＸｋ｜ｋを求め、各計測時刻ｋにおいて計測された指示位置Ｘ０から第１のノイズを先ず除去する。これを指示位置の真値Ｘ２（第１の位置座標値）とする。続いて、ステップ４６にて、Ｘ２をＸ０（初回の場合はＸ１、初回でない場合はＸ３）と比較して変化量、この場合は、カーソル移動距離Ｌを算出する。その移動距離Ｌは、
Ｌ＝｜Ｘ２−Ｘ０｜ （１１）
で表わされる。ここで記号｜｜は絶対値を表す。
【００３２】
この移動距離Ｌに応じて、カルマンフィルターのシステム雑音と観測雑音のノイズ分散値σｗとσｖを決定する。すなわち、この移動距離Ｌ（変化量）が基準値より小さい場合には、人間は特定の箇所を指し示しており、カーソルを固定することが望ましい。逆に、移動距離Ｌ（変化量）が基準値より大きい場合には、人間は他の場所を指し示すためにポインターをダイナミックに移動させているので、カーソルもそれに俊敏に追随して移動することが望ましい。そこで、ステップ４７にて、移動距離Ｌの関数として、カルマンフィルターのノイズ分散値σｗとσｖを次のようにして決定する。
σｗ＝Ｌ＊Ａ （１２）
σｖ＝Ｂ／Ｌ （１３）
ここでＡ，Ｂは定数である。式（５）、（１２）、（１３）から分かるように、Ｘ２とＸ０との差（移動距離）Ｌが基準値よりも小さい場合には、システム雑音は小さくかつ観測雑音は大きく設定され、Ｘ２とＸ０との差（移動距離）Ｌが基準値よりも大きい場合には、システム雑音は大きくかつ観測雑音は小さく設定される。ここで、Ｌが基準値より大きいか、小さいかにより処理方法を変化させているが、この基準値は、例えばポインタで指し示した位置にカーソル振動が停止している、あるいは人間が目で見て違和感が無い程度の小さい振動であるところにおくことができるが、これに限定されるものではなく、自由に設定することができる。また、システム雑音および観測雑音の大きい又は小さいの設定も上記と同様に、人間が見てカーソル振動が違和感ないことを基準として、これを実現できるような「大きさ」あるいは「小ささ」のパラメータ設定を行う。
【００３３】
そして、ステップ４８（第２のノイズ除去手段）にて、このノイズ分散値σｗとσｖをノイズ除去パラメータとして用いて、再びカルマンフィルターを掛けて状態ベクトルＸｋ｜ｋを算出する。すなわち、Ｘ２（第１の位置座標値）を第２のカルマンフィルターに通してＸ３を算出する。ステップ４９にて、この値Ｘ３（第２の位置座標値）はメモリーに格納されるとともに、ステップ４４にて、次のＸ０＝Ｘ３として次回のノイズ除去処理に利用される。また、ステップ５０にて、この値Ｘ３にカーソルが移動される。ステップ５１では、以上の処理を終了するかどうかが判断され、終了する場合以外はステップ４１に戻り、上記処理を繰り返す。以上の手法により、人間がポインターで特定場所を指し示している場合にはカーソルは手ぶれ振動せずに止まり、ポインターを移動させている場合にはカーソルがそれに俊敏に追随することが可能となる。
【００３４】
人間が手でポインターを持った場合、往々にして手が震え、その結果ディスプレイ画面上に表示されるカーソルが振動することがおこるので、本システムでは指示位置の真値から人間の意図を汲み取りカーソルの振動を抑制することにした。ポインターを利用したプレゼンテーションではある特定の位置を指し示す場合には、手が振動してもその移動距離は一定の範囲に入っていることが多い。一方、他の場所を示す場合には、その指示位置の移動距離は大きくなるので、これと手ぶれによる振動とは識別できる。
【００３５】
（実施例２）
本実施例は、ノイズ除去の第１のフィルターとして、過去の測定値を指数関数的に減衰させるものを用いる。第２のフィルターとしては、実施例１と同様にカルマンフィルターを用いる。いま、測定を開始してからｎ回目に計測されたカーソル座標を（ｘｎ，ｙｎ）とする。減衰係数をａとし、ノイズを除去した値を（ｘ，ｙ）とし、（ｘ，ｙ）を以下のように算出する。
【００３６】
【数５】
【００３７】
ここで、下添え字の１，２，３などはｉ番目のフレーム数を表す。例えば、減衰係数ａ＝５と設定すると、ｎ＝１００番目フレームでは（ｘ，ｙ）は次のようになる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
この計算のアルゴリズムはシンプルで、各フレームｉ毎に
【００４０】
【数７】
【００４１】
を繰り返すだけで、上記の等比級数が得られる。このようなノイズ除去手段を用いて、測定値を算出する。この値と前回の測定値との差（移動距離）Ｌを式（１１）にもとづいて算出する。この後、上記実施例１と同様にカルマンフィルターを利用して、カーソル移動の速度を式（１２）、式（１３）のように設定する。これにより、実施例１と同様に、操作者の意図を汲んだようなカーソル移動をすることができる。
【００４２】
（実施例３）
本実施例は、式（１１）に示すカルマンフィルターのシステム雑音σｖと観測雑音σｗを測定位置の関数とするものである。本実施例では、第１のカルマンフィルターを、ノイズ分散値σｖ＝１、σｗ＝１００、とし、先ずノイズを除去する。次に、式（１１）からカーソルの移動距離Ｌを算出する。そして、その移動距離Ｌに対して、第２のカルマンフィルターを、ノイズ分散値σｖ０＝１０−６、σｗ０＝１０６として、
σｖ０＝σｖ０＊Ｌ （２０）
σｗ０＝σｗ０／Ｌ （２１）
という関数を作用させる。この結果を図５に示す。
【００４３】
図５は、入力信号、第１のカルマンフィルターを通したもの、および第２のカルマンフィルターを通したものについて、カーソル位置座標の各画像毎の変化をそれぞれ示すグラフである。グラフ横軸は画像のフレーム番号（時刻）を示し、グラフ縦軸は画像上でのカーソル位置座標（ｘ、ｙ）のｙ座標を示す。ここで、入力信号は同心円干渉模様から求められた同心円の中心位置座標（ノイズ除去前のカーソル位置座標）である。図示のとおり、入力信号は破線で示すようにノイズが大きく上下振動が激しいが、これを第１のカルマンフィルターに通すと細実線で示すようにノイズが一定量除去されて上下振動が緩和され、さらにこれを第２のカルマンフィルターに通すと太実線で示すようにノイズがより良好に除去されて上下振動が収まることが分かる。
【００４４】
以上の実施例は、例えばコンピュータプログラムを用いて実行することができる。本発明によれば、操作者の意図に応じて、フィルタリングのパラメータが設定されるので、測定対象点の俊敏な動きに追随できると同時に、測定対象点が静止している場合にはノイズ除去をしっかりと行い、真値を静止させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、位置や方向を計測する際に問題となるノイズを除去して対象点の位置座標を求める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】
【００４６】
【図１】対象点の位置座標を計測する位置計測システムの一例を示す図である。
【図２】（ａ）はポインターの構成例を示す図であり、（ｂ）は干渉レンズの一例を示す図である。
【図３】円弧から同心円中心を求める方法を示す図である。
【図４】本発明に係る位置計測システムにおけるノイズ除去のアルゴリズムの一実施例を示すフローチャートである。
【図５】入力信号、第１のカルマンフィルターを通したもの、および第２のカルマンフィルターを通したものについて、カーソル位置座標の時刻変化をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ｃ コリメータレンズ
１−３ 干渉レンズ
２ 半導体レーザ
３ ポインター
５ 同心円状干渉模様項
６ 指示位置
１０，１１ 検出装置
１２ コンピュータ
１００ ディスプレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象点の位置座標を計測する位置計測システムであって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を得る第１のノイズ除去手段と、前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を得る第２のノイズ除去手段とを有し、前記第２のノイズ除去手段で用いるノイズ除去パラメータが前記第１の位置座標値に基づいて決定されることを特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記第１のノイズ除去手段および前記第２のノイズ除去手段が共にカルマンフィルターであり、前記ノイズ除去パラメータがシステム雑音と観測雑音であることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記システム雑音は小さくかつ前記観測雑音は大きく設定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記システム雑音は大きくかつ前記観測雑音は小さく設定することを特徴とする請求項３に記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記対象点の位置が、指示装置によって指し示される指示位置であ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】
前記指示装置の指示位置が、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得ることを特徴とする請求項５に記載の位置計測システム。
【請求項７】
前記ノイズ除去パラメータが、前記指示装置の振動に伴う前記カーソルの振動を抑制するように設定されることを特徴とする請求項６に記載の位置計測システム。
【請求項８】
同心円状干渉模様光を投射する指示装置と、前記指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、前記検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求める演算装置とを備えた位置計測システムであって、前記演算装置は、前記求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記指示装置の指示位置を決定することを特徴とする位置計測システム。
【請求項９】
前記第１の位置座標値および第２の位置座標値の算出が共にカルマンフィルターを用いて行われ、前記第２のノイズ除去手段のノイズ除去パラメータがシステム雑音と観測雑音であることを特徴とする請求項８に記載の位置計測システム。
【請求項１０】
前記指示装置の指示位置が、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得ることを特徴とする請求項８または９に記載の位置計測システム。
【請求項１１】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記カーソルを固定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記カーソルを前記第２の位置座標値に移動することを特徴とする請求項１０に記載の位置計測システム。
【請求項１２】
対象点の位置座標を計測する位置計測方法であって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記対象点の位置座標を決定することを特徴とする位置計測方法。
【請求項１３】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることを特徴とする請求項１２に記載の位置計測方法。
【請求項１】
対象点の位置座標を計測する位置計測システムであって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を得る第１のノイズ除去手段と、前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を得る第２のノイズ除去手段とを有し、前記第２のノイズ除去手段で用いるノイズ除去パラメータが前記第１の位置座標値に基づいて決定されることを特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記第１のノイズ除去手段および前記第２のノイズ除去手段が共にカルマンフィルターであり、前記ノイズ除去パラメータがシステム雑音と観測雑音であることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記システム雑音は小さくかつ前記観測雑音は大きく設定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記システム雑音は大きくかつ前記観測雑音は小さく設定することを特徴とする請求項３に記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記対象点の位置が、指示装置によって指し示される指示位置であ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】
前記指示装置の指示位置が、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得ることを特徴とする請求項５に記載の位置計測システム。
【請求項７】
前記ノイズ除去パラメータが、前記指示装置の振動に伴う前記カーソルの振動を抑制するように設定されることを特徴とする請求項６に記載の位置計測システム。
【請求項８】
同心円状干渉模様光を投射する指示装置と、前記指示装置から投射された干渉模様光を検出する検出装置と、前記検出装置から得られた信号に基づいて対象物に投射された干渉模様光の中心の位置座標を求める演算装置とを備えた位置計測システムであって、前記演算装置は、前記求めた位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記指示装置の指示位置を決定することを特徴とする位置計測システム。
【請求項９】
前記第１の位置座標値および第２の位置座標値の算出が共にカルマンフィルターを用いて行われ、前記第２のノイズ除去手段のノイズ除去パラメータがシステム雑音と観測雑音であることを特徴とする請求項８に記載の位置計測システム。
【請求項１０】
前記指示装置の指示位置が、コンピュータに接続されたディスプレイ画面上にカーソルとして表示され得ることを特徴とする請求項８または９に記載の位置計測システム。
【請求項１１】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記カーソルを固定し、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記カーソルを前記第２の位置座標値に移動することを特徴とする請求項１０に記載の位置計測システム。
【請求項１２】
対象点の位置座標を計測する位置計測方法であって、前記計測された位置座標からノイズを除去して第１の位置座標値を算出し、前記第１の位置座標値に基づいて決定されるノイズ除去パラメータを用いて前記第１の位置座標値から再度ノイズを除去して第２の位置座標値を算出し、前記第２の位置座標値に基づいて前記対象点の位置座標を決定することを特徴とする位置計測方法。
【請求項１３】
前記第１の位置座標値を前回の第１の位置座標値と比較して得られる変化量が基準値より小さい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を広くするように設定され、前記変化量が基準値より大きい場合には、前記ノイズ除去パラメータはノイズとして除去する変動範囲を狭くするように設定されることを特徴とする請求項１２に記載の位置計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１６３２５１（Ｐ２００７−１６３２５１Ａ）
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５８６８７（Ｐ２００５−３５８６８７）
【出願日】平成１７年１２月１３日（２００５．１２．１３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１３日（２００５．１２．１３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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