画像入力装置
【課題】 被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供する。
【解決手段】 撮像領域へ所定パタン（投光パタン２２）の光を照射する投光部１０と、投光パタン２２の光が照射された被写体２１を撮像する撮像部１１と、投光部１０と撮像部１１とを支持する支持部２０と、外部に設けられたＰＣ等の計算機とデータを送受信するためのＩ／Ｆ部２４と、を有し、投光部１０から撮像領域３２内へ照射した投光パターン２２を撮像し、撮像画像を時系列に従って比較することで、撮像領域３２内の変化を検出する。
【解決手段】 撮像領域へ所定パタン（投光パタン２２）の光を照射する投光部１０と、投光パタン２２の光が照射された被写体２１を撮像する撮像部１１と、投光部１０と撮像部１１とを支持する支持部２０と、外部に設けられたＰＣ等の計算機とデータを送受信するためのＩ／Ｆ部２４と、を有し、投光部１０から撮像領域３２内へ照射した投光パターン２２を撮像し、撮像画像を時系列に従って比較することで、撮像領域３２内の変化を検出する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像入力装置に関し、特に、被写体を自動的に撮像する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】紙面等に描かれた画像を電子データ化し、有効に活用するための技術として、例えば特開平９−１０２０１３号公報が開示するところの、ビデオカメラを用いて時系列に沿って撮影された画像データの画素値を監視することにより、ユーザが筆記した筆跡情報を検出して、文字・図形認識を行う技術が存在する（以下、従来技術１という）。
【０００３】この従来技術１が開示するところの技術は、撮像時に既に対象物がビデオカメラに対して設置されており、これに筆記された情報を記録するためのものである。
【０００４】また、近年、雑誌や新聞等を電子画像データとして取り込み、これを用いてプレゼンテーション用の資料を作成することや、インターネット等を介するｗｅｂページ等に掲載する機会が多くなってきている。
【０００５】例えば、日本電気株式会社（商標登録）から提供された「アクティブカメラを用いた文書画像の高精細入力と認識応用」（信学技法ＰＲＭＵ９９−７６， １９９９−０９）では、ビデオカメラを被写体の上方に設置し、ユーザが手指で指し示した被写体の一部分だけを高解像度の画像データとして撮影する技術が開示されている（以下、従来技術２という）。より詳細には、撮影画像を２値化して手指が指し示した場所を検出するものである。
【０００６】また、以上のような技術において、原稿画像を上方から撮影する撮像装置が用いられている場合、被写体の形状を保持するために使用する手指が撮像エリアに入ってしまい、正確に被写体を撮影できないという不具合が存在するが、特開平６−１０５０９１号公報では、手指の位置を撮影画像の輝度ヒストグラムより検出し、手指部分の画像を消去することで、このような不具合を解決する技術が開示されている（以下、従来技術３という）。
【０００７】また、特開平６−１０２９９３号公報では、ビデオカメラを被写体の上方に設置し、時系列に沿って撮影した被写体画像同士の差分処理を行うことにより被写体の動きを検出する技術が開示されている（以下、従来技術４という）。
【０００８】更に、特開平９−３０７７１２号公報や特開平１０−３０４１３０号公報では、複数の測距センサにより測定された被写体との距離の変化から原稿のページがめくられた方向を判定し、このページめくり方向から読み取るべき画像の並び順を判定して、この並び順に基づいて読み取った画像の出力制御を行う技術が開示されている（以下、従来技術５という）。
【０００９】更にまた、特開平１０−２６７８３２号公報では、２台のカメラを用いて３次元形状を計測することにより被写体の３次元形状を認識して、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）に任意の作業を命令する技術が開示されている（以下、従来技術６という）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば従来技術２が開示するところの技術では、被写体の所定の領域を自動的に記録するためのトリガに、撮影した被写体画像の輝度値の変化を用いているため、撮影範囲にユーザの影が誤って映り込むことにより不要に記録が開始されてしまうという問題が存在する。
【００１１】また、従来技術３及び従来技術４が開示するところの技術においても同様に、撮影した被写体画像の輝度値の変化をトリガとして被写体の記録を開始するため、外部の照明条件等の変化によって誤って記録が開示されてしまうという問題が存在する。
【００１２】更に、従来技術５が開示するところの技術は、本等のページめくりに限定した技術であり、撮影範囲内に被写体が進入したことを自動的に検出して撮影を開始する構成となっていない。また、ページめくりの検出には撮像部から被写体までの距離を計測した結果を利用しているため、安価な計算装置であると距離計測を行うのに時間がかかり、リアルタイムに検出することが困難であるという不具合が存在する。
【００１３】また、従来技術６が開示することころの技術では、２台以上のカメラを使用して３次元形状を計測し、ユーザの命令を認識するものであるため、３次元形状の計測に要する計算処理内容が多く、安価な計算装置であるとリアルタイムに３次元形状を計測できないという問題が存在する。
【００１４】本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するために、請求項１記載の発明は、撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段が、所定期間毎に前記撮像領域内の前記パタンを取得し、該パタンの第１の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴としている。
【００１６】これにより、請求項１記載の発明では、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することが可能となる。
【００１７】即ち、時系列毎に撮影されたパタンの変化量を検出して撮影準備を開始するよう構成することで、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域内に被写体が入ってくることを検出することが可能となり、被写体の検出がリアルタイムに行うことができる画像入力装置を安価に実現することができる。
【００１８】更に請求項１記載の発明では、画像入力装置自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００１９】また、請求項２記載の発明は、撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、前記撮像領域内の３次元形状を計測する３次元形状計測手段と、該３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状に基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段が、前記３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状の第２の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴としている。
【００２０】これにより、請求項２記載の発明では、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を安価に提供することが可能となる。
【００２１】即ち、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００２２】更に、請求項３記載の発明は、前記被写体検出手段が、前記第１又は第２の変化を数値化し、数値化した値が第１のしきい値よりも大きい場合、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴としている。
【００２３】これにより、請求項３記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２４】更に、請求項４記載の発明は、前記撮像領域を移動させる領域移動手段を有し、前記第１のしきい値が、前記領域移動手段により移動した前記撮像領域の位置に基づいて変化することを特徴としている。
【００２５】これにより、請求項４記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２６】更に請求項４記載の発明では、撮像領域を移動させることで、被写体の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。
【００２７】更に、請求項５記載の発明は、前記被写体検出手段が、前記撮像領域における前記第１又は第２の変化が含まれる領域が所定の面積以上である場合、該撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴としている。
【００２８】これにより、請求項５記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２９】更に、請求項６記載の発明は、前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第３の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第４の変化を数値化した値が、第２のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第３又は第４の変化が、前記第１又は第２の変化を判定するにあたり使用したパタン又は３次元形状に対する変化であり、前記撮像手段が、前記検出手段により前記第３又は第４の変化を数値化した値が前記第２のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴としている。
【００３０】これにより、請求項６記載の発明では、撮像準備を開始した後に投光したパタンが基準となる位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【００３１】更に、請求項７記載の発明は、前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第５の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第６の変化を数値化した値が、第３のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第５又は第６の変化が、前記前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後の前記撮像領域内の変化であり、前記撮像手段が、前記検出手段により前記第５又は第６の変化を数値化した値が前記第３のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴としている。
【００３２】これにより、請求項７記載の発明では、撮像準備を開始した後に投光したパタンの位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機することにより、厚みがある被写体に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】〔本発明の特徴〕本発明を説明するにあたり、本発明の特徴について先に述べる。
【００３４】本発明は、撮像領域内に設置された被写体への書込内容を自動的に検出し、これを電子化するものである。これを実現するために本発明は、撮像領域に所定パタンの光を投影し、これを撮像する。また、撮像したパタンを時系列に沿って比較することで、撮像した画像中に生じた変化量を算出する。これにより本発明では、撮像領域内に被写体となる物体が設置されたか否かを判別することができ、自動的に撮像を開始することが可能となる。
【００３５】また、撮像領域内へ投影する所定パタンの光は、画像入力装置又は撮像装置内に設けた光源から照射する。これにより本発明では、外部の照明条件等に影響されずに、自動的且つリアルタイムに被写体の有無を検出することが可能となる。
【００３６】更に本発明では、撮像領域内に被写体が設置されたか否かを判定する際のデータの処理量を比較的少なくする。これにより本発明では、処理能力が比較的低い安価なコンピュータを用いても、リアルタイムな動作を実現することができる。
【００３７】以下、本発明を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明では、本発明を画像入力装置に適用した場合について例示するが、これを撮像装置としても同様に実施することができるものである。
【００３８】〔第１の実施例〕まず、本発明を好適に実施した形態について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
【００３９】・画像入力装置１００の構成図１は、本実施例による画像入力装置１００の外観を示す俯瞰図である。図１を参照すると、画像入力装置１００は、撮像領域へ所定パタン（投光パタン２２）の光を照射する投光部１０と、投光パタン２２の光が照射された被写体２１を撮像する撮像部１１と、以下で説明する実施例により提供される撮像モードを切り替えるための撮影モード切替スイッチ１５と、被写体２１の有無を検知する方法を切り替えるための検出方法切替スイッチ１６と、投光パタン２２における色指定を切り替えるための色指定切替スイッチ１７と、投光部１０及び撮像部１１の方向や位置を移動させる移動部２３と、投光部１０と撮像部１１と移動部２３とを支持する支持部２０と、外部に設けられたＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報処理機器とデータを送受信するためのＩ／Ｆ部２４と、を有して構成される。
【００４０】また、画像入力装置１００は、撮像モード切替スイッチ１５と検出方法切替スイッチ１６と色指定切替スイッチ１７とが表示画面つきのタッチパネルなどで構成されており、所望の撮像モード、検出方法、３次元形状の計測に使用する投光パタン２２の色等を設定できるように構成されている。
【００４１】また、画像入力装置１００と外部のＰＣ等とは、取得した画像データの送受信やその他、コマンド等のデータの送受信をＩ／Ｆ２４を介して行う。
【００４２】図２に画像入力装置１００における撮像部１１の構成を説明するためのブロック図を示す。図２を参照すると、撮像部１１は、レンズ１と絞り機構２と撮像素子３とＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）４とＡ／Ｄ変換器５とＴＧ（タイミングジェネレータ）６とＩＰＰ（画像前処理回路）７とメモリ８とＭＰＵ９とを有して構成される。
【００４３】この構成において、被写体２１の画像はレンズ１及び絞り機構２を介して撮像素子３上に形成される。撮像素子３からの画像信号はＣＤＳ４でサンプリングされ、その後、Ａ／Ｄ変換器５においてデジタル信号化される。また、この処理におけるタイミングはＴＧ６において生成される。
【００４４】Ａ／Ｄ変換器５から出力された画像信号はＩＰＰ７へ入力され、ＩＰＰ７においてアパーチャ補正等の画像処理、圧縮処理等が行われた後、メモリ８に保存される。
【００４５】また、上記構成において各ブロック（ユニットともいう）の動作は、ＭＰＵ９により制御される。更に、ＭＰＵ９は投光部１０も制御する。従って、投光部１０はＭＰＵ９により制御されたタイミングで光を出力する。
【００４６】また、投光部１０には投光パタンフィルタ１２が設けられており、被写体２１に照射する光が特定のパタン（投光パタン２２）となるように整形される。但し、本実施例における投光パタン２２としては、図５に示すような縞模様の形状であっても、他の形状であってもよい。
【００４７】・画像入力装置１００の動作次に、本実施例による画像入力装置１００の動作について図面を用いて詳細に説明する。
【００４８】図３は図１における被写体２１が撮像領域３２に入ったことを検出して、画像入力装置１００が自動的に撮像動作を実行する際の動作を示すフローチャートである。
【００４９】本実施例において、ユーザが被写体２１を画像入力装置１００の撮像領域３２に設置する際には、図４に示すように、被写体２１を移動させるために必要となる手段、例えば手指や棒等、被写体２１と異なる３次元形状を有する物体が画像入力装置１００の撮像領域３２内に進入する。尚、以下の説明では被写体２１の挿入時にユーザの手指３１が進入する場合を例示する。
【００５０】従って、画像入力装置１００は、投光部１０により投光されている投光パタン２２の位置変化により手指３１が撮像領域３２への進入したことを検出し、これに基づいて、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたことを判定する。
【００５１】図４に示す動作ではまず、投光部１０から光が出力され、これが投光パタンフィルタ１２を介して撮像領域３２に照射される（ステップＳ１０１）。次に、画像入力装置１００は撮像部１１で撮像領域３２内の画像（撮像画像又は画像信号ともいう）を取得することでステップＳ１０１で投光した投光パタン２２を撮像し（ステップＳ１０２）、撮像画像におけるパタン（撮像パタン）のそれぞれの光の点（光が照射されている点：以下、光点という）の位置を検出する（ステップＳ１０３）。
【００５２】その後、画像入力装置１００は、検出した撮像パタンの光点の位置が前回撮像した画像における各光点の位置（これを基準位置とする）からはずれているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。但し、第１回目は、判定処理が省略されるか、又は、予め登録されている位置との比較が行われるよう構成するとよい。
【００５３】また、ステップＳ１０４における処理を、検出された撮像パタンに基づいて撮像画像における３次元形状を算出してから被写体の有無を判定するように構成した場合、必要となる処理量が増加するため、本実施例ではステップＳ１０４において３次元形状の算出を行うことなく、簡易に被写体の有無を判定できるように構成する。この説明は、後述において図５を用いて詳細に説明する。
【００５４】尚、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの動作は、ステップＳ１０４において光点が基準位置から離れていると判定されるまで所定周期毎に実行される（ステップＳ１０４のＮｏ）。
【００５５】これに対し、ステップＳ１０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体が設置されたと判定した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始し、準備完了後、所定の時間が経過した後に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像する（ステップＳ１０５）。ここで、撮像準備の一例としては、被写体２１のエッジ情報からカメラの焦点を調整することや、外光から露出補正を行うこと等が挙げられる。これにより、瞬時に被写体２１を撮影できる状態としておくことができる。
【００５６】その後、画像入力装置１００は、ステップＳ１０５で取得した画像信号に対してＣＤＳ４，Ａ／Ｄ変換器５，ＩＰＰ７により所定の処理を施し、画像データとしてメモリ８に保存する（ステップＳ１０６）。但し、ステップＳ１０６では、画像データをメモリ８に保存するのでなく、Ｉ／Ｆ部２４を介して接続されたＰＣ等の外部機器へ送信するよう構成してもよい。
【００５７】このようにステップＳ１０６において撮像した画像を保存した後、画像入力装置１００は、ステップＳ１０１へ帰還し、上記の動作を繰り返す。
【００５８】次に、図５を用いて図４におけるステップＳ１０４の判定処理の例を説明する。尚、図５に示す方法では、撮像画像に基づいて３次元形状の算出を行うことなく、前回の撮像画像（今回実行したステップＳ１０１〜１０４より前であって、最後に実行されたステップＳ１０１〜ステップＳ１０４により取得された画像）との差分処理を行うことで、被写体２１が撮像範囲３２に設置されたことを検出する。
【００５９】図５（ａ）は、本判定処理に撮像画像の差分処理を適用した場合の例である。但し、図５（ａ）は撮像範囲３２内に被写体２１が設置されていない場合を示すものである。
【００６０】この際の差分処理は以下の（式１）で示されるものとなる。
Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ−Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１＞０ …（式１）
（式１）において、Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔは時刻ｔに撮像された画像（これを前回の分とする：画像１）における各点（ｘ，ｙ）の画素値を示し（ｘは任意の画素のｘ方向の位置，ｙは任意の画素のｙ方向の位置）、Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１は時刻ｔ＋１に撮像された画像（これを今回の分とする：画像２）における対応する各点（ｘ，ｙ）の画素値を示す。
【００６１】この計算によれば、図５（ａ）に示す例では、前回の画素値と今回の画素値とに差分が生じていないため、（式１）の差分処理の結果による結果画像において撮像パタンの撮像画像が検出されない。
【００６２】これに対し、前回の撮像画像（画像１）と今回の撮像画像（画像２）とに差分が存在する場合の例を図５（ｂ）を用いて説明する。
【００６３】図５（ｂ）を参照すると、画像２における撮像パタンと画像１における撮像パタンとに差分が生じている。このため、（式１）に示す差分処理を行った結果として得られる結果画像には、画像１における画像２と異なる部分が残る。但し、本実施例では、（式１）に示す差分処理において負の値を破棄するものとする。このため、画像２における画素値は破棄されて結果画像に含まれない。
【００６４】このように画像１と画像２との間に差分が生じ、結果画像に撮像パタンの一部又は全部が残った場合、画像入力装置１００は、撮像領域３２に手指３１が進入し、被写体２１が設置された（ステップＳ１０４のＹｅｓ）と判定する。
【００６５】上記図５（ａ），（ｂ）で示した差分処理を適用する利点としては、投光パタン２２が照射されている部分である基準位置の画像情報だけで、撮像範囲３２内に被写体２１が設置されたか否かを判定することが可能なため、被写体２１の検出処理に要するデータ量が比較的少量で済む点である。
【００６６】また、（式１）で示した差分処理において、項を入れ換えることも可能である。これを以下（式２）に示す。
Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１−Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＞０ …（式２）
このように、差分処理を画像２から画像１を引算するよう構成することで、図５（ｃ）に示すように、差分処理後に残る撮像パタンの各光点の位置から３次元形状の変化量を推測することが可能となる。
【００６７】次に、排他的論理和を適用した場合の例を図５（ｄ）に示す。図５（ｄ）に示す例では、時系列に沿って撮像した画像を２値化処理した後に、（式３）に示す排他的論理和の式の左辺を実行する。
【００６８】
【数１】
この演算の結果、（式３）を満足する場合、画像入力装置１００はステップＳ１０４において、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたと判定する。この排他的論理和を適用した場合でも、演算後に残る撮像パタンの各光点の位置から３次元形状の変化量を推測することが可能となる。
【００６９】このように本実施例では、時系列に沿って撮影された投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するように構成されているため、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域３２内に被写体２１が入ってくたことを検出することが可能となり、検出に要する処理量を大幅に削減することが可能となる。これにより、被写体２１の検出をリアルタイムに行える画像入力装置を安価に実現することができる。
【００７０】更に本実施例によれば、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体２１へ投光し、撮像領域３２内の投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するように構成されているため、外部の照明条件に影響されることなく、的確且つ自動的に被写体２１を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００７１】〔第２の実施例〕また、第１の実施例では、図３のステップＳ１０４において、撮像画像に対して差分処理又は排他的論理和を行うことで被写体２１の検出を行う構成していたが、これを３次元形状を算出して被写体２１の検出を行うように構成することも可能である。以下、このように構成した場合を第２の実施例として説明する。尚、このように３次元形状を算出し、これを時系列に沿って比較するように構成した場合、より正確に被写体２１の設置の有無を判定することが可能となる。
【００７２】以下に、３次元形状の変化を検出する方法の例を示す。撮像領域３２に手指３１等の物体が進入すると、図６（ａ），（ｂ）に示すように撮像画像における各点の高さが基準位置（前回の撮像画像（＝撮像画像１）における位置）と異なるものとなる。そこで、本実施例では、以下の（式４）を実行することにより、今回の撮像画像（＝撮像画像２）における各点の高さの変化を検出し、被写体２１が設置されたことを検出する。
｜Ｚｔ＋１（ｘ，ｙ）−Ｚｔ（ｘ，ｙ）｜＞０ …（式４）
但し、（式４）において、Ｚｔ＋１（ｘ，ｙ）は時刻ｔ＋１における画像上の各点（ｘ，ｙ）の高さを表し、Ｚｔ（ｘ，ｙ）は時刻ｔにおける画像上の対応する各点（ｘ，ｙ）の高さを表す。
【００７３】ここで、本実施例では、第１の実施例と同様に、投光パタン２２が縞模様の形状である場合を例に挙げる。従って、撮像領域３２に被写体２１や手指３１等の物体が存在しない場合、撮像画像は図７（ｂ）における撮像画像１に示すように縞模様の形状となる。そこで、図６（ｂ）に示すように撮像領域３２に被写体２１や手指３１等の物体を進入させると、撮像画像は図７（ｂ）における撮像画像２に示すように、縞模様の形状に歪み等の変化が生じ、前回の撮像画像１のパタン形状と異なるものとなる。
【００７４】この際の３次元形状の算出方法を図７（ａ）を用いて説明する。図７（ａ）において、投光部１０から出力された光は、図示しない投光パタンフィルタ１２を介して撮像領域３２内の物体３３に照射される。このように光が照射されることで照らされた物体３３上の点は、レンズ１や絞り機構２等の光学系を介して撮像素子３に結像される。
【００７５】この際、撮像部１１の光学中心を原点３４とする座標系を定義し、物体３３上の任意の点（ｘ，ｙ）が結像される撮像素子３上の対応する点を（ｕ，ｖ）とすると、物体３３の奥行きは、以下の（式５）で表すことができる。
【００７６】
【数２】
但し、（式５）においてｚは物体３３の奥行きであり、また、θ１は投光パタン２２を照射した角度であるため、既知な値である。また、θ２は以下の（式６）より求まる角度である。尚、（式６）においてｆは撮像部１１におけるレンズ１の焦点距離である。
【００７７】
【数３】
以上の（式５）及び（式６）よりｚが求まると、物体３３上の点（ｘ，ｙ）は、次の（式７）及び（式８）により求まる。
【００７８】
【数４】
【００７９】
【数５】
以上の計算を、撮像画像における全ての点に対して実行することで、撮像領域３２内の３次元形状が求められる。また、このような計算より求められた撮像画像１及び２、双方の３次元形状を比較することで、撮像領域３２内に被写体２１や手指３１等の物体３３が進入したか否かを正確に判定することが可能となる。
【００８０】これにより本実施例では、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体２１へ投光し、撮像領域３２内の投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するため、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体２１を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【００８１】〔第３の実施例〕また、上記第１の実施例では、画像ノイズや撮像装置の振動又は撮像装置を置く台の振動によって、時系列毎のパタン光の差分値に差が出てしまい、誤り検出をする可能性がある。このような誤り検出を防止するように構成した場合を第３の実施例として以下に説明する。
【００８２】本実施例では、第１の実施例で例示した図３R>３のステップＳ１０４において第１の所定の閾値を設け、差分処理又は排他的論理和により求められた変化量がこの第１の所定の閾値を越えたときのみ被写体２１が設置されたと判定するよう構成する。これにより本実施例では、ノイズ等による誤認識を防止し、より正確に撮像領域３２における被写体２１の有無を判定することが可能となる。
【００８３】ここで、図８を用いて本実施例による動作原理を説明する。図８（ａ）は、図３のステップＳ１０４で算出された変化量（各点の基準位置からの距離）を時系列に従ってグラフ化した図である。但し、縦軸の変化量は、各点の基準位置からの距離の平均値であっても積算値であっても、また、結果画像に含まれる画素値の合計値であってもよく、本発明において撮像画像の変化量を数値化した値であれば、その主旨を逸脱しない限り如何なるものを適用することが可能なものである。尚、本実施例では、縦軸の変化量を撮像パタンにおける任意の点の基準位置からの距離とした場合について説明する。
【００８４】図８（ａ）を参照すると、本実施例において第１の所定の閾値は図中破線で示される値に設定されている。また、本実施例では、変化量が第１の所定の閾値をアップエッジでクロスした場合に、図３のステップＳ１０４において被写体２１が設置されたと判定されて、撮像準備が開始される。これに対し、図８（ａ）中、第１の所定の閾値をクロスしない変化量、即ち、ノイズとみなせる程度の変化量に対しては、本実施例では撮像動作が開始されない。
【００８５】ここで、本実施例による第１の所定の閾値について図８（ｂ）を用いてより詳細に説明する。尚、説明の都合上、図８（ｂ）では、撮影画像１と撮影画像２との排他的論理和により変化量を算出する場合について例を挙げる。
【００８６】本実施例では、撮影画像１と撮影画像２との差分画像における対応する点間の距離を変化量（図８（ａ）における縦軸に対応）とし、この変化量に対して第１の所定の閾値を設定する。第１の所定の閾値の具体例としては例えば１０ピクセルとし、対応する点の何れかが１０ピクセル以上離れている場合にトリガがかかり、撮影準備が開始される。但し、第１の所定の閾値は、１０ピクセルに限定されず、ノイズを除去でき且つ撮影領域３２内に被写体２１や手指３１が進入されたことを検出できる程度の値に設定される。尚、これは実験結果に基づいて経験的に得られた値とすると良い。
【００８７】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【００８８】〔第４の実施例〕また、第４の実施例において、一定時間以上、撮像画像に変化が含まれない際に投光部１０及び撮像部１１を回転させて、広範囲を対象として撮像を行うよう構成した場合について説明する。即ち、第１の実施例では、撮像時に投光部１０と撮像部１１とが固定（但し、人為的には可動）されていたが、本実施例では、所定時間、変化が生じない場合に自動的に広範囲を検索するよう投光部１０と撮像部１１とが回転する。
【００８９】図９は、本実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動する様子を説明するための図である。図９に示すように、本実施例では投光部１０と撮像部１１とが移動部２３により揺動することで、広範囲を検索対象としている。
【００９０】本実施例による移動部２３は、支持部２０によって支持されている投光部１０及び撮像部１１を上下、左右、斜め方向に揺動し、投光軸や撮影光軸を移動させる首振り機構となっている。このように、本実施例では、撮像部１１が移動することにより撮像範囲を広げることが可能である。
【００９１】但し、上記のような移動部２３を使用して撮像部１１を移動させた場合、投光軸の傾きと撮像部１１における原点から底面（被写体２１の置き台）までの距離が変化する。これにより、本実施例では投光パタン２２が投光される位置が図１０（ａ）から（ｂ）に示すように変化する。
【００９２】従って本実施例では、撮像部１１を移動させた量に依存して、差分処理又は排他的論理和により得られた結果画像に対する基準位置又は閾値を変化させる。
【００９３】ここで、基準位置を変化させる場合では、以下に示す（式９）により、撮像画像における各点の座標を変換する。但し、（式９）は移動部２３により撮像光軸をθ傾けた場合の変換式である。
【００９４】
【数６】
（式９）において、θは上述のように移動部２３の回転角度である。また、（ｘ，ｚ）は変換前の光点の座標であり、（ｘ’，ｚ’）は変換後の光点の座標である。更に、Ｌは移動部２３の回転中心３５から撮像部１１内部における焦点までの距離である。
【００９５】また、本実施例における回転中心３５と撮像部１１と投光部１０と被写体２１の置き台との関係を図１１に示す。図１１において、Ｘは移動部２３が回転する以前の座標系での横方向の軸を示し、Ｚは同じく移動部２３が回転する以前の座標系での高さ方向の軸を示す。また、Ｘ’は移動部２３が回転した後の座標系での横方向の軸を示し、Ｚ’は移動部２３が回転した後の座標系での高さ方向の軸を示す。
【００９６】従って、上記の（式９）は回転前の座標系での点の位置を回転後の座標系での位置に変換するための式である。この式により、本実施例では前回の撮像画像における各点を回転後の座標系へ変換して、図３におけるステップＳ１０４の処理を実行する。
【００９７】次に、本実施例による画像入力装置１００の動作を図１２のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００９８】図１２を参照すると、本実施例においてステップＳ２０１からステップＳ２０４は、第１の実施例において図３を用いて説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９９】また、本実施例では、ステップＳ２０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体２１が設置されていないと判定された場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、画像入力装置１００は、移動部２３を稼働して、投光部１０と撮像部１１とを回転し、投光パタン２２が照射される領域及び撮像領域３２を図１０に示すように移動する（ステップＳ２０７）。その後、画像入力装置１００は、ステップＳ２０１へ帰還し、以降の動作を実行する。
【０１００】但し、本実施例において、ステップＳ２０４の判定後にステップＳ２０７を実行する条件を、予め設定しておいた所定期間、被写体２１の設置が検出されなかった場合のみとすることも可能である。このように構成する場合、ステップＳ２０４とステップＳ２０７との間に、被写体２１の設置が検出されない期間が所定期間継続したか否かを判定するステップを新たに設ける。
【０１０１】また、ステップＳ２０４の判定の結果、被写体２１が検出された場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００はステップＳ２０５以降を実行し、ステップＳ２０１へ帰還する。この際の動作の詳細は、第１の実施例で説明した図３のステップＳ１０５以降と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】また、本実施例でもステップＳ２０４の検出において第３の実施例と同様な第１の所定の閾値を設定し、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できるように構成しても良い。
【０１０３】このように本実施例によれば、移動部２３の首振り機構により撮像部１１が回転することで、被写体２１の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１０４】〔第５の実施例〕また、上記第１から第４の実施例では撮像画像における比較的微小な一部分だけに変化が含まれた場合でも撮像を開始するよう構成されていた。しかしながら、このように、任意の点同士の差分値又は点同士の差分値の合計値を用いて判定すると、画像ノイズによってある任意の点だけが大きく異なった場合等に誤り検出をしてしまう可能性が存在する。そこで以下の第５の実施例では、画像上でパタン光が変化する面積を算出し、その面積が広ければ撮影を開始し、面積が小さければ無視して撮影を開始させないように構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１０５】これを実現するためには、第１の実施例における図３のステップＳ１０４において、図１３に示すように、所定の大きさであるフィルタ（以下、領域フィルタという）３６を用い、この領域フィルタ３６に納まる範囲以上に変化が生じた場合のみ、撮像動作を開始するよう構成する。尚、この領域フィルタ３６の大きさとしては、例えば撮影画像面積の１／９とするが、これに限定されず、ノイズ等を除去できる大きさで且つ被写体２１や手指３１の撮像面積以下であれば如何様にも変形して良い。
【０１０６】従って本実施例では、第１の実施例における図３のステップＳ１０４において、結果画像に現れたパタンの領域が領域フィルタ３６の範囲内に納まるか否かを判定し、納まらない場合のみ、撮像動作を開始するよう構成される。
【０１０７】これにより本実施例によれば、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１０８】〔第６の実施例〕また、一般的に、画像入力装置１００を設置する環境によって、被写体２１が撮像範囲３２内に進入してくる方向や、撮像範囲３２内における書き込み等がなされる場所に偏りが生じる。
【０１０９】これを図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示す例では、例えば撮像領域３２における図中左下側から被写体２１が進入する頻度が最も高い。従って、本実施例では、図１４（ｂ）に示すように、撮像領域３２をいくつかの領域に分割し、各領域毎に上述の第１の所定の閾値のような閾値を設定するよう構成する。但し、本実施例における閾値は、図３のステップＳ１０４において求められる結果画像に基づいて被写体２１が進入したか否かを判定する際の閾値であり、図１４（ｂ）に示すような各領域毎に目的に応じて異なる値が設定されるものである。
【０１１０】図１４（ｂ）に示す例では、撮像領域３２中、被写体２１が進入する確率の比較的高い下側の領域の閾値を低く設定することで、確実に被写体２１が設置されたことを検知し、また、撮像領域３２中、ＰＣ２００側の領域の閾値を高く設定することで、マウス等の対象でない物体により撮像が開始されることを防止する。尚、閾値：高は、例えば３０ピクセルとするが、マウス等の対象でない物体が検出されるのを防止し且つ被写体２１や手指３１を検出できる程度の範囲で設定されればよい。また、閾値：低は、例えば１０ピクセルとするが、ノイズによる誤り検出を防止し且つ被写体２１や手指３１を感度良く検出できる範囲で設定されればよい。更に、閾値：中は、例えば２０ピクセルとするが、閾値：高と閾値：低との間の範囲で設定されればよい。
【０１１１】このように本実施例では、対象外の物体が進入する可能性が高い領域に対する閾値を高く設定することで誤検出を低減させ、反対に被写体２１が進入する可能性が高い領域に対する閾値を低く設定することで感度良く且つ的確に被写体２１が設置されたことを検出できるように構成する。
【０１１２】また、図１４（ｂ）に示す例では、撮像領域３２を９分割し、被写体２１が入ってくる可能性の高い撮像領域３２左下領域の閾値を低く設定し、被写体２１以外の物体が入ってくる可能性の高い撮像領域３２左上領域の閾値を高く設定している。
【０１１３】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１１４】〔第７の実施例〕また、第６の実施例において、被写体２１が検出された場所又は進入してきた方向を記録し、これに基づいて自動的に図１４（ｂ）に示す分割された領域毎の閾値を設定するように構成することも可能である。このように構成した場合を第７の実施例として以下に説明する。但し、以下の説明では、被写体２１が検出された場所が例えば図１５に示すような分布となる場合を例に挙げて説明する。また、撮像領域３２は第６の実施例で例示したように分割されているものとする。
【０１１５】図１５（ａ）は検出回数が比較的少ない場合の分布を示している。また、図１５（ｂ）は検出回数が比較的多い場合の分布を示している。
【０１１６】図１５（ａ），（ｂ）において、検出確率が比較的高いと見なせる領域は、領域Ｃ１，Ｃ２である。従って、本実施例では、領域Ｃ１，Ｃ２に対応する撮像領域３２内の分割された領域の閾値を、例えば１０ピクセル等の比較的低い値に設定する。これは、図２に示すＭＰＵ９において判定し、設定するよう構成するとよい。また、検出確率が高いか否かの判定方法としては、例えば単位面積当たりの検出回数と予め設定しておいた回数とを比較することで判定するよう構成するとよい。
【０１１７】更に、本実施例では、被写体２１が被写体２１が設置されたと誤って判定した際の検出位置の分布も記録し、これに基づいて対応する領域の閾値を、例えば３０ピクセル等の比較的高い値に設定するように構成するとよい。これは、上記と同様な方法で実現することが可能である。
【０１１８】以上のように検出された頻度によって閾値を変化させることで、図１５に示す例では、領域Ａ１，Ａ２の閾値が３０ピクセルと設定され、領域Ｃ１，Ｃ２の閾値が１０ピクセルと設定される。また、初期状態（変化させる前）で撮像領域３２全体の閾値を例えば２０ピクセルとした場合、領域Ｂ１，Ｂ２の閾値はこの値から変化されず、２０ピクセルである。
【０１１９】このように本実施例では、より多く検出させることで誤り検出される可能性が少なくなる画像入力装置１００が実現される。
【０１２０】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１２１】〔第８の実施例〕また、第１の実施例では、図３のステップＳ１０４において被写体２１の設置が判定されたことをトリガとして、即ち、撮像画像における撮像パタンに基準位置からの変化が含まれたことをトリガとして、これから所定時間経過後に撮像動作を開始するよう構成していたが、本実施例では、撮像画像における撮像パタンに基準位置からの変化が含まれた後、再度、撮像画像における撮像パタンが上記基準位置（前々回の撮像画像における各光点の位置）に戻ったことをトリガとして、撮像動作を開始するように構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１２２】図１６は、本実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【０１２３】図１６を参照すると、本実施例においてステップＳ３０１からステップＳ３０４は、第１の実施例において図３を用いて説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。但し、本実施例では、第１の実施例における第１の所定の閾値に代わりに第２の所定の閾値が用いられている。ここで第２の所定の閾値とは、ユーザが被写体２１を撮像位置に設置するときに生じるパタンの変化を判定するためのものである。このため、第１の所定の閾値と同様に、第２の所定の閾値はノイズを除去でき且つ撮影領域３２内に被写体２１や手指３１が進入されたことを検出できる程度の値、例えば２０ピクセルに設定される。
【０１２４】本実施例では、ステップＳ３０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたと判定された場合（ステップＳ３０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始する（ステップＳ３０５）。準備完了後、画像入力装置１００は、定期的に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像し（ステップＳ３０６）、撮像領域３２における投光パタン２２の各光点を検出する（ステップＳ３０７）。
【０１２５】このように、再度、撮像した画像における撮像パタンの各光点の位置を検出した画像入力装置１００は、ステップＳ３０４で基準位置とした光点とステップＳ３０７で検出した光点とをそれぞれ比較し、各光点が上記基準位置に戻っているか否かを判定する（ステップＳ３０８）。これは、第３の閾値をダウンエッジでクロスしたか否かを判定することで行われる。
【０１２６】この判定の結果、各光点が上記基準位置に戻ったと判定された場合（ステップＳ３０８のＮｏ）、画像入力装置１００はステップＳ３０５に帰還する。これに対し、ステップＳ３０８の判定の結果、各光点が上記基準位置に戻ったと判定された場合（ステップＳ３０８のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始し、準備完了後、所定の時間が経過した後に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像する（ステップＳ３０９）。
【０１２７】その後、画像入力装置１００は、ステップＳ３０９で取得した画像信号に対してＣＤＳ４，Ａ／Ｄ変換器５，ＩＰＰ７により所定の処理を施し、画像データとしてメモリ８に保存する（ステップＳ３１０）。但し、ステップＳ３１０では、画像データをメモリ８に保存するのでなく、Ｉ／Ｆ部２４を介して接続されたＰＣ等の外部機器へ送信するよう構成してもよい。
【０１２８】このように本実施例では、投光パタン２２が再び基準位置に戻るまで撮影動作を開始するのを待ち、基準位置に戻ったことをトリガとして撮影を開始する。
【０１２９】また、図１６のステップＳ３０８の判定において、図１７に示すような第３の所定の閾値を設定し、この第３の所定の閾値を変化量がダウンエッジでクロスした場合に、各光点が上記基準位置に戻ったと判定されるよう構成するとよい。これにより、外部からの振動や画像ノイズに影響され、被写体２１の設置が完了しても撮影動作が開始されないという不具合を回避することが可能となる。尚、第３の所定の閾値とは、ユーザが被写体２１を撮影位置に設置し終わったかを判定するためのものである。このため、第３の所定の閾値は手指３１による変化量のピーク値以下の値、例えば５ピクセルに設定される。
【０１３０】また、図１７に示す例では、撮影動作を開始するために使用する第３の所定の閾値が撮影準備を開始するために使用する第２の所定の閾値よりも高くなるよう設定されているが、これを、撮影動作を開始するために使用する第３の所定の閾値が撮影準備を開始するために使用する第２の所定の閾値よりも高くなるように設定してもよい。
【０１３１】これにより本実施例では、撮像準備を開始した後に投光パタン２２が基準位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、手指３１などの不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１３２】〔第９の実施例〕また、第８の実施例では、被写体２１に厚さがある場合、被写体２１の設置を完了しても投光パタン２２が基準位置に戻らず撮影動作が開始されない可能性が存在する。このため、本実施例では、図１６のステップＳ３０８の判定において、第３の所定の閾値の代わりに図１８に示すような第４の所定の閾値を設定し、第２の所定の閾値に基づいて撮像準備が開始された後に、再度撮影された画像を使用して、時系列毎の投光パタン２２の変化量を測定し、これに基づいて被写体２１が設置し終わったか否かを判定するよう構成する。但し、この際、再度撮影された画像を使用して時系列毎の投光パタン２２の変化量を測定する方法としては、図５で説明したような差分処理や排他的論理和等を利用することが可能である。また、第４の所定の閾値は、時系列毎のパタン光の差分値の変化を判定するためのものである。このため、ノイズレベル近辺の範囲、例えば５ピクセルに設定されるとよいが、これに限定されず、手指３１による変化量のピーク値以下の値であればよい。
【０１３３】また、被写体２１が設置し終わったか否かの判定においては、再度の撮像から求められた変化量が第４の所定の閾値より低い状態が一定時間以上継続したか否かに基づいて判定するよう構成するとよい。即ち、一定時間以上、撮像領域３２内に何も進入されなかった場合に、本実施例では図１６におけるステップＳ３０９以降の処理を実行する。
【０１３４】これにより本実施例では、被写体２１が厚さを有する物体であっても、確実に撮影動作を開始させることが可能となる。
【０１３５】このように本実施例では、撮像準備を開始した後に投光パタン２２の位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機するため、厚みがある被写体２１に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、手指３１等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１３６】〔第１０の実施例〕また、上記した投光パタン２２をカラーとすることも可能である。以下、本実施例において、カラーの投光パタン２２を適用した場合を例に挙げて説明する。
【０１３７】本実施例では、図２における投光パタンフィルタ１２を、図１９に示すようなカラーパタンを有するカラー液晶パネルを用い、投光部１０から照射された光をカラー液晶パネルを介することで、被写体２１に照射される投光パタン２２がカラーとなるよう構成する。ここで、投光パタンフィルタ１２のカラーパタンは、図１R>１における検出方法切替スイッチにより設定された検出方法に対応して自動的に設定されるよう構成するとよい。
【０１３８】また、投光パタンフィルタ１２のカラーパタンを変化させる方法としては、例えば投光パタンフィルタ１２に印加する電圧を制御してカラー液晶パネルのＲ，Ｇ，Ｂ値をそれぞれ調節することにより実現することが可能である。
【０１３９】本実施例では、このように投光する投光パタン２２のカラーパタンを変化させ、特定の色である物体３３だけからの反射光を撮像するよう構成することで、特定の色がついた物体３３の投光パタン２２の変化量のみを検出するよう構成することが可能である。
【０１４０】また、特定の色がついた物体から反射される投光パタン２２の変化量を検出する他の方法としては、画像処理時に被写体２１から反射された投光パタン２２の色を識別することより、投光パタンフィルタ１２としてカラー液晶パネル等のカラーフィルタを使用せずに特定の色の被写体２１だけを検出する方法を適用することも可能である。
【０１４１】このように本実施例では、投光する投光パタン２２を所定のカラーパタンとすることで被写体２１から特定の色のみを反射させる、又は投光パタン２２の反射光の色だけを検出するため、所定の色の被写体２１だけを検出し、被写体２１の誤検出を回避することを可能にする画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１４２】〔第１１の実施例〕また、被写体２１が撮像領域３２内に設置されたか否かを判定する際に用いる撮像画像の解像度は、保存するために撮像する画像の解像度よりも低くても構わない。
【０１４３】従って、本実施例では、第１の実施例における図３のステップＳ１０２で撮影する際と、同図ステップＳ１０５で撮影する画像の解像度とを切り替える手段を撮像部１１に設け、ステップＳ１０２での撮像における解像度を低く設定するよう動作する。
【０１４４】これにより、本実施例では、被写体２１の設置の有無を判定する処理におけるデータ量を削減し、より迅速に動作する画像入力装置１００を提供することが可能である。
【０１４５】但し、上記の解像度を切り替える手段は、図２におけるＭＰＵ９が撮像素子３より取得する画像信号を間引くよう動作することで実現することが可能である。
【０１４６】このように本実施例では、被写体２１の検出時に低い解像度で撮像画像を取得することで処理データが少なくなるため、リアルタイムで被写体２１を検出することができる画像入力装置を安価に作成することが可能となる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１４７】〔第１２の実施例〕また、上記した各実施例において、自動的に撮像を行うモード（以下、自動撮像モードという）の有効／無効を切り替える撮像モード切替スイッチ１５を図１に示すように設けることで、ユーザの意図したときにのみ自動的な撮像がなされるよう構成することも可能である。
【０１４８】但し、本実施例では、撮像モード切替スイッチ１５により設定された自動撮像モードの有効／無効の設定が図２におけるＭＰＵ９に入力され、ＭＰＵ９において撮像部１１及び投光部１０が設定に応じた制御をなされることで実現されるものである。
【０１４９】このように本実施例では、撮像モード切替スイッチ１５を設けるため、ユーザの意図したときにのみ自動撮像機能が実行される画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１５０】〔第１３の実施例〕更に、上記した各実施例において、ユーザが検出方法を切り替えるための検出方法切替スイッチ１６を図１に示すように設けることで、ユーザが意図する検出方法で被写体２１の有無の検出がなされるよう構成することも可能である。
【０１５１】ここで、検出方法切替スイッチ１６により選択される選択肢の例としては、上記何れかの実施例で例示したような、検出速度を向上させるために投光パタン２２の各光点の位置変化量を検出に利用する方法や正確に被写体２１を検出するために３次元形状の変化量を基準とする方法等を選択するための選択肢や、ユーザが被写体２１を設定し終わることを検出してから撮影動作を実行する方法を設定するための選択肢や、検出する際に使用される閾値を選択するための選択肢等が挙げられる。
【０１５２】また、検出方法切替スイッチ１６により選択された設定は、図２におけるＭＰＵ９に入力される。従って、ＭＰＵ９は、入力された設定に応じて投光部１０や撮像部１１を制御し、ユーザの意図にあった動作を実現する。
【０１５３】このように本実施例では、被写体２１の検出方法切替スイッチ１６を設けるため、ユーザの意図した検出方法等の設定で被写体２１を検出することで、被写体２１設置の誤検出を低減させた画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１５４】〔他の実施例〕また、上記した各実施例は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎない。即ち、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。
【０１５５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することが可能となる。
【０１５６】即ち、時系列毎に撮影されたパタンの変化量を検出して撮影準備を開始するよう構成することで、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域内に被写体が入ってくることを検出することが可能となり、被写体の検出がリアルタイムに行うことができる画像入力装置を安価に実現することができる。
【０１５７】更に請求項１記載の発明によれば、画像入力装置自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【０１５８】また、請求項２記載の発明によれば、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を安価に提供することが可能となる。
【０１５９】即ち、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【０１６０】更に、請求項３記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６１】更に、請求項４記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６２】更に請求項４記載の発明によれば、撮像領域を移動させることで、被写体の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。
【０１６３】更に、請求項５記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６４】更に、請求項６記載の発明によれば、撮像準備を開始した後に投光したパタンが基準となる位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【０１６５】更に、請求項７記載の発明によれば、撮像準備を開始した後に投光したパタンの位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機することにより、厚みがある被写体に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による画像入力装置１００の外観を示す俯瞰図である。
【図２】画像入力装置１００における撮像部１１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例による画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図４】撮像領域３２に被写体２１が設置される際の様子を説明するための図である。
【図５】図３のステップＳ１０４における判定処理の一例を説明するための図である。
【図６】３次元形状の変化を検出する際の動作の概略を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施例における３次元形状の算出を説明するための図である。
【図８】（ａ）は本発明において求められる変化量を時系列に従ってグラフ化した図であり、（ｂ）は（ａ）の縦軸の変化量を説明するための図である。
【図９】本発明の第４の実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動する様子を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４の実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動したことにより投光されるパターンが移動する様子を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施例における回転中心３５と撮像部１１と投光部１０と被写体２１の置き台との関係を図１１に示す。
【図１２】本発明の第４の実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施例における領域フィルタ３６を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施例を説明するための図である。
【図１５】被写体２１が検出された場所の分布を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第８の実施例において設定される第２及び第３の所定の閾値と時系列に従った変化量とをグラフ化した図である。
【図１８】本発明の第９の実施例において設定される第２及び第４の所定の閾値と時系列に従った変化量とをグラフ化した図である。
【図１９】本発明の第９の実施例で使用する投光パタンフィルタ１２のカラーパタンを示す図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ 絞り機構
３ 撮像素子
４ ＣＤＳ
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ＴＧ
７ ＩＰＰ
８ メモリ
９ ＭＰＵ
１０ 投光部
１１ 撮像部
１２ 投光パターン
１５ 撮像モード切替スイッチ
１６ 検出方法切替スイッチ
１７ 色指定切替スイッチ
２０ 支持部
２１ 被写体
２２ 投光パターン
２３ 移動部
２４ Ｉ／Ｆ部
３１ 移動手段
３２ 撮像領域
３３ 物体
３４ 原点
３５ 回転中心
３６ 領域フィルタ
２００ ＰＣ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像入力装置に関し、特に、被写体を自動的に撮像する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】紙面等に描かれた画像を電子データ化し、有効に活用するための技術として、例えば特開平９−１０２０１３号公報が開示するところの、ビデオカメラを用いて時系列に沿って撮影された画像データの画素値を監視することにより、ユーザが筆記した筆跡情報を検出して、文字・図形認識を行う技術が存在する（以下、従来技術１という）。
【０００３】この従来技術１が開示するところの技術は、撮像時に既に対象物がビデオカメラに対して設置されており、これに筆記された情報を記録するためのものである。
【０００４】また、近年、雑誌や新聞等を電子画像データとして取り込み、これを用いてプレゼンテーション用の資料を作成することや、インターネット等を介するｗｅｂページ等に掲載する機会が多くなってきている。
【０００５】例えば、日本電気株式会社（商標登録）から提供された「アクティブカメラを用いた文書画像の高精細入力と認識応用」（信学技法ＰＲＭＵ９９−７６， １９９９−０９）では、ビデオカメラを被写体の上方に設置し、ユーザが手指で指し示した被写体の一部分だけを高解像度の画像データとして撮影する技術が開示されている（以下、従来技術２という）。より詳細には、撮影画像を２値化して手指が指し示した場所を検出するものである。
【０００６】また、以上のような技術において、原稿画像を上方から撮影する撮像装置が用いられている場合、被写体の形状を保持するために使用する手指が撮像エリアに入ってしまい、正確に被写体を撮影できないという不具合が存在するが、特開平６−１０５０９１号公報では、手指の位置を撮影画像の輝度ヒストグラムより検出し、手指部分の画像を消去することで、このような不具合を解決する技術が開示されている（以下、従来技術３という）。
【０００７】また、特開平６−１０２９９３号公報では、ビデオカメラを被写体の上方に設置し、時系列に沿って撮影した被写体画像同士の差分処理を行うことにより被写体の動きを検出する技術が開示されている（以下、従来技術４という）。
【０００８】更に、特開平９−３０７７１２号公報や特開平１０−３０４１３０号公報では、複数の測距センサにより測定された被写体との距離の変化から原稿のページがめくられた方向を判定し、このページめくり方向から読み取るべき画像の並び順を判定して、この並び順に基づいて読み取った画像の出力制御を行う技術が開示されている（以下、従来技術５という）。
【０００９】更にまた、特開平１０−２６７８３２号公報では、２台のカメラを用いて３次元形状を計測することにより被写体の３次元形状を認識して、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣという）に任意の作業を命令する技術が開示されている（以下、従来技術６という）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば従来技術２が開示するところの技術では、被写体の所定の領域を自動的に記録するためのトリガに、撮影した被写体画像の輝度値の変化を用いているため、撮影範囲にユーザの影が誤って映り込むことにより不要に記録が開始されてしまうという問題が存在する。
【００１１】また、従来技術３及び従来技術４が開示するところの技術においても同様に、撮影した被写体画像の輝度値の変化をトリガとして被写体の記録を開始するため、外部の照明条件等の変化によって誤って記録が開示されてしまうという問題が存在する。
【００１２】更に、従来技術５が開示するところの技術は、本等のページめくりに限定した技術であり、撮影範囲内に被写体が進入したことを自動的に検出して撮影を開始する構成となっていない。また、ページめくりの検出には撮像部から被写体までの距離を計測した結果を利用しているため、安価な計算装置であると距離計測を行うのに時間がかかり、リアルタイムに検出することが困難であるという不具合が存在する。
【００１３】また、従来技術６が開示することころの技術では、２台以上のカメラを使用して３次元形状を計測し、ユーザの命令を認識するものであるため、３次元形状の計測に要する計算処理内容が多く、安価な計算装置であるとリアルタイムに３次元形状を計測できないという問題が存在する。
【００１４】本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】係る目的を達成するために、請求項１記載の発明は、撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段が、所定期間毎に前記撮像領域内の前記パタンを取得し、該パタンの第１の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴としている。
【００１６】これにより、請求項１記載の発明では、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することが可能となる。
【００１７】即ち、時系列毎に撮影されたパタンの変化量を検出して撮影準備を開始するよう構成することで、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域内に被写体が入ってくることを検出することが可能となり、被写体の検出がリアルタイムに行うことができる画像入力装置を安価に実現することができる。
【００１８】更に請求項１記載の発明では、画像入力装置自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００１９】また、請求項２記載の発明は、撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、前記撮像領域内の３次元形状を計測する３次元形状計測手段と、該３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状に基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段が、前記３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状の第２の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴としている。
【００２０】これにより、請求項２記載の発明では、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を安価に提供することが可能となる。
【００２１】即ち、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００２２】更に、請求項３記載の発明は、前記被写体検出手段が、前記第１又は第２の変化を数値化し、数値化した値が第１のしきい値よりも大きい場合、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴としている。
【００２３】これにより、請求項３記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２４】更に、請求項４記載の発明は、前記撮像領域を移動させる領域移動手段を有し、前記第１のしきい値が、前記領域移動手段により移動した前記撮像領域の位置に基づいて変化することを特徴としている。
【００２５】これにより、請求項４記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２６】更に請求項４記載の発明では、撮像領域を移動させることで、被写体の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。
【００２７】更に、請求項５記載の発明は、前記被写体検出手段が、前記撮像領域における前記第１又は第２の変化が含まれる領域が所定の面積以上である場合、該撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴としている。
【００２８】これにより、請求項５記載の発明では、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【００２９】更に、請求項６記載の発明は、前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第３の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第４の変化を数値化した値が、第２のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第３又は第４の変化が、前記第１又は第２の変化を判定するにあたり使用したパタン又は３次元形状に対する変化であり、前記撮像手段が、前記検出手段により前記第３又は第４の変化を数値化した値が前記第２のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴としている。
【００３０】これにより、請求項６記載の発明では、撮像準備を開始した後に投光したパタンが基準となる位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【００３１】更に、請求項７記載の発明は、前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第５の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第６の変化を数値化した値が、第３のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第５又は第６の変化が、前記前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後の前記撮像領域内の変化であり、前記撮像手段が、前記検出手段により前記第５又は第６の変化を数値化した値が前記第３のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴としている。
【００３２】これにより、請求項７記載の発明では、撮像準備を開始した後に投光したパタンの位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機することにより、厚みがある被写体に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】〔本発明の特徴〕本発明を説明するにあたり、本発明の特徴について先に述べる。
【００３４】本発明は、撮像領域内に設置された被写体への書込内容を自動的に検出し、これを電子化するものである。これを実現するために本発明は、撮像領域に所定パタンの光を投影し、これを撮像する。また、撮像したパタンを時系列に沿って比較することで、撮像した画像中に生じた変化量を算出する。これにより本発明では、撮像領域内に被写体となる物体が設置されたか否かを判別することができ、自動的に撮像を開始することが可能となる。
【００３５】また、撮像領域内へ投影する所定パタンの光は、画像入力装置又は撮像装置内に設けた光源から照射する。これにより本発明では、外部の照明条件等に影響されずに、自動的且つリアルタイムに被写体の有無を検出することが可能となる。
【００３６】更に本発明では、撮像領域内に被写体が設置されたか否かを判定する際のデータの処理量を比較的少なくする。これにより本発明では、処理能力が比較的低い安価なコンピュータを用いても、リアルタイムな動作を実現することができる。
【００３７】以下、本発明を好適に実施した形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明では、本発明を画像入力装置に適用した場合について例示するが、これを撮像装置としても同様に実施することができるものである。
【００３８】〔第１の実施例〕まず、本発明を好適に実施した形態について、以下に図面を用いて詳細に説明する。
【００３９】・画像入力装置１００の構成図１は、本実施例による画像入力装置１００の外観を示す俯瞰図である。図１を参照すると、画像入力装置１００は、撮像領域へ所定パタン（投光パタン２２）の光を照射する投光部１０と、投光パタン２２の光が照射された被写体２１を撮像する撮像部１１と、以下で説明する実施例により提供される撮像モードを切り替えるための撮影モード切替スイッチ１５と、被写体２１の有無を検知する方法を切り替えるための検出方法切替スイッチ１６と、投光パタン２２における色指定を切り替えるための色指定切替スイッチ１７と、投光部１０及び撮像部１１の方向や位置を移動させる移動部２３と、投光部１０と撮像部１１と移動部２３とを支持する支持部２０と、外部に設けられたＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の情報処理機器とデータを送受信するためのＩ／Ｆ部２４と、を有して構成される。
【００４０】また、画像入力装置１００は、撮像モード切替スイッチ１５と検出方法切替スイッチ１６と色指定切替スイッチ１７とが表示画面つきのタッチパネルなどで構成されており、所望の撮像モード、検出方法、３次元形状の計測に使用する投光パタン２２の色等を設定できるように構成されている。
【００４１】また、画像入力装置１００と外部のＰＣ等とは、取得した画像データの送受信やその他、コマンド等のデータの送受信をＩ／Ｆ２４を介して行う。
【００４２】図２に画像入力装置１００における撮像部１１の構成を説明するためのブロック図を示す。図２を参照すると、撮像部１１は、レンズ１と絞り機構２と撮像素子３とＣＤＳ（相関二重サンプリング回路）４とＡ／Ｄ変換器５とＴＧ（タイミングジェネレータ）６とＩＰＰ（画像前処理回路）７とメモリ８とＭＰＵ９とを有して構成される。
【００４３】この構成において、被写体２１の画像はレンズ１及び絞り機構２を介して撮像素子３上に形成される。撮像素子３からの画像信号はＣＤＳ４でサンプリングされ、その後、Ａ／Ｄ変換器５においてデジタル信号化される。また、この処理におけるタイミングはＴＧ６において生成される。
【００４４】Ａ／Ｄ変換器５から出力された画像信号はＩＰＰ７へ入力され、ＩＰＰ７においてアパーチャ補正等の画像処理、圧縮処理等が行われた後、メモリ８に保存される。
【００４５】また、上記構成において各ブロック（ユニットともいう）の動作は、ＭＰＵ９により制御される。更に、ＭＰＵ９は投光部１０も制御する。従って、投光部１０はＭＰＵ９により制御されたタイミングで光を出力する。
【００４６】また、投光部１０には投光パタンフィルタ１２が設けられており、被写体２１に照射する光が特定のパタン（投光パタン２２）となるように整形される。但し、本実施例における投光パタン２２としては、図５に示すような縞模様の形状であっても、他の形状であってもよい。
【００４７】・画像入力装置１００の動作次に、本実施例による画像入力装置１００の動作について図面を用いて詳細に説明する。
【００４８】図３は図１における被写体２１が撮像領域３２に入ったことを検出して、画像入力装置１００が自動的に撮像動作を実行する際の動作を示すフローチャートである。
【００４９】本実施例において、ユーザが被写体２１を画像入力装置１００の撮像領域３２に設置する際には、図４に示すように、被写体２１を移動させるために必要となる手段、例えば手指や棒等、被写体２１と異なる３次元形状を有する物体が画像入力装置１００の撮像領域３２内に進入する。尚、以下の説明では被写体２１の挿入時にユーザの手指３１が進入する場合を例示する。
【００５０】従って、画像入力装置１００は、投光部１０により投光されている投光パタン２２の位置変化により手指３１が撮像領域３２への進入したことを検出し、これに基づいて、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたことを判定する。
【００５１】図４に示す動作ではまず、投光部１０から光が出力され、これが投光パタンフィルタ１２を介して撮像領域３２に照射される（ステップＳ１０１）。次に、画像入力装置１００は撮像部１１で撮像領域３２内の画像（撮像画像又は画像信号ともいう）を取得することでステップＳ１０１で投光した投光パタン２２を撮像し（ステップＳ１０２）、撮像画像におけるパタン（撮像パタン）のそれぞれの光の点（光が照射されている点：以下、光点という）の位置を検出する（ステップＳ１０３）。
【００５２】その後、画像入力装置１００は、検出した撮像パタンの光点の位置が前回撮像した画像における各光点の位置（これを基準位置とする）からはずれているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。但し、第１回目は、判定処理が省略されるか、又は、予め登録されている位置との比較が行われるよう構成するとよい。
【００５３】また、ステップＳ１０４における処理を、検出された撮像パタンに基づいて撮像画像における３次元形状を算出してから被写体の有無を判定するように構成した場合、必要となる処理量が増加するため、本実施例ではステップＳ１０４において３次元形状の算出を行うことなく、簡易に被写体の有無を判定できるように構成する。この説明は、後述において図５を用いて詳細に説明する。
【００５４】尚、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの動作は、ステップＳ１０４において光点が基準位置から離れていると判定されるまで所定周期毎に実行される（ステップＳ１０４のＮｏ）。
【００５５】これに対し、ステップＳ１０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体が設置されたと判定した場合（ステップＳ１０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始し、準備完了後、所定の時間が経過した後に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像する（ステップＳ１０５）。ここで、撮像準備の一例としては、被写体２１のエッジ情報からカメラの焦点を調整することや、外光から露出補正を行うこと等が挙げられる。これにより、瞬時に被写体２１を撮影できる状態としておくことができる。
【００５６】その後、画像入力装置１００は、ステップＳ１０５で取得した画像信号に対してＣＤＳ４，Ａ／Ｄ変換器５，ＩＰＰ７により所定の処理を施し、画像データとしてメモリ８に保存する（ステップＳ１０６）。但し、ステップＳ１０６では、画像データをメモリ８に保存するのでなく、Ｉ／Ｆ部２４を介して接続されたＰＣ等の外部機器へ送信するよう構成してもよい。
【００５７】このようにステップＳ１０６において撮像した画像を保存した後、画像入力装置１００は、ステップＳ１０１へ帰還し、上記の動作を繰り返す。
【００５８】次に、図５を用いて図４におけるステップＳ１０４の判定処理の例を説明する。尚、図５に示す方法では、撮像画像に基づいて３次元形状の算出を行うことなく、前回の撮像画像（今回実行したステップＳ１０１〜１０４より前であって、最後に実行されたステップＳ１０１〜ステップＳ１０４により取得された画像）との差分処理を行うことで、被写体２１が撮像範囲３２に設置されたことを検出する。
【００５９】図５（ａ）は、本判定処理に撮像画像の差分処理を適用した場合の例である。但し、図５（ａ）は撮像範囲３２内に被写体２１が設置されていない場合を示すものである。
【００６０】この際の差分処理は以下の（式１）で示されるものとなる。
Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ−Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１＞０ …（式１）
（式１）において、Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔは時刻ｔに撮像された画像（これを前回の分とする：画像１）における各点（ｘ，ｙ）の画素値を示し（ｘは任意の画素のｘ方向の位置，ｙは任意の画素のｙ方向の位置）、Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１は時刻ｔ＋１に撮像された画像（これを今回の分とする：画像２）における対応する各点（ｘ，ｙ）の画素値を示す。
【００６１】この計算によれば、図５（ａ）に示す例では、前回の画素値と今回の画素値とに差分が生じていないため、（式１）の差分処理の結果による結果画像において撮像パタンの撮像画像が検出されない。
【００６２】これに対し、前回の撮像画像（画像１）と今回の撮像画像（画像２）とに差分が存在する場合の例を図５（ｂ）を用いて説明する。
【００６３】図５（ｂ）を参照すると、画像２における撮像パタンと画像１における撮像パタンとに差分が生じている。このため、（式１）に示す差分処理を行った結果として得られる結果画像には、画像１における画像２と異なる部分が残る。但し、本実施例では、（式１）に示す差分処理において負の値を破棄するものとする。このため、画像２における画素値は破棄されて結果画像に含まれない。
【００６４】このように画像１と画像２との間に差分が生じ、結果画像に撮像パタンの一部又は全部が残った場合、画像入力装置１００は、撮像領域３２に手指３１が進入し、被写体２１が設置された（ステップＳ１０４のＹｅｓ）と判定する。
【００６５】上記図５（ａ），（ｂ）で示した差分処理を適用する利点としては、投光パタン２２が照射されている部分である基準位置の画像情報だけで、撮像範囲３２内に被写体２１が設置されたか否かを判定することが可能なため、被写体２１の検出処理に要するデータ量が比較的少量で済む点である。
【００６６】また、（式１）で示した差分処理において、項を入れ換えることも可能である。これを以下（式２）に示す。
Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＋１−Ｉｍａｇｅｘ，ｙ，ｔ＞０ …（式２）
このように、差分処理を画像２から画像１を引算するよう構成することで、図５（ｃ）に示すように、差分処理後に残る撮像パタンの各光点の位置から３次元形状の変化量を推測することが可能となる。
【００６７】次に、排他的論理和を適用した場合の例を図５（ｄ）に示す。図５（ｄ）に示す例では、時系列に沿って撮像した画像を２値化処理した後に、（式３）に示す排他的論理和の式の左辺を実行する。
【００６８】
【数１】
この演算の結果、（式３）を満足する場合、画像入力装置１００はステップＳ１０４において、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたと判定する。この排他的論理和を適用した場合でも、演算後に残る撮像パタンの各光点の位置から３次元形状の変化量を推測することが可能となる。
【００６９】このように本実施例では、時系列に沿って撮影された投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するように構成されているため、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域３２内に被写体２１が入ってくたことを検出することが可能となり、検出に要する処理量を大幅に削減することが可能となる。これにより、被写体２１の検出をリアルタイムに行える画像入力装置を安価に実現することができる。
【００７０】更に本実施例によれば、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体２１へ投光し、撮像領域３２内の投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するように構成されているため、外部の照明条件に影響されることなく、的確且つ自動的に被写体２１を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【００７１】〔第２の実施例〕また、第１の実施例では、図３のステップＳ１０４において、撮像画像に対して差分処理又は排他的論理和を行うことで被写体２１の検出を行う構成していたが、これを３次元形状を算出して被写体２１の検出を行うように構成することも可能である。以下、このように構成した場合を第２の実施例として説明する。尚、このように３次元形状を算出し、これを時系列に沿って比較するように構成した場合、より正確に被写体２１の設置の有無を判定することが可能となる。
【００７２】以下に、３次元形状の変化を検出する方法の例を示す。撮像領域３２に手指３１等の物体が進入すると、図６（ａ），（ｂ）に示すように撮像画像における各点の高さが基準位置（前回の撮像画像（＝撮像画像１）における位置）と異なるものとなる。そこで、本実施例では、以下の（式４）を実行することにより、今回の撮像画像（＝撮像画像２）における各点の高さの変化を検出し、被写体２１が設置されたことを検出する。
｜Ｚｔ＋１（ｘ，ｙ）−Ｚｔ（ｘ，ｙ）｜＞０ …（式４）
但し、（式４）において、Ｚｔ＋１（ｘ，ｙ）は時刻ｔ＋１における画像上の各点（ｘ，ｙ）の高さを表し、Ｚｔ（ｘ，ｙ）は時刻ｔにおける画像上の対応する各点（ｘ，ｙ）の高さを表す。
【００７３】ここで、本実施例では、第１の実施例と同様に、投光パタン２２が縞模様の形状である場合を例に挙げる。従って、撮像領域３２に被写体２１や手指３１等の物体が存在しない場合、撮像画像は図７（ｂ）における撮像画像１に示すように縞模様の形状となる。そこで、図６（ｂ）に示すように撮像領域３２に被写体２１や手指３１等の物体を進入させると、撮像画像は図７（ｂ）における撮像画像２に示すように、縞模様の形状に歪み等の変化が生じ、前回の撮像画像１のパタン形状と異なるものとなる。
【００７４】この際の３次元形状の算出方法を図７（ａ）を用いて説明する。図７（ａ）において、投光部１０から出力された光は、図示しない投光パタンフィルタ１２を介して撮像領域３２内の物体３３に照射される。このように光が照射されることで照らされた物体３３上の点は、レンズ１や絞り機構２等の光学系を介して撮像素子３に結像される。
【００７５】この際、撮像部１１の光学中心を原点３４とする座標系を定義し、物体３３上の任意の点（ｘ，ｙ）が結像される撮像素子３上の対応する点を（ｕ，ｖ）とすると、物体３３の奥行きは、以下の（式５）で表すことができる。
【００７６】
【数２】
但し、（式５）においてｚは物体３３の奥行きであり、また、θ１は投光パタン２２を照射した角度であるため、既知な値である。また、θ２は以下の（式６）より求まる角度である。尚、（式６）においてｆは撮像部１１におけるレンズ１の焦点距離である。
【００７７】
【数３】
以上の（式５）及び（式６）よりｚが求まると、物体３３上の点（ｘ，ｙ）は、次の（式７）及び（式８）により求まる。
【００７８】
【数４】
【００７９】
【数５】
以上の計算を、撮像画像における全ての点に対して実行することで、撮像領域３２内の３次元形状が求められる。また、このような計算より求められた撮像画像１及び２、双方の３次元形状を比較することで、撮像領域３２内に被写体２１や手指３１等の物体３３が進入したか否かを正確に判定することが可能となる。
【００８０】これにより本実施例では、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体２１へ投光し、撮像領域３２内の投光パタン２２の変化量を検出して撮影準備を開始するため、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体２１を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【００８１】〔第３の実施例〕また、上記第１の実施例では、画像ノイズや撮像装置の振動又は撮像装置を置く台の振動によって、時系列毎のパタン光の差分値に差が出てしまい、誤り検出をする可能性がある。このような誤り検出を防止するように構成した場合を第３の実施例として以下に説明する。
【００８２】本実施例では、第１の実施例で例示した図３R>３のステップＳ１０４において第１の所定の閾値を設け、差分処理又は排他的論理和により求められた変化量がこの第１の所定の閾値を越えたときのみ被写体２１が設置されたと判定するよう構成する。これにより本実施例では、ノイズ等による誤認識を防止し、より正確に撮像領域３２における被写体２１の有無を判定することが可能となる。
【００８３】ここで、図８を用いて本実施例による動作原理を説明する。図８（ａ）は、図３のステップＳ１０４で算出された変化量（各点の基準位置からの距離）を時系列に従ってグラフ化した図である。但し、縦軸の変化量は、各点の基準位置からの距離の平均値であっても積算値であっても、また、結果画像に含まれる画素値の合計値であってもよく、本発明において撮像画像の変化量を数値化した値であれば、その主旨を逸脱しない限り如何なるものを適用することが可能なものである。尚、本実施例では、縦軸の変化量を撮像パタンにおける任意の点の基準位置からの距離とした場合について説明する。
【００８４】図８（ａ）を参照すると、本実施例において第１の所定の閾値は図中破線で示される値に設定されている。また、本実施例では、変化量が第１の所定の閾値をアップエッジでクロスした場合に、図３のステップＳ１０４において被写体２１が設置されたと判定されて、撮像準備が開始される。これに対し、図８（ａ）中、第１の所定の閾値をクロスしない変化量、即ち、ノイズとみなせる程度の変化量に対しては、本実施例では撮像動作が開始されない。
【００８５】ここで、本実施例による第１の所定の閾値について図８（ｂ）を用いてより詳細に説明する。尚、説明の都合上、図８（ｂ）では、撮影画像１と撮影画像２との排他的論理和により変化量を算出する場合について例を挙げる。
【００８６】本実施例では、撮影画像１と撮影画像２との差分画像における対応する点間の距離を変化量（図８（ａ）における縦軸に対応）とし、この変化量に対して第１の所定の閾値を設定する。第１の所定の閾値の具体例としては例えば１０ピクセルとし、対応する点の何れかが１０ピクセル以上離れている場合にトリガがかかり、撮影準備が開始される。但し、第１の所定の閾値は、１０ピクセルに限定されず、ノイズを除去でき且つ撮影領域３２内に被写体２１や手指３１が進入されたことを検出できる程度の値に設定される。尚、これは実験結果に基づいて経験的に得られた値とすると良い。
【００８７】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【００８８】〔第４の実施例〕また、第４の実施例において、一定時間以上、撮像画像に変化が含まれない際に投光部１０及び撮像部１１を回転させて、広範囲を対象として撮像を行うよう構成した場合について説明する。即ち、第１の実施例では、撮像時に投光部１０と撮像部１１とが固定（但し、人為的には可動）されていたが、本実施例では、所定時間、変化が生じない場合に自動的に広範囲を検索するよう投光部１０と撮像部１１とが回転する。
【００８９】図９は、本実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動する様子を説明するための図である。図９に示すように、本実施例では投光部１０と撮像部１１とが移動部２３により揺動することで、広範囲を検索対象としている。
【００９０】本実施例による移動部２３は、支持部２０によって支持されている投光部１０及び撮像部１１を上下、左右、斜め方向に揺動し、投光軸や撮影光軸を移動させる首振り機構となっている。このように、本実施例では、撮像部１１が移動することにより撮像範囲を広げることが可能である。
【００９１】但し、上記のような移動部２３を使用して撮像部１１を移動させた場合、投光軸の傾きと撮像部１１における原点から底面（被写体２１の置き台）までの距離が変化する。これにより、本実施例では投光パタン２２が投光される位置が図１０（ａ）から（ｂ）に示すように変化する。
【００９２】従って本実施例では、撮像部１１を移動させた量に依存して、差分処理又は排他的論理和により得られた結果画像に対する基準位置又は閾値を変化させる。
【００９３】ここで、基準位置を変化させる場合では、以下に示す（式９）により、撮像画像における各点の座標を変換する。但し、（式９）は移動部２３により撮像光軸をθ傾けた場合の変換式である。
【００９４】
【数６】
（式９）において、θは上述のように移動部２３の回転角度である。また、（ｘ，ｚ）は変換前の光点の座標であり、（ｘ’，ｚ’）は変換後の光点の座標である。更に、Ｌは移動部２３の回転中心３５から撮像部１１内部における焦点までの距離である。
【００９５】また、本実施例における回転中心３５と撮像部１１と投光部１０と被写体２１の置き台との関係を図１１に示す。図１１において、Ｘは移動部２３が回転する以前の座標系での横方向の軸を示し、Ｚは同じく移動部２３が回転する以前の座標系での高さ方向の軸を示す。また、Ｘ’は移動部２３が回転した後の座標系での横方向の軸を示し、Ｚ’は移動部２３が回転した後の座標系での高さ方向の軸を示す。
【００９６】従って、上記の（式９）は回転前の座標系での点の位置を回転後の座標系での位置に変換するための式である。この式により、本実施例では前回の撮像画像における各点を回転後の座標系へ変換して、図３におけるステップＳ１０４の処理を実行する。
【００９７】次に、本実施例による画像入力装置１００の動作を図１２のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００９８】図１２を参照すると、本実施例においてステップＳ２０１からステップＳ２０４は、第１の実施例において図３を用いて説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００９９】また、本実施例では、ステップＳ２０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体２１が設置されていないと判定された場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、画像入力装置１００は、移動部２３を稼働して、投光部１０と撮像部１１とを回転し、投光パタン２２が照射される領域及び撮像領域３２を図１０に示すように移動する（ステップＳ２０７）。その後、画像入力装置１００は、ステップＳ２０１へ帰還し、以降の動作を実行する。
【０１００】但し、本実施例において、ステップＳ２０４の判定後にステップＳ２０７を実行する条件を、予め設定しておいた所定期間、被写体２１の設置が検出されなかった場合のみとすることも可能である。このように構成する場合、ステップＳ２０４とステップＳ２０７との間に、被写体２１の設置が検出されない期間が所定期間継続したか否かを判定するステップを新たに設ける。
【０１０１】また、ステップＳ２０４の判定の結果、被写体２１が検出された場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００はステップＳ２０５以降を実行し、ステップＳ２０１へ帰還する。この際の動作の詳細は、第１の実施例で説明した図３のステップＳ１０５以降と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】また、本実施例でもステップＳ２０４の検出において第３の実施例と同様な第１の所定の閾値を設定し、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できるように構成しても良い。
【０１０３】このように本実施例によれば、移動部２３の首振り機構により撮像部１１が回転することで、被写体２１の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１０４】〔第５の実施例〕また、上記第１から第４の実施例では撮像画像における比較的微小な一部分だけに変化が含まれた場合でも撮像を開始するよう構成されていた。しかしながら、このように、任意の点同士の差分値又は点同士の差分値の合計値を用いて判定すると、画像ノイズによってある任意の点だけが大きく異なった場合等に誤り検出をしてしまう可能性が存在する。そこで以下の第５の実施例では、画像上でパタン光が変化する面積を算出し、その面積が広ければ撮影を開始し、面積が小さければ無視して撮影を開始させないように構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１０５】これを実現するためには、第１の実施例における図３のステップＳ１０４において、図１３に示すように、所定の大きさであるフィルタ（以下、領域フィルタという）３６を用い、この領域フィルタ３６に納まる範囲以上に変化が生じた場合のみ、撮像動作を開始するよう構成する。尚、この領域フィルタ３６の大きさとしては、例えば撮影画像面積の１／９とするが、これに限定されず、ノイズ等を除去できる大きさで且つ被写体２１や手指３１の撮像面積以下であれば如何様にも変形して良い。
【０１０６】従って本実施例では、第１の実施例における図３のステップＳ１０４において、結果画像に現れたパタンの領域が領域フィルタ３６の範囲内に納まるか否かを判定し、納まらない場合のみ、撮像動作を開始するよう構成される。
【０１０７】これにより本実施例によれば、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１０８】〔第６の実施例〕また、一般的に、画像入力装置１００を設置する環境によって、被写体２１が撮像範囲３２内に進入してくる方向や、撮像範囲３２内における書き込み等がなされる場所に偏りが生じる。
【０１０９】これを図１４を用いて説明する。図１４（ａ）に示す例では、例えば撮像領域３２における図中左下側から被写体２１が進入する頻度が最も高い。従って、本実施例では、図１４（ｂ）に示すように、撮像領域３２をいくつかの領域に分割し、各領域毎に上述の第１の所定の閾値のような閾値を設定するよう構成する。但し、本実施例における閾値は、図３のステップＳ１０４において求められる結果画像に基づいて被写体２１が進入したか否かを判定する際の閾値であり、図１４（ｂ）に示すような各領域毎に目的に応じて異なる値が設定されるものである。
【０１１０】図１４（ｂ）に示す例では、撮像領域３２中、被写体２１が進入する確率の比較的高い下側の領域の閾値を低く設定することで、確実に被写体２１が設置されたことを検知し、また、撮像領域３２中、ＰＣ２００側の領域の閾値を高く設定することで、マウス等の対象でない物体により撮像が開始されることを防止する。尚、閾値：高は、例えば３０ピクセルとするが、マウス等の対象でない物体が検出されるのを防止し且つ被写体２１や手指３１を検出できる程度の範囲で設定されればよい。また、閾値：低は、例えば１０ピクセルとするが、ノイズによる誤り検出を防止し且つ被写体２１や手指３１を感度良く検出できる範囲で設定されればよい。更に、閾値：中は、例えば２０ピクセルとするが、閾値：高と閾値：低との間の範囲で設定されればよい。
【０１１１】このように本実施例では、対象外の物体が進入する可能性が高い領域に対する閾値を高く設定することで誤検出を低減させ、反対に被写体２１が進入する可能性が高い領域に対する閾値を低く設定することで感度良く且つ的確に被写体２１が設置されたことを検出できるように構成する。
【０１１２】また、図１４（ｂ）に示す例では、撮像領域３２を９分割し、被写体２１が入ってくる可能性の高い撮像領域３２左下領域の閾値を低く設定し、被写体２１以外の物体が入ってくる可能性の高い撮像領域３２左上領域の閾値を高く設定している。
【０１１３】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１１４】〔第７の実施例〕また、第６の実施例において、被写体２１が検出された場所又は進入してきた方向を記録し、これに基づいて自動的に図１４（ｂ）に示す分割された領域毎の閾値を設定するように構成することも可能である。このように構成した場合を第７の実施例として以下に説明する。但し、以下の説明では、被写体２１が検出された場所が例えば図１５に示すような分布となる場合を例に挙げて説明する。また、撮像領域３２は第６の実施例で例示したように分割されているものとする。
【０１１５】図１５（ａ）は検出回数が比較的少ない場合の分布を示している。また、図１５（ｂ）は検出回数が比較的多い場合の分布を示している。
【０１１６】図１５（ａ），（ｂ）において、検出確率が比較的高いと見なせる領域は、領域Ｃ１，Ｃ２である。従って、本実施例では、領域Ｃ１，Ｃ２に対応する撮像領域３２内の分割された領域の閾値を、例えば１０ピクセル等の比較的低い値に設定する。これは、図２に示すＭＰＵ９において判定し、設定するよう構成するとよい。また、検出確率が高いか否かの判定方法としては、例えば単位面積当たりの検出回数と予め設定しておいた回数とを比較することで判定するよう構成するとよい。
【０１１７】更に、本実施例では、被写体２１が被写体２１が設置されたと誤って判定した際の検出位置の分布も記録し、これに基づいて対応する領域の閾値を、例えば３０ピクセル等の比較的高い値に設定するように構成するとよい。これは、上記と同様な方法で実現することが可能である。
【０１１８】以上のように検出された頻度によって閾値を変化させることで、図１５に示す例では、領域Ａ１，Ａ２の閾値が３０ピクセルと設定され、領域Ｃ１，Ｃ２の閾値が１０ピクセルと設定される。また、初期状態（変化させる前）で撮像領域３２全体の閾値を例えば２０ピクセルとした場合、領域Ｂ１，Ｂ２の閾値はこの値から変化されず、２０ピクセルである。
【０１１９】このように本実施例では、より多く検出させることで誤り検出される可能性が少なくなる画像入力装置１００が実現される。
【０１２０】これにより本実施例では、投光パタン２２の変化量に所定の閾値が設定されるため、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体２１を誤検出することが防止できる画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１２１】〔第８の実施例〕また、第１の実施例では、図３のステップＳ１０４において被写体２１の設置が判定されたことをトリガとして、即ち、撮像画像における撮像パタンに基準位置からの変化が含まれたことをトリガとして、これから所定時間経過後に撮像動作を開始するよう構成していたが、本実施例では、撮像画像における撮像パタンに基準位置からの変化が含まれた後、再度、撮像画像における撮像パタンが上記基準位置（前々回の撮像画像における各光点の位置）に戻ったことをトリガとして、撮像動作を開始するように構成した場合を例に挙げて説明する。
【０１２２】図１６は、本実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【０１２３】図１６を参照すると、本実施例においてステップＳ３０１からステップＳ３０４は、第１の実施例において図３を用いて説明した動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。但し、本実施例では、第１の実施例における第１の所定の閾値に代わりに第２の所定の閾値が用いられている。ここで第２の所定の閾値とは、ユーザが被写体２１を撮像位置に設置するときに生じるパタンの変化を判定するためのものである。このため、第１の所定の閾値と同様に、第２の所定の閾値はノイズを除去でき且つ撮影領域３２内に被写体２１や手指３１が進入されたことを検出できる程度の値、例えば２０ピクセルに設定される。
【０１２４】本実施例では、ステップＳ３０４の判定の結果、撮像領域３２内に被写体２１が設置されたと判定された場合（ステップＳ３０４のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始する（ステップＳ３０５）。準備完了後、画像入力装置１００は、定期的に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像し（ステップＳ３０６）、撮像領域３２における投光パタン２２の各光点を検出する（ステップＳ３０７）。
【０１２５】このように、再度、撮像した画像における撮像パタンの各光点の位置を検出した画像入力装置１００は、ステップＳ３０４で基準位置とした光点とステップＳ３０７で検出した光点とをそれぞれ比較し、各光点が上記基準位置に戻っているか否かを判定する（ステップＳ３０８）。これは、第３の閾値をダウンエッジでクロスしたか否かを判定することで行われる。
【０１２６】この判定の結果、各光点が上記基準位置に戻ったと判定された場合（ステップＳ３０８のＮｏ）、画像入力装置１００はステップＳ３０５に帰還する。これに対し、ステップＳ３０８の判定の結果、各光点が上記基準位置に戻ったと判定された場合（ステップＳ３０８のＹｅｓ）、画像入力装置１００は撮像準備を開始し、準備完了後、所定の時間が経過した後に撮像範囲３２内における被写体２１を撮像する（ステップＳ３０９）。
【０１２７】その後、画像入力装置１００は、ステップＳ３０９で取得した画像信号に対してＣＤＳ４，Ａ／Ｄ変換器５，ＩＰＰ７により所定の処理を施し、画像データとしてメモリ８に保存する（ステップＳ３１０）。但し、ステップＳ３１０では、画像データをメモリ８に保存するのでなく、Ｉ／Ｆ部２４を介して接続されたＰＣ等の外部機器へ送信するよう構成してもよい。
【０１２８】このように本実施例では、投光パタン２２が再び基準位置に戻るまで撮影動作を開始するのを待ち、基準位置に戻ったことをトリガとして撮影を開始する。
【０１２９】また、図１６のステップＳ３０８の判定において、図１７に示すような第３の所定の閾値を設定し、この第３の所定の閾値を変化量がダウンエッジでクロスした場合に、各光点が上記基準位置に戻ったと判定されるよう構成するとよい。これにより、外部からの振動や画像ノイズに影響され、被写体２１の設置が完了しても撮影動作が開始されないという不具合を回避することが可能となる。尚、第３の所定の閾値とは、ユーザが被写体２１を撮影位置に設置し終わったかを判定するためのものである。このため、第３の所定の閾値は手指３１による変化量のピーク値以下の値、例えば５ピクセルに設定される。
【０１３０】また、図１７に示す例では、撮影動作を開始するために使用する第３の所定の閾値が撮影準備を開始するために使用する第２の所定の閾値よりも高くなるよう設定されているが、これを、撮影動作を開始するために使用する第３の所定の閾値が撮影準備を開始するために使用する第２の所定の閾値よりも高くなるように設定してもよい。
【０１３１】これにより本実施例では、撮像準備を開始した後に投光パタン２２が基準位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、手指３１などの不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１３２】〔第９の実施例〕また、第８の実施例では、被写体２１に厚さがある場合、被写体２１の設置を完了しても投光パタン２２が基準位置に戻らず撮影動作が開始されない可能性が存在する。このため、本実施例では、図１６のステップＳ３０８の判定において、第３の所定の閾値の代わりに図１８に示すような第４の所定の閾値を設定し、第２の所定の閾値に基づいて撮像準備が開始された後に、再度撮影された画像を使用して、時系列毎の投光パタン２２の変化量を測定し、これに基づいて被写体２１が設置し終わったか否かを判定するよう構成する。但し、この際、再度撮影された画像を使用して時系列毎の投光パタン２２の変化量を測定する方法としては、図５で説明したような差分処理や排他的論理和等を利用することが可能である。また、第４の所定の閾値は、時系列毎のパタン光の差分値の変化を判定するためのものである。このため、ノイズレベル近辺の範囲、例えば５ピクセルに設定されるとよいが、これに限定されず、手指３１による変化量のピーク値以下の値であればよい。
【０１３３】また、被写体２１が設置し終わったか否かの判定においては、再度の撮像から求められた変化量が第４の所定の閾値より低い状態が一定時間以上継続したか否かに基づいて判定するよう構成するとよい。即ち、一定時間以上、撮像領域３２内に何も進入されなかった場合に、本実施例では図１６におけるステップＳ３０９以降の処理を実行する。
【０１３４】これにより本実施例では、被写体２１が厚さを有する物体であっても、確実に撮影動作を開始させることが可能となる。
【０１３５】このように本実施例では、撮像準備を開始した後に投光パタン２２の位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機するため、厚みがある被写体２１に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、手指３１等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１３６】〔第１０の実施例〕また、上記した投光パタン２２をカラーとすることも可能である。以下、本実施例において、カラーの投光パタン２２を適用した場合を例に挙げて説明する。
【０１３７】本実施例では、図２における投光パタンフィルタ１２を、図１９に示すようなカラーパタンを有するカラー液晶パネルを用い、投光部１０から照射された光をカラー液晶パネルを介することで、被写体２１に照射される投光パタン２２がカラーとなるよう構成する。ここで、投光パタンフィルタ１２のカラーパタンは、図１R>１における検出方法切替スイッチにより設定された検出方法に対応して自動的に設定されるよう構成するとよい。
【０１３８】また、投光パタンフィルタ１２のカラーパタンを変化させる方法としては、例えば投光パタンフィルタ１２に印加する電圧を制御してカラー液晶パネルのＲ，Ｇ，Ｂ値をそれぞれ調節することにより実現することが可能である。
【０１３９】本実施例では、このように投光する投光パタン２２のカラーパタンを変化させ、特定の色である物体３３だけからの反射光を撮像するよう構成することで、特定の色がついた物体３３の投光パタン２２の変化量のみを検出するよう構成することが可能である。
【０１４０】また、特定の色がついた物体から反射される投光パタン２２の変化量を検出する他の方法としては、画像処理時に被写体２１から反射された投光パタン２２の色を識別することより、投光パタンフィルタ１２としてカラー液晶パネル等のカラーフィルタを使用せずに特定の色の被写体２１だけを検出する方法を適用することも可能である。
【０１４１】このように本実施例では、投光する投光パタン２２を所定のカラーパタンとすることで被写体２１から特定の色のみを反射させる、又は投光パタン２２の反射光の色だけを検出するため、所定の色の被写体２１だけを検出し、被写体２１の誤検出を回避することを可能にする画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１４２】〔第１１の実施例〕また、被写体２１が撮像領域３２内に設置されたか否かを判定する際に用いる撮像画像の解像度は、保存するために撮像する画像の解像度よりも低くても構わない。
【０１４３】従って、本実施例では、第１の実施例における図３のステップＳ１０２で撮影する際と、同図ステップＳ１０５で撮影する画像の解像度とを切り替える手段を撮像部１１に設け、ステップＳ１０２での撮像における解像度を低く設定するよう動作する。
【０１４４】これにより、本実施例では、被写体２１の設置の有無を判定する処理におけるデータ量を削減し、より迅速に動作する画像入力装置１００を提供することが可能である。
【０１４５】但し、上記の解像度を切り替える手段は、図２におけるＭＰＵ９が撮像素子３より取得する画像信号を間引くよう動作することで実現することが可能である。
【０１４６】このように本実施例では、被写体２１の検出時に低い解像度で撮像画像を取得することで処理データが少なくなるため、リアルタイムで被写体２１を検出することができる画像入力装置を安価に作成することが可能となる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１４７】〔第１２の実施例〕また、上記した各実施例において、自動的に撮像を行うモード（以下、自動撮像モードという）の有効／無効を切り替える撮像モード切替スイッチ１５を図１に示すように設けることで、ユーザの意図したときにのみ自動的な撮像がなされるよう構成することも可能である。
【０１４８】但し、本実施例では、撮像モード切替スイッチ１５により設定された自動撮像モードの有効／無効の設定が図２におけるＭＰＵ９に入力され、ＭＰＵ９において撮像部１１及び投光部１０が設定に応じた制御をなされることで実現されるものである。
【０１４９】このように本実施例では、撮像モード切替スイッチ１５を設けるため、ユーザの意図したときにのみ自動撮像機能が実行される画像入力装置を実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１５０】〔第１３の実施例〕更に、上記した各実施例において、ユーザが検出方法を切り替えるための検出方法切替スイッチ１６を図１に示すように設けることで、ユーザが意図する検出方法で被写体２１の有無の検出がなされるよう構成することも可能である。
【０１５１】ここで、検出方法切替スイッチ１６により選択される選択肢の例としては、上記何れかの実施例で例示したような、検出速度を向上させるために投光パタン２２の各光点の位置変化量を検出に利用する方法や正確に被写体２１を検出するために３次元形状の変化量を基準とする方法等を選択するための選択肢や、ユーザが被写体２１を設定し終わることを検出してから撮影動作を実行する方法を設定するための選択肢や、検出する際に使用される閾値を選択するための選択肢等が挙げられる。
【０１５２】また、検出方法切替スイッチ１６により選択された設定は、図２におけるＭＰＵ９に入力される。従って、ＭＰＵ９は、入力された設定に応じて投光部１０や撮像部１１を制御し、ユーザの意図にあった動作を実現する。
【０１５３】このように本実施例では、被写体２１の検出方法切替スイッチ１６を設けるため、ユーザの意図した検出方法等の設定で被写体２１を検出することで、被写体２１設置の誤検出を低減させた画像入力装置が実現できる。また、上記した以外の構成は、第１の実施例と同様であるため、本実施例では説明を省略する。
【０１５４】〔他の実施例〕また、上記した各実施例は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎない。即ち、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。
【０１５５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を提供することが可能となる。
【０１５６】即ち、時系列毎に撮影されたパタンの変化量を検出して撮影準備を開始するよう構成することで、３次元形状の計測に必要な計算処理を省いて撮像領域内に被写体が入ってくることを検出することが可能となり、被写体の検出がリアルタイムに行うことができる画像入力装置を安価に実現することができる。
【０１５７】更に請求項１記載の発明によれば、画像入力装置自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【０１５８】また、請求項２記載の発明によれば、被写体の検出をリアルタイムに行う画像入力装置を安価に提供することが可能となる。
【０１５９】即ち、画像入力装置１００自体が所定パタンを被写体へ投光し、撮像領域内のパタンの変化量を検出して撮影準備を開始することにより、外部の照明条件に影響されることなく、自動的に被写体を検出し、撮影を実行することができる画像入力装置が実現できる。
【０１６０】更に、請求項３記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６１】更に、請求項４記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６２】更に請求項４記載の発明によれば、撮像領域を移動させることで、被写体の検索範囲を広範囲とした画像入力装置が実現できる。
【０１６３】更に、請求項５記載の発明によれば、投光したパタンの変化量に所定の閾値を設定することで、外部からの振動や撮影時のノイズに影響されて被写体を誤検出することが防止できる画像入力装置が実現できる。
【０１６４】更に、請求項６記載の発明によれば、撮像準備を開始した後に投光したパタンが基準となる位置に戻るまで撮像動作を待機させることにより、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【０１６５】更に、請求項７記載の発明によれば、撮像準備を開始した後に投光したパタンの位置変化がない状態が一定時間以上継続するまで撮影開始を待機することにより、厚みがある被写体に対しても確実に撮像動作を実行し、且つ、ユーザの手等の不必要な物体が撮影されることを防止する画像入力装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による画像入力装置１００の外観を示す俯瞰図である。
【図２】画像入力装置１００における撮像部１１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例による画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図４】撮像領域３２に被写体２１が設置される際の様子を説明するための図である。
【図５】図３のステップＳ１０４における判定処理の一例を説明するための図である。
【図６】３次元形状の変化を検出する際の動作の概略を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施例における３次元形状の算出を説明するための図である。
【図８】（ａ）は本発明において求められる変化量を時系列に従ってグラフ化した図であり、（ｂ）は（ａ）の縦軸の変化量を説明するための図である。
【図９】本発明の第４の実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動する様子を説明するための図である。
【図１０】本発明の第４の実施例において投光部１０と撮像部１１とが可動したことにより投光されるパターンが移動する様子を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施例における回転中心３５と撮像部１１と投光部１０と被写体２１の置き台との関係を図１１に示す。
【図１２】本発明の第４の実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第５の実施例における領域フィルタ３６を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施例を説明するための図である。
【図１５】被写体２１が検出された場所の分布を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施例における画像入力装置１００の動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第８の実施例において設定される第２及び第３の所定の閾値と時系列に従った変化量とをグラフ化した図である。
【図１８】本発明の第９の実施例において設定される第２及び第４の所定の閾値と時系列に従った変化量とをグラフ化した図である。
【図１９】本発明の第９の実施例で使用する投光パタンフィルタ１２のカラーパタンを示す図である。
【符号の説明】
１ レンズ
２ 絞り機構
３ 撮像素子
４ ＣＤＳ
５ Ａ／Ｄ変換器
６ ＴＧ
７ ＩＰＰ
８ メモリ
９ ＭＰＵ
１０ 投光部
１１ 撮像部
１２ 投光パターン
１５ 撮像モード切替スイッチ
１６ 検出方法切替スイッチ
１７ 色指定切替スイッチ
２０ 支持部
２１ 被写体
２２ 投光パターン
２３ 移動部
２４ Ｉ／Ｆ部
３１ 移動手段
３２ 撮像領域
３３ 物体
３４ 原点
３５ 回転中心
３６ 領域フィルタ
２００ ＰＣ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段は、所定期間毎に前記撮像領域内の前記パタンを取得し、該パタンの第１の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】 撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、前記撮像領域内の３次元形状を計測する３次元形状計測手段と、該３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状に基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段は、前記３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状の第２の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】 前記被写体検出手段は、前記第１又は第２の変化を数値化し、数値化した値が第１のしきい値よりも大きい場合、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像入力装置。
【請求項４】 前記撮像領域を移動させる領域移動手段を有し、前記第１のしきい値は、前記領域移動手段により移動した前記撮像領域の位置に基づいて変化することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項５】 前記被写体検出手段は、前記撮像領域における前記第１又は第２の変化が含まれる領域が所定の面積以上である場合、該撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴とする請求項３又は４記載の画像入力装置。
【請求項６】 前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第３の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第４の変化を数値化した値が、第２のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第３又は第４の変化は、前記第１又は第２の変化を判定するにあたり使用したパタン又は３次元形状に対する変化であり、前記撮像手段は、前記検出手段により前記第３又は第４の変化を数値化した値が前記第２のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項７】 前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第５の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第６の変化を数値化した値が、第３のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第５又は第６の変化は、前記前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後の前記撮像領域内の変化であり、前記撮像手段は、前記検出手段により前記第５又は第６の変化を数値化した値が前記第３のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項１】 撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段は、所定期間毎に前記撮像領域内の前記パタンを取得し、該パタンの第１の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】 撮像領域内へ所定パタンの光を照射する投光手段と、前記光により前記撮像領域内に形成されたパタンに基づいて、前記撮像領域内の３次元形状を計測する３次元形状計測手段と、該３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状に基づいて、該撮像領域内に被写体が設置されたことを検出する被写体検出手段と、該被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたことが検出された後、前記撮像領域内を撮像する撮像手段と、を有し、前記被写体検出手段は、前記３次元形状計測手段により計測された前記撮像領域内の３次元形状の第２の変化を時系列に従って判定することにより、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたか否かを検出することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】 前記被写体検出手段は、前記第１又は第２の変化を数値化し、数値化した値が第１のしきい値よりも大きい場合、前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴とする請求項１又は２記載の画像入力装置。
【請求項４】 前記撮像領域を移動させる領域移動手段を有し、前記第１のしきい値は、前記領域移動手段により移動した前記撮像領域の位置に基づいて変化することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項５】 前記被写体検出手段は、前記撮像領域における前記第１又は第２の変化が含まれる領域が所定の面積以上である場合、該撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定することを特徴とする請求項３又は４記載の画像入力装置。
【請求項６】 前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第３の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第４の変化を数値化した値が、第２のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第３又は第４の変化は、前記第１又は第２の変化を判定するにあたり使用したパタン又は３次元形状に対する変化であり、前記撮像手段は、前記検出手段により前記第３又は第４の変化を数値化した値が前記第２のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項７】 前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後に、前記撮像領域内におけるパタンの第５の変化又は前記３次元形状計測手段により計測された３次元形状の第６の変化を数値化した値が、第３のしきい値以下となったことを検出する検出手段を有し、前記第５又は第６の変化は、前記前記被写体検出手段により前記撮像領域内に前記被写体が設置されたと判定された後の前記撮像領域内の変化であり、前記撮像手段は、前記検出手段により前記第５又は第６の変化を数値化した値が前記第３のしきい値以下であると判定された場合、前記撮像領域内を撮像することを特徴とする請求項３記載の画像入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図５】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１７】
【図１８】
【図１５】
【図１６】
【図１９】
【公開番号】特開２００３−２４４５３１（Ｐ２００３−２４４５３１Ａ）
【公開日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−１５７２７４（Ｐ２００２−１５７２７４）
【出願日】平成１４年５月３０日（２００２．５．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年８月２９日（２００３．８．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年５月３０日（２００２．５．３０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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