対数極座標空間の高次局所自己相関特徴okinawa-repo.lib.u- ......

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  • Title 対数極座標空間の高次局所自己相関特徴を用いたポインティングデバイスの提案

    Author(s) 小渡, 悟

    Citation 沖縄大学マルチメディア教育研究センター紀要 = The Bulletin of Multimedia Education and Research Center, University of Okinawa(4): 57-70

    Issue Date 2004-03-31

    URL http://hdl.handle.net/20.500.12001/6384

    Rights 沖縄大学マルチメディア教育研究センター

  • 対数極座標空間の高次局所自己相関特徴 を用いたポインティングデバイスの提案

    小波 悟

    沖縄大学人文学部

    概 要

    ポインティングデバイスは,GraphicalUserlnte血ceを構成する上で不可欠な要素であり,現在は操 作が直感的で分かりやすいということでマウスが広 く利用されている.しかし,マウスを操作するには

    ユーザが直接マウスに触れる必要があり,利用する場所が限定される.一般にポインティングデバイス

    は,ポインティング機構とスイッチ機構からなりたっことから,これらの機構を非接触型のデバイスで

    実現すれば,利用場所の制限から解放される.本研究では非接触型デバイスである単眼カメラを用い,

    画像からユーザの手の位置と形状を推定することで,ユーザに対して拘束感や不自然な使用感を与えな

    いポインティングデバイスの構築を検討した.本システムでは,取 り込み画像を直交座標系から対数極

    座標系に変換することで,画像のデータ量を減らし計算コストを削減することで,通常のカメラ以外の

    専用ハードウェアを用いずにリアルタイム性を実現し,対数極座標空間の高次局所自己相関特徴を用い

    ることで背景の変化や手の回転に対しての頑健性を実現した.また,より快適を計算機とのインタラク ションを実現するために,ポインティングによる直接操作型の機能に加え,手の動作軌跡からのジェス

    チャを識別する機能を組み込んだ.評価実験にて,通常の計算機 とデジタルビデオカメラを用いて構築

    したシステムにて,1フレームあたり処理時間は平均約 30msと実用的な速度で安定して検出すること

    ができ,また手領域の追跡,抽出されたフレーム区間に対してシンボリックサインの推定が実現した.

    PointingDeviceUsingHigher-OrderLocal AutocorrelationFeaturein

    LogPolarCoordinatesSystem

    ODOSatoru

    DepartmentofWelfar.eandCultuer,OkinawaUniversity

    Abstruct

    Apointingdeviceisindispensableelementincomposlnggraphicaluserinterface.Now,mQuseis ●

    widelyusedasapointingdevicebecauseitsusageisintuitiveandeasytounderstand.臥)rtheuser

    tousethemousedevice,theusermustbeabletotouchtheequlpmentdirectlywiththeprovided ●

    mouse・Therefore,theareaoftheoperationwhichthemouseequlpmentCouldbefreelyusedislimited. ●

    Ingeneral,amousedeviceiscomprlSedofpointingandswitchsystems.Ifitispossibletoreplace ●

    thesystemonanontuchdevice,therewouldbenoneedtoconsiderthekindoflimitationwhicha mousedevicehas・Inthispaper,weproposeatechniquetoestimatetheshapeandpositionofthe humanhandwithfrom amonocularcameraforrecognitionofthehumangestures.Inthesystem, thesequentialimagesarerecordedwithamonocularcamera,andthentransformedintothelog-polar nappedimagesbylog-polarmapplng.Thehigherorderlocalautocorrelationfeaturechangeswhen

    thetargetisrotated・WeintroducedthereforearotationalinvariancebycarryingOutthelog-polar ●

    mapplngbeforeextractingthehigherorderlocalautocorrelationfeature.Oursystemusingthelog- ● ●

    polarmapplngreducesthedatesizeoftheimageswithoutspacialaccuracyofthetarget. ●

    -57- ,

  • lはじめに

    マウス,トラックポール,タブレットなどのポインティングデバイスは,GraphicalUserln-

    terface(以下,GUI)を構成する上で不可欠な要素であり,その中でも現在は操作が直感的で

    分かりやすいということでマウスが広く利用されている.しかし,人間から計算機への意思伝

    達を自然に行なえるマン・マシンインターフェースという観点からみると,マウスをはじめと

    する一般的なポインティングデバイスは,操作を行なうにはユーザがデバイスに直接触れる必

    要があり,また,ユーザの手が自然に届く範囲に存在することを前提としているなどの問題点

    が浮かび上がる.

    一方,コンピュータの利用分野は,仮想環境,モパイル環境,ユビキタス環境などと実生活

    全般に大きく拡大しつつあり,また,計算機の急速な普及に伴いユーザがより良い操作性や自

    然な操作感覚をえられるインターフェースが求められている.これらの環境で用いられるポイ

    ンティングデバイスは,ユーザを空間内に固定するものであってはならない.また,モバイル

    環境においては,計算機の小型化により機器の表面積が減少するため,従来のユーザの指先や

    スタイラスペンなどが機器に接することによるポインティングデバイスを実装することは困難

    になってきている←

    一般にポインティングデバイスは,ポインティング機構とスイッチ機構からなりたつことか

    ら,これらの機構をユーザの身体動作から推定できれば,上記の制限から解放されるものと思

    われる.ユーザの身体動作からポインティングデバイスを実現する手法としては,腕の筋収縮

    信号を用いたEMG制御型デバイス[1],両足で板を傾斜させて操作する両足操作型デバイス[2]’

    3系統のセンサーを組み合わせた「Ubi-Finger」[3]などが提案されている.その他にも身振り 手ぶりなどのジェスチャ識別までを含めると,データグローズ磁気式モーションキヤプチヤ,

    加速度センサ,関節角度検出センサといったセンサを体に装着することで身体動作を計測する

    ことでジェスチヤ識別を行なう各種の手法が提案されていろ[4,5]、これらはセンサを直接体 に装着することと専用の機材を用いることで処理の高速性,安定性,計測精度を実現できるが,

    特殊な機材を装着することになるためユーザに対して拘束感や不自然な使用感を与えてしまい,

    快適とは言いがたい.

    これに対して非接触型の手法としては,超音波の位相差を用いた位置計測手法[6],複数のカ

    メラを用いる手法[7]などがあるが,特殊な機材を使用することになるため,一般のユーザが 利用するのは難しい.通常のカメラを用いて追跡領域の低次のモーメント特徴を用いる手法[8]

    も提案されているが,低次のモーメントは対象の大きさや各方向の広がりなどの情報程度しか

    持たないため別対象が回転すると広がりの方向が変わり誤認識を起こす,細かな形状が扱えな

    いなどの欠点を有する.

    そのため,一般のユーザが快適に利用することを考慮すると,このときのポインティングデ

    バイスは,非接触でリアルタイム処理が可能で,取り付け箇所や空間を自由に設定できること,

    また,十分に小型で軽量で安価であることが必要である。

    本研究では非接触型デバイスである単眼カメラを用い,画像からユーザの手の位置と形状を

    推定することで,ユーザに対して拘束感や不自然な使用感を与えないポインティングデバイス

    -58-

  • の構築を検討した.

    本システムでは,取り込み画像を直交座標系から対数極座標系に変換することで,画像のデー

    タ量を減らし計算コストを削減することで,通常のカメラ以外の専用ハーFウェアを用いずに

    リアルタイム性を実現し,対数極座標空間の高次局所自己相関特徴を用いることで背景の変化

    や手の回転に対しての頑健`性を実現した.また,より快適な計算機とのインタラクションを実

    現するために,ポインティングによる直接操作型の機能に加え,手の動作軌跡からのジェスチャ

    を識別する機能を組み込んだ.

    ここで,計算機の入力デバイスとしての手指動作によるマウス様な機能の実現のためにジェ

    スチヤ認識を用いることを考慮すると,任意の動きからジェスチャ認識を行なうよりも,ユーザ

    が入力操作を意図したときにジェスチャを認識したほうが誤動作を招かなくて都合がよい.そ

    こで本システムでは,入力キーとなる手形状をカメラの前で行なうことで,マウス様な機能の

    オン/オフを行なうことができるようにした.

    2システムの構成

    21ジェスチャ認識アルゴリズム