JPH0563797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は盲人が利用して遠近感も判る視覚代行
装置に関する。 （従来の技術） 従来、第１図に示すようなバイモルフ振動子を
用い、CCDカメラで取り込んだ画像にしたがつ
てこのバイモルフ振動子を駆動回路によつて駆動
して、これに固着した触知ピンを上下動させるよ
うにし、この触知ピン上に指を載せさせて触知ピ
ンの上下動を感知させることによつて、視覚の代
行をはたさせるようにした視覚代行装置が提案さ
れている。 （発明が解決しようとする問題点） しかし、上記提案の装置によれば、触知ピンに
より得られる外界の情報は、平面的な情報である
ため、物体や情景の遠近感が得られるようになつ
ていない。このため、障害物を適切に検知し、回
避するために有効に使用できるまでに至つていな
かつた。 よつて本発明は、上述した従来の問題点に鑑
み、物体や情景の遠近感が判るようにした視覚代
行装置を提供することを目的としている。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明により成された
視覚代行装置は、カメラによつて取り込んだ物体
が情景の画像を処理して画像上の多数の点での物
体や情景の距離を演算し、該演算によつて求めた
距離情報を出力する物体情報処理装置と、該物体
情報処理装置が出力する距離情報に対応する距離
所定設定値以遠か否かを判別する判別手段と、自
由端に植設された触知ピンを制御印加信号にとも
なつて変位駆動する振動子と、前記判定手段によ
り所定設定値以遠と判別された物体や情景に対応
する触知ピンを一方向に、以遠できないと判別さ
れた物体や情景に対応する触知ピンを他方向にそ
れぞれ変位駆動させる制御印加信号を出力する制
御手段とを備えることを特徴としている。 （作用） 上記構成により、物体情報処理装置が、カメラ
によつて取り込んだ物体や情景の画像を処理して
画像上の多数の点での物体や情景の距離を演算
し、該演算によつて求めた距離情報を出力する。
判別手段が、物体情報処理装置が出力する距離情
報に対応する距離が所定設定値以遠か否かを判別
する。一方、振動子がその自由端に植設された触
知ピンを制御印加信号にともなつて変位駆動す
る。制御手段が、判別手段により所定設定値以遠
と判別された物体や情景に対応する触知ピンを一
方向に、以遠でないと判別された物体や情景に対
応する触知ピンを他方向にそれぞれ変位駆動させ
る制御印加信号を出力する。したがつて、触知ピ
ンに指を載せることにより、触知ピンの上下動を
感知して物体や情景の遠近感を知ることができ
る。 （発明の実施例） 以下、本発明を実施例により説明する。 第２図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。 同図において、物体情報発生装置１は図示しな
い光学ユニツト、CCDカメラなどを有し、物体
や情景の位置を含むデータを出力し、このデータ
はフレームメモリ２に画像情報として記憶され
る。フレームメモリ２に記憶された画像情報は例
えば８ビツトのCPU３に読み込まれて処理され
る。この画像情報の処理により例えば横12列縦20
行の240点の物体や情景の距離が演算され、この
演算によつて得られた距離データ或いは情報につ
いて更に各種の処理が施されて、タクタイル呈示
データ或いはタクタイル情報が得られる。 上記距離の演算には、例えば特開昭60−116077
号公報、同60−116611号公報、第３回日本ロボツ
ト学会学述講演会（昭和60年11月28〜30日）前
刷、「移動ロボツト用３次元視覚センサ」P279−
280などにおいて提案されている方法を採用する
ことができる。この方法では、２つの対物レンズ
による物体像をモザイク状に１つの画像センサ上
に投影するようにして、レンズから物体までの距
離に応じた信号を得るようにしており、その具体
的な内容を、上記「移動ロボツト用３次元視覚セ
ンサ」の場合について、前刷の一部分を引用して
以下紹介する。 上記センサにおいて採用されている方法は、ス
テレオ法と呼ばれる測距の原理に基づくもので、
第１４図に示すように、像面から焦点距離ｆの位
置に光軸を平行にして基線距離ｂを隔てて保持さ
れた２本のレンズO₁，O₂によつて、物点Ｐの像
がO₁，O₂に結ばれたとすると、それぞれの光軸
からの距離の差をδとして、三角形の相似から、
物点を通り光軸に直交する平面とレンズとの間の
距離ｄは、ｄ＝bf／δで求められ、O₁から物点
までの距離１は１＝dsecθで求められる。上式は
３次元空間にも適用することができる。 第１５図は２本の対物レンズによる物体像をモ
ザイク状に、１つのセンサ上に投影する光学ユニ
ツトの配置を示したものである。左右の対物レン
ズによつて物体像はそれぞれ焦点面に１次結像す
る。１次結像面には、透明部と遮蔽部がモザイク
状に配置された基準視野マスクと参照視野マスク
が置かれている。両マスクのパターンは透明部と
遮蔽部とが互いに反転した関係となつている。 それぞれの透明部を透過した像は、反射鏡とハ
ーフミラーとで合成され、リレーレンズによつて
画像センサ上に再結像される。リレーレンズの光
軸に対し対物レンズの２本の光軸は相対的に基準
視野マスクの長さだけ離れている。マスクはモザ
イクパターンが画像センサ上で正確に合致しセン
サ前面に像が投影されるように配置されている。 この結果、左対物レンズと基準視野マスクを透
過して画像センサ上に結像する測距範囲の物点は
右対物レンズと参照視野マスクを透過して画像セ
ンサ上の同一走査線上の隣接領域に結像する。 左右対物レンズによる像偏位置δは、基準視野
内の１本の走査線上の照度分布と隣接する参照視
野内の同一走査線上の像照度分布との相関をとる
ことによつて求める。 今、基準視野の画素数をｎ、各々の像照度L_S、
参照視野の画素数ｍ（ｍ＞ｎ）、各画像照度をL_R
とすると、Ｕ＝Σ｜L_R−L_S｜値を対応する位置
を１画素づつずらせてｍ−ｎ回求め、Ｕの値の最
も小さくなる位置を検出し、このときの偏位量か
らδを得ている。従つてδは離散値となる。 以上の説明から明らかなように、物体情報発生
装置１、フレームメモリ２及CPU３の一部の機
能によつて、カメラによつて取り込んだ物体や情
景の画像を処理して画像上の多数の点での物体や
情景の距離を演算し、該演算によつて求めた距離
情報を出力する物体情報処理装置Ｘを構成してい
る。 上述のようにして求めた距離情報をCPU３が
後記するように処理して求めたタクタイル情報は
CPU３から出力され、Ｉ／Ｏポート４を介して
64個の８ビツトラツチ５₁〜５₆₄にデータ書き込
みされる。またCPU３からの書き込み信号は64
進カウンタ６に供給して計数し、カウンタ６の計
数値はデコーダ７に供給してデコードし、デコー
ダ７の出力はラツチ５₁〜５₆₄に供給してラツチ
５₁〜５₆₄の選択信号とする。 夫々のラツチ５_k（_k＝１〜64）は２ビツトづつ
４個の駆動回路への情報を保持する。8₁〜8₂₅₆は
駆動回路を示しており、第３図に示す如くトラン
ジスタT_r1〜T_r3からなり、トランジスタT_r2のコ
レクタとトランジスタT_r3のコレクタとの接続点
はバイモルフ振動子９₁〜９₂₅₆をそれぞれ介して
電源電圧100Vが印加してある。 バイモルフ振動子９₁〜９₂₅₆の一例は第１図に
示す如く構成されている。第１図はセラミツクバ
イモルフ振動子の構造を示す。一方の面に電極１
１をそれぞれ蒸着した２枚の圧電素子１２，１３
との間に中間電極１４がサンドイツチ状に装着し
てあり、電極１１は短絡電極１５により短絡され
ている。なお、短絡電極側は自由端であり、その
反対側は固定端である。かかるバイモルフ振動子
９₁〜９₂₅₆の固定端は、第４図に示す如く、固定
台１６に固定しており、その自由端には触知ピン
１７が垂直に固着されている。 そこで電極１１と中間電極１４との間に正電圧
がかけられたとき圧電素子１２はＸ方向に伸長
し、圧電素子１３はＸ方向に縮長される。この結
果、バイモルフ振動子の自由端はＺ軸の負方向に
変位する。逆に電極１１と中間電極１４との間に
負電圧がかけられたときは、圧電素子１２はＸ方
向に縮長し、圧電素子１３はＸ方向に伸長され
る。この結果、バイモルフ振動子の自由端はＺ軸
の正方向に変位する。バイモルフ振動子の自由端
のＺ軸方向への上記の変化にともなつて触知ピン
１７が上下動する。 したがつて、第３図に示す駆動回路において、
入力IN₁、入力IN₂に供給された電位によりバイ
モルフ振動子には第１表の如く振動子電圧V_ABが
印加され、触知ピン１７の移動が行なわれる。

【表】 一方、CPU３はタイマ３０の出力により1000
Hzの割り込みをかけ、割り込み時に拉致５₁〜５
₆₄への書き込みを行う。書き込みデータと触知ピ
ンの振動周波数の関係は第２表に示す如くであ
り、例えば500Hzの場合には、ON，OFF，ON，
OFF……のように上方変位用のONと下方変位用
のOFFとが交互に書き込まれ、250Hzの場合には
２個のONと２個のOFFが、そして125Hzの場合
には４個のONと４個のOFFがそれぞれ交互に書
き込まれる。第２表には示していないが、一般に
1000／2^N（Ｎ：整数）Hzの振動周波数が利用でき
る。

【表】 また、同じ周波数でも、第３表に(a)及び(b)に示
すように、ON，OFFと中立状態の時間比による
刺激の強度の差も利用できる。以上要するに、周
波数及び強度の差により、階調をもつ呈示が可能
である。

【表】 なお、設定器２１は後記する区分点の位置を設
定するためのものである。 次に、距離データからタクタイル呈示情報を作
成するアルゴリズムについて説明する。 距離データからタクタイル呈示情報を作成する
第１の方法は、設定器２１により設定された所定
の距離で区分し、各区分毎に呈示条件を変える方
法があり、第２の方法は距離の近い隣接点をまと
めて一つの物体として扱う方法である。 第１の方法では、例えば遠景に山、近景に木が
ある風景の場合を第５図に示す。 第５図において第５図ａは上記山および木があ
る風景を示している。240点の距離データのうち、
山の部分は１Km、木は10ｍ、空は∞の位置にある
ものとする。いま、区分点として100ｍを設定す
ればその手前は木の形として第５図ｂの如く呈示
され、それ以遠は第５図ｃに示す如く山と空とが
接合した形を示す。 さらに区分点として100ｍと10Kmとに設定すれ
ば、100ｍ以下で木が、100〜10Kmで山が、10Km以
遠で空がそれぞれ分離されて示されることにな
る。 このようにして距離の違いによつて物体および
情況をいくつかの部分に分離することかできる。 上記の区分点の設定値は固定値でもよく、また
は利用者が自由に設定するようにしてもよい。第
５図における例で、設定値が９〜11ｍの場合、木
の一部が分離される場合は、設定値を僅かに動か
すだけで呈示図形は大きく変化する。木全体が呈
示された状態では設定値を大きく動かしても図形
の変化は無くなる。このような点を使用者が判断
することにより最適の区分点を設定することがで
きる。 上記の如く距離の違いによつて物体および情況
をいくつかの部分に分離するためのアルゴリズム
をフローチヤートで示せば第６図に示す如くであ
る。ｉは列方向のパラメータを、ｊは行方向のパ
ラメータを、ｋは区分点パラメータを示してい
る。ｎは区分点数を、ｓ(k)〔ｋ＝１，２，……
ｎ〕は第ｋ区分点を示しており、〔ｋ：ｓ(k)＜ｓ
（ｋ＋１）〕、ｄ（ｉ，ｊ）は各点の距離を示してい
る。 ｓ(o)＝０、ｓ（ｎ＋１）＝∞として、各区分点毎
に、画面上の総ての点の距離がその区分点距離の
範囲に存在するかを判断し、 tac（ｉ，ｊ，ｋ）＝１（存在する時） tac（ｉ，ｊ，ｋ）＝０（存在しない時） とする。 そこで、tac（〓，〓，ｋ）は第ｋ〜（ｋ＋１）
区分点の距離を示す行列であり、第６図において
ｄ（ｉ，ｊ）がｓ(k)以上か否か、ｄ（ｉ，ｊ）がｓ
（ｋ＋１）以下か否かを判別し、結果によりtac
（ｉ，ｊ，ｋ）に“１”、または“０”を挿入す
る。このフローチヤートにより距離の違いによつ
て物体および情況はいくつかの部分に分離される
ことになる。 つぎに上記により区分された図形の表示方法と
しては、(イ)周波数・振幅の違いによる刺激強度差
により表示する方法、(ロ)呈示の回数を変えること
により表示する方法、(ハ)ある２つの区分間点の呈
示することにより表示する方法がある。上記の(イ)
の方法は皮膚感覚の特性により、周波数または振
幅の違いによつて振動刺激の強さは異なつて感じ
られる。したがつて区分された図形の各々に異な
る周波数または振幅を割り当てることにより、一
回の呈示により画像中の距離を判別することがで
きる。 タクタイル呈示情報に基づいて各周波数の振動
を作り出すアルゴリズムについて説明する。 ドライバ８ｋへの入力と振動子の１素子の状態
は前記した第１表に示す如くであり、入力IN₁、
入力IN₂の両信号はラツチにより保持される。し
たがつて、周期的にIN₁信号、IN₂信号の書き込
みを行なうことにより、振動子は上方変位、下方
変位を繰り返し、振動が形成される。 ｎ個の呈示周波数毎の呈示点を指定する配列を
freq（12，20，ｎ）に用意し、freq（12，20，ｎ）
の“０”，“１”を反転した配列をinv（12，20，
ｎ）に用意してある。また、256点の振動子の入
力信号IN₁およびIN₂を配列IN₁（12，20，2n）、
IN₂（12，20，2n）に用意してあり、ｎ個の呈示
周波数は1000／2ⁿ（Hz）とする。この呈示のため
のフローチヤートはたとえば第７図ａおよび第８
図に示す如くである。第７図は図形の各々に異な
る周波数を割り当てるルーチンを、第８図は出力
のサブルーチンを示している。また第７図ｂは第
７図ａにおけるIN₁およびIN₂をクリアするサブ
ルーチンを、第７図ｃは第７ａにおける一部のル
ーチンを形成する論理和のルーチンを示してい
る。 また、前記(ロ)の場合は、例えば呈示スイツチを
押した際、近くの距離の点から次第に遠くの点へ
と順次呈示していくことにし、この場合、遠くへ
行く程呈回数を増していく。たとえば３ｍ以内、
10ｍ以内、50ｍ以内、50ｍより遠くの４区分を考
えると、３ｍ以内に対しては１回の、３〜10ｍ以
内に対しては２回の、10〜50ｍ以内に対しては３
回の、50ｍより遠くのものに対しては４回の呈示
をする。したがつてこの呈示回数によつて距離の
判別がされる。 さらに、前記(ハ)の場合は所定の２点間の距離に
含まれる点のみ呈示する。したがつて呈示された
部分は所定の２点間に物体があることが判別され
る。 つぎに前記した第２の方法は距離の近い隣接点
をまとめて一つの物体として扱う方法であり、第
９図に示す如く長い壁などでは、距離の近い点か
ら遠い点までが連続点に分布しており、前記した
第１の方法での壁の分離は困難である。かかる場
合に連続的に変化している部分を取り出して呈示
する。 距離の近い隣接点をまとめて一つの物体として
扱うためのアルゴリズムについて説明する。 まず次の３つの集合を定義する。 Ａ＝〔（ｉ，ｊ）｜（ｉ，ｊ）は物体内の点〕 Ｂ＝〔（ｉ，ｊ）｜（ｉ，ｊ）は物体外の点また
は未処理の点〕 ２次元配列Obj（12，19）において π（ｉ，ｊ）εA→Obj（ｉ，ｊ）＞０ （ｉ，ｊ）εB→Obj（ｉ，ｊ）＝０とする。 隣接点は対象点の上下左右を調べることとし、
対象点との距離が一定のスレシヨルド値sl以下の
とき、同じ物体として認定するものとする。 集合Ａの要素（ｉ，ｊ）のうち、隣接点に関す
る判断を終了した点では、 Obj（ｉ，ｊ）＝２ 判断が未了の点では、 Obj（ｉ，ｊ）＝１ とする。 物体に含まれる１点（i_p，j_p）およびスレツシ
ヨルド値slは指定されたものとして判断を繰返
し、判断未了の点が存在しないとき終了する。 これをフローチヤートで示せば第１０図〜第１
３図に示す如くである。 第１０図〜第１３図において、mishoriは判断
が未了の点の数を示している。また、第１０図に
おける定義ずみのサブルーチンは第１１図〜第１
３図に示す如くである。 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、物体情報
処理装置が出力する物体や情景までの距離情報に
よる距離が所定設定値以遠か否かを判別し、所定
設定値以遠のときは触知ピンを一方向に、以遠で
ないときは触知ピンを他方向にそれぞれ変位させ
るようにしているので、触知ピンに指を載せるこ
とにより、触知ピンの上下動を感知して物体や情
景の遠近感を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はバイモルフ振動子の構造を示す斜視
図、第２図は本発明の一実施例のブロツク図、第
３図は駆動回路の一例を示す回路図、第４図は触
知ピンを設けたバイモルフ振動子の構造を示す概
念図、第５図は本発明の一実施例の作用の説明に
供する線図、第６図〜第８図は本発明の一実施例
の作用の説明に供するフローチヤート、第９図は
本発明の他の実施例の作用の説明に供する線図、
第１０図〜第１３図は本発明の他の実施例の作用
の説明に供するフローチヤート、第１４図はステ
レオ方式による測距の原理を説明するための図、
第１５図はステレオ方式による測距のために使用
する光学系を示す図である。 １…物体情報発生装置、２…フレームメモリ、
３…CPU、Ｘ…物体情報処理装置、４…Ｉ／Ｏ
ポート、５₁，５₆₄…ラツチ、６…64進カウンタ、
７…デコーダ、８₁〜８₂₅₆…ドライバ、９₁〜９
₂₅₆…バイモルフ振動子、１１…電極、１２およ
び１３…圧電素子、１４…中間電極、１５…短絡
電極、１６…固定台、１７…触知ピン、２０…タ
イマ、２１…設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カメラによつて取り込んだ物体や情景の画像
   を処理して画像上の多数の点での物体や情景の距
   離を演算し、該演算によつて求めた距離情報を出
   力する物体情報処理装置と、 該物体情報処理装置が出力する距離情報に対応
   する距離所定設定値以遠か否かを判別する判別手
   段と、 自由端に植設された触知ピンを制御印加信号に
   ともなつて変位駆動する振動子と、 前記判別手段により所定設定値以遠と判別され
   た物体や情景に対応する触知ピンを一方向に、以
   遠でないと判別された物体や情景に対応する触知
   ピンを他方向にそれぞれ変位駆動させる制御印加
   信号を出力する制御手段と を備えることを特徴とする視覚代行装置。