JPH07219703A - ジェスチャー入力方法及びその装置 - Google Patents

ジェスチャー入力方法及びその装置

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JPH07219703A
JPH07219703A JP6011590A JP1159094A JPH07219703A JP H07219703 A JPH07219703 A JP H07219703A JP 6011590 A JP6011590 A JP 6011590A JP 1159094 A JP1159094 A JP 1159094A JP H07219703 A JPH07219703 A JP H07219703A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、ジェスチャー入力を簡単に
しかも正確・高精度に行うことを可能とし、さらに、装
置全体が小型で構成でき、ジェスチャー入力データ自体
が小さいために高速な動作が可能となるジェスチャー入
力方法及びその装置を提供することにある。 【構成】 各々が多軸の角速度または加速度を検出する
複数の多軸角速度センサまたは多軸加速度センサ（３）
と、前記検出手段の出力の１つを基準として他の前記検
出手段出力との各軸に対応する差分を出力する差分サン
プリング回路（２）と、特徴的な前記相対値出力のサン
プル値を予め格納しておくジェスチャー辞書（４）と、
前記差分サンプリング回路の出力値と前記ジェスチャー
辞書手段内の値とを比較判定することで、前記差分サン
プリング回路の出力の時間変化のデータを１組のデータ
としてジェスチャーを認識する演算制御回路（１）とを
備える。さらに、前記基準となる検出手段を併設され、
音波や光を用いて固定した部材と移動部材との相対的距
離を検出する距離センサ（５）更に備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子情報機器のヒューマ
ン・インタフェース、特に指や掌，腕の動きを入力する
ジェスチャー入力方法及びその装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子情報機器のヒューマン・イン
タフェースは、キーボードやペン入力、画像及び音声入
力など、種々の媒体を使って年々技術的な進歩を遂げて
きている。将来のヒューマン・インタフェースとして期
待されているものに、ジェスチャー入力が上げられる。
人と人とのコミュニケーション手段においては、言語に
次いでジェスチャーが重要であり、人と機械との間にも
人に優しいヒューマン・インタフェースとしてジェスチ
ャー入力が望まれる。
【０００３】ジェスチャー入力装置としては、空中超音
波を利用した３次元座標入力装置や、手の指にひずみゲ
ージを取り付けたパワーグローブ（ファミコン用ツール
の商品名）が知られている。また、手話を画像として入
力し、画像処理により手話言語として認識する装置も存
在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ジェスチャー入力装置には、通常、次のような問題があ
る。 （１）空中超音波の３次元座標入力装置は、音波の干渉
を防ぐために複数点の座標を同時に入力することが難し
く、指なら１つの指だけ、腕なら腕全体の動きしか入力
が不可能である。また、音波の速度が遅いので、測長の
ための音波の到達時間が必要になり、高速なサンプリン
グが不可能である。従って、人のジェスチャーの動きを
忠実に入力するには技術的に適していない。
【０００５】（２）ひずみゲージを利用したパワーグロ
ーブの構成を用いれば、関節の曲りを検出できるので、
ある程度ジェスチャーを認識可能であるが、忠実に関節
の曲がりを検出できない点に問題がある。すなわち、指
や手の関節の動きに追随して伸び縮みさせても、密着性
や伸び縮みの幅、更に分解能の点で限界がある。 （３）画像処理技術を用いる方法は、カメラを向ければ
良いので入力装置自体の物理的な自由度があり、処理ス
ピードが上がればリアルタイムの入力も可能となる。但
し、入力される画像データそのもののデータ量が大き
く、画像データからジェスチャーを特定するための特徴
データを抽出するのに膨大な演算能力と時間が必要とな
り、装置自体が大型で高価なものになってしまう。
【０００６】本発明は、前記従来の欠点を除去し、ジェ
スチャー入力を簡単にしかも正確・高精度に行うことを
可能とし、さらに、装置全体が小型で構成でき、ジェス
チャー入力データ自体が小さいために高速な動作が可能
となるジェスチャー入力方法及びその装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するため手段】上記課題を解決するため、
本発明のジェスチャー入力装置は、各々が多軸の角速度
または加速度を検出する複数の多軸角速度検出手段また
は多軸加速度検出手段と、前記検出手段の出力の１つを
基準として他の前記検出手段出力との各軸に対応する差
分を出力する相対値出力手段と、前記相対値出力手段の
出力の時間変化のデータを１組のデータとしてジェスチ
ャーを認識するジェスチャー認識手段とを備えることを
特徴とし、小型で高速、正確なジェスチャー入力装置を
実現する。
【０００８】ここで、前記多軸角速度検出手段または多
軸加速度検出手段は、２軸角速度検出手段または２軸加
速度検出手段である。また、前記ジェスチャー認識手段
は、特徴的な前記相対値出力のサンプル値を予め格納し
ておくジェスチャー辞書手段を備え、前記相対値出力手
段の出力値と前記ジェスチャー辞書手段内の値とを比較
判定することで認識を行う。また、前記基準となる検出
手段を併設され、音波や光を用いて固定した部材と移動
部材との相対的距離を検出する測長手段を更に備え、ジ
ェスチャーを行う対象全体が移動する動きも入力可能と
なる。
【０００９】また、本発明のジェスチャー入力方法は、
人間の動作をコードデータで入力するジェスチャー入力
方法であって、各々が多軸の角速度または加速度を検出
する複数の多軸角速度検出手段または多軸加速度検出手
段から角速度または加速度を入力する行程と、前記検出
手段の出力の１つを基準として他の前記検出手段出力と
の各軸に対応する差分に基づいて、人間の動作をコード
データに変換する行程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
【実施例】図１に本実施例のジェスチャー入力装置の概
略の構成を示す。演算制御回路１は、コード化されたジ
ェスチャー・データが入力され、いずれのジェスチャー
かを判定し、判定されたジェスチャーに割り付けられた
処理を実現する。差分サンプリング回路２は、２軸加速
度センサ３の基準となるセンサ（例えば３ａ）とその他
のセンサ（３ｂまたは３ｃ）との出力値の差を所定の時
間内でサンプリングし、コード化したジェスチャー・デ
ータに変換して出力する。ここで、所定の時間とは、演
算制御回路１からスタートとストップとのタイミングを
差分サンプリング回路２へ出力しても良いし、２軸加速
度センサ３の出力値のあるしきい値を超えた範囲を所定
時間としたり、別途スタートとストップとの信号を発生
するスイッチング手段を設けるなどして、時間幅を設定
する。ここで、２軸加速度センサは１軸加速度センサを
組合わせることで構成されることは既知である。
【００１１】演算制御回路１がいずれのジェスチャーか
を判定する際には、基準となるジェスチャーの基準コー
ド化データをジェスチャー辞書４に保管しておき、差分
サンプリング回路２の出力データとジェスチャー辞書４
の保管データとを比較判定することで、より正確で豊富
なジェスチャー判定が可能となる。尚、演算制御回路１
は、例えば、演算制御用のＣＰＵと、ＣＰＵの制御手順
あるいはスタートとストップ時間やしきい値等を格納す
るＲＯＭと、入力データの保存や比較判定時に使用され
る補助記憶用のＲＡＭとを含んで構成される。尚、適切
なコード化したジェスチャー・データが入力されれば、
ジェスチャー辞書４の保管データの最適化や、演算制御
回路１での比較判定処理の手順は容易なので、ここでは
詳細な説明はしない。
【００１２】前記差分サンプリング回路２により２軸加
速度センサ３の出力をコード化データに変換する方法、
すなわち、センサ差分出力値の処理方法（抽出・選択方
法）の幾つかの例を次に示す。 例１：センサ差分出力値を選択する。 例２：センサ差分出力値の中心周波数成分を選択する。
【００１３】例３：センサ差分出力値があるしきい値を
超えた範囲＝所定時間の幅（時間）を選択する。 例４：センサ差分出力値の積分値、或は、２回積分値を
選択する。 例５：センサ差分出力値の最大値、或は、センサ差分出
力の積分値、２回積分値の最大値を選択する。
【００１４】差分サンプリング回路２で以上の様な処理
の一部か全ての処理を行い、２軸加速度センサ３の出力
をディジタルデータにコード化した出力値に変換する。
本実施例においては、２軸加速度センサ３ａと３ｂ、及
び２軸加速度センサ３ａと３ｃの２通りの組み合わせの
差分出力の２軸分、計４種類の出力値を演算制御回路１
に出力する。
【００１５】図２に、本実施例を実際にコンピュータの
インタフェースに応用した例を示す。基準となる２軸加
速度センサ３ａを掌に取り付け、残りの２センサ３ｃ，
３ｂを人差し指と中指に設置する。２軸加速度センサ３
の内の１軸は、掌の面に垂直な方向の加速度を検出する
ように配置し、もう１軸は掌に平行な方向の加速度を検
出するように配置する。手の動きは指の動きであり、指
の動きは手を握る・開く動きと、指の間を閉じる・開く
動きとに分割して表現できるので、前記配置で手のジェ
スチャーを表現することが可能である。
【００１６】しかし、通常の手話を考慮すると、手の動
きだけを入力するだけでは不充分である。すなわち、腕
全体の動きも抽出・入力する必要がある。図３にもうひ
とつの応用例を示す。尚、２軸加速度センサは同じ参照
番号を付しているが、前記図２の配置と本図３の配置と
は本質的には独立であり、判定されるジェスチャーに応
じて多段に組合わされる。しかし、同一部位に設置され
た２軸加速度センサは、他段で共有されるのが好まし
い。
【００１７】基準となる２軸加速度センサ３ａを肩に取
り付け、残りの２センサ３ｂ，３ｃを手首と人差し指に
設置する。２軸加速度センサ３の内の１軸は図示の体の
正面方向の加速度を検出するように配置し、もう１軸は
それに垂直な方向の加速度を検出するように配置する。
前記配置で腕全体のジェスチャーを表現することが可能
である。
【００１８】いずれの構成においても、人のジェスチャ
ー（＝動き）は関節の動きを伴っており、関節の動きは
個々の関節により特定の方向にしか曲らないために、３
次元方向の動きを検出する必要がない。腕全体や上半
身、体全体の様に全体の動きを表現しようとすればする
ほど、多数の関節の動きを表現する必要があるために、
複数段に前記ジェスチャー入力装置を組み合わせていく
必要があるが、検出は容易である。
【００１９】動きの検出手段として加速度センサを用い
た利点として、第一にサンプリング・スピードの高速化
がある。デバイス単体で加速度に応じた出力が得られる
ので、音波などを用いた３次元座標入力装置のように音
波の伝播時間分の遅れがない。第２に、ジェスチャーの
動きに対して、正確で高精度な出力が得られる。正確と
は、指や腕の動きに正しく追随するので、ひずみゲージ
を手に付ける場合に問題であった『手の実際の動きから
のズレ』が生じない。また、高精度とは、細かくセンサ
を配置すれば細かい指それぞれの動きについてもジェス
チャー入力でき、人差し指と中指の動きの違いも判定可
能となる。第３に、手や腕等、体に設置する要素を小型
に構成することが可能となる。加速度センサはＩＣ程度
の大きさのものが市販されており消費電力も小さい。大
型のセンサで体を動かすことに、不自由さの感覚を与え
てはならない。第４に最も重要な点であるが、ジェスチ
ャーをコード化したデータに変換する場合、最小限の大
きさに圧縮する変換がしやすいことが上げられる。従っ
て、３次元座標でジェスチャーを入力する場合、得られ
るデータは刻一刻と変化する座標データの集合体であ
り、ジェスチャーを座標データで表現するには、細かな
サンプリングが必要になる。しかし、加速度を用いると
座標データの微分データを処理することから、時間に対
しての次数が減るために、数学的に簡単なデータとして
の処理が可能となる。すなわち、検出されるデータ量を
考えると微分型センサが望ましい。
【００２０】上記４点の利点の面から、加速度センサと
同じ利点を持つ角速度センサ（ジャイロ）を検出手段と
して用いても良い。但し、検出するのが角速度であるた
め、設置方法は若干違ってくる。図２と同様、手のジェ
スチャーを入力する場合、２軸の内の１軸は手首から中
指先端の方向を中心軸としてその周囲を回転する方向を
検出する角度に設置し、残りの１軸を手を握る方向の角
速度を検出する角度で設置して、実際の動きを現せるよ
うに設置する。腕のジェスチャー（図３参照）の場合も
同様である。さらに、差分サンプリング回路２によりコ
ード化データに変換する方法、すなわち、センサ差分出
力値の処理方法（抽出・選択方法）も若干異なる。
【００２１】前記例１〜３までは同じだが、例４，５は
次の通りとなる。 例４：センサ差分出力値の積分値を選択する。 例５：センサ差分出力値の最大値、或は、センサ差分出
力値の積分値最大値を選択する。 センサ差分出力値の２回積分値の値は速度の２回積分と
なり、意味を持たないので処理方法には含まれない。
【００２２】さらに、差分出力を用いる利点についても
説明する。すなわち、図２において、手のジェスチャー
のみを抽出する時に、掌が体に対して、或は、コンピュ
ータ（ジェスチャー入力したい情報機器）に対して、い
ずれの方向を向いているか、または、どんな動きをして
いるかを検出する必要、すなわち、手の絶対座標を入力
する必要はない。とはいっても、入力する際、指だけ動
かして掌全体は動かないように操作するのも大変であ
る。つまり、必要な動きのみを検出するために差分処理
が必要で、指の動きを入力したい場合は基準センサを掌
に、腕の動きの場合は肩に、上半身の場合は腰に付ける
などして、ジェスチャーの動きのうち入力に最小限必要
なデータだけを取り出すのに適している。
【００２３】図５は、差分サンプリング回路２の構成例
を示す回路図である。２１ａ及び２１ｂは、＋入力端子
の入力から−入力端子の入力を引いて、その差分を出力
する差分回路、２２ａ及び２２ｂは、アナログデータを
デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器である。本例で
は、センサ３ａを基準にして、センサ３ｂ及び３ｃの差
分デジタル出力（ａｂ差分，ａｃ差分）を得る構成とな
っている。
【００２４】演算制御回路１からは、サンプリングのス
タートのタイミングを知らせる。サンプリングの周期
は、自励でＡ／Ｄ変換器２２ｂ，２２ｃ自体が内部にタ
イマを持っていても良いし、演算制御回路１からサンプ
リングの同期信号（トリガ）を送っても良い。出力する
デジタル出力（ａｂ差分，ａｃ差分）は、時間的に連続
・半無限のデータ列でも良いが、本例では、処理の容易
さを考慮して４ビット／１サンプリングのデータのｎ回
分のデータ列を認識する構成とした（図６参照）。尚、
ストップのタイミングをセンサ側から送る構成（例えば
スイッチ等設けて）とすれば、スタートからストップま
でのデータ列を規格化（正規化）して、別のフォーマッ
トのデータに変換してから認識しても良い。
【００２５】図６は、図３のセンサ配置でジェスチャー
入力する構成の場合に、ジェスチャー辞書４に格納され
る、ジェスチャーと差分出力データ（ａｂ差分，ａｃ差
分）、及び判定出力（コマンド）との関係を示したテー
ブル例である。前述したように、データは、４ビット／
１サンプリングの４回分のデータ列を単位として、認識
される。図中の差分出力データは、ジェスチャー辞書に
格納してある典型的（特徴的）なジェスチャーに対応し
た出力データであり、認識処理では、図中の辞書の中で
最も近いものを入力されたジェスチャーと判定する。図
３では２軸分のセンサを設けており、１軸は取り付けた
面に垂直方向で、もう１軸は水平にして横に振る方向と
している。従って、手の指の甲に取り付けたセンサ（３
ｃ）の場合、垂直軸差分出力とは手の甲に垂直な方向で
あり、水平磁区差分出力とは親指と小指を結ぶ方向であ
る。図では、分かりやすいジェスチャー、すなわち出力
データの差がつきやすいものを示したが、それでも、掌
の向ける方向や回す方向（時計周りかどうか）、振る方
向等でジェスチャーを簡単に増やせることが判る。
【００２６】更にセンサ設置箇所を増やしたり、もう一
方の腕に同じ構成で別のセンサを取り付けたりすること
で、表現できるジェスチャーが無限に増えるのは自明で
ある。また、センサ３ａを基準にして３ｂと３ｃそれぞ
れの差分出力としたが、３ａと３ｂ、３ｂと３ｃの差分
をとる構成としてもよい。
【００２７】
【他の実施例】本発明のジェスチャー入力装置の他の実
施例について、図４を使って説明する。手のジェスチャ
ーを入力する場合、先にも述べたように指の動きを入力
するのがあくまでも主体であるが、コンピュータに対し
て掌全体が近づいたり遠ざかったりする動きが入力でき
れば、入力できるジェスチャー種もさらに増加する。そ
のために、図４では、コンピュータと検出部６との距離
を測長する距離センサ５を設ける。距離センサ５は、超
音波センサや磁気センサ等を用いた比較的精度が劣るも
ので良く、基準となる２軸加速度センサ３ａとほぼ同じ
位置に設置すれば良い。従来の３次元座標入力装置で
は、３次元の位置を入力する必要があったが、ジェスチ
ャー入力の目的から考えれば、１次元の測長データのみ
で十分である。
【００２８】尚、本実施例では２軸加速度センサ、ある
いは２軸角速度センサを使用したが、これは手、あるい
は腕等の動きが２軸で充分分析できるためであり、更に
詳細な動きの分析や２軸では不充分な場合は、さらに他
軸のセンサを使用すればよい。また、本発明は、複数の
機器から構成されるシステムに適用しても、１つの機器
から成る装置に適用しても良い。また、本発明はシステ
ム或は装置にプログラムを供給することによって達成さ
れる場合にも適用できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、多軸の加速度セン
サ、或は、角速度センサの差分出力データにより、ジェ
スチャー入力を簡単にしかも正確・高精度に行うことが
可能となり、さらに、装置全体が小型で構成でき、ジェ
スチャー入力データ自体が小さいために高速な動作が可
能となるジェスチャー入力方法及びその装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のジェスチャー入力装置のブロック構
成図である。
【図２】本実施例のジェスチャー入力装置の使用形態例
を示す図である。
【図３】本実施例のジェスチャー入力装置のもう１つの
使用形態例を示す図である。
【図４】他の実施例のジェスチャー入力装置のブロック
構成図である。
【図５】本実施例の差分サンプリング回路の構成例を示
す回路図である。
【図６】ジェスチャー辞書４に格納されるジェスチャー
と差分出力データ（ａｂ差分，ａｃ差分）及び判定出力
（コマンド）との関係を示したテーブル例を示す図であ
る。
【符号の説明】
１ 演算制御回路 ２ 差分サンプリング回路 ３ ２軸加速度センサ ４ ジェスチャー辞書 ５ 距離センサ ６ 検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 克行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 肇 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々が多軸の角速度または加速度を検出
    する複数の多軸角速度検出手段または多軸加速度検出手
    段と、 前記検出手段の出力の１つを基準として他の前記検出手
    段出力との各軸に対応する差分を出力する相対値出力手
    段と、 前記相対値出力手段の出力の時間変化のデータを１組の
    データとしてジェスチャーを認識するジェスチャー認識
    手段とを備えることを特徴とするジェスチャー入力装
    置。
  2. 【請求項２】 前記多軸角速度検出手段または多軸加速
    度検出手段は、２軸角速度検出手段または２軸加速度検
    出手段であることを特徴とする請求項１記載のジェスチ
    ャー入力装置。
  3. 【請求項３】 前記ジェスチャー認識手段は、特徴的な
    前記相対値出力のサンプル値を予め格納しておくジェス
    チャー辞書手段を備え、前記相対値出力手段の出力値と
    前記ジェスチャー辞書手段内の値とを比較判定すること
    で認識を行うことを特徴とする請求項１記載のジェスチ
    ャー入力装置。
  4. 【請求項４】 前記基準となる検出手段を併設され、音
    波や光を用いて固定した部材と移動部材との相対的距離
    を検出する測長手段を更に備えることを特徴とする請求
    項１記載のジェスチャー入力装置。
  5. 【請求項５】 人間の動作をコードデータで入力するジ
    ェスチャー入力方法であって、 各々が多軸の角速度または加速度を検出する複数の多軸
    角速度検出手段または多軸加速度検出手段から角速度ま
    たは加速度を入力する行程と、 前記検出手段の出力の１つを基準として他の前記検出手
    段出力との各軸に対応する差分に基づいて、人間の動作
    をコードデータに変換する行程とを備えることを特徴と
    するジェスチャー入力方法。
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EP95300663A EP0666544B1 (en) 1994-02-03 1995-02-02 Gesture input method and apparatus
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