JPH0969021A - 人物識別方法 - Google Patents

人物識別方法

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JPH0969021A
JPH0969021A JP8173480A JP17348096A JPH0969021A JP H0969021 A JPH0969021 A JP H0969021A JP 8173480 A JP8173480 A JP 8173480A JP 17348096 A JP17348096 A JP 17348096A JP H0969021 A JPH0969021 A JP H0969021A
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person
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force
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JP8173480A
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Thomas H Speeter
エイチ．スピーター トーマス
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AT&T Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インテリジェントワークサーフェスを実現す
る方法及びその装置を提供する。 【構成】 デスクトップ及びフロア等のワークサーフェ
スが、触覚データをプロセッサに供給する触覚センシン
グアレイによって覆われる。センシングアレイ上の領域
はセンシングアレイの所定のセンシングエレメントを含
むように規定され、キーボード、マウスなどの入力デバ
イスとして機能するように設定される。規定された後
も、領域は特定の入力デバイスを再配置するために再規
定されうる。領域は相異なった入力デバイスとして機能
するように再規定されうる。アレイは、個人あるいは物
体を識別するなどの解析目的で所定の間隔でデータを収
集する。例えば、個人の手形あるいは足形などの力のイ
メージが収集され、解析され、既知の個人に対する力の
イメージを表すデータと比較される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は触覚センサアレイに関
し、特にワークサーフェスを実現するために触覚センサ
アレイを用いる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くのオフィスおよび研究所には、コン
ピュータおよび遠距離通信システムが備え付けられてい
る。これらのシステムは、キーボード、マウス、電話、
およびファクシミリなどの、貴重なワークスペースを占
有し雑然としてしまう種々の入力デバイスを必要とす
る。これらの種々の入力デバイスはそれが企図されたほ
どには便利ではない。例えば、入力デバイスをワークサ
ーフェス上に再配置することはしばしば困難である。上
述されたキーボードあるいはマウスのような多くの入力
デバイスは、コンピュータシステムに対してケーブルで
接続されており、それゆえその位置が制限されている。
さらに、相異なったコンピュータユーザの便宜を図るた
めあるいはスペースに対する要求が変化したためにこの
種のデバイスを動かすすなわち再配置することは困難で
あったり不便であったりする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】入力デバイスを整理合
併する従来技術の一つは、異なった場合に異なった機能
を実行するアレイを提供するものである。例えば、コン
ピュータのキーボードは、通常、ある場合には数字パッ
ドキーとして定義され、またある場合には、カーソル制
御キーとして定義されるキーアレイを有している。しか
しながら、この種の入力デバイスは、そのアレイがまっ
たく相異なった機能、例えばマウスとしての機能、を実
現するように再配置されることを許容していない。さら
に、この入力デバイスは、デバイス上のアレイの位置や
配置を変更するようには再配置され得ない。
【０００４】他の望ましい機能、例えば安全ではないオ
フィスあるいは研究所に対する安価、簡潔かつ信頼しう
るセキュリティ機能、は利用可能ではない。この種のセ
キュリティに対する必要性の一例は、研究所の外面上の
物体の存在をモニタする能力である。例えば、研究所の
化学薬品あるいは実験装置が触られた、動かされたある
いはいじられたか否かを知ることは重要である。同様
に、オフィスにおいても物品が触られたあるいは動かさ
れたか否かを知ることは重要である。
【０００５】安全管理された領域あるいはコンピュータ
システムへのアクセスを制限するセキュリティメジャー
も改良されうる。複合鍵とコンピュータのパスワード等
のセキュリティメジャーは、希望されるセキュリティの
レベルを提供し得ない場合がある。例えば、複合鍵とパ
スワードをオーソライズされていない人物による発見等
によって容易に回避され得ない他のセキュリティメジャ
ーによって置換するあるいは増加することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、触覚セ
ンシングアレイが、情報を受容しかつ種々の入力および
通信デバイスを実現するように配置されうる多様性およ
び適応性を有する「インテリジェント」ワークサーフェ
スを生成しモニタするよう配置される。本発明に係るイ
ンテリジェントワークサーフェスは、相異なったデバイ
スを実現するために、望むように再配置されることが可
能である。さらに、本発明に係るワークサーフェスは、
その位置や配置を変更するように再配置されうる。
【０００７】本発明に係るインテリジェントワークサー
フェスは、インテリジェントデスクトップ、フロア、
壁、あるいは他のサーフェス（表面）として実現されう
る。望ましい実施例においては、本発明に係るインテリ
ジェントサーフェスは、キーボード、数字キーパッド、
マウスなどの入力および通信デバイスを実現することが
可能なデスクトップサーフェスである。本発明に係るイ
ンテリジェントデスクトップは、デスクトップ上のアイ
テムの存在および位置をモニタすることも可能である。
インテリジェントサーフェスへの入力により、実現され
たデバイスからの出力として解釈されることになる触覚
アレイの出力が生成される。インテリジェントデスクト
ップサーフェス上に実現されたデバイスはテンプレート
として実現されることが望ましく、それゆえ貴重なワー
クスペースを占有したり雑然とさせたりしない。実現さ
れたデバイスは、相異なったユーザおよびワークスペー
スに対する変化しつつある要求に合致するように配置お
よび再配置されうる。デバイスの配置をもつれさせるす
なわち制限するコンピュータケーブルは存在しない。
【０００８】本発明の他の実施例においては、インテリ
ジェントワークサーフェスがフロアサーフェスとして実
現される。インテリジェントフロアは、サーフェス上の
物体および人物の存在を検出しその位置を追跡すること
が可能である。本発明のその他の実施例においては、イ
ンテリジェントサーフェスが、人物を識別するためにサ
ーフェスに対して印加された力の二次元イメージ（「力
イメージ」）を生成するように配置されている。例え
ば、手形を生成した人物を識別するためにある人物の手
形の力イメージがサンプリングされ、解析され、既知の
個人の力イメージを表すデータと比較される。
【０００９】
【実施例】キーボード、数字キーパッド、マウスなどの
種々の入力・通信デバイスを実現する「インテリジェン
ト」ワークサーフェスを生成するために、触覚センシン
グアレイが配置されてモニタされる。インテリジェント
サーフェスへの入力により、触覚アレイから、実現され
たデバイスからの出力としてプロセッサによって解釈さ
れることになる出力信号が生成される。例えば、触覚ア
レイに印加された力により、アレイの出力において電気
的信号が生成される。その後、その電気信号はプロセッ
サによってキーボードからのキーストローク出力として
解釈される。特定のデバイスがもはや必要とされないあ
るいは新たなデバイスが必要とされる場合には、インテ
リジェントワークサーフェスは相異なったデバイスを実
現するために再配置される。例えば、インテリジェント
ワークサーフェスは、前記具体例における触覚アレイか
らの出力がキーボードからのキーストロークではなくマ
ウスからディスプレイスクリーンへの出力として解釈さ
れるように再配置されることが可能である。
【００１０】実現されたデバイスは、ワークサーフェス
上で、相異なったユーザあるいは変化しつつあるワーク
スペースに対する要求に合致するよう、配置および再配
置される。例えば、第一のコンピュータユーザによって
第一の位置にキーボードが配置される。このキーボード
の位置は、例えば次のコンピュータユーザの好みに合わ
せるために左側にシフトさせられうる。
【００１１】図１は、本発明に係る触覚センサアレイサ
ーフェス１およびプロセッサ２によって全体が覆われた
机を示している。図１には、キーボード３、数字キーパ
ッド４、入力インターフェース５、およびディスプレイ
スクリーン６も示されている。触覚アレイ１はプロセッ
サ２に対して接続されており、本発明に係るインテリジ
ェントワークサーフェスシステムを形成している。触覚
アレイ１は、プロセッサ２に対して、触覚アレイ１に対
して印加された入力に関する情報を出力する。触覚アレ
イ１を構成しているセンシングエレメントグループ（図
３を参照）は、種々のデバイスを実現する入力インター
フェースとして配置されている。例えば、触覚アレイ１
を構成するセンシングエレメントグループは、キーボー
ドインターフェース３として配置される。ここで、「領
域」という術語は、アレイ１上のセンシングエレメント
グループを集合的に指し示すものとする。代表的なアプ
リケーションにおいては、キーボード３として配置され
た触覚アレイの領域内の所定のセンシングエレメントに
印加された力は、キーストロークを表す信号を生成す
る。同様に、触覚アレイ１の他のセンシングエレメント
グループは、例えば数字キーパッド４あるいはディスプ
レイスクリーン６に対する入力インターフェース５とし
て定義される。
【００１２】触覚アレイ１において実現された入力イン
ターフェースあるいはデバイスは、デバイスの位置、大
きさあるいは配置を変更する目的で望むように再配置さ
れうる。さらに、新たなデバイスが触覚アレイ上に配置
されて既存のデバイスが除去されうる。例えば、図２
は、触覚アレイ１上の新しい位置を有するように再配置
されたキーボード３、キーパッド４、およびディスプレ
イ入力デバイス５を示している。参照番号３’、４’、
および５’は、それぞれのデバイスの図１において示さ
れていた位置に対応する以前の位置（破線で示されてい
る）を示している。３’、４’、および５’によって識
別されるセンシングエレメントグループは、その元来の
状態（通常未定義）にリセットされている。キーボード
３と重なるセンシングエレメント３’を有する触覚アレ
イの部分は、キーボード３に対する適切な機能を実行す
るよう再定義されている。
【００１３】図３は、触覚アレイ１を構成しているセン
シングエレメント７を示した図である。センシングエレ
メント７は、電気伝導体よりなる列および行の交点によ
って構成されている。触覚アレイ１に印加された入力
（すなわち力）により、列および行導体が接触する。こ
の導体間の接触により電流が流れるようになり、列およ
び行導体の交点に位置するセンシングエレメントからの
出力が生成される。
【００１４】図３に示されているように、プロセッサ２
によって数字キーパッド４として定義された触覚アレイ
１の領域は、センシングエレメント７のうちの選択され
たいくつかと重なっている。プロセッサ２は、センシン
グエレメントグループを入力デバイス、この場合は数字
キーパッド、として定義することによって「テンプレー
ト」機能を実行する。プロセッサ２は、センシングエレ
メントの出力を定義された入力デバイスの出力として解
釈する「マッピング」機能も実行する。例えば、キーパ
ッド４のキー「１」および「４」は、それぞれ参照番号
８および９によって集合的に示されているセンシングエ
レメントグループと重なっている。プロセッサ２は、セ
ンシングエレメント８および９からの（これらのエレメ
ントに対して印加された力の結果としての）出力をキー
パッド４の出力として解釈する。
【００１５】数字キーパッド４は、プロセッサ２内でキ
ーパッドに対応する触覚アレイ１の領域の定義を変更す
ることにより再配置されうる。この実施例においては、
領域の再定義は、キーパッド４のキーとして機能する相
異なったセンシングエレメント７を規定することにより
実現される。例えば、キーパッド４はプロセッサ２によ
ってキーパッドのキー「１」が（図３において示されて
いるように参照番号８によって指し示されているセンシ
ングエレメントグループではなく）参照番号９によって
指し示されているセンシングアレイグループと重なるよ
うに再定義されうる。すなわち、キーパッド４が下方に
シフトされ、「１」キーが「４」キーによって占められ
ていた位置を占め、「２」キーが「５」キーによって占
められていた位置を占める等。再定義されると、プロセ
ッサ２はセンシングエレメント９からの出力を、最初に
定義されていたように「４」出力ではなく、キーパッド
４からの「１」出力として解釈する。
【００１６】図４は、本発明に係るインテリジェントワ
ークサーフェス（すなわち、図１の触覚アレイ）あるい
はそのようなワークサーフェスを複数個実現するために
用いられる並列に接続された複数個の触覚センサアレイ
１２を示した図である。アドレス回路１４がそれぞれの
センサアレイ１２に関連させられており、それぞれのア
レイ１２を構成している（「ピクセル」とか「タクセ
ル」と呼称される）個別のセンシングエレメントをアド
レシングする。回路１４は、アプリケーションスペシフ
ィック集積回路すなわち「ＡＳＩＣ」として示されてい
る。（サンプル−ホールド機能を有する）アナログ−デ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１６がアレイ１２からアドレ
ス回路１４を介してデータ出力を受信する。（アレイの
特性によって決定される）所定のセトリングタイムの
後、データはＡ／Ｄコンバータからデータバス２０を介
してアドレス可能な３ステートバッファ１８に渡され
る。データバス２０は、本発明の原理に従ってデータを
処理する図１および図２のプロセッサ２などの適切なプ
ロセッサを接続している。図４のセンサアレイ回路の具
体的な実現の詳細に関しては、以下においてインテリジ
ェントワークサーフェスの実現に関する具体的な技法に
係る議論の後に議論される。
【００１７】図５から図７は、プロセッサ２において種
々のデスクトップアプリケーションを実現するための具
体的な方法を示した流れ図である。図１１および図１２
は、プロセッサ２などのプロセッサにおいて種々のイン
テリジェントフロアアプリケーションを実現するための
具体的な方法を示した流れ図である。
【００１８】本発明に係る種々のアプリケーションの詳
細を記述する前に、ほとんどのアプリケーションに対し
て共通の２つの画像処理技法が記述される。これらの技
法は、「連結領域解析」（すなわち「クラスタリン
グ」）であり、画像の重心を決定するものである。クラ
スタリングは、１２個のアレイよりなるサンプルピクセ
ルを連結領域にグループ分けする段階を有している。ク
ラスタリング技法は画像処理の分野において公知であ
り、ティー・パブリデス（Ｔ．Ｐａｖｌｉｄｅｓ）によ
る「グラフィックスおよび画像処理に関するアルゴリズ
ム」（コンピュータ・サイエンス・プレス社、１９８２
年）に記載されている。クラスタ化された領域のそれぞ
れの重心は、ｎ×ｍ個のセンサアレイに関して以下に示
される数式を用いて決定される：
【数１】
【数２】 ここで、ｎおよびｍはそれぞれセンサアレイの列数およ
び行数、ｉおよびｊはそれぞれ列および行の変位、Ｖは
座標（ｉ，ｊ）のピクセルのグレイスケール値である。
【００１９】デスクトップアプリケーションにおいて
は、データはプロセッサに対して以下の３種類の型のイ
ンターフェースの内の一つを介して入力される：「キー
ボード」インターフェース、「マウス」インターフェー
ス、および「画像」インターフェース。デスクトップサ
ーフェスの各部分は、初期化手続きにおいて、これらの
型の内の一つのインターフェースとしての入力デバイス
として規定される。プロセッサは入力デバイスを前述さ
れたテンプレートおよびマッピング機能によって規定す
る。すなわち、プロセッサは、まず、選択されたセンシ
ングエレメントを入力デバイスとして識別する。その
後、プロセッサは選択されたセンシングエレメントの出
力を入力デバイスの出力として解釈する。プロセッサ
は、デスクトップ上の相異なった部分を、複数個の入力
デバイスとして同時に規定しうる。
【００２０】図５の流れ図は、本発明に従ってキーボー
ドインターフェースを実現する具体的な方法を示した図
である。キーボードインターフェースは、（図１に示さ
れたキーボード３のような）キーボード、数字キーパッ
ド、および他の同様のデバイスを提供するために用いら
れうる。（これらのデバイスは、柔らかい材料よりなる
シートをパターンが形成されたテンプレートと重ね合わ
せることによって構成される。）以下に詳細に記述され
ているように、図５に示された方法は、他の、キーボー
ドではないデバイスを規定するためにも用いられうる。
【００２１】ボックス３０に示されているように、プロ
セッサ（例えば図１のプロセッサ２）はセンサアレイ１
２をサンプリングする。このことは、例えばそれぞれの
センシングエレメントをアドレシングするためにアレイ
全体にわたってサイクルすることによって実行されう
る。その後、センシングポイントは連結領域に「クラス
タリング」され、プロセッサはそれぞれの領域の重心を
計算する。データがアレイから集められると、プロセッ
サは３つの一般的な操作の内の一つを実行する。すなわ
ち、プロセッサはデバイスを規定するか、既に規定され
たデバイスに対する処理操作を実行するか、あるいはあ
る所定の事象（例えば、規定された領域外の触覚アレイ
１への接触）の発生による「オプション」の、すなわち
特別の処理操作を実行するかのいずれかである。
【００２２】ボックス３２、３４、３６、３８は、モジ
ュール（すなわち、センサアレイ上のキーボードやマウ
スなどと規定された領域）が「アクティブ」なデバイス
のリストに追加される方法を示している。アレイは、少
なくとも一つのクラスタが検出されるまでサンプリング
される。クラスタを検出すると、プロセッサは、３つの
クラスタが存在するか否かを決定する。３つのクラスタ
が検出された場合には、プロセッサはその３つのクラス
タの重心が既知のモジュールの「足跡」に対応している
か否かを決定する。その場合には、そのモジュールおよ
びその位置およびその方向がアクティブデバイスのリス
トに追加される。重心が既知のモジュールの「足跡」に
対応しない場合は、入力が無視され、再びアレイがサン
プリングされる。
【００２３】ひとたびデバイスがアクティブとなると、
プロセッサは、例えばアクティブ領域内のキーが押され
たか否かを決定するためにアレイをモニタする。決定ボ
ックス３４への応答が「ノー」である（すなわち、クラ
スタ数が３に等しくない）場合は、プロセッサは一つの
クラスタのみが存在するのか否か（ボックス４０）およ
びこのクラスタがどのデバイスに属しているのか（ボッ
クス４４）を決定する。それぞれのデバイスが重なりを
有さない領域に分割されるため、単一のクラスタの重心
は、例えばキーボード上の押された「キー」を識別する
単一の領域内に存在する。プロセッサ２上で実行されて
いるデバイススペシフィックなソフトウエアは、触覚ア
レイの出力を規定された入力デバイスの出力として解釈
し、検出されたキーストロークに基づいて所定の機能を
実行する。
【００２４】ボックス４０における決定結果が「ノー」
である（すなわち複数個のクラスタが存在する）場合に
は、プロセッサはセンサアレイ上への複数個の接触に基
づいて機能する付加的な処理を実行することが望ましい
（ボックス４８）。このことにより、システムのオン／
オフ、最後の入力の削除、セッションの終了あるいは再
起動、あるいは他の型のモジュール（例えばマウス）に
対する領域規定などのモジュールに依存しない機能を許
容する手段が供給される。同様に、決定ボックス４２へ
の答えが「イエス」である場合には、プロセッサはあら
ゆる既知のモジュールのアクティブ領域外への接触に対
する付加的な処理（例えば、計算機領域外を押すことに
より計算のための直前のキーストロークを削除するな
ど）を実行することが望ましい。
【００２５】触覚アレイ１上で第二の型のインターフェ
ース、すなわちマウスデバイス、を実現するための方法
の具体例が図６の流れ図に示されている。まず、触覚ア
レイ１上でのマウスのアクティブ領域（すなわち、その
デバイスの範囲を規定するセンシングエレメント）が規
定されなければならない（ボックス５０）。このこと
は、図５の流れ図に示されたステップを用いてなされ
る。その後、マウスは３つの相異なった操作を実行する
ことによって実現される。第一に、マウス領域の原点が
設定されなければならない。この原点はディスプレイモ
ニタのスクリーン上のカーソルの位置を設定する。第二
に、クリックという事象が検出されて表示されなければ
ならない。クリック事象は、所定の処理操作がなされな
ければならないことを表すマウスデバイスへの入力であ
る。第三に、ディスプレイモニタのスクリーン上のカー
ソルが、マウス領域の原点の再配置に応答して再配置さ
れなければならない。
【００２６】マウスのアクティブ領域が決定されると、
規定されたマウス領域内でクラスタが検出されるまで触
覚アレイがサンプリングされる（ボックス５２）。クラ
スタが検出されると、プロセッサは原点が設定されたか
否かを決定する（ボックス５６）。原点が設定されてい
ない場合には、処理は、図示されているように、ボック
ス５８へ進む。プロセッサはセンサアレイのマウス領域
を数回サンプリングする。重心の平均が、重心のｘおよ
びｙの値を仮総和に追加し、その仮総和をなされたサン
プリングの回数で割ることにより計算される。その後、
原点がマークされる。所定の回数のサンプリングがなさ
れたことを保証するためにサンプリングカウンタが用い
られる（ボックス６０）。サンプリング回数は、そもそ
もの接触の原点を充分な信頼性を有して配置するために
必要とされる回数を超過していなければならない。元と
なるクラスタがアクティブマウス領域内に存在しない場
合には、仮総和はリセットされ（ボックス５４）、原点
は設定されず、新たなサンプリングがなされることにな
る。
【００２７】前述されているように、ひとたび原点が設
定されると、プロセッサはアレイのサンプリングを続行
する。プロセッサは、続行されたサンプリングに対し
て、それぞれのサンプリングクラスタ内のピクセル値の
総和が「クリックスレッショルド」を超過したか否かを
決定する。クリックスレッショルドは、それを超過する
とマウスの「クリック」事象が発生したと仮定されるよ
うな所定の値である。クリックスレッショルドを超過す
ることは、従来のマウスのボタンを押し下げたことと同
一の効果を有している。クリック事象が発生すると、プ
ロセッサはクリック事象の発生に係る特定のアプリケー
ションによって要求されるインストラクションを実行す
る（ボックス６６）。クラスタのピクセル値の総和がク
リックスレッショルドを超過しない場合には、プロセッ
サは、クラスタの重心が原点の重心から所定の距離
（「原点距離」）だけ移動したか否かを決定する。移動
していない場合には、触覚アレイが再びセンスされる。
重心が充分な距離だけ移動した場合には、関連するディ
スプレイモニタのスクリーン上に表示されているカーソ
ルが新たなサンプリングがなされる前に新しい位置に移
動させられる（ボックス７０）。ディスプレイモニタ上
のカーソルは、元の位置から現時点での重心の位置方向
に移動させられる。カーソルは、「速度定数」と原点と
現時点での重心との距離との積に等しい距離だけ移動さ
せられる。速度定数は、センサの解像度、ディスプレイ
モニタの解像度、およびサンプリングレートに依存し、
如何に速くカーソルが移動すべきかというユーザの好み
に合わせるようユーザによって変更されうることが望ま
しい。新たな重心に応答してカーソルを移動するための
技法は、従来のマウスの動きに応答してディスプレイカ
ーソルを移動させる技法と同様である。これらの技法は
当業者には公知である。
【００２８】画像インターフェースが図７を参照して記
述される。画像を処理する場合には、センサアレイがサ
ンプリングされ（ボックス７２）、そのアレイからのグ
レイスケールピクセル値（あるいは他のマルチスケール
値）が画像（すなわち、それぞれのピクセルが列および
行アドレスを有している）としてストアされる（ボック
ス７４）。その後、画像グレイスケールデータは特定の
アプリケーションに対して必要とされるように処理され
る（ボックス７６）。その種のアプリケーションの一例
が、図８から図１０を参照して記述される。
【００２９】図８は、個人をその手形に基づいて識別す
る具体的な方法を示している。このアプリケーション
は、例えば管理領域あるいはコンピュータ端末への個人
のアクセスを保証あるいは否定するために用いられう
る。このプロセスの第一段階は、ボックス７８に示され
ているように、連続したアレイのサンプリングを行な
い、かつそれらのサンプルデータの総和を計算して手形
の全体像を形成することである。プロセッサはセンシン
グアレイを例えば５０Ｈｚでサンプリングし、信頼しう
る画像を得るようサンプリングデータの総和を求める。
【００３０】その後、当該画像に対して、全ての非零ピ
クセルの値を見出すことによってスレッショルドがかけ
られ、それぞれの非零ピクセルから所定の値（例えば平
均のピクセル値に０．３を乗じたもの）が差し引かれ
る。この減算に引き続いて、０未満の値を有するすべて
のピクセルを０に設定することにより、さらにスレッシ
ョルドがかけられる。このプロセスにより雑音が除去さ
れ、プロセッサによるクラスタリングが行なわれるあら
ゆる時間の間に、人間がセンシングアレイに対して手を
保持しておくことを許容する。
【００３１】次のステップ（ボックス８２）は、グレイ
スケール手形画像を２値画像に変換することである。非
零ピクセルに対しては、１の値が与えられる。このこと
により、それぞれのピクセルに対して同一の重みが与え
られたことになり、その後の操作に対して、グレイスケ
ールの重心を用いて利用可能なものよりもより良い基準
が提供される。図９は、このプロセスによって得られた
手形画像１０６を示した図である。この処理方法の残り
の部分は図９および図１０を参照して記述される。
【００３２】次のステップ（図８のボックス８４）は、
２値画像１０６の重心１０８と主軸を配置することであ
る。重心１０８は、前述されたクラスタリングに関する
式を用いて決定される。ここで、すべての非零ピクセル
値は１である。原点を重心１０８に有する象限のＸ軸１
１０はより小さい主モーメントに対応する主軸に平行で
あり、手のひらの付け根の部分に向かっている。Ｙ軸１
１２はＸ軸１１０に垂直であり、右手座標系を構成して
いる。このことにより、手の向きが規定される。
【００３３】２値画像は連結領域にクラスタリングされ
（ボックス８６）、それぞれの連結領域の重心が決定さ
れる。その後、親指の先に対応するクラスタ１１４が配
置される（ボックス８８）。クラスタ１１４はＸ軸１１
０から最も離れた重心を有するクラスタであり、その重
心のｘ座標は−１．２から３．５インチの間の値を有す
る。
【００３４】次に、右手であるか左手であるかが決定さ
れる。親指の重心のｙ座標が正であればその手形は左手
であり、ｙ座標が負であれば右手である。
【００３５】次に、それぞれの指先に対応するクラスタ
が識別されて順序付けられる（ボックス９０および９
２）。このことを行なうために、プロセッサは重心１０
８と負のｘ座標を取る重心を有するそれぞれのクラスタ
（親指は除く）の重心との間の距離を計算する。プロセ
ッサはこの値を重心のｘ座標の２乗に加算する。最大の
値を有する４つの重心が指先である。その後、指先はそ
のｙ座標に従って親指を含めて順序付けられる。手形が
左手である場合は、親指は最大のｙ座標を有しており、
人差し指はその次、さらに中指、薬指、小指と続く。手
形が右手である場合はその逆となる。
【００３６】ボックス９４に示されているように、プロ
セッサは、その後、指先に対応するそれぞれのクラスタ
１１４、１１６、１１８、１２０および１２２の重心か
ら最も遠いピクセルの位置を決定する。
【００３７】次に、手のひらの付け根の中心点１２４の
位置が決定される（ボックス９６）。このことを行なう
ために、図１０に示されている新たな座標軸が決定され
る。この新たな座標軸は、もとの座標軸と同一の原点に
基づいている。新たなＸ軸は、中指に対応するクラスタ
１２０内の重心から最も遠いピクセル１２６と、親指に
対応するクラスタ１１４の重心と小指に対応するクラス
タ１１６の重心とを結んだ線分の中点１２８とを結ぶ直
線に平行であるように決定される。新たなＹ軸１３４に
より右手座標系が完成する。この座標軸を用いると、手
のひらの付け根の中心点１２４のｘ座標は、新たな座標
軸における最大のｘ座標を有する非零ピクセルのｘ座標
となる。ｙ座標は、ｘ座標が０より大きく、それぞれ最
大および最小のｙ座標を有する２つの非零ピクセル（親
指に対応するピクセル１１４は除く）を見出すことによ
って決定される。この２つのｙ座標の平均が、手のひら
の付け根の中心点１２４のｙ座標となる。
【００３８】その後、プロセッサは手のひらの幅を決定
する（ボックス９８）。手のひらの幅は、指として識別
されたクラスタを除いたｙ座標の最大値と最小値との間
隔の絶対値として定義される。プロセッサは、さらに、
手のひらの付け根の中心点１２４とそれぞれの指先の最
も遠いピクセルとの間の距離も決定する（ボックス１０
０）。
【００３９】個人の手形を特徴付けるために、６つの数
値からなる組が用いられる（ボックス１０２）。この６
つの数値の組を構成しているのは、手のひらの付け根の
中心点１２４からそれぞれの指先の最も遠いピクセルま
での距離、および手のひらの幅である。６つの数値の組
は、手形のライブラリを構成している６つの数字の組の
ライブラリと比較される（ボックス１０４）。よって、
未知の個人の手形が６つの数値の組＜ｄ1，．．．，ｄ6
＞を計算し、それを既知の個人に対してストアされた６
つの数値の組＜ｃx1，．．．，ｃx6＞と比較することに
よって識別されうる。この比較は、次式に従って、既知
のそれぞれの個人に対する６つの数値の組との間の距離
を計算することによってなされる：
【数３】 未知の手形は、Ｄxの最小値に係る既知の個人に属する
ものと識別される。
【００４０】図１１および図１２の流れ図は、本発明に
従ったインテリジェントフロアアプリケーションをプロ
セッサ２において実現するための具体的方法を示した図
である。
【００４１】図１１は、センサアレイによってカバーさ
れている（フロアなどの）表面上で動作させられている
モーター付き台車を認識しかつ制御するための方法を示
した流れ図である。台車は識別され、その位置が決定さ
れる。その後、台車はフィードバック制御下で希望する
位置まで移動させられる。台車と他の物体との衝突は、
プライオリティ（優先順位）を決定する手続きを用いて
回避される。
【００４２】モーター付き台車を制御する第一のステッ
プは、ボックス１４０に示されているようにフロアセン
サアレイをサンプリングすることである。その後、この
プロセスは、台車をその「足形」で識別する（ボックス
１４２）。このことを行なうために、プロセッサは前述
されているようなクラスタ解析を行ない、検出されたク
ラスタの重心および重心間のすべての距離を決定し、こ
の情報を台車に関する既知の足形と比較する。その後、
プロセッサはフロア上の台車の位置を決定し（ボックス
１１４）、その位置を希望する位置と比較する。利用可
能である場合には、台車の直前の位置が台車の現時点で
の位置の検索を制限するために用いられうる。台車のモ
ーターおよび舵取りユニットが（動作させられている台
車の型に対して要求されているように）起動させられて
台車が希望する位置へ駆動される。プロセッサはフロア
上のセンシングアレイを繰り返しサンプリングし、台車
が希望する位置に到達するまでモーターおよび舵取りユ
ニットを調節する（ボックス１４６）。
【００４３】プロセッサは、例えば他の台車や人間など
の障害物との衝突を回避する手段を提供することが望ま
しい（ボックス１４１）。ある実施例においては、台車
が他の台車（あるいは物体）から所定の距離内に入る
と、２つの台車間の相対的な優先準位が決定される（ボ
ックス１４３）。より高い優先準位を有する台車が希望
する位置まで駆動される（ボックス１４５）。低い優先
準位を有する台車は、高い優先準位を有する台車が範囲
外に去るまで停止されたままとなり（ボックス１４
７）、その後希望する位置まで駆動される。台車には、
通常、動かない物体よりも高い優先準位が与えられる
が、人間よりは低い。台車の方向および速さは、障害物
を回避するために必要となるように、およびフロア上の
交通パターンに依存して修正されうる。
【００４４】図１２は、「足形」解析に基づいて個人を
識別する方法を示した流れ図である。足形解析の第一ス
テップは、ボックス１４８に示されているように、アレ
イをサンプリングすることである。足跡が一定のレート
でサンプリングされなければならず、その結果一連の足
形画像よりなる足跡のテンプレートが構成されることに
なる。一度構成されると、その「未知の」（すなわち未
だ識別されていない）足跡のテンプレートが「既知の」
足跡のテンプレートのライブラリと比較され、未知の足
跡が識別される。
【００４５】プロセッサは、足跡のかかとの部分がフロ
アに接触したのを検出したセンサアレイサンプルを第一
フレーム（足跡の第一の足形画像）として規定すること
によって足跡の「原点」を計算することが望ましい（ボ
ックス１５０）。この第一の足形画像の重心および第二
の足型画像が計算されてその平均が計算される。この重
心の平均が原点を規定する。
【００４６】その後の足形画像のそれぞれに対して、足
跡の端において爪先がフロアから離れるまで、プロセッ
サはセンサアレイをサンプリングし、足形画像の重心を
計算しそれをストアする（ボックス１５２、１５４、お
よび１５６）。プロセッサは、さらに、それぞれの足形
の重心から原点までの距離（ボックス１５８）、および
すべてのピクセル値の総和（ボックス１６０）を計算し
てストアする。すべてのピクセル値の総和は、アレイに
印加された重量に比例する。すべての足形サンプルが取
られると（すなわち、足がもはやフロアと接触していな
くなると）、プロセッサはデータを再び補間する（ボッ
クス１６２）。
【００４７】一組の足跡においてプロセッサがＮ個のデ
ータ（すなわち、Ｎ個の足形画像）をサンプリングする
と、（Ｎ−２）個の計算された距離およびピクセル値の
総和（すなわち重量）が得られることになる。図１３に
示されているように、この方法においては、距離と重量
との関係に注目している。図１３のグラフは、かかとが
センサアレイに接触した時刻から爪先がセンサアレイか
ら離れた時刻までの間の一連のアレイのサンプリングを
通じて集められた時間と重量および時間と距離の情報か
ら導出されたものである。横座標上で等間隔のデータを
得るために、データが１５／１２８距離単位の間隔で再
補間されることが望ましい。このことにより、０から１
５距離単位（たとえばインチ）の間に１２８個のデータ
ポイントが得られる。（１５という数は、足形が最大で
も１５インチの長さを超過しないことから選択され
た。）これらの１２８個のデータ（そのうちの幾つかは
０である可能性がある）は、未知の足跡を特徴付ける１
２８個の数よりなる組＜ｄ1，．．．，ｄ128＞を規定す
る（図１２のボックス１６４を参照）。未知の足跡に係
る１２８個のデータの組は、足跡のライブラリ中の既知
の個人に対する１２８個のデータの組（個人「ｘ」に対
する＜Ｃx1，．．．，Ｃx128＞）と比較される（図１
２、ボックス１６６）。足跡は、ユークリッド幾何学的
な距離測度
【数４】 を用いて比較される。未知の足跡（およびその未知の足
跡が属する未知の個人）は、最小のＤxを有する足跡
（および個人）として識別される。
【００４８】図４に戻って、本発明に係るインテリジェ
ントワークスペースを実現する具体的な回路の詳細が以
下に記述される。センサアレイは、表面の高さあるいは
プロファイルを著しく変更することなくワークサーフェ
スをカバーすることが望ましい。センサアレイ１２のそ
れぞれは、通常、ポリマーインクアレイなどのピエゾ抵
抗触覚センサアレイである。センサアレイ１２は個別の
アドレス可能なセンシング素子を有しており、これらは
通常列導体および行導体の交点を形成している。よっ
て、アレイ１２は行および列を順次アドレシングするこ
とにより「サンプリング」される。アレイ１２用に適し
たセンサアレイは、インターリンクエレクトロニクス
（Ｉｎｔｅｒｌｉｎｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）社
（カリフォルニア州カーピンテリア（Ｃａｒｐｉｎｔｅ
ｒｉａ）、９３０１３）より市販されている。もちろ
ん、例えば可変容量センサなどの他のタイプのセンサが
本発明の範疇およびその精神を逸脱することなく用いら
れうることは当業者には自明である。
【００４９】アドレシング回路１４は、通常、アレイ１
２におけるパラレルパスを望ましくない電流が流れるの
を防ぐために、それぞれのセンシング素子をアイソレー
トする回路を有している。アドレシング回路１４を実現
するための回路は、本発明の発明者が共発明者となって
いる出願中の米国特許出願第０７／７７５、８８１号
（１９９１年１０月１１日付け）に記載されている。Ａ
／Ｄコンバータ１６は、市販のＡ／Ｄコンバータ回路を
用いて実現されうる。
【００５０】アドレシング回路１４、Ａ／Ｄコンバータ
１６、およびバッファ１８はコントロール線２２を介し
てコントロールされる。コントロール信号は回線２２を
介してすべてのセンサアレイ１２に対して同時に伝達さ
れ、データはバッファ１８を介して共通データバス２０
上にシーケンシャルに書き出される。ストローブ信号に
より、センサアレイ１２からの（アドレシング回路１４
を介した）アナログデータ出力のＡ／Ｄコンバータ１６
による変換が行なわれる。
【００５１】アレイを選択するためおよびデータをアレ
イからバス２０に出力するために必要とされる時間がセ
トリングタイム未満である限り、センサアレイ１２のす
べて（センサ選択コードの限界まで）が単一のアレイと
して同一レートでアクセスされうる。２8個より多いセ
ンサアレイ１２が要求される場合には、付加されたセン
サアレイを適応させるためにデータバスが拡張されう
る。
【００５２】インテリジェントワークサーフェスアプリ
ケーションにおいて決定さるべき一時パラメータは、セ
ンシングエレメントの密度およびアレイのサンプリング
周波数である。これらのパラメータは、アプリケーショ
ンによってほぼ制御される。例えば、インテリジェント
デスクトップは、一般に、インテリジェントフロアより
も大きいセンシングエレメント密度を要求する。
【００５３】３２μｓのセトリングタイム、８００ｎｓ
のストローブ（市販の代表的なＡ／Ｄコンバータのよう
に、ストローブ後８００ｎｓした時点でデータが確定す
るものとする）および１μｓのアドレシングピリオドを
仮定すると、アレイのセンシングエレメントは平均して
３３．８μｓ毎にアドレスされてサンプリングされる。
よって、１６×１６個のセンサよりなるアレイ（すなわ
ち、それぞれのアレイは２５６個のセンシングエレメン
トを有している）は、７．５４Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃのレ
ートでデータを生成する。このデータレートは、３０Ｈ
ｚで更新されて７．３７Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃのデータを
生成する５１２×４８０ピクセルよりなる標準的なビデ
オ画像と同様のものである。
【００５４】代表的なモジュラー入力デバイス、例えば
キーボードやマウス、を実現するためには、０．１２５
から０．２５平方インチのセンシングエレメント密度が
通常適切である。この分解能では、インテリジェントデ
スクトップは１．２から４．９Ｍｐｉｘｅｌｓ／ｓｅｃ
のレートでデータを生成する。これは、３０Ｈｚのビデ
オ画像と同程度のものである。
【００５５】１２フィート×１２フィートが通常のオフ
ィスあるいはオフィスビルの小さな共用装置領域であ
る。このような大きさの領域において、１．５から０．
２５平方インチのセンシングエレメント密度を用いる
と、０．２７Ｍｐｉｘｅｌｓ／ｓｅｃから９．７８Ｍｐ
ｉｘｅｌｓ／ｓｅｃのレートでデータが生成されること
になる。中間の値としてセンサ密度３／４平方インチを
用いると、インテリジェントフロアは１．１０Ｍｐｉｘ
ｅｌｓ／ｓｅｃのレートでデータを生成する。これは、
単一のビデオカメラによって生成されるデータのおよそ
１５％である。これらのデータレートは、例えば前掲の
米国特許出願第０７／７７５、８８１号に記載されてい
るように、サンプリングレートを１１５Ｈｚまで上昇さ
せることあるいはアレイの分解能を上昇させることによ
って実質的に変化させられうる。
【００５６】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００５７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、多
様性および適応性を有するインテリジェントワークサー
フェスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインテリジェントワークサーフェスと
して配置されたセンシングアレイによって覆われたデス
クトップサーフェスを模式的に示す図である。
【図２】本発明のインテリジェントワークサーフェスと
して配置されたセンシングアレイによって覆われたデス
クトップサーフェスを模式的に示した図である。
【図３】図２に示されたインテリジェントワークサーフ
ェスの一部を分解した様子を簡潔に示した図である。
【図４】本発明の原理に従うインテリジェントワークサ
ーフェスを実現する回路を示したブロック図である。
【図５】本発明のインテリジェントデスクトップサーフ
ェス上でキーボードタイプのインターフェースを実現す
るための流れ図である。
【図６】本発明のインテリジェントデスクトップサーフ
ェス上でマウスタイプのインターフェースを実現するた
めの流れ図である。
【図７】本発明のインテリジェントデスクトップサーフ
ェス上で画像タイプのインターフェースを実現するため
の流れ図である。
【図８】本発明のインテリジェントデスクトップサーフ
ェスを用いて手形によって個人を識別するための流れ図
である。
【図９】本発明のインテリジェントワークサーフェス上
で生成された手形画像を示す図である。
【図１０】本発明のインテリジェントワークサーフェス
上で生成された手形画像を示す図である。
【図１１】本発明のインテリジェントフロアサーフェス
を用いて可動式機械を制御するための流れ図である。
【図１２】本発明のインテリジェントフロアサーフェス
を用いて足形解析から個人を識別するための流れ図であ
る。
【図１３】連続する足形画像サンプルから得られたデー
タを示すグラフである。
【符号の説明】
１、１’ 触覚センサアレイサーフェス ２ コンピュータ ３、３’ キーボード ４、４’ 数字キーパッド ５、５’ ディスプレイ入力デバイス ６、６’ ディスプレイ ８、９ センシングエレメントグループ １２ センサアレイ １４ アドレス回路 １６ Ａ／Ｄコンバータ １８ ３ステートバッファ ２０ データバス ２２ 制御回線 １０６ ２値画像 １０８ 重心 １１０ Ｘ軸 １１２ Ｙ軸 １１４ 親指の指先 １１６、１１８、１２０、１２２ 指先 １２４ 手のひらの付け根の中心点 １２６ 重心から最も遠いピクセル １２８ クラスタ１１４の重心１３０とクラスタ１１６
の重心１３２とを結ぶ線分の中点 １３０ クラスタ１１４の重心 １３２ クラスタ１１６の重心 １３４ 新たなＹ軸 １３６ 新たなＸ軸

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人物を識別する方法において、 人物に特徴的な力のイメージを記録するために触覚セン
    サアレイをサンプリングするサンプリングステップと、 記録された力のイメージ情報から前記人物に特徴的な情
    報を決定する決定ステップと、 前記人物に特徴的な前記情報を既知の個人に特徴的な情
    報と比較する比較ステップと、 前記比較に基づいて前記人物を既知の個人として識別す
    るステップとを有することを特徴とする人物識別方法。
  2. 【請求項２】 人物に特徴的な前記力のイメージが手形
    の力のイメージを構成していることを特徴とする請求項
    第１の方法。
  3. 【請求項３】 前記サンプリングステップが、 前記力のイメージを生成するために前記センサアレイか
    らの連続したサンプリングによるピクセル出力の総和を
    計算するステップと、 それぞれの非零ピクセルから所定の値を減ずるステップ
    と、 ０未満の値を有するすべてのピクセルを０にセットする
    ステップと、 すべての非零ピクセルを１にセットするステップとを有
    することを特徴とする請求項第１の方法。
  4. 【請求項４】 前記決定ステップが、 前記力のイメージの重心における原点を規定するステッ
    プと、 前記力のイメージの主軸をセットするステップと、 前記力のイメージを複数個の連結領域に分割するために
    前記力のイメージの連結領域解析を実行するステップ
    と、 前記力のイメージの指先に対応する前記連結領域を識別
    するステップと、 前記原点から最も離れたそれぞれの指先のピクセルを識
    別するステップと、 前記力のイメージ上の所定の点と前記原点から最も離れ
    たそれぞれの指先のピクセルとの間の距離を計算するス
    テップと、 前記力のイメージの手のひらの幅を計算するステップと
    をさらに有することを特徴とする請求項第１の方法。
  5. 【請求項５】 前記人物に特徴的な前記力のイメージ
    が、一連の連続的な足形の力のイメージよりなることを
    特徴とする請求項第１の方法。
  6. 【請求項６】 前記決定ステップが、 前記一連の連続的な力のイメージの第一の力のイメージ
    の重心における原点を規定するステップと、 後続の前記連続する力のイメージのそれぞれに対して、
    前記力のイメージの重心、前記力のイメージの重心と前
    記原点と間の距離、および前記力のイメージのすべての
    ピクセル値の総和を計算するステップと、 前記人物を特徴付けるためにそれぞれの力のイメージを
    前記総和と前記重心と前記原点との間の距離に関連付け
    るステップとをさらに有することを特徴とする請求項第
    １の方法。
  7. 【請求項７】 前記人物を特徴付ける所定の間隔におけ
    るデータ値を得るために前記総和および前記距離を再補
    間するステップをさらに有することを特徴とする請求項
    第６の方法。
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