「画像の認識・理解シンポジウム (MIRU2005)」 2005 年 7 月

不可視マーカを用いたウェアラブルARシステム

中里 祐介† 神原 誠之† 横矢 直和†

† 奈良先端科学技術大学院大学 〒 630–0192 奈良県生駒市高山町 8916–5E-mail: †{yuusu-n,kanbara,yokoya}@is.naist.jp

あらまし ウェアラブルコンピュータを用いた拡張現実感 (Augmented Reality:AR)ではユーザの位置・姿勢を正確

に計測する必要がある．そこで我々は，インフラが安価で，かつ景観を損なうことのないユーザの位置・姿勢推定手法

として，実環境に配置した半透明の再帰性反射材からなる不可視マーカに赤外光を照射し，その反射を赤外線カメラ

で撮影・認識することで，ユーザの位置・姿勢を推定する手法が提案している．本稿では，提案している不可視マー

カによる位置・姿勢推定手法を利用したウェアラブル型拡張現実感システムについて述べる．

キーワード 不可視マーカ, ウェアラブルコンピュータ, 拡張現実感, 再帰性反射材, 赤外線カメラ

Wearable Augmented Reality System

Using Invisible Visual Markers

Yusuke NAKAZATO†, Masayuki KANBARA†, and Naokazu YOKOYA†

† Nara Institute of Science and Technology 8916–5 Takayama, Ikoma, Nara, 630–0192, JapanE-mail: †{yuusu-n,kanbara,yokoya}@is.naist.jp

Abstract This paper describes a wearable augmented reality (AR) system using invisible visual markers. Some

AR systems use visual markers in order to measure the position and orientation of user’s viewpoint. However,

usual visual markers impair the scenery. This paper proposes a system using invisible visual markers consisting

of translucent retro-reflectors. The system can be realized without undesirable visual effects and power supply for

infrastructures.Key words Invisible Visual Marker, Wearable Computer, Augmented Reality, Retro-reflector, Infrared Camera

1. は じ め に

近年，計算機の小型化，高性能化に伴い，ウェアラブルコン

ピュータを装着したユーザのための様々なアプリケーションが

研究されている．その中でも，ユーザのいる場所に応じた情報

を直感的に提供可能なウェアラブル型拡張現実感 (Augmented

Reality:AR)システムでは，現実世界と仮想世界の座標系の位

置合せを行うために，ユーザの正確な位置・姿勢情報が必要と

なる．

従来，屋外においては，広範囲で位置計測を行うことが可能

な GPSとジャイロセンサの組み合わせが多く利用されている．

一方屋内では，GPS が利用できないため，さまざまな位置推

定手法が提案されている [1], [2]．その中の一つとして，実環境

に位置・形状・色が既知の画像マーカを多数配置し，それらを

ユーザの視点付近に取り付けたカメラで撮影した映像からユー

ザの位置・姿勢を推定する手法が提案されている [3], [4]．この

ような画像マーカを通常のカメラで撮影する手法は，安価でか

つインフラに電源を必要としないという利点があるが，実環境

の景観を損ねてしまうという問題がある．

そこで我々は実環境に配置した半透明の再帰性反射材からな

る不可視の画像マーカに赤外光を照射し，その反射を赤外線カ

メラで撮影・認識することで，ユーザの位置・姿勢を推定する

方法を提案している．これにより安価で，かつ景観を損なうこ

となくユーザの位置・姿勢を推定するシステムの実現が可能で

ある．本稿ではその位置・姿勢推定手法を利用したウェアラブ

ル型拡張現実感システムについて提案する．

2. 不可視マーカを用いたウェアラブル型拡張現実感システム

提案する不可視マーカを利用したウェアラブル型拡張現実感

システムの構成を図 1に示す．不可視マーカは半透明の再帰性

反射材からなり，屋内環境において天井や壁などに設置する．

本システムのユーザは，光学シースルーディスプレイ，および

鉛直上向きの赤外線 LED付き赤外線カメラを頭部に装着する．

再帰性反射材からなる不可視マーカは光源方向に強く光を反射

するという性質を持つため，図 2のように，カメラ付近から発

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���LED������ � �

� � � �� � � � � ( N D2 0 0 0 [ M I C R O V I S I O N ] )

� � � � � � � � � � � �

( M P -X P 7 3 1 0 [ J V C ] )

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���� � �

図 1 ウェアラブル型拡張現実感システム

図 2 赤外線 LED 付き赤外線カメラによる撮影画像

図 3 実 験 環 境

した赤外光を受けた不可視マーカを赤外線カメラによって高輝

度で撮影することが可能である．

システムは撮影画像からマーカ領域を抽出し，マーカに割り

当てた IDパターンを認識することにより，マーカ (すなわち，

マーカ配置位置)を同定する．また，既知であるマーカの 4隅

の点の画像上での座標を利用し，マーカに対するカメラの相対

的な位置・姿勢を求める [5]．次に，推定したユーザの位置・姿

勢に基づいて，注釈情報などのような仮想物体を重畳表示する．

3. 実 験

ウェアラブル型拡張現実感システムの動作確認のための実験

を行った．本実験では，図 1で示すウェアラブル型拡張現実感

のプロトタイプシステムを使用する．システムは，光学シース

図 4 ウェアラブル型拡張現実感システムによる注釈提示

ルー型ディスプレイ (ND2000: MICROVISION)，および赤外

線 LED付き赤外線カメラと計算機 (MP-XP7310: JVC)から

構成される．使用した赤外線カメラの画角は 92.6◦，撮影画像

の大きさは 320× 240 ピクセルである．不可視マーカは天井に

1m2 当たり約 2.4個の密度で設置し，頭部と天井との距離は約

1.2mであった．不可視マーカを設置した実験環境の様子を図 3

に示す．

本システムを運用した際に，ユーザに提示された注釈画像を

図 4に示す．本実験によって，インフラに電源が不要で，かつ

景観を損ねることなくウェアラブル型拡張現実感システムが実

現可能であることを確認した．

4. ま と め

本報告では，インフラに電源が不要で，かつ景観を損ねるこ

とのない，不可視マーカを利用した位置・姿勢検出手法を利用

したウェアラブル型拡張現実感システムを提案し，その有効性

を確認した．今後の課題としては，広域屋内環境における実験

などが挙げられる．

謝辞 研究の一部は，科学技術振興機構 (JST)の戦略的創造

研究推進事業 (CREST) 「高度メディア社会の生活情報技術」

プログラムの支援による．

文 献[1] D. Hallaway, T. Hollerer and S. Feiner: “Coarse, inexpen-

sive, infrared tracking for wearable computing,” Proc. 7th

IEEE Int. Symp. on Wearable Computers, pp. 69–78, 2003.

[2] M. Kourogi and T. Kurata: “Personal positioning based

on walking locomotion analysis with self-contained sensors

and wearable camera,” Proc. 2nd IEEE/ACM Int. Symp.

on Mixed and Augmented Reality, pp. 103–112, 2003.

[3] 羽原寿和, 町田貴史, 清川清, 竹村治雄: “ウェアラブルＰＣのための画像マーカを用いた広域屋内位置検出機構”, 電子情報通信学会 技術研究報告, ITS2003-76, 2004.

[4] L. Naimark and E. Foxlin: “Circular data matrix fiducial

system and robust image processing for a wearable vision-

inertial self-tracker,” Proc. 1st IEEE/ACM Int. Symp. on

Mixed and Augmented Reality, pp. 27–36, 2002.

[5] H. Kato and H. Billinghurst: “Marker tracking and hmd

calibration for a video-based augmented reality conferenc-

ing system,” Proc. 2nd IEEE/ACM Int. Workshop on Aug-

mented Reality, pp. 85–94, 1999.

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