JP2004306249A - ロボットに搭載されたステレオ・カメラの診断用装置、並びにロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】診断用マットは、ランダム・ドット・パターン、フラクタル、自然画などの、均一で繰り返しの無いパターンなど、診断、キャリブレーションにおいて誤マッチングを避けられるようなテクスチャを備える。診断マット上に設置されたロボットは診断用マットを撮影するために適した姿勢をとり、ステレオ・カメラにおいて取得した画像から距離画像を生成し、この距離画像から得られる診断用マットの平面度に基づいて、ステレオ・カメラの性能を検証する。
【選択図】図8
Description
ステレオ・カメラ診断用のテクスチャが設けられた略平面状の表面部と、
前記表面部に設けられた、前記ロボットと前記表面部との位置関係を指示する指示部と、
を具備することを特徴とするステレオ・カメラ診断用装置である。
所定のテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
前記生成された距離画像から前記診断用マットの平面を検出するステップと、
前記検出した平面の平面度を測定し、該平面度が基準平面度より高いかどうかに応じて、ステレオ・カメラの性能を検証するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法である。
所定のテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
ロボットの関節のキネマティクスを解くことによって、床面座標系を基準としたカメラ座標系への変換式を求め、該変換式に基づいてカメラ座標系を基準とした床面の平面の方程式を求めるステップと、
ステレオ・カメラによる距離値とキネマティクスによる平面とを比較することにより、ステレオ・カメラを診断するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法である。
均一のテクスチャに斜線が施された診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
斜線付近の距離値と基準平面を比較し、両者の差異に基づいてステレオ・カメラを診断するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法である。
所定のテンプレートを含んだテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて基準カメラ画像及び検出カメラ画像を取得するステップと、
基準カメラ画像中のテンプレートを、検出カメラ画像中でエピポーラ・ラインに沿って探索し、それぞれのテンプレートに対してエピポーラ・ラインに沿って、相関値を表すマッチング・スコアを得るステップと、
マッチング・スコア値と基準値の比較結果に基づいて、エピポーラ・ラインのずれを判定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法である。
所定のテンプレートを含んだテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいてキャリブレーションに必要な枚数の画像を取得するステップと、
取得した複数枚の画像を用いて前記ステレオ・カメラのキャリブレーション・パラメータを算出するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法である。
図1には、本発明に実施に供されるロボット装置1の機能構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置1は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行なう制御ユニット20と、入出力部40と、駆動部50と、電源部60とで構成される。以下、各部について説明する。
本実施形態に係るロボット装置1は、ステレオ・カメラ15による距離測定に基づいて、作業空間に散在する障害物までの距離をより正確に把握してこれを回避したり、床面を特定したりその凹凸を認識して、歩行経路の修正や姿勢安定制御に活用することができる。
図9には、平面検出によるステレオ・カメラ診断処理の手順をフローチャートの形式で示している。診断用マットにロボットを載せた後(ステップS1)、所定のコマンドを入力することにより、ロボットは診断モーションを再生する(ステップS2)。このモーションによって、診断用マットを撮影するために適した姿勢をとる。
図10には、キネマティクスを解いて得られる平面と、ステレオ・カメラによる距離値を比較する方法の原理を示している。
ここで、ステレオ法の基本的な仕組みについて説明する。2台のカメラでステレオ・カメラ15が構成される場合、1つのカメラは基準カメラとして使用され、正面と正対した位置から対象物を撮像して、基準画像を出力する。また、他方のカメラは参照カメラとして使用され、斜め方向から対象物を撮像して、参照画像を出力する。図12には、撮像対象に対する基準カメラと参照カメラの配置を模式的に示しており、また、図13には、略正方形のパターンを基準カメラと参照カメラそれぞれによって撮像した場合の基準画像と参照画像を模式的に示している。
テンプレート・マッチング方法によるステレオ・カメラの場合、図14に示したように、基準カメラ画像中のテンプレートを、検出カメラ画像中でエピポーラ・ラインに沿って探索する。この際に、それぞれのテンプレートに対してエピポーラ・ラインに沿って、相関値を表すマッチング・スコアを得ることができる。図17には、マッチング・スコアの例として、輝度差の総和のグラフを示している。図示の例では、スコア値が低いほど、相関が高いことを表している。
(2)基準スコア値MthとMiを比較して、Mth<Miとなる点の数Noverをカウントする。
(3)基準個数NthとNoverを比較して、Nover<Nthとなる場合はエピポーラ・ラインのずれが小さく、Nth<Noverとなる場合はずれが大きいと判定する。
診断マット上でモーションを再生し、複数の角度や距離から得られたデータを用いて(図19を参照のこと)、ステレオ・カメラの診断性能を上げることができる。
本実施形態では、ステレオ・カメラを搭載したロボット装置が、診断用マットを撮影することによりカメラのキャリブレーションを行なう。
ステレオ法に基づいて複数台のカメラによる複数の画像から物体の距離を計測することは、カメラが持つ撮像光学系が理論と完全に一致する特性を持っていることを前提としている。このため、実写により取得した画像に対して所定の補正を施す必要である。例えば、カメラのレンズは一般に歪みパラメータを有し、観察点は理論上の点から変位した位置に結像される。したがって、カメラ特有のパラメータを算出し、射影変換に際してこのパラメータに従った画像データの補正を行なわなければ、正面画像から正確な射影画像を得ることができず、また、ステレオ法により正確な奥行き計測を行なうことができない。
15…CCDカメラ
16…マイクロフォン
17…スピーカ
18…タッチ・センサ
19…LEDインジケータ
20…制御部
21…CPU
22…RAM
23…ROM
24…不揮発メモリ
25…インターフェース
26…無線通信インターフェース
27…ネットワーク・インターフェース・カード
28…バス
29…キーボード
40…入出力部
50…駆動部
51…モータ
52…エンコーダ
53…ドライバ
Claims (15)
- ロボットに搭載されたステレオ・カメラの診断用装置において、
ステレオ・カメラ診断用のテクスチャが設けられた略平面状の表面部と、
前記表面部に設けられた、前記ロボットと前記表面部との位置関係を指示する指示部と、
を具備することを特徴とするステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記ロボットは、床面に接地する接地部位を備え、
前記指示部は、前記表面部上で前記ロボットの接地部位を配置する場所を指示する、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記ロボットは、足部を有する1以上の可動脚を備え、
前記指示部は、前記表面部上で前記ロボットの足部の足底を設置する場所を指示する、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記ステレオ・カメラ診断補助装置は折り畳み構造をなし、該折り畳み構造の開成時に略平面状となり、前記表面部を露出する、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記表面部は、テンプレート・マッチングによるステレオ・カメラ・システムの場合、テンプレート内のテクスチャが、エピポーラ・ライン上で正しくマッチングを行なえるようなテクスチャを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記表面部は、診断、キャリブレーションにおいて誤マッチングを避けられるようなテクスチャを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記表面部は、均一なテクスチャに斜線を入れたパターンを持つ、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - 前記表面部は、幾何形状が既知となるキャリブレーション・パターンを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のステレオ・カメラ診断用装置。 - ロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法において、
所定のテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
前記生成された距離画像から前記診断用マットの平面を検出するステップと、
前記検出した平面の平面度を測定し、該平面度が基準平面度より高いかどうかに応じて、ステレオ・カメラの性能を検証するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - 前記のステレオ・カメラの性能を検証するステップでは、前記生成された距離画像に基づいて前記診断用マットを構成する平面の方程式を求め、前記診断用マットの各点と該平面との距離の偏差に基づいて、該平面度が基準平面度より高いかどうかを判定する、
ことを特徴とする請求項9に記載のロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - ロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法において、
所定のテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
ロボットの関節のキネマティクスを解くことによって、床面座標系を基準としたカメラ座標系への変換式を求め、該変換式に基づいてカメラ座標系を基準とした床面の平面の方程式を求めるステップと、
ステレオ・カメラによる距離値とキネマティクスによる平面とを比較することにより、ステレオ・カメラを診断するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - ロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法において、
均一のテクスチャに斜線が施された診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて取得した画像を基に距離画像を生成するステップと、
斜線付近の距離値と基準平面を比較し、両者の差異に基づいてステレオ・カメラを診断するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - ロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法において、
所定のテンプレートを含んだテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいて基準カメラ画像及び検出カメラ画像を取得するステップと、
基準カメラ画像中のテンプレートを、検出カメラ画像中でエピポーラ・ラインに沿って探索し、それぞれのテンプレートに対してエピポーラ・ラインに沿って、相関値を表すマッチング・スコアを得るステップと、
マッチング・スコア値と基準値の比較結果に基づいて、エピポーラ・ラインのずれを判定するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - ロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法において、
所定のテンプレートを含んだテクスチャを持つ診断用マット上に載せたロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップと、
前記ステレオ・カメラにおいてキャリブレーションに必要な枚数の画像を取得するステップと、
取得された複数枚の画像を用いて前記ステレオ・カメラのキャリブレーション・パラメータを算出するステップと、
を具備することを特徴とするロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。 - 前記のロボットが該診断用マットを撮影するために適した姿勢をとるステップは、
前記ステレオ・カメラの撮影画像中の診断対象となる領域に前記テクスチャが収まるように前記ステレオ・カメラの視線方向を探索するステップと、
該視線方向において、前記ステレオ・カメラの撮影画像内で診断対象となる領域を前記テクスチャが覆う大きさとなるように大きさを調整するステップと、
を備えることを特徴とする請求項9、11、12、13、14のいずれかに記載のロボット装置に搭載されたステレオ・カメラの診断方法。
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