JP2005351886A - 位置姿勢計測方法および情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 計測対象である撮像装置130に姿勢センサ140を装着すると同時に、撮像装置130を撮像する客観視点カメラ180を固定位置に設置する。指標検出部110は、撮像装置130によって取得された画像から、情景中に配置された主観視点指標Qを検出し、客観視点カメラ180によって取得された画像から、姿勢センサ140上に配置された客観視点指標Pを検出する。姿勢予測部150は、姿勢センサ140による姿勢計測値を入力し、方位ドリフト誤差補正値に基づいて撮像装置130の現在の姿勢を予測する。位置姿勢算出部120は、撮像装置130の位置と姿勢センサ140の方位ドリフト誤差補正値の更新値を未知パラメータとして、指標検出部110が検出した指標Q及びPの画像座標を用いてこれを算出し、得られたパラメータから撮像装置130の位置及び姿勢を求めて出力する。
【選択図】 図1
Description
藤井博文,神原誠之,岩佐英彦,竹村治雄,横矢直和,拡張現実のためのジャイロセンサを併用したステレオカメラによる位置合わせ,電子情報通信学会技術研究報告PRMU99−192(信学技報vol.99,no.574,pp.1−8)
前記撮像装置の姿勢に関する情報を計測する姿勢センサから、姿勢計測値を入力する姿勢入力工程と、前記第1の画像入力工程で入力された第1の画像から、前記情景中に配置された第1の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第1の検出工程と、前記第2の画像入力工程で入力された第2の画像から、前記情景中に配置された第2の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第2の検出工程と、前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出工程で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力工程で入力した姿勢計測値とを用いて、前記撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出工程とを備えることを特徴とする。
本実施形態に係る位置姿勢計測装置は、撮像装置の位置及び姿勢の計測を行う。以下、本実施形態に係る位置姿勢計測装置及び位置姿勢計測方法について説明する。
を用いて行う。具体的には、関数Fc()は、世界座標xW Qknとsから主観視点カメラ座標(主観視点カメラ座標系における座標)xC Qknを求める次式、
によって構成されている。ここで、R*は、ステップS4000で入力した姿勢の予測値を表している。また、△R(φ)は,方位方向にφだけの回転を加える回転行列を表しており、式2によって定義される。また、fC x及びfC yは、それぞれx軸方向及びy軸方向における撮像装置130の焦点距離であり、既知の値として予め保持されているものとする。
第1の実施形態は、空間中を移動する撮像手段自体の位置及び姿勢を計測することを目的としていた。本実施形態に係る位置姿勢計測装置は、任意の対象物体の位置及び姿勢を計測することを目的とした位置姿勢計測装置であって、第1の実施形態の位置姿勢計測装置に計測対象物体を追加した構成となっている。以下、本実施形態に係る位置姿勢計測装置及び位置姿勢計測方法について説明する。
上記の実施形態において、位置姿勢算出部120及び520は、いずれも、方位ドリフト誤差補正値の更新値と位置とを表す4値の状態ベクトルsを未知数として、主観視点指標および客観視点指標の検出座標(実測値)と、それらの点の計算値との間の誤差の総和を最小化するようなsを求めていた。しかし、主観視点画像と客観視点画像の双方から得られる幾何的な拘束条件を併用することで計測対象物体の位置及び姿勢を取得する方法はこれに限定されるものではない。本実施形態に係る位置姿勢計測装置は、全体の誤差を最小化する手法とは異なる手法を用いた位置姿勢算出部をその構成要素として有していることを特徴とする。
上記の実施形態において、位置姿勢算出部120,520,及び120’は、いずれも、姿勢センサ140の方位ドリフト誤差補正値の更新値を未知数として求めていた。しかし、方位方向のみに姿勢の補正項目を限定せずに、姿勢センサ140の3軸方向に対する誤差の補正値を求めることももちろん可能である。本実施形態に係る位置姿勢計測装置の構成は、第1の実施形態に係る位置姿勢計測装置の構成とほぼ同じであるので、以下では、第1の実施形態とは異なる部分についてのみを説明する。
によって、3×3の回転行列Rによっても表現可能であり、ωとRとは、互いに一意に変換することができる。Rからωへの変換方法は公知であるので、その詳細な説明は省略する。
第1の実施形態では、世界座標系に固定された客観視点カメラ180によって,撮像装置130(に取り付けられた姿勢センサ)上に配置された客観視点指標Pkを撮影していた。しかし、撮像装置130の位置及び姿勢を取得するための構成はこれに限られるものではない。本実施形態に係る位置姿勢計測装置は、撮像装置130上に固定された客観視点カメラ180によって、世界座標系に配置された客観視点指標Pkを撮影する構成となっていることを特徴とする。以下、本実施形態に係る位置姿勢計測装置及び位置姿勢計測方法について説明する。
上記の実施形態の各々において、誤差ベクトルUと行列Θに基づく状態ベクトルの補正値△sの算出に式11で表現される最急降下法を用いているが、補正値△sの算出は必ずしも最急降下法によって行わなくてもよい。例えば公知の非線形方程式の反復解法であるLM法(Levenberg−Marquardt法)を用いて求めてもよいし、公知のロバスト推定手法であるM推定等の統計的手法を組み合わせてもよいし、他の何れの数値計算手法を適用しても構わない。
上記の実施形態の各々において、指標として一つの指標が一つの座標を表すような指標(以下、これを点指標と呼ぶ)を用いていた。しかし、指標の種類に限定されるものではなく、他の種類の指標を用いても構わない。
第2の実施形態における主観視点カメラ530は1台であったが、複数台の主観視点カメラを計測対象物体580に設置し、位置及び姿勢の計測に用いることも可能である。この場合、画像入力部150、指標検出部110はそれぞれのカメラからの入力画像を処理する。また、姿勢予測部150及び位置姿勢算出部520は、計測対象物体580の位置及び姿勢を基準とした演算を行う。位置姿勢算出部520では、計測対象物体580の位置及び方位ドリフト補正値によって状態ベクトルsを構成し、各画像から得られる指標の情報から、式20(カメラ毎にRCOとtCOが異なる)に基づいて各指標の誤差と画像ヤコビアンを求め、それらを(客観視点指標の情報と共に)積み重ねて誤差ベクトルU及び行列θを構成することで、上記実施形態と同様な枠組みによって位置及び姿勢の推定を行うことができる。
上記の実施形態の夫々では、方位ドリフト誤差を有する姿勢センサを用いていたが、他の姿勢センサを用いることも可能である。例えば、加速度センサによって傾斜方向の角度を計測し、地磁気センサによって方位方向の角度を計測するタイプの姿勢センサにおいても、位置と方位方向の誤差の更新値を未知パラメータとして、上記実施形態と同様な処理によって計測対象の位置と姿勢の計測を行うことができる。また、傾斜方向のみを計測する姿勢センサを用いる場合でも、方位方向の計測値が常に0となる3軸の姿勢センサと仮定すると、同様な処理によって計測対象の位置と姿勢の計測を行うことができる。
上記の実施形態の夫々で用いる主観視点カメラまたは客観視点カメラには、可視光とは異なる波長の光を撮像するカメラを用いることも可能である。例えば、客観視点カメラとして赤外光を撮像するカメラを用い、客観視点指標として赤外光を発光または反射する指標を用いてもよい。この場合、主観視点指標は客観視点カメラには写らないため、客観視点画像上で主観視点指標を誤検出することがなくなるという効果がある。
本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体(または記録媒体)を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
Claims (9)
- 情景を撮像する撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢計測方法であって、
前記撮像装置で撮像された第1の画像を入力する第1の画像入力工程と、
前記撮像装置の客観視点位置から撮像する客観視点撮像手段で撮像された第2の画像を入力する第2の画像入力工程と、
前記撮像装置の姿勢に関する情報を計測する姿勢センサから、姿勢計測値を入力する姿勢入力工程と、
前記第1の画像入力工程で入力された第1の画像から、前記情景中に配置された第1の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第1の検出工程と、
前記第2の画像入力工程で入力された第2の画像から、前記撮像装置上に配置された第2の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第2の検出工程と、
前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出工程で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力工程で入力した姿勢計測値とを用いて、前記撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出工程とを備えることを特徴とする位置姿勢計測方法。 - 前記位置姿勢算出工程は、
前記姿勢センサの方位誤差を補正するための補正値に関するパラメータと前記撮像装置の位置を表すパラメータとを未知パラメータとして、前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出工程で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量とを用いて当該パラメータを求め、得られたパラメータを利用して前記撮像装置の位置及び姿勢を算出することを特徴とする、請求項1に記載の位置姿勢計測方法。 - 前記第2の検出工程で検出する前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量は、前記第2の指標の画像座標であり、
前記位置姿勢算出工程は、前記第2の検出工程で検出した前記第2の指標の画像座標、及び前記客観視点撮像手段の位置姿勢に基づいて、前記第2の指標の3次元空間中における位置を拘束する直線を求め、前記第2の指標が前記直線上に存在するという拘束の元に、前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力工程で入力した姿勢計測値とを用いて前記撮像装置の位置及び姿勢を算出することを特徴とする、請求項1に記載の位置姿勢計測方法。 - 前記位置姿勢算出工程は、
前記直線上における前記第2の指標の位置を表す媒介変数と、前記姿勢センサの方位誤差を補正するための補正値に関するパラメータとを未知パラメータとして、前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量を用いて当該パラメータを求め、得られたパラメータを利用して前記撮像装置の位置及び姿勢を算出することを特徴とする、請求項3に記載の位置姿勢計測方法。 - 情景を撮像する撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢計測方法であって、
前記撮像装置で撮像された第1の画像を入力する第1の画像入力工程と、
前記撮像装置上の視点位置から前記情景を撮像する客観視点撮像手段で撮像された第2の画像を入力する第2の画像入力工程と、
前記撮像装置の姿勢に関する情報を計測する姿勢センサから、姿勢計測値を入力する姿勢入力工程と、
前記第1の画像入力工程で入力された第1の画像から、前記情景中に配置された第1の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第1の検出工程と、
前記第2の画像入力工程で入力された第2の画像から、前記情景中に配置された第2の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第2の検出工程と、
前記第1の検出工程で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出工程で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力工程で入力した姿勢計測値とを用いて、前記撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出工程とを備えることを特徴とする位置姿勢計測方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の位置姿勢計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項6に記載のプログラムを格納する記録媒体。
- 情景を撮像する撮像装置の位置及び姿勢を算出する情報処理装置であって、
情景を撮像し、第1の画像を取得する前記撮像装置と、
前記撮像装置を客観視点位置から撮像し、第2の画像を取得する客観視点撮像装置と、
前記撮像装置の姿勢に関する情報を計測する姿勢センサと、
前記撮像装置で取得された第1の画像から、前記情景中に配置された第1の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第1の検出手段と、
前記客観視点撮像装置で取得された第2の画像から、前記撮像装置上に配置された第2の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出手段で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力手段で入力した姿勢計測値とを用いて、前記撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出手段とを備えることを特徴とする情報処理装置。 - 情景を撮像する撮像装置の位置及び姿勢を算出する情報処理装置であって、
情景を撮像し、第1の画像を取得する前記撮像装置と、
前記撮像装置装置上の視点位置から前記情景を撮像し、第2の画像を取得する客観視点撮像装置と、
前記撮像装置の姿勢に関する情報を計測する姿勢センサと、
前記撮像装置で取得された第1の画像から、前記情景中に配置された第1の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第1の検出手段と、
前記客観視点撮像装置で取得された第2の画像から、前記撮像装置上に配置された第2の指標の画像座標に関わる特徴量を検出する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段で検出した前記第1の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記第2の検出手段で検出した前記第2の指標の画像座標に関わる特徴量と、前記姿勢入力手段で入力した姿勢計測値とを用いて、前記撮像装置の位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出手段とを備えることを特徴とする情報処理装置。
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