JP2007271563A - 位置姿勢計測方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 予め定めた符号列を、連続する複数の指標で表す様に指標を配置する。指標列を構成する指標は画像処理で識別可能な特徴が異なる少なくとも2種類の指標を含む。そして、撮像画像中に検出された指標を数値情報に変換し、数値情報と予め定めた符号列とから、撮像画像中に検出された指標の同定を行う。そして、予め登録された基準となる指標の座標情報を用いて、同定された指標の座標情報を求める。この座標情報と、別途取得した撮像装置の姿勢情報とを用い、撮像装置の位置姿勢を求める。
【選択図】 図1
Description
複合現実感技術では、現実空間に存在する物体(現実物体)の位置関係と、コンピュータグラフィックス等で描画される物体(仮想物体)との間に幾何学的なずれが生じていないことが望ましい。そこで、現実空間を撮像した画像を用いて、方法1で用いる位置姿勢センサの測定誤差を補正する技術が特許文献1乃至2において開示されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る位置姿勢計測装置100を頭部装着型表示装置(HMD: Head Mounted Display)101に適用した際の使用形態例を示す模式図である。
特徴点検出部106は画像データから特徴量検出を利用して指標を検出するが、特徴量としては指標の大きさ、色などの情報を利用して実現することができる。その具体的な特徴量については後述する。また、1次元に配置されているという先験的な情報を利用して、撮像画面中から指標列が存在する部分を推定する処理を効率的に行うことが可能になる。
本実施形態では、参照用の系列情報(符号列)として、M系列のような、自己相関関数が周期内で1となるものが1つしかない符号列を用いる。
・特徴点検出部106により得られる指標の画像中の座標情報
・系列指標座標演算部110により得られる指標列の現実空間における座標
・カメラ姿勢計測部111により得られるカメラ102の姿勢に関する情報
を利用し、連立方程式を解くことによりカメラ102の位置姿勢を推定する。
仮想空間融合描画部114は、この複合現実空間画像を、HMD101に内蔵されている表示器104へ送信する。これにより表示器104では融合描画結果が表示される。
指標列は、符号化により位置情報などがコード化された情報列を用いるが、その符号化の起点201が指標列には存在し、そこから一連の指標が等間隔で並んでいるものとする。撮像画像取得部105が取得した画像データ中には、このような指標列のうち、指標202から203までの直線上に並んでいる指標が撮像されているものとする。なお、ここでは、指標全体が撮像されている場合に”指標が撮像されている”と言う。
指標列の起点201に関する起点情報としては、現実空間における起点の座標位置(Px,Py,Pz)および指標列の起点からの方向成分(Vx,Vy,Vz)、さらに指標間の現実空間での長さ(d)が考えられる。なお、ここでは、方向成分(Vx,Vy,Vz)は現実空間での長さ(d)と同じ座標系で正規化しているものとする。
このように、本実施形態では、画像処理により識別可能な特徴において異なる複数種の指標を用い、符号列のような数値情報を画像情報に変換する。
ステップS101とステップS102は並列に実行される。ステップS101では、姿勢センサ103からカメラ102の姿勢を取得する。姿勢センサ103は、位置姿勢計測装置100とは独立して情報が更新されているため、ステップS101にて最新の更新状態を取得する。
・ステップS110で現実空間での位置が求められた2点以上の指標に関する現実空間での座標
・これら2点以上の指標の画像画面上の座標(ステップS102で検出済み)
・姿勢センサ103で検出されたカメラの姿勢(ステップS101で検出済み)
を用いて、カメラの位置情報を未知数とする線形連立方程式を解法して、カメラの位置姿勢を推定する。
x=RX+t ・・・(1)
と表せる。
未知変数はt=[tx,ty,tz]tであるので、撮像画像における指標の2次元画像座標u'=[u'x,u'y]が2個以上あれば式(6)の連立方程式を解くことによってt=[tx,ty,tz]tが求まる。さらに式(7)よりカメラの世界座標系での位置tw=[twx,twy,twz]が得られる。
上述の実施形態においては、1つの機器から構成される位置姿勢計測装置についてのみ説明したが、同等の機能を複数の機器から構成されるシステムによっても実現しても良い。
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるコンピュータプログラム自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムデータファイルをクライアントコンピュータに提供するサーバ装置も本発明に含む。
Claims (10)
- 複数の指標が一次元的に布設された現実空間、を撮像する撮像装置の位置姿勢を計測する位置姿勢計測方法であって、
前記撮像装置の姿勢情報を取得する姿勢情報取得工程と、
撮像画像中の前記複数の指標を検出する指標検出工程と、
前記指標検出工程で検出された複数の指標を、対応する数値情報に変換する変換工程と、
予め定めた符号列中における、前記数値情報と合致する部分を検出する照合工程と、
前記数値情報の前記符号列中における位置と、指標の配置に関する既知の情報とを用いて前記検出された指標の各々の現実空間における座標値を求める座標算出工程と、
前記姿勢情報と前記座標値とを用いて、前記撮像装置の位置姿勢を算出する位置姿勢算出工程とを有することを特徴とする位置姿勢計測方法。 - 前記指標検出工程で検出された前記複数の指標が含まれる画像領域の歪みを補正する補正工程をさらに有し、
前記変換工程が、前記補正を行った後の画像を用いて前記変換を行うことを特徴とする請求項1記載の位置姿勢計測方法。 - 前記変換工程が、前記複数の指標の各々の種類を識別することによって前記変換を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の位置姿勢計測方法。
- 前記変換工程が、前記複数の指標の各々の種類を分類し、分類毎に数値情報に変換することを特徴とする請求項3記載の位置姿勢計測方法。
- 前記指標の配置に関する既知の情報が、指標の配置方向に関する情報、指標の間隔に関する情報、基準となる指標の座標の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の位置姿勢計測方法。
- 前記姿勢情報検出工程が、重力方向に対する前記撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出装置から前記姿勢情報を取得することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の位置姿勢計測方法。
- 前記所定の符号列が、自己相関関数が周期内で1となるものが1つしかない符号列であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の位置姿勢計測方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の位置姿勢計測方法における各工程をコンピュータ装置に実行させるためのプログラム。
の座標と - 請求項8記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
- 複数の指標が一次元的に布設された現実空間、を撮像する撮像装置の位置姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記撮像装置の姿勢情報を取得する姿勢情報取得手段と、
撮像画像中の前記複数の指標を検出する指標検出手段と、
前記指標検出手段で検出された複数の指標を、対応する数値情報に変換する変換手段と、
予め定めた符号列中における、前記数値情報と合致する部分を検出する照合手段と、
前記数値情報の前記符号列中における位置と、指標の配置に関する既知の情報とを用いて前記検出された指標の各々の現実空間における座標値を求める座標算出手段と、
前記姿勢情報と前記座標値とを用いて、前記撮像装置の位置姿勢を算出する位置姿勢算出手段とを有することを特徴とする位置姿勢計測装置。
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