JP2008026236A - Position and attitude measuring instrument, and position and attitude measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マーカーを撮影することで、マーカーの位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置及び位置姿勢測定方法に関する。 The present invention relates to a position and orientation measurement apparatus and a position and orientation measurement method for measuring the position and orientation of a marker by photographing a marker.
例えば、従来のモーションキャプチャーや位置計測装置に用いられるマーカーは、三次元的に固定された位置に、複数の発光点(例えばLED)などを固定することで、幾何学的にそのマーカーの姿勢を検出していた。位置姿勢決定用のトランスジューサの一例として、例えば、特表2004−510137が挙げられる。また、パッシブマーカーの一例として、例えば、反射性の素材などを用いたマーカーを装着することで、位置の検出を行なっていた。 For example, a marker used in a conventional motion capture or position measurement device is configured to geometrically change the posture of the marker by fixing a plurality of light emitting points (for example, LEDs) at a fixed position in three dimensions. It was detected. As an example of the transducer for determining the position and orientation, for example, a special table 2004-510137 is cited. In addition, as an example of a passive marker, for example, a position is detected by mounting a marker using a reflective material or the like.
また、カメラにより撮像位置を計測する手法として、光学通信用の位置合わせ用途では、特表2003−528478がある。
しかしながら、上記の引用文献を含む従来技術は、単一のマーカーによりマーカーの姿勢を検出するという点について対応することができない。 However, the conventional techniques including the above cited references cannot cope with the point that the posture of the marker is detected by a single marker.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、単一のマーカーを用いてマーカーの位置及び姿勢を検出することができる位置姿勢計測装置及び位置姿勢計測方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and its object is to provide a position / orientation measurement apparatus and position / orientation measurement that can detect the position and orientation of a marker using a single marker. It is to provide a method.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、コード化された透過パターンが形成された透過部材と、前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、を具備する。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a position / orientation measuring apparatus for measuring a position / orientation of an object, the transmitting member having a coded transmitting pattern formed thereon, and the transmitting member. An illumination device that illuminates the transmission pattern, a marker optical system that projects the illuminated transmission pattern image into space, and an imaging device that captures the transmission pattern image projected by the projection optical system; A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device.
また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記投射光学系は、魚眼レンズである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the projection optical system is a fisheye lens.
また、本発明の第3の態様は、第1の態様において、前記投影光学系は、全周囲パノラマレンズである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the projection optical system is an all-around panoramic lens.
また、本発明の第4の態様は、物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、コード化された透過パターンが形成された第1の透過部材と、前記透過部材の透過パターンを照明する第1の照明装置と、照明された透過パターン像を空間に投射する第1の投射光学系と、前記投射光学系と同軸上に設けられた第1の光路分割素子と、前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第1の撮像素子と、を具備する第1のマーカー装置と、コード化された透過パターンが形成された第2の透過部材と、前記透過部材の透過パターンを照明する第2の照明装置と、照明された透過パターン像を空間に投射する第2の投射光学系と、前記投射光学系と同軸上に設けられた第2の光路分割素子と、前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第2の撮像素子と、を具備する第2のマーカー装置と、を具備する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a position / orientation measurement apparatus for measuring a position / orientation of an object, wherein a first transmission member on which a coded transmission pattern is formed, and a transmission pattern of the transmission member are obtained. A first illumination device that illuminates; a first projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space; a first optical path splitting element provided coaxially with the projection optical system; and the optical path split A first marker device provided along one of the optical path dividing paths by the element, a second transmissive member on which a coded transmissive pattern is formed, and the transmission A second illumination device that illuminates the transmission pattern of the member; a second projection optical system that projects the illuminated transmission pattern image into space; and a second optical path dividing element that is provided coaxially with the projection optical system And optical path splitting by the optical path splitting element A second marker apparatus comprising a second image sensor, the provided along one, comprises a.
また、本発明の第5の態様は、物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、コードパターン状に配置された発光素子アレイと、前記発光素子アレイの発光を制御する発光制御装置と、前記発光素子アレイからのアレイ像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、を具備する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a position / orientation measuring apparatus for measuring a position / orientation of an object, a light emitting element array arranged in a code pattern, and a light emission control apparatus for controlling light emission of the light emitting element array. A marker optical device that projects an array image from the light emitting element array into space, an image pickup device that picks up a transmission pattern image projected by the projection optical system, and an image picked up by the image pickup device And a position / orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on the image data.
また、本発明の第6の態様は、物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、コード化された透過パターンが形成された透過部材と、前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、前記投射光学系と同軸上に設けられた撮像素子と、を具備し、再帰反射部材で形成されたマーカー装置と、前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、を具備する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a position / orientation measuring apparatus for measuring a position / orientation of an object, wherein the coded transmission pattern is formed and illumination for illuminating the transmission pattern of the transmission member. A marker device comprising a device, a projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space, and an image sensor provided coaxially with the projection optical system; An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system; and a position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device.
また、本発明の第7の態様は、第6の態様において、前記マーカー装置は、前記再帰反射部材と、当該再帰反射部材を包含する拡散反射部材とから構成されている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the marker device includes the retroreflective member and a diffuse reflective member including the retroreflective member.
また、本発明の第8の態様は、物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定方法であって、コード化された透過パターンが形成された透過部材の透過パターンを照明装置により照明するステップと、照明された透過パターン像を投射光学系によって空間に投射するステップと、前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像するステップと、前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を位置姿勢算出部によって算出するステップと、を具備する。 Further, an eighth aspect of the present invention is a position and orientation measurement method for measuring the position and orientation of an object, the step of illuminating a transmission pattern of a transmission member on which a coded transmission pattern is formed with an illumination device; The step of projecting the illuminated transmission pattern image into the space by the projection optical system, the step of imaging the transmission pattern image projected by the projection optical system, and the marker device based on the image data captured by the imaging device And calculating a position and orientation by a position and orientation calculation unit.
本発明によれば、単一のマーカーを用いてマーカーの位置及び姿勢を検出することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to detect the position and posture of a marker using a single marker.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る位置姿勢計測装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の位置姿勢計測装置は、マーカー装置100と、撮像装置10,20と、位置姿勢算出装置200とからなり、撮像装置10,20と位置姿勢算出装置200間は画像送信装置11,21を用いて画像データを転送する。マーカー装置100はドーム状スクリーンの半球中心に設置されているものとする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the position / orientation measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention. The position / orientation measurement apparatus according to the present embodiment includes a
マーカー装置100は、図2に示すように、魚眼レンズ103と、パターンフィルタ104と、照明光源105とを備えるとともに、該照明光源105を制御する照明制御装置101を有する。
As shown in FIG. 2, the
パターンフィルタ104は、fθレンズである魚眼レンズ103の焦点面に設置され、空間の座標を投影した、カラーコード化されたパターンフィルタである。
The
図3(a)、(b)は、パターンフィルタ104の構成例を示しており、(a)は簡略化されたパターン、(b)は実際に即したパターンである。図3(a)のパターンフィルタ104は、等間隔の同心円状の分割と、XY軸に沿った分割により形成される複数の区画領域(領域1、2、〜、n)から構成される。各領域にはそれぞれ異なる色のパターンが形成されカラーコード化されている。図3(b)のパターンフィルタ104は、等間隔の同心円状の分割と、放射状の分割により形成される複数の区画領域(領域1、2、〜、n)から構成される。各領域にはそれぞれ異なる色のパターンが形成されカラーコード化されている。
FIGS. 3A and 3B show configuration examples of the
パターンフィルタ104は、魚眼レンズ103の焦点面に配置されるが、ここで魚眼レンズ103の画角を180度とし、パターンが図3(b)に示すように等間隔の同心円状の分割と、放射状の分割で構成されているとすると、マーカー装置100の延長線上にあるドーム状の空間は上下方向三分割、周囲方向に8分割される。撮像装置10,20はこの分割された空間のいずれかに設置される。
The
一方、位置姿勢算出装置200は、画像受信装置201と、マーカー検出装置204と、キャリブレーション装置205と、パターン記憶装置206と、位置算出装置207と、姿勢同定装置208と、データ出力装置211と、マーカー記憶装置203とからなる。
On the other hand, the position / orientation calculation apparatus 200 includes an
次に、上記した第1実施形態の作用を説明する。まず、本実施形態の姿勢検出の原理を説明する。照明光源105によりパターンフィルタ104が照明されると、その像は魚眼レンズ103によりドーム状スクリーンの空間に向けて投影される。これにより、カラーパターンの投影がなされる。この魚眼レンズ103の前側絞りを2台の撮像装置10,20により撮像する。
Next, the operation of the first embodiment will be described. First, the principle of posture detection according to this embodiment will be described. When the
この撮像装置10,20により、マーカー装置100の魚眼レンズ103の瞳像を撮影すると、撮像装置10,20がマーカー装置100を撮影する方向によって魚眼レンズ103の瞳像の色が変化する。すなわち、図4に示すように、撮像装置10、撮像装置20のように異なる位置からマーカーを撮影すると、撮像装置10では例えば青色の瞳像が、撮像装置20では例えば黄色の瞳像が撮影されることになる。
When the
このように、本実施形態では瞳像の撮影色によりドーム状空間がカラーコード化されており、このような空間に配置された撮像装置10,20により撮像された画像データを処理することにより、撮像装置10,20に対するマーカー装置100の相対的な姿勢を検出することができる。
As described above, in the present embodiment, the dome-shaped space is color-coded according to the photographing color of the pupil image, and by processing the image data captured by the
次に、処理の流れについて説明する。 Next, the flow of processing will be described.
照明制御装置101により、照明光源105の光量を調節し、パターンフィルタ104を照明する。照明されたパターンフィルタ104の像は、魚眼レンズ103を通じて、空間に投射される。これを撮像装置10,20で撮影することで、魚眼レンズ103の瞳を撮影する。撮影された画像は、画像送信装置11,21により、位置姿勢算出装置200に送信される。位置姿勢算出装置200の画像受信装置201により、画像データを受信する。画像受信装置201は受信した画像(画像データ群202)をマーカー検出装置204に送信する。マーカー検出装置204は、受信された画像データから、あらかじめマーカー記憶装置203に記憶されたカラーコードを用いて二値化やカラー認識などの画像処理を行なうことにより、画像中の魚眼レンズ103の瞳像を検出する。
The
位置算出装置207は、キャリブレーション装置205によりあらかじめ算出されてパターン記憶装置206に記憶されているキャリブレーションデータに基づいて認識されたマーカーの位置を算出して位置データ209を出力する。この処理は、従来のマーカーを用いた光学式モーションキャプチャー装置と同様の処理を実施すれば良い。
The
図1に示すようにステレオカメラを撮像装置として用いていれば、撮像装置に対する、三次元的な位置を算出することが可能であり、また、任意に設定した、世界座標系と、撮像装置間のキャリブレーションを実施していれば、世界座標内での三次元的な位置を算出することができる。 If a stereo camera is used as an imaging device as shown in FIG. 1, it is possible to calculate a three-dimensional position with respect to the imaging device, and between an arbitrarily set world coordinate system and the imaging device. If the above calibration is performed, the three-dimensional position in the world coordinates can be calculated.
本実施形態では、上記に加えて、単体のマーカーでもマーカーの姿勢を認識できる点に特徴がある。すなわち姿勢同定装置208は、マーカー記憶装置203に記憶されているカラーコードと、キャリブレーション装置205からのキャリブレーションデータとに基づいてマーカーの姿勢を同定して姿勢データ210を出力する。これは、撮像装置10,20がコード化空間のどの空間に位置しているかを瞳像の色情報から同定する処理である。データ出力装置211は、位置データ209と姿勢データ210とを位置・姿勢データ212として出力する。
In addition to the above, the present embodiment is characterized in that the posture of the marker can be recognized even with a single marker. That is, the
(変形例)
図5は第1実施形態の変形例を説明するための図である。撮像装置10,20は、一般に、撮像範囲内の明るさに応じて、露出調整を実施するように構成される。外光変化によりマーカーの発光量が過剰になると、撮像装置10,20のダイナミックレンジ外の輝度になり、色の認識が困難になる。また、マーカーの発光量が不足すると、画像データ内からのマーカーの抽出が困難になる。このため、外光センサーを照明制御装置101に持たせ、外光状況に応じて発光量を調整するようにしてもよい。
(Modification)
FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the first embodiment. The
図5は外光センサーの一例を示しており、パターンフィルタ104からの出力光を分割するためのハーフプリズムやハーフミラーなどで構成される光路分割手段としてのビームスプリッタ107と、分割光を受光して測光を行う測光素子108とから構成される。このような外光センサーを設けることで環境全体の輝度を観察するようにしても良いが、画像送信装置21及び画像受信装置201に撮像装置10,20からの露出情報の通信機能を持たせ、撮像装置10,20の露光条件に合わせて、照明制御装置101により照明光源の輝度を制御するようにしても良い。
FIG. 5 shows an example of an external light sensor, which includes a
なお、この発明の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば図1では、ステレオ方式の撮像装置を複数用いる例を示しているが、単体での仕様、もしくは、単眼カメラをステレオ視可能に配置した物でも良く、2以上のカメラが空間内の同一領域を撮像していれば良い。魚眼レンズは、従来技術として、全天視や、パノラマ視を目的とした光学系が各種提案されており、それらを用いても良い。また、図6に示すように、マーカーを反射屈折・全周パノラミックレンズ109を用いてパノラマ系で構成しても良い。この場合は、360度の方向が見る方向によって、色が変わることにより認識可能となる。
Of course, various modifications and changes can be made to each configuration of the embodiment of the present invention. For example, FIG. 1 shows an example in which a plurality of stereo imaging devices are used, but a single specification or a monocular camera arranged so that it can be viewed in stereo may be used, and two or more cameras are in the same area in the space. As long as the image is captured. As the fish-eye lens, various optical systems for the purpose of panoramic viewing and panoramic viewing have been proposed as conventional techniques, and these may be used. Further, as shown in FIG. 6, the marker may be configured in a panoramic system using a catadioptric / circumferential
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態に係る位置姿勢計測装置の構成を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a position and orientation measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態の位置姿勢計測装置は、マーカー装置100と、撮像装置10,20と、位置姿勢算出装置200とからなり、撮像装置10,20と位置姿勢算出装置200間は画像送信装置11,21を用いて画像データを転送する。
The position / orientation measurement apparatus according to the present embodiment includes a
マーカー装置100は、図8に示すように、魚眼レンズ103と、パターンフィルタ104と、照明光源105と、ビームスプリッタ107と、撮像素子108とを備えるとともに、該照明光源105を制御する照明制御装置101と、撮像素子108で撮像した画像データを送信する画像送信装置110とを有する。
As shown in FIG. 8, the
また、位置姿勢算出装置200は、画像受信装置201と、マーカー検出装置204と、キャリブレーション装置205と、パターン記憶装置206と、位置算出装置207と、姿勢同定装置208と、データ出力装置211と、マーカー記憶装置203とからなる。
The position / orientation calculation apparatus 200 includes an
図8(a)、(b)に示すように、魚眼レンズ103の焦点面には、空間の座標を投影したカラーコード化されたパターンフィルタ104が設置される。これは第1実施形態と同様である。さらに本実施形態では、パターンフィルタ104とほぼ同焦点位置になるようにビームスプリッタ107で分割した光路の先に撮像素子108を設ける。照明光源105と撮像素子108の配置は、図8(a)、(b)どちらの配置でもかまわない。
As shown in FIGS. 8A and 8B, a color-coded
次に、本実施形態の作用を説明する。第1実施形態と同様に、照明制御装置101により、照明光源105の光量を調節し、パターンフィルタ104を照明する。照明されたパターンフィルタ104の像は、魚眼レンズ103を通じて空間に投射される。これを撮像装置10,20で撮影することで、魚眼レンズ103の瞳を撮影する。撮影された画像は、画像送信装置11,21により、位置姿勢算出装置200に送信される。位置姿勢算出装置200の画像受信装置201により画像データを受信する。
Next, the operation of this embodiment will be described. Similar to the first embodiment, the
マーカー検出装置204は、受信された画像データから、あらかじめマーカー記憶装置203に記憶されたカラーコードを用い、二値化やカラー認識などの画像処理を行なうことにより、画像中の魚眼レンズ103の瞳像を検出する。
The
位置算出装置207は、認識されたマーカーの位置をキャリブレーション装置205によりあらかじめ算出されていたキャリブレーションデータにより算出する。この処理は、従来のマーカーを用いた光学式モーションキャプチャー装置と同様の処理を実施すれば良い。
The
図7に示すようにステレオカメラを撮像装置10,20として用いていれば、撮像装置10,20に対する三次元的な位置を算出することが可能であり、また、任意に設定した、世界座標系と、撮像装置間のキャリブレーションを実施していれば、世界座標内での三次元的な位置を算出することができる。
As shown in FIG. 7, if a stereo camera is used as the
本実施形態では、これに加え、単体のマーカーでもマーカーの姿勢を認識できる点に特徴がある。姿勢同定装置208は、マーカー記憶装置203に記憶されていたカラーコードと、キャリブレーション装置205からのキャリブレーションデータから、マーカーの姿勢を同定する。これは、撮像装置10,20がコード化空間のどの空間に位置しているかを瞳像の色情報から同定する処理である。
In addition to this, the present embodiment is characterized in that the posture of the marker can be recognized even with a single marker. The
(変形例)
図9は、第2実施形態の変形例を説明するための図である。ここでは図9に示すように、複数の撮像素子(図9では108−1、108−2)を持つマーカーを対向して設置し、双方向でのマーカー間での姿勢の認識を行うことを目的としている。ここでは、第1実施形態で説明したようにマーカーとは別個に配置された撮像装置により撮像した画像データに基づいて同定を行うのではなく、相対するように配置されたマーカー内の撮像素子による画像データに基づいてマーカーの姿勢を同定することを特徴とする。
(Modification)
FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the second embodiment. Here, as shown in FIG. 9, markers having a plurality of image sensors (108-1 and 108-2 in FIG. 9) are installed facing each other, and posture recognition between the two-way markers is performed. It is aimed. Here, as described in the first embodiment, the identification is not performed based on the image data captured by the imaging device arranged separately from the marker, but by the imaging element in the marker arranged to face each other. The marker posture is identified based on the image data.
図10(a)に示すように、マーカー自体は、観測できているが、相手の画角内に入っていない場合は、瞳像の発光は検出されない。一方、図10(b)に示すように、双方がお互いの画角内に入れば、双方でマーカーの瞳像の発光が検出される。 As shown in FIG. 10A, the marker itself can be observed, but if it is not within the angle of view of the other party, the light emission of the pupil image is not detected. On the other hand, as shown in FIG. 10 (b), if both are within the angle of view of each other, light emission of the pupil image of the marker is detected by both.
本実施形態の特有の効果として、パターンフィルタと撮像素子とが同画角を持つ場合には、同軸での投影と撮影を実施することで、双方のマーカーで、相手の撮影画角に自撮像装置が入ったことを認識することができる。これにより、マーカーが相互に相手の撮像領域内に存在するか否かを認識することが可能になる。 As a specific effect of the present embodiment, when the pattern filter and the image sensor have the same angle of view, self-imaging is performed at the other party's angle of view with both markers by performing coaxial projection and shooting. Recognize that the device has entered. As a result, it is possible to recognize whether or not the markers exist in the imaging region of the other party.
なお、この発明の実施形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。例えば、図11に示すように、複数のマーカーを一体化した、例えば、全周囲の姿勢を認識できる形態をとることもできる。図11に示すマーカー装置170は、筐体163の外部に設置され、照明装置162、魚眼レンズ160からなる構成と、筐体163の内部に設置され、照明装置164、魚眼レンズ165からなる構成との組合せである。161は魚眼レンズの投射角である。2つの魚眼レンズの投射角度範囲が全周囲をカバーしているので、マーカー装置の姿勢がいかようになっても、必ず少なくとも一方の魚眼レンズの映像を外部のカメラにより撮像できる。このため、常にマーカー装置の姿勢の検出が可能であり、応用範囲が広い。
Of course, various modifications and changes can be made to each configuration of the embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 11, a plurality of markers can be integrated, for example, a form capable of recognizing the posture of the entire periphery can be taken. A marker device 170 shown in FIG. 11 is installed outside the housing 163 and is a combination of a configuration including the lighting device 162 and the fisheye lens 160 and a configuration installed inside the housing 163 and including the
なお、この例では、2つの魚眼レンズ160、165の投射角が重なる範囲では、2つの魚眼レンズの瞳の像を同時に外部カメラで撮影できる。このため、相対距離が既知である2つの瞳の像と、検出されたマーカー装置の姿勢とから、外部が単眼カメラであっても、マーカーまでの距離情報をある程度推測することができるという副次的な効果もある。 In this example, in the range where the projection angles of the two fisheye lenses 160 and 165 overlap, the pupil images of the two fisheye lenses can be taken simultaneously by the external camera. For this reason, the secondary information that the distance information to the marker can be estimated to some extent from the image of the two pupils whose relative distance is known and the detected posture of the marker device, even if the outside is a monocular camera. There is also a positive effect.
(第3実施形態)
図12は、本発明の第3実施形態に係る位置姿勢計測装置の構成を示すブロック図である。図13は、図12の一部を拡大して示す図である。第1及び第2実施形態ではパターンフィルタ104を照明することによりパターンを投射していたが、第3実施形態では、自発光を行う発光素子アレイ109を用いたことを特徴とする。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a position and orientation measurement apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is an enlarged view of a part of FIG. In the first and second embodiments, the pattern is projected by illuminating the
発光素子自体は、レーザーダイオードや、発光ダイオード、プラズマ、有機ELなどのアレイが用いられる。図14は、カラーLEDをアレイ状に配置する一構成例を示している。第3実施形態では、図13に示すように、第1、第2実施形態で透過パターンを配置していた部分に発光素子アレイ109が設置される。発光素子アレイ109は、発光制御装置110により、その発光パターン、明滅、色などが制御される。他の構成、作用、効果は、第1、第2実施形態と同様であるのでここでの説明は省略する。これにより、より効率的な光の利用が可能となり、マーカーの輝度を効果的に制御することができる。
As the light emitting element itself, an array of a laser diode, a light emitting diode, plasma, an organic EL, or the like is used. FIG. 14 shows a configuration example in which color LEDs are arranged in an array. In the third embodiment, as shown in FIG. 13, the light emitting
なお、第2実施形態と同様に、図15に示すように、ハーフプリズムやハーフミラーなどで構成される光路分割手段としてのビームスプリッタ107を設けて、発光素子アレイ109とほぼ同焦点位置に撮像素子108を設けても良い。このようにすることで、図16に示すように、対向したマーカー装置300、301、302どうしでの撮影が可能になるので、お互いの姿勢を推定することが可能となる。
As in the second embodiment, as shown in FIG. 15, a
また、図17に示すように、複数のマーカーを別途ステレオカメラなどにより撮像して、位置を計測し、発光素子アレイの位置とその色から、マーカーの姿勢を検出することができる。図17において、マーカー装置100−1は、画像送信装置110−1と、照明制御装置101−1と、撮像素子108−1と、発光素子アレイ109−1と、ビームスプリッタ107−1とから構成される。また、マーカー装置100−2は、画像送信装置110−2と、照明制御装置101−2と、撮像素子108−2と、発光素子アレイ109−2と、ビームスプリッタ107−2とから構成される。 In addition, as shown in FIG. 17, a plurality of markers can be separately imaged with a stereo camera, the position is measured, and the posture of the marker can be detected from the position of the light emitting element array and its color. In FIG. 17, the marker device 100-1 includes an image transmission device 110-1, an illumination control device 101-1, an imaging element 108-1, a light emitting element array 109-1, and a beam splitter 107-1. Is done. The marker device 100-2 includes an image transmission device 110-2, an illumination control device 101-2, an image sensor 108-2, a light emitting element array 109-2, and a beam splitter 107-2. .
さらに、本実施の形態の特有の効果としては、例えば、発光パターンで、カメラのIDやステータス、各種情報をやり取りできるようにしても良い。 Furthermore, as a specific effect of the present embodiment, for example, the camera ID, status, and various types of information may be exchanged using a light emission pattern.
勿論、これと等価的な構成として、LCDなどにより、パターンの明滅を制御することにより、発光素子アレイ109と同様に作用をもたらす構成としても良い。ただし、このときは、照明光源からの光の利用効率は落ちることになる。
Of course, as a configuration equivalent to this, it is also possible to have a configuration that provides the same effect as the light-emitting
また、カラーコードや撮像素子の代わりに、十字スプリット型のPDとハーフプリズム、レーザービーム光源を組み合わせることで、180度を超える範囲において、光軸合わせの位置決めが可能なレーザー軸決め装置として用いても良い。 Also, instead of a color code or an image sensor, a cross-splitting PD, a half prism, and a laser beam light source can be combined to be used as a laser axis alignment device that can position the optical axis in a range exceeding 180 degrees. Also good.
また、多方向のレーザー発信装置からの信号をマルチチャンネルで送受信する光通信装置としての応用も可能である。 Further, it can be applied as an optical communication device that transmits and receives signals from multidirectional laser transmitters in multiple channels.
(第4実施形態)
以下に、本発明の第4実施形態について説明する。第1及び第2実施形態では、マーカーにカラーの投光装置を設けたが、ここでは周囲に配置した撮像装置に代えて、再帰反射性素材を用いたマーカーを用いる。図18は、このような再帰反射マーカー350の一例を示しており、拡散マーカー351により包含されている。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention will be described below. In the first and second embodiments, a color light projecting device is provided for the marker, but here, a marker using a retroreflective material is used instead of the surrounding imaging device. FIG. 18 shows an example of such a retroreflective marker 350, which is encompassed by a diffusion marker 351.
第4実施形態では、投光・撮像する第1及び第2実施形態の、カメラ、投影装置を備えるマーカーは固定して配置され、従来のカメラに相当する再帰反射マーカー350自身が移動することになる。 In the fourth embodiment, the marker including the camera and the projection device of the first and second embodiments for projecting and imaging is fixedly arranged, and the retroreflective marker 350 itself corresponding to the conventional camera moves. Become.
次に、第4実施形態の作用効果を説明する。図19に示すように、再帰反射マーカー350は、投光されたコード光をその投影方向に反射する。投影方向に反射した光はハーフプリズム354により光路分割されてカメラ353あるいはプロジェクタ352に入射される。また、他方向から投光されたコード光も再帰反射マーカー350によってその投影方向に反射される。投影方向に反射した光はハーフプリズム357により光路分割されてカメラ356あるいはプロジェクタ355に入射される。このようにして、第2実施形態のパターン投影と同軸に設けられたカメラによってカメラで撮像するのと同じ効果を得ることができる。 Next, the function and effect of the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 19, the retroreflective marker 350 reflects the projected code light in its projection direction. The light reflected in the projection direction is divided into optical paths by the half prism 354 and is incident on the camera 353 or the projector 352. Further, the code light projected from the other direction is also reflected in the projection direction by the retroreflection marker 350. The light reflected in the projection direction is divided into optical paths by the half prism 357 and is incident on the camera 356 or the projector 355. In this way, it is possible to obtain the same effect as that obtained by imaging with the camera by the camera provided coaxially with the pattern projection of the second embodiment.
すなわち、ハーフプリズム354から投影された透過パターン光は、再帰反射マーカー350により反射され、当該投影装置(プロジェクタ352)と同軸に設けられた撮像装置(カメラ353)のみに、そのカラーコード化された反射色を反射することになる。ハーフプリズム357から投影された透過パターン光についても同様である。 That is, the transmission pattern light projected from the half prism 354 is reflected by the retroreflective marker 350 and is color-coded only in the imaging device (camera 353) provided coaxially with the projection device (projector 352). The reflected color will be reflected. The same applies to the transmission pattern light projected from the half prism 357.
図20に示すように、撮像装置400は、光学的には再帰性反射マーカー401を対称点として、折り返した位置に第1実施形態から第3実施形態で示したマーカー(仮想マーカー402)が存在していてそれを撮像するのと同じ条件になる。これは、光源やレンズを有することなしに第2実施形態と同等の効果を得ることになる。
As shown in FIG. 20, the
反射を用いているため鏡像位置になることだけを考慮し、さらに前実施形態で示したマーカーを撮像する場合と比較して距離が1/2になる。以上の補正を用いれば、第2実施形態と同様の処理になる。 Considering only the mirror image position because reflection is used, the distance is halved compared to the case of imaging the marker shown in the previous embodiment. If the above correction is used, the processing is the same as in the second embodiment.
ただし、距離測定に関しては、同一色は複数カメラでは捕らえられないので、ステレオ撮影時に、どの再帰性反射マーカーが同一のマーカーかを判別することは困難である。このとき、拡散反射部分の投影パターンの混合色により判別することが可能になる。ただし、それぞれの投影色セグメント内に複数マーカーが存在する場合には、カメラ間の位置姿勢キャリブレーションリブレーション結果からマーカーの位置検出により判別する必要がある。 However, regarding distance measurement, since the same color cannot be captured by a plurality of cameras, it is difficult to determine which retroreflective marker is the same marker during stereo shooting. At this time, it is possible to discriminate by the mixed color of the projection pattern of the diffuse reflection portion. However, when there are a plurality of markers in each projection color segment, it is necessary to determine the position by detecting the position of the marker from the result of the position / orientation calibration calibration between the cameras.
図21は、軽量な再帰反射マーカー350−1,350−2を人間361に装着したようすを示す図である。ここでの再帰反射マーカー350−1,350−2は、人間361の動作をキャプチャーする用途で用いる。図19に示すように、空間を分割し投光されているカラーコード化された照明によりどの位置に再帰反射マーカー350−1,350−2が存在するかを容易に判別することが可能になる。
FIG. 21 is a diagram showing a state where lightweight retroreflective markers 350-1 and 350-2 are attached to a
また、装着している人間361は、再帰反射マーカー350−1,350−2の周囲に配置された拡散マーカー351−1,351−2で反射された色データに基づいて、マーカー装置がカメラによって撮像された空間領域のどこに位置しているかを簡単に知ることができる。空間内での自身の位置をこの色データにより知ることができるため、例えばジェスチャ入力において、空間上の特定領域に意味づけを行なった場合の空間位置のフィードバックとして用いることができる。 In addition, the human 361 wearing the marker device uses a camera to detect the marker device based on the color data reflected by the diffusion markers 351-1 and 351-2 arranged around the retroreflective markers 350-1 and 350-2. It is possible to easily know where in the captured space area. Since the position of itself in the space can be known from the color data, it can be used as a feedback of the spatial position when meaning is given to a specific area in the space, for example, in the gesture input.
以上の実施形態に共通して言えることであるが、LEDなどで行なわれるパターンもしくはパターンの照明の輝度制御は、撮像素子の露光量内で飽和しないように制御してもよい。また、飽和と上記適正輝度調節値、消灯などを任意パターンで組み合わせサイクリックに点滅させる、いわゆるモールス信号のような点滅のシーケンスによるコード送信で繰り返すようにしても良い。 As is common to the above embodiments, the brightness control of the pattern or pattern illumination performed by the LED or the like may be controlled so as not to be saturated within the exposure amount of the image sensor. Further, saturation, the appropriate luminance adjustment value, and extinction may be combined in an arbitrary pattern, and may be repeated by code transmission using a blinking sequence such as a so-called Morse code.
マーカーを通信機能を有する移動体に装着する場合には、マーカー自身のIDや、通信、発光タイミングの情報を、固定のネットワーク(例としては、イーサネット(登録商標)や、IEEE801.2無線LAN、有線のIEEE1394、USB、PLC、ZigBeeやBluetooth(登録商標)などの近距離無線ネットワークなど)に配信しても良い。こうすることにより、透過パターンの情報や、発光素子アレイの発光パターンの情報と、撮像素子で撮影しているマーカーの関係を照合することができ、無線ネットワークや、有線で位置がわかっているマーカーから、位置が不明なマーカーについての位置特定をすることが可能となる。 When the marker is mounted on a mobile body having a communication function, the ID of the marker itself, information on communication, and light emission timing are stored in a fixed network (for example, Ethernet (registered trademark), IEEE801.2 wireless LAN, It may be distributed to a wired IEEE 1394, USB, PLC, ZigBee, Bluetooth (registered trademark) or other short-range wireless network. By doing so, it is possible to collate the relationship between the transmission pattern information and the light emission pattern information of the light emitting element array with the marker photographed by the imaging element, and the marker whose position is known by wireless network or wired Therefore, it is possible to specify the position of the marker whose position is unknown.
なお、上記した具体的実施形態には、以下のような構成の発明が含まれている。 The specific embodiments described above include inventions having the following configurations.
1.物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、
コード化された透過パターンが形成された透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。
1. A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A transmission member on which a coded transmission pattern is formed;
An illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space, and a marker device comprising:
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第1及び第2実施の形態に対応する。構成中の投射光学系は魚眼レンズ103に該当し、透過パターンはパターンフィルタ104に該当し、照明装置は照明光源105と照明制御装置101とからなる構成に該当する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
Embodiments relating to the present invention correspond to the first and second embodiments described above. The projection optical system in the configuration corresponds to the fisheye lens 103, the transmission pattern corresponds to the
(作用)
透過パターンを照明装置で照明し、投射光学系で空間に光を投射する。これを撮像装置を用いて撮影することで、コードパターンを形成した透過パターンのコードを瞳像として得る。これをデコードすることにより、マーカーの姿勢を算出する。
(Function)
The transmission pattern is illuminated by an illumination device, and light is projected into space by a projection optical system. By photographing this using an imaging device, a code of a transmission pattern in which a code pattern is formed is obtained as a pupil image. By decoding this, the posture of the marker is calculated.
(効果)
通常のLEDなどのマーカーを撮像装置で撮影する位置測定の効果に加えて、マーカー自体の姿勢情報を、コード化された瞳像の撮影により算出することができるので、マーカーの姿勢をも認識することができる。
(effect)
In addition to the effect of position measurement by photographing a marker such as a normal LED with an imaging device, the posture information of the marker itself can be calculated by photographing a coded pupil image, so the posture of the marker is also recognized. be able to.
2.前記投射光学系は、魚眼レンズであることを特徴とする1記載の位置姿勢測定装置。 2. 2. The position / orientation measurement apparatus according to 1, wherein the projection optical system is a fisheye lens.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第1及び第2実施形態に対応する。構成中の投射光学系は魚眼レンズ1−3に該当するが、変形例に示すようなパノラミックレンズなども含む。透過パターンはパターンフィルタ104に該当する。照明装置は照明光源105と照明制御装置101とからなる構成に該当する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
Embodiments relating to the present invention correspond to the first and second embodiments described above. The projection optical system in the configuration corresponds to the fisheye lens 1-3, but also includes a panoramic lens as shown in the modification. The transmission pattern corresponds to the
(作用)
透過パターンを照明装置で照明し、投射光学系で空間に光を投射する。これを撮像装置を用いて撮影することで、コードパターンを形成した透過パターンのコードを瞳像として得る。これをデコードすることにより、マーカーの姿勢を算出する。
(Function)
The transmission pattern is illuminated by an illumination device, and light is projected into space by a projection optical system. By photographing this using an imaging device, a code of a transmission pattern in which a code pattern is formed is obtained as a pupil image. By decoding this, the posture of the marker is calculated.
(効果)
通常のLEDなどのマーカーを撮像装置で撮影する位置測定の効果に加えて、マーカー自体の姿勢情報を、コード化された瞳像の撮影により算出することができるので、マーカーの姿勢をも認識することができる。
(effect)
In addition to the effect of position measurement by photographing a marker such as a normal LED with an imaging device, the posture information of the marker itself can be calculated by photographing a coded pupil image, so the posture of the marker is also recognized. be able to.
3.前記投影光学系は、全周囲パノラマレンズであることを特徴とする1記載の位置姿勢測定装置。 3. 2. The position / orientation measurement apparatus according to 1, wherein the projection optical system is an omnidirectional panoramic lens.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第1及び第2実施の形態に対応する。構成中の投射光学系は反射屈折・全周パノラミックレンズ109に該当し、透過パターンはパターンフィルタ104に該当し、照明装置は、照明光源105と照明制御装置101とからなる構成に該当する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
Embodiments relating to the present invention correspond to the first and second embodiments described above. The projection optical system in the configuration corresponds to the catadioptric / all-round
(作用)
透過パターンを照明装置で照明し、投射光学系で空間に光を投射する。これを撮像装置を用いて撮影することで、コードパターンを形成した透過パターンのコードを瞳像として得る。これをデコードすることにより、マーカーの姿勢を同定する。
(Function)
The transmission pattern is illuminated by an illumination device, and light is projected into space by a projection optical system. By photographing this using an imaging device, a code of a transmission pattern in which a code pattern is formed is obtained as a pupil image. By decoding this, the posture of the marker is identified.
(効果)
通常のLEDなどのマーカーを撮像装置で撮影する位置測定の効果に加えて、マーカー自体の姿勢情報を、コード化された瞳像の撮影により算出することができるので、マーカーの姿勢をも認識することができる。
(effect)
In addition to the effect of position measurement by photographing a marker such as a normal LED with an imaging device, the posture information of the marker itself can be calculated by photographing a coded pupil image, so the posture of the marker is also recognized. be able to.
ここで、「全周囲パノラマレンズ」という用語は、本明細書では双曲面ミラーや放物曲面ミラーと結像レンズを組み合わせたオムニビジョン光学系や、円環状の反射屈折光学系により周囲360度のパノラマ画像を取得できる光学系を意味している。 Here, the term “all-around panoramic lens” is used in this specification to refer to an omnivision optical system that combines a hyperboloidal mirror, a paraboloidal mirror, and an imaging lens, or an annular catadioptric optical system. It means an optical system that can acquire panoramic images.
4.物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、
物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、
コード化された透過パターンが形成された第1の透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する第1の照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する第1の投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた第1の光路分割素子と、
前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第1の撮像素子と、を具備する第1のマーカー装置と、
コード化された透過パターンが形成された第2の透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する第2の照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する第2の投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた第1の光路分割素子と、
前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第2の撮像素子と、を具備する第2のマーカー装置と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。
4). A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A first transmission member formed with a coded transmission pattern;
A first illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A first projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space;
A first optical path splitting element provided coaxially with the projection optical system;
A first marker device provided with a first imaging element provided along one of the optical path splitting paths by the optical path splitting element;
A second transmissive member having a coded transmissive pattern formed thereon;
A second illumination device that illuminates the transmission pattern of the transmission member;
A second projection optical system that projects the illuminated transmission pattern image into space;
A first optical path splitting element provided coaxially with the projection optical system;
A second imaging device comprising a second imaging element provided along one of the optical path splitting paths by the optical path splitting element;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第2実施の形態の変形例に対応する。ここではマーカー装置が撮像素子を備えるが、1と同様に、マーカーを外部から撮影する撮像装置も用いても良い。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to a modification of the above-described second embodiment. Here, the marker device includes an imaging element. However, as in the case of 1, an imaging device that photographs the marker from the outside may be used.
(作用)
コードパターンを形成した透過パターンを照明装置により照明し、投射光学系を通して、空間に投影するとともに、投射光学系と同軸上に設置された光路分割素子を介して受光した空間像を撮像素子により撮影する。このようなマーカー装置を複数備え、複数のマーカーが相互に撮影する。
(Function)
The transmission pattern in which the code pattern is formed is illuminated by an illuminating device, projected onto a space through a projection optical system, and a spatial image received through an optical path splitting element installed coaxially with the projection optical system is photographed by an image sensor. To do. A plurality of such marker devices are provided, and a plurality of markers photograph each other.
(効果)
従来、複数カメラを用いたセンシング環境において、対向撮影をして、相互に認識しあう用途では、撮像した画像から相手が撮影しているであろう画角を認識するのは難しかった。本構成によれば、相互にマーカー間での撮影を行なうことで、撮影画角内にマーカーが存在しているか否か、さらに、マーカーの相対的な姿勢と方向を認識することができる。
(effect)
Conventionally, in a sensing environment using a plurality of cameras, it has been difficult to recognize the angle of view that the other party may have photographed from the captured images in applications in which opposing photographing is performed and the images are mutually recognized. According to this configuration, it is possible to recognize whether or not there is a marker within the shooting angle of view and further to recognize the relative posture and direction of the marker by performing shooting between the markers.
5.物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、
コードパターン状に配置された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光を制御する発光制御装置と、
前記発光素子アレイからのアレイ像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。
5. A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A light emitting element array arranged in a code pattern;
A light emission control device for controlling light emission of the light emitting element array;
A projection optical system that projects an array image from the light emitting element array into space, and a marker device,
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第1実施形態に対応する。構成中の発光素子アレイは例えばLDアレイや、LEDアレイや、有機ELパネルなどである。また、発光素子自体にはLEDに代表されるように凸のレンズがモールドなどにより設けられており、光軸方向に収束した光が出射するよう構成されていても良い。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to the first embodiment described above. The light emitting element array in the configuration is, for example, an LD array, an LED array, an organic EL panel, or the like. Further, the light emitting element itself may be provided with a convex lens as represented by an LED by a mold or the like so that light converged in the optical axis direction is emitted.
(作用)
発光素子は所定のパターンにしたがって発光し、その光が直接空間に投射する投射光学系により投射される。
(Function)
The light emitting element emits light in accordance with a predetermined pattern, and the light is projected by a projection optical system that projects directly onto the space.
(効果)
自発光の素子を用いることで、照明光学系を簡略化し、また、発光素子の特性として、光軸に並行で収束した光が出射されるため、投影効率が高い。また、透過パターンを十分な輝度を持って、発光パターンを変更しながら発光制御することが可能になる。
(effect)
By using a self-luminous element, the illumination optical system is simplified, and as the characteristic of the light-emitting element, light converged in parallel with the optical axis is emitted, so that the projection efficiency is high. In addition, it is possible to control light emission while changing the light emission pattern with sufficient luminance for the transmission pattern.
6.物体の位置姿勢を測定する位置姿勢測定装置であって、
コード化された透過パターンが形成された透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた撮像素子と、を具備し、再帰反射素材で形成されたマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。
6). A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A transmission member on which a coded transmission pattern is formed;
An illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space;
An imaging device provided coaxially with the projection optical system, and a marker device formed of a retroreflective material;
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第4実施形態に対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to the above-described fourth embodiment.
(作用)
透過パターンを照明装置で照明し、投射光学系で空間に光を投射する。これを撮像装置を用いて撮影することで、コードパターンを形成した透過パターンのコードを瞳像として得る。これをデコードすることにより、マーカーの姿勢を算出する。
(Function)
The transmission pattern is illuminated by an illumination device, and light is projected into space by a projection optical system. By photographing this using an imaging device, a code of a transmission pattern in which a code pattern is formed is obtained as a pupil image. By decoding this, the posture of the marker is calculated.
(効果)
カメラ画角内のどの位置にマーカーが存在するかを簡単に認識することができる。
(effect)
It is possible to easily recognize at which position within the camera angle of view the marker exists.
7.前記マーカー装置は、前記再帰反射部材と、当該再帰反射部材を包含する拡散反射部材とから構成されていることを特徴とする6記載の位置姿勢測定装置。 7). 7. The position / orientation measuring apparatus according to claim 6, wherein the marker device includes the retroreflective member and a diffuse reflective member including the retroreflective member.
(対応する発明の実施の形態)
この発明に関する実施の形態は、上記した第4実施形態に対応する。
(Corresponding Embodiment of the Invention)
The embodiment relating to the present invention corresponds to the above-described fourth embodiment.
(作用)
再帰反射マーカーの周囲に配置された拡散マーカーで反射された色データに基づいて、カメラによって撮像された空間領域のどこにマーカーが位置しているかを検出する。
(Function)
Based on the color data reflected by the diffusion marker arranged around the retroreflective marker, it is detected where the marker is located in the spatial region imaged by the camera.
(効果)
再帰反射マーカーを装着した物体(例えば人間)自身がどの空間座標にいるのかを認識することができる。
(effect)
It is possible to recognize in which spatial coordinates the object (for example, a human) wearing the retroreflection marker is located.
10 撮像装置
11 画像送信装置
20 撮像装置
21 画像送信装置
100 マーカー装置
101 照明制御装置
102 照明系
103 魚眼レンズ
104 パターンフィルタ
105 照明光源
200 位置姿勢算出装置
201 画像受信装置
203 マーカー記憶装置
204 マーカー検出装置
205 キャリブレーション装置
206 パターン記憶装置
207 位置算出装置
208 姿勢同定装置
211 データ出力装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
コード化された透過パターンが形成された透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。 A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A transmission member on which a coded transmission pattern is formed;
An illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space, and a marker device comprising:
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
コード化された透過パターンが形成された第1の透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する第1の照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する第1の投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた第1の光路分割素子と、
前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第1の撮像素子と、を具備する第1のマーカー装置と、
コード化された透過パターンが形成された第2の透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する第2の照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する第2の投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた第2の光路分割素子と、
前記光路分割素子による光路分割路の1つに沿って設けられた第2の撮像素子と、を具備する第2のマーカー装置と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。 A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A first transmission member formed with a coded transmission pattern;
A first illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A first projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space;
A first optical path splitting element provided coaxially with the projection optical system;
A first marker device provided with a first imaging element provided along one of the optical path splitting paths by the optical path splitting element;
A second transmissive member having a coded transmissive pattern formed thereon;
A second illumination device that illuminates the transmission pattern of the transmission member;
A second projection optical system that projects the illuminated transmission pattern image into space;
A second optical path splitting element provided coaxially with the projection optical system;
A second imaging device comprising a second imaging element provided along one of the optical path splitting paths by the optical path splitting element;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
コードパターン状に配置された発光素子アレイと、
前記発光素子アレイの発光を制御する発光制御装置と、
前記発光素子アレイからのアレイ像を空間に投射する投射光学系と、を具備するマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。 A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A light emitting element array arranged in a code pattern;
A light emission control device for controlling light emission of the light emitting element array;
A projection optical system that projects an array image from the light emitting element array into space, and a marker device,
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
コード化された透過パターンが形成された透過部材と、
前記透過部材の透過パターンを照明する照明装置と、
照明された透過パターン像を空間に投射する投射光学系と、
前記投射光学系と同軸上に設けられた撮像素子と、を具備し、再帰反射部材で形成されたマーカー装置と、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を算出する位置姿勢算出部と、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定装置。 A position and orientation measurement apparatus for measuring the position and orientation of an object,
A transmission member on which a coded transmission pattern is formed;
An illumination device that illuminates a transmission pattern of the transmission member;
A projection optical system that projects an illuminated transmission pattern image into space;
An imaging device provided coaxially with the projection optical system, and a marker device formed of a retroreflective member;
An imaging device that captures a transmission pattern image projected by the projection optical system;
A position and orientation calculation unit that calculates the position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device;
A position and orientation measurement apparatus comprising:
コード化された透過パターンが形成された透過部材の透過パターンを照明装置により照明するステップと、
照明された透過パターン像を投射光学系によって空間に投射するステップと、
前記投射光学系により投射された透過パターン像を撮像装置によって撮像するステップと、
前記撮像装置により撮像された画像データに基づいて前記マーカー装置の位置と姿勢を位置姿勢算出部によって算出するステップと、
を具備することを特徴とする位置姿勢測定方法。 A position and orientation measurement method for measuring the position and orientation of an object,
Illuminating the transmission pattern of the transmission member on which the encoded transmission pattern is formed with a lighting device;
Projecting the illuminated transmission pattern image into the space by the projection optical system;
Imaging a transmission pattern image projected by the projection optical system with an imaging device;
Calculating a position and orientation of the marker device based on image data captured by the imaging device by a position and orientation calculation unit;
A position and orientation measurement method comprising:
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