JP2009264963A - 位置計測装置、位置計測システムおよびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で対象物の位置計測を行うことができ、また、高精度に位置計測を行うことができる位置計測装置等を提供する。
【解決手段】対象物100に備えられたバーコード10を撮影するカメラ30と、カメラ30により撮影されたバーコード10の画像から、4点以上の注目点を抽出し、メモリから注目点の位置情報を読み出し、メモリより読み出した注目点の位置情報および画像における注目点の位置関係からバーコード10の位置を求めることで対象物100の位置を求める演算装置40とを備える位置計測装置300。
【選択図】図1
【解決手段】対象物100に備えられたバーコード10を撮影するカメラ30と、カメラ30により撮影されたバーコード10の画像から、4点以上の注目点を抽出し、メモリから注目点の位置情報を読み出し、メモリより読み出した注目点の位置情報および画像における注目点の位置関係からバーコード10の位置を求めることで対象物100の位置を求める演算装置40とを備える位置計測装置300。
【選択図】図1
Description
本発明は、位置計測装置、位置計測システム、プログラムに関する。
所定の対象物の三次元空間における位置を計測する手段として、対象物にバーコードを貼り付け、このバーコードの情報を読み取ると共に、バーコードの位置を計測することで対象物の位置を計測する装置が存在する。
例えば、特許文献1には、バーコードとバーコードリーダとの相対位置を計測する位置計測装置において、少なくとも2つのバーコードリーダを、遠近方向、または走査方向に所定距離離隔して設置した位置計測装置が開示されている。
また、特許文献2には、少なくとも2つのレーザ光を同時に走査するバーコードスキャナにてバーコードを走査することにより、バーコードとバーコードスキャナとの相対位置
を計測する位置計測装置において、バーコードスキャナの各レーザ光窓よりレーザ光を交互に出力するようにした位置計測装置が開示されている。
を計測する位置計測装置において、バーコードスキャナの各レーザ光窓よりレーザ光を交互に出力するようにした位置計測装置が開示されている。
本発明は、バーコードの位置計測を簡単な構成で行うことができ、また、バーコードの位置を高精度に計測することで、バーコードを備える対象物の位置計測を簡単な構成で高精度に行うことができる位置計測装置等を提供することを目的とする。
請求項1に係る発明は、バーコードを備える対象物の当該バーコードを撮影する撮影部と、前記撮影部により撮影された前記バーコードの画像から、4点以上の注目点を抽出する抽出部と、前記注目点の互いの位置情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記注目点の前記位置情報を読み出し、当該位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの位置を求めることで前記対象物の位置を求める演算部と、を備えることを特徴とする位置計測装置である。
請求項2に係る発明は、前記記憶部は、前記位置情報として前記バーコードのサイズ情報を記憶することを特徴とする請求項1に記載の位置計測装置である。
請求項3に係る発明は、前記演算部は、前記注目点の前記位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより当該バーコードの位置を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の位置計測装置である。
請求項4に係る発明は、前記抽出部は、前記バーコードの四隅の点を前記注目点として抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置である。
請求項3に係る発明は、前記演算部は、前記注目点の前記位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより当該バーコードの位置を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の位置計測装置である。
請求項4に係る発明は、前記抽出部は、前記バーコードの四隅の点を前記注目点として抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置である。
請求項5に係る発明は、前記バーコードは、1次元バーコードであり、前記抽出部は、前記1次元バーコードを構成するバーのうち所定のバーを選択し、選択された当該所定のバーの四隅の点の中から前記注目点を抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置である。
請求項6に係る発明は、前記バーコードは、QRコードであり、前記抽出部は、前記QRコードに含まれる切り出しシンボルの四隅の点の中から前記注目点を抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置である。
請求項6に係る発明は、前記バーコードは、QRコードであり、前記抽出部は、前記QRコードに含まれる切り出しシンボルの四隅の点の中から前記注目点を抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置である。
請求項7に係る発明は、複数の位置計測装置を備え、前記位置計測装置は、対象物に備えられたバーコードを撮影し、当該バーコードの位置を求めることで当該対象物の位置を求める第1の位置計測装置と、前記第1の位置計測装置を撮影することで当該第1の位置計測装置の位置を求める第2の位置計測装置と、からなることを特徴とする位置計測システムである。
請求項8に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、前記バーコードから4点以上の注目点を抽出し、当該注目点の位置情報から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより前記対象物の位置を求めることを特徴とする請求項7に記載の位置計測システムである。
請求項9に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、バーコードを備え、前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記バーコードを撮影し、当該バーコードの位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システムである。
請求項10に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、4点以上の発光点を備え、前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記発光点を撮影し、当該発光点の位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システムである。
請求項8に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、前記バーコードから4点以上の注目点を抽出し、当該注目点の位置情報から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより前記対象物の位置を求めることを特徴とする請求項7に記載の位置計測システムである。
請求項9に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、バーコードを備え、前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記バーコードを撮影し、当該バーコードの位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システムである。
請求項10に係る発明は、前記第1の位置計測装置は、4点以上の発光点を備え、前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記発光点を撮影し、当該発光点の位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システムである。
請求項11に係る発明は、コンピュータに、バーコードの画像から、4点以上の注目点を抽出する機能と、メモリから前記注目点の位置情報を読み出し、当該メモリより読み出した当該注目点の位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの位置を求める機能と、を実現させるプログラムである。
請求項12に係る発明は、前記位置情報は、前記バーコードのサイズ情報を含むことを特徴とする請求項11に記載のプログラムである。
請求項1の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡単な構成で対象物の位置計測を行うことができ、また、位置計測をより高精度に行うことができる位置計測装置を得ることができる。
請求項2の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点の位置情報を設定することができる。
請求項3の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、対象物の位置を、より高精度かつ高速に演算することができる。
請求項4の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点を抽出することができる。
請求項5の発明によれば、バーコードとして一次元バーコードを使用した場合に、本構成を採用しない場合に比較して、より高精度に対象物の位置計測を行うことができる。
請求項6の発明によれば、バーコードとしてQRコードを使用した場合に、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点を抽出することができ、また、より高精度に対象物の位置を演算することができる。
請求項7の発明によれば、所望の位置を基準として対象物の位置計測を行うことができ、またより広範囲に位置する対象物の位置計測を行うことができる。
請求項8の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、対象物の位置を、より高精度かつ高速に演算することができる。
請求項9の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡単な構成で、対象物の位置計測を行うことができる。
請求項10の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より高精度に対象物の位置計測を行うことができる。
請求項11の発明によれば、バーコードの位置を計測することにより対象物の位置を計測する機能を、コンピュータにより実現できる。
請求項12の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点の位置情報を設定することができる。
請求項2の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点の位置情報を設定することができる。
請求項3の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、対象物の位置を、より高精度かつ高速に演算することができる。
請求項4の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点を抽出することができる。
請求項5の発明によれば、バーコードとして一次元バーコードを使用した場合に、本構成を採用しない場合に比較して、より高精度に対象物の位置計測を行うことができる。
請求項6の発明によれば、バーコードとしてQRコードを使用した場合に、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点を抽出することができ、また、より高精度に対象物の位置を演算することができる。
請求項7の発明によれば、所望の位置を基準として対象物の位置計測を行うことができ、またより広範囲に位置する対象物の位置計測を行うことができる。
請求項8の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、対象物の位置を、より高精度かつ高速に演算することができる。
請求項9の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡単な構成で、対象物の位置計測を行うことができる。
請求項10の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より高精度に対象物の位置計測を行うことができる。
請求項11の発明によれば、バーコードの位置を計測することにより対象物の位置を計測する機能を、コンピュータにより実現できる。
請求項12の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な手法で注目点の位置情報を設定することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
<装置構成>
図1は、本実施形態が適用される位置計測装置、および位置計測を行う対象物を含んだ全体構成を説明した図である。
図1に示した全体構成では、位置計測対象である対象物100と、対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する位置計測装置300とを有する。そして、対象物100にはバーコード10が備えられている。また、位置計測装置300は、対象物100を撮影する撮影部の一例としてのカメラ30と、カメラ30により撮影された画像に基づいて対象物100の三次元位置および三軸角度を演算する演算装置40とを備える。
<装置構成>
図1は、本実施形態が適用される位置計測装置、および位置計測を行う対象物を含んだ全体構成を説明した図である。
図1に示した全体構成では、位置計測対象である対象物100と、対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する位置計測装置300とを有する。そして、対象物100にはバーコード10が備えられている。また、位置計測装置300は、対象物100を撮影する撮影部の一例としてのカメラ30と、カメラ30により撮影された画像に基づいて対象物100の三次元位置および三軸角度を演算する演算装置40とを備える。
図2は、カメラ30の構成例を示す図である。
カメラ30は、対象物100に備えられたバーコード10(図1参照)の像を収束する光学系31と、光学系31により収束された像を検出する撮像手段であるイメージセンサ32とを備える。
カメラ30は、対象物100に備えられたバーコード10(図1参照)の像を収束する光学系31と、光学系31により収束された像を検出する撮像手段であるイメージセンサ32とを備える。
光学系31は、単一のレンズまたは複数のレンズを組み合わせて構成される。例えば、2つの半球レンズを使用し、その球面側を向かい合わせに組み合わせたツインレンズが用いられる。レンズの組み合わせおよびレンズ表面に施されたコーティング等により、各種の不要な収差は適切に除去されている。
イメージセンサ32は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を配列して構成される。このイメージセンサ32の表面がカメラ30の撮像面となる。
図3は、演算装置40の構成を説明した図である。
演算装置40は、図3に示したように、バーコード10(図1参照)の所定の箇所である注目点の位置情報を記憶する記憶部41と、撮影部により撮影された入力画像としてのバーコード10の画像を取り込み、バーコード10の画像から4点以上の注目点を抽出する抽出部42と、記憶部41よりバーコード10の注目点のサイズ情報等の位置情報を読み出し、この位置情報および画像における注目点の位置関係からバーコード10の三次元位置および三軸角度を求める演算部43とからなる。
演算装置40は、図3に示したように、バーコード10(図1参照)の所定の箇所である注目点の位置情報を記憶する記憶部41と、撮影部により撮影された入力画像としてのバーコード10の画像を取り込み、バーコード10の画像から4点以上の注目点を抽出する抽出部42と、記憶部41よりバーコード10の注目点のサイズ情報等の位置情報を読み出し、この位置情報および画像における注目点の位置関係からバーコード10の三次元位置および三軸角度を求める演算部43とからなる。
また、図4は、演算装置40の動作を説明したフローチャートである。
以下、図3と図4に基づき、演算装置40の動作の概略を説明する。
演算装置40は、例えばパーソナルコンピュータ等で実現される。抽出部42は、カメラ30により撮影されたバーコード10の画像を取得する(ステップ101)。そして、バーコード10の画像の中で所定の箇所である4点以上の注目点を抽出する(ステップ102)。
次に、演算部43が、バーコード10のサイズ情報等の位置情報を記憶部41から読み出す(ステップ103)。そして、演算部43は、位置情報と、抽出部42により抽出された注目点の画像中における位置関係とに基づき、バーコード10の三次元位置、三軸角度を求め、対象物100(図1参照)の位置計測結果として出力する(ステップ104)。
以下、図3と図4に基づき、演算装置40の動作の概略を説明する。
演算装置40は、例えばパーソナルコンピュータ等で実現される。抽出部42は、カメラ30により撮影されたバーコード10の画像を取得する(ステップ101)。そして、バーコード10の画像の中で所定の箇所である4点以上の注目点を抽出する(ステップ102)。
次に、演算部43が、バーコード10のサイズ情報等の位置情報を記憶部41から読み出す(ステップ103)。そして、演算部43は、位置情報と、抽出部42により抽出された注目点の画像中における位置関係とに基づき、バーコード10の三次元位置、三軸角度を求め、対象物100(図1参照)の位置計測結果として出力する(ステップ104)。
<バーコードの画像からの注目点の抽出>
次に、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明する。
図5は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第1の例である。
図5に示した例では、1次元バーコードであるバーコード10aの各バーが印刷された領域の四隅の各点を注目点11〜14として抽出している。1次元バーコードの幅と高さについては標準寸法として規格化されているため、このバーコード10aが準拠している規格の幅および高さがわかれば、この注目点11〜14のバーコード10a上における座標は、計算により求めることができる。具体的には、このバーコード10aの場合では、サイズ情報として、バーコード10aの図5における横方向の長さ及び縦方向の長さを記憶部41(図3参照)に記憶しておき、この値を読み出すことにより注目点11〜14のバーコード10a上における座標がわかる。
次に、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明する。
図5は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第1の例である。
図5に示した例では、1次元バーコードであるバーコード10aの各バーが印刷された領域の四隅の各点を注目点11〜14として抽出している。1次元バーコードの幅と高さについては標準寸法として規格化されているため、このバーコード10aが準拠している規格の幅および高さがわかれば、この注目点11〜14のバーコード10a上における座標は、計算により求めることができる。具体的には、このバーコード10aの場合では、サイズ情報として、バーコード10aの図5における横方向の長さ及び縦方向の長さを記憶部41(図3参照)に記憶しておき、この値を読み出すことにより注目点11〜14のバーコード10a上における座標がわかる。
なお、例えばバーコード10aがJAN−13規格により印刷されているものであれば、バーコード10aの各バーが印刷される領域は、95モジュールより構成され、1モジュールが0.33mmのとき幅(図5における横方向の長さ)は、31.35mmとなる。また高さ(図5における縦方向の長さ)は22.86mmである。そして、バーコード10aの四隅の点は、図5の例では、スタートキャラクタを構成する2本のバーのうち左側のバーの左上と左下の箇所、およびストップキャラクタを構成する2本のバーのうち右側のバーの右上と右下の箇所となり、これらの4点が注目点11〜14となる。実際にこれらの注目点11〜14を抽出するには、画像処理技術等を利用することにより行うことができる。
ここで、注目点は、4点以上であれば、その個数について特に限定されるものではない。
図6は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第2の例である。
図6に示した例では、図5で説明した場合と同様に1次元バーコードであるバーコード10bの各バーが印刷されている領域の四隅の各点を注目点11〜14としているが、更に、各バーのうち任意の3本を選択し、そこから抽出される8個の点を注目点15〜22としている。注目点11〜14のバーコード10b上での座標は、上述の図5において説明した手法により求めることができる。また、注目点15〜22のバーコード10b上での座標は、次のようにして求めることができる。
まず、撮影された画像からバーコード10bを読み取り、バーコード10bに実際に入っている情報を復元する。図6に示した例では、バーコード10bには「4912345678904」という情報が入っているためこれを復元する。この情報に対応する各バーの線の太さや間隔は規格化されている。そのため復元された情報と各バーの線の太さや間隔の情報から、注目点15〜22のバーコード10b上での座標を求めることができる。
なお、この場合、バーコード10bのサイズ情報としては、バーコード10bが、印刷される領域の縦方向の長さ及び横方向の長さのみならず、バーコード10bを構成するバーの太さや間隔の情報も該当する。
なお本実施の形態の場合、注目点を12個としているが、このように注目点を多く抽出することにより後述する位置計測の計算精度を向上させることができる。
図6は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第2の例である。
図6に示した例では、図5で説明した場合と同様に1次元バーコードであるバーコード10bの各バーが印刷されている領域の四隅の各点を注目点11〜14としているが、更に、各バーのうち任意の3本を選択し、そこから抽出される8個の点を注目点15〜22としている。注目点11〜14のバーコード10b上での座標は、上述の図5において説明した手法により求めることができる。また、注目点15〜22のバーコード10b上での座標は、次のようにして求めることができる。
まず、撮影された画像からバーコード10bを読み取り、バーコード10bに実際に入っている情報を復元する。図6に示した例では、バーコード10bには「4912345678904」という情報が入っているためこれを復元する。この情報に対応する各バーの線の太さや間隔は規格化されている。そのため復元された情報と各バーの線の太さや間隔の情報から、注目点15〜22のバーコード10b上での座標を求めることができる。
なお、この場合、バーコード10bのサイズ情報としては、バーコード10bが、印刷される領域の縦方向の長さ及び横方向の長さのみならず、バーコード10bを構成するバーの太さや間隔の情報も該当する。
なお本実施の形態の場合、注目点を12個としているが、このように注目点を多く抽出することにより後述する位置計測の計算精度を向上させることができる。
また、バーコードは、1次元バーコードに限定されるものではなく、例えば、2次元バーコードでも使用することが可能である。
図7(a)〜(b)は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第3の例である。ここで図7(a)は、2次元バーコードの1つの例としてQRコードを示し、図7(b)は、図7(a)のQRコードから特徴部分を抽出したものである。
図7(a)〜(b)に示した例では、図5および図6で説明した1次元バーコードではなく、2次元バーコードであるバーコード10cから注目点を抽出する。本実施の形態では、図7(a)〜(b)に示したようにQRコードにおける位置検出用パターンである3つの切り出しシンボル51のそれぞれの四隅の点を注目点11〜22としている。この場合は、バーコード10cのサイズ情報として、各切り出しシンボル51の位置や大きさ等の情報を利用する。
図7(a)〜(b)は、カメラ30により撮影されたバーコードの画像から、注目点を抽出する方法について説明した第3の例である。ここで図7(a)は、2次元バーコードの1つの例としてQRコードを示し、図7(b)は、図7(a)のQRコードから特徴部分を抽出したものである。
図7(a)〜(b)に示した例では、図5および図6で説明した1次元バーコードではなく、2次元バーコードであるバーコード10cから注目点を抽出する。本実施の形態では、図7(a)〜(b)に示したようにQRコードにおける位置検出用パターンである3つの切り出しシンボル51のそれぞれの四隅の点を注目点11〜22としている。この場合は、バーコード10cのサイズ情報として、各切り出しシンボル51の位置や大きさ等の情報を利用する。
なお、本実施の形態において、注目点として抽出される点としては、これに限られるものではなく、例えば、図5や図6で説明したのと同様に、バーコード10cが印刷される領域の四隅の点を抽出してもよい。図7(b)に挙げた例では、この四隅の点は、注目点11,16,22,23に当たる。また、切り出しシンボル51と同様にQRコードに含まれるアライメントパターン52の四隅の点やタイミングパターン53の任意の点を抽出するなどの方法も考えられる。
次に、バーコード10より抽出した注目点が4点の場合についてバーコード10の三次元位置、三軸角度を算出する方法について説明を行う。
注目点11の位置について、バーコード10を基準とした座標系における座標を[X1,Y1,Z1]Tとする。また、カメラ30により撮影された画像上(イメージセンサ32上)(図2参照)の座標系における注目点11の点の像の座標を[u1,v1]とする。なお以下の説明で、カメラ30の位置を原点とした座標系をカメラ座標系とし、このカメラ座標系における注目点11の座標を[Xc1,Yc1,Zc1]Tとする。
この場合、射影行列Pとして3行4列の行列を用いて、以下の関係式が成り立つ。
注目点11の位置について、バーコード10を基準とした座標系における座標を[X1,Y1,Z1]Tとする。また、カメラ30により撮影された画像上(イメージセンサ32上)(図2参照)の座標系における注目点11の点の像の座標を[u1,v1]とする。なお以下の説明で、カメラ30の位置を原点とした座標系をカメラ座標系とし、このカメラ座標系における注目点11の座標を[Xc1,Yc1,Zc1]Tとする。
この場合、射影行列Pとして3行4列の行列を用いて、以下の関係式が成り立つ。
数1式の中の射影行列Pは定数倍の不定性があり、これが数1式の左辺の係数hによって吸収される。よって、P34=1とおくことができる。また、注目点11〜14は同一平面上にあるために、Z座標を0とすることができる。そこで、Z1=0とすると、数1式のZ1に対応する射影行列Pの第3列を省略することができる。そのため数1式は、以下のように変形できる。この場合の射影行列の未知数は8個となる。
この数2式から次の2つの拘束式が得られる。
数3式で示した関係は、注目点12〜14についても同様に成り立つ。即ち、注目点12〜14に対して、以下の関係式が成り立つ。なお、ここで、注目点12〜14のバーコード10を基準とした座標系における座標をそれぞれ、[X2,Y2,Z2]T、[X3,Y3,Z3]T、[X4,Y4,Z4]Tとし、カメラ30により撮影された画像上の座標系における注目点12〜14の点の像の座標をそれぞれ、[u2,v2]、[u3,v3]、[u4,v4]としている。また注目点11と同様にZ2=Z3=Z4=0としている。
数3式および数4式を整理すると次式が得られる。
数6式の両辺にAの逆行列を左からかけると、
となり、P3を求めることができる。
また、射影行列Pは、カメラ内部行列Cとカメラ外部行列[r1 r2 r3 t]との積で表すことができる。
また、射影行列Pは、カメラ内部行列Cとカメラ外部行列[r1 r2 r3 t]との積で表すことができる。
ここで、r1、r2、r3は、バーコード10上の座標系をカメラ座標系に変換する回転ベクトルであり、tは、平行移動ベクトルである。そして、これらのベクトルは全て3つの要素を有する列ベクトルとして表される。P3は射影行列Pの第3列目がない行列であるので、
となる。よって、
となり、列ベクトルr1、r2、tを算出することができる。また、r3は、r1、r2と直交することから、
と表すことができる。よって数11式よりr3を算出することができる。以上のようにして回転ベクトルr1、r2、r3と、平行移動ベクトルtが全て算出できたことになる。そこで、R=[r1 r2 r3]とすると、注目点11〜14の三次元位置は、カメラ座標系を使用して、以下のように表すことができる。なおここで、カメラ座標系における注目点12〜14の座標をそれぞれ[Xc2,Yc2,Zc2]T、[Xc3,Yc3,Zc3]T、[Xc4,Yc4,Zc4]Tとしている。
数12式の関係式から、注目点11〜14のカメラ座標が特定できるため、バーコード10の三次元位置および三軸角度が求まることとなる。バーコード10の三次元位置および三軸角度はそのまま対象物100の三次元位置および三軸角度として利用できるため、以上のようにして対象物100の位置が計測できる。
なお、以上の説明は、注目点が4点の場合を説明したが、5点以上になった場合も同様の手法を用いて算出可能である。
なお、以上の説明は、注目点が4点の場合を説明したが、5点以上になった場合も同様の手法を用いて算出可能である。
<他の座標系を用いた対象物認識システム>
以上の説明は、カメラ位置を原点としたカメラ座標系を用いる場合であったが、別の座標系を用いてもかまわない。例えば、部屋等の三次元空間の所定の地点を原点とし、それを基準とした座標系を用いることもできる。この座標系をここでは「ワールド座標系」と呼ぶことにする。
以上の説明は、カメラ位置を原点としたカメラ座標系を用いる場合であったが、別の座標系を用いてもかまわない。例えば、部屋等の三次元空間の所定の地点を原点とし、それを基準とした座標系を用いることもできる。この座標系をここでは「ワールド座標系」と呼ぶことにする。
図8は、ワールド座標系を用いて対象物100の三次元位置および三軸角度を求める場合についての第1の例を説明した図である。
図8に示した例では、位置計測対象である対象物100と、対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する第1の位置計測装置300aと、第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度を更に計算する第2の位置計測装置300bとから構成されている。第1の位置計測装置300aは、図1に示した位置計測装置300と同様に対象物100を撮影する撮影部の一例としてのカメラ30aと、カメラ30aにより撮影された画像に基づいて対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する演算装置40aとを備える。また、同様に第2の位置計測装置300bは、第1の位置計測装置300aを撮影する撮影部の一例としてのカメラ30bと、カメラ30bにより撮影された画像に基づいて第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度を計算する演算装置40bとを備える。
図8に示した例では、位置計測対象である対象物100と、対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する第1の位置計測装置300aと、第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度を更に計算する第2の位置計測装置300bとから構成されている。第1の位置計測装置300aは、図1に示した位置計測装置300と同様に対象物100を撮影する撮影部の一例としてのカメラ30aと、カメラ30aにより撮影された画像に基づいて対象物100の三次元位置および三軸角度を計算する演算装置40aとを備える。また、同様に第2の位置計測装置300bは、第1の位置計測装置300aを撮影する撮影部の一例としてのカメラ30bと、カメラ30bにより撮影された画像に基づいて第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度を計算する演算装置40bとを備える。
本実施の形態では、対象物100は複数存在し、その各々にバーコード10dを備える。なお各々の対象物100に備えられたバーコード10dは全て異なる情報を持っている。そして、第1の位置計測装置300aもバーコード10eを備える。
本実施の形態では、カメラ30aは、複数の対象物100に備えられたバーコード10dを撮影することができ、そのバーコード10dの三次元位置および三軸角度を計算することにより、第1の位置計測装置300aの位置を基準とした各々の対象物100の位置計測を行うことができる。また、第1の位置計測装置300aにもバーコード10eが備えられているため、カメラ30bは、このバーコード10eを撮影し、バーコード10eの三次元位置および三軸角度を計算することができる。よって、第2の位置計測装置300bの位置を基準として第1の位置計測装置300aの位置計測を行うことができる。結果、三次元空間の所定の位置に設置される第2の位置計測装置300bを原点として、対象物100の位置計測が行えることになる。
本実施の形態の応用例として例えば、倉庫等の三次元空間において、第1の位置計測装置300aを壁面等に設置し、また第2の位置計測装置300bを天井に設置する。そして、荷物等である複数の対象物100の在庫管理などに利用することが可能である。
なお、本実施の形態では、第1の位置計測装置300a、第2の位置計測装置300bは各1台の場合を説明したが、複数台であってもかまわない。例えば、第1の位置計測装置300aを複数台とし、第2の位置計測装置300bを1台とした場合は、第1の位置計測装置300aに備えられるバーコード10eにそれぞれ異なる情報を持たせ、カメラ30bがどの第1の位置計測装置300aを撮影しているかを判別できるようにすれば、上記と同様に第2の位置計測装置300bの位置を基準とした対象物100の位置計測を行うことができる。
なお、本実施の形態では、第1の位置計測装置300a、第2の位置計測装置300bは各1台の場合を説明したが、複数台であってもかまわない。例えば、第1の位置計測装置300aを複数台とし、第2の位置計測装置300bを1台とした場合は、第1の位置計測装置300aに備えられるバーコード10eにそれぞれ異なる情報を持たせ、カメラ30bがどの第1の位置計測装置300aを撮影しているかを判別できるようにすれば、上記と同様に第2の位置計測装置300bの位置を基準とした対象物100の位置計測を行うことができる。
ここで、図8で説明した例では、第1の位置計測装置300aにバーコード10eが備えられていたが、必ずしもバーコードを備える必要はない。
図9は、ワールド座標系を用いて対象物100の三次元位置および三軸角度を求める場合についての第2の例を説明した図である。
図9に示した例では、第1の位置計測装置300aには、バーコード10eの代りに、LED(Light Emitting Diode)からなる4つの発光点81〜84が備えられている。そして、この部分が異なっていることを除き、図8で示した例と同様の構成をとる。
図9は、ワールド座標系を用いて対象物100の三次元位置および三軸角度を求める場合についての第2の例を説明した図である。
図9に示した例では、第1の位置計測装置300aには、バーコード10eの代りに、LED(Light Emitting Diode)からなる4つの発光点81〜84が備えられている。そして、この部分が異なっていることを除き、図8で示した例と同様の構成をとる。
本実施の形態では、カメラ30aは、複数の対象物100に備えられたバーコード10dの三次元位置および三軸角度を計算することにより、第1の位置計測装置300aの位置を基準とした各々の対象物100の位置計測を行う点で、図8で説明した例と同様のことを行う。但し、カメラ30bは、第1の位置計測装置300aに備えられた4つの発光点81〜84を撮影することで、第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度の計算を行う。これにより、図8で説明した例と同様に第2の位置計測装置300bの位置を基準として第1の位置計測装置300aの位置計測を行うことができる。よって、図8で説明した例と同様に三次元空間の所定の位置に設置される第2の位置計測装置300bを原点として、対象物100の位置計測が行えることになる。
本実施の形態で、バーコード10eの代りに発光点81〜84を使用することで、第2の位置計測装置300bにより第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度の計算をより高精度に行いやすくなる。
本実施の形態で、バーコード10eの代りに発光点81〜84を使用することで、第2の位置計測装置300bにより第1の位置計測装置300aの三次元位置および三軸角度の計算をより高精度に行いやすくなる。
なお、本実施の形態では、発光点81〜84をLEDにより構成される発光点としたが、これに限定するものではない。例えば、発光点81〜84としてLEDの代わりに再帰反射板を設け、カメラ30aの近くに設けられた照明装置から光を照射し、再帰反射板による反射光をカメラ30bにより撮影するようにしても良い。
10,10a,10b,10c,10d,10e…バーコード、11〜23…注目点、30,30a,30b…カメラ、31…光学系、32…イメージセンサ、40,40a,40b…演算装置、41…記憶部、42…抽出部、43…演算部、51…切り出しシンボル、81〜84…発光点、100…対象物、300…位置計測装置、300a…第1の位置計測装置、300b…第2の位置計測装置
Claims (12)
- バーコードを備える対象物の当該バーコードを撮影する撮影部と、
前記撮影部により撮影された前記バーコードの画像から、4点以上の注目点を抽出する抽出部と、
前記注目点の互いの位置情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記注目点の前記位置情報を読み出し、当該位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの位置を求めることで前記対象物の位置を求める演算部と、
を備えることを特徴とする位置計測装置。 - 前記記憶部は、前記位置情報として前記バーコードのサイズ情報を記憶することを特徴とする請求項1に記載の位置計測装置。
- 前記演算部は、前記注目点の前記位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより当該バーコードの位置を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の位置計測装置。
- 前記抽出部は、前記バーコードの四隅の点を前記注目点として抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置。
- 前記バーコードは、1次元バーコードであり、
前記抽出部は、前記1次元バーコードを構成するバーのうち所定のバーを選択し、選択された当該所定のバーの四隅の点の中から前記注目点を抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置。 - 前記バーコードは、QRコードであり、
前記抽出部は、前記QRコードに含まれる切り出しシンボルの四隅の点の中から前記注目点を抽出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置計測装置。 - 複数の位置計測装置を備え、
前記位置計測装置は、
対象物に備えられたバーコードを撮影し、当該バーコードの位置を求めることで当該対象物の位置を求める第1の位置計測装置と、
前記第1の位置計測装置を撮影することで当該第1の位置計測装置の位置を求める第2の位置計測装置と、
からなることを特徴とする位置計測システム。 - 前記第1の位置計測装置は、前記バーコードから4点以上の注目点を抽出し、当該注目点の位置情報から前記バーコードの三次元位置および三軸角度を求めることにより前記対象物の位置を求めることを特徴とする請求項7に記載の位置計測システム。
- 前記第1の位置計測装置は、バーコードを備え、
前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記バーコードを撮影し、当該バーコードの位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システム。 - 前記第1の位置計測装置は、4点以上の発光点を備え、
前記第2の位置計測装置は、前記第1の位置計測装置に備えられた前記発光点を撮影し、当該発光点の位置を求めることで当該第1の位置計測装置の位置を求めることを特徴とする請求項7または8に記載の位置計測システム。 - コンピュータに、
バーコードの画像から、4点以上の注目点を抽出する機能と、
メモリから前記注目点の位置情報を読み出し、当該メモリより読み出した当該注目点の位置情報および前記画像における当該注目点の位置関係から前記バーコードの位置を求める機能と、
を実現させるプログラム。 - 前記位置情報は、前記バーコードのサイズ情報を含むことを特徴とする請求項11に記載のプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008115682A JP2009264963A (ja) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | 位置計測装置、位置計測システムおよびプログラム |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011150460A (ja) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Hitachi Information & Control Solutions Ltd | 入出庫管理システムおよび入出庫管理方法 |
JP2013205415A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Sick Ag | 構造物または対象物の大きさを計測するための光電子装置および較正方法 |
-
2008
- 2008-04-25 JP JP2008115682A patent/JP2009264963A/ja active Pending
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