JP2010267231A - 位置姿勢推定装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位置姿勢推定装置は、撮像装置によって観察対象物体を撮像して得られた実写画像と、前記観察対象物体の形状及び表面情報を表す3次元モデルデータと撮像装置の位置姿勢情報とに基づいて3次元モデルを画像平面上に投影することにより生成された描画画像との対応を検出することにより、撮像装置と観察対象物体の相対的な位置姿勢を算出する。そして、算出された位置姿勢に基づいて実写画像における観察対象物体の画像情報を当該3次元モデルデータの表面情報に対応付けることにより、その表面情報が更新される。
【選択図】図1
Description
(以下のリストにおいて、非特許文献4〜6は「発明を実施するための最良の形態」の欄で引用されている)
撮像装置によって観察対象物体を撮像して得られた実写画像を取得する取得手段と、
前記観察対象物体の形状及び表面情報を表す3次元モデルデータを保持する保持手段と、
前記3次元モデルデータと前記撮像装置の位置姿勢情報とに基づいて3次元モデルを画像平面上に投影することにより描画画像を生成する描画手段と、
前記描画手段により生成された描画画像と、前記実写画像における観察対象物体の画像との対応を検出することにより、前記撮像装置と前記観察対象物体の相対的な位置姿勢を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された位置姿勢に基づいて前記実写画像における前記観察対象物体の画像情報を前記保持手段が保持する前記3次元モデルデータの前記表面情報に対応付けることにより、前記表面情報を更新する更新手段とを備える。
取得手段が、撮像装置によって観察対象物体を撮像して得られた実写画像を取得する取得工程と、
描画手段が、保持手段に保持された前記観察対象物体の形状及び表面情報を表す3次元モデルデータと、前記撮像装置の位置姿勢情報とに基づいて3次元モデルを画像平面上に投影することにより描画画像を生成する描画工程と、
算出手段が、前記描画工程により生成された描画画像と、前記実写画像における観察対象物体の画像との対応を検出することにより、前記撮像装置と前記観察対象物体の相対的な位置姿勢を算出する算出工程と、
更新手段が、前記算出工程で算出された位置姿勢に基づいて前記実写画像における前記観察対象物体の画像情報を前記保持手段が保持する前記3次元モデルデータの前記表面情報に対応付けることにより、前記表面情報を更新する更新工程とを有する。
本実施形態では、本発明の画像処理装置及びその方法を、3次元モデルの描画結果および実写画像から抽出したエッジの対応に基づいて位置姿勢推定する手法に適用した場合について、説明する。
第一の実施形態では、3次元モデルの表面情報をテクスチャ画像として表し、実写画像から取得した画像情報をテクスチャ画像上に保持していたが、これに限るものでない。3次元モデルデータは、対象物体の形状を表す幾何情報を保持し、同時に幾何情報に対応する表面情報を保持できる方式であれば、いずれの形式でも良い。例えば、多数の点および多数の面により構成された細かいメッシュモデルを利用し、それらの頂点の色として、画像情報を保持する方式でもよい。また、3次元モデルの幾何情報を、陰関数多項式で面の情報が記述されたIPモデルや、n次元関数により面の情報が記述されたメタボールなどの関数表現を用いて表現しても良い。このような場合、幾何情報に対応するような表面情報を表現するためには、例えば、テクスチャ画像の球面マッピングなどを用いればよい。
第一の実施形態では、描画画像と実写画像から抽出する特徴として、エッジを用いたが、これに限るものでない。例えば、Harris検出器や、非特許文献6に示されるSIFT検出器などによって検出される点特徴を利用しても良い。このとき、点特徴の記述子としては、点特徴周辺の輝度分布を利用しても、非特許文献6に示されるSIFT記述子を利用しても良く、点特徴の検出子と記述子の選択に特に制限はない。描画画像と実写画像との対応付けに点特徴を利用する場合でも、処理の流れは第一の実施形態と大きく変わることなく、描画画像中から検出される点特徴と、実写画像から検出される点特徴とを対応付けることで、位置姿勢を推定する。
第一の実施形態では、描画画像と実写画像から特徴抽出し、抽出した特徴同士を対応付け、対応に基づく非線形最適化計算により物体位置姿勢を算出していた。第二の実施形態では、物体表面上にある点の明度は撮像装置の位置姿勢が変化した後も変化しないという仮定を行い、明度変化から物体位置姿勢を直接求める手法に本発明を適用した例について説明する。
第二の実施形態では、描画画像と実写画像を整合させるための位置姿勢計算に勾配法を用いたが、これに限るものでない。例えば、描画画像と実写画像の比較から評価値を算出し、その評価値を最適化するように位置姿勢を算出しても良い。この場合、評価値の算出方法としては、描画画像と実写画像の差の二乗和を用いてもよいし、描画画像と実写画像の正規化相互相関を用いてもよいし、また、何らかの相互情報量を用いることで類似度を求める方法でもよい。描画画像と実写画像の類似性を示す値である限り、評価値の算出はいずれの方法でもよい。また、評価値の最適化手法も、評価値の最適化により位置姿勢を算出する方法であれば、例えば、グリーディーアルゴリズム、山登り法、シンプレックス法などでもよい。
Claims (9)
- 撮像装置によって観察対象物体を撮像して得られた実写画像を取得する取得手段と、
前記観察対象物体の形状及び表面情報を表す3次元モデルデータを保持する保持手段と、
前記3次元モデルデータと前記撮像装置の位置姿勢情報とに基づいて3次元モデルを画像平面上に投影することにより描画画像を生成する描画手段と、
前記描画手段により生成された描画画像と、前記実写画像における観察対象物体の画像との対応を検出することにより、前記撮像装置と前記観察対象物体の相対的な位置姿勢を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された位置姿勢に基づいて前記実写画像における前記観察対象物体の画像情報を前記保持手段が保持する前記3次元モデルデータの前記表面情報に対応付けることにより、前記表面情報を更新する更新手段とを備えることを特徴とする位置姿勢推定装置。 - 前記算出手段は、前記描画画像と前記実写画像における前記観察対象物体の画像との差分に基づいて位置姿勢を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置姿勢推定装置。
- 前記算出手段は、
前記描画画像から前記3次元モデルデータの輝度または色に基づく特徴を抽出するモデル特徴抽出手段と、
前記実写画像から前記観察対象物体の輝度または色に基づく特徴を抽出する画像特徴抽出手段とをさらに備え、
前記モデル特徴抽出手段により抽出された特徴と、前記画像特徴抽出手段により抽出された特徴との対応関係から、前記撮像装置の前記観察対象物体に対する相対的な位置姿勢を算出することを特徴とする請求項1に記載の位置姿勢推定装置。 - 前記モデル特徴抽出手段および前記画像特徴抽出手段は、エッジ特徴を抽出することを特徴とする請求項3に記載の位置姿勢推定装置。
- 前記モデル特徴抽出手段および前記画像特徴抽出手段は、点特徴を抽出することを特徴とする請求項3に記載の位置姿勢推定装置。
- 前記更新手段は、前記観察対象物体の画像情報を用いて、3次元モデルデータの対応するテクスチャ画像を更新することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の位置姿勢推定装置。
- 取得手段が、撮像装置によって観察対象物体を撮像して得られた実写画像を取得する取得工程と、
描画手段が、保持手段に保持された前記観察対象物体の形状及び表面情報を表す3次元モデルデータと、前記撮像装置の位置姿勢情報とに基づいて3次元モデルを画像平面上に投影することにより描画画像を生成する描画工程と、
算出手段が、前記描画工程により生成された描画画像と、前記実写画像における観察対象物体の画像との対応を検出することにより、前記撮像装置と前記観察対象物体の相対的な位置姿勢を算出する算出工程と、
更新手段が、前記算出工程で算出された位置姿勢に基づいて前記実写画像における前記観察対象物体の画像情報を前記保持手段が保持する前記3次元モデルデータの前記表面情報に対応付けることにより、前記表面情報を更新する更新工程とを有することを特徴とする位置姿勢推定方法。 - 請求項7に記載の位置姿勢推定方法の各工程をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
- 請求項8に記載のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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