JP2011185897A - Object information detection system, information detection method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象物とその対象物に配置されたマーカとの相対位置及び姿勢を検出する物体情報検出システム、情報検出方法、及びプログラムに関するものである。 The present invention relates to an object information detection system, an information detection method, and a program for detecting a relative position and posture between an object and a marker placed on the object.
対象物の形状を、計測センサ等を用いて計測し、その計測値に基づいて対象物の位置及び姿勢を求める場合に、その計測精度が対象物の形状に大きく左右されることがある。これに対し、対象物に配置されたマーカを撮影し、そのマーカの撮影画像に基づいて、対象物の位置及び姿勢を推定する3次元位置姿勢センシング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 When the shape of an object is measured using a measurement sensor or the like and the position and orientation of the object are obtained based on the measured values, the measurement accuracy may be greatly affected by the shape of the object. On the other hand, a three-dimensional position / orientation sensing device that captures a marker placed on an object and estimates the position and orientation of the object based on a captured image of the marker is known (for example, Patent Document 1). reference).
ところで、上記3次元位置姿勢センシング装置は、予め測定された対象物とマーカとの相対位置及び姿勢を用いて、上記対象物の位置及び姿勢を推定している。しかしながら、測定時に対象物とマーカとの相対位置及び姿勢に誤差が生じる可能性があり、これにより、その相対位置及び姿勢に基づいて推定された対象物の位置及び姿勢の精度も低下する虞がある。 By the way, the three-dimensional position and orientation sensing device estimates the position and orientation of the object using the relative position and orientation of the object and the marker measured in advance. However, there is a possibility that an error occurs in the relative position and orientation between the object and the marker at the time of measurement, which may reduce the accuracy of the position and orientation of the object estimated based on the relative position and orientation. is there.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高精度に対象物とマーカとの相対位置及び姿勢を検出できる物体情報検出システム、情報検出方法、及びプログラムを提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides an object information detection system, an information detection method, and a program that can detect the relative position and orientation of an object and a marker with high accuracy. The main purpose.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数の姿勢における対象物の形状情報を夫々検出する形状検出手段と、前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出するマーカ検出手段と、前記形状検出手段により検出された前記対象物の形状情報と、前記マーカ検出手段により検出された前記マーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出手段と、を備える、ことを特徴とする物体情報検出システムである。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention includes a shape detection unit that detects shape information of an object in a plurality of postures, and a marker that detects position and posture information of a marker disposed on the object. Based on the detection means, the shape information of the object detected by the shape detection means, and the position and orientation information of the marker detected by the marker detection means, the relative between the object and the marker An object information detection system comprising: a position and orientation calculation means for calculating a position and orientation.
また、この一態様において、前記対象物を移動させる移動手段と、前記移動手段により移動する前記対象物の形状を計測する計測手段と、前記移動手段により移動する前記対象物を撮影する撮影手段と、を更に備え、前記形状検出手段は、前記計測手段により計測された前記対象物の計測結果に基づいて、前記対象物の形状情報を検出し、前記マーカ検出手段は、前記撮影手段により撮影された前記マーカの撮影画像に基づいて、前記マーカの位置及び姿勢情報を検出してもよい。 Further, in this aspect, a moving unit that moves the object, a measuring unit that measures a shape of the object that is moved by the moving unit, and a photographing unit that photographs the object that is moved by the moving unit; The shape detecting means detects shape information of the object based on the measurement result of the object measured by the measuring means, and the marker detecting means is photographed by the photographing means. The marker position and orientation information may be detected based on the captured image of the marker.
さらに、この一態様において、前記位置姿勢算出手段により算出された前記対象物とマーカとの相対位置及び姿勢を記憶する記憶手段を更に備えていてもよい。 Furthermore, in this aspect, the image processing apparatus may further include a storage unit that stores a relative position and posture between the object and the marker calculated by the position / orientation calculation unit.
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数の姿勢における対象物の形状情報を夫々検出する工程と、前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出する工程と、前記検出された対象物の形状情報と、前記検出されたマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する工程と、を含む、ことを特徴とする情報検出方法であってもよい。 On the other hand, one aspect of the present invention for achieving the above object is a step of detecting shape information of an object in a plurality of postures, and a step of detecting position information and posture information of markers arranged on the object, respectively. And calculating the relative position and orientation of the object and the marker based on the detected shape information of the object and the position and orientation information of the detected marker. The information detection method characterized by this may be used.
また、上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数の姿勢における対象物の形状情報を夫々検出する処理と、前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出する処理と、前記検出された対象物の形状情報と、前記検出されたマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する処理と、をコンピュータに実行させるプログラムであってもよい。 Further, according to one aspect of the present invention for achieving the above object, a process for detecting shape information of an object in a plurality of postures, and a process for detecting position information and posture information of markers arranged on the object, respectively. And processing for calculating a relative position and orientation of the target object and the marker based on the detected shape information of the target object and position and orientation information of the detected marker. It may be a program to be executed.
さらに、上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数の姿勢における対象物の形状情報を夫々検出する3次元形状検出処理部と、前記対象物に配置されたコードマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出するコードマーカ検出処理部と、前記3次元形状検出処理部により検出された前記対象物の形状情報と、前記コードマーカ検出処理部により検出された前記コードマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記コードマーカとの相対位置及び姿勢を算出する相対位置姿勢算出部と、を備える、ことを特徴とする物体情報検出システムであってもよい。 Furthermore, one mode of the present invention for achieving the above object is to provide a three-dimensional shape detection processing unit that detects shape information of an object in a plurality of postures, and a position and posture of a code marker disposed on the object. A code marker detection processing unit for detecting information; shape information of the object detected by the three-dimensional shape detection processing unit; and position and orientation information of the code marker detected by the code marker detection processing unit; And a relative position / orientation calculation unit that calculates a relative position and orientation between the object and the code marker.
本発明によれば、高精度に対象物とマーカとの相対位置及び姿勢を検出する物体情報検出システム、情報検出方法、及びプログラムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the object information detection system, the information detection method, and program which detect the relative position and attitude | position of a target object and a marker with high precision can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について、説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る物体情報検出システムの概略的な構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る物体情報検出システム1は、任意の形状の対象物10と、対象物10に配置された複数のコードマーカ等のマーカ11と、の相対位置及び姿勢を高精度に検出できるものである。物体情報検出システム1は、回転装置2と、3次元形状計測装置3と、3次元形状検出処理部4と、撮影装置5と、コードマーカ検出処理部6と、相対位置姿勢算出部7と、物体情報記憶部8と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an object information detection system according to an embodiment of the present invention. The object
また、物体情報検出システム1は、例えば、制御処理、演算処理等を行うCPU(Central Processing Unit)と、CPUによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)と、処理データ等を記憶するRAM(Random Access Memory)と、を有する、マイクロコンピュータを中心にハードウェア構成されている。
The object
回転装置2は、移動手段の一具体例であり、計測する対象物10がその上面に載置され、対象物10を時計方向あるいは反時計方向へ回転移動させることができる。なお、回転装置2は、対象物10を時計方向あるいは反時計方向へ回転移動させているが、これに限らず、後述の撮影あるいは計測が可能であれば、任意の方向へ移動させてもよい。
The
ここで、対象物10としては、例えば、直方体の物体が用いられ、直方体の各側面にコードマーカ11が夫々配置されているが、これに限らず、対象物10の形状は任意形状でよく、また、対象物10に配置されるコードマーカ11の位置及び数も任意でよい。さらに、コードマーカ11は、例えば、長方形状となっており、コードが格子パターンで形成されているが、これに限らず、コードマーカ11を適切に認識できれば、円形状や正方形状などの任意形状でよく、コードも任意のパターンで形成してもよい。
Here, as the
3次元形状計測装置3は、計測手段の一具体例であり、回転装置2に載置され回転移動することで複数の姿勢をとる対象物10の3次元形状を計測することができる。3次元形状計測装置3は、例えば、レーザセンサ、レーダセンサ、超音波センサ等の計測センサを用いて対象物10の外面を走査し、対象物10の3次元形状を計測することができる。なお、本実施の形態において、3次元形状計測装置3を用いる代わりに撮影装置5を用いて、対象物10の3次元形状を計測してもよい。3次元形状計測装置3は、計測した対象物10の3次元形状の計測データを、3次元形状検出処理部4に対して出力する。
The three-dimensional
3次元形状検出処理部4は、形状検出手段の一具体例であり、3次元形状計測装置3により計測された対象物10の3次元形状の計測データに基づいて、周知の演算処理を行い複数の姿勢における対象物10の3次元形状を検出することができる。ここで、3次元形状検出処理部4は、対象物10の3次元形状を、所定位置(例えば、対象物10の角部や計測センサの位置など)を原点Onとした3次元座標系(xn、yn、zn)において検出する(図2)。3次元形状検出処理部4は、3次元座標系で表現された対象物10の3次元形状を、相対位置姿勢算出部7に対して出力する。
The three-dimensional shape detection processing unit 4 is a specific example of the shape detection unit, and performs a plurality of well-known arithmetic processes based on the three-dimensional shape measurement data of the
撮影装置5は、撮影手段の一具体例であり、回転装置2に載置され回転移動する対象物10に配置された複数のコードマーカ11を撮影することができる。撮影装置5は、例えば、ステレオカメラ等を用いて、対象物10の各コードマーカ11を撮影し、その撮影画像をコードマーカ検出処理部6に対して出力する。なお、本実施の形態において、撮影装置5を用いる代わりに3次元形状計測装置3を用いて、各対象物10上の各コードマーカ11を計測し、コードマーカ検出処理部6は、後述の如く、計測されたコードマーカ11の計測値に基づいて、各コードマーカ11の位置及び姿勢を夫々検出してもよい。
The
コードマーカ検出処理部6は、マーカ検出手段の一具体例であり、撮影装置5により撮影された各コードマーカ11の撮影画像に対して周知の画像処理を行うことで、対象物10に配置された各コードマーカ11の位置及び姿勢を夫々検出することができる。ここで、コードマーカ検出処理部6は、上記対象物10の3次元形状と同様に、各コードマーカ11の位置及び姿勢を、所定位置(例えば、各コードマーカ11の角部や撮影装置5の位置)を原点Omとした3次元座標系(xm、ym、zm)において検出する。コードマーカ検出処理部6は、3次元座標系で表現された各コードマーカ11の位置及び姿勢を、相対位置姿勢算出部7に対して出力する。
The code marker
相対位置姿勢算出部7は、位置姿勢算出手段の一具体例であり、3次元形状検出処理部4により検出された対象物10の3次元形状と、コードマーカ検出処理部6により検出された各コードマーカ11の位置及び姿勢と、に基づいて、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を算出する。
The relative position /
相対位置姿勢算出部7は、例えば、対象物10の3次元形状を表現する3次元座標系と、各コードマーカ11の位置及び姿勢を表現する3次元座標系と、を整合させた3次元座標系における、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を算出する。これにより、対象物10とこの対象物10に配置された各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を高精度に検出することができる。また、対象物10の3次元形状と各コードマーカ11の位置及び姿勢とを同時に取得して、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を自動的に算出することで、計測対象となる対象物10の数が増加した場合でも、その算出にかかる処理量を効率的に低減することができる。相対位置姿勢算出部7は、算出した対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を物体情報記憶部8に対して逐次出力する。
The relative position /
物体情報記憶部8は、記憶手段の一具体例であり、例えば、磁気ディスク装置、光ディスク装置、RAMなどにより構成されている。物体情報記憶部8は、相対位置姿勢算出部7から出力される対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を、データベース化して記憶する。これにより、ユーザは、物体情報記憶部8のデータベースから、必要な対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を、高精度かつ高速に取得することができる。
The object
ところで、従来、対象物とコードマーカとの相対位置及び姿勢を測定する際に、測定誤差等により精度低下を招く可能性がある。また、対象物とコードマーカとの相対位置及び姿勢をコードマーカ毎に計測する必要が生じるため、処理効率が低下する可能性があり、さらに、対象物の数が増加するに従ってその測定の処理量が増加する可能性もある。 By the way, conventionally, when measuring the relative position and orientation of the object and the code marker, there is a possibility that accuracy may be reduced due to a measurement error or the like. In addition, since it is necessary to measure the relative position and orientation between the object and the code marker for each code marker, the processing efficiency may decrease, and the processing amount of the measurement increases as the number of objects increases. There is also a possibility to do.
そこで、本実施の形態に係る物体情報検出システム1において、上述の如く、相対位置姿勢算出部7は、3次元形状検出処理部4により検出された対象物10の3次元形状と、コードマーカ検出処理部6により検出された各コードマーカ11の位置及び姿勢と、に基づいて、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を算出する。これにより、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を高精度に検出することができる。また、一回の処理で対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を検出することができ、処理効率の向上も期待できる。
Therefore, in the object
本実施の形態に係る物体情報検出システムの検出方法について詳細に説明する。図3は、本実施の形態に係る物体情報検出システムの処理フローの一例を示すフローチャートである。 A detection method of the object information detection system according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing flow of the object information detection system according to the present embodiment.
まず、3次元形状計測装置3は、回転装置2に載置され回転移動する対象物10の3次元形状を計測し(ステップS101)、計測した対象物10の3次元形状の計測データを、3次元形状検出処理部4に対して出力する。
First, the three-dimensional
次に、3次元形状検出処理部4は、3次元形状計測装置3により計測された対象物10の3次元形状の計測データに基づいて周知の演算処理を行い、対象物10の3次元形状を3次元座標系(xn、yn、zn)において検出し(ステップS102)、相対位置姿勢算出部7に対して出力する。
Next, the three-dimensional shape detection processing unit 4 performs a well-known calculation process based on the measurement data of the three-dimensional shape of the
また、撮影装置5は、回転装置2に載置され回転移動する対象物10に配置された各コードマーカ11を撮影し(ステップS103)、その撮影画像をコードマーカ検出処理部6に対して出力する。
In addition, the photographing
次に、コードマーカ検出処理部6は、撮影装置5により撮影された各コードマーカ11の撮影画像に対して周知の画像処理を行うことで、対象物10に配置された各コードマーカ11の位置及び姿勢を、3次元座標系(xm、ym、zm)において検出し(ステップS104)、相対位置姿勢算出部7に対して出力する。なお、上記(ステップS101)及び(ステップS102)と、(ステップS103)及び(ステップS104)と、は同時並行で処理が行われている。
Next, the code marker
その後、相対位置姿勢算出部7は、3次元形状検出処理部4により検出された対象物10の3次元形状と、コードマーカ検出処理部6により検出された各コードマーカ11の位置及び姿勢と、に基づいて、対象物10の3次元形状を表現する3次元座標系と、各コードマーカ11の位置及び姿勢を表現する3次元座標系と、を整合させた3次元座標系における、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を算出し(ステップS105)、物体情報記憶部8に対して逐次出力する。
Thereafter, the relative position and
そして、物体情報記憶部8は、相対位置姿勢算出部7から出力される対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢をデータベースに記憶する(ステップS106)。
And the object
以上、本実施の形態に係る物体情報検出システム1において、相対位置姿勢算出部7は、3次元形状検出処理部4により検出された対象物10の3次元形状と、コードマーカ検出処理部6により検出された各コードマーカ11の位置及び姿勢と、に基づいて、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を算出する。これにより、対象物10と各コードマーカ11との相対位置及び姿勢を高精度に検出することができる。
As described above, in the object
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記一実施の形態において、3次元形状計測装置3及び撮影装置5を固定し対象物10を回転装置2により移動させているが、これに限らず、対象物10を固定し3次元形状計測装置3及び撮影装置5を移動させてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the three-dimensional
また、上記一実施の形態において、上述の図3に示す処理を、CPUにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、また、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。 In the embodiment, the processing shown in FIG. 3 can be realized by causing the CPU to execute a computer program. In this case, the computer program can be provided by being recorded on a recording medium, or can be provided by being transmitted via the Internet or another communication medium.
さらに、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD、ROMカートリッジ、バッテリバックアップ付きRAMメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性RAMカートリッジ等が含まれる。さらにまた、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。 Further, the storage medium includes, for example, a flexible disk, a hard disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD, a ROM cartridge, a battery-backed RAM memory cartridge, a flash memory cartridge, and a nonvolatile RAM cartridge. Furthermore, the communication medium includes a wired communication medium such as a telephone line, a wireless communication medium such as a microwave line, and the like.
本発明は、例えば、計測対象物と、計測対象物に配置された複数のコードマーカとの相対位置及び姿勢を算出する物体情報検出システム、情報検出方法、及びプログラムに利用可能である。 The present invention is applicable to, for example, an object information detection system, an information detection method, and a program that calculate the relative position and orientation of a measurement object and a plurality of code markers arranged on the measurement object.
1 物体情報検出システム
2 回転装置
3 3次元形状計測装置
4 3次元形状検出処理部
5 撮影装置
6 コードマーカ検出処理部
7 相対位置姿勢算出部
8 物体情報記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出するマーカ検出手段と、
前記形状検出手段により検出された前記対象物の形状情報と、前記マーカ検出手段により検出された前記マーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する位置姿勢算出手段と、を備える、ことを特徴とする物体情報検出システム。 Shape detecting means for detecting shape information of the object in a plurality of postures, respectively;
Marker detection means for detecting the position and orientation information of the markers arranged on the object,
Based on the shape information of the object detected by the shape detection means and the position and orientation information of the marker detected by the marker detection means, the relative position and orientation of the object and the marker are determined. An object information detection system comprising: a position and orientation calculation means for calculating.
前記対象物を移動させる移動手段と、
前記移動手段により移動する前記対象物の形状を計測する計測手段と、
前記移動手段により移動する前記対象物を撮影する撮影手段と、を更に備え、
前記形状検出手段は、前記計測手段により計測された前記対象物の計測結果に基づいて、前記対象物の形状情報を検出し、
前記マーカ検出手段は、前記撮影手段により撮影された前記マーカの撮影画像に基づいて、前記マーカの位置及び姿勢情報を検出する、ことを特徴とする物体情報検出システム。 The object information detection system according to claim 1,
Moving means for moving the object;
Measuring means for measuring the shape of the object moved by the moving means;
Photographing means for photographing the object moved by the moving means,
The shape detecting means detects shape information of the object based on a measurement result of the object measured by the measuring means,
The said marker detection means detects the position and attitude | position information of the said marker based on the picked-up image of the said marker image | photographed by the said imaging means, The object information detection system characterized by the above-mentioned.
前記位置姿勢算出手段により算出された前記対象物とマーカとの相対位置及び姿勢を記憶する記憶手段を更に備える、ことを特徴とする物体情報検出システム。 The object information detection system according to claim 1 or 2,
An object information detection system further comprising storage means for storing a relative position and orientation between the object and the marker calculated by the position and orientation calculation means.
前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出する工程と、
前記検出された対象物の形状情報と、前記検出されたマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する工程と、を含む、ことを特徴とする情報検出方法。 Detecting each of the shape information of the object in a plurality of postures;
Detecting each of the position and orientation information of the marker disposed on the object;
Calculating the relative position and orientation of the object and the marker based on the detected shape information of the object and the position and orientation information of the detected marker. Characteristic information detection method.
前記対象物に配置されたマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出する処理と、
前記検出された対象物の形状情報と、前記検出されたマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカとの相対位置及び姿勢を算出する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。 A process of detecting shape information of the object in a plurality of postures,
A process of detecting the position and orientation information of the marker arranged on the object, respectively;
Based on the detected shape information of the object and the detected position and orientation information of the marker, the computer executes a process of calculating a relative position and orientation of the object and the marker. program.
前記対象物に配置されたコードマーカの位置及び姿勢情報を夫々検出するコードマーカ検出処理部と、
前記3次元形状検出処理部により検出された前記対象物の形状情報と、前記コードマーカ検出処理部により検出された前記コードマーカの位置及び姿勢情報と、に基づいて、前記対象物と前記マーカコードとの相対位置及び姿勢を算出する相対位置姿勢算出部と、を備える、ことを特徴とする物体情報検出システム。 A three-dimensional shape detection processing unit that respectively detects shape information of the object in a plurality of postures;
A code marker detection processing unit for detecting position and orientation information of the code marker arranged on the object, respectively;
Based on the shape information of the object detected by the three-dimensional shape detection processing unit and the position and orientation information of the code marker detected by the code marker detection processing unit, the object and the marker code A relative position / orientation calculating unit that calculates a relative position and orientation relative to the object information detection system.
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