JP2012026895A - 位置姿勢計測装置、位置姿勢計測方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象物体の3次元モデルを保持する保持部と、対象物体の位置姿勢の概略値を入力する入力部と、対象物体の距離画像を取得する取得部と、距離画像に保持される情報を3次元座標系上の3次元点の位置情報に変換する変換部と、距離画像に含まれる計測誤差に起因する3次元点の位置情報の信頼度を算出する信頼度算出部と、信頼度が高い3次元点から順に、所定の数だけ位置姿勢計測に用いる3次元点を選択する選択部と、概略値に基づいて3次元モデルを平行回転移動することにより、3次元モデルを構成する面と選択部により選択された所定の数の3次元点のそれぞれとを対応付ける対応付け部と、対応付けられた所定の数の3次元点と3次元モデルを構成する面との3次元距離の二乗和が最小となる位置姿勢を、対象物体の位置姿勢として決定する決定部と、を備える。
【選択図】 図1
Description
3次元形状情報が既知である対象物体の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記3次元形状情報を表す3次元モデルを保持する保持手段と、
前記対象物体の位置および姿勢の概略値を入力する入力手段と、
撮像手段により撮像された前記対象物体の距離情報を取得する取得手段と、
前記距離情報を3次元座標系における3次元点の位置情報に変換する変換手段と、
前記距離情報に含まれる計測誤差に起因する前記位置情報に含まれる誤差の小ささを示す指標である、前記位置情報のそれぞれに対する信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記信頼度が高い前記3次元点から順に、所定の数だけ位置および姿勢の計測に用いる前記3次元点を選択する選択手段と、
前記入力手段に入力された前記概略値に基づいて前記3次元モデルを平行移動または回転移動することにより、前記3次元モデルを構成する面と、前記選択手段により選択された前記所定の数の3次元点のそれぞれと、を対応付ける対応付け手段と、
前記対応付け手段により対応付けられた前記所定の数の3次元点と、前記3次元モデルを構成する面との3次元距離の二乗和が最小となる位置および姿勢を、前記対象物体の位置および姿勢として決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする。
本実施形態は、3次元形状情報が3次元モデルとして既知である対象物体に対して、当該対象物体の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置を対象とする。第1実施形態では、距離センサが計測する距離画像を変換して得られる3次元座標系における3次元点群に、物体の3次元モデルを当てはめて位置及び姿勢の計測を行う際に、本実施形態に係る計測データのサンプリング方法を適用する場合について説明する。なお、必要なデータをすべて選択してから位置姿勢の計測を行う。
第1実施形態では、まず計測データを選択した後に位置及び姿勢の算出を行った。これに対して第2実施形態では、計測データを選択するごとに位置及び姿勢を逐次的に更新する場合について説明する。
前述の実施形態では、計測点の周辺が局所的に平面であると想定し、該平面とカメラが正対するときに安定して計測が行えるとして、平面の法線ベクトルと視線ベクトルの角度をもとに計測データの質を算出していた。しかしながら、計測データの質の算出方法はこれに限るものではない。例えば、計測点近傍の3次元座標が類似していれば計測の品質が高いとして、計測点の距離画像上における周辺点の3次元位置のばらつきに基づいて、計測データの質を算出してもよい。具体的には、距離画像における計測点の近傍の複数の点の3次元座標を算出し、3次元座標の共分散行列を求め、共分散行列を固有値分解したときの最大固有値を計測データの質としてもよい。
前述の実施形態では、距離センサが計測する距離画像を変換して得られる3次元点群に物体の3次元モデルを当てはめて位置及び姿勢の計測を行う場合について説明した。しかしながら、本発明を適用可能な計測データは距離画像(3次元点群)に限るものではなく、例えば2次元画像上で検出される画像特徴であってもよい。画像特徴としては、特徴点やエッジを用いることができる。エッジを用いる場合には、3次元空間中における面と点の符号付距離ではなく、3次元画像上における線と点の符号付距離を位置及び姿勢の関数としたときの偏微分係数を係数行列とする。また、特徴点を用いる場合には、2次元画像上における座標の違いを位置及び姿勢の関数としたときの偏微分係数を係数行列とする。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (6)
- 3次元形状情報が既知である対象物体の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測装置であって、
前記3次元形状情報を表す3次元モデルを保持する保持手段と、
前記対象物体の位置および姿勢の概略値を入力する入力手段と、
撮像手段により撮像された前記対象物体の距離情報を取得する取得手段と、
前記距離情報を3次元座標系における3次元点の位置情報に変換する変換手段と、
前記距離情報に含まれる計測誤差に起因する前記位置情報に含まれる誤差の小ささを示す指標である、前記位置情報のそれぞれに対する信頼度を算出する信頼度算出手段と、
前記信頼度が高い前記3次元点から順に、所定の数だけ位置および姿勢の計測に用いる前記3次元点を選択する選択手段と、
前記入力手段に入力された前記概略値に基づいて前記3次元モデルを平行移動または回転移動することにより、前記3次元モデルを構成する面と、前記選択手段により選択された前記所定の数の3次元点のそれぞれと、を対応付ける対応付け手段と、
前記対応付け手段により対応付けられた前記所定の数の3次元点と、前記3次元モデルを構成する面との3次元距離の二乗和が最小となる位置および姿勢を、前記対象物体の位置および姿勢として決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする位置姿勢計測装置。 - 前記信頼度算出手段は、前記3次元点のそれぞれについて、前記3次元点の周辺点から構成される平面に対する、前記3次元点を基準とした正規化された法線ベクトルと、前記撮像手段を基準とした正規化された撮像方向ベクトルとの内積の絶対値を信頼度として算出することを特徴とする請求項1に記載の位置姿勢計測装置。
- 前記3次元点と前記3次元モデルを構成する面との位置関係を規定する係数行列の転置と、当該係数行列と、の積で表される行列を固有値分解して取得される固有ベクトルおよび固有値に基づいて、前記固有ベクトルに対応する前記対象物体の位置および姿勢を前記決定手段により決定することができるか否かを示す特徴量を算出する特徴量算出手段と、
前記特徴量が閾値以下であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記特徴量が閾値以下であると判定された場合に、新たに3次元点を追加選択する追加選択手段と、
を更に備え、
前記対応付け手段は、前記入力手段に入力された前記概略値に基づいて前記3次元モデルを平行移動または回転移動することにより、前記3次元モデルを構成する面と、前記追加選択手段により選択された3次元点と、をさらに対応付け、
前記決定手段は、前記対応付け手段により対応付けられた前記所定の数の3次元点および前記対応付け手段によりさらに対応付けられた3次元点と、前記3次元モデルを構成する面との3次元距離の二乗和が最小となる位置および姿勢を、前記対象物体の位置および姿勢として決定することを特徴とする請求項1または2に記載の位置姿勢計測装置。 - 前記対象物体の位置および姿勢の概略値の信頼性を示す概略値信頼度を6行6列の行列として入力する概略値信頼度入力手段と、
前記行列の逆行列を固有値分解して6個の固有値および当該固有値に対応する6個の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出手段と、
前記6個の固有値および当該固有値に対応する6個の固有ベクトルのうち、前記固有値が最も小さい固有ベクトルに対応する、3次元点と前記3次元モデルを構成する面との位置関係を規定する係数ベクトルを算出する係数ベクトル算出手段と、
前記固有ベクトルと前記係数ベクトルとの内積の絶対値が閾値以上であるか否か判断する判断手段と、
前記判断手段により前記内積の絶対値が閾値以上であると判断された場合に、前記位置および姿勢の概略値を更新する更新手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の位置姿勢計測装置。 - 3次元形状情報が既知である対象物体に対して、当該対象物体の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測方法であって、
入力手段が、前記対象物体の位置および姿勢の概略値を入力する入力工程と、
取得手段が、撮像工程で撮像された前記対象物体の距離情報を取得する取得工程と、
変換手段が、前記距離情報を3次元座標系における3次元点の位置情報に変換する変換工程と、
信頼度算出手段が、前記距離情報に含まれる計測誤差に起因する前記位置情報に含まれる誤差の小ささを示す指標である、前記位置情報のそれぞれに対する信頼度を算出する信頼度算出工程と、
選択手段が、前記信頼度が高い前記3次元点から順に、所定の数だけ位置および姿勢の計測に用いる前記3次元点を選択する選択工程と、
対応付け手段が、前記入力工程で入力された前記概略値に基づいて、保持手段に保持された前記3次元形状情報を表す3次元モデルを平行移動または回転移動することにより、前記3次元モデルを構成する面と、前記選択工程で選択された前記所定の数の3次元点のそれぞれと、を対応付ける対応付け工程と、
決定手段が、前記対応付け工程で対応付けられた前記所定の数の3次元点と、前記3次元モデルを構成する面との3次元距離の二乗和が最小となる位置および姿勢を、前記対象物体の位置および姿勢として決定する決定工程と、
を有することを特徴とする位置姿勢計測方法。 - 請求項5に記載の位置姿勢計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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