JP2014164483A - データベース生成装置、カメラ姿勢推定装置、データベース生成方法、カメラ姿勢推定方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対象物を撮影した撮像装置のカメラ姿勢を推定するカメラ姿勢推定装置1は、特徴点検出部11、マッチング部12、およびカメラ姿勢算出部13を備える。特徴点検出部11は、対象物の特徴点を検出し、カメラ姿勢算出部13は、対象物に対する撮像装置の相対的な姿勢を算出する。マッチング部12は、対応点となり得る候補を、候補の座標と、候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の撮像装置の位置と、に基づいて選抜するとともに、特徴点検出手段により求められた特徴点に対応する局所特徴量を用いて、候補の中から特徴点と対応付ける対応点を決定する。
【選択図】図2
Description
(1) 本発明は、観察対象(例えば、図4の対象物AAに相当)を撮影したカメラ(例えば、図1の撮像装置2に相当)の姿勢を推定するためのデータベース生成装置であって、前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める特徴点検出手段(例えば、図2の特徴点検出部11に相当)と、記特徴点検出手段により求められた前記特徴点と対応付ける対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜して、対応点候補として前記局所特徴量とともに記憶手段に登録する学習手段(例えば、図2の学習部121に相当)と、を備えることを特徴とするデータベース生成装置を提案している。
図1は、本発明の一実施形態に係るカメラ姿勢推定装置1を備えるARシステム100のブロック図である。ARシステム100は、カメラ姿勢推定装置1、撮像装置2、表示装置3、および付加情報記憶部4を備える。
図2は、カメラ姿勢推定装置1のブロック図である。カメラ姿勢推定装置1は、特徴点検出部11、マッチング部12、およびカメラ姿勢算出部13を備える。
特徴点検出部11は、入力画像から対象物の特徴点を検出し、検出した特徴点に対応する局所特徴量をマッチング部12に送信するとともに、検出した特徴点の2次元座標をカメラ姿勢算出部13に送信する。
マッチング部12は、学習部121、データベース122、および認識部123を備えており、学習処理および認識処理の2種類の処理により、対象物の特徴点に対応する局所特徴量に基づいて、特徴点と対応付ける対応点を作成(マッチング)し、対応点の3次元座標をカメラ姿勢算出部13に送信する。
図2に戻って、カメラ姿勢算出部13は、特徴点検出部11から送信された特徴点の2次元座標と、マッチング部12から送信された対応点の3次元座標と、に基づいてカメラ姿勢を推定し、推定したカメラ姿勢に関するカメラ姿勢情報を表示装置3に送信する。3次元座標と2次元座標との関係は、以下の式(1)で表される。
2・・・撮像装置
3・・・表示装置
4・・・付加情報記憶部
11・・・特徴点検出部
12・・・マッチング部
13・・・カメラ姿勢算出部
111・・・特徴点検出器
121・・・学習部
122・・・データベース
123・・・認識部
AA・・・対象物
Claims (15)
- 観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するためのデータベース生成装置であって、
前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める特徴点検出手段と、
前記特徴点検出手段により求められた前記特徴点と対応付ける対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜して、対応点候補として前記局所特徴量とともに記憶手段に登録する学習手段と、を備えることを特徴とするデータベース生成装置。 - 前記学習手段は、前記観察対象を撮影する際に前記カメラが配置される可能性のある範囲を複数の視点クラスに分割し、前記対応点となり得る候補の中から、前記特徴点検出手段により検出される可能性の高い特徴点に対応するものを、当該視点クラスごとに予め定められた数ずつ選抜することを特徴とする請求項1に記載のデータベース生成装置。
- 前記学習手段は、前記観察対象の周囲から、当該観察対象を撮影する際に前記カメラを配置不可能な範囲と、当該観察対象を撮影する際に前記カメラが配置される可能性の低い範囲と、を除外して、前記観察対象を撮影する際に前記カメラが配置される可能性のある範囲とすることを特徴とする請求項2に記載のデータベース生成装置。
- 前記学習手段は、前記観察対象を撮影する際に前記カメラが配置される可能性のある範囲を、当該観察対象に対する当該カメラの方向と、当該観察対象と当該カメラとの距離と、の少なくともいずれかに基づいて、前記複数の視点クラスに分割することを特徴とする請求項2または3に記載のデータベース生成装置。
- 前記学習手段は、各視点クラスにおける再現性を評価し、各視点クラスにおいて再現性の高い座標を予め定められた数ずつ求めて、前記対応点となり得る候補を選抜することを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載のデータベース生成装置。
- 前記学習手段は、
前記対応点となり得る候補を選抜したもののうち、前記記憶手段に登録されていないものであって、再現性の最も高いものを、前記視点クラスごとに1点ずつ当該記憶手段に登録する登録手順と、
前記記憶手段に登録した対応点候補の数が予め定められた規定数に達するまで、前記登録手順を繰り返す繰り返し手順と、を行うことを特徴とする請求項5に記載のデータベース生成装置。 - 前記学習手段は、各視点クラスの優先度に応じて、前記規定数に対して視点クラスごとに重みづけを行うことを特徴とする請求項6に記載のデータベース生成装置。
- 観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するカメラ姿勢推定装置であって、
前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める特徴点検出手段と、
前記特徴点検出手段により求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、当該特徴点と対応付ける対応点の座標を求めるマッチング手段と、
前記特徴点検出手段により検出された前記特徴点の2次元座標と、前記マッチング手段により求められた前記対応点の座標と、に基づいて、前記観察対象に対する前記カメラの相対的な姿勢を算出するカメラ姿勢算出手段と、を備え、
前記マッチング手段は、前記特徴点検出手段により求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、記憶手段に登録された対応点候補の中から、当該特徴点と対応付ける対応点を決定し、
前記記憶手段に登録された対応点候補は、前記対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜したものであることを特徴とするカメラ姿勢推定装置。 - 前記マッチング手段は、前記記憶手段に登録された対応点候補の中から、前記特徴点検出手段により求められた前記特徴点に対応する局所特徴量に対して最も類似するものを選択し、当該特徴点と対応付ける対応点とすることを特徴とする請求項8に記載のカメラ姿勢推定装置。
- 前記記憶手段には、前記特徴点に対応する局所特徴量を前記対応点候補のいずれかに分類する分類器を学習した結果が登録され、
前記マッチング手段は、前記特徴点検出手段により求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を前記分類器に入力し、前記記憶手段に登録された前記対応点候補のそれぞれに対する尤度を求め、最も尤度の高い対応点候補を選択し、当該特徴点と対応付ける対応点とすることを特徴とする請求項8に記載のカメラ姿勢推定装置。 - 前記マッチング手段は、前記対応点候補の前記記憶手段への登録と、前記分類器の学習と、を同時に行うことを特徴とする請求項10に記載のカメラ姿勢推定装置。
- 特徴点検出手段および学習手段を備え、観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するためのデータベース生成装置におけるデータベース生成方法であって、
前記特徴点検出手段が、前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める第1のステップと、
前記学習手段が、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点と対応付ける対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜して、対応点候補として前記局所特徴量とともに記憶手段に登録する第2のステップと、を備えることを特徴とするデータベース生成方法。 - 特徴点検出手段、マッチング手段、およびカメラ姿勢算出手段を備え、観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するカメラ姿勢推定装置におけるカメラ姿勢推定方法であって、
前記特徴点検出手段が、前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める第1のステップと、
前記マッチング手段が、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、当該特徴点と対応付ける対応点の座標を求める第2のステップと、
前記カメラ姿勢算出手段が、前記第1のステップにおいて検出された前記特徴点の2次元座標と、前記第2のステップにおいて求められた前記対応点の座標と、に基づいて、前記観察対象に対する前記カメラの相対的な姿勢を算出する第3のステップと、を備え、
前記第2のステップでは、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、記憶手段に登録された対応点候補の中から、当該特徴点と対応付ける対応点を決定し、
前記記憶手段に登録された対応点候補は、前記対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜したものであることを特徴とするカメラ姿勢推定方法。 - 特徴点検出手段および学習手段を備え、観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するためのデータベース生成装置におけるデータベース生成方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記特徴点検出手段が、前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める第1のステップと、
前記学習手段が、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点と対応付ける対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜して、対応点候補として前記局所特徴量とともに記憶手段に登録する第2のステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - 特徴点検出手段、マッチング手段、およびカメラ姿勢算出手段を備え、観察対象を撮影したカメラの姿勢を推定するカメラ姿勢推定装置におけるカメラ姿勢推定方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記特徴点検出手段が、前記観察対象を撮影した入力画像から当該観察対象の特徴点を検出し、当該特徴点に対応する局所特徴量を求める第1のステップと、
前記マッチング手段が、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、当該特徴点と対応付ける対応点の座標を求める第2のステップと、
前記カメラ姿勢算出手段が、前記第1のステップにおいて検出された前記特徴点の2次元座標と、前記第2のステップにおいて求められた前記対応点の座標と、に基づいて、前記観察対象に対する前記カメラの相対的な姿勢を算出する第3のステップと、をコンピュータに実行させ、
前記第2のステップでは、前記第1のステップにおいて求められた前記特徴点に対応する局所特徴量を用いて、記憶手段に登録された対応点候補の中から、当該特徴点と対応付ける対応点を決定し、
前記記憶手段に登録された対応点候補は、前記対応点となり得る候補を、当該候補の座標と、当該候補に対応する特徴点が検出された入力画像を撮影した際の前記カメラの位置と、に基づいて選抜したものであるプログラム。
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