JP5462662B2 - 位置姿勢計測装置、物体識別装置、位置姿勢計測方法及びプログラム - Google Patents
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Description
対象物体までの距離情報が画素値として保持された距離画像を取得する取得手段と、
前記距離画像から、前記距離情報が取得できない領域である無効領域を抽出する第1の抽出手段と、
視点位置ごとに無効領域に関する情報を保持した前記対象物体の特徴モデルから、前記抽出された無効領域に対応する無効領域を抽出する第2の抽出手段と、
前記距離画像から抽出された無効領域と前記抽出された特徴モデル上の無効領域とに基づいて、前記対象物体の3次元の位置姿勢を決定する位置姿勢決定手段と、
を備えることを特徴とする。
第1実施形態では、対象物体までの距離情報が画素値として保持された距離画像の画素値が無効になっている領域を選別する。そして、複数の視点から撮影して検出した領域特徴を視点位置ごとに記述したモデルを登録したデータベースと照合することで、物体の概略位置姿勢を推定する方法を説明する。距離画像の画素値が無効になっている領域とは、対象物体の形状または反射特性の影響で距離値が取得できない領域(欠損領域)を意味する。以下、距離画像の画素値が無効になっている領域特徴を「2次元無効領域特徴」と称する。複数の視点から撮影して検出した領域特徴(2次元無効領域特徴)を視点の位置ごとに記述したモデルを「2次元無効領域特徴モデル」と称する。2次元無効領域特徴モデルを登録したデータベースを「2次元無効領域特徴データベース」と称する。
第2実施形態では、物体の概略位置姿勢が既知であると仮定し、より精度の高い物体の位置姿勢を推定する方法を説明する。処理は大きく2つに分けられる。なお、概略位置姿勢を算出してから精度の高い位置姿勢算出処理を行ってもよい。
第3の実施形態では、無効領域から抽出した特徴に加えて距離画像の距離値が有効な領域(以下、「有効領域」と称する。)から抽出した特徴を用いて位置姿勢を求める場合を説明する。
第4実施形態では、無効領域の特徴のみを用いた結果、無効領域と有効領域の両方の特徴を用いた結果、又は有効領域の特徴のみを用いた結果をそれぞれ比較することで、求められた位置姿勢の妥当性を評価する方法を説明する。
第5実施形態では、物体の識別子と共に無効領域の2次元特徴が記述された2次元特徴モデルが登録されている2次元特徴モデルデータベースを用いて、物体の認識を行う場合について説明する。
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 (12)
- 対象物体までの距離情報が画素値として保持された距離画像を取得する取得手段と、
前記距離画像から、前記距離情報が取得できない領域である無効領域を抽出する第1の抽出手段と、
視点位置ごとに無効領域に関する情報を保持した前記対象物体の特徴モデルから、前記抽出された無効領域に対応する無効領域を抽出する第2の抽出手段と、
前記距離画像から抽出された無効領域と前記抽出された特徴モデル上の無効領域とに基づいて、前記対象物体の3次元の位置姿勢を決定する位置姿勢決定手段と、
を備えることを特徴とする位置姿勢計測装置。 - 前記第1の抽出手段は、前記距離画像から抽出された無効領域から第1の特徴量を抽出し、
前記第2の抽出手段は、前記特徴モデルから抽出された無効領域から第2の特徴量を抽出し、
前記位置姿勢決定手段は、前記抽出された距離画像における第1の特徴量と、前記抽出された第1の特徴量に対応する前記特徴モデル上の第2の特徴量とを対応付けることにより、前記対象物体の位置姿勢を決定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。 - 前記特徴モデルは、前記対象物体を撮像装置によって撮像して得られた距離画像から、距離情報が取得できない領域である無効領域を取得し、該取得した無効領域を保持したモデルであ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。
- 前記特徴モデルは、撮像手段と前記対象物体との相対的な位置姿勢を示す情報と、前記撮像手段により複数の異なる方向から撮像されて得られた無効領域に関する情報とを関連付けて保持し、
前記位置姿勢決定手段は、前記距離画像から抽出された無効領域に対応する前記特徴モデルに保持された無効領域に関する情報量を求めて、当該求められた無効領域に関する情報と関連付けられた前記位置姿勢を示す情報から前記対象物体の位置姿勢を決定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の位置姿勢計測装置。 - 前記無効領域に関する情報は、前記距離画像における前記無効領域の位置、前記無効領域の重心の位置、又は前記無効領域の輪郭の位置のうち、少なくとも1つを示す情報であることを特徴とする請求項4に記載の位置姿勢計測装置。
- 前記無効領域に関する情報が前記無効領域の位置を示す情報である場合、
前記位置姿勢決定手段は、前記距離画像から抽出された無効領域の位置及び前記特徴モデルに保持された無効領域の位置が重複する領域の距離画像全体の領域に占める割合が最大となる無効領域の位置を示す情報を求めて、
当該求められた無効領域の位置を示す情報に関連付けられた対象物体の位置姿勢を示す情報から前記対象物体の位置姿勢を決定することを特徴とする請求項5に記載の位置姿勢計測装置。 - 前記無効領域に関する情報が前記無効領域の重心の位置を示す情報である場合、
前記位置姿勢決定手段は、前記距離画像から抽出された無効領域の各重心の位置を示す情報と、前記無効領域の各重心の位置を示す情報とから、対応する重心間の距離の総和を算出し、
前記距離の総和が最小となる重心の位置を示す情報を求めて、
当該求められた重心の位置を示す情報に関連付けられた対象物体の位置姿勢を示す情報から前記対象物体の位置姿勢を決定することを特徴とする請求項5に記載の位置姿勢計測装置。 - 前記無効領域に関する情報が前記無効領域の輪郭の位置を示す情報である場合、
前記位置姿勢決定手段は、前前記距離画像から抽出された無効領域の輪郭を示す情報と、前記特徴モデルにおいて、前記無効領域の輪郭を示す情報とに基づいて、前記特徴モデルに保持された無効領域の輪郭の位置を示す情報に関連付けられた対象物体の位置姿勢を示す情報から前記対象物体の位置姿勢を決定することを特徴とする請求項5に記載の位置姿勢計測装置。 - 前記距離画像における前記無効領域を、前記対象物体の3次元の形状を示す3次元形状モデル上に投影した3次元無効領域の位置、輪郭の位置、又は重心の位置の少なくとも1つを示す情報と、前記対象物体の位置姿勢を示す情報とを関連付けて登録する登録手段と、
前記位置姿勢決定手段により決定された前記対象物体の位置姿勢に対応する位置姿勢で前記登録手段に登録されている、3次元形状モデルを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された3次元形状モデルの3次元無効領域を前記距離画像と同じ画像面に射影する射影手段と、
前記射影手段により前記画像面に射影された無効領域と前記撮像手段により撮像された距離画像における無効領域とのそれぞれにおいて、無効領域の位置、輪郭の位置、又は重心の位置の少なくとも1つを構成する各点から、前記対象物体の前記位置姿勢からの変化量を算定する算定手段と、
前記位置姿勢と前記変化量とから前記対象物体の位置姿勢を更新する位置姿勢更新手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項に記載の位置姿勢計測装置。 - 位置姿勢計測装置における位置姿勢計測方法であって、
取得手段が、対象物体までの距離情報が画素値として保持された距離画像を取得する取得工程と、
第1の抽出手段が、前記距離画像から、前記対象物体までの距離情報が取得できない領域である無効領域を抽出する第1の抽出工程と、
第2の抽出手段が、視点位置ごとに無効領域に関する情報を保持した前記対象物体の特徴モデルから、前記抽出された無効領域に対応する無効領域を抽出する第2の抽出工程と、
位置姿勢決定手段が、前記距離画像から抽出された無効領域と前記抽出された特徴モデル上の無効領域とに基づいて、前記対象物体の3次元の位置姿勢を決定する位置姿勢決定工程と、
を備えることを特徴とする位置姿勢計測方法。 - 請求項10に記載の位置姿勢計測方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 対象物体までの距離情報が画素値として保持された距離画像を取得する取得手段と、
前記距離画像から、前記距離情報が取得できない領域である無効領域を抽出する特徴抽出手段と、
前記抽出された無効領域と、視点位置ごとに前記無効領域の情報を予め保持した前記対象物体の特徴モデルから抽出した無効領域とを対応づけることにより、前記対象物体を識別する識別手段とを備えることを特徴とする物体識別装置。
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