JP5842248B2 - マーカ - Google Patents
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Description
(本発明の概要)
まず、本発明の概要について説明する。本発明では、マーカを観測する方向に応じて、観測されるマーカの濃淡パターンが変化する。そして、マーカの濃淡パターンから、マーカとマーカを観測する観測物との相対的な関係(位置や角度等)が計測されることができる。
具体的には、本発明において、上記の処理を可能にするために、レンチキュラレンズと白黒縞模様とを組み合わせたRAS(Rotation Angle Scale(回転角度物差し))マーカを用いる。なお、以下では、白黒縞模様を一例として用いて説明するが、レンチキュラレンズに組み合わせられる図柄は、白黒縞模様でない任意の色の任意の模様であってもよい。RASマーカをカメラが観測する際に、RASマーカに対するカメラの視線角度に応じて、カメラが観測することができるRASマーカの濃淡パターンが変化する。
以下では、本発明に係るRASマーカから観測される画像を処理して解析するために適したRASマーカのデザインについて説明する。
以下で、RASマーカをカメラで観測し、カメラに読み込まれた画像を処理してRASマーカの黒ピークの位置を計測するための画像処理アルゴリズムの例について図12と図21を用いて、説明する。なお、以下の画像処理アルゴリズムは、例えば、RASマーカを観測するカメラによって実行されてもよいし、カメラとは別体のコンピュータにより実行されてもよい。また、以下の画像処理アルゴリズムは、コンピュータプログラムの形式で、メモリに格納されてもよい。また、メモリからコンピュータプログラムを読み出して、CPUがコンピュータプログラムを実行することにより、以下の画像処理アルゴリズムが実現されてもよい。また、RASマーカを観測するカメラは、例えば、ロボットやロボットハンドに搭載されていてもよい。また、以下の画像処理アルゴリズムを実行するコンピュータは、上記カメラを搭載したロボットに組み込まれていてもよい。
以下で、図28を用いて、RASマーカ上で観測される黒ピークの位置から視線角度を求めるために用いることができる光学モデルについて説明する。
eb=ea+δp(xb−xa)/pS=hxb/db (式(12))
hxa/da+δp(xb−xa)/pS=hxb/db (式(13))
ep=xaBδp/(daApS)+δp(xp−xa)/pS (式(18))
ep/h=xa/da+(xp−xa)A/B (式(19))
ep/h=xa/da+(xb/db−xa/da)(xp−xa)/(xb−xa) (式(20))
θp=tan-1(xa/da+(xb/db−xa/da)(xp−xa)/(xb−xa)) (式(21))
θp=tan-1(xa/da+(xb/db−xa/da)(wp/480−xa)/(xb−xa)) (式(23))
以下で、本発明に係るRASマーカの性能について説明する。
次に、式(23)で表される光学モデルと計測値とを比較する。
図31は、RASマーカの観測点のRASマーカからの距離を変化させたときに、RASマーカによる計測の安定性がどのように変化するかを示す図である。図31の3101において、横軸は、RASマーカの観測点のRASマーカからの距離であり、縦軸は、各距離におけるRASマーカ上の黒ピークの位置の標準偏差を、図30に示されている視線角度と黒ピークの位置との関係から得られる係数(0.168[deg/pixel])によって角度に変換したものである。また、図31の3102は、RASマーカの観測点のRASマーカからの距離が277mmのときに、観測されるRASマーカの画像の一例を示している。また、図31の3103は、RASマーカの観測点のRASマーカからの距離が92mmのときに、観測されるRASマーカの画像の一例を示している。
上記で説明したように、本発明に係るRASマーカを用いることにより、従来のARマーカよりも安定かつ正確な、RASマーカの姿勢計測が可能である。特に、マーカとマーカの観測物であるカメラが正対に近い状態のときでも、従来のARマーカと比べて、RASマーカは安定かつ正確な姿勢計測が可能である。したがって、本発明に係るRASマーカは、より安定かつ正確な姿勢計測が必要なアプリケーションにおいて従来のARマーカに代わるものとして利用価値が高い。
以上説明してきた、RASマーカは、図19に示されているように、横軸1901の周りに回転し、RASマーカの濃淡パターンの移動方向が横軸1901の方向と直交する。
図22は、図11に示すような2つのRASマーカユニットを直交配置したRASマーカによって定まる観測視点の位置を示す。このタイプのRASマーカをカメラで観測することで、その観測視点が、それぞれのRASマーカユニットが定める視点平面(図9参照)の交線2201上に位置することが分かる。
図37は、2次元化されたRASマーカを示す図である。図37に示されているように、2次元化されたRASマーカは、例えば、多数のレンズが2次元上に配列されたレンズアレイを、矢印3701の方向に、ドットパターンに貼り付けることにより作成される。ここで、レンズアレイに含まれるレンズは、例えば、凸レンズでもよい。また、ドットパターンは、例えば、紙に印刷されていてもよい。また、図37に示されているレンズアレイの例では、一例としてレンズが蜂の巣状に配列されているが、例えば、レンズアレイにおいて、レンズの配列とドットパターンに含まれているドットの配列とが相似の関係にあれば、レンズが格子状に配列されていてもよい。また、図37に示されているレンズアレイに含まれているレンズの形状は、一例として、円であるが、例えば、矩形でもよいし、凸レンズとして機能すればどのような形状でもよい。
1001 軸
1010 計測基準点
1011 計測基準点
1012 計測基準点
1013 計測基準点
Claims (13)
- 任意の2色からなる縞模様と、
前記縞模様の上に付けられたレンチキュラレンズとを備え、
前記レンチキュラレンズに含まれるシリンダー状のレンズの間隔と、前記縞模様のラインの間隔とが異なり、前記レンチキュラレンズを観測する方向に応じて前記レンチキュラレンズ上に観測される濃淡パターンが変化し、前記レンチキュラレンズを観測する視点との相対関係が計測されることを特徴とするマーカユニット。 - 請求項1に記載のマーカユニットと、
複数の計測基準点と
を備えたことを特徴とするマーカ。 - 2次元パターンコードをさらに備えたことを特徴とする請求項2に記載のマーカ。
- 前記2次元パターンコードは、ARマーカであることを特徴とする請求項3に記載のマーカ。
- 請求項1に記載のマーカユニットであって、正三角形上に3つのマーカユニットが配置されていることを特徴とするマーカ。
- 複数のドットからなる模様と、
前記ドットの上に付けられた複数のレンズからなり、2次元平面上に配列されたレンズアレイとを備え、
前記複数のレンズの中心の間隔と、前記複数のドットの間隔とが異なり、前記レンズアレイを観測する方向に応じて前記レンズアレイ上に観測される濃淡パターンが変化し、前記レンズアレイを観測する視点との相対関係が計測されることを特徴とするマーカ。 - 前記複数のレンズは、蜂の巣状に2次元平面上に配列されていることを特徴とする請求項6に記載のマーカ。
- 前記複数のレンズは、格子状に2次元平面上に配列されていることを特徴とする請求項6に記載のマーカ。
- 前記複数のレンズの各々は、凸レンズであることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載のマーカ。
- 任意の2色からなる縞模様および前記縞模様の上に付けられたレンチキュラレンズを有するマーカユニットと、計測基準点とを含むマーカを観測して、前記マーカに対する前記レンチキュラレンズを観測する視点の視線角度を求める方法であって、
前記レンチキュラレンズに含まれるシリンダー状のレンズの間隔と、前記縞模様のラインの間隔とが異なり、前記レンチキュラレンズを観測して、前記縞模様の濃淡パターンを取得するステップと、
前記濃淡パターンの輝度の極値を求めるステップと、
前記極値が観測される位置と前記計測基準点との距離から視線角度を算出するステップと
を備えたことを特徴とする方法。 - 前記マーカは、第1のマーカユニットと第2のマーカユニットとを含み、
前記第1のマーカユニットから算出した視線角度、前記第2のマーカユニットから算出した視線角度、および前記第1のマーカユニットと前記第2のマーカユニットとの間の距離から、前記マーカを含む平面と前記視点との間の距離を算出するステップをさらに備えたとことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記マーカは、第1のマーカユニットと第2のマーカユニットとを含み、
前記第1のマーカユニットから算出した視線角度により求まる視点平面と、前記第2のマーカユニットから算出した視線角度により求まる視点平面とから、前記マーカを含む平面と前記視点との間の相対位置を示す交線を算出するステップをさらに備えたとことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 複数のドットからなる模様、および各々のドットの上に付けられた複数のレンズからなり、2次元平面上に配列されたレンズアレイを有するマーカユニットと、計測基準点とを含むマーカを観測して、前記マーカに対する前記レンズアレイを観測する視点の視線角度を求める方法であって、
前記複数のレンズの中心の間隔と、前記複数のドットの間隔とが異なり、前記レンズアレイを観測して、前記模様の濃淡パターンを取得するステップと、
前記濃淡パターンの輝度の極値を求めるステップと、
前記極値が観測される位置と前記計測基準点との距離から視線角度を算出するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
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