JPH0238804A - 物体計測装置 - Google Patents

物体計測装置

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JPH0238804A
JPH0238804A JP63186954A JP18695488A JPH0238804A JP H0238804 A JPH0238804 A JP H0238804A JP 63186954 A JP63186954 A JP 63186954A JP 18695488 A JP18695488 A JP 18695488A JP H0238804 A JPH0238804 A JP H0238804A
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rotation
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JP63186954A
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Hiroshi Hoshino
弘 星野
Kyoichi Okamoto
恭一 岡本
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、既知の3次元物体の位置及び姿勢を求める物
体計δ−1装置に関する。
(従来の技術) 近年、3次元物体の位置・姿勢を自動認識するシステム
が種々開発されている。これらのシステムは、通常、二
眼式カメラでとらえた2枚の画像の視差にt口当するず
れに基づいて3次元物体の各特徴点の3次元位置を把握
し、その位置・姿勢を求めるものであった。
しかしながら、二眼式カメラを用いた従来の物体計測シ
ステムにおいは、左右のカメラによって得られた2フレ
一ム分の画像に特徴点抽出等の同様の画像処理をそれぞ
れ独立に施さなければならないため、画像処理に要する
時間が長くなるといことを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、対象物の各特徴点の3次元位置関係をモデル
データとして記憶するモデルデータ記憶手段と、前記モ
デルデータとして登録されている対象物であって、その
位置及び姿勢が未知の対象物を撮像する単眼式カメラと
、この単眼式カメるという問題もあった。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来の二眼式の物体計測装置では、特徴点
抽出のための画像処理に時間がかかるうえ、2台のカメ
ラの位置関係の固定が必要になる点、及びそれらの校正
作業に手間がかかる点等の問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、特徴点抽
出のための画像処理を短時間に行うことができ、手間の
かかるカメラの校正作業や位置関係の固定を必要としな
い物体認識装置を提供するモデルデータの各特徴点の2
次元座標値と前記抽出された各特徴点の2次元座標値と
の差の二乗和を算出し、その値が最小になる移動・回転
量を出力する位置・姿勢計算手段とを具備したことを特
徴としている。
本発明の好ましい態様では、位置・姿勢計算手段は、対
象物の位置を求めたのち、回転角を求めるものである。
(作用) 本発明によれば、事前に作成された3次元対象物の各特
徴点の位置関係を示すモデルデータを移動・回転させな
がら、各位置・各回転角で観測される各特徴点の2次元
座標値を求め、この2次元座標値と、単眼式カメラで観
測された対象物の各特徴点の2次元座標値とを最小二乗
法によって比較するようにしている。そして、この比較
は、両者の差がある値以下に収束するまで反復的に行わ
れ、最終的に収束したときの前記モデルデータの位置・
回転量が求める対象物体の計測値として出力される。
面倒な二眼の校正作業や位置の固定等が不要になる。
なお、本発明において、モデルデータを移動させて対象
物の位置を決定した後に、これを回転させてその角度を
求めるようにすると、マツチングの収束を迅速かつ確実
に行えるという利点がある。
(実施例) 以下、図面に基づいて本発明の一実施例について説明す
る。
第1図は本発明の一実施例に係る物体認識装置の構成を
示す図である。
なお、ここで計測対象となる対象物1は、それを構成す
る各特徴点PO,PL、P2.P3の3次元位置関係が
既知の物体である。
本装置は、この対象物1の位置及び姿勢を測定するため
、ビデオカメラ21画像処理部3、モデルデータ記憶部
4及び位置・姿勢計算部5を備えている。
ビデオカメラ2は、位置及び姿勢が未知の上記対象物1
を撮像して、その2次元画像を得る単眼各特徴点PO〜
P4の2次元座標値を抽出する。
モデルデータ記憶部4は、前記対象物1の各特散点P1
〜P3の3次元座標値を記憶した外部メモリである。
位置・姿勢計算部5は、モデルデータ記憶部4からモデ
ルデータの3次元座標値を抽出し、これらを順次移動・
回転させながら、各々の位置・回転角度で観7m11さ
れる該モデルデータの各特徴点の2次元座標値と、前記
画像処理部3で抽出された各特徴点の2次元座標値との
差の二乗和を算出する。そして、その値が最小になる移
動・回転量を出力する。
次のこのように構成された本実施例に係る物体認識装置
による測定原理について説明する。
いま、第2図に示すように、対象物1のモデル系でのモ
デル上の3次元座標値(Xm、Ym、Zs )は、カメ
ラ系では、次式中の(X、Y、Z)で表される。
、’iL! ・・・(2) 但し、S  =sln(θ) 、  Cθ=cos(θ
)である。
θ この点(X、Y、Z)は、ビデオカメラ2の撮像面上で
は、第3図に示すように、(x、y)の点に結像される
。ここでx+Yは、 x−xc十μmX/Z y”yc+μ・Y/Z       ・・・(3)ここ
で、(xe、yc)は、撮像面と光軸との交点で、μは
比例定数である。これらは別の方法で求められる。
モデル上の点(Xml、 Yii、  Zml)  (
但し、i=1.2.−、n)が撮像面上の(xi、yl
)で観測されているとき、(X al、  Y txl
、  Z if)の撮像面上での推定位置を(fi、g
f)として、+Te11    fll) YO・Zo    )″ iT++1    (Tall    fT+l1(C
+    ・C2・C3) を求める。すなわち、 cj −c・ +δCj (j−1〜3) ・・・(5) ずカメラ本体でとらえた画像(同図(a))に、モデル
データを初期値(同図(b))から移動させながら評価
関数Qを最小にする点を見付けることにより移動推定を
行ない(同図(c)) 、この移動推定がなされたらそ
の位置でモデルデータを回転させながら評価関数Qを最
小にする点を見付けることにより回転推定を行なう(同
図(d))。
この処理を第5図及び第6図に示す。なお、第5図は移
動推定、第6図は回転推定をそれぞれ示す流れ図である
移動推定処理(第5図)では、まず対象物1のZo  
)を初期値とし、かつ回転量を最良推定量にN−(wt
 −hi l ’        ・・・(8)D−(
δCjl’ とすると、 A−D−N             ・・・(9)と
なり、これを最小二乗法で解くと、Qを最小にする未知
数りが求められる。このDを(5)式に代入すると、新
しいC,(j=1〜3)が求められる。この操作を、 1δCj l<ε        ・・・(10)(ε
は微小定数)となるまで繰返すと、現在最良の移動推定
mcXo   、Yo   、Zo   )が求められ
る。
次に、移動推定量を上記の処理で求めた値に固定し、第
6図に示すように、回転推定量(α   、β   2
γ   )が求められる。
回転推定量が変化すると、移動推定量も変化する可能性
があるので、回転推定量が変化した場合は、移動推定量
の計算を再度行なう。同様に移動推定量が変化した場合
は、回転推定量の計算を行なう。両者の変化が微小にな
ったときの値が最終的な値である。
この装置では、対象物の位置を求めた後、その姿勢を求
めるようにしているので、収束性が極めて良いという効
果がある。しかし、本発明は、このような処理に限定さ
れるものではなく、たとえば、位置と姿勢を示す6つの
パラメータを同時に求めるようにしても良い。
また、対象物の特徴点の位置は、画像処理で求めずに、
オペレータの入力操作によって指示しても良い。また、
最小二乗法の解法は、上述した行列の方法でなくても良
い。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、単眼式カメラによ
って3次元対象物の位置姿勢を求められ
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る物体計i11+1装置
v 2 C1−/ 9 n・122′″1″7i2+:
#IfZE!Iu。 ′“とり方を説明するための図、第3図は同装置におけ
る空間ないの点とカメラ画像ないの対応を示す図、第4
図は同装置における位置・姿勢計算部の四処理の過程を
示す図、第5図及び第6図は同位IN・姿勢計算部にお
ける処理の流れを示す流れ図である。 l・・・対象物、2・・・ビデオカメラ、3・・・画像
処理部、4・・・モデルデータ記憶部、5・・・位置・
姿勢計l)部。 第 1 図 析評出願人 工業技術院長 飯塚幸三 第2区 第 図 (a)カメラ6偉 (b)モデル・十戸期イ直 (c)移1穣疋 (d)回転禮定

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)対象物の各特徴点の3次元位置関係をモデルデー
    タとして記憶するモデルデータ記憶手段と、前記モデル
    データとして登録されている対象物であって、その位置
    及び姿勢が未知の対象物を撮像する単眼式カメラと、こ
    の単眼式カメラで得られた前記対象物の2次元画像から
    該対象物の各特徴点の2次元座標値を抽出する特徴点抽
    出手段と、前記モデルデータを順次移動・回転させなが
    ら、各々の位置・回転角度で観測される該モデルデータ
    の各特徴点の2次元座標値と前記抽出された各特徴点の
    2次元座標値との差の二乗和を算出し、その値が最小に
    なる移動・回転量を出力する位置・姿勢計算手段とを具
    備したことを特徴とする物体計測装置。
  2. (2)前記位置・姿勢計算手段は、前記モデルデータを
    順次移動させたときに観測される該モデルデータの各特
    徴点の2次元座標値と前記抽出された各特徴点の2次元
    座標値との差の二乗和が最小になる移動量を算出した後
    、前記モデルデータを順次回転させたときに観測される
    該モデルデータの各特徴点の2次元座標値と前記抽出さ
    れた各特徴点の2次元座標値との差の二乗和が最小にな
    る回転量を算出するものである請求項1記載の物体計測
    装置。
JP63186954A 1988-07-28 1988-07-28 物体計測装置 Expired - Lifetime JPH076769B2 (ja)

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JP63186954A JPH076769B2 (ja) 1988-07-28 1988-07-28 物体計測装置

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JPH0238804A true JPH0238804A (ja) 1990-02-08
JPH076769B2 JPH076769B2 (ja) 1995-01-30

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JPH076769B2 (ja) 1995-01-30

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