WO2018051843A1

WO2018051843A1 - マーカとマーカを用いた姿勢推定方法

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Publication number: WO2018051843A1
Application number: PCT/JP2017/031925
Authority: WO
Inventors: 田中　秀幸
Original assignee: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-03-22
Also published as: JPWO2018051843A1; EP3499180B1; EP3499180A1; US20190228541A1; US11030770B2; CN109716061A; JP6755030B2; CN109716061B; EP3499180A4

Abstract

本発明は、平面性を維持しつつ広い角度範囲で姿勢を一意に推定することのできるマーカと、本マーカを用いた姿勢推定方法を提供することを目的とする。　本目的を実現するため、ＡＲマーカ２と、ＡＲマーカ２がなす二次元平面上のＸ軸周りにおいて、ＡＲマーカ２の観測方向に応じて異なる光を発する姿勢検知パターンＦｘとを備えたマーカ１を提供する。また、二次元パターンコードと、二次元パターンコードがなす二次元平面上の第一の軸周りにおいて、二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第一の姿勢検知パターンとを備えたマーカを用いた姿勢推定方法であって、上記マーカの撮像画像を用いて上記光の色若しくは上記光が描く模様を特定する第１のステップと、第１のステップで特定された上記色若しくは上記模様に応じて、上記マーカの第一の軸周りにおける姿勢を判定する第２のステップと、第２のステップで判定された第一の軸周りにおける姿勢と、上記撮像画像を構成する要素の位置関係に応じて、上記マーカの姿勢を決定する第３のステップとを有するマーカを用いた姿勢推定方法を提供する。

Description

マーカとマーカを用いた姿勢推定方法

　本発明は、姿勢を推定するためのマーカと、本マーカを用いた姿勢推定方法に関するものである。

　単眼カメラで撮像することにより３次元空間における位置や姿勢を計測することが可能となる平面パターンが考案されており、一般的に平面視覚マーカと呼ばれている。

　このような平面視覚マーカは、拡張現実（Augmented Reality：ＡＲ）やロボティクスの分野等において物体に貼り付けて使用され、上記姿勢は、平面視覚マーカの輪郭形状の見かけ上における歪みから射影変換の原理によって推定される。

　しかし、条件によっては平面視覚マーカＭの画像上への投影が図１３Ａに示される透視投影よりも図１３Ｂに示される正投影に近くなり、当該平面視覚マーカがカメラに対して図１４に示される平面視覚マーカＭ１，Ｍ２のいずれの姿勢を有するかが一意に推定できないという姿勢の不定性の問題が発生する。

　このため、これまでに、本願発明者によって４つのモアレ（干渉縞）パターンを備えた平面視覚マーカが提案されている（特許文献１参照）。

国際公開ＷＯ／２０１６／０２４５５５号公報

　しかし、平面視覚マーカを浅い角度で見たとき、すなわち後述する視線角度が大きいときには、ある座標軸周りにおける視線角度が正負いずれであっても見かけのパターンが一致したり、パターンの判別ができなくなったりしてしまうため、当該物体の姿勢を一意に推定できないという問題がある。

　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、平面性を維持しつつ広い角度範囲で姿勢を一意に推定することのできるマーカと、本マーカを用いた姿勢推定方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明は、二次元パターンコードと、二次元パターンコードがなす二次元平面上の第一の軸周りにおいて、二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第一の姿勢検知パターンとを備えたマーカを提供する。

　また、上記課題を解決するため、本発明は、二次元パターンコードと、二次元パターンコードがなす二次元平面上の第一の軸周りにおいて、二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第一の姿勢検知パターンとを備えたマーカを用いた姿勢推定方法であって、マーカの撮像画像を用いて上記光の色若しくは上記光が描く模様を特定する第１のステップと、第１のステップで特定された色若しくは模様に応じて、マーカの上記第一の軸周りにおける姿勢を判定する第２のステップと、第２のステップで判定された上記第一の軸周りにおける姿勢と、撮像画像を構成する要素の位置関係に応じて、マーカの姿勢を決定する第３のステップとを有するマーカを用いた姿勢推定方法を提供する。

　本発明によれば、平面性を維持しつつ広い角度範囲で姿勢を一意に推定することのできるマーカと、本マーカを用いた姿勢推定方法を提供することができる。

視線及び視線角度の定義を説明するための図である。姿勢反転の定義を説明するための図である。本発明の実施の形態１に係る平面視覚マーカ１の構成を示す平面図である。図３に示された姿勢検知パターンＦｙの構造を示す斜視図である。図４に示された姿勢検知パターンＦｙの他の構造を説明するための図であり、それぞれ、図５（ａ）は図４に示された姿勢検知パターンＦｙを同図のＸ軸に沿って切断したときの断面構造を示す断面図、図５（ｂ）は姿勢検知パターンＦｙにおける一連の側面３ａに描かれた文字「Ａ」を示す図、図５（ｃ）は姿勢検知パターンＦｙにおける一連の側面３ｂに描かれた文字「Ｂ」を示す図である。図４に示される並設された複数の三角柱３をＸ軸に沿って切断したときの断面構造を示す断面図である。図３及び図４に示された姿勢検知パターンＦｙの機能を説明するための図であって、姿勢検知パターンＦｙを視線角度が正の方向から見たときの見え方を示す模式図である。図３及び図４に示された姿勢検知パターンＦｙの機能を説明するための図であって、姿勢検知パターンＦｙを視線角度が負の方向から見たときの見え方を示す模式図である。図３に示された平面視覚マーカ１を用いた姿勢推定方法を示すフローチャートである。図４に示された姿勢検知パターンＦｙの構造における他の例を示す斜視図である。直交する二軸周りの姿勢反転を同時に検知できる姿勢検知パターンＦの構成を示す平面図である。図１０に示された姿勢検知パターンＦの作成方法の一例を説明するための第一の図であって、姿勢検知パターンＦｙの構造を示す斜視図である。図１０に示された姿勢検知パターンＦの作成方法の一例を説明するための第二の図であって、図１１Ａに示された姿勢検知パターンＦｙを上から見たときの平面図である。図１０に示された姿勢検知パターンＦの作成方法の一例を説明するための第三の図であって、図１１Ｂに示された姿勢検知パターンＦｙを交わる二つの破線に沿って切断して得られる姿勢検知パターンＦｙ３の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態２に係る平面視覚マーカ１０の構成を示す平面図である。平面視覚マーカの姿勢における不定性の問題を説明するための第一の図であって、平面視覚マーカＭの画像上への透視投影を示す図である。平面視覚マーカの姿勢における不定性の問題を説明するための第一の図であって、平面視覚マーカＭの画像上への正投影を示す図である。平面視覚マーカの姿勢における不定性の問題を説明するための第二の図である。

　以下において、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

　最初に、図１及び図２を参照しつつ、用語の定義を説明する。なお、以下ではＸ軸周りの事象を例として説明するが、任意の軸周りの事象も同様に定義されることはいうまでもない。

　図１に示された観測視点ＶＰと対象物体Ｂの中心である原点０を結ぶ線Ｌを、視線という。また、図１に示されるように、対象物体ＢにおけるＸＹ平面上の垂線をなすＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸ軸とを含む平面を平面Ｐ１、視線を示す線ＬとＸ軸とを含む平面を平面Ｐ２とするとき、平面Ｐ１と平面Ｐ２のなす角ＳＡをＸ軸周りの視線角度という。

　従って、図２に示されるように、観測視点ＶＰのＹ座標が正であるときはＸ軸周りの視線角度の符号は正（＋）となり、観測視点ＶＰのＹ座標が負であるときはＸ軸周りの視線角度の符号は負（－）となる。このとき、上記視線角度の符号が正負逆になることを、Ｘ軸周りにおける姿勢反転という。

［実施の形態１］
　図３は、本発明の実施の形態１に係る平面視覚マーカ１の構成を示す平面図である。図３に示されるように、平面視覚マーカ１は、二次元パターンコードを含む矩形のＡＲマーカ２と、ＡＲマーカ２と同一平面上において、ＡＲマーカ２の隣接する二辺にそれぞれ平行に配置された平面矩形状の姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙとを備える。

　ここで、姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙは、たとえ浅い角度から平面視覚マーカ１を見た場合であっても、見た目、すなわち外観によって平面視覚マーカ１の姿勢反転を検知できるパターン（ＦＤＰ：Flip Detection Pattern）を有し、姿勢検知パターンＦｘは、図３に示されたＸ軸周りの姿勢反転を検知し、姿勢検知パターンＦｙは、図３に示されたＹ軸周りの姿勢反転を検知する。

　そして、本機能を実現するため、姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙは、図３に示されるように、ＡＲマーカ２の近傍において、ＡＲマーカ２と同一平面上で互いに直交するよう、すなわちそれぞれＸ軸若しくはＹ軸に直交するよう配置される。

　なお、図３において、姿勢検知パターンＦｘはＡＲマーカ２の左側（ＸＹ平面上の第２及び第３象限）に配置されてもよく、姿勢検知パターンＦｙはＡＲマーカ２の下側（ＸＹ平面上の第３及び第４象限）に配置されてもよい。従って、ＡＲマーカ２周辺における姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙのレイアウトは合計４通りあることになる。

　図４は、図３に示された姿勢検知パターンＦｙの構造を示す斜視図である。なお、図３に示された姿勢検知パターンＦｘも図４に示された姿勢検知パターンＦｙと同様な構造を有するため、以下における姿勢検知パターンＦｙについての説明は、姿勢検知パターンＦｘにも当てはめることができる。

　図４に示されるように、姿勢検知パターンＦｙは、対応する側面が同一平面、すなわちＸＹ平面上に位置すると共に、中心軸がいずれもＹ軸に平行となるようＸ軸方向に並設された複数の三角柱３，４により構成される。

　なお、図４に示された姿勢検知パターンＦｙは、合計８個の三角柱３，４が並設された構造を有するが、並設される三角柱３，４の数は８個に限られず、１個以上であれば任意の数であってもよい。

　ここで、各々の三角柱３，４は、３つの側面のうちＸＹ平面上にない２つの隣接する側面は、撮像画像においても識別しやすい異なる色に塗り分けられている。

　例えば、図４に示されるように、第１及び第４象限に並設された三角柱３の側面３ａは白色、側面３ｂは黒色に塗られ、第２及び第３象限に並設された三角柱４の側面４ａは黒色、側面４ｂは白色に塗られている。このことから、姿勢検知パターンＦｙは、姿勢反転の判定で基準とするＹ軸と直交するＸ軸方向において、三角柱３の側面は原点０から正の向きに黒色、白色の順に交互に塗られ、三角柱４の側面は原点０から負の向きに黒色、白色の順に交互に塗られていることになる。

　なお、上記における黒色及び白色は、上記のように撮像画像において識別しやすい異なる色であれば、他の色であってもよく、例えば上記の黒色と白色を入れ替えた構成としてもよい。

　また、上記において、同じ色に塗られた一連の側面においては、当該一連の側面全体を特定の色に塗るのではなく、当該一連の側面全体に文字や図形等の図柄（模様）を描くようにしてもよい。すなわち、例えば、図５（ｂ）に示されるように、上記の白色に塗られた一連の側面３ａには全体として文字「Ａ」を描き、図５（ｃ）に示されるように、上記の黒色に塗られた一連の側面３ｂには全体として文字「Ｂ」を描くようにしてもよい。なお、このような模様の利用は、図９及び図１０に示された後述する姿勢検知パターンＦｙ，Ｆにも適用することができる。

　また、上記のように三角柱３，４の隣接する側面が異なる色に塗られたことにより、当該側面で反射される光の色が異なるものとなることはいうまでもないが、自ら異なる色の光を発する構成としてもよい。また、姿勢検知パターンＦｙは、上記三角柱３，４の替わりに、円柱や半円柱等の柱状体により構成してもよい。

　図６は、図４に示される並設された複数の三角柱３をＸ軸に沿って切断したときの断面構造を示す断面図である。図６に示されるように、各三角柱３はいずれも、頂角ＶＡを挟む２つの側面３ａ，３ｂのうちＸの値が小さい方の側面３ｂが黒色に塗られており、Ｘの値が大きい方の側面３ａが白色に塗られている。

　これらの三角柱３において、その高さｈを変えた場合には姿勢検知パターンＦｙの厚さと見た目の粗さが変わることになるものの、視線角度と色の濃淡変化の関係は本質的には変わらない。一方、頂角ＶＡを変えた場合には、視線角度が０度付近での白黒濃淡のコントラストが変わり、頂角ＶＡが小さくなるほど視線角度の絶対値が小さい範囲から上記コントラストが強く見えるようになる。

　図７Ａ及び図７Ｂは、図３及び図４に示された姿勢検知パターンＦｙの機能を説明するための図であり、図７Ａは姿勢検知パターンＦｙを視線角度が正の方向から見たときの見え方を示す模式図であり、図７Ｂは姿勢検知パターンＦｙを視線角度が負の方向から見たときの見え方を示す模式図である。ここで、姿勢検知パターンＦｙは、ＸＹ平面に対する垂線をなすＺ軸とＹ軸を含む平面により分割して得られる二つの空間、すなわちＸの値が正の空間と負の空間、へ互いに異なる色の光を反射する機能を有するが、以下において本機能を詳しく説明する。

　上記のように三角柱３，４の隣接する二つの側面３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは白と黒に交互に塗られているため、白黒の細かい縞模様からなる外観を呈することになるが、白又は黒の各縞の太さの割合が視線角度に応じて変化するため、姿勢検知パターンＦｙを上記Ｘの値が正の空間、すなわち視線角度が正の方向から見たときには、図７Ａに示されるように、三角柱４については側面４ａが有する黒色が多めに見え、三角柱３については側面３ａが有する白色が多めに見えることになる。

　他方で、姿勢検知パターンＦｙを上記Ｘの値が負の空間、すなわち視線角度が負の方向から見たときには、図７Ｂに示されるように、三角柱４については側面４ｂが有する白色が多めに見え、三角柱３については側面３ｂが有する黒色が多めに見えることになる。従って、図７Ａと図７Ｂを対比すれば、姿勢検知パターンＦｙを視線角度が正の方向から見たときと負の方向から見たときとでは、黒色に見える領域と白色に見える領域のＸ軸方向における位置関係が逆になることが分かる。

　なお、図５に示されるように当該側面に模様を描いた場合には、姿勢検知パターンＦｙのある回転軸周りの回転の方向に応じて、側面３ａに描かれた図柄と側面３ｂに描かれた模様が切り替わって見えることになる。従って、このような見え方におけるパターンの変化を画像認識することにより、姿勢検知パターンＦｙの傾きの方向を判別することができる。

　図８は、本発明の実施の形態１に係る平面視覚マーカ１を用いた姿勢推定方法を示すフローチャートである。以下において、上記姿勢推定方法を図８を用いて説明する。
　最初のステップＳ１においては、平面視覚マーカ１の撮像画像を用いて、二つの姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙから発せられる光の色をそれぞれ特定する。具体的には、例えば姿勢検知パターンＦｙについていえば、黒色に見える領域と白色に見える領域が、図７Ａと図７Ｂのいずれの位置関係にあるかを特定する。

　次に、ステップＳ２において、ステップＳ１において特定された色に応じて、平面視覚マーカ１の所定軸周りにおける姿勢を判定する。具体的には、例えば、従来から用いられているＡＲマーカ２により予め平面視覚マーカ１の姿勢を推定し、推定された姿勢から予想される色とステップＳ１で特定された色とが一致するか否かを判断する。

　そして、これら２つの色が一致しない場合には、姿勢検知パターンＦｘについてはＸ軸周り、姿勢検知パターンＦｙについてはＹ軸周りにおける平面視覚マーカ１の実際の姿勢が、上記の予め推定された姿勢に対して反転関係にあると判定する。なお、上記２つの色が一致した場合には、上記のＸ軸周り、若しくはＹ軸周りにおける平面視覚マーカ１の実際の姿勢が、上記の予め推定された姿勢と正転関係にあると判定する。

　次に、ステップＳ３において、ステップＳ２において判定された姿勢及び撮像画像を構成する要素の位置関係に応じて、平面視覚マーカ１の姿勢を決定する。具体的には、例えば、ステップＳ２において判定されたＸ軸及びＹ軸周りの姿勢が上記正転関係であれば、予め推定された通り、平面視覚マーカ１の撮像画像を構成するＡＲマーカ２の要素の位置関係に応じて平面視覚マーカ１の実際の姿勢を最終決定する。一方、ステップＳ２においてＸ軸周り若しくはＹ軸周りの姿勢が上記反転関係にあると判定された場合には、当該軸周りの姿勢について、上記の予め推定された姿勢を反転モデルに従って変換し、得られた変換後の姿勢を平面視覚マーカ１の当該軸周りにおける実際の姿勢として最終決定する。

　なお、上記反転モデルによる変換は、例えば国際公開ＷＯ／２０１５／０４５８３４号公報に記載された方法等の公知の手法を用いて実現することができる。

　図９は、図４に示された姿勢検知パターンＦｙの構造における他の例を示す斜視図である。なお、図９に示された例は、姿勢検知パターンＦｘの構造にも同様に適用できることはいうまでもない。

　図９に示されるように、姿勢検知パターンＦｙ２は、姿勢検知パターンＦｙを構成する図４に示された三角柱３，４の白色に塗られた側面３ａ，４ｂのみを残した構造を有し、これら側面３ａ，４ｂの裏面と、ＸＹ平面上に位置する三角柱３，４の側面部分は共に黒色に塗られたものである。

　なお、図９に示された構造は、例えば、上記ＸＹ平面上に設けたＹ軸に平行な複数のガイド（図示していない）に、板状の上記側面３ａ，４ｂを嵌め込むことによって実現される。

　このような構造を有する姿勢検知パターンＦｙ２は、観測方向（視線角度）に応じた白黒模様を呈するため、上記姿勢検知パターンＦｙと同様な機能を奏するものといえる。

　ところで、上記のように、姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙ，Ｆｙ２はいずれも、Ｘ軸やＹ軸といった一軸周りの姿勢反転を検知する機能を有するものであるが、このような機能を持った複数の姿勢検知パターンを同一平面上において一体的に形成してもよい。以下においては、一例として、一個のパターンにより、直交する二軸周りの姿勢反転を同時に検知できる姿勢検知パターンＦについて説明する。

　図１０は、上記姿勢検知パターンＦの構成を示す平面図である。なお、図１０において、黒色部分は図４で示された黒色の側面３ｂ，４ａに、白色部分は図４で示された白色の側面３ａ，４ｂにそれぞれ対応する。

　図１０に示されるように、姿勢検知パターンＦは、Ｘ軸に平行な縞模様を形成することによりＸ軸周りの姿勢反転を検知するパターンと、Ｙ軸に平行な縞模様を形成することによりＹ軸周りの姿勢反転を検知するパターンとを合体させたものである。

　このような構成を有する姿勢検知パターンＦは、直交するＸ軸及びＹ軸周りの姿勢反転を同時に検知する機能を有するため、図３に示された平面視覚マーカ１において、二つの姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙに替えて、一つの姿勢検知パターンＦを用いてもよい。

　図１１Ａから図１１Ｃは、図１０に示された姿勢検知パターンＦの作成方法の一例を説明するための図であり、それぞれ、図１１Ａは姿勢検知パターンＦｙの構造を示す斜視図、図１１Ｂは図１１Ａに示された姿勢検知パターンＦｙを上から見たときの平面図、図１１Ｃは図１１Ｂに示された姿勢検知パターンＦｙを交わる二つの破線に沿って切断して得られる姿勢検知パターンＦｙ３の構成を示す平面図である。なお、図１０と同様に、図１１Ｂ及び図１１Ｃの黒色部分は図１１Ａに示された姿勢検知パターンＦｙの黒色側面に、白色部分は同姿勢検知パターンＦｙの白色側面にそれぞれ対応する。

　ここで、図１１Ｂに示された姿勢検知パターンＦｙの平面形状は全体として正方形をなし、図１１Ｃに示された姿勢検知パターンＦｙ３はこの正方形の二つの対角線に沿って姿勢検知パターンＦｙを切断したものとされる。そして、このような方法により得られた姿勢検知パターンＦｙを図１１Ｃの原点を中心として９０度回転させ、回転前の位置にあるもう一つ別の姿勢検知パターンＦｙと合体させることにより、図１０に示された姿勢検知パターンＦが作成される。

　以上のように、本発明の実施の形態１に係る平面視覚マーカ１及びそれを用いた姿勢推定方法によれば、姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙ，Ｆは平面形状を有すると共に視線角度に応じた白黒模様などを呈するため、たとえ視線角度が大きい場合、すなわち平面視覚マーカ１を浅い角度から観測した場合であっても、平面視覚マーカ１の平面性を維持しつつ平面視覚マーカ１の姿勢を正確に検知することができる。

　なお、図３に示された平面視覚マーカ１は、二つの姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙを備えるが、例えば、平面視覚マーカを貼付する対象物体Ｂの取り得る姿勢に制限があり、ある一軸周りについてのみ姿勢の自由度を有するような場合、当該対象物体Ｂの姿勢を決定するためには、姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙ，Ｆｙ２と同様な構成を有し、当該一軸周りの姿勢を検知する姿勢検知パターンを一つ備えた平面視覚マーカを用いれば足りることになることはいうまでもない。

［実施の形態２］
　図１２は、本発明の実施の形態２に係る平面視覚マーカ１０の構成を示す平面図である。図１２に示されるように、平面視覚マーカ１０は、矩形のＡＲマーカ２と、ＡＲマーカ２の頂点に対応して平面視覚マーカ１０の四隅に設けられた参照点ＲＰ１～ＲＰ４と、ＡＲマーカ２の隣接する二辺にそれぞれ並設された姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙと、ＡＲマーカ２を挟んで姿勢検知パターンＦｘと対向する位置に配設された可変モアレパターンＶＭＰｘと、ＡＲマーカ２を挟んで姿勢検知パターンＦｙと対向する位置に配設された可変モアレパターンＶＭＰｙを備える。

　ここで、可変モアレパターンＶＭＰｘ，ＶＭＰｙは、特開２０１２－１４５５５９号公報に記された公知のパターンであって、描かれた模様の上に設けられたレンズにより観測方向に応じた干渉縞（模様データ）を生成する機能を有し、分割された観測方向範囲毎に、観測された模様データの位置に応じて観測方向を一意に推定できるものとされている。

　なお、上記の可変モアレパターンＶＭＰｘ，ＶＭＰｙは視線角度に応じて黒色の線が一次元的に動いて見えるものであるが、このような可変モアレパターンＶＭＰｘ，ＶＭＰｙに替えて、黒色のドットが二次元的に動いて見える公知の可変モアレパターン（H.Tanaka, Y.Sumi, and Y.Matsumoto,”A high-accuracy visual marker based on a microlens array”,in Proceedings of 2012 IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems,pp.4192-4197,2012参照）等を用いてもよい。

　また、上記の姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙとして、図４に示された構造のほか、図９に示された構造を有するものを用いてもよく、二つの姿勢検知パターンＦｘ，Ｆｙに替えて図１０に示された一つの姿勢検知パターンＦを用いてもよい。

　また、このような構成を有する平面視覚マーカ１０を用いることによっても、図３に示された平面視覚マーカ１を用いた場合と同様に、図８に示された姿勢推定方法により、平面視覚マーカ１０の姿勢を一意に決定することができる。

　本発明の実施の形態２に係る平面視覚マーカ１０によれば、姿勢検知パターンにより生成される模様のコントラストが低くなる視線角度の小さい範囲では可変モアレパターンを用いて姿勢決定を行い、それ以外の範囲では姿勢検知パターンを用いて姿勢決定を行うことができるため、平面視覚マーカ１０の平面性を維持しつつ、視線角度の全範囲において平面視覚マーカ１０の姿勢をより精度よく一意に決定することができる。

１，１０　平面視覚マーカ
２　ＡＲマーカ
３，４　三角柱
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ　側面
Ｆ，Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｙ２，Ｆｙ３　姿勢検知パターン
ＶＭＰｘ，ＶＭＰｙ　モアレパターン形成部
ＳＡ　視線角度

Claims

　二次元パターンコードと、
　前記二次元パターンコードがなす二次元平面上の第一の軸周りにおいて、前記二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第一の姿勢検知パターンとを備えたマーカ。
　前記二次元平面上で前記第一の軸と直交する第二の軸周りにおいて、前記二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第二の姿勢検知パターンをさらに備えた請求項１に記載のマーカ。
　前記第一の姿勢検知パターンは、前記二次元平面に対する垂線と前記第一の軸を含む平面により分割して得られる二つの空間へ互いに異なる光を発すると共に、前記第二の姿勢検知パターンは、前記二次元平面に対する垂線と前記第二の軸を含む平面により分割して得られる二つの空間へ互いに異なる光を発する請求項２に記載のマーカ。
　前記第一及び第二の姿勢検知パターンはそれぞれ、前記異なる光を発する隣接した二つの側面が異なる色に配色され、若しくは異なる模様が付された少なくとも一つの三角柱からなり、前記第一の姿勢検知パターンを構成する前記三角柱の中心軸は前記第一の軸と平行となるよう配設され、前記第二の姿勢検知パターンを構成する前記三角柱の中心軸は前記第二の軸と平行となるよう配設されたものである請求項３に記載のマーカ。
　前記第一及び第二の姿勢検知パターンはそれぞれ、対応する側面がいずれも同一平面上に位置し、かつ、中心軸が互いに平行となるよう並設された複数の前記三角柱からなる請求項４に記載のマーカ。
　前記二次元パターンコードは矩形をなし、
　前記第一の姿勢検知パターンは、前記矩形を構成する第一の辺に対して平行に配設されると共に、前記第二の姿勢検知パターンは、前記矩形を構成し前記第一の辺に隣接する第二の辺に対して平行に配設された請求項２に記載のマーカ。
　前記第一及び第二の姿勢検知パターンは、同一平面上において一体的に形成された請求項２に記載のマーカ。
　模様の上に設けられたレンズによって観測方向に応じた模様データが生成され、分割された前記観測方向の範囲毎に、観測された前記模様データの位置に応じて前記観測方向が一意に推定される模様データ生成手段をさらに備えた請求項１に記載のマーカ。
　二次元パターンコードと、前記二次元パターンコードがなす二次元平面上の第一の軸周りにおいて、前記二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第一の姿勢検知パターンとを備えたマーカを用いた姿勢推定方法であって、
　前記マーカの撮像画像を用いて前記光の色若しくは前記光が描く模様を特定する第１のステップと、
　前記第１のステップで特定された前記色若しくは前記模様に応じて、前記マーカの前記第一の軸周りにおける姿勢を判定する第２のステップと、
　前記第２のステップで判定された前記第一の軸周りにおける姿勢と、前記撮像画像を構成する要素の位置関係に応じて、前記マーカの姿勢を決定する第３のステップとを有する前記マーカを用いた姿勢推定方法。
　前記マーカは、前記二次元平面上の第二の軸周りにおいて前記二次元パターンコードの観測方向に応じて異なる光を発する第二の姿勢検知パターンをさらに備え、
　前記第１のステップでは、前記第一及び第二の姿勢検知パターンからの前記光を特定し、
　前記第２のステップでは、前記マーカの前記第一及び第二の軸周りにおける姿勢を判定し、
　前記第３のステップでは、前記第２のステップで判定された前記第一及び第二の軸周りにおける姿勢に応じて、前記マーカの姿勢を決定する請求項９に記載のマーカを用いた姿勢推定方法。