(57)【要約】【課題】計算コストを抑えつつ、高精度に立体の位置と姿勢を検出する。【解決手段】位置算出部３１は、カメラ２による立体１の撮像画像において主要部の輪郭を検出し、輪郭から立体１の３次元位置を求める。図形検出部３２は撮像画像において第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置を検出および判別する。姿勢算出部３３は位置算出部３１で求められた立体１の３次元位置と図形検出部３２で検出された第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置に基づき立体１の３次元姿勢を算出する。【選択図】　　図１
2004144660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元位置・姿勢検出装置に撮像画像を入力することによって、その３次元位置および姿勢を検出することが可能な立体であって、
円板状もしくはリング状の主要部と、
中心が前記主要部の回転対称軸上にあり、かつ前記主要部を含まない前記主要部と平行な平面上に配置された第１の回転対称図形と、
前記主要部を含む平面上で、かつ前記主要部の縁に囲まれた領域の外に配置された第２の回転対称図形と
を有する３次元位置・姿勢検出用立体。
【請求項２】
前記第１および第２の回転対称図形は同一サイズかつ同一形状である、請求項１に記載の３次元位置・姿勢検出用立体。
【請求項３】
前記第１および第２の回転対称図形は互いに異なる色である、請求項１または２に記載の３次元位置・姿勢検出用立体。
【請求項４】
円板状もしくはリング状の主要部と、中心が前記主要部の回転対称軸上にあり、かつ前記主要部を含まない前記主要部と平行な平面上に配置された第１の回転対称図形と、前記主要部を含む平面上で、かつ前記主要部の縁に囲まれた領域の外に配置された第２の回転対称図形とを有する３次元位置・姿勢検出用立体の撮像画像から、該立体の３次元位置および姿勢を検出する方法であって、
前記撮像画像において前記主要部の輪郭を検出し、前記輪郭から前記立体の３次元位置を求める位置算出段階と、
前記撮像画像において前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形の位置を検出および判別する図形検出段階と、
前記位置算出段階で求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出段階で検出された前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形の位置、もしくは前記位置算出段階で検出された前記輪郭を含む平面の法線ベクトルおよび求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出段階で検出された前記第２の回転対象図形の位置に基づき前記立体の３次元姿勢を算出する姿勢算出段階と
を有する３次元位置・姿勢検出方法。
【請求項５】
前記図形検出段階は、
前記撮像画像と回転対称図形のテンプレート画像とを比較することにより回転対称図形の撮像画像上での位置を検出する第１の段階と、
前記第１の段階で検出された位置の各々と前記輪郭との位置関係から各位置が前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形のいずれに対応しているかを判別する第２の段階と
を有する、請求項４に記載の３次元位置・姿勢検出方法。
【請求項６】
前記３次元位置・姿勢検出用立体の前記第１および第２の回転対称図形は互いに異なる色であり、
前記図形検出段階は、
前記撮像画像と回転対称図形のテンプレート画像とを比較することにより回転対称図形の撮像画像上での位置を検出する第１の段階と、
前記第１の段階で検出された位置の各々における撮像画像の色情報から各位置が前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形のいずれに対応しているかを判別する第２の段階と
を有する、請求項４に記載の３次元位置・姿勢検出方法。
【請求項７】
円板状もしくはリング状の主要部と、中心が前記主要部の回転対称軸上にあり、かつ前記主要部を含まない前記主要部と平行な平面上に配置された第１の回転対称図形と、前記主要部を含む平面上で、かつ前記主要部の縁に囲まれた領域の外に配置された第２の回転対称図形とを有する３次元位置・姿勢検出用立体の撮像画像を入力することによって、該立体の３次元位置および姿勢を検出する装置であって、
前記撮像画像において前記主要部の輪郭を検出し、前記輪郭から前記立体の３次元位置を求める位置算出手段と、
前記撮像画像において前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形の位置を検出および判別する図形検出手段と、
前記位置算出手段で求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出手段で検出された前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形の位置、もしくは前記位置算出手段で検出された前記輪郭を含む平面の法線ベクトルおよび求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出手段で検出された前記第２の回転対象図形の位置に基づき前記立体の３次元姿勢を算出する姿勢算出手段と
を有する３次元位置・姿勢検出装置。
【請求項８】
前記図形検出手段は、
前記撮像画像と回転対称図形のテンプレート画像とを比較することにより回転対称図形の撮像画像上での位置を検出する第１の手段と、
前記第１の段階で検出された位置の各々と前記輪郭との位置関係から各位置が前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形のいずれに対応しているかを判別する第２の手段と
を有する、請求項７に記載の３次元位置・姿勢検出装置。
【請求項９】
前記３次元位置・姿勢検出用立体の前記第１および第２の回転対称図形は互いに異なる色であり、
前記図形検出手段は、
前記撮像画像と回転対称図形のテンプレート画像とを比較することにより回転対称図形の撮像画像上での位置を検出する第１の手段と、
前記第１の段階で検出された位置の各々における撮像画像の色情報から各位置が前記第１の回転対称図形および前記第２の回転対称図形のいずれに対応しているかを判別する第２の手段と
を有する、請求項７に記載の３次元位置・姿勢検出装置。
【請求項１０】
請求項４から６のいずれかに１項に記載の３次元位置・姿勢検出方法をコンピュータに実行させるための３次元位置・姿勢検出プログラム。
【請求項１１】
請求項４から６のいずれかに１項に記載の３次元位置・姿勢検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラで撮像した画像から対象物の３次元位置・姿勢を特定するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デザインが既知である立体をカメラで撮像し、その画像において、立体の「辺」や「頂点」といった特徴点の位置を基にするか、立体全体の画像のテンプレート（３次元モデル）を用いるなどして、該立体の姿勢を算出していた（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７９１２７５号公報
【特許文献２】
特開平５−１４９７４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１については、ドットを自動的に識別するための仕組みが備わっておらず、また、数個の特徴位置を用いているだけなので、位置検出において画素の量子化誤差等の影響を受け易いという欠点がある。
【０００５】
特許文献２については、マーク自体に識別の仕組みを設けている。色により識別する方式では、画像上で色を識別するためにマークはある程度の大きさが必要となる。大きさの違いにより識別する方式でも、マークはある程度の大きさが必要となる。何れの方式でも、マークはある程度の大きさが必要となるが、透視投影した画像上でこのようなマークの位置を高精度で検出するためには計算コストがかかることになり、一方、計算コストを抑えるためにマークの位置として画像上でのマークの重心位置を用いると精度が悪くなる、という欠点がある。
【０００６】
本発明の目的は、計算コストを抑えつつ、高精度に立体の位置と姿勢を検出することができる３次元位置・姿勢検出用立体、３次元位置・姿勢検出方法、装置、プログラム、および該プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の３次元位置・姿勢検出用立体は、円板状もしくはリング状の主要部と、中心が主要部の回転対称軸上にあり、かつ主要部を含まない主要部と平行な平面上に配置された第１の回転対称図形と、主要部を含む平面上で、かつ主要部の縁に囲まれた領域の外に配置された第２の回転対称図形とを有する。
【０００８】
また、本発明の３次元位置・姿勢検出方法は、上記３次元位置・姿勢検出用立体の撮像画像から、該立体の３次元位置および姿勢を検出する方法であって、
撮像画像において主要部の輪郭を検出し、輪郭から立体の３次元位置を求める位置算出段階と、
撮像画像において第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置を検出および判別する図形検出段階と、
位置算出段階で求められた立体の３次元位置と図形検出段階で検出された第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置、もしくは前記位置算出段階で検出された前記輪郭を含む平面の法線ベクトルおよび求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出段階で検出された前記第２の回転対象図形の位置に基づき立体の３次元姿勢を算出する姿勢算出段階とを有する。
【０００９】
また、本発明の３次元位置・姿勢検出装置は、上記３次元位置・姿勢検出用立体の撮像画像を入力することによって、該立体の３次元位置および姿勢を検出する装置であって、
撮像画像において主要部の輪郭を検出し、輪郭から立体の３次元位置を求める位置算出手段と、
撮像画像において第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置を検出および判別する図形検出手段と、
位置算出手段で求められた立体の３次元位置と図形検出手段で検出された第１の回転対称図形および第２の回転対称図形の位置、もしくは前記位置算出手段で検出された前記輪郭を含む平面の法線ベクトルおよび求められた前記立体の３次元位置と前記図形検出手段で検出された前記第２の回転対象図形の位置に基づき立体の３次元姿勢を算出する姿勢算出手段とを有する。
【００１０】
表面に図形が配置された既知の立体をカメラで撮影し、該立体の撮像画像上での形から、同立体の空間上での位置および姿勢を検出する方法・装置において、立体の主要部を円板もしくはリングにすることにより、立体の主要部の輪郭から該立体の位置が算出でき、別に設けられた回転対称図形から該立体の姿勢が算出できる。
【００１１】
また、図形の位置を検出するマッチング処理において、立体の一部に描かれた比較的小さなサイズの図形を用いることにより、立体全体ではなくその図形の領域にのみ対応したテンプレート画像を用いることができ、テンプレート画像の記憶容量およびマッチング処理の計算コストを小さく抑えることができる。
【００１２】
このように、位置の算出と姿勢の算出とを分離でき、かつ、マッチング処理におけるテンプレート画像の記憶容量および計算コストを小さく抑えることができるため、高精度を確保しつつ、全体の計算コストを大幅に抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態の３次元位置・姿勢検出用立体と３次元位置・姿勢検出装置を示した図である。
【００１５】
３次元位置・姿勢検出装置３は位置算出部３１と図形検出部３２と姿勢算出部３３から構成され、３次元位置・姿勢検出用立体（以下、立体と称す）１をカメラ２で撮像して得られた撮像画像から、立体１の３次元位置および姿勢を検出する。
【００１６】
図２は立体１の一例を示す図、図３はその各部の位置関係を示す図である。
【００１７】
立体１は、縁１１１を有する薄い円板（半径ｒ）からなる主要部１０１と、これに細い構造体を介して支持されている同一サイズで、同一色の２個のドット状の第１、第２の回転対称図形１２１、１３１が描かれた円板とからなっている。第１の回転対称図形１２１は中心が主要部１０１の回転対称軸上にあり、かつ主要部１０１の表面を含む平面と平行な、該表面から距離ｈ離れた平面上にある。
第２の回転対称図形１３１は主要部１０１を含む平面上で、主要部の縁１１１に囲まれた領域の外で、主要部１０１の回転対称軸から距離ｇ離れた位置にある。
回転対称図形１２１および１３１は、サイズを小さくするほど、高精度にその位置検出ができ、また、立体１全体とのサイズ差が大きくなるため、高精度に立体１の３次元姿勢を算出できる。したがって、撮像画像上での位置が識別可能な最小のサイズとすることが望ましい。以下では、回転対象図形１２１および１３１がドット状の図形であるとして説明を行う。
【００１８】
本実施形態では、立体１の位置は、撮像画像上において、主要部１０１の縁１１１が楕円に近似できる程度にカメラ２から離れているとする。また、本実施形態では、立体１の傾きは、撮像画像上において、回転対称図形１２１が主要部１０１の縁１１１の外部に出ない範囲内であるとする。
【００１９】
３次元位置・姿勢検出装置３は、まず、位置算出部３１によって、撮像画像上における立体１の主要部１０１の輪郭から、立体１の位置を算出し、次に、図形検出部３２によって、撮像画像上における回転対称図形１２１、１３１の位置を検出し、さらに、姿勢算出部３３によって、立体１の主要部１０１の回転対称軸の向きおよび該回転対称軸周りの回転角度、すなわち立体１の姿勢を算出する。
【００２０】
以下、本実施形態で、この立体１を用い、その撮像画像から立体１の３次元位置および姿勢を求める方法を説明する。
【００２１】
図４はカメラ２のレンズの光学中心Ｃを原点とし、レンズの光軸をＺ軸とする、カメラ２を基準とした実空間での座標系において、位置（ｘ，ｙ，ｚ）に立体１が置かれている様子を示した図である。Ｘは実空間での水平方向の軸、Ｙは実空間での垂直方向の軸である。立体１は図２に示したものと同一のデザインである。カメラ２については、撮像画像の光学的歪みを補正することにより、レンズ歪等のない理想的なカメラとして扱うことができる。
【００２２】
図５はドット状の図形１２１、１３１を検出するためのテンプレート画像であり、実際にはガウシアンフィルタ等によるぼかし処理を施して作成されている。
【００２３】
図６（ａ）は立体１の撮像画像、図６（ｂ）は前記撮像画像における立体１の主要部１０１の輪郭１１１およびドット状の各回転対称図形１２１、１３１の検出結果を示す図である。ｕは画像の水平方向の軸、ｖは画像の垂直方向の軸である。図６（ｂ）において、１１１ｓは検出した立体１の主要部１０１の縁１１１にフィットさせて得られた輪郭を表わす楕円、１２１ｓは検出されたドット状の図形１２１の位置、１３１ｓは検出されたドット状の図形１３１の位置である。
ここで、撮像画像上の点を座標（ｕ，ｖ）で表すと、楕円１１１ｓは次式によって表すことができる。
【００２４】
【数１】
2004144660.tif 000003
【００２５】
図７は撮像画像上でのドット状の図形の位置１２１ｓ、１３１ｓと実空間での座標系ＸＹＺにおけるドット状の回転対称図形の位置との幾何的関係を示す図である。４は式（１）によって表される楕円１１１ｓに対応する円の中心、すなわち立体１の主要部１０１の中心の実空間における位置である。５は前記円を含む平面、すなわち立体１の主要部１０１およびその縁１１１を含む平面である。６は４を中心とする半径ｈの球である。７は１２１ｓに対応する点、すなわち回転対称図形１２１の実空間における位置、８は１３１ｓに対応する点、すなわち回転対称図形１３１の実空間における位置である。Ｃはカメラ２のレンズの光学中心である。位置７は、位置１２１ｓとレンズ中心Ｃとを結ぶ直線と球６との交点である。また、位置８は、位置１３１ｓとレンズ中心Ｃとを結ぶ直線と平面５との交点である。
【００２６】
図７で示した立体１の主要部１０１の中心の実空間における位置４および主要部１０１およびその縁１１１を含む平面５は、式（１）の各係数α、β、γ、δ、ε、およびζを用いて、以下の方法によって求めることができる（例えば、文献　Ｋｅｎｉｃｈｉ　Ｋａｎａｔａｎｉ，　敵　ｅｏｍｅｔｒｉｃ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｖｉｓｉｏｎ　　　Ｐ．２２８　を参照）。
【００２７】
まず、次式で表されるマトリックスＱを作り、Ｑの固有値λ１、λ２、λ３、および、これら固有値に対応する単位固有ベクトルｎ１、ｎ２、ｎ３を計算する。ここで、固有値はλ３＜０＜λ１≦λ２となるように選ぶ。
【００２８】
【数２】
2004144660.tif 000004
【００２９】
ただし、ｆは図７におけるｕｖ平面とレンズの光学中心Ｃとの距離であり、また、κはｄｅｔＱ＝−１となるように選ぶ。
【００３０】
次に、上記で得られたＱの固有値λ１、λ２、λ３、および単位固有ベクトルｎ１、ｎ２、ｎ３を用いて、次式によって、平面５の法線ベクトルｎ、および平面５とレンズの光学中心Ｃとの距離ｄを計算する。
【００３１】
【数３】
2004144660.tif 000005
【００３２】
ただし、ｒは主要部の縁１１１の半径である。平面５は、この法線ベクトルｎおよび距離ｄにより求められる。
【００３３】
さらに、上記で得られたＱの逆行列Ｑ−１、および法線ベクトルｎを用いて、次式によって、レンズの光学中心Ｃを始点とする位置ベクトルｍを計算する。
【００３４】
【数４】
2004144660.tif 000006
【００３５】
位置４は、この位置ベクトルｍと平面５との交点として求められる。
【００３６】
図８は立体１の３次元位置および姿勢を求める手順を示すフローチャートである。
１．撮像画像（図６（ａ））において、ハフ変換等を用いて、立体１の主要部１０１の輪郭１１１にフィットさせた楕円１１１ｓを検出し、式（１）における各係数α、β、γ、δ、ε、およびζを求める（ステップ２０１）。
２．１で求められたα、β、γ、δ、ε、およびζから、式（１）〜式（５）で示した方法により、立体１の主要部１０１およびその縁１１１を含む平面５の法線ベクトルおよび主要部１０１の中心の位置４を求め、さらに平面５を求める（ステップ２０２）。
３．ドット状の図形を検出するためのテンプレート画像（図５）と撮像画像（図６（ａ））との正規化相関手法等によるマッチング処理を行い、マッチングスコアが極大となる撮像画像上でのドット状の図形の位置を検出する（ステップ２０３）。
４．３で検出された位置の各々と楕円１１１ｓとの位置関係から各位置が回転対称図形１２１および回転対称図形１３１のいずれに対応しているかを判別する（ステップ２０４）。すなわち、検出された位置のうち楕円１１１ｓの内側のものを１２１ｓ、外側のものを１３１ｓとする。
５．図７に示した幾何的関係から、位置７および位置８を求める（ステップ２０５）。
６．位置４および位置７から、立体１の主要部１０１の回転対称軸の向きを求め、位置４および位置８から、立体１の該回転対称軸周りの回転角度を求める（ステップ２０６）。
７．２で求められた位置４を立体１の３次元位置とし、６で求められた立体１の主要部１０１の回転対称軸の向きおよび該回転対称軸周りの回転角度を立体１の３次元姿勢とする（ステップ２０７）。
【００３７】
なお、上記の手順において、式（３）で求めた法線ベクトルｎの傾きが、所定の値より小さい場合には、位置４および位置７から立体１の主要部１０１の回転対称軸の傾きを求め、所定の値より大きい場合には、式（３）で求めた法線ベクトルｎから立体１の主要部１０１の回転対称軸の傾きを求める等としてもよい。
このような工夫を行うことにより、より高精度に立体１の姿勢を求めることができる。
【００３８】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、立体１に設けた第１および第２の回転対象図形１２１、１３１が同一の色であり、立体１の傾きは、撮像画像上において、図形１２１が主要部１０１の縁１１１の外部に出ない範囲内であるとした。
【００３９】
これに対し、本実施形態では、立体１に設けた第１および第２の回転対象図形を互いに異なる色とし、立体１の傾きの制限をなくすものである。
【００４０】
図９は立体１の一例である。この立体１は、縁１１２を有する薄いリングである主要部１０２と、これに細い構造体を介して支持されている同一サイズで互いに異なる色の２個のドット状の図形１２２および１３２が描かれた円板とから構成されている。ここでは、図形１２２が赤、図形１３２が青でそれぞれ描かれているとする。図形１２２および１３２のサイズについては、第１の実施形態と同様、撮像画像上で位置、色ともに識別可能な最小のサイズとすることが望ましい。
【００４１】
本実施形態における３次元位置および姿勢の検出方法は、検出されたドット状の図形の位置の各々が２個のドット状の図形１２２、１３２のいずれに対応しているかを判別する手順のみが、第１の実施形態と異なっている。そのため、本実施形態の方法も、第１の実施形態と同様、図４ないし図７を用いて説明する。ただし、本実施形態においては、図６に相当する撮像画像が色情報を有するカラー画像であるとし、各図において、１１１、１２１、１３１、１１１ｓ、１２１ｓ、１３１ｓ、を夫々、１１２、１２２、１３２、１１２ｓ、１２２ｓ、１３２ｓと置き換えて説明する。
【００４２】
図１０は立体１の３次元位置および姿勢を求める手順を示すフローチャートである。
１．撮像画像（図６（ａ））において、ハフ変換等を用いて、立体１の主要部１０２の輪郭にフィットさせた楕円１１２ｓを検出し、式（１）における各係数α、β、γ、δ、ε、およびζを求める（ステップ３０１）。ただし、ここでは撮像画像の濃淡情報のみ使用する。
２．１で求められたα、β、γ、δ、ε、およびζから、式（１）〜式（５）で示した方法により、立体１の主要部１０２およびその縁１１２を含む平面５の法線ベクトルおよび主要部１０２の表面の中心の位置４を求め、さらに平面５を求める（ステップ３０２）。
３．ドット状の図形を検出するためのテンプレート画像（図５）と撮像画像（図６（ａ））との正規化相関手法等によるマッチング処理を行い、マッチングスコアが極大となる撮像画像上でのドット状の図形の位置を検出する（ステップ３０３）。ただし、ここでは撮像画像の濃淡情報のみ使用する。
４．３で検出された位置の各々における撮像画像（図６（ａ））の色情報から各位置が図形１２２および図形１３２のいずれに対応しているかを判別する（ステップ３０４）。すなわち、検出された位置の画素が赤の色情報を有していればその位置を１２２ｓ、青の色情報を有していればその位置を１３２ｓとする。
５．図７に示した幾何的関係から位置７と位置８を求める（ステップ３０５）。
６．位置４および位置７から立体１の主要部１０２の回転対称軸の向きを求め、位置４および位置８から、立体１の該回転対称軸周りの回転角度を求める（ステップ３０６）。
７．３で求められた位置４を立体１の３次元位置とし、５で求められた立体１の主要部１０２の回転対称軸の向き、および該回転対称軸周りの回転角度を立体１の３次元姿勢とする（ステップ３０７）。
【００４３】
図１１ないし図１３は第１または第２の実施形態で示した手順で３次元位置および姿勢を検出することができる立体１のその他の例を示している。ただし、立体１に設けた第１および第２の回転対象図形が同一の色の場合には、第１の実施形態で示した手順が適用でき、立体１に設けた第１および第２の回転対象図形が互いに異なる色の場合には、第１および第２の実施形態で示した手順が適用できる。
【００４４】
図１１に示す立体は、リングである主要部１０３と、これに細い構造体を介して支持されている同一サイズの２個の小球１２３、１３３とから構成されている。
【００４５】
図１２に示す立体は、縁１１４を有する円板である主要部１０４と、これに支持されており、かつ表面の一部にそれぞれ同一サイズのドット状の図形１２４、１３４が描かれた棒状および板状の構造体とから構成されている。
【００４６】
図１３に示す立体は、リング状の主要部１０５と、これに支持されており、かつ表面の一部にそれぞれ同一サイズのドット状の図形１２５、１３５が描かれた筒状および板状の構造体とから構成されている。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の立体の３次元位置および姿勢を求める方法では、立体の主要部を円板もしくはリングにしたので、位置の算出と姿勢の算出とを分離でき、高精度を確保しつつ、計算コストを抑えることができる。また、立体の一部に描かれた比較的小さなサイズの図形を用いるので、立体全体ではなくその図形の領域にのみ対応したテンプレート画像を用いればよく、マッチング処理におけるテンプレート画像の記憶容量および計算コストを小さく抑えることができる。その結果、高精度を確保しつつ、全体の計算コストを大幅に抑えることができる。
【００４８】
なお、以上の実施形態では、立体１の２個の回転対称図形として、同一サイズ、同一形状の図形である例を示した。しかし、これらの図形を検出する際に必要となるテンプレート画像を変えることにより、２個の回転対称図形は、互いに異なるサイズ、異なる形状（例えば、ドット状の図形と円状の図形など）であっても、本発明は同様の効果を奏することができる。
【００４９】
なお、本発明の３次元位置・姿勢検出方法は専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は下記の効果がある。
１）立体の主要部を円板もしくはリングにすることにより、位置の算出と姿勢の算出とを分離でき、高精度を確保しつつ、計算コストを抑えることができる。
２）立体の一部に描かれた比較的小さなサイズの図形を用いることにより、立体全体ではなくその図形の領域にのみ対応したテンプレート画像を用いることができ、マッチング処理におけるテンプレート画像の記憶容量および計算コストを小さく抑えることができる。
３）位置検出を輪郭をもとに行い、その輪郭は多くのエッジ点を基にしているため、位置検出において画素の量子化誤差等の影響を受けずにすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の３次元位置・姿勢検出装置の構成を示す図である。
【図２】３次元位置・姿勢検出用立体１の第１の例を示す図である。
【図３】図２に示す立体１における主要部１０１と回転対称図形１２１、１３１との位置関係を示す図である。
【図４】カメラ２のレンズの光学中心Ｃを原点とし、レンズの光軸をＺ軸とする、カメラ２を基準とした実空間での座標系において、立体１が置かれている様子を示す図である。
【図５】ドット状の図形を検出するためのテンプレート画像を示す図である。
【図６】立体１の撮像画像（同図（ａ））と、撮像画像における立体１の主要部１０１の輪郭および各ドット状の図形の検出結果を示す図である。
【図７】撮像画像上でのドット上の図形の位置と実空間での座標系におけるドット状の図形１２１、１３１との幾何的関係を示す図である。
【図８】立体１の３次元位置および姿勢を求める手順を示すフローチャートである。
【図９】立体１の第２の例を示す図である。
【図１０】図９に示す立体１の３次元位置および姿勢を求める手順を示すフローチャートである。
【図１１】立体１の第３の例を示す図である。
【図１２】立体１の第４の例を示す図である。
【図１３】立体１の第５の例を示す図である。
【符号の説明】
１　　３次元位置・姿勢検出用立体
２　　カメラ
３　　３次元位置・姿勢検出装置
４　　楕円１１１ｓに対応する円の中心
５　　円を含む平面
６　　４を中心とする球
７　　図形１２１の実空間の位置
８　　位置１３１ｓとレンズ中心Ｃとを結ぶ直線と平面５の交点
３１　　位置算出部
３２　　図形検出部
３３　　姿勢算出部
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５　　主要部
１１１，１１４　　縁
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５　　第１の回転対称図形
１３１，１３２，１３３，１３４，１３５　　第２の回転対称図形
１１１ｓ　　縁１１１にフィットさせて得られた輪郭を表わす楕円
１２１ｓ　　検出されたドット状の図形１２１の位置
１３１ｓ　　検出されたドット状の図形１３１の位置
２０１〜２０７，３０１〜３０７　　ステップ
【図１】
2004144660.tif 000007
【図２】
2004144660.tif 000008
【図３】
2004144660.tif 000009
【図４】
2004144660.tif 000010
【図５】
2004144660.tif 000011
【図６】
2004144660.tif 000012
【図７】
2004144660.tif 000013
【図８】
2004144660.tif 000014
【図９】
2004144660.tif 000015
【図１０】
2004144660.tif 000016
【図１１】
2004144660.tif 000017
【図１２】
2004144660.tif 000018
【図１３】
2004144660.tif 000019