(57)【要約】【課題】３次元センサによって得られたデータ中から高速、高精度、かつロバストな物体位置姿勢推定を行う。誤認識や精度劣化を抑える。【解決手段】粗い位置姿勢推定を行う第１のステップと、その結果を受けて詳細な位置姿勢を行う第２のステップによる２段階の位置姿勢推定を行うことにより、ロバストかつ高精度な位置姿勢推定を実現した。計測データの照合不適領域削除による照合の高速・安定性向上、モデルデータに照合に有効な領域を事前教示することで高い位置姿勢推定精度を維持した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の３次元データを取得する３次元データ取得手段と、
前記３次元データを蓄積する３次元データ蓄積手段と、
前記３次元データから所定の照合に不適切な領域を除く照合不適領域削除手段と、
前記不適な領域を除いた前記３次元データに基づき粗い位置姿勢を推定する粗位置姿勢推定手段と、
前記粗位置姿勢推定手段の推定結果に基づき照合データ領域を選定する照合データ領域選定手段と、
選定された前記照合データ領域に基づき詳細な位置姿勢を推定する詳細位置姿勢推定手段とを備えたことを特徴とする３次元物体照合装置。
【請求項２】
照合不適領域削除手段は、物体と３次元データ取得手段との距離情報を既知として用いる処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元物体照合装置。
【請求項３】
照合不適領域削除手段は、３次元データ取得手段の有効測定範囲を用いて照合に不適切な領域を求める処理を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元物体照合装置。
【請求項４】
照合不適領域削除手段は、物体の周囲の既知である３次元データを除く処理を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の３次元物体照合装置。
【請求項５】
照合データ領域選定手段は、３次元データ取得手段の計測方向ベクトルとモデルデータのポリゴンの法線ベクトルとの内積を用いて照合データ領域を選定する処理を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の３次元物体照合装置。
【請求項６】
照合データ領域選定手段は、３次元データとモデルデータとをボクセル分割し、分割された各ボクセル毎の点数情報と、モデルデータの事前に抽出した有効な点群情報とを用いて照合データ領域を選定する処理を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の３次元物体照合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対象物体の３次元データを用いた３次元物体の３次元物体照合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物体の３次元上での位置姿勢推定を行う手法として、第１のステップとして粗い位置姿勢推定を行い、その結果を受けて第２のステップである詳細な位置姿勢推定を行う手法がいくつか提案されている。例として、非特許文献１について述べる。
【０００３】
最初にカメラを対象物体の上方に移動させ、広域の状況を撮像し、事前に作成してある対象物体の見え方に応じたサンプル画像のデータベースを参照し、２次元画像での広域探索を行い１つの対象物体を検出する。その結果を用いてカメラを２箇所に位置決めしステレオ計測を実行し対象物体の位置姿勢を絞り込んでいく。最後に対象物体にカメラを最接近させ、近計測と呼ぶ検出処理を実行し、検出された位置姿勢推定結果を出力する。
【０００４】
一方、３次元データを用いた位置姿勢推定手法としてＤＡＩ(Depth Aspect Image)照合と呼ばれる、距離アスペクト画像を用いた物体位置姿勢推定法（非特許文献２）とHierarchical M-ICP（非特許文献３）がある。ＤＡＩ照合は対象物体の形状特徴の制限が少なく、遮蔽や物体自身の見え隠れにもロバストな位置姿勢推定法である。HM-ICPは膨大な３次元データを高速・高精度に照合を行い位置姿勢推定結果を得る。
【０００５】
【非特許文献１】伴一訓、組谷英俊、：全方位認識ビジョンセンサFANUC  Tech, Rev., 18, 1, pp.15-20,(March2005)
【非特許文献２】Tomoyuki Takeguchi and Shun'ichi Kaneko: Robust and Efficient Search of Multiple Objects in Cluttered Scene by Depth Aspect Image, IEEE-Trans. on Industry Electronics, vol.52, no.4, pp.1041-1049, August 2005.
【非特許文献３】奥田晴久，橋本学，北明靖雄，金子俊一：階層化M-ICPによる高速・高精度な3次元位置照合手法：CVIM-2004-145, vol.2004, No91, p1-8,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１では実際に撮像した対象物体のサンプル画像のデータベースを作成する必要があり、新規対象物体を導入時には対象物体のＣＡＤデータなどの電子データではなく、実サンプルが事前に必要である。また位置姿勢推定を行う際に、粗い検出処理、詳細な位置姿勢推定のために複数回データ計測が必要であるために高速性が損なわれる課題を残している。また、非特許文献２では対象物体の遮蔽が５０％以下であれば認識可能というロバスト性を有しているが、照合精度は簡単な微調整を行うのみで低いという課題があった。さらに、非特許文献３では距離比０.２％以下の高精度な照合法だが良好な初期位置を前提としている。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、計測された３次元データを用い、粗い位置姿勢推定を行う第１のステップと、その結果を受けて詳細な位置姿勢を行う第２のステップとで２段階のステップを設けることで、３次元物体の位置姿勢推定手法の高精度とロバスト性とを損ねることなく、扱うデータの整合をとりつつ、位置姿勢推定の高速化を行う３次元物体照合装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る３次元物体照合装置は、物体の３次元データを取得する３次元データ取得手段と、３次元データを蓄積する３次元データ蓄積手段と、３次元データから所定の照合に不適切な領域を除く照合不適領域削除手段と、不適な領域を除いた３次元データに基づき粗い位置姿勢を推定する粗位置姿勢推定手段と、粗位置姿勢推定手段の推定結果に基づき照合データ領域を選定する照合データ領域選定手段と、選定された照合データ領域に基づき詳細な位置姿勢を推定する詳細位置姿勢推定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る３次元物体照合装置は、物体の３次元データを取得する３次元データ取得手段と、３次元データを蓄積する３次元データ蓄積手段と、３次元データから所定の照合に不適切な領域を除く照合不適領域削除手段と、不適な領域を除いた３次元データに基づき粗い位置姿勢を推定する粗位置姿勢推定手段と、粗位置姿勢推定手段の推定結果に基づき照合データ領域を選定する照合データ領域選定手段と、選定された照合データ領域に基づき詳細な位置姿勢を推定する詳細位置姿勢推定手段とを備えたので、ロバスト性、精度を劣化させることなく高速で位置姿勢推定を可能とする３次元物体照合装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による３次元物体照合装置の概略構成図である。３次元データ取得手段１では計測対象物体１０の３次元立体形状データが取得される。３次元データ取得手段１で取得された３次元データは３次元データ蓄積手段２に蓄積され、以後の処理で用いられる。また、３次元データ蓄積手段２には今回測定された計測データと照合すべき対象物体のモデルデータが蓄積されている。これは過去に蓄積された計測データや、単一視点に限らず、複数視点から複数回計測し統合したデータ、ＣＡＤ設計情報などから生成されたデータであっても良い。
【００１１】
次に、照合不適領域削除手段３では、３次元データ取得手段１によって取得され３次元データ蓄積手段２に蓄積された計測データの照合に適さない領域を削除する。これは照合に適した有効な領域を抽出すると言い換えることもできる。具体的には後述する。
【００１２】
次に、粗位置姿勢推定手段４では、３次元データ取得手段１で測定され３次元データ蓄積手段２に蓄積された計測データ中の照合に不適な領域を照合不適領域削除手段３によって削除したデータと、あらかじめ３次元データ蓄積手段２に蓄積されているモデルデータとの照合を行う。ここでの照合とはモデルデータが計測データ中のどの位置にどのような姿勢にあるかを大まかに推定することである。
【００１３】
次に、粗位置姿勢推定手段４によってモデルデータの大まかな位置姿勢が得られた後に詳細位置姿勢推定手段６で用いる照合有効領域を照合データ領域選定手段５によって選定する。具体的な処理は後述する。
【００１４】
次に、詳細位置姿勢推定手段６では、照合データ領域選定手段５によって選定された領域を用いて粗位置姿勢推定手段４によってモデルデータの大まかな位置姿勢が推定され、計測データと計測データ中に投影されたモデルデータとの詳細な位置決めを行い、最終的な位置姿勢推定結果を照合結果として出力する。
【００１５】
図２は実施の形態１における３次元物体照合装置の処理構成図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１６】
３次元データ取得手段１で測定された計測データを３次元データ蓄積手段２に蓄積し、照合に不適な領域を照合不適領域削除手段３で削除したデータとあらかじめ３次元データ蓄積手段２に蓄積されているモデルデータとで粗位置姿勢推定手段４によって照合を行い、計測データ中のモデルデータの大まかな位置姿勢を得る。次に、詳細位置姿勢推定手段６で詳細な位置決めを行う前に、計測データ中に投影されたモデルデータと計測データの照合に有効な領域を照合データ領域選定手段５によって選定する。
【００１７】
具体的には照合データ領域選定手段５の下位動作モジュールであるモデルデータ不可視領域削除手段７とモデルデータ照合領域事前抽出手段８とによって構成される。照合データ領域選定手段５によって選定された照合領域を用いて詳細位置姿勢推定手段６によって計測データと計測データ中に投影されたモデルデータの詳細な位置決めを行う。
【００１８】
図３は実施の形態１における処理流れを示すフローチャートである。ＳＴ１１１にて３次元データを測定し計測データを得て、ＳＴ１１２で得られたデータを蓄積する。ＳＴ１１３では蓄積された計測データ中の照合不適と判定された領域を削除する。ＳＴ１１４では計測データ中のモデルデータの大まかな位置姿勢推定を行う。ＳＴ１１５では大まかな位置姿勢推定後、計測データ中に投影されたモデルデータと計測データの照合に有効な領域を指定する。
【００１９】
その際、照合データ領域が適正に選定されているかを判定しＳＴ１１７、もし不適に選定されている場合は粗位置姿勢推定結果が適正ではないと考えられる。そこで粗位置姿勢推定の閾値を変更ＳＴ１１６し、再度粗位置姿勢推定を行う。ＳＴ１１８では計測データと計測データ中に投影されたモデルデータの詳細な位置決めをＳＴ１１５によって得られた照合領域を用いて行う。ＳＴ１１９で得られた位置姿勢推定結果を出力する。
【００２０】
ＳＴ１１１について述べる。３次元データ取得手段１では対象物体の３次元立体形状データが取得される。この手段としては、２つ以上のカメラを用いて三角測量原理により距離分布計測を行うステレオ方式、パターン投光を行い１つ以上のカメラで観測して三角測量原理に基づいて計測を行う構造化光方式、レーダー光の発射から反射光の受光までの時間を計測する時間飛行法をはじめてとして各種３次元距離測定手段を用いることができる。
【００２１】
ＳＴ１１２について述べる。３次元データ取得手段１で取得された３次元データは３次元データ蓄積手段２に蓄積され、以後の処理で用いられる。また３次元データ蓄積手段２には今回測定された計測データと照合すべき対象物体のモデルデータが蓄積されている。これは過去に蓄積された計測データや、単一視点からではなく複数視点から複数回計測し統合したデータ、またはＣＡＤ設計情報などから生成されたデータであっても良い。
【００２２】
次にＳＴ１１３について述べる。照合不適領域削除手段３では３次元データ取得手段１によって取得され３次元データ蓄積手段２に蓄積された計測データの照合に適さない領域を後述の処理によって削除する。これは照合に適した、有効な領域を抽出すると言い換えることもできる。
【００２３】
具体的には２つの処理によって実装されている。１つは計測対象物体１０と３次元データ取得手段１の位置関係、３次元データ取得手段１の特性、計測環境などの情報を用いた照合に不適な領域削除する処理、もう１つは３次元データ取得手段１により取得された３次元データのポリゴンと呼ばれる３点以上の点で構成される面情報を用いた照合に不適な領域を削除する処理である。この処理はどちらの処理を先に行ってもよい。
【００２４】
前者の処理である計測対象物体１０と３次元データ取得手段１の位置関係、３次元データ取得手段１の特性、計測環境などの情報を用いた照合に不適な領域削除する処理について説明する。あらかじめ既知の情報、例えば計測対象との大まかな距離、３次元データ取得手段１の有効測定範囲、計測対象の置かれている台など背景データの距離などの情報に基づいて計測データ中の計測に不適なデータを削除していく。
【００２５】
例えば、計測対象との大まかな距離が分かっている場合には、測定されたデータから既知情報である計測対象との大まかな距離をＬとしたとき、計測対象の大きさを考慮した幅δを設定する。３次元データ取得手段１で得られる測定データの各点の測定方向を軸とした奥行き値Ｚが|Ｚ−Ｌ|＞δの場合には、照合に適さないと判定しその点は照合に用いない。言い換えれば|Ｚ−Ｌ|≦δを満たす点群を抽出し照合に用いるということである。
【００２６】
また、例えば、３次元データ取得手段１の有効測定範囲が分かっている場合には、有効測定範囲をＸmin〜Ｘmax、Ｙmin〜Ｙmax、Ｚmin〜Ｚmaxとした時、各点の値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）がＸmin＜Ｘ＜Ｘmax、Ｙmin＜Ｙ＜Ｙmax、Ｚmin＜Ｚ＜Ｚmaxを満たさない点を照合不適と判定し削除した、言い換えるとＸmin＜Ｘ＜Ｘmax、Ｙmin＜Ｙ＜Ｙmax、Ｚmin＜Ｚ＜Ｚmaxを満たす点群を照合有効領域として抽出し用いると設定することで、測定エラーの影響を少なくすることができる。
【００２７】
また、３次元データ取得手段１の一定以上の計測精度が得られる高信頼な計測範囲が理論的、或いは経験的に既知であれば、その範囲を“有効測定範囲”として指定することでさらに照合不適領域削除効果が向上することが考えられる。
【００２８】
他の例として、計測対象の置かれている台や机、床のような背景データの３次元データ取得手段１からの距離が既知であれば、その情報を用いて背景データ部分を削除する。例えば、机に計測対象が配置されている場合には、３次元データ取得手段１で測定された計測データには計測対象の３次元データの他に背景である机の３次元データが多く含まれることになる。机と３次元データ取得手段１の大まかな位置関係が既知であれば、測定された計測データから机に相当する計測データ中の領域を削除することができる。これは机に限られるものではなく、何らかのステージ、ケースなどでもよい。
【００２９】
次に、後者の処理である、３次元データ取得手段１により取得された３次元データのポリゴンと呼ばれる３点以上の点で構成される面情報を用いた照合に不適な領域を削除する処理について説明する。３次元データがポリゴン情報を持たない、点群情報だけの場合は何らかの方法、例えば、ＭＣ法（Computer Graphics(ACM SIGGRAPH 87 conference proceedings)，vol.21,no.4,pp.163-169,1987.）によってポリゴン情報を付加してやればよい。３次元データ取得手段１で測定された計測データには計測エラー、計測対象と背景の境界、反射特性によって適正な値が得られない、例外値を含む場合がある。この例外値は高速、高精度な照合を阻害する要因となる。これを削除するためにポリゴンの面積を用いる。
【００３０】
計測エラーや計測対象と背景の境界、反射特性によって例外値を含む場合には、例外値を含むポリゴンは作成されない、あるいは作成されても面積が例外値を含まない場合に比較し大きくする。通常、３次元データ取得手段１で、ポリゴンの面積に閾値Ｔsを設定し、ポリゴンの面積ＳがＳ＞Ｔs（Ｓ≧Ｔｓでも可能）となる場合には、そのポリゴンを構成している点群を照合に用いないことになる。
【００３１】
次に、ＳＴ１１４について述べる。粗位置姿勢推定手段４では、３次元データ取得手段１で測定され３次元データ蓄積手段２に蓄積された計測データ中の照合に不適な領域を照合不適領域削除手段３によって削除したデータとあらかじめ３次元データ蓄積手段２に蓄積されているモデルデータの照合を行う。ここでの照合とはモデルデータが計測データ中のどの位置にどのような姿勢にあるかを大まかに推定することである。
【００３２】
具体的には距離アスペクト画像、Depth Aspect Image（以下「ＤＡＩ」と略す。）に基づく計測データ中のモデルデータの位置姿勢推定手法を用いる。３次元データで記述された全周囲モデルデータ（必ずしも全周囲である必要は無く、照合に最低限必要なモデルの周囲を複数視点から計測し得られたデータを統合したものでよい）に、ボクセルによる規則的な空間分割を行い、制約条件を満たす３ボクセル抽出により定義されるローカル座標系を視点方向と考えることで生成される仮想的な３次元ビューから距離アスペクト画像（ＤＡＩ）と呼ばれる２次元濃淡距離画像を得る。
【００３３】
あらかじめ十分なＤＡＩのデータベースを作成しておき、３次元データ取得手段１で測定され３次元データ蓄積手段２に蓄積され照合不適領域削除手段３によって照合に不適な領域を削除された計測データ中でも同様にＤＡＩを作成し、モデルのＤＡＩデータベースと照合し、対応するモデルＤＡＩを得る。対応ＤＡＩ作成時のローカル座標系から計測データ中にモデルデータを投影する変換パラメータを推定する手法である。
【００３４】
次に、ＳＴ１１５について述べる。粗位置姿勢推定手段４によって大まかな位置姿勢が得られた後に詳細位置姿勢推定手段６で用いる照合有効領域を照合データ領域選定手段５によって選定する。具体的には下位動作モジュールであるモデルデータ不可視領域削除手段７とモデルデータ照合領域事前抽出手段８によって選定される。モデルデータ不可視領域削除手段７では、計測データ中に投影されたモデルデータの３次元データ取得手段１の測定（視点）方向から不可視の領域を削除する。
【００３５】
これは可視領域を抽出すると言い換えることもできる。モデルデータは計測データを測定時には不可視な計測対象の３次元データを原則として含んでいる。ここで、原則としてとしたのは、含まなくても良いが、位置姿勢推定の良好な結果を得たい場合には、計測データ中の対象の３次元データよりも多くの視点からのデータを含む方が良いためである。
【００３６】
計測データ中に粗位置姿勢推定手段４によって投影された全周囲モデル（必ずしも全周囲をカバーしていなくてもよいため、厳密には周囲モデルでよい。）には、例えば、計測対象自身の見え隠れ、遮蔽などによる本来見えない、不可視部分が存在する。計測データの計測対象の３次元データに含まれない、不可視な３次元データを含んだモデルデータと計測データとの照合を行うと計測データ中には含まれない、投影されたモデルデータの不可視部分の３次元データが照合の高精度、高速性を阻害する要因となる。
【００３７】
言い換えれば、照合の高精度、高速性のために計測データ中に投影されたモデルデータの不可視領域をあるポリゴン面の法線ベクトルをＮとし、３次元データ取得手段１の測定（視点）方向ベクトルをＣとする。内積Ｎ・Ｃが負である時、つまりＮ・Ｃ＜０の時にそのポリゴンは３次元データ取得手段１から不可視の位置にあると判定する。
【００３８】
不可視と判定されたポリゴンに含まれる点群を照合に用いない、言い換えると可視領域を抽出する。粗位置姿勢推定手段４で用いる３次元モデルがもつ法線情報を用いるので不可視領域削除の計算コストが陰面処理など他の手法に比較し少ないため、高速な処理が可能となる。これは扱うモデルの３次元データが法線情報をもっていれば適用可能であるという利点がある。
【００３９】
次に、モデルデータ照合領域事前抽出手段８では計測データと計測データ中に投影されたモデルデータに同じ規則的なボクセルによる空間分割を行う。分割された各ボクセルから計測データ、モデルデータをそれぞれ一定点数以上含むボクセルのみを抽出する。計測データ、モデルデータの両データが無い、あるいはどちらかのデータが存在しないボクセルは照合領域としては不適切であるためである。
【００４０】
具体的には計測データ、モデルデータでボクセル内の最低含有点数を閾値としてそれぞれＰＮｃ、ＰＮｍと設定して、ボクセル内の計測データ、モデルデータの点数をＶＮｃ、ＶＮｍとする。ＶＮｃ＞ＰＮｃ、ＶＮｍ＞ＰＮｍを同時に満たすボクセルを照合に有効と判定する。また、あらかじめモデルデータにオフラインで照合に適した領域情報を付加しておく。３次元形状から判断し、手動にて照合に有効な点群を指定する。もちろん、これは自動で形状特徴を考慮し決定してもよい。
【００４１】
規則的な空間分割を行い、ＶＮｃ＞ＰＮｃ、ＶＮｍ＞ＰＮｍを満たすボクセルであり、かつオフラインで指定した有効点群を含むボクセルを有効な照合領域として抽出する。ボクセル内の計測データ、モデルデータそれぞれの含有点数に閾値をかけて行う照合領域選定において、閾値が高い場合だと、照合に有効として抽出されるボクセル（領域）数が少なくなり高速性が向上するが精度劣化しやすいという問題がある。一方、閾値が低い場合には、照合に有効として抽出されるボクセル（領域）数が多くなり、高精度な位置決めが可能となるが、高速性を損ねる問題がある。ここでの閾値が低いとはボクセルの最低含有点数ＰＮｃ、ＰＮｍが少ないということであり、閾値が高いとはボクセルの最低含有点数ＰＮｃ、ＰＮｍが多いということである。
【００４２】
詳細位置姿勢推定手段６では照合領域が１つ抽出されていれば照合は可能である。しかしながら、ボクセル内の含有点数のみでボクセル数を削減した場合には、照合に有効なボクセルが残るとは限らず、３次元データ取得手段１から密に計測された形状特徴のない領域、例えば、３次元データ取得手段１の測定方向に垂直な平面などが選択されることも少なくない。そこで、上述のオフラインでのモデルデータの照合に有効な点群を指定しておくことで照合に有効なボクセルのみを照合データ領域として抽出できる効果がある。
【００４３】
ＳＴ１１７について述べる。抽出された照合データ領域が適正かどうかを判断する。例えば、抽出される照合データ領域数に閾値Ａnを設定し抽出された照合データ領域数ＳnがＳn＞Ａnを満たす場合適正制定されていると判断する処理が考えられる。
【００４４】
ＳＴ１１６について述べる。照合データ領域抽出が適正ではない場合には、粗位置姿勢推定結果において誤照合を起こしている可能性がある。そこで、粗位置姿勢推定手段における位置姿勢推定の設定を変更し再び位置姿勢推定を行う。
【００４５】
ＳＴ１１８について述べる。詳細位置姿勢推定手段６では照合データ領域選定手段５によって選定された照合データ領域を用いてHM-ICP（非特許文献３）によって照合を行う。HM-ICPはICP（Iterative Closest Point）アルゴリズム（P.J.Besl, N.D.Mckay: A Method for Registration of 3-D Shapes, IEEE Tras. On PAMI,vol.14, no.2, pp.673-669, 1992.）をベースに開発された高速、高精度、かつロバストな照合法である。ＩＣＰアルゴリズムでは照合の際に最小二乗法を用いているため、少数の例外値の含有によって照合結果が大きく影響を受けてしまうという問題、照合するデータをＡ、Ｂとした時、Ａの各点からＢの全点に対して距離計算を行うため計算コストが膨大になるという問題、データ中の照合に不適な領域、例えばデータの非重複領域も用いるために照合精度がそれほど高くないという問題があった。
【００４６】
Ｍ推定法を導入することで大域的な収束を保証するわけではないが収束範囲を拡大し、階層化及び選択領域照合を導入することで照合精度、高速性を向上した手法である。ＨＭ−ＩＣＰの選択領域照合で用いる照合領域に照合データ領域選定手段５で選定された領域を適用する。詳細位置姿勢推定手段６によって詳細な位置姿勢推定を行う。
ＳＴ１１９ではＳＴ１１８で得られる位置姿勢推定結果を出力する。
【００４７】
以上のように、物体の３次元データを取得する３次元データ取得手段と、３次元データを蓄積する３次元データ蓄積手段と、３次元データから所定の照合に不適切な領域を除く照合不適領域削除手段と、不適な領域を除いた３次元データに基づき粗い位置姿勢を推定する粗位置姿勢推定手段と、粗位置姿勢推定手段の推定結果に基づき照合データ領域を選定する照合データ領域選定手段と、選定された照合データ領域に基づき詳細な位置姿勢を推定する詳細位置姿勢推定手段とを備えたので、粗い位置姿勢推定を行う第１のステップと、その結果を受けて詳細な位置姿勢を行う第２のステップとで、２段階の３次元物体の位置姿勢推定手法に照合不適領域削除手段、照合データ領域選定手段を備えたことにより、照合の高速性を損ねることなくロバストかつ高精度な位置姿勢推定が可能となる。
【００４８】
すなわち、計測した３次元データと参照すべき全周囲３次元モデルデータとの２ステップの照合を行う粗位置姿勢推定手段及び詳細位置姿勢推定手段とを備えた３次元物体位置姿勢推定装置において、照合の粗位置姿勢推定手段の必要な高速・安定性を維持するための照合に不適な領域を削減する照合不適領域削減手段と、粗位置姿勢推定後の詳細位置姿勢推定において必要な高速性、精度を維持するのに照合データ領域を特徴に依存しない空間分割によって選定する照合データ領域選定手段とを備えているからである。
【００４９】
また、照合不適領域削除手段は、物体と３次元データ取得手段との距離情報を既知として用いる処理を含むので、計測対象の大まかな位置付近以外のデータを効果的に削除することが可能となる。照合不適領域削除手段は、あらかじめ既知である計測対象と３次元データ取得手段の大まかな距離情報を用い、照合に不適な領域を削除するからである。
【００５０】
さらに、照合不適領域削除手段は、３次元データ取得手段の有効測定範囲を用いて照合に不適切な領域を求める処理を含むので、３次元データ取得手段において取得されたデータの計測エラー部分について効果的に削除することができる。照合不適領域削除手段は、あらかじめ既知である３次元データ取得手段の有効測定範囲を用いた、照合に不適な領域を削除するからである。
【００５１】
また、照合不適領域削除手段は、物体の周囲の既知である３次元データを除く処理を含むので、３次元取得手段において取得されたデータの計測対象の周囲の３次元データを効果的に削除することが可能となる。照合不適領域削除手段は、あらかじめ既知である計測対象が設置されている周囲の３次元データ部分を削除するからである。
【００５２】
さらに、照合データ領域選定手段は、３次元データ取得手段の計測方向ベクトルとモデルデータのポリゴンの法線ベクトルとの内積を用いて照合データ領域を選定する処理を含むので、詳細位置姿勢推定手段において、計測データには含まれない領域を効果的に削除することで高速・高精度な照合が可能となる。照合データ領域選定手段は、３次元データ取得手段の計測方向ベクトルと、粗位置姿勢推定手段後、計測データ中に投影されたモデルデータの各ポリゴンの法線ベクトルとの内積を用いることで不可視判定（言い換えると可視判定）を行い、不可視領域を削除、言い換えれば、可視領域を抽出するからである。
【００５３】
また、照合データ領域選定手段は、３次元データとモデルデータとをボクセル分割し、分割された各ボクセル毎の点数情報と、モデルデータの事前に抽出した有効な点群情報とを用いて照合データ領域を選定する処理を含むので、詳細位置姿勢推定手段において、計測データと照合するモデルデータの照合に有効点群が存在する空間を効果的に抽出することで高速・高精度な照合が可能となる。照合データ領域選定手段は、計測データと粗位置姿勢推定手段後に計測データ中に投影されたモデルデータとに規則的な空間（ボクセル）分割を行い、分割された各ボクセル両データそれぞれの含有点数情報とモデルデータの事前に抽出された照合に有効な点群情報とを用いて照合に有効な領域を選定するからである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元物体照合装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における３次元物体照合装置の処理構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における処理流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１  ３次元データ取得手段、２  ３次元データ蓄積手段、３  照合不適領域削除手段、４  粗位置姿勢推定手段、５  照合データ領域選定手段、６  詳細位置姿勢推定手段、７  モデルデータ不可視領域削除手段、８  モデルデータ照合領域事前抽出手段、１０  計測対象物体。
【図１】
2007322351.tif 000003
【図２】
2007322351.tif 000004
【図３】
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