JP5937977B2 - 変換行列推定装置、変換行列推定方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
カメラで撮影された動画像から各フレームにおいて特徴的な点(以下、特徴点という)を追跡することで、カメラの三次元空間中の位置及び姿勢と、特徴点の三次元座標とを同時に獲得するvSLAM(visual Simultaneous Localization and Mapping)という方法が提案されている(例えば、非特許文献1)。
また、本発明は、上記発明の変換行列推定装置において、前記変換行列更新部は、前記変換行列再推定部が再度推定した変換行列と、前記変換行列推定部が変換行列を推定した後に前記テンプレート三次元位置推定部が推定した前記テンプレート画像の三次元座標に基づいて前記変換行列推定部が新たに推定した新たな変換行列とを評価し、評価結果に基づいて、いずれかの変換行列を更新後の変換行列にする変換行列評価部を更に有することを特徴とする。
変換行列推定装置10において変換行列推定処理が開始されると、カメラにより撮影された画像データImを画像入力部11が入力する(ステップS101)。
m=A(R|T)X …(1)
式(1)において、行列Aはカメラの内部パラメータからなる3×3のカメラ内部行列である。行列(R|T)はカメラの位置及び姿勢で構成される3×4のカメラ外部行列である。行列Rはカメラポーズの回転行列であり、行列Tはカメラポーズの並進行列である。行列Xは特徴点の三次元座標(X,Y,Z)に成分「1」を追加して得られる4×1の行列(X,Y,Z,1)である。行列mは画像データIm上の投影点を示す3×1の行列m=(x,y,z)である。
変換行列OTAが存在しない場合(ステップS202:無)、変換行列評価部162は処理をステップS206に進める。
変換行列評価部162は、ステップS204において推定された変換行列OTAの推定精度を評価する(ステップS205)。変換行列OTAの推定誤差を評価する処理は、ステップS201における処理と同じであり、変換行列OTAの逆行列を用いて再投影誤差を算出することにより行われる。
入力された画像データからカメラポーズと特徴点の三次元座標を取得する(ステップS102)。図6は、図4のステップS102において取得された特徴点の一例を示す図である。図6(A)には、入力された画像データに検出した特徴点を示す点を重畳した画像が示されている。図6(B)には、取得した特徴点とカメラポーズとを三次元座標上に示した画像が示されている。
以上の処理を繰り返す変換行列推定装置10が出力する変換行列を用いて被写体座標系におけるカメラポーズを推定し、このカメラポーズを用いることにより、図9に示すように被写体に仮想情報をずれなく重畳させることが可能となる。図9は、被写体としての通信機器に作業位置を示す仮想情報を重畳して表示している画像例を示す図である。
11…画像入力部
12…三次元座標・カメラポーズ取得部
13…テンプレート検出部
14…テンプレート三次元位置推定部
15…変換行列推定部
16…変換行列更新部
21…特徴点三次元座標記憶部
22…テンプレート領域・カメラポーズ記憶部
161…変換行列再推定部
162…変換行列評価部
Claims (5)
- ワールド座標系から被写体を基準とした被写体座標系への変換行列を推定する変換行列推定装置において、
前記被写体が撮影された一連の画像データを入力する画像入力部と、
前記一連の画像データにおける特徴点を追跡し、前記ワールド座標系における特徴点の三次元座標と該画像データを撮影したカメラのカメラポーズとを取得する三次元座標・カメラポーズ取得部と、
予め用意された複数のテンプレート画像であって前記被写体の少なくとも一部分を含む複数のテンプレート画像と類似する領域を前記画像データにおいて検出するテンプレート検出部と、
前記テンプレート検出部が検出した領域と、前記三次元座標・カメラポーズ取得部が取得した特徴点の三次元座標とに基づいて、前記テンプレート画像の三次元座標を推定するテンプレート三次元位置推定部と、
前記テンプレート三次元位置推定部が推定した前記テンプレート画像の三次元座標に基づいて、前記ワールド座標系から前記被写体座標系に座標を変換する変換行列を推定する変換行列推定部と、
前記変換行列推定部が変換行列を推定した後に前記三次元座標・カメラポーズ取得部が取得した特徴点の三次元座標及びカメラポーズに基づいて、前記変換行列を更新する変換行列更新部と、
を備え、
前記変換行列更新部は、
変換行列に対応する前記テンプレート画像の領域及びカメラポーズと、該変換行列が推定された後に前記三次元座標・カメラポーズ取得部が取得した特徴点の三次元座標に基づいて、変換行列を再度推定する変換行列再推定部を有し、
前記変換行列再推定部が推定した変換行列を更新後の変換行列にする
ことを特徴とする変換行列推定装置。 - 請求項1に記載の変換行列推定装置において、
前記変換行列更新部は、
前記変換行列再推定部が再度推定した変換行列と、前記変換行列推定部が変換行列を推定した後に前記テンプレート三次元位置推定部が推定した前記テンプレート画像の三次元座標に基づいて前記変換行列推定部が新たに推定した新たな変換行列とを評価し、評価結果に基づいて、いずれかの変換行列を更新後の変換行列にする変換行列評価部
を更に有することを特徴とする変換行列推定装置。 - ワールド座標系から被写体を基準とした被写体座標系への変換行列を推定する変換行列推定装置が行う変換行列推定方法において、
前記被写体が撮影された一連の画像データを入力する画像入力ステップと、
前記一連の画像データにおける特徴点を追跡し、前記ワールド座標系における特徴点の三次元座標と前記画像データを撮影したカメラのカメラポーズとを取得する第1の三次元座標・カメラポーズ取得ステップと、
予め用意された複数のテンプレート画像であって前記被写体の少なくとも一部分を含む複数のテンプレート画像と類似する領域を前記画像データにおいて検出するテンプレート検出ステップと、
前記テンプレート検出ステップにおいて検出した領域と、前記第1の三次元座標・カメラポーズ取得ステップにおいて取得した特徴点の三次元座標とに基づいて、前記テンプレート画像の三次元座標を推定するテンプレート三次元位置推定ステップと、
前記テンプレート三次元位置推定ステップにおいて推定した前記テンプレート画像の三次元座標に基づいて、前記ワールド座標系から前記被写体座標系に座標を変換する変換行列を推定する変換行列推定ステップと、
前記変換行列推定ステップにおいて推定した変換行列に対応する画像データの後に続く画像データにおける前記特徴点を追跡し、前記ワールド座標系における特徴点の三次元座標と該画像データを撮影したカメラのカメラポーズとを取得する第2の三次元座標・カメラポーズ取得ステップと、
前記第2の三次元座標・カメラポーズ取得ステップにおいて取得した特徴点の三次元座標及びカメラポーズに基づいて、前記変換行列を更新する変換行列更新ステップと、
を有し、
前記変換行列更新ステップは、
変換行列に対応する前記テンプレート画像の領域及びカメラポーズと、該変換行列が推定された後に前記第2の三次元座標・カメラポーズ取得ステップにおいて取得された特徴点の三次元座標に基づいて、変換行列を再度推定する変換行列再推定ステップを含み、
前記変換行列再推定ステップにおいて推定された変換行列を更新後の変換行列にする
ことを特徴とする変換行列推定方法。 - 請求項3に記載の変換行列推定方法において、
前記変換行列更新ステップは、
前記変換行列再推定ステップにおいて再度推定された変換行列と、前記変換行列推定ステップにおいて変換行列が推定された後に前記テンプレート三次元位置推定ステップにおいて推定された前記テンプレート画像の三次元座標に基づいて前記変換行列推定ステップにおいて新たに推定された新たな変換行列とを評価し、評価結果に基づいて、いずれかの変換行列を更新後の変換行列にする変換行列評価ステップを更に含む、
ことを特徴とする変換行列推定方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の変換行列推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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