JP6789624B2 - 情報処理装置、情報処理方法 - Google Patents
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Description
前記推定手段が推定した位置姿勢に基づいて、未登録の特徴の3次元位置情報を生成して登録する生成手段と
を備え、
前記生成手段は、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を、前記推定手段が前記撮像装置の位置姿勢の推定処理を開始したタイミング、前記撮像装置が撮像したフレーム画像から特徴を検出したタイミング、特徴を連続して抽出したフレーム画像の数が閾値以上となったタイミング、のいずれかのタイミングで開始してから規定の時間が経過するまで実行し、該規定の時間が経過すると停止する
ことを特徴とする。
本実施形態では、次のような構成を有する情報処理装置の一例について説明する。即ち、登録済みの特徴の3次元位置情報と、撮像装置が撮像したフレーム画像における特徴と、に基づいて、撮像装置の位置姿勢を推定し、該推定した位置姿勢に基づいて、未登録の特徴の3次元位置情報を生成して登録する。なお、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を、該推定の実行に応じて制御する。
画像取得部1010は、カメラ100から順次出力されたそれぞれのフレーム画像を後段の特徴抽出部1020に転送する。
特徴抽出部1020は、画像取得部1010から受けた各フレーム画像から特徴点を抽出する。ここで、フレーム画像からの特徴点の抽出処理の一例について説明する。ここでは、フレーム画像において近傍の画素間で輝度勾配が閾値以上の点を特徴点とする。輝度勾配は、画像上で隣り合う画素の濃度が閾値以上に変化する点である。輝度勾配の検出は、例えばSobelオペレータ,Prewittオペレータなどの公知のエッジ検出オペレータにより行う。各画素について、エッジ検出オペレータを画像の水平方向、垂直方向について適用する。そして、その出力値をもとに、エッジ強度を算出する。エッジ検出オペレータの水平方向の出力値がfx、垂直方向の出力値がfyである場合、エッジ検出オペレータを適用する画素におけるエッジ強度Iは以下の式のように算出される。
<ステップS2030>
位置姿勢推定部1030は、まだマップが生成されていないか否かを判断する。この判断の結果、まだマップが生成されていない場合には、最初のマップ、即ち初期マップを作成すべく、処理はステップS2040に進む。一方、既にマップは作成されている場合(少なくとも初期マップは作成されている場合)には、処理はステップS2050に進む。
マップ生成部1050は、画像取得部1010が取得したフレーム画像からマップ(初期マップ)を生成する。例えば、初期マップは、複数画像から抽出した特徴点の画像上の座標の対応付けを行うことで推定することができる。例えば、KLTと呼ばれる特徴追跡手法によって時系列に位置を変えて撮影された画像から特徴を追跡し、複数の画像の特徴点の対応付けを行う。画像における特徴点の対応からE行列(基礎行列)と呼ばれる変換行列を推定し、E行列からカメラの位置姿勢を求め、複数画像間の相対位置姿勢に基づいてステレオ法により特徴点の位置または奥行きの3次元情報を推定する。マップは、特徴点群の3次元的な位置または各カメラで撮影した位置からの奥行情報と、その特徴点周辺の画像パッチと、各撮影位置におけるカメラの位置姿勢を保持する。なお、マップの生成方法やマップに含まれる情報の種類については、上記に限らない。また、本実施形態では、特徴点の3次元情報の推定に用いられたフレーム画像をキーフレームと呼ぶ。
位置姿勢推定部1030は、ステップS2020において特徴抽出部1020がフレーム画像から抽出した特徴点と、記憶部1060に格納されているマップと、を用いて、カメラ100の位置姿勢を推定する。この推定では、マップが表す特徴点をフレーム画像上に投影し、該投影した特徴点と、該フレーム画像上で特徴抽出部1020が抽出した特徴点と、のずれを極小化するようにカメラ100の位置姿勢を繰り返し演算により求める。この技術は周知であるため、この技術に係るこれ以上の詳細な説明は省略する。
設定部1040は(カメラ100の位置姿勢の推定処理を開始したことをトリガにして)、マップ(初期マップを除く)の生成期間として予め設定されている時間をマップ生成時間として設定すると共に、計時を開始する。なお、計時開始以降は、本ステップではマップ生成時間の設定は行わない。
設定部1040は、ステップS2060で計時を開始してからマップ生成時間が経過したか否かを判断する。この判断の結果、計時を開始してからマップ生成時間が経過した場合には、処理はステップS2090に進み、計時を開始してからマップ生成時間が経過していない場合には、処理はステップS2080に進む。
マップ生成部1050は、ステップS2050において推定されたカメラ100の位置姿勢と、前回のステップS2050において推定したカメラ100の位置姿勢と、の差分が閾値以上であるか否かを判断する。そして、位置成分の差分が閾値以上、及び/又は姿勢成分の差分が閾値以上であると判断した場合には、ステップS2010において画像取得部1010が取得したフレーム画像をキーフレームとして記憶部1060に登録する。そして、記憶部1060に規定枚数以上のキーフレームが登録されると、マップ生成部1050は、特徴点周辺の画素パッチをカメラ100の位置姿勢に基づいてエピポーラ探索し、複数キーフレーム間で特徴点のステレオマッチングを行う。そしてマップ生成部1050は、ステレオマッチング結果に基づいて特徴点の3次元位置または奥行き値を算出する。そしてマップ生成部1050は、算出された特徴点の3次元位置または奥行き値と、画素パッチと、カメラ位置姿勢をセットにして、マップとして記憶部1060に追加登録する。この新たに登録されたマップは、次フレーム以降でカメラ100の位置姿勢を推定する際に用いられる。
設定部1040は、マップ生成部1050にマップ生成の停止を指示するので、マップ生成部1050はマップの生成処理を終了させる。これにより、カメラ100の位置姿勢の推定を開始してからマップ生成時間が経過する間だけ、マップ生成を行うことになる。マップの生成を終了した後は、図2のフローチャートは、ステップS2010〜S2050の処理を繰り返し行うことになり、ステップS2060〜S2100の処理は行われない。
提示部1070は、マップの生成を開始してからの経過時間、マップ生成の残り時間等、現在のマップ生成の進捗状況を表す情報を表示部200に対して送出するので、表示部200には、このような進捗状況が表示される。例えば、図3に示す如く、マップ生成が終了するまでの残り時間(図3では残り時間は10秒)を、文字情報とプログレスバーとを併用して通知するためのウィンドウを表示部200に表示させる。また、現在のマップ生成の進捗状況を音声としてユーザに通知するようにしても構わない。このように、現在のマップ生成の進捗状況をユーザに通知するための方法には様々な方法が考えられ、如何なる方法を採用しても構わない。
第1の実施形態では、計時開始からマップ生成時間が経過した場合にマップの生成を終了させていたが、マップの生成の終了条件はこれに限るものではない。本変形例では、計時を開始して以降、マップの生成及び追加登録がなされない連続時間Tを別途計時し、連続時間Tが閾値を超えた時点でマップの生成を終了させるようにしても構わない。
設定部1040は、マップの生成及び追加登録がなされない連続時間Tを計時する。
設定部1040は、連続時間Tが閾値Tthを超えたか否かを判断する。閾値Tthは、例えば、60秒などに設定しておいてもよい。この判断の結果、連続時間Tが閾値Tthを超えた場合には、処理はステップS3030に進み、連続時間Tが閾値Tthを超えていない場合には、処理はステップS2050に進む。連続時間Tが閾値Tthを超える場合とは、例えば、次のキーフレームが登録されるまで時間がかかってしまったりして、マップの生成条件を満たさない場合である。
設定部1040は、マップ生成時間を0に再設定する。その後、処理はステップS2050に戻るが、ステップS2060では何も処理は行わず、ステップS2070では、マップ生成時間=0であるため、処理はステップS2090に進み、マップの生成は終了する。
変形例1−1では、新たなマップが追加されない連続時間Tを計時し、該連続時間Tが閾値Tthを超えた場合には、マップ生成時間を0に設定してマップ生成を停止していた。しかし、新たにマップが追加されるのは、ユーザが位置や姿勢を変えながら動いた場合である。そのため、ユーザが動かず止まっている場合には、十分な数のマップが生成されないままその生成が停止してしまう可能性がある。このように、ケースによっては、マップ生成を停止する必要がない場合がある。
位置姿勢推定部1030は、前(過去)のフレームについて推定した位置(姿勢)と現フレームについて推定した位置(姿勢)との差分(絶対値)を求め、該差分の累積加算値を変化量Dとして求める。変化量Dは、位置成分のみについて求めても良いし、姿勢成分のみについて求めても良いし、両方の成分について求めても良い。
位置姿勢推定部1030は、ステップS3040で求めた変化量Dが閾値Dthを超えているか否かを判断する。この判断の結果、変化量Dが閾値Dthを超えている場合には、処理はステップS3030に進み、変化量Dが閾値Dthを超えていない場合には、処理はステップS2050に戻る。
第1の実施形態では、カメラ位置姿勢推定とマップ生成とを並行して行う手法において、推定されたカメラ位置姿勢の入力を受けるとマップ生成時間を設定して計時を開始すると共にマップ生成を開始していた。そして、計時した時間がマップ生成時間を経過すると、マップ生成を終了した。しかしながら、マップ生成時間を設定する方法はこのような手法に限るものではない。例えば、複合現実感を体験する範囲が広い場合、生成すべきマップ数は多くなるため、複合現実感を体験する範囲が狭い場合に比べてより多いマップ生成時間が必要となる。このように、必要なマップ生成時間は、ケースに応じて異なるのが普通であるが、第1の実施形態のように、規定の1種類のマップ生成時間を設定してしまうと、ケースによっては十分なマップを生成することができず、マップが生成できない範囲ができてしまう。このように、複合現実感を体験する範囲に合わせてマップを生成することが望ましい。そこで、本実施形態では、カメラ位置姿勢推定とマップ生成とを並行して行う手法において、カメラの移動距離に基づいてマップ生成時間を設定する。以下では、第1の実施形態との差分について重点的に説明し、以下で特に触れない限りは、第1の実施形態と同様であるものとする。
分布取得部1080は、位置姿勢推定部1030が最近推定した位置と、カメラ100の初期位置と、の間の距離(移動距離)を求める。なお、移動距離の求め方はこれに限るものではなく、例えば、GPS等を用いてカメラ100の初期位置からの移動経路を求めて、該移動経路の距離を移動距離として求めても良い。
第2の実施形態では、カメラ100の移動距離が大きいほどマップ生成時間を延長していたが、マップ生成時間の延長方法はこれに限るものではない。本変形例では、記憶部1060に登録されているキーフレームの数に応じてマップ生成時間を延長する。
分布取得部1080は、記憶部1060に登録されているキーフレームの数Nをカウントする。
分布取得部1080は、ステップS4010でカウントしたキーフレームの数Nが閾値Nth未満であるか否かを判断する。この判断の結果、キーフレームの数Nが閾値Nth未満である場合には、処理はステップS4030に進み、キーフレームの数Nが閾値Nth以上である場合には、処理はステップS2050に進む。
設定部1040は、現在設定されているマップ生成時間を延長する。延長分はどのような値であっても良く、規定の値であっても良いし、キーフレームの数Nに応じた値であっても良い。
第2の実施形態では、カメラ100の移動距離を求め、該求めた移動距離に応じてマップ生成時間を調整していた。しかし、カメラ100の移動可能な範囲が予め分かっている場合には、ユーザが不図示の操作部を操作してその範囲を入力し、設定部1040は、入力された範囲に応じたマップ生成時間を設定するようにしても構わない。
特徴点の誤検出やマッチングの誤対応などにより、推定したカメラ位置姿勢の精度が低くなった場合、そのようなカメラ位置姿勢に基づくマップ生成を継続すると、結果として生成されるマップの精度が悪くなる。マップの精度が悪くなると、さらにカメラ位置姿勢の推定精度が悪くなってしまう。
安定度推定部1090は、位置姿勢推定部1030が推定した位置姿勢の安定度を推定する。時系列で入力されるフレーム画像の撮像位置または撮像姿勢が、連続したフレーム画像間で所定の距離または姿勢変化量より大きい場合には、カメラ位置姿勢の推定に失敗している可能性があるため、安定度を低く設定する。
設定部1040は、ステップS2120において推定した安定度に応じたマップ生成時間を設定する。ステップS2160の処理の詳細について、図11のフローチャートに従って説明する。
設定部1040は(カメラ100の位置姿勢の推定処理を開始したことをトリガにして)、マップ(初期マップを除く)の生成期間として予め設定されている時間をマップ生成時間として設定すると共に、計時を開始する。なお、計時開始以降は、本ステップではマップ生成時間の設定は行わない。
設定部1040は、ステップS2120において推定した安定度Rが閾値Rth未満であるのか否かを判断する。この判断の結果、安定度Rが閾値Rth未満である場合には、処理はステップS5030に進み、安定度Rが閾値Rth以上である場合には、処理はステップS5050に進む。
設定部1040は、マップ生成時間からステップS5010で計時を開始してからの経過時間を差し引いた残りの時間、すなわち、マップ生成のための残りの時間を求め、該求めた残りの時間を記憶部1060に格納する。
設定部1040は、マップ生成時間を0に再設定する。その後、処理はステップS2070に進み。ステップS2070では、マップ生成時間=0であるため、処理はステップS2090に進み、マップの生成は終了する。
設定部1040は、記憶部1060にステップS5030で格納した「残りの時間」が格納されているのか否かを判断する。この判断の結果、記憶部1060に「残りの時間」が格納されている場合には処理はステップS5060に進み、格納されていない場合には、処理はステップS2070に進む。
設定部1040は、記憶部1060に格納されている「残りの時間」をマップ生成時間として設定する。
第3の実施形態では、カメラ100の位置姿勢の安定度に応じて、マップ生成の停止と再開を制御していたが、マップ生成の再開の制御方法はこれ以外の方法も考え得る。本変形例では、マップ生成時間が経過してマップ生成が終わった後、再度マップ生成を再開させる例について説明する。
変形例3−1では、カメラ位置姿勢の推定時に利用される特徴点の数に応じて、マップ生成を再開する方法について説明した。本変形例では、マップ生成を開始する方法について述べる。
図1,6,9に示した各機能部はハードウェアで構成しても良いが、画像取得部1010及び記憶部1060をハードウェアで構成し、残りの機能部の1以上をソフトウェアで構成しても構わない。このような場合、画像取得部1010及び記憶部1060をハードウェアとして有し、該ソフトウェアを実行可能な処理部を有するコンピュータ装置は、情報処理装置1000,2000,3000に適用可能である。情報処理装置1000,2000,3000に適用可能なコンピュータ装置のハードウェア構成例について、図14のブロック図を用いて説明する。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (12)
- 登録済みの特徴の3次元位置情報と、撮像装置が撮像したフレーム画像における特徴と、に基づいて、前記撮像装置の位置姿勢を推定する推定手段と、
前記推定手段が推定した位置姿勢に基づいて、未登録の特徴の3次元位置情報を生成して登録する生成手段と
を備え、
前記生成手段は、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を、前記推定手段が前記撮像装置の位置姿勢の推定処理を開始したタイミング、前記撮像装置が撮像したフレーム画像から特徴を検出したタイミング、特徴を連続して抽出したフレーム画像の数が閾値以上となったタイミング、のいずれかのタイミングで開始してから規定の時間が経過するまで実行し、該規定の時間が経過すると停止する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 前記生成手段は、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録の開始の後、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録がなされない連続時間が閾値を超えた場合には、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を停止することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記生成手段は、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録の開始の後、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録がなされない連続時間が閾値を超えた場合であっても、前記推定手段が推定した位置及び/又は姿勢の変化量が閾値を超えていない場合には、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を停止しないことを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。
- 更に、
前記撮像装置の初期位置からの距離を取得する手段と、
前記距離に応じて前記規定の時間を更新する手段と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 更に、
前記推定手段が推定した位置もしくは姿勢の変化が閾値以上となるフレーム画像の数に応じて前記規定の時間を更新する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 更に、
ユーザから前記撮像装置の移動範囲が入力されると、前記規定の時間として該移動範囲に対応する時間を設定する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 更に、
前記推定手段が推定した位置及び/又は姿勢の変化量に応じて前記規定の時間を更新する手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記生成手段は、前記推定手段が推定した位置の変化が閾値以上となるフレーム画像をキーフレームとし、該キーフレームと、該キーフレームに基づいて推定した前記撮像装置の位置姿勢と、に基づいて、特徴の3次元位置情報を生成することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の情報処理装置。
- 前記生成手段は、前記推定手段が推定した姿勢の変化が閾値以上となるフレーム画像をキーフレームとし、該キーフレームと、該キーフレームに基づいて推定した前記撮像装置の位置姿勢と、に基づいて、特徴の3次元位置情報を生成することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の情報処理装置。
- 更に、
未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録の進捗状況をユーザに通知する手段を備えることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の情報処理装置。 - 情報処理装置が行う情報処理方法であって、
前記情報処理装置の推定手段が、登録済みの特徴の3次元位置情報と、撮像装置が撮像したフレーム画像における特徴と、に基づいて、前記撮像装置の位置姿勢を推定する推定工程と、
前記情報処理装置の生成手段が、前記推定工程で推定した位置姿勢に基づいて、未登録の特徴の3次元位置情報を生成して登録する生成工程と
を備え、
前記生成工程では、未登録の特徴の3次元位置情報の生成及び登録を、前記推定工程で前記撮像装置の位置姿勢の推定処理を開始したタイミング、前記撮像装置が撮像したフレーム画像から特徴を検出したタイミング、特徴を連続して抽出したフレーム画像の数が閾値以上となったタイミング、のいずれかのタイミングで開始してから規定の時間が経過するまで実行し、該規定の時間が経過すると停止する
ことを特徴とする情報処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至10の何れか1項に記載の情報処理装置の各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。
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