信息处理设备和信息处理方法技术

本发明专利技术提供一种信息处理设备和信息处理方法。信息处理设备用于使用摄像设备来估计测量物体的位置姿势，信息处理设备包括：粗略位置姿势输入单元，用于输入摄像设备和测量物体之间的相对粗略位置姿势；第一位置姿势更新单元，用于通过将三维形状模型与拍摄的图像相匹配来更新粗略位置姿势；位置姿势差信息输入单元，用于在摄像设备拍摄了测量物体的图像之后或者在前次获取了位置姿势差信息之后进行了移动后的、摄像设备相对于测量物体的位置姿势差量；以及第二位置姿势更新单元，用于基于位置姿势差量更新粗略位置姿势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。本专利技术尤其涉及一种适用于测量三维形状已知的物体的位置姿势的技术。
技术介绍
近年来，通过机器人代替进行诸如工业产品的组装等的过去用手工进行的复杂任务。在机器人组装这类工业产品时，机器人通过诸如手等的端部执行器把持组件，因此变得需要精确测量组件和机器人(即，机器手)之间的相对位置姿势。存在一种用于同时使用照相机所获取的二维图像(例如，灰度图像或彩色图像)和距离传感器所获取到的距离图像来精确估计物体的位置姿势的技术。在中说明了这一用于精确测量物体的位置姿势的技术。上述文献说明了针对按照时序输入的二维图像和距离图像，将二维图像的特征当作为深度不确定的三维点。然后使用卡尔曼滤波器更新物体的位置姿势，从而使得二维图像的特征和三维模型之间的误差、以及距离图像的三维点和三维模型之间的误差最小化。用于使用二维图像和距离图像来估计物体的位置姿势的传统技术假定摄像设备自由移动。因此在按照时序所输入的多个测量数据之间的相对几何关系未知的前提下进行估计。结果，如果摄像设备在用于摄像的时间之间移动大，则稳定性丧失，或者估计精度降低。另一方面，存在通过将摄像设备安装到机器臂上并且移动摄像设备来测量物体的情况、或者使用固定摄像设备来测量通过机器臂所保持的移动的被摄体的情况。在这些情况下，可以参考机器人的运动信息作为用于观测摄像时间之间的摄像设备或测量物体的移动的信息。机器人的运动信息包括诸如控制机器人的重复精度方面的误差和校准精度方面的误差等的误差因素。然而，运动信息是估计位置姿势时所使用的高精确且有用的信息。然而，根据传统技术，即使可以获取到机器人的运动信息，也不能有效使用机器人运动作为观测信息。此外，日本特开2005-201824说明了一种仅使用运动信息的被称为运动立体摄影术(motion stereo)的已知技术。这一技术通过向粗略位置姿势相加从运动信息所获取的位置姿势的差来估计位置姿势。然而，如上所述，机器人运动信息包括预定量的模糊。因此希望在考虑到模糊的情况下更新位置姿势。
技术实现思路
本专利技术旨在即使在测量设备和测量物体之间的位置和姿势中的至少一个的关系包括模糊时，也使得能够高精度地测量物体的位置姿势。根据本专利技术的一个方面，一种信息处理设备，用于使用摄像设备来估计测量物体的位置姿势，所述信息处理设备包括三维形状模型存储单元，用于存储所述测量物体的三维形状模型的数据；图像输入单元，用于获取所拍摄的所述测量物体的图像；粗略位置姿势输入单元，用于输入所述摄像设备和所述测量物体之间的相对的粗略位置姿势；第一位置姿势更新单元，用于使用所述粗略位置姿势，通过将所述三维形状模型与所述图像相匹配来更新所述粗略位置姿势；位置姿势差信息输入单元，用于计算和获取在所述摄像设备拍摄了所述测量物体的图像之后或者在前次获取了位置姿势差信息之后进行了移动后的、所述摄像设备相对于所述测量物体的位置姿势差量；以及第二位置姿势更新单元，用于使用所述第一位置姿势更新单元所更新后的粗略位置姿势，基于所述位置姿势差量来更新该粗略位置姿势。根据本专利技术的另一方面，一种信息处理方法，用于使用摄像设备来估计测量物体的位置姿势，所述信息处理方法包括以下步骤存储所述测量物体的三维形状模型的数据；获取所拍摄的所述测量物体的图像；输入所述摄像设备和所述测量物体之间的相对的粗略位置姿势；使用所述粗略位置姿势，通过将所述三维形状模型与所述图像相匹配来更新所述粗略位置姿势；计算和获取在所述摄像设备拍摄了所述测量物体的图像之后或者在前次获取了位置姿势差信息之后进行了移动后的、所述摄像设备相对于所述测量物体的位置姿势差量；以及使用所更新后的粗略位置姿势，基于所述位置姿势差量来更新该粗略位置姿势。通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本专利技术的其它特征和方面将显而易见。附图说明包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出本专利技术的典型实施例、特征和方面，并与说明书一起用来解释本专利技术的原理。图I示出根据本专利技术典型实施例的信息处理设备的结构。图2A和2B示出机器臂、摄像设备和要测量的组件之间的关系。图3是示出用于估计位置姿势的处理的流程图。具体实施例方式下面将参考附图详细说明本专利技术的各种典型实施例、特征和方面。根据本专利技术的典型实施例，信息处理设备在如下场景中应用用于估计物体位置姿势的技术。将摄像设备安装在机器臂的末端，并且移动机器臂，从而使得拍摄固定测量物体50的图像，如图2A所示。根据本典型实施例，信息处理设备在一次测量中依次进行灰度图像的拍摄、距离图像的拍摄和机器人运动的获取。在信息处理设备拍摄图像(即，灰度图像或距离图像)时，信息处理设备通过匹配三维形状模型和图像来更新测量物体50的位置姿势。信息处理设备在每次获取图像时都更新该位置姿势。此外，信息处理设备从机器臂的运动信息获取由于机器臂的移动所生成的摄像设5备在摄像操作之间的位置姿势差量。信息处理设备然后基于运动信息来更新测量物体50的位置姿势。除与灰度图像和距离图像有关的信息以外，信息处理设备还使用基于机器人运动的信息来更新测量物体50的位置姿势。结果，高精度地估计测量物体50的位置姿势。图I示出根据本专利技术典型实施例的信息处理设备I的结构的例子。参考图1，信息处理设备I包括三维形状模型存储单元110、图像输入单元120、粗略位置姿势输入单元130、位置姿势差信息输入单元140、第一位置姿势更新单元150、以及第二位置姿势更新单元 160。三维形状模型存储单元110存储表示测量物体的几何特征的三维形状模型数据，并且与第一位置姿势更新单元150连接。此外，二维图像拍摄设备20和距离图像拍摄设备30与图像输入单元120连接。此外，机器人40与位置姿势差信息输入单元140连接。根据本典型实施例，在存储在三维形状模型存储单元110中的三维形状模型数据10与实际要拍摄其图像的测量物体50的形状一致的情况下，可应用信息处理设备I。三维形状模型数据10 (以下称为三维形状模型)是表示要测量的物体(以下称为测量物体50或简称为物体)的形状的三维几何信息。通过与由点组合所构成或者通过连接点所构成的平面有关的信息、以及与构成该平面的线段有关的信息来定义三维形状模型10。将三维形状模型10存储在三维形状模型存储单元110中，并且将其输入给第一位置姿势更新单元150。二维图像拍摄设备20是正常拍摄可以是灰度图像或彩色图像的二维图像的照相机。根据本典型实施例，二维图像拍摄设备20输出灰度图像。二维图像拍摄设备20经由图像输入单元120将这样所拍摄的图像输入给信息处理设备I。通过参考要使用的装置的说明书，获取诸如焦距和主点位置以及镜头变形参数等的照相机内部参数。此外，可以使用中所述的方法预先校准照相机的内部参数。距离图像拍摄设备30用作用于测量测量物体表面上的点的三维信息的距离数据测量单元。根据本典型实施例，使用用于输出距离图像的距离传感器作为距离图像拍摄设备30。距离图像是各像素均具有深度信息的图像。此外，根据本典型实施例，使用单触主动式距离传感器。这类距离传感器利用配有不同波长的颜色识别(ID)的多狭缝线照射物体。距离传感器然后使用照相机拍摄反射光，并且采用三角测量来测量距离。然而，距离传感器不局限于以上所述的，并且可以是使用光的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信息处理设备，用于使用摄像设备来估计测量物体的位置姿势，所述信息处理设备包括：三维形状模型存储单元，用于存储所述测量物体的三维形状模型的数据；图像输入单元，用于获取所拍摄的所述测量物体的图像；粗略位置姿势输入单元，用于输入所述摄像设备和所述测量物体之间的相对的粗略位置姿势；第一位置姿势更新单元，用于使用所述粗略位置姿势，通过将所述三维形状模型与所述图像相匹配来更新所述粗略位置姿势；位置姿势差信息输入单元，用于计算和获取在所述摄像设备拍摄了所述测量物体的图像之后或者在前次获取了位置姿势差信息之后进行了移动后的、所述摄像设备相对于所述测量物体的位置姿势差量；以及第二位置姿势更新单元，用于使用所述第一位置姿势更新单元所更新后的粗略位置姿势，基于所述位置姿势差量来更新该粗略位置姿势。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：立野圭祐，小竹大辅，内山晋二，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：