距离测量装置及距离测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供距离测量装置及距离测量方法。指定由感测用图案光投影的目标对象的图像的摄像单元感测的图像中的、用图案光投影的区域。基于所指定的区域，从所感测的图像中的、除用所述图案光投影的区域以外的区域中，搜索所述目标对象的几何特征。基于所搜索到的所述目标对象的几何特征以及所述目标对象的模型的几何特征，来推导所述目标对象的位置及姿态。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供。指定由感测用图案光投影的目标对象的图像的摄像单元感测的图像中的、用图案光投影的区域。基于所指定的区域，从所感测的图像中的、除用所述图案光投影的区域以外的区域中，搜索所述目标对象的几何特征。基于所搜索到的所述目标对象的几何特征以及所述目标对象的模型的几何特征，来推导所述目标对象的位置及姿态。【专利说明】
本专利技术涉及，尤其涉及用于测量给定了三维形状的对象的位置及姿态的技术。
技术介绍
近年来，随着机器人技术的发展，机器人逐渐替代人类来处理复杂任务。复杂任务的典型示例包括组装工业产品。为了控制机器人自主地执行组装任务，机器人必须通过诸如手等的末端执行器来抓取部件。为了通过机器人手来抓取部件，必须测量要抓取的部件与机器人之间的相对位置及姿态，并且必须基于测量结果来制定移动方案，以便对致动器进行实际控制。在机器人以外的领域中，需要测量相对于环境和对象的位置及姿态。例如，在MR(混合现实，Mixed Reality)中，为了在真实图像上合成由计算机生成的虚拟对象,必须测量位置及姿态(orientation)。使用机器人上安装的照相机或者距离(range)传感器来执行机器人的位置/姿态测量，并且作为代表性的方法，使用利用二维图像或距离图像的方法。在MR领域中，已研究了如下的技术，即利用由安装在HMD(头戴式显示器,Head MountedDisplay)上的照相机感测的图像，来执行HMD的位置/姿态测量。专利文献I (日本特愿2010-137680号公报)公开了精确且快速地测量高速移动的对象的位置及姿态的方法。在该方法中，通过利用普通照相机来感测用图案光投影的对象的图像、而获得的一个观测图像，被分离为用于边缘提取的区域和用于距离图像生成的区域，并且，利用这些区域来执行边缘提取和距离图像生成。这样，通过互补地利用基于二维边缘的位置/姿态测量和基于距离图像的位置/姿态测量，实现了位置/姿态测量的高精度化和高速化。然而，利用专利文献I中公开的方法，由于基于通过对三维模型进行投影而获得的边缘模型来去除一部分图案光投影区域，因此能够准确地检测图像的边缘，但是，由图案光生成的距离图像的质量倾向于粗糙。当目标对象被放置为跨越观测图像的深度方向上的宽范围时，该现象尤其显著，从而经常导致位置/姿态测量的精度下降。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述问题而作出的，并且提供用于以更高的精度计算对象(尤其是被放置为在图像深度方向上有延伸的对象)的位置及姿态的技术。根据本专利技术的一个方面，提供了一种距离测量装置，该距离测量装置包括:图像感测单元，其被配置为感测用图案光投影的目标对象的图像；指定单元，其被配置为在由所述图像感测单元感测的图像中，指定用所述图案光投影的区域；搜索单元，其被配置为基于所指定的区域，从所感测的图像中的、除用所述图案光投影的区域以外的区域中，搜索所述目标对象的几何特征；以及推导单元，被配置为基于由所述搜索单元搜索到的所述目标对象的几何特征以及所述目标对象的模型的几何特征，来推导所述目标对象的位置及姿态。根据本专利技术的另一方面，提供了一种距离测量方法，该距离测量方法包括以下步骤:在由被配置为感测用图案光投影的目标对象的图像的图像感测单元感测的图像中，指定用图案光投影的区域；基于所指定的区域，从所感测的图像中的、除用所述图案光投影的区域以外的区域中，搜索所述目标对象的几何特征；以及基于在所述搜索步骤中搜索到的所述目标对象的几何特征以及所述目标对象的模型的几何特征，来推导所述目标对象的位置及姿态。通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的其他特征将变得清楚。【专利附图】【附图说明】图1是示出系统的结构示例的图；图2是示出图像处理装置104的功能结构示例的框图；图3A至图3F是用于说明三维几何模型的图；图4是要由图像处理装置104执行的处理的流程图；图5是示出步骤S403中的处理的详情的流程图；图6是示出感测图像的示例的图；图7是示出二值图像的示例的图；图8是示出图案光掩模的示例的图；图9是示出步骤S404中的处理的详情的流程图；图1OA和图1OB是用于说明关联处理的图；图11是用于说明线段的投影图像与检测的边缘之间的关系的图；以及图12是示出机器人系统的结构示例的图。【具体实施方式】下面，将参照附图描述本专利技术的实施例。请注意，下文中要描述的实施例是当具体实施本专利技术时的示例，并且是在权利要求的范围中记载的结构的具体实施例。首先，将参照图1描述根据本实施例的系统的结构。对象101是作为要测量位置及姿态(位置/姿态)的对象的目标对象。在本实施例中，为了简单起见，假定在某一位置仅放置作为位置/姿态测量目标的一个对象101，如图1中所示。然而，下面要描述的位置/姿态测量处理并不在很大程度上依赖于对象的形状、数量和放置形式。例如，本专利技术适用于如下的情况，在该情况下，要在具有不同形状的多个对象被混合和堆积的状态下，测量某一对象的位置及姿态。投影机102利用规定的图案光来照射对象。在本实施例中，使用狭缝光作为要用以照射对象101的图案光。稍后将描述投影机102的详情。需要图像感测设备103来感测真实空间中的静止图像或电影，并且使用图像感测设备103来感测由投影机102用狭缝光照射的对象101的图像。然后，图像感测设备103将自身感测的图像(感测图像或者观测图像)输出至图处理装置104。稍后将描述图像感测设备103的详情。图像处理装置104执行投影机102和图像感测设备103的操作控制，并且使用从图像感测设备103获得的感测图像来计算对象101的位置及姿态。下面，将参照图2中示出的框图描述图像处理装置104的功能结构示例。位置/姿态计算单元201使用基于图像感测设备103感测的图像的、边缘对应检测单元205和距离图像生成单元206的处理结果，来计算对象101的位置及姿态。然后，位置/姿态计算单元201将计算出的对象101的位置及姿态输出至合适的输出目的地。通过把能够用三维CAD软件来处理的CAD模型本身或者三维CAD模型，转换成在计算机图形学领域中使用的多个多边形元素，来获得三维模型信息202。在该实施例中，使用模拟对象101的形状并且由多边形元素构成的三维几何模型。下面，将参照图3A至3F来描述由多边形元素构成的三维几何模型。由多边形元素构成的三维几何模型包括诸如点、线和面的元素，如图3A至3F所示。图3A至3C示出了相同的三维几何模型。由多边形元素构成的三维几何模型的模型信息与图3A中例示的三维几何模型的各顶点相关联地，来管理各顶点的索引以及各顶点的三维坐标值，如图3D所示。此外，该模型信息与图3B所例示的三维几何模型的各个边相关联地，来管理各个边的索引以及各个边的两端的顶点的索引，如图3E所示。此外，该模型信息与图3C中所例示的三维几何模型的各个面(多边形)相关联地，来管理各个多边形的索引、各个多边形的各个边的索引、以及各多边形的法向量，如图3F所示。这样的三维模型信息202被存储在图像处理装置104中的合适存储器或者图像处理装置104能够访问的外部存储器中。初始近似位置/姿态信息203被给定作为计算对象101的位置及姿态所需的迭代计算的初始值。作为该初始近似位置/姿态信息203，合适的值被预先本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种距离测量装置，该距离测量装置包括：图像感测单元，其被配置为感测用图案光投影的目标对象的图像；指定单元，其被配置为在由所述图像感测单元感测的图像中，指定用所述图案光投影的区域；搜索单元，其被配置为基于所指定的区域，从所感测的图像中的、除用所述图案光投影的区域以外的区域中，搜索所述目标对象的几何特征；以及推导单元，被配置为基于由所述搜索单元搜索到的所述目标对象的几何特征以及所述目标对象的模型的几何特征，来推导所述目标对象的位置及姿态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：广田祐一郞，降簱久义，中里祐介，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：