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マーカ自動登録方法及びシステム 新技術説明会

国内特許コード P10A015590
整理番号 13237
掲載日 2010年7月23日
出願番号 特願2008-247348
公開番号 特開2010-078466
登録番号 特許第5019478号
出願日 平成20年9月26日(2008.9.26)
公開日 平成22年4月8日(2010.4.8)
登録日 平成24年6月22日(2012.6.22)
発明者
  • 石井 裕剛
  • 下田 宏
  • 楊 首峰
  • 顔 偉達
  • 泉 正憲
出願人
  • 独立行政法人 日本原子力研究開発機構
発明の名称 マーカ自動登録方法及びシステム 新技術説明会
発明の概要

【課題】近両用マーカの3次元位置と方向の計測と計測結果の記憶の手間を省くと共に計測ミスの発生を低減する。
【解決手段】作業環境の基準となる位置(世界座標系の原点や座標軸上の点)及び適宜な位置に遠近両用マーカ1を貼り付け、作業環境に貼り付けた遠近両用マーカ1を見渡せる位置にビデオカメラ2とレーザ距離計測器3を備えたマーカ自動登録システムを設置して作業環境に貼り付けられた総ての遠近両用マーカ1の3次元位置と方向を計測し、これを世界座標系Wで表された3次元位置と方向に変換して記憶する。
【選択図】図2

従来技術、競合技術の概要

拡張現実感(Augmented Reality)が原子力発電プラント内で使用することができるようになれば、プラントで働く作業者に対して様々な支援を行なうことが可能となる。

拡張現実感を使用するためには、作業者の位置と方向をリアルタイム計測するトラッキング技術が必要であるが、GPS(Global Positioning System)・磁気センサ・超音波センサ・慣性センサ等の既存のトラッキング技術は、単独では、原子力発電プラント内部で使用することができない。

そこで、発明者らは、原子力発電プラント内部でも使用可能なトラッキング手法として、カメラと遠近両用マーカを用いたトラッキング手法を開発してきた。

カメラと遠近両用マーカを用いたトラッキング手法は、作業環境内に複数のマーカを貼り付け、それらをカメラで撮影し、画像処理と幾何計算によりカメラとマーカの間の相対的な位置関係を求める手法である。

この手法は、屋内でも使用可能、金属や騒音の影響を受けない、時間経過による精度低下や安定性低下がない等の利点があるが、事前に複数のマーカを作業環境内に貼り付け、その3次元位置と方向を計測して記憶しておくことが必要である。


【特許文献1】再公表W2005-017644号公報
【特許文献2】特開2004-28788号公報
【非特許文献1】L.Quan et al :Linear N-Point Camera Pose Determination,IEEE Trans.on Pattern Analysis and Machine Intelligence,Vol.21,No.7,pp.774-780,1999.

産業上の利用分野

本発明は、拡張現実感の運用等に用いるのに好適なマーカの自動登録方法及びシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
環境の基準となる位置及び適宜な位置にマーカを貼り付け、ビデオカメラで撮影可能かつレーザ距離計測器で距離を計測可能な範囲にある総てのマーカの世界座標系で表された3次元位置と方向を全自動で計測して記憶する方法であって、
前記マーカとして、四角形の台紙の中心に配置した1つの大円と、台紙の4隅に配置した4つの小円を備え、前記大円は、10個の同型の扇形を円環状に配置し、白色の扇形を0、黒色の扇形を1とすることにより、各マーカのID番号を表現するように構成したものを使用し、
ビデオカメラの焦点距離を設定可能な最も短い値に設定する第1のステップと、
焦点距離を設定可能な最も短い値に設定した前記ビデオカメラの稼動範囲の総ての領域を最低1回は撮影するように等間隔でビデオカメラの撮影方向を回転させ、各撮影方向において、ビデオカメラを用いて撮影してマーカとの間の距離と存在する方向を求めるアルゴリズムを実行することにより、環境に貼り付けられたマーカとの距離と存在する方向を認識して記憶する第2のステップと、
ビデオカメラの焦点距離を最も短い値の2倍の値および3倍の値に設定して前記第2のステップを繰り返す第3のステップと、
第1のステップから第3のステップにより認識して記憶した個々のマーカに対してレーザ距離計測器を用いてマーカ上の1点の位置を計測するアルゴリズムを実行することにより、認識した総てのマーカの3次元位置と方向を計測して記憶する第4のステップと、
第4のステップで記憶した総てのマーカの3次元位置と方向に対して、マーカの位置と方向を世界座標系に変換するアルゴリズムを適用して世界座標系で表された3次元位置と方向を求めて記憶する第5のステップを行うことを特徴とするマーカ自動登録方法。
【請求項2】
環境の基準となる位置及び適宜な位置に貼り付けられたマーカのうち、ビデオカメラで撮影可能かつレーザ距離計測器で距離を計測可能な範囲にある総てのマーカの世界座標系で表された3次元位置と方向を全自動で計測して記憶するシステムであって、
電動雲台によって向きを変えることができるようにしたビデオカメラと、電動雲台によって向きを変えることができるようにしたレーザ距離計測器と、前記ビデオカメラとレーザ距離計測器電動雲台と接続されてこれらを制御する小型コンピュータとを備え、
前記マーカは、四角形の台紙の中心に配置した1つの大円と、台紙の4隅に配置した4つの小円を備え、前記大円は、10個の同型の扇形を円環状に配置し、白色の扇形を0、黒色の扇形を1とすることにより、各マーカのID番号を表現するように構成し、
前記小型コンピュータは、
前記ビデオカメラの焦点距離を設定可能な最も短い値に設定する第1のステップと、
焦点距離を設定可能な最も短い値に設定した前記ビデオカメラの稼動範囲の総ての領域を最低1回は撮影するように等間隔でビデオカメラの撮影方向を回転させ、各撮影方向において、前記ビデオカメラを用いて撮影してマーカとの間の距離と存在する方向を求めるアルゴリズムを実行することにより、環境に貼り付けられたマーカとの距離と存在する方向を認識して記憶する第2のステップと、
前記ビデオカメラの焦点距離を最も短い値の2倍の値および3倍の値に設定して前記第2のステップを繰り返す第3のステップと、
第1ステップから第3のステップにより認識して記憶した個々のマーカに対して前記レーザ距離計測器を用いてマーカ上の1点の位置を計測するアルゴリズムを実行することにより、認識した総てのマーカの3次元位置と方向を計測して記憶する第4のステップと、
第4のステップで記憶した総てのマーカの3次元位置と方向に対して、マーカの位置と方向を世界座標系に変換するアルゴリズムを適用して世界座標系で表された3次元位置と方向を求めて記憶する第5のステップを行うプログラムを備えたことを特徴とするマーカ自動登録システム。
産業区分
  • 測定
  • 写真映画
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008247348thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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