信息处理装置及信息处理方法
【专利摘要】本发明提供一种信息处理装置及信息处理方法。获取包括对象物体的图像。获取所述对象物体的概略位置和姿态。保持以不同精度表示所述对象物体的形状的多个模型的信息。将所获取的图像中的所述对象物体的几何特征与以所述概略位置和姿态放置的所述多个模型中的至少一个表示的几何特征相关联。基于关联结果估计所述对象物体的位置和姿态。
【专利说明】信息处理装置及信息处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息处理装置及信息处理方法，具体地涉及获取具有三维形状的对象物体的位置和姿态的技术。
【背景技术】
[0002]存在一种称为模型视觉(Model-Based Vision)的可用技术,其获得通过范围拍摄等从对象物体的表面位置获取的三维点与从对象物体的三维形状模型提取的几何特征之间的对应关系，并通过使用对应点之间的距离作为评价函数来估计对象物体的位置和姿态。该技术需要预先获得对象物体的三维形状模型来估计位置和姿态参数。获得这种三维形状模型的方法包括使用由CAD软件获得的设计数据的方法以及使用模拟(近似)对象物体的形状的多边形模型的方法。
[0003]表示物体形状的CAD数据通过组合由参数所表现的多个部分形状来表现形状。各部分形状由表面和限定表面的轮廓的曲线构成。各表面由诸如圆锥或圆环曲面的分析曲面、或诸如B-Spline曲面或NURBS曲面的自由曲面表现。由这些参数表现的表面具有如下优点:能够以少量信息表现复杂的曲面形状。因此，通过使用CAD数据具有的各表面的参数估计物体的位置和姿态，能够高精度地计算模型上的几何特征，从而使得能够进行精确处理。这使得可以高精度进行处理。另一方面，当计算表面上的点或进行使用三维点的对应搜索时，该处理需要针对诸如NURBS曲面的自由曲面进行复杂的几何计算。此外，当进行针对轮廓线的内部/外部确定时，需要进行复杂的计算，从而导致长的处理时间。
[0004]另一方面，多边形模型通过多边形表面的组合来表现物体形状。多边形模型能够利用简单几何计算进行表面上的点的计算以及使用三维点的对应搜索，并具有计算负荷低的优点。与此相反，由于物体形状近似多边形，所以在物体形状和模型之间存在误差。存在利用非常小的多边形的集合近似表面来减少这种误差的可用方法。然而，随着容许误差的减小，所需的多边形的总数以指数方式增加。
[0005]作为应对各模型中问题的对策，存在通过组合由诸如CAD数据的参数表现的模型和多边形模式来实现高速、精确处理的可用方法。
[0006]例如，日本特开第2009-020671号公报公开了如下方法:预先保持包括表现曲面形状的参数和近似该形状的多边形模型的组合的模型，并且在针对基准表面上的格子的各顶点计算从基准表面到曲面形状的距离值时使用该方法。该方法得出多边形与从各格点延伸的垂直于基准表面的直线之间的交点的坐标，然后由曲面参数计算从交点到曲面形状的距离，从而校正从顶点到曲面形状的距离。
[0007]当计算基准表面上的各格点与曲面之间的距离时，上述方法首先经由多边形高速计算概略距离，然后通过根据曲面参数计算到与多变形相关的曲面的精确距离来修正概略位置，从而满足高速和高精度的要求。该方法获得基准表面上的各格点和模型之间的对应关系。然而，该方法不进行使用任意三维空间中的点的对应搜索，因此无法直接应用于模型与从对象物体的范围图像获得的三维点之间的定位。
【发明内容】
[0008]根据一个实施例，提供一种信息处理装置，该信息处理装置包括:图像获取单元，其用于获取包括对象物体的图像；用于获取所述对象物体的概略位置和姿态的单元；保持单元，其用于保持以不同精度表示所述对象物体的形状的多个模型的信息；关联单元，其用于将所获取的图像中的所述对象物体的几何特征与以所述概略位置和姿态放置的所述多个模型中的至少一个表示的几何特征相关联；以及估计单元，其用于基于关联结果估计所述对象物体的位置和姿态。
[0009]根据本发明的另一方面，提供了一种信息处理方法，该信息处理方法包括:获取包括对象物体的图像；获取所述对象物体的概略位置和姿态；保持以不同精度表示所述对象物体的形状的多个模型的信息；将所获取的图像中的所述对象物体的几何特征与以所述概略位置和姿态放置的所述多个模型中的至少一个表示的几何特征相关联；以及基于关联结果估计所述对象物体的位置和姿态。
[0010]通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是示出信息处理装置I的功能结构的示例的框图；
[0012]图2A和图2B是用于说明多边形模型和分段参数曲面模型(piecewiseparametric curved surface model)的图；
[0013]图3是示出由信息处理装置I进行的处理的流程图；
[0014]图4是示出由信息处理装置I进行的处理的流程图；
[0015]图5是示出信息处理装置2的功能结构的示例的框图；
[0016]图6是示出由信息处理装置2进行的处理的流程图；
[0017]图7A和图7B是示出模型坐标系中的三维点的图；
[0018]图8是示出由信息处理装置2进行的处理的流程图；
[0019]图9是示出系统的结构的框图；
[0020]图10是示出系统的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。请注意，下面描述的各个实施例是本发明具体执行的示例并且是在权利要求的范围中描述的结构的具体实施例的示例。
[0022]根据一些实施例，可以精确地高速计算出对象物体和模拟对象物体的形状的模型之间的对应点间的距离。
[0023]一些实施例被构造为从对象物体形状的再现性方面不同的多条模型信息中选择用于处理的模型信息。通过选择适于处理的模型信息，能够精确地高速计算出对象物体和模拟对象物体的形状的模型之间的对应点间的距离。更具体地，在第一实施例中，根据基于例如残差(residual difference)或修正计数的定义条件来切换要使用的模型信息。在第一实施例及其变形例中，当通过迭代操作修正位置和姿态信息时，可以在各个重复中使用不同的模型信息。此外，在第一实施例及其变形例中，当计算对应点之间的距离时，可以针对对象物体的各点使用不同的模型信息。在第二实施例及其变形例中，可以选择用于确定对象物体和模型表面之间的对应关系的模型信息以及用于计算对象物体和模型表面之间的距离的其他模型信息。如上所述，在下面的实施例中，当进行对象物体与模拟对象物体的形状的模型之间的定位时，可以通过同时使用多条模型信息进行处理。
[0024][第一实施例]
[0025]本实施例旨在通过使用应被获得位置和姿态的对象物体的范围图像获得的三维点(对象物体的表面上的点)以及近似对象物体的形状的模型来获得对象物体的位置和姿态的处理。此时，在本实施例中，针对各个三维点，对利用多边形近似对象物体的形状的多边形模型以及利用参数曲面近似对象物体的形状的分段参数曲面模型进行切换并使用。
[0026]与使用分段参数曲面模型相比，通过使用多边形模型能够以更高的速度来搜索与对象物体的表面上的各三维点相对应的对应点。然而，由于多边形模型的形状与对象物体的形状具有近似误差，所以无法精确地计算对象物体与多边形模型之间的对应点间的距离。
[0027]使用分段参数曲面模型能够精确地计算上述距离。然而，由于需要确定表示各参数曲面上的物体形状的有效区域，所以进行计算需要很长时间。
[0028]在本实施例中，如果当前使用的模型与三维点之间的差分较大，则选择多边形模型择作为接下来使用的模型以高速进行位置和姿态计算。如果当前使用的模型与三维点之间的差分较小，则选择分段参数曲面模型作为接下使用的模型以高精度进行位置和姿态计
笪
[0029]请注意，本实施例被构造为通过重复位置和姿态修正来执行定位，从而使物体表面的三维点与模型表面之间的对应点间的距离最小化。在本实施例中，针对三维点定位的残差被用作表示位置和姿态的适合度的指标。在这种情况下的残差是在修正过的位置和姿态中的三维点与三维形状模型表面上的点之间的距离。如果残差大，则确定估计的位置和姿态的偏移量较大。如果残差小，则确定偏移量较小。这使得通过根据针对各三维点的残差，在针对各三维点的多边形模型与分段参数模型之间切换，能够在满足高处理速度和高精度的要求的同时计算位置和姿态。
[0030]首先将参照图1的框图描述根据本实施例的信息处理装置I的功能结构的示例。模型保持单元11保持多边形模型的模型信息以及分段参数曲面模型的模型信息，所述多边形模型作为通过使用多边形来近似作为位置和姿态测量对象的对象物体的形状的模型，所述分段参数曲面模型作为通过使用参数曲面来近似对象物体的形状的模型。下面将参照图2A和图2B描述多边形模型和分段参数曲面模型。图2A和图2B分别示出了对应于同一对象物体的分段参数曲面模型(图2A)以及多边形模型(图2B)。
[0031]如图2A所示，分段参数曲面模型是通过组合由边界线界定的多个参数表现表面(分段参数曲面)来精确地表现对象物体的模型。本实施例将被称为修整曲面的表面作为分段参数曲面处理。修整曲面是由表现代表基本形状的基本曲面以及定义基本曲面上的有效区域的轮廓曲线的参数定义的表面。该表现方法被构造为通过使用平面内的区域中移动的两个参数u和V,根据三个连续函数x=f (u, V)、y=g(u, V)和z=h(u,v)来表现三维空间中的点P的坐标(X，I, z)。通过使用相对于由该表现表达的基本曲面的Uv平面上的曲线来定义的有效区域表现对象物体的部分形状。参照图2A，阴影部分示出了修整曲面的示例。请注意，修整曲面的基本曲面有时由诸如球体、圆锥体或圆环曲面的分析曲面表现，或由诸如B-Spline曲面、NURBS曲面或Bezier曲面的自由曲面表现。一般的CAD数据由上述分段参数曲面模型构成。因此，如果能够从诸如IGES或STEP的标准化格式的数据获得对象物体的CAD数据，则可以直接使用数据作为分段参数曲面模型。然而，请注意，可以使用CAD数据以外的其他数据作为分段参数曲面模型。例如，本实施例可以使用通过分段隐函数曲面的组合来表现对象物体的模型。此外,本实施例可以使用任何类型的基本曲面,只要该基本曲面能够通过使用参数的数值计算精确地表现对象物体的形状，并计算位于距离具有三维坐标值的点(三维点)最短距离的表面上的点以及它们之间的距离。
[0032]接下来将描述多边形模型。如图2B所示，多边形模型是通过三角多边形的集合来近似表现对象物体的形状的模型。能够通过从CAD数据离散采样曲面上的点并连结采样点来获取多边形模型。通过各多边形的顶点的三维坐标值以及构成各多边形的顶点的连结信息来表示多边形模型。请注意，取代三角形，多边形可以是四边形或五边形。本实施例可以使用能够由表面的顶点的坐标以及构成表面的顶点的连结信息表现的任何其他类型的多边形。
[0033]表面位置获取单元12获取对象物体的表面上的各点(三维点)的位置(具有三维坐标值)。本实施例被构造为根据通过使用距离传感器拍摄对象物体而获得的范围图像的各像素的坐标位置以及像素的像素值(景深值)，获得与各像素相对应的三维点的位置。可以使用有源型传感器作为距离传感器，该有源型传感器被设计为通过拍摄施加于对象物体的激光或狭缝光/随机点图案光的反射光，来通过三角测量测量距离。作为有源型距离测量方法，可以使用空间编码方法。要使用的距离传感器不限于此，可以使用基于使用光的飞行时间的Time-of-flight (飞行时间)方案的传感器。可选地，可以使用无源型传感器，无源型传感器通过三角测量由立体照相机拍摄的图像计算各像素的景深值。然而，获取对象物体的表面上的三维点的位置的方法并不限于上述方法，并且可以使用各种方法。例如，本实施例可以通过使用接触型三维测量装置获取对象物体的表面上的三维点，所述接触型三维测量装置通过将探针与表面接触来获取三维点的位置。
[0034]位置和姿态输入单元13向距离计算单元15及位置和姿态计算单元16提供表示对象物体的概略位置和姿态的位置和姿态信息。位置和姿态计算单元16通过稍后描述的处理修正位置和姿态信息。在获取到修正过的位置和姿态信息时，位置和姿态输入单元13再次向距离计算单元15及位置和姿态计算单元16提供所获取的位置和姿态信息。请注意，向距离计算单元15及位置和姿态计算单元16提供的位置和姿态信息不限于由位置和姿态计算单元16修正的位置和姿态信息。例如，该信息可以是通过基于过去的位置和姿态计算结果估计位置和姿态的改变量并通过由过去的位置和姿态以及所估计的改变量来预测当前的位置和姿态而获得的信息。如果预先已知放置对象物体的概略位置和姿态，则相应的值可以用作概略位置和姿态。此外，磁或光位置和姿态传感器可以被附装到测量对象物体以测量物体的位置和姿态。可选地，具有预定形状的标记可以被附加到对象。照相机捕获标记的图像以计算物体的位置和姿态。
[0035]假定对象物体的位置和姿态以及三维点的位置在以上述距离传感器的位置作为原点、范围图像的水平姿态和垂直姿态分别作为X轴和y轴、距离传感器的光轴作为Z轴的坐标系(基准坐标系)中，除非另有规定。此外，利用被赋予模型的一个点作为原点并且在原点处相互垂直的三个轴分别作为X、y和Z轴的坐标系(模型坐标系)来提供模型。
[0036]模型选择单元14针对对象物体的表面上的各三维点，从模型保持单元11中选择根据由匹配度计算单元17针对各三维点获得的匹配度决定的多边形模型信息和分段参数曲面模型信息中的一个作为的来自所选模型信息。
[0037]距离计算单元15获得对象物体的表面上的各三维点(几何特征)与、在由针对三维点选择的所选模型信息表示的模型被以由位置和姿态信息所表示的位置和姿态放置时模型上的与三维点相对应的对应点(几何特征)之间的距离。当使用多边形模型时，距离计算单元15通过搜索三维点与多边形之间的对应关系来获得三维点与多边形上的一个点之间的距离。当使用分段参数曲面模型时，距离计算单元15搜索点与曲面之间的对应关系以获得对应曲面和三维点之间的距离。
[0038]位置和姿态计算单元16修正当前的位置和姿态信息，以优化基于由距离计算单元15针对各三维点获得的距离的评价值。
[0039]匹配度计算部17获得针对对象物体的表面上的各三维点的残差。针对各三维点的残差是三维点与、当基于针对三维点选择的所选模型信息的模型被以由位置和姿态计算单元16修正的位置和姿态放置时该模型上的与三维点对应的对应点之间的距离。
[0040]接下来，参照示出由信息处理装置I进行的处理的图3的流程图来描述通过上述的迭代操作重复修正位置和姿态信息来获得对象物体的位置和姿态的处理。
[0041 ] <步骤S302中的处理>
[0042]表面位置获取单元12以上述方式从范围图像获取作为位置和姿态测量对象的对象物体的表面上的各点(三维点)的位置(包括三维坐标值)。在以下描述中，假定表面位置获取单元12获取了基准坐标系中N(N是等于或大于2的整数)个三维点kc_i(i=l，2，...，N)的位置。还假定已知范围图像中的像素和与该像素相对应的三维点之间的对应关系。
[0043]<步骤S303中的处理>
[0044]如下所述，本实施例被构造为通过提供表示对象物体的概略位置和姿态的位置和姿态信息并重复修正该信息来获得对象物体的位置和姿态。在步骤S303中，位置和姿态输入单元13获取表示对象物体在基准坐标系中的概略位置和姿态的位置和姿态信息作为该重复处理的初始值。
[0045]<步骤S304中的处理>
[0046]匹配度计算单元17初始化作为针对对象物体的表面上的各三维点的匹配度的残差er_i (i=l，2，...，N)。匹配度计算单元17设置足够大的值(例如，1000)作为各残差的初始值。
[0047]<步骤S305中的处理>
[0048]模型选择单元14选择未被选择的N个三维点中的一个。
[0049]<步骤S306中的处理>
[0050]模型选择单元14将阈值Θ与在步骤S305中选择的针对三维点kc_i的残差er_i进行比较。预先设置的阈值Θ是多边形模型与分段参数曲面模型之间的形状误差值。例如，当使用CAD数据作为分段参数曲面模型并通过对CAD数据进行镶嵌处理(tessellationprocessing)而生成多边形模型时，该装置将所生成的多边形与曲面之间的距离的容许值设置为多边形近似误差。该多边形近似误差可用作阈值Θ。[0051]如果以上比较结果表示er_i≥Θ，则在该时间点的位置和姿态信息仍然可能包括大的误差。因此，在这种情况下，模型选择单元14针对三维点kc_i从模型保持单元11中选择允许快速几何计算的多边形模型作为用于获得对应点之间的距离的模型。[0052]另一方面，如果er_i〈 Θ，则针对该时间点的位置和姿态信息中的三维点的残差被视为近似于(小于)模型近似误差。因此，在这种情况下，模型选择单元14针对三维点kc_i从模型保持单元11中选择精确地表现形状的分段参数曲面模型作为用于获得对应点之间的距离的模型。
[0053]<步骤S307中的处理>
[0054]距离计算单元15将针对三维点kc_i选择的模型以由当前位置和姿态信息表示的位置和姿态放置，并获得三维kc_i与所放置的模型上的对应于三维点的对应点pm_i之间的距离(对应点之间的距离)。距离计算单元15根据针对三维点kc_i选择的模型是多边形模型还是分段参数曲面模型，来使用获得对应点之间的距离的不同方法。下面将描述当选择多边形模型以及当选择分段参数曲面模型时计算对应点之间的距离的方法。
[0055]?当选择多边形模型时>>
[0056]首先，装置从多边形模型中搜索对应于三维点kc_i的多边形。在这种情况下，装置通过将多边形模型投影在范围图像上高速进行对应搜索，如在下面的文献(0ishi, Nakazawa, and Ikeuchi, ^Fast Simultaneous Alignment of Multiple RangeImages Using Index Images", vol.J89-D, n0.3，pp.513-521，2006)中公开的方法。
[0057]首先，装置将多边形模型以由当前位置和姿态信息指示的位置和姿态来放置，并且基于已经校准的距离传感器的内部参数(透视投影参数)在图像缓冲器(信息处理装置I中的存储器)中描绘与范围图像具有相同大小的多边形模型。此时，装置在对各多边形分配唯一颜色的同时进行描绘。这使得可以使用颜色识别在范围图像上的各像素(同一位置)处投影的多边形。请注意，装置可以在GPU (图形处理单元)上高速进行多边形的描绘处理并读出图像作为描述结果。然后装置将与范围图像上的像素相对应的三维点kc_i与投影在像素上的多边形相关联。
[0058]然后装置将三维点kc_i的位置转换为多边形模型在模型坐标系中的位置km_i，并搜索从位置km_i延伸到与三维点kc_i相关联的多边形的垂线的底部的位置作为对应点pm_i的位置。装置获得位置km_i和对应点pm_i的位置之间的距离作为距离d_i。
[0059]请注意，将三维点kc_i与多边形上的点相关联的方法并不限于该方法。例如，装置可以使用称为正常拍摄的方法，该方法从三维点搜索与法线方向相交的多边形。在该方法中，装置由连结范围图像的相邻像素的三维点而获得的网格计算在各三维点处的法线。装置在基于概略位置和姿态将多边形模型的坐标系与各三维点的坐标系匹配时，搜索与从各三维点起沿法线方向的直线首先相交的多边形，并且将相交多边形与对应的三维点相关联。可选地，装置可以预先均匀地采样多边形上的点，基于概略位置和姿态将多边形模型的坐标系与三维点的坐标系匹配，并且使用将三维点与距离三维点最近的点所属的多边形相关联的最近邻搜索法。请注意，可以通过预先构建用于对包括各三维点和各多边形的界限盒(bounding box)进行分类的kd树(kd-tree)并且使用kd-tree进行搜索,来加速正常拍摄的处理或基于最近邻搜索的关联。可选地，装置可以预先均匀地采样多边形模型的多边形上的点，基于概略位置和姿态将这些点投影在范围图像上，并且将与投影像素链接的三维点与作为采样源的多边形相关联。装置可以使用能够唯一地将三维点与多边形模型的多边形相关联的任何方法，包括能够高速进行处理的关联方法。
[0060]?当选择分段参数曲面模型时>>
[0061]装置从分段曲面模型中搜索与三维点kc_i相对应的修整曲面，并且计算从三维点kc_i到曲面的距离。设M是构成分段参数曲面模型的修整曲面的总数。首先，装置针对M个修整表面中的各个，通过使用各修整曲面的参数计算被转换到模型坐标系中的位置km_
1、到各曲面的最短距离、以及位于最短距离的各曲面上的点。此时，装置计算各点，使得计算出的点存在于物体形状的有效区域。请注意，当进行这些计算时，装置可以使用根据曲面参数计算与三维点kc_i相对应的曲面上的对应点以及对应点之间的距离的一般方法。在这种情况下，设dt_j是第j个修整曲面与三维点kc_i之间的最短距离，pt_j是位于该距离的点。然后装置从M个修整曲面中选择具有最小值dt_j的修整曲面。装置获得所选择的修整曲面与三维点kc_i之间的距离d_i，以及位于该距离的点的位置作为对应点pm_i。
[0062]<步骤S308中的处理>
[0063]在步骤S308中，模型选择单元14确定是否已经选择了所有N个三维点。如果模型选择单元14确定选择了所有N个三维点，则处理进行到步骤S309。如果存在尚未被选择的任何三维点，则处理返回到步骤S305。
[0064]<步骤S309中的处理>
[0065]位置和姿态计算单元16针对从范围图像获得的三维点修正位置和姿态信息，使得针对各三维点选择的模型适合于三维空间。本实施例通过使用非线性优化方法的迭代操作修正位置和姿态信息来获得表示对象物体的位置和姿态的位置和姿态信息。
[0066]在步骤S309中，位置和姿态计算单元16针对从范围图像获得的三维点计算对象物体的位置和姿态，使得三维形状模型`适合于三维空间。
[0067]设P为三维几何模型上的表面点。
[0068]P= {pm_l, pm_2,..., pm_N}...(I)
[0069]设K是一组范围图像点。
[0070]K={km_l, km_2,…，km_N}…(2)
[0071]位置和姿态计算单元16将三维几何模型上的表面点P转换为范围点K。设bi e K是距离点P中的各点Pi最近的点K中的点，可以根据公式(3)定义误差函数。设R和t分别是姿态参数和移动向量。
[0072]E(RJ) = YdWb1-(Rpi^t)If...(3)
【权利要求】
1.一种信息处理装置，该信息处理装置包括: 图像获取单元，其用于获取包括对象物体的图像； 用于获取所述对象物体的概略位置和姿态的单元； 保持单元，其用于保持以不同精度表示所述对象物体的形状的多个模型的信息； 关联单元，其用于将所获取的图像中的所述对象物体的几何特征与以所述概略位置和姿态放置的所述多个模型中的至少一个表示的几何特征相关联；以及估计单元，其用于基于关联结果估计所述对象物体的位置和姿态。
2.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，所述关联单元根据预定条件从所述多个模型中选择模型，并将所述对象物体的几何特征与由所选模型表示的几何特征相关联。
3.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中，所述关联单元包括选择单元，所述选择单元用于基于在重复估计时计算出的指标值与阈值之间的比较来从所述多个模型中选择模型，并且 所述估计单元包括: 用于以所述概略位置和姿态或所估计的位置和姿态放置所选模型，并获得所述对象物体的表面上的各几何特征与由所选模型表示的对应几何特征之间的距离的单元；以及用于基于针对所述对象物体的表面上的各几何特征而获得的距离估计位置和姿态的单元。
4.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中，所述选择单元基于与所述对象物体的匹配度从所述多个模型中选择模型，并且 所述估计单元还包括: 用于基于所述对象物体的表面上的各几何特征与以所估计的位置和姿态放置的所选模型表示的对应几何特征之间的距离，获得所述匹配度的单元。
5.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中，所述选择单元基于估计的执行次数从所述多个模型中选择模型。
6.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中，所述选择单元基于估计前的概略位置与估计后的估计位置之间的位置差分，从所述多个模型中选择模型。
7.根据权利要求3所述的信息处理装置，其中，所述选择单元基于估计前的概略姿态与估计后的估计姿态之间的姿态差分，从所述多个模型中选择模型。
8.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中，所述估计单元包括: 选择单元，其用于针对所述对象物体的各区域，基于利用多边形近似所述区域的形状的多边形模型相对于利用参数曲面近似所述区域的形状的参数曲面模型的近似误差，来选择所述参数曲面模型和所述多边形模型中的一个； 用于以所述概略位置和姿态放置针对所述对象物体的各区域的所选模型，并获得所述对象物体的表面上的各几何特征与由所选模型表示的对应几何特征之间的距离的单元；以及 用于基于针对所述对象物体的表面上的各几何特征获得的距离估计位置和姿态的单J Li ο
9.根据权利要求2所述的信息处理装置，所述估计单元包括: 选择单元，其用于针对所述对象物体的各区域，基于所述对象物体的形状的公差，来选择利用参数曲面近似区域的形状的参数曲面模型以及利用多边形近似区域的形状的多边形模型中的一个； 用于以所述概略位置和姿态放置针对所述对象物体的各区域的所选模型，并获得所述对象物体的表面上的各几何特征与由所选模型表示的对应几何特征之间的距离的单元；以及 用于基于针对所述对象物体的表面上的各几何特征获得的距离来估计位置和姿态的单元。
10.根据权利要求2所述的信息处理装置，其中，所述估计单元包括: 选择单元，其用于针对所述对象物体的表面上的各几何特征，在针对所述几何特征的残差不小于阈值的情况下，选择利用多边形近似所述对象物体的形状的多边形模型，而在所述残差小于所述阈值的情况下，选择利用参数曲面近似所述对象物体的形状的参数曲面模型； 计算单元，其用于以所述概略位置和姿态放置针对所述几何特征的所选模型，并获得所述几何特征与所放置的模型的对应几何特征之间的距离； 修正单元，其用于基于针对所述对象物体的表面上的各几何特征而获得的距离来修正所述概略位置和姿态；以及 用于以修正过的概略位置和姿态放置针对所述对象物体的表面上的各几何特征的所选模型，并获得所述几何特征与所选模型的对应几何特征之间的距离作为针对所述几何特征的残差的单元。
11.根据权利要求1所述的信息处理装置，其中，所述保持单元保持与所述对象物体的各区域相关联的第一模型的信息和第二模型的信息，其中所述第二模型比所述第一模型更精确，并且 所述关联单元还包括:指定单元，其用于通过将所述图像中的所述对象物体的几何特征与以所述概略位置和姿态放置的所述第一模型的几何特征相关联来指定所述第一模型的几何特征，并且 所述关联单元将跟所述第一模型的所指定的几何特征相关联的第二模型的几何特征与所述对象物体的几何特征相关联。
12.根据权利要求11所述的信息处理装置，其中， 所述第一模型是多边形模型；并且 所述第二模型是分段参数曲面模型。
13.根据权利要求11或12所述的信息处理装置，其中，所述指定单元计算所述对象物体的几何特征与所述第一模型的对应几何特征之间的距离；并且 所述指定单元通过使用关于计算距离不小于阈值的几何特征的计算距离的评价值，并且通过使用利用所述第二模型的关于计算距离小于阈值的几何特征的关联结果，来估计所述对象物体的位置和姿态。
14.根据权利要求1所述的信息处理装置，该信息处理装置还包括: 用于获取从预定位置的视点捕获的对象物体的图像的单元；以及 用于从所捕获的图像提取几何特征的单元； 其中，所述估计单元基于所述概略位置和姿态将从所述多个模型中选择的模型投影到的图像上，其中所述多个模型以不同的精度表示所述对象物体的形状；并且 所述估计单元基于所提取的几何特征以及所投影的模型的对应几何特征来估计所述对象物体的位置和姿态。
15.根据权利要求1所述的信息处理装置，该信息处理装置还包括向用于控制机器人的控制单元发送指令的单元，其中所述指令使得所述机器人移动到所估计的位置和姿态。
16.一种信息处理方法，该信息处理方法包括以下步骤: 获取包括对象物体的图像； 获取所述对象物体的概略位置和姿态； 保持以不同精度表示所述对象物体的形状的多个模型的信息； 将所获取的图像中的所述对象物体的几何特征与由以所述概略位置和姿态放置的所述多个模型中的至少一个表示的几何特征相关联；以及基于关联结果估计所述对象物体的`位置和姿态。
【文档编号】G06F17/50GK103678754SQ201310379479
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2012年8月28日
【发明者】渡边大辅, 小林一彦 申请人:佳能株式会社