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公開番号2025145429
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024045605
出願日2024-03-21
発明の名称自己位置推定装置及び自己位置推定方法
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01C 15/00 20060101AFI20250926BHJP(測定;試験)
要約【課題】広範囲にわたってカメラの自己位置推定を行うことが可能となる自己位置推定装置及び自己位置推定方法を提供する。
【解決手段】自己位置推定装置50は、複数のターゲット群を有するターゲットプレート14をカメラ20で撮影した画像を取得する画像取得部60と、画像からターゲット群の各ターゲットの位置を示す特徴点を検出する特徴点検出部62と、特徴点検出部62で検出された各特徴点と、ターゲット群における各ターゲットの位置を示すターゲット点との対応関係を示す誤差関数に基づき、カメラ20の位置及び姿勢を検出する自己位置推定部64と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数のターゲット群を有するターゲットプレートをカメラで撮影した画像を取得する画像取得部と、
前記画像から前記ターゲット群の各ターゲットの位置を示す特徴点を検出する特徴点検出部と、
前記特徴点検出部で検出された各前記特徴点と、前記ターゲット群における前記各ターゲットの位置を示すターゲット点との対応関係を示す誤差関数に基づき、前記カメラの位置及び姿勢を検出する自己位置推定部と、
を備える自己位置推定装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
ワールド座標系からｓ番目のターゲット群座標系への変換行列を［Ｒ｜ｔ］
w,s
とし（ｓはＮ以下の自然数であり、Ｎは前記ターゲット群の個数である。）、前記ワールド座標系からカメラ座標系への変換行列を［Ｒ｜ｔ］
w,c
とし、前記画像上における前記特徴点の座標を（ｕ
i,s
,ｖ
i,s
）とし（ｉはｍ以下の自然数であり、ｍは前記特徴点の数である。）、ｓ番目の前記ターゲット群における前記ターゲット点の座標を（ｘ
pj,s
,ｙ
pj,s
,ｚ
pj,s
）とし（ｊはｎ以下の自然数であり、ｎは前記ターゲット点の数である。）、前記誤差関数をＥとした場合、
前記誤差関数Ｅが以下の式で示される、請求項１に記載の自己位置推定装置。
TIFF
2025145429000014.tif
24
170
【請求項３】
前記自己位置推定部は、前記誤差関数が最小になる場合の前記変換行列［Ｒ｜ｔ］
w,c
を前記カメラの位置及び姿勢として求める、
請求項２に記載の自己位置推定装置。
【請求項４】
前記誤差関数に基づき、前記ターゲット群同士の相対位置を示すターゲット群相対位置情報を検出する相対位置推定部を備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の自己位置推定装置。
【請求項５】
前記ターゲット群相対位置情報に基づき、前記ターゲットプレートに異常があるか否かを判断する異常判断部を備える、
請求項４に記載の自己位置推定装置。
【請求項６】
前記画像取得部において取得される前記画像は、前記ターゲット群の前記各ターゲットをデフォーカス状態で撮影した画像である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の自己位置推定装置。
【請求項７】
前記各ターゲットは点状又はドット状である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の自己位置推定装置。
【請求項８】
複数のターゲット群を有するターゲットプレートをカメラで撮影した画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像から前記ターゲット群の各ターゲットの位置を示す特徴点を検出する特徴点検出ステップと、
前記特徴点検出ステップで検出された各前記特徴点と、前記ターゲット群における前記各ターゲットの位置を示すターゲット点との対応関係を示す誤差関数に基づき、前記カメラの位置及び姿勢を検出する自己位置推定ステップと、
を含む自己位置推定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラの自己位置を推定可能な自己位置推定装置及び自己位置推定方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、ポータブル型の三次元座標測定機（ＣＭＭ：Coordinate Measuring Machine）をロボットに持たせて、大物ワークの測定を自動で行うことが行われている。数十μｍ程度の精度要求に対しては、ポータブル型の三次元座標測定機にて要求を満足しつつあるが、十μｍ以下の高精度要求においてはブリッジ型の三次元座標測定機で対応しているのが現状である。
【０００３】
また、数十μｍ程度の精度を実現するための技術として、レーザトラッカやマーカを利用した測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これらは、ベースステーションに仰角と方位角の首振り機能を備えており、さらに距離センサ又はカメラを備えて測定ヘッドの距離や姿勢を計算する。この測定方法によれば、首振り機構の可動範囲や距離センサの測長範囲が長いため、広範囲での測定が可能となる。
【０００４】
しかしながら、レーザトラッカやマーカなどを利用した測定方法では、主に首振り機構の角度精度の限界により、ベースステーションと測定ヘッドの距離が大きくなるに従い測定精度が悪化する傾向になる。
【０００５】
一方、三次元空間上の位置が既知のターゲットをカメラで撮影した画像からカメラの自己位置（位置及び姿勢）を検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、各ターゲットの三次元空間上の位置と、撮影された画像上の各ターゲットの位置とを関連付けて計算を行うことにより、比較的単純な機構で高精度（５μｍ以下）を得やすいメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１４８５１５号公報
特開２０２２－３０８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、カメラを用いてターゲットを撮影した画像から自己位置を検出する方法では、高精度で自己位置を推定可能であるものの、以下に述べるように、広い測定範囲を得ることが難しい問題がある。
【０００８】
すなわち、上記の方法において、広い測定範囲を得るためには、複数のターゲットを有するターゲット群を大型化する必要がある。この場合、各ターゲットの三次元空間上の位置を事前に調べることが必要となるが、各ターゲットの三次元位置を測定するための測定機サイズを大きくしなければならない。また、ターゲット群の自重撓みによる各ターゲットの三次元座標の誤差が大きくなるため、自己位置の推定精度を悪化させる要因となる。そのため、一つのターゲット群で広範囲をサポートすることは困難であり、広範囲にわたって自己位置を推定するには限界がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、広範囲にわたってカメラの自己位置推定を行うことが可能な自己位置推定装置及び自己位置推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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