JP3909377B2 - 屋外用距離計測装置 - Google Patents

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    • G01C3/08—Use of electric radiation detectors
    • G01C3/085—Use of electric radiation detectors with electronic parallax measurement

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外で用いられる距離計測装置に関し、特に光切断法により距離を算出する距離計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、距離計測装置は多様化しており、接触式の計測法に代わり光伝搬時間計測法、両眼立体視法等のような非接触式の計測法が多く使われるようになった。特に精度面などからロボットのハンドリングなどの用途では、光切断法が一般的である。
以下、一般的な光切断法による計測装置の構成を示す。図３は従来の光切断法による距離計測装置例の構成を示すものである。レーザ投光器３０１によって、被測定対象物３０２にレーザ光を照射する。ＣＣＤカメラ３０３により被測定対象物３０２を撮像すると、被測定対象物３０２の位置によりＣＣＤカメラ３０３上に投影されるレーザの位置が変化する（三角測量法）。このレーザの位置を求めるために、ＣＣＤカメラ３０３の信号をＡ／Ｄ変換器３０４でデジタル信号に変換し、あらかじめ定めた閾値３０５により２値化回路３０６により２値画像に変換する。この２画像をラベリング３０７、重心検出３０８を行うことにより、画像上のレーザ位置の検出が行える。画像上のレーザ位置が検出できれば、光学パラメータ（焦点距離、レーザ投光器３０１及びＣＣＤカメラ３０３の設置距離と角度）またはキャリブレーショテーブル３０９により距離の算出３１０ができる仕組みである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の構成では、ＣＣＤカメラに投影されるレーザの像が画像上の他の場所より明るいことが前提であり、屋外において、太陽光の影響を受けるような場所では、レーザの出力を上げざるを得ず、安全性の面からも問題が残る。また屋外では、照度も煩雑に変化するため、あらかじめ閾値を定めることもできない。
そこで、本発明者は、受光カメラから得られる画像情報を同時座標変換した後、重ね合わせ処理を行うことにより周囲光を除去し、レーザ光のみを識別する装置を提案した（特開平８−９４３２２号公報参照）。
ところが、この提案でも、動く物体が写った場合、風等の影響で背景の物体が揺れる場合などは、その画像が除去できず、ノイズとして残ってしまっていた。
そこで、本発明は、動く物体が写った場合、風等の影響で背景の物体が揺れる場合などもノイズがのることなく、低出力のレーザで距離測定のできる装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、測定対象物にパルス状にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記レーザ光の照射、停止に同期させて、測定対象物の画像を取り込む画像読込み手段と、複数回のレーザ光の照射、停止により読み込まれる各画像間の差画像を求め、それらの差画像の最小値を画素ごとに求める手段と、前記差画像の最小値から２値化閾値を決定する手段と、前記差画像の最小値を２値化し、レーザの受光位置を検出する手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明による一実施例を図面を参照して説明する。図１は距離計測装置の構成を示すものである。レーザ投光器１０１によって、被測定対象物１０２にレーザを照射、停止を複数回行い、それに同期させてＣＣＤカメラ１０３により被測定対象物１０２を撮像する。
Ａ／Ｄ変換器１０４で映像信号をデジタル化し、照射時画像１０５、停止時の画像１０６を別のメモリに記憶する。レーザの照射、停止ごとに照射画像１０５から停止画像１０６を差し引いた画像（差画像）を求め、それらを最小値検出回路１０７により「差画像の最小値」を各画素おきに求め記憶する。 図２に撮像される映像例を示す。レーザ照射時の画像を２０１〜２０２に、レーザ停止時の画像を２０３〜２０４に示す。屋外での映像では、レーザの波長成分を太陽光が含んでいるため、レーザの波長成分のみを透過するバンドパスフィルタを用いても、画像にはレーザ光以外の映像も撮像される。レーザ照射時の画像から停止時の画像を差し引いた差画像を２０５〜２０７に示す。各画像にはレーザ光が観測されるが、各撮像間隔時に画像の変化（レーザ照射時に明、停止時に暗）が起こった場所、すなわち動きのあった場所に外乱を生じる。これらの差画像２０５〜２０７の最小値を各画素ごとに算出すると、外乱は除去されレーザ光のみが抽出される（２０８）。
この「差画像の最小値」のデータは１ビットではなく階調を持っているためヒストグラム１０８により２値化閾値１０９を動的に決定することができ、照度変化の強い屋外環境下においてもレーザ光のみ検出できる。この閾値により２値化１１０、ラベリング１１１、重心検出１１２を行えば画像上でのレーザ位置が検出でき距離の算出１１４が可能となる。
【０００６】
図２を用いて、被測定対象物を屋外に架線された電線とした場合の本発明の作用を説明する。
電線Ｌ（説明のため、若干太く描いている）の背景には街路樹Ｔがあり、鳥Ｂが飛んでおり、電線Ｌの所定の箇所に図１に示したレーザ投光器１０１によって、レーザ光Ｐを投射している。このようすを示すのが照射画像２０１である。
次に、レーザ光Ｐの投射を中止して、停止画像２０３を得る。このとき鳥Ｂは移動しており、街路樹Ｔの葉も風で揺れている。
したがって、照射画像２０１と停止画像２０３の差画像は２０５のようになる。すなわち、レーザ光Ｐの点、鳥Ｂ、風で揺れた街路樹Ｔの葉の部分が残る。
次に、レーザ光Ｐの投射を再開して、停止画像２０２を得る。このとき鳥Ｂは移動しており、街路樹Ｔの葉も風で揺れている。
したがって、停止画像２０３と照射画像２０２の差画像は２０６のようになる。すなわち、レーザ光Ｐの点、鳥Ｂ、風で揺れた街路樹Ｔの葉の部分が残る。
次に、レーザ光Ｐの投射を中止して、停止画像２０４を得る。このとき鳥Ｂは移動しており（画面から消えている）、街路樹Ｔの葉も風で揺れている。
したがって、照射画像２０２と停止画像２０４の差画像は２０７のようになる。すなわち、レーザ光Ｐの点、風で揺れた街路樹Ｔの葉の部分が残る。
最後に、差画像２０５，２０６，２０７の最小値（各画素は濃淡値が入っている）を求めると最小値の画像２０８となる。最小値の画像２０８では、レーザ光Ｐの点のみが強い輝度を保っている。
これにより、太陽光による背景がノイズとならず、レーザ光の照射点のみを抽出できたことになる。
【０００７】
【発明の効果】
以上のような本発明では、低出力のレーザでもレーザ光のみを検出でき、照度の変化にも強い屋外用距離装置を実現できるものである。
したがって、屋外で作業するロボットシステム等に必要な対象ワークの距離測定装置として極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における距離計測装置の構成図
【図２】本実施例による映像を示す図
【図３】従来技術による距離計測装置の構成図
【符号の説明】
１０１：レーザ投光器
１０２：被測定対象物
１０３：ＣＣＤカメラ
１０４：Ａ／Ｄ変換器
１０５：照射画像
１０６：停止画像
１０７：最小値検出
１０８：ヒストグラム
１０９：閾値
１１０：２値化
１１１：ラベリング
１１２：重心検出
１１３：光学パラメータまたはキャリグレーションテーブル
１１４：距離算出
２０１〜２０２：照射画像
２０３〜２０４：停止画像
２０５〜２０７：差画像
２０８：差画像の最小値
３０１：レーザ投光器
３０２：被測定対象物
３０３：ＣＣＤカメラ
３０４：Ａ／Ｄ変換器
３０５：閾値
３０６：２値化
３０７：ラベリング
３０８：重心検出
３０９：光学パラメータまたはキャリブレーションテーブル
３１０：距離算出

Claims (1)

  1. 測定対象物にパルス状にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
    前記レーザ光の照射、停止に同期させて、測定対象物の画像を取り込む画像読込み手段と、
    複数回のレーザ光の照射、停止により読み込まれる各画像間の差画像を求め、それらの差画像の最小値を画素ごとに求める手段と、
    前記差画像の最小値から２値化閾値を決定する手段と、
    前記差画像の最小値を２値化し、レーザの受光位置を検出する手段と、を備えたことを特徴とする屋外用距離計測装置。
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