CN115136196A - 三维拍摄装置以及拍摄条件调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维拍摄装置(1)，具备：至少一个摄像机(2)，其获取对象物(O)的二维图像以及距离信息；监视器，其显示由摄像机(2)获取的二维图像；以及一个以上的处理器，其包括硬件，处理器在显示于监视器的二维图像中获取不需要距离信息的第一区域，并设定如下拍摄条件：在所获取的第一区域中由摄像机(2)获取的距离信息的量成为预定的第一阈值以下，并且在第一区域以外的至少一部分的第二区域中由摄像机(2)获取的距离信息的量多于预定的第二阈值，第二阈值大于第一阈值。

Description

三维拍摄装置以及拍摄条件调整方法
技术领域
本发明涉及三维拍摄装置以及拍摄条件调整方法。
背景技术
已知一种对象物取出装置，其使用三维拍摄装置计测到对象物为止的距离，并利用机器人取出对象物(例如，参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－246631号公报
发明内容
发明要解决的问题
为了详细获取对象物的三维形状，通常进行如下操作：切换曝光时间或光量等拍摄条件，从而调整为能够得到更多距离信息的拍摄条件。在该情况下，例如，在紧密配置的同一形状的两个以上的如纸板箱那样的对象物的情况下，若不使用高分辨率的三维摄像机，则有时难以在所获取的三维图像上识别对象物的边界。因此，期望即使使用分辨率比较低的三维摄像机，也能够通过简易的调整来更明确地识别对象物的边界等难以识别的区域。
用于解决问题的方案
本发明的一个实施方式是一种三维拍摄装置，所述三维拍摄装置具备：至少一个摄像机，其获取对象物的二维图像以及距离信息；监视器，其显示由该摄像机获取的所述二维图像；以及一个以上的处理器，其包括硬件，该处理器在显示于所述监视器的所述二维图像中获取不需要所述距离信息的第一区域，并设定如下拍摄条件：在所获取的所述第一区域中由所述摄像机获取的所述距离信息的量成为预定的第一阈值以下，并且在所述第一区域以外的至少一部分的第二区域中由所述摄像机获取的所述距离信息的量多于预定的第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个实施方式的三维拍摄装置的机器人系统的一个例子的立体图。
图2是表示图1的三维拍摄装置的三维摄像机的框图。
图3是说明图1的三维拍摄装置的控制装置的框图。
图4是表示使用了图1的三维拍摄装置的拍摄条件调整方法的流程图。
图5是表示在图1的三维拍摄装置中，指定显示于监视器的图像上的第一区域以及第二区域的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的三维拍摄装置1以及拍摄条件调整方法进行说明。
如图1所示，本实施方式的三维拍摄装置1例如是获取由机器人100取出的对象物O的距离信息的装置。三维拍摄装置1具备：三维摄像机(摄像机)2，其拍摄对象物O以获取二维图像以及距离信息；以及控制装置3，其供获取到的二维图像以及距离信息输入。在图1中，附图标记T是安装于机器人100的手腕110前端并能够把持对象物O的手。
如图2所示，三维摄像机2例如具备：两个二维摄像机4、5，其在与光轴A正交的方向上隔开间隔配置；投影仪(照明装置)6，其向对象物O照射预定图案的照明光；以及控制部(处理器)7。三维摄像机2例如利用未图示的支架向下设置于对象物O的上方。取而代之，也可以将三维摄像机2搭载于机器人100的手腕110。
三维摄像机2获取利用两个二维摄像机4、5从不同的方向分别拍摄由投影仪6照射了预定图案的照明光的对象物O而得到的两个二维图像。控制部7由处理器构成，接收来自控制装置3侧的指令而使二维摄像机4、5以及投影仪6工作，并且根据由二维摄像机4、5获取的两张二维图像计算对象物O的距离信息。
距离信息的计算方法例如通过如下进行：探索两个二维图像内图案一致的小区域，根据探索到的小区域彼此在图像上的位置的差，求出视差。从三维摄像机2到对象物为止的距离越远则视差越小，越近则视差越大。利用这一点，将图像上的各位置的视差转换为距离，从而计算出对象物O的距离信息。
探索两个二维图像内图案一致的小区域，例如利用SAD(Sum of AbsoluteDifference)法计算匹配得分，并探索匹配得分最高(各像素的亮度值之差的绝对值的总和最小)的小区域。
如图3所示，控制装置3是计算机，其具备：包括硬件的一个以上的处理器8、存储器9、监视器10、以及用于供用户输入的键盘或者鼠标等输入装置11。
向控制装置3输入由三维摄像机2获取到的任意一个二维图像以及距离信息。
处理器8使输入的二维图像显示于监视器10，在所显示的二维图像中，利用输入装置11指定不需要获取距离信息的第一区域X，以及想要获取距离信息的第二区域Y。第一区域X以及第二区域Y的指定例如利用鼠标包围区域，或者利用键盘使屏幕上的光标移动来进行。
作为获取距离信息时的拍摄条件，在存储器9中存储有能够调整的一个以上的参数以及阈值。作为参数，能够例举二维摄像机4、5的曝光时间、投影仪6的光量、在图案匹配中计算出的匹配得分、以及在图案匹配中使用的小区域的大小等。
阈值是表示在第一区域X中获取的距离信息的量L1的上限的第一阈值Th1、以及表示在第二区域Y中获取的距离信息的量L2的下限的第二阈值Th2。第二阈值Th2大于第一阈值Th1。
处理器8切换存储于存储器9的拍摄条件的参数并向三维摄像机2发送指令，使其获取距离信息。然后，处理器8探索如下拍摄条件：在第一区域X中获取的距离信息的量L1成为第一阈值Th1以下，并且在第二区域Y中获取的距离信息的量L2多于第二阈值Th2。
以下，对使用如此构成的本实施方式的三维拍摄装置1的拍摄条件调整方法进行说明。
在本实施方式的拍摄条件调整方法中，作为拍摄条件的参数，例如以仅调整曝光时间的情况为例进行说明。
首先，如图4所示，在两个二维图像的视场内配置对象物O(步骤S1)，在不使投影仪6工作的情况下，利用任一个二维摄像机4、5获取二维图像(步骤S2)。
利用处理器8将获取到的对象物O的二维图像显示于监视器10(步骤S3)，成为用户能够指定不需要距离信息的第一区域X以及想要获取距离信息的第二区域Y的状态。
在该状态下，用户在所显示的二维图像上指定第一区域X以及第二区域Y(步骤S4)。
如图5所示，在对象物O为邻接配置的两个同一形状的纸板箱的情况下，第一区域X是通过利用矩形(在图中用阴影线表示。)包围作为对象物O的两个纸板箱的边界线，指定矩形的内侧。另外，第二区域Y的指定是例如通过利用矩形包围邻接配置的作为对象物O的两个纸板箱的上表面的整个区域，指定矩形的内侧。在图中，附图标记P是包装纸板箱的胶带。
在第一区域X以及第二区域Y被指定后，处理器8初始化计数器n(步骤S5)，并设定用于获取距离信息的拍摄条件的参数P(n)(步骤S6)。其中，参数P(n)是随着n从n＝1依次增加1而依次增大预定间隔Δt的曝光时间。
然后，处理器8在将三维摄像机2调整为设定的拍摄条件的状态下，使其获取具有视差的两张二维图像(步骤S7)。
由两个二维摄像机4、5获取的两张二维图像在三维摄像机2的未图示的图像处理部中进行处理。使用设定的大小的小区域进行图案匹配，只在满足设定的匹配得分的对应点计算两张二维图像的视差，基于视差得到距离信息(步骤S8)。
然后，将在第一区域X以及第二区域Y内得到的距离信息发送到控制装置3，判定在第一区域X中得到的距离信息的量L1是否为第一阈值Th1以下(步骤S9)。若距离信息的量L1多于第一阈值Th1，则判定计数器n是否为最大值nmax(步骤S10)。
若计数器n不是最大值nmax，则计数器n递增(步骤S11)，重复从步骤S6开始的工序。若在步骤S9中判定在第一区域X内得到的距离信息的量L1为第一阈值Th1以下，则判定在第二区域Y内得到的距离信息的量L2是否为第二阈值Th2以下(步骤S12)。若距离信息的量L2为第二阈值Th2以下，则进行到步骤S10。
若在步骤S12中距离信息的量L2多于第二阈值Th2，则判定距离信息的量L2是否为最大值L2max以下(步骤S13)，若为第二阈值Th2以下，则进行到步骤S10。若距离信息的量L2大于最大值L2max，则计数器n作为使距离信息的量L2最大的参数P(n)的计数器max被保存(步骤S14)。然后，最大值L2max更新为距离信息的量L2的值(步骤S15)，并进行到步骤S10。
在步骤S10中，若计数器n为最大值nmax，则将P(max)设定为拍摄条件(步骤S16)，并结束处理。
如此，根据本实施方式的拍摄条件调整方法，能够将在第一区域X中获取的距离信息的量L1成为第一阈值Th1以下，并且在第二区域Y中获取的距离信息的量L2成为最大的参数P(max)设定为拍摄条件。即，在本实施方式中，通过将作为对象物O的两个纸板箱的边界部分设定为第一区域X，能够设定将在第一区域X中获取的距离信息的量L1抑制在第一阈值Th1以下的拍摄条件。其结果是，能够将两个纸板箱的边界认定为不存在对象物O的区域，并且机器人100能够将各纸板箱单独识别为分离的对象物O。
并且，具有如下优点：一旦设定了拍摄条件后，只要处理同一种类的纸板箱，就能够获取同样的距离信息，并且能够将紧密配置的两个纸板箱明确地区分为分离的对象物O。
此外，在本实施方式中，作为拍摄条件，采用了曝光时间，但不限于此，还可以采用其他拍摄条件，例如投影仪的照明光量、用于图案识别的得分的大小、以及小区域的尺寸等中的至少一个。
在不需要距离信息的第一区域X比其他区域暗的情况下，通过将投影仪6的光量设定得更小，能够难以得到来自第一区域X的距离信息。在第一区域X比其他区域亮的情况下，通过将投影仪6的光量设定得更大，能够引起光晕，从而难以得到来自第一区域X的距离信息。
通过将用于图案识别的得分(评价基准)严格设定(设定为更小的值)，能够使发现两个二维图像的第一区域X之间的对应位置变得困难，从而难以得到来自第一区域X的距离信息。
另外，若缩小小区域的尺寸，则即使是形状变化较大的地方或细小的形状，也能够很容易发现对应位置，若增大小区域的尺寸，则在形状变化较大的地方或细小的形状中很难发现对应位置，另一方面，能够减少在平面部分的错误对应。
另外，举例说明了三维摄像机2具备计算距离信息的控制部(处理器)7的情况，但三维摄像机2还可以输出两个二维图像，利用控制装置3内的处理器8计算距离信息。
另外，设定了在显示于监视器10的二维图像中指定不需要距离信息的第一区域X和需要距离信息的第二区域Y，但也可以仅指定第一区域X，将第二区域Y设定为剩余的整个二维图像。
附图标记说明：
1：三维拍摄装置
4、5：二维摄像机(摄像机)
6：投影仪(照明装置)
7：控制部(处理器)
8：处理器
10：监视器
A：光轴
O：对象物
X：第一区域
Y：第二区域
Th1：第一阈值
Th2：第二阈值

Claims (14)

1.一种三维拍摄装置，其特征在于，具备：
至少一个摄像机，其获取对象物的二维图像以及距离信息；
监视器，其显示由该摄像机获取的所述二维图像；以及
一个以上的处理器，其包括硬件，
该处理器用于，
在显示于所述监视器的所述二维图像中获取不需要所述距离信息的第一区域，
设定如下拍摄条件：在所获取的所述第一区域中由所述摄像机获取的所述距离信息的量成为预定的第一阈值以下，并且在所述第一区域以外的至少一部分的第二区域中由所述摄像机获取的所述距离信息的量多于预定的第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
2.根据权利要求1所述的三维拍摄装置，其特征在于，
所述处理器在显示于所述监视器的所述二维图像中获取需要所述距离信息的所述第二区域。
3.根据权利要求1或2所述的三维拍摄装置，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述摄像机的曝光时间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维拍摄装置，其特征在于，
所述三维拍摄装置具备对所述对象物进行照明的照明装置，
所述拍摄条件包括所述照明装置进行照明的照明光量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的三维拍摄装置，其特征在于，
在与光轴交叉的方向上隔开间隔配置两个所述摄像机，
所述处理器通过匹配由两个所述摄像机获取到的两个所述二维图像内的小区域，计算两个所述二维图像的各部分的视差，基于计算出的该视差计算所述距离信息。
6.根据权利要求5所述的三维拍摄装置，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述匹配的评价基准。
7.根据权利要求5或6所述的三维拍摄装置，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述小区域的大小。
8.一种拍摄条件调整方法，其特征在于，
在由获取对象物的二维图像以及距离信息的至少一个摄像机获取到的所述二维图像中，指定不需要所述距离信息的第一区域，
设定如下拍摄条件：在所指定的所述第一区域中获取的所述距离信息的量成为预定的第一阈值以下，并且在所述第一区域以外的至少一部分的第二区域中获取的所述距离信息的量多于预定的第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
9.根据权利要求8所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
在显示于监视器的所述第二图像中指定需要所述距离信息的所述第二区域。
10.根据权利要求8或9所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述摄像机的曝光时间。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
所述拍摄条件包括照明所述对象物的照明光量。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
在由在与光轴交叉的方向上隔开间隔配置的两个所述摄像机获取到的所述对象物的两个所述二维图像中，通过匹配该二维图像内的小区域，计算两个所述二维图像的各部分的视差，基于计算出的该视差，计算所述距离信息。
13.根据权利要求12所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述匹配的评价基准。
14.根据权利要求12或13所述的拍摄条件调整方法，其特征在于，
所述拍摄条件包括所述小区域的大小。
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