CN115335658A - 图像处理装置以及图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
容易检测由三维传感器拍摄到的物体。图像处理装置具备:距离计算部,其基于由三维传感器取得的三维数据,计算三维数据中的各点与基准面之间的距离;距离图像生成部,其生成将基于距离计算部计算出的距离而计算出的值作为像素值的距离图像;以及图像处理部,其对距离图像进行图像处理。基准面可以是物体的载置面或者与载置面平行的面。另外,基准面也可以是物体的面。图像处理装置可以具备三维传感器。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理装置以及图像处理方法,尤其涉及使用三维传感器取得的三维数据来进行图像处理的图像处理装置以及图像处理方法。
背景技术
作为使用由三维传感器取得的三维数据来进行图像处理的图像处理装置,例如有专利文献1以及专利文献2所记载的装置。
在专利文献1中记载了通过2维图像处理来检测三维物体的装置。具体而言,专利文献1所记载的装置通过一对摄像单元对三维物体进行摄像,针对将图像细分后的各区域计算视差数据。然后,该装置根据视差数据,并基于距摄像单元的距离,生成具有各区域所对应的灰度值的灰度图像。将三维物体模型化,计算表示模型与灰度图像中的图像区域之间的类似度的相关值。模型是具有从摄像单元所处的方向观察三维物体时的形状特征的2维图像,并且将2维图像细分后的各区域具有表示三维物体的对应的部分距摄像单元的距离的灰度值。基于模型的灰度值和灰度图像中的该图像区域的灰度值来计算相关值。然后,装置在灰度图像中检测与模型具有最高的相关值的图像区域,由此来检测三维物体。
在专利文献2中记载了能够高精度地检测三维运动的运动检测装置。具体而言,专利文献2的运动检测装置具备:图像取得单元,其取得距离图像;分割单元,其将该图像取得单元取得的距离图像分割为预定大小的小区域;第一检测单元,其在由图像取得单元连续取得的距离图像之间,针对相似的每个小区域检测平面方向的运动;计算单元,其针对每个小区域计算深度信息;以及第二检测单元,其基于该计算单元计算出的深度信息在类似的小区域间检测深度方向的运动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-213353号公报
专利文献2:日本特开2000-222585号公报
发明内容
发明要解决的课题
在基于距三维传感器的距离来生成距离图像,并对距离图像进行图像处理时,如果要检测的物体的面相对于三维传感器的光轴不是垂直,则从三维传感器到与三维传感器的光轴不垂直的面的距离不恒定,因此难以检测物体。
因此,期望在要检测的物体的面相对于三维传感器的光轴不是垂直的情况下容易检测物体。
用于解决课题的手段
(1)本公开的第一方式的图像处理装置具备:距离计算部,其基于三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离;距离图像生成部,其生成将基于所述距离计算部计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像;以及图像处理部,其对所述距离图像进行图像处理。
(2)本公开的第二方式的图像处理装置的图像处理方法基于由三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离,生成将基于计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像,对所述距离图像进行图像处理。
发明效果
根据本公开的方式,即使物体相对于三维传感器的光轴倾斜,也容易检测物体。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的图像处理装置的一个结构例的框图。
图2表示图像处理装置所包含的三维传感器检测载置工件的载置面的方法。
图3表示三维传感器和工件的配置以及以距载置面的距离成为亮度的方式将距离图像进行转换后的图像。
图4说明将基于三维传感器与工件表面各点之间的距离计算出的值作为像素值来生成距离图像的情况。
图5是表示本实施方式的图像处理部的动作的流程图。
图6表示图像处理装置所包含的三维传感器和载置面上载置的六棱柱的工件。
具体实施方式
以下,使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的图像处理装置的一个结构例的框图。
如图1所示,图像处理装置10具备三维传感器101、基准面计算部102、距离计算部103、距离图像生成部104以及图像处理部105。
如图1所示,三维传感器101对工件20以及放置工件20的载置面30进行拍摄,将三维数据输出到基准面计算部102以及距离计算部103。关于三维数据,例示了三维点群或距离图像,但并不限于此。也可以应用其他任意的三维数据。
工件20是成为检测对象的物体。载置面30例如是载置工件20的工作台的面。如图1所示,载置面30以及工件20相对于三维传感器101的光轴倾斜地配置。在此,关于工件20,例示了梯形台。
作为三维传感器101,例如能够使用通过在2个照相机的图像间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离的立体照相机、通过在从投影仪投影的图案的图像与照相机的图像之间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离的立体照相机。另外,三维传感器101也能够使用以下的立体照相机,该立体照相机在从投影仪投影了图案的条件下,通过在2台照相机的图像间进行匹配来测量与成为检测对象的工件20之间的距离。
基准面计算部102根据从三维传感器101输出的三维数据来求出用于检测工件20的基准面。基准面计算部102也可以使用设计值或通过其他的测量方法进行测量等方法来求出基准面,从而取代基于三维传感器101输出的三维数据来求出基准面。基准面是与三维传感器101不平行的面,例如是载置面30或与载置面30平行的平面。在与载置面30平行的平面中包含与载置面30接触的工件20的面。在以下的说明中,对于将基准面设为载置面30的情况进行说明。
图2表示图像处理装置所包含的三维传感器检测载置工件20的载置面的方法。
基准面计算部102基于三维传感器101输出的三维数据,求出三维传感器101的三维坐标系中的三维传感器101与载置面30上的至少3个点,例如图2所示的载置面30上的3个点A1、A2、A3的三维坐标。基准面计算部102能够检测工件20周围的载置面30,决定载置面30的3个点A1、A2、A3。
基准面计算部102能够根据图2所示的载置面30上的3个点A1、A2、A3的三维坐标值,求出三维传感器101的三维坐标系(以下,称为“三维坐标系”)中的载置面30的式子。载置面30的式子能够用aX+bY+cZ+d=0表示。以下,将三维坐标系中的各轴的坐标称为“三维坐标”。
距离计算部103能够基于根据从三维传感器101输出的三维数据而求出的工件20以及载置面30的表面的各点的三维坐标和基准面计算部102计算出的载置面30的式子,计算载置面30(成为基准面)与工件20的表面的各点之间的距离。
具体而言,与三维传感器101对置的工件20的面上的任意点的三维坐标(X0,Y0,Z0)到通过aX+bY+cZ+d=0表示的载置面30的距离用数学式1(以下的数式1)表示。
[数式1]
由此,例如,如图3所示,载置面30与工件20的面20a之间的距离成为恒定的距离D1。
距离图像生成部104生成将基于计算出的载置面30与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值作为像素值的距离图像。在图3中,示出了将工件20的面20a的角的点B的像素值设为D1的情况。在此,距离图像是测量物体的表面而得到的图像,是指拍摄到的图像上的各像素将基于计算出的载置面30与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值作为像素值的图像。
图像处理部105对距离图像进行图像处理。
例如,图像处理部105将距离图像转换为基于载置面30与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值(像素值)成为亮度的以灰度表示像素值的图像。以灰度表示像素值的图像例如是单色的彩色图像、灰度图像。
若将距离图像转换为以灰度表示像素值的图像,则如图3所示,由于从载置面30到工件20的面20a的距离为恒定的距离D1,因此工件20的面20a的亮度在面内成为相同的亮度。在图3中示出了以灰度表示像素值的图像是灰度图像的情况。通过使工件20的面20a的亮度在面内成为相同的亮度,容易检测工件20。在本实施方式中,如图3所示,使距载置面30的距离最长(距载置面30远)的工件20的面20a的亮度最高,随着距载置面30的距离变短(靠近载置面30)亮度变低。
为了进行比较,使用图4来说明将基于三维传感器101与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值作为像素值来生成距离图像的情况。如图4所示,三维传感器101的三维坐标系(X,Y,Z)的Z方向上的工件20的面20a的角的点B与三维传感器101之间的距离D2和工件20的面20a的角的点C与三维传感器101之间的距离D3相比距离不同。因此,即使生成将基于工件20的面20a与三维传感器101之间的距离而计算出的值作为像素值的距离图像,并转换为灰度图像,工件20的面20a的亮度也不会在面内成为相同的亮度。
并且,图像处理部105可以对转换后的灰度图像等用灰度表示像素值的图像进行用于在液晶显示装置等显示装置上进行显示的图像处理。
为了实现图1所示的图像处理装置10所包含的除了三维传感器101以外的功能块,图像处理装置10能够由具备CPU(Central Processing Unit:中央处理单元)等运算处理装置的计算机构成。另外,图像处理装置10还具备存储了应用软件、OS(Operating System:操作系统)等各种控制用程序的HDD(Hard Disk Drive:硬盘驱动器)等辅助存储装置、用于存储运算处理装置执行程序时暂时需要的数据的RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)这样的主存储装置。
然后,在图像处理装置10中,运算处理装置从辅助存储装置读入应用软件或OS,一边使读入的应用软件或OS在主存储装置中展开,一边基于这些应用软件或OS进行运算处理。另外,基于该运算结果,控制图像处理装置10所具备的各种硬件。由此,实现本实施方式的功能块。即,本实施方式能够通过硬件与软件的协作来实现。
接着,使用图5对图像处理装置10的动作进行说明。
在步骤S11中,三维传感器101拍摄工件20和放置有工件20的载置面30,将三维数据输出到基准面计算部102和距离计算部103。
在步骤S12中,基准面计算部102基于三维数据,求出载置面30上的至少3个点,例如图3所示的载置面30上的3个点A1、A2、A3的三维坐标。
然后,基准面计算部102根据三维传感器101和图2所示的载置面30上的3个点A1、A2、A3的三维坐标,求出三维传感器101的坐标系中的载置面30的式子。载置面30的式子能够用aX+bY+cZ+d=0表示。
基准面计算部102将求出的载置面30的式子(aX+bY+cZ+d=0)输出到距离计算部103。
在步骤S13中,距离计算部103基于根据三维传感器101输出的三维数据而求出的工件20以及载置面30的表面的各点的三维坐标和基准面计算部102计算出的载置面30的式子,计算载置面30(成为基准面)与工件20的表面的各点之间的距离。
具体而言,与三维传感器101对置的工件20的面的任意点的三维坐标(X0,Y0,Z0)到以aX+bY+cZ+d=0表示的载置面30的距离用上述的数学式1表示。
在步骤S14中,距离图像生成部104生成将基于计算出的载置面30与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值作为像素值的距离图像。
在步骤S15中,图像处理部105对距离图像进行图像处理。
例如,如上所述,将距离图像转换为基于载置面30与工件20的表面的各点之间的距离而计算出的值成为亮度的灰度图像。若转换为灰度图像,则如图3所示,从载置面30到工件20的面20a的距离为恒定的距离D1,因此工件20的面20a的亮度在面内成为相同的亮度。
在以上说明的本实施方式中,为了即使在工件相对于传感器的光轴倾斜的情况下也能够得到与工件正对的距离图像,指定成为基准面的工件的载置面,生成将基于所指定的载置面与工件的表面的各点的距离而计算出的值作为像素值的距离图像,并且进行图像处理。于是,容易检测工件。
本实施方式的图像处理装置能够用于机床的工作台上的工件的检测、通过机器人的机械臂输送工件时的工作台上的工件的检测等。
<将基准面设为载置面以外的面的例子>
在以上说明的实施方式中,将基准面设为载置工件的载置面或与载置面平行的面,但是也可以将载置面以及与载置面平行的面以外的任意面设为基准面。在本例中,说明将基准面设为载置面以及与载置面平行的面以外的任意面的例子。在以下的说明中,对工件为六棱柱的情况进行说明。
图6表示图像处理装置所包含的三维传感器和载置面上载置的六棱柱的工件。
如图6所示,将基准面设为相对于载置面30倾斜的六棱柱的工件21的侧面,该基准面无法由三维传感器101拍摄。
因此,为了求出成为基准面的六棱柱的工件21的侧面的式子,将与三维传感器101相同的结构的其他三维传感器配置为能够观测六棱柱的工件21的侧面。通过设置其他三维传感器,基准面计算部102能够求出其他三维传感器的坐标系中的工件21的侧面的式子。基准面计算部102通过预先进行三维传感器101的坐标系与其他三维传感器的坐标系的校准,能够求出其他三维传感器的坐标系中的工件21的侧面的式子,并能够根据该侧面的式子来求出三维传感器101的坐标系中的工件21的侧面的式子。
距离计算部103除了使用工件21的侧面的式子来代替载置面30的式子这一点以外,与已经说明的将基准面设为载置面的例子同样地,基于根据从三维传感器101输出的三维数据而计算出的工件21以及载置面30的表面的各点的三维坐标和基准面计算部102计算出的工件21的侧面的式子,计算工件21的侧面(成为基准面)与工件21的表面的各点之间的距离。
如图6所示,从基准面到工件21的面21a的距离为恒定的距离D4。
距离图像生成部104生成将基于工件21的侧面与工件21的表面的各点之间的距离而计算出的值作为像素值的距离图像,其中,工件21的侧面与工件21的表面的各点之间的距离是基于从三维传感器101输出的三维数据计算出的。图像处理部105例如在将距离图像转换为灰度图像时,由于从基准面到工件21的面21a的距离为恒定的距离D4,因此,工件21的面21a的亮度在面内成为相同的亮度。通过使工件21的面21a的亮度在面内成为相同的亮度,容易检测工件21。
以上对本发明的实施方式进行了说明,本实施方式的图像处理部的各构成部能够通过硬件、软件或者它们的组合来实现。例如,可以通过电路来实现。另外,通过上述各构成部的协作来执行的图像处理方法也能够通过硬件、软件或者它们的组合来实现。在此,通过软件实现是指通过由计算机读入并执行程序来实现。
程序可以使用各种类型的非暂时性的计算机可读取的记录介质(non-OnlyMemory readable medium)来存储,并提供给计算机。非暂时性的计算机可读取的记录介质包含各种类型的有形存储介质(tangible storage medium)。作为非暂时性的计算机可读取的记录介质的例子,包含磁记录介质(例如,硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如,光磁盘)、CD-ROM(Read Only Memory:只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如,掩膜ROM、PROM(Programmable ROM:可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM:可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(random access memory:随机存取存储器))。
上述实施方式是本发明的优选的实施方式,但并非将本发明的范围仅限定为上述实施方式,能够以在不脱离本发明的主旨的范围内实施了各种变更的方式来实施。
例如,在上述实施方式中,作为物体举出机床中的加工对象物即工件进行了说明,但物体并不限于工件,例如也可以是工件以外的产品、商品或者装入了产品或商品的瓦楞纸箱等包装材料。
另外,在预先确定了成为基准面的载置面30的情况下,也可以取代基准面计算部102而设置存储载置面30或工件21的侧面的式子的基准面存储部。距离计算部103可以在从三维传感器101接收到三维传感器101与工件20之间的距离图像时,从基准面存储部读出载置面30或者工件21的侧面的式子,转换为将距载置面30或者工件21的侧面的距离作为像素值的距离图像。
另外,三维传感器101可以不设置在图像处理装置10内,也可以设置在图像处理装置10外。
并且,工件不限定于梯形台、六棱柱,也可以是其他形状,例如立方体、长方体。
本公开的图像处理装置以及图像处理方法包含上述实施方式,能够采取具有如下结构的各种各样的实施方式。
(1)本公开的第一方式为一种图像处理装置,其具备:
距离计算部,其基于由三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离;
距离图像生成部,其生成将基于所述距离计算部计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像;以及
图像处理部,其对所述距离图像进行图像处理。
根据该图像处理装置,即使物体相对于三维传感器的光轴倾斜,也容易检测物体。
(2)根据所述(1)所述的图像处理装置,所述三维数据包含物体的三维数据,
所述基准面是所述物体的载置面或与所述载置面平行的面。
(3)根据所述(1)所述的图像处理装置,所述三维数据包含物体的三维数据,
所述基准面是所述物体的面。
(4)根据所述(2)或(3)所述的图像处理装置,所述物体是工件。
(5)根据所述(1)~(4)中的任意一项所述的图像处理装置,具备所述三维传感器。
(6)根据所述(1)至(5)中的任意一项所述的图像处理装置,具备基于所述三维数据来计算所述基准面的基准面计算部。
(7)根据(1)至(6)中的任意一项所述的图像处理装置,所述图像处理包含将所述距离图像转换为以灰度表示所述像素值的图像的处理。
(8)如所述(7)所述的图像处理装置,以灰度表示所述像素值的图像是灰度图像。
(9)本公开的第二方式为图像处理装置的图像处理方法,
基于由三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离,
生成将基于计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像,
对所述距离图像进行图像处理。
根据该图像处理方法,即使物体相对于三维传感器的光轴倾斜,也容易检测物体。
附图标记的说明
10 图像处理装置
20、21 工件
30 载置面
101 三维传感器
102 基准面计算部
103 距离计算部
104 距离图像生成部
105 图像处理部。
Claims (9)
1.一种图像处理装置,其特征在于,具备:
距离计算部,其基于由三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离;
距离图像生成部,其生成将基于所述距离计算部计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像;以及
图像处理部,其对所述距离图像进行图像处理。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于,
所述三维数据包含物体的三维数据,
所述基准面是所述物体的载置面或与所述载置面平行的面。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置,其特征在于,
所述三维数据包含物体的三维数据,
所述基准面是所述物体的面。
4.根据权利要求2或3所述的图像处理装置,其特征在于,
所述物体是工件。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的图像处理装置,其特征在于,
所述图像处理装置具备所述三维传感器。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的图像处理装置,其特征在于,
所述图像处理装置具备基于所述三维数据来计算所述基准面的基准面计算部。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的图像处理装置,其特征在于,
所述图像处理包含将所述距离图像转换为以灰度表示所述像素值的图像的处理。
8.根据权利要求7所述的图像处理装置,其特征在于,
以灰度表示所述像素值的图像是灰度图像。
9.一种图像处理装置的图像处理方法,其特征在于,
基于由三维传感器取得的三维数据,计算该三维数据中的各点与基准面之间的距离,
生成将基于计算出的所述距离而计算出的值作为像素值的距离图像,对所述距离图像进行图像处理。
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