JP2011196860A - 距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法および物体寸法測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】載置面に何も載置されていない状態で撮像して第1距離画像を取得する第1撮像工程と、前記第1距離画像に基づいて前記載置面の方程式を算出する載置面方程式算出工程と、前記載置面に載置された直方体の少なくとも上面が写るように撮像して第2距離画像を取得する第2撮像工程と、前記第2距離画像に基づいて前記上面の方程式を算出する上面方程式算出工程と、この上面方程式算出工程で方程式が算出された前記上面を前記第2距離画像の中で前記載置面に射影し、前記載置面を回転させながら前記上面の射影の横軸方向および縦軸方向の各範囲幅の合計値をそれぞれ算出して、最小となった回転角度での合計値を前記上面の隣接する2辺の寸法の合計値として算出する寸法算出工程とを含む。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る距離画像カメラ10の概略構成を示すブロック図である。なお、この距離画像カメラ10は、段ボール箱20などの直方体の物体寸法測定装置としても機能する。
(A1)床面30に何も載置されていない状態での距離画像の取得
まず、距離画像カメラ10の設置後などに、載置面としての床面30に何も載置されていない状態でこの床面30が写るように撮像し、距離画像DIA1を取得しておく。
上記(A1)で取得された距離画像DIA1に基づいて、床面30を表す方程式を算出する。距離画像から床面30などの平面の方程式を推定して算出するには、例えば、従来技術で用いられているハフ変換などを用いることができる。あるいは、後述する方法によって平面候補などを探索することなどによって平面を推定してもよい。
次に、載置面としての床面30に、段ボール箱20を少なくともその上面21が距離画像カメラ10に写るように載置した状態で撮像し、距離画像DIA3を取得する。
上記(A3)で取得された距離画像DIA3に基づいて、同様に平面の推定を行ってそれぞれの方程式を算出する。
上記(A4)で上面21と仮定された平面を、距離画像DIA3の中の床面30(高さ=0)に射影すると、その射影は、例えば、図6(a)に示す矩形領域Rのようになる。なお、このような射影をするのは必ずしも底面30には限らず、例えば、底面30と平行な別平面にしてもよい。
(B1)床面30に何も載置されていない状態での距離画像の取得
上記(A1)と同様に、まず、距離画像カメラ10の設置後などに、載置面としての床面30に何も載置されていない状態でこの床面30が写るように撮像し、距離画像DIB1を取得しておく。
上記(A2)と同様に、上記(B1)で取得された距離画像DIB1に基づいて、床面30を表す方程式を算出する。距離画像から床面30などの平面の方程式を推定して算出するには、例えば、従来技術で用いられているハフ変換などを用いることができる。あるいは、後述する方法によって平面候補などを探索することなどによって平面を推定してもよい。
次に、載置面としての床面30に、段ボール箱20の上面21、前面23およびこれらの面のいずれにも隣接する側面(例えば左側面)22とが、距離画像カメラ10に写るように載置した状態で撮像し、距離画像DIB3を取得する。
上記(B3)で取得された距離画像DIB3に基づいて、同様に平面の推定を行ってそれぞれの方程式を算出する。
左側面22とは反対側の右側面25の方程式については、図7に示すように、上記(B4)で左側面22と仮定された平面と、上面21と仮定された平面で左側面22とは反対側の辺21rおよび前面23と仮定された平面で左側面22とは反対側の辺23r付近の距離画像DIB3における測定値を用いて、右側面25の方程式を算出する。
前面23とは反対側の後面26の方程式については、図8に示すように、上記(B4)で前面23と仮定された平面と、上面21と仮定された平面で前面23とは反対側の辺21bおよび左側面22と仮定された平面で前面23とは反対側の辺22b付近の距離画像DIB3における測定値を用いて、後面26の方程式を算出する。
以上のようにして算出した段ボール箱20の各面それぞれの方程式に基づき、各面の交線を求め、さらにそれらの交点を求めることで、段ボール箱20で測定すべき寸法である横幅W、奥行きDおよび高さHの3つを算出する。
上述した寸法測定方法(A)では、段ボール箱20の上面21のみが写るように撮像した場合の寸法測定方法を説明し、寸法測定方法(B)では、段ボール箱20の上面21、前面23および左側面22が写るように撮像した場合の寸法測定方法を説明したが、これらの中間的なものとして、例えば、段ボール箱20の上面21および左側面22(または上面21および前面23)が写るように撮像して寸法測定方法を行うことも可能である。
図11は、距離画像カメラ10に内蔵されているイメージセンサ11によって取得される3次元データ構造の説明図である。
a×b=(a2b3−a3b2,a3b1−a1b3,a1b2−a2b1)
である。
図11を参照して上述したように、イメージセンサ11の画素自体は正方格子状に配置されている。そこでまず、図14(a)に示すように、X方向(図11と同様に水平方向、以下も同様)に並んでいる各行の隣接2画素毎に3次元データを平均化する演算を行う。このとき、上下に隣接する行同士では、平均化する隣接2画素の組み合わせを1画素分だけずらすようにしている。これにより、図14(b)に示すように、千鳥格子状配置に変換した3次元データ(変換後3次元データ)が得られることになる(ステップS1)。
次に、千鳥格子状配置の最小の単位格子である小三角形のいずれかに着目する。ここで、例えば図17に示すように、小三角形TS1に着目したとすると、この小三角形TS1の3つの頂点A1、A2、A3に対応する変換後3次元データに基づいて、頂点A1、A2、A3で定まる平面の方程式と、この平面の法線ベクトルとして小三角形TS1の2辺(A1A2、A1A3)にそれぞれ対応する2ベクトルの外積を算出する(ステップS2)。
さらに、着目した小三角形TS1の3辺(A1A2、A1A3、A2A3)のいずれかをそれぞれ共有するように隣接する3つの小三角形TS2、TS3、TS4(変換後3次元データの画素上では小三角形TS1とそれぞれ同じ大きさ)についても、同様にして法線ベクトルをそれぞれ算出する。
そして、4つの小三角形TS1、TS2、TS3、TS4の各法線ベクトルのうちの2つの組み合わせすべて(合計6通り)の外積を求めてから(ステップS3)、それらの外積の大きさの最大値と所定閾値(第1閾値)との大小比較を行う。なお、この第1閾値は固定値に限るわけではなく、例えば、着目した小三角形TS1の変換後3次元データの画素上における大きさに応じて可変としてもよい。この場合、後述するように着目する三角形の大きさを拡大したときは、それに応じて第1閾値も大きくすればよい。
上記(4)平面候補探索で、大三角形(A4、A5、A6を頂点とする三角形)が平面候補と判定されたのであれば、図18に示すように、今度は大三角形TL1に着目するとともにこれに隣接する3つの大三角形TL2、TL3、TL4も用いて、上記(2)〜(4)と同様の処理を繰り返す。このとき、これらの大三角形TL1などは小三角形TS1などとみなされていることになる。
以上の(1)〜(5)までの処理によって平面と判定されたすべての領域を距離画像から分離する。例えば、撮像された距離画像を用いるのではなく、平面と判定された領域についてはその平面上に再描画してもよい。これにより、距離画像において床面や壁面などの平面に対応する画素とそれ以外の画素とを分離して扱うことが可能となるので、人体や物体などの検出をより的確に行うことができるようになる。
例えば、上記(4)平面候補探索では、図22に示すように、着目した小三角形TS1とこれに隣接する3つの小三角形TS2、TS3、TS4からなる大三角形が平面候補と判定されなかったとしても、この大三角形に隣接する大三角形TL1が平面候補と判定されることはあり得る。
11 イメージセンサ
12 画像処理ユニット
13 制御ユニット
15 外部のディスプレイ
20 段ボール箱
21 上面
22 左側面
23 前面
24 底面
25 右側面
26 後面
30 床面
40 配置治具40
D 奥行き
H 高さ
W 横幅
TS1 着目した小三角形
TS2、TS3、TS4 隣接する小三角形
TL1 着目した大三角形
TL2、TL3、TL4 隣接する大三角形
Claims (7)
- 距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法であって、
載置面に何も載置されていない状態でこの載置面が写るように撮像して第1距離画像を取得する第1撮像工程と、
前記第1距離画像に基づいて前記載置面の方程式を算出する載置面方程式算出工程と、
前記載置面に載置された直方体の少なくとも上面が写るように撮像して第2距離画像を取得する第2撮像工程と、
前記第2距離画像に基づいて前記上面の方程式を算出する上面方程式算出工程と、
この上面方程式算出工程で方程式が算出された前記上面を前記第2距離画像の中で前記載置面若しくは前記載置面と平行な平面に射影し、その射影がなされた面を回転させながら前記上面の射影の横軸方向および縦軸方向の各範囲幅の合計値をそれぞれ算出して、算出された合計値が最小となる回転角度を探索し、最小となった合計値を前記上面の隣接する2辺の寸法の合計値として算出する寸法算出工程と
を含むことを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法であって、
載置面に何も載置されていない状態でこの載置面が写るように撮像して第1距離画像を取得する第1撮像工程と、
前記第1距離画像に基づいて前記載置面の方程式を算出する載置面方程式算出工程と、
前記載置面に載置された直方体の上面と前面と該上面および該前面のいずれにも隣接する第1側面とが写るように撮像して第2距離画像を取得する第2撮像工程と、
前記第2距離画像に基づいて前記上面、前記前面および前記第1側面の各方程式を算出する3面方程式算出工程と、
前記第2距離画像の中で前記第1側面をその法線方向にずらしていき、前記上面で前記第1側面とは反対側の辺および前記前面で前記上面で前記第1側面とは反対側の辺と最も適合する位置に基づいて前記直方体の第2側面の方程式を算出する第2側面方程式算出工程と、
前記第2距離画像の中で前記前面をその法線方向にずらしていき、前記上面で前記前面とは反対側の辺および前記第1側面で前記前面とは反対側の辺と最も適合する位置に基づいて前記直方体の後面の方程式を算出する後面方程式算出工程と、
算出された前記載置面、前記上面、前記前面、前記第1側面、前記第2側面および前記後面それぞれの方程式に基づき、各面の交線を求め、さらにそれらの交点を求めることで、前記直方体の横幅、奥行きおよび高さを算出する寸法算出工程と
を含むことを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法であって、
載置面に何も載置されていない状態でこの載置面と横断面L字型の配置治具の直交する第1内壁面および第2内壁面とが写るように撮像して第1距離画像を取得する第1撮像工程と、
前記第1距離画像に基づいて前記載置面、前記第1内壁面および前記第2内壁面の各方程式を算出する載置面・壁面方程式算出工程と、
前記第1内壁面および前記第2内壁面にも圧接するように前記載置面に載置された直方体の上面と前面と該上面および該前面のいずれにも隣接する第1側面とが写るように撮像して第2距離画像を取得する第2撮像工程と、
前記第2距離画像に基づいて前記上面、前記前面および前記第1側面の各方程式を算出する3面方程式算出工程と、
算出された前記載置面、前記上面、前記前面、前記第1側面、前記第1内壁面および前記第2内壁面それぞれの方程式に基づき、各面の交線を求め、さらにそれらの交点を求めることで、前記直方体の横幅、奥行きおよび高さを算出する寸法算出工程と
を含むことを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法において、
前記載置面方程式算出工程または前記載置面・壁面方程式算出工程で複数の平面の存在が推定される場合には、最も広い平面を前記載置面とみなしてその方程式を算出することを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法において、
前記第2距離画像に基づいて、前記直方体の各エッジを検出し、その検出結果に基づいて前記直方体の横幅、奥行きおよび高さを算出する概略寸法算出工程をさらに含むことを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法であって、
載置面に載置された直方体の上面と前面と該上面および該前面のいずれにも隣接する側面とが写るように撮像して距離画像を取得する撮像工程と、
前記距離画像に基づいて前記載置面、前記上面、前記前面および前記側面の方程式をそれぞれ算出する4面方程式算出工程と、
この4面方程式算出工程で算出された各方程式から少なくとも前記上面、前記前面および前記側面相互の交線を求め、さらにそれらの交点を求めることで、前記直方体の横幅、奥行きおよび高さを算出する寸法算出工程と
を含むことを特徴とする、距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法。 - 画素値に距離情報を取得して距離画像を生成可能な撮像素子と、
この距離画像における画像処理を行う画像処理ユニットと
を備え、
前記画像処理ユニットにおける前記画像処理で、請求項1〜6のいずれか1項に記載の距離画像カメラを用いた物体寸法測定方法が実行されることを特徴とする、物体寸法測定装置。
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