JP2778376B2 - Camera viewpoint change method - Google Patents

Camera viewpoint change method

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JP2778376B2
JP2778376B2 JP4247328A JP24732892A JP2778376B2 JP 2778376 B2 JP2778376 B2 JP 2778376B2 JP 4247328 A JP4247328 A JP 4247328A JP 24732892 A JP24732892 A JP 24732892A JP 2778376 B2 JP2778376 B2 JP 2778376B2
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自 森川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、おもに遠隔操縦型ロボ
ットアームと監視カメラを用いて行なう検査や作業にお
けるカメラ視点位置変更方式に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system for changing a camera viewpoint position in an inspection or an operation mainly performed by using a remotely controlled robot arm and a monitoring camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】宇宙や原子力発電所などで行なう作業検
査には遠隔操縦型ロボットが用いられる。従来の遠隔操
縦型ロボットによる作業検査では、マスタースレーブ操
作方式と両眼立体視を用いて作業者に遠隔臨場感を与え
て操作を支援する方法が採られていた。検査などを実施
するためには、適切な位置に監視カメラの視点を変更す
る必要がある。監視カメラの視点を変更する操作を容易
にするために、立体視デスプレイを見ながらマスターア
ームを操作したり、作業者がヘッドマウンテッドデスプ
レイなどを装着し、頭の動きがカメラの動きと連動する
ようなマスタースレーブ方式などが用いられていた。も
っとも基本的な操作方法としてジョイステックなどを用
いて1台のカメラ画像を見ながら、カメラ座標系での増
分指定によりカメラを移動するという方法などがあっ
た。
2. Description of the Related Art Remotely controlled robots are used for work inspections performed in space or nuclear power plants. 2. Description of the Related Art In a work inspection by a conventional remote-controlled robot, a method has been employed in which a master-slave operation method and binocular stereoscopic vision are used to give an operator a sense of realism and assist the operation. In order to perform an inspection or the like, it is necessary to change the viewpoint of the monitoring camera to an appropriate position. In order to facilitate the operation of changing the viewpoint of the surveillance camera, the master arm is operated while watching the stereoscopic display, or the worker wears a head mounted display etc., and the movement of the head is linked with the movement of the camera Such a master-slave method has been used. As the most basic operation method, there is a method of moving a camera by specifying an increment in a camera coordinate system while viewing a single camera image using a joystick or the like.

【0003】またカメラの視点位置のオクルージョンの
回避を目的として、幾何モデルをベースとした自動決定
方式についても検討が進められていた。
Further, for the purpose of avoiding occlusion of the viewpoint position of a camera, an automatic determination method based on a geometric model has been studied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したカメラ視点操
作方式の中で、立体視などの支援を受けながらマスター
スレーブ操作をする方法には、操作支援を行なうための
装置が複雑でコストもかかり、立体視表示にはちらつき
があるため長時間の作業に不適であるという欠点があ
る。また視点位置の操作も作業者の感に頼ることが多
く、視点位置の配置という観点では作業性に優れた方式
とはいえない。また、カメラ座標系での増分指定による
操作には、構成は単純化できるが、操作中に注視点が画
面からはずれたり、焦点がぼやけたりする可能性が高
く、適切な視点となる姿勢を決定するためにはかなりの
試行錯誤を要するという欠点がある。制約条件下での幾
何モデルに基づく自動視点配置方式については、幾何モ
デルが必要であり、明確な制約条件が既知である場合に
ついてのみ適用可能である。また幾何モデルと現実の環
境との誤差を補正する必要があるなどの課題があった。
In the above-mentioned camera viewpoint operation method, the method of performing a master-slave operation while receiving support such as stereoscopic vision requires a complicated and costly apparatus for performing the operation support. The stereoscopic display has a drawback that it is unsuitable for long-time work due to flickering. Also, the operation of the viewpoint position often depends on the operator's feeling, and it cannot be said that the method is excellent in workability in terms of the arrangement of the viewpoint position. In addition, although the configuration can be simplified for the operation by specifying the increment in the camera coordinate system, it is highly possible that the point of gaze will be out of the screen or the focus will be blurred during the operation, and the posture for the appropriate viewpoint will be determined. There is a drawback that it takes considerable trial and error to do so. The automatic viewpoint arrangement method based on the geometric model under the constraint condition requires a geometric model, and is applicable only when a clear constraint condition is known. There is also a problem that it is necessary to correct an error between the geometric model and the real environment.

【0005】本発明の目的はこれらの課題を解決したカ
メラ視点位置操作方式を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a camera viewpoint position operation method which solves these problems.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、カメラ
と、カメラ位置を制御するカメラ操作手段と、カメラ画
像表示手段と、画像上で注視点を指定するための注視点
指定手段とからなり、異なるカメラ視点位置より各画像
の視野内に存在する同一の注視点を前記注視点指定手段
により指定することにより、指定した該注視点と前記カ
メラとの相対位置を計測し、該注視点を中心とし、予め
指定した一定距離の半径を持った球面上で、現在既知の
カメラ位置と指定した該注視点を結ぶ直線との交わる位
置かつ前記カメラの視線方向と該指定注視点の方向とが
一致する姿勢位置に前記カメラを移動し、カメラ位置の
変更操作は該注視点を原点とする球面座標系で行なうこ
とを特徴とするカメラ視点変更方式が得られる。
According to the present invention, there is provided a camera, a camera operating means for controlling a camera position, a camera image display means, and a gazing point designating means for designating a gazing point on an image. By specifying the same gazing point existing in the field of view of each image from different camera viewpoint positions by the gazing point designating means, the relative position between the specified gazing point and the camera is measured, and the gazing point is determined. With the center as the center, on a spherical surface having a radius of a predetermined distance specified in advance, a position where a currently known camera position intersects with a straight line connecting the specified gazing point and the line of sight direction of the camera and the direction of the specified gazing point. The camera is moved to a posture position where coincides with each other, and the operation of changing the camera position is performed in a spherical coordinate system whose origin is the gazing point.

【0007】[0007]

【作用】本発明について図面を参照して説明する。図1
は、本発明になるカメラ視点変更方式の原理を示す概念
図である。図2にその方式における処理の流れを示す。
The present invention will be described with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the principle of a camera viewpoint changing method according to the present invention. FIG. 2 shows the flow of processing in that method.

【0008】図1において、カメラ1が座標系OR の位
置にあるとき、対象注目点Pの投影点として注視点指定
手段4を用いてカメラ画像表示手段3上の座標R
(XR ,YR )を指定したとする。次に座標系OL にカ
メラを移動し、注視点Pの投影点として座標L(XL
L )を指定したとする。座標系O’から見た注視点P
の相対位置(xp',yp',zp')は三角測量の原理によ
り、 xp' =l・(XL +XR )/(XL −XR ) yp' =2f・l/(XL −XR ) zp' =YL ・y/f で求められる。基準座標系Oからみた注視点Pの絶対位
置は、座標系OからO’への座標変換行列を用いて計算
できる。この座標変換は、ロボットアームの原点からカ
メラ1までの変換に相当し、既知にすることができる。
したがって、絶対座標系Oにおける注視点Pの位置(x
p ,yp ,zp )が決定される。
[0008] In FIG. 1, when the camera 1 is in the position of the coordinate system O R, the coordinates R of the camera image display unit 3 with the fixation point specifying means 4 as a projection point of the target point of interest P
It is assumed that (X R , Y R ) is specified. Then move the camera to the coordinate system O L, the coordinates L (X L as projected point fixation point P,
Y L ) is specified. Point of interest P viewed from coordinate system O '
Position relative (x p ', y p' , z p ') by the principle of triangulation, x p' = l · ( X L + X R) / (X L -X R) y p '= 2f · l / is determined by (X L -X R) z p '= Y L · y / f. The absolute position of the gazing point P with respect to the reference coordinate system O can be calculated using a coordinate transformation matrix from the coordinate system O to O ′. This coordinate conversion corresponds to the conversion from the origin of the robot arm to the camera 1 and can be known.
Therefore, the position of the gazing point P in the absolute coordinate system O (x
p, y p, z p) are determined.

【0009】カメラ位置として、注視点Pを中心とし、
半径Rの球面上に配置することを考える。この半径Rの
距離はカメラ焦点距離を考慮して予め設定しておく。こ
の球面上のカメラ位置の決定法の一例として、注視点P
を計測したカメラ位置OR とOL の中点O’とPを結ぶ
線分と球面の交差点に配置する。中点O’の座標は既知
であるので、O’とPを結ぶ線分の方向は、絶対座標系
で既知となる。従ってカメラ1の視線方向とこのベクト
ル方向を一致させることにより、注視点Pがカメラ画面
の中心に配置される。このとき視線方向軸回りの回転は
行なわないものとする。またPからこのベクトルと逆方
向に距離Rだけ移動した点を求めるとカメラ位置Qが得
られる。以後カメラ位置の変更は、位置については、注
視点を原点とする球面座標系において、アジマス角
z 、エレベーション角El 、距離Rを指定することに
より実施する。姿勢の変更については、常に、カメラ視
線と注視点が一致するように変更する。
The camera position is centered on the gazing point P,
Consider the arrangement on a spherical surface of radius R. The distance of the radius R is set in advance in consideration of the camera focal length. As an example of a method for determining the camera position on the spherical surface, the gazing point P
The placing on the intersection of the line segment and a spherical connecting the middle point O 'and P camera position O R and O L measured. Since the coordinates of the midpoint O 'are known, the direction of the line connecting O' and P is known in the absolute coordinate system. Therefore, by matching the line-of-sight direction of the camera 1 with this vector direction, the gazing point P is arranged at the center of the camera screen. At this time, rotation around the visual axis is not performed. When a point moved from the point P by a distance R in a direction opposite to the vector is obtained, a camera position Q is obtained. Thereafter, the camera position is changed by designating the azimuth angle A z , the elevation angle E l , and the distance R in a spherical coordinate system whose origin is the gazing point. Regarding the change of the posture, the change is always performed so that the camera line of sight and the gazing point coincide.

【0010】カメラ視点球面5上の初期カメラ視点は、
作業状況に応じて最初に注視点を指定したカメラ位置O
R とPを結ぶ直線との交点や移動後2回目に注目点を指
定したOL とPを結ぶ線分の交点としてもよい。また注
視点Pを指定するためのカメラ1の移動を行なう代わり
に2台のカメラを設け、それぞれのカメラ画像に対して
指定してもよい。これらの変形は本発明の主旨を逸脱し
ない範囲で行なってもよく、以上の記述が本発明の範囲
を限定するものではない。
The initial camera viewpoint on the camera viewpoint sphere 5 is:
Camera position O where the point of interest is first specified according to the work situation
Or as the intersection of a line connecting the O L and P is specified target point at the intersection and the second after the movement of the straight line connecting the R and P. Instead of moving the camera 1 for designating the point of gaze P, two cameras may be provided and designated for each camera image. These modifications may be made without departing from the spirit of the present invention, and the above description does not limit the scope of the present invention.

【0011】[0011]

【実施例】図3に本発明の実施例として配管検査の例を
示す。本例では、カメラ1としてカメラ10、カメラ1
1の2台設け、カメラ移動手段2としてマニピュレータ
12を搭載した移動ロボット13及びマニピュレータ操
作用としてホストコンピュータ14とジョイステック1
5を設け、カメラ画像表示手段3として2枚のカメラ動
画像を表示できるコンピュータデスプレイ16を備え、
注視点指定手段4としてマウス17を用いる。作業対象
として配管20と配管20上にあるベント部21を考え
る。配管20の亀裂の検査を作業事例として挙げて説明
する。配管20のベント部21は強度的に弱いため亀裂
の存在可能性が最も高い部分である。従って検査はこれ
らの部分から行なわれる場合が多い。移動ロボット13
を移動し、カメラ10、11の視野内にベント部21が
観察されると、デスプレイ16上でマウス17を用いて
ベント部21を注視点として指定する。三角測量の原理
により相対位置が計測される。ここでは、視点位置とし
て、カメラ10を、作用で述べた方法に従い、視点球面
上の位置P0 に自動的に配置する。この位置を原点とし
てカメラ位置は、注視点を原点とする視点球面上へ移動
する。移動操作はジョイステック15を用いて行ない、
ジョイステックの上下の動作をエレベーション角に割り
付けると、角El だけ現在角にオフセットとして加える
ことによりベント部21の下側が観測可能な位置P1
容易に移動できる。このように操作を行なうことにより
通常視点位置を設定するのが面倒となるベント部の観測
が隈なく容易に実行でき、配管の損傷発見を迅速に行な
える。
FIG. 3 shows an example of pipe inspection as an embodiment of the present invention. In this example, camera 10 and camera 1 are used as camera 1.
A mobile robot 13 equipped with a manipulator 12 as a camera moving means 2 and a host computer 14 and a joystick 1 for manipulator operation.
5, a computer display 16 capable of displaying two camera moving images as the camera image display means 3,
The mouse 17 is used as the gazing point designating means 4. A pipe 20 and a vent 21 on the pipe 20 are considered as work objects. The inspection of a crack in the pipe 20 will be described as an operation example. Since the vent 21 of the pipe 20 is weak in strength, it is a portion where the possibility of existence of a crack is the highest. Therefore, inspection is often performed from these parts. Mobile robot 13
When the vent 21 is observed in the field of view of the cameras 10 and 11, the vent 21 is designated as the gazing point by using the mouse 17 on the display 16. The relative position is measured according to the principle of triangulation. Here, as the viewpoint position, the camera 10 is automatically arranged at the position P 0 on the viewpoint spherical surface according to the method described in the operation. With this position as the origin, the camera position moves on the viewpoint spherical surface with the gaze point as the origin. The movement operation is performed using the joystick 15,
When allocating the upper and lower operation of the joystick in the elevation angle, it can be easily moved to the position P 1 lower which is observable in the vent portion 21 by adding as an offset only to the current angle corner E l. By performing such an operation, the observation of the vent portion where setting the normal viewpoint position is troublesome can be easily performed without fail, and damage to the piping can be quickly found.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明によれば、マニピュレータを用い
て遠隔操作により外観検査などを行なう場合に、対象注
目点をカメラ画像の中心に配置して任意の角度より観測
することが容易に実現できる。またカメラ画面上で任意
に注目点を指定できるので、事前の幾何モデルなどが不
要であり、注目点からの距離が一定であるため焦点固定
式のカメラを用いた場合も常にピントが合った状態を保
持できる。
According to the present invention, when performing a visual inspection or the like by remote control using a manipulator, the target point of interest can be easily located at the center of the camera image and observed from an arbitrary angle. . In addition, since the point of interest can be arbitrarily specified on the camera screen, there is no need for a geometric model in advance, and the distance from the point of interest is constant, so the camera is always in focus even when using a fixed-focus camera. Can be held.

【0013】以上に述べたように、本発明によれば、任
意の注目点について、外観検査などに最適な視点位置が
容易に決定可能となるカメラ視点変更方式が得られる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a camera viewpoint changing method which enables an optimum viewpoint position for an arbitrary point of interest, such as an appearance inspection, to be easily determined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のカメラ視点変更方式の構成と原理を示
した図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration and a principle of a camera viewpoint changing method according to the present invention.

【図2】カメラ視点変更方式における処理の流れを示し
た図である。
FIG. 2 is a diagram showing a flow of processing in a camera viewpoint changing method.

【図3】実施例として配管検査をする場合の構成を説明
した図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration in a case of performing a pipe inspection as an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カメラ 2 カメラ移動装置 3 カメラ画像表示装置 4 注視点指定装置 5 カメラ視点球面 10 カメラA 11 カメラB 12 マニュピュレータ 13 移動台車 14 ホストコンピュータ 15 ジョイステック 16 ディスプレイ 17 マウス 20 配管 21 ベント部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera 2 Camera moving device 3 Camera image display device 4 Point-of-interest designation device 5 Camera viewpoint spherical surface 10 Camera A 11 Camera B 12 Manipulator 13 Moving carriage 14 Host computer 15 Joystick 16 Display 17 Mouse 20 Piping 21 Vent section

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05D 3/12 G05D 3/12 K W H04N 5/232 H04N 5/232 Z // G02B 7/28 G05D 1/00 B G05D 1/00 G02B 7/11 H Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G05D 3/12 G05D 3/12 K W H04N 5/232 H04N 5/232 Z // G02B 7/28 G05D 1/00 B G05D 1/00 G02B 7/11 H

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 カメラと、カメラ位置を制御するカメラ
操作手段と、カメラ画像表示手段と、画像上で注視点を
指定するための注視点指定手段とからなり、異なるカメ
ラ視点位置より各画像の視野内に存在する同一の注視点
を前記注視点指定手段により指定することにより、指定
した該注視点と前記カメラとの相対位置を計測し、該注
視点を中心とし、予め指定した一定距離の半径を持った
球面上で、現在既知のカメラ位置と指定した該注視点を
結ぶ直線との交わる位置かつ前記カメラの視線方向と該
指定注視点の方向とが一致する姿勢位置に前記カメラを
移動し、カメラ位置の変更操作は該注視点を原点とする
球面座標系で行なうことを特徴とするカメラ視点変更方
式。
1. A camera, a camera operation means for controlling a camera position, a camera image display means, and a gazing point designating means for designating a gazing point on an image. By specifying the same gazing point existing in the field of view by the gazing point designating means, the relative position between the specified gazing point and the camera is measured, and the gazing point is set at the center, and a predetermined distance is specified. On a spherical surface having a radius, move the camera to a position at which a currently known camera position intersects a straight line connecting the designated point of interest and a posture position at which the line of sight of the camera coincides with the direction of the designated point of interest. The camera position changing operation is performed in a spherical coordinate system whose origin is the gazing point.
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