JP3781217B2 - 障害物検出装置、障害物検出方法、移動装置及び移動方法 - Google Patents
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Description
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段
発明の実施の形態(図1〜図5)
発明の効果
【0002】
【発明の属する技術分野】
本発明は障害物検出装置、障害物検出方法、移動装置及び移動方法に関し、例えばロボツト装置等の移動装置において障害物を検出して当該障害物への衝突を回避するための障害物検出装置、障害物検出方法、移動装置及び移動方法に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】
従来、この種の障害物検出装置として、超音波を障害物に投射し、障害物からの反射波を超音波検出手段によつて検出するまでの時間を測定することにより、障害物までの距離を測定するものがある。
またこの種の障害物検出装置として、対象物に光を照射することにより発生する対象物の影の大きさ、撮影体によつて撮影した対象物の像の大きさ、対象物の像の先端と影の像の先端とを結ぶ距離及び対象物の影と像とのなす角度を算出し、これら算出結果のいずれか2つ以上の要素から撮影体と対象物との水平距離を算出することにより、障害物までの距離を測定するものが提案されている(特願平1-245264号(特開平3-109612号))。
【0004】
またこの種の障害物検出装置として、レーザ光投射器から投射した被測定体のスポツトを2台のCCD(Charge Coupled Device )カメラで撮影して被測定体のスポツトの位置を求める処理を連続して行う(すなわち画像の差を求める)ことにより、障害物の位置を算出するものが提案されている(特願平4-291150号(特開平6-137828号))。さらにこの種の障害物検出装置として、障害物が存在する場合と障害物が存在しない場合のレーザによるパターンの差を検出することにより障害物の位置を検出するものが提案されている(特願平6-42436 号(特開平7-253319号))。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが超音波の反射波を利用する方法では、障害物の素材や障害物の表面形状等によつて超音波の反射率が異なるため、障害物を精度よく検出することができず、この種の障害物検出装置をロボツト装置等の移動装置に適用した場合、移動装置が障害物に衝突するおそれがあつた。また障害物の形状や色などの情報を得ることができないため、例えばロボツト装置等でゲームを行う場合において、相手を色や形状で識別する必要がある場合、この種のロボツト装置に適用することができないおそれがあつた。
【0006】
また光を対象物に照射して対象物の影を利用する方法では、影を観察できない障害物(例えば壁)を検出することができず、障害物検出装置としては実用上未だ不十分であつた。
また被測定体のスポツトを2台のCCDカメラで撮影して被測定体のスポツトの位置を求める方法では、CCDカメラを2台必要とするため、障害物検出装置が大型化し、しかもこの主の障害物検出装置を上述のロボツト装置に適用した場合には、ロボツト装置が大型化して動きが鈍るおそれがあつた。
さらにレーザによるパターンの差を用いる方法では、障害物との位置関係を精度良く検出することができないおそれがあつた。
【0007】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で障害物を精度良く検出することのできる障害物検出装置、障害物検出方法、障害物検出装置を適用した移動装置及び障害物検出方法を適用した移動方法を提案しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを画像の行又は列ごとに積分することにより、行又は列ごとの積分データを生成し、当該画像を2分割した際に、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列を障害物との境界として検出するようにした。
障害物が存在する場合、障害物との境界は、行又は列ごとの積分データに基づいて画像を2分割した際、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列として検出される。
【0009】
また本発明は、撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを行又は列ごとに積分することにより、行又は列ごとの積分データを生成し、これら行又は列ごとの積分データに基づいて画像を2分割した際に、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列を障害物との境界として検出し、当該検出結果に基づいて境界との位置関係を検出し、当該検出結果に基づいて駆動手段を制御するようにした。
障害物が存在する場合、障害物との境界は、行又は列ごとの積分データに基づいて画像を2分割した際、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列として検出される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【0011】
図1において、1は全体として本発明の障害物検出装置を適用した台車型の移動装置を示し、この移動装置1は、障害物検出装置2の制御に基づいて台車3が駆動されることにより移動し、障害物への衝突やテーブルからの落下を未然に防止し得るようになされている。
【0012】
障害物検出装置2は、撮像手段として台車3上に設けられたCCDカメラ4で撮像した映像を撮像信号S1として演算装置5に取り込む。演算装置5は、撮像信号S1に基づいて、台車3の進行方向を制御する進行方向制御信号S2を、台車3の車輪3Aを駆動するモータ3Bに送出する。
台車3はモータ3Bによつて各車輪3Aの方向を進行方向制御信号S2に応じた方向に制御し、これにより移動装置1の進行方向を進行方向制御信号S2に応じた方向に制御する。
【0013】
また演算装置5は、撮像信号S1に基づいて、CCDカメラ4の上下方向における撮影方向を制御する撮影方向制御信号S3を、撮影方向制御手段としてCCDカメラ4に設けられたチルタ5に送出する。チルタ5はCCDカメラ4の撮影方向を撮影方向制御信号S3に応じた方向に制御する。
CCDカメラ4は、光源としてCCDカメラ4に設けられたLED(Light Emitting Diode)6から照射される赤色光によつて照射される方向における被写体を撮像する。このLED6は演算装置4からの制御信号S4に基づいて赤色光を間欠的に出射する。
【0014】
ここで実際上、図2に示すように、演算装置5は、CCDカメラ4から供給される撮像像号S1をY/C分離回路7で受け、このY/C分離回路7において、撮像信号S1から1フレーム分の画像に応じた輝度信号Y、色差信号Y−R(以下、これを色差信号Rと呼ぶ)及び色差信号B−Y(以下、これを色差信号Bと呼ぶ)を生成し、輝度信号Yをアナログデイジタル(A/D)変換回路8を介して輝度データDYとして送出すると共に、色差信号R及びBをA/D変換回路9を介して色差データDR及び色差データDBとして送出する。
【0015】
輝度データDYは、マイクロコンピユータ(以下、これをマイコンと呼ぶ)10から送出されるコントロール信号S5に基づいて記憶手段としてのメモリ11に格納され、色差データDR及びDBは、マイコン10から送出されるコントロール信号S5に基づいて記憶手段としてのメモリ12の記憶領域に格納される。
【0016】
マイコン10は、アドレス信号S6をそれぞれメモリ11及び12に送出することによりメモリ11及び12とマイコン10との間のバスを開放させた後、コントロール信号S5をメモリ11及び12に送出することにより、メモリ11及び12から輝度データDYと色差データDR及びDBとを読み込む。
【0017】
マイコン10は、これら輝度データDYと色差データDR及びDBとにそれぞれラベル「a」、ラベル「b」又はラベル「c」の識別子を付した後、アドレス信号S6を記憶手段としての主記憶回路13に送出することによりマイコン10と主記憶回路13との間のバスを開放させ、コントロール信号S5を主記憶回路13に送出することにより主記憶回路13に輝度画像データYa、Yb又はYc、色差画像データRa、Rb又はRc、及び色差画像データBa、Bb又はBcとして格納する。
【0018】
またマイコン10は、ラベル「a」、ラベル「b」及びラベル「c」が付された3フレーム分の画像に応じた輝度データYa、Yb及びYcと、色差データRa、Rb及びRcと、色差データBa、Bb及びBcとを主記憶回路13に格納すると、これら3フレーム分の輝度データYa、Yb及びYcと、色差データRa、Rb及びRcと、色差データBa、Bb及びBcとに基づいて、後述するように、例えば障害物の有無及び障害物と床の境界又はテーブルと床の境界を検出する処理(以下、これを障害物検出処理と呼ぶ)を行う。
【0019】
この後、マイコン10は、アドレス信号S6を入出力(I/O)制御回路14に送出することによりマイコン10とI/O制御回路14との間のバスを開放させて、障害物検出処理の結果に応じた進行方向制御信号S2及び撮影方向制御信号S3をI/O制御回路14を介してそれぞれモータ3B及びチルタ5に送出することにより、台車3の進行方向及びCCDカメラ4の撮影方向を制御する。
またマイコン10は、制御信号S4をI/O制御回路14を介してLED6に送出することにより、LED6から出射される赤色光の点滅を制御する。
【0020】
さらにマイコン10は、障害物検出処理を行つてモータ3B及びチルタ5の制御を終了すると、主記憶回路13に格納されている輝度データYc、色差データRc及び色差データBcのラベルをラベル「a」に付け替えると共に、新たに2フレーム分の画像に応じた輝度データDY、色差画像データDR及び色差画像データDBを得、それぞれ時間順にラベル「b」及び「c」を付して輝度画像データYb、色差画像データRb及び色差画像データBb、及び輝度画像データYc、色差画像データRc及び色差画像データBcとして主記憶回路13に格納する。すなわちマイコン10は、それぞれラベル「a」、ラベル「b」及びラベル「c」が付された3フレーム分の輝度データDY、色差データDR及び色差データDBに基づいて台車3の進行方向及びCCDカメラ4の撮影方向を制御するようになされている。
【0021】
ここで移動装置1における障害物検出手順及び移動手順を図3及び図4に示すフローチヤートを用いて説明する。
まずマイコン10は、ステツプSP1より障害物検出手順及び移動手順を開始し、ステツプSP2においてLED6に制御信号S4を送出することによりLED6をオフする。
【0022】
続いてマイコン10は、ステツプSP3において、第1の画像としてLED6消灯時における1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと、色差データDR及び色差データDBとがそれぞれメモリ11及びメモリ12に格納されるまで待機する。マイコン10は、1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと、色差データDR及びDBとがそれぞれメモリ11及びメモリ12に格納されたことを確認すると、ステツプSP4において、メモリ11及び12からこれら輝度データDYと色差データDR及びDBとを取り込み、これら輝度データDY、色差データDR及びDBにラベル「a」を付した後、輝度画像データYa、色差画像データRa及びBaとして主記憶回路13に格納する。
【0023】
次いでマイコン10は、ステツプSP5において、LED6に制御信号S4を送出することによりLED6をオンし、ステツプSP6において、第2の画像としてLED6点灯時における1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと色差データDR及びDBとがそれぞれメモリ11及びメモリ12に格納されるまで待機する。
マイコン10は、1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと色差データDR及びDBとがそれぞれメモリ11及びメモリ12に格納されたことを確認すると、ステツプSP7において、メモリ11及び12からこれら輝度データDYと色差データDR及びDBとを取り込み、輝度データDY、色差データDR及びDBにラベル「b」を付した後、輝度画像データYb、色差画像データRb及び色差画像データBbとして主記憶回路13に格納する。
【0024】
次いでマイコン10は、ステツプSP8においてLED6に制御信号S4を送出することによりLED6をオフし、ステツプSP9において、第3の画像としてLED6消灯時における1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと、色差データDR及びDBとがそれぞれメモリ11及び12に格納されるまで待機する。
マイコン10は、1フレーム分の画像に応じた輝度データDYと、色差データDR及びDBとがそれぞれメモリ11及びメモリ12に格納されたことを確認すると、ステツプSP10においてメモリ11及び12からこれら輝度データDY、色差データDR及びDBを取り込み、輝度データDY、色差データDR及びDBにラベル「c」を付した後、輝度画像データYc、色差画像データRc及びBcとして主記憶回路13に格納する。
【0025】
続いてマイコン10は、ステツプSP11において、輝度画像データYa、Yb及びYc、色差画像データRa、Rb及びRc、及び色差画像データBa、Bb及びBcに対して平滑化フイルタを用いてフイルタ処理を施すことによりノイズの影響を低減する。その後、マイコン10は、領域検出手段として、輝度画像データYaと輝度画像データYcとを用いて、各画素における輝度レベルの変化を演算すると共に、色差画像データRaとRcとを用いて、各画素におけるLED6の光の色に応じた赤色の色レベルの変化を演算し、輝度レベルの差分の絶対値が、第1の輝度しきい値として予め設定したしきい値T1以下であり、かつ色レベルの差分の絶対値が、第1の色しきい値として予め設定したしきい値T2以下である画素Pを検出する。
【0026】
ここでこのステツプSP11においては、LED6消灯時に取り込んだ時間的に異なる2つの画像を用いて、第1の輝度しきい値T1以下であり、かつ第1の色しきい値T2以下である画素Pを検出しているので、障害物等の停止している物体と、移動している物体とを精度良く識別することができる。
【0027】
続いてマイコン10は、障害物検出手段として、ステツプSP12に進んで、LED6点灯時に取り込んだ色差画像データRbを用いて各画素PにおけるLED6の反射光の有無を検出する。すなわち色差画像データRa、Rb及びRcの画素値をそれぞれra、rb及びrcで表すと、マイコン10は、各画素Pについて、当該各画素Pの画素値が第2の色しきい値として設定された次式(1)
【数1】
を満たすか否かを演算することにより(1)式を満たす画素P(以下、これを画素Qと呼ぶ)を算出し、演算手段として画素Qの数Nをカウントする。すなわち画素Pの画素値が(1)式を満たす場合には、当該画素Pが障害物に反射した光を受けていると判断し、障害物の一部であると判断して画素Qの数Nを求める。従つてこの移動装置1は、ステツプSP11及び12における処理を行うことによつて、進行方向における障害物を検出するようになされている。
【0028】
続いてマイコン10は、積分データ生成手段として、ステツプSP13において、輝度画像データYcに基づいて、画像の各画素における輝度データを各行(すなわち画像の水平方向)毎に積分することにより、各行毎の積分データ(1次元データ)Iを作成する。すなわちマイコン10は、例えば画像が水平方向にk個の画素、垂直方向にl個の画素で構成されている場合、行jに関してk画素分積分することにより、積分データI(j)を生成する。
【0029】
次いでマイコン10は、境界検出手段として、ステツプSP14において、ステツプSP13において生成した各行毎の積分データIに基づいて、画像を2値化できる分割点、すなわち画像を水平方向に2分割した際に、分割された各領域における画素平均の差が予め設定したしきい値T3より大きく、かつ最大となる行の位置Xを障害物とテーブル(又は床)の境界又はテーブルと床の境界として検出する。
【0030】
すなわちマイコン10は、画像内のある行mでの評価値E(m)を次式(2)
【数2】
で表し、この(2)式を用いて得られるl個分の評価値E(m)のうち、しきい値T3より大きく、かつ最大となる行の位置Xを障害物とテーブル(又は床)との境界又はテーブルと床との境界として検出するようになされている。
【0031】
ここでステツプSP14において検出した境界がテーブル又は床の模様であることが考えられる。しかしながらステツプSP14において検出した境界がテーブル又は床の模様である場合、CCDカメラ4で撮像した画像にはLED6の反射光を受けた画素が存在するのに対して、検出した境界がテーブルと床との境界の場合には、LED6の反射光を受けることはないので、次の局面で得られるLED6点灯時に取り込んだ画像に基づいてLED6の反射光を受けた画素の有無を検出することにより、テーブル又は床の模様をテーブルと床との境界として検出することを防止することができる。
【0032】
続いてマイコン10は、障害物位置検出手段としてステツプSP15において、ステツプSP12で得た画素Qの数Nが予め設定したしきい値T4より多いか否かを判定し、ステツプSP15において肯定結果を得ると、マイコン10は、制御手段として、このまま台車3を直進させた場合、移動装置1が障害物に衝突すると判断してステツプSP16に進む。すなわちマイコン10は、このステツプSP12で画像Qの数N、すわなちLED6の反射光を受けた領域の面積の変化として障害物と移動装置1との位置関係を検出し、しきい値T4を基準に判断して移動装置1が障害物に衝突することを未然に防止するようになされている。
【0033】
マイコン10は、制御手段として、ステツプSP16において、モータ3Bに進行方向制御信号S2を送出することにより、当該進行方向制御信号S2に応じた方向に台車3を方向転換させた後、ステツプSP17に進んで台車3を直進させる。
かくしてこの移動装置1では、移動装置1の進行方向に障害物があつた場合でも、障害物に衝突する前に台車3の進行方向を変更させることにより、障害物に衝突することを未然に防止し得るようになされている。
【0034】
他方、マイコン10は、障害物位置検出手段として、ステツプSP15において、否定結果、すなわち進行方向に障害物が存在するがこのまま直進してもまだ障害物に衝突するおそれがないと判断した場合にはステツプSP18に進んで、境界位置検出手段として、ステツプSP14で得た位置Xが、予め設定した画面内の水平方向における位置Y(例えば画面内の水平方向における中央位置)より上にあるか下にあるかを判定する。すなわちマイコン10は、境界位置検出手段として、画面内において位置Xが位置Yより上にあるときには、障害物に衝突したり、テーブルから落下するおそれはないと判断してステツプSP17に進んでそのまま台車3を直進させる。
【0035】
他方、マイコン10は、境界位置検出手段として、ステツプSP18において、画面内において位置Xが位置Yより下にあるときには、このまま直進した場合、移動装置1が障害物に衝突したり、テーブルから落下するおそれがあると判断してステツプSP19に進む。すなわちマイコン10は、このステツプSP18において、画面内における位置Xの位置に基づいて、移動装置1と障害物の境界との位置関係、又は移動装置1と、テーブルと床の境界との位置関係を検出することにより、移動装置1が障害物に衝突したり、テーブルから落下することを未然に防止するようになされている。
【0036】
続いてマイコン10は、撮影方向制御手段として、ステツプSP19において、CCDカメラ4の上下方向における撮影角度が予め設定したしきい値T5を越えているか否かを判定し、否定結果を得ると、このまま台車3を直進させた場合、移動装置1が障害物に衝突したり、テーブルから落下するおそれがあると判断してステツプSP20に進む。マイコン10は、ステツプSP20において、進行方向制御信号S2をモータ3Bに送出することにより、当該進行方向制御信号S2に応じた方向に台車3を方向転換させた後、ステツプSP17において台車3を直進させる。
【0037】
他方、マイコン10は、撮影方向制御手段としてステツプSP19において肯定結果を得ると、ステツプSP21に進んで、位置Xが画面中央に位置するように撮影方向制御信号S3をチルタ5に送出することにより、CCDカメラ4の撮影方向を、位置Xが画面中央に位置するように設定した後、ステツプSP17に進んで台車3を直進させる。
【0038】
すなわちマイコン10は、ステツプSP18において、画面内において位置Xが位置Yよりも下にあるために、移動装置1が障害物に衝突したり、テーブルから落下するおそれがあると判断した場合でも、ステツプSP19において、CCDカメラ4がしきい値T5を越えて上方向に向きすぎているために、このまま移動装置1を直進させてもまだ障害物に衝突したり、テーブルから落下するおそれはないのに、台車3を方向転換させてしまうことを回避するようにしている。これにより、移動装置1の移動範囲を不必要に制限することを防止することができる。
【0039】
かくしてこの移動装置1では、移動装置1の進行方向に障害物やテーブルと床の境界があつた場合でも、障害物とテーブル(又は床)の境界及びテーブルと床の境界を検出して障害物と衝突する前及びテーブルから落下する前に台車3の進行方向を変更させることにより、移動装置1が障害物に衝突したり、テーブルから落下することを未然に防止し得るようになされている。
【0040】
続いてマイコン10は、ステツプSP22において、主記憶回路13内に格納されている輝度画像データYc、色差画像データRc及びBcのラベルをラベル「a」に付け替えて、輝度画像データYa、色差画像データRa及びBaとした後、ステツプSP23に進む。次いでマイコン10は、例えば移動装置1に設けられているスイツチがオフされて動作を終了するか否かを判定し、否定結果を得るとステツプSP5に戻る。
【0041】
この後、マイコン10は、ステツプSP6からステツプSP10までの処理を実行することにより、第4の画像として輝度画像データYb、色差画像データRb及びRcと、第5の画像として輝度画像データYc、色差画像データRc及びBcとを得、これら画像データを上述のラベル「a」及び「b」が付された画像データに代えて主記憶回路13内に格納し、ラベル「c」からラベル「a」に置き換えられた第3の画像としての輝度画像データYa、色差画像データRa及びBaと、新たにステツプSP7及びステツプSP10で得た第4の画像としての輝度画像データYb、色差画像データRb及びBb、及び第5の画像としての輝度画像データYc、色差画像データRc及びBcとを用いてステツプSP11からステツプSP23までの処理を繰り返す。以下、スイツチがオフされるまで上述の動作を繰り返す。
マイコン10は、ステツプSP23において肯定結果を得ると、ステツプSP24に進んで障害物検出手順及び移動手順を終了する。
【0042】
以上の構成において、この移動装置1は、LED6消灯時の輝度画像データYa及びYc、色差画像データRa、Rc及びBa、Bcと、LED6点灯時の輝度画像データYb、色差画像データRb及びBbとを得た後、輝度画像データYa及びYcと色差画像データRa及びRcとに基づいて、輝度レベルの変化が第1の輝度しきい値T1以下であり、かつ赤色の色レベルの変化が第1の色しきい値T2以下である画素Pを検出すると共に、色差画像データRbを用いて、画素Pのうち(1)式を満たす画素、すなわちLED6の反射光を受けた画素Qの数Nをカウントする。
【0043】
ここで障害物が存在する場合、時間が経過しても障害物の一部を捉えている画素の輝度レベル及び赤色の色レベルはほとんど変化しない。従つて画素Pが捉えた物体の一部は、停止している物体の一部と判断できるので、障害物の一部を捉えている可能性がある。しかしながら画素Pが捉えた物体の一部は必ずしも障害物とは限らないので、これら画素Pが、障害物の一部を捉えた画素であれば、LED6点灯時には反射光を受けることになるので、障害物の一部を捉えた画素は赤色が増すことになる。従つて障害物は、画素Pのうち赤色が増している画素Qとして検出される。
【0044】
また移動装置1が障害物に接近するに従つて、LED6の反射光を受ける画素の数が増加するので、障害物との位置関係は反射光を受けた画素Qの数Nの変化、すなわちLED6の反射光を受ける領域の面積の変化として検出される。
【0045】
またこの移動装置1は、輝度画像データYcを基に各行毎の積分データIを生成し、これら積分データIについてそれぞれ評価値Eを算出し、算出した評価値Eのうちしきい値T3より大きく、かつ最大となる行の位置Xを検出する。ここで、移動装置1の進行方向に障害物が存在したり、テーブルと床の境界が存在した場合には、障害物とテーブル(又は床)の境界又はテーブルと床の境界は、各行毎の積分データIに基づいて画像を2分割した際、輝度レベルにおいて各領域の画素平均の差が最大となる行の位置Xとして検出される。
また移動装置1が障害物又はテーブルと床の境界に接近するに従つて、位置Xは画面内の下側に移動する。従つて障害物とテーブル(又は床)の境界又はテーブルと床の境界との位置関係は、画面内における位置Xの位置に基づいて検出される。
【0046】
従つてこの移動装置1では、障害物を画素PのうちLED6の反射光を受けた画素Qとして検出することができると共に、障害物との位置関係をLED6の反射光を受けた領域の面積(画素Qの数N)の変化として検出することができるので、障害物及び障害物との位置関係を精度良く検出することができる。
【0047】
またこの移動装置1では、障害物とテーブル(又は床)の境界又はテーブルと床の境界を、評価値Eのうちしきい値T3より大きく、かつ最大となる行の位置Xとして検出することができると共に、障害物との位置関係及びテーブルと床の境界との位置関係を、画面内における位置Xの位置に基づいて検出することができるので、障害物と床の境界又はテーブルと床の境界、及び障害物との位置関係又はテーブルと床の境界との位置関係を精度良く検出することができる。
【0048】
以上の構成によれば、LED6消灯時に得た輝度画像データYa及びYcと色差画像データRa及びRcとを用いて、輝度レベルの変化の絶対値が第1の輝度しきい値T1以下であり、かつ赤色の色レベルの変化の絶対値が第1の色しきい値T2以下である画素Pを検出し、LED6点灯時に得た色差画像データRbを用いて、画素Pのうち赤色が増した画素Qを検出すると共に当該画素Qの数Nをカウントし、この画素Qの数Nがしきい値T4を越えた場合には台車3を方向転換させるようにしたことにより、障害物及び障害物との位置関係を精度良く検出することができるので、障害物への衝突を確実に防止することができる。
かくして簡易な構成で障害物を精度良く検出することのできる障害物検出装置及び障害物検出方法を実現し得ると共に、簡易な構成で障害物への衝突を確実に防止することのできる移動装置及び移動方法を実現することができる。
【0049】
また上述の構成によれば、LED6消灯時に得た輝度画像データYcの各行毎の積分データIを生成すると共に、各行毎に得たl個分の積分データIに基づいて評価値Eを算出し、算出した評価値Eのうち、しきい値T3を越え、かつ最大となる行の位置Xを障害物との境界又はテーブルと床との境界として検出し、画面内においてこの位置Xが位置Yより下にあり、かつCCDカメラ4の撮影方向がしきい値T5を越えていない場合に、台車3を方向転換させるようにしたことにより、障害物と床の境界及びテーブルと床の境界、障害物との位置関係及びテーブルと床の境界との位置関係を精度良く検出することができるので、障害物への衝突及びテーブルからの落下を確実に防止することができる。
かくして簡易な構成で障害物を精度良く検出することのできる障害物検出装置及び障害物検出方法を実現し得ると共に、簡易な構成で障害物への衝突及びテーブルからの落下を確実に防止することのできる移動装置及び移動方法を実現することができる。
【0050】
さらに上述の構成によれば、障害物との位置関係を、LED6の反射光を受けた画素Qの数Nとして検出することができるので、LED6の反射光を受けた画素Qの数Nを一定に保持するように台車3を制御すれば他の移動物体との距離を一定に保持した状態で当該移動物体を追尾することができ、例えば移動物体を追尾する必要があるゲーム等に適用することができる。
さらに上述の構成によれば、LED6の反射光を受けた画素Qに基づいて障害物の形状を認識することができると共に、色差画像データに基づいて障害物の色を認識することができる。従つて例えばロボツト装置等でゲームを行う場合において、相手を色や形状で識別する必要がある場合に適用できる。
【0051】
なお上述の実施例においては、図3のステツプSP11において、輝度画像データYa及びYcと色差画像データRa及びRcとを用いて画素Pを検出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、輝度画像データYa及びYcを用いて、輝度レベルが第1の輝度しきい値T1以下である画素を画素Pとして検出してもよく、また色差画像データRa及びRcを用いて、色レベルが第1の色しきい値T2以下である画素を画素Pとして検出するようにしてもよい。
【0052】
また上述の実施例においては、画素PのうちLED6の反射光を受けた画素Qを、色差画像データRa、Rb及びRcを用いて赤色の色レベルの変化として算出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、輝度画像データYa、Yb及びYcを用いて、輝度レベルの変化として算出するようにしてもよい。この場合、第2の輝度しきい値を予め設定し、この第2の輝度しきい値を基準として輝度レベルの変化の絶対値が第2の輝度しきい値を越える画素を画素Qとして算出する。以下の動作は上述の実施例の場合と同じである。
【0053】
また、色差画像データRa、Rb及びRcと輝度画像データYa、Yb及びYcとを用いて、画素Pのうち、輝度レベルの変化の絶対値が第2の輝度しきい値を越え、かつ色レベルの変化の絶対値が第2の色しきい値を越える画素を画素Qとして算出してもよい。
【0054】
また上述の実施例においては、光源として赤色光を出射するLED6を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、光源として赤色光以外の光を出射する光源等、この他種々の光源を用いてもよい。また光源としてそれぞれ異なる色の光を出射する光源を複数用いるようにすれば、障害物をさらに一段と精度良く検出することができる。
【0055】
さらに上述の実施例においては、輝度画像データYcを用いて各行毎の積分データIを算出し、各行毎に算出した評価値Eのうち、しきい値T3を越え、かつ最大となる行の位置Xを障害物とテーブル(又は床)との境界、又はテーブルと床との境界として検出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、輝度画像データYcを用いて各列(画像の垂直方向)毎の積分データを算出し、各列毎に算出した評価値のうち、予め設定したしきい値T6を越え、かつ最大となる行の位置を障害物とテーブル(又は床)との境界、又はテーブルと床との境界として検出するようにしてもよい。この場合、移動装置1が壁に沿つて移動しているときに特に有効であり、移動装置1が壁に衝突することを防止することができる。
【0056】
さらに上述の実施例においては、最初に主記憶回路13に3フレーム分の画像データを取り込んだ後は、2フレーム分の画像データを新たに取り込んで、この2フレーム分の画像データと、ラベル「a」に置き換えられた画像データ(元はラベル「c」が付された画像データ)とに基づいて障害物検出処理を行つた場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ステツプSP23で否定結果を得た場合、ステツプSP2に戻つて、新たに3フレーム分の画像データを取り込んでこれら3フレーム分の画像データに基づいて障害物検出処理を行なうようにしてもよい。
【0057】
さらに上述の実施例においては、画像における各画素の輝度データを各行毎に積分して得られる各行毎の積分データIに基づいて画像を2分割した際に、分割された各領域の画素平均の差がしきい値T3より大きく、かつ最大となる行を障害物とテーブル(又は床)との境界、又はテーブルと床との境界として検出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、分割された各領域の画素平均の差が最大となる行を障害物とテーブル(又は床)との境界、又はテーブルと床との境界として検出してもよい。
【0058】
さらに上述の実施例においては、チルタ5を用いてCCDカメラ4の撮影方向を制御した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パンチルタ等この他種々の撮影方向制御手段を用いてCCDカメラ4の撮影方向を制御するようにしてもよい。
【0059】
さらに上述の実施例においては、本発明による障害物検出装置2を台車型の移動装置1に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図1との対応部分に同一符号を付して示す図5に示すように、4つの脚で歩行し、立つたり座つたりすることのできるロボツト装置20等、要は移動可能に構成されたものであればこの他種々の移動装置に本発明を適用し得る。
【0060】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを画像の行又は列ごとに積分することにより、行又は列ごとの積分データを生成して出力し、当該出力に基づいて画像を2分割した際に、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列を障害物との境界として検出するようにしたことにより、障害物との境界を、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列として検出することができる。
かくして、簡易な構成で障害物を精度良く検出することのできる障害物検出装置及び障害物検出方法を実現できる。
【0061】
また本発明によれば、撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを行又は列ごとに積分することにより、行又は列ごとの積分データを生成し、これら行又は列ごとの積分データに基づいて画像を2分割した際に、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列を障害物との境界として検出し、当該検出結果に基づいて境界との位置関係を検出し、当該検出結果に基づいて駆動手段を制御するようにしたことにより、障害物との境界を、分割された画像の各領域における画素平均の差が最大となる行又は列として検出することができる。
かくして、簡易な構成で障害物を精度良く検出することのできる移動装置及び移動方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による障害物検出装置を適用した移動装置の実施例を示す略線図である。
【図2】演算装置の構成の説明に供するブロツク図である。
【図3】障害物検出手順及び移動手順の説明に供するフローチヤートである。
【図4】障害物検出手順及び移動手順の説明に供するフローチヤートである。
【図5】本発明による障害物検出装置を適用したロボツト装置を示す略線図である。
【符号の説明】
1、20……移動装置、2……障害物検出装置、3……台車、4……CCDカメラ、5……チルタ、6……LED、7……Y/C分離回路、8、9……A/D変換回路、10……マイクロコンピユータ、11、12……メモリ、13……主記憶回路、14……I/O制御回路。
Claims (14)
- 撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを上記画像の行又は列ごとに積分することにより、上記行又は列ごとの積分データを生成して出力する積分データ生成手段と、
上記積分データ生成手段の出力に基づいて上記画像を2分割した際に、分割された上記画像の各領域における画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する境界検出手段と
を具えることを特徴とする障害物検出装置。 - 上記境界検出手段の検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出手段
を具えることを特徴とする請求項1に記載の障害物検出装置。 - 上記境界検出手段の検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出手段と、
上記境界位置検出手段の検出結果に基づいて上記撮影手段の撮影方向を制御する撮影方向制御手段と
を具えることを特徴とする請求項1に記載の障害物検出装置。 - 上記境界検出手段は、
上記分割された画像の各領域における画素平均の差が所定のしきい値を越え、かつ上記画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の障害物検出装置。 - 撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを上記画像の行又は列ごとに積分することにより、上記行又は列ごとの積分データを生成する積分データ生成ステツプと、
上記積分データ生成ステツプにおいて生成された上記行又は列ごとの積分データに基づいて上記画像を2分割した際に、分割された上記画像の各領域における画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する境界検出ステツプと
を具えることを特徴とする障害物検出方法。 - 上記境界検出ステツプの検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出ステツプ
を具えることを特徴とする請求項5に記載の障害物検出方法。 - 上記境界検出ステツプの検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出ステツプと、
上記境界位置検出ステツプの検出結果に基づいて上記撮影手段の撮影方向を制御する撮影方向制御ステツプと
を具えることを特徴とする請求項5に記載の障害物検出方法。 - 上記境界検出ステツプは、
上記分割された画像の各領域における画素平均の差が所定のしきい値を越え、かつ上記画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する
ことを特徴とする請求項5に記載の障害物検出方法。 - 駆動手段の出力に基づいて移動する移動装置において、
撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを行又は列ごとに積分することにより、上記行又は列ごとの積分データを生成して出力する積分データ生成手段と、
上記積分データ生成手段の出力に基づいて上記画像を2分割した際に、分割された上記画像の各領域における画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する境界検出手段と、
上境界検出手段の検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出手段と、
上記境界位置検出手段の検出結果に基づいて上記駆動手段を制御する制御手段と
を具えることを特徴とする移動装置。 - 上記境界検出手段は、
上記分割された上記画像の各領域における画素平均の差が所定のしきい値を越え、かつ上記画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する
ことを特徴とする請求項9に記載の移動装置。 - 上記境界位置検出手段の検出結果に基づいて上記撮影手段の撮影方向を制御する撮影方向制御手段
を具えることを特徴とする請求項9に記載の移動装置。 - 駆動手段の出力に基づいて移動する移動装置の移動方向を制御する移動方法において、
撮像手段より得られる画像における各画素の輝度データを行又は列ごとに積分することにより、上記行又は列ごとの積分データを生成する積分データ生成ステツプと、
上記積分データ生成ステツプにおいて生成された上記行又は列ごとの積分データに基づいて上記画像を2分割した際に、分割された上記画像の各領域における画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する境界検出ステツプと、
上記境界検出ステツプの検出結果に基づいて上記境界との位置関係を検出する境界位置検出ステツプと、
上記境界位置検出ステツプの検出結果に基づいて上記駆動手段を制御する制御ステツプと
を具えることを特徴とする移動方法。 - 上記境界検出ステツプは、
上記分割された上記画像の各領域における画素平均の差が所定のしきい値を越え、かつ上記画素平均の差が最大となる上記行又は列を検出し、当該行又は列を障害物との境界として検出する
ことを特徴とする請求項12に記載の移動方法。 - 上記境界位置検出ステツプの検出結果に基づいて上記撮影手段の撮影方向を制御する撮影方向制御ステツプ
を具えることを特徴とする請求項12に記載の移動方法。
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