JP6433664B2 - Overhead image display device for construction machinery - Google Patents
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Description
本発明は建設機械に搭載される俯瞰画像表示装置に関する。 The present invention relates to an overhead image display device mounted on a construction machine.
緊急災害復旧工事において、遠隔操作仕様の建設機械を遠隔で操作する場合、操作者は工事場所より、充分離れた安全な場所から操作する必要がある。
工事範囲が狭い箇所では目視にて操作が可能であるが、通常は建設機械に搭載したビデオカメラからの画像、移動カメラ車からの画像、固定カメラからの画像などを操作者に提示させて遠隔操作を行うことで工事が可能となる。
但し、これらのカメラは、建設機械が移動や旋回する都度、死角が発生する可能性が高く、遠隔操作を行なう上で不利がある。
一方、従来から、乗用車の周辺を撮像する複数のカメラを設け、各カメラから供給される画像を処理し、乗用車の上方から見たような俯瞰画像を作成して、運転者に提供する運転支援装置が提供されている(特許文献1参照)。
したがって、このような俯瞰画像を作成して表示する俯瞰画像表示装置を建設機械に適用することが考えられる。
この場合、複数のカメラは、建設機械の適宜箇所に取着されることになる。
In an emergency disaster recovery work, when a remotely operated construction machine is operated remotely, the operator needs to operate it from a safe place sufficiently away from the work place.
Although it is possible to operate visually in places where the construction range is narrow, it is usually possible to remotely display an image from a video camera mounted on a construction machine, an image from a moving camera car, an image from a fixed camera, etc. Construction can be done by operating.
However, these cameras are likely to cause blind spots every time the construction machine moves or turns, which is disadvantageous for remote operation.
On the other hand, driving support that provides a driver with a plurality of cameras that capture the periphery of a passenger car, processes the images supplied from each camera, creates an overhead image as seen from above the passenger car An apparatus is provided (see Patent Document 1).
Therefore, it is conceivable to apply an overhead image display device that creates and displays such an overhead image to a construction machine.
In this case, the plurality of cameras are attached to appropriate portions of the construction machine.
建設機械は、クローラやタイヤなどを回転駆動することで地盤上を走行する。
したがって、地盤が平坦であれば、建設機械および建設機械に取着された各カメラは、地盤の傾斜角度と同じ傾斜角度で傾斜し、各カメラは傾斜した状態で建設機械周辺の画像を撮像する。これにより、俯瞰画像表示装置は、建設機械の上方から見た俯瞰画像を適切に生成、表示することができる。
一方、地盤に局所的な凹凸がある場合、建設機械は、局所的な凹凸の部分を通過する際に地盤の傾斜角度とは異なる傾斜角度で一時的に傾斜したのち、凹凸の部分を通過し終えると地盤の傾斜角度に戻る。ここで、地盤における局所的な凹凸とは、例えば、クローラやタイヤがはまりこむような大きさの溝や穴や、クローラやタイヤなどが乗り上げるような瓦礫や岩石をいう。
したがって、建設機械が地盤の局所的な凹凸を通過することで、各カメラも地盤の傾斜角度とは異なる傾斜角度で一時的に傾斜したのち、地盤の傾斜角度に戻るため、各カメラの撮像範囲が一時的に変動してしまう。
このような各カメラの撮像範囲の変動は、俯瞰画像表示装置により生成される俯瞰画像に一時的に乱れを生じさせ、正確な俯瞰画像を表示させる上で不利となる。
特に、建設機械は、乗用車などに比較してその大きさが大きいことから、建設機械の全周をカバーする俯瞰画像の範囲も極めて広いものとなり、各カメラの撮像範囲の変動が俯瞰画像の正確さに与える影響は大きなものとなる。
また、建設機械は、不整地や瓦礫が残された凹凸が激しい地盤を走行することから、建設機械は大きく傾斜することになり、各カメラの撮像範囲の変動量も多大となり、各カメラの撮像範囲の変動が俯瞰画像の正確さに与える影響はより一層大きなものとなる。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、建設機械の傾斜の影響を受けることなく正確な俯瞰画像を表示する上で有利な建設機械用俯瞰画像表示装置を提供することにある。
Construction machinery travels on the ground by rotating and driving crawlers and tires.
Therefore, if the ground is flat, the construction machine and each camera attached to the construction machine are inclined at the same inclination angle as the inclination angle of the ground, and each camera takes an image of the surroundings of the construction machine in an inclined state. . Thereby, the bird's-eye view image display device can appropriately generate and display the bird's-eye view image viewed from above the construction machine.
On the other hand, when there is local unevenness on the ground, the construction machine temporarily tilts at an inclination angle different from the inclination angle of the ground when passing through the local unevenness portion, and then passes through the uneven portion. When finished, it returns to the inclination angle of the ground. Here, the local unevenness in the ground refers to, for example, a groove or a hole that is large enough to fit a crawler or a tire, or rubble or rock that a crawler or a tire rides on.
Therefore, when the construction machine passes through the local unevenness of the ground, each camera also temporarily tilts at an inclination angle different from the inclination angle of the ground, and then returns to the inclination angle of the ground. Will fluctuate temporarily.
Such a change in the imaging range of each camera is disadvantageous in causing a temporal disturbance in the overhead image generated by the overhead image display device and displaying an accurate overhead image.
In particular, since construction machines are larger than passenger cars, the overhead image range that covers the entire circumference of the construction machine is extremely wide. The impact on this will be significant.
In addition, since construction machines run on rough ground with rough terrain and rubble, the construction machines are greatly inclined, and the amount of change in the imaging range of each camera becomes large, and the imaging of each camera The influence of the range variation on the accuracy of the overhead view image becomes even greater.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a construction machine overhead image display apparatus that is advantageous in displaying an accurate overhead image without being affected by the inclination of the construction machine. There is.
上記目的を達成するため、本発明は、遠隔制御により無人運転される建設機械に搭載された複数のカメラと、前記複数のカメラから得られる前記建設機械の周囲の撮像画像に基づいて前記建設機械を中心とした建設機械全周の俯瞰画像を生成する俯瞰画像生成手段と、前記俯瞰画像生成手段により生成された俯瞰画像を表示する表示手段とを備える建設機械用俯瞰画像表示装置であって、前記複数のカメラは、前記建設機械の前方を撮像する前方カメラと、前記建設機械の後方を撮像する後方カメラと、前記建設機械の左方を撮像する左方カメラと、前記建設機械の右方を撮像する右方カメラとを備えることで前記建設機械の前方、後方、右方、左方を含む周辺全周にわたる画像を死角無く得るように構成され、前記前方カメラ、前記後方カメラ、前記左方カメラ、前記右方カメラは、それらカメラの光軸が鉛直軸回りおよび水平軸回りに調節可能となるように前記建設機械に取着され、走行時に発生する前記建設機械が地盤に対して傾斜する傾斜角度θを検出する傾斜角度検出手段と、前記傾斜角度θに基づいて前記建設機械が前記地盤上で前記地盤の傾斜通りの姿勢となった状態での俯瞰画像が得られるように前記俯瞰画像の補正を行なう俯瞰画像補正手段と、を備え、前記傾斜角度検出手段は、前記複数のカメラのうち少なくとも2つのカメラから時系列で得られる前記建設機械の周囲の撮像画像に含まれる特徴点を抽出すると共に、時系列で抽出された前記特徴点の対応関係に基づいて前記特徴点の三次元位置の移動量を検出する特徴点移動量検出手段と、前記特徴点の移動量に基づいて前記傾斜角度θを算出する検出角度算出手段とを備え、前記カメラの光軸の鉛直軸回りの角度および水平軸回りの角度は、前記建設機械が設置された前記地盤を基準に設置された対象物を前記カメラで撮像して得られた画像が前記画面上に表示された基準線に合致するように調整されており、前記俯瞰画像生成手段において俯瞰画像生成処理に用いられるパラメータは、前記対象物を前記カメラで撮像した得られた画像に基づいて調整されている、ことを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a plurality of cameras mounted on a construction machine that is operated unattended by remote control , and the construction machine based on captured images around the construction machine obtained from the plurality of cameras. A bird's-eye view image display device for a construction machine, comprising: a bird's-eye view image generation unit that generates a bird's-eye view image of the entire circumference of the construction machine, and a display unit that displays the bird's-eye view image generated by the bird's-eye view image generation unit; The plurality of cameras include a front camera that images the front of the construction machine, a rear camera that images the rear of the construction machine, a left camera that images the left side of the construction machine, and a right side of the construction machine. And a right camera that captures the image of the construction machine so that an image covering the entire periphery including the front, rear, right, and left of the construction machine can be obtained without blind spots. La, the left camera, the right side camera is attached to the construction machine so that the optical axes of the cameras is adjustable around a vertical axis and horizontal axis, said construction machine ground generated during traveling An inclination angle detection means for detecting an inclination angle θ that is inclined with respect to the ground, and an overhead image in a state in which the construction machine is in a posture as the inclination of the ground on the ground is obtained based on the inclination angle θ. And an overhead image correction unit that corrects the overhead image as described above, and the inclination angle detection unit applies a captured image around the construction machine obtained in time series from at least two of the plurality of cameras. A feature point movement amount detecting means for extracting a feature point included, and detecting a movement amount of a three-dimensional position of the feature point based on a correspondence relationship between the feature points extracted in time series; and movement of the feature point Detection angle calculation means for calculating the inclination angle θ based on the angle, and the angle around the vertical axis and the angle around the horizontal axis of the optical axis of the camera are set based on the ground on which the construction machine is installed The image obtained by capturing the captured object with the camera is adjusted so as to match the reference line displayed on the screen, and the parameters used for the overhead image generation processing in the overhead image generation means are as follows: The object is adjusted based on an image obtained by imaging the object with the camera.
本発明によれば、建設機械が地盤の局所的な凹凸を通過することで地盤に対して傾斜し、各カメラの撮像範囲が一時的に変動してしまう場合であっても、建設機械の傾斜角度θの影響を受けることなく正確な俯瞰画像を表示させる上で有利となる。 According to the present invention, even if the construction machine tilts with respect to the ground by passing through the local unevenness of the ground, and the imaging range of each camera changes temporarily, the tilt of the construction machine This is advantageous for displaying an accurate overhead image without being affected by the angle θ.
(実施の形態)
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る建設機械用俯瞰画像表示装置が搭載される建設機械について説明する。
本実施の形態では、緊急災害復旧工事などの危険な工事場所で使用される建設機械が遠隔制御により無人運転されるバックホウである場合について説明する。
この場合、操作者は工事場所より、充分離れた安全な場所からバックホウを遠隔操作することになる。
(Embodiment)
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
First, a construction machine on which the overhead image display device for construction machine according to the present invention is mounted will be described.
In the present embodiment, a case will be described in which a construction machine used in a dangerous construction site such as an emergency disaster recovery construction is a backhoe that is operated unattended by remote control.
In this case, the operator remotely operates the backhoe from a safe place sufficiently away from the construction place.
まず、バックホウの構成について説明する。
図1、図2に示すように、バックホウ10は、下部走行体12と、上部旋回体14と、ブーム16と、アーム18と、バケット20を含んで構成される。
First, the configuration of the backhoe will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
下部走行体12は、クローラ1202の回転により地盤G上を走行する。
上部旋回体14は、下部走行体12の上部に旋回軸を中心に水平旋回可能に設けられている。
上部旋回体14には操作室1402が設けられ、操作室1402には、下部走行体12の走行、上部旋回体14の旋回、ブーム16の揺動、アーム18の揺動、バケット20の揺動などを操作するための何れも不図示の操作レバーや操作ペダルなどの複数の操作装置が設置されている。
The lower
The upper turning
The
ブーム16は、その基端が水平方向に延在する支軸を介して上部旋回体14に揺動可能に支持されている。
アーム18は、その基端が水平方向に延在する支軸を介してブーム16の先端に揺動可能に支持されている。
バケット20は、その基端が水平方向に延在する支軸を介してアーム18の先端に揺動可能に支持されている。
上部旋回体14とブーム16との間には、ブーム16を揺動させるブームシリンダ1602が設けられている。
ブーム16とアーム18との間には、アーム18を揺動させるアームシリンダ1802が設けられている。
アーム18とバケット20との間には、バケット20を揺動させるバケットシリンダ2002が設けられている。
これらブームシリンダ1602、アームシリンダ1802、バケットシリンダ2002は油圧シリンダである。
したがって、ブームシリンダ1602が伸縮することにより上部旋回体14に対してブーム16が揺動される。
また、アームシリンダ1802が伸縮することによりブーム16に対してアーム18が揺動される。
また、バケットシリンダ2002が伸縮することによりアーム18に対してバケット20が揺動される。
The
The
The
A
An
A
These
Therefore, the
Further, the
Further, the
次に、バックホウ10を遠隔制御する遠隔制御システムについて説明する。
図3は、遠隔制御システムの構成を示すブロック図である。
遠隔制御システム30は、遠隔操作ユニット32と、建設機械側ユニット34とを備えている。
遠隔操作ユニット32は、バックホウ10が作業を行なう作業現場から離れた箇所に設けられている。
遠隔操作ユニット32は、操作部36と、表示部38と、制御部40と、通信部42とを含んで構成されている。
操作部36は、作業者が建設機械の遠隔制御を行なうために操作するものであり、例えば、ジョイスティックや操作スイッチなどから構成されている。
表示部38は、建設機械側ユニット34から送信される図4に示すような俯瞰画像を表示するものであり、液晶表示装置などのディスプレイで構成されている。
本実施の形態では、表示部38が表示手段を構成している。
制御部40は、操作部36になされた操作に対応する操作指令を生成し通信部42に供給すると共に、建設機械側ユニット34から送信された俯瞰画像を通信部42を介して受け付け表示部38に供給するものである。
通信部42は、建設機械側ユニット34の通信部50との間で操作指令および俯瞰画像の通信を行なうものである。
これら2つの通信部42、50は無線回線で結ばれている。
無線回線としては、例えばSS無線など従来公知の様々な無線回線が使用可能であり、無線回線の種類、構成、方式は任意である。また、複数種類の無線回線を組み合わせたり、あるいは、1以上の中継局を設けるなどしてもよい。
Next, a remote control system for remotely controlling the
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the remote control system.
The
The
The
The
The
In the present embodiment, the
The
The
These two
As the wireless line, various conventionally known wireless lines such as SS wireless can be used, and the type, configuration, and system of the wireless line are arbitrary. Further, a plurality of types of wireless lines may be combined, or one or more relay stations may be provided.
建設機械側ユニット34は、バックホウ10に設けられ、駆動部44と、複数のカメラ46と、制御部48と、通信部50とを含んで構成されている。
駆動部44は、バックホウ10の前記各操作装置を駆動するものであり、エアシリンダやモータなど従来公知の様々なアクチュエータが使用可能である。
複数のカメラ46は、前方カメラ4602、後方カメラ4604、左方カメラ4606、右方カメラ4608で構成されている。
The construction
The
The plurality of
図1、図2に示すように、前方カメラ4602は、上部旋回体14の前部に搭載されバックホウ10の前方を撮像するものである。
後方カメラ4604は、上部旋回体14の後部に搭載されバックホウ10の後方を撮像するものである。
左方カメラ4606は、上部旋回体14の左側部に搭載されバックホウ10の左方を撮像するものである。
右方カメラ4608は、上部旋回体14の右側部に搭載されバックホウ10の右方を撮像するものである。
本実施の形態では、各カメラ46の画角は180度である。
なお、後述する俯瞰画像を生成できれば、各カメラ46の画角は180度未満でもよい。しかしながら、各カメラ46の画角を180度とし、上記のように上部旋回体14の前後左右にカメラ46をそれぞれ設置することにより、上部旋回体14(バックホウ10)の周辺の全周にわたる画像を効率よくかつ死角を発生させることなく得ることができ、図4に示すような俯瞰画像を正確に生成する上で有利となる。
また、各カメラ46は、各カメラ46の光軸が鉛直軸回りおよび水平軸回りに調節可能となるように、不図示の雲台を介して上部旋回体14に取着されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
The
The
In the present embodiment, the angle of view of each
Note that the angle of view of each
Each
図5に示すように、制御部48は、コンピュータによって構成されている。
コンピュータは、CPU4802と、不図示のインターフェース回路およびバスライン4801を介して接続されたROM4804、RAM4806、ハードディスク装置4808、キーボード4810、マウス4812、ディスプレイ4814、入出力インターフェース4816などを有している。
ROM4804は所定の制御プログラムなどを格納し、RAM4806はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置4808は、後述する俯瞰画像生成手段52、傾斜角度検出手段54、俯瞰画像補正手段56を実現するためのプログラムを格納している。
キーボード4810およびマウス4812は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ4814は、画像を表示するものであり、例えば、液晶表示装置などで構成されている。
入出力インターフェース4816は、周辺装置との間でデータの授受を行うものであり、本実施の形態では、各カメラ46から撮像画像を受け付けるものである。
制御部48は、遠隔操作ユニット32から送信された操作指令を前記通信部50を介して受け付けると共に、その操作指令に基づいて駆動部44を制御することでバックホウ10の前記各操作装置を操作するものである。
また、制御部48は、CPU4802が前記プログラムを実行することによって、図6に示すように、俯瞰画像生成手段52、傾斜角度検出手段54、俯瞰画像補正手段56を実現するものである。
As shown in FIG. 5, the
The computer includes a
The
The
A
The
The input /
The
Further, the
俯瞰画像生成手段52は、各カメラ46から供給されるバックホウ10の周囲の撮像画像に基づいてバックホウ10を中心としたバックホウ10全周の俯瞰画像(図4)を生成し、それら撮像画像を通信部50を介して遠隔操作ユニット32の通信部42に送信するものである。
俯瞰画像生成手段52による俯瞰画像の生成は、各カメラ46から得られた撮像画像を視点変換処理して得た視点変換画像を組み合わせることによりなされるが、このような視点変換処理や視点変換画像の組み合わせの処理として、従来公知の様々な方法が採用可能である。
The bird's-eye view
The overhead image generation by the overhead image generation means 52 is performed by combining viewpoint conversion images obtained by performing viewpoint conversion processing on captured images obtained from the
傾斜角度検出手段54は、走行時に発生するバックホウ10が地盤Gに対して傾斜する傾斜角度θを検出するものである。
本実施の形態では、傾斜角度検出手段54は、特徴点移動量検出手段54Aと、検出角度算出手段54Bとを備えている。
特徴点移動量検出手段54Aは、複数のカメラ56のうち少なくとも2つのカメラ56から時系列で得られるバックホウ10の周囲の撮像画像に含まれる特徴点を抽出すると共に、時系列で抽出された特徴点の対応関係に基づいて特徴点の三次元位置の移動量を検出するものである。
このような特徴点の三次元位置の移動量を検出する手法としては、例えば、SFM(Structure From Motion)と呼ばれる従来公知の画像処理手法が使用可能である。
検出角度算出手段54Bは、特徴点移動量検出手段54Aによって検出された特徴点の移動量に基づいて傾斜角度θを算出するものである。
The inclination angle detection means 54 detects an inclination angle θ at which the
In the present embodiment, the tilt angle detection means 54 includes a feature point movement amount detection means 54A and a detection angle calculation means 54B.
The feature point moving amount detection means 54A extracts feature points included in the captured image around the
As a method for detecting the movement amount of the three-dimensional position of such a feature point, for example, a conventionally known image processing method called SFM (Structure From Motion) can be used.
The detection
俯瞰画像補正手段56は、傾斜角度検出手段54で検出された傾斜角度θに基づいてバックホウ10が地盤G上で地盤Gの傾斜通りの姿勢となった状態での俯瞰画像が得られるように俯瞰画像生成手段52で生成される俯瞰画像の補正を行なうものである。
また、俯瞰画像補正手段56は、傾斜角度θの単位時間当たりの変化量の絶対値が予め定められた閾値を超えたか否かを判定し、変化量の絶対値が閾値を超えた場合に俯瞰画像の補正を行なうと共に、変化量の絶対値が予め定められた閾値以下となった場合に俯瞰画像の補正を解除する。
The bird's-eye view image correction means 56 is so viewed as to obtain an overhead view image in a state where the
The overhead
本実施の形態では、遠隔操作ユニット32の表示部48、制御部40、通信部42と、建設機械側ユニット34の通信部50、制御部48、各カメラ46とによって、建設機械用俯瞰画像表示装置が構成されている。
In the present embodiment, the
次に、建設機械用俯瞰画像表示装置の動作について図7のフローチャートを参照して説明する。
予め、各カメラ46の光軸の鉛直軸回りの角度および水平軸回りの角度は、俯瞰画像が正確に得られるようにキャリブレーションされているものとする。
なお、キャリブレーションの方法は、以下の1)、2)に例示するように従来公知の様々な方法が採用可能である。
1)バックホウ10が設置された地盤G上に描かれた白線や地盤G上に垂直に設置された箱尺などの対象物を各カメラ46で撮像して得られた画像が画面上に表示された基準線に合致するように各カメラ46の光軸調整を行ない、俯瞰画像が正確に得られるようにする。
2)上記対象物を各カメラ46で撮像した得られた画像に基づいて俯瞰画像が正確に得られるように俯瞰画像生成手段52における俯瞰画像生成処理に用いられる所定のパラメータ(俯瞰画像を生成するために必要なカメラ軸に関するパラメータ)をソフトウェアにより調整する。
Next, the operation of the overhead image display device for construction machines will be described with reference to the flowchart of FIG.
It is assumed that the angles around the vertical axis and the horizontal axis of the optical axis of each
As a calibration method, various conventionally known methods can be adopted as exemplified in the following 1) and 2).
1) An image obtained by capturing an object such as a white line drawn on the ground G on which the
2) Predetermined parameters (to generate an overhead image) used in the overhead image generation process in the overhead image generation means 52 so that an overhead image can be accurately obtained based on the obtained images of the objects captured by the
バックホウ10が作業現場において地盤G上を走行しているものとする。
傾斜角度検出手段54は、各カメラ56から得られる画像に基づいてバックホウ10が地盤Gに対して傾斜する傾斜角度θを検出する(ステップS10)。
俯瞰画像補正手段56は、傾斜角度θの単位時間Δt当たりの変化量Δθ/Δtが予め定められた閾値θthを超えたか否かを判定する(ステップS12)。
変化量Δθ/Δtが閾値θthを超えたと判定された場合、俯瞰画像補正手段56は、傾斜角度θに基づいてバックホウ10が地盤G上で地盤Gの傾斜通りの姿勢となった状態での俯瞰画像が得られるように俯瞰画像生成手段52で生成される俯瞰画像の補正を行なう(ステップS14)。
そして、俯瞰画像補正手段56は、傾斜角度θの単位時間Δt当たりの変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θth以下であるか否かを判定する(ステップS16)。
変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θth以下であると判定された場合、俯瞰画像補正手段56は、俯瞰画像の補正処理を解除し(ステップS18)、ステップS10に戻る。
一方、ステップS12で変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θthを超えない判断された場合、俯瞰画像補正手段56による俯瞰画像の補正処理はなされず、ステップS10に戻る。
また、ステップS16で変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θth以下でないと判定された場合、俯瞰画像補正手段56は、ステップS14に戻り俯瞰画像の補正処理を維持する。
It is assumed that the
The tilt angle detection means 54 detects the tilt angle θ at which the
The overhead
When it is determined that the change amount Δθ / Δt has exceeded the threshold value θth, the overhead
Then, the bird's-eye view
When it is determined that the absolute value of the change amount Δθ / Δt is equal to or smaller than the threshold θth, the overhead
On the other hand, when it is determined in step S12 that the absolute value of the change amount Δθ / Δt does not exceed the threshold θth, the overhead image correction process by the overhead
If it is determined in step S16 that the absolute value of the change amount Δθ / Δt is not equal to or smaller than the threshold θth, the overhead
以上説明したように本実施の形態によれば、走行時に発生するバックホウ10(建設機械)が地盤Gに対して傾斜する傾斜角度θに基づいてバックホウ10が地盤G上で地盤Gの傾斜通りの姿勢となった状態での俯瞰画像が得られるように俯瞰画像の補正を行なうようにした。
したがって、バックホウ10が地盤Gの局所的な凹凸を通過することで地盤Gに対して傾斜し、各カメラ46の撮像範囲が一時的に変動してしまう場合であっても、バックホウ10の傾斜角度θの影響を受けることなく正確な俯瞰画像を表示させる上で有利となる。
特に、バックホウ10の全周をカバーする俯瞰画像の範囲は極めて広く、各カメラ46の撮像範囲の変動が俯瞰画像の正確さに与える影響は大きなものとなり、また、バックホウ10は凹凸が激しい地盤Gを走行することから、バックホウ10は大きく傾斜することになり、各カメラ46の撮像範囲の変動量も多大となるが、このような撮像範囲の変動が俯瞰画像の正確さに与える影響を抑制する上で有利となる。
As described above, according to this embodiment, the
Therefore, even if the
In particular, the range of the bird's-eye view image covering the entire circumference of the
また、俯瞰画像補正手段56により、傾斜角度θの単位時間当たりの変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θthを超えた場合に俯瞰画像の補正を行なうと共に、変化量Δθ/Δtの絶対値が閾値θth以下となった場合に俯瞰画像の補正を解除するようにした。
したがって、バックホウ10が走行する地盤Gの凹凸の程度が大きい場合は俯瞰画像の補正処理を行ない、凹凸の程度が小さい場合は俯瞰画像の補正処理を行なわないため、建設機械用俯瞰画像表示装置が負担する負荷を軽減する上で有利となる。
また、バックホウ10が地盤Gの凹凸を乗り越えて、地盤Gの傾斜通りの姿勢となったのちは、俯瞰画像の補正処理を解除するため、俯瞰画像の正確性を高める上で有利となる。
Further, the overhead image correction means 56 corrects the overhead image when the absolute value of the change amount Δθ / Δt per unit time of the tilt angle θ exceeds the threshold θth, and the absolute value of the change amount Δθ / Δt is calculated. The correction of the overhead image is canceled when the threshold θth or less is reached.
Therefore, the overhead image correction process is performed when the degree of unevenness of the ground G on which the
In addition, after the
また、傾斜角度検出手段54は、複数のカメラ46のうち少なくとも2つのカメラ46から時系列で得られるバックホウ10の周囲の撮像画像に含まれる特徴点を抽出すると共に、時系列で抽出された特徴点の対応関係に基づいて特徴点の三次元位置の移動量を検出する特徴点移動量検出手段54Aと、特徴点の移動量に基づいて傾斜角度θを算出する検出角度算出手段54Bとを備えるものとした。
したがって、傾斜角度θを検出するための専用のセンサが不要となるため、部品点数の削減を図れ、コストの低減を図る上で有利となる。
In addition, the tilt
Therefore, a dedicated sensor for detecting the inclination angle θ is not necessary, and therefore, the number of parts can be reduced, which is advantageous in reducing the cost.
なお、傾斜角度検出手段54として、バックホウ10の下部走行体12に設けた3軸加速度センサと、この3軸角速度センサから出力される3軸の角速度を積分することで建設機械の傾斜角度θを算出する積分手段とを用いても良い。
この場合は、傾斜角度検出手段54として特徴点移動量検出手段54Aおよび検出角度算出手段54Bを用いた場合に比較して複雑な画像処理(ソフトウェア処理)が不要となるため、傾斜角度θの検出時間の短縮化を図れ、俯瞰画像の補正処理に要する処理時間の短縮化を図る上で有利となる。
As the inclination
In this case, complicated image processing (software processing) is not required as compared with the case where the feature point moving amount detection means 54A and the detection angle calculation means 54B are used as the inclination angle detection means 54, so that the inclination angle θ is detected. Time can be shortened, which is advantageous in reducing the processing time required for the overhead image correction processing.
なお、本実施の形態では、建設機械側ユニット34の制御部48によって俯瞰画像生成手段52、傾斜角度検出手段54、俯瞰画像補正手段56を実現する場合について説明した。
しかしながら、各カメラ46からの撮像画像をそれぞれ遠隔操作ユニット32に送信し、遠隔操作ユニット32の制御部40によって俯瞰画像生成手段52、傾斜角度検出手段54、俯瞰画像補正手段56を実現するようにしてもよい。
In the present embodiment, a case has been described in which the
However, the captured images from the
また、本実施の形態では、建設機械側ユニット34に4つのカメラ46を設ける場合について説明したが、俯瞰画像を生成することができれば、カメラ46の台数は限定されない。
In the present embodiment, the case where four
また、本実施の形態では、バックホウ10が遠隔操作可能なものである場合について説明したが、バックホウ10は、作業員が乗り込んで直接操作するものであってもよい。この場合、表示手段はバックホウ10を操作する作業員が視認可能となるように設ければよく、例えば、表示手段として制御部48のディスプレイ4814を用いるなど任意である。
また、建設機械は、バックホウ10に限定されるものではなく、移動式クレーンやブルドーザーなど従来公知の様々な建設機械であってもよい。
Moreover, although this embodiment demonstrated the case where the
Further, the construction machine is not limited to the
10 バックホウ(建設機械)
46 カメラ
4602 前方カメラ
4604 後方カメラ
4606 左方カメラ
4608 右方カメラ
48 制御部
52 俯瞰画像生成手段
54 傾斜角度検出手段
54A 特徴点移動量検出手段
54B 検出角度算出手段
56 俯瞰画像補正手段
10 Backhoe (construction machine)
46
Claims (2)
前記複数のカメラから得られる前記建設機械の周囲の撮像画像に基づいて前記建設機械を中心とした建設機械全周の俯瞰画像を生成する俯瞰画像生成手段と、
前記俯瞰画像生成手段により生成された俯瞰画像を表示する表示手段とを備える建設機械用俯瞰画像表示装置であって、
前記複数のカメラは、前記建設機械の前方を撮像する前方カメラと、前記建設機械の後方を撮像する後方カメラと、前記建設機械の左方を撮像する左方カメラと、前記建設機械の右方を撮像する右方カメラとを備えることで前記建設機械の前方、後方、右方、左方を含む周辺全周にわたる画像を死角無く得るように構成され、
前記前方カメラ、前記後方カメラ、前記左方カメラ、前記右方カメラは、それらカメラの光軸が鉛直軸回りおよび水平軸回りに調節可能となるように前記建設機械に取着され、
走行時に発生する前記建設機械が地盤に対して傾斜する傾斜角度θを検出する傾斜角度検出手段と、
前記傾斜角度θに基づいて前記建設機械が前記地盤上で前記地盤の傾斜通りの姿勢となった状態での俯瞰画像が得られるように前記俯瞰画像の補正を行なう俯瞰画像補正手段と、を備え、
前記傾斜角度検出手段は、
前記複数のカメラのうち少なくとも2つのカメラから時系列で得られる前記建設機械の周囲の撮像画像に含まれる特徴点を抽出すると共に、時系列で抽出された前記特徴点の対応関係に基づいて前記特徴点の三次元位置の移動量を検出する特徴点移動量検出手段と、
前記特徴点の移動量に基づいて前記傾斜角度θを算出する検出角度算出手段とを備え、
前記カメラの光軸の鉛直軸回りの角度および水平軸回りの角度は、前記建設機械が設置された前記地盤を基準に設置された対象物を前記カメラで撮像して得られた画像が前記画面上に表示された基準線に合致するように調整されており、
前記俯瞰画像生成手段において俯瞰画像生成処理に用いられるパラメータは、前記対象物を前記カメラで撮像した得られた画像に基づいて調整されている、
ことを特徴とする建設機械用俯瞰画像表示装置。 A plurality of cameras mounted on construction machines that are operated unattended by remote control ;
An overhead image generation means for generating an overhead image of the entire circumference of the construction machine based on the captured image around the construction machine obtained from the plurality of cameras;
An overhead image display device for construction machinery, comprising: a display means for displaying the overhead image generated by the overhead image generation means;
The plurality of cameras include a front camera that images the front of the construction machine, a rear camera that images the rear of the construction machine, a left camera that images the left side of the construction machine, and a right side of the construction machine. It is configured to obtain an image over the entire circumference including the front, rear, right, and left of the construction machine without a blind spot by including a right camera that captures
The front camera, the rear camera, the left camera, and the right camera are attached to the construction machine so that the optical axes of the cameras can be adjusted around a vertical axis and a horizontal axis,
An inclination angle detecting means for detecting an inclination angle θ at which the construction machine generated during traveling is inclined with respect to the ground;
Overhead image correction means for correcting the overhead image so as to obtain an overhead image in a state in which the construction machine is in a tilted position of the ground on the ground based on the inclination angle θ. ,
The tilt angle detecting means includes
Extracting feature points included in a captured image around the construction machine obtained in time series from at least two of the plurality of cameras, and based on the correspondence relationship of the feature points extracted in time series Feature point movement amount detection means for detecting the movement amount of the three-dimensional position of the feature point;
Detection angle calculation means for calculating the tilt angle θ based on the amount of movement of the feature point,
The angle about the vertical axis and the angle about the horizontal axis of the optical axis of the camera is an image obtained by capturing an image of an object installed with the camera on the basis of the ground on which the construction machine is installed. It has been adjusted to match the reference line displayed above,
The parameters used for the overhead image generation processing in the overhead image generation means are adjusted based on an image obtained by capturing the object with the camera.
An overhead image display apparatus for construction machines, characterized in that
ことを特徴とする請求項1記載の建設機械用俯瞰画像表示装置。 The overhead image correction means determines whether or not the absolute value of the amount of change per unit time of the tilt angle θ exceeds a predetermined threshold, and when the absolute value of the amount of change exceeds the threshold Correcting the overhead image and canceling the correction of the overhead image when the absolute value of the amount of change is equal to or less than the threshold;
The overhead image display apparatus for construction machines according to claim 1.
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