JPH01100492A - レーザ視覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、レーザ光を用いて対象物の距離画像を得る
レーザ視覚センサに関するものである。

従来の技術 対象物までの絶対距離をレーザを用いて測定することは
、ロボットの遠隔操作のための視覚情報源等に利用する
ものとして最近注目されている。

このようなレーザ測距装置は三角法を用いるものと光の
往復時間を測定するものとに大別され、後者はさらにパ
ルスレーザを用いる方式と連続波発信レーザを強度変調
する方式に分けられる。ロボットの視覚等の比較的短い
距離の測定にはこの連続波発信レーザ強度変調方式が適
しており、この方式に関して例えばデビット・ニッツア
ン（Ｄａｖｉｄ　　Ｎ１ｔｚａｎ　）らがプロシーデイ
ンダスーオブ・ザ・アイ・イー・イー・イー第６５巻、
２０６頁、１９７７年（Ｐｒｏｃ、　　ＩＰＪｉ：Ｅ　
　Ｖｏｌ、　６５ｐ２０６．１９７７）に記載している
。

以下、第２図を参照して、従来の強度変調方式レーザ視
覚センナについて説明する。

第２図においてレーザ１からの出力光を発振器３によっ
て駆動される光変調器２によって強度変調する。強度変
調されたレーザ光は穴開き鏡４の穴を通り、スキャナ５
によって対象物６に照射される。対象物６からの散乱光
はスキャナ５を通り、穴開き鏡４によって反射され、集
光レンズ７によって光検出器８に集光される。光検出器
８はその集光された光を情報信号ｌに変換する。このと
き、情報信号１の振幅はレーザ光に対する対象物６０反
射率ならびに対象物６までの距離に対応して異なるため
、強度検出器９によって情報信号ｉの強度を検出し、ス
キャナ５によってレーザ光の走査ヲ行工ば、テレビカメ
ラによる測定と類似の輝度画像が得られる。また、情報
信号ｉの位相は対象物６までの距離に比例して遅れる。

従って、位相検出器１０によって発振器３からの参照信
号ｒと情報信号１との位相差を測定することによって対
象物６までの距離が測定できる。距離りば、位相差Φ、
光の速度Ｃ、レーザ光の強度変調周波数ｆｍとすれは、
次式で求められる Ｌ＝ｃΦ／（４πｆｍ） スキャナ５によるレーザ光の走査によって輝度画像と同
時に距離画像が得られる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、以上の様な従来のレーザ視覚センナにお
いては、輝度画像と距離画像は別個に記録および表示さ
れる。一般に距離画像の表示には、距離が近い画素はど
明るくなるように輝度を与える方式を用いている。この
ため、距離が遠い対象物６には暗い輝度しか与えられず
、認識が難しいという問題があった。また、対象物６の
材質、表面状態、形状などによって光検出器８が検出す
る情報信号ｉの強度は大きく異なっている。散乱光強度
が微弱な画素に対しては正確な位相検出が行われないこ
とが起こり、この画素に対しては不正確な輝度が与えら
れてしまう。この距離画像のままではノイズを含んだ画
像となり、ロボットの遠隔操作のだめの視覚として用い
るには不適当であった。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、遠距離まで認識が容
易で、かつ近距離の対象物までの距離の認識も容易なレ
ーザ視覚センサを提供することを目的とするものである
。

問題点を解決するための手段 本発明にかかるレーザ視覚センサは、強度変調されたレ
ーザ光全対象物に照射する手段と、対象物で反射された
散乱光の強度と位相遅れとを測定する手段と、測定され
た位相遅れに応じて距離画像を形成する手段と、散乱光
の強度に応じて輝度画像を形成する手段と、前扛距離画
像と輝度画像とを合成して表示する手段とを具備する。

作用 本発明は上記構成により、距離画像と輝度画像とをカラ
ー画像として合成して表示を行う、即ち、正確な位相検
出が行われている領域のみを距離画像として分かり易く
カラー表示し、不正確になりやすい遠距離の対象物につ
いては輝度画像が主となるような灰色表示（白〜黒）と
することによって、遠距離にある対象物の認識も容易で
、かつ、近距離にある対象物までの距離の認識も容易な
画像表示を行うようにしている。

すなわち、更に具体的に述べると、カラー画像のＲ，Ｇ
、Ｂの３色に輝度画像を表示し灰色（白〜黒）画像とし
、この画像の特定のカラー（几、Ｇ、Ｂいずれか）画像
から距離画像を減じて合成することにより、距離画像を
特定のカラー画像に着色表示するものである。この時、
十分な散乱光強度が得られず、ランダムな雑音を含んだ
距離画像の画素部分は、減算される元の輝度画像が小さ
いため減算合成により値が零となり、距離不確定部分は
自動的に表示から除外されることになり、認識の容易な
雑音の少ない距離画像を得ることが可能となる。

実権例 以下、本発明を、その実施例を示す図面に基づいて、説
明する。

第１図は本発明のレーザ視覚センサの一実施例のブロッ
ク図である。

従来例の場合と同様にレーザ１からの出力光を発振器３
によって駆動される光変調器２によって強度変岬する。

強度変調されたレーザ光は穴開き・鏡４の穴を通り、ス
キャナ５によって対象物６に照射される。対象物６から
の散乱光はスキャナ５を通り、穴開き鏡４によって反射
され、集光レンズ７によって光検出器８に集光される。

光検出器８はその集光された光を情報信号ｉに変換する
。

このと゛き、情報信号ｉの振幅はレーザ光に対する対象
物６の反射率ならびに対象物６までの距離に対応して異
なるため、強度検出器９によって情報信号ｉの強度を検
出し、スキャナ５によってレーザ光の走査を行えば、テ
レビカメラによる測定と類似の輝度画像が得られる。ま
た、情報信号ｌの位相は対象物６までの距離に比例して
遅れる。従って、位相検出器ＩＯによって発振器３から
の参照信号「と情報信号ｉとの位相差を測定することに
よって対象物６までの距離が測定できる。

画像合成器１１では距離画像几ａと輝度画像工の合成が
行われ、Ｒ，Ｇ、Ｂ入力の距離画像表示装置１２で表示
される。本実施例における画像合成器１１では′、輝度
画像工から距離画像Ｒａを減算し合成している。このた
め、散乱光強度が十分得られないため、ランダムな雑音
を含んだ距離画像Ｒａの画素部分は、減算される元の輝
度画像Ｉがほぼ零であるため、合成の結果も零となり表
示されない。また対象物の距離が正しく測定されている
画素部分では、輝度画像Ｉが十分な明るさをもっている
ため合成の結果、合成画像（ニー几ａ）が得られる。

この得られた合成画像（Ｉ−Ｒａ）　　と輝度画像■を
距離画像表示装置１２で表示する。

距離画像装置１２への入力は、例えば、几、Ｇ、Ｂ入力
のうち、Ｒに輝度画像■を入力し、ＧとＢの入力には合
成画像（Ｉ−Ｒａ）ｉ入力すれは、距離画像Ｒａは距離
に応じて赤からピンクへと表示され、輝度画像Ｉは灰色
（白〜黒）で表示されることになる。

輝度画像■が得られていないような画素では、合成画像
（■−几ａ）も零であるため黒色となり、距離画像Ｒａ
に含まれる距離の不確定部分は除かれ、雑音が低減され
たことになる。

距離画像表示装置１２への入力（几、Ｇ、Ｂ）を変える
ことにより、表示される距離画像Ｒａの色を自由に選定
することができる。輝度画像■と合成画像（Ｉ−１’Ｌ
ａ）　の入力と距離画像Ｒａの色の関係は次表のように
なる。

以下余白 発明の効果 本発明は、以上述べた構成のもとに、正確な位相検出が
行われていない領域は表示せず、正確に位相検出が行わ
れている領域のみをカラー表示とし、遠距離で距離画像
として暗い輝度を与えられて表示され認識の難しかった
領域を輝度画像と合成表示し、輝度画像を主であるよう
な灰色（白〜黒）表示しているため、近距離から遠距離
までオペレータに認識し易い画像を表示するレーザ視覚
センサを提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるレーザ視覚センサの
ブロック図、第２図は従来例のレーザ視覚センサのブロ
ック図である。 ■・・・レーザ、２・・・光変調器、３・・・発振器、
４・・・穴開き鏡、５・・・スキャナ、６・・・対象物
、７・・・集光レンズ、８・・・光検出器、９・・・強
度検出器、ＩＯ・・・位相検出器、１１・・・画像合成
器、１２・・・距離画像表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強度変調されたレーザ光を対象物に照射する手段と、対
   象物で反射された散乱光の強度と位相遅れとを測定する
   手段と、測定された位相遅れに応じて距離画像を形成す
   る手段と、散乱光の強度に応じて輝度画像を形成する手
   段と、前記距離画像と輝度画像とを合成して表示する手
   段とを具備したことを特徴とするレーザ視覚センサ。