JPH04155211A

JPH04155211A - 測距方式

Info

Publication number: JPH04155211A
Application number: JP2280019A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Sasaki; 繁佐々木; Noboru Ozaki; 暢尾崎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-05-28

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】［概要］本発明は、三次元空間上で特定の物体を認識して距離を
測定する測距方式に関し、物体認識と測距を高速且つ高精度で行うことを目的とし
、ＴＶカメラ等で得られた画像データを処理して注視すべ
き特徴点を抽出し、この特徴点までの距離をレーザ測距
装置で測定するように構成する。

［産業上の利用分野］本発明は、三次元空間上で特定の物体を認識して距離を
測定する測距方式に関する。

近年、ＴＶカメラなどの画像入力機器から取り込んだ画
像データを計算機処理することによって、ファクトリ・
オートメーション分野での目視検査や、ロボットを制御
するといった産業的な利用が増えてきている。最近では
、複数台のＴＶカメラを使用し、入力した画像データの
対応点を検知し、その視差画像から三角測量の原理によ
る測距方式が研究されている。

一方、レーザを使用したボインティング・デバイスなど
による測距方式も、土木・建築の分野で多く使用されて
きている。また、レーザを走査して二次元の画像データ
の形式で距離データを得るレンジ・センサやレンジ・フ
ァインダが製品化されている状況にある。

しかし、これまでのボインティング・デバイスはオペレ
ータがターゲットを決めて測距するものであり、装置自
体で測定された距離は、いったいどの点の物なのかはわ
からない。このため、車両のような移動するものに登載
して障害物等の距離を測距する際の瞬時性と正確性がほ
とんど期待できない。

レンジファインダでは、二次元の距離データを抽出でき
るが、データの解像度を得ることが困難であるという問
題と、三次元データを得るまでの時間がかかり過ぎると
いう問題がある。

複数台のＴＶカメラを利用したやり方では、三次元空間
の状況が即座に認識できるという特徴がある反面、距離
データを計算する時間がかかりすぎ、しかも、精度が良
くないという問題であり、完全な距離画像データを得る
ことのできる方式は未だ皆無であると言える。

今後、我々人間の視覚系のように三次元空間上の距離感
をもった視覚センサは、種々多様な産業分野においても
必要となることは明白である。

［従来の技術］従来、建築土木の分野においてはレーザ・レーダを使用
したレーザ測距装置が実用化され、広く活用されている
。レーザ測距装置は、レーザを対象物へ照射し、その反
射光が得られるまでの伝播時間を利用して対象物までの
距離を測定するものである。しかしながら、レーダ測距
装置自体で自然界の中の対象物の特定の点を認識して距
離を測定することは困難であり、単に反射波を観測して
も、どの点の距離かを特定することは困難である。

一方、米国ＥＲＩＭ社がレーザをレーダ走査して得られ
る距離データを２次元の画像データとして出力するレン
ジ・ファインダを開発している。

しかしながら、レンジ・フィンダは機械的にレーザをレ
ーダ走査制御しなければならず、１画面のデータを得る
のに時間がかかることと、得られる距離画像データの大
きさがあまりにも小さいという問題がある。

更にＴＶカメラで捕えた画像処理の流れとして、複数台
のＴＶカメラを配置し、それぞれのＴＶカメラから見え
るシーンの対応点を求め、同じ対応点の視差から三角測
量の原理に基づいて対象物までの距離を測定する方法が
ある。この方法は人間の視覚系によく似たモデルであり
、得られる画像から対象物の形状なども同時に観測でき
ることが期待でき、有望視されている。しかしながら、
ＴＶカメラのそれぞれで得られる画像データは、画像の
濃淡値をベースとしたものであり、視差を求めるための
対象点の対応づけが曖昧になり、完璧な距離画像を抽出
できる段階には至っていない。

［発明が解決しようとする課題］このように従来の測距方式にあっては、レーザ測距装置
、レンジ−ファインダ、更にＴＶカメラで捕えた画像処
理等による幾つか試みがなされているが、対象物の認識
と距離を高速で且つ高精度に求めることのできる人間の
視覚系に類似した方式は未だ無い状況にある。しかしな
がら、産業分野では対象物を認識して距離を知るという
ニーズは強く、何らかの方策を施さなければ様々な自動
化には貢献できない状況にある。

特に、自律走行車などの視覚システムとして使用する場
合には、自ら外界の状況を即座に判断し、自律的に目的
地まで走行しなければならず、走路上の障害物などに出
会った場合には停止、回避などを行う必要がある。こう
いった応用に対しては、路上の状況を判断できる認識機
能と、障害物までの距離を即座に正確に判断できる測距
機能が必要である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、物体認識と測距を高速且つ高精度で行うようにし
た測距方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］第１図は本発明の原理説明図である。

第１図に示す本発明の測距方式は、視野に入る対象範囲
を撮像して画像データを出力する１又は複数の撮像手段
１０と、撮像手段１０から得られた画像データに画像処
理を施して注視すべき特徴点を抽出する画像処理手段１
２と、上下左右にレーザビームを移動制御できる機構を
有し、画像処理手段１２から得られた特徴点にターゲッ
トを合わせて特徴点までの距離を測距するレーザ測距手
段１４とを備え、三次元空間上の特定の点を高速且つ高
精度で測距することを特徴とする。

ここてレーザ測距手段１４は、画像データのある特定の
領域にターゲットを合わせるために、画像位置とレーザ
ビーム移動量との対応関係を予め設定し、該設定情報に
基づき画像データから得られた任意の特徴点に三次元空
間上でターゲットを合わせる制御を行うようにする。

また画像処理手段１２は、１台の撮像手段１０から得ら
れたカラー画像データから特定色を抽出し、該特定色の
抽出領域をレーザ測距手段１４に出力して測距させる。

更に画像処理手段１２は、２台の撮像手段１０から得ら
れた画像データにおける相互の画像間の対応点を求める
ことで視差を大まかに計算し、計算結果から抽出した特
定領域を前記レーザ測距手段１４に出力して測距させる
。

更にまた、撮像手段１０として１台の赤外線カメラを使
用して温度分布データを撮像し、画像処理１２は温度分
布データの特定の温度領域を特徴領域としてレーザ測距
手段１４に出力して測距させることもてきる。

し作用］このような構成を備えた本発明の測距方式によれば、１
又は複数のＴＶカメラを使って対象物までの暫定的な距
離情報や位置情報を画像処理により抽出して測距すべき
注視対象となるの特徴点を決定し、レーザ測距装置によ
り決定された特徴点までの正確な距離を測定することが
できる。

このため、正確な距離情報を得ることができないという
ＴＶ画像処理の欠点をレーザ測距で補い、同時にターゲ
ットを特定できないというレーザ測距の欠点をＴＶ画像
処理により補い、結果として高速で高精度の特定の対象
物を認識した測距ができる。

し実施例］第２図は本発明の第１実施例を示した実施例構成図であ
る。

第２図において、この実施例にあっては１台のカラーＴ
Ｖカメラ１０により外界を撮像し、カラーＴＶカメラ１
０から得られる画像データの中の特定の対象物２２を抽
出して距離測定を行う。カラーＴＶカメラ１０からのカ
ラー画像信号、例えばＲＧＢの各信号は画像処理装置１
２に与えられる。画像処理装置１２は、例えば対象物２
２の持つ特定色、例えば赤を抽出し、抽出した特定色赤
の領域をレーザ測距のターゲットとして出力する。

この画像処理装置１２における対象物２２の特定色赤を
抽出する処理は、カラーＴＶカメラ１０から得られたＲ
ＧＢ信号をＨ３Ｉ変換した後に対象物の持つ注目したい
特定色、赤に絞って注視領域を抽出する。ここでＨ３Ｉ
変換とは、カラーＴＶカメラ１０からのＲＧＢ信号を視
覚実験から決められた人間の目の特性に変換するための
処理であり、Ｈ（彩度）、Ｓ（色度）及びＩ　（明度）
に付き人力したＲＧＢ信号から所定の変換式に従って、
あるいはＬＵＴを使用して変換した後に対象物２２の特
定色赤を注視領域として抽出する。

１４はレーザ測距部てあり、レーザ測距装置１６、レー
ザ走査機構１８、計算機２０て構成される。即ち、レー
ザ測距装置１６は公知の装置であり、適宜の対象物に向
けてレーザを発射し、その発射光から対象物までの距離
を計測する。レーザ測距装置１６は走査機構１８により
上下及び左右に回転自在に支持されており、カラーＴＶ
カメラ１０の視野の適宜の位置にレーザを照射すること
ができる。

計算機２０は画像処理装置１４からカラーＴＶカメラ１
０て捉えた対象物２２、即ち対象物２２の持つ特定色の
領域の抽出データを受けると、抽出データに基づき走査
機構１８を駆動して対象物２２に向けてレーザ測距装置
１６を指向制御し、対象物２２をターゲットとして捉え
てレーザ測距装置１６による測距を行わせる。

ここて計算機２０によるレーザ測距装置１６の指向制御
については、予めカラーＴＶカメラ１０で得られる撮像
領域と走査機構１８によるレーザ測距装置１６の移動量
の対応関係を設定調整しておき、この設定結果に基づき
画像処理装置１２より対象物２２を示すターゲット情報
が得られた時には直ちにレーザ測距装置１６を対象物２
２に指向できるようにする。例えばカラーＴＶカメラ１
０の撮像領域を所定の分解能を持ったブロック領域に分
割し、各ブロックアドレスに対応したレーザ測距装置１
６における走査機構１８の制御量を予め求めてテーブル
データとして格納し、実際の測距時には画像処理装置１
２からの対象物２２の特定色の抽出に基づくターゲット
情報でテーブルをアクセスして走査機構１８の制御量を
読出し、簡単にレーザ測距装置１６を対象物２２に指向
制御できるようにする。

このような第２図に示した本発明の第１実施例によれば
、カラーＴＶカメラ１０の画像から撮像画面の中の特定
色、赤を抽出してレーザ測距部１４側の計算機２０に通
知し、計算機２０による走査機構１８の制御てレーザ測
距装置１６を対象物２２に向けてレーザの発射による測
距を行って対象物２２までの距離を知ることができる。

この場合、画像処理装置１２における対象物２２の特定
は特定色赤の抽出という比較的簡単な処理で済み、また
レーザ測距装置】６の対象物２２への指向制御も予め設
定調整されたテーブルデータによる簡単な制御であるこ
とから迅速にてき、結果として特定色赤を持つ対象物２
２の抽出と対象物までの距離の測定を高速且つ高精度で
行うことができる。

第３図は本発明の第２実施例を示した実施例構成図であ
る。この実施例にあっては、２台のＴＶ左カメラ０−１
．１０−２を使用したことを特徴とする。

第３図において、画像処理装置１２に対しては２台のＴ
Ｖ左カメラ０−１．１０−２１：よッテ撮像された外界
の画像データか入力される。尚、２台のＴＶ左カメラ０
−１．１０−２は同し撮像視野が得られるように調整さ
れている。

２台ｒＤＴＶ力１うｌ　Ｏ−１，］　０−２から（７）
＋Ｍ像データを人力した画像処理装ｆｆ１１２は、２つ
の画像間の対応点を求めることで大まかな視差を計算し
、計算された視差の結果から画像の中て測距したい領域
、即ち注視領域をターゲットとして決定し、レーザ測距
部１４側の計算機２０に通知する。画像処理装置１２か
らのターゲット情報を受けた計算機２０は走査機構１８
によりレーザ測距装置１６を対象物２２に向はレーザを
発して対象物２２までの距離を求めて計算機２０に出力
するようになる。

この第２図の実施例にあっても、ＴＶ左カメラ０−１．
１０−２で捉えた画像の対象領域の中の注視領域をター
ゲットとしてレーザ測距装置１６を指向させるための制
御については、予めＴＶ左カメラ０−１．１０−２で得
られる撮像領域と走査機構１８によるレーザ測距装置１
６の移動量とを設定調整して、例えばテーブルデータを
作成しておくことで、実際の測距時には簡単にターゲッ
ト情報に基づき対象物に対しレーザ測距装置１６の指向
制御を行うことができる。

第４図は本発明の第３実施例を示した実施例構成図であ
り、この実施例にあっては赤外線カメラを使用したこと
を特徴とする。

第４図において、１０−３は赤外線−カメラであり、外
界を撮像することにより、その温度分布で表現された画
像データを出力することができる。

赤外線カメラ１０−３からの温度分布を示す画像データ
は、画像処理装ｆｆ１１２において注視したい特定の温
度領域２４を抽出し、抽出結果をターゲット情報として
レーザ測距部の計算機２０に出力する。この画像処理装
置１２からのターゲット情報を受けて第２．３図の実施
例と同様、計算機２０は走査機構１８によりレーザ測距
装置１６を特定の温度領域２４に指向制御し、レーザの
発射により特定の温度領域２４までの距離を測定して計
算機２０に出力する。

この第４図の実施例にあっても、赤外線カメラ１０−３
の温度画像と走査機構１８によるレーザ測距装置１６の
指向制御の対応関係は予め設定調整されている。

［発明の効果］以上説明してきたように本発明によれば、Ｔ■右カメラ
捉えた画像の画像処理により注目すべき特定点（特定領
域）を認識して抽出し、この特定点に対しレーザ測距を
行うことで、対象物の認識と対象物までの距離の測定を
高速且つ高精度に行うことができ、例えば道路上の障害
物と障害物までの距離を即座に判断して自律走行する視
覚システムに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図；第２図は本発明の第１実施例構成図；第３図は本発明の第２実施例構成図。第４図は本発明の第３実施例構成図である。図中、１０・撮像手段（カラーＴＶカメラ）１０−１．１０−２：ＴＶ右カメラ０−３　赤外線カメラ１２・画像処理手段（画像処理装置）１４：レーザ測距部１６：レーザ測距装置１８、走査機構２０　計算機２２、対象物２４・特定の温度領域

Claims

【特許請求の範囲】

（１）視野に入る対象範囲を撮像して画像データを出力
する１又は複数の撮像手段（１０）と、該撮像手段（１
０）から得られた画像データに画像処理を施して注視す
べき特徴点を抽出する画像処理手段（１２）と、上下左右にレーザビームを移動制御できる機構を有し、
前記画像処理手段（１２）から得られた特徴点にターゲ
ットを合わせて特徴点までの距離を測距するレーザ測距
手段（１４）と、を備え、三次元空間上の特定の点を高速且つ高精度で測
距することを特徴とする測距方式。
（２）請求項１記載の測距方式に於いて、前記レーザ測距手段（１４）は、画像データのある特定
の領域にターゲットを合わせるために、画像位置とレー
ザビーム移動量との対応関係を予め設定し、該設定情報
に基づき画像データから得られた三次元空間上の任意の
特徴点にターゲットを合わせる制御を行うことを特徴と
する測距方式。
（３）請求項１記載の測距方式に於いて、前記画像処理手段（１２）は、１台の撮像手段（１０）
から得られたカラー画像データから特定色を抽出し、該
特定色の抽出領域を前記レーザ測距手段（１４）に出力
して測距させることを特徴とする測距方式。
（４）請求項１記載の測距方式に於いて、前記画像処理手段（１２）は、２台の撮像手段（１０）
から得られた画像データにおける相互の画像間の対応点
を求めることで視差を大まかに計算し、該計算結果から
抽出した特定領域を前記レーザ測距手段（１４）に出力
して測距させることことを特徴とする測距方式。
（５）請求項１記載の測距方式に於いて、前記撮像手段（１０）として１台の赤外線カメラを使用
して温度分布データを撮像し、前記画像処理（１２）は
温度分布データの特定の温度領域を特徴領域として前記
レーザ測距手段（１４）に出力して測距させることを特
徴とする測距方式。