JPH0415883A - Picture processor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、カメラで得た画像を処理して特微量の算出
などを実行するための画像処理装置に関連し、殊にこの
発明は、カメラ座標系を実座標系に変換する操作（以下
、これを「キャリブレーション」という）の適否を判別
する機能を備えた画像処理装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to an image processing device for processing an image obtained by a camera to calculate a characteristic quantity, etc. The present invention relates to an image processing apparatus having a function of determining whether or not an operation for converting a camera coordinate system into a real coordinate system (hereinafter referred to as "calibration") is appropriate.
〈従来の技術〉
例えばロボットアームに視覚としてのカメラが一体に設
けられた視覚ロボットでは、カメラで得た画像を画像処
理装置で処理して、対象物の画像の面積や周囲長さなど
の特微量を算出している。この画像処理装置はロボ、ト
コントロ−ラに接続され、ロボットコントローラは画像
処理装置からの情報に基づきロボットアームの動作を制
御して所定の仕事を実行させる。<Prior art> For example, in a visual robot in which a camera for vision is integrated into a robot arm, the image obtained by the camera is processed by an image processing device to determine characteristics such as the area and circumference of the image of the object. A trace amount is calculated. This image processing device is connected to a robot controller, and the robot controller controls the operation of the robot arm based on information from the image processing device to execute a predetermined task.
このようにしてロボットの動作を制御するには、動作の
開始に先立ち、キャリブレーションを実施して、カメラ
の画像上の位置を表すカメラ座標系をロボットの空間位
置を表す実座標系に変換するための座標変換パラメータ
を生成する必要がある。To control the movement of the robot in this way, before the movement begins, calibration is performed to convert the camera coordinate system representing the position of the camera on the image into the real coordinate system representing the spatial position of the robot. It is necessary to generate coordinate transformation parameters for
〈発明が解決しようとする問題点〉
従来、−この種キャリブレーションを実行して座標変換
パラメータを生成した後は、その座標変換パラメータの
適否をチエツクすることなく直ちにロボットの動作を開
始させている。ところがデータ人力や画像処理にミスが
介在して不適正な座標変換パラメータが生成されること
があり、かかる場合には特徴量の算出値に大きな誤差が
生じ、ロボットなどの動作を適正に制御できなくなる。<Problems to be Solved by the Invention> Conventionally, after performing this type of calibration and generating coordinate transformation parameters, the robot starts operating immediately without checking whether the coordinate transformation parameters are appropriate. . However, incorrect coordinate transformation parameters may be generated due to errors in data processing or image processing, and in such cases, large errors may occur in the calculated values of features, making it difficult to properly control the movements of robots, etc. It disappears.
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、キャ
リブレーションにより生成された座標変換パラメータの
適否をチエツクすることを可能とした画像処理装置を提
供することを目的とする。The present invention was made in view of the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus that makes it possible to check the suitability of coordinate transformation parameters generated through calibration.
く問題点を解決するための手段〉
この発明は、複数の基準マークをカメラで撮像して得た
画像からカメラ座標系における各基準マークの位置を算
出した後、その算出データと実座標系における各基準マ
ークの位置データとから座標変換パラメータを算出する
機能を有する画像処理装置において、前記座標変換パラ
メータを用いて各基準マークのカメラ座標系における位
置データを実座標系における位置データに変換するため
の演算を実行する演算手段と、各基準マークの実座標系
における位置につき前記演算手段による演算値を真値と
比較して前記座標変換パラメータの評価値を算出する評
価値算出手段と、前記評価値を所定の判定基準値と比較
して前記座標変換パラメータの適否を判別する判別手段
とを具備させたものである。Means for Solving Problems> This invention calculates the position of each reference mark in a camera coordinate system from an image obtained by capturing a plurality of reference marks with a camera, and then combines the calculated data with the actual coordinate system. In an image processing device having a function of calculating a coordinate transformation parameter from the position data of each fiducial mark, the coordinate transformation parameter is used to convert the position data of each fiducial mark in the camera coordinate system to the position data in the real coordinate system. a calculation means for calculating an evaluation value of the coordinate transformation parameter by comparing the calculation value by the calculation means with a true value for the position of each reference mark in the real coordinate system; The apparatus further includes a determining means for comparing the value with a predetermined determination reference value to determine whether or not the coordinate transformation parameter is appropriate.
また請求項２に記載された発明では、前記判別手段は、
複数の判定基準値が設定され、座標変換パラメータの評
価値を各判定基準値と比較することにより、座標変換パ
ラメータの適否と不適正であることの要因とを判別して
いる。Further, in the invention described in claim 2, the determining means includes:
A plurality of determination reference values are set, and by comparing the evaluation value of the coordinate transformation parameter with each determination reference value, it is determined whether or not the coordinate transformation parameter is appropriate or not.
〈作用〉
キャリブレーションで生成した座標変換パラメータ用い
て各基準マークのカメラ座標系における位置データを実
座標系における位置データに変換し、その演算値を真価
と比較して前記座標変換パラメータの評価値を算出した
後、この評価値を所定の判定基準値と比較して前記座標
変換パラメータの適否を判別するので、データ人力や画
像処理にミスが介在して不適正な座標変換パラメータが
生成されても、かかるミスを容易に発見して是正できる
。また判定基準値を複数設けて、座標変換パラメータが
不適正であることの要因を判定しているので、是正のた
めの処置が迅速に行える。<Operation> Using the coordinate conversion parameters generated during calibration, convert the position data of each reference mark in the camera coordinate system to position data in the real coordinate system, and compare the calculated value with the true value to determine the evaluation value of the coordinate conversion parameter. After calculating the evaluation value, this evaluation value is compared with a predetermined criterion value to determine whether or not the coordinate transformation parameters are appropriate, so there is no possibility that incorrect coordinate transformation parameters may be generated due to errors in data processing or image processing. However, such mistakes can be easily discovered and corrected. Furthermore, since a plurality of determination reference values are provided to determine the cause of inappropriate coordinate transformation parameters, corrective measures can be taken quickly.
〈実施例〉
第１図は、この発明にかかる画像処理装置１が用いられ
た視覚装置２の構成と、この視覚装置２によるキャリブ
レーションの実施状況を示したものである。<Example> FIG. 1 shows the configuration of a visual device 2 in which an image processing device 1 according to the present invention is used, and the state of implementation of calibration by this visual device 2.
この視覚装置２は、カメラ３に画像処理装置１が接続さ
れ、画像処理装置１にキーボード４やモニタテレビ５な
どの入出力手段が接続されている。In this visual device 2, an image processing device 1 is connected to a camera 3, and input/output means such as a keyboard 4 and a monitor television 5 are connected to the image processing device 1.
カメラ３は真下に向けて固定され、このカメラ３の視野
内にキャリブレーション用の治具６が位置決めしである
。この治具６は水平な表面に円形状をなす複数の基準マ
ーク７ａ〜７ｄを所定位置に付したものであり、カメラ
３はこれら基準マーク７８〜７ｄを含む視野で撮像動作
を行ってその画像信号を画像処理装置１へ送出する。The camera 3 is fixed facing directly below, and a calibration jig 6 is positioned within the field of view of the camera 3. This jig 6 has a plurality of circular reference marks 7a to 7d attached to a horizontal surface at predetermined positions, and the camera 3 performs an imaging operation in a field of view including these reference marks 78 to 7d, and captures the image. The signal is sent to the image processing device 1.
画像処理装置１は、キャリブレーションに際して、前記
基準マーク７ａ〜７ｄの画像信号を人力して２値化処理
し、その２値画像よりカメラ座標系における各基準マー
ク７８〜７ｄの位置を算出した後、その算出データと実
座標系における各基準マーク７ａ〜７ｄの位置データと
から座標変換パラメータを算出する。During calibration, the image processing device 1 manually performs a binarization process on the image signals of the reference marks 7a to 7d, and calculates the positions of each of the reference marks 78 to 7d in the camera coordinate system from the binary image. , coordinate transformation parameters are calculated from the calculated data and the position data of each reference mark 7a to 7d in the real coordinate system.
第２図は、ＸｃＹｃの直交座標平面で構成されるカメラ
座標系８と、ＸｒＹｒの直交座標平面で構成される実座
標系９との関係を示しており、カメラ座標系８における
点Ｐが実座標系９における点Ｑに写像されている。なお
りメラ座標系８の各座標軸の単位は画素であり、実座標
系９の各座標軸の単位は例えばｃｍである。FIG. 2 shows the relationship between a camera coordinate system 8 consisting of an orthogonal coordinate plane of XcYc and a real coordinate system 9 consisting of an orthogonal coordinate plane of XrYr. It is mapped to point Q in the coordinate system 9. The unit of each coordinate axis of the camera coordinate system 8 is a pixel, and the unit of each coordinate axis of the real coordinate system 9 is, for example, cm.
いまカメラ座標系８における点Ｐの位置を（ｘｃ、ｙｉ
とし、実座標系９における点Ｑの位置を（ｘｙ、ｙ、）
とすると、Ｘｒ＋Ｖｒは座標変換マトリクスＴを用いて
つぎの０式で与えられる。Now, the position of point P in camera coordinate system 8 is (xc, yi
Let the position of point Q in the real coordinate system 9 be (xy, y,)
Then, Xr+Vr is given by the following equation 0 using the coordinate transformation matrix T.
ただし座標変換マトリクスＴは６個の座標変換パラメー
タＴ、、ＴＩ□、 ＴＩａ、 Ｔｚｏ、 Ｔｚ□
。However, the coordinate transformation matrix T has six coordinate transformation parameters T,, TI□, TIa, Tzo, Tz□
.
Ｔ２３を用いてつぎの０式で表される。It is expressed by the following equation 0 using T23.
前記画像処理装置１は、キャリブレーションを実施して
、カメラ座標系８における各基準マーク７ａ〜７ｄの位
置算出データと実座標系９における各基準マーク７ａ〜
７ｄの位置データとから座標変換パラメータＴ、ｌ、Ｔ
、□＋Ｔｌ：Ｊ＋Ｔｚ＋、Ｔｚ□、Ｔ２３を算出すると
共に、キャリブレーションの実施後にその座標変換パラ
メータの算出値が適正か否かのチエツクを行うもので、
その動作手順の一例が第３図に具体的に示しである。The image processing device 1 performs calibration and calculates the position calculation data of each of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system 8 and each of the reference marks 7a to 7d in the actual coordinate system 9.
Coordinate transformation parameters T, l, T from the position data of 7d
, □+Tl:J+Tz+, Tz□, T23, and also checks whether the calculated values of the coordinate transformation parameters are appropriate after calibration.
An example of the operating procedure is specifically shown in FIG.
第３図のスタート時点では、カメラ３の視野内に治具６
を位置させて、４個の基準マーク７ａ〜７ｄの撮像を行
い、各基準マーク７ａ〜７ｄの画像を画像処理装置１に
取り込んで２値化する。まずステップ１（図中ｒｓＴＩ
Ｊで示す）で画像処理装置１は各基準マーク７ａ〜７ｄ
の画像の重心位置を算出し、その算出値をカメラ座標系
８における各基準マーク７ａ〜７ｄの位置データとして
所定のメモリ領域に保持する。At the start point in Figure 3, the jig 6 is within the field of view of the camera 3.
is positioned, images of the four reference marks 7a to 7d are taken, and the images of each of the reference marks 7a to 7d are taken into the image processing device 1 and binarized. First, step 1 (rsTI in the figure
J), the image processing device 1 performs each reference mark 7a to 7d.
The center of gravity position of the image is calculated, and the calculated value is held in a predetermined memory area as position data of each of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system 8.
つぎのステップ２で各基準マーク７ａ〜７ｄの実座標系
９における位置データがキーボード５よりキー人力され
ると、画像処理装置ｌはこのキー人力データとステップ
１で算出したカメラ座標系８における各基準マーク７ａ
〜７ｄの位置データとを用いてキャリブレーションを実
施し、前記の座標変換マトリクスＴを算出する。In the next step 2, when the position data of each of the reference marks 7a to 7d in the real coordinate system 9 is entered manually from the keyboard 5, the image processing device 1 inputs the key data and each position data in the camera coordinate system 8 calculated in step 1. Reference mark 7a
Calibration is performed using the position data of ~7d, and the coordinate transformation matrix T is calculated.
キャリブレーションが完了すると、つぎのステップ３で
画像処理装置１は、座標変換マトリクスＴを用いて各基
準マーク７ａ〜７ｄのカメラ座標系８における位置デー
タを実座標系９における位置データに変換する演算を実
行する。When the calibration is completed, in the next step 3, the image processing device 1 performs a calculation to convert the position data of each reference mark 7a to 7d in the camera coordinate system 8 into position data in the real coordinate system 9 using the coordinate transformation matrix T. Execute.
いま各基準マーク７ａ〜７ｄの実座標系９における位置
につきステップ３の演算で得られた演算値を（Ｘｒ％
、）’ｒ；’ ）（ただしｉ・Ｌ２．、。Now, the calculated value obtained in step 3 for the position of each reference mark 7a to 7d in the real coordinate system 9 is expressed as (Xr%
, )'r;' ) (However, i・L2.,.
・・、４）、キー人力された真値を（ｘｒ＝、 ｙｒ
；）とするとき、つぎのステップ４ではこれらの値を次
式に代入することにより、座標変換パラメータの評価値
としての重相関係数ＲＸ、ＲＹを求める。..., 4), the key manually input true value (xr=, yr
), then in the next step 4, by substituting these values into the following equation, multiple correlation coefficients RX and RY are obtained as evaluation values of the coordinate transformation parameters.
ＲＸ＝（Σ （ｘ、、’ −χ）２ なお上式中、ｘ、Ｙは次式で与えられる。RX=(Σ(x,,' -χ)2 In the above formula, x and Y are given by the following formula.
この重相関係数Ｒｘ、Ｒ−の値が「１」に近ければ前記
演算値（Ｘｒｉ’ ＋ Ｖｒ；’ ）と真値（ｘｒ；
、 ｙｒ；）との間の相関が高いことを意味しており
、つぎのステップ５．６で各重相関係数Ｒｘ、Ｒｙが所
定の判定基準値Ａ、Ｂより大きいか否かにより座標変換
マトリクスＴの各パラメータＴ １＋、 Ｔ Ｉ□、
Ｔｌｆｆ、 Ｔｚ５． Ｔｚ□、Ｔ２゜が適正
か否かを判別する。この実施例の場合、前記判定基準値
Ａ、ＢをＡ ＝ Ｂ ＝０．９に設定しており、もしス
テップ５，６のいずれかが“°ＮＯ”であれば、ステッ
プ７でモニタテレビ４へ各座標変換パラメータが不適正
である旨の警告文字を表示する。通常、これらが不適正
となる要因としてキー人力ミスの他に、画像処理時に２
値化レヘルが適切でない場合、カメラ３の姿勢が垂直と
なっていない場合、照明が適正でない場合などが考えら
れ、この警告表示を見て再度正しいキー人力を行い、或
いは計測条件を整えて再度重心計測を行って、同様の手
順でキャリブレーションを実施し、またその適否を判別
することになる。If the values of the multiple correlation coefficients Rx and R- are close to "1", the calculated value (Xri' + Vr;') and the true value (xr;
, yr;), and in the next step 5.6, coordinate transformation is performed depending on whether each multiple correlation coefficient Rx, Ry is larger than predetermined judgment reference values A, B. Each parameter of matrix T T 1+, T I□,
Tlff, Tz5. It is determined whether Tz□ and T2° are appropriate. In the case of this embodiment, the judgment reference values A and B are set to A = B = 0.9, and if either of steps 5 and 6 is "°NO", in step 7 the monitor TV 4 Displays a warning character indicating that each coordinate transformation parameter is inappropriate. Normally, in addition to key human errors, these are the factors that lead to inappropriateness.
If the value conversion level is not appropriate, if the posture of the camera 3 is not vertical, if the lighting is not appropriate, etc., please check this warning display and press the key manually again, or adjust the measurement conditions and try again. The center of gravity will be measured, calibration will be performed using the same procedure, and the suitability of the calibration will be determined.
なおこの実施例では、座標変換パラメータの評価値とし
て重相関係数Ｒ，，ＲＶを用いたが、これに限らず、次
式で与えられる前記演算値（Ｘｒ％ 、）’ｒ；’ ）
と真価（Ｘア８． ｙｒ＝）とずれ量の平均値Ｓを座
標変換パラメータの評価値として用いることもできる。In this example, the multiple correlation coefficients R,,RV are used as the evaluation values of the coordinate transformation parameters, but the calculation is not limited to this, and the calculated value (Xr%,)'r;')
The average value S of the true value (Xa8.yr=) and the amount of deviation can also be used as the evaluation value of the coordinate transformation parameter.
十（ｙｒ＝’ Ｙｒ＝）２１ ””・・・・■第４図
は、重相関係数Ｒ，，ＲＹを第１の判定基準値Ｃ，Ｄお
よび第２の判定基準値Ｅ、 Ｆ（ただしＣＵＥ、Ｄ＜
Ｆ）とステップ５．７にて段階的に比較して座標変換パ
ラメータの適否判断を行っている。この実施例では、第
１の判定基準値Ｃ，ＤをＣ＝ Ｄ ＝０．８〜０．８５
（例えば０．８）、第２の判定基準値Ｅ、ＦをＥ ＝
Ｆ ＝０．９〜０．９５ （例えば０．９）に設定し
ており、もしＲｘ＞ｃ、 Ｒｖ ＞Ｄを満たさなけれ
ば座標変換パラメータが不適正であってその要因がキー
人力ミスによることをモニタテレビ４に警告表示しくス
テップ６）、またもしＲｘ ＞Ｅ、 Ｒｙ ＞Ｆを満た
さなければ座標変換パラメータが不適正であってその要
因が計測不安定によることをモニタテレビ４に警告表示
する（ステップ８）。10 (yr=' Yr=)21 ''...■Figure 4 shows the multiple correlation coefficients R,,RY using the first criterion values C, D and the second criterion values E, F( However, CUE, D<
F) and step 5.7 are compared step by step to determine the suitability of the coordinate transformation parameters. In this example, the first determination reference values C and D are set to C=D=0.8 to 0.85.
(for example, 0.8), and the second judgment reference value E, F is E =
F = 0.9 to 0.95 (for example, 0.9) is set, and if Rx > c and Rv > D are not satisfied, the coordinate transformation parameters are inappropriate and the cause is a key human error. A warning is displayed on the monitor TV 4 (Step 6), and if Rx > E and Ry > F are not satisfied, a warning is displayed on the monitor TV 4 that the coordinate transformation parameters are inappropriate and the cause is measurement instability. (Step 8).
この実施例によれば、座標変換パラメータが不適正であ
ることの要因も併せて教唆するから、是正のための処置
が迅速に行える。According to this embodiment, since the cause of inappropriate coordinate transformation parameters is also suggested, corrective action can be taken quickly.
〈発明の効果〉
この発明は上記の如く、キャリブレーションで生成した
座標変換パラメータを用いて各基準マークのカメラ座標
系における位置データを実座標系における位置データに
変換し、その演算値を真値と比較して前記座標変換パラ
メータの評価値を算出した後、この評価値を所定の判定
基準値と比較して前記座標変換パラメータの適否を判別
するようにしたから、データ入力や画像処理にミスが介
在して不適正な座標変換パラメータが生成されても、か
かるミスを容易に発見して是正できる。<Effects of the Invention> As described above, the present invention converts the position data of each reference mark in the camera coordinate system into position data in the real coordinate system using the coordinate conversion parameters generated during calibration, and converts the calculated value into the true value. After calculating the evaluation value of the coordinate transformation parameter, this evaluation value is compared with a predetermined judgment reference value to determine whether the coordinate transformation parameter is appropriate or not. Even if inappropriate coordinate transformation parameters are generated due to the intervention, such mistakes can be easily discovered and corrected.
また判定基準値を複数設けて、座標変換パラメータが不
適正であることの要因を判定するようにしたから、是正
のための処置が迅速に行えるなど、発明目的を達成した
顕著な効果を奏する。Furthermore, since a plurality of determination reference values are provided to determine the cause of inappropriateness of the coordinate transformation parameters, corrective measures can be quickly taken, and the purpose of the invention is achieved.
第１図はこの発明にかかる画像処理装置を含む視覚装置
の外観を示す斜面図、第２図はカメラ座標系と実座標系
との関係を示す説明図、第３図はこの発明の一実施例に
かかる画像処理装置の動作手順を示すフローチャート、
第４図はこの発明の他の実施例の動作手順を示すフロー
チャートである。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a visual device including an image processing device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between a camera coordinate system and a real coordinate system, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. A flowchart showing the operation procedure of the image processing device according to the example,
FIG. 4 is a flowchart showing the operating procedure of another embodiment of the present invention.
Claims (2)
らカメラ座標系における各基準マークの位置を算出した
後、その算出データと実座標系における各基準マークの
位置データとから座標変換パラメータを算出する機能を
有する画像処理装置において、 前記座標変換パラメータを用いて各基準マ ークのカメラ座標系における位置データを実座標系にお
ける位置データに変換するための演算を実行する演算手
段と、 各基準マークの実座標系における位置につ き前記演算手段による演算値を真値と比較して前記座標
変換パラメータの評価値を算出する評価値算出手段と、 前記評価値を所定の判定基準値と比較して 前記座標変換パラメータの適否を判別する判別手段とを
備えて成る画像処理装置。(1) After calculating the position of each reference mark in the camera coordinate system from the image obtained by capturing multiple reference marks with a camera, coordinate conversion parameters are calculated from the calculated data and the position data of each reference mark in the actual coordinate system. an image processing device having a function of calculating the coordinates of each reference mark; evaluation value calculation means for calculating the evaluation value of the coordinate transformation parameter by comparing the calculated value by the calculation means with the true value for the position of the mark in the real coordinate system; An image processing apparatus comprising: a determining means for determining whether or not the coordinate transformation parameters are appropriate.
座標変換パラメータの評価値を各判定基準値と比較する
ことにより、座標変換パラメータの適否と不適正である
ことの要因とを判別する請求項１に記載された画像処理
装置。(2) The determination means has a plurality of determination reference values set;
2. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the evaluation value of the coordinate transformation parameter is compared with each determination reference value to determine whether or not the coordinate transformation parameter is appropriate or not.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2120349A JP2959043B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Image processing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2120349A JP2959043B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Image processing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH0415883A true JPH0415883A (en) | 1992-01-21 |
| JP2959043B2 JP2959043B2 (en) | 1999-10-06 |
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ID=14784033
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2120349A Expired - Fee Related JP2959043B2 (en) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | Image processing device |
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| Country | Link |
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