JPH0467116A - Vision recognizing device - Google Patents

Vision recognizing device

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JPH0467116A
JPH0467116A JP18005990A JP18005990A JPH0467116A JP H0467116 A JPH0467116 A JP H0467116A JP 18005990 A JP18005990 A JP 18005990A JP 18005990 A JP18005990 A JP 18005990A JP H0467116 A JPH0467116 A JP H0467116A
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lens
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light modulator
spatial
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西井 完治
Hiroyuki Kawamura
浩幸 河村
Masaya Ito
正弥 伊藤
Koji Fukui
厚司 福井
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high-speed vision recognizing device of low power consumption by performing a spatial frequency filtering process on a Fourier transformation plane so as to detect an equal-height surface from an object to be recognized and electrically or optically performing corresponding-point calculation on the detected equal-height surface. CONSTITUTION:After an object to be recognized is displayed on the first spatial photoelectric conversion element 21, spatial, frequency filtering is performed on the displayed picture with an optical filter displayed on the second spatial photoelectric conversion element 25 and the processed image is again refracted through the second lens 27. As a result, only the picture near the focal point of a TV camera 20, namely, an equal-height surface image is obtained. When the equal-height surface image is inputted to a computer 30 and recognition process is executed based on the geometrical shape of the image, a monocular three-dimensional vision is obtained without making any corresponding-point detection. Therefore, a vision recognizing device which is short in processing time and low in power consumption can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は 3次元的形状認識を光情報処理機能を用いて
行う視覚認識装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a visual recognition device that performs three-dimensional shape recognition using an optical information processing function.

従来の技術 光情報処理機能を用いた3次元的形状認mJ&例えばロ
ボット用視覚認識装置において使用されていも 従来例として、受動的両眼立体視と呼ばれる従来の3次
元的形状認識を行うロボット用視覚認識装置を、第9図
に基づいて説明すも 1は第1のカメラレンX2は第2のカメラレンズ 3は
第1のカメラレンズ1の結像位置に配置された第1のC
CD素子、4は第2のカメラレンズ2の結像位置に配置
された第2のCCD素子、5は第1及び第2のCCD素
子の出力信号の相関処理手段 6は対象物体である。
Conventional technology 3D shape recognition using optical information processing function The visual recognition device will be explained based on FIG.
A CD element; 4 is a second CCD element disposed at the imaging position of the second camera lens 2; 5 is means for correlation processing of output signals of the first and second CCD elements; 6 is a target object.

次にこの従来の3次元的形状認識を行うロボット用視覚
認識装置の動作を第9図及び第10図を用いて説明すも
 第10図でLを第1のカメラレンズの中I已\ Rを
第2のカメラレンズの中rD\ f 1.f2をそれぞ
れ第1及び第2のカメラレンズの焦点圧i1i、0を対
象物体6上の戊 θ及びΦを各々基線LRと主光線OL
及び主光線ORの成す角度とし基線LRの長さをDと置
けば点0までの距離りは式(1)で表されも h=[)tanθtanΦ(tanθ+tanΦ)・・
・式(1)tanθ=fl/di       −−−
式(2)tanΦ=f2/d2       −−−式
(3)di:LとCCD素子3上のビーム検出点PLと
の距離 d2・RとCCD素子4上のビーム検出点P2との距離 このような従来のロボット用視覚認識装置において!L
D、fl及びf2は既知なので、dl及びd2を求めれ
ぼ 対象物体6までの距離が得られも そこで、CCD
素子3及びCCD素子4の出力の相互相関演算を相関処
理手段6を用いて実行し 両者の出力信号の相関が高い
ビーム検出点を各々対象物体6上の点Oに対応するCC
D素子3上のビーム検出点及びCCD素子4上のビーム
検出点すなわち左右の対応点とみなして、式(1)〜式
(3)を用いて対象物体6までの距離りを求めることが
でき、これを用いて3次元空間認識を行うことが可能と
なa 発明が解決しようとする課題 しかしなが叙 上記の様な構成では対応点を決定するた
めに計算機で行なう相互相関処理の実行時間が長し−消
費電力が大きい等の課題があった本発明は かかる問題
点に鑑へ 対象物体像に対してフーリエ変換面で空間周
波数フィルタリング処理を行う事で等高面を検出し こ
の等高面について対応点演算を電気的あるいは光学的に
行う事で、高速でかつ低消費電力の視覚認識装置を提供
する事を目的とすム 課題を解決するための手段 上記課題を解決するために 本発明においてζ戴視覚認
識装置11TVカメラにより撮像された画像を表示する
第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子を
照射する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれた
面をその前側の焦点面とする第1のレンズと、この第1
のレンズの後側焦点面に配した第2の空間光変調素子と
、この第2の空間光変調素子の置かれた面をその前側焦
点面とする第2のレンズと、この第2のレンズの後側焦
点面に配置した撮像素子とから構成され 前記第2の空
間光変調素子の各構成絵素の透過率を中心絵素からの距
離に応じた値に空間的に変調し空間フィルタを表示する
事を特徴とする。
Next, the operation of this conventional visual recognition device for robots that performs three-dimensional shape recognition will be explained using Figs. 9 and 10. In Fig. 10, L is the center of the first camera lens. rD\f in the second camera lens. f2 is the focal pressure of the first and second camera lenses i1i, 0 is the radius on the target object 6, θ and Φ are the base line LR and the principal ray OL, respectively.
If the angle formed by the principal ray OR and the length of the base line LR is set as D, the distance to point 0 can be expressed by equation (1).h=[)tanθtanΦ(tanθ+tanΦ)...
・Formula (1) tanθ=fl/di ---
Formula (2) tanΦ=f2/d2 --- Formula (3) di: Distance d2・R between L and beam detection point PL on CCD element 3 and distance between beam detection point P2 on CCD element 4. In the conventional visual recognition device for robots! L
Since D, fl and f2 are known, we can calculate dl and d2.The distance to the target object 6 can also be obtained.Therefore, the CCD
A cross-correlation calculation of the outputs of the element 3 and the CCD element 4 is performed using the correlation processing means 6, and the beam detection points where the correlation between the output signals of both is high are respectively assigned to the CC corresponding to the point O on the target object 6.
By regarding the beam detection point on the D element 3 and the beam detection point on the CCD element 4, that is, corresponding points on the left and right, the distance to the target object 6 can be obtained using equations (1) to (3). , it is possible to perform three-dimensional space recognition using this.a Problems to be Solved by the Invention However, the above-mentioned configuration requires the execution time of cross-correlation processing performed by a computer to determine corresponding points. In view of these problems, the present invention detects contour surfaces by performing spatial frequency filtering processing on the Fourier transform surface for the image of the target object. The purpose of the present invention is to provide a high-speed visual recognition device with low power consumption by electrically or optically performing corresponding point calculations on surfaces. In the invention, the visual recognition device 11 includes a first spatial light modulator that displays an image captured by a TV camera, a light source that illuminates the first spatial light modulator, and a location of the first spatial light modulator. a first lens whose front focal plane is a tilted surface;
a second spatial light modulator disposed on the rear focal plane of the lens; a second lens whose front focal plane is the surface on which the second spatial light modulator is placed; an image sensor disposed on the rear focal plane; It is characterized by displaying.

あるいi:LTVTVカメラり撮像された画像を表示す
る第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子
を照射する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれ
た面をその前側の焦点面とする第1のレンズと、第1の
レンズとこの第1のレンズの後側焦点面の間に配した第
2の空間光変調素子および第3の空間光変調素子と、こ
の第2および第3の空間光変調素子の置かれた面をその
前側焦点面とする第2のレンズと、この第2のレンズの
後側焦点面に配置した光検出器とから構成され 前記第
2の空間光変調素子の各構成絵素の透過率を中心絵素か
らの距離に応じた値に空間的に変調し空間フィルタを表
示し 前記第3の空間光変調素子にその構成絵素の透過
率を空間的に変調する事で計算機ホログラムを表示する
事を特徴とすム あるいi表 TVカメラにより撮像された画像を表示す
る第1の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子
を照射する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれ
た面をその前側の焦点面とする第1のレンズと、第1の
レンズと、この第1のレンズの後側焦点面をその前側焦
点面とする第3のレンズと、この第3のレンズの後側焦
点面をその前側焦点面とする第4のレンズと、この第4
のレンズの後側焦点面の間に配した第2の空間光変調素
子および第3の空間光変調素子と、この第2および第3
の空間光変調素子の置かれた面をその前側焦点面とする
第2のレンズと、この第2のレンズの後側焦点面に配置
した光検出器とから構成され 前記第2の空間光変調素
子の各構成絵素の透過率を中心絵素からの距離に応じた
値に空間的に変調することで空間フィルタを表示し 前
記第3の空間光変調素子にその構成絵素の透過率を空間
的に変調する事で計算機ホログラムを表示する事を特徴
とすム 作用 上記の構成により対象物体像を第1の空間光変調素子に
表示し この表示画像に対して第2の空間光変調素子に
表示した光学フィルタにより空間周波数フィルタリング
を行う。その処理像を第2のレンズにより再回折させも
 その結K  TVカメラの合焦点近傍のみの画像 す
なわち等高面像が得られも この等高面像を計算機の入
力画像とし その幾何学的形状(例え(′L アスペク
ト比図形重心等々)に基づく認識処理を計算機により実
行する事で、対応点検出を行う事無く単眼立体視を実現
するものであム また 再回折させることなく直接空間周波数フィルタリ
ング像と第3の空間光変調素子に表示した参照図形の計
算機ホログラムとのパターンマツチングを光学的に実行
する事で、さらに高速化低消費電力化を図った単眼立体
視を実現するものであム また レンズ系を用いることで、スペクトラムの拡がり
を任意に設定−空間周波数フィルタリングの範囲を可変
化することで、光学的に対応点検出する等高面像の高さ
方向の分解能の可変化を実現するものであa さら凶 複数のTVカメラの撮影像に対する前処理とし
て、 この空間周波数フィルタリングを行い左右両眼の
入力像として等高面像を用いる事で、計算機による対応
点検出の演算処理を高速化した両眼立体視を実現するも
のであム また左右両眼の等高面像に対して各々計算機ホログラム
を用いたパターンマツチングを実行することで対応点検
出を光学的に実行する事でさらに高速(L  低消費電
力化を図った両眼立体視を実現するものである。
Or i: A first spatial light modulator that displays an image captured by an LTVTV camera, a light source that illuminates the first spatial light modulator, and a surface on which the first spatial light modulator is placed. a first lens having a front focal plane of , a second lens whose front focal plane is the surface on which the second and third spatial light modulators are placed, and a photodetector disposed at the rear focal plane of the second lens. The transmittance of each component pixel of the second spatial light modulation element is spatially modulated to a value corresponding to the distance from the center pixel, and a spatial filter is displayed; and the configuration image is displayed on the third spatial light modulation element. A first spatial light modulator that displays an image captured by a TV camera; a light source that illuminates the spatial light modulator, a first lens whose front focal plane is the surface on which the first spatial light modulator is placed, a first lens, and a rear of the first lens. a third lens whose front focal plane is a side focal plane; a fourth lens whose front focal plane is a rear focal plane of the third lens;
a second spatial light modulation element and a third spatial light modulation element disposed between the rear focal plane of the lens;
a second lens whose front focal plane is the surface on which the spatial light modulation element is placed; and a photodetector disposed at the rear focal plane of the second lens. A spatial filter is displayed by spatially modulating the transmittance of each constituent picture element of the element to a value according to the distance from the center picture element, and the transmittance of the constituent picture element is transmitted to the third spatial light modulation element. A computer-generated hologram is displayed by spatially modulating the system.The above configuration displays the target object image on the first spatial light modulation element, and the second spatial light modulation element displays the image of the target object on the first spatial light modulation element. Spatial frequency filtering is performed using the optical filter shown in . Even if the processed image is re-diffracted by a second lens, the resultant image is an image only near the focal point of the TV camera, that is, a contour image is obtained.This contour image is used as the input image of the computer and its geometric shape (For example, by performing recognition processing based on ('L aspect ratio figure center of gravity, etc.) by computer, monocular stereoscopic vision can be realized without detecting corresponding points.Also, direct spatial frequency filtering can be performed without re-diffraction. By optically performing pattern matching between the image and the computer-generated hologram of the reference figure displayed on the third spatial light modulation element, monocular stereoscopic viewing with even higher speed and lower power consumption is realized. By using a lens system, the spread of the spectrum can be arbitrarily set. By changing the range of spatial frequency filtering, the resolution in the height direction of the contour image for optically detecting corresponding points can be changed. By performing this spatial frequency filtering as a pre-processing for images taken by multiple TV cameras and using contour plane images as input images for both the left and right eyes, calculation processing for detecting corresponding points by a computer is possible. This system realizes binocular stereoscopic vision at high speed.It also optically detects corresponding points by performing pattern matching using computer-generated holograms on the contour images of both the left and right eyes. This enables binocular stereoscopic viewing with even higher speed (L) and lower power consumption.

実施例 (第1実施例) 本発明の第1の実施例について、第1図を用いてその構
成を説明する。第1図は本発明の第1の実施例の平面図
である。20はTVカメラ、21はTVカメラ20によ
り撮像された入力画像を表示する第1の液晶デイスプレ
ィ、22は半導体レーザ、23は半導体レーザ22から
の光を平行光化するコリメータレンfS、24は第1の
レンズで第1の液晶デイスプレィ21はこの第1のレン
ズ24の前側焦点面に配置されてい&  27は第2の
レンズでありその前側焦点面に第2の液晶デイスプレィ
25が配置されていモ28は第2のレンズ27の後側焦
点面に配置された撮像素子、30は撮像素子28からの
信号を入力像とし ソフトウェアで形状認識を行う計算
銑31は第2の液晶デイスプレィに表示する空間周波数
フィルタのデータを記憶するメモリである。
Embodiment (First Embodiment) The configuration of a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a plan view of a first embodiment of the invention. 20 is a TV camera, 21 is a first liquid crystal display that displays an input image captured by the TV camera 20, 22 is a semiconductor laser, 23 is a collimator lens fS that collimates the light from the semiconductor laser 22, and 24 is a first liquid crystal display. 1, a first liquid crystal display 21 is disposed on the front focal plane of the first lens 24, and a second liquid crystal display 25 is disposed on the front focal plane of the second lens. Reference numeral 28 denotes an image sensor disposed on the back focal plane of the second lens 27, 30 uses the signal from the image sensor 28 as an input image, and 31 is a space to be displayed on the second liquid crystal display. This is a memory that stores frequency filter data.

次番ミ  以上のように構成された本発明の第1の実施
例についてその動作を第1図〜第4図を用いて以下に説
明する。第2図(よ 第2の液晶デイスプレィ25に表
示する空間周波数フィルタの説明図である。第3図はT
V右カメラ0の撮像レンズの0ptical Tran
sfer Function (以下、OTFとも記す
)の説明図である。第4図は対象物体とTV右カメラ0
の位置関係を示す図である。TV右カメラ0により撮像
された対象物体のパターンは第1の液晶デイスプレィ2
1に表示されも この第1の液晶デイスプレィ21はコ
リメータレンズ23により平行光化された半導体レーザ
22からのコヒーレント光により照射されも この第1
の液晶デイスプレィ21は第1のレンズ24の前側焦点
面に配置されているので、第1のレンズ24の後側焦点
面すなわち第2の液晶デイスプレィ25上に41TVカ
メラ20により撮像された対象物体のパターンのフーリ
エスペクトラムが形成れる。このフーリエスペクトラム
の拡がりすなわち光軸からの距離1日は 式(4)で表
されも rs=f+Xλ×fs       ・・・式(4)f
l:第1のレンズ24の焦点距離 λ :半導体レーザ22の波長 fsコ対象物体パターンの空間周波数 すなわ板 フーリエスペクトラムの拡がりは対象物体に
含まれる空間周波数に比例する。
Next number Mi The operation of the first embodiment of the present invention configured as described above will be explained below using FIGS. 1 to 4. FIG. 2 is an explanatory diagram of the spatial frequency filter displayed on the second liquid crystal display 25. FIG.
0ptical Tran of the imaging lens of V right camera 0
FIG. 2 is an explanatory diagram of a sfer function (hereinafter also referred to as OTF). Figure 4 shows the target object and TV right camera 0
It is a figure showing the positional relationship of. The pattern of the target object imaged by the TV right camera 0 is displayed on the first liquid crystal display 2.
This first liquid crystal display 21 is illuminated with coherent light from a semiconductor laser 22 that is collimated by a collimator lens 23.
Since the liquid crystal display 21 is arranged on the front focal plane of the first lens 24, the object imaged by the TV camera 20 can be seen on the rear focal plane of the first lens 24, that is, on the second liquid crystal display 25. A Fourier spectrum of patterns is formed. The spread of this Fourier spectrum, that is, the distance from the optical axis in one day, is expressed by equation (4).rs=f+Xλ×fs...Equation (4) f
l: Focal length of the first lens 24 λ: Wavelength fs of the semiconductor laser 22 Spatial frequency of the target object pattern, ie, plate The spread of the Fourier spectrum is proportional to the spatial frequency included in the target object.

従って、例えは 第2の液晶デイスプレィ25に第2図
に示した様なパターンすなわち第2の液晶デイスプレィ
の中心部を遮光し周辺部のみを透過させるパターンを表
示すると、空間周波数領域でのバイパスフィルタリング
を実行できも一′j5.TVカメラ20により撮像され
た対象物体のパターンに含まれる空間周波数はTVカメ
ラの撮像レンズが合焦点位置にあるか否かによって変化
すも これを第3図を用いて説明する。第3図は 撮像
レンズのOTF図であり、横軸は空間周波数、縦軸は撮
像のコントラストを各々示していも 今、撮像レンズが
無収差の理想レンズであるトレ  インコヒーレント照
明(自然光照明)下に有り、かス 合焦点状態であると
すると図中の2点鎖線で示したような特性を示す。とこ
ろ方丈 合焦点からずれると第3図に示したようにOT
Fは劣下すム すなわ板 T■カメラ20で撮影した像
の高周波成分がしだいに失われる。
Therefore, for example, if a pattern like the one shown in FIG. 2 is displayed on the second liquid crystal display 25, that is, a pattern that blocks light from the center of the second liquid crystal display and transmits only the peripheral part, bypass filtering in the spatial frequency domain is performed. You can also execute 1'j5. The spatial frequency included in the pattern of the target object imaged by the TV camera 20 changes depending on whether or not the imaging lens of the TV camera is in the focused position. This will be explained using FIG. 3. Figure 3 is an OTF diagram of the imaging lens, where the horizontal axis shows the spatial frequency and the vertical axis shows the imaging contrast.Currently, the imaging lens is an ideal lens with no aberrations under train coherent illumination (natural light illumination). If it is in a focused state, it will exhibit the characteristics shown by the two-dot chain line in the figure. Tokoro-hojo If you deviate from the in-focus point, OT will occur as shown in Figure 3.
F is a degrading wave plate T ■ The high frequency components of the image taken by the camera 20 are gradually lost.

そこで、例えば第2図に示した空間フィルタのカットオ
フ周波数を第3図のf、に選べは デイフォーカス量が
△1以内の対象物体のフーリエスペクトラムのみ力(第
2のレンズ27により再回折されて撮像素子28により
撮像されも 従って、第4図に示した様態 段差を持った3次元物体
をTV右カメラ0で撮像した場合、合焦点近傍の画像の
みが撮像素子28により出力されもその結K  TV右
カメラ0を移動させゑ あるいは撮像レンズのみを移動
させゑ あるいはメモリ31からのデータにより第2の
液晶デイスプレィに異なった空間フィルタを表示すると
いった手段により対象物体6の等高面像が得られも この等高面像に対して、計算機30により公知の2次元
パターンに対する認識処理することで、 3次元物体認
識を単眼で実現できも 本実施例によれば従来の受動的両眼立体視と比較して、
左右両眼間の対応点検出を行う必要が無いので高速化が
図れる。
Therefore, for example, the cutoff frequency of the spatial filter shown in FIG. Therefore, when a three-dimensional object with steps is imaged by the TV right camera 0, even if only the image near the in-focus point is output by the image sensor 28, the result is as shown in FIG. K A contour image of the target object 6 can be obtained by moving the TV right camera 0, or by moving only the imaging lens, or by displaying different spatial filters on the second liquid crystal display based on data from the memory 31. Although it is possible to realize 3D object recognition with a single eye by performing recognition processing on a known 2D pattern on this contour image using the computer 30, according to this embodiment, conventional passive binocular stereoscopic viewing is possible. compared to
Since there is no need to detect corresponding points between the left and right eyes, the speed can be increased.

(第2実施例) 本発明の第2の実施例の構成を第5図を用いて説明すム
 但L 図中の番号で第1図〜第4図と同一のものは 
同じものを示す。20a及び20bi&距離りだけ離間
して配置され かつ対象物体6を撮像する左右両眼に相
当する1対のTV左カメラあ&  32はTV左カメラ
0aおよび20bの撮影像を第1の液晶デイスプレィ2
1に選択的に表示するための切り替え手段であム 以上の様に構成された本発明の第2の実施例の動作を第
5図を用いて説明すも まず、初めにTV左カメラ0aにより撮像された微力<
、第1の液晶デイスプレィ21に表示され 本発明の第
1の実施例と同様に 空間周波数フィルタリングされる
。その結果 計算機30にはTV左カメラ0aによる等
高面像が入力される。次に 切り替え手段32によりT
V左カメラ0bにより撮像された微力(第1の液晶デイ
スプレィ21に表示され 同様の処理後、計算機30に
TV左カメラ0bによる等高面像が入力される。 この
TV左カメラ0aおよび20bすなわ板 左右両眼の等
高面像に対する対応点検出を、計算機30により公知の
相関演算を実行し 式(1)〜(3)に基づいて、 3
次元形状認識を行う事ができる。
(Second Embodiment) The configuration of the second embodiment of the present invention will be explained using FIG.
Show the same thing. A pair of TV left cameras 20a and 20bi are placed apart from each other by the distance 20a and 20bi, and correspond to left and right eyes for imaging the target object 6.
The operation of the second embodiment of the present invention configured as described above will be explained with reference to FIG. Imaged slight force <
, is displayed on the first liquid crystal display 21, and is subjected to spatial frequency filtering as in the first embodiment of the present invention. As a result, a contour image from the TV left camera 0a is input to the computer 30. Next, by the switching means 32, T
The slight force imaged by the V left camera 0b is displayed on the first liquid crystal display 21, and after similar processing, the contour image by the TV left camera 0b is input to the computer 30. 3. The computer 30 performs a known correlation calculation to detect corresponding points for the left and right binocular contour images, based on equations (1) to (3).
Dimensional shape recognition can be performed.

本実施例によれ1′L 従来の受動的両眼立体視と比較
して、前処理として光学的に対応点の候補をその高さ情
報に基づいて絞り込む事ができるので、対応点検出処理
を高速化できも ざら番ミ  誤対応の可能性を減らす事ができるので、
認識精度を向上できも (第3実施例) 次に 本発明の第3の実施例の構成を第6図に基づいて
説明すも 第6図(友 本発明の第3の実施例の構成図
である。但し 図中の番号で第1図〜第5図と同一のも
のは 同じものを示す。33は第3の液晶デイスプレィ
であり、第2の液晶デイスプレィ25と密着して配置さ
れている。すなわ板第2の液晶デイスプレィ25と第3
の液晶デイスプレィ33ハ  第1のレンズ24の後側
の焦点面位置に配置されていム34は参照パターンの計
算機ホログラムに関するデータを記憶する第2のメモリ
であり、この第2のメモリ34のデータに基づいて絵素
の透過率を空間的に変調することで、第3の液晶デイス
プレィ33に参照パターンの計算機ホログラムが表示さ
れる。35は第2のレンズ27の後側焦点面に配置され
た光検出器である。
According to this embodiment, 1'L Compared to conventional passive binocular stereopsis, corresponding point candidates can be optically narrowed down based on their height information as a preprocessing, so corresponding point detection processing can be performed. It is possible to increase speed and reduce the possibility of incorrect response.
Recognition Accuracy Can Be Improved (Third Embodiment) Next, the configuration of the third embodiment of the present invention will be explained based on FIG. 6. However, the numbers in the figures that are the same as in Figures 1 to 5 indicate the same thing. 33 is the third liquid crystal display, which is arranged in close contact with the second liquid crystal display 25. In other words, the second liquid crystal display 25 and the third
A liquid crystal display 33 is disposed at a focal plane position behind the first lens 24. A second memory 34 stores data regarding the computer-generated hologram of the reference pattern. By spatially modulating the transmittance of the picture elements based on this, a computer generated hologram of the reference pattern is displayed on the third liquid crystal display 33. 35 is a photodetector placed on the back focal plane of the second lens 27.

以上の様&へ 構成された本発明の第3の実施例の動作
を第6図に基づいて説明す4 本発明の第1及び第2の
実、流側と同様E、TVカメラ20により撮像された対
象物体のパターンは第1の液晶デイスプレィ21に表示
されも この第1の液晶デイスプレィ21はコリメータ
レンズ23により平行光化された半導体レーザ22から
のコヒーレント光により照射されも この第1の液晶デ
イスプレィ21は第1のレンズ24の前側焦点面に配置
されているので、第1のレンズ24の後側焦点面すなわ
ち第2の液晶デイスプレィ25上に!瓜 TVカメラ2
0により撮像された対象物体6のパターンのフーリエス
ペクトラムが形成されも 従って、例えば撮像レンズのみを移動させ黴あるいはメ
モリ31からのデータにより第2の液晶デイスプレィに
異なった空間フィルタを表示するといった手段により対
象物体6の等高面に関するフーリエスペクトラム像が得
られる。これらの種々の等高面フーリエスペクトラム像
に対応する等高面を参照パターンとしたフーリエ変換計
算機ホログラムを予め計算しておいてメモリ34に記憶
しておく。このメモリ34のデータに基づいて絵素の透
過率を空間的に変調することで、第3の液晶デイスプレ
ィ33に参照等高面のフーリエ変換計算機ホログラムが
表示される。
The operation of the third embodiment of the present invention constructed as described above will be explained based on FIG. The pattern of the target object is displayed on the first liquid crystal display 21, and the first liquid crystal display 21 is illuminated with coherent light from the semiconductor laser 22, which is collimated by the collimator lens 23. Since the display 21 is placed on the front focal plane of the first lens 24, it is placed on the rear focal plane of the first lens 24, that is, on the second liquid crystal display 25! Melon TV camera 2
A Fourier spectrum of the pattern of the target object 6 imaged by 0 is formed, and therefore, by means of, for example, moving only the imaging lens and displaying different spatial filters on the second liquid crystal display according to the data from the mold or memory 31. A Fourier spectrum image regarding the contour plane of the target object 6 is obtained. Fourier transform computer holograms using contour planes corresponding to these various contour plane Fourier spectrum images as reference patterns are calculated in advance and stored in the memory 34. By spatially modulating the transmittance of the picture elements based on the data in the memory 34, a Fourier transform computer generated hologram of the reference contour plane is displayed on the third liquid crystal display 33.

ここで、対象物体6の等高面フーリエスペクトラム像及
び参照等高面のフーリエ変換計算機ホログラム像が形成
される面!友 第1のレンズ24の後側焦点面であり、
かス 第2のレンズ27の前側焦点面に位置しているの
で、第2のレンズ27の後側焦点面上に(表 対象物体
6の等高面と参照等高面とのパターンマツチングか光学
的に実行される。
Here, the plane on which the contour plane Fourier spectrum image of the target object 6 and the Fourier transform computer hologram image of the reference contour plane are formed! Friend is the rear focal plane of the first lens 24,
Since the frame is located on the front focal plane of the second lens 27, the pattern matching between the contour plane of the target object 6 and the reference contour plane carried out optically.

その結果!友 第2のレンズ27の後側焦点面上に配置
された光検出器35によりビーム強度として検出されも 以上のように本実施例によれ(′L、はじめに空間周波
数フィルタリングを実行する事で、等高面像すなわち2
次元パターンに変換する。次は 得られた等高面像に関
して光学的パターンマッチングを実行する事で、 3次
元形状認識を単眼で実行できも 従って、従来の受動的
両眼立体視と比較して高速化を図れ かス 本発明の第
1の実施例と比較してk パターンマッングを光学的に
実行するので高速化できる。
the result! According to this embodiment, as described above, by first performing spatial frequency filtering, Contour image, i.e. 2
Convert to dimensional pattern. Next, by performing optical pattern matching on the obtained contour images, it is possible to perform 3D shape recognition with a single eye, thus increasing the speed compared to conventional passive binocular stereoscopic viewing. Compared to the first embodiment of the present invention, since k pattern mapping is performed optically, the speed can be increased.

(第4実施例) 次鳳 本発明の第4の実施例の構成について第7図に基
づいて説明すも 第7図は本発明の第4の実施例の構成
図であも 但し 図中の番号で第1図〜第6図と同一の
もの(よ 同じものを示す。
(Fourth Embodiment) The configuration of the fourth embodiment of the present invention will be explained based on FIG. 7. However, although FIG. 7 is a configuration diagram of the fourth embodiment of the present invention, The numbers indicate the same items as in Figures 1 to 6.

36は第1のレンズ24の後側焦点面を、その前側焦点
面とする第3のレンズであり、37は第3のレンズ36
の後側焦点面を、その前側焦点面とする第4のレンズで
ある。
36 is a third lens whose front focal plane is the rear focal plane of the first lens 24, and 37 is the third lens 36.
This is a fourth lens whose front focal plane is the rear focal plane of the lens.

本実施例で(よ 第4のレンズ37の後側焦点面に第2
の液晶デイスプレィ25及び第3の液晶デイスプレィ3
3が配置されている。
In this embodiment, there is a second lens on the rear focal plane of the fourth lens 37 (
LCD display 25 and third LCD display 3
3 is placed.

このように構成された本発明の第4の実施例の動作につ
いて第7図を用いて説明する。
The operation of the fourth embodiment of the present invention constructed in this way will be explained using FIG. 7.

本発明の第3の実施例と同様E、TVカメラ20により
撮像された対象物体のパターンは第1の液晶デイスプレ
ィ21に表示されも この第1の液晶デイスプレィ21
はコリメータレンズ23により平行光化された半導体レ
ーザ22からのコヒーレント光により照射されも この
第1の液晶デイスプレィ21は第1のレンズ24の前側
焦点面に配置されているので、第1のレンズ24の後側
焦点面に(ミ 式(4)で示した様に対象物体に含まれ
る空間周波数に基づいたフーリエスペクトラムが現れる
Similarly to the third embodiment of the present invention, the pattern of the target object imaged by the TV camera 20 is displayed on the first liquid crystal display 21.
is irradiated with coherent light from the semiconductor laser 22 that is collimated by the collimator lens 23. As shown in equation (4), a Fourier spectrum based on the spatial frequency contained in the target object appears on the back focal plane of (mi).

しかし このフーリエスペクトラムの拡がり(よ第1の
レンズ24の焦点距離f1で決定される。第7図に示し
た本実施例によれ(L このフーリエスペクトラム?;
t、fs(第3のレンズの焦点距離)およびfa(第4
のレンズの焦点距離)の比べ すなわちf4/fs倍さ
れて、第2の液晶デイスプレィ25上に照射される。こ
の拡大あるいは縮小されたフーリエスペクトラムは 第
2の液晶デイスプレィ25上に表示された空間フィルタ
により、空間周波数フィルタリングされ 以下、本発明
の第3の実施例と同様に等高面間のパターンマツチング
が実行されて単眼立体視が実現できも 以上の様に本実施例によれ(戴 本発明の第3の実施例
と同様C,−従来の受動的両眼立体視と比較して高速化
が図れも さらに本実施例によれば 第1のレンズ24の焦点距離
f1にかかわらず、 fsとf4の比率を任意に設定す
ることで対象物体のフーリエスペクトラムの拡がりを設
定できも 従って、フィルタリングを行う空間周波数の
範囲すなわち対象物体の等高面の高さの範囲を調整する
ことができるので、認識の高さ方向分解能を可変できる
However, the spread of this Fourier spectrum (is determined by the focal length f1 of the first lens 24). According to the present embodiment shown in FIG.
t, fs (focal length of the third lens) and fa (fourth lens)
In other words, the light is multiplied by f4/fs and irradiated onto the second liquid crystal display 25. This expanded or reduced Fourier spectrum is subjected to spatial frequency filtering by a spatial filter displayed on the second liquid crystal display 25, and pattern matching between contour planes is performed as in the third embodiment of the present invention. As described above, according to this embodiment, monocular stereoscopic vision can be realized. Furthermore, according to this embodiment, regardless of the focal length f1 of the first lens 24, the spread of the Fourier spectrum of the target object can be set by arbitrarily setting the ratio of fs and f4. Since the frequency range, that is, the height range of the contour plane of the target object can be adjusted, the height resolution of recognition can be varied.

(第5実施例) 本発明の第5の実施例の構成を第8図に基づいて説明す
も 但し 図中の番号で第1図〜第7図と同一のもの(
表 同じものを示す。
(Fifth Embodiment) The configuration of the fifth embodiment of the present invention will be explained based on FIG. 8. However, the numbers in the figure are the same as those in FIGS.
Table shows the same thing.

本実施例ではTV右カメラ0a、 20bの2つで構成
されていも この本発明の第5の実施例の動作を第8図
に基づいて説明する。まず、初めにTV右カメラ0aに
より撮像された微力(第1の液晶デイスプレィ21に表
示され 本発明の第3の実施例と同様く 空間周波数フ
ィルタリングされも その第2のレンズ27による再回
折像 すなわ板 対象物体6の等高面像に対するパター
ンマツチング結果 第3の液晶デイスプレィ33に表示
された計算機ホログラムにより実行されも 次に 切り替え手段32によりTV左カメラ0bにより
撮像された微力丈 第1の液晶デイスプレィ21に表示
され 同様の処理a  TV左カメラ0bにより撮像さ
れた対象物体6の等高面像に対するパターンマツチング
結果 第3の液晶デイスプレィ33に表示された計算機
ホログラムにより実行される。
In this embodiment, the TV right camera 0a and 20b are used.The operation of the fifth embodiment of the present invention will be explained based on FIG. 8. First, a slight force imaged by the TV right camera 0a (displayed on the first liquid crystal display 21 and subjected to spatial frequency filtering as in the third embodiment of the present invention) is re-diffracted by the second lens 27. Rope board Pattern matching result for a contour image of the target object 6 Performed by the computer generated hologram displayed on the third liquid crystal display 33 Next, the slight force length imaged by the TV left camera 0b by the switching means 32 The first Similar processing a is displayed on the liquid crystal display 21. Result of pattern matching on the contour image of the target object 6 captured by the TV left camera 0b is executed by the computer generated hologram displayed on the third liquid crystal display 33.

この様にTV右カメラ0aおよび20bすなわ板 左右
両眼の等高面像に対する対応点検出を、左右両眼の像に
対するパターンマツチング結果がいずれk 参照パター
ンに対して一致するか否かで判別できも 従って、本実施例によれは 従来の受動的両眼立体視と
比較して、前処理として光学的に対応点の候補をその高
さ情報に基づいて絞り込む事ができム さら番へ  対
応点検出処理そのものも光情報処理化できるの−3次元
形状認識を大幅に高速化できも また 誤対応の可能性
を減らす事ができるので、認識精度を向上できも 発明の効果 以上 詳細に説明した通り、本発明によれば対象物体像
に対してフーリエ変換面で空間周波数フィルタリング処
理を行う事で等高面を検出しこの等高面について対応点
演算が電気的あるいは光学的に行なわれるので、処理時
間が短縮されかつ低消費電力の視覚認識装置が得られる
ものであり、産業上 大なる効果を有する。
In this way, the TV right camera 0a and 20b, i.e., the plate Therefore, compared to conventional passive binocular stereopsis, this embodiment makes it possible to optically narrow down the corresponding point candidates based on their height information as preprocessing. The corresponding point detection process itself can also be converted into optical information processing - 3D shape recognition can be greatly speeded up, and the possibility of erroneous correspondence can be reduced, so recognition accuracy can be improved. As described above, according to the present invention, a contour surface is detected by performing spatial frequency filtering processing on a target object image on a Fourier transform surface, and corresponding point calculations are performed electrically or optically on this contour surface. , a visual recognition device with reduced processing time and low power consumption can be obtained, which has great industrial effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の視覚認識装置の第1の実施例の構成医
 第2@ 第3皿 第4図はそれぞれ本発明の第1の実
施例の動作説明図 第5図は本発明の第2の実施例の構
成医 第6図は本発明の第3の実施例の構成医 第7図
は本発明の第4の実施例の構成は 第8図は本発明の第
5の実施例の構成医 第9図は従来例の視覚認識装置の
構成医第10図は従来例装置の原理説明図である。 6・・・対象物恢20・・・TV左カメラ21・・・第
1の液晶デイスプレィ、22・・・半導体レーザ、24
・・・第1のレンX  27・・・第2のレンX  2
8・・・撮像素子、30・・・計算凰33・・・第3の
液晶デイスプレィ、36・・・第3のレンX  37・
・・第4のレン風代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほ
か1名第 2 図 25第2のシに&ダイスプレイ 藪 C) 城 n、X^Iヘベ^ 第 第 図 図 31メtす 第 図 第 図
FIG. 1 is a diagram illustrating the operation of the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of the first embodiment of the present invention. Figure 6 shows the configuration of the third embodiment of the present invention. Figure 7 shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention. Figure 8 shows the configuration of the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of a conventional visual recognition device. FIG. 10 is an explanatory diagram of the principle of the conventional device. 6...Object 20...TV left camera 21...First liquid crystal display, 22...Semiconductor laser, 24
...First Len X 27...Second Len X 2
8...Image sensor, 30...Calculation screen 33...Third liquid crystal display, 36...Third lens X 37.
... Name of the 4th Ren-like agent Patent attorney Shigetaka Awano and 1 other person 2nd figure Figure diagram

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)TVカメラにより撮像された画像を表示する第1
の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子を照射
する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれた面を
その前側の焦点面とする第1のレンズと、第1のレンズ
とこの第1のレンズの後側焦点面の間に配した第2の空
間光変調素子と、この第2の空間光変調素子の置かれた
面をその前側焦点面とする第2のレンズと、この第2の
レンズの後側焦点面に配置した撮像素子とを備えるとと
もに、前記第2の空間光変調素子の各構成絵素の透過率
を中心絵素からの距離に応じた値に空間的に変調し空間
フィルタを表示する事を特徴とする視覚認識装置。
(1) The first screen that displays the image captured by the TV camera.
a spatial light modulator; a light source that illuminates the first spatial light modulator; a first lens whose front focal plane is the surface on which the first spatial light modulator is placed; and a second spatial light modulator disposed between the lens and the rear focal plane of the first lens, and a second spatial light modulator whose front focal plane is the surface on which the second spatial light modulator is placed. a lens, and an image sensor disposed on the rear focal plane of the second lens, and the transmittance of each component pixel of the second spatial light modulation element is set to a value according to the distance from the center pixel. A visual recognition device characterized by spatially modulating and displaying a spatial filter.
(2)TVカメラにより撮像された画像を表示する第1
の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子を照射
する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれた面を
その前側の焦点面とする第1のレンズと、この第1のレ
ンズの後側焦点面に配した第2の空間光変調素子および
第3の空間光変調素子と、この第2および第3の空間光
変調素子の置かれた面をその前側焦点面とする第2のレ
ンズと、この第2のレンズの後側焦点面に配置した光検
出器とを備えるとともに、前記第2の空間光変調素子の
各構成絵素の透過率を中心絵素からの距離に応じた値に
空間的に変調し空間フィルタを表示し、前記第3の空間
光変調素子にその構成絵素の透過率を空間的に変調する
事で計算機ホログラムを表示する事を特徴とする視覚認
識装置。
(2) The first screen that displays the image captured by the TV camera.
a spatial light modulator; a light source that illuminates the first spatial light modulator; a first lens whose front focal plane is the surface on which the first spatial light modulator is placed; A second spatial light modulation element and a third spatial light modulation element are arranged on the rear focal plane of the first lens, and the plane on which the second and third spatial light modulation elements are placed is the front focal plane thereof. and a photodetector disposed on the back focal plane of the second lens, and the transmittance of each component pixel of the second spatial light modulation element is measured from the central pixel. It is characterized by displaying a spatial filter by spatially modulating a value according to the distance, and displaying a computer-generated hologram by spatially modulating the transmittance of its constituent picture elements on the third spatial light modulation element. visual recognition device.
(3)TVカメラにより撮像された画像を表示する第1
の空間光変調素子と、この第1の空間光変調素子を照射
する光源と、この第1の空間光変調素子の置かれた面を
その前側の焦点面とする第1のレンズと、この第1のレ
ンズの後側焦点面をその前側焦点面とする第3のレンズ
と、この第3のレンズの後側焦点面をその前側焦点面と
する第4のレンズと、この第4のレンズの後側焦点面の
間に配した第2の空間光変調素子および第3の空間光変
調素子と、この第2および第3の空間光変調素子の置か
れた面をその前側焦点面とする第2のレンズと、この第
2のレンズの後側焦点面に配置した光検出器とを備える
とともに、前記第2の空間光変調素子の各構成絵素の透
過率を中心絵素からの距離に応じた値に空間的に変調す
ることで空間フィルタを表示し、前記第3の空間光変調
素子にその構成絵素の透過率を空間的に変調する事で計
算機ホログラムを表示する事を特徴とする視覚認識装置
(3) The first screen that displays images captured by the TV camera.
a spatial light modulator; a light source that illuminates the first spatial light modulator; a first lens whose front focal plane is the surface on which the first spatial light modulator is placed; a third lens whose front focal plane is the rear focal plane of the first lens; a fourth lens whose front focal plane is the rear focal plane of the third lens; A second spatial light modulator and a third spatial light modulator arranged between the rear focal plane, and a spatial light modulator whose front focal plane is the plane on which the second and third spatial light modulators are placed. 2 lens and a photodetector disposed on the rear focal plane of the second lens, and the transmittance of each component pixel of the second spatial light modulation element is determined by the distance from the center pixel. A spatial filter is displayed by spatially modulating a corresponding value, and a computer-generated hologram is displayed by spatially modulating the transmittance of its constituent picture elements on the third spatial light modulation element. visual recognition device.
(4)TVカメラを一定距離離間して配置した複数のT
Vカメラにより構成すると共に、第1の空間光変調素子
に前記複数のTVカメラの撮影像を順次切り替え表示可
能とした事を特徴とする請求項1、2または3記載の視
覚認識装置。
(4) Multiple Ts with TV cameras placed a certain distance apart
4. The visual recognition device according to claim 1, 2 or 3, wherein the visual recognition device comprises a V-camera and is capable of sequentially switching and displaying images captured by the plurality of TV cameras on the first spatial light modulation element.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63127223A (en) * 1986-11-18 1988-05-31 Canon Inc Image processor

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