JPH0488577A - ３次元物体認識装置 - 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 本発明は工場等で用いられる視覚認識装置に関し、特に
部品等の位置及び形状を検出する機能を有する自動組立
ロボット等に用いられる３次元物体認識装置に関するも
のである。

従来の技術 従来、対象物の３次元的な位置及び形状を分離検出する
技術としては、ある基準面からの距離を表わす距離画像
を検知し、この距離画像の２次元的な微分を行って対象
物の輪郭を検出し、この輪郭とその距離画像で得られた
距離とから分離検出を行うものがある。また、距離画像
の画素を面素と呼ぶ単位でグループ化し、画素の平面方
程式か互いに似ているものを統合して領域分割を行い、
領域の属性と領域間の関係からモデル作成を行い、対象
物の分離検出を行うものがある。

発明が解決しようとする課題 上記従来例において、距離画像の２次元的微分により対
象物の輪郭を抽出する技術では、距離変化が急峻な部分
の輪郭の抽出は可能であるか、距離変化が急峻でない部
分、例えば対象物の稜線の検８は安定して行うことがで
きない。この従来例による処理過程を第４図（ａ）〜（
ｄ）に示す。第４図（ａ）はシーン中の対象物を示し、
第４図ｔｂ＋は第４図ｔａ＋に示される対象物のあるラ
イン上での距離データを示すグラフであり、第４図（Ｃ
１は第４図（ｂ）に示される距離データに対して２次元
的な微分を行った結果を示すグラフである。ここで、輪
郭線の抽出は微分データの絶対値が大きい部分を輪郭と
する方法等により行われる。図示されるように距離変化
が急峻でない部分は微分データの絶対値が小さく、単純
なしきい値処理では、対象物の位置姿勢により異なる対
象物の稜線等の境界を安定に抽出することは難しい。従
って、結果として第４図ｆｄ）のように対象物の輪郭し
か安定に抽出できないことが多い。また微分による方法
はノイズに弱く、輪郭線のとぎれや、ノイズによる急峻
変化を誤って検出する等の問題も発生する。

また面素から領域分割を行う従来例は非常に処理時間が
かかり、専用画像処理装置を用いても数分を要し、実用
的でない。

そこで本発明はこれらの課題を解決するため、高速に位
置姿勢により異なる対象物の稜線等の境界を安定して検
出することを可能とする対象物の３次元的な位置姿勢を
検出できる３次元認識装置を提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明は、対象物の距離画像を作成する手段と、作成さ
れた距離画像に対して複数のラインウィンドウを設は各
ラインウィンドウ上の距離データを解析して、限定され
た領域に対し対象物表面の境界及び傾きを検出する手段
と、検ａされた離散的な境界データ及び対象物表面の傾
きデータを用いて対象物の位置形状の分離検出を行う手
段とを備えたことを特徴とし、対象領域・データを限定
することにより高速に位置形状検出を可能とする３次元
物体認識装置である。

作　　　用 本発明によれば、対象物の距離画像を作成する手段によ
り作成された距離画像に対して複数のラインウィンドウ
を設け、各ラインウィンドウ上の距離データを解析して
対象物表面の境界及び傾きを検出し、検出された境界デ
ータ及び対象物表面の傾きデータを用いて対象物の位置
形状の分離検出を行うことにより、高速に位置姿勢によ
り異なる対象物の稜線等の境界を安定して検出すること
が可能であり、そのため安定に対象物の３次元的な位置
姿勢を検出することができる。

実　　施　　例 本発明の実施例について以下、第１図〜第３図を参照し
て説明する。

第１図は、実施例の３次元物体認識装置の概略構成を示
す図である。第１図において、１は距離画像作成部、２
は距離画像記憶部、３はラインウィンドウデータ解析部
、４はラインウィンドウ解析部３で得られた境界及び傾
きデータを用いて領域のラベル付けを行う領域データ融
合部、５は領域データ融合部４で得られたデータを用い
て対象物の位置、形状を正確に求める位置形状分離検出
部である。第２図は、本３次元物体認識装置の処理過程
を示した図である。第２図（ａ）はシーン中の対象物の
例を示す斜視図、第２図ｔｂ）は第２図（ａ）に示され
る対象物６に対して設けられたラインウィンドウ上での
距離データを示した図、第２図ｆｃｌは処理画面上の複
数のラインウィンドウに対して線形近似を行い、領域の
ラベル付けを行った結果を示す図、第２図ｆｄｌは第２
図（Ｃ）に示される対象物６を分離検出した結果を示す
図である。

まず、距離画像作成部１により作成された対象物６の距
離画像は距離画像記憶部２に格納される。

そしてラインウィンドウ解析部３により、距離画像記憶
部２に格納された対象物６の距離画像に対して、複数の
ラインウィンドウ上でデータの解析が行われる。対象物
６が直線で囲まれた平面で構成されるならば、ラインウ
ィンドウ上の距離データに対して折れ線近似を行い、線
分の境界位置と線分の傾きを求める。第２図（ｂｌに示
すＸ印は線分の境界位置である。このようにラインウィ
ンドウ上の距離データに対して線形近似を行うことによ
り、位置姿勢により対象物６の稜線等の境界状態が異な
っていても境界位置を安定して検出することが可能にな
る。ここで、ラインウィンドウ上の全データに対して線
形近似を行っても良いが、データを間引いて線形近似を
行うことにより処理の高速化が図れる。間引きデータ処
理の処理において、得られた線分の境界付近についての
み細かくデータ処理することにより、データを間引いた
ことによる境界位置精度の低下を補償できる。

次に、領域データ融合部４において、ラインウィンドウ
解析部３で得られた複数のラインウィンドウにおける境
界及び傾きデータを用いて領域のラベル付けを行う。こ
のとき、傾きが似ている線分を融合してラベル付けを行
う。第２図ｆｃｌに示すように、領域のラベル付けを行
い線分を融合することにより、おおまかに領域を分離検
出できたこになる。また第２図（Ｃ）はラインの方向が
一方向の場合を示しているが、縦横方向にラインウィン
ドウを設けることによりさらに感度良く領域を分離検８
することができる。

次いで位置形状分離検出部５により領域データ融合部４
で得られたデータを用いて、領域境界のデータを細かく
解析することにより、対象物６の位置、形状を正確に求
める。このとき、領域データ融合部４によるラベル付け
の結果得られた領域の面積、傾き、位置等により予め教
示されているモデルを参照するこにより、例えばロボ・
ソト等で把持すべき対象面が特定できる。そして、予め
教示されていた対象面のモデルを参照するこにより、把
持ポイントの範囲を知ることができる。そこで、把持ポ
イント付近のデータのみ細かく解析を行うことにより、
演算量を大幅に削減することかできる。

なお、本実施例では、光切断法による距離画像作成の例
を示しているが、光切断法のほかにもステレオ法等を用
いて距離画像を作成しても良い。

第３図に示す本実施例の具体的構成において、スリット
光投影器７、ＴＶカメラ８、Ａ／Ｄ変換器９、マイコン
１０、画像演算装置１１が第１図の距離画像作成部１に
相当する。まず、対象物６にスリット光投影器７をマイ
コン１０により制御して順次スリット光を照射する。そ
してスリ・メト光が投影された対象物６の画像をＴＶカ
メラ８で取り込み、Ａ／Ｄ変換器９を通してディジタル
化された信号を画像演算装置１１で演算して距離画像を
作成する。作成された距離画像は、第１図の距離画像記
憶部２に相当する画像メモリ１２に格納される。そして
、画像演算装置１１を用いてラインウィンドウ解析を行
う。これは第１図のラインウィンドウデータ解析部４に
相当する。ここで、ラインウィンドウ解析はより柔軟性
をもたせるためにマイコン１０を併用しても良い。そし
て得られた線分の境界および傾きデータを用いて領域の
ラベル付けを行う。これは第１図の領域データ融合部４
に相当する。そして、マイコン１０および画像演算装置
１１を用いて対象物の位置、形状を正確に求める。これ
は、第１図の位置形状分離検出部５に相当する。

発明の効果 以上のように本発明は、作成された距ｍ画像に対して複
数のラインウィンドウを設け、各ラインウィンドウ上の
距離データを解析して対象物表面の境界及び傾きを検出
し、検出された境界データ及び対象物表面の傾きデータ
を用いて対象物の位置形状の分離検出を行うので、高速
に位置姿勢により異なる対象物の稜線等の境界を安定し
て検出することが可能であり、そのため安定に対象物の
３次元的な位置姿勢か検出できる。また複数のラインウ
ィンドウの解析により得られた線分領域のラベル付げに
より、高速におおまかな対象物の位置形状の分離が行え
るため、計算したい位置または形状の情報に応じた柔軟
な処理か可能であり、処理に応じて高速化を図ることか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における３次元物体認識装置
のブロック図、第２図は３次元物体認識装置の処理過程
を示し、第２図（ａ）はシーン中の対象物を示した斜視
図、第２図（ｂｌは第２図ｆａｌに示される対象物に対
して設けられたラインウィンドウ上での距離データを示
すグラフ、第２図１ｃ）は処理画面上の複数のラインウ
ィンドウに対して線形近似を行い、領域のラベル付けを
行った結果を示すグラフ、第２図（ｄｌは第２図（ａｌ
に示される対象物を分離検出した結果を示す図、第３図
は本実施例の具体的構成を示す概略図、第４図は従来の
３次元物体認識装置による処理過程を示し、第４図（ａ
）はシーン中の対象物を示す斜視図、第４図（ｂ）は第
４図（ａ）に示される対象物のあるライン上での距離デ
ータを示すグラフ、第４図＋ｃ＋は第４図（ｂ＋に示さ
れる距離データに対して２次元的な微分を行った結果を
示すグラフ、第４図ｆｄｌは第４図ｆａ）に示される対
象物を分離検出した結果を示す図である。 １・・・・・・距離画像作成部、２・・・・・・距離画
像記憶部、３・・・・・・ラインウィンドウデータ解析
部、４・・・・・・領域データ融合部、５・・・・・・
位置形状分離検出部、６・・・・・・対象物、７・・・
・・・スリット光投影器、８・・・・・・ＴＶカメラ、
９・・・・・・Ａ／Ｄ変換器、１０・・・・・・マイコ
ン、１１・・・・・・画像演算装置、１２・・・・・・
画像メモリ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１２第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象物の距離画像を作成する手段と、作成された距離画
   像に対して画像上に複数のラインウィンドウを設け、各
   ラインウィンドウ上の距離データを解析して対象物表面
   の境界及び傾きを検出する手段と、検出された境界デー
   タ及び対象物表面の傾きデータを用いて対象物の位置形
   状の分離検出を行う手段を備えたことを特徴とする３次
   元物体認識装置。