JPH0663743B2 - 位置測定装置 - Google Patents

位置測定装置

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JPH0663743B2
JPH0663743B2 JP13067289A JP13067289A JPH0663743B2 JP H0663743 B2 JPH0663743 B2 JP H0663743B2 JP 13067289 A JP13067289 A JP 13067289A JP 13067289 A JP13067289 A JP 13067289A JP H0663743 B2 JPH0663743 B2 JP H0663743B2
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敏夫 加藤
義明 伊東
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日本電装株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】 本発明は、同一認識物体をそれに対する相対位置の異な
る2つの位置で撮像し、その2つの画像における対応点
の座標から、その対応点の実空間での空間座標を決定す
る測定装置に関する。この装置は、認識物体の位置や距
離を測定することが必要なロボット制御装置や他の自動
制御装置に応用される。
【従来技術】
この種の装置においては、位置測定精度を向上させるた
めには、2つの画像における対応点対を如何に精度良く
決定するかが必要である。 その画像の対応関係を決定する方法として、画像の明る
さとその微分値(エッジ)を用いて、両画像の各点にお
ける類似度を求め、その類似度から対応関係を決定する
方法(特開昭62-291503号公報)やエッジとエッジの間
の区間の明るさに関する情報を用いて、エッジ単位で対
応を決定する方法(「動的計画法によるステレオ画像の
区間対応法」信号論J68-D P554)が知られている。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の両方法とも、各画素での明るさに関す
る情報を用いているため、処理速度が遅く、且つ、同一
の線状物体が不規則に積み重なっている場合等では明る
さレベルの分布が良く似ていることから、2つの画像の
対応付けを誤り易いという欠点がある。 本発明は上記課題を解決するために成されたものであ
り、その目的は、同一の線状物体が不規則に積み重なっ
ている場合でも、高速で確実な画像の対応関係が決定で
き、その結果、認識対象物体の3次元的位置や認識対応
物体までの距離を精度良く測定できるようにすることで
ある。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明の構成は、実空間に置か
れた線状の認識物体とカメラとの相対的位置関係が異な
る2つの位置において、前記認識物体をそれぞれ撮像し
て2つの画像を作成する画像作成手段と、その画像作成
手段により作成された2つの画像の対応関係を決定し、
2つの画像において相対応する所定の注目点の座標か
ら、その注目点の実空間での位置を演算する演算手段と
を備えた位置測定装置において、 前記演算手段は、 前記2つの画像のそれぞれにおいて、前記注目点に対し
て所定の位置関係にあり、y軸方向にとられた微小長さ
の短辺と、前記y軸に垂直なx軸方向にとられた長辺と
から成るウインドウ領域を設定するウインドウ設定部
と、 前記2つの画像のそれぞれにおいて設定されたそれぞれ
の前記ウインドウ領域において、前記輝線を近似する直
線を求めその各直線の傾きと各直線の同一y座標をとる
各x座標から直線間の距離を演算する特徴抽出部と、 前記2つのウインドウ領域における2つの直線群におけ
る各対応関係において、前記直線の傾きと前記直線の距
離とを照合させて、それらの偏差に基づいて照合の程度
を表す値を求め、その値から最も照合する対応関係を決
定し、前記注目点の前記2つの画像における座標を決定
する対応点決定部と、 前記注目点の前記2つの画像における座標から前記注目
点の空間座標を決定する3次元位置計算部とを有するこ
とを特徴とする。
【作用】
ウインドウ設定部により、2つの画像のそれぞれにおい
て、所定の注目点に対して所定の位置関係にあり、y軸
方向にとられた微小長さの短辺と、y軸に垂直なx軸方
向にとられた長辺とから成るウインドウ領域が設定され
る。 次に、特徴抽出部により、2つの画像のそれぞれにおい
て設定されたそれぞれのウインドウ領域において、輝線
を近似する直線を求めその各直線の傾きと各直線の同一
y座標をとる各x座標から直線間の距離が演算される。 次に、対応点決定部により、2つのウインドウ領域にお
ける2つの直線群における各対応関係において、直線の
傾きと直線の距離とを照合させて、それらの偏差に基づ
いて照合の程度を表す値を求め、その値から最も照合す
る対応関係を決定し、注目点の2つの画像における座標
が決定される。 次に、3次元位置計算部により、注目点の2つの画像に
おける座標から注目点の空間座標が決定される。 このようにして、対象物体の実空間での位置を精度良く
測定することができる。
【実施例】
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。 第1図において、屈曲した円筒状の多数の認識物体1の
上部には、その認識物体1に対する相対位置の異なる2
つの位置にカメラ2a,2bが配設されており、更にその上
方に照明装置3が配設されている。 カメラ2a,2bは平行であり、その走査線方向が認識物体
1とほぼ垂直なX軸方向となり、且つ、エピポーラ線が
X軸と平行となるように配設されている。 一方、カメラ2a,2bの出力する映像信号は、本位置測定
装置10に入力してる。 位置測定装置10は画像入力部4と画像メモリ5と前処理
部6と対応点決定部7と3次元位置計算部8とで構成さ
れている。 画像入力部4は2つのカメラ2a,2bの出力する映像信号
を画素毎にサンプリングして2次元濃淡画像を作成し、
その濃淡画像を画像メモリ5に記憶する装置である。 画像メモリ5はRAMで構成されており、各画素毎に、即
ち、メモリの各アドレスに、ディジタル化された濃淡レ
ベルが記憶される。そして、カメラ2aにより撮像された
画像データを記憶する第1画像メモリ51とカメラ2bによ
り撮像された画像データを記憶する第2画像メモリ52と
を有している。以下、カメラ2aにより撮像され第1画像
メモリ51に記憶された画像を画像Aといい、カメラ2bに
より撮像され第2画像メモリ52に記憶された画像を画像
Bという。 前処理部6は、ウインドウ設定部61と特徴抽出部62とで
構成されている。 ウインドウ設定部61は、認識物体の注目点(ロボットに
より握持される点)を抽出した後、その注目点を通る走
査線(X軸)方向に沿って、その走査線に垂直に数画素
の幅を有した一定の短冊状のウインドウ領域を設定する
装置である。注目点は、画像Aの濃淡レベルに対して一
定のしきい値を設定して輝部を抽出し、2値化、細線化
処理を施して、輝線を抽出した後、最長輝線の中点とし
て抽出される。第3図(a)、(b)に示すように、ウ
インドウ領域WA,WBは、画像A、画像Bに対して設定さ
れ、その領域において複数の輝線TAi,TBj等が存在す
る。 特徴抽出部62はそのウインドウ領域WA,WBにおいて、そ
の輝線TAi,TBjの傾きθAi,θBJや隣接する輝線間TAi
−TAi,TBj −TBjの距離lAi,lBjを演算する装置で
ある。 このようにして、各ウインドウ領域WA,WBにおいて、左
から順に傾きθAi,θBjと距離lAi,lBjの並びが求められ
る。 対応点決定部7は、ウインドウ領域WA,WBに存在する輝
線間の対応関係を演算する装置である。 任意の1つの対応関係における不一致度ρは、次式で求
められる。 ρ=Σ(α・|θAi−θBj|+β・|lAi−lBj|) ……
(1) ここで、α、βは重み定数である。Σは抽出された輝線
の並びに関する総和である。 そして、ウインドウ領域WAとWBとで、輝線の可能な全対
応関係に対する不一致度ρが最小となる対応関係が求め
る最一致対応関係となる。 3次元位置計算部8は、ウインドウ領域WAとWBとにおい
て、注目点の座標(xAm,yAm),(xBm,yBm)を求め、そ
の座標から次式を用いて注目点の空間座標(X,Y,Z)を
求める位置である。 ここで、a〜a ,b〜b は、カメラ2a、2b及
びそのカメラ配置に依存する定数であり、SA,SBはスケ
ールファクタに関する変数である。 上記のような装置によれば、同一の線状物体がランダム
に積み重なった場合にも、従来の装置では困難であった
2つの画像での精度の良い対応関係を高速度で求めるこ
とができる。この結果、認識物体の注目点の空間座標や
その認識物体までの距離を精度良く検出することが可能
となる。 尚、上記の前処理部6、対応点決定部7、3次元位置演
算部8は、第2図に示すコンピュータシステムによって
実際には構成した。 そのCPU11の処理手順を第4図を参照して説明する。 ステップ100では、第1画像メモリ51に記憶されている
画像Aをワークメモリ12に転送し、その画像を画像AW
する。次に、ステップ102で、その画像AWをあるしきい
値に対して2値化し、さらに細線化処理を施して、第5
図に示すように円筒状の認識物体1の輝線を抽出する。
次に、ステップ104で、各輝線を追跡して、その輝線の
長さを求め、最長輝線LTを決定する。そして、次のステ
ップ106で、そ最長輝線LTをロボットが次に把持する把
持物体の輝線とし、その最長輝線LTの中点Mを注目点、
即ち、把持点として、その中点Mの座標(xAm,yAm)を
求める。 次に、ステップ108で、yAm−Δ,yAm+Δ, のx軸に平行な短冊状のウインドウ領域WA,WBを画像A,B
において、設定する。 次のステップ110では、そのウインドウ領域WA,WBでの、
画像A,Bを2値化し、更に細線化処理を施して、第3図
に示すように認識物体1の輝線を抽出する。 次にステップ112で、ウインドウ領域WA,WBの輝線の傾
き、及び輝線間の長さを演算して、それらのデータ列を
求める。 次に、ウインドウ領域WAとWBとにおいて、データ列の全
対応関係に対して(1)識の不一致度を演算し、その不
一致度が最小となる対応関係を決定する。次に、その対
応関係により、ステップ116において、画像Aでの注目
点の座標(xAm,yAm)に対応する画像Bでの座標(xBm,y
Bm)を求める。 次に、ステップ118において、各座標から(2)式を用
いて、注目点の空間座標(X,Y,Z)が求められ、ロボッ
ト制御装置14にその値が出力される。 尚、上記実施例では、輝線間の距離を隣接する輝線間の
距離としているが、最左端の輝線に対する距離を用いて
も良い。
【発明の効果】
本発明は、線状の認識物体に対する相対位置の異なる位
置で得られた2つの画像の対応関係を決定し、2つの画
像において相対応する所定の注目点の座標から、その注
目点の実空間での位置を演算する位置測定装置におい
て、2つの画像のそれぞれにおいて、注目点に対して所
定の位置関係にあり、y軸方向にとられた微小長さの短
辺と、y軸に垂直なx軸方向にとられた長辺とから成る
ウインドウ領域を設定し、それぞれのウインドウ領域に
おいて、輝線を近似する直線を求め、その各直線の傾き
と各直線の同一y座標をとる各x座標から直線間の距離
を演算し、2つのウインドウ領域における2つの直線群
における各対応関係において、直線の傾きと直線の距離
とを照合させて、それらの偏差に基づいて照合の程度を
表す値を求め、その値から最も照合する対応関係を決定
し、注目点の2つの画像における座標を決定し、注目点
の2つの画像における座標から注目点の空間座標を決定
する装置である。 よって、多数の線状の認識物体が多数積み重ねられてい
る場合にも、2つの画像の精度の良い対応関係が決定で
き、したがって、注目点の実空間での位置を精度且つ高
速度で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の具体的な一実施例に係る位置測定装置
の構成を示したブロック図、第2図は同実施例装置の具
体的構成を示したブロック図、第3図はウインドウ領域
を示した説明図、第4図は実施例装置に使用されたCPU
の処理手順を示したフローチャート、第5図は注目点抽
出の方法を示した説明図である。 1……認識物体、2a,2b……カメラ 3……照明装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】実空間に置かれた線状の認識物体とカメラ
    との相対的位置関係が異なる2つの位置において、前記
    認識物体をそれぞれ撮像して2つの画像を作成する画像
    作成手段と、その画像作成手段により作成された2つの
    画像の対応関係を決定し、2つの画像において相対応す
    る所定の注目点の座標から、その注目点の実空間での位
    置を演算する演算手段とを備えた位置測定装置におい
    て、 前記演算手段は、 前記2つの画像のそれぞれにおいて、前記注目点に対し
    て所定の位置関係にあり、y軸方向にとられた微小長さ
    の短辺と、前記y軸に垂直なx軸方向にとられた長辺と
    から成るウインドウ領域を設定するウインドウ設定部
    と、 前記2つの画像のそれぞれにおいて設定されたそれぞれ
    の前記ウインドウ領域において、前記輝線を近似する直
    線を求めその各直線の傾きと各直線の同一y座標をとる
    各x座標から直線間の距離を演算する特徴抽出部と、 前記2つのウインドウ領域における2つの直線群におけ
    る各対応関係において、前記直線の傾きと前記直線の距
    離とを照合させて、それらの偏差に基づいて照合の程度
    を表す値を求め、その値から最も照合する対応関係を決
    定し、前記注目点の前記2つの画像における座標を決定
    する対応点決定部と、 前記注目点の前記2つの画像における座標から前記注目
    点の空間座標を決定する3次元位置計算部と を有することを特徴とする位置測定装置。
JP13067289A 1989-05-23 1989-05-23 位置測定装置 Expired - Fee Related JPH0663743B2 (ja)

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CN111919086A (zh) 2018-03-30 2020-11-10 仓敷纺绩株式会社 线状物的三维测量装置和线状物的三维测量方法

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