JPH0721408B2 - パターンによる姿勢角検出方法 - Google Patents
パターンによる姿勢角検出方法Info
- Publication number
- JPH0721408B2 JPH0721408B2 JP10775085A JP10775085A JPH0721408B2 JP H0721408 B2 JPH0721408 B2 JP H0721408B2 JP 10775085 A JP10775085 A JP 10775085A JP 10775085 A JP10775085 A JP 10775085A JP H0721408 B2 JPH0721408 B2 JP H0721408B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pattern
- marks
- posture
- line
- detection method
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一つの円周上の４等分位置に円形等のマーク
があるパターンによってそれに対する相対的な姿勢角を
検出する方法に関するものである。
があるパターンによってそれに対する相対的な姿勢角を
検出する方法に関するものである。
［従来の技術］ 例えば、自動車の車輪は、リム内のディスク部における
一つの円周上の４等分位置にボルト孔があり、この車輪
を車体の車輪取付け部に自動的に取付けようとする場合
には、上記車輪のボルト孔及び車体の車輪取付け部にお
けるボルトの位置を検出し、両者の位置を合わせて車輪
を装着する必要がある。
一つの円周上の４等分位置にボルト孔があり、この車輪
を車体の車輪取付け部に自動的に取付けようとする場合
には、上記車輪のボルト孔及び車体の車輪取付け部にお
けるボルトの位置を検出し、両者の位置を合わせて車輪
を装着する必要がある。
また、上記自動車の車輪ばかりでなく、各種工業部品に
は、一つの円周上の４等分位置に孔等の何らかのマーク
がある場合が多く、その部品の組立て等を自動的に行う
には、それらの孔の位置、即ち部品の姿勢を自動検出す
ることが必要になる。
は、一つの円周上の４等分位置に孔等の何らかのマーク
がある場合が多く、その部品の組立て等を自動的に行う
には、それらの孔の位置、即ち部品の姿勢を自動検出す
ることが必要になる。
さらに、例えば適宜空間内を移動する移動ロボット等の
移動体が、自分の姿勢を測定する場合には、上記空間内
の適当な位置に、一つの円周上の４等分位置に円形等の
マークがある簡単で特徴的なパターンを表示し、そのパ
ターンを移動体において検出することにより、移動体自
体の姿勢を計測することができる。
移動体が、自分の姿勢を測定する場合には、上記空間内
の適当な位置に、一つの円周上の４等分位置に円形等の
マークがある簡単で特徴的なパターンを表示し、そのパ
ターンを移動体において検出することにより、移動体自
体の姿勢を計測することができる。
従来、このようなパターンによる姿勢検出は、比較的高
度なパターン認識技術を利用することにより行うことが
できるとしても、簡単で安価な装置によって行う方法に
ついては提案されていない。
度なパターン認識技術を利用することにより行うことが
できるとしても、簡単で安価な装置によって行う方法に
ついては提案されていない。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、非常に簡単で安価な装置により上記パ
ターンを用いてそのパターンに対する相対的な姿勢を精
度よく自動検出する方法を提供することにある。
ターンを用いてそのパターンに対する相対的な姿勢を精
度よく自動検出する方法を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、一つの円周上の４等分位置に
それぞれマークがあるパターンが、任意の姿勢をとる状
態において、視線方向を上記円の中心に向けて設定する
と共に、その視線方向と直交する任意の方向に基準軸線
方向を設定し、上記視線方向にパターンを見た場合にお
ける、上記円の中心に対して点対称位置にある２組のマ
ークの上記基準軸線方向の変位量を計測し、それらの変
位置の比に基づいて上記視線方向の軸線のまわりにおけ
る基準軸線方向に対するパターンの姿勢角を検出する、
という技術的手段を採用している。
それぞれマークがあるパターンが、任意の姿勢をとる状
態において、視線方向を上記円の中心に向けて設定する
と共に、その視線方向と直交する任意の方向に基準軸線
方向を設定し、上記視線方向にパターンを見た場合にお
ける、上記円の中心に対して点対称位置にある２組のマ
ークの上記基準軸線方向の変位量を計測し、それらの変
位置の比に基づいて上記視線方向の軸線のまわりにおけ
る基準軸線方向に対するパターンの姿勢角を検出する、
という技術的手段を採用している。
本発明の方法をさらに詳細に説明すると、第１図Ａに示
すようなある空間におけるxyz固定座標系において、ｘ
軸のまわりに角度φだけ回転し、ｙ軸のまわりに角度Ψ
だけ回転し、さらにｚ軸のまわりに角度θだけ回転し、
それにより新たに得られた回転座標系を、第１図Ｂに示
すようなｘ′ｙ′ｚ′座標系とすると、上記xyz固定座
標系からｘ′ｙ′ｚ′回転座標系への座標変換は、幾何
学的な計算により、第１表に示すような関係で行うこと ができる。
すようなある空間におけるxyz固定座標系において、ｘ
軸のまわりに角度φだけ回転し、ｙ軸のまわりに角度Ψ
だけ回転し、さらにｚ軸のまわりに角度θだけ回転し、
それにより新たに得られた回転座標系を、第１図Ｂに示
すようなｘ′ｙ′ｚ′座標系とすると、上記xyz固定座
標系からｘ′ｙ′ｚ′回転座標系への座標変換は、幾何
学的な計算により、第１表に示すような関係で行うこと ができる。
本発明において相対的な姿勢を検出すべきパターンは、
第２図Ａに示すように、半径r0の円周上の４等分位置に
ほぼ同径の円形等のマーク１〜４があるもので、このパ
ターンが、xyz固定座標系に対して各座標軸のまわりの
回転を与えることにより任意の姿勢をとらせたｘ′ｙ′
ｚ′回転座標系のｘ′ｙ′平面上に、マーク１〜４を配
列させた円の中心を回転座標系の原点上に一致させて存
在するものとする。
第２図Ａに示すように、半径r0の円周上の４等分位置に
ほぼ同径の円形等のマーク１〜４があるもので、このパ
ターンが、xyz固定座標系に対して各座標軸のまわりの
回転を与えることにより任意の姿勢をとらせたｘ′ｙ′
ｚ′回転座標系のｘ′ｙ′平面上に、マーク１〜４を配
列させた円の中心を回転座標系の原点上に一致させて存
在するものとする。
上記回転座標系におけるパターンを、第２図Ｂに示すよ
うにxyz固定座標系から観察するために、ｘ′ｙ′ｚ′
回転座標系におけるマーク１及び２の座標を、それぞ
れ、 P1′（r0,0,0） P2′（0,r0,0） とし、それらのマークの座標をxyz固定座標系における
座標P1,P2に変換すると、座標P1,P2の各座標値は、第１
表を参照することにより次のように表わすことができ
る。
うにxyz固定座標系から観察するために、ｘ′ｙ′ｚ′
回転座標系におけるマーク１及び２の座標を、それぞ
れ、 P1′（r0,0,0） P2′（0,r0,0） とし、それらのマークの座標をxyz固定座標系における
座標P1,P2に変換すると、座標P1,P2の各座標値は、第１
表を参照することにより次のように表わすことができ
る。
P1｛（cosθ・cosψ＋sinθ・sinφ・sinψ）r0,sinθ・cosφ・r0, −（cosθ・sinψ−sinθ・sinφ・sinψ）r0｝ P2｛（−sinθ・cosψ＋cosθ・sinφ・sinψ）r0,cosθ・cosφ・r0, （sinθ・sinψ＋cosθ・sinφ・cosψ）r0｝ ここで、視線方向を、上記マーク１〜４を配列させた円
の中心に向けてｚ軸方向に設定すると共に、その視線方
向と直交する任意の方向（第２図Ｂではｙ軸方向）に基
準軸線方向を設定し、上記マーク１〜４を配列させた円
の中心に対して点対称位置にある２組のマーク、即ちマ
ーク1,3とマーク2,4について、それぞれ、上記基準軸線
方向（ｙ軸方向）の変位量Ｐ▲▼及びＰ▲▼を
計測して、それらの変位量の比γをとると、 という簡単な形になり、即ち上記比γに基づいて、上記
視線方向の軸線（ｚ軸）のまわりにおけるパターンの姿
勢角を簡単に検出することができる。この場合に、上式
からわかるように、前記パターンのｘ軸及びｙ軸のまわ
りの回転角φ，ψとは無関係に、ｚ軸のまわりの姿勢角
θを検出することができ、パターンのｘ軸及びｙ軸のま
わりの回転角φ，ψを検出する必要があるときには、そ
れらの検出手段を別途考慮する必要がある。
の中心に向けてｚ軸方向に設定すると共に、その視線方
向と直交する任意の方向（第２図Ｂではｙ軸方向）に基
準軸線方向を設定し、上記マーク１〜４を配列させた円
の中心に対して点対称位置にある２組のマーク、即ちマ
ーク1,3とマーク2,4について、それぞれ、上記基準軸線
方向（ｙ軸方向）の変位量Ｐ▲▼及びＰ▲▼を
計測して、それらの変位量の比γをとると、 という簡単な形になり、即ち上記比γに基づいて、上記
視線方向の軸線（ｚ軸）のまわりにおけるパターンの姿
勢角を簡単に検出することができる。この場合に、上式
からわかるように、前記パターンのｘ軸及びｙ軸のまわ
りの回転角φ，ψとは無関係に、ｚ軸のまわりの姿勢角
θを検出することができ、パターンのｘ軸及びｙ軸のま
わりの回転角φ，ψを検出する必要があるときには、そ
れらの検出手段を別途考慮する必要がある。
なお、ｘ軸からマーク１またはマーク３までの距離は同
等であり、さらにｘ軸からマーク２またはマーク４まで
の距離も同等であるから、上記γを求めるに際してそれ
ぞれｘ軸からマークまでの距離を計測することもでき
る。
等であり、さらにｘ軸からマーク２またはマーク４まで
の距離も同等であるから、上記γを求めるに際してそれ
ぞれｘ軸からマークまでの距離を計測することもでき
る。
次に、このようなパターンによる姿勢角検出の計測誤差
について考察すると、姿勢角θについての計測誤差Δθ
は、上記比γについての計測精度をΔγとするとき、 Δθ＝cos2θ・Δγ［rad］ となり、cosθの値が姿勢角θの増加に伴って小さくな
ることから、姿勢角θが増加するに伴ってその姿勢角θ
についての計測誤差が小さくなることがわかる。
について考察すると、姿勢角θについての計測誤差Δθ
は、上記比γについての計測精度をΔγとするとき、 Δθ＝cos2θ・Δγ［rad］ となり、cosθの値が姿勢角θの増加に伴って小さくな
ることから、姿勢角θが増加するに伴ってその姿勢角θ
についての計測誤差が小さくなることがわかる。
そして、Δγの値を、上記パターンについての画像入力
装置による入力処理時に、20メッシュについての測定誤
差がKSメッシュの割合であるとし、そのKSの値を変えて
Δθを求めると、第３図のようになる。一般に、64×48
メッシュの画像入力装置において、上記パターンの画像
を20×20メッシュでとらえたとき、KSは0.5程度とする
ことができ、画像処理をその４倍（256）で行うこと
は、テレビカメラにおいて通常行われていることである
から、そのような画像処理を行うことにより、計測精度
は単純にその1/4となり、従って0.5゜以下というすぐれ
た計測精度を容易に得ることができる。
装置による入力処理時に、20メッシュについての測定誤
差がKSメッシュの割合であるとし、そのKSの値を変えて
Δθを求めると、第３図のようになる。一般に、64×48
メッシュの画像入力装置において、上記パターンの画像
を20×20メッシュでとらえたとき、KSは0.5程度とする
ことができ、画像処理をその４倍（256）で行うこと
は、テレビカメラにおいて通常行われていることである
から、そのような画像処理を行うことにより、計測精度
は単純にその1/4となり、従って0.5゜以下というすぐれ
た計測精度を容易に得ることができる。
なお、上述した姿勢角検出方法を実施するための装置
は、テレビカメラその他の画像入力装置を用いて上記パ
ターンを画像化し、その画像入力装置に接続した演算装
置において、上記パターンにおける対向位置の２組のマ
ークについての位置ずれを計測し、それらの比を演算で
きるように構成すればよく、それによって上記姿勢角θ
を検出することができる。
は、テレビカメラその他の画像入力装置を用いて上記パ
ターンを画像化し、その画像入力装置に接続した演算装
置において、上記パターンにおける対向位置の２組のマ
ークについての位置ずれを計測し、それらの比を演算で
きるように構成すればよく、それによって上記姿勢角θ
を検出することができる。
［発明の効果］ 以上に詳述したように、本発明の姿勢角検出方法によれ
ば、非常に簡単で安価な装置により上記パターンを用い
てそれに対する相対的な姿勢を精度よく自動検出するこ
とができる。
ば、非常に簡単で安価な装置により上記パターンを用い
てそれに対する相対的な姿勢を精度よく自動検出するこ
とができる。
第１図A,Bは本発明の姿勢角検出方法について説明する
ための固定座標系及び回転座標系に関する説明図、第２
図A,Bは上記両座標系間におけるパターンの座標変換に
ついての説明図、第３図は本発明によって姿勢角を検出
する場合の誤差について説明するための線図である。 １〜４……マーク。
ための固定座標系及び回転座標系に関する説明図、第２
図A,Bは上記両座標系間におけるパターンの座標変換に
ついての説明図、第３図は本発明によって姿勢角を検出
する場合の誤差について説明するための線図である。 １〜４……マーク。
Claims (1)
- 【請求項１】一つの円周上の４等分位置にそれぞれマー
クがあるパターンが、任意の姿勢をとる状態において、 視線方向を上記円の中心に向けて設定すると共に、その
視線方向と直交する任意の方向に基準軸線方向を設定
し、 上記視線方向にパターンを見た場合における、上記円の
中心に対して点対称位置にある２組のマークの上記基準
軸線方向の変位量を計測し、 それらの変位量の比に基づいて上記視線方向の軸線のま
わりにおける基準軸線方向に対するパターンの姿勢角を
検出する、 ことを特徴とするパターンによる姿勢角検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10775085A JPH0721408B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | パターンによる姿勢角検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10775085A JPH0721408B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | パターンによる姿勢角検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61265523A JPS61265523A (ja) | 1986-11-25 |
| JPH0721408B2 true JPH0721408B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=14467017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10775085A Expired - Lifetime JPH0721408B2 (ja) | 1985-05-20 | 1985-05-20 | パターンによる姿勢角検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0721408B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6091899A (en) * | 1988-09-16 | 2000-07-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus for detecting the direction of visual axis and information selecting apparatus utilizing the same |
| JP2925147B2 (ja) * | 1988-09-16 | 1999-07-28 | キヤノン株式会社 | 視線検出装置及び光学機器 |
| JPH10312238A (ja) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Nec Corp | ジョイスティック装置 |
| KR100418774B1 (ko) * | 2000-12-26 | 2004-02-18 | 현대자동차주식회사 | 차량의 차체와 액슬 간의 상대 변위 측정 제어장치 및방법 |
-
1985
- 1985-05-20 JP JP10775085A patent/JPH0721408B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61265523A (ja) | 1986-11-25 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |