JPH07248821A

JPH07248821A - ライン追跡装置

Info

Publication number: JPH07248821A
Application number: JP6038958A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ota; 善之太田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-09-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、床面に描かれた幅一定のラインを
カメラで撮像し、その方向を認識して、室内で、搬送車
を無人運転させる搬送システムのライン追跡装置に関
し、高速に、且つ、曲線を形成しているラインにも対応
できる。【構成】搬送車に搭載した一定角度で俯瞰するテレビ
カメラで捉えた床面画像から幅一定のラインの方向を認
識し、該認識したラインに沿って、室内を移動するライ
ン追跡装置において、撮像された画像において、各水平
走査線上のラインの線幅と、ラインの本来の幅から、そ
の走査線上でのラインの傾きを計算して、該ラインを追
跡する。又、各走査線でのラインのエッジ位置の変化か
らラインの傾きを決定し、ラインの方向を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、床面に描かれた幅一定
のラインを、テレビカメラで撮像し、該ラインの方向を
認識して、室内で、搬送車を無人運転させる搬送システ
ムにおけるライン追跡装置に関する。

【０００２】最近の工場等での作業環境の多様化に伴
い、悪環境で、人間が作業領域内に入ることができない
場合や、コストの面から工場の無人化を図る必要から、
搬送システムの無人化が望まれている。

【０００３】

【従来の技術】図５は、従来のライン検出方法を説明す
る図であり、図５(a) は Hough変換を利用する場合を示
し、図５(b) は、床面上に線状のマークを施し、該線状
マークを認識してラインを検出する場合を示している。

【０００４】従来の搬送システムでは、専用軌道を有す
るものや、床面に磁気を帯びた特殊なラインを貼りつ
け、その軌道, 或いは、ライン上を走行するものが知ら
れている。

【０００５】上記専用軌道を使用したものでは、専用軌
道の布線に費用がかかる問題がある。又、磁気を利用し
たものでは、障害物を検知するために、別のセンサが必
要になる。

【０００６】これに対して、テレビカメラを搭載し、前
方の床面を撮像して、床面に描かれたラインを認識する
搬送システムがある。かかる搬送システムでは、該撮像
した前方の画像を処理することで、ラインの認識のみで
はなく、障害物をも検知することが可能である。

【０００７】然し、従来のテレビカメラ利用の搬送シス
テムでは、画像からラインの方向を検知する処理とし
て、Hough 変換を利用するものであった。この従来のラ
イン検知方法を図５(a) に示す。

【０００８】この従来のライン検出方法では、図５(a)
のエッジ抽出部 1でテレビカメラで撮像した画像に対し
て、水平方向の一次微分をとり、画像中の垂直エッジを
抽出する。このとき、床面からラインへ変化するエッジ
(このエッジを正エッジとする) と、ラインから床面へ
変化するエッジ (このエッジを負エッジとする) の２本
のエッジが検出される。

【０００９】その後、ノイズ除去部 2で、ノイズ除去を
行った後、Hough 変換部 5によって、公知の Hough変換
によって、正負両方のエッジの位置と、該位置の変化に
より、該エッジの傾きを求める。その後、上記正負エッ
ジの傾きが極端に違っていないかなどの、該正負エッジ
の傾きの妥当性をチェックして、該エッジを認識する。

【００１０】上記 Hough変換は、例えば、「"Hough変換
とパターンマッチング",松山隆司,興水大和著, 情報処
理,Vol.30,No.9,Sep.1989 」に詳しいが、要約すると、
例えば、ラインのエッジが描く曲線上の位置(x_1,y_1,x
_2,y_2,〜) から、傾きａ，切片ｂによってパラメータ
変換された直線ｙ＝ａｘ＋ｂを、(a,b) で張られるパラ
メータ空間上で抽出する方式であり、画像解析, 認識の
重要な手法として定着されている。即ち、画像中の直線
は、yi＝axi+b と表されるので、この式をパラメータa,
b に関する方程式と考え、その軌跡を、ａーｂ空間に描
く。画像中の各特徴点（上記エッジ点）に対して、同様
の写像を行うことにより、多くの軌跡が交わる点（集積
点という）を(a_0,b₀) としたとき、該(a_0,b₀) によって
定義される直線ｙ＝a₀ｘ＋b₀が存在するとみなす。この
ような Hough変換を繰り返すことにより、上記ラインの
エッジの各点上での傾き（即ち、接線の傾きａ）を求め
ることができる。

【００１１】類似の技術として、本願出願人が先願して
いる特開昭 64-44513 号公報「無人搬送システム」があ
る。該特開昭 64-44513 号公報「無人搬送システム」
は、図５(b) に示したように、「床面上に線上のマーク
を施し、移動車に前記線状のマークを撮像する手段と、
撮像された線状マークの画像データを処理する演算部
と、演算部における処理結果に基づいて移動車を駆動、
操舵する機構部とを備え、前述の線状のマークを追跡し
て移動車を自動運転する」ように構成したものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記図５(a) で説明し
たライン検出方法では、エッジの傾きを算出するのに、
前述の Hough変換を使用している為、ラインのエッジが
描く曲線上の位置(x_1,y₁ _,x_2,y_2,〜) から、傾きａ，
切片ｂによってパラメータ変換された直線ｙ＝ａｘ＋ｂ
を、(a,b) で張られるパラメータ空間上で抽出する為の
演算が必要となり、傾きの算出に時間がかかるという問
題があった。又、この Hough変換を使用して、エッジの
傾きを求める方法では、ラインが弧を描いている場合に
は、前述の直線ｙ＝a₀ｘ＋b₀に対応する集積点(a_0,b₀)
が求められないため、対応できないという問題があっ
た。

【００１３】又、図５(b) に示した、前述の特開昭 64-
44513 号公報「無人搬送システム」で開示している方法
で移動方向を決定する場合、実際には、図５(b) に示さ
れているように、撮像された画像をフレームメモリに一
時格納し、該フレームメモリからの出力データから線状
マークに対応するデータを抽出し、上記出力データを移
動車の進行方向と垂直にｎ分割して、該ｎ分割された各
区画の画像成分について、線状マークに対応するデータ
の中点を抽出し、該抽出された各区画間における中点を
結んで、該線状マークの延びる方向を判定する処理が必
要となり、この方法においても、該線状マークの延びる
方向を判定する迄の処理に時間がかかる問題と、該マー
クが細かく曲がっている場合には、上記ｎ分割の分割数
を多くしないと対処できず、更に、処理時間がかかると
いう問題があった。

【００１４】本発明は上記従来の欠点に鑑み、床面に描
かれた幅一定のラインをカメラで撮像し、その方向を認
識して、室内で、搬送車を無人運転させるシステムのラ
イン追跡装置において、高速に、且つ、曲線を形成して
いるラインにも対応できるライン追跡装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明のライン
追跡装置の原理構成図である。上記の問題点は下記の如
くに構成されたライン追跡装置によって解決される。

【００１６】(1) 搬送車に搭載した一定角度で俯瞰する
テレビカメラで捉えた床面画像から、幅一定のラインの
方向を認識し、該認識したラインに沿って室内を移動す
るように構成する。

【００１７】(2) 上記(1) 項に記載のライン追跡装置で
あって、該撮像された画像において、各水平走査線上の
ラインの線幅と、ラインの本来の幅から、その走査線上
でのラインの傾きを計算するライン傾き算出部 4を備え
て、該ライン傾き算出部 4によりラインの傾きを算出し
て、該ラインを追跡するように構成する。

【００１８】(3) 上記(1) 項に記載のライン追跡装置で
あって、各走査線でのラインのエッジの位置の変化を検
出し、ラインの傾きの方向を決定するエッジ幅算出部 3
と、ライン傾き算出部 4を備えて、該エッジ幅算出部 3
と、ライン傾き算出部 4によって、ラインの走査線上で
の傾きの方向を認識し、該認識した方向に沿って、該ラ
インを追跡するように構成する。

【００１９】

【作用】本発明のライン追跡装置におけるライン検出部
は、図１に示されているように、エッジ抽出部 1と、ノ
イズ除去部 2と、エッジ幅算出部 3と、ライン傾き算出
部 4とから構成されている。

【００２０】本発明のライン検出方法では、ライン幅は
一定であるという前提に基づき、ライン幅と、同一走査
線上で観測される正負のエッジの幅との比率から、その
地点でのラインの傾きを算出する。このとき、同一の正
負のエッジ幅に対して、ラインの傾きは、左側へ傾く角
度と、右側に傾く角度の２種類が存在するが、本発明に
おいては、前後数行の走査線での、正負エッジの位置の
変化を調べることで、上記左向きか、右向きかを判断す
る。

【００２１】上記の動作を図１によって、具体的に、そ
の作用効果を説明する。図１において、エッジ抽出部 1
では、画像に対して垂直方向の１次微分をとり、ライン
の正負のエッジを抽出する。

【００２２】次のノイズ除去部 2では、画像中の孤立点
などのノイズを除去し、次のエッジ幅算出部 3では、各
走査線毎に、正エッジから負エッジまでの画素数を計数
して、該正負エッジの距離を算出する。このとき、正負
エッジの位置も算出する。

【００２３】次のライン傾き算出部 4では、予め、与え
ておいた、ラインの本来のライン幅と、前記エッジ幅算
出部 3において求められた各走査線での正負エッジの距
離の比率を計算し、該ラインの傾きを算出する。ここ
で、該走査線の前後での、上記正負エッジの位置の変化
から、該ラインの傾きが左向きか右向きかを判定する。

【００２４】上記のように作用するので、従来のよう
に、計算量の多い Hough変換を用いることなく、又、画
像をｎ分割して、該ｎ分割された各区画の画像成分につ
いて、線状マークに対応するデータの中点を抽出すると
いった処理をすることなく、画像の走査線内での正負エ
ッジの間隔を計測し、予め、与えておいたライン幅との
比率を計算するだけで、該ラインの傾きを算出すること
ができるので、床面のラインを高速に認識することがで
きるという効果がある。

【００２５】

【実施例】以下本発明の実施例を図面によって詳述す
る。前述の図１が、本発明の原理構成図であり、図２，
図４は、本発明の一実施例を示した図であって、図２
は、該ライン追跡装置のライン検出部の構成例を示して
おり、図３は、本発明によるライン追跡の特例、例え
ば、分岐しているライン，或いは、画像の左側からライ
ンが現れる場合，或いは、走査線にほぼ平行なラインの
場合の追跡方法を説明しており、図４は、ラインが曲線
を形成している場合の追跡方法を説明している。

【００２６】本発明においては、搬送車に搭載した一定
角度で俯瞰するテレビカメラで捉えた床面画像から、幅
一定のラインの方向を認識し、該認識したラインに沿っ
て室内を移動するライン追跡装置において、該撮像され
た画像において、各水平走査線上のラインの線幅と、ラ
インの本来の幅から、その走査線上でのラインの傾きを
計算するライン傾き算出部 4を備えて、該ライン傾き算
出部 4によりラインの傾きを算出して、該ラインを追跡
する手段、更に、具体的には、各走査線でのラインのエ
ッジの位置の変化を検出し、ラインの傾きの方向を決定
するエッジ幅算出部 3と、ライン傾き算出部 4を備え
て、該エッジ幅算出部(3) と、ライン傾き算出部(4) に
よって、ラインの走査線上での傾きの方向を認識し、該
認識した方向に沿って、該ラインを追跡する手段が、本
発明を実施するのに必要な手段である。尚、全図を通し
て同じ符号は同じ対象物を示している。

【００２７】以下、図１を参照しながら、図２，図３に
よって、本発明のライン追跡装置の構成と動作を説明す
る。先ず、図２は、本発明の一実施例の構成例図であ
る。エッジ抽出部 1では、例えば、ソーベル(sobel) 演
算子を利用して、床面に描かれた幅一定のラインの各走
査線毎の正負の垂直エッジを抽出する。該ソーベル(sob
el) 演算子については、「 "コンピュータ画像処理入
門",第５章，画像の特徴抽出と解析・認識,5.1,エッジ
検出,P118 〜, 田村秀行監修, 日本工業技術センター
編, 総研出版刊」があるが、要約すると、画像の特徴
(一般には濃度) が急激に変化する場所を探し、対象物
の境界を求める為のエッジ検出に使用される、例えば、
上下左右の画素には、対角線上の画素より大きな重みを
与えた３×３画素からなるエッジ検出用フィルタで構成
されるオペレータ（演算子）である。該ソーベル(sobe
l) 演算子を利用して、床面の画像を走査することによ
り、該床面に描かれた幅一定のラインの正負エッジを抽
出することができる。

【００２８】その後、ノイズ除去部 2で、該画像中の孤
立した画素等からなるノイズを除去する。次のエッジ幅
抽出部は、各走査線毎に、正エッジから負エッジまでの
画素数を計数して、該正負エッジの距離を算出する。こ
のとき、同時に、該正負エッジの位置も算出しておく。

【００２９】次のライン傾き算出部 4内の傾きテーブル
(右) 40,(左) 41は、上記エッジ幅算出部 3で算出され
た正負エッジの幅をアドレスとして、ラインの幅が一定
という前述の前提に基づいて算出されたラインの傾きを
値とするルックアップテーブル(LUT) である。このルッ
クアップテーブル(LUT) 40,41 に、上記エッジ幅算出部
3で算出された正負エッジの距離 (幅) をアドレスとし
て入力し、ラインの傾き (左右) を算出する。

【００３０】次の傾き決定部 42 では、上記傾きテーブ
ル (右) 40,(左) 41の出力結果と、エッジ幅算出部 3で
算出された正負エッジの位置の変化を入力として、該左
右のラインの傾きのどちらが妥当であるかを判断する。

【００３１】以上の方法によって、床面上に描かれたラ
インの位置と、その方向を求めることができる。図３
は、上記のようにしてラインの位置と、その方向を求め
る際に遭遇するラインの分岐とか統合の場合｛図３(a)
参照｝, 床面上に描かれたラインが、画面の左, 或い
は、右から現れる場合｛図３(b) 参照｝, ラインが走査
線にほぼ平行になっている場合｛図３(c) 参照｝につい
ての、具体的な処理例を説明したものである。

【００３２】(1) ラインが分岐・統合している場合：図
３(a) は、ラインが途中で分岐している場合を示した図
である。図３(a) において、ｙ＝bottomからｙ＝Ａまで
は、画像上に、一対の正負エッジしか存在せず、前述の
ようにして、正負エッジ間の距離とライン本来の幅およ
び、前後数行の走査線での正負エッジの位置の変化か
ら、ラインの方向を求めることができる。

【００３３】又、ｙ＝Ｂからｙ＝top までは、画像上
に、２組の正負エッジが存在し、それぞれの正負エッジ
間の距離と、ラインの本来の幅, 及び、前後数行の走査
線での正負エッジの位置の変化から、各ラインの、それ
ぞれの方向を求めることができる。

【００３４】又、ｙ＝Ａからｙ＝Ｂまでは、一対の正負
エッジが存在するが、正負エッジの前後数行の走査線で
の位置の変化が互いに逆であるという特徴がある、従っ
て、この場合には、該ラインの方向を特定することがで
きない。このようなラインが分岐する場合には、ライン
の方向を決定することができない区間が存在するが、こ
のような場合を検知したとき、本発明においては、その
時点までに追跡してきたラインの方向・位置を、上記ｙ
＝Ｂからｙ＝top まで存在する２本のラインに補間する
ことを行い、ラインの方向を推測する方法をとる。ライ
ンが統合される場合についても、同様の方法で、ライン
の方向を推測することができる。

【００３５】(2) ラインが画像の左 (或いは、右) から
現れる (或いは、消える) 場合での処理方法について、
以下に説明する。図３(b) は、画像の左側からラインが
現れる場合を示している。図３(b) において、ラインの
負 (右) エッジが画像上に現れる点のｙ座標をＡとし、
正（左)エッジが画像上に現れる点のｙ座標をＣとす
る。又、ラインが段々太くなり、画像上に現れている部
分の走査線上の長さが、本来のラインの幅と等しくなる
点のｙ座標をＢとする。

【００３６】先ず、ｙ＝Ａからｙ＝Ｂまでは、算出した
ラインの幅が、本来のラインの幅より小さく、ラインの
方向等は計算しない処理とする。然し、この場合には、
画像全体を見れば、ラインは、左から右に移動してお
り、搬送車は、右に向きを変えた方が良い。又、該図３
(b) の例では、ラインの方向が決定できない部分がある
が、それは、画像の一部であり、この部分を無視して
も、他の部分から該ラインの方向が推測できる。又、図
示していないが、画像中に、ラインの一部しか見えず、
他の画像部分からラインの方向が推定できない場合に
は、その見えている部分に搬送車を移動してみる制御の
方法も考えられるので、該搬送車の制御には、何ら支障
はない。

【００３７】次に、ｙ＝Ｂからｙ＝Ｃまでは、ラインの
走査線上の長さは、ラインの本来の幅より長くなるが、
ラインの正（左）エッジは未だ、画像上に現れていな
い。このとき、ラインの傾きは、前述のようにして算出
することができるが、本当のラインの方向は、それ以上
に傾いていることも予想される。即ち、この場合には、
ラインの片方のエッジが抽出できず、本当のラインの方
向は、今算出されているラインの方向｛図３(b) の点線
の矢印参照｝以上に傾いている可能性があることを、該
矢印の方向と共に、該搬送車の操舵系に通知すること
で、適切な方向を指示することができる。

【００３８】(3) 次に、ラインが走査線上に、ほぼ平行
になっている場合の処理方法について、以下に説明す
る。図３(c) は、走査線にほぼ平行にラインが引かれて
いる場合を示している。この場合、ｙ＝Ｂからｙ＝Ｃま
では、走査線上の全ての点がラインの上の点であり、正
負エッジを検出することができない。このようなとき
は、ラインは、ほぼ、搬送車の進行方向｛図３(c) の下
から上の方向) に対して、垂直に描かれていることを、
該搬送車の操舵系に通知する。

【００３９】次に、ｙ＝Ａからｙ＝Ｂ，及び、ｙ＝Ｃか
らｙ＝Ｄの部分については、図３(b) で説明した同様の
処理を行う。このような場合、該ラインは、ほぼ進行方
向に垂直に描かれているが、上記ｙ＝Ａ〜Ｂ，Ｃ〜Ｄの
区間では、左側から右側に変化している情報が得られて
いるので、搬送車は、右へ向きを変えた方が良い。

【００４０】図４(d) は、ラインが曲線を形成している
場合を示している。この場合、画像上の各走査線毎に、
一対の正負エッジが存在しているので、前述のようにし
て、正負エッジ間の距離とライン本来の幅および、前後
数行の走査線での正負エッジの位置の変化から、各走査
線 (点線で示す) 毎にラインの方向、即ち、順次変わっ
ている方向を求めることができ、該ラインが曲線を形成
しても、従来方法のように、特に、処理速度等で問題が
発生することはない。

【００４１】このように、本発明によるライン追跡装置
は、床面に描かれた幅一定のラインをカメラで撮像し、
その方向を認識して、室内で、搬送車を無人運転させる
搬送システムのライン追跡装置において、搬送車に搭載
した一定角度で俯瞰するテレビカメラで捉えた床面画像
から幅一定のラインの方向を認識し、該認識したライン
に沿って、室内を移動する際、撮像された画像におい
て、各水平走査線上のラインの線幅と、ラインの本来の
幅から、その走査線上でのラインの傾きを計算して、該
ラインを追跡する。又、各走査線でのラインのエッジ位
置の変化からラインの傾きを決定し、ラインの方向を認
識するようにしたところに特徴がある。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ライン追跡装置によれば、従来のように、計算量の多い
Hough変換を用いることなく、又、画像をｎ分割して、
該ｎ分割された各区画の画像成分について、線状マーク
に対応するデータの中点を抽出するといった複雑な処理
をすることなく、画像の走査線内での正負エッジの間隔
を計測し、予め、与えておいたライン幅との比率を計算
するだけで、該ラインの傾きを算出することができるの
で、床面のラインを高速に認識することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成図

【図２】本発明の一実施例を示した図（その１）

【図３】本発明の一実施例を示した図（その２）

【図４】本発明の一実施例を示した図（その３）

【図５】従来のライン追跡方法を説明する図

【符号の説明】

1 エッジ抽出部 2 ノイズ除去
部 3 エッジ幅算出部 4 ライン傾き
算出部 40 傾きテーブル(LUT)(右) 41 傾きテ
ーブル(LUT)(左) 42 傾き決定部 5 Hough 変換
部 A,B,C,D ｙ座標

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送車に搭載した一定角度で俯瞰するテレ
ビカメラで捉えた床面画像から、幅一定のラインの方向
を認識し、該認識したラインに沿って室内を移動するこ
とを特徴とするライン追跡装置。
【請求項２】上記請求項１に記載のライン追跡装置であ
って、該撮像された画像において、各水平走査線上のラ
インの線幅と、ラインの本来の幅から、その走査線上で
のラインの傾きを計算するライン傾き算出部(4) を備え
て、該ライン傾き算出部(4) によりラインの傾きを算出し
て、該ラインを追跡することを特徴とするライン追跡装
置。
【請求項３】上記請求項１に記載のライン追跡装置であ
って、各走査線でのラインのエッジの位置の変化を検出
し、ラインの傾きの方向を決定するエッジ幅算出部(3)
と、ライン傾き算出部(4) を備えて、該エッジ幅算出部(3) と、ライン傾き算出部(4) によっ
て、ラインの走査線上での傾きの方向を認識し、該認識
した方向に沿って、該ラインを追跡することを特徴とす
るライン追跡装置。