JPH0728526A

JPH0728526A - 高速視覚フィードバック装置

Info

Publication number: JPH0728526A
Application number: JP19421493A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Yamada; 義浩山田; Masatoshi Ishikawa; 正俊石川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】視覚フィードバック制御全体を一貫して高速
に行うことができるようにする。【構成】センサアレイ５により取り込まれる画像デー
タのようなデータ量が多い二次元データをＬＳＩ７の外
部に転送する前に、ＬＳＩ７の内部で上記センサアレイ
５に対応させて配設したプロセッサアレイ６にて並列処
理を行うことにより、制御目的を達成するのに必要な情
報のみを含んだデータを上記二次元データから生成する
とともに、上記生成したデータを変換装置１によりデー
タ量が少ない特徴データに変換し、この特徴データをＬ
ＳＩ７の外部に転送するようにすることにより、データ
の転送時間を短くするとともに、データの処理や転送を
高速度で行うことができないＬＳＩ７の外部において大
量のデータを扱わなくても済むようにして、視覚フィー
ドバック装置全体の動作速度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速視覚フィードバッ
ク装置に関し、特に、視覚センサ、触覚センサ、赤外線
センサ、レンジセンサ、レーダなどの各種センサアレイ
情報を処理することにより、ロボットの視覚機能を実現
し、また、外界状況の認識や判断を行ったり、運動する
対象物への追従を行ったりするとともに、生産システム
における対象物の検査や位置決めを行う場合などに用い
て好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、生産システムをロボット化した
り、ＦＡ化（ファクトリー・オートメーション化）した
りするために必要な要素技術として、センシングと呼ば
れる技術がある。この技術は、上記生産システムのロボ
ット化やＦＡ化において最も重要な技術の一つであり、
製品の信頼性をより一層高め、かつ高品質な製品の生産
を行うのに役立っている。

【０００３】従来より、このセンシング技術を用いた生
産システムなどの制御は、単一の信号量を用いたフィー
ドバック制御により行われることが多かった。このフィ
ードバック制御では、フィードバックループ中において
用いる信号量として、視覚センサ装置などにより得られ
る画像視覚情報などのパターン量を導入することによ
り、制御の可能性を大きく広げることができる。これが
視覚フィードバックと呼ばれる技術であり、この視覚フ
ィードバック技術は、近年盛んに研究されるようになっ
てきている。

【０００４】視覚センサ装置を用いた視覚フィードバッ
ク装置では、触覚センサや赤外線センサなどの他のセン
サでは得ることができない非常に多くの情報量を含んだ
画像情報（対象物の形状、位置などの情報）を、遠隔に
設置されたモニタなどを通して作業者が目で見るように
して確認できるようにする。そして、その表示結果に基
づいて作業状況を判断し、これによって生産システムな
どを制御するような機能を実現することができる。

【０００５】この視覚フィードバック技術を用いた従来
例として、例えば、論文「 A.C.Sanderson and L.E.Wei
ss, “Adaptive Visual Servo Control of Robots,”Ro
botVision, A.Pugh, Ed., London:IFS Publications, 1
983, pp.107-116」に記載されたものが挙げられる。こ
の論文中において、p.108, Fig.1. は、ロボットアーム
やマニピュレータを制御して、作業対象に対するマニピ
ュレータなどの相対位置と相対姿勢とを目標状態となる
ようにするための装置を示した図である。これは、視覚
フィードバック装置の代表的な構成を示す図である。

【０００６】このような視覚フィードバック装置では、
その動作速度を高速化することにより、様々な分野に渡
ってその応用範囲を広げることができる。一方、最近で
は、ロボットアームやマニピュレータを高速に動作させ
ることができるようにしたものが開発されてきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
視覚フィードバック装置では、視覚センサ装置の動作速
度がマニピュレータの動作速度に対して低速であるた
め、マニピュレータの高速性を十分に活かすことができ
なく、非常に限られた状況でしか本装置を適用すること
ができなかった。

【０００８】すなわち、従来の視覚フィードバック装置
においては、ビデオカメラと画像処理装置とが組合され
て構成されたものが視覚センサ装置として用いられてい
る。このため、視覚センサ装置は、ビデオカメラの３０
フレーム／秒（ビデオレート）という速度以下でしか動
作することができない。

【０００９】しかし、高速動作可能なマニピュレータが
視覚フィードバック技術に適用されるようになるに伴っ
て、ロボットシステムや生産システム、あるいは視覚デ
ータを用いた検査装置などでは、上記ビデオレートより
はるかに高速に動作させることができる視覚センサ装置
が必要とされてきている。

【００１０】この問題を解決するために、従来より、例
えば、「石川：“大規模並列処理機構による視覚機能の
工学的実現”、理研シンポジウム第１２回非接触計測と
画像処理、１９９１年１０月」で示されるような高速動
作可能な視覚センサ装置が提案されている。

【００１１】この装置では、そのアーキテクチャを工夫
することにより回路のコンパクト化を図り、１チップ上
に多数のプロセッサを集積できるようにした並列処理機
構を実現することによって、処理機能の汎用性、集積
化、高速性を同時に実現できるようにすることを目指し
ている。

【００１２】そして、この目的を達成するために、複数
のセンサを二次元面状に並べて構成したセンサアレイ
と、各々のセンサから出力されるデータに所定の処理を
施すための複数のプロセッサを各々のセンサに一対一に
結合させて構成したプロセッサアレイとを組み合わせる
ことにより、視覚センサ装置を構成している。このよう
にして、視覚センサ装置に並列処理方式を採用すること
により、視覚データの取り込みと、この視覚データを用
いる多様な処理とを非常に高速に行うことができるよう
になる。

【００１３】ここで、上記センサアレイから出力される
データは、二次元的な広がりをもった二次元データであ
る。また、この二次元データに並列処理を施すことによ
り上記プロセッサアレイから出力される処理結果も、二
次元的な広がりをもった二次元データである。

【００１４】したがって、例えば、プロセッサアレイの
フィルタ処理により、対象物の画像のノイズ成分を除去
したり、対象物の画像のエッジ検出を行ったり、動く対
象物のみの抽出を行ったりした場合の処理結果は、すべ
て二次元データである。そして、この二次元データは、
データ量が非常に多いデータである。

【００１５】ところで、上記のような視覚センサ装置
は、プロセッサアレイの処理結果である二次元データを
視覚センサ装置の外部に高速に転送する機能を備えてい
ない。したがって、この視覚センサ装置を視覚フィード
バック装置に適用した場合、プロセッサアレイを構成す
る各プロセッサでは局所的に高速な処理を行うことがで
きるが、その処理結果を視覚センサ装置の外部に送出す
るのに多くの時間がかかってしまう。このため、視覚フ
ィードバック装置全体で見ると、結局は制御に長い時間
がかかってしまうという問題があった。

【００１６】また、視覚センサ装置から外部に転送され
る二次元データを視覚センサ装置の外部で新たに高速に
処理しないと、対象物の位置や視覚センサ装置自身の姿
勢などを高速に制御するのに必要な制御情報を得ること
ができない。このため、上記プロセッサアレイの処理の
高速性を十分に活かすことができず、視覚フィードバッ
ク装置全体を高速に動作させることができないという問
題があった。

【００１７】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、視覚フィードバック制御全体を一貫
して高速に行うことができる高速視覚フィードバック装
置を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、上記課
題を解決するために、従来より提案されているセンサア
レイとプロセッサアレイとからなる視覚センサ装置に加
えて、変換装置と外部処理装置と制御装置とを新たに設
けて、これらの装置全体で高速視覚フィードバック装置
を構成している。

【００１９】上記変換装置は、視覚センサ装置にて高速
に行われた制御対象の画像取り込みとその画像処理との
結果得られる二次元データを変換して、制御対象または
視覚センサ装置の位置や向きを制御するために必要なデ
ータ量が少ない特徴データを生成するものである。この
変換装置は、センサアレイやプロセッサアレイと同じＬ
ＳＩ上に構成するか、または上記二次元データを高速に
受け取ることができるように、センサアレイやプロセッ
サアレイと密に結合させて構成する。

【００２０】また、上記外部処理装置は、上記変換装置
にて生成された特徴データをもとにして、制御装置を駆
動するための制御信号を生成するものである。ここで、
外部処理装置に入力される特徴データ、および外部処理
装置から出力される制御信号は、ともにデータ量が少な
いデータである。このため、センサアレイやプロセッサ
アレイが構成されているＬＳＩとは別個に外部処理装置
を構成しても、高速視覚フィードバック装置全体の性能
が低下することはない。したがって、外部処理装置は、
センサアレイやプロセッサアレイと同じＬＳＩ上に構成
しても、このＬＳＩとは別個に構成してもよい。

【００２１】また、上記制御装置は、上記外部処理装置
にて生成された制御信号に従って、制御対象または視覚
センサ装置自体の位置や向きを制御するものであり、生
産システムにおけるロボットの動的制御において用いら
れている高速なサンプリング周期をもつ制御信号と同等
の高速性をもって応答することができるものを用いてい
る。

【００２２】

【作用】以下、本発明の作用について説明する。本発明
の高速視覚フィードバック装置において、視覚フィード
バックループ中にて用いられるフィードバック情報は、
センサアレイ、プロセッサアレイ、変換装置、外部処理
装置、制御装置の順で各装置に入力され、各装置におい
て所定の処理が施される。

【００２３】すなわち、センサアレイにより取り込まれ
た対象物の画像データなどから成る二次元データは、プ
ロセッサアレイを構成する複数のプロセッサにより、高
速に並列処理が施される。そして、各プロセッサにより
並列処理された二次元データは、変換装置により、対象
物自身または対象物の特定の特徴点の位置、向き、ずれ
量などを表すデータ量が少ない特徴データに変換され
る。

【００２４】次いで、変換装置にて変換された特徴デー
タは、外部処理装置に送出され、この外部処理装置によ
り、対象物の位置または高速視覚フィードバック装置自
身の向きなどを制御するための制御信号が生成される。
そして、制御装置により、対象物の位置や高速視覚フィ
ードバック装置の向きなどが上記制御信号に基づいて制
御される。

【００２５】以上のように、変換装置は、プロセッサア
レイから大量の二次元データを入力し、この二次元デー
タをデータ量が少ない特徴データへと変換した後に、こ
の特徴データを外部処理装置に送出する。このことを、
複数のセンサがＮ×Ｎの格子状に並べられてセンサアレ
イが構成されるとともに、複数のプロセッサが各々のセ
ンサに一対一に結合されてプロセッサアレイが構成され
ている場合を例にとって以下に説明する。

【００２６】まず、プロセッサアレイでは、プロセッサ
アレイを構成する各々のプロセッサにおいて局所的に、
センサアレイの各センサから出力されるデータに所定の
処理を施すことにより、各プロセッサにてデータの並列
処理を進める。そして、プロセッサアレイは、この並列
処理の結果得られるデータを変換装置に送出する。

【００２７】ところで、プロセッサアレイは、Ｎ×Ｎ個
のプロセッサの並列処理で生成されたデータの全体から
所定の特徴データを生成する機能を有していない。この
ため、プロセッサアレイから出力されるデータは、セン
サアレイから出力されるデータと同様に、Ｎ×Ｎの二次
元的な広がりをもった二次元データである。つまり、本
例においては、このＮ×Ｎの二次元的な広がりをもった
二次元データがプロセッサアレイの出力データであり、
かつ変換装置の入力データであると言える。

【００２８】このＮ×Ｎの二次元的な広がりをもった二
次元データは、そのデータ量が非常に多いデータであ
る。一方、プロセッサアレイは、その処理結果である二
次元データを外部へ高速に転送するための機能を備えて
いない。このため、プロセッサアレイにて生成した二次
元データをそのまま外部へ転送したのでは、すべてのデ
ータを転送するのに多くの時間がかかってしまう。そこ
で本発明では、プロセッサアレイで生成した二次元デー
タを外部に転送する前の段階で、変換装置を用いて大量
の二次元データをデータ量が少ない特徴データに変換し
ておくようにしている。

【００２９】この特徴データは、高速視覚フィードバッ
ク装置の使用目的に応じて、適切なものを選択する必要
がある。例えば、対象物の特定の特徴点を認識するため
の処理が行われている場合には、その特徴点が検出され
たプロセッサの出力は“１”とされ、特徴点が検出され
なかった他のプロセッサの出力は“０”とされる。この
ように、各プロセッサにおいて並列処理がなされた段階
では、これにより得られるデータは、データ量の多い二
次元データである。

【００３０】しかし、変換装置を用いて、例えば、二次
元データをＸ方向およびＹ方向の位置を示す信号に変換
することにより、対象物の特定の特徴点の位置を検出す
ることができるとともに、その特徴点の位置を示す位置
情報のデータ量を非常に少なくすることができる。

【００３１】あるいは、より単純な回路として、Ｎ×Ｎ
個の入力をもつＯＲ論理回路を変換装置として用いても
よい。この場合には、プロセッサアレイから出力されて
ＯＲ論理回路に入力されるＮ×Ｎ個のデータの中に一つ
でも“１”があれば、ＯＲ論理回路の出力は“１”とさ
れる。これにより、検出したい特徴点が対象物中に存在
しているかどうかの情報を得ることができる。

【００３２】このようにして、高速視覚フィードバック
装置全体が行う制御にとって必要な情報を、この変換装
置の部分で取り出しておく。このとき、センサアレイと
プロセッサアレイと変換装置とをそれぞれ高速に動作さ
せる。これにより、変換装置は、プロセッサアレイから
送られてくる二次元データを、データ量が少なく、かつ
無駄の少ない特徴データに高速に変換することができ
る。

【００３３】外部処理装置は、以上のようにして生成し
た特徴データを変換装置から入力する。そして、外部処
理装置は、次段の制御装置を駆動するための制御信号で
あって、生産システムにおけるロボットの動的制御など
に用いられている制御信号と同程度に高速なサンプリン
グ周期をもつ制御信号を上記特徴データに基づいて生成
し、この制御情報を制御装置へ送出する。

【００３４】制御装置は、外部処理装置から送られてく
る制御信号のサンプリング周期と同程度に高速に応答し
て動作し、対象物または高速視覚フィードバック装置自
体の位置、向きなどを制御する。

【００３５】以上のように動作する高速視覚フィードバ
ック装置において、例えば、不規則かつ高速に運動する
対象物を追従するような制御を行う場合は、変換装置
は、着目している対象物の特徴点がセンサアレイの中央
からどれだけズレているかを表すデータを特徴データと
して生成する。また、外部処理装置は、このズレを小さ
くするための信号系列を、制御装置を制御するための制
御信号として生成する。さらにまた、制御装置は、上記
制御信号に基づいて、上記ズレを小さくするように視覚
センサ装置の向きを制御する。

【００３６】また、対象物の位置決めの制御を行う場合
においては、変換装置は、対象物が目標とする位置から
どれだけズレているかを表すデータを特徴データとして
生成する。また、外部処理装置は、この位置ズレを小さ
くするための信号系列を、制御装置を制御するための制
御信号として生成する。さらにまた、制御装置は、上記
制御信号に基づいて、上記位置ズレを小さくするように
対象物の位置を調節する。

【００３７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。図１は、本発明の高速視覚フィードバック装
置の一実施例を示す図である。図１に示すように、本実
施例による高速視覚フィードバック装置は、変換装置
１、外部処理装置２、Ｘ方向制御装置３、Ｙ方向制御装
置４、センサアレイ５およびプロセッサアレイ６により
構成されている。

【００３８】ここで、センサアレイ５、プロセッサアレ
イ６および変換装置１から成る視覚センサ装置は、ＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）７に一体化されて構成されてい
る。そして、Ｘ方向制御装置３とＹ方向制御装置４とに
より、このＬＳＩ７の向きが制御されるように成されて
いる。

【００３９】また、外部処理装置２は、簡単な回路構成
によりＬＳＩ７に一体化させて構成するようにしてもよ
いし、汎用のマイクロコンピュータであってもよい。な
お、外部処理装置２をＬＳＩ７に一体化させて構成した
場合には、高速視覚フィードバック装置の実装規模を小
さくすることができる。

【００４０】図２は、センサアレイ５とプロセッサアレ
イ６の一実施例を示す模式図である。なお、このセンサ
アレイ５とプロセッサアレイ６は、従来例のところで述
べたものと同様に、処理機能の汎用性、集積化、高速性
を同時に実現することができるようにしたものである。

【００４１】図２に示すように、センサアレイ５は、複
数のセンサが横方向に５₁₁，５₁₂，…，５_1Nというよう
にＮ列並べられるとともに、縦方向に５₁₁，５₂₁，…，
５_N1というようにＮ行並べられることにより、Ｎ×Ｎの
正方格子状に並べられて構成されている。また、プロセ
ッサアレイ６は、複数のプロセッサ６₁₁，６₁₂，…，６
_NNが、上記各センサ５₁₁，５₁₂，…，５_NNに一対一に結
合されて、Ｎ×Ｎの正方格子状に並べられて構成されて
いる。

【００４２】以下に示す例では、Ｎ＝１００、つまり合
計１０，０００個のセンサが１００個×１００個の正方
格子状に並べられて、センサアレイ５が構成されている
ものとする。この例の場合、プロセッサアレイ６は、合
計１０，０００個のプロセッサが１００個×１００個の
正方格子状に並べられて構成されている。

【００４３】センサアレイ５を構成する各センサ５₁₁，
５₁₂，…，５_NNは、センシングしようとする対象物の位
置や視覚センサ装置の向きにより決定される対象物の画
像データを取り込む。そして、各々のセンサ５₁₁，
５₁₂，…，５_NNは、取り込んだ画像データを、対応する
各プロセッサ６₁₁，６₁₂，…，６_NNに送出する。

【００４４】各プロセッサ６₁₁，６₁₂，…，６_NNは、外
部から順次送り込まれてくるプログラム命令などに従っ
て、図２中において矢印で示す通信手段８を通して近傍
のプロセッサと互いに通信を行いながら、各センサ
５₁₁，５₁₂，…，５_NNより与えられる画像データに所定
の処理を施す。このようにしてプロセッサアレイ６は、
センサアレイ５より与えられる画像データなどの二次元
データを並列処理する。

【００４５】次に、本実施例による高速視覚フィードバ
ック装置の動作を、図３のフローチャートを参照しなが
ら説明する。なお、図３は、不規則かつ高速に運動する
対象物を追従するような制御を行う場合についての高速
視覚フィードバック装置の動作を示したものである。

【００４６】図３において、ステップＰ１では、対象物
の位置と視覚センサ装置の向きとにより決定される画像
データを、センサアレイ５による撮像によって取り込
む。そして、センサアレイ５は、この撮像により得た画
像データを対象物画像データとしてプロセッサアレイ６
に送出する。

【００４７】次に、ステップＰ２において、プロセッサ
アレイ６は、その構成要素である１０，０００個のプロ
セッサにより、ステップＰ１にてセンサアレイ５により
取り込まれた対象物画像データに超高速に並列処理を施
すことによって、対象物画像データの中から着目してい
る対象物のデータを高速に検出する。

【００４８】そして、プロセッサアレイ６は、このよう
にして検出した対象物データの中から、追従しようとす
る特徴点、例えば、四角形の特定の頂点などの存在分布
を表すデータを、並列処理された二次元データとして変
換装置１に送出する。つまり、１００個×１００個の正
方格子状に並べられた１０，０００個のプロセッサのう
ち、特徴点を検出したプロセッサは“１”を送出し、特
徴点を検出しなかった他のプロセッサは“０”を送出す
る。したがって、この段階で、並列処理された二次元デ
ータは、１０，０００個のデータから成っている。

【００４９】次に、ステップＰ３において、変換装置１
は、プロセッサアレイ６から送られてくる対象物の特徴
点の存在分布データをもとに、特徴点が存在する位置を
表す位置情報を特徴データとして抽出する。この場合、
四角形の頂点の位置を表す特徴データは、例えば、セン
サアレイ５の中央を基準としたＸ，Ｙ座標におけるＸ方
向およびＹ方向の位置を表す座標データになる。

【００５０】このようにして、変換装置１は、１０，０
００個のデータから成る大量の二次元データを、座標デ
ータという非常にデータ量が少ない特徴データに変換す
る処理を行う。

【００５１】なお、変換装置１では、このステップＰ３
で、複数の特徴点を抽出したのち、それらの特徴点の重
心を求める処理を行うようにしてもよい。これによって
求められる特徴データは、例えば、対象物の特徴点の重
心が一つであれば、重心のＸ方向およびＹ方向の位置を
表す２個のデータとなる。

【００５２】次に、ステップＰ４において、外部処理装
置２は、変換装置１により求められた座標データを用い
て、Ｘ方向制御装置３を駆動するためのＸ方向制御信号
と、Ｙ方向制御装置４を駆動するためのＹ方向制御信号
とを生成する。そして、外部処理装置２は、これにより
生成したＸ方向制御信号とＹ方向制御信号とを、それぞ
れＸ方向制御装置３およびＹ方向制御装置４に送出す
る。

【００５３】例えば、Ｘ方向制御装置３およびＹ方向制
御装置４が視覚センサ装置の向きを制御するためのパル
スモータで構成されている場合を考える。この場合に
は、外部処理装置２は、着目している四角形の頂点が上
述したセンサアレイ５のＸ，Ｙ座標の中央にくるよう
に、視覚センサ装置の向きのズレを補正するようなパル
ス信号をＸ方向制御装置３およびＹ方向制御装置４に次
々と送出する。

【００５４】次に、ステップＰ５において、Ｘ方向制御
装置３およびＹ方向制御装置４は、外部処理装置２から
送られてくる制御信号に従って、視覚センサ装置の向き
を調節する。そして、この調節によって、着目している
四角形の頂点がセンサアレイ５の撮像によって得られる
対象物の撮像領域の中央にくるようにする。

【００５５】上述したように、追従しようとする対象物
は不規則かつ高速に運動しているので、着目している四
角形の頂点も対象物の運動に伴って常に移動している。
したがって、ステップＰ１〜Ｐ５の処理が終わった後
は、ステップＰ６でフィードバック制御を続行すること
を確認してステップＰ１に戻り、そのときの対象物の位
置と視覚センサ装置の向きとにより決定される画像デー
タを新たに取り込んで、四角形の頂点が撮像領域の中央
にくるように、再びステップＰ１〜Ｐ５の処理を繰り返
す。

【００５６】以上のように、本実施例においては、プロ
セッサアレイ６におけるデータの超並列処理により、セ
ンサアレイ５により取り込まれた二次元データを高速に
処理するとともに、この二次元データを視覚センサ装置
の外部に転送する前に、変換装置１により二次元データ
をデータ量が少ない特徴データに変換してから転送する
ようにすることにより、大量の二次元データを外部に転
送する必要がなくなり、転送時間を短くすることができ
る。このため、全体として、視覚フィードバック装置を
高速に動作させることができる。

【００５７】高速視覚フィードバック装置の具体的な動
作速度は、その時代のＬＳＩ技術やアクチュエータ技術
によって異なるが、例えば、プロセッサアレイ６を２０
ＭＨｚのサンプリングパルスで動作させた場合には、２
０００ステップのプログラム実行命令を１００μｓ以内
に実行することが可能である。

【００５８】このとき、高速視覚フィードバック装置の
他の部分（変換装置１、外部処理装置２、Ｘ方向制御装
置３およびＹ方向制御装置４）での処理に９００μｓか
かったとしても、装置全体では、遅延時間が１ｍｓ以下
の高速なフィードバック制御を実現することができる。

【００５９】したがって、この場合、対象物が１ｍｓの
間に移動する距離が視覚センサ装置による撮像領域内に
収まるようであれば、その対象物の追従が可能である。
一方、従来のように、ビデオカメラを用いた視覚フィー
ドバック装置では、３０フレーム／秒のビデオレートで
画像が取り込まれるように成されているので、１画像当
たりの処理に３３ｍｓの時間がかかってしまう。このよ
うに、本実施例による視覚フィードバック装置の動作速
度は、この従来例に比べると非常に高速であると言え
る。

【００６０】さらに、例えば、対象物の追従を行うよう
な制御を考えた場合、本実施例ではフィードバックルー
プの繰り返し周期は１ｍｓ以内と短いため、この１ｍｓ
以内に移動する対象物のわずかな動きを即座に検出する
とともに、撮像領域の中央に対象物を即座に移動させる
ことができる。すなわち、装置の動作速度が速い分だ
け、撮像領域の中央からの対象物のズレを常に小さく保
つことができる。これにより、本実施例では、高速に運
動する対象物でも確実に追従することができるというだ
けでなく、対象物の追従を高精度に行うことができる。

【００６１】また、本実施例によれば、従来のように視
覚センサ装置における処理を高速に行うだけでなく、画
像データの取り込みから対象物の位置または視覚センサ
装置の向きの調節までのフィードバック制御全体の処理
を一貫して高速化できるようになり、画像データを利用
した視覚フィードバック装置全体を高速に動作させるこ
とができるようになる。

【００６２】また、本実施例では、視覚センサ装置とし
て、その処理速度が高速であるだけでなく処理機能の汎
用性をも有する視覚センサ装置を用いているため、視覚
フィードバック装置に必要とされる複数の画像処理、例
えば、画像データのノイズ成分の除去、エッジ検出、特
徴抽出などの処理を高速に行うことができる。

【００６３】以上のような本実施例の効果について、以
下に詳述する。一般的に、データ量を削減するためのデ
ータ圧縮技術としては、従来より次に述べるような技術
が用いられている。すなわち、このデータ圧縮技術は、
データ量の削減を行おうとするデータの全体に圧縮処理
を施したのち、この圧縮データを他の処理装置に転送す
る。その後に、上記他の処理装置において、この圧縮デ
ータに所定の処理を施すことにより必要な情報を得ると
いうものである。

【００６４】しかし、このような方法による場合は、所
定の処理により必要な情報を得る前のデータ全体を装置
の外部に転送することとなり、転送すべきデータの量を
十分に減らすことができない。

【００６５】これに対して本実施例の場合は、視覚セン
サ装置における所定の処理により必要な情報を得た後
で、上記必要とする情報のみを視覚センサ装置の外部に
転送するという構成をとっている。つまり、本実施例
は、センサアレイにより取り込まれた画像データに対し
て、上記センサアレイの各々のセンサと一対一に結合さ
せて配設した各プロセッサが所定の処理を施した後で、
必要な情報のみを外部に転送するという構成をとってい
る。

【００６６】さらに、本実施例では、上述したように、
プロセッサアレイにより生成された大量の二次元データ
を、変換装置を用いてデータ量が少ない所定の特徴デー
タに変換してから視覚センサ装置の外部に転送するよう
にしている。

【００６７】したがって、本実施例の場合には、所定の
処理の結果のうち、フィードバック制御に本当に必要な
情報のみを含んだデータ量の少ない特徴データだけを視
覚センサ装置の外部に転送することができるので、無意
味な圧縮処理を行わないようにすることができるととも
に、データの転送時間を短縮することができる。

【００６８】特に、センサアレイとプロセッサアレイと
変換装置とをＬＳＩ上に一体化させて構成した場合、以
下の理由により、上述の効果はより大きなものとなる。
すなわち、一般に、ＬＳＩは、ＬＳＩの内部ではデータ
転送を非常に高速に行うことができるが、ＬＳＩの外部
では、ＬＳＩの内部に比べて低速にしかデータ転送を行
うことができないという特徴を有している。このよう
に、ＬＳＩの内外において、データの転送速度に大きな
差がある。また、データの処理速度も、ＬＳＩの内部の
方がＬＳＩの外部に比べて非常に高速である。

【００６９】したがって、上記センサアレイ、プロセッ
サアレイおよび変換装置の３つの構成要素をＬＳＩ上に
一体化させて構成した場合、大量の二次元データをＬＳ
Ｉの内部で処理することができるようになり、データの
処理速度を大幅に向上させることができる。

【００７０】さらに、この二次元データがＬＳＩの外部
に転送される前に、ＬＳＩの内部に設けられている変換
装置により、大量の二次元データをデータ量が少ない特
徴データに変換するので、データの処理や転送を高速度
で行うことができないＬＳＩの外部において、大量のデ
ータを扱わなくても済む。このため、装置全体をより高
速に動作させることができるようになる。

【００７１】これにより、以上のような構成の高速視覚
フィードバック装置を適用して、対象物を高速に追従し
ながら対象物の画像データを高速に処理したり、解析し
たりすることができるようにした装置を実現することが
できる。

【００７２】また、不規則かつ高速に運動する対象物の
追従、対象物の位置決めやその制御、および対象物の検
査などを超高速に行うことができるようにした装置を実
現することもできる。

【００７３】さらに、対象物の中から着目する部分を高
速に切り出したり、センシングの対象領域を高速に変え
たりすることにより、対象物の検査を高速に行ったり、
広範囲に渡って視覚データを捉えることができるように
した装置を実現することもできる。

【００７４】また、対象物の方ではなく視覚センサ装置
の方が不規則に運動している場合には、通常であれば、
センサアレイにより撮像される対象物の像が不規則にぶ
れてしまうため、静止した対象物の像が得られない。し
かし、本発明の高速視覚フィードバック装置を用いて対
象物を高速に追従しながら対象物の像を得るようにする
ことにより、視覚センサ装置が極めて高速に運動してい
ても、ほぼ静止した対象物の像を得ることができる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、セ
ンサアレイにより取り込まれる画像データのようなデー
タ量が多い二次元データを視覚センサ装置の外部に転送
する前に、プロセッサアレイにおけるデータの並列処理
により、上記二次元データに所定の処理を施して、高速
視覚フィードバック装置の制御目的を達成するのに必要
な情報のみを含んだデータを生成するとともに、上記生
成したデータを変換装置によりデータ量が少ない特徴デ
ータに変換し、この特徴データを視覚センサ装置の外部
に転送するようにしたので、大量の二次元データを外部
に転送する必要がなくなり、データの転送時間が短縮化
される。これにより、視覚センサ装置の外部に設けられ
ている外部処理装置や制御装置の高速性能を十分に活か
して、視覚フィードバック装置全体を高速に動作させる
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高速視覚フィードバック装置の一実施
例を示す図である。

【図２】本発明の構成要素であるセンサアレイとプロセ
ッサアレイとが一つの集積回路上に実現されている様子
を示す模式図である。

【図３】本発明の高速視覚フィードバック装置の動作の
一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１変換装置２外部処理装置３Ｘ方向制御装置４Ｙ方向制御装置５センサアレイ５₁₁〜５_NN センサ６プロセッサアレイ６₁₁〜６_NN プロセッサ７ＬＳＩ８通信手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 1/00 1/20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセンサを二次元面状に並べて構成
したセンサアレイと、上記複数のセンサの各々に一対一に結合させて配設され
た複数のプロセッサから成るプロセッサアレイと、上記プロセッサアレイにより所定の処理が施されたデー
タを変換して、データ量が少ない特徴データを生成する
変換装置と、上記変換装置から送られてくる特徴データに基づく制御
信号を生成する外部処理装置と、上記外部処理装置から送られてくる制御信号に従って、
高速視覚フィードバック装置自体の位置や向きを制御す
る制御装置とを設けたことを特徴とする高速視覚フィー
ドバック装置。
【請求項２】上記変換装置は、上記プロセッサアレイ
より入力される制御対象のデータの総和と制御対象の重
心とを検出し、この検出結果を上記特徴データとして出
力するものであることを特徴とする請求項１記載の高速
視覚フィードバック装置。
【請求項３】上記変換装置は、上記プロセッサアレイ
より入力される制御対象のデータの一部または全ての論
理和を検出し、この検出結果を上記特徴データとして出
力するものであることを特徴とする請求項１記載の高速
視覚フィードバック装置。
【請求項４】上記制御装置は、上記外部処理装置から
送られてくる制御信号に従って、制御対象の位置や向き
を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の
高速視覚フィードバック装置。