JPH0762869B2

JPH0762869B2 - パタ−ン投影による位置形状計測方法

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Publication number: JPH0762869B2
Application number: JP61048677A
Authority: JP
Inventors: 稔伊藤; 明石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS62206684A

Description

【発明の詳細な説明】（発明の属する技術分野）本発明は、パターン投影による物体の位置形状計測方法
に関するものである。

（従来の技術）物体に光を投影し、三角測量原理に基づいて物体の位置
形状を計測する代表的手法に、スポット光投影法、スリ
ット光投影法、パターン投影法がある。

スポット光投影法は、計測点が１点だけであるので全体
の形状を知るにはスポット光の２次元走査が必要であ
る。

また、スリット光投影法は、１本のスリットを物体に照
射して得られるスリット像からスリット照射部分の位置
（空間座標値）を得るものである。カメラの位置・方位
が既知であることと同時に、スリット各点及び光源位置
が既知であることが前提条件である。

物体形状を知るには、１本のスリットを走査しながら、
画面を処理する。

スリット走査は、間欠動作を行なう必要があるため、機
械的走査に長い走査時間を要する。

また、画像入出力と画像処理演算を多重に繰返すため、
長い処理時間を要する。

一方、スリット光投影法において、１枚の画像を処理す
るだけでよいように、かつ、機械的なスリット走査を不
要とするため、複数本のスリットあるいは、特殊なパタ
ーンを１回で投影し、１枚の画像の処理だけで計測を完
了する方法が従来考えられてきた。これがパターン投影
法と呼ばれているものである。

パターン投影器としてはスライドプロジェクタが使われ
る。

従来のパターン投影法では、テレビカメラにより得たパ
ターン画像の各点が、パターン原画のどの部分に相当
し、空間座標系でどの位置座標になっているかを識別す
る必要がある。

この識別のため、２種の方法が考えられていた。

１つは、パターンの色、形などに特徴をもたせてパター
ン画像とパターン原画とを直接対応付けする方法。

他のもう１つは、先ずパターン画像とパターン原画との
対応の候補を画像処理により得てから、２台目のカメラ
の画像を用いて対応の正誤判定を行なうことにより、あ
るいは、２台のカメラの画像間で対応候補を得てから、
パターン原画により対応の正誤判定を行なうことによ
り、最終的にパターン画像とパターン原画、または２枚
のパターン画像の対応を決定する方法である。

これらの方法では、パターン原画の各点の空間座標系で
の位置、及び投影レンズ中心位置が既知であることが必
要条件である。

このため、パターン原画をパターン投影する際に、パタ
ーン原画の位置を正確に校正しておかねばならない。こ
の校正は、投影パターンのカメラ画像を介して間接的に
行なう必要があるため、煩雑な作業を要し、また、高い
校正精度を得ることが困難である。

以上述べたパターン原画位置校正の問題に加え、投影レ
ンズ中心位置校正に次の問題がある。

パターンが物体上で鮮明になるように、投影レンズをし
ばしば動かす必要があり、さらにまた、ズーミングが時
には必要となる。このため、投影レンズ位置が変動し易
い。この変動の都度、投影レンズ位置校正が必要とな
る。このことは、パターン原画位置校正と同様、計測の
簡易化の大きな障害となるばかりでなく、校正誤差に伴
う空間分解能の低下と計測精度の低下を招く。

すなわち、パターン原画と投影レンズの空間座標位置を
かなりの頻度で校正する必要があり、かつその校正に
は、投影パターンのカメラ画像を使った間接的手法に頼
らざるを得ないため、高い校正精度は望めない。小さい
校正誤差であっても空間分解能、及び計測精度を著しく
低下させるため、従来手法では高い空間分解能と計測精
度を期待できない。

以上説明したように、従来のパターン投影法では、パタ
ーン原画上の各パターンエッジの空間座標系における位
置を正確に把握しておく必要があり、そのため手続きが
煩雑となり、加えて、高い分解能と精度を得ることが実
際上困難であった。

また、従来の投影法では、複数本スリットパターンが使
われ、スリットの明るい部分の中央を特徴点とし、対応
付けがなされていた。

複数のスリットパターンを用いた場合、競合する対応点
候補が複数発生し、計測分解能を高める目的でスリット
間隔を小さくすると、その発生が著しくなり、多くの偽
対応が発生した。

正しい対応点を選別するには、物体に関する多くの知識
を用いてヒューリスティックに処理する方法が考えられ
るが、処理時間が長くなり、かつ対象物体により処理内
容が異なって汎用性が劣る。

また、従来はエッジの方向を特徴量として、対応の際に
利用された例がなく、また、仮に利用するとしても、ス
リットパターンではエッジの方向が単一であるため利用
効果がない。

このように、従来のパターン構造では偽対応が多く発生
する欠点があった。

（発明の目的）本発明の目的は、パターン原画及び投影レンズの位置校
正が全く不要であり、且つ、計測効率の高いパターン投
影による位置形状計測方法を提供することにある。

（発明の構成）（発明の特徴と従来の技術との差異）本発明は、投影したパターンを３点もしくはそれ以上の
視点から観測し、得られた３枚以上の画像間で対応付け
を行なうこと、及び、パターンを、異なる複数の方向エ
ッジを有する孤立もしくは隣接した複数のパターン要素
を、その並び方向と画像間の射影直線の方向との間に角
度ずれを持たせ、射影直線上のエッジ列においてそれら
の方向が互いに異なるように配置して構成し、エッジ方
向を特徴量として対応付けを行なうことを主要な特徴と
する。

この利点は大別して次の２点である。

（ｉ）パターン原画と投影レンズの位置座標に関する校
正を全く不要としたため、従来のようなパターン原画と
投影レンズの位置座標の校正のための煩雑さと校正誤差
の影響を取除くことができる。すなわち、任意のパター
ン原画を任意の位置から投影するだけでよく、簡易とな
り、かつ精度が高い。

（ii）画像間の対応付けの計算には、従来長い処理時間
を有していたが、本方法では、基本的にエッジ方向の比
較だけで対応付けをするため、処理が簡単で処理時間が
短い。すなわち、効率的な対応付けが可能である。

（実施例）第１図は、本発明におけるパターン投影法構成図であっ
て、１〜３はテレビカメラ、４はスライドプロジェク
タ、５〜７はスライドプロジェクタ内部を示し、５はパ
ターン原画、６はランプ、７は投影レンズである。ま
た、８は計測対象物体、９は投影パターンである。但
し、テレビカメラ１〜３は３角配置されている。

第２図は、第１図に示す実施例におけるテレビカメラ1,
2,3により得られる投影されたパターン画像３枚につい
て、画像間対応点処理の原理を示す図である。

カメラ1,2及び３から得た画像をそれぞれ11,12,13とす
る。また、各カメラのレンズ中心をO_A,O_B,O_Cとする。ま
た、スライドプロジェクタ４を使って物体上に投影した
パターンの任意のエッジ点ｐの像a,b,cは夫々視線O_Ap,O
_Bp及びO_CP上にのっているため、像ｃは視線O_Ap及びO_Bp
の画像Ｃへの射影直線L₁,L₂上に存在する。すなわち、
点ｃはこの２本の射影直線の交点と一致する。

画像Ａ中の点ａに対する画像Ｂ上の対応点は、視線O_Ap
の画像Ｂへの射影直線L₃上にある。L₃上で対応点候補ｂ
を選ぶと、ａとｂの両者に同時に対応する画像Ｃ上の像
はL₁とL₂の交点ｃにならなければならない。

しかし、誤った対応点候補、例えば図中ｂ′を選ぶと、
視線O_Bb′ａの画像Ｃへの射影直線はL₄となり、ａと
ｂ′の両者に同時に対応する点はL₁とL₄の交点ｃ′とな
って正しい対応点ｃから大きくはずれる。このため、ａ
とｃ′の近傍の類似度は著しく低下し、ｂ′が誤対応で
あることを容易に判定できる。

このように２枚の画像から得られる対応点候補について
各々の視線の第３の画像への射影直線の交点（以降予測
対応点と呼ぶ）を求め、その近傍と対応点候補の類似度
を調べることにより、対応の正誤を容易に判定すること
ができる。

この例では視点を３点としたが、視点が４点以上の場合
も対応付けの原理、及び手順は全く同様である。

第３図は投影パターンの３眼画像の立体視対応点処理の
流れの実施例を示すフローチャートである。

この第３図において、14,15は画像処理の分野で一部よ
く行なわれる前処理で、この処理14は３画像のエッジ強
度・方向を検出するエッジ検出処理であり、従来種々の
方法が提案されている。

ここではロビンソン・オペレータによるエッジ検出を行
なう。また、処理15は細線化を行なって特徴点を得る細
線化処理である。そして、エッジ強度がやや大きい点す
べてにおいてエッジ方向（立体の稜の部分では稜線の方
向）に垂直な方向のエッジ強度の変化を調べ、エッジ強
度が最大となる点を特徴点（エッジ）とする。

16はテレビカメラ１の画像11の各特徴点（エッジ）につ
いて射影直線L₁,L₃の方程式、テレビカメラ２及び３の
画像12及び13の各特徴点（エッジ）についてそれぞれ投
影直線L₂及びL₅の方程式を算出する処理である。そして
処理16では、各特徴点（エッジ）について、そのエッジ
が投影直線L₃とほぼ平行（実施例では方向角度差25゜以
内のとき平行として扱った）のとき処理20に、さもなく
ば処理17に処理をふり分ける。

17はテレビカメラ１の画像11とテレビカメラ２の画像12
の初期対応付けを行なう処理であり、画像11の各特徴点
（エッジ）に対する画像12上の対応点候補を優先順位を
つけて選び出す。

そして、評価値は、エッジ方向の角度の差により表わ
す。

この値が45゜以上、あるいは、予め定めた閾値より大き
い画像12上の特徴点（エッジ）に対しては対応点候補で
はないと判定する。

ここで、この対応点候補が１つもなかった特徴点（エッ
ジ）については処理17で対応点なしとして処理を終了す
る。

18は処理17により求めた各対応点候補について、画像13
上の２本の投影直線の交点、すなわち、予測対応点を算
出する処理である。

そして、２本の投影直線 a₁I−b₁J−c₁＝０とa₂I−b₂J−c₂＝０（a₁,b₁,c₁,a₂,
b₂,c₂は定数）の交点は〔（c₁b₂−c₂b₁）／（a₁b₂−a₂b
₁），（a₂c₂−a₁c₂）／（a₁b₂−a₂b₁）〕で与えられる。

ここで、この予測対応点の周辺で画素間隔の３倍以内の
範囲にエッジ（特徴点）が存在する場合には、最も近く
にあるエッジ点を正しい予測対応点として修正する。

これはカメラ位置・パラメータの誤差や、像の歪などに
より、本来エッジにのるべき予測対応点がずれることが
あるからであり、また、整数計算による四捨五入の誤差
の蓄積によってもいずれが生じるからである。

なお、この実施例の実験結果によれば、ずれは画素間隔
の３倍以内に入っていた。

19は画像11の特徴点（エッジ）と画像13の予測対応点に
ついて評価値を求める処理である。

ここで、この評価値はエッジ方向の角度差とした。そし
て、処理23において、対応点候補のうち、評価値が閾値
以下であって、かつ最小のものを選択し、それを対応点
と決定する。

一方、20は画像12の代わりに画像13と初期対応付けを行
なう処理である。

そして、その設定値は処理17の場合と同様に、画像11の
特徴点（エッジ）及び画像13の射影直線上の特徴点（エ
ッジ）のエッジ方向を比較して求めた。この評価式はエ
ッジ方向の角度差である。これにより、画像13上の対応
点候補を選択する。

ここで、対応点候補が１つも見つからなかった特徴点
（エッジ）については処理20で対応点なしとして処理を
終了する。

21は処理18と同様に処理20により求めた画像13上の各対
応点候補について、画像12上の２本の射影直線L₃及びL₅
の交点、すなわち、予測対応点を算出する処理である。
ただし、L₅は視線O_Cpの画像12への射影直線である。

22は処理19と同様に画像11の特徴点（エッジ）及び画像
12の予測対応点のエッジ方向を比較し、評価値を求める
処理である。

そして、処理23において、対応点候補のうち、評価値が
閾値以下であり、かつ最小のものを選択し、それを対応
点とする。

ここで、もしも対応点が見つからなかった特徴点（エッ
ジ）については対応点確定処理23によって対応点なしと
して処理を終了する。

24は対応点処理の結果に基づき画像11の各特徴点（エッ
ジ）について実空間座標を求める処理である。

そして、処理25では上述の処理結果を３次元立体表示す
る。具体的には、Ｘ−Y,Y−Z,X−Ｚの透視図に変換す
る。

次に、パターンの構造について第４図を使って説明す
る。

51は円形パターン、52は８角形パターン、53はエッジ方
向を図示したものである。

円形パターンの場合には、エッジ方向は０〜360゜にわ
たり均等に分布しており、８角形パターンでは８方向成
分をもつ。一般にｎ角形ではｎ方向成分を有する。形状
は必ずしも点対称である必要はない。例えば、楕円形
や、辺の長さが異なる多角形であってもかまわない。こ
のようなパターン要素を複数配置する。

パターン像54は円を配置したものである。この配置で、
円をやや傾けて並べてあるのは次の理由による。

２画像間の初期対応付けにおいて、基準画像11における
ある任意の特徴点（エッジ）に対する画像12上の正しい
対応点をｂとする。画像12上の射影直線T₁₂が、円の並
び方向と図のように差をもっていると、エッジの方向が
一致するのはｂだけとなる。すなわち、対応点候補はた
だ１つｂである。

もし仮にT₁₂と円の並び方向が一致していると、対応点
候補は複数となる。

同様に、画像13への射影直線T₁₃上のエッジ方向が一致
するのはｂだけである。

このように、各パターンを傾けて並べることによって対
応点候補が減り、効率的な対応点処理が可能となる。

第５図は円柱に孤立した複数の円形パターンを投影し３
台のテレビカメラで観察した画像11の実例を示す説明図
である。

そして、この円柱のサイズは20mmφ×30mmであり、カメ
ラから約60cm離れて置かれている。

３台のテレビカメラの位置（X,Y,Z）は（−110,−542,51），（92,−540,−526）及び（−9,−
526,170）（単位mm）とし、また、方位角は（Ｘ軸まわ
り、Ｙ軸まわり、Ｚ軸まわり）で表わすと、各テレビカ
メラについて（−0.15,−0.13,0.01），（0.17,−0.14,−0.01），（−0.002,−0.33,−0.02）（単位ラジアン）とした。

テレビカメラのイメージ素子は例えば、ソニー製CCDカ
メラ（型名XC37）を用いている。

第６図は、第５図の３眼画像を第３図の処理の流れに基
づき処理を行ない、イメージディスプレイ装置に表示し
た実施を示す説明図で、第５図の画像の対応点処理を第
３図の処理手順によって実行して実空間座標に換算し、
イメージディスプレイ装置に表示し、ビデオプリンタで
写真をとった場合の実例である。

そして、（ａ）は処理結果を用いて、物体を真正面から
見たＸ−Ｚ投影図を示したものであり、（ｃ）は真上か
ら見たＸ−Ｙ投影図、（ｂ）は真横から見たＹ−Ｚ投影
図を示したものである。

この例に見られるように、円柱面上のパターンエッジの
対応点処理が正しく行なわれて、３次元物体を再現して
いることが明白である。

なお、最大計測誤差はX,Z軸方向が±0.3mm,Y軸方向が±
2mm程度である。そして、この誤差は対応点処理の誤り
によるものではなく、画像のサンプリング間隔による量
子化誤差である。

以上説明したように、少なくとも３台のテレビカメラで
写し出された物体上のパターン像各点を実空間座標（X,
Y,Z）に変換し記録することができる。

このため、ある基準点から物体までの距離、方向を求め
ることができ、また、物体上の各点間の位置関係から物
体の形状を確認し、物体の種類を識別することができ
る。

このように、本発明のパターン投影法は、任意のパター
ンを物体に投影し、非同一直線上の少なくとも３箇所以
上から２次元パターン画像を取得し、その画像のうち２
枚の画像間の対応付けをエッジ方向の比較により行なっ
て対応点候補を求め、基準面の特徴点及びその特徴点に
対する対応点候補から他の画像上へのそれぞれの射影直
線を求め、その射影直線の交点から上記他の画像上の対
応点の存在位置を予測し、その位置と上記基準面の特徴
点もしくは上記対応点候補との対応度合をエッジ方向の
比較により調べることにより対応点候補の正誤を判定
し、対応点を選別することによって物体の位置・形状を
計測し得るように構成されている。

第７図は、前述のパターン投影法を実施した装置の一実
施例を示すブロック図で、３眼画像間対応点処理を利用
したパターン投影による物体位置・形状計測装置の全体
の構成例を示したものである。

この第７図において、1,2,3は前述の第１図で示した３
台のテレビカメラ、26a,26b,26cはそれぞれテレビカメ
ラ1,2,3に対応し、各テレビカメラ１〜３からの映像信
号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタルコ
ンバータ（以下、A/Dコンバータと略称する）で、これ
らは画像入力部を構成している。

27はA/Dコンバータ26a〜26cの各出力を入力とし一時記
憶する画像メモリ、28はこの画像メモリ27の出力を入力
とする前処理演算回路、29はこの前処理演算回路28によ
って得られた特徴点の位置と特徴量を記録する特徴量テ
ーブルで、これらは上記画像入力部の出力を入力とし、
この画像入力部のパラメータリスト、及び特徴点を抽出
する前処理演算回路30を構成している。

31はカメラ・パラメータテーブルである。

32は前処理演算部30における特徴量テーブル29からの出
力を入力とし、カメラ・パラメータテーブル31を基にし
て射影直線パラメータを算出する演算回路、33は射影直
線パラメータ・テーブル、34は演算回路32によって得ら
れた演算結果である対応点処理結果を記録する対応点テ
ーブルで、これらは３眼対応点検出モジュール35を形成
している。

そして、この３眼対応点検出モジュール35は上記前処理
演算部30の出力を入力とし、非同一直線上の少なくとも
３箇所以上から取得した２次元画像のうち２枚の画像間
の対応付けを行なうことにより対応点候補を求め、基準
面の特徴点及びその特徴点に対する対応点候補から他の
画像上へのそれぞれの射影直線を求め、その射影直線の
交点から上記他の画像上の対応点の存在位置を予測し、
その位置と上記基準面の特徴点もしくは上記対応点候補
との対応度合を調べることにより対応点候補の正誤を判
定し、対応点を選別する対応点選別機能を実行する対応
点検出用演算部を構成している。

36はこの３眼対応点検出モジュール35における対応点テ
ーブル34の出力とカメラ・パラメータテーブル31の出力
を入力とする座標算出モジュールで、この座標算出モジ
ュール36は、上記対応点検出用演算部によって対応が得
られた特徴点を実空間座標に変換して座標を算出する座
標算出部を構成している。

37はこの座標検出モジュール36の変換結果を記録する座
標テーブル、38は座標算出モジュール36によって得られ
た変換結果を立体的に表示するグラフィックモジュー
ル、39はこのグラフィックモジュール38の出力を入力と
するグラフィックディスプレイ装置、40は結果に基づき
外部機器を制御するために設けられた外部入出力インタ
フェースである。

次にこの第７図に示す実施例の動作を第３図を参照して
説明する。

まず、スライドプロジェクタ４により物体にパターンを
投影し、３台のテレビカメラ1,2,3で得た映像信号はA/D
コンバータ26a,26b,26cによりディジタル信号に変換さ
れ、３枚以上から成る画像メモリ27に一旦記憶される。

そして、前処理演算回路28により第３図に示すエッジ検
出処理14及び細線化処理15が順次施され、特徴点の位置
と特徴量が特徴量テーブル29に記録される。ここまでの
動作は一般によくいわれる前処理演算部30の動作であ
る。

次に、求められた各特徴点についての射影直線パラメー
タを、カメラ・パラメータテーブル31を基にし、演算回
路32によって算出し、その結果を射影直線パラメータテ
ーブル33に記録する。

なお、射影直線パラメータは、予め必要な分をすべて求
めて射影直線パラメータテーブル33に記録しておく代わ
りに、次段階以降で必要になった時毎に算出してもよ
い。

続いて第３図に示した初期対応付け処理17から対応点選
択決定処理23までを演算回路32で行なう。この処理では
必要に応じ画像メモリ17や特徴量テーブル29を参照し、
また、対応点テーブル34に途中結果の記録あるいは読出
しを行なう。そして、処理終了後、対応点テーブル34を
調べれば対応点決定までの履歴が１目で分かる。

次に、対応点が得られた特徴点は座標算出モジュール36
により実空間座標に変換され、その結果が座標テーブル
37に記録される。

また、この座標算出モジュール36によって実空間座標に
変換された結果は、グラフィック・モジュール38により
物体の透視図や概観図に変換され色付けされた後、グラ
フィックディスプレイ装置39により立体表示される。

また、座標算出モジュール36によって得られた物体座標
データは外部入出力インタフェース40を通して外部機器
制御に利用される。

このように、本発明によるパターン投影法を用いると、
上のパターン物体を３台のテレビカメラで観測し、３画
像間対応点処理により物体の各点の実空間座標を求め、
立体表示することができる。

第８図は、本発明の立体ロボットへの応用例を示す構成
図である。

この第８図において、1,2,3は前述したテレビカメラ、
４はスライドプロジェクタ、10は対象物体（物体）であ
る。そして、41は第７図で例示したパターン投影法によ
る物体位置・形状計測装置、40はこの物体位置・形状計
測装置41に含まれる前述の外部入出力インタフェース、
42はシステム主制御装置、43はこのシステム主制御装置
42によって制御されるロボットコントローラ、44はこの
ロボットコントローラ43によって制御されるロボット
体、45はロボットアームである。

次にこの第８図に示す応用例の動作を説明する。

まず、スライドプロジェクタ４を点灯し、物体10にパタ
ーンを投影する。テレビカメラ1,2,3により物体10上の
パターン像の画像信号が得られ、その画像信号は物体位
置・形状計測装置41に入力し、物体10のパターンエッジ
各点の座標が得られると共に３次元表示される。そし
て、システム主制御装置42では物体位置・形状計測装置
41から外部入出力インタフェース40を経由して伝達され
た物体座標データに基づき、ロボットアーム45を物体位
置に移動するための移動量、方向及び軌跡を算出する。
また、物体10をつかむ際の指の方向及び指の間隔を算出
する。

次に、ロボットコントローラ43において、ロボット本体
44の移動量に対応した各ジョイントの駆動モータ（図示
せず）の回転数と速度、アームを駆動するジョイントの
モーター回転数と速度を算出し、各ジョイント駆動信号
を発生する。

一方、物体位置・形状計測装置41ではパターン像を使っ
て常時物体10の位置・形状を観測し、物体10が移動また
は変形したり、障害物が入ったりすると、システム主制
御装置42でロボット本体44の動きの変更指令を発する。

また、物体位置・形状計測装置41ではロボットアーム45
が物体10に接近した時、ロボットアーム45の位置及び方
向も認識できるので、物体10とロボットアーム45の位置
関係が求められる。

この位置関係に基づき、システム主制御装置42ではロボ
ットアーム45の細かい動作を決定し、ロボットコントロ
ーラ43に指令を与えることができる。

そして、この第８図に示す応用例においては、任意の物
体が任意の位置に置かれたとき、任意のパターンを投影
して物体の位置と形状を視覚認識し、その結果に基づき
ロボットアーム45を移動して物体をつかみ上げ、所定位
置に運ぶという自立的な動作をさせることができる。

また、物体10はシステムの応答速度以内であれば移動し
ていても、その動きを追ってロボットアーム45でつかみ
上げてしまうことができる。

なお、本発明の実施例においては、３眼画像を用いた場
合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、４眼以上の画像を用い、３眼画像により
求めた対応点候補について第４目眼以降の画像により上
記の方法と同様の検証を行なうことによって、さらに処
理の正確さを高めることができる。

また、本発明の実施例においては、初期対応点処理によ
りエッジ方向の角度差、すなわち評価値が低い、つま
り、類似度（あるいは対応度）が高い対応点候補を予め
複数個選択した後、各対応点候補について第３の画像と
の対応を調べ正誤判定する処理を行なう場合を例にとっ
て説明したが、類似パターンが多く含まれることなどの
ため、上記数個の対応点候補の中に正しい対応点が入ら
ない場合が生じる可能性がある。

このような場合、あるいはその恐れがある場合には、射
影直線に沿って閾値以下の評価値を持つ点を探し、それ
が見つかり次第、第３の画像との対応を調べ、正誤判定
するという手順を併用することにより、正誤判定の精度
を高め、類似パターンの中から正しい対応点を検出する
ことができる。

また、本発明の実施例では、テレビカメラの画像を用い
る場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、スチールカメラ、超音波などにより
得た写真を用いることも可能であり、画像入力手段の種
類は問わない。

すなわち、画像入力の際の観測位置・方向などのパラメ
ータが明らかであれば、画像入力手段に特別の条件が与
えられるものではない。

また、実施例ではパターンが複数の円形パターン要素で
構成した場合について説明したが、複数のエッジ方向を
有するパターン要素で構成した他のパターンであっても
よい。

（発明の効果）以上説明したように、投影されたパターンを３点もしく
はそれ以上の視点から観測し、得られた画像間で対応点
処理を行なう方法であるから、従来の方法では必要であ
ってパターン原画と投影レンズの位置、及びパターン構
造に関する情報は全く不要となる。

すなわち、パターン投影器に任意のパターン原画を入
れ、任意の位置から任意方向でパターン投影するだけで
よい。

パターン像の処理には、カメラパラメータだけを使い、
使用するカメラパラメータの校正については簡易で高精
度に行なう方法が確立されているので、誤差要因は画像
の標本化による量子化誤差だけとなって、精度の高い物
体の位置形状計測が可能である。

また、パターンを構成するパターン要素の並び方向を、
射影直線方向とずらすことにより、等しいエッジ方向を
持つ競合する対応点候補の発生を大幅に抑えることがで
きる。

このため、対応点処理が簡単で処理時間が短い。また、
偽対応の発生をさけることができる。

パターン原画としては、実施例ではスライド写真を用い
たが、液晶やPLZT等、光学パターン素子であればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるパターン投影法構成図、第２図は画像間対応点処理の原理図、第３図は立体視対応点処理の流れの実施例を示すフロー
チャート、第４図はパターン構造説明図、第５図は円形パターン投影画像の実施、第６図は計測例、第７図はパターン投影法を実施した装置の一実施例を示
すブロック図、第８図は本発明の自立ロボットへの応用例である。１〜３……テレビカメラ、４……スライドプロジェクタ、５……パターン原画、６……ランプ、７……投影レンズ、８……計測対象物体、９……投影パターン、11〜13……テレビ画像、 14〜25……第３図のフローチャート中に記された各部の
機能、 26a,26b,26c……A/Dコンバータ、 27……画像メモリ、28……前処理演算回路、 29……特徴量テーブル、30……前処理演算部、 31……カメラ・パラメータテーブル、 32……演算回路、 33……射影直線パラメータテーブル、 34……対応点テーブル、 35……３眼対応点検出モジュール、 36……座標算出モジュール、 37……座標テーブル、 38……グラフィックモジュール、 39……グラフィックデイスプレイ装置 40……外部入出力インタフェース、 41……物体位置・形状計測装置、 42……システム主制御装置、 43……ロボットコントローラ、 44……ロボット本体、45……ロボットアーム、 51……円形パターン、52……８角形パターン、 53……エッジ方向、54……パターン像。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エッジをパターン要素とするパターンを物
体に投影し、非同一直線上の少なくとも３箇所以上から
前記パターンの２次元画像を取得し、その画像のうち２
枚の画像間のエッジの対応付けを行なって対応点候補を
求め、基準画のエッジ及びそのエッジに対応する候補エ
ッジから第３の画像上へのそれぞれの射影直線を求め、
その射影直線の交点から前記第３の画像上の対応するエ
ッジの存在位置を予測し、その位置のエッジと前記基準
画のエッジもしくは前記候補エッジとの類似度を比較し
て前記候補エッジの正誤を判定し、候補エッジを選別す
ることによって画像間の対応関係を求め、物体の位置形
状を計測するパターン投影による位置形状計測方法にお
いて、異なる複数のエッジ方向を有する孤立もしくは隣接した
複数のパターン要素からなり、パターン要素の並び方向
と画像間の射影直線の方向との間に角度ずれを有し、射
影直線上のエッジ列において、それらのエッジ方向が互
いに異なるように構成されたパターンを投影することを
特徴とするパターン投影による位置形状計測方法。