JPH08304042A - 物体形状認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ発光部及び受光部を有し、スリット光
を照射して物体表面をスキャンするレンジファインダを
用いて物体の形状を認識する。 【構成】 レーザダイオード１２及びシリンドリカルレ
ンズ１４でスリット光を物体に照射し、その反射光を受
光レンズ１６及びＣＣＤ素子１８にて受光し、物体まで
の距離データを取得する。反射スリット光像から物体の
エッジを抽出し、同種類のエッジ毎にグループ化する。
さらに、エッジが近接して存在しているか否かにより、
同一面を形成するか否かを判定する。抽出された複数の
面に対し、エッジがのる平面を考え、同一エッジ面にの
る複数の面を同一物体に属する面として、その物体の形
状を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体形状認識装置、特に
レーザ発光器と受光器を有し、表面をスキャンして三次
元物体の形状を認識する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ発光器と受光器を備
え、物体にスリット状のレーザ光を照射してスキャン
し、その反射光を受光器にて受光し物体の各点までの距
離を算出し、非接触で三次元物体の表面形状を測定する
技術が知られている。例えば、特開平５−３２２５３４
号公報に開示された物品の表面形状測定方法及び表面形
状測定装置には、レーザ発振器から照射されたレーザ光
の反射光をその照射面から角度θずれた方向からカメラ
で捕らえ、反射光がカメラの画像の中心に位置するよう
に測定ヘッドを駆動し、この測定ヘッドの移動軌跡から
物体の表面形状を求める技術が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術においては、対象物の形状データを予め把握し、
前記形状データに対する物体の形状の差異を認識してい
るため、予め形状データがない任意の物体について認識
することができない問題がある。

【０００４】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、レーザ発光器と受光
器からなる測定ヘッド（レンジファインダ）を用いて任
意の三次元物体形状を認識することができる物体形状認
識装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、物体にスリット光を照射し走査する照射
手段と、前記物体からの反射スリット光を受光する受光
手段と、この受光手段からの検出信号に基づき物体の形
状を認識する処理手段と、を有する物体形状認識装置で
あって、前記処理手段は、前記反射スリット光に含まれ
る前記物体の複数のエッジを検出するエッジ検出手段
と、検出されたエッジの種類を判別し、同種類毎にグル
ープ化する識別手段と、同一グループ内のエッジ群が同
一面上に存在するか否かを判定する平面判定手段とを有
することを特徴とする。

【０００６】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記処理手段内の前記判定手段が、同一グループ内
のエッジ群が互いに距離的に近接しているか否かにより
同一面上か否かを判定することを特徴とする また、上記目的を達成するために、本発明は、前記処理
手段内の前記判定手段が、同一グループ内のエッジ群の
各々を端点とする前記反射スリット光の像である線分群
が類似形状であるか否かにより同一面上か否かを判定す
ることを特徴とする。

【０００７】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記処理手段が、さらに、前記判定手段で同一面上
にないと判定された場合に、前記同一グループ内のエッ
ジ群を所定境界で分割し、分割された各エッジ群毎が同
一面上にあるか否かを判定する第２判定手段とを有する
ことを特徴とする。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記処理手段が、さらに、前記同一面上のエッジ群
から形成される直線または曲線の曲率を算出し、変曲点
が存在する場合に前記同一面をこの変曲点で分割する面
分割手段とを有することを特徴とする。

【０００９】さらに、上記目的を達成するために、本発
明は、前記処理手段が、同一面が複数存在する場合に、
これらの面のエッジ群が共通の平面上に存在するか否か
を判定することにより前記物体を構成する面を認識する
認識手段とを有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は、スリット光を物体に照射すると、そ
の物体の輪郭に応じて受光器で検出される反射スリット
光の像にエッジが生じることを利用し、このエッジの種
類を分類することにより物体を構成する各面を認識す
る。そして、複数の面から構成される物体の各面のエッ
ジは共通の性質を有すると考えられるので、同一種類の
エッジをグループ化し、さらに同一面を形成する否かに
より、物体を構成する面を確実に認識することができ
る。なお、エッジのグループ化は、そのエッジを端点と
するスリット光像の線分をグループ化することに等し
く、このような線分のグループ化で面を構成できる。

【００１１】ここで、複数のエッジが同一面上に存在す
るか否かを判定するに際しては、これら同種類のエッジ
群が互いに近接した位置に存在するか否か、あるいはそ
のエッジを有する反射スリット光の像である線分が類似
の形状、すなわち直線か曲線か、直線であればその傾き
がほぼ等しいか否かにより判定される。同一面のエッジ
はそれぞれ近接して存在し、かつその面を構成する線分
は共通の性質を有していると考えられるので、このよう
な判定基準を用いることにより同一面か否かを認識でき
る。

【００１２】また、本発明においては検出されたエッジ
群（言い換えるならばそれを端点とする線分群）が同一
面上にないと判定された場合に、それらのエッジ群が異
なる２つの物体のエッジ群である可能性があることに鑑
み、エッジ群を所定境界、例えばエッジ群を半分ずつに
分割し、分割されたそれぞれのエッジ群で同一面上にあ
るか否かを判定する。これにより、異なる２つの物体が
存在する場合でも、各物体毎にその物体を構成する面を
認識することができる。

【００１３】なお、このように所定境界でエッジ群を分
割する場合、その境界が必ずしも物体間の境界に対応す
るとは限らないので、分割された２つのエッジ群のう
ち、一方は同一面内にあると判定されるものの、他方は
同一面内にないと判定される場合が生ずる。このような
場合には、同一面内にないと判定されたエッジ群をさら
に分割し、同一面内にあるか否かを判定して、異なる物
体間の境界を確実に検出する。

【００１４】また、本発明においては物体が複数個あ
り、しかもそれらの物体の面が同一面内にあると判定さ
れる場合（例えば高さの等しい２つの物体の上面）を考
慮し、同一面上のエッジ群を結んで形成される直線また
は曲線の曲率を算出し、変曲点が存在するか否かを判定
する。変曲点が存在する場合には、エッジ群に連続性が
ない、すなわち物体間の境界であると判定することがで
き、異なる物体の面であるにもかかわらず同一物体の面
であると誤認識することを防止できる。

【００１５】なお、一般に三次元物体を構成する面は複
数存在するので、このようにして検出された面も複数個
存在することになる。そこで、本発明においてはこれら
の面のエッジ群がある共通の平面上に存在するか否かに
よりこれら複数の面が同一物体に属するか否かを判定す
る。これにより、認識すべき物体が複数存在する場合に
も、各物体毎にその物体を構成する面を認識でき、認識
した面の形状からその物体の三次元形状を認識できる。

【００１６】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。

【００１７】図１には本実施例におけるレンジファイン
ダの構成が示されている。本実施例におけるレンジファ
インダ１０はレーザダイオード１２及びシリンドリカル
レンズ１４からなる照射部と受光レンズ１６及びＣＣＤ
素子１８からなる受光部を一組として構成され、これら
照射部及び受光部はスキャン用モータ２０にて鉛直軸回
りに回転する構成である。なお、シリンドリカルレンズ
１４はレーザダイオード１２から射出したビーム状のレ
ーザ光をスリット光に変換するためのものであり、スキ
ャン用モータ２０により回転駆動されることにより、こ
のスリット光は物体表面を順次スキャンすることにな
る。

【００１８】図２は本実施例の構成ブロック図であり、
処理マイクロコンピュータ（処理マイコン）２２からレ
ーザダイオード駆動回路２４に駆動指令が供給され、こ
の指令に基づきレーザダイオード駆動回路２４がパルス
レーザダイオード１２に駆動電流を供給してレーザ光を
射出する。上述したように、このレーザ光はシリンドリ
カルレンズ１４にてスリット光に変換され、物体に照射
される。一方、物体に照射されたスリット光の反射光、
すなわち反射スリット光はＣＣＤ１８にて受光され、映
像信号としてＣＤＤ駆動回路２６に出力される。ＣＣＤ
駆動回路２６はこの映像信号に基づきレーザダイオード
駆動回路２４に対し発光タイミングを出力してスリット
光の発光タイミングを制御すると共に、物体の形状を認
識すべく映像信号を処理マイコン２２に出力する。ま
た、処理マイコン２２はスキャンモータ駆動回路２８に
駆動指令を出力し、スキャンモータ駆動回路２８はこの
駆動指令に基づき駆動信号をスキャン用ステップモータ
２０に供給してモータを駆動し、スリット光のスキャン
を行う。なお、レーザダイオード１２の発光タイミング
はＣＣＤ駆動回路２６の垂直同期信号に基づいて決定さ
れる。

【００１９】図３には物体として中空円柱が存在する場
合の処理マイコン２２に出力される映像信号、すなわち
ＣＣＤ１８にて受光される反射スリット光の一例が示さ
れている。図３において、各線分は１つの反射スリット
光に対応しており、図３においてはこれらを１つの画像
内に重畳して表現しており、図中ｙ方向が奥行き方向に
対応する。

【００２０】図４には図３に示された複数の反射スリッ
ト光像のうち、ある１つの反射スリット光像を抽出した
ものであり、物体が中空円柱の場合、１つのスリット光
はレンジファインダに対して手前側にある面（図４
（Ｂ）のａ）と奥側にある面のうちの内面（図４（Ｂ）
のｂ）にそれぞれ対応する２つの線分に分割されること
になる。従って、これら線分のエッジは図に示すように
４つ存在し、レンジファインダに対して奥側にある内面
ｂに対応する線分のエッジが図中ア，イであり、レンジ
ファインダに対して手前側にある面ａに対応する線分の
エッジがウ，エである。

【００２１】本実施例においては、このように反射スリ
ット光像を表す線分の端点であるエッジに着目し、この
エッジを識別することにより物体を構成する面を認識す
る。

【００２２】図５には直方体及び中空円柱が積層されて
いる場合のスリット光に生ずる各エッジが示されてい
る。説明の都合上、ここでは各エッジに対し以下のよう
な名称を付することとする。

【００２３】ｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジ：物体をレン
ジファインダ方向から見たときの輪郭線 ｏｃｃｌｕｄｅｄエッジ ：レンジファインダ側手前
に位置する物体にスリット光が遮蔽されて生ずるエッジ 凹ルーフエッジ ：視点からの屈折点であ
り、距離値の変化が山型となるエッジ 凸ルーフエッジ ：視点からの屈折点であ
り、距離値の変化が谷型となるエッジ フレームエッジ ：画像のフレームにより隠
されるために生ずるエッジ 本実施例においては、このように５種類のエッジを想定
し、検出されたエッジがこれら５種類のエッジのうちど
のエッジに属するかを識別することにより面の認識を行
っている。

【００２４】以下、フローチャートに基づき処理マイコ
ン２２にて行われる物体形状認識処理を詳細に説明す
る。

【００２５】全体処理 図６には本実施例における処理マイコン２２の全体処理
フローチャートが示されている。処理マイコン２２は、
まずＣＣＤ素子１８からデータを取得し（Ｓ１０１）、
反射スリット光に含まれるエッジを検出することにより
反射レーザ光像を線分に分割する（Ｓ１０２）。そし
て、これら互いに分割した線分をエッジの種類に基づき
統合し（Ｓ１０３）、同一面を抽出する。そして、この
ようにして抽出された面をさらに分割ないし統合し（Ｓ
１０４）、最終的にこれら面に基づき立体を認識する
（Ｓ１０５）。以下、これらの各処理につき順に詳細に
説明する。

【００２６】データ取得処理 図７にはデータ取得処理（Ｓ１０１）の処理フローチャ
ートが示されている。まず、反射スリット光像の番号ｎ
を０にリセットし（Ｓ１０１１）、処理マイコン２２は
ＣＣＤ素子１８から画像データを取り込む（Ｓ１０１
２）。そして、この反射スリット光像の各画素毎にその
三次元座標を算出し、メモリに記憶する（Ｓ１０１
３）。次に、処理マイコン２２はスキャンモータ駆動回
路２８に駆動指令を出力してスキャン用モータ２０を１
ステップ回転させ（Ｓ１０１４）、反射スリット光像の
番号ｎを１だけインクリメントする（Ｓ１０１５）。そ
して、この反射スリット光像の番号ｎがスリット総本数
Ｎに達したか否かを判定し（Ｓ１０１６）、達していな
い場合、すなわちいまだスキャンが完了していない場合
には、上述した処理を繰り返す。一方、スキャンが完了
してスリットの総本数Ｎに達した場合には、画像データ
取り込み処理を終了する。このようにして、スキャンし
た全ての反射スリット光像（総数Ｎ本）についてその三
次元位置座標が記憶されることになる。

【００２７】線分分割処理 図８には線分分割処理（Ｓ１０２）の処理フローチャー
トが示されている。この線分分割処理は、上述したよう
に反射スリット光像に含まれるエッジを検出するもので
ある。すなわち、まず反射スリット光像の番号（以下、
これをスリット番号という）ｎを０にリセットし（Ｓ１
０２１）、スリットｎのデータについてエッジを検出
し、このエッジにより線分分割を行う（Ｓ１０２２）。
このエッジは、反射スリット光像の不連続点として検出
することができる。そして、スリット線ｎのデータにつ
いてエッジ検出が終了した後、スリット番号ｎを１だけ
インクリメントし（Ｓ１０２３）、再びｎがスリット総
本数Ｎに達したか否かが判定される（Ｓ１０２４）。Ｎ
に達していない場合には、上述した処理を繰り返し、全
てのスリット光像に対してエッジを検出し、線分に分割
する。なお、フローチャートには示していないが、検出
されたエッジ及び分割された各線分には順次番号が付さ
れてその距離データと共にメモリに記憶され、後述する
判別処理に供される。

【００２８】線分統合処理 図９〜図１１には線分統合処理（Ｓ１０３）の処理フロ
ーチャートが示されている。この線分統合処理において
は、線分分割処理（Ｓ１０２）にて検出されたエッジが
同種類のものであるか否か、及び同種類である場合にそ
れらの距離が小さく近接した位置に存在するか否か、さ
らにはそれらのエッジを端点とする線分が類似形状を有
するか否かにより、同一面を形成するであろうエッジ群
を抽出して線分を統合する。

【００２９】図９において、まずスリット番号ｎを０に
リセットし（Ｓ１０３１）、スリット番号ｎのｉ番目の
線分及びそのスリットｎに隣接するスリットｎ＋１のｊ
番目の線分を全てリセットする（Ｓ１０３２，Ｓ１０３
３）。そして、線分ｊ、すなわち着目しているスリット
ｎの次のスリットｎ＋１における線分ｊがすでに面に登
録されているかが判定される（Ｓ１０３４）。線分ｊが
未だ登録されていない場合には、着目しているスリット
ｎのｉ番目の線分のうち、上端に位置するエッジがｏｃ
ｃｌｕｄｉｎｇエッジかルーフエッジかを判定する（Ｓ
１０３５）。なお、ｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジとは、図
５におけるのエッジであり、ルーフエッジとは図５に
おける（凹ルーフエッジ）又は（凸ルーフエッジ）
のエッジである。スリットｎのｉ番目の線分の上端エッ
ジがｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジ又はルーフエッジである
場合には、次に隣接したスリットｎ＋１のｊ番目の線分
の上端エッジが同様にｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジかルー
フエッジかを判定する（Ｓ１０３６）。隣接するスリッ
トｎ＋１のｊ番目の線分の上端エッジもｏｃｃｌｕｄｉ
ｎｇエッジ又はルーフエッジである場合には、これらｉ
番目の線分の上端エッジとｊ番目の線分の上端エッジが
同種類、すなわち共にｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジである
か又は共にルーフエッジであるか否かを判定する（Ｓ１
０３７）。隣接するエッジが同種類である場合には、さ
らにこれらのエッジの距離がしきい値以下であるか否か
を判定して近接位置に存在するか否かを判定する（Ｓ１
０３８）。

【００３０】隣接するエッジが同種類であり、かつ、エ
ッジ間の距離がしきい値以下で近接している場合には、
次に図１０に示されるようにこれらのエッジを上端エッ
ジとするｉ線分及びｊ線分が類似しているか否かを判定
する。この判定は、まずｉ線分及びｊ線分が共に直線で
あるか否かを判定し（Ｓ１０３９）、直線である場合に
はそのパラメータ、すなわちその傾きが同一であるか否
かを判定する。一方、ｉ線分及びｊ線分が共に曲線であ
る場合には、その曲率がほぼ同一であるか否かにより行
われる（Ｓ１０４０，Ｓ１０５８）。ｉ線分及びｊ線分
の形状が類似している場合には、上端エッジの処理を終
了し、次に下端エッジについて同様の処理を行う（１０
４１〜Ｓ１０４４）。そして、下端エッジについても処
理を行った結果、隣接するエッジの種類が同じであり、
距離がしきい値以下である場合には、線分ｉが既に面に
登録されているか否かを判定した後（Ｓ１０４５）線分
ｉ及びｊを新たな面として登録する（Ｓ１０５９）。な
お、線分ｉがすでに面に登録されている場合には、その
線分ｉと同一グループに属するとして、線分ｊを同じ面
に登録する（Ｓ１０４６）。Ｓ１０３５及びＳ１０３６
でｉ，ｊ線分の上端エッジがｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジ
又はルーフエッジでないと判定された場合は、図１１に
示すように下端エッジについて同様の処理を行う（Ｓ１
０４７〜Ｓ１０６１）。

【００３１】なお、上端エッジ又は下端エッジが同種類
でないと判定された場合には、線分番号ｉ、ｊを１ずつ
インクリメントして同様な処理を行い、全てのスリット
番号ｎについて上端及び下端エッジの種類、距離及び線
分の形状を判定し、面に登録していく。

【００３２】このような線分統合処理により、同一種類
でかつ近接したエッジを有する類似形状の線分は同一面
として登録されることになる。

【００３３】面分割／統合処理 図１２〜図１４には面分割／統合処理（Ｓ１０４）のフ
ローチャートが示されている。上述した線分統合処理に
おいては、基本的には近接した同種類の線分を統合して
面を形成したのみであるため、実際には異なる２つの近
接物体に属する２つの面を単一の面として登録してしま
う不具合が生ずる可能性がある。本処理は、このように
本来同一面ではない面を異なる面として分割する処理で
ある。図１２において、上述した線分統合処理により登
録された面に対し順次番号を付し、その面番号ｎをリセ
ットして最初の面から処理を開始する（Ｓ１０７１）。
そして、その面ｎの上端エッジがｏｃｃｌｕｄｉｎｇエ
ッジかルーフエッジかを判定し（Ｓ１０７２）、ｏｃｃ
ｌｕｄｉｎｇエッジ又はルーフエッジである場合には、
その面の上端エッジ群を最小自乗法による直線に当ては
める処理を行い（Ｓ１０７３）、上端エッジ群のその直
線に対する自乗誤差がしきい値以下であるか否かを判定
する（Ｓ１０７４）。上端エッジ群の自乗誤差がしきい
値以下である場合には、各上端エッジがほぼその直線上
にのることになるので、その直線パラメータを記録し
（Ｓ１０８３）、この直線上に上端エッジを有し、かつ
線分形状が同じ線分を面として統合する（Ｓ１０８
４）。従って、この場合には面番号ｎの面は初期値どお
り同一面として再登録されることになる。一方、最小自
乗法による直線からの自乗誤差がしきい値以上、すなわ
ち上端エッジ群が直線上にないと判定された場合には、
次にこれら上端エッジを最小自乗法により算出された平
面上にのるか否かを判定する（Ｓ１０７５）。上述した
ように、各上端エッジは三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を有
しており、これら三次元位置座標を用いて算出された面
に対する自乗誤差がしきい値以下である場合には、これ
ら上端エッジが同一平面上にあると判定できるので、そ
の平面パラメータを記録し、この平面上に上端エッジを
有し、かつ線分形状が同じ線分を面として統合する（Ｓ
１０７６，Ｓ１０７７，Ｓ１０７８）。このように、上
端エッジが同一平面上にあるか否かを判定することによ
り、例えば図１５に示されるようにその法線ベクトルが
平行でない２つの異なる物体が存在する場合において
も、各上端エッジ群がこれらの点から推定した平面上に
のるか否かを判定し、のらないと判定された場合には１
つの面として統合されないので、異なる２つの物体の面
を確実に分割することができる。なお、図１５（Ｂ）は
図１５（Ａ）を横から見た図であり、実線は最小自乗法
により算出された面を示している。この場合、エッジ群
は同一面上にないと判定されることになる。

【００３４】そして、上端エッジ群が同一平面上にある
と判定されて１つの面に統合された場合、さらにこれら
の面を分割処理すべく図１３の処理に移行する。この図
１３の処理においては、同一平面上に異なる物体の面が
複数存在する場合、これらの面を互いに分割するための
処理である。このため、まずエッジ平面上でエッジ群が
形成する曲線の曲率を算出し（Ｓ１０７９）、この曲率
に変曲点が存在するか否かを判定する（Ｓ１０８０）。
そして、変曲点が存在する場合には、この面を検出され
た変曲点で分割し（Ｓ１０８１）、再びＳ１０７２以降
の処理に移行して分割された各エッジ群に対して同様の
処理を繰り返す（Ｓ１０８１）。一方、変曲点が存在し
ない場合には、その曲率データを記録し（Ｓ１０８
７）、次の面ｎ＋１に移行する（Ｓ１０８６）。図１６
には、このように同一面と判定された面を曲率の変曲点
でさらに分割する例が示されており、レンジファインダ
に対して高さの同じ２つの円柱が互いに接して横に存在
する場合の上端エッジ群で形成される同一面の平面図を
示している。このように、変曲点で分割することによ
り、異なる物体の面を確実に分離することができる。ま
た、図１７には、レンジファインダに対して高さの同じ
２つの円柱が前後に存在する場合の例であり、図１７
（Ａ）に示されるように同一面上には上端エッジ群で形
成される２つの楕円面が抽出される。これら上端エッジ
群で形成される曲線の曲率をＳ１０７９で計算するに際
しては、図１７（Ｂ）に示されるような曲率群と図１７
（Ｃ）に示されるような曲率群の２つが考えられる（図
中左端から計算を進めるものとする）。このように、曲
率計算において変曲点が存在しない場合（Ｂ）と変曲点
が存在する場合（Ｃ）の２種類が存在する場合には、変
曲点が存在する（Ｃ）の場合は不自然であるとして、処
理マイコン２２は図１７（Ｂ）に示される曲率を採用す
る。従って、Ｓ１０８０の処理としては、この場合変曲
点がないものと判定され、図１７（Ｂ）の配列に従って
その曲率データが記録される。このように、エッジのグ
ループを変曲点で区別することにより、異なる２つの物
体の輪郭線が距離的に連続している場合（図１６）及び
ｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジが分岐している場合（図１
７）のいずれの場合でも、本来異なる物体に属する面を
確実に２つに分離することが可能となる。

【００３５】以上述べた処理は上端エッジ群が全て同一
平面上にのる場合の処理であるが、Ｓ１０７６にて自乗
誤差がしきい値以上であると判定される場合、すなわち
上端エッジ群が同一平面上にないと判定された場合に
は、図１４に示されるように、面をＸ方向で２分割する
処理に移行する（Ｓ１０８２）。面をＸ方向で２分割す
る処理は、エッジ群をまず所定境界で２つに分割し、分
割された各々のエッジ群について再び同一平面上にのる
か否かを判定する処理である。すなわち、まず処理マイ
コン２２は同一平面上にないと判定された上端エッジ群
に対し、そのエッジ群の中間で２分割する。例えば上端
エッジ群が１〜２０まで番号が付された２０個の上端エ
ッジから構成される場合には、１から１０までのエッジ
群と１１から２０までのエッジ群に２分割する。図１８
（Ａ）には、このようにして２分割されたエッジ群の様
子が示されており、分割されたそれぞれのエッジ群に対
し、最小自乗法を用いて同一平面上にあるか否かを判定
する（Ｓ１１１１）。すなわち、まず分割された一方の
エッジ群１〜１０の最小自乗法により形成される面上
にこれらのエッジ群が位置するか否かを判定し、自乗誤
差がしきい値以下で平面上にあると判定された場合に
は、次に他のエッジ群１１〜２０で構成される面の自
乗誤差がしきい値以下であるか否かを判定する（Ｓ１１
１２，Ｓ１１１３）。面及び面の自乗誤差が共にし
きい値以下であり、分割されたエッジ群１〜１０と１１
〜２０がそれぞれの面上に存在すると判定された場合に
は、次に面の自乗誤差と面の自乗誤差の大小比較を
行う（Ｓ１１１４）。面の自乗誤差が面の自乗誤差
より小さい場合、すなわち一方のエッジ群の方が他方の
エッジ群より同一平面上にあると判定された場合には、
最初にこの面の平面パラメータを記録し（Ｓ１１１
５）、面平面上にエッジを有しかつ線分形状が同じ線
分を面に統合する（Ｓ１１１６）。また、残りの面の
平面パラメータも記録し（Ｓ１１１７）、同様に面平
面上にエッジを有しかつ線分形状が同じ線分を面に統合
する（Ｓ１１１８）。なお、Ｓ１１１４にて面の自乗
誤差が面の自乗誤差より大なる場合には、面を統合
した後、面の統合を行う（Ｓ１１２４〜Ｓ１１２
７）。

【００３６】但し、このように１回の分割処理で面、
面共にその自乗誤差がしきい値以下である場合とは、
上端エッジ群のほぼ中間でちょうど異なる物体の面が分
割される場合であり、このような場合は極めてまれであ
ると考えられる。

【００３７】そこで、Ｓ１１１２にて面の自乗誤差が
しきい値以上である、すなわち分割された一方のエッジ
群が同一平面上にないと判定された場合には、次に面
の自乗誤差がしきい値以下であるか否かを判定する（Ｓ
１１１９）。面の上端エッジ群は同一平面上にないも
のの、面のエッジ群は同一平面上にあると判定された
場合には、この面の平面パラメータを記録し（Ｓ１１
２０）、さらに面平面上にエッジを有し、かつ線分形
状が同じ線分を面に統合する（Ｓ１１２１）。そして、
同一平面上にないと判定された面をさらにＸ方向で２
分割する（Ｓ１１２２）。面は１〜１０のエッジで形
成されているので、この場合１〜５と６〜１０に２分割
される。

【００３８】また、Ｓ１１１３にて面の自乗誤差はし
きい値以下であるものの、面の自乗誤差がしきい値以
上である場合には、同様に面の平面パラメータを記録
した後、面平面上にエッジを有しかつ線分形状が同じ
線分を面に統合し、さらに面をＸ方向で２分割して１
１〜１５と１６〜２０とする（Ｓ１１２８〜Ｓ１１３
０）。そして、上述した処理を繰り返す。図１８
（Ｂ）、（Ｃ）には、このような分割処理の一例が示さ
れており、エッジ群の中間で分割処理して面及び面
を形成した場合、面の方は図１８（Ｂ）に示されるよ
うに自乗誤差がしきい値以上で同一平面上にないと判定
されるが、面の方は図１８（Ｃ）に示されるように同
一平面上にあると判定されることになる。そして、同一
平面上にないと判定された面に関しては、再びその中
間で面を分割し、分割された２つの面がともにある平面
上に位置すると判定されるまで処理を続行する。これに
より、異なる複数の物体の上端エッジが同一平面上に存
在する場合及び存在しない場合において、その分離点を
確実に検出し、異なる物体の面であると認識することが
可能となる。なお、図１２〜図１３では上端エッジの処
理のみ示したが、下端エッジも上端エッジと同様に処理
される。

【００３９】立体認識処理 図１９〜図２１には立体認識処理（Ｓ１０５）のフロー
チャートが示されている。この立体認識処理において
は、上述した面分割／統合処理により統合された面を用
いてその物体がどのような形状を有しているかを認識す
る。なお、図１９においては、立体の例として中実円
筒、中空円筒、中実直方体及び中空直方体を認識する場
合を示している。本処理における立体の形状認識は、以
下の事実を利用して形状認識を行っている。すなわち、 （１）中空物体の場合には、上端エッジ（あるいは下端
エッジ）がｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジになる。

【００４０】（２）中実物体の場合には、上端エッジ
（あるいは下端エッジ）が凸ルーフエッジになる。

【００４１】（３）円柱物体の場合には、上端エッジ
（あるいは下端エッジ）が曲線となる。 （４）直方体物体の場合には、上端エッジ（あるいは下
端エッジ）が直線となる。

【００４２】（５）複数の面のエッジがある共通の面上
に存在する場合には、それら複数の面は同一立体の面で
ある。

【００４３】図１９において、面番号ｎをリセットし、
注目している面ｎが既に立体に登録済みか否かを判定
し、登録済みでない場合には、面ｎの上端又は下端エッ
ジが凸ルーフエッジであるか否かを判定する（Ｓ１２０
１〜Ｓ１２０３）。上端又は下端エッジが凸ルーフエッ
ジである場合には、その凸ルーフエッジが曲線か否かを
判定する（Ｓ１２１０）。上端又は下端エッジが凸ルー
フエッジである場合には、上述したように中実物体であ
ると判定され、しかもその凸ルーフエッジが曲線である
場合には、この立体は円筒であると認識できるので処理
マイコン２２はその面ｎを中実円筒として登録し、次の
面ｎ＋１の処理に移行する（Ｓ１２１１）。一方、凸ル
ーフエッジが曲線でない、すなわち直線である場合に
は、上述したように直方体と判定できるので、この場合
には処理マイコン２２はその面を中実直方体として登録
し、次の面ｎ＋１の処理に移行する（Ｓ１２１２）。図
２２（Ａ）には中実円筒の例、図２２（Ｂ）には中実直
方体の例が示されている。中実円筒の場合、面１と２が
あり、いずれも凸ルーフエッジを有し曲線であるのに対
し、中実直方体の場合には、面１、２、３のエッジは直
線である。

【００４４】一方、面ｎの上端又は下端エッジが凸ルー
フエッジでない場合には、次に曲線かつｏｃｃｌｕｄｉ
ｎｇエッジであるか否かを判定する（Ｓ１２０４）。上
端又は下端エッジが曲線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジ
である場合には、上述したように中空円筒である可能性
があるので、次に曲線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジと
判定されたエッジと同一面上に存在するエッジを有する
面が他に存在するか否かを判定する（Ｓ１２０７）。な
お、この処理は、Ｓ１２０４にて曲線かつｏｃｃｌｕｄ
ｉｎｇエッジと判定されたエッジと同じ側にあるエッ
ジ、すなわち曲線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジと判定
されたエッジが上端エッジである場合には、同じ上端エ
ッジについて行うものとする。そして、曲線かつｏｃｃ
ｌｕｄｉｎｇエッジと判定されたエッジと同一面上にの
るエッジを有する他の面が存在する場合には、そのエッ
ジが曲線かつ曲率中心が着目している面ｎのエッジの曲
率中心と同一で、しかもｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジであ
るか否かを判定する。エッジが曲線でありしかもその曲
率中心が着目している面ｎのエッジの曲率中心と同一で
しかもｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジである場合には、この
面は着目している面ｎと対をなす中空物体の内面である
ものと考えられるので、中空円筒であるとして登録し、
次の面ｎ＋１の処理に移行する（Ｓ１２０９）。図２２
（Ｃ）には中空円筒の例が示されており、面１が手前の
面、面２が奥側にある内面である。面１、２のエッジは
ｏｃｃｌｕｄｉｎｇでその曲率中心は一致する。従っ
て、面１、２はともに中空円筒として登録されることに
なる。

【００４５】一方、面ｎの上端又は下端エッジが凸ルー
フエッジでもなくしかも曲線のｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッ
ジでないと判定された場合には、図２０に示されるよう
に、面ｎの上端又は下端エッジが直線のｏｃｃｌｕｄｉ
ｎｇエッジであるか否かを判定する（Ｓ１２０５）。上
端又は下端エッジが直線でしかもｏｃｃｌｕｄｉｎｇエ
ッジである場合には、上述したように中空直方体の可能
性があるため、以下の処理によりこれを確認する。すな
わち、このエッジ直線と平行な直線エッジを有する他の
面が存在するか否かを判定し、存在する場合には、さら
にその面を構成する線分と２本のエッジ直線が形成する
面とが直交するか否かを判定する（Ｓ１２１５）。直交
であると判定された場合には直方体であるので、さらに
着目している２つの面を構成する線分のスリット番号が
同一か否かを判定し（Ｓ１２１６）、スリット番号が同
一、すなわち中空であるか否かを確認した後、中空直方
体として登録する（Ｓ１２１７）。図２２（Ｄ）には中
空直方体の例が示されており、面１が手前、面２が奥側
の内面である。いずれの面も直線のｏｃｃｌｕｄｉｎｇ
エッジを有し、面１と２は２本のエッジが形成する面と
直交する。

【００４６】また、Ｓ１２０５にて面ｎの上端又は下端
エッジが直線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジでないと判
定された場合及びＳ１２１４〜Ｓ１２１８の処理でＮＯ
と判定された場合には、他のエッジ、すなわちＳ１２０
５にて上端エッジが直線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇでない
と判定された場合には、下端エッジが直線かつｏｃｃｌ
ｕｄｉｎｇであるか否かを判定する（Ｓ１２０６）。他
のエッジが直線かつｏｃｃｌｕｄｉｎｇである場合に
は、このエッジに対し、その上端又は下端エッジが直線
でｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッジである隣り合う面が存在す
るか否かを判定する（Ｓ１２１８）。隣り合う面が存在
する場合には、これら２つのエッジ直線が構成するエッ
ジ面を算出し（Ｓ１２１９）、このエッジ面にのる上端
又は下端エッジを有する面が複数存在するか否かを判定
する（Ｓ１２２０）。複数存在すると判定された場合に
は、これら面の中で上端又は下端エッジ直線が閉じる４
つの面が存在するか否かを判定する（Ｓ１２２１）。こ
の処理は、選択された面が直方体の４つの面を形成する
か否かを確認するためのものである。そして、４つの面
が存在する場合には、中空直方体として登録する（Ｓ１
２２２）。図２２（Ｅ）には中空直方体の他の例が示さ
れており、面１、２、３、４が存在し、面１と２が手前
の面、面３と４が奥側の内面である。面１のエッジがの
る面上に面２、３、４のエッジものり、これら４つの面
は閉じている。従って、面１、２、３、４はいずれも中
空直方体として登録されることになる。

【００４７】このように、本実施例においては反射スリ
ット光のエッジを抽出し、そのエッジに基づき物体を形
成するであろう面を抽出し、抽出された面に基づき物体
の形状を認識するので、実施例に示された中空円柱、中
空直方体、中実円柱、中実直方体に限られず、任意形状
の物体を確実に認識することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の物体形状
認識装置によれば、三次元物体の形状を容易に認識する
ことができる。また、物体が単独に存在する場合のみな
らず、複数の物体が互いに接して存在する場合、互いに
積み重なって存在する場合等においても、各物体を個別
に認識することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の構成図である。

【図２】 同実施例の構成ブロック図である。

【図３】 同実施例の反射スリット光像の一例を示す説
明図である。

【図４】 図３における一つの反射スリット光像の説明
図である。

【図５】 同実施例におけるエッジの種類の説明図であ
る。

【図６】 同実施例における全体処理フローチャートで
ある。

【図７】 同実施例におけるデータ取得処理フローチャ
ートである。

【図８】 同実施例における線分分割処理フローチャー
トである。

【図９】 同実施例における線分統合処理フローチャー
トである。

【図１０】 同実施例における線分統合処理フローチャ
ートである。

【図１１】 同実施例における線分統合処理フローチャ
ートである。

【図１２】 同実施例における面分割／統合処理フロー
チャートである。

【図１３】 同実施例における面分割／統合処理フロー
チャートである。

【図１４】 同実施例における面分割詳細処理フローチ
ャートである。

【図１５】 同実施例における平面処理の説明図であ
る。

【図１６】 同実施例における分割処理説明図である。

【図１７】 同実施例における変曲点による分離説明図
である。

【図１８】 同実施例におけるｏｃｃｌｕｄｉｎｇエッ
ジが分岐する場合の変曲点による分離処理説明図であ
る。

【図１９】 同実施例における立体認識処理フローチャ
ートである。

【図２０】 同実施例における立体認識処理フローチャ
ートである。

【図２１】 同実施例における立体認識処理フローチャ
ートである。

【図２２】 同実施例における立体認識説明図である。

【符号の説明】 １０ レンジファインダ、１２ レーザダイオード、１
４ シリンドリカルレンズ、１６ 受光レンズ、１８
ＣＣＤ素子、２０ スキャン用モータ、２２処理マイコ
ン。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体にスリット光を照射し走査する照射
   手段と、 前記物体からの反射スリット光を受光する受光手段と、 この受光手段からの検出信号に基づき物体の形状を認識
   する処理手段と、 を有する物体形状認識装置であって、 前記処理手段は、 前記反射スリット光に含まれる前記物体の複数のエッジ
   を検出するエッジ検出手段と、 検出されたエッジの種類を判別し、同種類毎にグループ
   化する識別手段と、 同一グループ内のエッジ群が同一面上に存在するか否か
   を判定する平面判定手段と、 を有することを特徴とする物体形状認識装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の物体形状認識装置におい
   て、 前記処理手段内の前記判定手段は、 同一グループ内のエッジ群が互いに距離的に近接してい
   るか否かにより同一面上か否かを判定することを特徴と
   する物体形状認識装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の物体形状認識装置におい
   て、 前記処理手段内の前記判定手段は、 同一グループ内のエッジ群の各々を端点とする前記反射
   スリット光の像である線分群が類似形状であるか否かに
   より同一面上か否かを判定することを特徴とする物体形
   状認識装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２または請求項３
   記載の物体形状認識装置において、 前記処理手段は、さらに、 前記判定手段で同一面上にないと判定された場合に、前
   記同一グループ内のエッジ群を所定境界で分割し、分割
   された各エッジ群毎が同一面上にあるか否かを判定する
   第２判定手段と、 を有することを特徴とする物体形状認識装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２または請求項３
   または請求項４記載の物体形状認識装置において、 前記処理手段は、さらに、 前記同一面上のエッジ群から形成される直線または曲線
   の曲率を算出し、変曲点が存在する場合に前記同一面を
   この変曲点で分割する面分割手段と、 を有することを特徴とする物体形状認識装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２または請求項３
   または請求項４または請求項５記載の物体形状認識装置
   において、 前記処理手段は、さらに、 同一面が複数存在する場合に、これらの面のエッジ群が
   共通の平面上に存在するか否かを判定することにより、
   前記物体を構成する面を認識する認識手段と、 を有することを特徴とする物体形状認識装置。