JPH0973543A - Moving object recognition method/device - Google Patents
Moving object recognition method/deviceInfo
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- JPH0973543A JPH0973543A JP7229039A JP22903995A JPH0973543A JP H0973543 A JPH0973543 A JP H0973543A JP 7229039 A JP7229039 A JP 7229039A JP 22903995 A JP22903995 A JP 22903995A JP H0973543 A JPH0973543 A JP H0973543A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自律移動ロボット
の視覚制御や画像監視等に応用される画像処理装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing device applied to visual control, image monitoring, etc. of an autonomous mobile robot.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、ＴＶカメラ等の視覚センサから得
られる情報を用いて、環境や物体の３次元形状、位置、
動き等を計算するコンピュータビジョンの研究が盛んに
行なわれている。この技術により、例えば、ロボットが
視覚機能を備え、周囲の環境変化に柔軟に対応して行動
したり、より高度な作業を行なうことができる。2. Description of the Related Art In recent years, information obtained from a visual sensor such as a TV camera is used to determine the three-dimensional shape, position, and
Computer vision, which calculates movements, is being actively researched. With this technology, for example, the robot has a visual function, and can flexibly respond to changes in the surrounding environment and perform higher-level work.
【０００３】ロボットがある物体を確認し、その物体に
対して何らかの作業を行なうことを考えた場合、対象と
なる物体が遠くにある際には、作業を遂行するのに十分
な場所までロボットが移動する必要がある。その移動方
法として、視覚情報を用いない方法と視覚情報を用いる
方法の２つが考えられる。Considering that a robot confirms an object and performs some work on the object, when the target object is distant, the robot can move to a place sufficient to perform the work. Need to move. As the moving method, two methods are conceivable: a method not using visual information and a method using visual information.
【０００４】視覚情報を用いない方法は、ロボットが初
期位置において対象物の３次元位置を計測し、その対象
物に至るまでのロボットの移動量を視覚情報以外の情報
を用いて計測しながら対象物まで誘導するというもので
ある。ロボットの移動量を計測する一般的な手法として
は、エンコーダを車輪に取り付ける手法が採られること
が多い。In the method that does not use visual information, the robot measures the three-dimensional position of the object at the initial position and measures the movement amount of the robot to reach the object while using the information other than the visual information. It is to guide things. As a general method for measuring the movement amount of a robot, a method of attaching an encoder to a wheel is often adopted.
【０００５】また、視覚情報を用いる方法は、ロボット
が移動するのに伴って得られる画像中の対象物を追跡
し、常に対象物を視野に捉えながらロボットを誘導する
ものである。Further, the method using visual information is to track an object in an image obtained as the robot moves and guide the robot while always capturing the object in the visual field.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の視覚情報を用いない方法では、初期位置において計
測した対象物の３次元位置は、ロボットと対象物の間の
距離が大きい場合には誤差が大きくなるため、ロボット
を対象物に正確に誘導することは困難である。特に、実
際にはロボットの車輪のスリップ等の影響で車輪の回転
数とロボットの移動量にずれを生じるため、エンコーダ
を用いた場合のロボットの移動量の計測値はかなり誤差
が大きくなり、ロボットを正確に対象物に誘導すること
はより困難なものとなる。However, in the former method which does not use the visual information, the three-dimensional position of the object measured at the initial position has an error when the distance between the robot and the object is large. Since the robot becomes large, it is difficult to accurately guide the robot to the object. In particular, since the wheel rotation speed and the movement amount of the robot are actually deviated due to the influence of the slip of the wheel of the robot, the measured value of the movement amount of the robot when an encoder is used has a large error. It becomes more difficult to accurately guide the object to the object.
【０００７】また、上記後者の視覚情報を用いる方法で
は、上記視覚情報を用いない方法のような問題は生じな
いものの、ロボットと対象物との間の距離や対象物の画
像上の投影位置によって、対象物の画像中での動きや大
きさが変化するため、安定した状態で追跡を行なうこと
はやはり困難であった。The latter method using visual information does not cause a problem like the method not using visual information, but it depends on the distance between the robot and the object or the projection position on the image of the object. However, since the movement and size of the object in the image change, it is still difficult to track in a stable state.
【０００８】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、例えば視覚センサ
を有するロボットがある対象物を視覚センサで得た画像
中で確認し、その対象物の位置まで移動して何らかの作
業を行なう際に、たとえロボットと対象物との間の距離
が大きい場合であっても、常に安定した状態で対象物を
画像中で追跡して常に対象物を視野に捕らえながらロボ
ットを対象物まで誘導させることが可能な画像処理装置
を提供することにある。The present invention has been made in view of the above situation, and its object is to confirm an object with a robot having a visual sensor in an image obtained by the visual sensor and to check the object. When moving to the position of an object and doing some work, even if the distance between the robot and the object is large, the object is always tracked in the image in a stable state and the object is always tracked. An object of the present invention is to provide an image processing device capable of guiding a robot to an object while capturing it in the visual field.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、 （１） 略平面上を移動する移動体に載置され、その移
動に際して該平面上に存在する対象物を順次撮像する撮
像手段と、この撮像手段で得られた画像中の対象物を画
像中の平面に投影した投影画像を画像毎に作成する投影
画像作成手段と、この投影画像作成手段で作成された投
影画像毎に投影画像中の対象物の位置を示す位置情報を
算出する画像処理手段と、この画像処理手段で得た位置
情報に基づいて上記移動体を対象物に移動させるための
移動情報を出力する出力手段とを備えるようにしたもの
である。Means for Solving the Problems That is, the present invention is as follows: (1) An image pickup means which is placed on a moving body which moves on a substantially flat surface, and which sequentially picks up an image of an object existing on the flat surface when moving. A projection image creation unit that creates a projection image for each image by projecting an object in the image obtained by the imaging unit onto a plane in the image, and a projection image creation unit for each projection image created by this projection image creation unit. An image processing means for calculating position information indicating the position of the object, and an output means for outputting movement information for moving the moving body to the object based on the position information obtained by the image processing means are provided. It is the one.
【００１０】このような構成とすることで、既知平面上
を移動する移動体に対して相対運動する対象物を追跡す
る際に、移動体に取付けられたＴＶカメラ等の撮像手段
で得た画像を平面上に投影した投影画像中での該対象物
の位置を算出し、その位置に基づいて移動体を移動させ
て対象物を追跡することによって、投影画像中において
は対象物の大きさが移動体と対象物との間の距離や画像
中での位置によらず相対的に常に一定であり、対象物の
動きと移動体の動きとは確実に一致するから、安定した
状態で対象物の追跡を行なうべく移動体を移動させるこ
とができるようになる。With such a structure, an image obtained by an image pickup means such as a TV camera attached to the moving body when tracking an object moving relative to the moving body moving on a known plane. By calculating the position of the target object in the projection image obtained by projecting on the plane, and moving the moving body based on the position to track the target object, the size of the target object in the projection image is changed. It is relatively constant regardless of the distance between the moving body and the target object or the position in the image, and the movement of the target object and the movement of the moving body surely match, so that the target object in a stable state. You will be able to move the mobile to track the.
【００１１】（２） 上記（１）項において、上記画像
処理手段は、予め設定しておいた対象物の条件を基に局
所相関演算を行なうことで投影画像中から該条件を満た
す領域を抽出して対象物の位置を示す位置情報を算出す
るようにしたものである。(2) In the above item (1), the image processing means extracts a region satisfying the condition from the projected image by performing a local correlation calculation based on the condition of the preset object. Then, the position information indicating the position of the object is calculated.
【００１２】このような構成とすることで、上記（１）
項の作用に加えて、上記画像処理手段が投影画像中から
対象物の位置を示す位置情報を確実に算出することがで
きる。With such a structure, the above (1)
In addition to the effect of the term, the image processing means can surely calculate the position information indicating the position of the object from the projected image.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態につい
て図面を参照して説明する。図１はその概略回路構成を
示すものであり、ここでは画像入力部１、投影画像作成
部２、画像処理部３、出力部４から構成している。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the schematic circuit configuration thereof, and here it is composed of an image input unit 1, a projected image creation unit 2, an image processing unit 3, and an output unit 4.
【００１４】画像入力部１は、ロボットに搭載した視覚
センサとしてのＴＶカメラを含み、ロボットの移動に伴
って得られる画像を入力してデジタル化し、次段の投影
画像作成部２に送出する。The image input unit 1 includes a TV camera as a visual sensor mounted on the robot, inputs an image obtained by the movement of the robot, digitizes it, and sends it to the projection image creation unit 2 in the next stage.
【００１５】投影画像作成部２は、上記画像入力部１か
ら送られてきたデジタル値の画像データを用いて後述す
る投影画像作成方法により投影画像を作成し、画像処理
部３へ送出する。The projection image creating section 2 creates a projection image by the projection image creating method described later using the image data of the digital value sent from the image input section 1 and sends it to the image processing section 3.
【００１６】画像処理部３では、投影画像作成部２から
の投影画像中での対象物の位置を後述する演算により算
出し、その位置情報を出力部４へと出力する。しかして
出力部４では、画像処理部３から送られてくる対象物の
投影画像中での位置情報に基づいて、ロボットを対象物
まで移動させるための情報、つまりロボット座標系に対
する対象物の２次元座標（ｘ，ｙ）を出力する。The image processing unit 3 calculates the position of the object in the projection image from the projection image creating unit 2 by the calculation described later, and outputs the position information to the output unit 4. Then, in the output unit 4, information for moving the robot to the target object based on the position information in the projection image of the target object sent from the image processing unit 3, that is, the target object 2 with respect to the robot coordinate system. The dimensional coordinates (x, y) are output.
【００１７】次に上記実施の形態の動作について説明す
る。いま、図２に示すように上記画像入力部１を構成す
るＴＶカメラを搭載した移動ロボットＲＢが、平面α上
を移動し、同平面上に存在する、画像中で近傍の平面か
ら判別可能な対象物Ｐの位置まで到達する場合を考え
る。Next, the operation of the above embodiment will be described. Now, as shown in FIG. 2, a mobile robot RB equipped with a TV camera which constitutes the image input unit 1 moves on a plane α and can be discriminated from a plane near the plane existing in the plane α. Consider the case where the position of the object P is reached.
【００１８】ロボットＲＢが持つ座標系ｏ−ｘｙｚ（以
下「ロボット座標系」と称する）のｘｙ平面を平面αと
し、ロボットＲＢの走行環境には対象物Ｐも含めて平面
α上には高さが微小な物体しか存在しないものと仮定す
る。The xy plane of the coordinate system o-xyz (hereinafter referred to as "robot coordinate system") of the robot RB is a plane α, and the traveling environment of the robot RB includes the object P and the height on the plane α. Suppose there is only a small object.
【００１９】画像入力部１が、ロボットＲＢに搭載した
ＴＶカメラから平面α上の移動に伴って得られる画像を
デジタル化して投影画像作成部２に送出すると、投影画
像作成部２では送られてきた画像を用いて投影画像を作
成する。When the image input unit 1 digitizes an image obtained by the movement of the TV camera mounted on the robot RB on the plane α and sends it to the projection image creation unit 2, the projection image creation unit 2 sends it. A projected image is created using the captured image.
【００２０】ここで投影画像とは、図３（ａ）に摸式的
に示すように、ＴＶカメラから得られた画像を既知平面
αに投影して得られる画像であり、投影画像作成方法を
以下に示す。すなわち、画像中の任意の点（ｕ，ｖ）と
その点のロボット座標系に対する位置（ｘ，ｙ，ｚ）と
の間には一般に以下の関係式が成り立つ。Here, the projection image is an image obtained by projecting an image obtained from a TV camera onto a known plane α, as schematically shown in FIG. 3 (a). It is shown below. That is, the following relational expression generally holds between an arbitrary point (u, v) in the image and the position (x, y, z) of the point with respect to the robot coordinate system.
【００２１】[0021]
【数１】 [Equation 1]
【００２２】ここで、ロボットＲＢの走行環境には平面
αからの高さが非常に小さい物体しか存在しないものと
しているから、ｚの値はほとんど「０（ゼロ）」とな
る。この事実と上記式（１）により、近似的にHere, since it is assumed that only an object having a very small height from the plane α exists in the traveling environment of the robot RB, the value of z is almost “0 (zero)”. From this fact and the above equation (1), approximately
【００２３】[0023]
【数２】 なる関係式が成り立つこととなる。[Equation 2] The following relational expression holds.
【００２４】この式（２）中で、ｈ11，ｈ12，ｈ21，ｈ
22，ｈ31，ｈ32、ｔ1 〜ｔ3 はいずれもロボット座標系
に対するＴＶカメラの位置や方向等を表すパラメータで
あり、これらは予め計測しておくことが可能である。In this equation (2), h 11 , h 12 , h 21 , h
22 , h 31 , h 32 , and t 1 to t 3 are all parameters indicating the position, direction, etc. of the TV camera with respect to the robot coordinate system, and these can be measured in advance.
【００２５】ここで、上記式（２）を ｕ＝ｆ1 （ｘ，ｙ），ｖ＝ｆ2 （ｘ，ｙ） …(3) とおくと、画像入力部１により入力された画像Ｉ（ｕ，
ｖ）（０≦ｕ≦Ｕ，０≦ｖ≦Ｖ）（Ｕ，Ｖ：画像サイ
ズ）から、投影画像Ｊ（ｘ，ｙ）（０≦ｘ≦Ｘ，０≦ｙ
≦Ｙ）（Ｘ，Ｙ：画像サイズ）は上記式（３）を用い
て、以下の式で求めることができる。すなわち、If the above equation (2) is u = f 1 (x, y), v = f 2 (x, y) (3), the image I ( u,
v) (0 ≦ u ≦ U, 0 ≦ v ≦ V) (U, V: image size), the projected image J (x, y) (0 ≦ x ≦ X, 0 ≦ y
≦ Y) (X, Y: image size) can be obtained by the following equation using the above equation (3). That is,
【００２６】[0026]
【数３】 となるもので、ここで、（ｕ，ｖ）が ０≦ｕ≦Ｕ，０≦ｖ≦Ｖ …(5) の条件を満たさなければ、その点は画像中に存在しない
ことになるから、任意の値（例えば０）を設定してお
く。図３（ｃ）の投影画像におけるハッチングを施した
部分が画像中に存在しない領域である。(Equation 3) Therefore, if (u, v) does not satisfy the condition of 0 ≦ u ≦ U, 0 ≦ v ≦ V (5), the point does not exist in the image. Value (for example, 0) is set. The hatched portion in the projected image of FIG. 3C is a region that does not exist in the image.
【００２７】ロボットＲＢの移動に伴って時系列に入力
された各画像における対象物Ｐの動きと、これに対応し
て時系列に作成される各投影画像における対象物Ｐの動
きを図３（ｂ），（ｃ）に示す。図３（ｂ）に示す原画
像では、対象物Ｐの動きと大きさはカメラとの距離と画
像中の位置に応じて変化するが、図３（ｃ）に示すよう
に投影画像中ではこれらは相対的に常に一定となり、変
化しない。FIG. 3 shows the movement of the object P in each image input in time series with the movement of the robot RB and the movement of the object P in each projection image created in time series corresponding thereto. Shown in b) and (c). In the original image shown in FIG. 3B, the movement and size of the target object P change depending on the distance to the camera and the position in the image, but as shown in FIG. Is relatively constant and does not change.
【００２８】そこで画像処理部３では、投影画像作成部
２で作成された投影画像中の対象物Ｐの位置を以下の演
算により抽出する。これはすなわち、対象物Ｐの抽出が
あらかじめ用意しておいた対象物Ｐの条件、例えばロボ
ットＲＢからの距離、ロボットＲＢの大きさ、形状、
色、輝度パターン等を最も満たす領域を抽出することに
より容易に可能であり、以下に示す局所相関によって行
なうことができるものである。すなわちこの局所相関で
は、Therefore, the image processing unit 3 extracts the position of the object P in the projection image created by the projection image creating unit 2 by the following calculation. That is, the conditions of the object P prepared in advance for the extraction of the object P, such as the distance from the robot RB, the size and shape of the robot RB,
This can be easily performed by extracting the region that most satisfies the color, the brightness pattern, etc., and can be performed by the following local correlation. So in this local correlation,
【００２９】[0029]
【数４】 となるもので、この式（６）中、Ｉt （ｘ，ｙ），Ｉ
t+1 （ｘ，ｙ）は各々時刻ｔ，ｔ＋１において得られた
投影画像中の点位置（ｘ，ｙ）での輝度を、ａt ，ａ
t+1 とｖt ，ｖt+1 はウィンドウ領域内の平均と分散を
表す。ある探索範囲内で上記式（６）における値Ｃを計
算し、値Ｃが最大となる位置を求めることによって、画
像中の対象物Ｐを順次抽出することができる。上記探索
範囲はロボットＲＢの走行速度に応じて設定する。(Equation 4) In this equation (6), I t (x, y), I
t + 1 (x, y) each time t, the position in terms of the projection in the image obtained at t + 1 (x, y) of the luminance in, a t, a
t + 1 , v t , and v t + 1 represent the average and variance in the window area. The object P in the image can be sequentially extracted by calculating the value C in the above equation (6) within a certain search range and finding the position where the value C is maximum. The search range is set according to the traveling speed of the robot RB.
【００３０】こうして画像処理部３で得た対象物Ｐの投
影画像中での位置情報により、出力部４がロボットを対
象物Ｐに対して移動させるための情報、つまりロボット
座標系に対する対象物Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）を出力
するもので、以上のようにして、ある既知平面上でＴＶ
カメラに対して相対運動する対象物Ｐを安定した状態で
追跡することができる。In this way, based on the position information in the projected image of the object P obtained by the image processing unit 3, information for the output unit 4 to move the robot with respect to the object P, that is, the object P with respect to the robot coordinate system. It outputs the two-dimensional coordinates (x, y) of a TV on a certain known plane as described above.
The object P moving relative to the camera can be tracked in a stable state.
【００３１】なお、本実施の形態では、静止した対象物
を移動しながら観測する場合について説明したが、移動
する対象物を観測し、追跡する場合も同様に行なうこと
ができる。In this embodiment, the case of observing a stationary object while moving is explained, but the same can be done when observing and tracking a moving object.
【００３２】また、上記画像処理部３における対象物Ｐ
の画像中の抽出を自動的に行なっているが、人間がロボ
ットＲＢに教示しても良い。さらに、対象物Ｐとロボッ
トＲＢとの間の距離が大きい場合には、対象物Ｐの画像
中の動きと大きさの変化は小さくなるので、このような
場合には原画像中で対象物Ｐの追跡を行ない、ロボット
ＲＢが対象物Ｐにある程度まで近付いてから投影画像中
で対象物Ｐの追跡を行なっても良い。Further, the object P in the image processing unit 3 is
However, a human may teach the robot RB. Further, when the distance between the object P and the robot RB is large, the movement and size change in the image of the object P are small, and in such a case, the object P in the original image is reduced. May be tracked, and the object P may be tracked in the projection image after the robot RB approaches the object P to some extent.
【００３３】また、カメラの光軸方向と対象物が存在す
る平面の法線方法がほぼ一致する場合には、投影画像は
原画像とほぼ同じになるので、この場合にも原画像中で
追跡処理を行なっても良い。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で変形を実施できるものとする。Further, when the optical axis direction of the camera and the normal method of the plane on which the object exists are almost the same, the projected image is almost the same as the original image. Processing may be performed. Other modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上に述べた如く本発明によれば、例え
ば視覚センサを有するロボットがある対象物を視覚セン
サで得た画像中で確認し、その対象物の位置まで移動し
て何らかの作業を行なう際に、たとえロボットと対象物
との間の距離が大きい場合であっても、常に安定した状
態で対象物を画像中で追跡して常に対象物を視野に捕ら
えながらロボットを対象物まで誘導させることが可能な
画像処理装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, for example, a robot having a visual sensor confirms an object in an image obtained by the visual sensor and moves to the position of the object to perform some work. When performing, even if the distance between the robot and the target is large, the target is always tracked in the image in a stable state and the robot is guided to the target while always capturing the target in the visual field. It is possible to provide an image processing device capable of performing the above.
【図１】本発明の実施の一形態に係る概略回路構成を示
すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic circuit configuration according to an embodiment of the present invention.
【図２】同実施の形態に係る動作を説明する図。FIG. 2 is a diagram explaining an operation according to the embodiment.
【図３】同実施の形態に係る動作を説明する図。FIG. 3 is a diagram explaining an operation according to the embodiment.
１…画像入力部 ２…投影画像作成部 ３…画像処理部 ４…出力部 ＲＢ…ロボット Ｐ…対象物 1 ... Image input unit 2 ... Projection image creation unit 3 ... Image processing unit 4 ... Output unit RB ... Robot P ... Object
Claims (2)
を固定した状態で載置され、その移動に際して該平面上
に存在する対象物を順次撮像する撮像手段と、 この撮像手段で得られた画像中の対象物を画像中の平面
に投影した投影画像を画像毎に作成する投影画像作成手
段と、 この投影画像作成手段で作成された投影画像毎に投影画
像中の対象物の位置を示す位置情報を算出する画像処理
手段と、 この画像処理手段で得た位置情報に基づいて上記移動体
を対象物に移動させるための移動情報を出力する出力手
段とを具備したことを特徴とする画像処理装置。1. An image pickup means which is placed on a moving body which moves on a substantially flat surface in a state where the image pickup direction is fixed, and which sequentially picks up an image of an object existing on the flat surface during the movement, and an image pickup means obtained by this image pickup means. And a position of the object in the projection image for each projection image created by this projection image creating means And an output means for outputting movement information for moving the moving body to an object based on the position information obtained by the image processing means. Image processing device.
た対象物の条件を基に局所相関演算を行なうことで投影
画像中から該条件を満たす領域を抽出して対象物の位置
を示す位置情報を算出することを特徴とする請求項１記
載の画像処理装置。2. The image processing means indicates a position of an object by extracting a region satisfying the condition from a projected image by performing a local correlation calculation based on a condition of the object set in advance. The image processing apparatus according to claim 1, wherein position information is calculated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229039A JPH0973543A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Moving object recognition method/device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229039A JPH0973543A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Moving object recognition method/device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0973543A true JPH0973543A (en) | 1997-03-18 |
Family
ID=16885793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7229039A Pending JPH0973543A (en) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | Moving object recognition method/device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0973543A (en) |
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