JPH10149435A - 環境認識システム並びに該システムに用いるマーク - Google Patents
環境認識システム並びに該システムに用いるマークInfo
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- JPH10149435A JPH10149435A JP34441896A JP34441896A JPH10149435A JP H10149435 A JPH10149435 A JP H10149435A JP 34441896 A JP34441896 A JP 34441896A JP 34441896 A JP34441896 A JP 34441896A JP H10149435 A JPH10149435 A JP H10149435A
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Abstract
認識する。 【解決手段】 環境中のすべての認識対象物体にマーク
26〜39を貼付することにより、物体の発見と同定を
根本的に容易化する。さらにすべての認識対象物体に関
する幾何形状モデルを持つことにより、環境中の物体の
寸法形状と位置姿勢の認識を可能にする。マークは環境
全体を見るテレビカメラ21〜24がとらえる映像によ
り容易に発見される必要があり、そのために環境中には
通常現われない、特徴的な色と明るさを有する複数領域
を一定の位置関係に配置した目印を設ける。マークには
目印とともに、その傍にコード記号を配する。これによ
り、まず目印を発見し、つぎにテレビカメラをズームア
ップし、目印の近傍にあるコード記号を読み取ることで
マークを認識することができる。目印以外の箇所を目印
として誤検出した場合、その近傍にコードがないことか
ら、その誤りを確認できる。
Description
次元環境において、認識対象物に目印機能とコード機能
を有するマークを貼付することにより環境を高速に認識
する環境認識システムと該システムに用いるマークに関
する。
にとどまり、実用的な環境認識システムはほとんど実現
されていない。
測に基づく環境認識は、物体相互の境界を定めるセグメ
ンテーションが困難であるため、安定した性能を得るこ
とができない。さらに、形状が正確に分かったとして、
物体の種類が多い場合、その物体が何であるかを同定す
ることは困難である場合が多い。これらの理由により家
庭のように物体が雑多に散在する3次元環境を認識する
実用的システムは存在しない。
あっても、そこに含まれる認識対象物体を高速かつ確実
に認識することを可能とし、環境を実用的に認識するシ
ステムを構築することを課題とする。
象物体にマークを貼付することにより、物体の発見と同
定を根本的に容易化する。さらにすべての認識対象物体
に関する幾何形状モデルを持つことにより、環境中の物
体の寸法形状と位置姿勢の認識を可能にする。
られた映像により容易に発見される必要があり、そのた
めに環境中には通常現われない、特徴的な色と明るさを
有する複数領域を一定の位置関係に配置した目印を設け
る。マークには目印とともに、その傍にコード記号を配
する。これにより、まず目印を発見し、つぎに目印の近
傍にあるコード記号を読み取ることにより、マークを認
識することができる。目印以外の箇所を目印として誤検
出した場合、その近傍にコードがないことから、その誤
りを確認できる。
から同じマークを認識することで、マークの3次元位置
を求めることができる。通常のステレオビジョンにおい
ては左右の視野画像中に対応する領域を捜しだす必要が
あり、このことも環境認識を困難にしている理由の1つ
となっている。本発明においては、単眼でマークの認識
を行ってから、異なった視野中のマークの対応付けを行
うので、その種の困難は全くない。マークに複数の目印
を設けることによりマークの位置のみでなく、姿勢を求
めることも可能である。
体の寸法形状の他に、マークの貼付箇所に関する情報を
付加する。これにより、マークの位置と姿勢が認識され
ると物体の位置姿勢も一意に決めることができる。大き
な物体については、マークを複数貼付することにより、
物体の位置姿勢を正確に求めることができる。
に隠蔽される場合はマーク認識は不可能になるが、1つ
の物体に複数のマークを貼付し、どの姿勢でもマークが
観察できるようにし、テレビカメラの数を増やし複数方
向から監視するようにすることで問題を解決できる。
す。マーク1は目印2、目印3及びコード記号4から構
成される。目印2は等しい面積の領域5及び領域6から
構成され、領域5は赤色、領域6は青色とする。目印3
も同面積の領域7、領域8から構成され、それぞれ赤
色、緑色とする。コード記号はバーコードを用い、2つ
の目印の間に配置する。バーコードにはマークの識別番
号を記載し、マークの同定が可能なようにする。
色、緑色の領域を検出し、それらの中心位置と面積を計
測する。つぎに中心位置と面積がほぼ等しい赤色領域と
青色領域の組及び赤色領域と緑色領域の組を選びだし、
それを目印と認識する。
色、青色、緑色に染め分けたが、一般的に黒色、白色を
含め環境の中で際だつ色を選択することで検出の信頼性
を高めることができる。また目印領域の面積についても
環境に合わせて設定する。
近傍にある目印3の可能な組み合わせについて、2つの
目印にはさまれたバーコードを読み取る。誤った組み合
せの場合、バーコードが存在しないことを検出すること
により、その組み合せを棄却することができる。バーコ
ードが存在し正しく読み取られた場合、マークの識別番
号が認識され、そのマークに属する目印2と目印3が特
定される。この処理を情景中のすべての目印2について
実行し、すべてのマークを認識する。正しい組み合わせ
が存在しない目印は廃棄する。
認識システムの形態の1例を示す。環境中には、ソファ
ー9、10、11、テーブル12、トレイ13、瓶1
4、15、皿16、17、植物ポット18、床19、壁
20が存在する。それら物体の発見と位置姿勢の計測、
そしてそれらの物体が占める空間を割り出すことが環境
認識システムの役割である。
4、環境認識処理システム25、及び、認識すべき物体
に貼付したマーク26〜39から構成される。各テレビ
カメラから見た情景の映像信号は環境認識処理システム
25に送られ、画像データとして保持される。この画像
データを処理することにより、先に述べた方法で各情景
中のマークを認識する。
るために、異なった情景中に現われる同じ識別番号のマ
ークを対応させ、そのマーク上の目印2と目印3の3次
元位置を3角測量の原理で計算する。1つの情景中にし
か現われないマークは除外する。
されるので、マークを認識することにより、そこに対応
する物体が存在することが分かる。さらに物体の位置姿
勢と物体が占める空間を正確に割り出すために、幾何形
状モデルを利用する。図3にテーブル12の幾何形状モ
デルの例を示す。テーブルは1つの薄い直方体40と4
つの円柱41〜44から構成されるものとすると、テー
ブルの幾何形状モデルはそれら単純形状体の寸法と、テ
ーブルに固定した座標系45から見た単純形状体の位置
姿勢により構成される。本発明による環境認識システム
においては、座標系45から見たマーク46、47の目
印48〜51の中心位置を幾何形状モデルの中に含めて
おく。
51の3次元位置が測定されると、逆に幾何形状モデル
の座標系の位置姿勢が決定でき、机全体の占める空間を
割り出すことができる。
しておらず、マークだけからはソファーの位置姿勢を一
意に決定することができない。しかし、水平な床の上に
置かれているという拘束条件を与えることでソファーの
位置姿勢は一意に決定することができる。
8、39についても幾何形状モデルの中で目印の位置を
定義しておく。床と壁は移動しないと見なすことによ
り、これらのマークはテレビカメラのキャリブレーショ
ンや移動ロボットの自己定位に利用することができる。
物流への応用を考えると、高速な認識処理が要求され
る。ここでは高速性に重点を置き、環境の一般性を1部
制限した実施例を示す。図4に示すように、平面床上に
重なることなく散在している、等しい高さの物体からな
る環境を対象とする。物体52〜56は任意の多角柱で
あり、その上面にマークが貼付される。図5に真上から
見た物体の1例を示す。マーク65は目印66、67と
バーコード68から構成される。目印66は内側が白
色、外側が黒色に染め分けられた同心円パターンであ
り、目印67は内側が黒色、白側が黒色の同心円パター
ンである。他の物体に貼付されたマークも同じ目印を有
し、バーコードの値のみ異なる。
の中心を原点とし、目印67の中心方向を向くX軸、お
よびそれと直角方向のY軸を持つ座標系69から見た頂
点70〜2と目印66、67の中心点のX−Y座標から
構成される。
真下に見下ろす位置に設置される。物体は床に平行な並
進運動と床の垂直軸まわりの回転運動を行うとすると、
テレビカメラからみたマークの目印のパターンは物体の
位置姿勢に関係なく同じである。
ようにトラッキングビジョン59とワークステーション
60から構成される。トラッキングビジョンは市販(富
士通(株)製)の視覚装置であり、1/30秒毎に、テ
レビカメラ57からのモノクロ映像信号61を画像メモ
リーに読み込み、テンプレートに保存されたパターンと
同じパターンを有する画像中の領域を相関演算に基づき
認識し、その中心座標を求める。テンプレートは最大1
00枚まで設定でき、ここでは、図5の目印66及び目
印67の外側円に内接する正方形の内部の白黒パターン
を2枚のテンプレートに保存する。
全体を見たときの情景の画像データをトラッキングビジ
ョンの画像メモリーに読み込み、画像中のすべての目印
を認識する。次にワークステーション60は、目印の認
識結果64に基づいて目印66とその近傍にある目印6
7の間の中点を計算し、制御信号62を介して、その点
をテレビカメラの光軸が通るようにパン・チルトを制御
し、バーコードを読み取れるようズームを制御する。こ
の情景の画像データをトラッキングビジョンを介してワ
ークステーションの画像メモリに読み込み、2つの目印
の中心間をスキャンしバーコードを読み取る。誤った組
み合せの場合、バーコードは存在せず、読み取りエラー
となるので、この組み合せを棄却する。バーコードが存
在し正しく読み取られた場合、マークの識別番号が認識
され、そのマークに属する目印66及び目印67が特定
される。この処理を全体情景中のすべての目印について
実行し、すべてのマークを認識する。
操作等で秒オーダーの時間が要するが、一旦すべてのマ
ークを認識した後は、全体情景の中で1/30秒毎に各
目印を認識、追跡することにより、マークの認識、追跡
も1/30秒毎に行えるようになる。
れると、例えば、図5の物体に関し、その幾何形状モデ
ルを用いて、物体に固定した座標系69の位置姿勢と、
さらには物体の頂点70、71、72の位置が得られ
る。これにより物体が占める空間が割り出される。環境
中の、マークの貼付されたすべての物体に関し以上の処
理を行うことにより、環境はビデオレート(1/30
秒)で認識される。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
し、物体毎の識別番号を与えることにより、環境中から
物体を容易に、かつ、確実に発見することができる。
して、幾何形状モデルを保有することにより、その物体
の位置姿勢及び寸法形状を認識することができる。
を貼付することにより、すべての物体が認識でき、セグ
メンテーション等の処理なしに環境認識することができ
る。
技術の組み合わせにより、ビデオレートでの環境認識を
実現することができる。
与することにより、環境全体を考慮した行動制御が可能
になり、ロボットの自律性を大幅に向上することができ
る。
に付与することにより、空間的に散在する荷物の識別が
可能になり、従来の定点観測による荷物の識別に比べ、
環境整備を大幅に簡易化することができる。
ムの構成図である。
を示す説明図である。
とそこにおける本発明の実施例を示す構成図である。
た物体の形状、貼付されたマーク及び幾何形状モデルの
座標系を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】3次元環境中の認識対象物に目印機能と識
別コード機能を有するマークを貼付し、そのマークを視
覚装置で認識することにより環境を認識する環境認識シ
ステム。 - 【請求項2】認識対象物の幾何形状モデルを持つことに
より、認識対象物の寸法形状と位置姿勢を認識する請求
項1記載の環境認識システム。 - 【請求項3】特徴的な色と明るさを有する複数領域を一
定の位置関係に配置することにより情景中から容易に発
見できるようにした目印とコード記号からなるマーク。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34441896A JPH10149435A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 環境認識システム並びに該システムに用いるマーク |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34441896A JPH10149435A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 環境認識システム並びに該システムに用いるマーク |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10149435A true JPH10149435A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=18369107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34441896A Pending JPH10149435A (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 環境認識システム並びに該システムに用いるマーク |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10149435A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-11-19 JP JP34441896A patent/JPH10149435A/ja active Pending
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A521 | Written amendment |
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