JPH1047924A - 3次元位置計測装置 - Google Patents
3次元位置計測装置Info
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- JPH1047924A JPH1047924A JP8220491A JP22049196A JPH1047924A JP H1047924 A JPH1047924 A JP H1047924A JP 8220491 A JP8220491 A JP 8220491A JP 22049196 A JP22049196 A JP 22049196A JP H1047924 A JPH1047924 A JP H1047924A
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- coordinate system
- calibration
- image
- light
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 調整機構を不要にして部品コストを低減する
ことができると共に、オペレータの負担および調整時間
を低減することができる3次元位置計測装置の提供。 【解決手段】 三次元計測装置を、所定の光パターン5
を位置計測対象物2に斜め上方から照射する光照射手段
3と、該光照射手段3による前記位置計測対象物2から
の反射光を上方で画像として結像する撮像装置9と、該
結像画像をフレームバッファ座標系の画像位置情報に変
換する演算を行う画像処理手段と、前記画像位置情報に
基づき前記計測対象物のセンサ座標系における三次元位
置を三角測量の原理により演算する位置演算手段と、前
記三次元位置をキャリブレーション座標系の三次元位置
に変換する変換演算手段と、前記光照射手段3および撮
像装置9の取付位置の微少なズレを較正する演算を行う
較正手段とを含んで構成する。
ことができると共に、オペレータの負担および調整時間
を低減することができる3次元位置計測装置の提供。 【解決手段】 三次元計測装置を、所定の光パターン5
を位置計測対象物2に斜め上方から照射する光照射手段
3と、該光照射手段3による前記位置計測対象物2から
の反射光を上方で画像として結像する撮像装置9と、該
結像画像をフレームバッファ座標系の画像位置情報に変
換する演算を行う画像処理手段と、前記画像位置情報に
基づき前記計測対象物のセンサ座標系における三次元位
置を三角測量の原理により演算する位置演算手段と、前
記三次元位置をキャリブレーション座標系の三次元位置
に変換する変換演算手段と、前記光照射手段3および撮
像装置9の取付位置の微少なズレを較正する演算を行う
較正手段とを含んで構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貨物の積み上げや
荷降ろし等を行わせるハンドリングロボットに貨物の三
次元位置を認識させるための三次元位置計測装置であっ
て、該三次元位置計測装置を構成する撮像装置及び光照
射装置の取付位置の機械的な調整を不要にする三次元位
置計測装置に関するものである。
荷降ろし等を行わせるハンドリングロボットに貨物の三
次元位置を認識させるための三次元位置計測装置であっ
て、該三次元位置計測装置を構成する撮像装置及び光照
射装置の取付位置の機械的な調整を不要にする三次元位
置計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】積み上げ・荷降し作業をハンドリングロ
ボットに実施させようとすると、次の積み上げ位置とな
るプレース位置、或いは次の荷降し位置となるピック位
置を水平座標および鉛直(高さ)座標により指定してハ
ンドリングロボットに指示する必要がある。そこで、例
えば特開平3−234491号公報には、プレース位置
或いはピック位置をハンドリングロボットに指示するこ
とができるように、貨物の立体的な配置状況を認識する
3次元位置計測装置が提案されている。即ち、この3次
元位置計測装置は、図8に示すように、パレット52上
に積み上げられた貨物51に対して上方に設けられた光
照射装置57から一定の光パターン53を照射し、この
光パターン53を斜め上方から第1撮像装置55により
撮像して三角測量により貨物51の高さ位置を求める。
この後、貨物51の全体を第2撮像装置56により上方
から撮像し、撮像画像中における貨物51の固有マーク
54の濃淡画像を基本マーク形状との突き合わせ処理に
より個々に検出して平面的な配置状況を求めることによ
って、貨物51の立体的な配置状況を認識するようにな
っている。
ボットに実施させようとすると、次の積み上げ位置とな
るプレース位置、或いは次の荷降し位置となるピック位
置を水平座標および鉛直(高さ)座標により指定してハ
ンドリングロボットに指示する必要がある。そこで、例
えば特開平3−234491号公報には、プレース位置
或いはピック位置をハンドリングロボットに指示するこ
とができるように、貨物の立体的な配置状況を認識する
3次元位置計測装置が提案されている。即ち、この3次
元位置計測装置は、図8に示すように、パレット52上
に積み上げられた貨物51に対して上方に設けられた光
照射装置57から一定の光パターン53を照射し、この
光パターン53を斜め上方から第1撮像装置55により
撮像して三角測量により貨物51の高さ位置を求める。
この後、貨物51の全体を第2撮像装置56により上方
から撮像し、撮像画像中における貨物51の固有マーク
54の濃淡画像を基本マーク形状との突き合わせ処理に
より個々に検出して平面的な配置状況を求めることによ
って、貨物51の立体的な配置状況を認識するようにな
っている。
【0003】ところで、上記のように三角測量により貨
物51の高さ位置を求める場合には、光パターン53と
この光パターン53を斜め上方から撮像する第1撮像装
置55との幾何学的位置関係、および第1撮像装置55
と第1撮像装置55の2次元座標を3次元座標に展開し
て高さ位置を算出するキャリブレーション座標系との幾
何学的位置関係が高さ位置の測定精度に大きな影響を及
ぼすことになる。従って、従来は、上述の両位置関係を
所定の関係として貨物51の高さ位置を高精度に測定す
ることができるように、3次元位置計測装置を導入する
際に、第1撮像装置55の取り付け姿勢および光照射装
置57の取付姿勢を所定の姿勢に微調整するようになっ
ている。
物51の高さ位置を求める場合には、光パターン53と
この光パターン53を斜め上方から撮像する第1撮像装
置55との幾何学的位置関係、および第1撮像装置55
と第1撮像装置55の2次元座標を3次元座標に展開し
て高さ位置を算出するキャリブレーション座標系との幾
何学的位置関係が高さ位置の測定精度に大きな影響を及
ぼすことになる。従って、従来は、上述の両位置関係を
所定の関係として貨物51の高さ位置を高精度に測定す
ることができるように、3次元位置計測装置を導入する
際に、第1撮像装置55の取り付け姿勢および光照射装
置57の取付姿勢を所定の姿勢に微調整するようになっ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、第1撮像装置55および光照射装置57
を微調整する調整機構を3次元位置計測装置に設けるこ
とが必要となるため、この調整機構により部品コストが
増大するという問題がある。さらに、調整機構を用いた
機械的な調整であるため、調整機構を操作するオペレー
タに対する負担および調整時間が大きなものになり易
く、このような調整時における負担および調整時間は、
短期間で装置の立ち上げを完了させる必要のある現場に
おいては極めて大きな問題となる。
来の構成では、第1撮像装置55および光照射装置57
を微調整する調整機構を3次元位置計測装置に設けるこ
とが必要となるため、この調整機構により部品コストが
増大するという問題がある。さらに、調整機構を用いた
機械的な調整であるため、調整機構を操作するオペレー
タに対する負担および調整時間が大きなものになり易
く、このような調整時における負担および調整時間は、
短期間で装置の立ち上げを完了させる必要のある現場に
おいては極めて大きな問題となる。
【0005】従って、本発明は、調整機構を不要にして
部品コストを低減することができると共に、オペレータ
の負担および調整時間を低減することができる3次元位
置計測装置を提供しようとするものである。
部品コストを低減することができると共に、オペレータ
の負担および調整時間を低減することができる3次元位
置計測装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にかかる三次元位置計測装置は、実際の空間
における位置を表すキャリブレーション座標系において
所定の位置に取り付けられ、光照射手段による位置計測
対象物からの反射光を上方で所定の焦点距離に画像とし
て結像する撮像装置と、前記撮像装置の位置を原点に取
り直したセンサ座標系において所定の位置に取り付けら
れ、反射ミラーの傾斜角度を変更することにより所定の
光パターンを任意の照射角度で位置計測対象物に斜め上
方から照射する前記光照射手段と、撮像装置からの連続
した画像信号を離散的な画像データとして記憶する記憶
装置と、前記結像画像を記憶装置上の位置を表すフレー
ムバッファ座標系の画像位置情報に変換する演算を行う
画像処理手段と、前記画像位置情報に基づき、前記セン
サ座標系における前記計測対象物の三次元位置を三角測
量の原理により演算する位置演算手段と、前記三次元位
置をキャリブレーション座標系の三次元位置に変換する
変換演算手段と、前記光照射手段および撮像装置の取付
位置の微少なズレを較正する演算を行う較正手段とを含
んでなり、該較正手段は、位置が既知である較正用ター
ゲットの位置情報と、前記反射ミラーの傾斜角度の情報
と、前記撮像装置の焦点距離の情報とから、前記フレー
ムバッファ座標系で表される前記画像位置情報を、セン
サ座標系の位置に変換する画像変換の第一係数と、三角
測量の原理から演算したセンサ座標系での三次元位置
を、前記キャリブレーション座標系の位置に変換する座
標変換の第二係数と、前記光照射手段が照射する光パタ
ーンの前記センサ座標系における照射中心位置および照
射角度からなる光パラメータとを演算するものであっ
て、前記位置計測対象物の前記キャリブレーション座標
系における三次元位置を、前記画像処理手段と、前記位
置演算手段と、前記変換演算手段と、前記較正手段とに
基づいて得るように構成したことを特徴とする3次元位
置計測装置である。これにより、三次元位置計測装置に
おける光照射手段および撮像装置の取付位置の微少なズ
レを以下のようにして較正でき、位置計測対象物の三次
元位置を正確に測定することができる。即ち、前記の位
置が既知である較正用ターゲットに前記光照射手段を作
用させると、前記記憶装置上に画像を得て、該画像から
画像処理手段により前記フレームバッファ座標系におけ
る画像位置情報および、その前記キャリブレーション座
標系および前記センサ座標系における位置情報を得るこ
とができる。前記較正手段は、既知である前記較正用タ
ーゲットのキャリブレーション座標系における位置情報
および三角測量の原理による演算によって求められたセ
ンサ座標系とキャリブレーション座標系における三次元
位置と、前記反射ミラーの傾斜角度の情報と、前記撮像
装置の焦点距離の情報とを加味して、前記の画像変換の
第一係数、前記の座標変換の第二係数、前記の光パラメ
ータとを演算することができる。この較正手段が得た前
記の係数やパラメータと、前記画像処理手段と、前記位
置演算手段と、前記変換演算手段とに基づいて、位置計
測対象物の前記キャリブレーション座標系における正確
な三次元位置を得ることができる。
に、本発明にかかる三次元位置計測装置は、実際の空間
における位置を表すキャリブレーション座標系において
所定の位置に取り付けられ、光照射手段による位置計測
対象物からの反射光を上方で所定の焦点距離に画像とし
て結像する撮像装置と、前記撮像装置の位置を原点に取
り直したセンサ座標系において所定の位置に取り付けら
れ、反射ミラーの傾斜角度を変更することにより所定の
光パターンを任意の照射角度で位置計測対象物に斜め上
方から照射する前記光照射手段と、撮像装置からの連続
した画像信号を離散的な画像データとして記憶する記憶
装置と、前記結像画像を記憶装置上の位置を表すフレー
ムバッファ座標系の画像位置情報に変換する演算を行う
画像処理手段と、前記画像位置情報に基づき、前記セン
サ座標系における前記計測対象物の三次元位置を三角測
量の原理により演算する位置演算手段と、前記三次元位
置をキャリブレーション座標系の三次元位置に変換する
変換演算手段と、前記光照射手段および撮像装置の取付
位置の微少なズレを較正する演算を行う較正手段とを含
んでなり、該較正手段は、位置が既知である較正用ター
ゲットの位置情報と、前記反射ミラーの傾斜角度の情報
と、前記撮像装置の焦点距離の情報とから、前記フレー
ムバッファ座標系で表される前記画像位置情報を、セン
サ座標系の位置に変換する画像変換の第一係数と、三角
測量の原理から演算したセンサ座標系での三次元位置
を、前記キャリブレーション座標系の位置に変換する座
標変換の第二係数と、前記光照射手段が照射する光パタ
ーンの前記センサ座標系における照射中心位置および照
射角度からなる光パラメータとを演算するものであっ
て、前記位置計測対象物の前記キャリブレーション座標
系における三次元位置を、前記画像処理手段と、前記位
置演算手段と、前記変換演算手段と、前記較正手段とに
基づいて得るように構成したことを特徴とする3次元位
置計測装置である。これにより、三次元位置計測装置に
おける光照射手段および撮像装置の取付位置の微少なズ
レを以下のようにして較正でき、位置計測対象物の三次
元位置を正確に測定することができる。即ち、前記の位
置が既知である較正用ターゲットに前記光照射手段を作
用させると、前記記憶装置上に画像を得て、該画像から
画像処理手段により前記フレームバッファ座標系におけ
る画像位置情報および、その前記キャリブレーション座
標系および前記センサ座標系における位置情報を得るこ
とができる。前記較正手段は、既知である前記較正用タ
ーゲットのキャリブレーション座標系における位置情報
および三角測量の原理による演算によって求められたセ
ンサ座標系とキャリブレーション座標系における三次元
位置と、前記反射ミラーの傾斜角度の情報と、前記撮像
装置の焦点距離の情報とを加味して、前記の画像変換の
第一係数、前記の座標変換の第二係数、前記の光パラメ
ータとを演算することができる。この較正手段が得た前
記の係数やパラメータと、前記画像処理手段と、前記位
置演算手段と、前記変換演算手段とに基づいて、位置計
測対象物の前記キャリブレーション座標系における正確
な三次元位置を得ることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の例を図1な
いし図7に基づいて以下に説明する。本実施形態に係る
3次元位置計測装置は、図1に示すように、パレット1
上に積み上げられた袋状や箱状の貨物やキャリブレーシ
ョン用の位置計測対象物となるターゲット2の上方に設
置されたセンサヘッド機構3と、センサヘッド機構3に
接続された認識処理制御盤4とを有している。センサヘ
ッド機構3は、キャリブレーション座標系(XC ,YC
,ZC )において所定の位置に取り付けられており、
その位置をセンサ座標系における原点とする。この例に
おいては、光照射手段および撮像装置を備える構成とし
ている。また、この例においては、ターゲット2に照射
する光パターンとしてスリット光を照射することとして
いる。
いし図7に基づいて以下に説明する。本実施形態に係る
3次元位置計測装置は、図1に示すように、パレット1
上に積み上げられた袋状や箱状の貨物やキャリブレーシ
ョン用の位置計測対象物となるターゲット2の上方に設
置されたセンサヘッド機構3と、センサヘッド機構3に
接続された認識処理制御盤4とを有している。センサヘ
ッド機構3は、キャリブレーション座標系(XC ,YC
,ZC )において所定の位置に取り付けられており、
その位置をセンサ座標系における原点とする。この例に
おいては、光照射手段および撮像装置を備える構成とし
ている。また、この例においては、ターゲット2に照射
する光パターンとしてスリット光を照射することとして
いる。
【0008】具体的には、図2にも示すように、帯状の
レーザ光からなるスリット光5を拡散させながら出射す
るスリット光投光器6と、スリット光投光器6からのス
リット光5をターゲット2方向に反射する反射ミラー7
と、反射ミラー7の傾斜角度を任意に変更可能なステッ
ピングモータ8とを備え、これらの部材が光照射手段を
構成している。かかる構成とすると、ステッピングモー
タ8を駆動することにより反射ミラー7の傾斜角度を変
更し、スリット光5を任意の照射角度でターゲット2に
照射することができる。
レーザ光からなるスリット光5を拡散させながら出射す
るスリット光投光器6と、スリット光投光器6からのス
リット光5をターゲット2方向に反射する反射ミラー7
と、反射ミラー7の傾斜角度を任意に変更可能なステッ
ピングモータ8とを備え、これらの部材が光照射手段を
構成している。かかる構成とすると、ステッピングモー
タ8を駆動することにより反射ミラー7の傾斜角度を変
更し、スリット光5を任意の照射角度でターゲット2に
照射することができる。
【0009】また、センサ機構3に備わる撮像装置9は
ターゲット2に照射されたスリット光5を撮像する。こ
の撮像装置9は、レンズ10と撮像部材11とを有し、
電動ズーム機構により撮像部材11に対するレンズ10
の位置を自動で合わせることができる。レンズ10は、
撮像方向がセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)において
鉛直方向(Zs方向)となるように設定されている。ま
た、撮像部材11は、レンズ10を介してターゲット2
上に照射されて反射されたスリット光5が、所定の焦点
距離の位置に画像として結像される撮像面11aを有し
ており、撮像面11aは、鉛直方向(Zs方向)に対し
て垂直となるように設定されている。そして、撮像部材
11の撮像面11aには、レンズ中心Oを中心として点
対称に画像が結像されるようになっており、例えばスリ
ット光5をターゲット2に照射して形成された照射線5
のQ1 点、Q2 点、Q3 点は、それぞれ光線L1 、L2
、L3 を介して撮像面11aにP1 点、P2 点、P3
点として結像されるようになっている。
ターゲット2に照射されたスリット光5を撮像する。こ
の撮像装置9は、レンズ10と撮像部材11とを有し、
電動ズーム機構により撮像部材11に対するレンズ10
の位置を自動で合わせることができる。レンズ10は、
撮像方向がセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)において
鉛直方向(Zs方向)となるように設定されている。ま
た、撮像部材11は、レンズ10を介してターゲット2
上に照射されて反射されたスリット光5が、所定の焦点
距離の位置に画像として結像される撮像面11aを有し
ており、撮像面11aは、鉛直方向(Zs方向)に対し
て垂直となるように設定されている。そして、撮像部材
11の撮像面11aには、レンズ中心Oを中心として点
対称に画像が結像されるようになっており、例えばスリ
ット光5をターゲット2に照射して形成された照射線5
のQ1 点、Q2 点、Q3 点は、それぞれ光線L1 、L2
、L3 を介して撮像面11aにP1 点、P2 点、P3
点として結像されるようになっている。
【0010】上記の撮像部材11は、光量に応じた電荷
を発生させる受光素子部(画素)をX方向およびY方向
のマトリックス状に複数有しており、これらの受光素子
部の電荷を例えばラスタスキャン形式により電圧出力と
して読み出して画像信号として順に出力するようになっ
ている。この撮像部材11は、図2に示すように、認識
処理制御盤4に接続されている。認識処理制御盤4は、
上述の撮像部材11やスリット光投光器6等に接続され
たI/O部12a・12bと、これらのI/O部12a
・12bに信号バス14を介して接続されたモータ駆動
部13、演算部16、RAM17、およびROM18と
を有している。
を発生させる受光素子部(画素)をX方向およびY方向
のマトリックス状に複数有しており、これらの受光素子
部の電荷を例えばラスタスキャン形式により電圧出力と
して読み出して画像信号として順に出力するようになっ
ている。この撮像部材11は、図2に示すように、認識
処理制御盤4に接続されている。認識処理制御盤4は、
上述の撮像部材11やスリット光投光器6等に接続され
たI/O部12a・12bと、これらのI/O部12a
・12bに信号バス14を介して接続されたモータ駆動
部13、演算部16、RAM17、およびROM18と
を有している。
【0011】上記のRAM17には、撮像部材11の受
光素子部の配列と一致したX方向およびY方向のマトリ
ックス状のデータテーブルを有するようにフレームバッ
ファ領域17aが形成されている。このフレームバッフ
ァ領域17aは、2次元のフレームバッファ座標系(X
p,Yp)を形成する。そして、上述の撮像装置9から
のスリット光が結像された画像の画像信号がI/O部1
2aを介して入力されるが、フレームバッファ領域17
aは、この連続した画像信号を離散的な画像データとし
て記憶する記憶装置を構成する。
光素子部の配列と一致したX方向およびY方向のマトリ
ックス状のデータテーブルを有するようにフレームバッ
ファ領域17aが形成されている。このフレームバッフ
ァ領域17aは、2次元のフレームバッファ座標系(X
p,Yp)を形成する。そして、上述の撮像装置9から
のスリット光が結像された画像の画像信号がI/O部1
2aを介して入力されるが、フレームバッファ領域17
aは、この連続した画像信号を離散的な画像データとし
て記憶する記憶装置を構成する。
【0012】また、RAM17には、キャリブレーショ
ン領域17bが形成されており、キャリブレーション領
域17bは、3次元のキャリブレーション座標系(X
c,Yc,Zc)を形成する。このキャリブレーション
座標系においては、前記のフレームバッファ座標系で表
されたターゲット2の画像位置情報が、これに対応する
三次元位置情報として与えられており、キャリブレーシ
ョン領域17bには、この三次元位置情報が格納されて
いる。
ン領域17bが形成されており、キャリブレーション領
域17bは、3次元のキャリブレーション座標系(X
c,Yc,Zc)を形成する。このキャリブレーション
座標系においては、前記のフレームバッファ座標系で表
されたターゲット2の画像位置情報が、これに対応する
三次元位置情報として与えられており、キャリブレーシ
ョン領域17bには、この三次元位置情報が格納されて
いる。
【0013】さらに、RAM17には、カメラパラメー
タを格納するカメラパラメータ領域17cと、光パラメ
ータを格納する光パラメータ領域17dが形成されてい
る。カメラパラメータ領域17cには、フレームバッフ
ァ座標系(Xp,Yp)からセンサ座標系(Xs,Y
s,Zs)に変換する画像変換と、センサ座標系(X
s,Ys,Zs)からキャリブレーション座標系(X
c,Yc,Zc)に変換する平行移動行列および回転移
動行列からなる座標変換とに使用されるカメラパラメー
タが格納されるようになっている。この例では、画像変
換としてアフィン変換を用いることとするが、その場
合、カメラパラメータは、アフィン変換のスケールファ
クタ(sx,sy)、平行移動成分(dx,dy)、回
転移動行列のx軸の回転成分(a)、y軸の回転成分
(b)、z軸の回転成分(c)、平行移動行列のx軸方
向の移動成分(lx)、y軸方向の移動成分(ly)、
z軸方向の移動成分(lz)の合計10個からなってい
る。
タを格納するカメラパラメータ領域17cと、光パラメ
ータを格納する光パラメータ領域17dが形成されてい
る。カメラパラメータ領域17cには、フレームバッフ
ァ座標系(Xp,Yp)からセンサ座標系(Xs,Y
s,Zs)に変換する画像変換と、センサ座標系(X
s,Ys,Zs)からキャリブレーション座標系(X
c,Yc,Zc)に変換する平行移動行列および回転移
動行列からなる座標変換とに使用されるカメラパラメー
タが格納されるようになっている。この例では、画像変
換としてアフィン変換を用いることとするが、その場
合、カメラパラメータは、アフィン変換のスケールファ
クタ(sx,sy)、平行移動成分(dx,dy)、回
転移動行列のx軸の回転成分(a)、y軸の回転成分
(b)、z軸の回転成分(c)、平行移動行列のx軸方
向の移動成分(lx)、y軸方向の移動成分(ly)、
z軸方向の移動成分(lz)の合計10個からなってい
る。
【0014】そして、このカメラパラメータのうち前記
画像変換に伴う部分が画像変換の第一係数にあたり、前
記座標変換に伴う部分が座標変換の第二係数にあたる。
これらのパラメータはターゲット2に対する撮像装置9
の幾何学的位置関係を決めるパラメータとして重要であ
る。
画像変換に伴う部分が画像変換の第一係数にあたり、前
記座標変換に伴う部分が座標変換の第二係数にあたる。
これらのパラメータはターゲット2に対する撮像装置9
の幾何学的位置関係を決めるパラメータとして重要であ
る。
【0015】また、スリット光パラメータ領域17dに
は、センサ座標系(Xs,Ys,Zs)におけるスリッ
ト光5の光パラメータとして、スリット光5の回転中
心、即ち、光照射手段の照射中心位置(x0,0,z
0)と、光照射手段の照射角度(スリット光5の法線ベ
クトルn)が格納される。これらの光パラメータは、タ
ーゲット2の三次元位置を正確に測定する上で、ターゲ
ット2に対する幾何学的位置関係を決めるパラメータと
して重要である。これらのパラメータは、ターゲット2
に対するスリット光5の前記関係を決めるスリット光5
の平面方程式を定める座標位置と、該平面の法線ベクト
ルに対応している。
は、センサ座標系(Xs,Ys,Zs)におけるスリッ
ト光5の光パラメータとして、スリット光5の回転中
心、即ち、光照射手段の照射中心位置(x0,0,z
0)と、光照射手段の照射角度(スリット光5の法線ベ
クトルn)が格納される。これらの光パラメータは、タ
ーゲット2の三次元位置を正確に測定する上で、ターゲ
ット2に対する幾何学的位置関係を決めるパラメータと
して重要である。これらのパラメータは、ターゲット2
に対するスリット光5の前記関係を決めるスリット光5
の平面方程式を定める座標位置と、該平面の法線ベクト
ルに対応している。
【0016】一方、ROM18には、キャリブレーショ
ンルーチン18a、画像処理ルーチン18b、三次元位
置測定ルーチン18c、ターゲット2の3次元位置から
ターゲット2全体の配置パターンを求める配置パターン
検出ルーチン18d等の各種の処理ルーチンが格納され
ている。
ンルーチン18a、画像処理ルーチン18b、三次元位
置測定ルーチン18c、ターゲット2の3次元位置から
ターゲット2全体の配置パターンを求める配置パターン
検出ルーチン18d等の各種の処理ルーチンが格納され
ている。
【0017】キャリブレーションルーチン18aは、前
記の較正手段を構成し、ターゲット2として位置が既知
である較正用ターゲットの位置情報zと、反射ミラー7
の傾斜角度θの情報と、撮像装置9に備わるレンズ10
の焦点距離fの情報とから、前記の画像変換の第一係数
および座標変換の第二係数にあたるカメラパラメータ、
前記のスリット光5の照射中心位置と照射角度にあたる
光パラメータを求める演算を行う。その具体的な処理手
順については後述する。
記の較正手段を構成し、ターゲット2として位置が既知
である較正用ターゲットの位置情報zと、反射ミラー7
の傾斜角度θの情報と、撮像装置9に備わるレンズ10
の焦点距離fの情報とから、前記の画像変換の第一係数
および座標変換の第二係数にあたるカメラパラメータ、
前記のスリット光5の照射中心位置と照射角度にあたる
光パラメータを求める演算を行う。その具体的な処理手
順については後述する。
【0018】画像処理ルーチン18bは、画像処理手段
を構成し、ターゲット2からの反射光を撮像装置9の撮
像部材11に結像して得られる結像画像から、前記フレ
ームバッファ座標系(Xp、Yp)における画像位置情
報に変換する演算を行う。この演算には、例えば、ター
ゲット2からの反射光の濃淡分布として与えられる結像
画像について、その中に含まれる中心線に当たる部分を
抽出し、前記座標系(Xp、Yp)における二次元位置
に変換する等の演算処理がある。
を構成し、ターゲット2からの反射光を撮像装置9の撮
像部材11に結像して得られる結像画像から、前記フレ
ームバッファ座標系(Xp、Yp)における画像位置情
報に変換する演算を行う。この演算には、例えば、ター
ゲット2からの反射光の濃淡分布として与えられる結像
画像について、その中に含まれる中心線に当たる部分を
抽出し、前記座標系(Xp、Yp)における二次元位置
に変換する等の演算処理がある。
【0019】三次元位置測定ルーチン18cは、位置演
算手段および変換演算手段を構成する。三次元位置測定
ルーチン18cは、前記画像位置情報から前記のキャリ
ーブレーションルーチンの手順にも含まれる画像変換お
よび座標変換の演算と、上述のルーチン18a、18b
で得た各種の位置情報やパラメータ等に三角測量の原理
を加味した前記のセンサ座標系におけるターゲット2の
三次元位置の演算と、センサ座標系における三次元位置
を前記座標変換を用いてキャリブレーション座標系での
三次元位置に変換する変換演算とを行うルーチンを含ん
でいる。
算手段および変換演算手段を構成する。三次元位置測定
ルーチン18cは、前記画像位置情報から前記のキャリ
ーブレーションルーチンの手順にも含まれる画像変換お
よび座標変換の演算と、上述のルーチン18a、18b
で得た各種の位置情報やパラメータ等に三角測量の原理
を加味した前記のセンサ座標系におけるターゲット2の
三次元位置の演算と、センサ座標系における三次元位置
を前記座標変換を用いてキャリブレーション座標系での
三次元位置に変換する変換演算とを行うルーチンを含ん
でいる。
【0020】上記の構成を有した認識処理制御盤4は、
I/O部12bを介してロボット制御盤20に接続され
ている。ロボット制御盤20は、図2に示すように、パ
レット1の近傍に設置されたハンドリングロボット21
に接続されている。また、ハンドリングロボット21の
近傍には、ターゲット2を移送するローラコンベア22
が配設されている。そして、ロボット制御盤20は、認
識処理制御盤4から配置パターンを受信したときに、次
のターゲット2のプレース(ピック)位置を決定し、こ
のプレース(ピック)位置とローラコンベア22との間
でターゲット2を移載するようにハンドリングロボット
21に対して指令するようになっている。
I/O部12bを介してロボット制御盤20に接続され
ている。ロボット制御盤20は、図2に示すように、パ
レット1の近傍に設置されたハンドリングロボット21
に接続されている。また、ハンドリングロボット21の
近傍には、ターゲット2を移送するローラコンベア22
が配設されている。そして、ロボット制御盤20は、認
識処理制御盤4から配置パターンを受信したときに、次
のターゲット2のプレース(ピック)位置を決定し、こ
のプレース(ピック)位置とローラコンベア22との間
でターゲット2を移載するようにハンドリングロボット
21に対して指令するようになっている。
【0021】上記の構成において、3次元位置計測装置
の動作を説明する。先ず、図2に示すように、センサヘ
ッド機構3が現場の所定位置に所定の取り付け姿勢とな
るように取り付けられる。そして、このセンサヘッド機
構3が認識処理制御盤4に接続された後、センサヘッド
機構3の取り付け誤差を解消するように、認識処理制御
盤4においてキャリブレーションルーチンが実行される
ことになる。即ち、図4に示すように、高さ変数mおよ
びフォーカス変数iがそれぞれ“0”に初期設定される
(S1)。この後、較正用のターゲット2の上面がキャ
リブレーション座標系(Xc,Yc,Zc)において既
知の高さ位置zm を有したターゲット平面となるように
設定されると共に、この高さ位置zm が記憶される(S
2)。また、撮像装置9がフォーカス値fi の焦点距離
に設定されると共に、このフォーカス値fi が記憶され
る(S3)。
の動作を説明する。先ず、図2に示すように、センサヘ
ッド機構3が現場の所定位置に所定の取り付け姿勢とな
るように取り付けられる。そして、このセンサヘッド機
構3が認識処理制御盤4に接続された後、センサヘッド
機構3の取り付け誤差を解消するように、認識処理制御
盤4においてキャリブレーションルーチンが実行される
ことになる。即ち、図4に示すように、高さ変数mおよ
びフォーカス変数iがそれぞれ“0”に初期設定される
(S1)。この後、較正用のターゲット2の上面がキャ
リブレーション座標系(Xc,Yc,Zc)において既
知の高さ位置zm を有したターゲット平面となるように
設定されると共に、この高さ位置zm が記憶される(S
2)。また、撮像装置9がフォーカス値fi の焦点距離
に設定されると共に、このフォーカス値fi が記憶され
る(S3)。
【0022】次に、ステッピングモータ8が回転駆動さ
れ、反射ミラー7が所定の傾斜角度θとされると共に、
スリット光投光器6から帯状に拡散されたスリット光5
が反射ミラー7方向に出射される。そして、図5に示す
ように、スリット光5が反射ミラー7からターゲット2
の方向に反射し、ターゲット面の両端にかけて線状に照
射されると、照射された投光ライン5aおよびターゲッ
ト2が撮像装置9で撮影されることによって、この映像
がレンズ10を介して撮像部材11の撮像面11aに結
像されることになる(S4)。
れ、反射ミラー7が所定の傾斜角度θとされると共に、
スリット光投光器6から帯状に拡散されたスリット光5
が反射ミラー7方向に出射される。そして、図5に示す
ように、スリット光5が反射ミラー7からターゲット2
の方向に反射し、ターゲット面の両端にかけて線状に照
射されると、照射された投光ライン5aおよびターゲッ
ト2が撮像装置9で撮影されることによって、この映像
がレンズ10を介して撮像部材11の撮像面11aに結
像されることになる(S4)。
【0023】上記の撮像面11aに結像された画像は、
図3に示すように、2次元のスリット光画像データとし
てI/O部12aを介して位置検出制御盤4に取り込ま
れ、RAM17のフレームバッファ領域17aに格納さ
れる。この後、図5に示すように、フレームバッファ領
域17aの2次元のフレームバッファ座標系(Xp,Y
p)におけるスリット光画像データ中からスリット光5
の投光ライン5aが光切断線として特定され、図6に示
すように、投光ライン5a上の任意の点のデータ(M0
〜M6)と、両端点のデータ(P00〜P06,P10
〜P16)とが読み出されて記憶されると共に、このス
リット光画像データを得た反射ミラー7の傾斜角度θが
記憶される(S5)。さらに、このようにして得られた
両端点群のデータ(P00〜P06,P10〜P16)
からキャリブレーション用のターゲット2の4頂点(C
0〜C3)が算出されて記憶される(S6)。
図3に示すように、2次元のスリット光画像データとし
てI/O部12aを介して位置検出制御盤4に取り込ま
れ、RAM17のフレームバッファ領域17aに格納さ
れる。この後、図5に示すように、フレームバッファ領
域17aの2次元のフレームバッファ座標系(Xp,Y
p)におけるスリット光画像データ中からスリット光5
の投光ライン5aが光切断線として特定され、図6に示
すように、投光ライン5a上の任意の点のデータ(M0
〜M6)と、両端点のデータ(P00〜P06,P10
〜P16)とが読み出されて記憶されると共に、このス
リット光画像データを得た反射ミラー7の傾斜角度θが
記憶される(S5)。さらに、このようにして得られた
両端点群のデータ(P00〜P06,P10〜P16)
からキャリブレーション用のターゲット2の4頂点(C
0〜C3)が算出されて記憶される(S6)。
【0024】次に、フォーカス変数iに“1”が加算さ
れ(S7)、フォーカス変数iが2以下であるか否かが
判定される(S8)。フォーカス変数iが2以下である
場合には(S8,YES)、上述のS3から再実行され
ることによって、加算後のフォーカス値fi の焦点距離
となるように撮像装置9が設定された後、ターゲット2
の撮影、投光ライン5a上のデータ(M0〜M6,P0
0〜P06,P10〜P16)および反射ミラー7の傾
斜角度θの記憶、図6に示されるターゲット2の4頂点
(C0〜C3)の記憶が行われることになる(S3〜S
6)。
れ(S7)、フォーカス変数iが2以下であるか否かが
判定される(S8)。フォーカス変数iが2以下である
場合には(S8,YES)、上述のS3から再実行され
ることによって、加算後のフォーカス値fi の焦点距離
となるように撮像装置9が設定された後、ターゲット2
の撮影、投光ライン5a上のデータ(M0〜M6,P0
0〜P06,P10〜P16)および反射ミラー7の傾
斜角度θの記憶、図6に示されるターゲット2の4頂点
(C0〜C3)の記憶が行われることになる(S3〜S
6)。
【0025】一方、フォーカス変数iが2以下でない場
合には(S8,NO)、高さ変数mに“1”が加算され
(S9)、高さ変数mが2以下であるか否かが判定され
る(S10)。高さ変数mが2以下である場合には(S
10,YES)、フォーカス変数iが“0”に初期設定
された後(S11)、上述のS2から再実行される。こ
れにより、加算後の高さ位置zm を有したターゲット平
面となるようにターゲット2が設定された後、“0”お
よび“1”の2種類のフォーカス変数iからなるフォー
カス値fi でもって、撮像装置9がターゲット2を撮影
し、投光ライン5a上のデータ(M0〜M6,P00〜
P06,P10〜P16)および反射ミラー7の傾斜角
度θの記憶、ターゲット2の4頂点(C0〜C3)の記
憶が行われることになる(S3〜S7)。
合には(S8,NO)、高さ変数mに“1”が加算され
(S9)、高さ変数mが2以下であるか否かが判定され
る(S10)。高さ変数mが2以下である場合には(S
10,YES)、フォーカス変数iが“0”に初期設定
された後(S11)、上述のS2から再実行される。こ
れにより、加算後の高さ位置zm を有したターゲット平
面となるようにターゲット2が設定された後、“0”お
よび“1”の2種類のフォーカス変数iからなるフォー
カス値fi でもって、撮像装置9がターゲット2を撮影
し、投光ライン5a上のデータ(M0〜M6,P00〜
P06,P10〜P16)および反射ミラー7の傾斜角
度θの記憶、ターゲット2の4頂点(C0〜C3)の記
憶が行われることになる(S3〜S7)。
【0026】この後、高さ変数mが3以上になると(S
10,NO)、フレームバッファ座標系(Xp,Yp)
からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)へのアフィン変
換と、センサ座標系(Xs,Ys,Zs)からキャリブ
レーション座標系(Xc,Yc,Zc)への平行移動行
列および回転移動行列からなる座標変換とに使用される
カメラパラメータを求めるように、カメラキャリブレー
ションの収束計算処理が行われる。
10,NO)、フレームバッファ座標系(Xp,Yp)
からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)へのアフィン変
換と、センサ座標系(Xs,Ys,Zs)からキャリブ
レーション座標系(Xc,Yc,Zc)への平行移動行
列および回転移動行列からなる座標変換とに使用される
カメラパラメータを求めるように、カメラキャリブレー
ションの収束計算処理が行われる。
【0027】具体的には、アフィン変換の対角成分は、
回転移動行列と分離できないので省略すると、フレーム
バッファ座標系(Xp,Yp)からキャリブレーション
座標系(Xc,Yc,Zc)への変換パラメータである
カメラパラメータは、アフィン変換のスケールファクタ
(sx,sy)、平行移動成分(dx,dy)、回転移
動行列のx軸の回転成分(a)、y軸の回転成分
(b)、z軸の回転成分(c)、平行移動行列のx軸方
向の移動成分(lx)、y軸方向の移動成分(ly)、
z軸方向の移動成分(lz)の合計10個となる。
回転移動行列と分離できないので省略すると、フレーム
バッファ座標系(Xp,Yp)からキャリブレーション
座標系(Xc,Yc,Zc)への変換パラメータである
カメラパラメータは、アフィン変換のスケールファクタ
(sx,sy)、平行移動成分(dx,dy)、回転移
動行列のx軸の回転成分(a)、y軸の回転成分
(b)、z軸の回転成分(c)、平行移動行列のx軸方
向の移動成分(lx)、y軸方向の移動成分(ly)、
z軸方向の移動成分(lz)の合計10個となる。
【0028】このカメラパラメータによる前記の二つの
座標系間の対応を示すのが図7である。フレームバッフ
ァ座標系とキャリブレーション座標系の間で、(xp0、
yp0)と(xc0、yc0)、(xp1、yp1)と(xc1、y
c1)、(xp2、yp2)と(xc2、yc2)、(xp3、yp
3)と(xc3、yc3)が各々に対応する関係にある。
座標系間の対応を示すのが図7である。フレームバッフ
ァ座標系とキャリブレーション座標系の間で、(xp0、
yp0)と(xc0、yc0)、(xp1、yp1)と(xc1、y
c1)、(xp2、yp2)と(xc2、yc2)、(xp3、yp
3)と(xc3、yc3)が各々に対応する関係にある。
【0029】ここで、フレームバッファ座標系(Xp,
Yp)からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)への変換
は、(1)式で表される。
Yp)からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)への変換
は、(1)式で表される。
【0030】
【数1】
【0031】キャリブレーション座標系(xc,yc,
zc)からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)への変換
は、(2)式で表される。
zc)からセンサ座標系(Xs,Ys,Zs)への変換
は、(2)式で表される。
【0032】
【数2】
【0033】但し、Trans(lx ,ly ,lz ):
平行移動行列 Rot(z,c),Rot(y,b),Rot(x,
a):x軸、y軸、z軸回りの回転行列 センサ座標系(Xs,Ys,Zs)における透視変換
は、(3)式で表される。
平行移動行列 Rot(z,c),Rot(y,b),Rot(x,
a):x軸、y軸、z軸回りの回転行列 センサ座標系(Xs,Ys,Zs)における透視変換
は、(3)式で表される。
【0034】
【数3】
【0035】(1)式、(2)式、(3)式により
(4)式が導出される。
(4)式が導出される。
【0036】
【数4】
【0037】カメラパラメータpについて、各パラメー
タの微小変化を考えると、(5)式のように表すことが
できる。
タの微小変化を考えると、(5)式のように表すことが
できる。
【0038】
【数5】
【0039】そこで、フレームバッファ座標系(Xp,
Yp)におけるデータ群(xpi ,ypi )と、このデ
ータ群(xpi ,ypi )に対応するキャリブレーショ
ン座標系(Xc,Yc,Zc)におけるデータ群(xc
i ,yci ,zci )が与えられると、フレームバッフ
ァ座標系(Xp,Yp)からキャリブレーション座標系
(Xc,Yc,Zc)へのカメラパラメータp=(s
x,sy,dx,dy,lx,ly,lz,a,b,
c)を得ることができる。即ち、(5)式に示すヤコビ
行列Jを用いて、反復計算によって算出することができ
る。
Yp)におけるデータ群(xpi ,ypi )と、このデ
ータ群(xpi ,ypi )に対応するキャリブレーショ
ン座標系(Xc,Yc,Zc)におけるデータ群(xc
i ,yci ,zci )が与えられると、フレームバッフ
ァ座標系(Xp,Yp)からキャリブレーション座標系
(Xc,Yc,Zc)へのカメラパラメータp=(s
x,sy,dx,dy,lx,ly,lz,a,b,
c)を得ることができる。即ち、(5)式に示すヤコビ
行列Jを用いて、反復計算によって算出することができ
る。
【0040】尚、本実施例においては、焦点距離と高さ
を2通りに変えているが、(5)式において、Δpを求
める必要条件は、rankJ=10(パラメータ数)であ
る。これは、1平面の4頂点を2種類の焦点距離(フォ
ーカス値fi )で測定することによって、あるいは、2
平面の2頂点を1種類の焦点距離で測定することによっ
て、カメラパラメータを算出できることを示している。
正確には、8点のデータのうちの5点分のデータを用い
て得られるため、同一の焦点距離でない、あるいは同一
の高さでない少なくとも5点のデータを用いることによ
って、カメラパラメータを算出できることを示してい
る。
を2通りに変えているが、(5)式において、Δpを求
める必要条件は、rankJ=10(パラメータ数)であ
る。これは、1平面の4頂点を2種類の焦点距離(フォ
ーカス値fi )で測定することによって、あるいは、2
平面の2頂点を1種類の焦点距離で測定することによっ
て、カメラパラメータを算出できることを示している。
正確には、8点のデータのうちの5点分のデータを用い
て得られるため、同一の焦点距離でない、あるいは同一
の高さでない少なくとも5点のデータを用いることによ
って、カメラパラメータを算出できることを示してい
る。
【0041】以上のようにしてカメラパラメータが求め
られると(S12)、続いて、センサ座標系(Xs,Y
s,Zs)におけるスリット光5の平面方程式に関する
光パラメータを求めるように、スリット光キャリブレー
ションの収束計算処理が行われる。
られると(S12)、続いて、センサ座標系(Xs,Y
s,Zs)におけるスリット光5の平面方程式に関する
光パラメータを求めるように、スリット光キャリブレー
ションの収束計算処理が行われる。
【0042】具体的には、スリット光5の平面がYs軸
に平行であると仮定する。そして、先の図5に示すよう
に、スリット光5の回転中心を(x0,0,z0)とし
た任意の基準スリット光5Aを設定すると、このときの
スリット光5の平面方程式のパラメータ(光パラメー
タ)は、x0およびz0と、スリット光5の法線ベクト
ルnとなる。従って、反射ミラー7を基準スリット光5
Aからθ[rad] 回転させたときのスリット光5の平面方
程式は、(6)式で表すことができる。
に平行であると仮定する。そして、先の図5に示すよう
に、スリット光5の回転中心を(x0,0,z0)とし
た任意の基準スリット光5Aを設定すると、このときの
スリット光5の平面方程式のパラメータ(光パラメー
タ)は、x0およびz0と、スリット光5の法線ベクト
ルnとなる。従って、反射ミラー7を基準スリット光5
Aからθ[rad] 回転させたときのスリット光5の平面方
程式は、(6)式で表すことができる。
【0043】
【数6】
【0044】ここで、
【0045】
【数7】
【0046】キャリブレーションによりスリット光5の
平面方程式を求めるためには、センサ座標系(Xs,Y
s,Zs)における計測点およびこの計測点を計測する
際の反射ミラー7の傾斜角度θが必要である。
平面方程式を求めるためには、センサ座標系(Xs,Y
s,Zs)における計測点およびこの計測点を計測する
際の反射ミラー7の傾斜角度θが必要である。
【0047】前記のカメラキャリブレーションにおいて
記憶したデータより、スリット光5のキャリブレーショ
ンに必要なキャリブレーションデータ(fi 、zci、x
pj、ypj、θj )を作成する。このキャリブレーション
データについて、fi は撮像装置9のフォーカス値、z
ciはキャリーブレーションターゲットの高さ、(xpj、
ypj)はフレームバッファ座標系(Xp、Yp)におけ
る光切断線上の任意の点の計測位置、θj は基準平面か
らの反射ミラー7の回転角を表す。ここで、iは各平面
の高さに対応する添字であり、jはミラーの各回転角に
対応する添字である。
記憶したデータより、スリット光5のキャリブレーショ
ンに必要なキャリブレーションデータ(fi 、zci、x
pj、ypj、θj )を作成する。このキャリブレーション
データについて、fi は撮像装置9のフォーカス値、z
ciはキャリーブレーションターゲットの高さ、(xpj、
ypj)はフレームバッファ座標系(Xp、Yp)におけ
る光切断線上の任意の点の計測位置、θj は基準平面か
らの反射ミラー7の回転角を表す。ここで、iは各平面
の高さに対応する添字であり、jはミラーの各回転角に
対応する添字である。
【0048】次に、前記のカメラキャリブレーションに
おいて得たカメラパラメータを用いて、前記のキャリブ
レーションデータ(zci、xpj、ypj)をセンサ座標系
(Xs,Ys,Zs)のデータ(xsij 、ysij 、zsi
j )に変換する。フレームバッファ座標系(Xp、Yp
)における計測点を、キャリーブレーション座標系
(Xc 、Yc 、Zc )における撮像面11aの計測点に
変換する。
おいて得たカメラパラメータを用いて、前記のキャリブ
レーションデータ(zci、xpj、ypj)をセンサ座標系
(Xs,Ys,Zs)のデータ(xsij 、ysij 、zsi
j )に変換する。フレームバッファ座標系(Xp、Yp
)における計測点を、キャリーブレーション座標系
(Xc 、Yc 、Zc )における撮像面11aの計測点に
変換する。
【0049】
【数8】
【0050】
【数9】
【0051】但し、
【数10】
【0052】
【数11】
【0053】キャリブーレーション座標系におけるレン
ズ中心は次式で表される。(9)、(11)式よりキャ
リブーレーション座標系における計測点は次式のように
なる。
ズ中心は次式で表される。(9)、(11)式よりキャ
リブーレーション座標系における計測点は次式のように
なる。
【0054】
【数12】
【0055】センサ座標系における計測点は次式で表さ
れる。
れる。
【0056】
【数13】
【0057】
【数14】 スリット光5の平面方程式のパラメータp=(n、x
0、z0)は、(14)式のヤコビ行列Jを用いて、反
復計算を行うことにより算出することができる。尚、
(14)式において、△pを求める必要条件は、ran
kJ=3である。これは、2平面を3回角度を変えて3
点計測するか、2平面を2回角度を変えて3点計測する
ことによって満たされる。
0、z0)は、(14)式のヤコビ行列Jを用いて、反
復計算を行うことにより算出することができる。尚、
(14)式において、△pを求める必要条件は、ran
kJ=3である。これは、2平面を3回角度を変えて3
点計測するか、2平面を2回角度を変えて3点計測する
ことによって満たされる。
【0058】なお、ここで示した例においては、ヤコビ
行列Jを用いた反復計算により、上記のカメラパラメー
タと、スリット光5の平面方程式のパラメータとを得る
手順を示したが、これ以外の計算法、例えばニュートン
法による反復計算によっても前記パラメータを得ること
ができる。さらに、データ点数を多くするほど、精度は
向上する。
行列Jを用いた反復計算により、上記のカメラパラメー
タと、スリット光5の平面方程式のパラメータとを得る
手順を示したが、これ以外の計算法、例えばニュートン
法による反復計算によっても前記パラメータを得ること
ができる。さらに、データ点数を多くするほど、精度は
向上する。
【0059】なお、ここに上げた較正手段の例としての
キャリブレーションルチーンは、カメラキャリブレーシ
ョンとスリット光キャリブレーションを行うために必要
な計測と、そのデータの記憶を同時に行い、そのデータ
群から各々のキャリブレーションに必要なデータを随時
に選択して演算する手順により構成している。
キャリブレーションルチーンは、カメラキャリブレーシ
ョンとスリット光キャリブレーションを行うために必要
な計測と、そのデータの記憶を同時に行い、そのデータ
群から各々のキャリブレーションに必要なデータを随時
に選択して演算する手順により構成している。
【0060】このキャリブレーションルーチンを構成す
るにあたって、カメラキャリブレーションと、スリット
光キャリブレーションを別個に行う手順により構成する
こともできる。即ち、最初にカメラキャリブレーション
に必要なデータの計測と記憶を行い、カメラキャリブレ
ーションのための演算を行ってカメラパラメータを得た
後に、スリット光キャリブレーションを行うとする手順
の構成とすることもできる。いずれの手順により構成す
るにしても、本発明にかかる三次元位置計測装置におい
ては、上記の二つのキャリブレーションのいずれも行う
必要がある。
るにあたって、カメラキャリブレーションと、スリット
光キャリブレーションを別個に行う手順により構成する
こともできる。即ち、最初にカメラキャリブレーション
に必要なデータの計測と記憶を行い、カメラキャリブレ
ーションのための演算を行ってカメラパラメータを得た
後に、スリット光キャリブレーションを行うとする手順
の構成とすることもできる。いずれの手順により構成す
るにしても、本発明にかかる三次元位置計測装置におい
ては、上記の二つのキャリブレーションのいずれも行う
必要がある。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる三
次元位置計測装置は、該装置の構成要素として取付け位
置が確定されているべき光照射手段と撮像装置の取付け
位置の微少なズレを、演算手段によって較正することが
できるという効果を奏する。さらに、前記の効果によっ
て、前記光照射手段や撮像装置の取付け位置を確定する
ための機械的な調整機構を不要にできるので、部品コス
トを低減することができると共に、オペレータの負担お
よび調整時間を低減しつつ、高精度の三次元位置計測を
行うことができるという効果を奏する。
次元位置計測装置は、該装置の構成要素として取付け位
置が確定されているべき光照射手段と撮像装置の取付け
位置の微少なズレを、演算手段によって較正することが
できるという効果を奏する。さらに、前記の効果によっ
て、前記光照射手段や撮像装置の取付け位置を確定する
ための機械的な調整機構を不要にできるので、部品コス
トを低減することができると共に、オペレータの負担お
よび調整時間を低減しつつ、高精度の三次元位置計測を
行うことができるという効果を奏する。
【図1】三次元位置計測装置による位置計測の概要を示
す図である。
す図である。
【図2】三次元位置計測装置の構成を示す図である。
【図3】三次元位置計測装置のブロック構成を示す図で
ある。
ある。
【図4】三次元位置計測を行う手順を示すフローチャー
ト図である。
ト図である。
【図5】光パターンの照射と、撮像装置による画像位置
を記録する様子を示す図である。
を記録する様子を示す図である。
【図6】光切断線上の任意の点および両端点を示す図で
ある。
ある。
【図7】フレームバッファ座標系とキャリブレーション
座標系の対応を示す図である。
座標系の対応を示す図である。
【図8】三次元位置計測により貨物の立体配置の状況を
認識する様子を示す図である。
認識する様子を示す図である。
1 パレット 2 ターゲット 3 センサ機構 4 認識処理制御盤 5 スリット光 6 スリット光投光器 7 反射ミラー 8 ステッピングモーター 9 撮像装置 10 レンズ 11 撮像部材 12a、12b I/O部 16 演算部 17a フレームバッファ領域 17b キャリブレーション領域 17c カメラパラメータ領域 17d スリット光パラメータ領域 18a キャリブレーションルーチン 18b 画像処理ルーチン 18c 三次元位置測定ルーチン 18d 配置パターン検出ルーチン 20 ロボット制御盤 21 ハンドリングロボット 22 ローラコンベア 51 貨物
Claims (1)
- 【請求項1】 実際の空間における位置を表すキャリブ
レーション座標系において所定の位置に取り付けられ、
光照射手段による位置計測対象物からの反射光を上方で
所定の焦点距離に画像として結像する撮像装置と、 前記撮像装置の位置を原点に取り直したセンサ座標系に
おいて所定の位置に取り付けられ、反射ミラーの傾斜角
度を変更することにより所定の光パターンを任意の照射
角度で位置計測対象物に斜め上方から照射する前記光照
射手段と、 撮像装置からの連続した画像信号を離散的な画像データ
として記憶する記憶装置と、 前記結像画像を記憶装置上の位置を表すフレームバッフ
ァ座標系の画像位置情報に変換する演算を行う画像処理
手段と、 前記画像位置情報に基づき、前記センサ座標系における
前記計測対象物の三次元位置を三角測量の原理により演
算する位置演算手段と、 前記三次元位置をキャリブレーション座標系の三次元位
置に変換する変換演算手段と、 前記光照射手段および撮像装置の取付位置の微少なズレ
を較正する演算を行う較正手段とを含んでなり、 該較正手段は、位置が既知である較正用ターゲットの位
置情報と、前記反射ミラーの傾斜角度の情報と、前記撮
像装置の焦点距離の情報とから、 前記フレームバッファ座標系で表される前記画像位置情
報を、センサ座標系の位置に変換する画像変換の第一係
数と、 三角測量の原理から演算したセンサ座標系での三次元位
置を、前記キャリブレーション座標系の位置に変換する
座標変換の第二係数と、 前記光照射手段が照射する光パターンの前記センサ座標
系における照射中心位置および照射角度からなる光パラ
メータとを演算するものであって、 前記位置計測対象物の前記キャリブレーション座標系に
おける三次元位置を、前記画像処理手段と、前記位置演
算手段と、前記変換演算手段と、前記較正手段とに基づ
いて得るように構成したことを特徴とする3次元位置計
測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8220491A JPH1047924A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 3次元位置計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8220491A JPH1047924A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 3次元位置計測装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1047924A true JPH1047924A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16751902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8220491A Pending JPH1047924A (ja) | 1996-08-01 | 1996-08-01 | 3次元位置計測装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1047924A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005098973A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-04-14 | Fujitsu Ltd | 計測方法、計測システム及びプログラム |
FR2929481A1 (fr) * | 2008-03-26 | 2009-10-02 | Ballina Freres Sa De | Procede et installation d'examen visiometrique de produits en defilement |
JP2010281621A (ja) * | 2009-06-03 | 2010-12-16 | Seiko Epson Corp | 三次元形状計測装置 |
JP2011148045A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Shinmaywa Industries Ltd | ツール座標系の較正装置及び較正方法 |
CN104440953A (zh) * | 2013-09-16 | 2015-03-25 | 财团法人工业技术研究院 | 物体位置信息的测量方法及装置 |
CN105538341A (zh) * | 2016-01-12 | 2016-05-04 | 昆明理工大学 | 一种基于末端非完整坐标信息的机器人标定系统及方法 |
-
1996
- 1996-08-01 JP JP8220491A patent/JPH1047924A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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