JPS59173716A - 面傾度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は、２本の相異なる向きのスリット元全３次元物
体団上に同時に投影し、投影＠全テレビ傾度測定装置に
関する。

（２）技術の背景 近年、産業用ロボットの発展はめざましいものがあるが
、ロボットの移動あるいはロボットに作業を行なわせる
場合、作業領域内の物体を３次元的に認識することが必
要になる。３次元物体認識では、対象物までの距離と対
象物の面の傾き情報を得ることが特に重要な課題である
。

（３）従来技術と問題点 従来、３次元物体の面ベクトルを検出する方式としては
、第１図に示すような原理によって行われている。すな
わち、光源１をＺ軸を中心にして回転運動させたときの
物体面２の輝贋の変化をカメラ３にてとらえ解析するも
のである。この場合輝度ＩＲが次の関係式、 ＩＲψ）＝ａ＋ｂｃｏｓβ＋ｃｓｉｎβ　　　　　　　
−（１）で表わせる直流分をもった正弦波状の変化をす
るものとして、それの位相と振幅から面ベクトルをの変
化を逐一測定しなければならないため非常に時間を要す
るという問題があρ、また物体面２が完全な拡散面でな
い場合には■凡の正弦波に歪が生じて測定誤差が大きく
なる等の問題点を肩している。他方、光源と物体面とカ
メしとの距離によって面ベクトルを算出する方式も提案
されているがこの場合には３卓が一直綜上にない場合の
距離を測定しなければならないためデータ処理に時間を
要するという問題点を有している。

（４）発明の目的 本発明の目的は上述の問題点に鑑み、２本の相異なる向
きのスリット坑を同時に３次元物体面上に投影し、撮像
面上で投影ｆＪｔのｘ＊ｙ瓜分を求めることによって面
ベクトルを導出することにより３次元空間内に任意に置
かれた物体の面の傾きを測定する面傾度測定装置を提供
することにある。

（５）発明の構成 この目的は、本発明によれば、２本の相異なる向きのス
リット光′ｆｆ：３次元物体上にスリット光を投影する
投影機と、該３次元物体上に投影された該スリット光に
よる投影像を撮影するテレビジョンカメラと、該テレビ
ジョンカメラによる撮影像を２値化データとして処理す
る画像処理部と、該面ベクトルを計算する面ベクトル演
算部と、該投影機と該テレビジョンカメラとの方向を制
御する制御部とを具備する面傾度測定装置を提供するこ
とにより達成される。

（６）発明の実施例 第２図は、本発明による面傾度測定装置の一実施例を示
すブロック線図である。第２図において、４は２本の互
に直交するスリットを有し該スリ・ットから３次元物体
上にスリット光を投影する投影機（プロジェクタ）であ
り、５は投影されたスリット光による投影像を撮影する
テレビカメラであり、６はテレビカメラの撮影像を２値
化データとして処理する画像処理部であυ、７はプロジ
ェクタ４とテレビカメラ５の位置座標の校正（キヤリプ
レーゾーン）をする座標校正演算部でちゃ、８は撮影像
面上でのＸ、ｙ成分によって面ベクトルを導出する面ベ
クトル演算部であり、そして９はプロジェクタ４とテレ
ビカメラ５の方向を制御する制御部である。また第３図
はプロジェクタ４とテレビカメラ５の空間配量関係を示
す斜視図であシ、第４図は、第３図の空間配置に訃ける
キャリブレーション時の座標関係を示し、第５図は、第
３図の空間配置におけるテレビカメラの撮像面上の像の
座標を示し、第６図は第２図に示す装置を用いて３次元
物体が任意の傾きを有するときの座標関係を示す図であ
る。

このような構成において、プロジェクタ４のど座、原糸
０ｐ−Ｘｐｙｐｚｐについて光軸をＺｐ　　としこれに
直交するようにＸｐ＊７ｐ軸を定める。一方、カメラ５
の座標系Ｏｃ　−Ｘ＋ｊ’ｃＺｃについて撮像面の横軸
をＸい縦軸をｙｃ　に選びＺｃ　　をこれらに直交する
ように定める（第４゛図参照）。そしてＯｐ　”−Ｘｐ
ｙｐｚｐカｏｃ、−ＸＣｙｏ２ｏｖＣ対して、ｚｏ　軸
回９にα、Ｖｃ軸回りにβ、Ｘｃ軸回りに１回転してい
るとする。

最初に行なう両座種糸のキャリブレーションはこのオイ
ラー角α、β、γを求めることである。

ここで平面π。ｋ　ｚ　ｐ軸に直交するように設定する
。すなわち、 πｏ　ＪＬ　Ｚｐ　　　　　　　　　　　　・・・（２
）プロジェクタ４のスリット光としては解析を容易にす
るために鵠４図に示すように“ｘｐ軸上に長さｄのスリ
ットｆ、’ｆｐ軸上に長さｔのスリットを考える。すな
わち、 ５＝ｓｉｐ　　　　　　　　　　　　　　・・・＋３Ｊ
Ｔ＝ｔｊｐ　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
ここでドツト・はそれがベクトル食であることを示す。

ｉ、ｊ、には単位ベクトルとする。この直交する２本の
スリット光を面π。に投影し、その時のπ。上にできる
投影像をＳ、Ｔに対応して各々ｅ　＋　ｆとする。式（
２）によシ、ｅ＝ｓｉｐ　　　　　　　　　　　　　　
・・・（５）ｆ＝ｔｊｐ　　　　　　　　　　　　　　
・・・（６）ここで、ｏｐ　　ｘｐｙｐｚｐ系はｏｃ−
ｘｃｙｃｚｃ系に対してオイラー角α、β、γの関係に
あり、変換行列金貨（α、β、γ）とすれば次式のよう
になる。

さらに（１６）−Ｑ匂から ここでＢ’　＝　Ｘｊ　＋Ｙｌ ”、”Ｘ’ｌ　＋Ｙｌ　＋ｚｌ　＝　ｔ’従ってα９〜
■υを用いてα、β、γを求めることができる。但しβ
、γの復号については０ｐ−ｘｐｙｐｚｐ系、　０（、
−ｘｃｙｃｚ（１７＞位置関係で決定できる。

以上でキャリブレーションが終了したので任意の傾きを
もつ物体面π、に、プロジェクタとテレビカメラをそれ
ぞれ基準面からオイラー角α２．β９゜γｐ、αＣ９β
０．γ０だけ回転させて９．金のスリット元を投影した
ときの二とｉの導出を第６図を参照しつ＼行う。

まず、プロジェクタとカメラの回転後の座標系をそれぞ
れ０．′−ｘｐ′ｙｐ′ｚｐ：　とＯｃ’　ｘ（２’　
ｙｃ’　Ｚ　ｃ’とする。Ｏｐ’−ｘｐｙｐｚｐ’はＯ
ｐ　−ｘｐｙｐ呻に対してまた、Ｏｃ’　Ｘｃ’Ｖｃ’
Ｚｃ’はＯｃ　Ｘｃ７ｃＺｃに対してであり１この式は と書き替えられるーここでＨ′のダラシ−１″は介の転
置行列を示す。従ってｏｐ　　ｘ、ｙ、ｚドはＯｃ’−
ＸｊｙｊＺｊに対して ここで、 ん＝償αｐ、βｐ、γｐ）・ｈ（α、β、γ）翰′（α
Ｃ２βＣ２γＣ） であると仮定する。

一方、物体面上の投影１′象ｅはＯｐ　　Ｘ；　ｙｐ　
Ｚｆ系のＸｐ′ｚｐ′平面内にあるので、 二重ｊ〆（二、鈴）−〇　　　　　　　・・・（イ）但
し くハ）式を（ハ）式に代入すると Ｘｅｈ２１　＋Ｙｅｈ２２＋　Ｚｅｈ２ｇ　＝０　　　
　　　　　　・＝（２１測定できないＺｅは ただし、ｈ、３ＮＯとする。また物体面上の投影像ｉは
Ｕｐ　　Ｘｐ　ｙｐ　Ｚ　ｐ系のｙ、；ｚ、ｚ平面内に
あるので、ｉ工作（ｆ−ｉφ）−〇　　　　　　・・価
但し、 全上式に代入すると Ｘｆｈ、！　＋Ｙｆｈ１２　＋　Ｚｆｈｌｓ　＝　Ｏ−
１３３）測定できないＺｆは ただし、１１ｔｓ’ＥＯとする。

最後に、π１　の面ベクトルの導出を行なうと面ベクト
ルには二とＩの外積で与えられる。従って、＋　（Ｘｅ
Ｙｆ　−ＸｆＹｅ　）　Ｋｃ　　　　　　　　−（３ｆ
ｉＪ＝ｕｉｃ士ｖｊｃ＋ｗＫｃ　　　　　　　　　、”
［ｎ従って、π１のＯｃ’　−ｘ、’ｙｏ′ｚ、’　　
系に対する方向余弦は、 ・・・關 第７図、第８図は本発明による装置の演算流れを示す。

第７図、第８図においてキャリブレーション時には１、
基準点に設置されたプロジェクタとカメラの各座標系の
キャリブレーション＝行なう。

ここでは解析上簡単化のため、亘父する２本のスリット
光を基準面πＧに投影する。ＩＡ像処理部６においてし
きい値処理を行いｅ、ｆの検出をして、ｘ　ｓ　’ｌ成
分を求める。次に座標校正演算部７において、式０１〜
（２）を用いてオイラー角α、β、γを算出する。この
キャリプレー７−ａンは最初行えばその位置関係を変え
ない限り行う必要はない。

次に、任意の面の傾きを導出する場合について説明する
。プロジェクタとカメラの姿勢を制御して向きを目標点
に向ける。制御部９はプロジェクタとカメラの姿勢をｘ
　＋　ｙｍ　ｚ　、軸回シに自由に姿勢を変えられるよ
うな機能をもたせるために設けられるものである。この
制御部９によって基準点からの回転角を読み取ることが
できる。座標校正演算部７では、α、β、γ、αｐ、β
ｐ、γｐ。

αＣ１βＣ９γＣからＨ，を求める。次に画像処理部６
に訃いて、しきい値処理によって撮像面上でのｅ、ｆを
検出してＸ、ｙ成分の長さを算出する。

さらに面ベクトル演算部８において、式■＋　（：３４
）を使いＺｅ、Ｚｆｉ導出し、式ｆ３６Ｊ　、　ｌ、３
７１からｕ、ｖ、ｗを求め式（３ａｌからπ１　の方向
余弦を導出する。

（７）発明の効果 ゛本発明による面傾度測定装置によって物体面の傾き計
測が比較的短い時間、例えば数秒のオーダで゛実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の方式を説明する図、 第２図μ、本発明の一実施例としての面傾度測定装置の
ブロック線図、 第３図は、第２図の装置におけるプロジェクタとテレビ
カメラの空間配置を示す斜視図、第４図は、第３図の空
間配置におけるキャリブレーション時の座標関係の説明
用の図、第５図は、第３図の空間配置におけるテレビカ
メラ撮像面上の像の座標関係の説明用の図、第６図は、
第２図の装置における３次元物体の面が任意の傾きをも
った場合の空間配置に訃ける座標関係の説明用の図、 第７図は、第２図の装置におけるキャリブレーション時
の演算流れを示す流れ図、および第８図は、第２図の装
置における物体面の傾きを導出する演算流れを示す流れ
図である。 １・・・光源、２・・・３次元物体面、３．５・・・テ
レビカメラ、４・・・プロジェクタ、６・・・画像処理
部、７・・・座標校正演算部、８・・・面ベクトル演算
部、９・・・制御部。 特許出願人 冨士通株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　内　　１）幸　男 弁理士　山　　口　　昭　之 第６図　　　　　　、。７ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２本の相異なる向きのスリット元を３次元物体上に
   投影する投影機と、該３次元物体上に投影された該スリ
   ット元による投影像を撮影するテレビジョンカメラと、
   該テレビジョンカメラによる撮影像を２値化データとし
   て処理する画像処理部と、該投影機と該テレビジョンカ
   メラとの位ｆｉｆｆｉ座標全校正する座標校正演算部と
   、前記撮影像面上の投影像の面ベクトル全計算する面ベ
   クトルＶ算部と、該投影機と該テレビジョンカメラとの
   方向を制御ルする制御部とを具備する面傾度測定装置。