JPS5979377A - 階段認識方法およびその装置 - Google Patents
階段認識方法およびその装置Info
- Publication number
- JPS5979377A JPS5979377A JP57189035A JP18903582A JPS5979377A JP S5979377 A JPS5979377 A JP S5979377A JP 57189035 A JP57189035 A JP 57189035A JP 18903582 A JP18903582 A JP 18903582A JP S5979377 A JPS5979377 A JP S5979377A
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- Japan
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- stairs
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- staircase
- stairway
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T1/00—General purpose image data processing
- G06T1/0014—Image feed-back for automatic industrial control, e.g. robot with camera
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Image Processing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は階段の認識に好適な視覚認識方法および装置に
関する。
関する。
従来の１多動形ロボツトにおける視覚認識は、平面浮動
における障害物の４峨、迷路の通路認識、道路表示認識
などが研究されている。しかし、階段の４１．爪はほと
んど行われていない。一方、階段移動機ｆｔ１ｌについ
ては、従来から挿々の研究が行われてきたが、これらの
研究は機構そのものの研究に主眼が置かれておシ、階段
の視覚による認識の自動化は行われておらず１ 人間が
階段の傍にいて、階段移動機構を操縦するか教示し、ま
だは接触センサにより階段の最下段の位置を検出する程
度であった。
における障害物の４峨、迷路の通路認識、道路表示認識
などが研究されている。しかし、階段の４１．爪はほと
んど行われていない。一方、階段移動機ｆｔ１ｌについ
ては、従来から挿々の研究が行われてきたが、これらの
研究は機構そのものの研究に主眼が置かれておシ、階段
の視覚による認識の自動化は行われておらず１ 人間が
階段の傍にいて、階段移動機構を操縦するか教示し、ま
だは接触センサにより階段の最下段の位置を検出する程
度であった。
本発明の目的は移動ロボットに階段走行のだめの階段情
報を認識する視覚認識方法および装置を提供することに
ある。
報を認識する視覚認識方法および装置を提供することに
ある。
本発明はｌｖ段の幾可学的な規則性に着目して、撮塚手
段によって得られる階段画像を線分として求め、この階
段画像の線分の長さと撮影距離とにより、１、皆殺の幅
、階段の全ステップ幅および各ステップの高さ等の主要
諸元を演算して、これを認識するようにしたものである
。
段によって得られる階段画像を線分として求め、この階
段画像の線分の長さと撮影距離とにより、１、皆殺の幅
、階段の全ステップ幅および各ステップの高さ等の主要
諸元を演算して、これを認識するようにしたものである
。
第１図は本ボ・１ノ１の視覚認１哉−１月４の一例を備
えた移動ロボットを示すも・、・りでわる。この図にお
いて１は階段、２は階段１を踏破することができる機能
を有する移動ロボットである。この移ｉ！ｂロボット２
にはテレビカメラ３、照明４が設けられていると共に、
移動制御１１１１１ｉ ｉｄ’、 ５および移動量検出
手段６が備えられている。テレビカメラ３はレンズ３Ａ
と受１象面３Ｂと・逆開をビデ第１ｄ号として送出する
受１尿送出手段３Ｃとを備えている。また、テレビカメ
ラ３は荷さ調節のだめに昇降可能である。照明４は移動
ロボット２に傾動可能に装設されている。テレビカメラ
３の受像送出手段３Ｃは画識記憶採ｉ７に接続されてい
る。この画１域記１意装置＃７はテレビカメラ３からの
ビデオ信号により受像面３Ｂ上の各絵素の位置と輝度と
を耐重する。演算装＃８は移動量演出手段６分よび画１
象記１意摸置７に接続しており１、面像記憶霞度７内の
任意の！′＃誰を読み出し、移−動量演出手段６〃１ら
の情報を取り入れて階段１の幅、全ステップ幅Ｃ１各ス
テップ幅ＳＴ、およびステップ高さＨａｆ：演算し、再
記憶さぜる。演算装置８は演算結果から得られた情報を
移動ロボット２の移動制御装置５に送る。移動制１装＃
５は演算装・−８より与えられた階段情報によって、停
動ロボット２か階段１を移動するのに必要な制御を行う
。
えた移動ロボットを示すも・、・りでわる。この図にお
いて１は階段、２は階段１を踏破することができる機能
を有する移動ロボットである。この移ｉ！ｂロボット２
にはテレビカメラ３、照明４が設けられていると共に、
移動制御１１１１１ｉ ｉｄ’、 ５および移動量検出
手段６が備えられている。テレビカメラ３はレンズ３Ａ
と受１象面３Ｂと・逆開をビデ第１ｄ号として送出する
受１尿送出手段３Ｃとを備えている。また、テレビカメ
ラ３は荷さ調節のだめに昇降可能である。照明４は移動
ロボット２に傾動可能に装設されている。テレビカメラ
３の受像送出手段３Ｃは画識記憶採ｉ７に接続されてい
る。この画１域記１意装置＃７はテレビカメラ３からの
ビデオ信号により受像面３Ｂ上の各絵素の位置と輝度と
を耐重する。演算装＃８は移動量演出手段６分よび画１
象記１意摸置７に接続しており１、面像記憶霞度７内の
任意の！′＃誰を読み出し、移−動量演出手段６〃１ら
の情報を取り入れて階段１の幅、全ステップ幅Ｃ１各ス
テップ幅ＳＴ、およびステップ高さＨａｆ：演算し、再
記憶さぜる。演算装置８は演算結果から得られた情報を
移動ロボット２の移動制御装置５に送る。移動制１装＃
５は演算装・−８より与えられた階段情報によって、停
動ロボット２か階段１を移動するのに必要な制御を行う
。
次に本発明の装置による階段１の４Ｘ８Ｖ、方法を説明
する。
する。
１多動ロボツト２を階段１に対向させ、テレビカメラ３
で正面より階段１をＪ層形すると、テレビカメラ３の受
像面３Ｂには第２図に示すように階段１が長方形を漬み
上げたような形として受１象される。この受像はテレビ
カメラ３の受像送出手段３Ｃによって適当な信号レベル
で２値化されて、画像記憶装置直７に送られる。この画
像記１意装置７はこの２値化された受像信号をそのメモ
リに記憶する。演算装置ｔ ８はこの記憶した画像の各
絵素を調べて、隣接する絵素の情報が白から黒、または
黒から白に変化する点を求めることにより、輪郭をとら
え、この輪郭図形から凸状の角部Ｘを求めることにより
、階段１のステップ前縁の端の位置を知ることができる
。
で正面より階段１をＪ層形すると、テレビカメラ３の受
像面３Ｂには第２図に示すように階段１が長方形を漬み
上げたような形として受１象される。この受像はテレビ
カメラ３の受像送出手段３Ｃによって適当な信号レベル
で２値化されて、画像記憶装置直７に送られる。この画
像記１意装置７はこの２値化された受像信号をそのメモ
リに記憶する。演算装置ｔ ８はこの記憶した画像の各
絵素を調べて、隣接する絵素の情報が白から黒、または
黒から白に変化する点を求めることにより、輪郭をとら
え、この輪郭図形から凸状の角部Ｘを求めることにより
、階段１のステップ前縁の端の位置を知ることができる
。
したがって、階段１の下側芽だは上側から、輪郭図形の
左右の凸状の角部を直、腺で結べば、階段１の各ステッ
プＳＴのＭ縁ＩＡのテレビ受１象面上のＶｔおよび長さ
を知ることができる。
左右の凸状の角部を直、腺で結べば、階段１の各ステッ
プＳＴのＭ縁ＩＡのテレビ受１象面上のＶｔおよび長さ
を知ることができる。
別の認識方法として、テレビ受（段面上に映った階段の
前縁の位置を２値化により直接とらえてもよい。この場
合、上方から、階段１を照明すると、階段の各段の境界
かはつきシ映らないことがある。
前縁の位置を２値化により直接とらえてもよい。この場
合、上方から、階段１を照明すると、階段の各段の境界
かはつきシ映らないことがある。
このため、照明４を斜め上方に向けることにより、第３
図に示すように＋８段１の前、ｄｌＡの背影が強くなり
前縁の検出が容易になる。
図に示すように＋８段１の前、ｄｌＡの背影が強くなり
前縁の検出が容易になる。
なお、移動ロボット２がバッテリ等の動力源を搭載して
いる場合には、エネルギー節約のため、照明４は長時間
点灯せず、フラッシュランプ等を用いて受像面３Ｂの１
フレ一ム分だけ照明し、このときの映像を記憶すればよ
い。
いる場合には、エネルギー節約のため、照明４は長時間
点灯せず、フラッシュランプ等を用いて受像面３Ｂの１
フレ一ム分だけ照明し、このときの映像を記憶すればよ
い。
演ｙｔ１着装置は前述の輪郭図形により、階段ｌの前縁
の数を計数し、これを画Ｉ＃記憶装置７に記憶させる。
の数を計数し、これを画Ｉ＃記憶装置７に記憶させる。
これケこより、階段１のステップ数を知ることができる
。
。
次に１竹段１の１つの前縁に注目し、次の方法によりテ
レビカメラ３と階段１の前縁との１：距離および階段１
の幅全兄ることができる。、追４図に示すようＶこ、階
段１の正面から階段１をテレビカメラ３で」危影したと
き、階段１の前縁を示す長さ、すなわち階段１の幅Ｌｏ
はテレビカメラ３のレンズ３Ａを介して受昧面３Ｂ上に
θ分９として映される。この線分９の立置および長さ２
１は次の式にもとづいて＋’、［１算装置８および画１
家記１．を装置δ７によって演算される。すなわち、）
面分９の長さを７１％１若段１の前、緑からレンズ３Ａ
までの距離をＡ１線分９からレンズ３Ａまでの距＾１ｔ
をＢとすれば、これらの間には次の関係式が成シ立っ。
レビカメラ３と階段１の前縁との１：距離および階段１
の幅全兄ることができる。、追４図に示すようＶこ、階
段１の正面から階段１をテレビカメラ３で」危影したと
き、階段１の前縁を示す長さ、すなわち階段１の幅Ｌｏ
はテレビカメラ３のレンズ３Ａを介して受昧面３Ｂ上に
θ分９として映される。この線分９の立置および長さ２
１は次の式にもとづいて＋’、［１算装置８および画１
家記１．を装置δ７によって演算される。すなわち、）
面分９の長さを７１％１若段１の前、緑からレンズ３Ａ
までの距離をＡ１線分９からレンズ３Ａまでの距＾１ｔ
をＢとすれば、これらの間には次の関係式が成シ立っ。
ここでｔ、、Ｂけ既知の寸法であるが、ＡｌＬｏは未知
の寸法で、り７ｂ０ この未州の寸法（直Ａ。
の寸法で、り７ｂ０ この未州の寸法（直Ａ。
Ｌｏを求める／こわに、第４凶に示すようＶＣ，ｌ多動
ロボット２を距狸Ｓだけ前進させて、；階段１１／Ｃ接
近さすると、テレビカメラ３の受鍼面３Ｂには長さｔ２
の、凍分１０が映される。このとき、次式が成り立つ。
ロボット２を距狸Ｓだけ前進させて、；階段１１／Ｃ接
近さすると、テレビカメラ３の受鍼面３Ｂには長さｔ２
の、凍分１０が映される。このとき、次式が成り立つ。
前ポした移動ロボット２の移ｊｊＪｉ＋巨、司ｗｓは、
イ多動量検出手段６によって求めることができる。
イ多動量検出手段６によって求めることができる。
そして、＠ｉＪ水した（＋）式および（２）式により、
階段１の幅Ｌｏ＞よび階段ｌの前縁からレンズ３Ａまで
の耐＋１１ＵＡを次式Ｖ′こより求めることができる。
階段１の幅Ｌｏ＞よび階段ｌの前縁からレンズ３Ａまで
の耐＋１１ＵＡを次式Ｖ′こより求めることができる。
次に階段１のステップ高さの認１織作用について述べる
。
。
第５図に示すように、テレビカメラ３を水平に保ち、Ｉ
？￥段１を徹影すると、階段１の前縁ＩＢ。
？￥段１を徹影すると、階段１の前縁ＩＢ。
ｌＣの１象がテレビカメラ３の受１象而３Ｂ上で水平基
準位Ｌ（ＰからそれぞれＫｌ、ｉ（２の量で映される。
準位Ｌ（ＰからそれぞれＫｌ、ｉ（２の量で映される。
まだ前＋ｉｌＢ、ＩＣとレンズ３Ａの中心との距１りｌ
ｔ、をそれぞれＡｌ ａ Ａ２とし、前縁ＩＢ、ＩＣの
受像面上の像とレンズ３Ａとの距離をそれぞれＢｔ
、Ｂ２ とすると、これらの距離Ｂｌ 、Ｂ２は次式
Ｖζより容易に求まる。
ｔ、をそれぞれＡｌ ａ Ａ２とし、前縁ＩＢ、ＩＣの
受像面上の像とレンズ３Ａとの距離をそれぞれＢｔ
、Ｂ２ とすると、これらの距離Ｂｌ 、Ｂ２は次式
Ｖζより容易に求まる。
Ｂｌ ＝Ｖ■ゝ〒Ｋｔ” ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（５）Ｂ２＝１し／″□□Ｂ□□７１
□□□＋に２”□・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（６ンただしＡＩ、Ａ２の値は光軸が水平線から頑い
ている分だけ補正して前述の方法により（４）式から求
めることができる。その補正はＳの１直にそれぞしたが
って、レンズ３Ａの高さく水平基準位置Ｐ）より、階段
１の前縁ＩＢ、ＩＣまでの垂−直距離１−（１，Ｈ２は
次式より求まる。
・・・・・・・・（５）Ｂ２＝１し／″□□Ｂ□□７１
□□□＋に２”□・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（６ンただしＡＩ、Ａ２の値は光軸が水平線から頑い
ている分だけ補正して前述の方法により（４）式から求
めることができる。その補正はＳの１直にそれぞしたが
って、レンズ３Ａの高さく水平基準位置Ｐ）より、階段
１の前縁ＩＢ、ＩＣまでの垂−直距離１−（１，Ｈ２は
次式より求まる。
そして、階段１の前縁ｉＢ、ｉｃ間（７） ｊｔ（ｉ
ｆ４Ｋ Ｈは、この（７ン式、（８ン式の和（Ｈｌ ＋
Ｈ２）により求まシ、これを総前縁の数からｉｆ：差し
引いた数で割ることによシ、若役１段分の高さＨ，（ｚ
求めることができる。
ｆ４Ｋ Ｈは、この（７ン式、（８ン式の和（Ｈｌ ＋
Ｈ２）により求まシ、これを総前縁の数からｉｆ：差し
引いた数で割ることによシ、若役１段分の高さＨ，（ｚ
求めることができる。
次に１・４段１のステップＳＴの幅Ｃは次式より求めら
れる。すなわち、第５図から明らかなように、ステップ
ＳＴＯ幅Ｃは ′ となるので、このステップＳＴの幅Ｃを階段１の総前Ｒ
数から１差し引いた数で割れば、谷ステップＳＴＯ幅Ｓ
Ｔ、’ｉ求めることができる。
れる。すなわち、第５図から明らかなように、ステップ
ＳＴＯ幅Ｃは ′ となるので、このステップＳＴの幅Ｃを階段１の総前Ｒ
数から１差し引いた数で割れば、谷ステップＳＴＯ幅Ｓ
Ｔ、’ｉ求めることができる。
以上の方法により、階段１の主要諸元、すなわち階段１
と移動ロボット２との間の距離、１者段の段数、ステッ
プの幅およびステップの高さを認識することができる。
と移動ロボット２との間の距離、１者段の段数、ステッ
プの幅およびステップの高さを認識することができる。
この認識清報は移動制御左置５に送られ、移動ロボット
２の階段踏破情報として与えられる。
２の階段踏破情報として与えられる。
なお、前述ｊ〜だ認識方法は、移動ロボット２が階段１
の正面中央に正対していることを前提に説明しだが、実
際には４萌ロボット２は階段の正面中央に対して頑くの
が一般である。このときの階段ｌの像は第６図に示すよ
うに隣接する：ｆ分が平行でなく、かつ両分の中心位置
が画面の中心から左右にずれることになる。このような
場合はテレビカメラ３が１′４ｉ段１０上面に正対する
ように移動ロボット２を移動させるか、捷だは第６図に
映された画像を、演算湊べ８を用いて幾可学的Ｖこ１１
翫正階段に接触せずに階段の主要親元を得ることができ
るものである。
の正面中央に正対していることを前提に説明しだが、実
際には４萌ロボット２は階段の正面中央に対して頑くの
が一般である。このときの階段ｌの像は第６図に示すよ
うに隣接する：ｆ分が平行でなく、かつ両分の中心位置
が画面の中心から左右にずれることになる。このような
場合はテレビカメラ３が１′４ｉ段１０上面に正対する
ように移動ロボット２を移動させるか、捷だは第６図に
映された画像を、演算湊べ８を用いて幾可学的Ｖこ１１
翫正階段に接触せずに階段の主要親元を得ることができ
るものである。
また、本発明の湊装置によれば、階段の主要諸元をこの
階段を踏破する移動ロボットに与えることができるので
、移りロボットは一自律的に階段を走行することができ
るものである。
階段を踏破する移動ロボットに与えることができるので
、移りロボットは一自律的に階段を走行することができ
るものである。
第１図は本発明の麦、凌の一列を備えだ移動ロボットの
階段沼識動作を示す図、第２図は本発明の装ｄの一例に
よって階段を徹影し／こ伏態を示す剣視図、第３図は本
発明の＃、１次の一例によって潜られたテレビ受像面上
の階段謙像画の一例を示す図、第４図および第５図は本
発明の１昔設、Ｊ置方法の一例を示す説明図、第６図は
本発明の装、汽の一列によって肖られたテレビ受１象面
上の・昔段刃源画の池の例を示す図である。 ■・・・階段、２・・・し動ロボット、３・・・テレビ
カメラ、４・・・照明、５・・・移仙制仰装置、６・・
・移・Ｏ量険出手段、７・・・画像配慮装置、８・・・
演算装置。 代理人 升埋士 薄田利幸 ｉ （図 Ｚｚ 図 箇 ３７ 第 ４− え ＩＡ 第５２ Ｂ 第 ど 図 ４０１−
階段沼識動作を示す図、第２図は本発明の装ｄの一例に
よって階段を徹影し／こ伏態を示す剣視図、第３図は本
発明の＃、１次の一例によって潜られたテレビ受像面上
の階段謙像画の一例を示す図、第４図および第５図は本
発明の１昔設、Ｊ置方法の一例を示す説明図、第６図は
本発明の装、汽の一列によって肖られたテレビ受１象面
上の・昔段刃源画の池の例を示す図である。 ■・・・階段、２・・・し動ロボット、３・・・テレビ
カメラ、４・・・照明、５・・・移仙制仰装置、６・・
・移・Ｏ量険出手段、７・・・画像配慮装置、８・・・
演算装置。 代理人 升埋士 薄田利幸 ｉ （図 Ｚｚ 図 箇 ３７ 第 ４− え ＩＡ 第５２ Ｂ 第 ど 図 ４０１−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、階段の主要諸元を認識する方法において、虚数手段
により得られた階段の画像と、前記の撮影位置と異なる
位置で得られた階段の画像とを、それぞれ線分として計
測し、この計測値と撮１家手段の移動量とにより、階段
の幅、階段の全ステップ幅および各ステップの高さ等の
主要諸元を演算してこれを認識することを特徴とする階
段認識方法。 ２、階段の画像を明確な線分として得るだめに、階段を
照明することを特徴とする特許１消求の範囲第１項記載
の階段認識方法。 ３、階段を下方より上方に向って照明することを−ｉｆ
、徴とする特許ｄ６求の範囲第２項記載の階段認識方法
。 ４、階段の主要諸元を認識するものにおいて、階段を撮
影する。Ｍｌ象手段と、］最謙手段を移動させる手段と
、その移動量を検出する手段と、前記ｊ最像手段によっ
て得られる２立置での階段画１象を線分として求め、こ
の線分の長さと前記移動量検出手段からの移動量とによ
って階段の幅、階段の全ステップ幅および各ステップの
高さ等の主要諸元を演算する演算手段とを備えたことを
特徴とする階段１沼識装置。 ５、撮像手段による画像を明確にするだめの照明手段を
備えだことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の階
段認識装置。 ６、照明手段はその照明方向が可変であることを特徴と
する特許請求の範囲第５項記載の階段認識装置。 ７、照明手段は瞬間発光光源であることを特徴とする特
許請求の範囲第５項または第６項記載の階段認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57189035A JPS5979377A (ja) | 1982-10-29 | 1982-10-29 | 階段認識方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57189035A JPS5979377A (ja) | 1982-10-29 | 1982-10-29 | 階段認識方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5979377A true JPS5979377A (ja) | 1984-05-08 |
Family
ID=16234201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57189035A Pending JPS5979377A (ja) | 1982-10-29 | 1982-10-29 | 階段認識方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5979377A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100339871C (zh) * | 2003-09-19 | 2007-09-26 | 索尼株式会社 | 环境识别设备及方法、路径规划设备及方法以及机器人 |
-
1982
- 1982-10-29 JP JP57189035A patent/JPS5979377A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100339871C (zh) * | 2003-09-19 | 2007-09-26 | 索尼株式会社 | 环境识别设备及方法、路径规划设备及方法以及机器人 |
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