JPS6011105A - 立体対象物認識装置 - Google Patents

立体対象物認識装置

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JPS6011105A
JPS6011105A JP58118335A JP11833583A JPS6011105A JP S6011105 A JPS6011105 A JP S6011105A JP 58118335 A JP58118335 A JP 58118335A JP 11833583 A JP11833583 A JP 11833583A JP S6011105 A JPS6011105 A JP S6011105A
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隆典 二宮
Yasuo Nakagawa
中川 泰夫
Takashi Hiroi
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はパターン検出装置に係り、特に折り重なった部
品など高さ位置の異なった部品を一つ一つ分離検知する
機能を有した、ロボットなどの自動組立機に好適なパタ
ーン検出装置に関する。
〔発明の背景〕
従来、対象物の位置、形状を非接触に検知する方法とし
ては、対象物を全体的に照明し、これ′ftTVカメラ
で撮像し、このようにして得られた画像を解析する方法
が用いられてきた。画像を解析する手法のうち、特に、
画像を2値化して得られる2値画像を解析する手法は、
取扱うデータ量が少ないこと、解析装置の71−ドウエ
ア化が比較的容易なことなどの理由により、高速な対゛
敷物の検知が可能であ一す、広く実用化されている。し
かし、以上に示した方法では、対象物の光学像、すなわ
ち対象物表面よりの反射光強度を検出しているので、対
象物と背景の色、明るさの差異が小さな場合や、対象物
が一様の明るさに見えない場合には、検知が困難となり
また、高さ位置の異なった複数の対象物の分離検知は一
般に全く不可能である。また、対象物や背景の色、明る
さの影響を受げにくい方法として、GM社FartLら
が開発した CONSIGHT(” C0N5IGHT
、 A practical J/vston−−Ba
sedRobot Guidance Sys−tem
 ” 9 th Irbt、 Sym、p、 onIn
du、gtrial Robots 、 pp 2L5
〜230 、1979 )がある。しがし、この方法で
も、コンベアという既知の平面上にあり、かつ折り重な
っていない部品を対象としているため、高さ位置の異な
った複数の対象物の分離検知は不可能である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、J:記した従来技術の欠点をなくし、
表面状態、色、明暗に影響されることなく、高さ位置の
異なった複数の対象物の位置および形状を一つ一つ分離
検出することのできる、パターン検出装置を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
本発明は、ある基準面から対象物体表面までの距離を表
わす距離画像を検知し、この距離画像の二次元的な微分
を行って対象物体の輪郭を検出し、この輪郭とその距離
画像で得られた距離とから三次元的に配置された各対象
物の位置及び形状を分離検出するようにしたことを特徴
とするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
まず、本発明の装置に於る処理内容は以下の通りである
。従来用いられてきたTV画像は、対象物表面各点より
の反射光強度を表わした画像を用いるが、これは前述の
ような欠点があるので、本発明では対象物表面各点より
検出器までの距離を表わした距離画像と呼ばれる画像を
用いる。これは第1図に示すように、その画像5゜の各
点の値VL、が、対象物表面1上の対応する点P と検
出器1との距離!2.に対してす V”=kll + C・・・・・・・・・・川・・・・
・・曲・・川・・ (11リ L) に:非零の定数、 C:定数 なる線形の関係を持った画像である。したがって、特K
kが負数の場合、Vi、は対象物表面51の各点の高さ
を表わしたものと見なすことができる。さて、第2図の
ように、いくつかの物体が折り重なっている状態を、真
上より距離画像の検出器1でとらえた場合を想定すると
、これに対応して第3図のような距離画像50が検出さ
れる。この第6図よりも明らかなように、物体と物体、
もしくは物体と背景の境界線では、一般に検出器1まで
の距離が急激に変化するため距離画像50の値も急激に
変化する。この変化を画像の2次元的な微分を用いて検
出すると第4図のようになる。画像の2次元的な微分に
は、何種類かの方式が知られているが、ここでは、第5
図に示す画像上の点(i、Y)の微分値d z 、をと
する様な演算である。但しくi、j)は検出器1と対象
物との距離方向に垂直な面の直交座標とする。得られた
微分画像をある固定閾値で2値化すると、第6図に示す
ような画像が得られ同図において、黒線は物体の輪郭線
に対応する。
したがって、黒線で囲まれた領域は、物体一つ一つに対
応し、それぞれの領域を分離抽出して行けば、その形状
より対象物の形が検知でき、更にその2次元的な位置お
よび距離画像の値より対象物の3次元的な位置が検知で
きる。
以上のような処理を実現するための、本発明の一実施例
を第7図に示す。同図に於て、本装置は、距離画像の検
出器1、画像を2次元的に微分する微分装置2、画像の
2値化装置6.2値画像を解析し閉領域を分離抽出する
装置4、および分離抽出された領域および原画像である
距離画像より対象物の形状とその6次元的な位置を検出
する判定処理装置5より成る。
この゛うちまず、距離画像検出器1の一実施例を第8図
に示す。同図に示すように検出器1は対象物9の真上か
ら垂直にスリット光8を投光するスリット光源6と、ス
リット光8と対象物90交線、すなわちスリット輝線の
光学像をななめ方向より検出する撮像器7と、これらの
位置関係を保ったまま、水平方向に定速で駆動する送り
装置10、および撮像器7で検出されたスリット輝線を
画像上から分離抽出し、その形状全波形信号として出力
する光切断線抽出装置11より成る。この動作を第9図
〜第16図を用いて説明すると、スリット光8が対象物
9に対して第9図に示す位置だ当たっているとする。そ
うすると撮像器7にて検出される画像は、例えば第10
図のようになる。この画像上において縦方向の線、例え
ば線ABに沿った明るさの変化は第11図のようになる
。この線ABに沿った明るさで最も明るい点の位置(第
11図ではC)を、順次線ABをt方向に動かして抽出
して行くと第12図のように、スリット輝線の形状を波
形信号として取り出すことができる。この形状は、対象
物の断面の形状を示している。以上の波形信号の分離抽
出は、第8図の光切断線抽出装置11により行われる。
この光切断線抽出装置11の具体例は、例えば特開昭5
6−70407号に開示されている。さらに、送り装置
10により定速で少しずつスリット光8の位置および撮
像位置を移動させながら、逐次、スリット輝線の形状の
波形信号13を抽出して行くと、全体として第13図に
示すように、距離画像12が得られる。本実施例による
撮像器7は、TVカメラあるいはリニアセンサとガルバ
ノミラ−の組合せ等、2次元画像検出器であれば何でも
よく、本実施例によれば、距離画像を比較的簡単な構成
で、高精度に検出できる。
なお、距離画像の検出器として、パルスレーザを対応す
る点に照射して、反射光の飛行時間を計測することによ
り距離画像を生成する方式レーザ光に高周波振幅変調を
かけて対応する点に照射し、反射光の高周波振幅の位相
遅れを計測することにより距離画像を生成する方式が知
られているが、これらを用いてもよい。これらの方式で
は、対象物各点各点の距離を、レーザスポラトラ用いて
計測しているので、スポットf:2次元的に走査する機
構、例えば2組のガルバノミラ−が必要であるが、一方
これらは、真上エリ光を当てて、真上より反射光を検出
できるので見えない部分の無い、つまり死角、影の “
無い距離画像を生成できるという利点がある。
つぎに、得られた距離画像を2次元的に微分する装置2
の一実施例について、傘14図を用いて説明する。距離
画像の出力信号形態は、ディジタル信号出力であり、か
つTV画像信号と同様左上から右下へ順次出力されるも
のであると仮定して以下説明する。勿論、アナログ信号
出力である場合には、A/D変換器を挿入すればよい。
距離画像信号12は、距離画像の横方向(L方向)サイ
ズに一致した段数を持つシフトレジスタ14と1段のフ
リップフロップ15bに同時に入力される。また、シフ
トレジスタ14の最終段よりの出力は、もう1段のフリ
ップフロップ15αに入力される。これらシフトレジス
タ14及びフリップフロップ15a、i5bへのクロッ
クは距離画像信号12のそれに合っているものを使用す
る。そうすると、今入力12 t F tyとすると、
シフトレジスタ14の出力はVi、)’−1+フリンプ
フロノプ15hの出力はV、−1フリップフロン9ノゝ プ15αの出力はV、−、、、、−1となる。従って差
回路16a、16hの出力はそれぞれVi、j’、、−
1゜、−1,Vil、−1−V、−19,となり、それ
らの絶対値を絶対値回路17α、17hで算出し、その
結果のうちの大きい方を比較回路18でとり出せばこれ
は式(2+に示した微分の演算となっている。
しかもこの2次元的微分はハードウェアによりリアルタ
イムに瞬時に行えるから、処理を著しく高速に行うこと
ができる。
第15図は2値化装置3の一実施例を示すもので、微分
装置2よりの出力19と、設定された固定閾値21とを
コンパレ〜り20により比較し、微分出力19が大きい
場合1を、等しいか小さい場合0を出力する。本実施例
によれば、この場合も2値化をハードウェアで行ってい
るため、リアルタイムかつ高速に処理を実行できる。
第16図は、2値画像の閉領域を分離抽出する装置4の
一実施例を示すもので、入力された2値信号22は、一
旦、2値画像メモリ23の中に蓄えられる。そして、処
理装N24によって4連結または8連結で連結した0の
領域を分離抽出する。4連結、8連結とは、第17図(
α) 、 (4)にそれぞれ示すように、着目点が0で
かつ周囲4または8点の中に0の点があれば連結してい
ると見なすものである。この閉領域の分離抽出処理は一
般に、2値画像の(0の領域の)ラベリングまたはカラ
ーリング処理と呼ばれているものであり、処理装置24
として専用ハードウェアまたは処理ソフトウェアを実装
した計算機によって実現できる。
さらに、第7図に示した対象物の形状、位置を検出する
判定処理装置5は、具体的にはマイクロコンピュータ、
またはミニコンピユータであり、分離抽出された閉領域
の形状、およびその部分に対応する距離画像の値、すな
わち物体の高さより総合的に判断して、対象物の識別、
その3次元的位置の検出を行う。また、距離画像の値を
より積極的に利用して、対象物の6次元的な姿勢、立体
的な構造の推定も可能である。
以上忙述べた、本発明の実施例によれば、信号処理装置
のうち、可能な部分をすべてハードウェア化したので、
高速に対象物を分離識別しその形状、位置を検知するこ
とができるという効果がある。
また、他の実施例としては、微分処理以降、2値化処理
以降、あるいは閉領域の分離抽出処理以降をミニコンピ
ユータ、マイクロコンピュータ、あるいは画像処理専用
コンピュータなどのソフトウェア処理で行ういくつかの
変形が考えられる。この場合、処理速度は、使用したコ
ンピユー、夕の速度に依存するが、ハードウェア装置が
不要になるため、実現が容易で、かつ、ソフトウェアの
追加により、よりきめの細かい処理も可能となる。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、検出
画像として距離画像を用いるため、対象物表面の状態、
色、明暗に影響を受けない物体の位置、形の検知が可能
であるという効果がある。また、距離画像を微分するこ
とにぶつ′l て、物体と物体の境界線を検出しているので、やはり対
象物表面の状態、色、明暗に影響されずK、物体を一つ
一つ分離検出することができる。さらに、以上の効果を
総合して、複雑に折り重なった部品より、目的の部品を
識別してその6次元的な位置の検出ができるため、本発
明装置を用いてロボットなどによる自動組立をよりフレ
キシブルに行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は距離画像の説明図、第2図〜第6図は本発明装
置の処理過程の説明図、第7図は本発明装置の一実施例
の全体構成を示した図、第8図は距離画像検出器の一実
施例を示した図、第9図〜第13図は第8図に示した距
離画像検出器による検出過程の説明図、第14図は画像
の微分装置の一実施例を示した図、第15図は2値化装
置の一実施例を示した図、第16図は閉領域抽出装置の
一実施例を示した図、第17図(α)、(b)&ま閉領
域抽出の際の画素の連結関係を説明した図である。 1・・・・・・・・・・・・距離画像検出器2・・・・
・・・・・・・・微分装置 3・・・・・・・・・・・・2値化装置4・・・・・・
・・・・・・閉領域分離抽出装置5・・・・・・・・・
・・・判定処理装置12・・・・・・・・・距離画像信
号 19・・・・・・・・・微分出力信号 21・・・・・・・・・設定閾値 22・・・・・・・・・2値化信号 24・・・・・・・・・処理装置 25・・・・・・・・・閉領域抽出結果3 1 図 ! 筆 2 図 予 寛 3 図 第 4 図 は

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 対象物の距離画像を検出するための検出器と該検出器に
    より検出された距離画像を、その各点の距離を2次元的
    に微分することによって微分距離画像へ変換するための
    微分装置と、上記微分距離画像を、その各点の微分値が
    予め定められた閾値をこえたとき値1を、こえないとき
    値0を出力することによって2値化画像へ変換するため
    の2値化装置と、上記2値化画像上の値1によって囲ま
    れた領域を分離抽出するための閉領域分離抽出装置とを
    有したことを特徴とするパターン検出装置。
JP58118335A 1983-07-01 1983-07-01 立体対象物認識装置 Granted JPS6011105A (ja)

Priority Applications (1)

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JP58118335A JPS6011105A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 立体対象物認識装置

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JP58118335A JPS6011105A (ja) 1983-07-01 1983-07-01 立体対象物認識装置

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JPS6011105A true JPS6011105A (ja) 1985-01-21
JPH0410564B2 JPH0410564B2 (ja) 1992-02-25

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ID=14734116

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61278981A (ja) * 1985-05-31 1986-12-09 Omron Tateisi Electronics Co 3次元物体認識装置
JP2006153773A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Matsushita Electric Works Ltd 距離画像センサ
JP2006153771A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Matsushita Electric Works Ltd 計測装置
US7834305B2 (en) 2004-07-30 2010-11-16 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Image processing device

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