JPS6015507A - 距離検出装置 - Google Patents
距離検出装置Info
- Publication number
- JPS6015507A JPS6015507A JP12334883A JP12334883A JPS6015507A JP S6015507 A JPS6015507 A JP S6015507A JP 12334883 A JP12334883 A JP 12334883A JP 12334883 A JP12334883 A JP 12334883A JP S6015507 A JPS6015507 A JP S6015507A
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- JP
- Japan
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- distance
- imaging device
- target object
- movement
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- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (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、画像処理による距離検出装置、特に自走式ロ
ボット、自走式台車などで、走路上の障害物までの距離
をめる装置に関する。
ボット、自走式台車などで、走路上の障害物までの距離
をめる装置に関する。
従来、ロボットの視覚の一機能でめるロボットと対象物
体までの距離の測定方法には、超音波法。
体までの距離の測定方法には、超音波法。
スポット光投影法２両眼立体視法、スリット光投影法、
および焦点調節法等がある。このうち、本発明に最も近
い従来技術としては、両眼立体視法があげられる。
および焦点調節法等がある。このうち、本発明に最も近
い従来技術としては、両眼立体視法があげられる。
この方法は、人間の視覚による距離感覚の機能を応用し
た方法で、二つの異なる方向から見た画像が得られれば
、三角測量の原理によシ、対象物体の対応点との距離全
知ることができる。すなわち、第１図に示すように、左
右の異なる位ｉｆｆ ＯｂとＯＲから見た画像（ａ）お
よび（ｂ）が得られ、さらに両画像の対応点がわかって
いるものとする。たとえば、対応点が第１図（ａ）およ
び（ｂ）においてそれぞれＰＬとＰＲとすれば、両眼Ｏ
ＬとＯＲｅ結ぶ線から対応点までの距離は、ＯＬとＯＲ
の間隔と両眼が対応点を見込む角度θＬとθＢ、、請求
めることができる。
た方法で、二つの異なる方向から見た画像が得られれば
、三角測量の原理によシ、対象物体の対応点との距離全
知ることができる。すなわち、第１図に示すように、左
右の異なる位ｉｆｆ ＯｂとＯＲから見た画像（ａ）お
よび（ｂ）が得られ、さらに両画像の対応点がわかって
いるものとする。たとえば、対応点が第１図（ａ）およ
び（ｂ）においてそれぞれＰＬとＰＲとすれば、両眼Ｏ
ＬとＯＲｅ結ぶ線から対応点までの距離は、ＯＬとＯＲ
の間隔と両眼が対応点を見込む角度θＬとθＢ、、請求
めることができる。
人間の両眼視の場合、この対応点の決定は容易であるが
、機械にとっては非常に難しい問題である。このように
、一般の濃淡画像から対応点を自動的に見いだす方法が
ないこと、２台の撮像装置−または１台の撮像装置と光
学的切替え器等の機構を昼餐とするという不都合がある
。
、機械にとっては非常に難しい問題である。このように
、一般の濃淡画像から対応点を自動的に見いだす方法が
ないこと、２台の撮像装置−または１台の撮像装置と光
学的切替え器等の機構を昼餐とするという不都合がある
。
本発明の目的は、このような両眼立体視法による装置の
欠点をなくし、１台の撮像装置を用いて、撮像装置から
特定の物体までの距離をめることを可能にする装置を提
供することである。
欠点をなくし、１台の撮像装置を用いて、撮像装置から
特定の物体までの距離をめることを可能にする装置を提
供することである。
上記目的を達成するために、本発明による距離検出装置
は、撮像対象物体に対して移動することができる撮像装
置と、該撮像装置から得られる画像を処理する画像処理
装置と、上記撮像装置を予め定められた量たけ移動させ
、その移動量とその移動前後に上記画像処理装置を通じ
て得られる、上記撮像装置によって捕えられた画像内の
対象物体の長さあるいは面積の伸縮比から、上記撮像装
置から対象物体までの距離をめる距離演算装置と金含む
こと全要旨とする。上記撮像装置は例えばテレビカメラ
で、走行機構上に設けられ、その移動によって上記予め
定められた量の移動を行なうことも、撮像装置が水平面
内で回転し、撮像面に対して垂直な方向に移動すること
ができ、上記走行機構が停止した状態で上記予め定めら
れた量の移動を行なうこともできる。
は、撮像対象物体に対して移動することができる撮像装
置と、該撮像装置から得られる画像を処理する画像処理
装置と、上記撮像装置を予め定められた量たけ移動させ
、その移動量とその移動前後に上記画像処理装置を通じ
て得られる、上記撮像装置によって捕えられた画像内の
対象物体の長さあるいは面積の伸縮比から、上記撮像装
置から対象物体までの距離をめる距離演算装置と金含む
こと全要旨とする。上記撮像装置は例えばテレビカメラ
で、走行機構上に設けられ、その移動によって上記予め
定められた量の移動を行なうことも、撮像装置が水平面
内で回転し、撮像面に対して垂直な方向に移動すること
ができ、上記走行機構が停止した状態で上記予め定めら
れた量の移動を行なうこともできる。
第２図は、本発明を総括的に説明する図である。
第２図において、１は撮像装置、２は対象物体を示して
いる。撮像装置１の上下方向の視野角θは一定とすると
、高さＨの対象物体２が撮像装置１からＬ＋の距離にあ
るとき、距離Ｌ１における上下方向視野Ｈ，に対する対
象物体２の占める割合βは対象物体２を撮像装置１に近
づければ増加し、遠ざければ減少する。このときの増加
あるいは減少割合は、撮像装置１から対象物体２までの
距離に依存することは容易にわかる。つまｐ１撮像装置
１から対象物体２までの距離が大きい場合には、移動前
後のβの変化は小さいが、距離が少さい場合には、βの
変化は太きい。このことを第２図の例を使って確かめて
みる。
いる。撮像装置１の上下方向の視野角θは一定とすると
、高さＨの対象物体２が撮像装置１からＬ＋の距離にあ
るとき、距離Ｌ１における上下方向視野Ｈ，に対する対
象物体２の占める割合βは対象物体２を撮像装置１に近
づければ増加し、遠ざければ減少する。このときの増加
あるいは減少割合は、撮像装置１から対象物体２までの
距離に依存することは容易にわかる。つまｐ１撮像装置
１から対象物体２までの距離が大きい場合には、移動前
後のβの変化は小さいが、距離が少さい場合には、βの
変化は太きい。このことを第２図の例を使って確かめて
みる。
撮像装置１からＬｌの距離での上下方向視野Ｈ，は、式
（１）によシ表わされる。また、高さＨの対象物体２の
視野Ｈ，に占める割合β１は、式（２）％式％ （１） 対象物体２を距離ｄ （＝Ｌｘ Ｌ２ ）だけ撮像装置
１に近づけたときの対象物体２が視野Ｈ２に占める割合
をβ２とすると、β２は式（３）で表わされる。
（１）によシ表わされる。また、高さＨの対象物体２の
視野Ｈ，に占める割合β１は、式（２）％式％ （１） 対象物体２を距離ｄ （＝Ｌｘ Ｌ２ ）だけ撮像装置
１に近づけたときの対象物体２が視野Ｈ２に占める割合
をβ２とすると、β２は式（３）で表わされる。
式（３）は、式（１攻使っててらに式（４）のように表
わすことができる。
わすことができる。
さらに、式（２）と式（４）より撮像装置１から対象物
体２までの距離Ｌｌは、式（５）により算出できる。
体２までの距離Ｌｌは、式（５）により算出できる。
パ
式（５）は、対象物体２の移動前後の、撮像装置１と対
象物体２の距離の差ｄおよび対象物体２が上下方向視野
に占める割合β１．β２を測定することによシ、撮像装
＠、１と対象物体までの距離全算出できること金示して
いる。上記の説明では、対象物体２を移動させる場合に
ついて示したが、対象物体２を固定して、撮像装置ｌを
前後に移動しても相対的に等価であシ、式（１）から式
（５）と全く同様な関係式によシ、撮像装置１と対象物
体２までの距離を算出できる。
象物体２の距離の差ｄおよび対象物体２が上下方向視野
に占める割合β１．β２を測定することによシ、撮像装
＠、１と対象物体までの距離全算出できること金示して
いる。上記の説明では、対象物体２を移動させる場合に
ついて示したが、対象物体２を固定して、撮像装置ｌを
前後に移動しても相対的に等価であシ、式（１）から式
（５）と全く同様な関係式によシ、撮像装置１と対象物
体２までの距離を算出できる。
本発明を実際の測定に適用する場合にまず問題となるの
が、カメラをどの程度移動させればよいかということで
ある。このことは、式（５）からも推測できるように、
移動距離ｄを大きくとれば、βｌとＡ２の比は小さくな
シ、ｄ／（１−β１／β２）が対象物までの距離となる
ような値となる。つまシ、ｄを大きくとればＡ２も犬き
くなシβｌ／β２の測定精度が向上し、撮像装置１から
対象物体２までの距離を正確に算出できることになる。
が、カメラをどの程度移動させればよいかということで
ある。このことは、式（５）からも推測できるように、
移動距離ｄを大きくとれば、βｌとＡ２の比は小さくな
シ、ｄ／（１−β１／β２）が対象物までの距離となる
ような値となる。つまシ、ｄを大きくとればＡ２も犬き
くなシβｌ／β２の測定精度が向上し、撮像装置１から
対象物体２までの距離を正確に算出できることになる。
しかし、実際の適用上では、移動距離ｄを大きく取シ過
ぎると、対象物体２全体が視野角θからはずれることと
なシ、βｌ／β２の測定が不可能となる。
ぎると、対象物体２全体が視野角θからはずれることと
なシ、βｌ／β２の測定が不可能となる。
逆に移動距離ｄが小さ過ぎると、βｌ／β２の測定分解
能以下となり、式（５）における測定距離Ｌ１は無限遠
となる。第３図は、式（５）において、種々の移動距離
ｄに対する線分の伸縮比βｌ／β２と測定距離Ｌｌの関
係を示したものである。第３図かられかるように、移動
距離ｄを大きくすることによシ、測定距離Ｌ１が同一の
条件下では、伸縮比βｌ／β２の誤差が測定距離Ｌｌの
誤差に与える影響が小さい。上記の検討から、移動距離
ｄはできるかぎフ大きくとることが望ましいが、距離測
定の対象物体２が撮像装置１の視野からはずれたり、距
離測定の対象物体２に衝突することが考えられる。よっ
て、実際の適用上は、撮像装置ｌの画像分解能以上の鍬
の変化を生じる距離だけ撮像装置ｌを移動すればよく、
障害物認識に必要な５から６ｍ程度以下の距離であれば
、撮像装置１を約３０から５０ｚ程度動かすだけで、測
定距離のｌＯ％程度の誤差で障害物までの測定が可能で
ある。本発明が対象としているような、障害物までの距
離測定では、上記に示す程度の距離測定誤差があっても
実用上は差支えない。
能以下となり、式（５）における測定距離Ｌ１は無限遠
となる。第３図は、式（５）において、種々の移動距離
ｄに対する線分の伸縮比βｌ／β２と測定距離Ｌｌの関
係を示したものである。第３図かられかるように、移動
距離ｄを大きくすることによシ、測定距離Ｌ１が同一の
条件下では、伸縮比βｌ／β２の誤差が測定距離Ｌｌの
誤差に与える影響が小さい。上記の検討から、移動距離
ｄはできるかぎフ大きくとることが望ましいが、距離測
定の対象物体２が撮像装置１の視野からはずれたり、距
離測定の対象物体２に衝突することが考えられる。よっ
て、実際の適用上は、撮像装置ｌの画像分解能以上の鍬
の変化を生じる距離だけ撮像装置ｌを移動すればよく、
障害物認識に必要な５から６ｍ程度以下の距離であれば
、撮像装置１を約３０から５０ｚ程度動かすだけで、測
定距離のｌＯ％程度の誤差で障害物までの測定が可能で
ある。本発明が対象としているような、障害物までの距
離測定では、上記に示す程度の距離測定誤差があっても
実用上は差支えない。
対象物体２が第２図に示すように単純形状の場合には、
距離はその対象物の前面までの値となるが、複雑な形状
をした対象物の場合には、測定した距離は第２図に示す
ような場合と異なってくる。
距離はその対象物の前面までの値となるが、複雑な形状
をした対象物の場合には、測定した距離は第２図に示す
ような場合と異なってくる。
対象物体２が複雑な場合の測定距離りと対象物体２との
関係を示したものが第４図である。第４図から容易にわ
かるように、撮像装置１が対象物体３を見込む角度の延
長線が対象物体３と接する点ＡおよびＢを結ぶ線と撮像
装置１の移動方向の延長線とが交わる点Ｏと撮像装置１
までの距離が測定できる距離りとなる。
関係を示したものが第４図である。第４図から容易にわ
かるように、撮像装置１が対象物体３を見込む角度の延
長線が対象物体３と接する点ＡおよびＢを結ぶ線と撮像
装置１の移動方向の延長線とが交わる点Ｏと撮像装置１
までの距離が測定できる距離りとなる。
以下、本発明の実施例を図を参照して詳細に説明する。
第５図（ａ）において、２は距離検出対象物体、１０は
テレビカメラ、２０は画像処理装置、３０は距離演算装
置、４０はテレビカメ２１０で撮像した画像の表示装置
である。また、第５図（ｂ）および（Ｃ）はテレビカメ
ラ１０の移動前後の位置Ｐ１およびＰ２において得られ
た画像を示す。第５図に示した実施例での距離をめる手
順を説明する。
テレビカメラ、２０は画像処理装置、３０は距離演算装
置、４０はテレビカメ２１０で撮像した画像の表示装置
である。また、第５図（ｂ）および（Ｃ）はテレビカメ
ラ１０の移動前後の位置Ｐ１およびＰ２において得られ
た画像を示す。第５図に示した実施例での距離をめる手
順を説明する。
テレビカメラ１０の移動前の位置ＰＩにおいて得られる
画像中の距離検出対象物体２の画像上の面積をＡＩ％位
置ＰＬから距離ｄ移動後の位置Ｐ２で得られる上記と同
様の面積をＡ２とする。
画像中の距離検出対象物体２の画像上の面積をＡＩ％位
置ＰＬから距離ｄ移動後の位置Ｐ２で得られる上記と同
様の面積をＡ２とする。
なお、画像上の距離検出対象物体２の面積Ａ！およびＡ
２は演算装置３０によシ計算される。テレビカメラ１０
の位置ＰＩ と距離検出対象物体２の間の距離をＬ１テ
レビカメラ１０の水平視野角をθとすると、面積ＡＩお
よびＡ２との関係は式（６）によって表わされる。
２は演算装置３０によシ計算される。テレビカメラ１０
の位置ＰＩ と距離検出対象物体２の間の距離をＬ１テ
レビカメラ１０の水平視野角をθとすると、面積ＡＩお
よびＡ２との関係は式（６）によって表わされる。
ここで、Ａ２／ＡＩ をαとすると、式（６）より、求
めるべき距離りは式（７）によシ表わされる。
めるべき距離りは式（７）によシ表わされる。
式（７）で示す距離の算出方法は画隊内に得られる距離
検出対象物体の画像面積を用いるものを例として説明し
たが、面積のみならず距離検出対象物体上の一部の線分
から同様に距離をめることが可能である。なお、前述の
距離検出対象物体のテレビカメラ側の面が、テレビカメ
ラの移動方向に対して直角な面内にない場合には、面を
構成する周縁のうち、最も遠い距離と最も近い距離の平
均距離がまることになる。この平均距離と画像内の対象
物体の面積から、面の方向をめることもできる。
検出対象物体の画像面積を用いるものを例として説明し
たが、面積のみならず距離検出対象物体上の一部の線分
から同様に距離をめることが可能である。なお、前述の
距離検出対象物体のテレビカメラ側の面が、テレビカメ
ラの移動方向に対して直角な面内にない場合には、面を
構成する周縁のうち、最も遠い距離と最も近い距離の平
均距離がまることになる。この平均距離と画像内の対象
物体の面積から、面の方向をめることもできる。
第６図は本発明の他の実施例を示す。この図にはテレビ
カメラ１０の移動機構７０、回転機構５０および走行台
車６０だけが示しであるが、その他の構成は前述の実施
例と同じである。本実施例では走行台車６０にテレビカ
メラ１０を搭載し、走行台車６００走路上の障害物のみ
ならず、走行台車６０周辺の物体までの距離を検出する
例を示した。このような構成にすることによシ、台車６
０の走行時には、テレビカメラ１０は固定した状態で台
車６０を前方または後方に指定量だけ移動し、移動前後
の対象物体の画像上の線分の長さあるいは面積の伸縮比
αと指定移動量ｄとから、前の実施例におけると同様に
して、距離検出対象物体までの距離をめることができる
。一方、台車６０が何らかの理由で移動できない場合に
は、台車１０の上に取付けたテレビカメラ１０の移動機
構７０による前後移動により距離検出対象物体までの距
離をめることができる。
カメラ１０の移動機構７０、回転機構５０および走行台
車６０だけが示しであるが、その他の構成は前述の実施
例と同じである。本実施例では走行台車６０にテレビカ
メラ１０を搭載し、走行台車６００走路上の障害物のみ
ならず、走行台車６０周辺の物体までの距離を検出する
例を示した。このような構成にすることによシ、台車６
０の走行時には、テレビカメラ１０は固定した状態で台
車６０を前方または後方に指定量だけ移動し、移動前後
の対象物体の画像上の線分の長さあるいは面積の伸縮比
αと指定移動量ｄとから、前の実施例におけると同様に
して、距離検出対象物体までの距離をめることができる
。一方、台車６０が何らかの理由で移動できない場合に
は、台車１０の上に取付けたテレビカメラ１０の移動機
構７０による前後移動により距離検出対象物体までの距
離をめることができる。
以上説明したように、本発明によれば１台の撮像装置（
例えば、テレビカメラ等）と画像処理装置および演算装
置を用いることによシ、撮像装置の移動前後の画像内距
離検出対象物体の面積あるいは長さの伸縮比と撮像装置
の移動距離を用いるととで、複雑な光学系を必要としな
い距離測定を実現することができる。
例えば、テレビカメラ等）と画像処理装置および演算装
置を用いることによシ、撮像装置の移動前後の画像内距
離検出対象物体の面積あるいは長さの伸縮比と撮像装置
の移動距離を用いるととで、複雑な光学系を必要としな
い距離測定を実現することができる。
第１図（ａ）および（ｂ）は従来法の両眼立体視法によ
る距離測定原理を説明するだめの図、第２図は本発明を
総括的に説明するだめの図、第３図は伸縮比と測定距離
との関係を示す特性図、第４図は複雑な形状の対象物体
の距離測定を示す説明図、第５図（ａ）は本発明の一実
施例による距離検出方法および装置を説明するブロック
図、第５図（ｂ）および体λは撮像装置の移動前後の位
置において得られた画像の１例を示す図、第６図は本発
明の他の実施例による走行台車に距離検出装置を搭載し
たときの距離検出方法および装置を説明する図である。 １・・・撮像装置、２・・・距離検出対象物体、１０・
・・テレビカメラ、２０・・・画像処理装置、３０・・
・距離演算装置、４０・・・画像表示装置、５０・・・
回転機構、口
る距離測定原理を説明するだめの図、第２図は本発明を
総括的に説明するだめの図、第３図は伸縮比と測定距離
との関係を示す特性図、第４図は複雑な形状の対象物体
の距離測定を示す説明図、第５図（ａ）は本発明の一実
施例による距離検出方法および装置を説明するブロック
図、第５図（ｂ）および体λは撮像装置の移動前後の位
置において得られた画像の１例を示す図、第６図は本発
明の他の実施例による走行台車に距離検出装置を搭載し
たときの距離検出方法および装置を説明する図である。 １・・・撮像装置、２・・・距離検出対象物体、１０・
・・テレビカメラ、２０・・・画像処理装置、３０・・
・距離演算装置、４０・・・画像表示装置、５０・・・
回転機構、口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、撮像対象物体に対して移動することができる撮像装
置と、該撮像装置から得られる画像を処理する画像処理
装置と、上記撮像装置を予め定められた量だけ移動式せ
、その移動量とその移動前後に上記画像処理装置を通じ
て得られる、上記撮像装置によって捕えられた画像内の
対象物体の長さあるいは面積の伸縮比から、上記撮像装
置から対象物体までの距離をめる距離演算装置とを含む
ことを特徴とする距離検出装置。 ２、上記撮像装置がテレビカメラであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の距離検出装置。 ３、上記撮像装置が走行機構上にあり、上記予め定めら
れた蛍だけ上記走行機構が移動することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の距離検出装置。 ４、上記走行機構上に設けられた撮像装置が水平面内で
回転すること、および撮像面に対して垂直な方向に移動
することができ、上記走行機構が停止した状態で上記撮
像装置から走行機構周辺の対象物体捷での距離をめるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距離検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12334883A JPS6015507A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 距離検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12334883A JPS6015507A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 距離検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6015507A true JPS6015507A (ja) | 1985-01-26 |
Family
ID=14858338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12334883A Pending JPS6015507A (ja) | 1983-07-08 | 1983-07-08 | 距離検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6015507A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01165913A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-06-29 | Hitachi Ltd | 移動物体の三次元位置測定装置 |
-
1983
- 1983-07-08 JP JP12334883A patent/JPS6015507A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01165913A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-06-29 | Hitachi Ltd | 移動物体の三次元位置測定装置 |
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