JPS60183509A - 視覚装置 - Google Patents
視覚装置Info
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- JPS60183509A JPS60183509A JP3863684A JP3863684A JPS60183509A JP S60183509 A JPS60183509 A JP S60183509A JP 3863684 A JP3863684 A JP 3863684A JP 3863684 A JP3863684 A JP 3863684A JP S60183509 A JPS60183509 A JP S60183509A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring 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)
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、２次元的な平面視覚と、３点以上の点の３次
元位置を測定しうる測定装置とを組み合わせることによ
り、２次元画像の３次元的位置を高速に認識することが
できる視覚装置に関するものである。
元位置を測定しうる測定装置とを組み合わせることによ
り、２次元画像の３次元的位置を高速に認識することが
できる視覚装置に関するものである。
近年、■−八（工場自動化）の−環として溶接。
組立等の作業に産業用ロボットが利用されるようＫｉｆ
）、ｊＲ覚センサ等を用いたフレキシブルな作業の−−
ズが高まっている。従来、産業用ロボレトに用いられて
いる視覚装置の大部分は、２次元的な平面視覚でちゃ、
３次元視覚については研究段階のものはあるものの、実
用化された例はない。
）、ｊＲ覚センサ等を用いたフレキシブルな作業の−−
ズが高まっている。従来、産業用ロボレトに用いられて
いる視覚装置の大部分は、２次元的な平面視覚でちゃ、
３次元視覚については研究段階のものはあるものの、実
用化された例はない。
これは、距離センサや両眼視による３次元情報のみで認
識を行なおうとすると、認識時間がががりすぎて実用的
でないためである。一方、２次元視覚の場合には、認識
時間は短いものの、平面的な認識しかできないために傾
いた物体の認識ができず、あらかじめ傾きを直すような
装置を必要とするという問題があった。
識を行なおうとすると、認識時間がががりすぎて実用的
でないためである。一方、２次元視覚の場合には、認識
時間は短いものの、平面的な認識しかできないために傾
いた物体の認識ができず、あらかじめ傾きを直すような
装置を必要とするという問題があった。
本発明の目的は、上記した事情に鑑み、２次元画像の３
次元的位置を高速に認識することができる視覚装置を提
供することにある。
次元的位置を高速に認識することができる視覚装置を提
供することにある。
本発明に係る視覚装置は、物体の２次元的な画像を撮像
する撮像装置と、その２次元画像を解析１〜で当該輪郭
線を検出する画像処理装置と、その輪郭線上の少なくと
も３点の３次元位置を測定しつる３次元位置ｄ１１］定
装置と、上記輪郭線について所望の補正を施す画像補正
装置と、上記の３次元位置測定結果および輪郭線補正結
果に基づき、」二記輪郭線の：３次元座標を計算し、そ
の３次元位置を復元する３次元位置計算装置とから構成
するようにしたものである。
する撮像装置と、その２次元画像を解析１〜で当該輪郭
線を検出する画像処理装置と、その輪郭線上の少なくと
も３点の３次元位置を測定しつる３次元位置ｄ１１］定
装置と、上記輪郭線について所望の補正を施す画像補正
装置と、上記の３次元位置測定結果および輪郭線補正結
果に基づき、」二記輪郭線の：３次元座標を計算し、そ
の３次元位置を復元する３次元位置計算装置とから構成
するようにしたものである。
なお、その原理を図に基づいて補足すると次のとおりで
ある。
ある。
第１図は２次元画像の一例の座標系を表わす概念図、第
２図はその２次元画像」二の３点の３次元位置を表わす
概念図である。
２図はその２次元画像」二の３点の３次元位置を表わす
概念図である。
ＴＶカメラ等で入力した２次元画像は画像処理装置で処
理される。通常、この処理では雑音除去。
理される。通常、この処理では雑音除去。
セグメンテーション、２値化処理７輪郭線検出等が行な
われ、その処理後の画像は例えば第１図に示すような輪
郭線画像とすることができる。このとき、画面の座標系
を第１図のようにとれば、輪郭線上の各点の画面上での
位置（ｉ、ｊ）がわかることになる。この情報から、２
次元画像の重心。
われ、その処理後の画像は例えば第１図に示すような輪
郭線画像とすることができる。このとき、画面の座標系
を第１図のようにとれば、輪郭線上の各点の画面上での
位置（ｉ、ｊ）がわかることになる。この情報から、２
次元画像の重心。
慣性主軸等をめ、あらかじめめておいたパターンとマツ
チングさせることにより、その認識を行なうことができ
る。しかし、このようなマツチングが可能となるために
は次のような制約がある。
チングさせることにより、その認識を行なうことができ
る。しかし、このようなマツチングが可能となるために
は次のような制約がある。
（１） あらかじめパターンを作る時と、実際に物体を
見る時とで、ＴＶカメラから物体１での距離は同じでな
ければならない。なぜなら、Ｔ′Ｘｌカメラでは遠くの
物体程小さく見えるからである。
見る時とで、ＴＶカメラから物体１での距離は同じでな
ければならない。なぜなら、Ｔ′Ｘｌカメラでは遠くの
物体程小さく見えるからである。
（２）物体の表面はＴＶカメラの軸に対して常に一定の
傾き（通常は垂直）でなければならない。
傾き（通常は垂直）でなければならない。
そうでなければ、例えば実際は円形の物体でも楕円に見
えてしまい、マツチングができない。
えてしまい、マツチングができない。
ところで第２図に示すように、平面上の３点ＰＩ（ｉｌ
、） ＋）、Ｐ２（ｉｚ、） ２）、Ｐ３（＋３ ＋
＋３ ）における３次元位置（ｘｌ ＋ ｙｌ ＋Ｚｌ
）＋ （Ｘ２＋ ）’２ ＋ ２２ ）＋ （Ｘ３＋
Ｙ３ ＋２３、）が測定しうるならば、この平面の空
間での方程式が定まるから、平面上の任意の点１）（＋
、Ｊ）の３次元位置（Ｘ＋ ｙ＋”）がまる。この結果
、該当平面の絶対的な大きさ２位置の決定ができること
となり、任意の位置、姿勢から見た面の形状ｕ： Ｒ１
’ＩＩによつでめることかり能となる。すなわち、」二
記のパターンマツチングは空間的なパターンに対しても
実施しうろことになる。この際、上記（］）の理由によ
り、ＴＶカメラからの距離２が大きいほど物体は小さく
見えていることになるので、その補正が必要である。ま
た、ＴＶカメラのレンズの將性等によっても平面画像に
歪みができるので、１゛■カメラごとの個有の補正も必
要となる。
、） ＋）、Ｐ２（ｉｚ、） ２）、Ｐ３（＋３ ＋
＋３ ）における３次元位置（ｘｌ ＋ ｙｌ ＋Ｚｌ
）＋ （Ｘ２＋ ）’２ ＋ ２２ ）＋ （Ｘ３＋
Ｙ３ ＋２３、）が測定しうるならば、この平面の空
間での方程式が定まるから、平面上の任意の点１）（＋
、Ｊ）の３次元位置（Ｘ＋ ｙ＋”）がまる。この結果
、該当平面の絶対的な大きさ２位置の決定ができること
となり、任意の位置、姿勢から見た面の形状ｕ： Ｒ１
’ＩＩによつでめることかり能となる。すなわち、」二
記のパターンマツチングは空間的なパターンに対しても
実施しうろことになる。この際、上記（］）の理由によ
り、ＴＶカメラからの距離２が大きいほど物体は小さく
見えていることになるので、その補正が必要である。ま
た、ＴＶカメラのレンズの將性等によっても平面画像に
歪みができるので、１゛■カメラごとの個有の補正も必
要となる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第３図は本発明に係る視覚装置の一実施例の構は同じく
物体上の点の３次元位置検出の概念図、第７図は同じく
遠近による２次元像の歪みを示す概念図、第８図は同じ
く３次元位置の計算フロー図である。
物体上の点の３次元位置検出の概念図、第７図は同じく
遠近による２次元像の歪みを示す概念図、第８図は同じ
く３次元位置の計算フロー図である。
本装置は、２次元的な画像の撮像装置としてのＴＶカメ
ラ１と、画像処理装置２と、３次元位置測定装置３と、
３次元位置計算装置４と、画像補正装置５とからなり、
台７上の物体６の認識を行なうものである。
ラ１と、画像処理装置２と、３次元位置測定装置３と、
３次元位置計算装置４と、画像補正装置５とからなり、
台７上の物体６の認識を行なうものである。
本実施例によると、以下の手順で２次元画像データに３
次元位置情報を付与することができる。
次元位置情報を付与することができる。
（１）台７」二の物体６をＴＶカメラ］で撮り、画像を
画像処理装置２へ入力する。
画像処理装置２へ入力する。
（２）画像処理装置２ば、第４図に示すフロー図に基づ
き、物体の輪郭線を検出する。
き、物体の輪郭線を検出する。
（３）３次元位置測定装置３を用いて、物体６の面上の
３点以上の点の３次元位置を測定する。本実施例では、
測定装置としてスリット光を利用したレンジファインダ
を用いる。これは、３角測量の原理を用いて位置を測定
する一種の距離測定装置で、その詳細を第５図に示す。
３点以上の点の３次元位置を測定する。本実施例では、
測定装置としてスリット光を利用したレンジファインダ
を用いる。これは、３角測量の原理を用いて位置を測定
する一種の距離測定装置で、その詳細を第５図に示す。
３次元位置測定装置３は、’Ｉ’Ｖカメラ１に固定され
ており、その左右にスリット光発生装置８を有する。ス
リット光はＴＶカメラ１に対して傾いて物体６に投射さ
れているだめ、ＴＶカメラ１から見たスリット光は第６
図のようになる。したがって、物体の輪郭上の点ＰＬ、
Ｐ２．Ｐ３゜１？ ４の画面−１−での位置を検出する
こと可能となる１、また、、ＴＶ右カメラとスリット光
発生装置８との相体位置関係が既知であるから、３角測
昂の原理に基ついて、点Ｉ）１．Ｐ２．Ｐ３゜Ｐ４のｌ
” Ｖカメラ１から見た３次元座標がわかる。
ており、その左右にスリット光発生装置８を有する。ス
リット光はＴＶカメラ１に対して傾いて物体６に投射さ
れているだめ、ＴＶカメラ１から見たスリット光は第６
図のようになる。したがって、物体の輪郭上の点ＰＬ、
Ｐ２．Ｐ３゜１？ ４の画面−１−での位置を検出する
こと可能となる１、また、、ＴＶ右カメラとスリット光
発生装置８との相体位置関係が既知であるから、３角測
昂の原理に基ついて、点Ｉ）１．Ｐ２．Ｐ３゜Ｐ４のｌ
” Ｖカメラ１から見た３次元座標がわかる。
（４）３次元位置計算装置４は、上記（３）でめた４点
のうちの３点の３次元座標をもとに、輪郭線上の点の３
次元座標を計算する。もちろん、３点以上の座標から最
小２乗法等の数学的手法を用いて計算することも可能で
ある。その際、画像補正装置５によって、輪郭画像の遠
近による歪みや、レンズ系の歪みを補正する。例えは遠
近による歪みを考えると、四角柱を斜めに切った切り口
は長方形であるが、それを真−ヒから’］’Ｖカメラ１
で見ると、切り口は第７図に示すように台形となる。こ
の場合、点Ｑｌ、Ｑ２゜Ｑ３の画面上での位置（ｊｌ
＋ １１ ）＋ （＋２ ＋Ｊ２ ）＋ （ｉ３．Ｊ３
）およびＴＶ右カメラから見た座標（Ｘｌ ＋ ｙｌ
＋ ｚｌ ） 、＋ （Ｘ２ ＋Ｙ２ ＋ ２２ ）＋
（Ｘ３ ＋ Ｙ３ ＋ ２３ ）がわかったとすると
、点Ｑ （ｉ 、 Ｊ ）の座標（Ｘｌ ’３’ ＋２
）は次式で与えられる。
のうちの３点の３次元座標をもとに、輪郭線上の点の３
次元座標を計算する。もちろん、３点以上の座標から最
小２乗法等の数学的手法を用いて計算することも可能で
ある。その際、画像補正装置５によって、輪郭画像の遠
近による歪みや、レンズ系の歪みを補正する。例えは遠
近による歪みを考えると、四角柱を斜めに切った切り口
は長方形であるが、それを真−ヒから’］’Ｖカメラ１
で見ると、切り口は第７図に示すように台形となる。こ
の場合、点Ｑｌ、Ｑ２゜Ｑ３の画面上での位置（ｊｌ
＋ １１ ）＋ （＋２ ＋Ｊ２ ）＋ （ｉ３．Ｊ３
）およびＴＶ右カメラから見た座標（Ｘｌ ＋ ｙｌ
＋ ｚｌ ） 、＋ （Ｘ２ ＋Ｙ２ ＋ ２２ ）＋
（Ｘ３ ＋ Ｙ３ ＋ ２３ ）がわかったとすると
、点Ｑ （ｉ 、 Ｊ ）の座標（Ｘｌ ’３’ ＋２
）は次式で与えられる。
Ｘ＝Ｘ、＋十（（ｉ ｉ＋）ａｔ＋（Ｊ−−Ｊｔ）ａｉ
）Ｚ／ｚ＋ −（１）ｙ＝ｙｘ＋（（ｉ−ｉ＋）ｂ＋＋
１−Ｊｔ）ｂ＋ｌｚ／Ｚｔ ・（２）Ｚ＝ｚ ｌ」−（
（盈 −−１１）Ｃ１＋（Ｊ−Ｊ １ ） Ｃ，）ｚｌ
ｚｌ ・・（３）ここで ・・（４） ・・・（５） であり、ｌ＋ｔ、ｂ＋およびＣ，’、Ｃｊは、それぞれ
式（４） 、 （５）中のＸをｙ、Ｚで置き換えること
によって得られる。
）Ｚ／ｚ＋ −（１）ｙ＝ｙｘ＋（（ｉ−ｉ＋）ｂ＋＋
１−Ｊｔ）ｂ＋ｌｚ／Ｚｔ ・（２）Ｚ＝ｚ ｌ」−（
（盈 −−１１）Ｃ１＋（Ｊ−Ｊ １ ） Ｃ，）ｚｌ
ｚｌ ・・（３）ここで ・・（４） ・・・（５） であり、ｌ＋ｔ、ｂ＋およびＣ，’、Ｃｊは、それぞれ
式（４） 、 （５）中のＸをｙ、Ｚで置き換えること
によって得られる。
以上によって、輪郭線の３次元座標をめることができる
。第４図以降の計算フローを第８図に示す。
。第４図以降の計算フローを第８図に示す。
このようにして本実施例によれば、（１）物体の位置・
姿勢等の３次元情報がわかるので、例えば物体の正面か
ら見た形状を複元することができ、・きクーンマッチン
グによる認識が可能となるとともに、（ｉｉ）３次元情
報が高速に得られるので、産業用１コボソト等の視覚に
利用して、３次元物体の組立作業等を実時間で行なうこ
とができ、さらに（Ｉｌｌ）２次元視覚と３次元位置測
定装置とを組み合わせて３次元視覚と同等の効果を得る
ことができるので、従来の〃眼視やスリット光切断方式
による３次元視覚に比へて経済性に優れ、装置の小型化
も可能である。
姿勢等の３次元情報がわかるので、例えば物体の正面か
ら見た形状を複元することができ、・きクーンマッチン
グによる認識が可能となるとともに、（ｉｉ）３次元情
報が高速に得られるので、産業用１コボソト等の視覚に
利用して、３次元物体の組立作業等を実時間で行なうこ
とができ、さらに（Ｉｌｌ）２次元視覚と３次元位置測
定装置とを組み合わせて３次元視覚と同等の効果を得る
ことができるので、従来の〃眼視やスリット光切断方式
による３次元視覚に比へて経済性に優れ、装置の小型化
も可能である。
以上、詳述したように、本発明によれば、２次視覚と３
次元位置測定装置を組み合わせて、平面画像の３次元情
報を高速で認識することができるので、例えば産業用ロ
ボット等の視覚装置として利用して、３次元物体の認識
、・・ンドリング等の実時間化を可能として１、その効
率向上、経済化に顕著な効果が得られる。
次元位置測定装置を組み合わせて、平面画像の３次元情
報を高速で認識することができるので、例えば産業用ロ
ボット等の視覚装置として利用して、３次元物体の認識
、・・ンドリング等の実時間化を可能として１、その効
率向上、経済化に顕著な効果が得られる。
第１図は２次元画像の一例の座標系を表わす概念図、第
２図はその２次元画像上の３点の３次元位置を表わす概
念図、第３図は本発明に係る視覚装置の一実施例の構成
図、第４図はその画像処理装置の計算フロー図、第５図
は同しく３次元位置測定装置の詳細構成図、第６図は同
じく物体」−の点の３次元位置検出の概念図、第７図は
同しく遠近による２次元画像の歪みを示す概念図、第８
図は同じく３次元位置の計算フロー図である。 １・・・１゛ｖカメラ、２・画像処理装置、３３次元位
置測定装置、４３次元位置計算装置、５・・画像補正装
置、６・・物体、７・台、８・・スリット光（，１，，
１名）″心、’：ｌ 、ｆ、１弄１ 図 第２固 茶３ 口 ！ 茅４− 目 ／ 茅、５′ 区 ＄名 固 輩７ 目 茅 ８ 目
２図はその２次元画像上の３点の３次元位置を表わす概
念図、第３図は本発明に係る視覚装置の一実施例の構成
図、第４図はその画像処理装置の計算フロー図、第５図
は同しく３次元位置測定装置の詳細構成図、第６図は同
じく物体」−の点の３次元位置検出の概念図、第７図は
同しく遠近による２次元画像の歪みを示す概念図、第８
図は同じく３次元位置の計算フロー図である。 １・・・１゛ｖカメラ、２・画像処理装置、３３次元位
置測定装置、４３次元位置計算装置、５・・画像補正装
置、６・・物体、７・台、８・・スリット光（，１，，
１名）″心、’：ｌ 、ｆ、１弄１ 図 第２固 茶３ 口 ！ 茅４− 目 ／ 茅、５′ 区 ＄名 固 輩７ 目 茅 ８ 目
Claims (1)
- ■、物体の２次元的な画像を撮像する撮像装置と、その
２次元画像を解析して当該輪郭線を検出する画像処理装
置と、その輪郭線上の少なくとも３点の３次元位置を測
定しうる３次元位置測定装置と、上記輪郭線について所
望の補正を施す画像補正装置と、上記の３次元位置測定
結果および輪郭線補正結果に基づき、上記輪郭線の３次
元座標を計算し、その３次元位置を復元する３次元位置
計算装置とから構成される装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038636A JPH061162B2 (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 視覚装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59038636A JPH061162B2 (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 視覚装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60183509A true JPS60183509A (ja) | 1985-09-19 |
| JPH061162B2 JPH061162B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=12530726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59038636A Expired - Lifetime JPH061162B2 (ja) | 1984-03-02 | 1984-03-02 | 視覚装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061162B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0282106A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 光学的３次元位置計測方法 |
| JPH07286820A (ja) * | 1994-04-20 | 1995-10-31 | Fanuc Ltd | ３次元視覚センサを用いた位置計測方法及び位置ずれ補正方法 |
| EP1411322A3 (en) * | 2002-10-17 | 2007-08-01 | Fanuc Ltd | Optical sensor for measuring position and orientation of an object in three dimensions |
| US7526121B2 (en) | 2002-10-23 | 2009-04-28 | Fanuc Ltd | Three-dimensional visual sensor |
| JP2010210342A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 変位量計測装置及び変位量計測方法 |
| JP2013543591A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | 形状計測装置および形状計測方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155803A (en) * | 1980-05-07 | 1981-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Shape detector |
| JPS58208606A (ja) * | 1982-05-29 | 1983-12-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ３次元位置計測方式 |
-
1984
- 1984-03-02 JP JP59038636A patent/JPH061162B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155803A (en) * | 1980-05-07 | 1981-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Shape detector |
| JPS58208606A (ja) * | 1982-05-29 | 1983-12-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ３次元位置計測方式 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0282106A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 光学的３次元位置計測方法 |
| JPH07286820A (ja) * | 1994-04-20 | 1995-10-31 | Fanuc Ltd | ３次元視覚センサを用いた位置計測方法及び位置ずれ補正方法 |
| EP1411322A3 (en) * | 2002-10-17 | 2007-08-01 | Fanuc Ltd | Optical sensor for measuring position and orientation of an object in three dimensions |
| US7502504B2 (en) | 2002-10-17 | 2009-03-10 | Fanuc Ltd | Three-dimensional visual sensor |
| US7526121B2 (en) | 2002-10-23 | 2009-04-28 | Fanuc Ltd | Three-dimensional visual sensor |
| JP2010210342A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Toyota Motor Corp | 変位量計測装置及び変位量計測方法 |
| JP2013543591A (ja) * | 2010-10-08 | 2013-12-05 | オムロン株式会社 | 形状計測装置および形状計測方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH061162B2 (ja) | 1994-01-05 |
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