JPS61101883A

JPS61101883A - 輻輳角整合装置

Info

Publication number: JPS61101883A
Application number: JP59222896A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tanmachi; 反町　誠宏; Tsuneaki Kadosawa; 角沢　常明
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1986-05-20
Also published as: US4818858A; JPH0580030B2

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】〔技術分野〕本発明は輻輳角整合装置に関し、詳しくは２台の撮像装
置を有するロボット等の立体的視覚情報取得のための撮
像装置間融接角の整合装置に関する０〔従来技術〕立体的な空間での作業が要求されるロボットにおいては
、ロボットの位置に対して作業対象物等の環境を立体的
に視覚情報として取得認識させることが必要とされる。

しかして、このような要求から、ロボットに複数の撮像
装置を設け、視差に基づく画像の差異を分析して立体的
視覚情報を得るステレオ方式が研究されてきた。

しかしながら、ステレオ方式においては、複数の撮像装
置を用いてこれらの装置から得られる画１・、　　　像
のうちから同一対象物の対応点を見出すのに時間がかか
る。このことは、例えば辻三部氏の「ロボットの視覚」
Ｐ工ＸＥＬ　Ｎｏ　１６にも指摘されている０更にまた、撮像装置が固定′された状態では、撮像距離
の如何によって、撮像視野の重なり範囲が変化するので
、特に光軸を平行に保持させるようにして遠方の視野に
調整固定された場合、近距離視野での重なシ範囲が少な
いことによって立体視できる視野が狭くなる。

〔目　的〕

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、高精度の＠棲
調整が迅速に行えて、２台の撮像装置からの画像におけ
る対応点を見出すための原点を得ることができ、更に、
融接角が検出できて、被写体までの距離を算出して撮像
レンズの焦点合せを行うことができる容易でしかも高速
化した立体認識処理が得られる輻輳角整合装置を提供す
ることにある。

〔実施例〕以下に、図面に基づき本発明の実施例を詳細に　　　；
□。

説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。ここで１および２は
平面基板３上に並列に設けた撮像装置であり、４および
５は撮像装置１および２に装着した等しい撮像特性を有
するレンズ機構である。しかして、これらの撮像装置１
および２のうち、一方の撮像装置１をその支持軸６と共
に支持台７に固定し、支持軸６によって基板３を回動自
在に支承させる。８は支持軸６に取付けた歯車、９は撮
像装置２に設けた回動軸１０に取付けた歯車であシ、双
方の歯車８および９はその歯数を同数にして噛合させる
。

１１は回動軸１０を回動させるためのウオームホイール
、１２はウオームホイー÷縁噛合させたウオーム、１３
はその駆動モータであシ、モータ１３にはロータリエン
コーダ１４を直結して、このロータリエンコーダ１４に
よりモータ１３における軸の回転角度を検出させること
ができる。

第２図は撮像装置１および２に設けた撮像機構、更に第
３図はその光学系を示し、ここで、２１および３１は焦
点合せのために光軸に沿って移動自在としたレンズ体、
２１Ａと２１Ｂおよび３１Ａと３１Ｂは固定レンズであ
る。しかして、レンズ体２１および３１はモータ２２お
よび３２の回転軸上に設けたねじ部２３および３３によ
って移動させられる０２４はレンズ２１Ａとレンズ２１Ｂとの間に設けた光分
割器、３４はレンズ３１Ａとレンズ３１Ｂとの間に設け
た光分割器であり、光分割器２４および３４にはその光
路に半透明鏡２４Ａおよび３４Ａが設けられている。２
５および３５はそれぞれ撮像素子である。

更に第１の撮像装置１にあって２６は発光素子であυ、
２７は発光素子２６ｔ−撮像素子２５と光学的に等価の
位置とするために設けたレンズである。かくして、発光
素子２６から投射された光は光分割器２４の一方の端面
から入射して半透明鏡２４Ａによって反射され、その反
射光がレンズ２１Ａおよび２１を介して図示しない被写
体に受光される。

３６は第２の撮像装置２に設けた輻精整合センサであり
、３７はセンサ２６を撮像素子３５と光学的に等価の位
置とするために設けたレンズでちる。なお、幅端整合セ
ンサ３６は位置情報に対応するよう光センサを配列して
構成した光読取り素子でちり、例えばこのような光セン
サを一次元に配列した一次元アレイセンサである。

しかして、第１撮像装置１の発光素子２６から投射され
た光は被写体に受光されてここで反射され、第２撮像装
置のレンズ３１および３１Ａを経て半透明鏡３４により
再反射されて、融接角整合センサ３６に入射される。そ
こでいま輻輳角が変化させられたとすると、−次元アレ
イセンサ上の入射位置が移動するが、本例では輻績が整
合されたときにその入射位置がアレイ上の所定点を占め
るように調整しておく。

分シ易い一例として、第１撮像装置１におけるレンズ機
構３の光の中心線に沿い撮像範囲の中心に発光素子２６
からの光が投射されるようになし、１１　　　輻績が整
合された状態において、被写体からのそのの反射光が第２撮像装置のレンズ機構ト洗中心線に溢っ
て入射され、反射鏡３４Ａで反射されてアレイセンサ３
６の中心に入射されるように調整された場合について述
べることとする。

いま、このように構成した輻輳角整合装置が起動状態に
おかれたとして、第１撮像装置１の発光素子２６から光
がビーム状に放射されたとすると、そのレンズ機構３の
光の中心線延長上にある被写体でビーム光が反射され、
その反射光の一部が第２撮像装置２のアレイセンサ３６
に入射されるＯしかしてこの場合に、実際の被写体距離
に対して双方の撮像装置が近い側に輻績されていたとす
ると、センサ３６への入射位置はその中心より第１撮像
装置１の側にずれ、また遠い側に幅端されていたとする
と第１撮像装置１の反対側にずれるので、被写体に輻績
を一致させるにはこれらの撮像装置１および２をいずれ
の側に回動させればよいかの判断が得られる０そこで、
このような判断に基づいて第１図に示した駆動モータ１
３を駆動し、第１および第２撮像装置１および２を回動
さ　　ゝ゛せて、センサ３６への光の入射位置がその中
心位置に導かれるように制御してやればよい。

第４図はかかる制御系の構成を示し、ここで４１はライ
ンセンナ３６に受光された発光素子２６からの光の入射
位置を検出し、その入射位置がいずれの方向にどれだけ
ずれているかを信号にして制御回路４２に供給する検出
回路であり、制御回路４２ではこれらの信号に基づいて
モータ駆動信号を発生し、これらの駆動信号によりモー
タ１３を駆動してセンナ３６への入射位置がその中心に
導かれるように制御する。

すなわち、モータ１３が駆動されると、第１図に示した
ように、ウオームギヤを介して第２撮像装置２の回動軸
１０が輻績の得られる方向に回動させられ、歯車９と８
とが噛合されてＧることによって、第２撮像装置２自体
がその基板３と共に固定軸６の周シに回動させられる。

なお、このような双方撮像装置間の相対運動により、第
１および第２撮像装置１および２から偏積合致点までの
距離を常に等しく保たせるようにすることができるもの
で、このような運動の結果、センサ３６における上述し
た光の入射位置が中心にきたときに、モータ１３が停止
され、以て被写体上に偏積合致点が得られるようにする
ことができる。

一方、モータ１３の回転角はエンコーダ１４によって検
出されている。そこで距離計算回路４３では、この検出
されたモータ回転角から第２撮像装置２の回動角を知シ
、更に撮像装置間の間隔が与えられているので、双方の
値から被写体の融接合致点までの距離を演算することが
できる。

かくして、この演算された距離に焦点合せがなされるよ
うに、制御回路４４を介してモータ２２および３２を駆
動制御し、輻輳合致点に第１撮像装置１と第２撮像装置
２とを焦点合せさせることができる。

しかして、この焦点合せが得られることにより、操作素
子２５と光学的等価の位置に配置されている発光素子２
６からの光を被写体上に結像させることができ、同様に
して、この光の結像をセンナ３６上に結像させることが
できるので、発光素子２６の光像をセンサ３６上に精度
よく結像させることができる。

すなわち、このことは、発光素子２６の発光部の形状や
マスクの形状がセンナ３６による位置検出の精度や容易
さに関係するととを意味するもので、発光素子を赤外線
発光素子としたシ、外光との識別のだめに光量を周波数
変調させる手段若しくはレーザ素子を用いたシするのが
好適であることはいうまでもない。

また、以上の説明では、発光素子２６およびセンサ３６
の中心を共にレンズ機構３および４における光軸上に一
致させるようにしたが、必らずしもこのように配置する
必要はなく、上記の中心が光軸に対してそれぞれ対応す
る位置であればよいことは勿論である。

更にまた、レーザを発光素子として使用する場合は、焦
点合せによってビームスポットを被写体上に結像させる
必要はないが、センサ上への反射１・・　　　光像につ
いては焦点合せ動作を行わせることによってその位置の
明確化を図ることができる。

また、２つの撮像装置を互いに反対方向に同角度回転さ
せるようにした遊星運動は、図には示さないが、上述し
た例にかえて、ベルトのたすき掛けを適用してもよい。

いずれにせよ、このような運動をなさせることにより、
近距離にある被写体に対しても、距離を一致させること
ができるもので、撮像倍率も等しく保つことができる。

更にまた、幅樅には双方の撮像装置における光軸を平行
とした状態から撮像装置を互いに外側に回転させる動作
を必要としないので、このような外転が禁止されるよう
ストッパを設けるようにしてもよい。

また、輻輳角の検出にはエンコーダによらずレゾルバ等
により直接に検出することもできる外、レンズ機構には
本例のような前玉フォーカスの代シに全体フォーカスを
使用してもよく、この場合は光分割器の配置を対応した
位置にかえてやればよい。

〔効　果〕

以上説明したように、本発明によれば、所定の間隔を保
たせて同一平面上に焦点合せが可能なように並置し、一
方を他方の支持軸の周υに上記平面に沿って回動自在と
なした２台の撮像装置のうち、一方の撮像装置には撮像
レンズを介して被写体に光ビームを照射する発光部材を
設け、他方の撮像装置には被写体によ）反射された上記
の光を撮像レンズを介して受光する光読取シ部材を設け
て、この光読取り部材に受光された光の入射位置により
被写体への幅端のだめの遠近が判断されるようになし、
この判断に基づき２台の撮像装置を回動させ、以て偏積
合致点が被写体にくるよう制御するようにしたので、輻
績の整合を高精度に実施することができ、更にこのとき
に得られた融接角から被写体までの距離を演算して焦点
合せを行わせる機構を設けたことにより光読取９部材上
の光の入射位置を正確に検知することができるのみなら
ず、被写体上の光ビーム照射位置と双方の撮像装置にお
けるこの照射位置に対応する位置とが豪紀義的ヵ関連装
置に保えれ、Ｑ、５、ら、。。や対位置を双方の撮像装
置の画像上の対応点として対処することができ、以て、
画像処理量を大幅に削減することができる。

更にまた、被写体までの距離の如何にかがゎらず双方の
撮像装置によって取得される被写体とその近傍の画像の
範囲をほぼ一致させることができ、像倍率が等しく保て
ることとあわせて、立体認識処理を容易とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明輻輳角整合装置の構成の概要を示す斜視
図、第２図はその撮像装置における光学系の詳細を示す模型
図、第３図はその光学系の斜視図、第４図は本発明幅端角整合装置の制御系の構成の一例を
示すブロック図である。１．２・・・撮像装置、３・・・基板、４．５・・・し、ンズ機構、６・・・支持軸、７・・・支持台、８．９・・・歯車、１０・・・回動軸、１１・・・ウオームホイール、１２・・・ウオーム、１３・・・モータ、１４・・・エンコーダ、２１．３１・・・レンズ体、２１Ａ　、　２１Ｂ　、　３１Ａ　、　３１Ｂ・−・レ
ンズ、２２．３２・・・モータ、２３．３３・・・ねじ部、２４・・・光分割器、２４Ａ、　３４Ａ・・・半透明鏡、２５．３５−・・撮像素子、２６・・・発光素子、２７．３７・−・レジズ、３６・・・輻楼整合センサ、４１・・・検出回路、４２・・・制御回路、４３・・・距離計算回路、４４・−・制御回路。３１　　　　３１八３４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】１）同一平面上に焦点合せが可能なように所定の間隔で
並置した２台の撮像装置と、該２台の撮像装置のうちの
一方に設けられその撮像レンズを介して光を被写体に照
射する発光部材と、他方の前記撮像装置に設けられ、前記被写体から反射された光を当該他方の撮像装置の撮像レンズ
を介して受光し、受光された光の入射位置により前記被
写体の輻輳位置が判断可能な光読取り部材と、前記他方の撮像装置の方向を転換させることにより前記焦点合せの平面上における前記２台の撮像
装置間の輻輳角の変換を行う手段と、前記光読取り部材
により判断された前記被写体の輻輳位置に向けて前記他
方の撮像装置の方向を転換させるように制御する手段と
を具えたことを特徴とする輻輳角整合装置。２）特許請求の範囲第１項に記載の輻輳角整合装置にお
いて、前記２台の撮像装置は前記輻輳位置に焦点合せが
可能な手段をそれぞれ具えたことを特徴とする輻輳角整
合装置。