JPS62168287A - Calibrating method for vision sensor - Google Patents

Calibrating method for vision sensor

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JPS62168287A
JPS62168287A JP61008862A JP886286A JPS62168287A JP S62168287 A JPS62168287 A JP S62168287A JP 61008862 A JP61008862 A JP 61008862A JP 886286 A JP886286 A JP 886286A JP S62168287 A JPS62168287 A JP S62168287A
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JP
Japan
Prior art keywords
image
coordinates
camera
visual
coordinate
Prior art date
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Pending
Application number
JP61008862A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Ishiguro
石黒 一也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nachi Fujikoshi Corp
Original Assignee
Nachi Fujikoshi Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nachi Fujikoshi Corp filed Critical Nachi Fujikoshi Corp
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Publication of JPS62168287A publication Critical patent/JPS62168287A/en
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Abstract

PURPOSE:To execute a calibration in a short time by image-picking up a matrix installed in parallel on a robot coordinate, teaching a point on its image and using it as a point on a vision coordinate. CONSTITUTION:The titled sensor is provided with a control part 8 to which a keyboard 9 can be connected as an external input, a graphic RAM 10 for displaying a digital image, an A/D 5 for A/D-converting an input from a TV camera 1, a video RAM 6 for storing an output from the A/D 5, and a composite video circuit 20 which can superposed and display an analog image from the TV camera 1 and the digital image of the graphic RAM 10, and an optical position on the analog image can be set as a coordinate on the digital image by the keyboard 9. In this way a cross cursor is set in an optical position on an image from the TV camera 1, and its coordinate can be calculated by the control part 8.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は産業用ロボットの視覚機能としての視覚センサ
ーの位置計測機能において、視覚センサー座標刀)らロ
ボット座標へ、及びロボット座標から?J!覚センサー
座標への座標変換を行なうための視覚センサーのキャリ
ブレーション方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to the position measurement function of a visual sensor as a visual function of an industrial robot. J! The present invention relates to a method of calibrating a visual sensor for converting coordinates to visual sensor coordinates.

(従来の技術) 産業用ロボットの視覚機能に要求される最も重要な要素
のひとつである位置計算を行なうためには、視覚センサ
ーの座標系とロボットの座標系の関係を定義し、両座標
系間の座標変換を行う必要がある。これを実現する友め
の一例としてカメラの光軸の位置、角度金求めることに
よって容易に計算することができる。しかし、カメラの
光・1!10の位置、角度を求めることは専用の測定機
器によって測定するなど手間が刀1かり難かしかった。
(Prior technology) In order to perform position calculation, which is one of the most important elements required for the visual function of industrial robots, the relationship between the coordinate system of the visual sensor and the coordinate system of the robot must be defined, and both coordinate systems must be It is necessary to perform coordinate transformation between. As an example of how to achieve this, it can be easily calculated by determining the position and angle of the optical axis of the camera. However, determining the position and angle of the camera's light, 1!10, was difficult and time-consuming, as it required measurements using special measuring equipment.

即ち従来、周矧の手法として、ロボット座標VC対する
視覚座標の角度、つまりカメラの傾斜角や高さ、撮像面
までの距離等が分かれば視覚座標力・らロボット座標へ
、またはロボット座標力・ら視覚座標への変換は可能で
あった。しかし、このためにはカメラの角度(光軸の角
度)等全精密に計測する必要があり高度な技術や時間を
必要とした。例えば特開昭60−37007号公報にお
いては、ロボットがある一定量動作した場合の視覚座標
における移動量を計測するという動作を複数回漕し変換
パラメーターを計算するというものがあるが、これにお
いても時間と手間がかかるという問題があったO (発明が解決しようとする問題点) 本発明は、短時間により簡単な操作によってキャリブレ
ーション全行なうことができるような視覚センサーのキ
ャリブレーション方法を提供することにある。
In other words, as a conventional method, if the angle of the visual coordinates with respect to the robot coordinates VC, that is, the tilt angle and height of the camera, the distance to the imaging plane, etc., is known, the visual coordinate force can be converted to the robot coordinate, or the robot coordinate force can be converted from the visual coordinate force to the robot coordinate. It was possible to convert the coordinates to visual coordinates. However, this required precise measurement of the camera angle (optical axis angle), which required advanced technology and time. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-37007, conversion parameters are calculated by measuring the amount of movement in visual coordinates when a robot moves a certain amount multiple times. (Problems to be Solved by the Invention) The present invention provides a method for calibrating a visual sensor that can perform all calibrations in a short time and with simple operations. It is in.

本発明の別の目的は、TV左カメラより映し出された画
像によってモニター上での簡単な教示によって実現し、
かつ精度良く計算することが可能な視覚センサーのキャ
リブレーション方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to achieve this by simple teaching on a monitor using an image projected from a TV left camera.
Another object of the present invention is to provide a visual sensor calibration method that can perform calculations with high accuracy.

(問題点を解決するための手段) このため本発明は、外部入力としてキーボードを接続す
ることができる制御部(CPU)及びディジタル画像を
表示するためのグラフィックRA M。
(Means for Solving the Problems) Therefore, the present invention provides a control unit (CPU) to which a keyboard can be connected as an external input, and a graphic RAM for displaying digital images.

TV左カメラらの入力音A/D変換し記憶するビデオR
AM及びTV左カメラらのアナログ画像とグラフィック
RAMのディジタル画像全型ね合せ表示を可能とするコ
ンポジットビデオ信号形成回路を有し、アナログ画像上
の任意の位置ヲディジタル画像上の座標としてキーボー
ドにより設定することのできる視覚センサーにおいて、
ロボット座標上に平行に設置され友マトリクス金撮像し
、その画像上の点を教示し視覚座標上の点として扱いそ
の点の構成により視覚座標とロボット座標間の関係を近
似計算することによりキャリブレーションを行うことを
特似とする視覚センサーのキャリブレーション方法とし
たものである。
Video R that A/D converts the input sound from the TV left camera and stores it.
It has a composite video signal forming circuit that enables the combined display of analog images from the AM and TV left cameras and digital images from the graphic RAM, and any position on the analog image can be set as coordinates on the digital image using the keyboard. In a visual sensor that can
Calibration is performed by taking an image of a matrix placed parallel to the robot coordinates, teaching the points on the image, treating them as points on the visual coordinates, and calculating an approximation of the relationship between the visual coordinates and the robot coordinates based on the configuration of the points. This is a visual sensor calibration method that simulates the following.

(実施91) 本発明の実施例につき図面を参照して説明すると、第1
図に本発明全実現するために使用される視覚センサーの
・・−ドウニア全示す・外部入力としてキーボード(9
ノヲ接続することができる制御部(CPU) (81お
よびディジタル画像を表示するためのグラフィックRA
MαQ、TVカメラ(1)カらの入力をA/D変換する
A/D (5)およびA/D(5)からの出力を記憶す
るビデオRAM(6)およびTV左カメラ1)カらのア
ナログ画像とグラフィックRAM(1[Jのディジタル
画像を重ね合せ表示全可能とするコンポジットビデオ信
号回路+21金有し、アナログ画像上の任意の位置をデ
ィジタル画像上の座標としてキーボード(9)により設
定できる視覚センサーとなっている。かかるハードウェ
アによって512 X 512のディジタル画像とTV
左カメラ1)からのアナログ、画像とを重ね合せ、CR
Tαりに表示することができ、また、制御部(cpu)
 (8) (Cよって外部入力(キーボード)全制御し
ディジタル画面上の任意の位置に十字カーソルを出力す
ることができ、これによってTV左カメラらの映像上の
任意の位置に十字カーソルを設定し、その座標全訓陶部
によって計算以下に本発明であるキャリブレーション方
法について述べる。一般に産業用ロボット及び視覚セン
サーはそれぞれの座標系を持っている(第2図)まず、
第3図の様なIXIマトリクス0Q金準備し、こn f
 T Vカメラ(1)の撮像面上にロボット座標と平行
に設置する(第4図)。これ全TVカメラ(1)によっ
て撮像すると第5図の様になる。次にこの画像上でキー
ボード操作によって第6図に相当する点全カーソルによ
って教示する。この点11点4及び点21点3によって
形成さ几る直線2本、点l。
(Embodiment 91) To explain the embodiment of the present invention with reference to the drawings, the first embodiment
The figure shows all of the visual sensors used to realize the invention - Keyboard (9) as an external input.
A control unit (CPU) (81) that can be connected to the computer and a graphic RA for displaying digital images.
MαQ, A/D (5) for A/D converting the input from the TV camera (1), a video RAM (6) for storing the output from the A/D (5), and a video RAM (6) for storing the output from the TV left camera (1). Analog image and graphic RAM (1 [J) Composite video signal circuit that enables superimposed display of digital images + 21 bits, and any position on the analog image can be set as coordinates on the digital image using the keyboard (9) It is a visual sensor.This hardware allows for 512 x 512 digital images and TV
Overlay the analog and image from left camera 1) and CR
Tα can be displayed, and the control unit (cpu)
(8) (C) It is possible to fully control the external input (keyboard) and output the cross cursor at any position on the digital screen, and by this, the cross cursor can be set at any position on the image of the TV left camera etc. The calibration method of the present invention will be described below.In general, industrial robots and visual sensors have their own coordinate systems (Figure 2).
Prepare the IXI matrix 0Q gold as shown in Figure 3, and then
The TV camera (1) is installed on the imaging surface parallel to the robot coordinates (Figure 4). When all of these images are captured by the TV camera (1), the result will be as shown in Fig. 5. Next, by operating the keyboard on this image, all points corresponding to FIG. 6 are taught using the cursor. Two straight lines are formed by this point 11 point 4 and point 21 point 3, point l.

点2及び点49点3によって形成される直線2本は、そ
れぞれロボット座標軸を表現する基準軸と考えられる。
The two straight lines formed by point 2 and point 49 and point 3 are each considered to be a reference axis expressing the robot coordinate axis.

それぞれの基準軸全視覚座標上の直線として表現すると
、 Y = a、 X+1)、   C点1一点2)  基
準軸1y = afi x十b2   (点4一点3)
  基準qqHY = aj x十b3   (点1一
点4)  基準軸3Y = al x+b4  (点2
一点3)  基準軸4(al ”’−a4 + bl 
〜b4は定数)凶オ射 ここで、仮に基準軸1.2がロボットのY@、基へ 準軸3.4がロボット座標のX軸と平行であるとすると
、各基準軸全ロボット座標上の直線として表現すると、 X=A     基準軸I X=B     基準軸2 Y=C基準軸3 Y=D     基準軸4 (A、B、C,Dは定数) となる。これは、マトリクスをロボット座標上に平行に
設置するという前提による。
Expressing each reference axis as a straight line on all visual coordinates, Y = a,
Reference qqHY = aj x + b3 (point 1 1 point 4) Reference axis 3Y = al x + b4 (point 2
One point 3) Reference axis 4 (al ”'-a4 + bl
~b4 is a constant) Here, if the reference axis 1.2 is the Y@ of the robot and the reference axis 3.4 is parallel to the X axis of the robot coordinates, each reference axis is on the entire robot coordinates. When expressed as a straight line, X=A reference axis I X=B reference axis 2 Y=C reference axis 3 Y=D reference axis 4 (A, B, C, and D are constants). This is based on the assumption that the matrix is placed parallel to the robot coordinates.

今、視覚座標上での点(X++7+)及び点(Xw +
7z)間の差をロボット座標上の値として求めるには以
下の様になる。
Now, the point (X++7+) and the point (Xw +
7z) as a value on the robot coordinates is as follows.

ロボット座標上での2点間のX方向の差△xl算出する
ためにロボット座標のX1IIJに対応する基準軸1.
2ヲ使用する。ここで、この基準軸は、視覚座標上にお
いて、その傾きが直線的に変化すると近似するならば点
(Xl、yl)ヲ通る基準軸を基準軸1.2よりY” 
a5x十b5  (a5 +  bsは定数)と表= 
a6 X+1)a  (aa + b6は定数)と表示
できる(第7図)。
In order to calculate the difference Δxl in the X direction between two points on the robot coordinates, the reference axis 1.corresponds to X1IIJ on the robot coordinates.
Use 2. Here, this reference axis can be approximated by changing the inclination linearly on the visual coordinates, then the reference axis passing through the point (Xl, yl) is defined as Y'' from the reference axis 1.2.
a5x ten b5 (a5 + bs is a constant) and table =
It can be expressed as a6 X+1)a (aa + b6 is a constant) (Figure 7).

従って△Xは前記近似によれば と表現でき となる。Therefore, according to the approximation above, △X is It can be expressed as becomes.

次にロボット座標上での2点間のY方向の差△Yは基準
軸3.4より同様に点(xt、yt)を通る基準軸f 
Y = a7 xtbq  (aり+ b7は定数)、
点(xt、yt)k通る基準軸’rY w aax+b
8(aB 、 bsは定数)と表現できる(第8図)。
Next, the difference △Y in the Y direction between the two points on the robot coordinates is determined by the reference axis f, which passes through the point (xt, yt) in the same way from the reference axis 3.4.
Y = a7 xtbq (a + b7 is a constant),
Reference axis 'rY w aax+b passing through point (xt, yt) k
8 (aB and bs are constants) (Figure 8).

従って、△Xと同様に となる。Therefore, similarly to △X becomes.

この△X、△Yによって視覚座標上の2点間の差をロボ
ット座標上での差として扱うことができる。
With these ΔX and ΔY, the difference between two points on the visual coordinates can be treated as a difference on the robot coordinates.

本発明ではこの基準軸が直線的に変化してゆくと仮定し
近似している。従って両座標系間の平行度が極端に悪い
(回転が大きい)場合はその計算誤差が大きくなること
がある。その場合は、サンプルとなるマトリクスを第9
図の様に2×2.3×3など基準数の多いものを選択す
ればよい。
In the present invention, approximations are made on the assumption that this reference axis changes linearly. Therefore, if the parallelism between the two coordinate systems is extremely poor (the rotation is large), the calculation error may become large. In that case, the sample matrix should be
As shown in the figure, one with a large number of criteria such as 2×2.3×3 may be selected.

(発明の効果) 本分BJ4[より、従来の様にカメラの角度や撮像面ま
での距離を計測するという作業が不要となるので、視覚
センサーの教示がより簡単にかつ短時間でできる様にな
った。ま之、キャリブレーションは計測結果を左右する
最も重要な要素である之め、その教示方法が難かしく複
雑であれば、教示ミスを生じ、計測結果に誤差を生じる
可能性が高いが、本発明によれば教示ミスの可能性も低
く、計算精度も高いため計測結果に対する信頼性が非常
に高い視覚センサーのキャリブレーション方法を提供す
るものとなった。
(Effect of the invention) With the main BJ4, the task of measuring the angle of the camera and the distance to the imaging surface as in the past is no longer necessary, so the visual sensor can be taught more easily and in a shorter time. became. However, since calibration is the most important element that affects measurement results, if the teaching method is difficult and complicated, there is a high possibility that teaching errors will occur and errors will occur in the measurement results. According to this method, the possibility of teaching errors is low and the calculation accuracy is high, so the method provides a visual sensor calibration method with very high reliability of measurement results.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本分明疋よる視覚センサーの中ヤリプレーンミ
ン方法全実施する視覚センサーのハードウェアを示すブ
ロック図、第2図乃至第9図は本発明の実施例方法の説
明図をそ九ぞれ示す。 1・・・TV左カメラ  5・・・A/D6・・・ビデ
オRAM     8・・・制御部(cpU)9・・・
キーボード   10・・・グラフィックRAM15・
・・CRT 20・・・コンポジットビデオ信号形成回路代理人 弁
理士  河 内 潤 二 ill; 曹 1;11 第2図 箋3図 鷺4図 16原72,7え           17 カメラ
画イ製第5図 19図 手続補正曹(自発) 昭和61年2月24日 警庁長官 宇賀道部 殿 1、 事件の表示 昭和61年特許願第98c2  号 2、 発明の名称 視覚センサーのキャリブレーション方法3、補正をする
者 事件との関係   特  許  出  願  人名称(
519)   株式会社 不  二  越4、代理人 居所 東京都港区浜松町2丁目4番1号世界貿易センタ
ービル251宿 明細薔の発明の詳細な説明の欄及び図面7、補正の内容 (71)明+1411書第7頁第1行目1座表」を「座
標」に補正する。 (72)図面のうち第1図を別紙の通りに補正する。 鴇 1 図
Fig. 1 is a block diagram showing the hardware of a visual sensor that implements the entire vision sensor method according to the present invention, and Figs. 2 to 9 are explanatory diagrams of the embodiment method of the present invention. Show. 1...TV left camera 5...A/D6...Video RAM 8...Control unit (cpU)9...
Keyboard 10... Graphic RAM 15.
...CRT 20...Composite video signal forming circuit agent Patent attorney Jun Kawauchi 2ill; Cao 1;11 2nd paper 3 Figure 4 Figure 16 Original 72, 7e 17 Camera drawing Figure 5 19 Figure procedure correction sergeant (self-motivated) February 24, 1985 Director General of the Metropolitan Police Department Michibu Uga 1, Indication of the incident Patent Application No. 98c2 of 1988 2, Name of the invention Visual sensor calibration method 3, Make amendments Relationship with patent case Patent applicant name (
519) Fuji Koshi 4 Co., Ltd. Residence of agent: 251 World Trade Center Building, 2-4-1 Hamamatsucho, Minato-ku, Tokyo Details column for detailed explanation of Bara's invention, drawing 7, contents of amendment (71) +1411, page 7, line 1, 1 coordinate table” is corrected to “coordinates”. (72)Amend Figure 1 of the drawings as per the attached sheet. Tow 1 diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 外部入力としてキーボードを接続することができる制御
部(CPU)及びディジタル画像を表示するためのグラ
フィックRAM、TVカメラからの入力をA/D変換し
記憶するビデオRAM及びTVカメラからのアナログ画
像とグラフィックRAMのディジタル画像を重ね合せ表
示を可能とするコンポジットビデオ信号形成回路を有し
、アナログ画像上の位意の位置をディジタル画像上の座
標としてキーボードにより設定することのできる視覚セ
ンサーにおいて、ロボット座標上に平行に設置されたマ
トリクスを撮像し、その画像上の点を教示し視覚座標上
の点として扱い、その点の構成により視覚座標とロボッ
ト座標間の関係を近似計算することによりキャリブレー
ションを行うことを特徴とする視覚センサーのキャリブ
レーション方法。
A control unit (CPU) to which a keyboard can be connected as an external input, a graphic RAM for displaying digital images, a video RAM that A/D converts input from the TV camera and stores it, and analog images and graphics from the TV camera. A visual sensor is equipped with a composite video signal forming circuit that enables overlapping display of digital images in RAM, and is capable of setting the position of a position on an analog image as coordinates on the digital image using a keyboard. Calibration is performed by capturing an image of a matrix placed parallel to the image, teaching points on the image, treating them as points on the visual coordinates, and approximately calculating the relationship between the visual coordinates and the robot coordinates based on the configuration of the points. A method for calibrating a visual sensor, characterized by:
JP61008862A 1986-01-21 1986-01-21 Calibrating method for vision sensor Pending JPS62168287A (en)

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