JPS62206684A - パタ−ン投影による位置形状計測方法 - Google Patents

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】 （発明の属する技術分野） 本発明は、パターン投影による物体の位置形状計測方法
に関するものである。

（従来の技術） 物体に光を投影し、三角測量原理に基づいて物体の位置
形状を計測する代表的手法に、スポット光投影法、スリ
ット光投影法、パターン投影法がある。

スポット光投影法は、計測点が１点だけであるので全体
の形状を知るにはスポット光の２次元走査が必要である
。

また、スリット光投影法は、１本のスリットを物体に照
射して得られるスリット像からスリット照射部分の位置
（空間座標値）を得るものである。

カメラの位置・方位が既知であることと同時に、スリッ
ト各点及び光源位置が既知であることが前提条件である
。

物体形状を知るには、１本のスリットを走査しながら、
画面を処理する。

スリット走査は、間欠動作を行なう必要があるため、機
械的走査に長い走査時間を要する６また、画像入出力と
画像処理演算を多重に繰返すため、長い処理時間を要す
る。

一方、スリット光投影法において、１枚の画像を処理す
るだけでよいように、かつ、機械的なスリット走査を不
要とするため、複数本のスリットあるいは、特殊なパタ
ーンを１回で投影し、１枚の画像の処理だけで計測を完
了する方法が従来考えられてきた。これがパターン投影
法と呼ばれているものである。

パターン投影器としてはスライドプロジェクタが使われ
る。

従来のパターン投影法では、テレビカメラにより得たパ
ターン画像の各点が、パターン原画のどの部分に相当し
、空間座標系でどの位置座標になっているかを識別する
必要がある。

この識別のため、２種の方法が考えられていた。

１つは、パターンの色、形などに特徴をもたせてパター
ン画像とパターン原画とを直接対応付けする方法。

他のもう１つは、先ずパターン画像とパターン原画との
対応の候補を画像処理により得てから、２台目のカメラ
の画像を用いて対応の正誤判定を行なうことにより、あ
るいは、２台のカメラの画像間で対応候補を得てから、
パターン原画により対応の正誤判定を行なうことにより
、最終的にパターン画像とパターン原画、または２枚の
パターン画像の対応を決定する方法である。

これらの方法では、パターン原画の各点の空間座標系で
の位置、及び投影レンズ中心位置が既知であることが必
要条件である。

このため、パターン原画をパターン投影する際に、パタ
ーン原画の位置を正確に校正しておかねばならない。こ
の校正は、投影パターンのカメラ画像を介して間接的に
行なう必要があるため、煩雑な作業を要し、また、高い
校正精度を得ることが困難である。

以上述べたパターン原画位置校正の問題に加え、投影レ
ンズ中心位置校正に次の問題がある。

パターンが物体上で鮮明になるように、投影レンズをし
ばしば動かす必要があり、さらにまた。

ズーミングが時には必要となる。このため、投影レンズ
位置が変動し易い。この変動の都度、投影レンズ位置校
正が必要となる。このことは、パターン原画位置校正と
同様、計測の簡易化の大きな障害となるばかりでなく、
校正誤差に伴う空間分解能の低下と計測精度の低下を招
く。

すなわち、パターン原画と投影レンズの空間座標位置を
かなりの頻度で校正する必要があり、かつその校正には
、投影パターンのカメラ画像を使った間接的手法に頼ら
ざるを得ないため、高い校正精度は望めない。小さい校
正誤差であっても空間分解能、及び計測精度を著しく低
下させるため、従来手法では高い空間分解能と計測精度
を期待できない。

以上説明したように、従来のパターン投影法では、パタ
ーン原画上の各パターンエツジの空間座標系における位
置を正確に把握しておく必要があり、そのため手続きが
煩雑となり、加えて、高い分解能と精度を得ることが実
際上困難であった。

また、従来の投影法では、複数本スリットパターンが使
われ、スリットの明るい部分の中央を特徴点とし、対応
付けがなされていた。。

複数のスリットパターンを用いた場合、競合する対応点
候補が複数発生し、計測分解能を高める目的でスリット
間隔を小さくすると、その発生が著しくなり、多くの偽
対応が発生した。

正しい対応点を選別するには、物体に関する多くの知識
を用いてヒユーリスティックに処理する方法が考えられ
るが、処理時間が長くなり、かつ対象物体により処理内
容が異なって汎用性が劣る。

また、従来はエツジの方向を特徴量として、対応の際に
利用された例がなく、また、仮に利用するとしても、ス
リットパターンではエツジの方向が単一であるため利用
効果がない。

このように、従来のパターン構造では偽対応が多く発生
する欠点があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、パターン原画及び投影レンズの位置校
正を全く不要としたパターン投影法と。

そのパターン投影法において計測効率を高めるためのパ
ターン構造とを提供することにある。

（発明の構成） （発明の特徴と従来の技術との差異） 本発明は、投影したパターンを３点もしくはそれ以上の
視点から観測し、得られた３枚以上の画像間で対応付け
を行なうこと、及び、パターンを複数のエツジ方向を有
するパターン要素で構成し、エツジ方向を特徴量として
対応付けを行なうことを主要な特徴とする。

この利点は大別して次の２点である。

（ｉ）パターン原画と投影レンズの位置座標に関する校
正を全く不要としたため、従来のようなパターン原画と
投影レンズの位置座標の校正のための煩雑さと校正誤差
の影響を取除くことができる。すなわち、任意のパター
ン原画を任意の位置から投影するだけでよく、簡易とな
り、かつ精度が高い。

（ｉｉ）画像間の対応付けの計算には、従来長い処理時
間を有していたが１本方法では、基本的にエツジ方向の
比較だけで対応付けをするため、処理が簡単で処理時間
が短い。

すなわち、効率的な対応付けが可能である。

（実施例） 第１図は、本発明におけるパターン投影法構成図であっ
て、１〜３はテレビカメラ、４はスライドプロジェクタ
、５〜７はスライドプロジェクタ内部を示し、５はパタ
ーン原画、６はランプ、７は投影レンズである。また、
８は計測対象物体、９は投影パターンである。但し、テ
レビカメラ１〜３は３角配置されている。

第２図は、第１図に示す実施例におけるテレビカメラ１
，２．３により得られる投影されたパターン画像３枚に
ついて、画像間対応点処理の原理を示す図である。

カメラ１，２及び３から得た画像をそれぞれ１１゜１２
．１３とする。また、各カメラのレンズ中心をｏＡ。

Ｏｌ、Ｏｃとする。また、スライドプロジェクタ４を使
って物体上に投影したパターンの任意のエツジ点ｐの像
ａ、ｂ、ｃは夫々視線ｏＡｐ、ｏ、ｐ及びＯｃＰ上にの
っているため、像Ｃは視線ＯＡＰ及びＯｉＰの画像Ｃへ
の射影直線り、、　Ｌ、上に存在する。すなわち、点Ｃ
はこの２本の射影直線の交点と一致する。

画像Ａ中の点ａに対する画像Ｂ上の対応点は、視線ＯＡ
Ｐの画像Ｂへの射影直線り、上にある。

Ｌ３上で対応点候補すを選ぶと、ａとｂｏ両者に同時に
対応する画像Ｃ上の像はＬ工とＬ２の交点Ｃにならなけ
ればならない。

しかし、誤った対応点候補、例えば図中ｂ′を選ぶと、
視線０．ｂ′ａの画像Ｃへの射影直線はり、となり、ａ
とｂ′の両者に同時に対応する点はＬｌとＬ４の交点Ｃ
′となって正しい対応点Ｃから大きくはずれる。このた
め、ａとＣ′の近傍の類似度は著しく低下し、ｂ′が誤
対応であることを容易に判定できる。

このように２枚の画像から得られる対応点候補について
各々の視線の第３の画像への射影直線の交点（以降予測
対応点と呼ぶ）を求め、その近傍と対応点候補の類似度
を調べることにより、対応の正誤を容易に判定すること
ができる。

この例では視点を３点とした−が、視点が４点以上の場
合も対応付けの原理、及び手順は全く同様である。

第３図は投影パターンの３眼画像の立体視対応点処理の
流れの実施例を示すフローチャートである。

この第３図において、　１４．１５は画像処理の分野で
一部によく行なわれる前処理で、この処理１４は３画像
のエツジ強度・方向を検出するエツジ検出処理であり、
従来種々の方法が提案されている。

ここではロビンソン・オペレータによるエツジ検出を行
なう。また、処理１５は細線化を行なって特徴点を得る
細線化処理である。そして、エツジ強度がやや大きい点
すべてにおいてエツジ方向（立体の稜の部分では稜線の
方向）に垂直な方向のエツジ強度の変化を調べ、エツジ
強度が最大となる点を特徴点（エツジ）とする。

１６はテレビカメラ７の画像１１の各特徴点（エツジ）
について射影直線Ｌ１．　Ｌ、の方程式、テレビカメラ
２及び３の画像１２及び１３の各特徴点（エツジ）につ
いてそれぞれ投影直線Ｌ２及びり、の方程式を算出する
処理である。そして処理１６では、各特徴点（エツジ）
について、そのエツジが投影直線り、とほぼ平行（実施
例では方向角度差２５°以内のとき平行として扱った）
のとき処理２０に、さもなくば処理１７に処理をふり分
ける。

１７はテレビカメラ１の画像１１とテレビカメラ２の画
像１２の初期対応付けを行なう処理であり１画像１１の
各特徴点（エツジ）に対する画像１２上の対応点候補を
優先順位をつけて選び出す。

そして、評価値は、エツジ方向の角度の差により表わす
。

この値が４５°以上、あるいは、予め定めた閾値より大
きい画像１２上の特徴点（エツジ）に対しては対応点候
補ではないと判定する。

ここで、この対応点候補が１つもなかった特徴点（エツ
ジ）については処理１７で対応点なしとして処理を終了
する。

１Ｂは処理１７により求めた各対応点候補について、画
像１３上の２本の投影直線の交点、すなわち、予測対応
点を算出する処理である。

そして、２本の投影直線 ａｄ−ｂｉＪ−ｃ、＝　Ｏと　　ａ２Ｉ　−ｂ２Ｊ　−
ｃ２＝　０（ａｘｅ　ｂｌｔ　ＱＬｔ　ａ２ｔ　ｂａｔ
　０２は定数）の交点は（（０１ｂｚ−Ｑｚ　ｂｌ）／
　（ａｘ　ｂｚ−ａｓ　ｂｔＬ（ａｘ　Ｑ、−ａｔ　ｃ
ｚ）／　（ａｔ　ｂｚ　　ａ、　ｂｔ））で与えられる
。

ここで、この予測対応点の周辺で画素間隔の３倍以内の
範囲にエツジ（特徴点）が存在する場合には、最も近く
にあるエツジ点を正しい予測対応点として修正する。

これはカメラ位置・パラメータの誤差や、像の歪などに
より、本来エツジにのるべき予測対応点がずれることが
あるからであり、また、整数計算による四捨五入の誤差
の蓄積によってもずれが生じるからである。

なお、この実施例の実験結果によれば、ずれは画素間隔
の３倍以内に入っていた。　　５１９は画像１１の特徴
点（エツジ）と画像１３の予測対応点について評価値を
求める処理である。

ここで、この評価値はエツジ方向の角度差とした。

そして、処理２３において、対応点候補のうち、評価値
が閾値以下であって、かつ最小のものを選択し、それを
対応点と決定する。

一方、２０は画像１２の代わりに画像１３と初期対応付
けを行なう処理である。

そして、その設定値は処理１７の場合と同様に、画像１
１の特徴点（エツジ）及び画像１３の射影直線上の特徴
点（エツジ）のエツジ方向を比較して求めた。

この評価式はエツジ方向の角度差である。これにより１
画像１３上の対応点候補を選択する。

ここで、対応点候補が１つも見つからなかった特徴点（
エツジ）については処理２０で対応点なしとして処理を
終了する。

２１は処理１８と同様に処理２０により求めた画像１３
上の各対応点候補について、画像１２上の２本の射影直
線Ｌ３及びり、の交点、すなわち、予測対応点を算出す
る処理である。ただし、Ｌｓは視線Ｏｃ　Ｐの画像１２
への射影直線である。

２２は処理１９と同様に画像１１の特徴点（エツジ）及
び画像１２の予測対応点のエツジ方向を比較し、評価値
を求める処理である。

そして、処理２３において、対応点候補のうち、評価値
が閾値以下であり、かつ最小のものを選択し、それを対
応点とする。

ここで、もしも対応点が見つからなかった特徴点（エツ
ジ）については対応点確定処理２３によって対応点なし
として処理を終了する。

２４は対応点処理の結果に基づき画像１１の各特徴点（
エツジ）について実空間座標を求める処理である。

そして、処理２５では上述の処理結果を３次元立体表示
する。具体的には、ｘ−ｙ、ｙ−Ｚ、Ｘ−Ｚ（７）透視
図に変換する。

次に、パターンの構造について第４図を使って説明する
。

５１は円形パターン、５２は８角形パターン、５３はエ
ツジ方向を図示したものである。

円形パターンの場合には、エツジ方向はＯ〜３６０”に
わたり均等に分布しており、８角形パターンでは８方向
酸分をもつ。一般にｎ角形ではｎ方向成分を有する。形
状は必ずしも点対称である必要はない。例えば、楕円形
や、辺の長さが異なる多角形であってもかまわない。こ
のようなパターン要素を複数配置する。

パターン像５４は円を配置したものである。この配置で
、円をやや傾けて並べであるのは次の理由による。

２画像間の初期対応付けにおいて、基準画像１１におけ
るある任意の特徴点（エツジ）に対する画像１２上の正
しい対応点をｂとする。画像１２上の射影直線Ｔ１□が
、円の並び方向と図のように差をもっていると、エツジ
の方向が一致するのはｂだけとなる。すなわち、対応点
候補はただ１っｂである。

もし仮にＴ１．と円の並び方向が一致していると、対応
点候補は複数となる。

同様に、画像１３への射影直線Ｔ１．上のエツジ方向が
一致するのはｂだけである。

このように、各パターンを傾けて並べることによって対
応点候補が減り、効率的な対応点処理が可能となる。

第５図は円柱に孤立した複数の円形パターンを投影し３
台のテレビカメラで観察した画像１１の実例を示す説明
図である。

そして、この円柱のサイズは２０ｍｍφＸ　３０ｍｍで
あり、カメラから約６０ａｍ離れて置かれている。

３台のテレビカメラの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は（−，１１
０，−５４２，５１）、　（９２，−５４０，−５２６
）及び（−９、−５２６，１７０）（単位ｍｍ）とし、
また、方位角は（Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわり、Ｚ軸まわり
）で表わすと、各テレビカメラについて （−０，１５，−０，１３，０，０１）。

（０，１７，−０，１４，−０，０１）。

（−０，００２，−０，３３，−０，０２）（単位ラジ
アン）とした。

テレビカメラのイメージ素子は例えば、ソニー製ＣＯＤ
カメラ（型名ＸＣ３７）を用いている。

第６図は、第５図の３眼画像を第３図の処理の流れに基
づき処理を行ない、イメージディスプレイ装置に表示し
た実例を示す説明図で、第５図の画像の対応点処理を第
３図の処理手順によって実行して実空間座標に換算し、
イメージディスプレイ装置に表示し、ビデオプリンタで
写真をとった場合の実例である。

そして、（ａ）は処理結果を用いて、物体を真正面から
見たＸ−７投影図を示したものであり。

（Ｑ）は真上から見たＸ−Ｙ投影図、（ｂ）は真横から
児たＹ−Ｚ投影図を示したものである。

この例に見られるように、円柱面上のパターンエツジの
対応点処理が正しく行なわれて、３次元物体を再現して
いることが明白である。

なお、最大計測誤差はＸ、Ｚ軸方向が±０．３ｍｍ。

Ｙ軸方向が±２ｍｍ程度である。そして、この誤差は対
応点処理の誤りによるものではなく１画像のサンプリン
グ間隔による量子化誤差である。

以上説明したように、少なくとも３台のテレビカメラで
写し出された物体上のパターン像各点を実空間座標（ｘ
、ｙ、ｚ）に変換し記録することができる。

このため、ある基準点から物体までの距離、方向を求め
ることができ、また、物体上の各点間の位置関係から物
体の形状を確認し、物体の種類を識別することができる
。

このように、本発明のパターン投影法は、任意のパター
ンを物体に投影し、非同一直線上の少なくとも３箇所以
上から２次元パターン画像を取得し、その画像のうち２
枚の画像間の対応付けをエツジ方向の比較により行なっ
て対応点候補を求め、基準画の特徴点及びその特徴点に
対する対応点候補から他の画像上へのそれぞれの射影直
線を求め。

その射影直線の交点から上記他の画像上の対応点の存在
位置を予測し、その位置と上記基準画の特徴点もしくは
上記対応点候補との対応度合をエツジ方向の比較により
調べることにより対応点候補の正誤を判定し、対応点を
選別することによって物体の位置・形状を計測し得るよ
うに構成されている。

第７図は、前述のパターン投影法を実施した装置の一実
施例を示すブロック図で、３眼画像間対応点処理を利用
したパターン投影による物体位置形状計測装置の全体の
構成例を示したものである。

この第７図において、１，２．３は前述の第１図で示し
た３台のテレビカメラ、　２６ａ　、２６ｂ　、２６ｃ
はそれぞれテレビカメラ１，２．３に対応し、各テレビ
カメラ１〜３からの映像信号をディジタル信号に変換す
るアナログ・ディジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコン
バータと略称する）で、これらは画像入力部を構成して
いる。

２７はＡ／Ｄコンバータ２６ａ〜２６ｃの各出力を入力
とし一時記憶する画像メモリ、２８はこの画像メモリ２
７の出力を入力とする前処理演算回路、２９はこの前処
理演算回路２８によって得られた特徴点の位置と特微量
を記録する特微量テーブルで、これらは上記画像入力部
の出力を入力とし、その画像入力部のパラメータリスト
、及び特徴点を抽出する前処理演算回路３０を構成して
いる。

３１はカメラ・パラメータテーブルである。

３２は前処理演算部３０における特微量テーブル２９か
らの出力を入力とし、カメラ・パラメータテーブル３１
を基にして射影直線パラメータを算出する演算回路、３
３は射影直線パラメータ・テーブル、３４は演算回路３
２によって得られた演算結果である対応点処理結果を記
録する対応点テーブルで、これらは３眼対応点検出モジ
ュール３５を形成している。

そして、この３眼対応点検出モジュール３５は上記前処
理演算部３０の出力を入力とし、非同一直線上の少なく
とも３箇所以上から取得した２次元画像のうち２枚の画
像間の対応付けを行なうことにより対応点候補を求め、
基準画の特徴点及びその特徴点に対する対応点候補から
他の画像上へのそれぞれの射影直線を求め、その射影直
線の交点から上記他の画像上の対応点の存在位置を予測
し、その位置と上記基準画の特徴点もしくは上記対応点
候補との対応度合を調べることにより対応点候補の正誤
を判定し、対応点を選別する対応点選別機能を実行する
対応点検出用演算部を構成している。

３６はこの３眼対応点検出モジュール３５における対応
点テーブル３４の出力とカメラ・パラメータテーブル３
１の出力を入力とする座標算出モジュールで、この座標
算出モジュール３６は、上記対応点検出用演算部によっ
て対応が得られた特徴点を実空間座標に変換して座標を
算出する座標算出部を構成している。

３７はこの座標検出モジュール３６の変換結果を記録す
る座標テーブル、３８は座標算出モジュール３６によっ
て得られた変換結果を立体的に表示するグラフィックモ
ジュール、３９はこのグラフィックモジュール３８の出
力を入力とするグラフィックディスプレイ装置、４０は
結果に基づき外部機器を制御するために設けられた外部
入出力インタフェースである。

次にこの第７図に示す実施例の動作を第３８図を参照し
て説明する。

まず、スライドプロジェクタ４により物体にパターンを
投影し、３台のテレビカメラ１，２．３で得た映像信号
はＡ／Ｄコンバータ２６ａ　、２６ｂ　、２６ｃにより
ディジタル信号に変換され、３枚以上から成る画像メモ
リ２７に一旦記憶される。

そして、前処理演算回路２８により第３図に示すエツジ
検出処理１４及び細線化処理１５が順次施され、特徴点
の位置と特微量が特微量テーブル２９に記録される。こ
こまでの動作は一般によくいわれる前処理演算部３０の
動作である。

次楊、求められた各特徴点についての射影直線パラメー
タを、カメラ・パラメータテーブル３１を基にし、演算
回路３２によって算出し、その結果を射影直線パラメー
タテーブル３３に記録する。

なお、射影直線パラメータは、予め必要な分をすべて求
めて射影直線パラメータテーブル３３に記録しておく代
わりに、次段階以降で必要になった時毎に算出してもよ
い。

続いて第３図に示した初期対応相は処理１７から対応点
選択決定処理２３までを演算回路３２で行なう。

この処理では必要に応じ画像メモリ１７や特徴量テーブ
ル２９を参照し、また、対応点テーブル３４に途中結果
の記録あるいは読出しを行なう。そして、処理終了後、
対応点テーブル３４を調べれば対応点決定までの履歴が
１目で分かる。

次に、対応点が得られた特徴点は座標算出モジュール３
６により実空間座標に変換され、その結果が座標テーブ
ル３７に記録される。゛ また、この座標算出モジュール３６によって実空間座標
に変換された結果は、グラフィック・モジュール３８に
より物体の透視図や概観図に変換され色付けされた後、
グラフィックディスプレイ装置３９により立体表示され
る。

また、座標算出モジュール３６によって得られた物体座
標データは外部入出力インタフェース４０を通して外部
機器制御に利用される。

このように、本発明によるパターン投影法を用いると、
上のパターン物体を３台のテレビカメラで観測し、３画
像間対応点処理により物体の各点の実空間座標を求め、
立体表示することができる。

第８図は１本発明の自立ロボットへの応用例を示す構成
図である。

この第８図において、１，２．３は前述したテレビカメ
ラ、４はスライドプロジェクタ、１０は対象物体（物体
）である。そして、４１は第７図で例示したパターン投
影法による物体位置・形状計測装置。

４０はこの物体位置・形状計測装置４１に含まれる前述
の外部入出力インタフェース、４２はシステム主制御装
置、４３はこのシステム主制御装置４２によって制御さ
れるロボットコントローラ、４４はこのロボットコント
ローラ４３によって制御されるロボット体、４５はロボ
ットアームである。

次にこの第８図に示す応用例の動作を説明する。

まず、スライドプロジェクタ４を点灯し、物体１０にパ
ターンを投影する。テレビカメラ１，２．３により物体
１０上のパターン像の画像信号が得られ。

その画像信号は物体位置・形状計測装置４１に入力し、
物体１０のパターンエツジ各点の座標が得られると共に
３次元表示される。そして、システム主制御装置４２で
は物体位置・形状計開袋［４１から外部入出力インタフ
ェース４０を経由して伝達された物体座標データに基づ
き、ロボットアーム４５を物体位置に移動するための移
動量、方向及び軌跡を算出する。また、物体１０をつか
む際の指の方向及び指の間隔を算出する。

次に、ロボットコントローラ４３において、ロボット本
体４４の移動量に対応した各ジヨイントの駆動モータ（
図示せず）の回転数と速度、アームを駆動するジヨイン
トのモーター回転数と速度を算出し、各ジヨイント駆動
信号を発生する。

一方、物体位置・形状計測装置４１ではパターン像を使
って常時物体ｌＯの位置・形状を観測し、物体１０が移
動または変形したり、障害物が入ったりすると、システ
ム主制御装置４２でロボット本体４４の動きの変更指令
を発する。

また、物体位置・形状計測装置４１ではロボットアーム
４５が物体１０に接近した時、ロボットアーム４５の位
置及び方向も認識できるので、物体１０とロボットアー
ム４５の位置関係が求められる。

この位置関係に基づき、システム主制御装置４２ではロ
ボットアーム４５の細かい動作を決定し、ロボットコン
トローラ４３に指令を与えることができる。

そして、この第８図に示す応用例においては、任意の物
体が任意の位置に置かれたとき、任意のパターンを投影
して物体の位置と形状を視覚認識し、その結果に基づき
ロボットアーム４５を移動して物体をつかみ上げ、所定
位置に運ぶという自立的な動作をさせることができる。

また、物体１０はシステムの応答速度以内であれば移動
していても、その動きを追ってロボットアーム４５でつ
かみ上げてしまうことができる。

なお、本発明の実施例においては、３眼画像を用いた場
合を例にとって説明したが１本発明はこれに限定される
ものではなく、４眼以上の画像を用い、３眼画像により
求めた対応点候補について第４目眼以降の画像により上
記の方法と同様の検証を行なうことによって、さらに処
理の正確さを高めることができる。

また、本発明の実施例においては、初期対応点処理によ
りエツジ方向の角度差、すなわち評価値が低い、つまり
、類似度（あるいは対応度）が高い対応点候補を予め複
数個選択した後、各対応点候補について第３の画像との
対応を調べ正誤判定する処理を行なう場合を例にとって
説明したが、類似パターンが多く含まれることなどのた
め、上記数個の対応点候補の中に正しい対応点が入らな
い場合が生じる可能性がある。

このような場合、あるいはその恐れがある場合には、射
影直線に沿って閾値以下の評価値を持つ点を探し、それ
が見つかり次第、第３の画像との対応を調べ、正誤判定
するという手順を併用することにより、正誤判定の精度
を高め、類似パターンの中から正しい対応点を検出する
ことができる。

また５本発明の実施例では、テレビカメラの画像を用い
る場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、スチールカメラ、超音波などにより
得た写真を用いることも可能であり、画像入力手段の種
類は問わない。

すなわち、画像入力の際の観測位置・方向などのパラメ
ータが明らかであれば、画像入力手段に特別の条件が与
えられるものではない。

また、実施例ではパターンが複数の円形パターン要素で
構成した場合について説明したが、複数のエツジ方向を
有するパターン要素で構成した他のパターンであっても
よい。

（発明の効果） 以上説明したように、投影されたパターンを３点もしく
はそれ以上の視点からＩ！測し、得られた画像間で対応
点処理を行なう方法であるから、従来の方法では必要で
あったパターン原画と投影レンズの位置、及びパターン
構造に関する情報は全く不要となる。

すなわち、パターン投影器に任意のパターン原画を入れ
、任意の位置から任意方向でパターン投影するだけでよ
い。

パターン像の処理には、カメラパラメータだけを使い、
使用するカメラパラメータの校正については簡易で高精
度に行なう方法が確立されているので、誤差要因は画像
の標本化による量子化誤差だけとなって、精度の高い物
体の位置形状計測が可能である。

また、パターンを構成するパターン要素の並び方向を、
射影直線方向とずらすことにより１等しいエツジ方向を
持つ競合する対応点候補の発生を大幅に抑えることがで
きる。

このため、対応点処理が簡単で処理時間が短い。

また、偽対応の発生をさけることができる。

パターン原画としては、実施例ではスライド写真を用い
たが、液晶やＰＬＺＴ等、光学パターン素子であればよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるパターン投影法構成図、第２図
は画像間対応点処理の原理図、 第３図は立体視対応点処理の流れの実施例を示すフロー
チャート、 第４図はパターン構造説明図、 第５図は円形パターン投影画像の実例、第６図は計測例
。 第７図はパターン投影法を実施した装置の一実施例を示
すブロック図、 第８図は本発明の自立ロボットへの応用例である。 １〜３　・・・テレビカメラ、 ４　・・・スライドプロジェクタ、 ５　・・・パターン原画、６・・・ランプ。 ７・・・投影レンズ、８・・・計測対象物体、９　・・
・投影パターン、１１〜１３・・・テレビ画像、１４〜
２５・・・第３図のフローチャート中に記された各部の
機能、 ２６ａ　、　２６ｂ　、　２６ｃ　−Ａ　／　Ｄコンバ
ータ。 ２７・・・画像メモリ、２８・・・前処理演算回路、２
９・・・特徴量テーブル、３０・・・前処理演算部、３
１・・・カメラ・パラメータテーブル。 ３２・・・演算回路、 ３３・・・射影直線パラメータテーブル。 ３４・・・対応点テーブル、 ３５・・・３眼対応点検出モジュール、３６・・・座標
算出モジュール、 ３７・・・座標テーブル、 ３８・・・グラフィックモジュール、 ３９・・・グラフィックディスプレイ装置４０・・・外
部入出力インタフェース、４１・・・物体位置・形状計
測装置。 ４２・・・システム主制御装置、 ４３・・・　ロボットコントローラ、 ４４・・・　ロボット本体、４５・・・　ロボットアー
ム。 ５１・・・円形パターン、５２・・・　８角形パターン
。 ５３・・・エツジ方向、５４・・・パターン像。 特許出願人　日本電信電話株式会社 第１図 ４　・　スライド１′ロゾｔ７７ ５　・パ７−ン＆畠 ６　　フンフ。 ７　・　ス［レンで ８　・　！＋伊１ｅ條ジ捧 ９　・　Ｘ更＃５捏ダーン 第２図 １１．１２．１３　　　テレビ＃像 第３図 第４区 ５１　　円形パターン ５２°　８角彩バ７−ン ５３・・′ｆ−ッゾ方匍 ５４　・ハ゛ターン（番

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる複数の方向エッジを有する孤立もしくは隣
   接した複数のパターン要素から成るパターンを物体に投
   影し、非同一直線上の少なくとも３箇所以上から前記パ
   ターンの２次元画像を取得し、その画像のうち２枚の画
   像間のエッジの対応付けをエッジ方向を比較することよ
   り行なって対応点候補を求め、 基準画のエッジ及びそのエッジに対応する候補エッジか
   ら第３の画像上へのそれぞれの射影直線を求め、その射
   影直線の交点から前記第３の画像上の対応するエッジの
   存在位置を予測し、 その位置のエッジ方向と前記基準画のエッジもしくは前
   記候補エッジのエッジ方向とを比較することにより、対
   応度合を調べて対応するエッジ候補の正誤を判定し、 候補エッジを選別することによって画像間の対応関係を
   求め、物体の位置形状を計測することを特徴とするパタ
   ーン投影による位置形状計測方法。
2. （２）パターン要素の並び方向と画像間の射影直線の方
   向との間に角度ずれを持たせ、射影直線上のエッジ列に
   おいてそれらの方向が互いに異なるようにパターンを構
   成することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
   のパターン投影による位置形状計測方法。