JPS6228613A - 3次元位置入力装置 - Google Patents

3次元位置入力装置

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JPS6228613A
JPS6228613A JP60166910A JP16691085A JPS6228613A JP S6228613 A JPS6228613 A JP S6228613A JP 60166910 A JP60166910 A JP 60166910A JP 16691085 A JP16691085 A JP 16691085A JP S6228613 A JPS6228613 A JP S6228613A
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JP
Japan
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image
input
camera
optical axis
images
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JP60166910A
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English (en)
Inventor
Mutsumi Watanabe
睦 渡辺
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、測定対象物の3次元空間における位置を簡易
に、且つ高精度に得ることのできる3次元位置入力装置
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
ロボットによるマニピユレーション作業を行う場合、所
定の3次元空間における作業対象物の位置情報を必要と
することが多々生じる。しかして、作業対象物の位置情
報を非接触に計測する代表的な手段として、 ■ レーザや超音波等を対象物に投射し、その反射時間
を計測するもの、 ■ 複数のTVカメラにより作業対象物を撮像入力し、
その視差から三角測量法により対象物の位置を計測する
もの、 ■ スポット光やスリット光、2次元パターン光を対象
物に投影し、その光投影点の位置を上記■と同様な処理
によって計測するもの、 ■ 対象物がおかれる環境に拘束を設け、この結果生じ
る上記対象物の見え方の差等からその距離を計測するも
の 等がある。
これらの内で、上記■で示される所謂ステレオ■ 位置
情報の入力を高速に行い得る 等、実用性の点で注目されている。
ところで上記ステレオ視性にあっては、所定の距離を隔
てた左右2台のカメラにてそれぞれmsされた2つの入
力画像中から、測定対象物の共通特徴点部分をそれぞれ
対応付けて抽出することが必要である。
然し乍ら、一般にTVカメラで撮像入力された画像は雑
音等による画質劣化を生じている。また2つのTVカメ
ラでそれぞれ撮像入力された画像における対象物には、
その視点の異なりによる見え方の違いがある。更には、
対象物が滑らかな形状を有してる場合、その特徴的な領
域をどのようにして選ぶかが問題となる。
このような理由により、2つのTVカメラで入力された
画像からそれぞれ対象物の特徴点を効果的に抽出するこ
とが困難であり、またその特徴点の対応付けが非常に困
難である等の問題があった。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、そ
の目的とするところは、測定対象物の3次元空間におけ
る位置を簡易に、且つ高精度に得ることのできる実用性
の高い3次元位置入力装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、カメラの光軸の向きを異ならせて撮像入力し
た複数の画像から測定対象物の特徴部分をそれぞれ求め
、これらの特徴部分を予め定まっの位置とから三角測量
法により前記測定対象物の3次元空間における位置を求
めるようにしたものである。
(発明の効果〕 かくして本発明によれば、例えば1つのカメラの光軸の
向きを異ならせてそれぞれ撮像された複数の入力画像を
入力情報とするので、その画像の入力条件が殆んど同じ
であり、従って対象物の特徴部分の抽出を容易に、且つ
正確に行い得る。
そしてその特徴部分のカメラ位置を異にする撮像面にお
ける射影存在領域をそれぞれ求め、その共通部分を該撮
像面における特徴部分の位置としで検出するので、入力
画像面および上記カメラ位置を異にする撮像面における
特徴部分の対応位置関係が正確に求められる。従って三
角測量法によりその対象物の3次元空間における位置を
正確に求めることが可能となる。
しかも上記カメラ位置を異にする撮像面は、入力画像を
得るカメラに対して所定の間隔を隔てたカメラにより撮
像されるものとして仮想的に設定すれば良いものである
から、装置構成の簡略化を大なる効果が奏せられる。
(発明の実施例〕 °”以下、図面を参照して本発明の一実施例につきI十 1萌する。
:1 所定の3次元空間において位置測定の対象となる対象物
である。
画像入力部2は所定の位置に設定されたTVカメラから
なる。この画像入力部2は入力制御部3の制御を受けて
カメラレンズの光軸方向を変化させ、光軸方向を異なら
せた複数の向きで前記対象物1の像をそれぞれ入力して
いる。
この画像入力部2で撮像された、光軸の向きの異なる?
!数の入力画像は画像処理解析部4に与えられ、画像処
理に供せられる。この入力画像に対する画像処理によっ
て、前記対象物1の3次元空間における位置が求められ
る。
この画像処理の概念につき説明すると、例えば画像入力
部2にて所定の間隔Tを隔てて左右に並べられた2台の
カメラにて成る対象物をm像したときの2つの入力画像
り、Rは第2図に示す関係を持つ。
、−即ち、例えば左側カメラのレンズ光軸上に存在2パ す2る対象物を2つのカメラにてそれぞれ撮像した像プ
Rではその対象物の位置り、Eに応じてIS、または像
Cとして得られる。
このような2つの画@L、Rにおいて、例えば位1ff
Eに存在する対象物の像が左画像しではA、右画像Rで
はCであると対応付けられた場合、上記各画像り、Rに
おける各611A、Cの位置と、これらの画像り、Rを
それぞれ得た2つのカメラの位置関係から、三角測量法
によって対象物の位置Eを求めることができる。
このような2つの入力画像を用い、その対応点の検出を
行って三角測■法により対象物の位置を求めるのが従来
一般的なステレオ視処理である。
ところで上記第2図に示す2つの画11L、R間の関係
について考えると、前記光軸X上に存在する対象物の左
画像りにおける像Aを右画像Rに投影したとき、右画像
R中の前記B、Cを結ぶ直線上に射影されることがわか
る。尚、この直1!BCは、左画像りの像Aを右画像R
に投影したときにその射影が存在する可能性のある領域
、つまり存在可能領域(エビボラ−ライン)と称される
。また第3図はこのような2つの画像間の対応点のレン
ズ系を考慮した座標位置関係を示すものである。
本装置は、このような射影の存在可能領域(エビボラ−
ライン)に看目し、 ■ 前記画像入力部2による画像入力をその光軸の向き
を変化させて行わしめ、 ■ カメラの光軸の向きを異にする複数の入力画像を得
ている。
そして前記画像処理解析部4にて、 撮像面に投影したときの各エビボラ−ラインをそれぞれ
求める。そして ■ これらのエビボラ−ラインの共通部分を上記カメラ
位置を異にする撮像面における前記特徴部分の像位置で
あるとして検出し、 ■ 前記入力画像における特徴部分の像位置と、上記カ
メラ位置を異にするwi像面における前記特徴部分の像
位置、および該入力画像と撮像画像面との位置関係に従
って前述した三角測最法により、該特徴部分(対象物1
)の3次元空間における位置を計算する ようにしたものである。
この画像処理による対象物1の位置測定を更に詳しく説
明する。
今、第4図に示すように画像入力部2のカメラレンズの
光軸方向を角度2α異ならせて対象物1に関する第1の
画像P1および第2の画像P2をそれぞれ入力するもの
とする。また画像入力部2のカメラから所定の距離Tを
隔て、その光軸方向を上記画像入力部2のカメラの基準
光軸方向と平行にしたカメラMを仮定する。そしてこの
仮想カメラMにて前記対象物1をmsする場合の撮像面
を、カメラ位置を異にする予め設定された撮像面Qとす
る。
しかして前記第1および第2の画像P1.P2における
対象物1の相互に対応付けられる特徴部分をそれぞれk
l、 k2とする。そしてこれらの各特徴部分に1. 
k2を上記カメラ位置を異にする撮像面Qにそれぞれ投
影するものとすると、第5図(a)(b)に示すように
第1の画像P1における特徴部分に1のエビボラ−ライ
ンはelとして求められ、また第2の画像P2における
特徴部分に2のエビボまり対象物1の同一特徴部分の射
影が存在する可能性のある領域をそれぞれ示している。
従って第5図(C)に示すように上記2つのエビボラ−
ラインe1. e2の交点(共通部分)nは、撮像面Q
における前記特徴部分に1. k2の存在位置を表すこ
とになる。
□即ち、第3図に示すように座標系を設定し、レン・ズ
中心と各像面との距離を2とした場合、入力画像の成る
特徴点(X、V)の撮像面Qにおけるエビボラ−ライン
の直線方程式は ξV−Vtanα((λ/ tana)+ξ×)÷(ク
ーx  tana) で示される。
従って、前記第1および第2の入力画像P1.P2にお
ける各特徴部分に1. k2の位置座標をそれぞれ に1−  (xl、yl  )  、  k2−  (
x2.y2  >としたとき、エビボラ−ラインe1を
示す直線方程式は、入力画像P1と撮像面Qとの光軸が
平行な関係(tana−0)にあるから、 ξV−y1 として求めることができる。またエビボラ−ラインe2
を示す直線方程式は、入力画(ItP2と撮像面Qとの
光軸が輻幀角2αなる関係にあるから、ξy−y2・t
ana((ffi/lanα)+ξX)れ示す上記2つ
の直線方程式からなる連立方程式の解として X −t、< yl−y2) 42−’y1・x2−t
ana) )÷y2・tana として計算される。
このようにしてWi像面Qにおける特徴部分の座標位置
を求めれば、従来のステレオ視処理と同様に対象物1の
3次元空間における位置を求めることが可能となる。
第6図および第7図は実際に対象物1の画像を入力し、
上述したようにしてその位置を求める場合における、入
力画像中の対象物1の特徴部分抽出の処理について示す
ものである。
即ち、第7図(a)に示すように対象物1の濃淡画像が
得られた場合、先ずその濃度ヒストグラムを作成する(
ステップa)。そしてこの濃度ヒストグラムから、例え
ば判別閾値決定法により入力画像の2値化の為の閾値を
決定し、該入力画像を2値化する(ステップb)。
このようにして求めた入力2値化画像に対してラベリン
グ処理を施しくステップC)、入力画像中の位置測定に
は不要な小物体像成分や、背景画像成分等を除去する(
ステップd)。
このような前処理を経た後、次に例えば微分空機を第7
図<1))に示すように作成する(ステップe)。そし
てこのエツジ画像から、対象物1の顕著な特徴成分であ
る、例えば底辺を検出し、その底辺の各端点を第7図(
C)に示すように前述゛した位置検出処理の為の特徴部
分として検出する。
尚、この特徴部分は、1つの対象物1において複数箇所
からそれぞれ検出することが望ましい。
このような特徴部分検出を、前記第1および第2の入力
画像p1.p2についてそれぞれ行い、その複数の対応
特徴部分に対する位置検出処理をそれぞれ実行し、それ
らの各位置検出結果を総合した結果を、前記対象物1の
3次元空間における位置座標情報とするようにすれば良
い。
尚、入力画像中の対象物の特徴部分検出は、この例に限
定されるものでないことは云うまでもない。
以上本発明につき説明したように、本装置によれば対象
物の3次元空間における位置を非常に簡易に、且つ高速
処理によって高精度に検出することができる。
しかも1台のカメラを有効に利用して、高精度ではない
。例えば対象物の特徴部分検出時には2台のカメラを用
いることも可能である。また2台のカメラでmsされた
画像をそれぞれ用いて対象物の位置検出を並列的に行い
、その結果を総合判定して対象物の位置を求めるように
しても良い。
すの他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第2図は
エビボラ−ラインを説明する為の図、第3図は入力画像
とカメラ位置の異なる@像面との座標関係を示す図、第
4図は実施例における画像入力の形式を示す図、第5図
は実施例装置の画像処理概念を示す図、第6図は入力画
像の特徴部分検出の例を示す図、第7図は入力画像とそ
の特徴部分検出画像の例を示す図である。 1・・・測定対象物、2・・・画像入力部、3・・・入
力制御部、4・・・画像処理解析部。 騎汗出願人 工業技術院長 等々力 達第1図 第5図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)カメラの光軸の向きを異ならせて測定対象物を含
    む複数の画像を得る手段と、これらの各入力画像におけ
    る上記測定対象物の特徴部分をそれぞれ求める手段と、
    これらの特徴部分をカメラ位置を異にする撮像面に投影
    したときの上記特徴部分の射影が存在し得る領域をそれ
    ぞれ求める手段と、この撮像面における上記各射影存在
    領域の共通部分の位置を求める手段と、この共通部分の
    位置から三角測量法により前記測定対象物の3次元空間
    における位置を求める手段とを具備したことを特徴とす
    る3次元位置入力装置。
  2. (2)カメラ位置を異にする撮像面は、入力画像を得る
    カメラの位置から所定の距離を隔てた位置のカメラにて
    測定対象物を含む画像を入力するときの画像面からなる
    ものである特許請求の範囲第1項記載の3次元位置入力
    装置。
  3. (3)カメラ位置を異にする撮像面は、仮想設定される
    ものである特許請求の範囲第1項記載の3次元位置入力
    装置。
  4. (4)入力画像は、カメラ位置を異にする撮像面のカメ
    ラ光軸と平行な光軸位置で撮像された第1の画像と、こ
    の第1の画像を得るカメラ光軸に対して所定の角度傾い
    た光軸位置で撮像された第2の画像とからなるものであ
    る特許請求の範囲第1項記載の3次元位置入力装置。
JP60166910A 1985-07-30 1985-07-30 3次元位置入力装置 Pending JPS6228613A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01187411A (ja) * 1988-01-22 1989-07-26 Rozefu Technol:Kk セグメント対応による三次元画像計測方法
JP2009193390A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Honda Motor Co Ltd 車両周辺監視装置、車両、車両周辺監視用プログラム、車両周辺監視方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPS5745406A (en) * 1980-09-03 1982-03-15 Hitachi Ltd Three-dimensional coordinate measuring device
JPS57196105A (en) * 1981-05-28 1982-12-02 Toshiba Corp Three-dimentional distance measuring method

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