JPS626115A - 距離測定装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、被測定対象物体上の任意の点までの距離全測
定する装置に係り、例えば自走式ロデット、自走式台車
などの走路上の障害物までの距離や、マニプレータの操
作対象物体表面までの距離を測定するのに好適に利用で
きる装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、ロアＮ、）技術等で物体認識に必要となる物体ま
での距離情報を得る方法として、文献「物体認識のため
の両眼立体視」（電子技術総合研究所零相第３７巻第１
２号４９頁）に記載のように、２台のテレビカメラで撮
像した画像から抽出した物体の特徴点から距離を算出す
る方式が提案されている。しかしこの方法では、２台の
テレビカメラで撮像した２枚の画像上の同一の対応点の
決定に多大の時間を要するか、又は対応点の決定が困姉
であり、物体上の任意の一点までの距離を迅速に測定す
ることができなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような両眼立体視法による距離測
定装置の欠点を避け、１台の撮像装置と１台のスポット
光投射装置を用いて、物体上の任意の指定した点１での
距離を自動的に容易に測定し得る装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明による距離検出装置
は、１台の撮像装置と、１台のステ、ト光投射装置と、
該撮像装置により得られる画像上で指定される点及び骸
スポット党投射装置によるスチ、ト光による画像上の点
に対応した画像アドレス（Ｘ及びＹ方向）等を演算する
画像処理装置と、該両アｒレス信号の差を入力として該
スポ。

ト光投射装置のスポット光投射装置を制御するスポット
光方向制御装置と、該スポット光の方向と画像上のスポ
ット光画像のアドレスよシ被測定物体上のス、ｆ？、）
光投射点までの距離を三角測量法により算出する距離演
算装置とを含むことを眼目とする。上記スポット光投射
装置は、例えばスポ、ト光の光源とスポット光の投射方
向を制御する機構のみによっても、スポット光の光源、
スポット光の投射方向の制御をする機構及び撮像機能を
兼ね備えた機構によっても実現できる。

第１図は、本発明を総括的に説明する図である。

第１図において、１００は被測定対象物体、２００は撮
像装置、３００はスポット光投射装置、４００はスポッ
ト光方向制御装置、５００は画像処理装置、６００は画
像表示装置、７００は距離演算装置である。

ステ、ト光投射装置３００からスポット光を投射され、
撮像装置２００によって撮像された被測定対象物体１０
０は、画像表示装ｆｔ６００の画面上に画像として表示
される。オペレータがこの画像上の被測定対象物体の測
距したい任意の点をライトベン等の手段によシ指定すれ
ば、画像処理装置５００ではこの指定された点（指定点
）Ａに対応する画像上のアドレス（ｘｏ　ｔ　ｙｏ）を
演算し、画像上に存在する光スポットの画像の中心Ｂの
アドレス（ｘ、　、　ｙｓ）とのＸ方向及びＹ方向の差
ＸＯ−ＸＩ及びＹｏ−Ｙ、を演算する。スポット光方向
制御装置４００は、上記のＸ方向及びＹ方向のアドレス
差の信号を入力として、この差信号が零とな、ｂ！５に
スポット光投射装置３００からのスポット光の投射方向
を制御する。このスポット光の方向制御により画像上の
指定点Ａにス４．ト光の画像の中心Ｂが一致したときの
スポット光の投射方向と撮像装置２００が被測定物体表
面上の光スポ、）Ｐ点を児込む方向との相対関係を表わ
すと第２図のようになる。第２図において、スポット光
投射装置３００のスポット光ビームの回転中心と撮像装
置２００の撮像系の中心とを結ぶ線分の長さく即ちこれ
ら両中心の間隔）をＤとし、該線分に対してス／、ト光
ビームがＰ点を見込む角ｇをθ１　、撮像装置２００が
Ｐ点を見込む角度をθ、とすると、被測定対象上のＰ点
までの距離りは三角測量の原理から式（１）により算出
できる。この演算は、距離演算装置７００によシ実行さ
れる。

〔発明の実施例〕

本発明の第１の実施例を第３図〜第８図を用いて説明す
る。

第３図は第１図中のスポット光投射装置３００及び撮像
装置２００を含めた装置の一実施例を示す。図において
、スポット光源３１０はスポット光ビームを発するもの
であり、レーザ発生器又はランプ等の光源および光をス
４．ト状に絞るためのレンズより構成され、ス／ｙト光
ビームの方向は、水平方向又は垂直方向のパルスモータ
３２０＆又は３２０ｂにより歯車３３０ｍ、３３０ｂを
介して制御することができる。スポット光方向制御機構
を付けた架台３４５及び撮像装置２００は取付台３４０
に固定した構造とし、第２図におけるスポット光源の回
転中心と撮像装置２００の撮像系の中心との間隔りは固
定とする。このような構成とすることにより、間隔りは
既知で一定の値として用いることができ、式（１）の距
離演算において定数とすることができる。また、第２図
におけるスポット光が距離測定点Ｐを見込む角度θ１は
歯車３３０ａ　、３３０ｂを介して取シ付けたポテンシ
メータ又はパルスエンコーダから得られる歯車３３０ｔ
。

３３０ｂの回転角度から算出できる。

第４図は第３図に示すスポット光投射装置３００を制御
するスポット光方向制御装置４００の−実流側を示した
もので、パルス発生制御回路４１０、正逆転判定回路４
２０、／＃ルス発生回路４３０よ多構成されている。第
５図は第４図のスポット光方向制御装ｆｉ４００内のこ
れら各回路の例示的な入出力信号タイムチャートである
。

第４図、第５図を参照して説明すると、パルス発生制御
回路４１０は、距離を求めるべき画像上の指示点Ａのア
ドレスと元スデットの画像の中心Ｂのアドレスとの差よ
シ後述の画像処理装置５００から出力されるＸ方向又は
Ｙ方向のアドレス差信号（アナログ信号）４０１を入力
信号とし、アドレス差信号４０１の電圧Ｖ、が零以外の
ときにパルス発生回路４３０から１４’ルスモータに対
して送られるノ母ルスの発生、停止のためのスタート・
ストップ信号４０２を出力する。正逆転判定回路４２０
は、アドレス差信号４０１を入力とし、この入力信号の
正負からパルスモータの回転方向を変える正逆転制御信
号４０３を出力する。パルス発生回路４３０は、スター
ト、・ストップ信号４０２と正逆転制御信号４０３とを
入力とし、パルスモータへの／４’ルス信号４０４を出
力とするものである。

上記のアドレス差信号４０１はＸ又はＹ方向の前記アド
レス差の絶対値に比例した電圧ｖｘであシ、スポット光
画像の中心Ｂのアドレスから指示点Ａのアドレスを差し
引いたときの正負の符号をそのまま極性とするアナログ
信号である。スタート・ストップ信号４０２はディジタ
ル信号形式とし、Ｈ”の場合にパルス発生を開始し、′
Ｌ＃の場合に停止する。正逆転制御信号４０３はアドレ
ス差信号４０１の極性から、正の場合′Ｈ１、負の場合
″′Ｌ′を発生する論理信号である。

第５図における時刻ｔ１及びｔ、は第１図の画像表示装
置６００において距離測定の指示点Ａを指示した時点を
、また時刻ｔ、及びｔ４は上記指示点ＡとスＩット光中
心Ｂが一致した時点を示している。

第６図は、第１図における撮像装置２００で取込んだ画
像上のスポット光画像の中心Ｂのアドレスを、画像処理
装置１５００で求める手法を示したものである。同図に
おいて、斜線部分はスポット光による濃淡画像を２値化
（′０”又は１”）した場合の′１′の画像を示してい
る。このスポット光による画像は、画像上の最も明るい
部分を探すことで容易に見つけることができる。スイッ
ト画像の中心Ｂのアドレスは、Ｘ方向及びＹ方向で最初
に１＃の画素になったアドレス（第６図Ｃ及びｑ）と最
後に１”の画素になったアドレス（第６図のｇ及びＵ）
から、式（２）の演算式で求めることができる。

ここで、 Ｊｘ：スポット光画像中心ＢのＸ方向アドレスＩｙ：ス
ポット光画像中心ＢのＹ方向アドレスなお式（２）にお
いて、〔〕は演算結果の整数化を示す記号である。

画像処理装置５００は、Ａ点とＢ点のアドレス差から、
下記の式（３）によって演算したＸ方向及びＹ方向のア
ドレス差信号４０１がアナログ信号として出力する。

ここで、 Ｖｘ、ｖｙ：Ｘ方向及びＹ方向のアドレス差信号電圧 Ｋｘ、　Ｋ、　ニアドレス差力〒ら電圧への変換定数Ｊ
ｘ、　Ｉ、　：　Ｂ点のＸ方向及びＹ方向アドレスＬ、
　、　Ｋ、　：　Ａ点のＸ方向及びＹ方向アＰレス第７
図は撮像装置２００で取込んだ画像上の距離測定の指示
点Ａとスポット光画像の中心Ｂの相対関係を示しておシ
、同図中の矢印はスポット光が前述のように方向の制御
を受けることにより除徐にステ、ト光画像中心Ｂ点が距
離測定の指示点Ａに至る軌跡を示している。

かくてスポット光画像中心Ｂが指示点Ａに合致したなら
ば、距離演算装置７００は、そのときの見込角度θ１お
よびθ、から式（１）によシ、対象物体上のＰ点までの
距離りを算出するのである。

なお、本距離測定装置では、スポット光の初期の方向は
必らず撮像装置２００の画角内に存在するように設定す
る必要がある。

第８図は、以上述べた撮像装置から被測定物体表面上の
距離測定点Ｐまでの距離りを求めるための本距離測定装
置の一連の処理手順を示したものである。

次に本発明の第２の実施例を第９図〜第１１図により述
べる。この実施例によれば、ステ、ト光を被測定物体表
面上の指定された位置に当てることが更に容易になる。

すなわち、この第２の実施例は、第９図に例示した如き
、スポット光投射装置と撮像装置の機能を一体化した撮
像型スポット光投射装置８００を用いるものである。撮
像型スポット光投射装置８００は、２次元撮像素子８１
０とレンズ８７０で構成される通常の固体撮像装置に、
ハーフミラ８２０、光拡散膜８３０．２軸可動ミラ一８
４０１集党用レンズ８６０１元源８５０を付加したもの
であり、２次元撮像素子８１０で取込んだ被測定対象物
体の画像上の指定点Ａに対応する実際の被測定対象物体
の表面上の点Ｐに該装置８００から出したスポット光を
結像する機能を有するものである。

その動作原理について述べると、第９図において被測定
物体の表面上のＰ点からレンズ８７０に入った元は、焦
点が合っている場合には、２次元撮像素子８１０上のＡ
点に全て集″！！シ像を結ぶ。

また、ハーフミラ−８２０に関して光学的に対称な位置
に置いた２次元の光拡散膜８３０上の成る点と２次元撮
像素子８１０上の成る点とは１対１の関係で対応付けら
れるので、２次元撮像素子８１０の上のＡ点と対称な位
置関係にある２次元の光拡散膜８３０の上のＡ′点から
出た光は被測定対象物体の表面上のＰ点に集光する。こ
の原理を用いれば、光源８５０から発した光を集光用レ
ンズ８６０を通して２軸可動ミラー８４０に当て、２軸
可動ミラー８４０の方向を制御して２次元の光拡散膜８
３０上のＡ′点にスポット状の元を当てれば、画像上で
指定した距離測定の指定点Ａに対応する物体上のＰ点に
スポット光を作ることが可　　　□能である。よって、
第９図に示す撮像型スポット光投射装ｆｉ１８００によ
れば、この装置で取込んだ画像上の被測定物体の画像上
の任意の位置を指定することにより、この装置から被測
定物体までの距離に関係なく、確実に上記指定された画
像上の位置に対応する物体上の点にスポット光を当てる
ことが可能となる。

第９図で示した例においては、２次元の光拡散膜８３０
として半透明な膜を使えば図示の如く光拡散膜８３０の
裏面からＡ′点にスポ、）光を当てて膜８３０の表面か
ら拡散光を得ることができる。

また、光拡散膜８３０の上方からハーフミラ−８２０を
通してスポット光を光拡散膜８３００表面のＡ′点に当
てて表面から拡散光を得るようにすることも可能である
。

上記第９図で示した撮像型スポット光投射装置を用いて
第１０図に示すように距離測定装置の第２実施例が構成
される。この実施例では、１台の撮像型スポット光投射
装置８００と１台の撮像装置２００を用いている。ミラ
ー制御装置９００は第９図の２軸可動ミラー８４０のミ
ラーの方向を１．９．。□オや□１６９オうカ拡散ヨ８
４０□。　　　ＩＡ′点にスポット光が当るように制御
するためのものである。この場合、画像上で指定された
点Ａの　　　□アドレスを（Ｊｘ　ｅ　Ｉｙ　）とする
と、２軸可動ミラ　　　・−８４０のミラーの方向を決
めるためのＸ軸、Ｙ　　　　′軸に対応する制御信号ｖ
Ｉｘ、ｖ′ｙは、式（３）の場合と異なり、式（４）に
示すようにアドレス（Ｊｘ　＊　Ｉｙ　）と　　　゛１
対１関係にあり、一意的に決まる値である。

ここで、 ａ　ｌ　＆’　＠　ｂ　Ｈｂ’　：定数定数ａ、ａ’、
ｂ、ｂ’は第９図での撮像型スポット光投射装置８００
内の各部の配置が決まれば決定できる値である。

第１１図（ａ）　Ｉ　（ｂ）は第１０図の実施例で示し
た撮像装置２００と撮像型スポット光投射装置８００と
で取込んだ画像の一例を示している。同図にお１０て、
Ａが距離測定を指示した点である。従来通常の左右２台
のテレビカメラでとらえた２画像間の対応点の決定方法
（左の画像上の任意の指示点大が右の画像上のどの点に
対応するかを決定する方法）は、左画面における指示点
Ａを含む所定の長さの画像データと、右画面上の同一場
所の画像データとの相互相関関数を求め、相互相関関数
の最大値を示す画素ずれ量を求める方法である。しかし
、一般にどのよ５な画像でも、このような最大値を示す
相関関数が得られることはなく、対応点を短時間で求め
ることは現状の技術では困難である。これに対して本発
明実施例によれば従来法の２画像間の対応点決定の問題
点は完全に解決できる。第２図で示した角度θ１及びθ
、に相当する角度は、第１１図Ｃａ）及び（ｂ）の２枚
の画像から得られる物体表面上の距離測定点Ｐに対応す
るスポット光像に工り式（２）を用いて求めた中心アド
レス（Ｊｘ（Ｌ）　−Ｉｙ（Ｌ）　）及び（Ｊｘ（Ｒ）
　、Ｉｙ（Ｒ）　）から容易に算出することができる。

よって、撮像装置から被測定対象物体の表面上のＰ点ま
での距離りは、第１の実施例の場合と同様に式（１）で
求めることができる。このとき、間隔りは第１０図の撮
像装置２００と撮像型スポット光投射装置８００の光学
系中心間の距離を用いればよい。

なお、第９図においては、光拡散膜８３０お！びその上
の任意の選んだ点Ａ′に収束光束を照射するための光源
８６０と可動ミラー８４０を用いて、光拡散膜８３０−
ヒのＡ′点から発する光を得るようにしたが、２次元プ
レイの形を有し且つその発光部位を任意に選べる２次元
光源を上記のものの代りに用いてもよい。例えば高輝度
の２次元アレイ形のレーザ発光素子を使用すれば、Ｘ及
びＹ方向のアドレスのみを指定することによシ一時にし
て所定の位置の素子からレーデ光を発生させることが可
能となり、被測定対象物体の上の多数の任意の点までの
距離を極めて短時間で測定することが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１台の撮像装置で取込んだ画像内の被
測定対象物体上で指定された任意の点の距離が短時間で
測定できるので、２台のテレビカメラで撮影した２枚の
画像上の同一の対応点を決定するという従来技術での問
題点なしに、効率的かつ迅速に任意所要の場所までの距
離を測定することができる。よって、例えば口が、ト技
術等における物体認識用の距離測定装置として用いれば
、物体認識の所要時間の大巾な短縮に寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を総括的に説明する図、第２図は第１図
における三角測量による距離算出法を示す図、第３図は
本発明の第一の実施例におけるスポット光投射装置及び
撮像装置の実施例、第４図は同じくスＩ、ト光方向制御
装置の実施例、第５図は第４図における信号のタイムチ
ャート、第６図は同実施例におけるスポット党画像の中
心アドレス算出法を図解した図、第７図は同じく指示点
Ａとスポット党画像の中心点Ｂとの関係を示す図、第８
図は同実施例に係る距離測定装置による距離を求める手
順のフローチャート、第９図は本発明の第２実施例にお
ける撮像型スポット光投射装置の図、第１０図は該第二
実施例による距離測定製装置による画像の一例を示す図
である。 １００：被測定対象物体、２００：撮像装置、３００ニ
ス、ｊｅ、）光投射装置、 ３１０：スポケト元源、 ３２０ｍ　、　３２０ｂ　：ノ母ルスモータ、３３０ａ
　、　３３０ｂ　：歯車、３４０：取付台、４００ニス
プツト元方向制御装置、 ５００：画像処理装置、６００：画像表示装置、７００
：距離演算装置、 ８００：撮像型スポット光投射装置、 ８１０：２次元撮像素子、 ８２０：ハーフミラ−，８３０：光拡散膜、８４０：二
軸可動ミラー、 ８５０：光源、　　　　　８６０：集光用レンズ、８７
０：レンズ、 ９００：ミラー制御装置。 第１因 渉Ｗ 第４図 第７図 →Ｘ月向アドレス 第 ＜ａ＞ 撮像表置２００による画像 １１図 （ｂ） ｈ（の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スポット光投射装置、二次元撮像装置、該二次元撮像装
   置のとらえた測定対象物の画像上の任意の指示点に相当
   する測定対象物表面上の点に光スポットが合致するよう
   に上記スポット光投射装置からのスポット光投射方向を
   制御する装置、および、光スポットの上記合致時におけ
   る上記二次元撮像装置およびスポット光投射装置が測定
   対象物表面上の上記の点を夫々見込む見込角度ならびに
   該二次元撮像装置とスポット光投射装置との相互間隔か
   ら該測定対象物表面上の上記の点までの距離を演算する
   装置、よりなることを特徴とする距離測定装置。