JPS63217214A

JPS63217214A - ３次元位置計測装置

Info

Publication number: JPS63217214A
Application number: JP5092187A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kenmochi; 圭一見持
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-03-05
Filing date: 1987-03-05
Publication date: 1988-09-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は両眼立体視法により対象物の３次元位置を計測
する３次元位置計測装置に関する。

〔従来の技術〕

物体の３次元位置を非接触で計測する装置として、両眼
立体視法が知られており、例えば移動ロボットの視角セ
ンサや無人搬送車の障害物検出センサ等に適用されてい
る。この３次元位置計測装置は第６図に示すように２台
のテレビカメラ１゜２をそれぞれ光軸がｘ、ｙ平面上に
あり、かつｙ軸と平行になるように設置して対象物３を
Ｗ＆像し、これらのテレビカメラ１．２から得られる画
像信号に基いて対象物３の３次元位置を求めるものであ
る。

即ち、第６図の構成において、２台のテレビカメラ１．
２により対象物３を１ｌｉｌ像すると、対象物３上のあ
る点Ｐは第７図に示すようにそれぞれのテレビカメラ１
．２で得られた画像ＩＬ、ＩＲ上の点ＰＬ　（ＸＬ　Ｉ
　ｙＬ　）ｒ点ＰＲ（ＸＲ，ＶＲ）に結像される。従っ
て、点Ｐの座標、つまり奥行き０ＬＡ−ｄは次式で求め
られる。

ｄ＝Ｑ−ｆ／　（ＸＬ　　ＸＲ）　　　・”・”　（１
）さらに、必要ならばＸ、Ｚ座標も単純な幾何学的性質
を用いて計算できる。ここで、５．６はテレビカメラ１
，２の光軸、ＯＬ、ＯＲは各テレビカメラ１．２の撮像
レンズ中心であり、ｆはそれらのレンズの焦点距離であ
る。又、ＯＬ　、ＣＲは各テレビカメラ１．２で得られ
た画像ＩＬ、ＩＲ上の中心位置であり、（ＸＬ　Ｉ　Ｖ
　Ｌ　）　＊　ｎ　（Ｘ　Ｒ＊ＶＲ＞はそれらの画像上
に取った座標軸である。

このようにして求められた点Ｐに対して一方のテレビカ
メラ１で得られた像ＰＬに対応する他方のテレビカメラ
２で得られた像ＰＲを探すには、粗密検索、弛緩法や動
的計画法等が用いられているが、何れの方法においても
第８図に示すように画像ｌＬ上の点ａ１に対応する画像
ＩＲ上の点を水平走査線ＩＬに対するＩＲ上で検索する
ようにしている。

従って、第８図において点ａ１に対応する点はその点ａ
１が存在するエツジの特徴が良く似ているエツジ上の点
として点ｂ１が選ばれる。ここで、エツジとは画像上で
明るさが急変する部分であり、対象物の輪郭や稜に対応
する部分である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来の３次元位置計測装置において
は、第８図に示すように輪郭や稜に当たるエツジ部分が
存在する対象物の場合にはこのエツジ部分で対象物面の
明るさが急変するので３次元位置の計測が可能であるが
、例えば円筒形や球形のようにエツジ部分の存在しない
対象物の場合にはその曲面の明るさが急変しないので、
その対象物の輪郭や位置しか分らない。

従って、３次元位置としては情報量が不十分であり、計
測装置として適用範囲が限定されてしまう。また、計測
データから対象物の形を識別しようとしても曲面部分の
検出が困難であり、物体を認識する必要のある装置への
応用は難しい。

本発明は上記したような従来の問題点を解決すべくなさ
れたもので、両眼立体視法で対象物の３次元位置を計測
するに当り、明るさに変化のない。

つまりエツジが検出できない平面や曲面に対してもその
面上の点の３次元位置を計測することができる３次元位
置計測装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこの目的を達成するために、平行な光軸上に設
けられ対象物を撮像する第１及び第２の撮像手段と、こ
れら第１及び第２の撮像手段により得られたそれぞれの
画像信号に基いて前記対象物の３次元位置を計測する装
置において、前記第１及び第２の撮像手段により撮像さ
れたそれぞれの対象物の画像間で３次元位置を対応付け
るための特徴点を表わすスポット光を前記対象物に対し
て放射状に投影する投光装置を備えたことを特徴として
いる。

〔作用）本発明による３次元位置計測装置においては、投光装置
から対象物上に放射状のスポット光が投影されると、こ
のスポット光は第１及び第２の撮像手段により対象物の
像と共に観測される。そして、これらのスポット光は対
象物面上に明るさの変化をもたらすので、これらをエツ
ジと同様の特徴点として検出することが可能となり、前
記第１及び第２の躍像手段によりｌ１ｌｌ像されたそれ
ぞれの対象物の画像間で３次元位置を対応付けることが
できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明による３次元位置計測装置の構成例を示
すものである。第１図において、１．２は平行な光軸上
に撮像手段として設けられた第１及び第２のテレビカメ
ラ、３はこれら第１及び第２のテレビカメラ１．２によ
って撮像される対象物、４は第１及び第２のテレビカメ
ラ１．２の間に設けられ、対象物３に対して放射状のス
ポット光を投影する投光装置である。この投光装置４は
第２図に示すようにレーザ発振器５からのレーザ光６を
シート状に並べられた光ファイバを直交させた透過型回
折格子７に照射することにより、多数の放射状に拡がる
回折光８が生成されるようにしたもので、ホストコンピ
ュータ３０からの指令によりオン／オフ可能になってい
る。

一方、１１．２１は第１及び第２のテレビカメラ１．２
で得られた画像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換器、１２．１３はＡ／Ｄ変換器１１で変換されたデ
ィジタル信号を格納する画像メモリ、２２．２３はＡ／
Ｄ変換器２１で変換されたディジタル信号を格納する画
像メモリであり、その一方の画像メモリ１２と２２は対
象物３にスポット光が投影されている時に撮像された画
像情報を格納し、また他方の画像メモリ１３と２３は対
象物３のスポット光が投影されていない時にＷｉ像され
た画像情報を格納するものである。

また１４は画像メモリ１２．１３の画像情報が入力され
る特徴抽出回路、２４は画像メモリ２２゜２３の画像情
報が入力される特徴抽出回路であり、これらの特徴抽出
回路１４．２４は画像情報から明るさの変化を検出し、
対象物３の輪郭や稜線に当たるエツジや放射状のスポッ
ト光９を特徴点として抽出するものである。さらに３１
は特徴抽出回路１４．２４から出力される左右の画像の
エツジやスポット光を対応付けるための特徴点の対応が
取れた点をもとにその点の３次元位置を計算する３次元
座標計算回路で、この３次元座標計算回路３１で求めら
れた３次元座標情報はホストコンピュータ３０に記憶さ
れるようになっている。

次にこのように構成された３次元位置計測装置の作用に
ついて述べる。

今、ホストコンピュータ３０からの指令により投光装置
４がオン／オフ制（社）されているものとする。したが
って、投光装置４がオン制御されているときは投光装置
４から放射状に拡がる回折光８により対象物３に多数の
放射状のスポット光９が投影される。このとき第１及び
第２のテレビカメラ１．２により撮像された対象物３の
画像信号はＡ／Ｄ変換器１１．２１によりそれぞれディ
ジタル信号に変換されて画像メモリ１２．２２に格納さ
れる。また、投光装［４がオフのとき、つまり対象物３
に対して放射状のスポット光が投影されていないときに
第１及び第２のテレビカメラ１゜２で撮像された対象物
３の画像信号は前述同様にＡ／Ｄ変換器１１．２１によ
りそれぞれディジタル信号に変換されて画像メモリ１３
．２３に格納される。これら画像メモリ１２．１３に格
納された画像情報が特徴抽出回路１４に、また画像メモ
リ２２，２３に格納された画像情報が特徴抽出回路２４
にそれぞれ加えられると、これら特徴抽出回路１４．２
４では画像情報から明るさの変化を検出し、対象物３の
輪郭や稜線に当たるエツジや放射状のスポット光９を抽
出する。ここで、対象物３だけの特徴抽出には画像メモ
リ１３，２３に格納されている画像情報を用いれば良く
、放射状のスポット光９だけを検出する場合は画像メモ
リ１２．２２の画像情報から画像メモリ１３．２３の画
像情報を減じることにより、放射状のスポット光のみが
抽出される。このようにして抽出された特徴抽出回路１
４．２４の出力が３次元座標計算回路３１に加えられる
と、この３次元座標計算回路３１では左右の画像のエツ
ジやスポット光を対応付けるための特徴点として対応付
けを行ない、対応が取れた点をもとに前述した（１）式
で対象物３の上の３次元座標を計算し、これをホストコ
ンピュータ３０の記憶部に記憶する。

この場合、放射状のスポット光９は第１及び第２のテレ
ビカメラ１，２の画面上では第３図のように映っている
。つまり、投光８１４をオフにした時の画像との差を取
っているので、対象物の画像が消え、スポット光９のみ
の画像となる。

これら左右の画像から対応付けを行なう手法としては前
述したように種々あるが、ここでは本発明の要旨に直接
関係がないので言及しないことにする。

しかし、左右の対応する水平走査ＩＩ！４０上に多数の
点が存在すると、誤った対応付けを行なってしまう、い
わゆる誤対応が生じる可能性があり、その結果誤った位
置計測となり、信頼性が低下する。

そこで、第４図に示すように透過型回折格子７の光ファ
イバの方向をｙ軸の回りに角度Δｅだけ回転させると、
第５因に示すような画像が得られる。したがって、１本
の水平走査線４１上には１本だけしか存在しなくなるの
で対応付けが容易になり、誤対応の発生がなくなる。

このように投光装置４により対象物３に対して放射状の
スポット光を投影したときと投影しないときの画像情報
を用いて対象物３の輪郭や稜線に当たるエツジや放射状
のスポット光９を特徴点として抽出するようにしたので
、対象物の平面上や又曲面を含む対象物であってもそれ
らの面上に得られるスポット光による多数の特徴点をも
とに左右の画像の対応付けを行なうことができ、対象物
３の面上の多数の点の３次元位置を決定することができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、平行な光軸上に設け
られ対象物をｍ像する第１及び第２の撮像手段と、これ
ら第１及び第２の撮像手段により得られたそれぞれの画
像信号に基いて前記対象物の３次元位置を計測する装置
において、前記第１及び第２の撮像手段により撮像され
たそれぞれの対象物の画像間で３次元位置を対応付ける
ための特徴点を表わすスポット光を前記対象物に対して
放射状に投影する投光装置を設ける構成としたので、両
眼立体視法だけでは対象物の輪郭や積の部分の３次元位
置しか決定できないが、放射状のスポット光が対象物面
上で対応付けのための特徴点となるため、平面や曲面上
の多数の点の３次元位置を計測することができる３次元
位置計測装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１因は本発明による３次元位置計測装置の一実施例を
示す構成図、第２図は同実施例における投光装置の構成
図、第３図乃至第５図は同実施例１．２・・・・・・第
１及び第２のテレビカメラ、３・・・・・・対象物、４
・・・・・・投光装置、５・・・・・・レーザ発撮器、
６・・・・・・レーザ光、７・・・・・・透過型回折格
子、８・・・・・・放射状に拡がる回折光、９・・・・
・・放射状のスポット光、１１．１２・・・・・・Ａ／
Ｄ変換器、１２．１３゜２２．２３・・・・・・画像メ
モリ、１４．２４・・・・・・特徴抽出回路、３０・・
・・・・ホストコンピュータ、３１・・・・・・３次元
座標計算回路。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図第２図第３図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

平行な光軸上に設けられ対象物を撮像する第１及び第２
の撮像手段と、これら第１及び第２の撮像手段により得
られたそれぞれの画像信号に基いて前記対象物の３次元
位置を計測する装置において、前記第１及び第２の画像
手段により撮像されたそれぞれの対象物の画像間で３次
元位置を対応付けるための特徴点を表わすスポット光を
前記対象物に対して放射状に投影する投光装置を備えた
ことを特徴とする３次元位置測定装置。