JPS63238511A - 立体視方法 - 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】 概要 この立体視方法は、プリズムにより一次元方向に色分散
された光を対象物体に照射し、この対染物体上の観測点
の色から当該色の光に対するプリズムの偏角を求め、三
角測量の原理に従って観測点の位置を特定するものであ
り、照射光の走査が不要で測定時間が短いという優れた
特長を有している。

産業上の利用分野 本発明は産業用ロボット等において３次元物体上の点の
位置を測定するだめの立体視方法に関するものである。

視覚情報を用いて所望のマニピユレーシヨンを行なう、
いわゆる知能ロボットを構成するためには、対象物体を
立体視する、つまり対象物体上の点の３次元座標を特定
してこの物体を認識する必要がある。視覚情報にもとづ
いて対象物体上の点の位置を測定するためには、スポッ
ト光を動かして対象物体からの反射光を受光器で検出す
る方法や、両眼視の原理にもとづいて異なる方向から見
た二種類の画像を用いる方法等が提案されている。

しかし、前者は１点の位置を測定するたびにスポット光
を動かす必要があるのでこの走査に時間がかかり、後考
は二つの画像における対応点を求めるための計棹時間が
長いという欠点を右しており、動作速度向上の面から測
定時間の短い立体視方法の確立が要望されている。

従来の技術 この種の方法の一つにレンジファインダを用いるものが
ある。この方法では、たて方向のスリット光を回転させ
ながら対象物体に照射してカメラで撮像することにより
、三角側■の原理に従って比較的短時間に画面内の多数
の３次元位置を得ることができるとされる（電子技術総
合研究所↑報２第３５巻、第３号、昭和４６年、２９７
〜３０７頁）。

レンジファインダを用いた方法を第５図、第６図面の簡
単な説明する。光源１１からの光は、スリット１２を介
して、そのビーム平面上に回転軸及び反射面を有する反
射鏡１３で反射して、対象物体１４に照射され、この部
分がテレビカメラ１５により２次元の映像とされる。こ
のとき、反射鏡１３による光の走査角度とテレビカメラ
１５の２次元情報とから対象物体１４上の観察点Ｐの位
置が特定される。

いま、反射鏡１３の回転軸をＹ軸とする直交座標系（Ｘ
、Ｙ、Ｚ）を想定し、この原点をＯとＪ−る。反射鏡１
３からの走査ビームは、からン１−開始角度γ。の受光
器１６を通過して、第６図中時計方向に１パルス間の回
転角度Δγで回転しながら対象物体１４を照射する。こ
の照射部分は、Ｚ軸と平行な光軸を有するテレビカメラ
１５のレンズ（ＰＣはレンズ中心）を介して、（ｘ、ｙ
）座標系の画像とされる。但し、ｘ、ｙ＠はそれぞれＸ
、Ｙ軸と平行であり、画像面の原点（光軸と交わる点）
をＰ、とする。

第６図の状態はカウント開始からｎパルス経過後に対象
物体上の観察点Ｐ（Ｘ　　、Ｙ　　、Ｚ　　）ｎ　　　
　　ｎ　　　　　ｎ が照射され、画像面上の（ｘ、ｙ）に画像形ｎ 成されている状態を示している。このとき、直線ＯＰ、
ＲＰＣの方程式はそれぞれ、 Ｚ−Ｘ−ｔａｎγ。・・・（１） Ｚ＝　（Ｄ−Ｘ）／ｌａｎ　ａ　　十Ｌ　　　　・（２
）となる。但し、 ｔａｎα　＝ｘ　　／ノ　　　　　　　　　・・・（３
）ｎ γ　−Ｙｏ　　ｎ・Δγ　　　　　　　　・・・（４）
Ｌはレンズ面の７座標。

Ｄはレンズ光軸のＸ座標。

！はレンズ面と画像面の距離である。

従って、 Ｘ０＝　（Ｄ＋Ｌ　−ｔａｎ　ａ、　）／（１＋ｔａｎ
α。・ｔａｎγ。）・・・（５）Ｚ　　＝Ｘ　　−ｔａ
ｎ　７゜・（６）ｎ また、Ｙｏは、Ｙ座標及びｙ座標が紙面に直交している
ので次のようになる。

ｙ　　＝ｙ　　・　（Ｚ　　−１＞／）　　　　・・・
（７）ｎ　　　　　ｎ　　　　　　　　ｎ このように、γ　、Δγ、！、Ｌ、Ｄが決定されれば、
（３）〜（７）式より点１〕の３次元位置を求めること
かできる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、レンジファインダを用いる］−記方法は、前述
したスボッ］〜光を走査する方法及び両眼視の原理にも
とづく方法と比較して測定時間が短縮されるものの、ス
リット光を機械的に走査させているので、その測定時間
の短縮化には自ずと限度があり、また、機械的な振動等
により測定誤差を生じ易いという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みて０１作されたちのであ
り、その目的は、測定系から機械的走査部分を排除し、
測定時間の短縮化が可能で且つ振動等により測定誤差を
生じる恐れのない立体視り法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上述した従来技術の問題点は、その基本原理を第１図に
示した立体視方法により解決される。

先ず、光源１からスリット２を介して出射された光をプ
リズム３によりスリット２の幅方向に色分散させて対象
物体４に照射する。

次に、プリズム３と所定の位置関係にある観測位置５か
ら対象物体４上の観測点６の色を検知する。

そして、この色にもとづいて当該色の光についての観測
点６に対重るプリズム３の偏角（入射光線と出射光線と
がなす角）δを求める。

最後に、この偏角δ及び前記位置関係から三角測量法に
より観測点６の位置を求める。

尚、ここでいう１１す測点６の色とは、観測点６で反射
した照射光の波長のことである。また、照ｑ４光という
のは、可視光線に限定されず、それ以外の電磁波の概念
をも含むものである。

作　　　用 本発明方法において、光源１からスリット２を介して出
射された光をプリズム３に透過させているのは、１次元
方向（スリット２の幅方向）に色分散された光、つまり
１次元方向に波長が一様に分布した光を対象物体４に照
（ト）して、当該方向の異なる位置にＪ３いては異なる
色が観測されるようにするためである。このようにする
ことで、波長をパラメータとしてスリット状の光で対象
物体上を走査したようになり、観測位置５から対象物体
４Ｆの観測点６の色を検知することにより、観測点６を
照射している当該色の光についてのプリズム３の偏角を
決定することができる。観測位置５とプリズム３の位置
関係が既知であれば、この関係及び前記偏角を用いて三
角測量の原理にもとづいて、観３１１点６の位置を知る
ことができる。

実　　施　　例 以下、本発明の望ましい実施例を図面にもとづいて説明
する。

第２図は本発明方法が適用される測定系の概略構成図、
第３図はその位置関係図であり、従来例を示した第５図
及び第６図に準じて設定される座標トの距離等には同一
の符号を付しである。

第２図において、２１は広範囲にわたる波長スペクトル
を有する例えば白色ランプ等の光源であり、この光源２
１からの光は、スリット２２を介してプリズム２３に入
射される。プリズム２３に入射した光は、プリズム２３
の形状、入射角及び材質の波長分散特性に応じて分散さ
れ、波長に応じた出）ｊ角で出射される。この出射光は
出射角に応じて波長がスリット２２の幅方向に一様に変
化しているものである。対象物体２４は上記の如く１次
元的に波長分散された光により照明され、からー画像入
力装置２５により色（波長）情報をちった映像が形成さ
れる。このとき、対象物体２４上の観測点の色により、
一義的にこの点を照射する光のプリズム２３からの出射
角が決定されるので、三角側６１の原理にもとづいて観
邸１点の位置を特定することができるものである。

これを第３図を用いて更に具体的に説明する。

いま、スリット２２の出射ビーム平面をＹＺ面としこの
面とある波長λのプリズム２３からの出射光ビームとの
交線をＹ軸とする直交座標系（Ｘ。

Ｙ、Ｚ）を想定し、原点をＯとする。実際にはプリズム
２３の入射光ビームと出射光ビームとがなす偏角δ（λ
）が異なると、当該両ビームはＺ方向の異なる位置で交
わるが、この距離は小さいので無視してＹ軸が固定され
ているものとすることができる。第３図に示される状態
は、プリズム２３において偏角δ（λ）で屈折した波長
λ成分光が、対象物体２４上のＩＩＲ察点Ｐ　（Ｘ、Ｙ
、Ｚ）に照射され、からー画像入力装置２５のレンズ（
ＰＣはレンズ中心）を介して、色情報（λ）を有する画
像（ｘ、ｙ）座標上の画像Ｐ′とされていることを示す
ものである。但し、ｘ、ｙ＠はそれぞれＸ、Ｙ軸と平行
であり、画像面の原点（光軸と交わる点）をＰ、とする
。

このとき、直線ＯＰ、ＲＰＣの方程式はそれぞれ、 Ｚ　＝　Ｘ　／　ｔａｎ　　δ　（λ）　　　　　　　
　　　　−（８）Ｚ＝　（Ｄ−Ｘ）／ｌａｎ　α＋ｔ−
・・・（９）となる。但し、 ｔａｎα＝ｘ／ノ　　　　　　　　　　　・・・（１０
）Ｌはレンズ面の７座標。

Ｄはレンズ光軸のＸ座標。

ｌはレンズ面と画像面の距離である。

従って、 Ｘ＝　（Ｄ十Ｌ−ｔａｎα）−ｔａｎδ（λ）／（ｊａ
ｎα十ｔａｎδ（λ））・・・（１１）Ｚ　＝　Ｘ　／
　ｔａｎδ（λ）　　　　　　　　・（１２）また、Ｙ
は、Ｙ座標及びｙ座標が紙面に直交しているので次のよ
うになる。

Ｙ＝Ｖ・　（Ｚ−Ｌ）／ノ　　　　　　　・・・（１３
）このように、ノ、Ｌ、Ｄが決定されれば、（８）〜（
１３）式より点Ｐの３次元位置を求めることができる。

尚、観測点Ｐの画像の色（波長λ）と偏角δ（λ）の関
係は、例えば第４図に示すようになっており、この関係
をあらかじめ正確に求めておくことにより、からー画像
入力装置２５の色情報から偏角δ（λ）を知ることがで
き、従って前述した訓算が可能となるものである。この
計算は、例えばからー画像入力装置２５の画面を複数部
分に分割して、これらの部分の邑及び輝度等に関するサ
ンプリングデータを順次電気的に（例えばマイクロコン
ピュータを用いて）処理することにより達成されるので
、機械的な走査ｎＷＪを設けることなく短時間内に対象
物体２４上の多数の観測点の３次元座標を求めることが
できる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、プリズムにより
１次元方向に色分散された光を対象物体上に照射するこ
とにより、当該方向の異なる位置においては異なる色が
観測されるＪ：うにしているので、あたかも波長をパラ
メータとしてスリット状の光で対象物体上を走査したよ
うになり、償械的な走査を要すことなく対象物体を立体
視することが可能になるという効果を奏する。その結果
、測定時間が短縮され、機械的な振動等にＪ：り測定誤
差が生じる恐れがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の望ましい実施例を示す測定系の概略構
成図、 第３図は第２図の位置関係図、 第４図は偏角δ（λ）と波長λの関係を示す図、第５図
は従来の測定系の概略構成図、 第６図は第５図の位置関係図である。 １．１１．２１・・・光源、 ２．１２．２２・・・スリット、 ３．２３・・・プリズム、 ４．１４．２４・・・対象物体、 ５・・・観測位ｄ、　６．Ｐ・・・観測点、１５・・・
テレビカメラ、 ２５・・・からー画像入力装置。 出願人：　富士通株式会社　　　−１、代理人：　弁理
士　井　桁　貞　−二　゛・本発明の渾埋図 第１図 本省色口月の１（方あイ列区 第２図 角ら　２　凹のイ立叉閾イ１飄　図 第３図 イ潰ろ　角　と　ン刀ζ１ヒの　５弓イ水第４図 イ足米イ列図 第５図 第５図の伎置関係園 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源（１）からスリット（２）を介して出射された光を
   、プリズム（３）によりスリット（２）の幅方向に色分
   散させて対象物体（４）に照射し、 プリズム（３）と所定の位置関係にある観測位置（５）
   から対象物体（４）上の観測点（６）の色を検知し、 この色にもとづいて当該色の光についての観測点（６）
   に対するプリズム（３）の偏角を求め、この偏角及び前
   記位置関係から三角測量法により観測点（６）の位置を
   求めることを特徴とする立体視方法。