KR900002509B1 - 화상 처리 장치 - Google Patents

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KR900002509B1
KR900002509B1 KR1019850001928A KR850001928A KR900002509B1 KR 900002509 B1 KR900002509 B1 KR 900002509B1 KR 1019850001928 A KR1019850001928 A KR 1019850001928A KR 850001928 A KR850001928 A KR 850001928A KR 900002509 B1 KR900002509 B1 KR 900002509B1
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가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
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Abstract

내용 없음.

Description

화상 처리 장치
제 1 도는, 일반적인 윤곽선 절출처리를 도시하는 프로우도.
제 2a 도 및 제 2b 도는, TV 카메라와 물체와의 위치관계에 의한 필터의 다른점을 표시하는 개념도.
제 3 도는 본 발명에 관한 화상처리장치의 1실시예의 구성도.
제 4 도는 본 장치에 있어서의 3차원 위치 측정장치의 1실시예의 설명도.
제 5 도는 본 장치에 의한 물체상의 스릿트광의 설명도.
제 6 도는 본 장치에 있어서의 화면 좌표계통의 개념도.
제 7 도는 본 장치에 있어서의 물체의 윤곽선과 화면좌표가 이루는 각도의 설명도.
제 8a 도 및 제 8b 도는, 본장치에 있어서의 장방형을 예로한 회전각 계산의 설명도.
제 9a 도는 본 장치에 있어서의 처리의 흐름을 표시하는 개략적인 프로의 도면이고, 제 9b 도∼제 9e 도는 제 9a 도의 프로우 도면을 구성하는 요소를 더욱 상세하게 설명한 프로우도.
제 10 도는 본 발명의 다른 실시예의 처리를 표시하는 프로우도.
제 11 도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서의 물체상의 스릿트 광의 설명도.
제 12 도는 본 발명의 다른 실시예에 있어서 원근(遠近)에 의한 2차원 화상의 엇갈림을 표시한 설명도.
본 발명은, 2차원적(2次元的)인 평면시각(平面視覺)과, 3점 이상의 물체면 경계선상의 점(點)의 3차원 위치를 측정할 수 있는 3차원 위치 측정 장치와를 조합하는 것에 의해, 2차원 화상(畵像)에서 특정의 형상을 갖는 윤곽선(輪郭線)을 절출하는데 가장 적합한 화상처리장치에 관한 것이다.
근래, FA(Factory Automation)의 일환으로 용접, 조립등의 작업에 산업용 로봇트(robat)가 이용되도록 되고, 시각센서(senser)등을 사용한 후랙시불(flexible)한 작업의 필요가 높아지고 있다. 종래는, 산업용 로봇트에 사용되고 있는 시각장치는, 그 대부분이 2차원인 평면시각이고, 2차원 화상을 2치(2値) 또는 다치화(多値化)하고, 필터링(Filtering) 조작등에 의하여 특정형상의 면의 절출를 행하고, 절출면의 2차원적인 중심(重心) 관성주축(慣性主軸)등의 특량을 계산하는 것에 의해, 물체의 인식을 행하고 있다.
그러나, 물체가 평면적이 아니고, 3차원적인 놓여져 있는 것과 같은 경우에는, 평면화상에서 얻어진면의 윤곽선은, 실제의 물체의 면의 윤곽선과는 다르므로, 정확한 인식이 곤란하였다.
그래서, 3차원적으로 놓여진 물체에 대해서도, 특정형상의 윤곽선을 정확하게 절출시키는 것과 같은 방식의 개발이 요망되고 있다.
본 발명의 목적은, 2차원 시각과 3차원 위치 측정장치를 조합해서, 3차원적으로 놓여진 물체의 특정형상의 면의 윤곽선의 절출을 행하는 것에 의해, 산업용 로봇트 등의 시각장치에 있어서, 3차원 물체의 인식 및 핸드링(handling)등을 가능하게 하는 화상처리장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 관한 화상처리장치는, 인식대상의 물체의 2차원 화상에서, 그 물체표면의 특정의 다각형 평면의 경계선상에 있어서의 적어도 3점의 3차원 위치를 측정하는 3차원 위치 측정수단과, 상기의 3차원 위치 정보에 따라서, 상기 경계선의 각 변의 방향 벡터(Vector) 및 해당 다각형 평면의 법선(法線) 벡터를 구함과 동시에, 특정 방향에 대한 상기 경계선의 각 변의 경계각을 구하는 화상처리 수단과, 상기 경계각에서 상기 다각형 평면에 적합한 필터(filter)를 선택하고, 그 필터링 처리에 의해, 상기 물체의 2차원 화상 데이터(data)에서 해당 경계선의 검출을 하는 윤곽선 절출수단등으로 되도록 한 것이다.
TV 카메라(comera)등에서 입력한 2차원 화상은 화상처리장치로 처리된다,
통상, 이 처리에서는, 일반적인 윤곽선 절출처리의 프로우 도면이다. 제 1 도에 도시한 것과 같이 잡음제거, 세그맨테이션(segmeutation), 2치 또는 다치화 처리, 윤곽선 절출, 중심등의 2차원 형상의 계산이 행하여 진다.
제 2 도는, TV 카메라와 물체와의 위치관계에 의한 필터의 틀림을 표시하는 개념도이다. 제 2a 도에 도시한 것과 같이, 물체 평면과, TV 카메라가 평면일때에는, 절출한 윤곽선은 실제의 물체의 윤곽선과 일치함으로, 절출하고자하는 형상(예를들면 장방형)의 필터링 조작을 하는 것에 의해서 윤곽선이 정확하게 절출된다. 그러나, 제 2b 도와 같이, 물체가 3차원적으로 부정(不定)한 위치 자세로 있고, 물체 평면과, TV 카메라가 평행이 안될때에는, 절출하고자 하는 형상(예를들면 장방형)의 필터를 그대로 사용하여도, 윤곽선은, 절출할 수 없다. 이와 같은 때에는, 물체의 3차원적인 자세를 검출하고자 하는 형상에 맞도록 필터를 선택하여 사용할 필요가 있다.
본 발명은, 이와같이 선택한 필터를 사용하여, 구하는 특정형사의 윤곽선을 절출을 가능하게 한 것이다.
제 3 도는, 본 발명에 관한 화상처리장치의 1실시예의 구성도, 제 4 도는, 본 장치에 있어서의 3차원 위치 측정장치의 1실시예의 설명도.
제 5 도는, 마찬가지로, 물체상의 스릿트(slit)광의 설명도, 제 6 도는, 마찬가지로, 화면좌표계통의 개념도, 제 7 도는, 마찬가지로, 물체의 윤곽선과 화면좌표가 이루는 각도의 설명도, 제 8 도는, 마찬가지로 장방형을 예로한 회전각(回轉角) 계산의 설명도이다.
여기서, 1은 윤곽선 절출 대상의 물체, 2는 물체 1을 놓기 위한 대(臺), 3은 화상처리부, 4는 윤곽선 절출장치, 5는 계산기 6은 3차원 위치 측정장치, 7은, 그 TV 카메라, 8,9는 그 스릿트 광 발생장치이다.
본 장치는, 다음의 순서 (1)∼(4)로 특정형상의 윤곽선을 절출할 수가 있다.
(1) 대 2위의 물체 1을 텔레비젼 카메라 7로 촬영하고, 그 화상을 화상처리부 3으로 입력한다. (2) 3차원 위치 측정장치 6을 사용하여, 물체의 변경계산의 3점 이상의 점의 3차원 위치를 측정한다.
본 실시예에서는, 측정장치로서 스릿트 광을 이용한 레인지 화인더(range finder)를 사용한다. 이는, 삼각측량(三角測量)의 원리를 이용해서 공간위치를 측정하는 일종의 거리 측정장치로, 그 상세한 것을 제 4 도에 도시한다. 본 3차원 위치 측정장치 6은, TV 카메라 7에 고정된 것으로, 그 좌우에 스릿트 광 발생장치 8,9를 갖는다. 좌우의 스릿트 광 발생장치 8,9는 발광(發光) 다이오드(diode) 10을 일열로 하여, 스릿트 11에 의해서 스릿트 광으로 하고, 렌즈(leus) 12에 의해서 수광(收光)시킨다. 물체 1에 부딪친 스릿트 광 15,16은, TV 카메라 7의 렌즈 14로 집광되여 촬상면(撮像面) 13에 결상(結像)한다.
스릿트 광은 TV 카메라 7에 대해서 경사해서 부딪치고 있으므로, TV 카메라 7에서 본 물체 1에 부딪치있는 스릿트 광은, 제 5 도와 같이된다. TV 카메라 7과 스릿트 광 발생장치 8,9와의 상대위치 관계가 이미 알려져 있으므로, 3각 측량의 원리에 따라서 물체 1의 면경계선상의 4점 P1,P2,P3,P4의 TV 카메라 7에서 본 3차원 좌표를 알수 있게 된다.
(3) 계산기 5는, (2)에서 구한 4점중의 3점의 3차원 좌표를 근거로, 물체의 면경계선중의 1줄(本)의 경계선의 방향 벡터 f=(fx,fy,fz)과 면의 법선 벡터
Figure kpo00001
를 계산한다..
즉, 4점중
Figure kpo00002
위치 벡터
Figure kpo00003
을 사용한다고 하면,
Figure kpo00004
이다. 이때, 제 6 도에 도시한 것과 같이 화면의 좌표계통을 X-Y 평면으로 취하면, 화면상에
Figure kpo00005
이 X축을 이루는 각 θt는, 제 7도에 도시한 것과 같이,
Figure kpo00006
에서 구할 수 있다. 여기서
Figure kpo00007
의 경계선으로, 인접의 경계의 방향 벡터를
Figure kpo00008
로하고
Figure kpo00009
와
Figure kpo00010
가 이루는 각α가 주어지고 있다고 하면, 방향 벡터
Figure kpo00011
는
Figure kpo00012
인 관계를 만족시킴으로, f와 n가 화면좌표계로 부여되면, g의 화면좌표계통에서의 수치가 구해진다. 이때, g가 x축과 이루는 각도 θg는,
Figure kpo00013
로 된다.
따라서
Figure kpo00014
를 갖는 경계선을 필터링에 의해서 묘출(描出)할려고 하면, 필터의 방향이 θt,θg가 되도록 하면 좋다.
예로서, 제 8a 도에 도시한 것과 같은 장방형에 있어서
Figure kpo00015
=(1,0,0),
Figure kpo00016
=(0,0,1 )라고 측정되였다고 한면, (4)식에서 α=90°에 있어서,
Figure kpo00017
=(-1,0,0)이 얻어짐으로
Figure kpo00018
가 x축과 이루는 각도는 θt=0도, θg=-90도이다. 따라서, 예를들면 3×3의 필터를 사용하여 윤곽선을 절출할려면
Figure kpo00019
과 같이 필터로 하면 좋다.
이 장방형이 제 8도 B에 도시한 것과 같이 3차원적으로 경사하고 있다고 하면, 위의 필터는, 그대로 사용할 수는 없다. 예를들면, 식(1)∼(5)에서 =45도, θt=45도, θg=-45도가 얻어졌다고 하면, 필터로서는
Figure kpo00020
와 같은 방향성을 가진 것을 사용하면 좋다.
(4) 윤곽선 절출장치 4는, 계산기 5에서 계산한 θt,θg에 가장 잘맞는 필터를 선택하고 그것을 사용한 2치 또는 다치화상에서 윤곽선을 절출한다.
최후로, 제 9 도는, 본 장치에 있어서의 각종 처리의 프로우 도면으로서, 다음에, 본 도면에 따라서 상술한 순서를 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 제 9a 도에 도시한 것과 같이, 화상처리부 3에 있어서는, TV 카메라 7의 촬상면에 거두어드린 스릿트 화상은 단점검출(端點檢出)수단 17로 보내져 단점검출후, 경계(境界)벡터 법선 벡터 검출수단 18, 경계각 계산수단 19로 보내진다.
제 9b 도는, 단점검출수단 17내에서 행하여지는 프로우를 상세하게 도시한다. 제 5 도에 도시한 것과 같이 물체 1에 부딪친 스릿트광은 단자가 생기므로, 직선적으로 스릿트광을 탐색하여 4개의 단점 P1,P2,P3,P4를 발견한다. 다음에, 단점 P1,P2,P3,P4에 대해서 TV화면상에서의 좌표를 기억한다.
그리고, 기억되어 있는 거리 맵(map)에 대해서 단점 P1,P2,P3,P4에 상당하는 점을 참조하여, 그 3차원 위치를 구한다. 여기서, 거리 맵이라는 것은 화면상의 점과 공간상의 점과이 대응를 사전에 측정하여 놓은 것이다.
제 9C 도는, 경계 벡터 법선 벡터 계산수단 18내에서 행하여지는 프로우를 상세하게 도시한다.
우선, 단점검출 수단 17에서 보내져온 4점중 3점을 선택한다. 이어서, 식(1),(2)를 사용하여 3점의 공간좌표에 경계벡터
Figure kpo00021
와 법선 벡터
Figure kpo00022
를 계산한다. 물론, 4점의 좌표에서 최소 2승법(2乘法)등을 이용해서 구하는 것도 가능하다.
제 9d 도는, 경계각 계산수단 19내에서 행하여지는 프로우를 도시한다. 처음에, 식(3)을 근거로
Figure kpo00023
와 화면상의 x축이 이루는 각 θt를 계산한다. 다음에
Figure kpo00024
의 경계선과 인접하는 경계의 방향 벡터 g를 산출하지만,
Figure kpo00025
와
Figure kpo00026
가 이루는 각 α는, 기억되여 있는 데이터에서 부여되고 있다.
즉, 기억되여 있는α의 데이터를 호출하고, 상기 계산수단 18에서 보내져온
Figure kpo00027
,n의 데이터를 근거로, 식(4)를 이용해서
Figure kpo00028
를 산출한다. 그렇게한 다음, 식(5)를 이용해서
Figure kpo00029
와 x축이 이루는 각 θg를 산출한다.
제 9e 도는, 윤곽선 절출장치 4내에서 행하여지는 프로우를 도시한다. 우선, 경계각 계산수단 19에서 보내져온 데이터 θt,θg를 근원으로, 경계선 검출용 필터를 선택한다. 2치 또는 다치의 화상 메모리(memory) 내의 화상데이터를 결합시켜, 필터링 처리에 의해 경계선을 검출한다.
이상, 상세하게 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 3차원적으로 위치 자세가 부정한 물체의 표면형상을 특정해서 절출할 수가 있게 되어, 종래의 평면적인 물체 뿐만 아니라, 입체의 표면형상도 특정할 수 있으므로, 3차원 물체의 인식이 가능하게 됨과 동시에, 필터링에 의해서 인식을 할수 있으므로, 고속인 처리가 가능하게 된다.
또, 3차원 물체의 인식을 고속으로 행할 수가 있으므로, 산업용 로봇트 등의 시각(視覺)에 응용해서 3차원 물체의 조립작업등을 실시간으로 행할 수가 있다.
더욱이, 2차원 시각과 3차원 위치 측정장치를 조합시켜서 3차원 시각과 동일한 효과를 얻을수가 있어, 종래의 쌍안시(雙眼視)나 스릿트 광 절단방식에 의한 3차원 시각에 비해서 경제성에서 우수하고, 장치로 소형화되는 등의 효과가 있으며, 이들은 산업용 로봇트 등에 의한 3차원 물체의 인식 및 핸드링에 대해서 현저하다.
본 발명은, 또, 경사한 물체에 관한 윤곽선 화상에 의한 패턴 엣칭(Pattern etching)에 대해서도 다음에 제시하는 순서에 의해 적용할 수가 있다.
(1) 대 2 상의 물체 1을 TV 카메라 7로서 촬영하고, 화상을 화성처리부 3으로 입력한다.
(2) 화상처리부 3은, 제 10 도에 도시하는 프로우 도면에 따라서, 물체의 윤곽선을 검출한다.
(3) 3차원 위치 측정장치 6을 사용해서, 물체 1의 면상의 3점 이상의 점의 3차원 위치를 측정한다.
본 실시예에서는, 측정장치로서 스릿트광을 이용한 렌지화인더를 사용한다. 이것은, 3각 측량의 원리를 사용해서 위치를 측정하는 일조의 거리측정장치로서, 그 상세한 것은 제 4 도에 따라서 상술하였다. 3차원 위치 측정장치 6은, TV 카메라 7에 고정되여 있고, 그 좌우에 스릿트 광 발생장치 8,9를 갖는다. 스릿트 광은 TV 카메라 7에 대해서 경사해서 물체 1에 투사되여 있으므로, TV 카메라 7에서 본 스릿트 광은 제 11 도와 같이 된다. 따라서, 물체의 윤곽선의 점 P1,P2,P3,P4의 화면상에서 위치를 검출하는 것도 가능하게 된다. 또, TV 카메라 7과 스릿트 광 발생장치 8,9와의 상체(相體)위치관계가 이미 알려져 있으므로, 3각 측량의 원리에 따라서, P1,P2,P3,P4의 TV 카메라 7에서 본 3차원 좌표를 알수 있다.
(4) 3차원 위치 계산장치 5는, 상기 (3)에서 구한 4점 중의 3점 이상의 3차원 좌표를 기초로, 윤곽선상의 점의 3차원 좌표를 계산한다. 화면좌표(i,j)와 공간좌표(x,y,z)와의 관계를 구할려면, 최초 3점이상 있으면 좋으나, 4점의 좌표에서 최소 2승법등의 수학적 수단을 이용해서 계산하여, 정도(情度)를 높이는 쪽이 바람직하다. 이때, 화상보정장치 4'에 의해서, 윤곽화상의 근원에 의한 비틀림이나, 렌즈계통의 비틀림을 보정한다. 예를들면, 원근에 의한 비틀림을 생각하면 사각주(四角柱)를 비스듬이 잘른, 잘린구멍은 장방형이지만, 그것을 바로위에서 TV 카메라 7로 보면, 잘린 구멍은 제 12도에 도시한 것과 같이 대형(臺形)으로 된다. 이때, 점(Q1,Q2,Q3)의 화면상에서의 위치(i1,j1),(i2,j2),(i3,j3) 및 TV 카메라 7에서 본 좌표 (x1,y1,z1), (x2,y2,z2), (x3,y3,z3) x을 알수 있었다고 하면, 점 Q (i,j)의 좌표(x,y,z)는 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00030
여기서
Figure kpo00031
이며, bi,bj및 ci,cj는 각각 식(10),(11)중의 x를 y, z로 치환하는 것에 의해서 얻어진다. 이상에 의해서, 윤곽선의 3차원 좌표를 구할 수가 있다.
이와같이 해서 본 실시에 의하면, 물체의 위치, 자세등의 3차원 정보를 알수 있으므로, 예를들면, 물체의 정면에서 본 형상을 복원할 수가 있어, 패턴 엣칭에 의한 인식이 가능하게 됨과 동시에, 3차원 정보가 고속으로 얻어지기 때문에, 산업용 로봇트등의 시각에 이용해서, 3차원 물체의 조립작업등을 실시간에서 행할 수가 있고 또한 2차원 시각과 3차원 위치측정장치를 조합시켜서 3차원 시각과 마찬가지 효과를 얻을수가 있으므로, 종래의 쌍안시나, 스릿트 광 절단방식에 의한 3차원 시각에 비해서 경제성이 우수하고, 장치의 소형화도 가능하다.
이상, 상세하게 기술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 2차 시각과, 3차 위치 측정장치를 조합해서, 평면화상의 3차원 정보를 고속으로 확인할 수가 있으므로, 예를들면, 산업용 로봇트 등의 시각장치로서 이용해서 3차원 물체의 인식, 핸드링등의 실시간화를 가능하게 하여, 그 효율향상, 경제화에 현저한 효과가 얻어진다.

Claims (3)

  1. 인식대상의 물체의 2차원 화상으로부터, 그 물체표면의 특정한 다각형 평면의 경계선상에 있어서의 적어도 3점의 3차원 위치를 측정하는 3차원 위치 측정수단과, 상기의 3차원 위치정보에 따라, 상기 경계선의 각 변의 방향 벡터 및 해당 다각형 평면의 법선 벡터를 구함과 동시에, 특정방향에 대한 상기 경계선의 각변의 경계각을 구하는 화상처리 수단과, 상기 방향 벡터 법선 벡터 및 경계각에서 상기 다각형 평면에 적합하고 필터를 선택하고, 그 필터링 처리에 의해, 상기 물체의 2차원 화상 데이터에서 해당 경계선의 검출을하는 윤곽선 절출수단으로 되도록한 화상처리장치.
  2. 특허청구의 범위 제 1 항 기재에 있어서 3차원 위치 측정수단은, 인식대상의 물체의 특정한 다각형 평면에 스릿트 광을 투사하고, 상기의 다각형 평면의 경계선과, 상기 스릿트광과의 교점을 촬상하여, 스릿트광의 방향과 촬상방향과의 상대위치 관계에서, 상기 교점의 적어도 3점에 대해서 3차원 위치를 측정하는 화상처리장치.
  3. 물체의 2차원적인 화상을 촬상하는 촬상장치와, 그 2차원화상을 해석하여 해당 윤곽선을 검출하는 화상처리장치와, 그 윤곽선상의 적어도 3점의 3차원위치를 측정할 수 있는 3차원 위치 측정장치와, 상기 윤곽선에 대해서 바라는 보정을 시행하는 화상보정장치와, 상기의 3차원 위치 측정결과 및 윤곽선 보정 결과에 따라, 상기 윤곽선의 3차원 좌표를 계산하여, 그 3차원 위치를 복원하는 3차원 위치 계산장치로 구성된 시각장치.
KR1019850001928A 1984-03-26 1985-03-23 화상 처리 장치 KR900002509B1 (ko)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56196 1984-03-26
JP59056196A JPS60200111A (ja) 1984-03-26 1984-03-26 ３次元物体認識装置
JP59-56196 1984-03-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR850007132A KR850007132A (ko) 1985-10-30
KR900002509B1 true KR900002509B1 (ko) 1990-04-16

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