JP2003207320A - 3次元認識装置及びその方法 - Google Patents
3次元認識装置及びその方法Info
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- JP2003207320A JP2003207320A JP2002003473A JP2002003473A JP2003207320A JP 2003207320 A JP2003207320 A JP 2003207320A JP 2002003473 A JP2002003473 A JP 2002003473A JP 2002003473 A JP2002003473 A JP 2002003473A JP 2003207320 A JP2003207320 A JP 2003207320A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 3次元形状をカメラで認識する従来の方法や
装置では、画面単位でしか位置データを取得することが
できないことから、精度の高い3次元形状が認識できな
い欠点があった。 【解決手段】 撮像機器、該撮像機器の焦点移動手段、
撮像された複数の画像を収納する画像メモリ、複数の画
像の画素単位で濃淡レベルを分析する画像処理部により
構成し、該撮像機器はテレセントリックレンズを備え、
該画像処理部は画素単位の濃淡レベル分析機能及び濃淡
レベルの変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦
点位置演算機能を備える。或いは、テレセントリックレ
ンズを備えた撮像機器で焦点を移動させながら撮像した
複数の画像を、画像処理部によって各画像の撮像方向に
おける各画素の濃淡レベル分析を分析し、濃淡レベルの
変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦点位置を
演算する。
装置では、画面単位でしか位置データを取得することが
できないことから、精度の高い3次元形状が認識できな
い欠点があった。 【解決手段】 撮像機器、該撮像機器の焦点移動手段、
撮像された複数の画像を収納する画像メモリ、複数の画
像の画素単位で濃淡レベルを分析する画像処理部により
構成し、該撮像機器はテレセントリックレンズを備え、
該画像処理部は画素単位の濃淡レベル分析機能及び濃淡
レベルの変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦
点位置演算機能を備える。或いは、テレセントリックレ
ンズを備えた撮像機器で焦点を移動させながら撮像した
複数の画像を、画像処理部によって各画像の撮像方向に
おける各画素の濃淡レベル分析を分析し、濃淡レベルの
変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦点位置を
演算する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の3次元形状を認
識する装置及び方法の改良に関するものである。
識する装置及び方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、3次元の形状を単一のカメラ
で認識する方法や装置として、例えば一方よりパターン
又はスリット状の照明を認識する物体へ照射する三角測
量法。認識する物体の真上にカメラを設置し、Z方向へ
移動すると同時に画像メモリへ複数枚の画面を取り込
み、各画面単位でエリア毎に分割して、ピーク又はボト
ムレベルを検出して認識する方法などがある。
で認識する方法や装置として、例えば一方よりパターン
又はスリット状の照明を認識する物体へ照射する三角測
量法。認識する物体の真上にカメラを設置し、Z方向へ
移動すると同時に画像メモリへ複数枚の画面を取り込
み、各画面単位でエリア毎に分割して、ピーク又はボト
ムレベルを検出して認識する方法などがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のこれ
ら装置や方法では、各画面間の同一画素の濃淡レベルの
変化の把握が難しく、Zデータ取得が画面単位レベルに
なり、高精度のZデータの取得ができず精度の高い3次
元形状を認識できない根本的な欠点があった。この他、
2次元画面全体のZデータが影の影響で一部取得するこ
とができないという問題も生じていた。
ら装置や方法では、各画面間の同一画素の濃淡レベルの
変化の把握が難しく、Zデータ取得が画面単位レベルに
なり、高精度のZデータの取得ができず精度の高い3次
元形状を認識できない根本的な欠点があった。この他、
2次元画面全体のZデータが影の影響で一部取得するこ
とができないという問題も生じていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は上記
問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであ
り、その特徴とするところは、物の発明にあっては、撮
像機器と、該撮像機器の焦点移動手段と、撮像された複
数の画像を収納する画像メモリと、複数の画像の画素単
位で濃淡レベルを分析する画像処理部とによって構成し
た3次元撮像装置において、該撮像機器はテレセントリ
ックレンズを備えると共に、該画像処理部は各画像の撮
像方向における各画素の濃淡レベル分析機能、及び濃淡
レベルの変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦
点位置演算機能を備えたことにある。
問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであ
り、その特徴とするところは、物の発明にあっては、撮
像機器と、該撮像機器の焦点移動手段と、撮像された複
数の画像を収納する画像メモリと、複数の画像の画素単
位で濃淡レベルを分析する画像処理部とによって構成し
た3次元撮像装置において、該撮像機器はテレセントリ
ックレンズを備えると共に、該画像処理部は各画像の撮
像方向における各画素の濃淡レベル分析機能、及び濃淡
レベルの変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦
点位置演算機能を備えたことにある。
【0005】方法の発明にあっては、撮像機器の焦点を
移動して撮像した複数の画像を画像メモリに収納し、こ
れを画像処理部により画素単位で濃淡レベルを分析して
3次元形状を認識する方法において、テレセントリック
レンズを備えた撮像機器で焦点を移動させながら撮像し
た複数の画像を順次画像メモリに収納した後、画像処理
部によって各画像の撮像方向における各画素の濃淡レベ
ル分析を分析し、濃淡レベルの変化量の推移から画像取
り込みポイント間の焦点位置を演算することにある。
移動して撮像した複数の画像を画像メモリに収納し、こ
れを画像処理部により画素単位で濃淡レベルを分析して
3次元形状を認識する方法において、テレセントリック
レンズを備えた撮像機器で焦点を移動させながら撮像し
た複数の画像を順次画像メモリに収納した後、画像処理
部によって各画像の撮像方向における各画素の濃淡レベ
ル分析を分析し、濃淡レベルの変化量の推移から画像取
り込みポイント間の焦点位置を演算することにある。
【0006】ここで、本明細書中でいう「撮像機器」と
は、物体を所定の方向から焦点を変えて連続的に撮像
し、レンズにより撮像素子上に結像した画像を記録する
CCDカメラやTVカメラをいう。本発明においては、
レンズとして像の大きさの誤差に与える影響が少ないテ
レセントリック系のレンズを利用する。これにより、撮
像する物体とレンズの距離が変わっても、結像した画像
の大きさが変わらないことから、画素単位の濃淡レベル
分析による3次元形状を得ることができる。
は、物体を所定の方向から焦点を変えて連続的に撮像
し、レンズにより撮像素子上に結像した画像を記録する
CCDカメラやTVカメラをいう。本発明においては、
レンズとして像の大きさの誤差に与える影響が少ないテ
レセントリック系のレンズを利用する。これにより、撮
像する物体とレンズの距離が変わっても、結像した画像
の大きさが変わらないことから、画素単位の濃淡レベル
分析による3次元形状を得ることができる。
【0007】「焦点移動手段」とは、撮像する物体の全
体に渡って焦点の合った複数の画像を得るため、該物体
に対する撮像機器の焦点を移動させる手段をいう。例え
ば、撮像機器をZ軸駆動装置に設け、物体に対して焦点
距離を一定にした撮像機器を移動させながら撮像してい
く場合である。撮像機器による撮像方向としては、Z軸
の他X軸やY軸方向としてもよい。また、撮像機器を固
定して物体を移動させたり、両者とも固定して撮像機器
の焦点距離を調整しながら撮像することも可能である。
体に渡って焦点の合った複数の画像を得るため、該物体
に対する撮像機器の焦点を移動させる手段をいう。例え
ば、撮像機器をZ軸駆動装置に設け、物体に対して焦点
距離を一定にした撮像機器を移動させながら撮像してい
く場合である。撮像機器による撮像方向としては、Z軸
の他X軸やY軸方向としてもよい。また、撮像機器を固
定して物体を移動させたり、両者とも固定して撮像機器
の焦点距離を調整しながら撮像することも可能である。
【0008】焦点を移動させながら連続して撮像された
複数の画像は、画像メモリに記録される。通常、数十枚
〜数千枚撮像する。画像メモリに取り込まれた画像は、
画像処理部により各画面における撮像方向の画素単位で
これらの濃淡データのピーク又はボトムレベルとデータ
の変化量を分析する。そして、焦点の合った撮像方向の
位置データの取得とその時の濃淡レベルを所定のメモリ
へ格納する。これにより、高精度な認識物体の3次元デ
ータと全画素焦点の合った濃淡データを取得することが
出来る。
複数の画像は、画像メモリに記録される。通常、数十枚
〜数千枚撮像する。画像メモリに取り込まれた画像は、
画像処理部により各画面における撮像方向の画素単位で
これらの濃淡データのピーク又はボトムレベルとデータ
の変化量を分析する。そして、焦点の合った撮像方向の
位置データの取得とその時の濃淡レベルを所定のメモリ
へ格納する。これにより、高精度な認識物体の3次元デ
ータと全画素焦点の合った濃淡データを取得することが
出来る。
【0009】また、画像処理部は撮像方向における各画
素の濃淡データの取得だけでなく、濃淡レベルの変化量
の推移を分析して、最適な焦点位置を演算する機能を備
えている。この演算機能を備えたことにより、従来のよ
うに画像取り込みポイントを最適焦点位置としていたも
のを、各画像取り込みポイント間における最適焦点位置
の検出ができ、焦点位置の精度を飛躍的に向上させるこ
とが可能となる。
素の濃淡データの取得だけでなく、濃淡レベルの変化量
の推移を分析して、最適な焦点位置を演算する機能を備
えている。この演算機能を備えたことにより、従来のよ
うに画像取り込みポイントを最適焦点位置としていたも
のを、各画像取り込みポイント間における最適焦点位置
の検出ができ、焦点位置の精度を飛躍的に向上させるこ
とが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す発明の
実施の形態に基づいて詳細に説明する。
実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【0011】図1は本発明に係る3次元認識装置Cのブ
ロック図であり、台1の上に載せられた被認識対象物2
を真上のカメラ4により連続的に撮像し、画像メモリ6
へ画像を取り込んだ後、画像処理部9により3次元デー
タを取得する構造である。カメラ4はテレセントリック
レンズ3を備え、Z軸駆動装置5に設けることによって
Z軸方向に移動させながら複数の画像を撮像する。
ロック図であり、台1の上に載せられた被認識対象物2
を真上のカメラ4により連続的に撮像し、画像メモリ6
へ画像を取り込んだ後、画像処理部9により3次元デー
タを取得する構造である。カメラ4はテレセントリック
レンズ3を備え、Z軸駆動装置5に設けることによって
Z軸方向に移動させながら複数の画像を撮像する。
【0012】図2は、カメラ4の先端にセットしたテレ
セントリックレンズ3の説明図である。同図(a)のレ
ンズ12は一般に使用されるレンズであり、この場合実
線矢印11とレンズ12との位置関係が点線矢印位置に
変化すると、レンズ12通して結像した像の大きさが変
動することになる。しかし、テレセントリック系の場
合、同図(b)のようにレンズ13を通して得られた像
の大きさは変化しない。このことは、レンズとの距離が
変わっても一点を見る位置は変わらないことを表してお
り、本発明に係る3次元認識装置Cのように画面単位で
はなく画素単位でZ方向に濃淡データをチェックしてい
く方法においては最も重要なポイントとなる。
セントリックレンズ3の説明図である。同図(a)のレ
ンズ12は一般に使用されるレンズであり、この場合実
線矢印11とレンズ12との位置関係が点線矢印位置に
変化すると、レンズ12通して結像した像の大きさが変
動することになる。しかし、テレセントリック系の場
合、同図(b)のようにレンズ13を通して得られた像
の大きさは変化しない。このことは、レンズとの距離が
変わっても一点を見る位置は変わらないことを表してお
り、本発明に係る3次元認識装置Cのように画面単位で
はなく画素単位でZ方向に濃淡データをチェックしてい
く方法においては最も重要なポイントとなる。
【0013】図3はカメラ4で取り込んだ画像の形態を
表している。この中で左四角図14は1枚の濃淡画像を
表したもので、横500画素×縦500画素あり、各画
素には濃淡データとして最大255を収納出来るメモリ
を備えている。又右図は、Z駆動装置5を移動させなが
ら多数枚(数百枚〜数千枚)の画面を収納している状態
を表したもので、図1中の画像メモリ6のことである。
表している。この中で左四角図14は1枚の濃淡画像を
表したもので、横500画素×縦500画素あり、各画
素には濃淡データとして最大255を収納出来るメモリ
を備えている。又右図は、Z駆動装置5を移動させなが
ら多数枚(数百枚〜数千枚)の画面を収納している状態
を表したもので、図1中の画像メモリ6のことである。
【0014】必要枚数の画像を取り込んだ後、画像処理
部9により画素単位でZ方向に画像メモリ6を検索し、
濃淡画像データのピーク又はボトム値と変化量により焦
点の合った時の濃淡画素データは図1中の合成画像7へ
収納すると同時にその時得られたZデータはデータメモ
リ10へ収納していく。こうした処理を全画素分実施す
ることにより、合成画像7には全画素焦点の合った2次
元濃淡画像が出来ると共にデータメモリ10には、全画
素分のZデータが収納される。一部のZデータのみ必要
な場合、全画素処理してからデータメモリを読みに行く
のでは効率が悪くなることから、必要な座標指定により
Zデータを拾得する方法を採るようにすればよい。
部9により画素単位でZ方向に画像メモリ6を検索し、
濃淡画像データのピーク又はボトム値と変化量により焦
点の合った時の濃淡画素データは図1中の合成画像7へ
収納すると同時にその時得られたZデータはデータメモ
リ10へ収納していく。こうした処理を全画素分実施す
ることにより、合成画像7には全画素焦点の合った2次
元濃淡画像が出来ると共にデータメモリ10には、全画
素分のZデータが収納される。一部のZデータのみ必要
な場合、全画素処理してからデータメモリを読みに行く
のでは効率が悪くなることから、必要な座標指定により
Zデータを拾得する方法を採るようにすればよい。
【0015】図4は、濃淡画像データより焦点の合った
位置を検出する場合の検出精度について表した図であ
る。一般的な各画面単位で焦点の合った位置を検出して
いく場合には、検出点が点線15のように画像を取り込
んだ位置単位となる。本発明に係る3次元認識方法で
は、濃淡レベルの推移を分析することにより、実線16
のような画像取り込み位置以外での最適焦点位置を得る
ことが出来る。
位置を検出する場合の検出精度について表した図であ
る。一般的な各画面単位で焦点の合った位置を検出して
いく場合には、検出点が点線15のように画像を取り込
んだ位置単位となる。本発明に係る3次元認識方法で
は、濃淡レベルの推移を分析することにより、実線16
のような画像取り込み位置以外での最適焦点位置を得る
ことが出来る。
【0016】例えば、図5に示すように濃淡レベルがピ
ーク方向へ変化した場合、従来の方法ではA〜Dの間で
最大となるA点が濃淡レベルのピークとして決定される
ことになる。しかし、本発明方法ではA〜Dレベルを分
析することにより、A’点即ち3’点が最適なZデータ
として取得できることになる。つまり、取り込みポイン
ト2と4のレベルが点線のようにCレベルでほぼ同じな
らば、取り込みポイント3としてもよいが、本例のよう
に取り込みポイント4の濃淡レベルがBである場合に
は、3’点を最適ポイントとして分析演算して導き出す
ことにより、焦点位置精度を向上させることができる。
ーク方向へ変化した場合、従来の方法ではA〜Dの間で
最大となるA点が濃淡レベルのピークとして決定される
ことになる。しかし、本発明方法ではA〜Dレベルを分
析することにより、A’点即ち3’点が最適なZデータ
として取得できることになる。つまり、取り込みポイン
ト2と4のレベルが点線のようにCレベルでほぼ同じな
らば、取り込みポイント3としてもよいが、本例のよう
に取り込みポイント4の濃淡レベルがBである場合に
は、3’点を最適ポイントとして分析演算して導き出す
ことにより、焦点位置精度を向上させることができる。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る3次元認識
装置及びその方法により、画素レベルの様な細かい凹凸
で変化する物体でも、一般的で簡単な2次元視覚装置を
使用して高精度な3次元形状を認識することが可能とな
る。
装置及びその方法により、画素レベルの様な細かい凹凸
で変化する物体でも、一般的で簡単な2次元視覚装置を
使用して高精度な3次元形状を認識することが可能とな
る。
【図1】本発明に係る3次元認識装置の実施の形態の一
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
【図2】(a)は従来の一般的なレンズを使用した場合
の結像状態を示す模式図、(b)はテレセントリックレ
ンズを使用したときの結像状態を示す模式図である。
の結像状態を示す模式図、(b)はテレセントリックレ
ンズを使用したときの結像状態を示す模式図である。
【図3】カメラで取り込んだ画像の形態を示す概略図で
ある。
ある。
【図4】濃淡レベルと画像取り込みポイントとの関係の
一例を示すグラフである。
一例を示すグラフである。
【図5】濃淡レベルと画像取り込みポイントとの関係の
他の例を示すグラフである。
他の例を示すグラフである。
C 3次元認識装置
1 台
2 被認識対象物
3 テレセントリックレンズ
4 カメラ
5 Z軸駆動装置
6 画像メモリ
7 合成画像
8 Z軸制御部
9 画像処理部
10 データメモリ
12 レンズ
13 レンズ
14 濃淡画像
15 点線
16 実線
フロントページの続き
Fターム(参考) 2F065 AA53 BB05 DD04 FF04 JJ03
JJ26 LL59 QQ03 QQ24 QQ25
QQ28
5B047 AA07 BC05 CA12 CB21
5B057 BA02 BA15 CA08 CA12 CA16
CB08 CB13 CB17 CC02 CD14
DA07 DA11 DA17 DB03 DB09
DC09 DC22 DC36
Claims (5)
- 【請求項1】 撮像機器と、該撮像機器の焦点移動手段
と、撮像された複数の画像を収納する画像メモリと、複
数の画像の画素単位で濃淡レベルを分析する画像処理部
とによって構成した3次元撮像装置において、該撮像機
器はテレセントリックレンズを備えると共に、該画像処
理部は各画像の撮像方向における各画素の濃淡レベル分
析機能、及び濃淡レベルの変化量の推移から画像取り込
みポイント間の焦点位置演算機能を備えたことを特徴と
する3次元認識装置。 - 【請求項2】 焦点の合った濃淡画素データを収納する
合成画像メモリを設けたものである請求項1記載の3次
元認識装置。 - 【請求項3】 焦点のあった濃淡画素データの位置デー
タを収納するデータメモリを設けたものである請求項1
及び2記載の3次元認識装置。 - 【請求項4】 撮像機器の焦点を移動して撮像した複数
の画像を画像メモリに収納し、これを画像処理部により
画素単位で濃淡レベルを分析して3次元形状を認識する
方法において、テレセントリックレンズを備えた撮像機
器で焦点を移動させながら撮像した複数の画像を順次画
像メモリに収納した後、画像処理部によって各画像の撮
像方向における各画素の濃淡レベル分析を分析し、濃淡
レベルの変化量の推移から画像取り込みポイント間の焦
点位置を演算することを特徴とする3次元認識方法。 - 【請求項5】 焦点の合った濃淡画素データを合成画像
メモリに収納すると共に、該濃淡画素データの位置デー
タをデータメモリに収納し、2次元濃淡画像を得るもの
である請求項4記載の3次元認識方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002003473A JP2003207320A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 3次元認識装置及びその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002003473A JP2003207320A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 3次元認識装置及びその方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003207320A true JP2003207320A (ja) | 2003-07-25 |
Family
ID=27643056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002003473A Pending JP2003207320A (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 3次元認識装置及びその方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003207320A (ja) |
Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-01-10 JP JP2002003473A patent/JP2003207320A/ja active Pending
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