JP2530605B2 - 被写体形状認識装置 - Google Patents
被写体形状認識装置Info
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- JP2530605B2 JP2530605B2 JP60285724A JP28572485A JP2530605B2 JP 2530605 B2 JP2530605 B2 JP 2530605B2 JP 60285724 A JP60285724 A JP 60285724A JP 28572485 A JP28572485 A JP 28572485A JP 2530605 B2 JP2530605 B2 JP 2530605B2
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- JP
- Japan
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- light source
- television camera
- distance
- measured
- camera
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被写体形状認識装置に関し、詳しくはTV
（テレビ）カメラにより球状物体の形状および大きさを
非接触の状態で認識することのできる産業上においても
製品管理や分類、選別などに好適な被写体形状認識装置
に関する。
（テレビ）カメラにより球状物体の形状および大きさを
非接触の状態で認識することのできる産業上においても
製品管理や分類、選別などに好適な被写体形状認識装置
に関する。
従来からの、TVカメラを使用して物体の形状を認識す
る手法として知られているものに、エッジ検出法やモア
レトポグラフィー法などがある。
る手法として知られているものに、エッジ検出法やモア
レトポグラフィー法などがある。
エッジ検出法は、被測定物体を色または濃度の異なる
背景の上に置いて撮像し、その画像から輪郭を抽出し、
物体の形状、大きさを測定するものである。
背景の上に置いて撮像し、その画像から輪郭を抽出し、
物体の形状、大きさを測定するものである。
また、モアレトポグラフィー法は、被測定物体の前面
に等間隔の格子を置き、これを遠方の点光源で照明して
その影を被測定物体の上につくり、次に、この格子の影
を同じ格子を通して遠方の一点に置かれたTVカメラで観
測すると、格子の影とこの格子とにより等高モアレじま
が観測される。かくしてこのしま模様の形から三次元物
体の形状と大きさを推測するものである。
に等間隔の格子を置き、これを遠方の点光源で照明して
その影を被測定物体の上につくり、次に、この格子の影
を同じ格子を通して遠方の一点に置かれたTVカメラで観
測すると、格子の影とこの格子とにより等高モアレじま
が観測される。かくしてこのしま模様の形から三次元物
体の形状と大きさを推測するものである。
しかしながら、エッジ検出法の場合は、被測定物体を
分離独立させて配置しなければならず、物体が重なり合
ったり、ひと固まりとなった状態では個々の大きさを測
定することができない。
分離独立させて配置しなければならず、物体が重なり合
ったり、ひと固まりとなった状態では個々の大きさを測
定することができない。
また、モアレトポグラフィー法の場合、複雑な形状を
した物体についても形状を認識することが可能である
が、物体の大きさ、特に球状物体における半径の測定精
度がよくない。
した物体についても形状を認識することが可能である
が、物体の大きさ、特に球状物体における半径の測定精
度がよくない。
本発明の目的は、測定の対象となる被写体（以下で被
測定物体という）が重なり合った状態に配置され、それ
を撮像した画像において、物体と背景との判別ができな
いような場合にあっても、TVカメラによりその物体の形
状を高精度に推測することが可能な被写体形状認識装置
を提供することにある。
測定物体という）が重なり合った状態に配置され、それ
を撮像した画像において、物体と背景との判別ができな
いような場合にあっても、TVカメラによりその物体の形
状を高精度に推測することが可能な被写体形状認識装置
を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明は、テレビカメ
ラと、球状をなす少なくとも１つ以上の被写体の個々に
ついて測定基準となる撮像中心位置を検出するために前
記テレビカメラに近接して配置された１つの第１光源
と、前記テレビカメラの撮像方向に直交する該テレビカ
メラと同一平面内に当該テレビカメラからそれぞれ任意
の距離を保って配設され、前記少なくとも１つ以上の被
写体の個々に向けて投光可能な少なくとも１つの第２光
源と、前記テレビカメラにより撮像された前記少なくと
も１つ以上の被写体の個々の表面上の前記第１光源およ
び前記少なくとも１つの第２光源による反射点の撮像に
基づいて前記第１光源の反射点から前記少なくとも１つ
の第２光源の反射点までの撮像距離を個々の前記被写体
について求め、該撮像距離と前記テレビカメラから前記
被写体の個々の球面までおよび前記少なくとも１つの第
２光源までの距離とにより前記少なくとも１つ以上の被
写体の個々について曲率半径を演算する演算手段とを具
備し、当該被写体の形状を認識可能としたことを特徴と
するものである。
ラと、球状をなす少なくとも１つ以上の被写体の個々に
ついて測定基準となる撮像中心位置を検出するために前
記テレビカメラに近接して配置された１つの第１光源
と、前記テレビカメラの撮像方向に直交する該テレビカ
メラと同一平面内に当該テレビカメラからそれぞれ任意
の距離を保って配設され、前記少なくとも１つ以上の被
写体の個々に向けて投光可能な少なくとも１つの第２光
源と、前記テレビカメラにより撮像された前記少なくと
も１つ以上の被写体の個々の表面上の前記第１光源およ
び前記少なくとも１つの第２光源による反射点の撮像に
基づいて前記第１光源の反射点から前記少なくとも１つ
の第２光源の反射点までの撮像距離を個々の前記被写体
について求め、該撮像距離と前記テレビカメラから前記
被写体の個々の球面までおよび前記少なくとも１つの第
２光源までの距離とにより前記少なくとも１つ以上の被
写体の個々について曲率半径を演算する演算手段とを具
備し、当該被写体の形状を認識可能としたことを特徴と
するものである。
本発明によれば、テレビカメラに近接して配置された
１つの第１光源から球状をなす少なくとも１つ以上の被
写体の個々に投光して得られた反射点をそれぞれの測定
基準とし、これを撮像中心としてその周囲に少なくとも
１つ以上の第２光源からの投光により得られた反射点ま
での距離をテレビカメラの撮像上から読み取って演算す
ることにより、あとはテレビカメラ被写体の個々の球面
までおよび第２光源までの距離と上記演算結果とに基づ
いて被写体の撮像部の曲率半径の計算を可能とするもの
で、これによって被写体の大きさを被接触状態のままで
求めることができる。
１つの第１光源から球状をなす少なくとも１つ以上の被
写体の個々に投光して得られた反射点をそれぞれの測定
基準とし、これを撮像中心としてその周囲に少なくとも
１つ以上の第２光源からの投光により得られた反射点ま
での距離をテレビカメラの撮像上から読み取って演算す
ることにより、あとはテレビカメラ被写体の個々の球面
までおよび第２光源までの距離と上記演算結果とに基づ
いて被写体の撮像部の曲率半径の計算を可能とするもの
で、これによって被写体の大きさを被接触状態のままで
求めることができる。
以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。
体的に説明する。
本発明による装置の一例を第１図に示す。１はTVカメ
ラであり、２はTVカメラ１の撮像位置でこれと直交する
同一平面内に配置された照明用の点光源である。３は他
の光源２と区別できるように光源色を異にしたレファレ
ンス照明光源であり、他の光源２のほぼ中心位置に、TV
カメラ１と近接させて配置される。
ラであり、２はTVカメラ１の撮像位置でこれと直交する
同一平面内に配置された照明用の点光源である。３は他
の光源２と区別できるように光源色を異にしたレファレ
ンス照明光源であり、他の光源２のほぼ中心位置に、TV
カメラ１と近接させて配置される。
かくして照明光源２とレファレンス照明光源３とから
の光を被測定物体４に鏡面反射させてTVカメラ１に受光
させ、カメラ１で撮像した映像信号をA/D変換器５でデ
ィジタルテーダに変換して、フレームメモリ６に記憶さ
せ、この記憶された画像データをコンピュータ７で解析
して、被測定物体４の曲率半径を求めることができる。
なお、光源２および３と被測定物体４との相対位置を分
り易くするために、これを更に第２図、第３図によって
示す。
の光を被測定物体４に鏡面反射させてTVカメラ１に受光
させ、カメラ１で撮像した映像信号をA/D変換器５でデ
ィジタルテーダに変換して、フレームメモリ６に記憶さ
せ、この記憶された画像データをコンピュータ７で解析
して、被測定物体４の曲率半径を求めることができる。
なお、光源２および３と被測定物体４との相対位置を分
り易くするために、これを更に第２図、第３図によって
示す。
次に本発明に適用した形状認識の原理について説明す
る。いま、第１図のような配置となした場合、TVカメラ
１で得られる画像では第４図のように、鏡面反射により
光源２および３からの光の当った部分が光り、高輝度に
なる。すなわち、本図の場合は、４つの光源２と１つの
レファレンス光源３による反射光が観測される。
る。いま、第１図のような配置となした場合、TVカメラ
１で得られる画像では第４図のように、鏡面反射により
光源２および３からの光の当った部分が光り、高輝度に
なる。すなわち、本図の場合は、４つの光源２と１つの
レファレンス光源３による反射光が観測される。
そこでまず、レファレンス光源３による反射光3Aの中
心点（以下で反射点という）を求め、次に他の光源２に
よる反射光2Aの反射点までの距離Xi（ｉ＝１〜４）を測
定することにより、その方向における球状物体の曲率半
径を算出することができる。すなわち、各光源２の光源
３との反射点間の距離Xiを求めるには、まず、長さが既
知であるようなスケール体を被測定物体４の位置に置い
て撮像し、その１画素当りの実寸法を求めておく。次に
被測定物体４をその位置に置き、反射点の間にある画素
数を数え、これに上記寸法を乗じて距離を求める。なお
このとき、被測定物体４の輪郭4Aは不必要であり、従っ
て、物体４の前後に例えば他の物体が重っている場合で
もレファレンス光源３反射点を含む２つ以上の反射点が
あれば上記の距離を求めて、その曲率半径を算出するこ
とができる。
心点（以下で反射点という）を求め、次に他の光源２に
よる反射光2Aの反射点までの距離Xi（ｉ＝１〜４）を測
定することにより、その方向における球状物体の曲率半
径を算出することができる。すなわち、各光源２の光源
３との反射点間の距離Xiを求めるには、まず、長さが既
知であるようなスケール体を被測定物体４の位置に置い
て撮像し、その１画素当りの実寸法を求めておく。次に
被測定物体４をその位置に置き、反射点の間にある画素
数を数え、これに上記寸法を乗じて距離を求める。なお
このとき、被測定物体４の輪郭4Aは不必要であり、従っ
て、物体４の前後に例えば他の物体が重っている場合で
もレファレンス光源３反射点を含む２つ以上の反射点が
あれば上記の距離を求めて、その曲率半径を算出するこ
とができる。
光源２の個数は１つ以上であればいくつでもよく、そ
の配置例を第５図および第６図によって示した。更にま
た、これらの光源２の代りに第７図のような連続したリ
ング状の光源12を無数の点光源を連続させたものとして
使用することもでき、この場合、その環状光源12の中心
にカメラ１を配置すれば、レファレンス光源３を省略す
ることもできる。
の配置例を第５図および第６図によって示した。更にま
た、これらの光源２の代りに第７図のような連続したリ
ング状の光源12を無数の点光源を連続させたものとして
使用することもでき、この場合、その環状光源12の中心
にカメラ１を配置すれば、レファレンス光源３を省略す
ることもできる。
次に、光源２と３との間の反射点の距離の測定によ
り、球状の被測定物体４の曲率半径を求める算法につい
て説明する。第８図において、ＣはTVカメラ１の焦点、
Ｌは光源２、Ｏは被測定物体４の中心位置をそれぞれ示
す。いま、光源２からの光が被測定物体４の表面4A上の
点Ｒで鏡面反射するとして、球状体の曲率半径をｒ、点
ｒの線OCとなす中心角をθ、入射角および反射角をφ、
カメラ１から被測定物体４までの距離をｍ、カメラ１と
照明２との距離をｌ、カメラ１から見た反射点Ｒの測距
角をψ、被測定物体４におけるカメラの方向OCと光源２
からの入射方向LRとのなす角度α、レファレンス光源の
反射点と光源２の反射点との距離をｘとすると、 ψ＋α＝２φ （１） ψ＋θ＝φ （２） 式（１）および（２）から また、ｘ＝r sinθ （４） であるから式（４）に式（３）を代入して、 一方、 であるから、 式（７）および（８）が得られ、 また であるから、式（７）（８）（９）を式（５）に代入し
て、 よって式（10）から、 すなわち、ｘの値を求めておけば式（11）から半径ｒを
算出することができる。
り、球状の被測定物体４の曲率半径を求める算法につい
て説明する。第８図において、ＣはTVカメラ１の焦点、
Ｌは光源２、Ｏは被測定物体４の中心位置をそれぞれ示
す。いま、光源２からの光が被測定物体４の表面4A上の
点Ｒで鏡面反射するとして、球状体の曲率半径をｒ、点
ｒの線OCとなす中心角をθ、入射角および反射角をφ、
カメラ１から被測定物体４までの距離をｍ、カメラ１と
照明２との距離をｌ、カメラ１から見た反射点Ｒの測距
角をψ、被測定物体４におけるカメラの方向OCと光源２
からの入射方向LRとのなす角度α、レファレンス光源の
反射点と光源２の反射点との距離をｘとすると、 ψ＋α＝２φ （１） ψ＋θ＝φ （２） 式（１）および（２）から また、ｘ＝r sinθ （４） であるから式（４）に式（３）を代入して、 一方、 であるから、 式（７）および（８）が得られ、 また であるから、式（７）（８）（９）を式（５）に代入し
て、 よって式（10）から、 すなわち、ｘの値を求めておけば式（11）から半径ｒを
算出することができる。
なおここでｍ≫ｘとすると、 であるから、（11）の簡略型として次式を用いることが
できる。
できる。
更にまた、α＝60゜となるようにあらかじめ光源２の
位置を設定しておけば、 であるから式（12）より、 ｒ2x （13） となり、計算が簡単になる。
位置を設定しておけば、 であるから式（12）より、 ｒ2x （13） となり、計算が簡単になる。
続いて、第9A図および第9B図により本方式による形状
認識のための準備段階および測定段階における手順につ
いて説明する。第9A図はその準備のための手順を示す。
まず、ステップS1で被測定物体４の位置にスケール体と
して例えば方眼紙をセットし、ステップS2において、こ
の方眼紙を撮像してフレームメモリ６に記憶させる。つ
いで、ステップS3で方眼紙の画成線により１画素当りの
距離を計算する。
認識のための準備段階および測定段階における手順につ
いて説明する。第9A図はその準備のための手順を示す。
まず、ステップS1で被測定物体４の位置にスケール体と
して例えば方眼紙をセットし、ステップS2において、こ
の方眼紙を撮像してフレームメモリ６に記憶させる。つ
いで、ステップS3で方眼紙の画成線により１画素当りの
距離を計算する。
かくして、準備が完了したならば、第9B図の手順に従
って測定する。すなわち、ステップS11で被測定物体４
をTVカメラ１で撮像し、ステップS12で光源画像をA/D変
換器５によってA/D変換の上、メモリ６に記憶させる。
って測定する。すなわち、ステップS11で被測定物体４
をTVカメラ１で撮像し、ステップS12で光源画像をA/D変
換器５によってA/D変換の上、メモリ６に記憶させる。
次にステップS13でメモリ６に記憶させた変換画像か
らレファレンス光源３の反射点を見出し、ステップS14
に進んでこのレファレンス光源３の周りに投光された照
明光源２からの反射点を見出し、ステップS15でこれら
の反射点の中心となる画素を見出す。
らレファレンス光源３の反射点を見出し、ステップS14
に進んでこのレファレンス光源３の周りに投光された照
明光源２からの反射点を見出し、ステップS15でこれら
の反射点の中心となる画素を見出す。
かくして、ステップS16で中心の画素間の距離を先の
準備手順で求めた１画素当りの距離を基にして計算し、
これにより先に述べた反射点間の距離ｘが得られる。よ
って、ステップS17に進んで、ここでそのｘの値から被
測定物体４の曲率半径ｒを演算することができる。
準備手順で求めた１画素当りの距離を基にして計算し、
これにより先に述べた反射点間の距離ｘが得られる。よ
って、ステップS17に進んで、ここでそのｘの値から被
測定物体４の曲率半径ｒを演算することができる。
従って、例えば複数の被測定物体（被写体）が撮像方
向の任意の位置にあるような場合、テレビカメラにより
撮像された画像上では、各被写体において、第１光源お
よび第２光源の反射点が平面上にそれぞれ分布された形
で存在する。そので、個々の被写体について上述した手
順に従い演算を行うことで複数の被写体に対し、その曲
率半径を演算して形状を認識することができる。
向の任意の位置にあるような場合、テレビカメラにより
撮像された画像上では、各被写体において、第１光源お
よび第２光源の反射点が平面上にそれぞれ分布された形
で存在する。そので、個々の被写体について上述した手
順に従い演算を行うことで複数の被写体に対し、その曲
率半径を演算して形状を認識することができる。
以上説明してきたように、従来の技術であるエッジ検
出法の場合は、球状被測定物体を個々に独立させて測定
しなければならなかったのが、本発明では被測定物体が
他と重なった状態でも曲率半径を求めることが可能とな
り、また、モアレトポグラフィー法の場合は、任意形態
の物体を定性的に認識することは可能であったが、球体
の曲率半径など定量的な測定ができなかったのに対して
本発明では、それらの欠点を解決し被測定物体を特別に
分離するなどの測定時における前処理が不要となり、更
にまた、重なった状態が定常姿勢であるような被測定物
体までも測定を可能とし、広い利用分野に適用すること
ができる。
出法の場合は、球状被測定物体を個々に独立させて測定
しなければならなかったのが、本発明では被測定物体が
他と重なった状態でも曲率半径を求めることが可能とな
り、また、モアレトポグラフィー法の場合は、任意形態
の物体を定性的に認識することは可能であったが、球体
の曲率半径など定量的な測定ができなかったのに対して
本発明では、それらの欠点を解決し被測定物体を特別に
分離するなどの測定時における前処理が不要となり、更
にまた、重なった状態が定常姿勢であるような被測定物
体までも測定を可能とし、広い利用分野に適用すること
ができる。
第１図は、本発明を実施するための基本的な構成の一例
を示す模式図、 第２図は、その照明光源およびレファレンス光源とTVカ
メラとの相対位置を第１図の場合の被測定物体側から見
て示す平面図、 第３図は第２図の側面図、 第４図は、他の実施例で、照明の個数が２個の場合の例
で、第４図は、第１図の構成で被測定物体をTVカメラで
撮像したときに得られる光源画像についての説明図、 第５図、第６図および第７図は本発明実施のための他の
光源配置例をそれぞれ示す平面図、 第８図は、第４図のように得られた画像の反射点の間隔
から、球形物体の半径が求められることを説明するため
の幾何図、 第9A図および第9B図は本発明によって形状認識を得る手
順を示す流れ図である。 １……TVカメラ、 ２……照明光源、 ３……レファレンス光源、 2A,3A……反射光、 ４……被測定物体、 4A……物体輪郭、 ５……A/D変換器、 ６……フレームメモリ、 ７……コンピュータ。
を示す模式図、 第２図は、その照明光源およびレファレンス光源とTVカ
メラとの相対位置を第１図の場合の被測定物体側から見
て示す平面図、 第３図は第２図の側面図、 第４図は、他の実施例で、照明の個数が２個の場合の例
で、第４図は、第１図の構成で被測定物体をTVカメラで
撮像したときに得られる光源画像についての説明図、 第５図、第６図および第７図は本発明実施のための他の
光源配置例をそれぞれ示す平面図、 第８図は、第４図のように得られた画像の反射点の間隔
から、球形物体の半径が求められることを説明するため
の幾何図、 第9A図および第9B図は本発明によって形状認識を得る手
順を示す流れ図である。 １……TVカメラ、 ２……照明光源、 ３……レファレンス光源、 2A,3A……反射光、 ４……被測定物体、 4A……物体輪郭、 ５……A/D変換器、 ６……フレームメモリ、 ７……コンピュータ。
フロントページの続き (72)発明者 小原 正晴 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 金次 保明 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (72)発明者 永山 克 東京都世田谷区砧６−20―８ 財団法人 エヌエイチケイエンジニアリングサービ ス内 (56)参考文献 特公 昭36−8795（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (2)
- 【請求項１】テレビカメラと、 球状をなす少なくとも１つ以上の被写体の個々について
測定基準となる撮像中心位置を検出するために前記テレ
ビカメラに近接して配置された１つの第１光源と、 前記テレビカメラの撮像方向に直交する該テレビカメラ
と同一平面内に当該テレビカメラからそれぞれ任意の距
離を保って配設され、前記少なくとも１つ以上の被写体
の個々に向けて投光可能な少なくとも１つの第２光源
と、 前記テレビカメラにより撮像された前記少なくとも１つ
以上の被写体の個々の表面上の前記第１光源および前記
少なくとも１つの第２光源による反射点の撮像に基づい
て前記第１光源の反射点から前記少なくとも１つの第２
光源の反射点までの撮像距離を個々の前記被写体につい
て求め、該撮像距離と前記テレビカメラから前記被写体
の個々の球面までおよび前記少なくとも１つの第２光源
までの距離とにより前記少なくとも１つ以上の被写体の
個々について曲率半径を演算する演算手段と を具備し、当該被写体の形状を認識可能としたことを特
徴とする被写体形状認識装置。 - 【請求項２】前記少なくとも１つ以上の第２光源はその
光源色が前記１つの第１光源と異なることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の被写体形状認識装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285724A JP2530605B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 被写体形状認識装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285724A JP2530605B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 被写体形状認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62145106A JPS62145106A (ja) | 1987-06-29 |
| JP2530605B2 true JP2530605B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=17695209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60285724A Expired - Lifetime JP2530605B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 被写体形状認識装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2530605B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010134709A2 (ko) * | 2009-05-21 | 2010-11-25 | 삼성중공업 주식회사 | 평판 스캔 모듈, 평판 스캔 시스템, 평판 스캔 모듈의 정렬 오차 측정용 지그 및 이를 이용한 평판 스캔 모듈의 정렬 오차 측정 방법 |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP60285724A patent/JP2530605B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62145106A (ja) | 1987-06-29 |
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