JP2959043B2 - Image processing device - Google Patents
Image processing deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、カメラで得た画像を処理して特徴量の算
出などを実行するための画像処理装置に関連し、殊にこ
の発明は、カメラ座標系を実座標系に変換する操作（以
下、これを「キャリブレーション」という）の適否を判
別する機能を備えた画像処理装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image processing apparatus for processing an image obtained by a camera and calculating a feature amount, and the like. The present invention relates to an image processing apparatus having a function of determining whether or not an operation of converting a camera coordinate system into a real coordinate system (hereinafter, referred to as “calibration”) is appropriate.
＜従来の技術＞ 例えばロボットアームに視覚としてのカメラが一体に
設けられた視覚ロボットでは、カメラで得た画像を画像
処理装置で処理して、対象物の画像の面積や周囲長さな
どの特徴量を算出している。この画像処理装置はロボッ
トコントローラに接続され、ロボットコントローラは画
像処理装置からの情報に基づきロボットアームの動作を
制御して所定の仕事を実行させる。<Conventional technology> For example, in a visual robot in which a visual camera is provided integrally with a robot arm, an image obtained by the camera is processed by an image processing device, and features such as an area of an image of a target object and a peripheral length. The amount has been calculated. The image processing device is connected to a robot controller, and the robot controller controls the operation of the robot arm based on information from the image processing device to execute a predetermined task.
このようにしてロボットの動作を制御するには、動作
の開始に先立ち、キャリブレーションを実施して、カメ
ラの画像上の位置を表すカメラ座標系をロボットの空間
位置を表す実座標系に変換するための座標変換パラメー
タを生成する必要がある。In order to control the operation of the robot in this way, prior to the start of the operation, calibration is performed to convert a camera coordinate system representing a position on the image of the camera into a real coordinate system representing a spatial position of the robot. It is necessary to generate coordinate conversion parameters for the operation.
＜発明が解決しようとする問題点＞ 従来、この種キャリブレーションを実行して座標変換
パラメータを生成した後は、その座標変換パラメータの
適否をチェックすることなく直ちにロボットの動作を開
始させている。ところがデータ入力や画像処理にミスが
介在して不適正な座標変換パラメータが生成されること
があり、かかる場合には特徴量の算出値に大きな誤差が
生じ、ロボットなどの動作を適正に制御できなくなる。<Problems to be Solved by the Invention> Conventionally, after performing this kind of calibration and generating coordinate conversion parameters, the operation of the robot is immediately started without checking whether the coordinate conversion parameters are appropriate. However, incorrect coordinate conversion parameters may be generated due to errors in data input and image processing, and in such a case, a large error occurs in the calculated value of the feature amount, and the operation of the robot or the like can be properly controlled. Disappears.
この発明は、上記問題に着目してなされたもので、キ
ャリブレーションにより生成された座標変換パラメータ
の適否をチェックすることを可能とした画像処理装置を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problem, and has as its object to provide an image processing apparatus capable of checking whether or not a coordinate conversion parameter generated by calibration is appropriate.
＜問題点を解決するための手段＞ この発明は、複数の基準マークをカメラで撮像して得
た画像からカメラ座標系における各基準マークの位置を
算出した後、その算出データと実座標系における各基準
マークの位置データとから座標変換パラメータを算出す
る機能を有する画像処理装置において、前記座標変換パ
ラメータを用いて各基準マークのカメラ座標系における
位置データを実座標系における位置データに変換するた
めの演算を実行する演算手段と、各基準マークの実座標
系における位置につき前記演算手段による演算値を真値
と比較して前記座標変換パラメータの評価値を算出する
評価値算出手段と、前記評価値を所定の判定基準値と比
較して前記座標変換パラメータの適否を判別する判別手
段とを具備させたものである。<Means for Solving the Problems> The present invention calculates the position of each fiducial mark in a camera coordinate system from an image obtained by imaging a plurality of fiducial marks with a camera, and then calculates the calculated data and the position in a real coordinate system. In an image processing apparatus having a function of calculating coordinate conversion parameters from position data of each reference mark, in order to convert position data of each reference mark in a camera coordinate system into position data in a real coordinate system using the coordinate conversion parameters. Calculating means for executing the calculation of the reference mark; evaluating value calculating means for calculating the evaluation value of the coordinate conversion parameter by comparing the calculated value of the calculating means with the true value for the position of each reference mark in the real coordinate system; Determining means for comparing the value with a predetermined determination reference value to determine whether the coordinate conversion parameter is appropriate.
また請求項２に記載された発明では、前記判別手段
は、複数の判定基準値が設定され、座標変換パラメータ
の評価値を各判定基準値と比較することにより、座標変
換パラメータの適否と不適正であることの要因とを判別
している。In the invention described in claim 2, the determination unit sets a plurality of determination reference values, and compares the evaluation value of the coordinate conversion parameter with each determination reference value, thereby determining whether the coordinate conversion parameter is appropriate or not. Is determined.
＜作用＞ キャリブレーションで生成した座標変換パラメータ用
いて各基準マークのカメラ座標系における位置データを
実座標系における位置データに変換し、その演算値を真
値と比較して前記座標変換パラメータの評価値を算出し
た後、この評価値を所定の判定基準値と比較して前記座
標変換パラメータの適否を判別するので、データ入力や
画像処理にミスが介在して不適正な座標変換パラメータ
が生成されても、かかるミスを容易に発見して是正でき
る。また判定基準値を複数設けて、座標変換パラメータ
が不適正であることの要因を判定しているので、是正の
ための処理が迅速に行える。<Operation> The position data in the camera coordinate system of each reference mark is converted into position data in the real coordinate system using the coordinate conversion parameters generated by the calibration, and the calculated value is compared with the true value to evaluate the coordinate conversion parameters. After calculating the value, the evaluation value is compared with a predetermined determination reference value to determine whether the coordinate conversion parameter is appropriate, so that an incorrect coordinate conversion parameter is generated due to an error in data input or image processing. However, such mistakes can be easily found and corrected. Further, since a plurality of determination reference values are provided to determine the cause of the inappropriate coordinate conversion parameter, the processing for correction can be performed quickly.
＜実施例＞ 第１図は、この発明にかかる画像処理装置１が用いら
れた視覚装置２の構成と、この視覚装置２によるキャリ
ブレーションの実施状況を示したものである。<Embodiment> FIG. 1 shows the configuration of a visual device 2 using an image processing device 1 according to the present invention, and the state of execution of calibration by the visual device 2.
この視覚装置２は、カメラ３に画像処理装置１が接続
され、画像処理装置１にキーボード４やモニタテレビ５
などの入出力手段が接続されている。The visual device 2 includes an image processing device 1 connected to a camera 3, a keyboard 4 and a monitor television 5 connected to the image processing device 1.
And other input / output means are connected.
カメラ３は真下に向けて固定され、このカメラ３の視
野内にキャリブレーション用の治具６が位置決めしてあ
る。この治具６は水平な表面に円形状をなす複数の基準
マーク7a〜7dを所定位置に付したものであり、カメラ３
はこれら基準マーク7a〜7dを含む視野で撮像動作を行っ
てその画像信号を画像処理装置１へ送出する。The camera 3 is fixed directly downward, and a calibration jig 6 is positioned in the field of view of the camera 3. This jig 6 is provided with a plurality of circular reference marks 7a to 7d at predetermined positions on a horizontal surface.
Performs an imaging operation in the field of view including these reference marks 7a to 7d, and sends the image signal to the image processing apparatus 1.
画像処理装置１は、キャリブレーションに際して、前
記基準マーク7a〜7dの画像信号を入力して２値化処理
し、その２値画像よりカメラ座標系における各基準マー
ク7a〜7dの位置を算出した後、その算出データと実座標
系における各基準マーク7a〜7dの位置データとから座標
変換パラメータを算出する。At the time of calibration, the image processing apparatus 1 receives the image signals of the reference marks 7a to 7d, performs binarization processing, and calculates the positions of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system from the binary image. The coordinate conversion parameter is calculated from the calculated data and the position data of each of the reference marks 7a to 7d in the real coordinate system.
第２図は、XcYcの直交座標平面で構成されるカメラ座
標系８と、XrYrの直交座標平面で構成される実座標系９
との関係を示しており、カメラ座標系８における点Ｐが
実座標系９における点Ｑに写像されている。なおカメラ
座標系８の各座標軸の単位は画素であり、実座標系９の
各座標軸の単位は例えばcmである。Figure 2 includes a camera coordinate system 8 composed of an orthogonal coordinate plane X c Y c, the real coordinate system composed of an orthogonal coordinate plane X r Y r 9
The point P in the camera coordinate system 8 is mapped to the point Q in the real coordinate system 9. The unit of each coordinate axis of the camera coordinate system 8 is a pixel, and the unit of each coordinate axis of the real coordinate system 9 is, for example, cm.
いまカメラ座標系８における点Ｐの位置を（xc,yc）
とし、実座標系９における点Ｑの位置を（xr,yr）とす
ると、xr,yrは座標変換マトリクスＴを用いてつぎの
式で与えられる。Now, let the position of the point P in the camera coordinate system 8 be (x c , y c )
And then, the position of the point Q in the real coordinate system 9 (x r, y r) When, x r, y r is given by the following expression using the coordinate transformation matrix T.
ただし座標変換マトリクスＴは６個の座標変換パラメ
ータT11,T12,T13,T21,T22,T23を用いてつぎの式で表
される。 However, the coordinate transformation matrix T is represented by the following equation using six coordinate transformation parameters T 11 , T 12 , T 13 , T 21 , T 22 , and T 23 .
前記画像処理装置１は、キャリブレーションを実施し
て、カメラ座標系８における各基準マーク7a〜7dの位置
算出データと実座標系９における各基準マーク7a〜7dの
位置データとから座標変換パラメータT11,T12,T13,T21,
T22,T23を算出すると共に、キャリブレーションの実施
後にその座標変換パラメータの算出値が適正か否かのチ
ェックを行うもので、その動作手順の一例が第３図に具
体的に示してある。 The image processing apparatus 1 performs calibration, and calculates a coordinate conversion parameter T based on position calculation data of each of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system 8 and position data of each of the reference marks 7a to 7d in the real coordinate system 9. 11 , T 12 , T 13 , T 21 ,
Calculates the T 22, T 23, in which the calculated value of the coordinate transformation parameters after performing the calibration properly performed whether the check is an example of the operation procedure is specifically shown in FIG. 3 .
第３図のスタート時点では、カメラ３の視野内に治具
６を位置させて、４個の基準マーク7a〜7dの撮像を行
い、各基準マーク7a〜7dの画像を画像処理装置１に取り
込んで２値化する。まずステップ１（図中「ST1」で示
す）で画像処理装置１は各基準マーク7a〜7dの画像の重
心位置を算出し、その算出値をカメラ座標系８における
各基準マーク7a〜7dの位置データとして所定のメモリ領
域に保持する。At the start of FIG. 3, the jig 6 is positioned within the field of view of the camera 3 to image the four reference marks 7a to 7d, and the images of the respective reference marks 7a to 7d are taken into the image processing apparatus 1. To binarize. First, in step 1 (indicated by “ST1” in the drawing), the image processing apparatus 1 calculates the position of the center of gravity of the image of each of the reference marks 7a to 7d, and uses the calculated value as the position of each of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system 8. The data is held in a predetermined memory area.
つぎのステップ２で各基準マーク7a〜7dの実座標系９
における位置データがキーボード５よりキー入力される
と、画像処理装置１はこのキー入力データとステップ１
で算出したカメラ座標系８における各基準マーク7a〜7d
の位置データとを用いてキャリブレーションを実施し、
前記の座標変換マトリクスＴを算出する。In the next step 2, the actual coordinate system 9 of each of the reference marks 7a to 7d
Is input from the keyboard 5, the image processing apparatus 1
Reference marks 7a to 7d in camera coordinate system 8 calculated in
Perform calibration using the position data of
The coordinate transformation matrix T is calculated.
キャリブレーションが完了すると、つぎのステップ３
で画像処理装置１は、座標変換マトリクスＴを用いて各
基準マーク7a〜7dのカメラ座標系８における位置データ
を実座標系９における位置データに変換する演算を実行
する。When the calibration is completed, the next step 3
Then, the image processing apparatus 1 executes an operation of converting the position data of the reference marks 7a to 7d in the camera coordinate system 8 into the position data in the real coordinate system 9 using the coordinate conversion matrix T.
いま各基準マーク7a〜7dの実座標系９における位置に
つきステップ３の演算で得られた演算値を（xri′,
yri′）（ただしｉ＝1,2,‥‥,4）、キー入力された真
値を（xri,yri）とするとき、つぎのステップ４ではこ
れらの値を次式に代入することにより、座標変換パラメ
ータの評価値としての重相関係数Rx,RYを求める。Now, for the positions of the reference marks 7a to 7d in the real coordinate system 9, the operation values obtained in the operation of step 3 are represented by (x ri ',
y ri ′) (where i = 1, 2, ‥‥, 4), and when the true value input by the key is (x ri , y ri ), in step 4 these values are substituted into the following equation. Thus, the multiple correlation coefficients R x and R Y as the evaluation values of the coordinate conversion parameters are obtained.
なお上式中、，は次式で与えられる。 In the above equation, is given by the following equation.
この重相関係数Rx,RYの値が「１」に近ければ前記演
算値（xri′,yri′）と真値（xri,yri）との間の相関が
高いことを意味しており、つぎのステップ5,6で各重相
関係数Rx,RYが所定の判定基準値A,Bより大きいか否かに
より座標変換マトリクスＴの各パラメータT11,T12,T13,
T21,T22,T23が適正か否かを判別する。この実施例の場
合、前記判定基準値A,BをＡ＝Ｂ＝0.9に設定しており、
もしステップ5,6のいずれかが“NO"であれば、ステップ
７でモニタテレビ４へ各座標変換パラメータが不適正で
ある旨の警告文字を表示する。通常、これらが不適正と
なる要因としてキー入力ミスの他に、画像処理時に２値
化レベルが適切でない場合、カメラ３の姿勢が垂直とな
っていない場合、照明が適正でない場合などが考えら
れ、この警告表示を見て再度正しいキー入力を行い、或
いは計測条件を整えて再度重心計測を行って、同様の手
順でキャリブレーションを実施し、またその適否を判別
することになる。 If the values of the multiple correlation coefficients R x and R Y are close to “1”, it is determined that the correlation between the calculated value (x ri ′, y ri ′) and the true value (x ri , y ri ) is high. In the following Steps 5 and 6, each of the parameters T 11 , T 12 , and T 12 of the coordinate transformation matrix T is determined based on whether each of the multiple correlation coefficients R x and R Y is larger than predetermined determination reference values A and B. T 13 ,
It is determined whether T 21 , T 22 , and T 23 are appropriate. In the case of this embodiment, the determination reference values A and B are set to A = B = 0.9,
If any one of steps 5 and 6 is “NO”, a warning character indicating that each coordinate conversion parameter is inappropriate is displayed on the monitor TV 4 in step 7. Usually, in addition to key input mistakes, these factors are considered as inappropriate factors such as when the binarization level is not appropriate during image processing, when the posture of the camera 3 is not vertical, or when the illumination is not appropriate. Then, the correct key input is performed again after seeing the warning display, or the center of gravity is measured again after adjusting the measurement conditions, and the calibration is performed in the same procedure, and the appropriateness is determined.
なおこの実施例では、座標変換パラメータの評価値と
して重相関係数Rx,RYを用いたが、これに限らず、次式
で与えられる前記演算値（xri′,yri′）と真値（xri,y
ri）とずれ量の平均値Ｓを座標変換パラメータの評価値
として用いることもできる。In this embodiment, the multiple correlation coefficients R x and R Y are used as the evaluation values of the coordinate conversion parameters. However, the present invention is not limited to this, and the calculated values (x ri ′, y ri ′) given by the following equations are used. True value (x ri , y
ri ) and the average value S of the shift amounts can be used as the evaluation value of the coordinate conversion parameter.
第４図は、重相関係数Rx,RYを第１の判定基準値C,Dお
よび第２の判定基準値E,F（だたしＣ＜E,D＜Ｆ）とステ
ップ5,7にて段階的に比較して座標変換パラメータの適
否判断を行っている。この実施例では、第１の判定基準
値C,DをＣ＝Ｄ＝0.8〜0.85（例えば0.8）、第２の判定
基準値E,FをＥ＝Ｆ＝0.9〜0.95（例えば0.9）に設定し
ており、もしRx＞C,RY＞Ｄを満たさなければ座標変換パ
ラメータが不適正であってその要因がキー入力ミスによ
ることをモニタテレビ４に警告表示し（ステップ６）、
またもしRx＞E,Rx＞Ｆを満たさなければ座標変換パラメ
ータが不適正であってその要因が計測不安定によること
をモニタテレビ４に警告表示する（ステップ８）。この
実施例によれば、座標変換パラメータが不適正であるこ
との要因も併せて教唆するから、是正のための処置が迅
速に行える。 FIG. 4 shows that the multiple correlation coefficients R x , R Y and the first criterion values C, D and the second criterion values E, F (C <E, D <F) and Step 5, In step 7, the propriety of the coordinate conversion parameters is determined by comparing them step by step. In this embodiment, the first determination reference values C and D are set to C = D = 0.8 to 0.85 (for example, 0.8), and the second determination reference values E and F are set to E = F = 0.9 to 0.95 (for example, 0.9). If R x > C, R Y > D is not satisfied, a warning is displayed on the monitor TV 4 indicating that the coordinate conversion parameter is incorrect and the cause is a key input error (step 6).
If R x > E and R x > F are not satisfied, a warning is displayed on the monitor TV 4 that the coordinate conversion parameters are inappropriate and the cause is measurement instability (step 8). According to this embodiment, the cause of the improper coordinate conversion parameter is also taught, so that a corrective action can be performed quickly.
＜発明の効果＞ この発明は上記の如く、キャリブレーションで生成し
た座標変換パラメータを用いて各基準マークのカメラ座
標系における位置データを実座標系における位置データ
に変換し、その演算値を真値と比較して前記座標変換パ
ラメータの評価値を算出した後、この評価値を所定の判
定基準値と比較して前記座標変換パラメータの適否を判
別するようにしたから、データ入力や画像処理にミスが
介在して不適正な座標変換パラメータが生成されても、
かかるミスを容易に発見して是正できる。<Effect of the Invention> As described above, the present invention converts the position data of each fiducial mark in the camera coordinate system into the position data in the real coordinate system using the coordinate conversion parameters generated by calibration, and converts the calculated value to a true value. After calculating the evaluation value of the coordinate conversion parameter by comparing with the predetermined value, the evaluation value is compared with a predetermined reference value to determine whether the coordinate conversion parameter is appropriate. Even if incorrect coordinate conversion parameters are generated due to
Such mistakes can be easily found and corrected.
また判定基準値を複数設けて、座標変換パラメータが
不適正であることの要因を判定するようにしたから、是
正のための処置が迅速に行えるなど、発明目的を達成し
た顕著な効果を奏する。In addition, since a plurality of determination reference values are provided to determine the cause of the inappropriate coordinate conversion parameter, a remarkable effect of attaining the object of the invention, such as performing a corrective action quickly, is achieved.
第１図はこの発明にかかる画像処理装置を含む視覚装置
の外観を示す斜視図、第２図はカメラ座標系と実座標系
との関係を示す説明図、第３図はこの発明の一実施例に
かかる画像処理装置の動作手順を示すフローチャート、
第４図はこの発明の他の実施例の動作手順を示すフロー
チャートである。 １……画像処理措置、３……カメラ ４……モニタテレビ、５……キーボード ８……カメラ座標系、９……実座標系FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a visual device including an image processing device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between a camera coordinate system and a real coordinate system, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. Flow chart showing an operation procedure of the image processing apparatus according to the example,
FIG. 4 is a flowchart showing the operation procedure of another embodiment of the present invention. 1 ... image processing measures, 3 ... camera 4 ... monitor TV, 5 ... keyboard 8 ... camera coordinate system, 9 ... real coordinate system
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06T 7/00 G01B 11/00 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G06T 7/00 G01B 11/00
Claims (2)
画像からカメラ座標系における各基準マークの位置を算
出した後、その算出データと実座標系における各基準マ
ークの位置データとから座標変換パラメータを算出する
機能を有する画像処理装置において、 前記座標変換パラメータを用いて各基準マークのカメラ
座標系における位置データを実座標系における位置デー
タに変換するための演算を実行する演算手段と、 各基準マークの実座標系における位置につき前記演算手
段による演算値を真値と比較して前記座標変換パラメー
タの評価値を算出する評価値算出手段と、 前記評価値を所定の判定基準値と比較して前記座標変換
パラメータの適否を判別する判別手段とを備えて成る画
像処理装置。1. A method of calculating a position of each reference mark in a camera coordinate system from an image obtained by imaging a plurality of reference marks with a camera, and then calculating coordinates based on the calculated data and position data of each reference mark in a real coordinate system. In an image processing apparatus having a function of calculating a conversion parameter, calculating means for performing an operation for converting position data in a camera coordinate system of each reference mark into position data in a real coordinate system using the coordinate conversion parameter, Evaluation value calculation means for calculating an evaluation value of the coordinate conversion parameter by comparing a calculation value of the calculation means with a true value for a position of each reference mark in a real coordinate system; and comparing the evaluation value with a predetermined judgment reference value. A determination unit for determining whether the coordinate conversion parameter is appropriate.
され、座標変換パラメータの評価値を各判定基準値と比
較することにより、座標変換パラメータの適否と不適正
であることの要因とを判別する請求項１に記載された画
像処理装置。2. The method according to claim 1, wherein a plurality of determination reference values are set, and the evaluation value of the coordinate conversion parameter is compared with each of the determination reference values to determine whether or not the coordinate conversion parameter is appropriate or not. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the determination is made.
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