JP3590104B2 - レーザ距離計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、配電作業ロボット等、人間が直接作業できなかったり危険な作業を自動化するに際し、対象物までの距離を測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば配電作業ロボットを例にとると、従来の配電作業ロボットによる配電作業は、作業者がバケットに乗り作業対象物を目で見てロボットを操作して行っていた。このような従来の配電作業ロボットはバケット搭乗形であるため、作業対象物までの距離は作業者の目によって確認をしていた。ところが、近年においては、高所での作業や感電事故から作業員を解放するため、バケットに作業者が乗る代わりにテレビカメラを移動架台に搭載し、オペレータは操縦席でモニターを見ながらロボットの操作を行う装置が開発されている。
例えば特開昭６１−４５９１０号公報においては、異なる位置に２台のテレビカメラを搭載する２つの２軸架台および画像追尾装置を設けた３次元位置計測装置が開示されている。具体的には、各テレビカメラが出力する、目標を含むビデオ信号を画像追尾装置に入力し、デジタル画像処理計測を行って、テレビカメラの映像の中心に目標が位置するようにテレビカメラの姿勢を自動制御し、誤差が収斂したところで、２台のテレビカメラの俯仰角，旋回角により移動物体の３次元的位置を計測するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この特開昭６１−４５９１０号公報に記載された方法は、テレビカメラの映像の中心に目標がくるようにテレビカメラの姿勢を自動制御するものであるため、制御回路が複雑化するとともに、テレビカメラの姿勢制御のための３次元駆動機構が２台分必要になるなど、コストアップの要因が大きいという問題があった。特に、対象物の距離を測定した後に、オペレータがロボットで作業を行う場合においては、対象物の距離の測定を完全自動化することにコストを多く費やすことは、バランス的に問題となる。
本発明が解決すべき課題は、ロボットの、対象物への自動アプローチ作業を向上するため、屋外での対象物の位置検出を可能とするレーザ距離計測装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明レーザ距離計測装置は、スリット状のレーザ光を発射するレーザ光源と、このレーザ光源のレーザ光軸と同軸上に視野を有する照準用の第１のカメラと、この第１のカメラと一体に支持され、光学フィルタを装着し、当該第１のカメラの視野を異なる位置から斜め方向に観察する第２のカメラとを備え、前記レーザ光源、第１及び第２のカメラを取り付ける架台の位置及び角度を操作する操作装置と、前記レーザ光源を照射したときと照射しないときの前記第２のカメラで撮像された画像の差信号に基づいて対象物と第１のカメラとの距離を演算する演算装置とを備えたものである。
【０００５】
【作用】
第１のカメラのモニタ画面を見ながら、レーザ光が当たっている対象物が画面の中央に来るように架台を操作する。画像処理により、レーザ照射時に第２のカメラで撮像した画像とレーザ照射を停止した時に第２のカメラで撮像した画像の差分をとり、レーザが当たっている部分の抽出を行う。この画面上の位置から、対象物までの距離を求める。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施例の概略図を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図中、１はレーザ投光器、２は第１のカメラ、３は第２のカメラ、４は架台、５は架台４の位置及び角度を操作するためのマニピュレータ（ロボット）、６は対象物である。
レーザ投光器１からはスリット光を発射する。測定距離を長くするには、減衰量の少ないスポット光が適するが、スポット光は点であるため対象を捉えることが困難である。またスポット光に比べ、スリット光を拡散させ、安全性を高めた。また、レーザの波長としては、赤外光等の不可視光が用いられることが多いが、可視レーザ光は照射部分が見えるため光軸合わせなどが容易にできる利点がある。
カメラのレンズとしては、レーザ光源〜カメラ間の距離を２５０ｍｍとしたとき、測定範囲（９２０−２４７０ｍｍ：図３参照）を測定可能なレンズを選定する。
レンズ中心付近に比べ、レンズの端になればなるほど歪が大きくなる。そのため画面の中央付近に測定点が撮像されることが望ましい。したがって図３のようにレーザとカメラの光軸が１３５０ｍｍの位置で交差するように配置した。
マニピュレータの動作範囲を測定範囲とするには、図３のようにカメラの焦点距離が３５ｍｍ以下でなければならない。しかし精度は焦点距離が大きくなるほど良くなるため、３５ｍｍのレンズを選択した。
精度の向上を考えると、ズームアップできるレンズが望ましい。しかし可変焦点レンズは、正確な焦点距離がわからない。ズームにより光軸がずれる。焦点距離が大きくなるとレンズの歪が顕著に出てくる。などの理由から、固定焦点レンズを選定した。
【０００７】
この実施例による計測手順を説明する。
１ 対象物をねらう
対象物が第１のカメラ２のモニタ画面のセンター（レーザスリット光が当たるところ）に来るようにジョイスティック等でカメラ架台４を動かす（図２（ａ））。
２ レーザを発射し、画像を取り込む。
（１）レーザスリット光を発射し、それを第２のカメラ３で画像１を取り込む（図２（ｂ））。
（２）レーザスリット光をオフし、それを第２のカメラ３で画像２を取り込む（図２（ｃ））。
（３）さらに（１），（２）を繰り返し、画像３，４を取り込む。
３ 計測対象を選ぶ。
（１）これらの画像に対し、下記の画像処理を行う。
処理画像←（‘画像１’−‘画像２’）ＡＮＤ（‘画像３’−‘画像４’）
（２）求められた差画像から計測対象を探す。
（３）ノイズ等の影響で候補が複数あるとき、人の判断により選択する。
（４）この計測対象の画像上の位置（横方向が距離（奥行）になっている）から距離を求める。
【０００８】
以下に、３次元距離検出の処理フローを示す。
▲１▼ センサ部のレーザ受光カメラによって受光された画像は画像処理装置に取り込まれる。
▲２▼ 後述するレーザ検出原理に基づきレーザ部分のみを検出する。
▲３▼ 画像処理（２値化、重心検出など）を行い、検出対象となる位置の画素を求める。
▲４▼ ３次元距離を求める。
図４に処理ブロック図を示す。
【０００９】
次に、レーザ検出原理について図５を参照しながら説明する。
屋内においてレーザを受光する場合、受光カメラにフィルタを装着し、絞りを適切に設定することによって、レーザが照射されている部分のみの画像を容易に得ることができる。しかし、屋外では照明条件の変化等の原因によって、レーザが照射されている部分のみの画像を得ることができない場合がある。
本実施例のレーザ距離センサでは、レーザオン画像とレーザオフ画像の画像を取り込み、これらの画像間の差分をとる処理を行っている。
このためレーザオン画像とレーザオフ画像の背景部分に変化がなければ、レーザが照射されている部分のみを検出することが可能となる。
本実施例のレーザ距離センサの精度試験の結果、センサから測定対象までの距離が２ｍのとき、約±４ｍｍの精度が得られ、当初の目標を達成することができた。また、屋外におけるレーザ照射部分の検出方法として、レーザオン・オフ画像の差分演算方法を用いた。
【００１０】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレーザ距離計測装置によれば下記の効果を奏する。
（１）レーザ光軸と同軸上に視野を設けた照準用カメラを設け、操作者がこのカメラモニタを見ながらジョイスティックを用いてカメラ架台を動かし、距離計測対象位置を決めることができる。
（２）ノイズ光を除去できない場合、複数の計測候補の中から人の判断により選択できる。
（３）１回の照準で計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】カメラで撮像した画面の例を示す。
【図３】第２のカメラによる測定範囲を示す説明図である。
【図４】本発明の３次元距離検出の処理ブロック図である。
【図５】レーザ検出原理の説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ投光器、２ 第１のカメラ、３ 第２のカメラ、４ 架台、５ マニピュレータ（ロボット）、６ 対象物
【産業上の利用分野】
本発明は、配電作業ロボット等、人間が直接作業できなかったり危険な作業を自動化するに際し、対象物までの距離を測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば配電作業ロボットを例にとると、従来の配電作業ロボットによる配電作業は、作業者がバケットに乗り作業対象物を目で見てロボットを操作して行っていた。このような従来の配電作業ロボットはバケット搭乗形であるため、作業対象物までの距離は作業者の目によって確認をしていた。ところが、近年においては、高所での作業や感電事故から作業員を解放するため、バケットに作業者が乗る代わりにテレビカメラを移動架台に搭載し、オペレータは操縦席でモニターを見ながらロボットの操作を行う装置が開発されている。
例えば特開昭６１−４５９１０号公報においては、異なる位置に２台のテレビカメラを搭載する２つの２軸架台および画像追尾装置を設けた３次元位置計測装置が開示されている。具体的には、各テレビカメラが出力する、目標を含むビデオ信号を画像追尾装置に入力し、デジタル画像処理計測を行って、テレビカメラの映像の中心に目標が位置するようにテレビカメラの姿勢を自動制御し、誤差が収斂したところで、２台のテレビカメラの俯仰角，旋回角により移動物体の３次元的位置を計測するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この特開昭６１−４５９１０号公報に記載された方法は、テレビカメラの映像の中心に目標がくるようにテレビカメラの姿勢を自動制御するものであるため、制御回路が複雑化するとともに、テレビカメラの姿勢制御のための３次元駆動機構が２台分必要になるなど、コストアップの要因が大きいという問題があった。特に、対象物の距離を測定した後に、オペレータがロボットで作業を行う場合においては、対象物の距離の測定を完全自動化することにコストを多く費やすことは、バランス的に問題となる。
本発明が解決すべき課題は、ロボットの、対象物への自動アプローチ作業を向上するため、屋外での対象物の位置検出を可能とするレーザ距離計測装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明レーザ距離計測装置は、スリット状のレーザ光を発射するレーザ光源と、このレーザ光源のレーザ光軸と同軸上に視野を有する照準用の第１のカメラと、この第１のカメラと一体に支持され、光学フィルタを装着し、当該第１のカメラの視野を異なる位置から斜め方向に観察する第２のカメラとを備え、前記レーザ光源、第１及び第２のカメラを取り付ける架台の位置及び角度を操作する操作装置と、前記レーザ光源を照射したときと照射しないときの前記第２のカメラで撮像された画像の差信号に基づいて対象物と第１のカメラとの距離を演算する演算装置とを備えたものである。
【０００５】
【作用】
第１のカメラのモニタ画面を見ながら、レーザ光が当たっている対象物が画面の中央に来るように架台を操作する。画像処理により、レーザ照射時に第２のカメラで撮像した画像とレーザ照射を停止した時に第２のカメラで撮像した画像の差分をとり、レーザが当たっている部分の抽出を行う。この画面上の位置から、対象物までの距離を求める。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施例の概略図を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図中、１はレーザ投光器、２は第１のカメラ、３は第２のカメラ、４は架台、５は架台４の位置及び角度を操作するためのマニピュレータ（ロボット）、６は対象物である。
レーザ投光器１からはスリット光を発射する。測定距離を長くするには、減衰量の少ないスポット光が適するが、スポット光は点であるため対象を捉えることが困難である。またスポット光に比べ、スリット光を拡散させ、安全性を高めた。また、レーザの波長としては、赤外光等の不可視光が用いられることが多いが、可視レーザ光は照射部分が見えるため光軸合わせなどが容易にできる利点がある。
カメラのレンズとしては、レーザ光源〜カメラ間の距離を２５０ｍｍとしたとき、測定範囲（９２０−２４７０ｍｍ：図３参照）を測定可能なレンズを選定する。
レンズ中心付近に比べ、レンズの端になればなるほど歪が大きくなる。そのため画面の中央付近に測定点が撮像されることが望ましい。したがって図３のようにレーザとカメラの光軸が１３５０ｍｍの位置で交差するように配置した。
マニピュレータの動作範囲を測定範囲とするには、図３のようにカメラの焦点距離が３５ｍｍ以下でなければならない。しかし精度は焦点距離が大きくなるほど良くなるため、３５ｍｍのレンズを選択した。
精度の向上を考えると、ズームアップできるレンズが望ましい。しかし可変焦点レンズは、正確な焦点距離がわからない。ズームにより光軸がずれる。焦点距離が大きくなるとレンズの歪が顕著に出てくる。などの理由から、固定焦点レンズを選定した。
【０００７】
この実施例による計測手順を説明する。
１ 対象物をねらう
対象物が第１のカメラ２のモニタ画面のセンター（レーザスリット光が当たるところ）に来るようにジョイスティック等でカメラ架台４を動かす（図２（ａ））。
２ レーザを発射し、画像を取り込む。
（１）レーザスリット光を発射し、それを第２のカメラ３で画像１を取り込む（図２（ｂ））。
（２）レーザスリット光をオフし、それを第２のカメラ３で画像２を取り込む（図２（ｃ））。
（３）さらに（１），（２）を繰り返し、画像３，４を取り込む。
３ 計測対象を選ぶ。
（１）これらの画像に対し、下記の画像処理を行う。
処理画像←（‘画像１’−‘画像２’）ＡＮＤ（‘画像３’−‘画像４’）
（２）求められた差画像から計測対象を探す。
（３）ノイズ等の影響で候補が複数あるとき、人の判断により選択する。
（４）この計測対象の画像上の位置（横方向が距離（奥行）になっている）から距離を求める。
【０００８】
以下に、３次元距離検出の処理フローを示す。
▲１▼ センサ部のレーザ受光カメラによって受光された画像は画像処理装置に取り込まれる。
▲２▼ 後述するレーザ検出原理に基づきレーザ部分のみを検出する。
▲３▼ 画像処理（２値化、重心検出など）を行い、検出対象となる位置の画素を求める。
▲４▼ ３次元距離を求める。
図４に処理ブロック図を示す。
【０００９】
次に、レーザ検出原理について図５を参照しながら説明する。
屋内においてレーザを受光する場合、受光カメラにフィルタを装着し、絞りを適切に設定することによって、レーザが照射されている部分のみの画像を容易に得ることができる。しかし、屋外では照明条件の変化等の原因によって、レーザが照射されている部分のみの画像を得ることができない場合がある。
本実施例のレーザ距離センサでは、レーザオン画像とレーザオフ画像の画像を取り込み、これらの画像間の差分をとる処理を行っている。
このためレーザオン画像とレーザオフ画像の背景部分に変化がなければ、レーザが照射されている部分のみを検出することが可能となる。
本実施例のレーザ距離センサの精度試験の結果、センサから測定対象までの距離が２ｍのとき、約±４ｍｍの精度が得られ、当初の目標を達成することができた。また、屋外におけるレーザ照射部分の検出方法として、レーザオン・オフ画像の差分演算方法を用いた。
【００１０】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレーザ距離計測装置によれば下記の効果を奏する。
（１）レーザ光軸と同軸上に視野を設けた照準用カメラを設け、操作者がこのカメラモニタを見ながらジョイスティックを用いてカメラ架台を動かし、距離計測対象位置を決めることができる。
（２）ノイズ光を除去できない場合、複数の計測候補の中から人の判断により選択できる。
（３）１回の照準で計測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】カメラで撮像した画面の例を示す。
【図３】第２のカメラによる測定範囲を示す説明図である。
【図４】本発明の３次元距離検出の処理ブロック図である。
【図５】レーザ検出原理の説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ投光器、２ 第１のカメラ、３ 第２のカメラ、４ 架台、５ マニピュレータ（ロボット）、６ 対象物
Claims (2)
- スリット状のレーザ光を発射するレーザ光源と、このレーザ光源のレーザ光軸と同軸上に視野を有する照準用の第１のカメラと、この第１のカメラと一体に支持され、光学フィルタを装着し、当該第１のカメラの視野を異なる位置から斜め方向に観察する第２のカメラとを備え、前記レーザ光源、第１及び第２のカメラを取り付ける架台の位置及び角度を操作する操作装置と、前記レーザ光源を照射したときと照射しないときの前記第２のカメラで撮像された画像の差信号に基づいて対象物と第１のカメラとの距離を演算する演算装置とを備えたことを特徴とするレーザ距離計測装置。
- レーザ光は可視光である請求項１記載のレーザ距離計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22852094A JP3590104B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | レーザ距離計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22852094A JP3590104B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | レーザ距離計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894324A JPH0894324A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3590104B2 true JP3590104B2 (ja) | 2004-11-17 |
Family
ID=16877714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22852094A Expired - Fee Related JP3590104B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | レーザ距離計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3590104B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107817473B (zh) * | 2017-10-25 | 2021-04-06 | 天津大学 | 一种提高可见光定位精度的方法 |
| CN111076701A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 河北汉光重工有限责任公司 | 一种调节可见光和激光统一观测目标的方法 |
-
1994
- 1994-09-22 JP JP22852094A patent/JP3590104B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0894324A (ja) | 1996-04-12 |
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