JP4352142B2 - 相対距離計測方法及びその装置 - Google Patents
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Description
該ロボット視覚センサーによれば、ロボットの手先に付けたスリット光投光系と1台のカメラによって、電子部品などの三次元位置を計測し、組み立て作業を実施している。
精密工学会誌52巻6号pp.1014−1018(1986)掲載論文「立体形状の高速認識方式」 井口、佐藤著「三次元画像計測」[昭晃堂、1990年、pp.14−16
1)計測に必要なカメラパラメータが出来るだけ少なく、簡便に得られること。
2)カメラパラメータが多少変動しても、計測精度に大きな影響を与えないこと。
3)対象物の全体の3次元位置情報が計測できること。
(数1) h=Hd/(W+d)
(数2)h=Hd/(W+d)
すなわち、本発明の目的である以下の1)ないし3)の特徴を有する相対距離計測方法及びその装置を提供することが可能となる。
1)計測に必要なカメラパラメータが出来るだけ少なく、簡便に得られること。
2)カメラパラメータが多少変動しても、計測精度に大きな影響を与えないこと。
1)対象物の全体の3次元位置情報が計測できること。
(数3) h/(H−h)=d/W
この式3を変形すると、以下の式4が得られる。
(数4) h=Hd/(W+d)
ここで、Wがたとえ振動などで多少変動したとしても、取り付け間隔に較べてその変動量は非常に小さい。また、視差dは、画像中で底面2上にあるパターンを重ね合わせたあとでの相対的な位置ずれ量に画素あたりのサイズを掛けたものであるから、例えカメラの取り付け角度等が変動したとしても、それに伴う画像の全体的な撮像位置の変化は、最終的に基準点を実際のパターンとして重ね合わせてしまうことによって変動分が除去されており、パラメータ変動や振動の影響の入る余地が少ない。
また、基本的にはステレオ視であるから、画面内に見える特徴点全ての高さを求めることができる。
月着陸船は、例えば幅4m程度、高さ3m程度の大きさであるが、本装置はその下部に取り付けられる複数台のTVカメラ、および電波高度計からなる。この装置は、月着陸船が降下中に、高度100m程度の位置で月面上を撮像し、高さ50cm以上の障害物を検出して、それを避けるように着陸位置を決定するために、物体の高さ計測を行おうとするものである。従って、計測に要求される精度は±数cm程度と、撮像高度100mと比して非常に高いものがある。
この方法として、電波高度計によって得られた撮像高度データをもとに、第2図に示した相対ステレオ法を組み合わせて高さ検出を行う。
左右の画像を重ね合わせた様子を第4図(c)に示す。本実施例においては、このずれから、上述の原理により高さを決定することができる。
本実施例に係る装置は、バイオ苗の幼芽40を保持する把持チャック32と、幼芽の形状と保持位置を決定するスリット光投光器31およびステレオ視のための2台のカメラ1aおよび1bからなる。ここで、スリット光投光器31と1台のカメラを用いた光切断法による距離計測によって、カメラパラメータが厳密に決定され、光の当たった位置の3次元座標を高い精度で決定できる。そして、その位置を基準に、第2図において述べた相対ステレオ法を適用して、高い精度で位置決めおよび形状計測を行うことができる。
ここでは、左右のカメラ1aおよび1bのどちらか一方で、光切断法により、スリット光が当たった位置の幼芽の茎の空間位置を決定する。ここで、左右のカメラ画像でスリット光が当たった位置が一致するように、左右2枚の画像を重ね合わせる。すると、カメラからの距離が等しい茎の上の各点では画像のずれは発生しないが、茎が前後に曲がっていると、重ね合わせの結果、第7図下段のように画像のずれが生じる。ここでは、画像のずれ量を視差dとして、これをもとに幼芽の形状や空間位置を決定する。
ここで、ずれ量(視差)d、カメラの間隔W、カメラからスリット光の当たった位置までを光切断法で測ったときの距離H、求める相対距離をxとすると、以下の式5であらわされる関係が導ける。
(数5) W/(H+x)=d/x
ここで、W,Hはあらかじめ決まっている値である。幼芽上のスリット光の位置を重ね合わせることにより、画像上の各点の三次元位置を、画像のずれ量dを元に計算できる。
また、上記のようにしてxが求まっていれば、カメラからの距離は(H+x)で求められるので、カメラの各画素が見ている位置が、空間中でどの点を通るかをキャリブレーションであらかじめ求めておけば、3次元位置を求めることも可能である。
また、距離が求まれば、第9図から空間座標を求めることも可能である。
本実施例の構成を持つ相対距離計測装置は、第11図に示すようなガラス容器80内のバイオ苗などのハンドリングにも用いることが出来る。すなわち、本計測が、光の当たった点からの相対計測であるため、例え容器の中やガラスなどの透明な媒介物を通した計測であっても、ロボットハンドと操作対象物の両方とも媒介物を通してみるのであれば、計測誤差は大きくない。したがって、ロボットハンドが、現在位置を基準に相対的に操作されれば、透明な容器内の操作対象を把持する、などの動作が可能である。この様に、計測が相対的であることのメリットは大きい。
2 底面
10 月着陸船
11 電波高度計
12 脚
20 凸物体(石、突起)
21 影
30 苗株形状計測装置
31 スリット光投光器
32 把持チャック
40 幼芽
41 苗箱
50 スリット光照射部
60 校正パターン
61 底板
70 レンズ
71 CCD撮像素子
80 ガラス容器
81 ロボットハンド
Claims (3)
- 2台の撮像手段から計測対象の画像を取得する第1のステップと、
該撮像手段から計測対象上の基準点までの距離をスリット光またはスポット光による投光装置と2台の撮像手段のいずれかを組み合わせて、光の当った点までの距離を三角測量法を用いて計測する第2のステップと、
前記第1のステップで取得した撮像手段から得られた2つの画像を重ね合わせ、撮像された各画像を重ね合わせた際の計測対象の各像のずれ量を計測対象上の基準点を含む水平面上での長さに変換した量を算出する第3のステップと、
前記第2のステップで計測した撮像手段から計測対象上の基準点までの距離と前記第3のステップで算出した前記量から、前記基準点から計測対象までの距離を算出する第4のステップと、
を有する前記基準点から計測対象までの距離計測方法であって、
前記第4のステップが、計測対象上の基準点から計測対象までの距離をx、撮像手段から計測対象上の基準点までの距離をH、撮像された各画像を重ね合わせた際の計測対象の各像のずれ量を計測対象上の基準点を含む水平面上での長さに変換した量をd、撮像手段間の距離をWとし、下記(1)または(2)の関係式で前記基準点から計測対象までの距離を算出することを特徴とする計測対象上の基準点から計測対象までの距離計測方法。
(1)撮像手段、計測対象、基準点の順に位置する場合:
W/(H−x)=d/x
(2)撮像手段、基準点、計測対象の順に位置する場合:
W/(H+x)=d/x - 2台の撮像手段と、
該撮像手段から計測対象上の基準点までの距離をスリット光またはスポット光による投光装置と2台の撮像手段のいずれかを組み合わせて、光の当った点までの距離を三角測量法を用い計測する手段と、
前記撮像手段が撮像した画像と、
前記撮像手段から得られた各画像を重ね合わせた際の計測対象の各像のずれ量を計測対象上の基準点を含む水平面上での長さに変換した量を算出し、前記計測した撮像手段から計測対象上の基準点までの距離と前記算出した前記量から、前記基準点から計測対象までの距離を算出する演算手段と、
を有する計測対象上の基準点から計測対象までの距離計測装置であって、
前記演算手段が、計測対象上の基準点から計測対象までの距離をx、撮像手段から計測対象上の基準点までの距離をH、撮像された各画像を重ね合わせた際の計測対象の各像のずれ量を計測対象上の基準点を含む水平面上での長さに変換した量をd、撮像手段間の距離をWとし、下記(1)または(2)の関係式で前記基準点から計測対象までの距離を算出することを特徴とする計測対象上の基準点から計測対象までの距離計測装置。
(1)撮像手段、計測対象、基準点の順に位置する場合:
W/(H−x)=d/x
(2)撮像手段、基準点、計測対象の順に位置する場合:
W/(H+x)=d/x - 前記撮像手段の受光素子とレンズがずれて配置されていることを特徴とする請求項2に記載の計測対象上の基準点から計測対象までの距離計測装置。
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