JP6493787B2 - 撮像装置、撮像方法及び撮像動作制御プログラム - Google Patents
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Description
本実施形態におけるロボットピッキングシステムは、例えば、多数のワーク(対象物)がバラ積みされている箱から1つのワーク(例えばT型パイプ)をロボットアームにより取り出して、当該ワークを後段の処理装置へ受け渡すものである。このシステムでは、箱内を上方から撮像し、その撮像画像に基づいて箱内における個々のワークを区別して認識する。そして、その認識結果に基づいて、ロボットアームのハンド部で1つのワークを上方からピッキングして箱から取り出すように、ロボットアームの動作を制御する。
なお、本発明に係る撮像装置は、ロボットピッキングシステムに限らず、例えば、撮像画像に基づいて撮像領域内に存在する対象物の認識処理を行う画像解析装置を搭載したその他のシステムにも適用できる。
本実施形態の撮像装置は、主に、カメラ部100と画像処理部200とから構成される。カメラ部100は、2つの撮像部であるカメラ101A,101Bを備えたステレオカメラで構成されている。2つのカメラ101A,101Bの構成は同一のものである。カメラ101A,101Bは、主に、撮像レンズ等の光学系と、受光素子が2次元配置された画素アレイで構成された画像センサと、画像センサから出力されるアナログ電気信号(画像センサ上の各受光素子が受光した受光量)をデジタル電気信号に変換した撮像画像データを生成して出力する信号処理部とから構成されている。
露光時間制御部204は、カメラ部100における各カメラ101A,101Bの撮像動作時の露光時間を最適な露光時間に調整する露光量制御を実行する。
露光時間制御部204は、所定の制御実行タイミングが到来したとき、まず、有効視差値の数をカウントする指定画像部分を設定し(S1)、その設定情報を視差点数算出部203に受け渡す。この指定画像部分は、図3中符号Aの枠で示すように、対象物であるワークを収容する箱500の内縁に沿うように設定された矩形状の画像部分である。有効視差値の数をカウントする指定画像部分は、対象物が映し出される画像部分を含むように設定され、対象物が映し出されていない画像部分をできるだけ排除したものであるのが好ましい。これは、認識処理部300によって認識する対象物(ワーク)以外の画像部分が含まれていると、本来必要としない視差値の数がカウントされてしまい、露光時間の最適化の妨げになるからである。なお、この指定画像部分の形状は、矩形に限らず、円形などの他の形状であってもよい。
このグラフの縦軸は、指定画像部分内の総画素数(視差値の最大数)に対して取得できた有効視差値の数の比率(パーセント)を視差点数としている。また、このグラフの横軸は、露光時間の対数値(Log2)をとっている。
次に、上述した実施形態におけるロボットピッキングシステムの一変形例について説明する。
本変形例は、白い床の上に1つだけ置かれたワーク(T型パイプ)をロボットアームのハンド部でピッキングするように、ロボットアームの動作を制御するものである。
本変形例において、上述した実施形態と同様、図5中符号Bの枠で示すように、対象物であるワークが含まれるように矩形状の画像部分を指定画像部分として設定したとする。このように指定画像部分を設定すると、図5に示すように、指定画像部分の内部において、ワークを映し出す画像部分に対するそれ以外の画像部分の比率が高いものとなる。この場合、有効視差値としてカウントされる数の中にそれ以外の画像部分についての有効視差値が占める割合が高まる。その結果、当該指定画像部分の有効視差値の数が最大となる露光時間と、ワークそれ自体を映し出す画像部分の有効視差値の数が最大となる露光時間との関連性が低くなる。よって、当該指定画像部分の有効視差値の数が最大となる露光時間に設定しても、ワークの認識処理を高められる最適な露光時間とすることができないおそれがある。
本変形例における露光量調整制御の基本的な流れは、上述した実施形態と同様であるが、図5中符号Bの枠で示す矩形状の指定画像部分を設定して視差情報を算出した後(S4)、その視差情報から、予め決められた指定視差値範囲内に属する視差値だけを抽出する(S11)。この指定視差値範囲は、床の上に置かれたワークまでの距離に対応する視差値を含み、当該ワークが置かれた床までの距離に対応する視差値を除外する範囲に設定される。具体的には、床面までの距離が1m、ワークの高さが25mmである場合、指定視差値範囲を、950〜995mmの距離に対応する視差値範囲に設定する。
(態様A)
撮像領域を撮像するカメラ101A,101B等の複数の撮像部と、前記複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報算出部202等の視差情報生成手段と、前記撮像領域内のワーク等の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる視差値の数(視差点数)が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光時間等の露光量を決定する視差点数算出部203及び露光時間制御部204等の露光量制御手段とを有する撮像装置において、前記露光量制御手段は、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量に基づいて後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定することを特徴とする。
本態様では、露光量を決定するにあたって、まず、視差情報取得制御を実行して複数の露光量に対応する視差情報を取得し、その後、露光量特定制御により視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する。そして、このようにして特定された露光量に基づいて後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する。これによれば、視差情報取得制御に用いる複数の露光量を適切に設定することで、対象物の画像部分についての有効な視差値の数が最大となる最適な露光量がそれまで設定されていた露光量から大きく離れたものとなる場合でも、1回の露光量制御で、最適な露光量を決定することができる。
ただし、本態様では、1回の露光量制御中に、複数の露光量に対応する視差情報を取得するために複数の撮像動作を行う必要がある。そのため、1回の露光量制御が完了するまでに要する時間は、1回の露光量制御中に1つの露光量に対応する視差情報しかを取得しない(すなわち撮像動作が1回だけである)特許文献1に記載された露光量制御よりも長くなる。しかしながら、本態様では、1回の露光量制御中に複数の露光量で撮像動作を連続して行うことが可能である。そのため、現在の露光量が最適な露光量から大きく離れるような事態が生じたとき、上述したように1回の露光量制御を完了するまでに3フレームが必要である特許文献1に記載された露光量制御を繰り返し行って最適な露光量を得る場合よりも、本態様の方が、最適な露光量が設定されるに要する時間の短縮化を実現できる。
なお、本態様の露光量制御は、上述したとおり、ロボットピッキングシステムに限らずに適用可能であり、例えば、特許文献1に記載された撮像装置が適用されている車載機器制御システムにも適用可能である。車載機器制御システムでは、連続した撮像動作により得られる各撮像画像から視差情報を連続的に生成して対象物の認識処理を実行する。本態様では、露光量制御を完了するまでに複数回の撮像動作が必要であり、その間の撮像動作で設定される露光量には不適切な露光量が含まれるところ、そのような不適切な露光量では適切な視差情報が得られない。この場合であっても、現在の露光量が最適な露光量から大きく離れるような事態が生じたときに、最適な露光量が設定されるまでに要する時間は、特許文献1に記載された露光量制御よりも短い。したがって、本態様によれば、特許文献1に記載された露光量制御よりも適切な視差情報が得られない期間が短くて済むので、連続した撮像動作により得られる各撮像画像から視差情報を連続的に生成して対象物の認識処理を実行する場合でも、特許文献1に記載された露光量制御よりも対象物の認識処理が改善される。
前記態様Aにおいて、前記露光量制御手段は、前記露光量特定制御により特定した露光量よりも高い露光量を、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量として決定することを特徴とする。
これによれば、視差値の数をカウントする画像部分内に比較的輝度が相対的に低い部分が存在していても、その部分にとって不適切な露光量が設定されるのを抑制することができる。
前記態様A又はBにおいて、前記露光量制御手段は、前記視差情報取得制御で用いる前記複数の露光量として、所定の露光時間範囲内で設定される等比数列からなる3つ以上の露光時間を用いることを特徴とする。
これによれば、露光量が比較的大きい(対象物の輝度が明るい)範囲よりも、露光量が比較的小さい(対象物の輝度が暗い)範囲の方が、より細かい露光量間隔で有効視差値の数を取得することができる。露光量が比較的大きい範囲では、撮像画像の画素値(輝度値)が飽和して有効画素値の数が少なくなる傾向にあり、露光量が比較的小さい範囲の方が、有効画素値の数が多い傾向がある。そのため、露光量が比較的小さい範囲に最適な露光量が存在することが多い。よって、露光量が比較的小さい範囲について、より細かい露光量間間隔で視差値の数を取得することにより、同じ数の露光量について視差値の数を取得する場合でも、より適切な露光量を決定しやすい。
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記露光量特定制御では、所定の画像部分指定条件により指定される画像部分(指定画像部分)についての視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定することを特徴とする。
これによれば、対象物が映し出される画像部分を含み、対象物が映し出されていない画像部分をできるだけ排除したものが指定画像部分となるように所定の画像部分指定条件を設定することで、対象物の識別に最適な露光量を設定しやすくなる。
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記露光量特定制御では、所定の視差値範囲指定条件により指定される視差値範囲(指定視差値範囲)内で視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定することを特徴とする。
これによれば、上述した変形例で説明したとおり、対象物が映し出される画像部分に絞り込んだ視差値の数を取得できるので、対象物の識別に最適な露光量を設定しやすくなる。
撮像領域を撮像する複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報生成工程と、前記撮像領域内の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる視差値の数が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する露光量制御を実行する露光量制御工程とを有する撮像方法において、前記露光量制御工程では、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量に基づいて後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定することを特徴とする。
これによれば、視差情報取得制御に用いる複数の露光量を適切に設定することで、対象物の画像部分についての有効な視差値の数が最大となる最適な露光量がそれまで設定されていた露光量から大きく離れたものとなる場合でも、1回の露光量制御で、最適な露光量を決定することができる。また、特許文献1に記載された露光量制御よりも、最適な露光量が設定されるに要する時間を短縮化できる。
撮像領域を撮像する複数の撮像部を備えた撮像装置のコンピュータを動作させる撮像動作制御プログラムにおいて、前記複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報生成手段、及び、前記撮像領域内の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる視差値の数が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する露光量制御を実行する露光量制御手段として、前記コンピュータを機能させるものであり、前記露光量制御手段は、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量に基づいて後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定することを特徴とする。
これによれば、視差情報取得制御に用いる複数の露光量を適切に設定することで、対象物の画像部分についての有効な視差値の数が最大となる最適な露光量がそれまで設定されていた露光量から大きく離れたものとなる場合でも、1回の露光量制御で、最適な露光量を決定することができる。また、特許文献1に記載された露光量制御よりも、最適な露光量が設定されるに要する時間を短縮化できる。
101A,101B カメラ
200 画像処理部
201A,201B 画像補正部
202 視差情報算出部
203 視差点数算出部
204 露光時間制御部
300 認識処理部
400 ロボットアーム制御部
500 箱
Claims (6)
- 撮像領域を撮像する複数の撮像部と、
前記複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報生成手段と、
前記撮像領域内の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる有効な視差値の数が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する露光量制御手段とを有する撮像装置において、
前記露光量制御手段は、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で有効な視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量よりも高い露光量を、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量として決定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記露光量制御手段は、前記視差情報取得制御で用いる前記複数の露光量として、所定の露光時間範囲内で設定される等比数列からなる3つ以上の露光時間を用いることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1又は2に記載の撮像装置において、
前記露光量特定制御では、所定の画像部分指定条件により指定される画像部分についての有効な視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記露光量特定制御では、所定の視差値範囲指定条件により指定される視差値範囲内で有効な視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定することを特徴とする撮像装置。 - 撮像領域を撮像する複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報生成工程と、
前記撮像領域内の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる有効な視差値の数が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する露光量制御を実行する露光量制御工程とを有する撮像方法において、
前記露光量制御工程では、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で有効な視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量よりも高い露光量を、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量として決定することを特徴とする撮像方法。 - 撮像領域を撮像する複数の撮像部を備えた撮像装置のコンピュータを動作させる撮像動作制御プログラムにおいて、
前記複数の撮像部によって撮像した複数の撮像画像に基づいて視差情報を生成する視差情報生成手段、及び、
前記撮像領域内の対象物を映し出す画像部分の視差値群に含まれる有効な視差値の数が増えるように、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量を決定する露光量制御を実行する露光量制御手段として、前記コンピュータを機能させるものであり、
前記露光量制御手段は、複数の露光量を用いて前記複数の撮像部がそれぞれ撮像した撮像画像から生成される各露光量に対応した視差情報を取得する視差情報取得制御を実行した後、取得した視差情報の中で有効な視差値の数が最も多い視差情報に対応する露光量を特定する露光量特定制御を実施し、特定した露光量よりも高い露光量を、後の撮像時に前記複数の撮像部が用いる露光量として決定することを特徴とする撮像動作制御プログラム。
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