JPH0415883A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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微量の算出
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。

〈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
の特微量を算出している。この画像処理装置はロボ、ト
コントロ−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。

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。

〈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
適否をチエツ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。ところがデータ人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。

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
適否をチエツ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。

く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。

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。

〈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、その演算値を真価
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、データ人力や画
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
めの処置が迅速に行える。

〈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。

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。

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が位置決めしである
。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７８〜７ｄ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。

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の画像信号を人力して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７８〜７ｄ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。

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
りメラ座標系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。

いまカメラ座標系８における点Ｐの位置を（ｘｃ、ｙｉ
とし、実座標系９における点Ｑの位置を（ｘｙ、ｙ、）
とすると、Ｘｒ＋Ｖｒは座標変換マトリクスＴを用いて
つぎの０式で与えられる。

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Ｔ、、ＴＩ□、　　ＴＩａ、　　Ｔｚｏ、　　Ｔｚ□
。

Ｔ２３を用いてつぎの０式で表される。

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Ｔ、ｌ、Ｔ
、□＋Ｔｌ：Ｊ＋Ｔｚ＋、Ｔｚ□、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エツクを行うもので、
その動作手順の一例が第３図に具体的に示しである。

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ｒｓＴＩ
Ｊ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。

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よりキー人力され
ると、画像処理装置ｌはこのキー人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。

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。

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（Ｘｒ％　
、）’ｒ；’　）（ただしｉ・Ｌ２．、。

・・、４）、キー人力された真値を（ｘｒ＝、　　ｙｒ
；）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。

ＲＸ＝（Σ　（ｘ、、’　　−χ）２ なお上式中、ｘ、Ｙは次式で与えられる。

この重相関係数Ｒｘ、Ｒ−の値が「１」に近ければ前記
演算値（Ｘｒｉ’　＋　　Ｖｒ；’　）と真値（ｘｒ；
、　　ｙｒ；）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Ｔ　１＋、　　Ｔ　Ｉ□、
　　Ｔｌｆｆ、　　Ｔｚ５．　　Ｔｚ□、Ｔ２゜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人力ミスの他に、画像処理時に２
値化レヘ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人力を行い、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。

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Ｒ，，ＲＶを用いたが、これに限らず、次
式で与えられる前記演算値（Ｘｒ％　、）’ｒ；’　）
と真価（Ｘア８．　　ｙｒ＝）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。

十（ｙｒ＝’　　Ｙｒ＝）２１　””・・・・■第４図
は、重相関係数Ｒ，，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（ただしＣＵＥ、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、　　Ｒｖ　＞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
人力ミスによることをモニタテレビ４に警告表示しくス
テップ６）、またもしＲｘ　＞Ｅ、　Ｒｙ　＞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。

〈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。

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。

【図面の簡単な説明】

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
の外観を示す斜面図、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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   備えて成る画像処理装置。
2. （２）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する請求項１に記載された画像処理
   装置。