JPH06137828A - 障害物位置検出方法 - Google Patents

障害物位置検出方法

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JPH06137828A
JPH06137828A JP4291150A JP29115092A JPH06137828A JP H06137828 A JPH06137828 A JP H06137828A JP 4291150 A JP4291150 A JP 4291150A JP 29115092 A JP29115092 A JP 29115092A JP H06137828 A JPH06137828 A JP H06137828A
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JP
Japan
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spot
camera
obstacle
measured
cameras
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JP4291150A
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English (en)
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Tatsuro Sato
竜郎 佐藤
Hitoshi Nakajima
仁志 中嶋
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Kajima Corp
Original Assignee
Kajima Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 障害物の反射率や表面形状等に依存すること
なく、周囲環境の変化から影響を受けないで安定した位
置検出を行う。 【構成】 第1、第2のカメラA、Bでレーザ光投射器
2の投射した被測体1のスポットを撮影し、そのスポッ
ト(測点P)の位置を求め、この処理を連続して行って
被測体1全体の位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、建設用ロボットに必須
である自律機能のうち、時間と共に変化するロボット周
囲の障害物の位置を非接触で検出する障害物位置検出方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の方法によれば、超音波や光波等を
障害物に投射し、その反射を検出するまでの時間によ
り、障害物までの距離を測定するようにしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法において
は、障害物の反射率や表面形状等により、測定値が安定
しない。また、工事現場においては、周囲環境が変化す
るため測定に際しての調整が非常に困難である。
【0004】本発明は、障害物の反射率や表面形状等に
依存することなく、周囲環境の変化から影響を受けない
で安定した障害物の位置検出が可能な障害物位置検出方
法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定の
離隔距離で配置した第1、第2のカメラにより障害物に
投射した充分に収束された光のスポットを撮影し、撮影
した画像を画像処理して前記スポットの位置である障害
物上の一点の位置を求め、この処理を連続して行うこと
により3次元空間における障害物全体の位置を求めるこ
とを特徴としている。
【0006】上記充分に収束された光には、レーザ光又
はペンライト光を用いるのが好ましい。
【0007】また、処理は、スポットの画像を2値化処
理して2次元座標を計測し、その2次元座標を連続処理
して3次元座標を算出するのが好ましい。
【0008】
【作用】本発明の方法によれば、投射した充分に収束し
た光のスポットを撮影し、画像処理して障害物上の測点
の位置を求めるので、安定した位置の検出が可能であ
る。
【0009】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0010】図1には、本発明を実施する装置が示され
ている。この装置は、障害物すなわち被測体1に充分に
収束された光であるレーザ光を投射してスキャニングす
るレーザ光投射器2と、CCDカメラで構成された第
1、第2カメラA、Bと、これら第1、第2カメラA、
Bに接続された画像処理装置3と、その画像処理装置3
に接続されたパーソナルコンピュータ4とから構成され
ている。
【0011】測定に際し、あらかじめ図2に示すよう
に、第1、第2カメラA、Bを所定の離隔間隔Wで配置
し、カメラ視軸a1、a2が基準距離L前方で交差する
ように配置する。このとき、カメラ支軸交差面(以下基
準面という)Sにおけるカメラ撮影範囲Hの巾を測定し
ておく。
【0012】図3において、レーザ投射器2で被測体1
にレーザ光を被測体1の上でスポット状に収束するよう
に投射する(ステップS1)。
【0013】そこで、カメラA、Bで被測体1の方向を
撮影する。この際、カメラA、Bには、レーザ光の波長
に合せた光学フィルタを装着しておく。そして、カメラ
A、Bでレーザスポットの発光を捕捉した場合を測定可
能とする。画像処理装置3は、カメラA、Bからの画像
を入力して(ステップS2a、S2b)、その画像を2
値化処理する(ステップS3a、S3b)。この際、カ
メラ視軸a1、a2と画面中心軸とを一致させておく。
次いで、2値化画像におけるレーザスポットの位置を測
定し、測定したレーザスポット画像の位置と、あらかじ
め設定しておいたカメラA、Bの配置との関係から被測
体1の上のレーザスポット発光位置の2次元座標を計測
する(ステップS4a、S4b)。この計測した2次元
座標に基づき、パーソナルコンピュータ4は、3次元座
標を計算する(ステップS5)。
【0014】以下、処理の態様を説明する。
【0015】図4において、レーザ光投射器2は、被測
体1に向け、第1、第2カメラA、Bの有効視野角ψ内
だけにレーザ光を投射する。
【0016】カメラA、Bは、レーザ光の当っている被
測体1の画像を入力する。カメラA、Bには、外乱光を
除去するため、レーザ光の波長に合せたフィルタが装着
されている。
【0017】画像処理装置3は、カメラA、Bからの画
像を、レーザ光の当っている部分だけを白、それ以外を
部分を黒に変換した2値化画像とする。そして、2値化
画像の白画素の図形(レーザ光投射面)の重心から、レ
ーザ光投射位置を求め、それを画素数単位の2次元座標
(X軸、Y軸)として外部出力する。
【0018】パーソナルコンピュータ4は、レーザ光投
射位置のそれぞれのカメラA、Bにおける2次元座標
と、カメラ離隔距離W、カメラ軸交差距離等のあらかじ
め設定しておいたカメラA、Bの位置の関係から、カメ
ラ位置を基準としたスポットの位置を実寸単位の3次元
座標として算出する。
【0019】その測定座標の演算態様は、先ず、図5に
おける水平方向角θ1、θ2を求める。
【0020】カメラAにおいて、カメラA(以下点Aと
もいう)から基準距離Lだけ前方の基準面S上で、画面
中心点Cから画面端ENDまでの画素数がNドットであ
った場合、中心点C〜画面端END間の実測距離がDで
あったとき、測点Pが直線A・P上にある場合は、画像
で得られる測点Pの位置は、点Aからの距離にかかわら
ず中心点CからK1ドットの位置である。
【0021】したがって、直線A・Cと直線A・Pのな
す角度θ1と、同様に、直線B・Cと直線B・Pのなす
角度θ2は、 で求められる。
【0022】次に、図6において、測点Pの位置座標P
(Xp、Yp)を求める。先ず、ベクトルABの単位ベ
クトルn1を、 から求める。
【0023】ベクトルAEは、単位ベクトルn1を角度
α+θ1だけ時計回りに回転させ、L倍したものであ
る。ベクトルAEの単位ベクトルをn2(X´、Y´)
とすると、 したがって、点Eの座標E(Xe、Ye)は、 したがって、直線A・Eの方程式は、 で与えられる。
【0024】同様に、図7において、ベクトルBAの単
位ベクトルn1は、 ベクトルBFは、単位ベクトルm1を角度β+θ2だけ
反時計回りに回転させ、L倍したもので、ベクトルBF
の単位ベクトルをm2(Xg、Yg)とすると、 したがって、点Fの座標F(Xf、Yf)は、 したがって、直線B・Fの方程式は、 で与えられる。
【0025】したがって、図8において、測点Pの位置
座標P(Xp、Yp)は、直線A・Eと直線B・Fとの
交点であるから、次式を解くことで求められる。
【0026】 次に、図9において、測点Pの鉛直方向角φを求める。
カメラAにおいて、点Aから基準距離Lだけ前方の基準
面S上で、画面中心点Cから画面端END´までの画素
数がN´ドットであった場合の画面中心点Cと画面端E
ND´間の実測距離がD´であったとき、測点Pが直線
A・P上にある場合は、画像で得られる測点P位置は、
点Aからの距離にかかわらず中心点CからK3ドットの
位置にある。したがって、直線A・Cと直線A・Pのな
す角度φは、 で求められる。
【0027】図10において、測点Pの鉛直座標P(P
z)を求める。点Aから点Pまでの水平距離L´は、 で与えられるから、 で求められる。そして、上記の処理を連続して行い、被
測体1の全体の位置を求める。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
影した光のスポットから障害物全体の位置を求めること
により、障害物の反射率や表面形状に依存することな
く、周囲環境の変化から影響を受けないで安定した位置
検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する一例を示す斜視図。
【図2】カメラ配置を説明する平面図。
【図3】制御フローチャート図。
【図4】レーザ投射を説明する平面図。
【図5】測点の水平方向の計算を説明する平面図。
【図6】一方のカメラからの測点水平座標の計算を説明
する平面図。
【図7】他方のカメラからの測点水平座標の計算を説明
する平面図。
【図8】測点の座標計算を説明する平面図。
【図9】測点の鉛直方向角の計算を説明する側面図。
【図10】測点の鉛直座標の計算を説明する側面図。
【符号の説明】
A・・・第1カメラ a1、a2・・・カメラ視軸 B・・・第2カメラ C・・・画面中心点 D、D´・・・実測距離 END、END´・・・画面端 H・・・カメラ撮影範囲 L・・・基準距離 P、P´・・・測点 S・・・基準面 W・・・離隔距離 ψ・・・有効視野角 θ1、θ2・・・水平方向角 φ・・・鉛直方向角 1・・・被測体 2・・・レーザ光投射器 3・・・画像処理装置 4・・・パーソナルコンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 7/18 C

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の離隔距離で配置した第1、第2の
    カメラにより障害物に投射した充分に収束された光のス
    ポットを撮影し、撮影した画像を画像処理して前記スポ
    ットの位置である障害物上の一点の位置を求め、この処
    理を連続して行うことにより3次元空間における障害物
    全体の位置を求めることを特徴とする障害物位置検出方
    法。
JP4291150A 1992-10-29 1992-10-29 障害物位置検出方法 Pending JPH06137828A (ja)

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