JPH06333025A - ウインドウサイズ決定方法 - Google Patents

ウインドウサイズ決定方法

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JPH06333025A
JPH06333025A JP5125612A JP12561293A JPH06333025A JP H06333025 A JPH06333025 A JP H06333025A JP 5125612 A JP5125612 A JP 5125612A JP 12561293 A JP12561293 A JP 12561293A JP H06333025 A JPH06333025 A JP H06333025A
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JP
Japan
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window size
size
calculated
moving object
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Withdrawn
Application number
JP5125612A
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English (en)
Inventor
Kenji Kamiyama
健司 上山
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 把持対象物の速度や移動経路の不規則性に拘
わりなく、確実にウインドウ内に移動物体を捕えること
が出来るウインドウサイズ決定方法を提供する。 【構成】 ベルトコンベア5上の把持対象物6をCCD
カメラ2によって撮影しした画像中にウインドウを設定
する際、視覚情報処理装置1は、把持対象物6の大きさ
に応じた基本サイズに、把持対象物6の移動速度に応じ
た拡大成分と、時間と位置の間の標本相関係数に応じた
拡大成分とを加算して、ウインドウサイズを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、CCDカメラ等によっ
て移動物体を撮影して得られた画像中に、移動物体につ
いての画像処理の対象となるウインドウを設定する際
に、適切なウインドウサイズを決定する方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】自動化工場の組立てラインにおいては、
ベルトコンベア上の部品をロボットハンドにより把持し
て、自動的に組立てが行なわれる。この場合、例えば、
CCDカメラによってベルトコンベア上の部品を撮影
し、画像処理を施すことによって部品の位置を認識し、
該認識に基づいてロボットハンドの把持動作が制御され
る。
【0003】ところで、画像処理には一般に長い計算時
間が必要であるため、従来は、移動物体の撮影画像中に
適当なサイズのウインドウを設定して、該ウインドウ内
を画像処理の対象とすることにより、計算時間の短縮が
図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウイン
ドウサイズは、移動物体の形状や移動状態に応じて個別
具体的に決定せざるを得ず(日本機械学会ロボティクス・
メカトロニクス講演会'92講演論文集vol.B,p613〜61
8)、普遍的に適用可能なウインドウサイズ決定方法につ
いては知られていない。
【0005】本発明の目的は、移動物体の形状や移動状
態に拘わらず、普遍的に適用可能なウインドウサイズ決
定方法を明らかにすることである。
【0006】
【課題を解決する為の手段】本発明に係るウインドウサ
イズ決定方法においては、移動物体の大きさに応じた基
本サイズに、移動物体の移動速度に応じた拡大成分と、
時間と位置の間の標本相関係数に応じた拡大成分とを加
算して、ウインドウサイズを算出する。
【0007】又、本発明に係る他のウインドウサイズ決
定方法は、上記の如くウインドウサイズを算出した後、
該ウインドウサイズ内に捕えられた移動物体の画像から
特徴量を算出し、該特徴量の基準値からのずれに応じて
ウインドウサイズを修正するものである。
【0008】
【作用】上記第1のウインドウサイズ決定方法におい
て、基本サイズは、移動物体の形状が予め判明している
場合はその形状に基づいて決定される。又、移動物体の
形状が未知の場合は画像処理によって基本サイズが算出
される。該基本サイズは、移動物体の全体をウインドウ
内に捕えるために必要な最小のウインドウサイズを表わ
すものである。
【0009】そして、撮影画像に基づいて移動物体の速
度が認識され、認識された速度が大きい程、大きな拡大
サイズが設定される。更に、移動物体の時間と位置の間
の標本相関係数が算出され、該標本相関係数が小さい
程、大きな拡大サイズが設定されることになる。基本サ
イズに両拡大サイズを加算することによって、移動速度
及び移動経路の不規則性に拘わりなく、確実にウインド
ウ内に移動物体を捕えるための適切なウインドウサイズ
が得られる。
【0010】又、上記第2のウインドウサイズ決定方法
においては、何らかの異常事態が発生して上記第1の方
法により決定したウインドウサイズにエラーが含まれる
場合、ウインドウ内に捕えられた移動物体は、その一部
がウインドウから外へはみ出て、ウインドウ内にて算出
した移動物体の特徴量は、全体がウインドウ内に捕えら
れた場合の特徴量(基準値)からずれることになる。従っ
て、この場合は、そのずれに応じてウインドウサイズを
修正することにより、移動物体の全体をウインドウ内に
収めることが出来る。
【0011】
【発明の効果】本発明に係るウインドウサイズ決定方法
によれば、移動物体の大きさのみならず、移動物体の移
動速度や、時間と位置の間の標本相関係数に応じてウイ
ンドウサイズが決定されるから、従来よりも普遍的な適
用が可能である。
【0012】
【実施例】第1実施例 図1は、本発明のウインドウサイズ決定方法を応用すべ
き物体把持システムの装置構成を示している。該システ
ムは、ベルトコンベア(5)上の把持対象物(6)を、マニ
ピュレータ(3)に取り付けた3指3間接ハンド(4)によ
って把持するものである。
【0013】ベルトコンベア(5)の上方位置には単眼C
CDカメラ(2)が配備され、該CCDカメラ(2)からの
画像信号は視覚情報処理装置(1)へ供給されて、本発明
に係るウインドウサイズ決定処理、画像処理等が施され
る。
【0014】上記物体把持システムにおいては、単眼C
CDカメラ(2)によって撮影した把持対象物(6)の画像
に基づき、マニピュレータ(3)を制御して、ベルトコン
ベア(5)上の把持対象物(6)を追尾し、更に3指3間接
ハンド(4)を制御して、該把持対象物(6)を把持する。
【0015】把持対象物(6)を撮影した画像を処理する
際には、図2或いは図3に示すウインドウサイズ決定手
続きが実行されて、適切なサイズのウインドウ設定によ
って計算時間の短縮が図られる。
【0016】本発明のウインドウサイズ決定方法におい
ては、先ず把持対象物(6)の大きさに応じて基本となる
ウインドウサイズを決定する。例えば把持対象物(6)の
平面形状が円の場合、該円の外接正方形を基本のウイン
ドウとして設定する。ここで、Sを円の面積とすると、
該ウインドウのX軸方向のサイズWdx、及びY軸方向の
サイズWdyは、下記数1及び数2によって表わされる。
【0017】
【数1】Wdx=Wdy=2√(π/S)
【0018】次に、把持対象物(6)の移動速度に応じた
ウインドウサイズの拡大成分を計算する。把持対象物の
移動速度のX軸方向の成分をVx、速度に関するX軸方
向のゲインをGvx、把持対象物の移動速度のY軸方向の
成分をVy、速度に関するY軸方向のゲインをGvyとす
ると、速度に応じたウインドウサイズのX軸方向の拡大
成分Wvx及びY軸方向の拡大成分Wvyは下記数2及び数
3によって表わされる。
【0019】
【数2】Wvx=Gvx×Vx
【数3】Wvy=Gvy×Vy
【0020】更に、把持対象物(6)の移動過程における
時間と位置の間の標本相関係数に応じた拡大成分を計算
する。ここで、X軸方向の標本相関係数をrxt、Y軸方
向の標本相関係数をryt、夫々のゲインをGrx、Gry
すると、X軸方向の拡大成分Wrx及びY軸方向の拡大成
分Wryは、下記数4及び数5によって表わされる。
【0021】
【数4】Wrx=Grx×(1−|rxt|)
【数5】Wry=Gry×(1−|ryt|)
【0022】図1の如くベルトコンベア(5)上の把持対
象物(6)についての時間と位置の間の標本相関係数の算
出に際しては、例えば直線近似によって把持対象物の位
置を予測する。ここで、xをX軸の座標値(予測値)、t
を時間とすると、予測モデルは下記数6によって表わす
ことが出来る。
【0023】
【数6】x=a×t+b
【0024】係数a、bは最小二乗法によって決定す
る。Y軸方向についても同様の予測モデルを設定するこ
とが出来る。この場合、X軸方向の標本相関係数rxt
次の数7によって計算される。
【0025】
【数7】rxt=sxt/sxt
【0026】ここで、sxtは座標値x(実測データ)と時
間tの標本共分散、sx 2は座標値xの標本分散、st 2
時間tの標本分散であって、nを標本の数として、夫々
下記数8、数9、数10によって算出される。
【0027】
【数8】sxt={Σxt−ΣxΣt/n}/(n−1)
【数9】sx 2={Σx2−(Σx)2/n}/(n−1)
【数10】 st 2={Σt2−(Σt)2/n}/(n−1)
【0028】把持対象物が上記数6の予測モデルに従っ
て誤差なく移動する場合は、上記数7の|rxt|の値は
1となり、予測モデルからずれるにつれて、|rxt|の
値は小さくなって、ウインドウサイズの拡大成分は大き
く設定されることになる。Y軸方向の標本相関係数ryt
についても同様に計算することが出来る。
【0029】この様にして拡大成分が計算されると、ウ
インドウのX軸方向のサイズWx 及びY軸方向のサイズ
y は下記数11及び数12によって算出することが出
来る。尚、数2乃至数5の各ゲインは、実験等によって
最適値に調整することが出来る。
【0030】
【数11】Wx=Wdx+Wvx+Wrx
【数12】W=Wdy+Wvy+Wry
【0031】図1の物体把持システムに対して上記ウイ
ンドウサイズ決定方法を適用する場合の具体的な手続き
を図2に示す。尚、CCDカメラから得られる画像信号
は複数フィールド毎にウインドウ内のデータがサンプリ
ングされて、視覚情報処理装置(1)の画像処理部に入力
される。
【0032】先ずステップS1にて、CCDカメラから
得られる最初の4枚分の画像が入力され、ステップS2
では、前記4枚分の画像データに対し、ウインドウを設
定することなく画面の全領域について画像処理を施し、
把持対象物の位置を表わす位置情報(X及びY座標値)を
計算する。
【0033】次にステップS3にて、計算された4つの
位置情報に最小二乗法を適用して前記数6の予測モデル
を決定すると共に、標本相関係数rxt及びrytを計算す
る。
【0034】そしてステップS4にて、決定された予測
モデルを用いて、次の画像入力時のウインドウの設定位
置を計算すると共に、前記数11及び数12によってウ
インドウサイズを計算する。その後、ステップS5に
て、3指3自由度ハンド(4)による該把持対象物の把持
が可能か否かを判断して、可能であればステップS6の
把持動作に移行する。
【0035】把持が不可能であれば、ステップS7にて
次の画像を入力し、ステップS8にて、前記ステップS
4にて計算されたサイズのウインドウを対象として画像
処理を施し、把持対象物の位置情報を計算した後、ステ
ップS3へ戻る。
【0036】上記手続きによって、ベルトコンベア上の
把持対象物がロボットハンドによって把持されることに
なる。この際、適切なサイズのウインドウが適切な位置
に設定されるから、画像処理の計算時間は短く、確実な
把持動作が実現される。
【0037】第2実施例 上記第1実施例の方法において、例えば把持対象物が途
中で倒れる等の異常事態によってデータに急激な変動が
発生した場合、計算されたウインドウサイズでは、ウイ
ンドウ内に移動物体の全体を捕えることが出来ない虞れ
がある。
【0038】そこで、本実施例では、第1実施例と同様
にしてウインドウサイズを算出した後、該ウインドウサ
イズ内に捕えられた把持対象物の画像から所定の特徴量
を算出し、該特徴量のリファレンス値からのずれに応じ
てウインドウサイズを修正する。
【0039】ウインドウサイズの修正量Wsは、Tref
把持対象物の特徴量のリファレンス値、Tnowを特徴量
の現在値、Gsをゲインとして、下記数13によって表
わすことが出来る。
【0040】
【数13】Ws=|Gs×(Tref−Tnow)|
【0041】従って、修正後のウインドウサイズWxs
ysは下記数14及び数15によって算出することが出
来る。
【0042】
【数14】Wxs=Wx+Ws
【数15】Wys=Wy+Ws
【0043】特徴量としては、例えば下記数16で定義
される円形度eを採用することが出来る。又、その他の
周知の特徴量を採用することも可能である。
【0044】
【数16】 e=(平面形状の周囲長)2/(平面形状の面積) この場合、真円についての円形度が最小値(=リファレ
ンス値)となり、ウインドウから円の端部がはみ出るこ
とによって、円形度の現在値は大きくなる。
【0045】上記ウインドウサイズ決定方法の具体的な
手続きを図3に示す。先ずステップS11にて、CCDカ
メラから得られる最初の4枚分の画像が入力され、ステ
ップS12では、前記4枚分の画像データに対し、ウイン
ドウを設定することなく画面の全領域について画像処理
を施し、把持対象物の位置を表わす位置情報(X及びY
座標値)を計算する。
【0046】次にステップS13にて、計算された4つの
位置情報に最小二乗法を適用して前記数6の予測モデル
を決定すると共に、標本相関係数rxt及びrytを計算す
る。
【0047】そしてステップS14にて、決定された予測
モデルを用いて、次の画像入力時のウインドウの位置を
計算すると共に、前記数11及び数12によってウイン
ドウサイズの初期値を計算した後、ステップS15にて、
前記数16によって円形度を計算する。
【0048】その後、ステップS16にて、円形度のリフ
ァレンス値との比較を行なって、その差が一定値以下か
否かが判断される。NOの場合は、ステップS17にて、
前記数14及び数15に基づいてウインドウサイズを修
正した上で、ステップS18にて、ロボットハンドによる
把持対象物の把持が可能か否かを判断して、可能であれ
ばステップS19の把持動作に移行する。
【0049】把持が不可能であれば、ステップS20にて
次の画像を入力し、前記ステップS17にて修正されたサ
イズのウインドウを対象として画像処理を施し、把持対
象物の位置情報を計算した後、ステップS14へ戻る。
【0050】上記手続きの実行によって、ベルトコンベ
ア上の把持対象物がロボットハンドによって把持される
ことになる。この際、把持対象物の円形度に基づいてウ
インドウサイズが修正されるから、把持対象物をより確
実にウインドウ内に捕えることが出来る。
【0051】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施すべき物体把持システムの装置構
成を示す斜視図である。
【図2】第1実施例を示すフローチャートである。
【図3】第2実施例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
(1) 視覚情報処理装置 (2) CCDカメラ (3) マニピュレータ (4) 3指3自由度ハンド (5) ベルトコンベア (6) 把持対象物

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動物体を撮影した画像中に設定すべき
    ウインドウサイズの決定方法において、移動物体の大き
    さに応じた基本サイズに、移動物体の移動速度に応じた
    拡大成分と、時間と位置の間の標本相関係数に応じた拡
    大成分とを加算して、ウインドウサイズを算出すること
    を特徴とするウインドウサイズ決定方法。
  2. 【請求項2】 移動物体を撮影した画像中に設定すべき
    ウインドウサイズの決定方法において、移動物体の大き
    さに応じた基本サイズに、移動物体の移動速度に応じた
    拡大成分と、時間と位置の間の標本相関係数に応じた拡
    大成分とを加算して、ウインドウサイズを算出した後、
    該ウインドウサイズ内に捕えられた移動物体の画像から
    特徴量を算出し、該特徴量の基準値からのずれに応じて
    ウインドウサイズを修正することを特徴とするウインド
    ウサイズ決定方法。
JP5125612A 1993-05-27 1993-05-27 ウインドウサイズ決定方法 Withdrawn JPH06333025A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006350575A (ja) * 2005-06-14 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd 画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム
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