JPH0668765B2 - 3D measuring method of circle - Google Patents
3D measuring method of circleInfo
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- JPH0668765B2 JPH0668765B2 JP63240916A JP24091688A JPH0668765B2 JP H0668765 B2 JPH0668765 B2 JP H0668765B2 JP 63240916 A JP63240916 A JP 63240916A JP 24091688 A JP24091688 A JP 24091688A JP H0668765 B2 JPH0668765 B2 JP H0668765B2
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Description
【発明の詳細な説明】 概 要 円の３次元計測方法に関し、 ロボットの視覚センサにより、作業対象である円形物体
の位置・姿勢・寸法を計測する円の３次元計測方法を提
供することを目的とし、 円形対象物をカメラで撮影し、その輪郭部分を抽出する
ことによって該円形対象物の輪郭画像を得、該輪郭画像
の方向情報として濃度のグラジエントを求めるととも
に、グラジエントに直角な接線ベクトルを求め、カメラ
を並進させながら該円形対象物を撮影して複数の接線ベ
クトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのとき
のカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で円
の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上の複数の点に
ついて実行して、３次元空間内で円周上の各点について
の接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群と垂直なベク
トルを円を含む平面の方位ベクトルとし求め、方位ベク
トルに垂直な平面を適当な位置に作り、撮像面上の楕円
画像の接線ベクトルを平面に投影して平面上での接線ベ
クトルを得、該接線ベクトルの法線群の集積交点を求
め、カメラから前記集積交点を見る方向を視線とし、異
なる複数のカメラ位置での視線群の集積交点として円形
対象物の中心位置を求め、撮像面上の楕円画像を平面に
投影した集積交点を中心とする円に関する半径ヒストグ
ラムから該円の半径を求め、比例配分により円形対象物
の半径を求めるように構成する。The present invention relates to a three-dimensional measuring method of an outline circle, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring method of a circle, which measures the position, orientation, and size of a circular object as a work target by a visual sensor of a robot. Then, a circular object is photographed by a camera, and the contour image of the circular object is obtained by extracting the contour portion of the circular object, and the density gradient is obtained as direction information of the contour image, and a tangent vector perpendicular to the gradient is obtained. Then, the circular object is photographed while translating the camera to obtain a plurality of tangent vectors on the imaging surface, and the tangent vector and the plane of the plane including the camera position at that time are intersected to form a circle in a three-dimensional space. A tangent vector is obtained, and the above process is executed for a plurality of points on the circumference to obtain a tangent vector group for each point on the circumference in the three-dimensional space. A vector containing the circle as the azimuth vector, a plane perpendicular to the azimuth vector is created at an appropriate position, and the tangent vector of the elliptical image on the imaging plane is projected onto the plane to obtain the tangent vector on the plane. On the image plane, the intersection point of the normal groups of the tangent vector is obtained, the direction of viewing the intersection point from the camera is set as the line of sight, and the center position of the circular object is obtained as the intersection point of the line of sight groups at different camera positions. The radius of the circle is calculated from the radius histogram of the circle centered at the intersection point where the ellipse image of is projected onto a plane, and the radius of the circular object is calculated by proportional distribution.
産業上の利用分野 本発明は円の３次元計測方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional circle measuring method.
近年、人間の目と同様の機能を機械によって実現するた
めに物体の３次元計測方法が盛んに開発されている。こ
のような物体の３次元計測方法においては、物体を画像
として捕らえ、この画像から物体の特徴等の情報を抽出
して物体の３次元計測を行う方法が用いられている。こ
のため、一般に物体をテレビカメラ等により撮影して画
像を形成し、この画像を元に電気的処理を行って情報を
抽出するようにしている。In recent years, three-dimensional measuring methods of objects have been actively developed in order to realize the same function as human eyes by a machine. In such a three-dimensional measurement method of an object, a method is used in which the object is captured as an image, and information such as the characteristics of the object is extracted from this image to perform the three-dimensional measurement of the object. Therefore, generally, an object is photographed by a television camera or the like to form an image, and electrical processing is performed based on this image to extract information.
このような物体の３次元計測方法は、例えばロボットの
視覚センサとして用いられる。近年、視覚センサを備え
たロボットが盛んに開発されているが、発電所等で作業
を行うロボットは、その作業対象としてバルブやフラン
ジ等の円形物体を扱う必要がある。そのためには、ロボ
ットが視覚センサとして備えているテレビジョンカメラ
を使用して、円形対象物の位置・姿勢・寸法を計測する
必要があり、円の３次元計測方法が要望されている。Such a three-dimensional measuring method of an object is used as a visual sensor of a robot, for example. In recent years, a robot equipped with a visual sensor has been actively developed, but a robot working at a power plant or the like needs to handle a circular object such as a valve or a flange as a work target. For that purpose, it is necessary to measure the position, orientation, and size of a circular target object by using a television camera equipped with a robot as a visual sensor, and a three-dimensional measuring method of a circle is required.
従来の技術 例えば球面写像を利用して、線分を３次元計測する方法
が、特願昭61−258141号に開示されている。この先願発
明によれば、輪郭が線分で構成される多面体等の輪郭線
分について、その位置や姿勢を計測する方法が提供され
る。2. Description of the Related Art A method for three-dimensionally measuring a line segment using, for example, a spherical map is disclosed in Japanese Patent Application No. 61-258141. According to the invention of the prior application, there is provided a method of measuring the position and orientation of a contour line segment such as a polyhedron whose contour is composed of line segments.
発明が解決しようとする課題 しかし、上述した方法においては、円形対象物について
は計測することができないという問題があった。However, the method described above has a problem in that a circular object cannot be measured.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、ロボットの視覚センサにより、
作業対象である円形物体の位置・姿勢・寸法を計測する
ことのできる円の３次元計測方法を提供することであ
る。The present invention has been made in view of the above points, and its object is to provide a visual sensor for a robot,
It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring method for a circle, which is capable of measuring the position, orientation, and size of a circular object that is a work target.
課題を解決するための手段 第４図は円の各パラメータを示しており、空間内の円は
６つのパラメータにより定義される。即ち、円を含む平
面Ψの方位Ｗ（α，β）、計測原点からその平面までの
距離ｄ、平面Ψ上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）、及び
半径ｒにより定義される。Means for Solving the Problem FIG. 4 shows each parameter of a circle, and a circle in space is defined by six parameters. That is, it is defined by the azimuth W (α, β) of the plane Ψ including the circle, the distance d from the measurement origin to the plane, the center position A (ρ, θ) of the circle on the plane Ψ, and the radius r.
第１図は本発明の原理フローチャートであり、第２図は
グラジエントを利用した面方位計測の説明図、第３図は
グラジエントを利用した円距離計測の説明図である。FIG. 1 is a flow chart of the principle of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of plane orientation measurement using a gradient, and FIG. 3 is an explanatory diagram of circle distance measurement using a gradient.
本発明によれば先ず、円形対象物Ａをカメラで撮影し、
その輪郭部分を抽出することによって該円形対象物Ａの
輪郭画像を得、該輪郭画像の方向情報として濃度のグラ
ジェントを求めるとともに、グラジェントに直角な接線
ベクトルを求め、前記工程をカメラを並進させながら複
数回行うことにより、前記カメラを並進させた各位置に
おける前記グラジェントに直角な接線ベクトルを得、前
記各位置における各々の接線ベクトルとそのときのカメ
ラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で前記円形
対象物Ａの円の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上
の複数の点について実行して、３次元空間内で円周上の
各点についての接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群
と垂直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとし
て求め、方位ベクトルＷに垂直な平面Πを適当な位置に
作り、撮像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投
影して平面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトル
の法線群の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交
点Ａ′を見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置
での視線群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を
求め、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、前記集積交点Ａ′と円形対象物Ａの中心
位置との関係から三角形の相似の関係により円形対象物
Ａの半径を求めることを特徴とするものである。カメラ
を並進させながら該円形対象物Ａを撮影して複数の接線
ベクトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのと
きのカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で
の円の接線ベクトルを求める。上記処理を円周上の複数
の点について実行して、３次元空間内で円周上の各点に
ついての接線ベクトル群を得、この接線ベクトル群と垂
直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとする。According to the present invention, first, a circular object A is photographed by a camera,
A contour image of the circular object A is obtained by extracting the contour portion, a gradient of density is obtained as direction information of the contour image, a tangent vector perpendicular to the gradient is obtained, and the camera is translated in the above step. The tangent vector at right angles to the gradient at each position where the camera is translated is obtained by performing the above multiple times, and the tangent vector at each position is set as an intersection line of the plane including the tangent vector and the camera position at that time. The tangent vector of the circle of the circular object A is obtained in the three-dimensional space, and the above process is executed for a plurality of points on the circumference to obtain a tangent vector group for each point on the circumference in the three-dimensional space. , A vector perpendicular to the tangent vector group is obtained as an azimuth vector W of a plane including a circle, a plane Π perpendicular to the azimuth vector W is formed at an appropriate position, and The tangent vector of the circle image is projected onto the plane Π to obtain the tangent vector on the plane Π, the accumulated intersection A'of the normal groups of the tangent vector is obtained, and the direction of viewing the accumulated intersection A'from the camera is taken as the line of sight. , The center position of the circular object A is obtained as the accumulation intersection of the line-of-sight groups at different camera positions, and the ellipse image on the imaging plane is projected on the plane Π from the radius histogram of the circle centered on the accumulation intersection A ′. The radius of the circle is obtained, and the radius of the circular object A is obtained from the relationship between the accumulation intersection A'and the center position of the circular object A by the similar relationship of triangles. The circular object A is photographed while translating the camera to obtain a plurality of tangent vectors on the imaging surface, and the tangent vector and the plane in the plane including the camera position at that time are used as intersections of circles in the three-dimensional space. Find the tangent vector. The above processing is executed for a plurality of points on the circumference to obtain a tangent vector group for each point on the circumference in the three-dimensional space, and a vector perpendicular to this tangent vector group is a direction vector of a plane including a circle. W.
方位ベクトルＷに垂直な平面Πを適当な位置に作り、撮
像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投影して平
面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトルの法線群
の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交点Ａ′を
見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置での視線
群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を求める。
更に、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、比例配分により円形対象物Ａの半径を求
める。A plane Π perpendicular to the azimuth vector W is formed at an appropriate position, the tangent vector of the elliptical image on the imaging surface is projected onto the plane Π, the tangent vector on the plane Π is obtained, and the normal group of the tangent vector is accumulated. The intersection A'is obtained, and the direction of viewing the accumulation intersection A'from the camera is set as the line of sight, and the center position of the circular object A is obtained as the accumulation intersection of the line of sight groups at a plurality of different camera positions.
Further, the radius of the circle is obtained from the radius histogram of a circle centered on the intersection point A ′ obtained by projecting the elliptical image on the imaging surface onto the plane Π, and the radius of the circular object A is obtained by proportional distribution.
作 用 本発明では先ず、円形対象物Ａをカメラで撮影し、前処
理としてその輪郭部分を抽出することによって計測対象
である円形対象物Ａの輪郭画像を得る。本発明方法は、
カメラを並進させながら得た複数の輪郭画像を用いて、
輪郭の位置情報だけでなくその方向情報も利用して、円
の６つのパラメータを計測するものである。輪郭画像の
方向情報としては、画像中の点（x,y）における濃度Ｉ
のグラジエント、即ち、 grad Ｉ＝（δＩ／δx,δＩ／δｙ） を用いる。grad Ｉは輪郭線の法線ベクトルであり、且
つそれに直角なベクトルｅは輪郭線の接線ベクトルであ
る。接線ベクトルｅを用いれば、以下の原理により、先
ず円を含む平面の方位Ｗを計測することができる。Operation In the present invention, first, the circular object A is photographed by the camera, and the contour portion of the circular object A is extracted as preprocessing to obtain a contour image of the circular object A to be measured. The method of the present invention is
Using multiple contour images obtained while translating the camera,
The six parameters of the circle are measured using not only the position information of the contour but also the direction information thereof. As the direction information of the contour image, the density I at the point (x, y) in the image is used.
, I.e., grad I = (δI / δx, δI / δy) is used. grad I is the normal vector of the contour line, and the vector e perpendicular to it is the tangent vector of the contour line. If the tangent vector e is used, the azimuth W of the plane including the circle can be measured first according to the following principle.
第２図において、円Ａは位置C0にあるカメラの撮像面上
の楕円に投影される。撮像面上においては楕円上の一点
p0（円Ａ上Ｐの投影点）に関する接線ベクトルe0が得ら
れるので、この接線ベクトルe0とカメラ中心C0を含む平
面Γ０を作成する。カメラを姿勢を変けずに直線上を移
動させ、異なる位置において同様に平面Γ1,Γ2,…を作
れば、それらは一直線で交わりその交線は円Ａの点Ｐに
おける接線である。円Ａ上の他の点についても同様にし
て接線を求めれば、これら接線群は円を含む平面を形成
し、それら全てに垂直なベクトルＷが円を含む平面の法
線ベクトルであり、これにより円を含む平面の方位Ｗ
（α，β）を求めることができる。In FIG. 2, the circle A is projected on an ellipse on the imaging surface of the camera at the position C 0 . One point on the ellipse on the imaging plane
Since p 0 tangent vector e 0 about (projected point of the circle A on P) is obtained, creating a planar gamma 0 including the tangent vector e 0 and the camera center C 0. If the camera is moved on a straight line without changing its posture and planes Γ 1 , Γ 2 , ... Are similarly created at different positions, they intersect with each other in a straight line, and the line of intersection is the tangent at the point P of the circle A. If tangents are similarly obtained for other points on the circle A, these tangent groups form a plane including the circle, and the vector W perpendicular to all of them is a normal vector of the plane including the circle. Orientation W of a plane containing a circle
(Α, β) can be obtained.
円を含む平面の方位Ｗがわかれば、あるカメラ位置で撮
像面上の楕円を円に変換することができる。即ち第３図
において、カメラ位置Ｃにおける撮像面Λ上で、円Ａの
投影像である楕円ａが得られているとする。又既知であ
る方位Ｗに垂直な平面Πを適当な位置に作成する。カメ
ラ位置Ｃを中心として楕円上の各点ｐを平面Π上に次々
に投影すれば、得られる図形は円となる。If the azimuth W of the plane including the circle is known, the ellipse on the imaging surface can be converted into a circle at a certain camera position. That is, in FIG. 3, it is assumed that an ellipse a that is a projected image of the circle A is obtained on the imaging surface Λ at the camera position C. Also, a plane Π perpendicular to the known direction W is created at an appropriate position. By projecting each point p on the ellipse centering on the camera position C on the plane Π one after another, the obtained figure becomes a circle.
このとき、撮像面上の点ｐにおける楕円ａの接線ｅがわ
かっているので、接線ｅを平面Πに投影すれば、点Ｐ′
における接線ｅ′が得られる。従って、平面Π上で各投
影点Ｐ′から接線ｅ′に直角な方向即ち法線方向に直線
を引けば、それらは全て円の中心Ａ′を通る。実際に平
面Π上で法線群を描画しその集積交点を抽出すれば、中
心Ａ′の位置を計測することができる。このことは、カ
メラ位置Ｃから円の中心Ａを望む視線が得られたことと
等価である。従って、カメラを順次並進させ、異なるカ
メラ位置において同様の視線を求めれば、それらの視線
群の集積交点を抽出することにより、円の中心点Ａの３
次元位置を計測することができる。即ち第４図の円のパ
ラメータにおいて、円を含む平面までの距離ｄ、平面Ψ
上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）が求められる。At this time, since the tangent line e of the ellipse a at the point p on the imaging surface is known, if the tangent line e is projected on the plane Π, the point P ′ is obtained.
A tangent line e ′ at is obtained. Therefore, if a straight line is drawn from each projection point P'on the plane Π in the direction perpendicular to the tangent line e ', that is, the normal direction, they all pass through the center A'of the circle. The position of the center A ′ can be measured by actually drawing a group of normals on the plane Π and extracting the accumulated intersections. This is equivalent to obtaining a line of sight from the camera position C to the center A of the circle. Therefore, if the cameras are sequentially translated and similar lines of sight are obtained at different camera positions, the intersection points of the lines of sight are extracted to extract 3 of the center points A of the circles.
Dimensional position can be measured. That is, in the parameters of the circle in FIG. 4, the distance d to the plane including the circle and the plane Ψ
The center position A (ρ, θ) of the circle above is obtained.
尚残ったパラメータである半径については、平面Π上で
点Ａ′に関する半径ヒストグラムを作成し投影された円
の半径を求めれば、比例配分により実際の円Ａの半径も
直ちに求めることができる。Regarding the radius which is the remaining parameter, if the radius histogram of the point A ′ is created on the plane Π and the radius of the projected circle is obtained, the actual radius of the circle A can be immediately obtained by proportional distribution.
実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第５図は本発明が適用される球面写像装置の全体構成図
である。FIG. 5 is an overall configuration diagram of a spherical mapping device to which the present invention is applied.
図において、30はマイクロプロセッサ（以下MPUと称す
る）、31は球面カメラ、32は原画メモリ、34は移動方向
計測用データ作成部、35は移動方向判定部、36,37,38は
写像プロセッサ、39,40,41は写像メモリ、42はパラレル
インタフェースである。In the figure, 30 is a microprocessor (hereinafter referred to as MPU), 31 is a spherical camera, 32 is an original image memory, 34 is a moving direction measurement data creating section, 35 is a moving direction determining section, 36, 37 and 38 are image processors. 39, 40 and 41 are mapping memories, and 42 is a parallel interface.
以上の構成において、MPU30は球面カメラ31,原画メモリ
32,移動方向計測用データ作成部34、移動方向判定部35
等を制御するものであり、球面カメラ31は対象物を撮影
し、得られた画像データを極座標（r,θ）形式で出力す
るものである。原画メモリ32は球面カメラ31より出力さ
れ、輪郭抽出処理が行われた後の極座表形式の画像デー
タを格子状に対応付けして格納するものであり、経度方
向にＮ個、緯度方向にＭ個に分割された格納領域を有し
ている。移動方向計測用データ作成部34は計測対象空間
上の任意の複数の点を注目点P0t,P1t,P2t…として設定
すものであり、例えば、輪郭抽出された原画像の内、複
数の線分の交差する頂点を注目点として設定したり、あ
るいは計測対象空間上に複数の光点を照射したときの原
画像と照射しないときの原画像の差分を求め、得られた
複数の光点の座標を注目点として設定するものである。
移動方向判定部35は写像メモリ39に展開された交点がど
の座標に格納されているかをもとにして球面カメラ31の
移動方向を判定するものであり、写像プロセッサ36は原
画メモリ32に格納された各画素毎の画像データに対して
大円情報を生成し、内部に設けられた写像メモリ内に順
次写像結果を格納するものである。写像メモリ39は写像
プロセッサ36プロセッサ36内の写像結果であるピーク点
（交点）が転送されて格納されるものであり、写像プロ
セッサ37は写像メモリ39に格納されたピーク点を有する
画素に対して大円情報を生成して内部に設けられた写像
メモリに順次写像結果を格納するものであり、写像メモ
リ40は写像プロセッサ37の写像結果であるピーク点が写
像プロセッサ37内の内部メモリより転送されて格納され
るものである。写像プロセッサ38は写像メモリ40内に格
納されたピーク点を有する画素に対して大円情報を生成
して内部に設けられた写像メモリに順次写像結果を格納
するものであり、写像メモリ41は写像プロセッサ38内の
写像メモリに格納されたピーク点が転送されて格納され
るものであり、パラレルインタフェース42はMPU30等が
写像メモリ39,40,41に対してアクセスするためのもので
ある。In the above configuration, MPU30 is spherical camera 31, original image memory
32, moving direction measurement data creation unit 34, moving direction determination unit 35
The spherical camera 31 captures an image of an object and outputs the obtained image data in polar coordinates (r, θ) format. The original image memory 32 stores the image data of the polar table format after the contour extraction processing, which is output from the spherical camera 31, in association with each other in a grid pattern, and stores N pieces in the longitude direction and in the latitude direction. It has a storage area divided into M pieces. The moving direction measurement data creation unit 34 sets arbitrary points in the measurement target space as points of interest P 0 t, P 1 t, P 2 t ... Of these, the vertices that intersect a plurality of line segments are set as points of interest, or the difference between the original image when multiple light spots are radiated on the measurement target space and the difference between the original image when no light is radiated is obtained. The coordinates of a plurality of light spots are set as the points of interest.
The moving direction determination unit 35 determines the moving direction of the spherical camera 31 based on the coordinate where the intersection developed in the mapping memory 39 is stored, and the mapping processor 36 is stored in the original image memory 32. The great circle information is generated for the image data for each pixel, and the mapping result is sequentially stored in the mapping memory provided inside. The mapping memory 39 is for transferring and storing peak points (intersection points) which are mapping results in the mapping processor 36 processor 36, and the mapping processor 37 is for the pixels having the peak points stored in the mapping memory 39. The great circle information is generated and the mapping result is sequentially stored in the mapping memory provided inside. In the mapping memory 40, the peak point which is the mapping result of the mapping processor 37 is transferred from the internal memory in the mapping processor 37. Are stored as The mapping processor 38 generates great circle information for a pixel having a peak point stored in the mapping memory 40, and sequentially stores the mapping result in a mapping memory provided inside, and the mapping memory 41 is a mapping memory 41. The peak points stored in the mapping memory in the processor 38 are transferred and stored, and the parallel interface 42 is used by the MPU 30 or the like to access the mapping memories 39, 40, 41.
上記球面写像装置を使用した円の３次元計測方法の球面
上での処理アルゴリズムを第６図及び第７図を参照して
説明する。即ち本実施例においては、平面をメモリーで
表現すると非常に大きなメモリー容量を必要とする場合
があるので、球面をメモリーで表現することとして、メ
モリー容量の縮減をはかったものである。A processing algorithm on a spherical surface of a three-dimensional measuring method of a circle using the spherical mapping device will be described with reference to FIGS. 6 and 7. That is, in the present embodiment, when a plane is represented by a memory, a very large memory capacity may be required, so that the spherical surface is represented by a memory to reduce the memory capacity.
先ず、撮像面上における接線は球面上では輪郭線に接す
る大円（以下接大円と呼ぶ）となる。これら接大円を用
いれば、第２図に示した円を含む平面の方位計測処理は
球面上では第６図に示したようになる。但し本実施例に
おいては、カメラが固定で円が相対的に並進するものと
考える。即ち、円Ａ上の一定点Ｐがカメラの移動方向と
逆の−ｖ方向にP0,P1,P2,…と移動して見え、その球面
上への投影像はP0,P1,P2,…と遷移する。そして郭投影
点における接大円le0,le1,le2,…（各接大円を含む平面
は第１図における平面Γ0,Γ1,Γ2,…に対応する）がわ
っているから、それらの集積交点Ｅを求めれば円Ａ上の
点Ｐにおける接線の３次元方位が として計測することができる。First, the tangent line on the imaging surface is a great circle (hereinafter referred to as a tangent great circle) that is in contact with the contour line on the spherical surface. If these tangent circles are used, the azimuth measuring process of the plane including the circle shown in FIG. 2 becomes as shown in FIG. 6 on the spherical surface. However, in the present embodiment, it is considered that the camera is fixed and the circle is relatively translated. That is, a fixed point P on the circle A appears to move in the −v direction opposite to the moving direction of the camera as P 0 , P 1 , P 2 , ... And the projected image on the spherical surface is P 0 , P 1. , P 2 , ... Then, tangent great circles le 0 , le 1 , le 2 , ... at the contour projection point (the plane including each tangent great circle corresponds to the plane Γ 0 , Γ 1 , Γ 2 , ... in FIG. 1 ) From the above, if the accumulation intersection E is obtained, the three-dimensional azimuth of the tangent line at the point P on the circle A becomes Can be measured as
円Ａ上の他の点についても同様に接線の方位を計測すれ
ば、それらは１つの大円上に並ぶことになる。従って、
球面写像（特願昭58−59119）によってその極Ｗを抽出
すれば、球の中心と極Ｗを結ぶベクトルが円を含む平面
の方位である。次に球の中心と極Ｗを結ぶベクトルを用
いて円の中心を計測する。この中心計測処理は、第３図
に示した平面Π上での処理を、更に球面に投影して実施
するものである。即ち第７図において、カメラＣを中心
とする球面上に投影された楕円をａとし楕円上の一点を
ｐとする。更に、楕円上の一点ｐにおいて楕円に接する
大円をleとする。前述のように極Ｗを法線ベクトルとす
る適当な平面Πへの中心投影を考えれば、点ｐは点Ｐ′
へ、接大円leは接線ｅ′へ投影される。ここで接線ｅ′
の方位は球面上で接大円leとＷを極とする大円lwの交点
ｅにより表される。即ち、球の中心Ｃと交点ｅを結ぶベ
クトルは、平面Π上の接線ｅ′と平行である。従って、
交点ｅを大円lwに沿って90゜回転した点ｇは平面Π上の
法線ｇ′の方位を示すことになる。故に、楕円上の全て
の点に関して同様に大円l9を作り、その集積交点ａを抽
出すれば、カメラＣから円の中心Ａを望む視線を求める
ことができる。従って、カメラを順次並進させ、異なる
カメラ位置において同様の視線を求めれば、特願昭61−
258141号に開示された点距離計測アルゴリズムによりそ
れら視線群の集積交点を抽出することにより、円の中心
Ａの３次元位置を計測することができる。If the azimuths of the tangents are similarly measured at other points on the circle A, they are arranged on one great circle. Therefore,
If the pole W is extracted by the spherical map (Japanese Patent Application No. 58-59119), the vector connecting the center of the sphere and the pole W is the direction of the plane including the circle. Next, the center of the circle is measured using the vector connecting the center of the sphere and the pole W. The center measurement process is performed by projecting the process on the plane Π shown in FIG. 3 onto a spherical surface. That is, in FIG. 7, an ellipse projected on a spherical surface centered on the camera C is a, and a point on the ellipse is p. Further, let le be a great circle tangent to the ellipse at a point p on the ellipse. Considering the central projection onto the appropriate plane Π with the pole W as the normal vector as described above, the point p becomes the point P ′.
And the tangent great circle le is projected onto the tangent line e '. Where tangent line e ′
The azimuth of is represented by the intersection e of the tangent great circle le and the great circle lw with W as the pole on the spherical surface. That is, the vector connecting the center C of the sphere and the intersection point e is parallel to the tangent line e ′ on the plane Π. Therefore,
A point g obtained by rotating the intersection e by 90 ° along the great circle lw indicates the azimuth of the normal line g ′ on the plane Π. Therefore, if a great circle l 9 is similarly created for all points on the ellipse and the accumulated intersection a is extracted, the line of sight from which the center A of the circle is desired can be obtained from the camera C. Therefore, if the cameras are sequentially translated and the same line of sight is obtained at different camera positions, Japanese Patent Application No.
The three-dimensional position of the center A of the circle can be measured by extracting the accumulated intersections of the line-of-sight groups by the point distance measurement algorithm disclosed in No. 258141.
円の半径については、平面Π上で点Ａ′に関する半径ヒ
ストグラムを作成し投影された円の半径を求めれば、比
較配分により実際の円Ａの半径も直ちに求めることがで
きる。Regarding the radius of the circle, if the radius histogram of the point A ′ is created on the plane Π and the radius of the projected circle is obtained, the actual radius of the circle A can be immediately obtained by comparative distribution.
発明の効果 本発明の円の３次元計測方法は以上詳述したように構成
したので、円形対象物についてその位置・姿勢・寸法を
全て計測できるという効果を奏する。EFFECTS OF THE INVENTION Since the three-dimensional circle measuring method of the present invention is configured as described above in detail, it is possible to measure all the positions, postures and dimensions of a circular object.
第１図は本発明の原理フローチャート、 第２図はグラジエントを利用した面方位計測の説明図、 第３図はグラジエントを利用した円距離計測の説明図、 第４図は円のパラメータを示す図解図、 第５図は球面写像装置の全体構成図、 第６図は本発明の実施例である球面上での面方位計測の
アルゴリズムを示す図解図、 第７図は球面上での円距離計測のアルゴリズムを示す図
解図である。 C,C0,C1,C2……カメラ位置、 e,e0,e1,e2……撮像面での接線ベクトル、 Ｅ……３次元空間上での接線ベクトル、 Ｗ……円を含む平面の方位ベクトル、 Π……方位ベクトルＷに垂直な平面。FIG. 1 is a flow chart of the principle of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of plane orientation measurement using a gradient, FIG. 3 is an explanatory diagram of circle distance measurement using a gradient, and FIG. 4 is an illustration showing parameters of a circle. Fig. 5 is an overall configuration diagram of a spherical mapping device, Fig. 6 is an illustrative view showing an algorithm of surface orientation measurement on a spherical surface which is an embodiment of the present invention, and Fig. 7 is a circle distance measurement on a spherical surface. It is an illustration figure which shows the algorithm of. C, C 0 , C 1 , C 2 …… Camera position, e, e 0 , e 1 , e 2 …… Tangential vector on the image plane, E …… Tangential vector in 3D space, W …… circle Azimuth vector of the plane including Π ... A plane perpendicular to the azimuth vector W.
フロントページの続き (72)発明者 安川 裕介 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 審査官 石井 茂和Front page continued (72) Inventor Yusuke Yasukawa 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited Examiner Shigekazu Ishii
Claims (1)
し、その輪郭部分を抽出することによって該円形対象物
（Ａ）の輪郭画像を得、 （ｂ） 該輪郭画像の方向情報として濃度のグラジェン
トを求めるとともに、グラジェントに直角な接線ベクト
ルを求め、 （ｃ） 前記（ａ）及び（ｂ）の工程をカメラを並進さ
せながら複数回行うことにより、前記カメラを並進させ
た各位置における前記グラジェントに直角な接線ベクト
ルを得、前記各位置における各々の接線ベクトルとその
ときのカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内
で前記円形対象物（Ａ）の円の接線ベクトルを求め、 （ｄ） 上記処理を円周上の複数の点について実行し
て、３次元空間内で円周上の各点についての接線ベクト
ル群を得、該接線ベクトル群と垂直なベクトルを円を含
む平面の方位ベクトル（Ｗ）として求め、 （ｅ） 方位ベクトル（Ｗ）に垂直な平面（Π）を適当
な位置に作り、撮像面上の楕円画像の接線ベクトルを平
面（Π）に投影して平面（Π）上での接線ベクトルを
得、該接線ベクトルの法線群の集積交点（Ａ′）を求
め、 （ｆ） カメラから前記集積交点（Ａ′）を見る方向を
視線とし、異なる複数のカメラ位置での視線群の集積交
点として円形対象物（Ａ）の中心位置を求め、 （ｇ） 撮像面上の楕円画像を平面（Π）に投影した集
積交点（Ａ′）を中心とする円に関する半径ヒストグラ
ムから該円の半径を求め、前記集積交点（Ａ′）と円形
対象物（Ａ）の中心位置との関係から三角形の相似の関
係により円形対象物（Ａ）の半径を求めることを特徴と
する円の３次元計測方法。(A) A circular object (A) is photographed by a camera, and a contour image of the circular object (A) is obtained by extracting a contour portion of the circular object (A). (B) Direction information of the contour image And the tangent vector perpendicular to the gradient is obtained, and (c) the camera is translated by performing the steps (a) and (b) multiple times while the camera is translated. A tangent vector perpendicular to the gradient at each position is obtained, and as a line of intersection of each tangent vector at each position and the camera position at that time, a circle of the circular object (A) in the three-dimensional space is obtained. A tangent vector is obtained, and (d) the above process is executed for a plurality of points on the circumference to obtain a tangent vector group for each point on the circumference in a three-dimensional space, and a vector perpendicular to the tangent vector group. Is obtained as the azimuth vector (W) of the plane including the circle, and (e) the plane (Π) perpendicular to the azimuth vector (W) is created at an appropriate position, and the tangent vector of the elliptical image on the imaging plane is the plane (Π). To obtain a tangent vector on the plane (Π), obtain an intersection (A ') of the normal groups of the tangent vector, and (f) look at the direction of viewing the accumulation intersection (A') from the camera. Then, the center position of the circular object (A) is obtained as the accumulation intersection of the line-of-sight groups at different camera positions, and (g) the accumulation intersection (A ') obtained by projecting the elliptical image on the imaging plane onto the plane (Π). The radius of the circle is calculated from the radius histogram of a circle centered on the center of the circle. From the relationship between the accumulation intersection (A ′) and the center position of the circle object (A), the circle object A three-dimensional measuring method for a circle, which is characterized by obtaining a radius.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240916A JPH0668765B2 (en) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 3D measuring method of circle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240916A JPH0668765B2 (en) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 3D measuring method of circle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290378A JPH0290378A (en) | 1990-03-29 |
| JPH0668765B2 true JPH0668765B2 (en) | 1994-08-31 |
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ID=17066570
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63240916A Expired - Lifetime JPH0668765B2 (en) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 3D measuring method of circle |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0668765B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP5277153B2 (en) * | 2009-12-24 | 2013-08-28 | 本田技研工業株式会社 | Image processing apparatus, image processing method, and image processing program |
| JP5156731B2 (en) * | 2009-12-24 | 2013-03-06 | 本田技研工業株式会社 | Image processing apparatus, image processing method, and image processing program |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP63240916A patent/JPH0668765B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0290378A (en) | 1990-03-29 |
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