JPH109853A - 測距型全方位視覚センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全方位で目標物の距離を測定する。 【解決手段】 光源５０の画像は反射ミラー８、魚眼レ
ンズ７を介した第１の光路および直接魚眼レンズ７を介
した第２の光路でＣＣＤ６に導かれる。ＣＣＤ６の撮影
画面中には２つの光源画像１０、１１が形成され、この
光源画像１０、１１と、光軸中心との間の距離を使用し
て光源５０の距離をＣＰＵ１により計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全方位で目標物ま
での距離を測定する測距型全方位視覚センサに関し、特
にロボットの目として好適な測距型全方位視覚センサに
関する。

【０００２】

【従来の技術】環境を広い視野で撮影した画像系列から
なるトボロジー地図（光景地図）を使用し、移動ロボッ
トの誘導を行う場合に、超音波センサなどにより障害物
を検知し、光景地図情報から大局的な位置と局所的な位
置を推定する提案がなされている（連続ＤＰを利用した
移動ロボットの動画像による位置同定、信学報、ｐｐ１
３９〜１４４、１９９５等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら超音波セ
ンサが目標物を捕捉できる範囲は限られており、全方位
というわけにはいかない。

【０００４】なお、全方位で目標物を撮影する装置とし
ては反射ミラーを介して全方位の映像を撮像装置に取り
込むようにした全方位視覚センサが提案されているが
（電子情報通信学会論文誌Ｄ−１１，Ｖｏｌ，Ｊ７９ｄ
−１１ Ｎｏ．５ ｐｐ６９８−７０７ １９９６年５
月）、距離を測定する方法までは提案していない。

【０００５】そこで、本発明は、全方位視覚センサを使
用して、特定の目標物の距離を測定できる測距型全方位
視覚センサを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、撮像装置と、第１の光路
および該第１の光路とは異なる第２の光路で前記撮像装
置に対して被写体画像を導き、該撮像装置に２つの被写
体画像を結像させる光学系と、前記撮像装置において結
像された２つの被写体画像の撮像位置から予め定めた対
応関係に基づき、被写体までの距離を取得する情報処理
手段とを具えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の測距
型全方位視覚センサにおいて、前記光学系は前記被写体
画像を反射するミラーと、該ミラーにより反射した被写
体画像と、被写体からの直接の被写体画像とを前記撮像
装置に導くレンズを有することを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、請求項２に記載の測距
型全方位視覚センサにおいて、前記ミラーは前記撮像装
置の光軸上に配置され、前記情報処理手段は、該ミラー
そのものの撮影画像領域の中で該ミラーにより反射した
被写体画像の撮像位置を検出し、前記撮像装置の光軸に
対応する撮像位置と前記反射した被写体画像の撮像位置
とを結ぶ直線上で前記直接の被写体画像の撮像位置を検
出することを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１に記載の測距
型全方位視覚センサにおいて、前記光学系は前記被写体
画像を反射する第１のミラーおよび第２のミラーを有
し、当該第１のミラーおよび第２のミラーにより前記第
１の光路および第２の光路を形成することを特徴とす
る。

【００１０】請求項５の発明は、請求項４に記載の測距
型全方位視覚センサにおいて、前記撮像装置の光軸上に
前記第１のミラーおよび第２のミラーは配置され、前記
第１のミラーにより反射された被写体画像を前記撮像装
置に導くための開口部を前記第２のミラーに設けたこと
を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。図１は本発明を適用した測距型
全方位センサの構成を示す。図１において５０は目標
物、例えば、光源である。光源５０からの光は第１の方
向、すなわち、円錐ミラー８、魚眼レンズ７を介してＣ
ＣＤ（個体撮像素子を使用した撮像装置）６に導かれ
る。光源５０からの光は第２の方向、すなわち、光源５
０から直接、魚眼レンズ７に入射され、ＣＣＤ５０に導
かれる。また、円錐ミラー８の中心が魚眼レンズ７の中
心、すなわち、ＣＣＤ６の光軸に一致するように光学系
が構成されている。

【００１２】このようにして、撮像された光源５０の画
像はＣＣＤ６の撮影画面上で図２の符号１０、１１の位
置に２つ生じる。１０は円錐ミラー８により反射された
光による光源５０の画像である。１１は光源５０から直
接魚眼レンズ７を介して導かれた光により生じる画像で
ある。

【００１３】円錐ミラー８により反射された光の光源画
像１０は円錐ミラー８の円錐画像９の中に生じ、光源５
０から直接魚眼レンズ７を介して導かれた光により生じ
る光源画像１１は円錐画像９の外側に存在する。また光
源画像１０と、光源画像１１を結ぶ直線は必ず、円錐画
像の中心Ｏ（光軸中心に対応）を通るという特徴があ
る。

【００１４】本実施例ではこのような特徴に着目して、
２つの光源画像１０、１１の円錐画像１０からの距離ｄ
１，ｄ２を求めることにより目標物までの距離を求め
る。

【００１５】距離Ｌと、画面中の距離ｄ１，ｄ２との対
応関係は円錐ミラー８と魚眼レンズ７の光学特性が定ま
れば、三角測量の技法を使用して数式で表すことができ
る。また、光源位置５０を３次元空間上の距離が判明し
ている位置複数へ移動させて、そのときの光源位置１
０、１１を取得し、実質距離Ｌと、画面内距離１０、１
１の対応関係をテーブル形態に装置内に記憶しておくこ
ともできる。

【００１６】このような測距型全方位視覚センサの制御
系の回路構成を図３に示す。図３において、ＣＣＤ６に
取り込まれた画像についての１画面分の画像データはア
ナログ／デジタル信号によりアナログ信号からデジタル
信号に変換器６Ａにより変換される。デジタル信号形態
の画像データ、より具体的には、画素毎の輝度データは
入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）５を介してＣＰＵ（中
央演算処理装置）１に転送され、次にＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）３に格納される。ＣＰＵ１はＲＯＭ
（リードオンリメモリ）２に格納された図４のプログラ
ムに従って、ＲＡＭ３の画像データを使用して距離の計
算を行う。その計算結果はＣＰＵ１の制御で表示器４に
表示される。

【００１７】このようなシステムの動作を図４のフロー
チャートを使用して説明する。電源が投入されると、Ｃ
ＰＵ１は距離計算における初期化処理を行う（ステップ
Ｓ１０）。次に、ＣＰＵ１はＩ／Ｏ５経由で１画面分の
画像データを取り込む（ステップＳ２０）。ＣＰＵ１は
ＲＡＭ３上の画像データを調べ、まず、円錐ミラー８に
より反射された光により生じる画像（以下、第１の画像
と称する）についての画像データを検出する。より具体
的には、円錐ミラー８の外周円の撮影画像領域の位置お
よび大きさは予め初期値として与えられているので、こ
の領域の範囲でしきい値以上の輝度を有する画像データ
およびその画素位置を検出する。検出した画素位置はＲ
ＡＭ３に格納される（ステップＳ４０）。

【００１８】次にＣＰＵ１は被写体から直接、ＣＣＤ６
に取り込んだ光の画像（以下、第２の画像と称する）の
位置をＲＡＭ３の画像データに基づき検出する。上述し
たように第２の画像は第１の画像と、円錐ミラー８の画
像中心を結ぶ直線上にあり、かつ円錐ミラー８自体の画
像の外の領域にあるという特徴がある。ＣＰＵ１はＲＡ
Ｍ３上の各画素の画像データについて上述の特徴に合致
しているかの判定を行う。これにより上記特徴を満足す
る第１および第２の画像の画像データおよびその画素位
置が検出される。

【００１９】この画素位置と円錐ミラー８の画像の中心
位置との間の距離ｄ１，ｄ２（図２参照）をＣＰＵ１に
おいて計算する。また、予め定められている距離計算
式、あるいは変換テーブルを使用して、距離ｄ１，ｄ２
に対応する距離を取得する（ステップＳ５０）。計算結
果は表示器４に表示される（ステップＳ６０）。

【００２０】以下、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理手順
が終了の指示があるまで、繰り返される。

【００２１】以上、説明したように、本実施例では、全
方位視覚センサを使用して距離を測定できるので、ロボ
ットに本実施例を搭載した場合には、単なる、障害物の
検知だけでなく、障害物までの衝突時間等を得ることが
できる。また、従来から知られている、距離測定装置を
全方位視覚センサとは別個に搭載する必要もないので、
ロボットを小型化できる。また、全方位視覚センサはＣ
ＣＤ６を固定設置できるので、ロボットの首振り動作等
が不要であり、ロボット本体の機構を簡素化することも
可能である。

【００２２】本実施例の他に次の例を実施できる。

【００２３】１）全方位視覚センサで使用する反射部材
として本実施例では円錐ミラーを使用しているが、球面
ミラー等他の形状のミラーを使用してもよい。

【００２４】２）本実施例は、同一の光源について２つ
の光路でＣＣＤ６に光を導くようにしている。このため
に、本実施例では魚眼レンズ７を使用している。この例
に限らず、図５に示すような光学系でも本発明を実現で
きる。図５の例は、円錐ミラー８とＣＣＤ６の間に曲面
ミラー２０を設けている。曲面ミラー２０の中心部には
円錐ミラー８の反射光をＣＣＤ６に導くための開口部２
１が設けられている。また、光源５０からの光は曲面ミ
ラー２０の外側面で反射されてＣＣＤ６に導かれる。こ
の場合には、点光源５０の画像位置は、１つは曲面ミラ
ー２０の開口部２１の画像領域内に生じ、他の１つは曲
面ミラー２１の中の開口部２１を除く領域に生じる。こ
れら領域内だけが光源画像の探索領域となるという利点
を有する。

【００２５】３）本実施例では、発明の説明のために、
被写体を点光源で説明したが、被写体は点光源に限るこ
となく、ある形状を持つもの全てに適用できる。この場
合には、２つの光路により生じる２つの画像をパターン
マッチングで検出するとよい。なお、画像の位置の特徴
は上述した点光源の例と同様である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、被写体画像について２つの画像を撮像装置にお
いて取得することにより、全方位視覚センサでも距離測
定が可能となる。

【００２７】請求項２の発明では、ミラー１つとレンズ
１つで光学系を構成でき、ロボットのような設置場所に
制限を有する装置内に測距型全方位視覚センサを組み込
むことができる。

【００２８】請求項３の発明では、２つの被写体画像の
位置特徴を利用して、撮像位置を検出することにより、
位置検出精度が高まり、また、検出時間も短くなる。

【００２９】請求項４の発明では、２つのミラーのみで
光学系を構成でき、装置の小型化に寄与することができ
る。

【００３０】請求項５の発明では、ミラー２つを光軸上
に配置でき、取り付けが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の光学系の構成を示す構成図であ
る。

【図２】撮影画像を示す説明図である。

【図３】本発明実施例の制御系の構成を示すブロック図
である。

【図４】ＣＰＵ１の処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図５】本発明実施例の光学系の他の構成を示す構成図
である。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ ＲＯＭ ３ ＲＡＭ ４ 表示器 ５ Ｉ／Ｏ ６ ＣＣＤ ６Ａ Ａ／Ｄ ７ 魚眼レンズ ８ 円錐ミラー ５０ 光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 拓一 東京都千代田区大手町１丁目９番４号 経 団連会館 社団法人日本鉄鋼連盟内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像装置と、 第１の光路および該第１の光路とは異なる第２の光路で
   前記撮像装置に対して被写体画像を導き、該撮像装置に
   ２つの被写体画像を結像させる光学系と、 前記撮像装置において結像された２つの被写体画像の撮
   像位置から予め定めた対応関係に基づき、被写体までの
   距離を取得する情報処理手段とを具えたことを特徴とす
   る測距型全方位視覚センサ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の測距型全方位視覚セン
   サにおいて、前記光学系は前記被写体画像を反射するミ
   ラーと、該ミラーにより反射した被写体画像と、被写体
   からの直接の被写体画像とを前記撮像装置に導くレンズ
   を有することを特徴とする測距型全方位視覚センサ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の測距型全方位視覚セン
   サにおいて、前記ミラーは前記撮像装置の光軸上に配置
   され、前記情報処理手段は、該ミラーそのものの撮影画
   像領域の中で該ミラーにより反射した被写体画像の撮像
   位置を検出し、前記撮像装置の光軸に対応する撮像位置
   と前記反射した被写体画像の撮像位置とを結ぶ直線上で
   前記直接の被写体画像の撮像位置を検出することを特徴
   とする測距型全方位視覚センサ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の測距型全方位視覚セン
   サにおいて、前記光学系は前記被写体画像を反射する第
   １のミラーおよび第２のミラーを有し、当該第１のミラ
   ーおよび第２のミラーにより前記第１の光路および第２
   の光路を形成することを特徴とする測距型全方位視覚セ
   ンサ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の測距型全方位視覚セン
   サにおいて、前記撮像装置の光軸上に前記第１のミラー
   および第２のミラーは配置され、前記第１のミラーによ
   り反射された被写体画像を前記撮像装置に導くための開
   口部を前記第２のミラーに設けたことを特徴とする測距
   型全方位視覚センサ。