JPS61120001A - 位置座標測定装置 - Google Patents
位置座標測定装置Info
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- JPS61120001A JPS61120001A JP24189784A JP24189784A JPS61120001A JP S61120001 A JPS61120001 A JP S61120001A JP 24189784 A JP24189784 A JP 24189784A JP 24189784 A JP24189784 A JP 24189784A JP S61120001 A JPS61120001 A JP S61120001A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は例えばロボットなどの眼として対象たとえばワ
ークの現在位置を確定するために、該対象の位置を示す
座標たとえばx、y直角座標やr。 θ極座標を対象に触れることなく遠隔測定をすることが
できる位置座標測定装置に関する。
ークの現在位置を確定するために、該対象の位置を示す
座標たとえばx、y直角座標やr。 θ極座標を対象に触れることなく遠隔測定をすることが
できる位置座標測定装置に関する。
前述のように対象とは無接触の条件でその位置を測定で
きる従来例としては、例えば第11図に原理を示す距離
測定装置がある。この図において調定対象は上方に示さ
れた対FiOJであって、これから距離dを隔てた所に
短い焦点距離fを有する1対の固定されたレンズ1,2
があり、これらのレンズ
きる従来例としては、例えば第11図に原理を示す距離
測定装置がある。この図において調定対象は上方に示さ
れた対FiOJであって、これから距離dを隔てた所に
短い焦点距離fを有する1対の固定されたレンズ1,2
があり、これらのレンズ
【、2はその先軸を互いに平行
にかつ基線長と呼ばれる距離dを相互に隔てて同かれて
いる。 レンズ1,2の対1!OJとの反対側の焦点面上にはそ
れぞれ多数個の光電センサを一列に並べた光センサアレ
イ3.4が置かれており、その受光面上に対i0Jから
のレンズ1.2を経由する光L1.L2が映像目、12
としてそれぞれ結像される。容易にわかるように対象O
Jが無限遠にあるとき、すなわち距fgdが無限大のと
きには、映像I+、 12の中心はレンズ1.2の光軸
が光センサアレイ3.4と交わる基準点に結像されるが
、距fidが有限である場合には映像11.+2の中心
は前述の基準点からそれぞれ距gIsl、s2だけずれ
る。いまもしこのずれ’ft51.s2を測定すること
ができれば、簡単な三角i!!量の原理から −f d 瓢 □ 1−s2 グ成立するので、’16 fflに個有な数値d、rと
ずれ131、s2から距El dを測定することができ
る。なお、上式におけるずれ景sl、s2は図の矢印S
が示す方向を正としてあり、対象OJが図示の位置にあ
るときにはずれN s lは正でずれls2が負である
ことに留意されたい、また、上式中の1sl−s2は基
線長すを隔てた2個のレンズ1.2によ、て作られる映
像11.12間のいわゆるバララックスと称される量で
あり、これをΔs −il −s2とすると、ずれ1t
sL、s2を個別に測定することは必要なく、距Ndの
測定はバララックスΔSを測定することに帰着する。こ
の量ΔSの測定は後に第4図について説明するように純
電子回路、とくに極小の集積回路によって得ることがで
きる。 この従来例による距離測定装置は、全く可動部がな(、
i&近の高感度の光センサアレイを用いれば比較的暗視
野でも測定が可能であり、かつ非常に高速測定できる大
きな利点ををする。しかし、測定項目は距離dに限られ
ていて対象OJの位置座標を決めることはできず、距離
測定の対象の指定にはファインダ等を用いてレンズLl
、L2の光軸が対象OJに向くように装置を必要に応じ
て傾けてやらねばならない、この点の解決のため、本件
発明者は先H(特願昭58−144332号)において
、第12図に原理を示すような装置正面から角度θだけ
傾いた位置にある対象OJまでの距#lIdを測定でき
る距離測定装置を提案した。 第12図に示すこの距離測定装置では、レンズLL。 L2の光軸から角度θだけ傾いた線が光センサアレイ3
.4と交わる点をそれぞれ基準点とし、映像11.12
の中心の基準点からのずれ量をs l + s 2とす
ると次式が成立する。 −f d 関 □ (sl−s2)cosθ この場合にも、ずれ量5Ls2を個別に測定する必要は
な(、パララックスΔ5=sl−s2を測定すれば距@
dが得られるのは前と同様である。しかも、角度θと距
ll1dがわかれば、対象OJの極座標d、θが得られ
るのであるから、対象OJの位置座標が測定できるよう
に考えられるかも知れないが、実際にはそう巧くは行か
ない、すなわち、角度θを距離測定装置側で設定してや
る必要があり、これによって始めて設定された角度θの
方向にある対象OJまでの距Mdが測定できるのであっ
て、vi置の 。 前面にある対111OJのもつ位置座標がこれによって
自然に得られるわけではない。 なお、上の第11図および第12図で説明した従来装置
はいずれもいわゆるパッシブ方式のものであるが、距離
測定装置としてはこのほかにアクティブ方式のものがあ
る。しかし、その多(はパルス状の光または音波を発射
して測定対象からの反射波を検出し、発射時点から反射
波検出時点までの時間によって距離を測定するものであ
って、この内の音波を利用する方式は元来指向性があま
り良好でなく対象の座標測定には不向きであり、光を利
用するものでは第12図で説明したと同様の機能は持ち
うろが、角度θを測定装置側で設定しなければならない
ことに変わりはなく、位置座標をこれによって簡単に得
ることはできない。 【発明の目的] 上述のような従来技術の現状に立脚して、本発明の目的
は測定対象を特定するための角度を指定することな(装
置の前面にある対象の位置を遠隔測定することができる
位置座標測定装置を得ることにある0本発明の副次的な
目的はパッシブ方式が本来持つ利点を生かしながらかか
る装置を得ることに島る。 【発明の買点] 本発明においては前述の、目的達成のために、従来装置
における互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定
すべき対象からの光を受け入れて該対象が示すパターン
を備え、た映像を結像させる1対の光学的手段と、咳各
光学的手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像
のパターンに応じた映像信号列を発する光電形の1対の
光センサアレイ手段とに、光センサアレイ手段が発する
映像信号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位
置座標測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点
の光センサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサ
アレイ側について決定する対象点決定手段と、両光セン
サアレイ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標
に基づいてあるいは一方の光センサアレイ側について決
定された対象点座標と両光センサアレイからの映像信号
列の示すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象
の位置座標を決定する座標決定手段とを組み合わせて、
これにより光学的手段の光軸を含む測定面内における測
定対象の位置座標を測定できるようにする。 以下第1図〜第5図を参照しながら本発明の上述の構成
の原理を説明する。 まず第1図は前に説明した第11図〜12図に対応する
本発明装置の原理構成図であって、測定対象OJからの
光は1対の光学的手段109例えば左右の小さなレンズ
10L、10.lIによって受け入れられ、それらから
短い焦点距gllfだけ後方に配置された左右の光セン
サアレイ20L、20+?上に左右の映像IL、 IR
として結像される。対象OJのもつ位置座標x、 y
の座標軸の原点0は図示のように例えば左右のレンズ1
0L、10R間の基線長す内にあり、X座標軸は該基線
長方向と−敗しY座標は左右のレンズIOL。 10Rの光軸を含む測定面内にあワてX座標軸と直交し
、座標原点0は左右のレンズIOL、 IORの中心か
らそれぞれbL、 bRの距離にあるとする。さらに、
映像IL、 IRの中心と左右のレンズIOL、 10
11の光軸がそれぞれ左右の光センサアレイ20L、2
0Rと交わる基準点との間の距離ないしはずれ量をそれ
ぞれsL、sRとし、かつこの正の方向をX座榎軸とは
反対方向の図の矢印3で示された方向であるとする。 三角形の相似関係から次式が成立する。 x+bL sL y r x −bRsR y r これらから測定すべき座411x、yを求めるとsL
−bR+5R−bL 5t−bR+5R−bLsL
−sRΔ5 b−r b−r y “ 3 sL −sRA s となり(ただしΔ5−sL−sRとする)、2個のずれ
1lsL+sRt−測定すれば座[X、yを求め得るこ
とがわかる。この内厚myの方は第11図で説明した距
離dと当然同じになり、したがってバララックス看ΔS
がわかれば直ちに決定できる。しかし、座1!!xの方
はバララックスΔSのみでは決定できず、ずれ量sL+
sRの値が独立に知られない限り決定できず、これが
従来の距N渕定の場合と大きく異なる点である。なお、
上述の座標Xの式は座標原点Oを左右のレンズIOL、
IOHの内の一方の中心。 例えば第2図18+に示すように左方のレンズIOLの
中心と一致させると間車化される。すなわち、上式でb
L−0,bR−bと置けば −sL ΔS となり、本発明の実施に当たって測定回路等を間車化さ
せる上で有利である。 また、第2図中)に示すように測定すべき座標を極座標
「、θとし、例えば座標原点0を左方のレンズIOLの
中心とし、角度θを基線長すに直交する角度基準軸から
時計回り方向に正とするとθ−Lg−’(−) となり、同様にずれ量sL、 sRから決定することが
できる。 さて、以上の座標決定の基礎となるずれlsL。 sRは、前述のようにレンズIOL、 IORの光軸と
光センサアレイ20L、20Rの交点を基準点としてお
り、この基準点は光センサアレイ20L、20Rの定点
である。しかし映像IL、 IHの中心は映像IR,I
Lが一般には分布をもっているので、その分布中の一点
を座標測定の対象点として決めなければならない。 本発明装置における対象点決定手段30はこのために設
けられたものであって、第1図に示すように左右のセン
サアレイ20L、 20Rからの映像(ε号列ISL。 ISRが例えばスイッチ手段36を介して対象点決定手
段30に交互に人力される。光センサアレイ20L。 20Rが第1図または第5図(δ)に例示するようにア
ナログ値の映像13号が明に1な極値点1すなわち極大
値点をもつ場合は、この極大値点を測定の対象点として
a単に決定することができる。しかし、第5図fa+に
示すように明確な極値点をもつ場合でも、映像信号列I
sはいわば裾野の拡がりをもつことが多いので、適宜に
選ばれたしきい値thを用いて裾野部を除くことにより
、映像信号列のもつ拡がりを縮少させるのが望ましい、
なお、光センサアレイは個別の光センサの集まりであっ
て極値点として対象点3Cの値は整数値に限られはする
が、各光センサ間のビフチpは数ミクロン程度にまで小
さくできるので通常の測定には精度上の問題はあまりな
い、しかし、より高精度を要する場合には、各映像信号
がアナログ値であることを利用して対象点sCを値を小
数点以下の値をも持つように補正をすることができる。 この補正の要領は同図(al)に示すように映像信号列
の極値点付近の波形を例えば抛物線近似させる。同図(
al)において、対象点として得られた整数値をsOと
し、映像信号の極大値を! (0) 、その左右の光セ
ンサからの映像信号の値をそれぞれIC+1)、 +(
−1)とすると補正された対象点sCの値は殆物線近似
の場合次式で与えられる。 + 1(+1)−1(−1)2p
21(0)−1(+1) −1(−1)かかる補
正は極値点付近の映像信号列の波形がなだらかである場
合にとくに有効である。 第5図伽)に例示するように映像信号列Isが明確なI
!j値点を有しないが映像の端部が明確な場合には、し
きい値thで切ることにより映像信号列中の映像部を浮
き上がらせた上でその端su、slを容易に検出できる
ので、両端の中点もしくは両者間を定められた比で内分
する点を対象点3Cとして決めろことができる。さらに
映像信号列からは同図+01に示すように明確な極値点
も映像の端部も検出できない場合もあるが、このような
ときにもしきい値thで映像信号列中のノイズ分を除い
た後に映像信号値の分布の重心点を対象点ICとして決
定することができる。 以上のように映像信号列のデータ処理により対象点は決
定できるが、測定対象OJに点光源例えばLEDやマー
ク等の明確なt*mを付すことにより対象点の決定をよ
り容易にかつ正確にすることができる。また、測定対象
OJの背景が比較的明るい場合や複雑な場合には照明と
(に赤外光の照明を測定対象に当てて測定対象を視野内
で際立たせるのも有利である。かかろ照明の指向性はと
くに良好である必要はなく、また光センサアレイにシリ
コン系半導体を用いる場合には近赤外領域での感度がよ
いので近赤外光で照明ずゐのが有利である。 もちろんかかる照明を持続させる必要はなく、装置の測
定動作に同期してパルス状ないしはクラッシュ状に与え
ることで充分である。 上記のようにして対象点決定手段により決定された対象
点sCの光センサアレイ上の座標としてのずれ量sL、
sRは第1[に示すように座標決定手段40たとえば
マイクロコンビエータに送られて、前述の数式に基づい
て対象OJのもつ位置!!lIx、yあるいはr、θが
決定される。 さて、この測定すべき位置座標x、yあるいは「、θの
内の座標x、yは従来からの距離測定装置によっても測
定が可能なので、本発明装置を距離測定回路を利用して
構成することもできる。第3図はかかる構成の原理図で
あって、この場合には距離測定回路50からのパララッ
クス量Δ3と一方のずれ量例えば図示のようにずれJi
sLとを座標決定手段40に与えればよい、第4図はこ
の距離測定回路50の公知の回路例を例示するもので、
この例ではマイクロコンピュータとして構成された座標
決定手段40が回路に対する制御パルス敗を与える。こ
の回路構成を闇路に説明すると次のとおりである。 光センサアレイ20L、20Rからのアナログ値の映像
信号列ISL、 ISRは図の上方のアナログディジタ
ル変換器51L、51Rによってディジタル値の映像デ
ータ列にそれぞれ変換されてその下方のシフトレジスタ
52L、52Rにそれぞれ格納される。これらの映像デ
ータ列は座標決定手段40からの互いに同期されたシフ
トパルスSPL、 SPRによってシフトレジスタ52
L、52Rからイクスクルーシプノアゲート53に逐次
出力されデータの一敗、不−敗が検定され、左右の映像
データ列間の一敗データ敗がカウンタ54内に記憶され
る。シフトレジスタ52L、52R内の映像データは還
流されており、1回の左右の映像データ列間の一致検定
終了後に左方のシフトレジスタ52L内のデータをシフ
トパルスSPLにより1段ずらせた後に同様の左右の映
像データ列間の一致検定が操り返されろ、各−敗検定後
に比較回路55はその下方のカウンタ56のカウント値
とカウンタ54内の毎回の一敗検定結果のカウント値を
比較して、常に左右の映像列間のデータの最大−成敗を
カウンタ56に記憶させると同時にその旨をレジスタ5
8に伝える。レジスタ58の上方のカウンタ57は毎回
の一致検定に対応するパララックス量ΔSを座標決定手
段からのパルスをカウントすることにより記憶しており
、レジスタ58は比較回路55からの信号に基づいてカ
ウンタ57のカウント値を読み込むので、その中には左
右の映像データ列間が最大−敗したときのパララックス
量Δ3が記憶されていることになり、−敗検定をすべて
終えた後にパララックス量ΔSがレジスタ58から出力
される。 以上の説明かられかるように距mm定回路50自体の構
成はやや?x雑になるが、既存の距離測定回路を利用す
ることにより、本発明の座標決定手段を間易に構成する
ことができる。 【発明の実施例】 以下第6図から第10図を参照しながら本発明の実施例
を詳細説明する。 第6図は前に第5図fatで示したように映像信号列I
sが明確な極値点を有する場合に適する対象点決定手段
の具体回路例を示すものである。図中の光センサアレイ
手段20は第1図または第3図の左右の光センサアレイ
20L、20Hの一方を代表しており、例えば公知のC
CD方式やNO5形イメージセンサからなる光センサア
レイである。この光センサアレイ手段20からの映像信
号列Isは、図の下方に示された座標決定手段40から
のクロ7クパルスφに同期してアナログ値の映像信号を
1個ずつ8亥手段の右端からしきい種回路31に与える
。また上のクロックパルスφはカウンタ34にも与えら
れており、該カウンタ34はクロックパルスφによって
出方される映像信号の番号1(1−N)をカウント値と
して記憶している。しきい種回路31の右方に示されて
いるのはサンプルホールド回路32であって、スイッチ
ングトランジスタ32aと、キャパシタ32bと、ボル
テージフォロワ接続の演算増幅器32cとからなり、例
えばF!!Tとして構成されたスイッチングトランジス
タ32aのゲートにストローブ信号SSを受けたとき該
トランジスタ32aがオンして、アナログディジタル変
換器31からの映像信号の値をキャパシタ32bの充電
電圧として記憶し、その右方に示されたコンパレータ3
3の反転入力に与える。コンパレータ33はその非反転
入力にクロックパルスφに同期してしきい種回路31か
ら毎回発しられる映像信号値を受けており、サンプルホ
ールド回路32から受けている映像信号値を毎回の映像
信号値が越えたときにのみストローブ信号SSを発する
。従うて、このストローブ信号SSにより記憶動作をす
るサンプルホールド回路32は、常に光センサアレイ手
段から順次出力される映像信号の内の最大値を記憶して
いることになる。ストローブ信号SSは前述のカウンタ
34の下方に示されたレジスタ35にも与えられており
、このレジスタ35はストローブ信号SSを受けるつど
カウンタ34のカウントMを図示のようにビットパラレ
ルに読み込むので、サンプルホールド回路32内に記憶
されている映像信号列Is内の最大の映像信号値をもつ
映像信号番号を常に記憶していることになる。従って光
センサアレイ手段20内のN個の映像信号が出力された
後、座標決定手段40はレジスタ35の記憶値をずれ1
lsLまたはsRとして読み取れば、映像信号列Is中
の極値として決定された対象点3Cの座標を得ることが
できる。 座標決定手段40は前述のようにそれ自体を1個のマイ
クロコンビエータとして構成するのがよく、ずれ量SL
+sRあろし)はバラランクス量Δ3を受けて座標X、
7あるいはr、θを数値計算した上で出力する。第7図
はこの座標決定手段40としてのマイクロコンピュータ
に対象点決定手段30のもつ機能のかなりの部分を受け
持たせるようにした本発明の異なる実施例を示すもので
ある。 第7図において、それぞれN個の左右の光センサアレイ
20L、20Rからの映像信号列ISL、 rsRは、
座標決定手段40によってl1liIIi1される電子
スイッチ36、シきい種回路31およびADC回路37
を介して多ビットのディジタル値の映像データ列に変換
された上で座標決定手段40内に読み込まれる。座標決
定手段40はCPt141.ROM42およびRAM4
3を備えたマイクロコンビエータであり、その入力ポー
トを介して前述の映像データ列と座標決定の測定開始指
令MSを受け、その出力ボート45を介して左右の光セ
ンサアレイ20L、2011からの映像信号列ISL、
ISRの出力を指令するクロックパルスφL、φgと
電子スイッチ36への切換指令S曾とを発するとともに
、測定結果としての位置座標に、yあるいはr、θを出
力する。 以下、第8図〜第10図に示されたフローを参照しなが
らこの第7図の実施例の動作を説明する。 第8図のフローは前述の測定開始指令MSによって起動
され、図の左方の列のフローは映像データの読み込みフ
ロー、中央の列のフローが対象点決定手段30としての
動作フロー、右方の列のフローが座標決定手段40とし
ての動作フローである。最初のステップStでは映像デ
ータ番号(1〜n)を表す変数1が1にセントされ、ス
テップS2では切換指令鋪が0に指定されて電子スイッ
チ36はこれによって図示のように左方の光センサアレ
イ20L側に接続される。ステップS3では該左方の光
センチアレイ2OLに対するクロックパルスφLが1個
出力され、これによってi′#目の映像データIL(i
)が読み込まれる。つづいてステップS4では切換)旨
令S−がlに指定され、これによって電子スイッチ36
を右方の光センサアレイ2ORの側に接続した上で、ス
テップS5でクロックパルスφLを1個発して右方の光
センナアレイ20I?からの1番目の映像データIR(
+)を読み込む、ステップS6では常に変数1に1を加
算し、左右の光センサアレイ20L、20Rからの全映
像データIL、IRを読み込んで、ステップS7で変数
豊がNよりも大と判定されるまでステップ82〜S7を
操り返す。 全映像データIL、IRの読み込み完了後にフローは対
象点の決定のためのフローに入る。第8図のこの部分の
フローは府と同様に映像データの極値点を対象点と決め
てそのずれlsL、sRを決めるためのフローである。 ステップS8では左右の映像データ列それぞれ中の最大
データ値を表す変数ILM。 ILRの値をOにセフ)し、ステップS9では変数1を
再び1にセントする。ステップ510ではI#r目の左
方の映像データIL(1) tr変数ILHと比較し、
前者が後者よりも大なるときに限り次のステップ511
において変数ILM @ l #目の左方の映像データ
IL(i)に置き換えるとともに左方のずれ量を示す変
敗sLをlと置く、同様にステップ512.513にお
いては右方の映像データIR(1)を変数IRMと比較
して前者の方が大なときに変数IRMとsRとをそれぞ
れIR(1)、 lで置き換える。ステップS14で変
数iに1を加算し、次の判定ステップS15で変数iが
Nより大と判定されろまでステップ81G −515の
フローを操り返し、これによって左右の映像データ列I
L、 IR中の最大値をもつ映像データ番号SL。 SRを対象点と決定し、その番号を対象点の光センサア
レイ20L、 20R中の座標として得る。ステップS
15の後に、この図には記されていないが、必要な場合
は前に第5図fatで説明したこの座標SL、SRに対
する補正フローを挿入することができる。 座標決定手段40としてのフローの最初のステップでは
左右の基準点の庄t!!SLO,SROを前の左右の対
象点の座標sL、 sRから差し引くことによりずれ!
lsL+sR4を得る。この基準点の座標SLO,SR
Oは第1図のレンズ10L、IORの光りと光センサア
レイ20L。 20Rとの交点のもつ光センサアレイ上の座標であり、
整数とは限らず一般的な数値をもち得る0次のステップ
S17ではパララックス量ΔSがずれ景sL、sRから
計算され、最後のステップ518.319においてそれ
ぞれ枠内に示された式によって求める位置座標x、yが
計算されて全フローを終える。 なお、最後のステップ519における算式中のPは前述
の光センサアレイ中の光センサ間ピッチである。 第9図に示されたフローは第8図のステップ38〜51
5に対応して、前の第5図世)で説明した手段により対
象点を決定するためのフローであり、簡明化のため左右
の映像データ列に対するフローの内の一方に対するフロ
ーのみが示されている。この最初のステップ52Gでは
検出すべき映像端su。 slのもつ座標の和を示す変数33と映像端の数を示す
変数nを0にセントする。つづくステップ321では映
像データ番号変数1を2とおき、ステップ522では1
番目の映像データ!(i)とi−1番目の映像データD
i 1)との差の絶対値が所定値1thより大か否
かが判定されろ0判定結果が真であれば映像端であるこ
とを示すので、次のステップ323において変敗S3に
1を加算した上で0.5を減じ、変数nに1を加算する
。0.5の減算は映像端が1番目と1−1番目との間に
あるとするためである。 前と同様の1の加算ステップS24と判定ステップS2
5を経由してN個の映像データ全部について映像端を検
出した上で、ステップ326において変数Ssを変数n
で除した座標Sを1)て、これを左方の対象点座標SL
または右方の対象点座標SRとする。 この場合、映像の両端が正規に検出されておればn−2
となるはずであるが、第5図世)に示したしきいtfi
thが不適切なときは、上式が成立しない場合もあるの
で、第7図に示すようにしきい値変更櫓令TSをしきい
値回路31に与えてしきい値を変更することができる。 また、対象の映像パターンの種1や背景の次第によって
、しきい値を変えてもn−2が成立しないこともあるの
で、この場合には第1θ図のフローに移行するようにす
ることができる。 第10図のフローは対象点決定手段30に第5図to)
に示した手段により対象点を決定させろためのもので、
第9図と同様に左右の映像データの一方に対するフロー
のみが示されている。最初のステップS27では映像デ
ータ番号lと映像データI(L)との積の和を示す変数
517と映像データr (1)の和を示す変数S+を0
にセットし、ステップ32Bで変数lを1に置いてから
繰り返しフローに入る。ステップS29では変数stt
、stに所定の加算をし、ステップS30.331を経
てステップS32において両変数の比から映像の重心と
しての対象点の座1llsを得る。第9図または第10
図のフローから得られる左右の対象点座標sL+ sR
は第8図の座標決定手段40に引き継がれて座標決定に
用いられる。 なお、第8図の中央列、第9図および第10図に示され
た対象点決定手段30としてのフローは、相互に独立し
て利用することもできるし、あるいはその一つの決定が
不適当なときに他のフローに自動的に入るようにするこ
ともできる。また、これらのフローのほかにより複雑な
公知のパターン認識の手法を利用してもよく、パターン
Lu1mにより測定対象の映像の区域が光センサアレイ
上の座標について特定できさえすれば、この区域内にお
いて対象点を目的に応じたアルゴリズムにより決定する
ことができる。もちろん、かかる代替えフローを複数個
並用して位置座標測定結果のf8傾度をf1認すること
も可能である。 また、以上の実施例説明においては位置座標としては二
次元の例えばx、y座標のみについて説明したが、三次
元座標例えばx、y、z座標が必要な場合には、本発明
装置内の光学的手段と光センサアレイ手段とを2組用い
、その測定面すなわちレンズIOL、 IORの光軸が
決定する面を互いに直交させることによって三次元の位
2[1を測定することができる。この場合、対象点決定
手段と座標決定手段とはこの2組の光センサアレイ手段
からの映像信号列を切換えで入力して処理をすることが
できる。 上述のいずれの実施例においても、得られる位1座櫟の
情度は若干の補正式を用いても結局は光センサアレイ内
の光センサ間のピッチPと光センサ数Nとにより左右さ
れる。11近の進んだ光センサアレイ技術によれば、セ
ンサ間ピッチPは5ミクロン程度または若干これを下回
る程度にまで短いものの製作が可能で、センサ敗も10
24個またはそれ以上のものが得られる。かかる光セン
サ技術を用いれば、比較的小形のアレイで1%以下の高
い精度で位置座標測定が可能で、通常のロボットアイな
どの用途には充分使用できる。また、本発明装置の実施
に必要な電子回路は集積化が容易で、光センサアレイと
ともに1個の半導体チップ内に収納することもできる。 また、前述の対象点決定のためのフローはいずれも比較
的簡単なので、プログラムを記憶するRAMエリアが少
なくてすみ、座標決定手段と合わせても1チツプマイク
ロコンピユータ内に納めて小形で安価な圧型測定装置を
提供することができる。 【発明の効果] 本発明による位置座標測定装置によれば、装置前面にあ
る測定対象からの光をいずれは固定された1対の光学的
手段とこれに対応して設けられた光センサアレイ手段に
より受け入れ、咳光センサアレイ手段からの映像18号
列を光センサアレイ手段が発する映像信号列を受けて該
映像信号列の示す、パターンから位置座1測定のための
測定対象点を決定し、該測定対象点の光センサアレイ上
の座標を少なくとも一方の光センサアレイ側について決
定する対象点決定手段と、両光センサアレイ側について
それぞれ決定された前記対象点座標に基づいてあるいは
一方の光センサアレイ側について決定された対象点座標
と両光センサアレイからの映像信号列の示すパターン上
の相互ずれ蚤とに基づいて測定対象の位置座標を決定す
る座標決定手段とにより処理することにより、光学的手
段の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を
測定することができるので、従来のように装置を測定対
象の方にいちいち向けなくても対象をいわば自動的に見
付けてその位置座標を遠隔測定することができる。従っ
て本発明装置は、所定の形状やパターンを有するワーク
などの対象の位置を確認してそれに応じた動作をする必
要があるロボットや自動走行車両等の人間にかわる限と
しての機能を果たすことができる。前述のように本装置
による位置座標測定結果の精度は、必要に応じてかなり
の精度にまで高めろことが可能である。また、本発明装
置が利用される上述のような用途向きには既にマイクロ
コンピュータが組み込まれている場合が多いので、本発
明の構成中の対象点決定手段と座標決定手段との機能を
この既設のマイクロコンピュータに受け持たせれば、眼
球に相当する小形の光学的手段と光センサアレイ手段と
を所望の部位に必要数取り付けるだけで、大した失費な
しに本発明を実施して大きな効果を挙げろことができる
。
にかつ基線長と呼ばれる距離dを相互に隔てて同かれて
いる。 レンズ1,2の対1!OJとの反対側の焦点面上にはそ
れぞれ多数個の光電センサを一列に並べた光センサアレ
イ3.4が置かれており、その受光面上に対i0Jから
のレンズ1.2を経由する光L1.L2が映像目、12
としてそれぞれ結像される。容易にわかるように対象O
Jが無限遠にあるとき、すなわち距fgdが無限大のと
きには、映像I+、 12の中心はレンズ1.2の光軸
が光センサアレイ3.4と交わる基準点に結像されるが
、距fidが有限である場合には映像11.+2の中心
は前述の基準点からそれぞれ距gIsl、s2だけずれ
る。いまもしこのずれ’ft51.s2を測定すること
ができれば、簡単な三角i!!量の原理から −f d 瓢 □ 1−s2 グ成立するので、’16 fflに個有な数値d、rと
ずれ131、s2から距El dを測定することができ
る。なお、上式におけるずれ景sl、s2は図の矢印S
が示す方向を正としてあり、対象OJが図示の位置にあ
るときにはずれN s lは正でずれls2が負である
ことに留意されたい、また、上式中の1sl−s2は基
線長すを隔てた2個のレンズ1.2によ、て作られる映
像11.12間のいわゆるバララックスと称される量で
あり、これをΔs −il −s2とすると、ずれ1t
sL、s2を個別に測定することは必要なく、距Ndの
測定はバララックスΔSを測定することに帰着する。こ
の量ΔSの測定は後に第4図について説明するように純
電子回路、とくに極小の集積回路によって得ることがで
きる。 この従来例による距離測定装置は、全く可動部がな(、
i&近の高感度の光センサアレイを用いれば比較的暗視
野でも測定が可能であり、かつ非常に高速測定できる大
きな利点ををする。しかし、測定項目は距離dに限られ
ていて対象OJの位置座標を決めることはできず、距離
測定の対象の指定にはファインダ等を用いてレンズLl
、L2の光軸が対象OJに向くように装置を必要に応じ
て傾けてやらねばならない、この点の解決のため、本件
発明者は先H(特願昭58−144332号)において
、第12図に原理を示すような装置正面から角度θだけ
傾いた位置にある対象OJまでの距#lIdを測定でき
る距離測定装置を提案した。 第12図に示すこの距離測定装置では、レンズLL。 L2の光軸から角度θだけ傾いた線が光センサアレイ3
.4と交わる点をそれぞれ基準点とし、映像11.12
の中心の基準点からのずれ量をs l + s 2とす
ると次式が成立する。 −f d 関 □ (sl−s2)cosθ この場合にも、ずれ量5Ls2を個別に測定する必要は
な(、パララックスΔ5=sl−s2を測定すれば距@
dが得られるのは前と同様である。しかも、角度θと距
ll1dがわかれば、対象OJの極座標d、θが得られ
るのであるから、対象OJの位置座標が測定できるよう
に考えられるかも知れないが、実際にはそう巧くは行か
ない、すなわち、角度θを距離測定装置側で設定してや
る必要があり、これによって始めて設定された角度θの
方向にある対象OJまでの距Mdが測定できるのであっ
て、vi置の 。 前面にある対111OJのもつ位置座標がこれによって
自然に得られるわけではない。 なお、上の第11図および第12図で説明した従来装置
はいずれもいわゆるパッシブ方式のものであるが、距離
測定装置としてはこのほかにアクティブ方式のものがあ
る。しかし、その多(はパルス状の光または音波を発射
して測定対象からの反射波を検出し、発射時点から反射
波検出時点までの時間によって距離を測定するものであ
って、この内の音波を利用する方式は元来指向性があま
り良好でなく対象の座標測定には不向きであり、光を利
用するものでは第12図で説明したと同様の機能は持ち
うろが、角度θを測定装置側で設定しなければならない
ことに変わりはなく、位置座標をこれによって簡単に得
ることはできない。 【発明の目的] 上述のような従来技術の現状に立脚して、本発明の目的
は測定対象を特定するための角度を指定することな(装
置の前面にある対象の位置を遠隔測定することができる
位置座標測定装置を得ることにある0本発明の副次的な
目的はパッシブ方式が本来持つ利点を生かしながらかか
る装置を得ることに島る。 【発明の買点] 本発明においては前述の、目的達成のために、従来装置
における互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定
すべき対象からの光を受け入れて該対象が示すパターン
を備え、た映像を結像させる1対の光学的手段と、咳各
光学的手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像
のパターンに応じた映像信号列を発する光電形の1対の
光センサアレイ手段とに、光センサアレイ手段が発する
映像信号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位
置座標測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点
の光センサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサ
アレイ側について決定する対象点決定手段と、両光セン
サアレイ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標
に基づいてあるいは一方の光センサアレイ側について決
定された対象点座標と両光センサアレイからの映像信号
列の示すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象
の位置座標を決定する座標決定手段とを組み合わせて、
これにより光学的手段の光軸を含む測定面内における測
定対象の位置座標を測定できるようにする。 以下第1図〜第5図を参照しながら本発明の上述の構成
の原理を説明する。 まず第1図は前に説明した第11図〜12図に対応する
本発明装置の原理構成図であって、測定対象OJからの
光は1対の光学的手段109例えば左右の小さなレンズ
10L、10.lIによって受け入れられ、それらから
短い焦点距gllfだけ後方に配置された左右の光セン
サアレイ20L、20+?上に左右の映像IL、 IR
として結像される。対象OJのもつ位置座標x、 y
の座標軸の原点0は図示のように例えば左右のレンズ1
0L、10R間の基線長す内にあり、X座標軸は該基線
長方向と−敗しY座標は左右のレンズIOL。 10Rの光軸を含む測定面内にあワてX座標軸と直交し
、座標原点0は左右のレンズIOL、 IORの中心か
らそれぞれbL、 bRの距離にあるとする。さらに、
映像IL、 IRの中心と左右のレンズIOL、 10
11の光軸がそれぞれ左右の光センサアレイ20L、2
0Rと交わる基準点との間の距離ないしはずれ量をそれ
ぞれsL、sRとし、かつこの正の方向をX座榎軸とは
反対方向の図の矢印3で示された方向であるとする。 三角形の相似関係から次式が成立する。 x+bL sL y r x −bRsR y r これらから測定すべき座411x、yを求めるとsL
−bR+5R−bL 5t−bR+5R−bLsL
−sRΔ5 b−r b−r y “ 3 sL −sRA s となり(ただしΔ5−sL−sRとする)、2個のずれ
1lsL+sRt−測定すれば座[X、yを求め得るこ
とがわかる。この内厚myの方は第11図で説明した距
離dと当然同じになり、したがってバララックス看ΔS
がわかれば直ちに決定できる。しかし、座1!!xの方
はバララックスΔSのみでは決定できず、ずれ量sL+
sRの値が独立に知られない限り決定できず、これが
従来の距N渕定の場合と大きく異なる点である。なお、
上述の座標Xの式は座標原点Oを左右のレンズIOL、
IOHの内の一方の中心。 例えば第2図18+に示すように左方のレンズIOLの
中心と一致させると間車化される。すなわち、上式でb
L−0,bR−bと置けば −sL ΔS となり、本発明の実施に当たって測定回路等を間車化さ
せる上で有利である。 また、第2図中)に示すように測定すべき座標を極座標
「、θとし、例えば座標原点0を左方のレンズIOLの
中心とし、角度θを基線長すに直交する角度基準軸から
時計回り方向に正とするとθ−Lg−’(−) となり、同様にずれ量sL、 sRから決定することが
できる。 さて、以上の座標決定の基礎となるずれlsL。 sRは、前述のようにレンズIOL、 IORの光軸と
光センサアレイ20L、20Rの交点を基準点としてお
り、この基準点は光センサアレイ20L、20Rの定点
である。しかし映像IL、 IHの中心は映像IR,I
Lが一般には分布をもっているので、その分布中の一点
を座標測定の対象点として決めなければならない。 本発明装置における対象点決定手段30はこのために設
けられたものであって、第1図に示すように左右のセン
サアレイ20L、 20Rからの映像(ε号列ISL。 ISRが例えばスイッチ手段36を介して対象点決定手
段30に交互に人力される。光センサアレイ20L。 20Rが第1図または第5図(δ)に例示するようにア
ナログ値の映像13号が明に1な極値点1すなわち極大
値点をもつ場合は、この極大値点を測定の対象点として
a単に決定することができる。しかし、第5図fa+に
示すように明確な極値点をもつ場合でも、映像信号列I
sはいわば裾野の拡がりをもつことが多いので、適宜に
選ばれたしきい値thを用いて裾野部を除くことにより
、映像信号列のもつ拡がりを縮少させるのが望ましい、
なお、光センサアレイは個別の光センサの集まりであっ
て極値点として対象点3Cの値は整数値に限られはする
が、各光センサ間のビフチpは数ミクロン程度にまで小
さくできるので通常の測定には精度上の問題はあまりな
い、しかし、より高精度を要する場合には、各映像信号
がアナログ値であることを利用して対象点sCを値を小
数点以下の値をも持つように補正をすることができる。 この補正の要領は同図(al)に示すように映像信号列
の極値点付近の波形を例えば抛物線近似させる。同図(
al)において、対象点として得られた整数値をsOと
し、映像信号の極大値を! (0) 、その左右の光セ
ンサからの映像信号の値をそれぞれIC+1)、 +(
−1)とすると補正された対象点sCの値は殆物線近似
の場合次式で与えられる。 + 1(+1)−1(−1)2p
21(0)−1(+1) −1(−1)かかる補
正は極値点付近の映像信号列の波形がなだらかである場
合にとくに有効である。 第5図伽)に例示するように映像信号列Isが明確なI
!j値点を有しないが映像の端部が明確な場合には、し
きい値thで切ることにより映像信号列中の映像部を浮
き上がらせた上でその端su、slを容易に検出できる
ので、両端の中点もしくは両者間を定められた比で内分
する点を対象点3Cとして決めろことができる。さらに
映像信号列からは同図+01に示すように明確な極値点
も映像の端部も検出できない場合もあるが、このような
ときにもしきい値thで映像信号列中のノイズ分を除い
た後に映像信号値の分布の重心点を対象点ICとして決
定することができる。 以上のように映像信号列のデータ処理により対象点は決
定できるが、測定対象OJに点光源例えばLEDやマー
ク等の明確なt*mを付すことにより対象点の決定をよ
り容易にかつ正確にすることができる。また、測定対象
OJの背景が比較的明るい場合や複雑な場合には照明と
(に赤外光の照明を測定対象に当てて測定対象を視野内
で際立たせるのも有利である。かかろ照明の指向性はと
くに良好である必要はなく、また光センサアレイにシリ
コン系半導体を用いる場合には近赤外領域での感度がよ
いので近赤外光で照明ずゐのが有利である。 もちろんかかる照明を持続させる必要はなく、装置の測
定動作に同期してパルス状ないしはクラッシュ状に与え
ることで充分である。 上記のようにして対象点決定手段により決定された対象
点sCの光センサアレイ上の座標としてのずれ量sL、
sRは第1[に示すように座標決定手段40たとえば
マイクロコンビエータに送られて、前述の数式に基づい
て対象OJのもつ位置!!lIx、yあるいはr、θが
決定される。 さて、この測定すべき位置座標x、yあるいは「、θの
内の座標x、yは従来からの距離測定装置によっても測
定が可能なので、本発明装置を距離測定回路を利用して
構成することもできる。第3図はかかる構成の原理図で
あって、この場合には距離測定回路50からのパララッ
クス量Δ3と一方のずれ量例えば図示のようにずれJi
sLとを座標決定手段40に与えればよい、第4図はこ
の距離測定回路50の公知の回路例を例示するもので、
この例ではマイクロコンピュータとして構成された座標
決定手段40が回路に対する制御パルス敗を与える。こ
の回路構成を闇路に説明すると次のとおりである。 光センサアレイ20L、20Rからのアナログ値の映像
信号列ISL、 ISRは図の上方のアナログディジタ
ル変換器51L、51Rによってディジタル値の映像デ
ータ列にそれぞれ変換されてその下方のシフトレジスタ
52L、52Rにそれぞれ格納される。これらの映像デ
ータ列は座標決定手段40からの互いに同期されたシフ
トパルスSPL、 SPRによってシフトレジスタ52
L、52Rからイクスクルーシプノアゲート53に逐次
出力されデータの一敗、不−敗が検定され、左右の映像
データ列間の一敗データ敗がカウンタ54内に記憶され
る。シフトレジスタ52L、52R内の映像データは還
流されており、1回の左右の映像データ列間の一致検定
終了後に左方のシフトレジスタ52L内のデータをシフ
トパルスSPLにより1段ずらせた後に同様の左右の映
像データ列間の一致検定が操り返されろ、各−敗検定後
に比較回路55はその下方のカウンタ56のカウント値
とカウンタ54内の毎回の一敗検定結果のカウント値を
比較して、常に左右の映像列間のデータの最大−成敗を
カウンタ56に記憶させると同時にその旨をレジスタ5
8に伝える。レジスタ58の上方のカウンタ57は毎回
の一致検定に対応するパララックス量ΔSを座標決定手
段からのパルスをカウントすることにより記憶しており
、レジスタ58は比較回路55からの信号に基づいてカ
ウンタ57のカウント値を読み込むので、その中には左
右の映像データ列間が最大−敗したときのパララックス
量Δ3が記憶されていることになり、−敗検定をすべて
終えた後にパララックス量ΔSがレジスタ58から出力
される。 以上の説明かられかるように距mm定回路50自体の構
成はやや?x雑になるが、既存の距離測定回路を利用す
ることにより、本発明の座標決定手段を間易に構成する
ことができる。 【発明の実施例】 以下第6図から第10図を参照しながら本発明の実施例
を詳細説明する。 第6図は前に第5図fatで示したように映像信号列I
sが明確な極値点を有する場合に適する対象点決定手段
の具体回路例を示すものである。図中の光センサアレイ
手段20は第1図または第3図の左右の光センサアレイ
20L、20Hの一方を代表しており、例えば公知のC
CD方式やNO5形イメージセンサからなる光センサア
レイである。この光センサアレイ手段20からの映像信
号列Isは、図の下方に示された座標決定手段40から
のクロ7クパルスφに同期してアナログ値の映像信号を
1個ずつ8亥手段の右端からしきい種回路31に与える
。また上のクロックパルスφはカウンタ34にも与えら
れており、該カウンタ34はクロックパルスφによって
出方される映像信号の番号1(1−N)をカウント値と
して記憶している。しきい種回路31の右方に示されて
いるのはサンプルホールド回路32であって、スイッチ
ングトランジスタ32aと、キャパシタ32bと、ボル
テージフォロワ接続の演算増幅器32cとからなり、例
えばF!!Tとして構成されたスイッチングトランジス
タ32aのゲートにストローブ信号SSを受けたとき該
トランジスタ32aがオンして、アナログディジタル変
換器31からの映像信号の値をキャパシタ32bの充電
電圧として記憶し、その右方に示されたコンパレータ3
3の反転入力に与える。コンパレータ33はその非反転
入力にクロックパルスφに同期してしきい種回路31か
ら毎回発しられる映像信号値を受けており、サンプルホ
ールド回路32から受けている映像信号値を毎回の映像
信号値が越えたときにのみストローブ信号SSを発する
。従うて、このストローブ信号SSにより記憶動作をす
るサンプルホールド回路32は、常に光センサアレイ手
段から順次出力される映像信号の内の最大値を記憶して
いることになる。ストローブ信号SSは前述のカウンタ
34の下方に示されたレジスタ35にも与えられており
、このレジスタ35はストローブ信号SSを受けるつど
カウンタ34のカウントMを図示のようにビットパラレ
ルに読み込むので、サンプルホールド回路32内に記憶
されている映像信号列Is内の最大の映像信号値をもつ
映像信号番号を常に記憶していることになる。従って光
センサアレイ手段20内のN個の映像信号が出力された
後、座標決定手段40はレジスタ35の記憶値をずれ1
lsLまたはsRとして読み取れば、映像信号列Is中
の極値として決定された対象点3Cの座標を得ることが
できる。 座標決定手段40は前述のようにそれ自体を1個のマイ
クロコンビエータとして構成するのがよく、ずれ量SL
+sRあろし)はバラランクス量Δ3を受けて座標X、
7あるいはr、θを数値計算した上で出力する。第7図
はこの座標決定手段40としてのマイクロコンピュータ
に対象点決定手段30のもつ機能のかなりの部分を受け
持たせるようにした本発明の異なる実施例を示すもので
ある。 第7図において、それぞれN個の左右の光センサアレイ
20L、20Rからの映像信号列ISL、 rsRは、
座標決定手段40によってl1liIIi1される電子
スイッチ36、シきい種回路31およびADC回路37
を介して多ビットのディジタル値の映像データ列に変換
された上で座標決定手段40内に読み込まれる。座標決
定手段40はCPt141.ROM42およびRAM4
3を備えたマイクロコンビエータであり、その入力ポー
トを介して前述の映像データ列と座標決定の測定開始指
令MSを受け、その出力ボート45を介して左右の光セ
ンサアレイ20L、2011からの映像信号列ISL、
ISRの出力を指令するクロックパルスφL、φgと
電子スイッチ36への切換指令S曾とを発するとともに
、測定結果としての位置座標に、yあるいはr、θを出
力する。 以下、第8図〜第10図に示されたフローを参照しなが
らこの第7図の実施例の動作を説明する。 第8図のフローは前述の測定開始指令MSによって起動
され、図の左方の列のフローは映像データの読み込みフ
ロー、中央の列のフローが対象点決定手段30としての
動作フロー、右方の列のフローが座標決定手段40とし
ての動作フローである。最初のステップStでは映像デ
ータ番号(1〜n)を表す変数1が1にセントされ、ス
テップS2では切換指令鋪が0に指定されて電子スイッ
チ36はこれによって図示のように左方の光センサアレ
イ20L側に接続される。ステップS3では該左方の光
センチアレイ2OLに対するクロックパルスφLが1個
出力され、これによってi′#目の映像データIL(i
)が読み込まれる。つづいてステップS4では切換)旨
令S−がlに指定され、これによって電子スイッチ36
を右方の光センサアレイ2ORの側に接続した上で、ス
テップS5でクロックパルスφLを1個発して右方の光
センナアレイ20I?からの1番目の映像データIR(
+)を読み込む、ステップS6では常に変数1に1を加
算し、左右の光センサアレイ20L、20Rからの全映
像データIL、IRを読み込んで、ステップS7で変数
豊がNよりも大と判定されるまでステップ82〜S7を
操り返す。 全映像データIL、IRの読み込み完了後にフローは対
象点の決定のためのフローに入る。第8図のこの部分の
フローは府と同様に映像データの極値点を対象点と決め
てそのずれlsL、sRを決めるためのフローである。 ステップS8では左右の映像データ列それぞれ中の最大
データ値を表す変数ILM。 ILRの値をOにセフ)し、ステップS9では変数1を
再び1にセントする。ステップ510ではI#r目の左
方の映像データIL(1) tr変数ILHと比較し、
前者が後者よりも大なるときに限り次のステップ511
において変数ILM @ l #目の左方の映像データ
IL(i)に置き換えるとともに左方のずれ量を示す変
敗sLをlと置く、同様にステップ512.513にお
いては右方の映像データIR(1)を変数IRMと比較
して前者の方が大なときに変数IRMとsRとをそれぞ
れIR(1)、 lで置き換える。ステップS14で変
数iに1を加算し、次の判定ステップS15で変数iが
Nより大と判定されろまでステップ81G −515の
フローを操り返し、これによって左右の映像データ列I
L、 IR中の最大値をもつ映像データ番号SL。 SRを対象点と決定し、その番号を対象点の光センサア
レイ20L、 20R中の座標として得る。ステップS
15の後に、この図には記されていないが、必要な場合
は前に第5図fatで説明したこの座標SL、SRに対
する補正フローを挿入することができる。 座標決定手段40としてのフローの最初のステップでは
左右の基準点の庄t!!SLO,SROを前の左右の対
象点の座標sL、 sRから差し引くことによりずれ!
lsL+sR4を得る。この基準点の座標SLO,SR
Oは第1図のレンズ10L、IORの光りと光センサア
レイ20L。 20Rとの交点のもつ光センサアレイ上の座標であり、
整数とは限らず一般的な数値をもち得る0次のステップ
S17ではパララックス量ΔSがずれ景sL、sRから
計算され、最後のステップ518.319においてそれ
ぞれ枠内に示された式によって求める位置座標x、yが
計算されて全フローを終える。 なお、最後のステップ519における算式中のPは前述
の光センサアレイ中の光センサ間ピッチである。 第9図に示されたフローは第8図のステップ38〜51
5に対応して、前の第5図世)で説明した手段により対
象点を決定するためのフローであり、簡明化のため左右
の映像データ列に対するフローの内の一方に対するフロ
ーのみが示されている。この最初のステップ52Gでは
検出すべき映像端su。 slのもつ座標の和を示す変数33と映像端の数を示す
変数nを0にセントする。つづくステップ321では映
像データ番号変数1を2とおき、ステップ522では1
番目の映像データ!(i)とi−1番目の映像データD
i 1)との差の絶対値が所定値1thより大か否
かが判定されろ0判定結果が真であれば映像端であるこ
とを示すので、次のステップ323において変敗S3に
1を加算した上で0.5を減じ、変数nに1を加算する
。0.5の減算は映像端が1番目と1−1番目との間に
あるとするためである。 前と同様の1の加算ステップS24と判定ステップS2
5を経由してN個の映像データ全部について映像端を検
出した上で、ステップ326において変数Ssを変数n
で除した座標Sを1)て、これを左方の対象点座標SL
または右方の対象点座標SRとする。 この場合、映像の両端が正規に検出されておればn−2
となるはずであるが、第5図世)に示したしきいtfi
thが不適切なときは、上式が成立しない場合もあるの
で、第7図に示すようにしきい値変更櫓令TSをしきい
値回路31に与えてしきい値を変更することができる。 また、対象の映像パターンの種1や背景の次第によって
、しきい値を変えてもn−2が成立しないこともあるの
で、この場合には第1θ図のフローに移行するようにす
ることができる。 第10図のフローは対象点決定手段30に第5図to)
に示した手段により対象点を決定させろためのもので、
第9図と同様に左右の映像データの一方に対するフロー
のみが示されている。最初のステップS27では映像デ
ータ番号lと映像データI(L)との積の和を示す変数
517と映像データr (1)の和を示す変数S+を0
にセットし、ステップ32Bで変数lを1に置いてから
繰り返しフローに入る。ステップS29では変数stt
、stに所定の加算をし、ステップS30.331を経
てステップS32において両変数の比から映像の重心と
しての対象点の座1llsを得る。第9図または第10
図のフローから得られる左右の対象点座標sL+ sR
は第8図の座標決定手段40に引き継がれて座標決定に
用いられる。 なお、第8図の中央列、第9図および第10図に示され
た対象点決定手段30としてのフローは、相互に独立し
て利用することもできるし、あるいはその一つの決定が
不適当なときに他のフローに自動的に入るようにするこ
ともできる。また、これらのフローのほかにより複雑な
公知のパターン認識の手法を利用してもよく、パターン
Lu1mにより測定対象の映像の区域が光センサアレイ
上の座標について特定できさえすれば、この区域内にお
いて対象点を目的に応じたアルゴリズムにより決定する
ことができる。もちろん、かかる代替えフローを複数個
並用して位置座標測定結果のf8傾度をf1認すること
も可能である。 また、以上の実施例説明においては位置座標としては二
次元の例えばx、y座標のみについて説明したが、三次
元座標例えばx、y、z座標が必要な場合には、本発明
装置内の光学的手段と光センサアレイ手段とを2組用い
、その測定面すなわちレンズIOL、 IORの光軸が
決定する面を互いに直交させることによって三次元の位
2[1を測定することができる。この場合、対象点決定
手段と座標決定手段とはこの2組の光センサアレイ手段
からの映像信号列を切換えで入力して処理をすることが
できる。 上述のいずれの実施例においても、得られる位1座櫟の
情度は若干の補正式を用いても結局は光センサアレイ内
の光センサ間のピッチPと光センサ数Nとにより左右さ
れる。11近の進んだ光センサアレイ技術によれば、セ
ンサ間ピッチPは5ミクロン程度または若干これを下回
る程度にまで短いものの製作が可能で、センサ敗も10
24個またはそれ以上のものが得られる。かかる光セン
サ技術を用いれば、比較的小形のアレイで1%以下の高
い精度で位置座標測定が可能で、通常のロボットアイな
どの用途には充分使用できる。また、本発明装置の実施
に必要な電子回路は集積化が容易で、光センサアレイと
ともに1個の半導体チップ内に収納することもできる。 また、前述の対象点決定のためのフローはいずれも比較
的簡単なので、プログラムを記憶するRAMエリアが少
なくてすみ、座標決定手段と合わせても1チツプマイク
ロコンピユータ内に納めて小形で安価な圧型測定装置を
提供することができる。 【発明の効果] 本発明による位置座標測定装置によれば、装置前面にあ
る測定対象からの光をいずれは固定された1対の光学的
手段とこれに対応して設けられた光センサアレイ手段に
より受け入れ、咳光センサアレイ手段からの映像18号
列を光センサアレイ手段が発する映像信号列を受けて該
映像信号列の示す、パターンから位置座1測定のための
測定対象点を決定し、該測定対象点の光センサアレイ上
の座標を少なくとも一方の光センサアレイ側について決
定する対象点決定手段と、両光センサアレイ側について
それぞれ決定された前記対象点座標に基づいてあるいは
一方の光センサアレイ側について決定された対象点座標
と両光センサアレイからの映像信号列の示すパターン上
の相互ずれ蚤とに基づいて測定対象の位置座標を決定す
る座標決定手段とにより処理することにより、光学的手
段の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を
測定することができるので、従来のように装置を測定対
象の方にいちいち向けなくても対象をいわば自動的に見
付けてその位置座標を遠隔測定することができる。従っ
て本発明装置は、所定の形状やパターンを有するワーク
などの対象の位置を確認してそれに応じた動作をする必
要があるロボットや自動走行車両等の人間にかわる限と
しての機能を果たすことができる。前述のように本装置
による位置座標測定結果の精度は、必要に応じてかなり
の精度にまで高めろことが可能である。また、本発明装
置が利用される上述のような用途向きには既にマイクロ
コンピュータが組み込まれている場合が多いので、本発
明の構成中の対象点決定手段と座標決定手段との機能を
この既設のマイクロコンピュータに受け持たせれば、眼
球に相当する小形の光学的手段と光センサアレイ手段と
を所望の部位に必要数取り付けるだけで、大した失費な
しに本発明を実施して大きな効果を挙げろことができる
。
第1図〜第1O図は本発明に関するもので、内第1図は
本発明による位置座標測定装置の原理構成図、第2図は
本発明装置により測定される位置座標の座標軸の例示説
明図、第3図は第1図の変形例としての原理説明図、第
4図は従来装置および本発明装置に利用可能な距離測定
回路例のブロック回路図、IR5図は対象点決定手段の
動作態様例を説明するための映像信号列の波形図、第6
図は本発明の一実施例における対象点決定手段の回路図
、第7図はマイクロコンビエータとして構成された座標
決定手段に対象点決定手段の機能を分担させ4本発明の
異なる実施例の回路図、第8図は該異なる実施例の動作
フロー図、第9図および第10図は対象点決定手段のそ
れぞれ興なる動作態様を示すフロー図である。第11図
と第12図とはそれぞれ異なる従来技術による距M11
1定装置の原理構成図である0図において、 10+光学的手段、IOL、IOR:左右のレンズ、2
0:光センサアレイ手段、201..20R?左右の光
センサアレイ、30:対象点決定手段、40:座標決定
手段、50:距離測定回路、b:基線長、d:対象まで
の距離、r i L、ンスlOL、109 f)P、点
圧M、IL。 ■R:対象の左右の映像、+1映像信号列、ISL、I
SR:左右の映像信号列、0;座標軸原点、OJ:l定
対象、N:光センサアレイ内の光センサ数、P:光セン
サ間ピッチ、r、θ:W1座標で表された位置座標、3
C:対象点のもつ座標、sL、sR:左右のずれ貝、s
Lo、sRO:左右の光センサアレイ上の平準点座標、
su+sl : Bj!像の両端の座標、x、y:直
交座標で表された位π座標、X、Y:i交座標軸、であ
る。 第2図 第4図 第5図 第9図
本発明による位置座標測定装置の原理構成図、第2図は
本発明装置により測定される位置座標の座標軸の例示説
明図、第3図は第1図の変形例としての原理説明図、第
4図は従来装置および本発明装置に利用可能な距離測定
回路例のブロック回路図、IR5図は対象点決定手段の
動作態様例を説明するための映像信号列の波形図、第6
図は本発明の一実施例における対象点決定手段の回路図
、第7図はマイクロコンビエータとして構成された座標
決定手段に対象点決定手段の機能を分担させ4本発明の
異なる実施例の回路図、第8図は該異なる実施例の動作
フロー図、第9図および第10図は対象点決定手段のそ
れぞれ興なる動作態様を示すフロー図である。第11図
と第12図とはそれぞれ異なる従来技術による距M11
1定装置の原理構成図である0図において、 10+光学的手段、IOL、IOR:左右のレンズ、2
0:光センサアレイ手段、201..20R?左右の光
センサアレイ、30:対象点決定手段、40:座標決定
手段、50:距離測定回路、b:基線長、d:対象まで
の距離、r i L、ンスlOL、109 f)P、点
圧M、IL。 ■R:対象の左右の映像、+1映像信号列、ISL、I
SR:左右の映像信号列、0;座標軸原点、OJ:l定
対象、N:光センサアレイ内の光センサ数、P:光セン
サ間ピッチ、r、θ:W1座標で表された位置座標、3
C:対象点のもつ座標、sL、sR:左右のずれ貝、s
Lo、sRO:左右の光センサアレイ上の平準点座標、
su+sl : Bj!像の両端の座標、x、y:直
交座標で表された位π座標、X、Y:i交座標軸、であ
る。 第2図 第4図 第5図 第9図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)互いに基線長を隔てて配設され位置座標を測定すべ
き対象からの光を受け入れて該対象が示すパターンを備
えた映像を結像させる1対の光学的手段と、該各光学的
手段により結像された映像をそれぞれ受け該映像のパタ
ーンに応じた映像信号列を発する光電形の1対の光セン
サアレイ手段と、該光センサアレイ手段が発する映像信
号列を受けて該映像信号列の示すパターンから位置座標
測定のための測定対象点を決定し、該測定対象点の光セ
ンサアレイ上の座標を少なくとも一方の光センサアレイ
側について決定する対象点決定手段と、両光センサアレ
イ側についてそれぞれ決定された前記対象点座標に基づ
いてあるいは一方の光センサアレイ側について決定され
た対象点座標と両光センサアレイからの映像信号列の示
すパターン上の相互ずれ量とに基づいて測定対象の位置
座標を決定する座標決定手段とを備え、前記光学的手段
の光軸を含む測定面内における測定対象の位置座標を測
定することを特徴とする位置座標測定装置。 2)特許請求の範囲第1項記載の装置において、測定対
象の位置座標が基線長を含む線を一方の座標軸とし、こ
れに直角な測定面内の線を他方の座標軸とする直角座標
であることを特徴とする位置座標測定装置。 3)特許請求の範囲第2項記載の装置において、座標軸
の原点が1対の光学的手段の内の一方の中心に選定され
たことを特徴とする位置座標測定装置。 4)特許請求の範囲第1項記載の装置において、測定対
象の位置座標が一方の光学的手段の中心を座標原点とし
基線長方向と直角な測定面内の線を角度基準軸とする極
座標であることを特徴とする位置座標測定装置。 5)特許請求の範囲第1項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列中の信号値の極値を示す点を測定
対象点として決定することを特徴とする位置座標測定装
置。 6)特許請求の範囲第5項記載の装置において、信号値
の極値を発生させるための点光源が測定対象に設けられ
ることを特徴とする位置座標測定装置。 7)特許請求の範囲第5項記載の装置において、信号値
の極値を発生させるための標識が測定対象に取り付けら
れることを特徴とする位置座標測定装置。 8)特許請求の範囲第1項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列の示すパターンの両端を検出し、
該両端間を所定の比で内分する点を測定対象点として決
定することを特徴とする位置座標測定装置。 9)特許請求の範囲第1項記載の装置において、対象点
決定手段が映像信号列の信号値上の重心点を測定対象点
として決定することを特徴とする位置座標測定装置。 10)特許請求の範囲第1項記載の装置において、映像
信号列で測定対象の映像パターンを背景から際立たせる
ための照明が測定対象に当てられることを特徴とする位
置座標測定装置。 11)特許請求の範囲第10項記載の装置において、照
明として近赤外光が用いられることを特徴とする位置座
標測定装置。 12)特許請求の範囲第10項記載の装置において、照
明が位置座標の測定と同期してパルス状に与えられるこ
とを特徴とする位置座標測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24189784A JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24189784A JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61120001A true JPS61120001A (ja) | 1986-06-07 |
Family
ID=17081176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24189784A Pending JPS61120001A (ja) | 1984-11-16 | 1984-11-16 | 位置座標測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61120001A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63128413U (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-23 | ||
JPS6423195A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-25 | Nippon Atomic Ind Group Co | Fuel assembly |
US5155347A (en) * | 1990-08-01 | 1992-10-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object detector for an optical instrument |
US5602944A (en) * | 1990-06-26 | 1997-02-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object-detecting system for optical instrument |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54161963A (en) * | 1978-06-12 | 1979-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | Size measuring apparatus |
-
1984
- 1984-11-16 JP JP24189784A patent/JPS61120001A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54161963A (en) * | 1978-06-12 | 1979-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | Size measuring apparatus |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63128413U (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-23 | ||
JPS6423195A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-25 | Nippon Atomic Ind Group Co | Fuel assembly |
US5602944A (en) * | 1990-06-26 | 1997-02-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object-detecting system for optical instrument |
US5155347A (en) * | 1990-08-01 | 1992-10-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Object detector for an optical instrument |
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