JPH055041B2 - - Google Patents
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- JPH055041B2 JPH055041B2 JP59056196A JP5619684A JPH055041B2 JP H055041 B2 JPH055041 B2 JP H055041B2 JP 59056196 A JP59056196 A JP 59056196A JP 5619684 A JP5619684 A JP 5619684A JP H055041 B2 JPH055041 B2 JP H055041B2
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- Japan
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- dimensional
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- polygonal plane
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- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 5
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- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
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- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
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- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T1/00—General purpose image data processing
-
- 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
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
- G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
-
- 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
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/022—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of tv-camera scanning
-
- G—PHYSICS
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/60—Type of objects
- G06V20/64—Three-dimensional objects
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Image Analysis (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Image Processing (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、２次元的な平面視覚と、３点以上の
物体面境界線上の点の３次元位置を測定できる３
次元位置測定装置とを組み合わせることにより、
２次元画像から特定の形状を持つ輪郭線を切り出
すのに好適な３次元物体認識装置に関するもので
ある。 〔発明の背景〕 近年、FA（Factory Automation）の一環とし
て溶接、組立等の作業に産業用ロボツトが利用さ
れるようになり、視覚センサ等を用いたフレキシ
ブルな作業のニーズが高まつている。従来、産業
用ロボツトに用いられている視覚装置は、その大
部分が２次元的な平面視覚であり、２次元画像を
２値または多値化し、フイルタリング操作等によ
り特定形状の面の切り出しを行ない、切り出した
面の２次元的な重心、慣性主軸等の特徴量を計算
することにより認識を行なつている。しかし、物
体が平面的ではなく３次元的に置かれているよう
な場合には、平面画像から得られた面の輪郭線
は、実際の物体の面の輪郭線とは異なるため、正
確な認識が困難であつた。そこで、３次元的に置
かれた物体に対しても、特定形状の面の輪郭線を
正確に切り出せるような方式の開発が切望されて
いた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、２次元視覚と３次元位置測定
装置とを組み合わせて、３次元的に置かれた物体
の特定形状の面の輪郭線の切り出しを行なうこと
により、産業用ロボツト等の視覚装置において、
３次元物体の認識及びハンドリング等を可能にす
る３次元位置認識装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明に係る３次元物体認識装置は、認識対象
の物体の２次元画像から、その物体表面の特定の
多角形平面の境界線上における少なくとも３点の
３次元位置を測定する３次元位置測定手段と、上
記の３次元位置情報に基づき上記境界線の各辺の
方向ベクトルおよび当該多角形平面の法線ベクト
ルを求めるとともに、特定方向に対する上記境界
線の各辺の境界角を求める画像処理手段と、上記
境界角から上記多角形平面に適合するフイルタを
選択し、そのフイルタリング処理により、上記物
体の２次元画像データから当該境界線の検出をす
る輪郭線切り出し手段とからなるようにしたもの
である。 なお、これを補足すると、次のとおりである。 TVカメラ等で入力した２次元画像は画像処理
装置で処理される。通常、この処理では、一般的
な輪郭線切り出し処理のフロー図である。第１図
に示すように、雑音除去、セグメンテーシヨン、
２値または多値化処理、輪郭線切り出し、重心等
の２次元形状の計算が行なれる。 第２図は、TVカメラと物体との位置関係によ
るフイルタ相違を表わす概念図である。第２図ａ
に示すように、物体平面とTVカメラとが平行な
場合には、切り出した境界線は実際の物体の輪郭
線と一致するので、切り出したい形状（例えば長
方形）のフイルタリング操作をすることによつて
輪郭線が正確に切り出せる。しかし、第２図ｂの
ように、物体が３次元的に不定な位置・姿勢にあ
り物体平面とTVカメラとが平行でない場合に
は、切り出したい形状（例えば長方形）のフイル
タをそのまま用いても輪郭線は切り出せない。こ
のような場合には、物体の３次元的な姿勢を検出
し、切り出したい形状に合うようなフイルタを選
択して用いる必要がある。本発明は、このように
選択したフイルタを用い、求める特定形状の輪郭
線を切り出しを可能にしたのである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 第３図は、本発明に係る３次元物体認識装置の
一実施例の構成図、第４図は、本装置における３
次元位置測定装置の一実施例の説明図、第５図
は、同じく物体上のスリツト光の説明図、第６図
は、同じく画面座標係の概念図、第７図は、同じ
く物体の輪郭線と画面座標がなす角度の説明図、
第８図は、同じく長方形を例とした回転角計算の
説明図である。 ここで、１は輪郭線切り出し対象の物体、２は
物体１を置くための台、３は画像処理装置、４は
輪郭線切り出し装置、５は計算機、６は３次元位
置測定装置、７は、そのTVカメラ、８，９は同
スリツト光発生装置である。 本発明は、以下の手順(1)〜(4)で特定形状の輪郭
線を切り出すことができる。 (1) 台２上の物体１をテレビカメラ７で撮り、そ
の画像を画像処理装置３へ入力する。 (2) ３次元位置測定装置６を用いて、物体の面境
界線上の３点以上の点の３次元位置を測定す
る。本実施例では、測定装置としてスリツト光
を利用したレンジフアインダを用いる。これ
は、三角測量の原理を用いて空間位置を測定す
る一種の距離測定装置で、その詳細を第４図に
示す。本３次元位置測定装置６は、TVカメラ
７に固定されたもので、その左右にスリツト光
発生装置８，９を有する。左右のスリツト光発
生装置８，９は、発光ダイオード１０を一列に
並べ、スリツト１１によつてスリツト光にし、
レンズ１２によつて吸収させる。物体１にあた
つたスリツト光１５，１６は、TVカメラ７の
レンズ１４で収光され、撮像面１３に結像す
る。 スリツト光はTVカメラ７に対して傾いてあ
たつているため、TVカメラ７から見な物体１
にあたつているスリツト光は第５図のようにな
る。TVカメラ７とスリツト光発生装置８，９
との相対位置関係が既知であるから、３角測量
の原理に基づいて、物体１の面境界線上の４点
P1，P2，P3，P4のTVカメラ７から見た３次元
座標がわかることになる。 (3) 計算機５は、(2)で求めた４点のうちの３点の
３次元座標をもとに、物体の面境界線のうちの
１本の境界線の方向ベクトルｆ→＝（fx、fy、fz）
と面の法線ベクトルｎ→＝nx、ny、nz）とを計算
する。すなわち、４点のうちP1，P2，P3の位
置ベクトルＰ→1，Ｐ→2，Ｐ→3を用いるとすれば、 ｆ→＝P3−P1／｜P3−P1｜ ……(1) ｎ→＝（P3−P2）×（Ｐ→3−P1）／｜（P3−P2）
×（P3−P1）｜……(2) である。このとき、第６図に示すように画面の
座標系をｘ−ｙ平面にとると、画面上でｆ→1が
ｘ軸となす角θfは、第７図に示すように tanθf＝fy／fx ……(3) から求まる。ここで、ｆ→の境界線の隣接の境界
の方向ベクトルをｇ→とし、ｆ→とｇ→とのなす角α
が与えられているとすると、方向ベクトルｇ→＝
（gx，gy，gz）は、 ｇ→×ｆ／｜ｇ×ｆ｜＝ｎ→sinα……(4) なる関係を満たすから、ｆ→とｎ→が画面座標系で
与えられれば、ｇ→の画面座標系での値が求ま
る。このとき、ｇ→がｘ軸となす角度θgは tanθ＝gy／gx ……(5) となる。 したがつて、ｆ→，ｇ→をもつ境界線をフイルタ
リングによつて描出しようと思えば、フイルタ
の方向がθf，θgとなるようにすればよい。
物体面境界線上の点の３次元位置を測定できる３
次元位置測定装置とを組み合わせることにより、
２次元画像から特定の形状を持つ輪郭線を切り出
すのに好適な３次元物体認識装置に関するもので
ある。 〔発明の背景〕 近年、FA（Factory Automation）の一環とし
て溶接、組立等の作業に産業用ロボツトが利用さ
れるようになり、視覚センサ等を用いたフレキシ
ブルな作業のニーズが高まつている。従来、産業
用ロボツトに用いられている視覚装置は、その大
部分が２次元的な平面視覚であり、２次元画像を
２値または多値化し、フイルタリング操作等によ
り特定形状の面の切り出しを行ない、切り出した
面の２次元的な重心、慣性主軸等の特徴量を計算
することにより認識を行なつている。しかし、物
体が平面的ではなく３次元的に置かれているよう
な場合には、平面画像から得られた面の輪郭線
は、実際の物体の面の輪郭線とは異なるため、正
確な認識が困難であつた。そこで、３次元的に置
かれた物体に対しても、特定形状の面の輪郭線を
正確に切り出せるような方式の開発が切望されて
いた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、２次元視覚と３次元位置測定
装置とを組み合わせて、３次元的に置かれた物体
の特定形状の面の輪郭線の切り出しを行なうこと
により、産業用ロボツト等の視覚装置において、
３次元物体の認識及びハンドリング等を可能にす
る３次元位置認識装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明に係る３次元物体認識装置は、認識対象
の物体の２次元画像から、その物体表面の特定の
多角形平面の境界線上における少なくとも３点の
３次元位置を測定する３次元位置測定手段と、上
記の３次元位置情報に基づき上記境界線の各辺の
方向ベクトルおよび当該多角形平面の法線ベクト
ルを求めるとともに、特定方向に対する上記境界
線の各辺の境界角を求める画像処理手段と、上記
境界角から上記多角形平面に適合するフイルタを
選択し、そのフイルタリング処理により、上記物
体の２次元画像データから当該境界線の検出をす
る輪郭線切り出し手段とからなるようにしたもの
である。 なお、これを補足すると、次のとおりである。 TVカメラ等で入力した２次元画像は画像処理
装置で処理される。通常、この処理では、一般的
な輪郭線切り出し処理のフロー図である。第１図
に示すように、雑音除去、セグメンテーシヨン、
２値または多値化処理、輪郭線切り出し、重心等
の２次元形状の計算が行なれる。 第２図は、TVカメラと物体との位置関係によ
るフイルタ相違を表わす概念図である。第２図ａ
に示すように、物体平面とTVカメラとが平行な
場合には、切り出した境界線は実際の物体の輪郭
線と一致するので、切り出したい形状（例えば長
方形）のフイルタリング操作をすることによつて
輪郭線が正確に切り出せる。しかし、第２図ｂの
ように、物体が３次元的に不定な位置・姿勢にあ
り物体平面とTVカメラとが平行でない場合に
は、切り出したい形状（例えば長方形）のフイル
タをそのまま用いても輪郭線は切り出せない。こ
のような場合には、物体の３次元的な姿勢を検出
し、切り出したい形状に合うようなフイルタを選
択して用いる必要がある。本発明は、このように
選択したフイルタを用い、求める特定形状の輪郭
線を切り出しを可能にしたのである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 第３図は、本発明に係る３次元物体認識装置の
一実施例の構成図、第４図は、本装置における３
次元位置測定装置の一実施例の説明図、第５図
は、同じく物体上のスリツト光の説明図、第６図
は、同じく画面座標係の概念図、第７図は、同じ
く物体の輪郭線と画面座標がなす角度の説明図、
第８図は、同じく長方形を例とした回転角計算の
説明図である。 ここで、１は輪郭線切り出し対象の物体、２は
物体１を置くための台、３は画像処理装置、４は
輪郭線切り出し装置、５は計算機、６は３次元位
置測定装置、７は、そのTVカメラ、８，９は同
スリツト光発生装置である。 本発明は、以下の手順(1)〜(4)で特定形状の輪郭
線を切り出すことができる。 (1) 台２上の物体１をテレビカメラ７で撮り、そ
の画像を画像処理装置３へ入力する。 (2) ３次元位置測定装置６を用いて、物体の面境
界線上の３点以上の点の３次元位置を測定す
る。本実施例では、測定装置としてスリツト光
を利用したレンジフアインダを用いる。これ
は、三角測量の原理を用いて空間位置を測定す
る一種の距離測定装置で、その詳細を第４図に
示す。本３次元位置測定装置６は、TVカメラ
７に固定されたもので、その左右にスリツト光
発生装置８，９を有する。左右のスリツト光発
生装置８，９は、発光ダイオード１０を一列に
並べ、スリツト１１によつてスリツト光にし、
レンズ１２によつて吸収させる。物体１にあた
つたスリツト光１５，１６は、TVカメラ７の
レンズ１４で収光され、撮像面１３に結像す
る。 スリツト光はTVカメラ７に対して傾いてあ
たつているため、TVカメラ７から見な物体１
にあたつているスリツト光は第５図のようにな
る。TVカメラ７とスリツト光発生装置８，９
との相対位置関係が既知であるから、３角測量
の原理に基づいて、物体１の面境界線上の４点
P1，P2，P3，P4のTVカメラ７から見た３次元
座標がわかることになる。 (3) 計算機５は、(2)で求めた４点のうちの３点の
３次元座標をもとに、物体の面境界線のうちの
１本の境界線の方向ベクトルｆ→＝（fx、fy、fz）
と面の法線ベクトルｎ→＝nx、ny、nz）とを計算
する。すなわち、４点のうちP1，P2，P3の位
置ベクトルＰ→1，Ｐ→2，Ｐ→3を用いるとすれば、 ｆ→＝P3−P1／｜P3−P1｜ ……(1) ｎ→＝（P3−P2）×（Ｐ→3−P1）／｜（P3−P2）
×（P3−P1）｜……(2) である。このとき、第６図に示すように画面の
座標系をｘ−ｙ平面にとると、画面上でｆ→1が
ｘ軸となす角θfは、第７図に示すように tanθf＝fy／fx ……(3) から求まる。ここで、ｆ→の境界線の隣接の境界
の方向ベクトルをｇ→とし、ｆ→とｇ→とのなす角α
が与えられているとすると、方向ベクトルｇ→＝
（gx，gy，gz）は、 ｇ→×ｆ／｜ｇ×ｆ｜＝ｎ→sinα……(4) なる関係を満たすから、ｆ→とｎ→が画面座標系で
与えられれば、ｇ→の画面座標系での値が求ま
る。このとき、ｇ→がｘ軸となす角度θgは tanθ＝gy／gx ……(5) となる。 したがつて、ｆ→，ｇ→をもつ境界線をフイルタ
リングによつて描出しようと思えば、フイルタ
の方向がθf，θgとなるようにすればよい。
【表】
のようなフイルタとすればよい。
この長方形が第８図ｂに示すように３次元的
に傾いていたとすると、上のフイルタは、その
まま使うことはできない。例えば式(1)〜(5)から
θf＝45゜、θg＝−45゜が得られたとすると、フイ
ルタとしては、
に傾いていたとすると、上のフイルタは、その
まま使うことはできない。例えば式(1)〜(5)から
θf＝45゜、θg＝−45゜が得られたとすると、フイ
ルタとしては、
以上、詳細に説明したように、本発明によれ
ば、３次元的に位置・姿勢が不定な物体の表面形
状を特定して切り出すことができるようになり、 (1) 従来の平面的な物体のみでなく、立体の表面
形状も特定できるので、３次元物体弐認識が可
能になるとともに、フイルタリングによつて認
識ができるので、高速な処理が可能となり、 (2) ３次元物体の認識を高速に行ないうるので、
産業用ロボツト等の視覚に応用して３次元物体
の組立作業等を実時間で行なうことができ、 (3) ２次元視覚と３次元位置測定装置とを組み合
わせて３次元視覚と同等の効果を得ることがで
き、従来の双眼視やスリツト光切断方式による
３次元視覚に比べて経済性に優れ、装置も小型
化できる、 という効果は産業用ロボツト等による３次元物体
の認識及びハンドリングに対して顕著である。
ば、３次元的に位置・姿勢が不定な物体の表面形
状を特定して切り出すことができるようになり、 (1) 従来の平面的な物体のみでなく、立体の表面
形状も特定できるので、３次元物体弐認識が可
能になるとともに、フイルタリングによつて認
識ができるので、高速な処理が可能となり、 (2) ３次元物体の認識を高速に行ないうるので、
産業用ロボツト等の視覚に応用して３次元物体
の組立作業等を実時間で行なうことができ、 (3) ２次元視覚と３次元位置測定装置とを組み合
わせて３次元視覚と同等の効果を得ることがで
き、従来の双眼視やスリツト光切断方式による
３次元視覚に比べて経済性に優れ、装置も小型
化できる、 という効果は産業用ロボツト等による３次元物体
の認識及びハンドリングに対して顕著である。
第１図は、一般的な輪郭線切り出し処理のフロ
ー図、第２図は、TVカメラと物体との位置関係
によるフイルタの相違を表わす概念図、第３図
は、本発明に係る画像処理装置の一実施例の構成
図、第４図は、本装置における３次元位置測定装
置の一実施例の説明図、第５図は、同じく物体上
のスリツト光の説明図、第６図は、同じく画面座
標系の概念図、第７図は同じく物体の輪郭線と画
面座標とがなす角度の説明図、第８図は、同じく
長方形を例とした回転角計算の説明図、第９図
は、同じく各種処理のフロー図である。 １……物体、２……台、３……画像処理装置、
４……輪郭線切り出し装置、５……計算機、６…
…３次元位置測定装置、７……TVカメラ、８，
９……スリツト光発生装置。
ー図、第２図は、TVカメラと物体との位置関係
によるフイルタの相違を表わす概念図、第３図
は、本発明に係る画像処理装置の一実施例の構成
図、第４図は、本装置における３次元位置測定装
置の一実施例の説明図、第５図は、同じく物体上
のスリツト光の説明図、第６図は、同じく画面座
標系の概念図、第７図は同じく物体の輪郭線と画
面座標とがなす角度の説明図、第８図は、同じく
長方形を例とした回転角計算の説明図、第９図
は、同じく各種処理のフロー図である。 １……物体、２……台、３……画像処理装置、
４……輪郭線切り出し装置、５……計算機、６…
…３次元位置測定装置、７……TVカメラ、８，
９……スリツト光発生装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 予め形状の定義された多角形平面を有する３
次元物体と、該多角形平面を２次元的な画像とし
て撮像する撮像手段と、上記３次元物体の多角形
平面上に少くとも２本のスリツト像を結像するた
め夫々のスリツト像に対応し且つ上記撮像手段と
所定の相対位置関係にある少なくとも２つのスリ
ツト像投光手段と、上記相対位置関係に基いて、
上記結像したスリツト像と上記多角形平面の境界
線上における少なくとも３点の３次元位置を測定
する３次元位置測定手段と、該３次元位置情報に
基づき、上記境界線の各辺の方向ベクトルおよび
上記多角形平面の方向ベクトルを求める画像処理
手段と、上記方向ベクトル、および上記多角形平
面の方向ベクトルに基いて上記境界線の各辺に適
合するフイルタを決定する手段と、該フイルタに
よるフイルタリング処理により、上記多角形平面
の２次元画像データから該多角形平面の境界線の
検出をする輪郭線切り出し手段とを有することを
特徴とする３次元物体認識装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
上記画像処理手段は、さらに所定方向に対する上
記境界線の各辺の境界角を求める手段を有し、上
記フイルタ決定する手段はさらに該求めた境界角
を用いて、上記境界線の各辺に適合するフイルタ
を決定するものであることを特徴とする３次元物
体認識装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59056196A JPS60200111A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | ３次元物体認識装置 |
| DE8585103292T DE3566160D1 (en) | 1984-03-26 | 1985-03-21 | Image processing apparatus |
| EP85103292A EP0157299B1 (en) | 1984-03-26 | 1985-03-21 | Image processing apparatus |
| KR1019850001928A KR900002509B1 (ko) | 1984-03-26 | 1985-03-23 | 화상 처리 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59056196A JPS60200111A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | ３次元物体認識装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60200111A JPS60200111A (ja) | 1985-10-09 |
| JPH055041B2 true JPH055041B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=13020357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59056196A Granted JPS60200111A (ja) | 1984-03-26 | 1984-03-26 | ３次元物体認識装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0157299B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60200111A (ja) |
| KR (1) | KR900002509B1 (ja) |
| DE (1) | DE3566160D1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH061164B2 (ja) * | 1985-01-31 | 1994-01-05 | 伍良 松本 | 立体形状測定装置 |
| US4791482A (en) * | 1987-02-06 | 1988-12-13 | Westinghouse Electric Corp. | Object locating system |
| US4891772A (en) * | 1987-04-15 | 1990-01-02 | Cyberoptics Corporation | Point and line range sensors |
| JP2598413B2 (ja) * | 1987-07-16 | 1997-04-09 | マツダ株式会社 | 塗布高さの検出装置 |
| EP0312046B1 (en) * | 1987-10-14 | 1994-07-27 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for inspecting defect of mounted component with slit light |
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