JPH03109612A

JPH03109612A - 対象物までの距離測定装置

Info

Publication number: JPH03109612A
Application number: JP1245264A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Okino; 沖野　幸利
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-09

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、自走式ロボット等において進路上の障害物を
発見するためなどに使用可能な対象物までの距離測定装
置に関する。

（従来の技術）工場などで活躍している構内自動搬送用ロボット等では
、進路上に障害物があったり、目標場所に近づいた場合
には衝突する恐れがあるので進路を監視していなければ
ならない。

そして、進路上に障害物があったり、目標物に接近する
と、これら対象物までの距離を測定し、この距離が所定
値以下になると衝突を回避するために停止する、または
警報を発する等の対応が必要になる。

したがって、この種の構内自動搬送用ロボット等では対
象物までの距離をΔＩＩＪ定する装置が搭載されること
がある。

従来において対象物までの距離を７１ＰＪ定する装置と
しては、電磁式または光電式のセンサーと、電磁波また
は光の照射装置とを組み合わせ、上記センサーとの位置
関係が判っている上記電磁波または光照射装置から対象
物に対して電磁波または光を照射し、この電磁波または
光が対象物で反射されることによりこの反射波を上記セ
ンサーが感知し、これにより反射波の変化具合を調べて
上記対象物までの距離を計測するようにしたものが知ら
れている。

また、他の手段としては、複数の測定点に視覚センサー
を設け、これら複数の視覚センサーと対象物との距離が
変化した場合は見え方が変化することから、これらの見
え方の違いにより距離を計Ｊｌｌｌするもので、人間の
両眼立体視による奥行き知覚の原理を利用したものであ
る。視覚センサーとしてはテレビカメラ一体形の画像処
理装置が用いられ、最近においてはこの種の画像処理装
置を搭載したロボットが増加する傾向にある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、前者のように電磁波または光の反射波の
変化具合により対象物までの距離を計測する方法は、対
象物が電磁波を反射しない物体または光を反射しない物
体である場合には利用できない不具合がある。

また、後者の両眼立体視の原理で距離を測定する手段は
、複数の測定点にそれぞれ視覚センサーを設けなければ
ならず、各視覚センサーは多数の画像処理装置を備える
から、システムとして複雑で高価になる。

本発明は、１台の画像処理装置で距離の測定が可能とな
り、簡便で安価な距離測定装置を提供しようとするもの
である。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、載置面から所定の高さ（Ｈ）の箇所に設けら
れた撮像体から対象物に向かう方向と交差する方向に距
離（ｍ）を存して配置され上記対象物を照射する照射手
段と、この照射手段で照射されることにより上記載置面
上に生じた影および上記対象物を撮影する上記撮影体と
、上記撮像体で撮影された対象物の像の大きさ（ａ）と
上記撮影された影の像の大きさ（ｅ）および上記対象物
の像の先端と影の像の先端とを結ぶ長さ（ｂ）ならびに
上記対象物の像と影の像とのなす角度（λ）（但し、ｂ
　／　ａ　−ｔ　ａ　ｎλ）のいづれか２つ以上の要素
から上記撮像体と対象物との水平距離（Ｙ）を算出する
画像処理手段とを具備したことを特徴とする。

（作用）本発明によれば、１台の画像処理装置で距離の７ｉｐ＋
定が可能となり、簡便で安価な距離測定装置を提供する
ことができる。

（実施例）以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説
明する。

図において１は構内自動搬送用ロボットであり、車輪２
・・・の回転により自走行し得るようになっており、説
明を省略するが所定の搬送作業を奏することが出来るよ
うになっている。

このロボット１には、距離測定装置３が搭載されている
。距離測定装置３は、テレビカメラ４等からなる撮影手
段、投光器５などからなる照射手段、および映像処理装
置６ならびにデイスプレィ等の測定距離表示手段７から
なっている。

テレビカメラ４は上記ロボット１が自走する路面（床面
）から高さＨの場所に設置され、進路方向前方を撮影す
る。

投光器５はランプ等の光源や反射鏡等の組み合わせによ
り、または反射形ランプにより形成され、上記ロボット
１の進路方向前方を照射する。この場合、投光器５は上
記テレビカメラ４から水平方向横方向に張り出して設置
されており、すなわち投光器５はテレビカメラ４から、
ロボット１の進路方向に対して直交する方向へ水平に、
距離（ｍ）だけ離間して固定されている。

映像処理装置６は、第２図に示すブロック図に記載した
通り、ＣＰＵ　（制御器）８と、メモリー９と、画像表
示部１０、および演算部１〕を備えている。

上記映像処理装置６によって後述するようにしで算出さ
れた水平圧Ｍ　（Ｙ）はａｌｌＪ定距離表示手段′？に
表示され、またこの水平距離（Ｙ）が所定値以下の場合
は、同時に警報器を作動させる、もしくはロボット１を
自動的に停止させる等の処置に用いられる。

このような装置を用いて、障害物などの対象物１５まで
の水平距離（Ｙ）を測定する方法について説明する。

ロボット１の走行中、高さＨの場所に設置したテレビカ
メラ４は進路方向前方を撮影しており、同時に投光器５
は進路方向前方を照射する。

進路方向前方に、例えば製品を梱包する段ポル箱等の障
害物、つまり対象物１５が存在していると上記投光器５
から照射された光により、対象物］５の斜め前方に向か
って伸びる影１６が生しる。

この状態を対象物］５よりも後方に在る上記テレビカメ
ラ４が捕えてこの情景を撮影する。

このテレビカメラ４で撮り込んだ画像情報は、画像処理
装置６のＣＰＵ　（制御器）８によりメモリー９へ送ら
れ、かつ画像表示部１０に送り込まれる。

画像表示部１０で得られる画像情報は、テレビカメラ４
が捕えた情景であり、これは対象物１５の後方で所定高
さ（Ｈ）の高所から写したものであるため、第５図に示
すような像となる。

ここで、対象物１５の像を１５ａ１影１６の像を１６ａ
とし、対象物の像１５ａの長さを８１像１５ａの先端と
影の像１．６　ａの先端を結ぶ長さをｂとし、これら対
象物の像１５ａと影の像１６ａのなす角度をλとする。

この場合、 −−ｔａｎλ ・・・　（１）の関係がある。

ところで、テレビカメラ４と投光器５と対象物１５およ
びその影１６との位置関係を幾何学的に示すと、第３図
（平面図）および第４図（側面図）のようになる。

ここで、 θ：床面上にできる影１６がカメラ中心線に対してなす
水平角度。

α：床面上にできる影１６がカメラ中心線に対してなす
垂直角度。

Ｈ二床面からカメラまでの高さ。

ｍ：カメラ４から投光器５までの水平距離。

Ｘ：床面上にできる影１６の進路方向に対する投影長さ
。

Ｙ：カメラ４から対象物１５までの測定しようとする水
平長さ。

第５図に示す画像情報から、対象物の像１５ａの長さａ
および像１５ａの先端と影の像１６ａの先端を結ぶ長さ
ｂは、それぞれ見掛は上の長さとしてＡｐｌ定すること
ができ、画素数をカウントする一画面上の長さを計るな
どにより測定することができる。

したがって、ｔａｎλ−ｂ　／　ａから角度λを求める
ことができる。

一方、第３図ないし第５図から、また、図から理解できるように、ａ−ｃ、　　ｋ　　・ｂ−ｄ。

但しｋはテレビカメラ４に取り付けられたレンズの撮像
倍率によって決まる比例定数である。

そして、ｃ−Ｘｓｉｎａ、ｄｌＩＩＩＸｔａｎθであるから、また、第４図から、第３図から、Ｙ″″　ｔ８□θ したがって、（３）式はｔａｎθ よって、（６）式を（２）式に代入すると、（７）（７）式を（１）に代入すれば、（４）式よりｔａｎθ−ｍ　／　Ｙであるからこれを（
８）式に代入して、したがって −ｍ・−一・・・　（９）上記（９）式は、求めようとする距離Ｙが、予め所定の
位置に設けられて値が判っているＨとｍ、および画像情
報から得られるａとｂとの関数である。

したがって、ａとｂをハ１定すればカメラ４がら対象物
１５までの水平距離Ｙを近似的に算出することができる
。

このような計算は演算部１１で行い、この結果をΔＩｌ
ｌ定距離表示手段７に表示させる。

また、予め所定距離以内に対象物１５に接近した場合は
、点灯、発音等の警報器を作動させたり、ロボット１を
自動的に停止させる等の対応をさせる。

したがって、上た実施例によれば、テレビカメラ４で撮
影された障害物等の対象物１５の像とこれの影１６の像
とを単一の画像処理装置６により処理することにより、
カメラ４から対象物１５までの水平距離（Ｙ）を計ＪＰ
Ｊすることができ、画像処理装置は１台あればよい。し
たがって、安価に提供することができる。

また、このものは実物とその影を利用するから、電磁波
や光を反射しない物体であっても適用でき、暗い場所で
も照射手段を有するので活用可能である。

なお、本発明は、ロボットに搭裁される距離測定装置に
制約されるものではなく、種々の応用が可能である。

また、（１）式からｔ）　／　ａ　ｍ　ｔ　ａ　ｎλの
関係があるので、上記（９）式のａＳｔ）をｔａｎλを
用いて表してもよく、さらに撮影された影の像の長さｅ
が判れば、ａまたはｂと組み合せることによりλを知る
ことができ（たとえばｂ　／　ｅ　−５ｉｎλあるいは
Ｂ　／　ｅ　−Ｉ　ＣＯＳλ）、シたがってａＳｂおよ
びｅならびにλの内の少なくとも２個の値が判れば水平
距離（Ｙ）を求めることができる。

さらに、第２図に示したブロック図において、画像表示
部１０は必ずしも構成物として備えることには限らず、
カメラ４で捕えた対象物の像１５ａとこれの影の像１６
ａとの寸法ａ、ｂ、ｅまたはλを画面に表示することな
く、メモリー９によりこれらａＳｂ、ｅまたはλの値を
計測して演算部１１に信号として送るようにしてもよい
。

［発明の効果〕以上説明した通り本発明によれば、１台の画像処理装置
と照射手段とで距離の測定が可能となり、簡便で安価な
距離測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は全体の概略的
構成図、第２図はブロック図、第３図はノーレビカメラ
と投光器と対象物と影との位置関係を・幾何学的に示す
平面図、第４図はその側面図、第５図は画像表示部に映
し出された像の説明図で・貫）る◇ １・・ロボット、３・・・距離測定装置、４・・・テレ
ビカメラ、５・・・投光器、６・・・画像処理装置、７
・・・測定距離表示装置、８・・・ＣＰＵ、９・・・メ
モリー１０・・・画像表示部、１１・・・演算部、１５
・・・対象物、〕６・・・影。

Claims

【特許請求の範囲】載置面に置かれた対象物をこの載置面から所定高さ（Ｈ
）を存して上記対象物から離間した撮像体で撮影しこの
対象物までの水平距離（Ｙ）を測定する装置において、上記撮像体から上記対象物に向かう方向と交差する方向
に距離（ｍ）を存して配置され上記対象物を照射する照
射手段と、上記照射手段で照射されることにより上記載置面上に生
じた影および上記対象物を撮影する上記撮影体と、上記撮像体で撮影された対象物の像の大きさ（ａ）と上
記撮影された影の像の大きさ（ｅ）および上記対象物の
像の先端と影の像の先端とを結ぶ長さ（ｂ）ならびに上
記対象物の像と影の像とのなす角度（λ）（但し、ｂ／
ａ＝ｔａｎλ）のいづれか２つ以上の要素から上記撮像
体と対象物との水平距離（Ｙ）を算出する画像処理手段
とを具備したことを特徴とする対象物までの距離測定装
置。