JPH04250384A - 三次元物標識別装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁波の反射強度情
報を利用して物標を識別する三次元物標識別装置に関し
、特に物標が背面に曲率を有するか否かを検出すること
のできるようにした三次元物標識別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁波の反射強度情報を利用して
物標を識別する物標識別装置の一例を図７に示す。

【０００３】図７において、アンテナ１は水平方向（Ｘ
方向）に配設された送信用アンテナ１ａおよび受信用ア
ンテナ１ｂからなり、この送信用アンテナ１ａおよび受
信用アンテナ１ｂはアンテナ移動台２に配設される。ア
ンテナ移動台２は、図８に示すように、アンテナ移動台
２上のＸ−Ｚ平面内において、送信用アンテナ１ａおよ
び受信用アンテナ１ｂをスタート点Ｓからエンド点Ｅま
での間に設定された多数の測定点に移動できるようにな
っている。

【０００４】送信用アンテナ１ａには、例えば６０ＧＨ
ｚのミリ波帯の電磁波を発振するガン発振器３の出力が
ミリ波ケーブル４を介して接続され、この送信用アンテ
ナ１ａからは例えば広がり角４度で前方に６０ＧＨｚの
電磁波を送出する。

【０００５】受信用アンテナ１ｂは、上記送信用アンテ
ナ１ａから送出され前方の物標５で反射された６０ＧＨ
ｚの反射電磁波を各測定点で受信する。なお、図７にお
いては物標５として台６の上に配設された球状の物体が
示されている。

【０００６】受信用アンテナ１ｂの出力はミリ波ケーブ
ル７を介してスペクトラムアナライザ８に加えられる。 スペクトラムアナライザ８は受信用アンテナ１ｂの出力
から前方の物標５からの各測定点での反射電磁波の強度
を測定する。

【０００７】マイクロコンピュータ１０は、スペクトラ
ムアナライザ８で測定された各測定点での反射電磁波の
強度をインターフェースバス（ＧＰ−ＩＢ）９を介して
受信し、この各測定点での反射電磁波の強度を複数のレ
ベル範囲に分類し、各レベル範囲に対して例えば単一色
の複数の階調を対応させ、各測定点での反射電磁波の強
度の色付けを行う。この各測定点での反射電磁波の強度
の色付けを行った信号はモニタディスプレイ１１に送出
され、各測定点での反射電磁波の強度を例えば単一色の
複数の階調で表示する。

【０００８】この従来装置の動作を図９のフローチャー
トを参照してさらに説明する。

【０００９】まず、マイクロコンピュータ１０からイン
ターフェースバス（ＣＰ−ＩＰ）９を介してスペクトラ
ムアナイライザ８の初期設定を行い、さらにアンテナ移
動台２にコマンドを送りアンテナ移動台２の初期設定を
する（ステップ１０１）。

【００１０】つぎに、送信用アンテナ１ａおよび受信用
アンテナ１ｂをスタート点Ｓに移動する（ステップ１０
２）。ここで、スペクトラムアナイライザ８によりこの
ときの反射電磁波の強度を測定し（ステップ１０３）、
この測定データをマイクロコンピュータ１０に伝送する
（ステップ１０４）。

【００１１】続いて、マイクロコンピュータ１０はアン
テナ移動台２を駆動して送信用アンテナ１ａおよび受信
用アンテナ１ｂを次の測定点に移動する（ステップ１０
５）。

【００１２】次ぎに、アンテナ移動台２がエンド点Ｅに
あるか否かを調べ（ステップ１０６）、エンド点Ｅでな
いとステップ１０３に戻り、この動作をアンテナ移動台
２がエンド点Ｅに達するまで繰り返す。このようにして
、スタート点からエンド点までのすべての測定点のデー
タをマイクロコンピュータ１０に取り込む。

【００１３】アンテナ移動台２がエンド点Ｅに達すると
、マイクロコンピュータ１０は各測定点における測定値
から最小受信強度および最大受信強度を検出し（ステッ
プ１０７）、最小受信強度と最大受信強度との間を例え
ば９分割し、各測定点での受信強度が１〜９のどの分類
に属するかを調べ、各測定点における受信強度に対して
１〜９の数値をつけるラベリングを行い（ステップ１０
８）、最大受信強度の測定点（「１」の分類に属する点
）から最小受信強度の測定点（「９」の分類に属する点
）までを、受信強度に対応して単一色で階調を変えた色
付けを行い、これをモニタディスプレイ１１上で画像化
する（ステップ１０９）。

【００１４】

【発明が解決するための課題】しかしながら、このよう
な前方の物標からの多数点における受信強度を階調によ
りモニタ表示する従来装置にあっては、電磁波の投射面
積のほぼ等しい物標（例えば断面積のほぼ等しい正方形
の板と球）のような場合、測定に用いる電磁波の波長が
その物標の大きさに比較して大きい場合などにおいては
、その分解能からモニタ画像の物標のエッジ部が不鮮明
となり、両者を区別できないことがあった。例えば、こ
の装置をロボットの視覚センサなどに用いる場合を考え
ると、正方形の板と円柱とが識別できないことになり、
この場合作業誤りに繋がり、正確な作業ができないとい
う不具合があった。

【００１５】そこで、この発明は、電磁波の投射面積が
等しく、測定に用いる電磁波の波長がその物標の大きさ
に比較して大きい場合においても、物標の識別を正確に
行うことのできる三次元物標識別装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために図１に示す如く構成され、多数点にて前
方に電磁波を照射しその反射強度を測定する電磁波送受
波手段ａと、物標の中心部からエッジ部へかけての前記
反射強度の分布を測定する反射強度分布測定手段ｂと、
上測定手段ｂにより測定した反射強度の分布が物標の中
心部からエッジ部へかけて単調減少する場合は物標の背
面が曲率を有しないと判断する背面形状判断手段ｃとを
具備している。

【００１７】

【作用】多数点にて反射強度を測定し、反射強度の分布
が物標の中心部からエッジ部へかけて単調減少する場合
は物標の背面が曲率を有しないと判断することで物標の
背面形状が異なる場合を区別して認識する。

【００１８】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１９】まず、この発明の物標の検出原理について
説明する。物標として直径２００ｍｍの球と１５０ｍｍ
×１５０ｍｍの平面板を想定し、これを図７に示した従
来装置で識別する場合を考える。ここで、図７の送信用
アンテナ１ａから物標５に投射される電磁波を６０ＧＨ
ｚ（波長５ｍｍ）のミリ波とし、その広がり角を４度、
送信用アンテナ１ａから物標５までの距離を２ｍ、送信
用アンテナ１ａのスキャニング範囲、すなわち、図８に
おける送信用アンテナ１ａと受信用アンテナ１ｂの移動
範囲を水平方向３００ｍｍ、垂直方向を３００ｍｍとす
る。この場合、すでに述べたように図７に示した従来装
置では、モニタディスプレイ１１のモニタ画像には大き
な差は生じず、モニタディスプレイ１１のモニタ画像か
らは球と平面板を識別することはできない。

【００２０】しかし、物標５からの反射電磁波の強度分
布を子細に検討すると、物標５が球である場合と平面板
である場合とで顕著な差異が認められる。

【００２１】図５（ａ）、（ｂ）は、物標５が球である
場合と平面板である場合との反射電磁波の強度分布をっ
それぞれ示したものである。図５（ａ）、（ｂ）におい
て、ｘ−ｙ平面の２軸が位置座標を示し、ｚ軸が反射電
磁波の強度を示している。図５（ｂ）から明らかなよう
に、物標が平面板の場合は、反射電磁波の強度分布が反
射電磁波の強度が最大の点から位置座標をどちらに移動
しても強度が単調に減少する、いわゆる単峰性の分布を
示しているのに対し、物標が球の場合は同図（ｃ）に示
す如く、反射電磁波の強度分布に若干の増加、減少が生
じ、単峰性の分布を示さないことが解る。これは、いわ
ゆるクリーピングウェーブ現象により説明することがで
きる。

【００２２】図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこのクリー
ピングウェーブ現象を説明するためのものである。例え
ば、物標５が図６（ａ）に示すように球であると、この
場合物標５の後部に曲率を有するので、図６（ａ）に示
した物標５とアンテナ１との位置関係においてはアンテ
ナ１の受信電磁波に物標から直接反射してくる波と、物
標５の球面に沿って物標の後部から回り込んでくる波が
存在する。これがクリーピングウェーブ現象である。こ
の場合、物標５から直接反射してくる波と物標の後部か
ら回り込んでくる波とが干渉し、アンテナ１の受信電磁
波を強め合う場合、または弱め合う場合が存在する。

【００２３】また、図６（ｂ）に示した物標５とアンテ
ナ１との位置関係においては、アンテナ１から物標５へ
の投射電磁波が物標５から外れているので、本来なら物
標５からの反射電磁波は存在しないはずであるが、物標
５の後部から回り込んでくる波が生じ、これがアンテナ
１の受信電磁波となる場合がある。

【００２４】これに対し、物標５が図６（ｃ）に示すよ
うに平面板であると、上記のような波の回り込みによる
クリーピングウェーブ現象は生じない。

【００２５】このため、物標が平面板である場合は、反
射電磁波の強度分布が反射電磁波の強度が最大の点から
位置座標をどちらに移動しても強度が単調に減少する、
いわゆる単峰性の分布を示すのに対し、物標が背面に曲
率を有する球の場合は反射電磁波の強度分布が複雑に増
加、減少して単峰性の分布を示さないのである。

【００２６】この発明は上記現象に着目して、背面に曲
率を有する球などの物標と背面に曲率を有しない平面板
などの物標とを識別するようにしている。

【００２７】図２は、この発明の一実施例を示したもの
である。図２は図７に示した従来装置に対応するもので
、この図は図７に対応したものを上から見たものである
。なお、この実施例では小形化のために図７で示したス
ペクトラムアナライザ８の代わりに入力電磁波の大きさ
に対応する電圧信号を出力する検波器２６、検波器２６
の出力をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタ
ル変換器（Ａ／Ｄ変換器）２７を用いて構成しているが
、この検波器２６およびアナログ／ディジタル変換器２
７を図７の従来例と同様にスペクトラムアナライザから
構成するようにしてもよい。また、図７の従来例ではア
ンテナ移動台２としてＸ−Ｚ方向に移動可能なアンテナ
スキャナを想定しているが、図２の実施例では比較的小
型化が可能なＸ軸方向に移動可能なＸ軸スキャナとＺ軸
方向に移動可能なＺ軸スキャナの２つの１軸スキャナの
組み合わせからなるアンテナスキャナ２２から構成して
いる。このアンテナスキャナ２２も図７と同様なアンテ
ナ移動台に置換することもできる。

【００２８】まず、構成を説明すると、図２において、
アンテナ２１は水平方向（Ｘ方向）に配設された送信用
アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂからなり、
この送信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂ
はアンテナスキャナ２２に配設される。

【００２９】アンテナスキャナ２２は、Ｘ軸方向に移動
可能なＸ軸スキャナとＺ軸方向に移動可能なＺ軸スキャ
ナの２つの１軸スキャナの組み合わせからなり、Ｘ軸ス
キャナおよびＺ軸スキャナはそれぞれ図示しないパルス
モータにより駆動され、図３に示すように、送信用アン
テナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂをＸ軸方向３０
ポイント、Ｚ軸方向３０ポイントの計９００ポイントの
測定点へ移動可能なように構成されている。このアンテ
ナスキャナ２２による送信用アンテナ２１ａおよび受信
用アンテナ２１ｂの移動は後述するマイクロコンピュー
タ２８により制御される。

【００３０】送信用アンテナ２１ａには、例えば６０Ｇ
Ｈｚのミリ波帯の電磁波を発振するガン発振器２３の出
力がミリ波ケーブル２４を介して接続され、この送信用
アンテナ２１ａは、例えば広がり角４度で前方に６０Ｇ
Ｈｚの電磁波を送出する。

【００３１】受信用アンテナ２１ｂは上記送信用アンテ
ナ２１ａから送出され、前方の図示しない物標で反射さ
れた６０ＧＨｚの反射電磁波を各測定点で受信する。

【００３２】受信用アンテナ２１ｂの出力はミリ波ケー
ブル２５を介して検波器２６に入力され、検波器２６は
入力電磁波を検波して、入力電磁波の大きさに対応する
電圧信号を出力する。検波器２６の出力はアナログ／デ
ィジタル変換器２７に加えられ、アナログ／ディジタル
変換器２７は検波器２６のアナログ出力をマイクロコン
ピュータ２８で処理できるディジタル信号に変換する。

【００３３】マイクロコンピュータ２８は、アナログ／
ディジタル変換器２７から出力される各測定点での反射
電磁波の強度を示すデジタル信号が入力され、図６で説
明した従来例と同様に、各測定点での反射電磁波の強度
を複数のレベル範囲に分類し、各レベル範囲に対して例
えば単一色の複数の階調を対応させ、各測定点での反射
電磁波の強度の色付けを行い、また、この発明に基づく
物標が背面に曲率を有するか否かの判断を行い、その判
断結果をライン３０に出力する。この判断の詳細につい
ては後に詳述する。

【００３４】マイクロコンピュータ２８は、各測定点で
の反射電磁波の強度の色付けを行った信号をモニタディ
スプレイ２９に送出し、モニタディスプレイ２９は各測
定点での反射電磁波の強度を例えば単一色の複数の階調
で表示する。

【００３５】次に、この実施例の動作を図４のフローチ
ャートを参照して説明する。

【００３６】まず、各測定点での反射電磁波の強度を測
定する（ステップ２０１）。このステップ２０１は図９
に示したステップ１０１〜１０６に対応する。ただし、
この実施例では、図７で示したスペクトラムアナライザ
８の代わりに検波器２６およびアナログ／ディジタル変
換器２７を用い、図７のアンテナ移動台２の代わりにＸ
軸方向に移動可能なＸ軸スキャナとＺ軸方向に移動可能
なＺ軸スキャナの２つの１軸スキャナの組み合わせから
なるアンテナスキャナ２２を用いているので、ステップ
２０１の詳細は以下のようになる。

【００３７】すなわち、まず、マイクロコンピュータ２
３はアンテナスキャナ２２の初期設定を行う。すなわち
、アンテナスキャナ２２に初期設定の指令を行い、送信
用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂをスター
ト点、すなわち図３に示した測定点「１」の位置に移動
させ、この測定点「１」におけるアナログ／ディジタル
変換器２７の出力から測定点「１」における反射電磁波
の強度を示すディタル情報を取り込む。

【００３８】続いて、マイクロコンピュータ２８は所定
数のパルスをアンテナスキャナ２２のＸ軸スキャナに供
給し、送信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１
ｂをＸ軸方向に移動させ、送信用アンテナ２１ａおよび
受信用アンテナ２１ｂを次の測定点「２」に移動させる
。

【００３９】ここで、マイクロコンピュータ２８は、ア
ナログ／ディジタル変換器２７の出力から測定点「２」
における反射電磁波の強度を示すディタル情報を取り込
む。

【００４０】このようにして、マイクロコンピュータ２
８は測定点「１」から測定点「３０」までにおけるの反
射電磁波の強度を示すディタル情報を取り込むと、所定
数のパルスをアンテナスキャナ２２のＹ軸スキャナに供
給し、送信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１
ｂをＺ軸方向に移動させ、送信用アンテナ２１ａおよび
受信用アンテナ２１ｂを次の測定点「６０」に移動させ
る。

【００４１】ここで、マイクロコンピュータ２８は、ア
ナログ／ディジタル変換器２７の出力から測定点「６０
」における反射電磁波の強度を示すディタル情報を取り
込む。次に、マイクロコンピュータ２８は所定数のパル
スをアンテナスキャナ２２のＸ軸スキャナに供給し、送
信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂをＸ軸
方向に移動させ、送信用アンテナ２１ａおよび受信用ア
ンテナ２１ｂを次の測定点「５９」に移動させる。

【００４２】ここで、マイクロコンピュータ２８は、ア
ナログ／ディジタル変換器２７の出力から測定点「５９
」における反射電磁波の強度を示すディタル情報を取り
込む。このようにして、マイクロコンピュータ２８は測
定点「６０」から測定点「３１」までにおける反射電磁
波の強度を示すディタル情報を取り込むと、所定数のパ
ルスをアンテナスキャナ２２のＹ軸スキャナに供給し、
送信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂをＺ
軸方向に移動させ、送信用アンテナ２１ａおよび受信用
アンテナ２１ｂを次の測定点「６１」に移動させる。

【００４３】以下同様にして、マイクロコンピュータ２
８は、アナログ／ディジタル変換器２７の出力から、す
べての測定点「１」〜「９００」における反射電磁波の
強度を示すディタル情報を取り込む。

【００４４】すべての測定点「１」〜「９００」におけ
る反射電磁波の強度を示すディタル情報の取り込みが終
了すると、マイクロコンピュータ２８は、各測定点での
反射電磁波の強度を示すディタル情報から反射強度の最
大値をみつけ（ステップ２０２）、この最大値を示す送
信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂの位置
座標（ｘ，ｙ）を捜す（ステップ２０３）。

【００４５】続いて、座標ｘを固定し、座標ｙを変化さ
せて各測定点での強度分布を調べ、（ステップ２０４）
、この強度分布が単調に減少しているか否かを判断する
（ステップ２０５）。すなわち、ｙ座標の変化毎に前回
の反射電磁波の強度と今回の強度とを比較して、今回の
強度が小さい場合に強度分布が単調に減少していると判
断する。この判断において、強度分布が単調に減少して
いないと判断されると（ステップ２０５でＮＯ）、物標
は背面に曲率を有するものであるとして（ステップ２０
８）、マイクロコンピュータ２８はその旨の信号、例え
ばハイレベルの信号をライン３０に出力し、このフロー
チャートを終了する。

【００４６】一方、ステップ２０５の判断において、強
度分布が単調に減少していると判断されると（ステップ
２０５でＹＥＳ）、次に、座標ｙを固定し、座標ｘを変
化させて各測定点での強度分布を調べ、（ステップ２０
６）、この強度分布が単調に減少しているか否かを判断
する（ステップ２０７）。この判断において、強度分布
が単調に減少していないと判断されると（ステップ２０
７でＮＯ）、物標は背面に曲率を有するものであるとし
て（ステップ２０８）、マイクロコンピュータ２８はそ
の旨の信号、例えばハイレベルの信号をライン３０に出
力し、このフローチャートを終了する。

【００４７】ただし、ステップ２０７の判断において強
度分布が単調に減少していると判断されると（ステップ
２０７でＹＥＳ）、この場合は物標は背面に曲率を有し
ないものであるとして（ステップ２０９）、マイクロコ
ンピュータ２８はその旨の信号、例えばローレベルの信
号をライン３０に出力し、このフローチャートを終了す
る。

【００４８】尚、上記実施例では反射強度が最大値とな
る送信用アンテナ２１ａおよび受信用アンテナ２１ｂの
位置座標（ｘ，ｙ）を捜し、この点におけるｙ座標、ま
たはｘ座標を変化させて強度分布が単調に減少している
か否かを調べたが、これはあくまでも一実施例を示した
もので、ｘ座標，ｙ座標両方を変化させて、強度分布が
単調に減少しているか否かを調べて物標の背面が曲率を
有するものであるか否かを識別するように構成してもよ
い。

【００４９】また、この実施例のフローチャートにおい
ては、モニタディスプレイ２９に対する画像信号の形成
については示さなかったが、モニタディスプレイ２９に
対する画像信号の形成については図４に示したフローチ
ャートと同様に行うことができる。すなわち、各測定点
における測定値から最小受信強度および最大受信強度を
検出し、最小受信強度と最大受信強度との間を例えば９
分割し、各測定点での受信強度が１〜９のどの分類に属
するかを調べ、各測定点における受信強度に対して１〜
９の数値をつけるラベリングを行い、最大受信強度の測
定点（「１」の分類に属する点）から最小受信強度の測
定点（「９」の分類に属する点）までを、受信強度に対
応して単一色で階調を変えた色付けを行い、これをモニ
タディスプレイ２９上で画像化する。この場合、モニタ
ディスプレイ２９の表示からは物標の形状に関する情報
が得られる。尚、このモニタディスプレイ２９上での表
示はカラー表示を用いてもよい。

【００５０】また、上記実施例においては物標の背面が
曲率を有するものであるか否かを示す情報をライン３０
に出力するように構成したが、これを直接モニタディス
プレイ２９上に表示するように構成してもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、反射強度の分布から物標の背面が曲率を有するか否か
の識別を行っているため、物標の前部の電磁波投射面積
が等しく、物標の識別が困難な場合においても正確に物
標間の識別を行うことができるという効果が得られる。 この発明の三次元物標識別装置は、例えば、部品を選別
するロボットの視覚センサへの応用が考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のクレーム対応図。

【図２】この発明の一実施例を示す説明図。

【図３】図２に示した実施例の測定点の一例を示す図。

【図４】図２に示した実施例の動作を説明するフローチ
ャート。

【図５】この発明の識別原理を説明する電磁波の反射強
度の分布を示す図。

【図６】この発明の識別原理に係わるクリーピングウェ
ーブ現象を説明する図。

【図７】物標識別装置の従来例を示す説明図。

【図８】図７に示した従来例の測定点の一例を示す図。

【図９】図７に示した従来例の動作を説明するフローチ
ャート。

【符号の説明】

ａ　　電磁波送受波手段 ｂ　　反射強度分布測定手段 ｃ　　背面形状判断手段 １，２１　　アンテナ １ａ，２１ａ　　送信用アンテナ １ｂ，２１ｂ　　受信用アンテナ ２　　アンテナ移動台 ３，２３　　ガン発振器 ４，２４，７，２５　　ミリ波ケーブル５，５´　　物
標 ６　　台 ８　　スペクトラムアナライザ １０，２８　　マイクロコンピュータ １１，２９　　モニタディスプレイ ２６　　検波器 ２７　　Ａ／Ｄ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数点にて前方に電磁波を照射し、その反
   射強度を測定する電磁波送受波手段と、物標の中心部か
   らエッジ部へかけての前記反射強度の分布を測定する反
   射強度分布測定手段と、上記測定手段により測定した反
   射強度の分布が物標の中心部からエッジ部へかけて単調
   減少する場合は物標の背面が曲率を有しないと判断する
   背面形状判断手段と、を具備したことを特徴とする三次
   元物標識別装置。