JPH0453266B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0453266B2 JPH0453266B2 JP19752684A JP19752684A JPH0453266B2 JP H0453266 B2 JPH0453266 B2 JP H0453266B2 JP 19752684 A JP19752684 A JP 19752684A JP 19752684 A JP19752684 A JP 19752684A JP H0453266 B2 JPH0453266 B2 JP H0453266B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- distance
- cameras
- camera
- target object
- measuring device
- Prior art date
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- Expired
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、カメラより得られた対象の光学的パ
ターンを用いてカメラ自身と体象物体あるいは環
境との相関的な三次元速度を測定する装置に関す
るものである。
ターンを用いてカメラ自身と体象物体あるいは環
境との相関的な三次元速度を測定する装置に関す
るものである。
従来、対象の光学的パターン像を用いて非接触
に速度を測定する手法は、相関法と空間フイルタ
法があることが知られている。相関法は、時刻の
異なる二枚の像パターンに対し、一方を変位さ
せ、他方に重ね合わせることによりパターン間の
変位を検出し速度を得る。この方法は、重ね合わ
せ操作に多くの計算量を要し、特に三次元運動の
ように運動の自由度が多くなると計算量は膨大な
ものとなる。
に速度を測定する手法は、相関法と空間フイルタ
法があることが知られている。相関法は、時刻の
異なる二枚の像パターンに対し、一方を変位さ
せ、他方に重ね合わせることによりパターン間の
変位を検出し速度を得る。この方法は、重ね合わ
せ操作に多くの計算量を要し、特に三次元運動の
ように運動の自由度が多くなると計算量は膨大な
ものとなる。
一方、空間フイルタ法は、特殊なすだれ格子を
通して見た光学パターンの光強度スペクトルを使
つて速度を測定するものであるが、像パターンは
変形なしの並行移動が前提であり、像の拡大・縮
少を含む三次元運動に対してはこの手法は使うこ
とはできない。
通して見た光学パターンの光強度スペクトルを使
つて速度を測定するものであるが、像パターンは
変形なしの並行移動が前提であり、像の拡大・縮
少を含む三次元運動に対してはこの手法は使うこ
とはできない。
各種産業においては速度測定技術の確立は多大
な効果をもたらす。例えば、産業用ロボツトが対
象の三次元的動きを知れば、高速ハンドリングが
可能となる。また、自動車、航空機等の移動体に
とつて、自身の動きを制御するためには動きの検
出センサが重要である。
な効果をもたらす。例えば、産業用ロボツトが対
象の三次元的動きを知れば、高速ハンドリングが
可能となる。また、自動車、航空機等の移動体に
とつて、自身の動きを制御するためには動きの検
出センサが重要である。
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもの
で、直交型に配置されたステレオカメラからの像
を使つて対象物体までの距離を測定し、得られた
距離情報を利用して三次元運動パラメータを推定
することにより、対象物体あるいは環境との相対
的な三次元速度を容易に、かつ、高精度に測定す
る装置を提供することを目的とする。以下、本発
明について図面に基づき説明する。
で、直交型に配置されたステレオカメラからの像
を使つて対象物体までの距離を測定し、得られた
距離情報を利用して三次元運動パラメータを推定
することにより、対象物体あるいは環境との相対
的な三次元速度を容易に、かつ、高精度に測定す
る装置を提供することを目的とする。以下、本発
明について図面に基づき説明する。
第１図は本発明の装置の構成を示したもので、
入力装置１、距離計測装置２、および速度パラメ
ータ計測装置３から成つている。入力装置１は、
第２図に示されるように、複数台のカメラＣ，
Ha，Ha′，Hb，Hb′……，Va，Va′，Vb，
Vb′……を互に直交する基線上に等間隔に並べ、
しかも、これらのカメラの光軸が二つの基線と直
交する向きになるように配置する。この撮像系の
最小構成は、第２図において、中心カメラＣ、水
平カメラHa、垂直カメラVaの三台である。対象
物体の光学パターンは入力装置１から同時に等時
間間隔で撮像される。
入力装置１、距離計測装置２、および速度パラメ
ータ計測装置３から成つている。入力装置１は、
第２図に示されるように、複数台のカメラＣ，
Ha，Ha′，Hb，Hb′……，Va，Va′，Vb，
Vb′……を互に直交する基線上に等間隔に並べ、
しかも、これらのカメラの光軸が二つの基線と直
交する向きになるように配置する。この撮像系の
最小構成は、第２図において、中心カメラＣ、水
平カメラHa、垂直カメラVaの三台である。対象
物体の光学パターンは入力装置１から同時に等時
間間隔で撮像される。
次に、本発明の作用について説明する。
距離測定装置２は次のとおりである。中心カメ
ラＣの画面Ｓと対象物体４上の点Ｐまでの距離を
Ｚとする。対象物体４上の点Ｐの像が中心カメラ
Ｃと水平カメラHaのステレオカメラで見かけ上
dX移動しているとする。そのとき、次の関係式が
近似的に成立することが知られている。
ラＣの画面Ｓと対象物体４上の点Ｐまでの距離を
Ｚとする。対象物体４上の点Ｐの像が中心カメラ
Ｃと水平カメラHaのステレオカメラで見かけ上
dX移動しているとする。そのとき、次の関係式が
近似的に成立することが知られている。
EX・dX＋EX′＝０ ……(1)
EXは画面Ｓ内の水平方向の明るさの勾配、
EX′は二枚の画像間の明るさの勾配である。
EX′は二枚の画像間の明るさの勾配である。
第３図は距離測定の原理を説明するためのもの
で、同図に示すごとく変位dXと距離Ｚは次の関係
式を満たす。
で、同図に示すごとく変位dXと距離Ｚは次の関係
式を満たす。
dX＝ｆ・Ｄ／（ｆ＋Ｚ） ……(2)
ただし、ｆはカメラの焦点距離、Ｄはカメラ間
の距離である。(1)、(2)式より距離Ｚは Ｚ＝−ｆ（Ｄ・EX／EX′＋１） ……(3) である。このとき対象物体４上の点Ｐ付近の像が
水平なエツジを有するならば、EX′＝０となり距
離Ｚの値は求められない。そこで、カメラ対Ｃ、
Vaを利用する。水平方向のときと同様に対象物
体４上の点Ｐの像の見かけの変位をdYとすれば次
式が成り立つ。
の距離である。(1)、(2)式より距離Ｚは Ｚ＝−ｆ（Ｄ・EX／EX′＋１） ……(3) である。このとき対象物体４上の点Ｐ付近の像が
水平なエツジを有するならば、EX′＝０となり距
離Ｚの値は求められない。そこで、カメラ対Ｃ、
Vaを利用する。水平方向のときと同様に対象物
体４上の点Ｐの像の見かけの変位をdYとすれば次
式が成り立つ。
EY・dY＋EY′＝０ ……(4)
dY＝ｆ・Ｄ／（ｆ＋Ｚ） ……(5)
(1)、(2)式よりｆ・Ｄ・EX＝−EX′（ｆ＋Ｚ）。ま
た、(4)、(5)式よりｆ・Ｄ・EY＝−EY′（ｆ＋Ｚ）。
これらより (6)式でEX′2＋EY′2はエツジである限り０とはな
らない。
た、(4)、(5)式よりｆ・Ｄ・EY＝−EY′（ｆ＋Ｚ）。
これらより (6)式でEX′2＋EY′2はエツジである限り０とはな
らない。
最後に、速度パラメータ計測装置３について説
明する。
明する。
第４図はカメラの座標系を示す図である。カメ
ラ座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と絶対座標（ｘ，ｙ，ｚ）
とは次の関係式で結ばれる。
ラ座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と絶対座標（ｘ，ｙ，ｚ）
とは次の関係式で結ばれる。
ｘ／Ｘ＝ｙ／Ｙ＝ｆ＋Ｚ／ｆ ……(7)
中心カメラＣから見た運動している対象物体４
上の点Ｐの見かけの動きをＸ方向にdX、Ｙ方向に
dYとする。そのとき次の関係式が近似的に成立す
ることが知られている。
上の点Ｐの見かけの動きをＸ方向にdX、Ｙ方向に
dYとする。そのとき次の関係式が近似的に成立す
ることが知られている。
EX・dX＋EY・dY＋Et＝０ ……(8)
EX，EYはＸ，Ｙ方向の明るさの勾配、Etは明
るさの時間勾配である。
るさの時間勾配である。
さて、三次元運動は六つの運動パラメータで表
わされることが知られている。すなわち、 （ｕ，ｖ，ｗ）T＝（wx，wy，wz）T×（ｘ，ｙ，ｚ）
T ＋（up，vp，wp）T ……(9) ただし、（ｘ，ｙ，ｚ）Tは座標値、（ｕ，ｖ，
ｗ）Tは三次元速度ベクトル、up，vp，wp，wx，
wy，wzは運動パラメータである。(7)、(8)、(9)式
から次式を得る。
わされることが知られている。すなわち、 （ｕ，ｖ，ｗ）T＝（wx，wy，wz）T×（ｘ，ｙ，ｚ）
T ＋（up，vp，wp）T ……(9) ただし、（ｘ，ｙ，ｚ）Tは座標値、（ｕ，ｖ，
ｗ）Tは三次元速度ベクトル、up，vp，wp，wx，
wy，wzは運動パラメータである。(7)、(8)、(9)式
から次式を得る。
EX・up＋EY・vp−（Ｘ・EX＋Ｙ・EY）ｇ・wp
−｛Ｚ・EY＋ｙ（Ｘ・EX＋Ｙ・EY）ｇ｝wx
＋｛Ｚ・EX＋ｘ（Ｘ・EX＋Ｙ・EY）ｇ｝wy
＋｛ｘ・EY−ｙ・EX）wz＋（１＋Ｚ・ｇ）Et＝
０ ……(10) ただし、ｇ＝１／ｆ。各運動パラメータの係数
はEX，EY，Etなど画像から直接計算出来るもの
や距離計測部で得られた距離Ｚから算出される。
したがつて、画面上のいくつかの点に対して、(10)
式が成立するとき、運動パラメータは線型連立方
程式の解演算装置により得られる。すなわち、三
次元速度が運動パラメータとして得られる。
０ ……(10) ただし、ｇ＝１／ｆ。各運動パラメータの係数
はEX，EY，Etなど画像から直接計算出来るもの
や距離計測部で得られた距離Ｚから算出される。
したがつて、画面上のいくつかの点に対して、(10)
式が成立するとき、運動パラメータは線型連立方
程式の解演算装置により得られる。すなわち、三
次元速度が運動パラメータとして得られる。
上記のように構成された三次元速度計測器の作
用についてまとめると、 互に直交する基線上に配置されたステレオカメ
ラからの像を使つて、距離測定装置で対象物体ま
での距離を測定する。次に、得られた距離情報を
利用して速度計測装置で三次元運動パラメータを
推定する。
用についてまとめると、 互に直交する基線上に配置されたステレオカメ
ラからの像を使つて、距離測定装置で対象物体ま
での距離を測定する。次に、得られた距離情報を
利用して速度計測装置で三次元運動パラメータを
推定する。
ということができる。例では、水平・水直カメラ
は二台としたが、カメラの数、時間方向のフレー
ムの数を増せば、精度は上がるのはもちろんであ
る。
は二台としたが、カメラの数、時間方向のフレー
ムの数を増せば、精度は上がるのはもちろんであ
る。
以上説明したように、本発明の装置は直交方向
のステレオカメラ対を併用することにより、従来
のステレオビジヨンでは基線方向に平行なエツジ
部では不可能であつた距離の測定を可能とするこ
とに成功したものである。
のステレオカメラ対を併用することにより、従来
のステレオビジヨンでは基線方向に平行なエツジ
部では不可能であつた距離の測定を可能とするこ
とに成功したものである。
さらに、速度は三次元運動パラメータの推定と
し、画像間の濃淡の勾配を算出する積和演算及び
線型連立方程式の解法演算で処理するため簡単
で、かつ、高精度に行うことができる利点があ
る。
し、画像間の濃淡の勾配を算出する積和演算及び
線型連立方程式の解法演算で処理するため簡単
で、かつ、高精度に行うことができる利点があ
る。
第１図は本発明の装置の構成ブロツク図、第２
図は入力装置の概略構成図、第３図は距離測定の
原理図、第４図は対象物体と画面との関係を説明
するための図である。 図中、１は入力装置、２は距離計測装置、３は
速度計測装置、４は対象物体、Ｃは中心カメラ、
Ha，Ha′，Hb，Hb′……は夫々水平カメラ、
Va，Va′，Vb，Vb′……は夫々垂直カメラ、Ｓ
は画面、Ｚは距離である。
図は入力装置の概略構成図、第３図は距離測定の
原理図、第４図は対象物体と画面との関係を説明
するための図である。 図中、１は入力装置、２は距離計測装置、３は
速度計測装置、４は対象物体、Ｃは中心カメラ、
Ha，Ha′，Hb，Hb′……は夫々水平カメラ、
Va，Va′，Vb，Vb′……は夫々垂直カメラ、Ｓ
は画面、Ｚは距離である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基軸が互に直交し、光軸が全て同じ向きを持
つ複数台のステレオカメラ対を有する入力装置
と、前記基軸の直交点に位置する中心カメラを基
準とする前記ステレオカメラ対から得られた像の
濃淡変動比を用いて対象物体までの距離を算出す
る距離計測装置と、 該距離計測装置で得られた距離と前記入力装置
の中心カメラから得られる時系列像の濃淡変動比
とを用いて速度パラメータを算出する速度計測装
置と、 から構成されることを特徴とする三次元速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19752684A JPS6175265A (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 三次元速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19752684A JPS6175265A (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 三次元速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6175265A JPS6175265A (ja) | 1986-04-17 |
| JPH0453266B2 true JPH0453266B2 (ja) | 1992-08-26 |
Family
ID=16375932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19752684A Granted JPS6175265A (ja) | 1984-09-20 | 1984-09-20 | 三次元速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6175265A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69730565T2 (de) * | 1996-06-26 | 2005-02-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Gerät zur Erzeugung eines stereoskopischen bewegenden Bildes mittels Computergraphik |
| ES2209655B1 (es) * | 2002-12-12 | 2005-12-16 | Universidad De Malaga | Sistema para medida de distancias y velocidades por procedimientos electroopticos no radiantes. |
| JP2016217944A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | シャープ株式会社 | 計測装置、および計測方法 |
| JP2019035584A (ja) | 2015-12-01 | 2019-03-07 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | 距離計測デバイス |
-
1984
- 1984-09-20 JP JP19752684A patent/JPS6175265A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6175265A (ja) | 1986-04-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |