JPH05192895A - ロボットの視覚装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボットの注目部分を他の部分と比較して高
解像度とし、広い視野を保ったまま必要な情報を得る。 【構成】 例えば、最明点を中心として特定領域で高解
像度に撮像する撮像装置１６により、信号処理量を増大
することなく、重要部分の正確な情報を得て、且つ他の
部分の情報の見落としのないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ロボットの視覚装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの視覚装置としては、撮像装置
が一般的である。

【０００３】この撮像装置は、画素の密度が均一であ
り、従って、全面が等しい解像度である。

【０００４】このため、従来、ロボットがその視野の一
部分に注目して詳細に観察しようとする場合は、該一部
分を中心に光学的にズームアップして、その部分の解像
度を上げるようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年のロボットにおい
ては、高度な作業をするために、高い解像度の映像情報
が必要とされている。

【０００６】しかしながら、視覚装置として前記のよう
な撮像装置を用いた場合は、高い解像度を得るために
は、撮像装置の画素数を増大する必要がある。撮像装置
の画素数を増大すると、各画素から得られた信号の処理
量が膨大になり、従って、処理時間が増大して、ロボッ
トの迅速な作業が不可能となる等の問題点が生じてしま
う。

【０００７】更に、前記のように、視野の一部を光学的
にズームアップする方法は、反応時間が遅く、更にズー
ムアップ時には必然的に視野が狭くなり、他に優先順位
の高い情報が視野外で発生しても読取ることができない
という問題点がある。

【０００８】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、撮像装置の必要な一部分のみの解
像度を、他の部分よりも高くして撮像することにより、
広い視野を保ったまま、必要な情報を少ない情報処理量
から得ることができるようにしたロボットの視覚装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、人間が視野
を大きく保ったまま、注目する一部分の解像度を上げて
視覚情報を得ている点に着目したものであり、入力画像
のうち特徴のある部分の解像度を他の部分よりも高くし
て撮像する撮像装置を備えたロボットの視覚装置により
上記目的を達成するものである。

【００１０】又、前記特徴のある部分は、予め入力され
たパターンと一致する部分としてもよい。

【００１１】又、前記特徴のある部分を、最明点及び最
暗点の少なくとも一方とするようにしてもよい。

【００１２】更に又、前記特徴のある部分を、１フィー
ルド前の画像に比べて変化のあった部分としてもよい。

【００１３】

【作用及び効果】この発明においては、撮像装置によ
り、入力画像のうち特徴のある部分の解像度を、他の部
分よりも高くして撮像するので、人間が視野を大きく保
ったまま、注目する一部分の解像度を挙げて視覚情報を
得ていると同様になり、情報処理量が少ないまま、必要
な部分の正確な視覚情報を得ると同時に、該必要部分以
外で、優先順位の高い情報が発生してもこれを見落とす
ことがない。

【００１４】

【実施例】図１及び図２に示される実施例は、ロボット
１０が視覚装置１２により、サインボード１４を見て、
例えばサインが「□」であるか否かを判断する場合のも
のである。

【００１５】前記視覚装置１２は、撮像装置１６と、こ
の撮像装置１６で得られた信号を処理すると共に、撮像
装置１６を制御する制御回路１８とから構成されてい
る。

【００１６】前記制御回路１８は、撮像装置１６からの
映像信号から画像の一部分を高解像度な画像として処理
する画像構成回路２０と、この画像構成回路２０からの
高解像度な画像の信号を、予め入力されている「□」の
パターンと一致するか否かを判断して、その結果の信号
を出力するパターンマッチング回路２２と、前記画像構
成回路を経て映像信号が入力され、この映像信号から、
最も明るい点の座標信号（Ｘ0 、Ｙ0 ）を出力する明点
検出回路２４と、前記明点検出回路２４により検出され
た画像中で最も明るい点の座標信号（Ｘ0 、Ｙ0 ）が入
力され、この信号に基づいて、画像構成回路２０が、
（Ｘ0 ±ΔＸ、Ｙ0 ±ΔＹ）の領域で高解像度に信号を
処理し、且つ、撮像装置１６の偏向が前記座標信号（Ｘ
0 、Ｙ0 ）を中心に制御されるように信号を出力するス
キャン制御回路２６と、前記パターンマッチング回路２
２及び明点検出回路２４からの信号が入力される中央制
御回路２８と、この中央制御回路２８からの制御信号に
基づいて、撮像装置１６の向きを制御するためのカメラ
の向き制御回路３０とから構成されている。

【００１７】前記中央制御回路２８は、ロボット１０全
体を制御するものであり、カメラの向き制御回路３０、
スキャン制御回路２６からの各々のフィードバック信号
が入力され、且つ該中央制御回路２８からは、明点検出
回路２４及びスキャン制御回路２６に制御信号が出力さ
れるようになっている。

【００１８】前記スキャン制御回路２６は、図３、図４
に示されるような制御信号を撮像装置１６のカメラヘッ
ド部１６Ａに送ることによって、前記明点検出回路２４
で検出された座標信号（Ｘ0 ，Ｙ0 ）に基づいて、（Ｘ
0 ±ΔＸ，Ｙ0 ±ΔＹ）の領域で、他の領域と比較して
高解像度で撮像できるようにするものである。

【００１９】以下、この制御信号について詳述する。

【００２０】明点検出回路２４からの制御信号に基づい
てカメラヘッド部１６Ａで発生する垂直偏向波形は図３
に示されるように、通常の傾きである領域、と、傾
きの小さな、即ちゆっくりと偏向する領域からなり、
この領域が前記の（Ｙ0 ±ΔＹ）に相当する。

【００２１】スキャン制御回路２６からの制御信号に基
づいてカメラヘッド部１６Ａで発生する水平偏向波形
は、図４に示されるように、前記図３の垂直偏向波形の
領域、に相当する部分は通常通りであるが、領域
に相当する部分は、水平方向の１回の走査に対して１回
の割合で、前記（Ｘ0 ±ΔＸ）の部分だけを走査するよ
うにされている。

【００２２】上記のような図３及び図４の垂直・水平偏
向動作により、最明点（Ｘ0 ，Ｙ0）を中心とする（Ｘ0
±ΔＸ，Ｙ0 ±ΔＹ）の領域で、特に信号処理回路の
帯域を上げることなしに高解像度で撮像できることにな
る。

【００２３】又、表示は、前記偏向信号と同期をとるこ
とにより達成することができる。

【００２４】次に、図５〜図８に示される、前述のよう
な垂直・水平偏向波形の発生器について説明する。

【００２５】この発生器は、特定領域駆動パルス発生器
３２と、この特定領域駆動パルス発生器３２からのパル
ス信号に基づいて垂直偏向波形を発生する垂直波形発生
器３４と、特定領域駆動パルス発生器３２からのパルス
信号に基づいて、水平偏向波形を発生する水平波形発生
器３６と、から構成されている。

【００２６】前記特定領域駆動パルス発生器３２は、明
点検出回路２４からのＹ0 の信号に基づいて、Ｙ0 ＋Δ
Ｙ＝Ｅ１及びＹ0 −ΔＹ＝Ｅ２の信号と、標準鋸歯状波
と比較するコンパレータ３８Ａ、３８Ｂと、図６に示さ
れるような、コンパレータ３８Ａ、３８Ｂの出力Ａ、Ｂ
に基づいて、特定領域駆動パルスＣを出力するフリップ
フロップ回路４０とから構成されている。

【００２７】前記垂直波形発生器３４は、基本的には積
分回路であって、定電圧源３４Ａの電圧を鋸歯状にして
偏向電圧を発生するものである。

【００２８】ここで、垂直波形発生器３４の抵抗Ｒ2 に
は、これと並列に特定領域スイッチ３４Ｂが設けられ、
前記特定領域駆動パルス発生器３２からのパルス信号が
入力するとき、この特定領域スイッチ３４ＢをＯＦＦと
することによって、積分回路の積分定数を増大し、これ
によって、該特定領域での垂直偏向波形の傾斜を弛める
ようにしている。この特定領域スイッチ３４ＢのＯＦＦ
により傾斜が弛められる範囲は、前記図３における領域
に相当する。

【００２９】垂直波形発生器３４における符号３４Ｃ
は、垂直同期信号により閉じられてリセットするための
スイッチを示す。

【００３０】次に図８に示される水平波形発生器３６に
ついて説明する。

【００３１】この水平波形発生器３６は、直流定電流源
３６Ａと、リセットスイッチ３６Ｂと、コンデンサ３６
Ｃと、コンパレータ３６Ｄと、リセットスイッチ３６Ｂ
への入力信号を形成する回路（後述）と、を備え、リセ
ットスイッチ３６ＢがＯＮとなったときコンデンサ３６
Ｃの電荷が放電されてリセットされ、次にリセットスイ
ッチ３６ＢがＯＦＦとなると、直流定電流源３６Ａから
の電流がコンデンサ３６Ｃに蓄えられるようになってい
る。

【００３２】コンパレータ３６Ｄからの出力は時間に比
例して増大するので、結局、リセットスイッチ３６Ｂの
ＯＮ・ＯＦＦにより鋸歯状波出力が得られることにな
る。

【００３３】前記リセットスイッチ３６Ｂには、前述の
領域で、図４におけるような波形を形成するための信
号が入力される。

【００３４】水平波形発生器３６において、前記信号を
形成する回路は、垂直同期パルス信号に応じて１／２間
引用フリップフロップの信号を形成するフリップフロッ
プ回路３６Ｅと、前記特定領域駆動パルス発生器３２か
らの特定領域駆動パルスが入力されるとき、フリップフ
ロップ回路３６Ｅからの信号を出力するようにされたＡ
ＮＤ回路３６Ｆと、前記明点検出回路２４からの信号Ｘ
0 が入力され、Ｘ0 −ΔＸの信号を形成するオフセット
回路３６Ｇと、前記ＡＮＤ回路３４Ｆからの信号入力の
有無により、リセットスイッチ３６Ｂをオフセット回路
３６Ｇ又はＧＮＤに切換え接続するスイッチ３６Ｈと、
から構成されている。

【００３５】次に上記実施例の作用について説明する。

【００３６】ロボット１０がサインボード１４上の
「□」が点灯したか否かを判断する場合について説明す
る。

【００３７】まず、ロボット１０全体を制御する中央制
御回路２８から、カメラの向き制御回路３０に、撮像装
置１６の向きを変えるように信号を送る。この間、撮像
装置１６により得られた映像信号は画像構成回路２０及
び明点検出回路２４に送り続けられる。

【００３８】明点検出回路２４は、設定された輝度を超
えた映像信号が得られたところで、中央制御回路２８に
信号を送る。

【００３９】中央制御回路２８は、この信号に基づい
て、撮像装置１６の向きを固定するように、カメラの向
き制御回路３０に信号を送る。

【００４０】又、前記明点検出回路２４は、撮像装置１
６からの映像中で最も明るい点の座標（Ｘ0 ，Ｙ0 ）を
検出し、これをスキャン制御回路２６へ送る。

【００４１】このスキャン制御回路２６は、撮像装置１
６に、（Ｘ0 ±ΔＸ，Ｙ0 ±ΔＹ）の領域が他より高解
像度で撮像されるように信号を出力する。又、同時に画
像構成回路２０に対して、前記領域で高解像度な画像と
して処理されるように信号を出力する。

【００４２】パターンマッチング回路２２では、画像構
成回路２０からの信号を受けて、前記領域部分、即ち明
点検出回路２４で最明点として検出された点を中心とす
る部分の画像が、「□」であるか否かを判断し、その結
果を中央制御回路２８に出力する。

【００４３】中央制御回路２８は、パターンマッチング
回路２２からの信号に基づいてロボット１０全体を制御
する。

【００４４】前記撮像装置１６において（Ｘ0 ±ΔＸ，
Ｙ0 ±ΔＹ）の領域を他の部分よりも高解像度で撮像す
る過程について説明する。

【００４５】図５に示される特定領域駆動パルス発生器
３２に、明点検出回路２４からの座標（Ｘ0 ，Ｙ0 ）の
信号が入力すると、信号Ｙ0 に対して＋及び−にオフセ
ットした信号Ｅ１、Ｅ２が出力され、これらがコンパレ
ータ３８Ａ、３８Ｂで、標準鋸歯状波と比較され、図６
の出力Ａ、Ｂが形成される。

【００４６】これら出力Ａ、Ｂに基づいてフリップフロ
ップ回路４０は、特定領域駆動パルスＣを出力する。

【００４７】この特定領域駆動パルスＣは、図７の垂直
波形発生器３４におけるスイッチ３４Ｂを、パルスが立
上ったときＯＦＦとする。

【００４８】スイッチ３４ＢがＯＦＦになると、積分回
路の積分定数が増大することになり、垂直波形発生器３
４により形成される垂直偏向波形が、スイッチ３４Ｂの
ＯＦＦの間傾斜が弛められる。この結果、図３の領域
のように、１フレーム内で前後の領域、に対して、
領域のようになる。

【００４９】又、リセットスイッチ３４Ｃが垂直同期信
号に対応して閉じられることにより、偏向波形が立下
り、リセットされる。

【００５０】水平波形発生器３６においては、図４にお
ける水平偏向波形の領域、では、リセットスイッチ
３６Ｂが閉じ、コンデンサ３６Ｃの電荷が放電されてリ
セットされる。

【００５１】リセットスイッチ３６が開かれ、直流定電
流源３６Ａからの電流がコンデンサ３６Ｃに蓄えられる
と、コンデンサ出力が時間に比例して上がるので、鋸歯
状波出力が得られることになる。

【００５２】一方、図４の領域では、前記特定領域駆
動パルス発生器３２から特定領域駆動パルスが発生し、
これが、ＡＮＤ回路３６Ｆに入力するとき、フリップフ
ロップ回路３６Ｅからの１／２間引信号がスイッチ３６
Ｈに入力する。

【００５３】従って、スイッチ３６Ｈは、水平偏向の２
回に１回はリセットスイッチ３６Ｂが閉じたとき（リセ
ット時）、オフセット回路３６Ｇ側に接続され、該オフ
セット回路３６Ｇからの信号（Ｘ0 −ΔＸ）の初期位置
信号がコンデンサ３６Ｃに与えられ、コンデンサ３６Ｃ
に電流が蓄えられることにより、該コンデンサ３６Ｃは
（Ｘ0 −ΔＸ）から（Ｘ0 ＋ΔＸ）まで偏向信号を出力
することになる。

【００５４】次の水平偏向は通常のように行われるの
で、領域では、図４に示されるように２種類の水平偏
向が繰返されることになる。

【００５５】従って、領域においては、他の領域及
びよりも高い解像度で撮像されることになる。

【００５６】なお、上記実施例は最明点を検出し、この
点を中心とする一定領域の解像度を高くするものである
が、本発明はこれに限定されるものでなく、最暗点、予
め入力されたパターンと一致する部分、１フィールド前
の画像に比べて変化のあった部分等の特徴のある部分の
解像度を高くするものであればよい。

【００５７】又、上記撮像装置は、上記構成に限定され
るものでなく、一部を他の領域と比較して高解像度で撮
像できるものであればよい。

【００５８】従って、例えば、図９のように、全画面解
像度の高い撮像素子３８Ａで撮像し、画像処理装置３８
Ｂにより一部分だけ解像度の高い信号を得るようにした
撮像装置３８でもよい。又、図１０のように、全体像を
捕らえる撮像素子４０Ａ及びレンズ４０Ｂと、部分拡大
像を捕らえる撮像素子４０Ｃ及びレンズ４０Ｄを備え、
これらによって得られた２つの画像を画像処理装置４０
Ｅで合成して出力する撮像装置４０であってもよい。

【００５９】更に、図１１のように、等倍像及び拡大像
を得る拡大管４２を含み、これらを合成する撮像装置４
４を用いて、一部分だけ解像度を高くするようにしても
よい。図１１の符号４２Ａはレンズ、４２Ｂは光電面、
４２Ｃは拡大フォーカスコイル、４２Ｄは偏向コイル、
４２Ｅ、４２Ｆ、４２Ｇは全体像（等倍）を得るための
マイクロチャンネルプレート、蛍光面、撮像素子、４２
Ｈ、４２Ｉ、４２Ｊは拡大像を得るためのマイクロチャ
ンネルプレート、蛍光面、撮像素子、４６は等倍の全体
像と拡大像とを合成するための画像処理装置、をそれぞ
れ示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る視覚装置を備えたロボッ
ト及びこのロボットによって認識されるサインボードを
示す略示側面図である。

【図２】図２は、本発明に係るロボットの視覚装置の実
施例を示すブロック図である。

【図３】図３は、同実施例における撮像装置の垂直偏向
波形を示す線図である。

【図４】図４は、同実施例における水平偏向波形を示す
線図である。

【図５】図５は、同実施例における特定領域駆動パルス
発生器を示す回路図である。

【図６】図６は、図５の特定領域駆動パルス発生器にお
ける信号処理過程を示す線図である。

【図７】図７は、同実施例の垂直波形発生器を示す回路
図である。

【図８】図８は、同実施例における水平波形発生器を示
す回路図である。

【図９】図９は、本発明における撮像装置の第２実施例
を示す略示断面図である。

【図１０】図１０は、本発明における撮像装置の第３実
施例を示す略示断面図である。

【図１１】図１１は、本発明における撮像装置の第４実
施例を示す略示断面図である。

【符号の説明】

１０…ロボット、 １２…視覚装置、 １４…サインボード、 １６、３８、４０、４４…撮像装置、 １８…制御回路、 ２０…画像構成回路、 ２２…パターンマッチング回路、 ２４…明点検出回路、 ２６…スキャン制御回路、 ２８…中央制御回路、 ３０…カメラの向き制御回路、 ３２…特定領域駆動パルス発生器、 ３４…垂直波形発生器、 ３６…水平波形発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須山 本比呂 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 倉沢 一男 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力画像のうち特徴のある部分の解像度
   を、他の部分より高くして撮像する撮像装置を備えたロ
   ボットの視覚装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記特徴のある部分
   は、予め入力されたパターンと一致する部分であること
   を特徴とするロボットの視覚装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記特徴のある部分
   は、最明点及び最暗点の少なくとも一方であることを特
   徴とするロボットの視覚装置。
4. 【請求項４】請求項１において、前記特徴のある部分
   は、１フィールド前の画像に比べて変化のあった部分で
   あることを特徴とするロボットの視覚装置。