JPH0636196B2 - 障害物検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば原子力発電施設の保守・点検や、宇宙
空間での組立て作業等を行なう自律移動ロボットのよう
な移動体に搭載される障害物検出装置に関する。

（従来の技術） 原子力発電施設や宇宙空間などの、人間の到達が困難な
場所では人間に代わって様々な作業を行なう自律移動ロ
ボットが要求される。これらのロボットを安全に作業場
所まで移動させるためには、移動環境に存在する障害物
を検出する機能が不可欠である。

このような障害物検出のために、従来では超音波等を用
いた近接センサが用いられてきたが、近年は視覚センサ
の小型・軽量化、画像処理装置の高速化に伴なって、移
動ロボットにＩＴＶカメラを搭載し、より高度の情報処
理を行なわせる試みが盛んになってきた。

この際、ＩＴＶカメラにより得られる画像全体を処理・
認識して障害物の検出処理を繰返すのは、効率が悪く実
用的でない。そこで、ＩＴＶカメラを２台用いてステレ
オ画像を取得し、そのステレオ画像から各々エッジを検
出した後、これからロボットが進行しようとする空間ま
での距離（障害物検出距離）に対応する左右画像間のず
れ（視差）を有するエッジを照合エッジとして抽出し、
それらの照合エッジを組合わせることにより、障害物領
域を切出す手法がM.Watanabe et,al.,“Obstacle Detec
tion Method with Stereo Vision",Proc.of 5th SCIA,v
ol.1,pp325-334(1987)によって提案されている。

しかしながら、この方法はエッジの抽出は容易である反
面、照合エッジを組合わせるのにそれらのエッジの連結
関係を求めなければならず、その処理に多くに時間がか
かる。

また、障害物が例えば人間のように曲面的なエッジ形状
を持つためにエッジが途切れて抽出された場合には、照
合エッジを組合わせることができず、障害物を検出し損
なうという問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このようにステレオ画像から各々エッジを検出し、障害
物検出距離に対応する視差を有するエッジを照合エッジ
として抽出して組合わせることにより障害物領域を切出
す従来技術では、照合エッジを組合わせるため長い処理
時間を必要とし、また抽出されたエッジの途切れにより
障害物の検出が困難になるという問題があった。

本発明は、ステレオ画像から抽出されたエッジについて
求めた照合エッジを組合わせることなく障害物を確実に
検出できる障害物検出装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の障害物検出装置は、左右一対のステレオ画像の
各々から抽出されたエッジのうち予め定められた障害物
検出距離に対応する視差分だけ互いにずらせて重ね合わ
せ、重なったエッジの近傍領域の類似度を計算し、この
求められた類似度の内、類似度の大きいエッジを照合エ
ッジとして抽出するとともに、ステレオ画像の一方を障
害物候補領域に分割し、この障害物候補領域の画像中で
の位置と照合エッジの画像中での位置の比較から、その
包含関係を判定して、照合エッジを内包する障害物候補
領域を障害物として検出するようにしたものである。

ステレオ画像の一方を障害物候補領域に分割する処理は
種々考えられるが、具体的に例えばステレオ画像の一方
について濃度ヒストグラム曲線を求め、その曲線中の閾
値を越える極大値に隣接した極小値対に対応した濃度領
域を障害物候補領域とすればよい。

（作用） 本発明では、照合エッジを内包する障害物候補領域を障
害物として検出するため、照合エッジを組合わせる処理
が不要となり、処理時間が短縮されるばかりでなく、障
害物検出の信頼性が高くなる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る障害物検出装置の全体
的な構成を示すブロック図である。同図において、ステ
レオ画像入力部１は移動体（例えば自律ロボット）に取
付けられ、移動体の移動環境のステレオ画像、すなわち
左右一対の画像を撮像する。得られたステレオ画像はエ
ッジ抽出部２に入力され、各画像中のエッジが抽出され
る。抽出されたエッジはエッジ照合部３に入力され、障
害物検出距離に対応する視差を有するエッジのみが照合
エッジとして抽出される。

一方、ステレオ画像入力部１からのステレオ画像のいず
れか一方の画像は、さらに障害物候補領域分割部４にも
入力される。この障害物候補領域分割部４は、入力され
た画像中の障害物が存在する可能性のある領域を他の領
域と分割して出力する。この障害物候補領域分割部４に
よって得られた障害物候補領域の情報とエッジ照合部３
によって抽出された照合エッジの情報とが障害物検出部
５に入力され、障害物候補領域と照合エッジとの包含関
係が調べられることにより、障害物の検出がなされる。

次に、第１図の各部の詳細な構成を説明する。

第２図にステレオ画像入力部１の構成例を示す。２台の
ＩＴＶカメラ１１，１２によって撮像されたステレオ画
像は、Ａ／Ｄ変換器１３，１４によりディジタル化され
た後、ＩＴＶインタフェース１５，１６及び画像バス１
９を経て、ディジタル画像メモリ１７，１８に格納され
る。画像メモリ１７，１８には制御バス２０も接続され
ている。なお、エッジ照合部３での照合処理を簡易化す
るため、ＩＴＶカメラ１１，１２の光軸を平行に設定し
ておくことが望ましい。

第３図にエッジ抽出部２の構成例を示す。第２図のディ
ジタル画像メモリ１７，１８に格納された画像は、空間
フィルタ回路３１によりランダムノイズ除去のための２
次微分型フィルタリングが施された後、２値化回路３２
で２値画像に変換される。この２値画像は細線化回路３
３により線幅「１」の２値エッジ像に整形される。この
２値エッジ像はラベリング回路３２に入力され、各エッ
ジの長さが計測される。そして、ノイズ除去回路３５に
より、ラベリング回路３４で計測されたエッジ長の短い
ものがノイズとして除去され、ステレオ照合を行なうた
めのエッジ画像が作成される。

第４図にエッジ照合部３の構成例を示す。尚、エッジ照
合のために、予めステレオ画像入力部１によって得られ
たステレオ画像についてエッジ抽出部２で抽出されたエ
ッジ画像を追跡し、エッジ位置，エッジ間の連結関係，
各エッジの端点・屈曲点等の属性情報を記載したエッジ
セグメントテーブル４１，４２を作成しておく。

視差設定回路４３ではロボットがこれから進行しようと
する空間までの距離Ｌ（障害物検出距離）に対応する視
差Ｓが設定される。すなわち、ＩＴＶカメラ１１，１２
の光軸を揃えた場合の障害物検出距離Ｌと視差Ｓとの間
には Ｓ＝ε・ａ・／Ｌ ε：変換比 ａ：ＩＴＶカメラ１１，１２の間隔 ：焦点距離 の関係があり、ε，ａ，はステレオカメラの構成によ
り決まる定数であるから、障害物検出距離Ｌが定まれば
視差Ｓが求まる。

視差分シフト回路４４ではエッジ抽出部２で得られた左
右のエッジ画像を視差Ｓ分だけ互いにずらせた後、重ね
合せる。類似度計算回路４５では、重なったエッジ画像
の近傍領域の類似度が計算される。そして、照合エッジ
抽出回路４６で類似度の大きいエッジ画像が照合エッジ
として抽出され、さらにエッジセグメントテーブル４
１，４２を参照して照合エッジの画像上の位置が各々求
められて、照合エッジテーブル４７に格納される。

尚、エッジ抽出部２及びエッジ照合部３に関しては、先
の公知文献にも詳しく述べられているので、これ以上の
詳しい説明は省略する。

第５図に障害物候補領域分割部４の構成例を示す。本例
では“シーン内に物体が存在すると、濃度ヒストグラム
曲線上にその物体の明るさに対応したピークが現われ
る”というヒューリスティクスを用いて、まず濃度ヒス
トグラム測定回路５１でステレオ画像の一方の画像全体
に対する濃度ヒストグラム曲線が求められる。次に、平
滑化回路５２でヒストグラム曲線の細かいガタが補正さ
れた後、極値検出回路５３において補正後のヒストグラ
ム曲線の極大値で且つ画素数が閾値以上の濃度値が求め
られ、その極大値に隣接した極小値対（極大値の前後２
つの極小値）における濃度値が順次、濃度変換テーブル
５４に登録される。

第６図に濃度ヒストグラム曲線の一例を示す。この場
合、濃度ヒストグラム曲線はP1,P2の２つの極大値を持
つため、これらに隣接する極小値対L1,L2及びL3,L4にお
ける濃度値が濃度変換テーブル５４に登録される。そし
て、濃度変換回路５５で濃度変換テーブル５４の内容に
従って、同一の濃度範囲にある領域の濃度が単一の濃度
に置換えられ（多値化）、さらに領域記述回路５６で分
割された障害物候補領域の画像中の位置が測定され、そ
の位置情報が領域テーブル５７に格納される。第６図の
例では、障害物候補領域分割部４に入力されたステレオ
画像の一方の画像は、まずＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの領域に
分割される。これらの領域Ａ〜Ｅのうち、極小値対L1,L
2及びL3,L4によって挟まれた領域Ｂ，Ｄが障害物候補領
域として最終的に分割され、残るＡ，Ｃ，Ｅの各領域は
背景部と認識される。

第７図に障害物検出部５の構成例を示す。範囲比較回路
７１で、第４図における照合エッジテーブル４７に格納
された照合エッジと、第５図における領域テーブル５７
に格納された障害物候補領域の画像中での位置との比較
により両者の包含関係が調べられ、照合エッジを内包す
る障害物候補領域が選択される。そして、選択された障
害物候補領域から、第５図における濃度変換テーブル５
４及び濃度変換回路５５の内容を参照して、画像中の対
応する部分が障害物として抽出される。実際には第３図
における２値化回路３２や、ノイズ除去回路３５に使用
されるローパスフィルタの影響により、必ずしも照合エ
ッジが領域の輪郭上にないため、領域を固定幅分外側に
拡張させた拡張領域と、照合エッジとの包含関係を調べ
ることが望ましい。

第８図は第６図に示した濃度ヒストグラム曲線を持つシ
ーンの障害物抽出の様子を示したもので、ａ〜ｊは照合
エッジ、破線で示す領域Ｂ′，Ｄ′はそれぞれ障害物候
補領域Ｂ，Ｄを固定幅分外側に拡張させた拡張領域であ
る。同図の例では、Ｂ′の拡張領域に照合エッジａ〜ｇ
が内包されているため、この拡張領域Ｂ′に対応する障
害物候補領域Ｂが障害物として抽出される。他の照合エ
ッジｈ〜ｊは領域Ａに含まれるが、領域Ａは障害物候補
領域ではないため、これらの照合エッジｈ〜ｊは背景部
における偽照合と判定される。

［発明の効果］ 本発明によれば、照合エッジを内包する障害物候補領域
を障害物として検出することによって、照合エッジを組
合わせる処理を行なうことなく障害物検出が可能とな
り、処理時間の短縮と、障害物検出の信頼性向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る障害物検出装置の概略
構成を示すブロック図、第２図は第１図におけるステレ
オ画像入力部の構成例を示す図、第３図は第１図におけ
るエッジ抽出部の構成例を示す図、第４図は第１図にお
けるエッジ照合部の構成例を示す図、第５図は第１図に
おける障害物候補領域分割部の構成例を示す図、第６図
は第５図の障害物候補領域分割部の処理を説明するため
の濃度ヒストグラム曲線の一例を示す図、第７図は第１
図における障害物検出部の構成例を示す図、第８図は第
７図の障害物検出部の処理を説明するための図である。 １……ステレオ画像入力部、２……エッジ抽出部、３…
…エッジ照合部、４……障害物候補領域分割部、５……
障害物検出部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】移動体の移動環境のステレオ画像を取得す
   る手段と、 取得された左右一対のステレオ画像から各々エッジを抽
   出する手段と、 各々エッジ抽出された前記左右一対のステレオ画像に対
   し、設定された障害物検出距離に対応する視差分だけ互
   いにずらせて重ね合わせ、重なったエッジの近傍領域の
   類似度を計算し、類似度の大きいエッジを照合エッジと
   して抽出する手段と、 前記ステレオ画像の一方を障害物候補領域に分割する手
   段と、 この手段により分割された障害物候補領域の画像中での
   位置と前記照合エッジの画像中での位置とを比較するこ
   とにより、その包含関係を判定し、照合エッジを内包す
   る障害物候補領域を障害物として検出する手段と、 を備えたことを特徴とする障害物検出装置。
2. 【請求項２】前記ステレオ画像の一方を障害物候補領域
   に分割する手段は、ステレオ画像の一方の画像について
   濃度ヒストグラム曲線を求め、その曲線中の閾値を越え
   る極大値に隣接した極小値対に挟まれた濃度領域を障害
   物候補領域とするものであることを特徴とする請求項１
   記載の障害物検出装置。