JPH0668765B2 - 円の３次元計測方法 - Google Patents
円の３次元計測方法Info
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- JPH0668765B2 JPH0668765B2 JP63240916A JP24091688A JPH0668765B2 JP H0668765 B2 JPH0668765 B2 JP H0668765B2 JP 63240916 A JP63240916 A JP 63240916A JP 24091688 A JP24091688 A JP 24091688A JP H0668765 B2 JPH0668765 B2 JP H0668765B2
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Description
【発明の詳細な説明】 概 要 円の３次元計測方法に関し、 ロボットの視覚センサにより、作業対象である円形物体
の位置・姿勢・寸法を計測する円の３次元計測方法を提
供することを目的とし、 円形対象物をカメラで撮影し、その輪郭部分を抽出する
ことによって該円形対象物の輪郭画像を得、該輪郭画像
の方向情報として濃度のグラジエントを求めるととも
に、グラジエントに直角な接線ベクトルを求め、カメラ
を並進させながら該円形対象物を撮影して複数の接線ベ
クトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのとき
のカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で円
の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上の複数の点に
ついて実行して、３次元空間内で円周上の各点について
の接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群と垂直なベク
トルを円を含む平面の方位ベクトルとし求め、方位ベク
トルに垂直な平面を適当な位置に作り、撮像面上の楕円
画像の接線ベクトルを平面に投影して平面上での接線ベ
クトルを得、該接線ベクトルの法線群の集積交点を求
め、カメラから前記集積交点を見る方向を視線とし、異
なる複数のカメラ位置での視線群の集積交点として円形
対象物の中心位置を求め、撮像面上の楕円画像を平面に
投影した集積交点を中心とする円に関する半径ヒストグ
ラムから該円の半径を求め、比例配分により円形対象物
の半径を求めるように構成する。
の位置・姿勢・寸法を計測する円の３次元計測方法を提
供することを目的とし、 円形対象物をカメラで撮影し、その輪郭部分を抽出する
ことによって該円形対象物の輪郭画像を得、該輪郭画像
の方向情報として濃度のグラジエントを求めるととも
に、グラジエントに直角な接線ベクトルを求め、カメラ
を並進させながら該円形対象物を撮影して複数の接線ベ
クトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのとき
のカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で円
の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上の複数の点に
ついて実行して、３次元空間内で円周上の各点について
の接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群と垂直なベク
トルを円を含む平面の方位ベクトルとし求め、方位ベク
トルに垂直な平面を適当な位置に作り、撮像面上の楕円
画像の接線ベクトルを平面に投影して平面上での接線ベ
クトルを得、該接線ベクトルの法線群の集積交点を求
め、カメラから前記集積交点を見る方向を視線とし、異
なる複数のカメラ位置での視線群の集積交点として円形
対象物の中心位置を求め、撮像面上の楕円画像を平面に
投影した集積交点を中心とする円に関する半径ヒストグ
ラムから該円の半径を求め、比例配分により円形対象物
の半径を求めるように構成する。
産業上の利用分野 本発明は円の３次元計測方法に関する。
近年、人間の目と同様の機能を機械によって実現するた
めに物体の３次元計測方法が盛んに開発されている。こ
のような物体の３次元計測方法においては、物体を画像
として捕らえ、この画像から物体の特徴等の情報を抽出
して物体の３次元計測を行う方法が用いられている。こ
のため、一般に物体をテレビカメラ等により撮影して画
像を形成し、この画像を元に電気的処理を行って情報を
抽出するようにしている。
めに物体の３次元計測方法が盛んに開発されている。こ
のような物体の３次元計測方法においては、物体を画像
として捕らえ、この画像から物体の特徴等の情報を抽出
して物体の３次元計測を行う方法が用いられている。こ
のため、一般に物体をテレビカメラ等により撮影して画
像を形成し、この画像を元に電気的処理を行って情報を
抽出するようにしている。
このような物体の３次元計測方法は、例えばロボットの
視覚センサとして用いられる。近年、視覚センサを備え
たロボットが盛んに開発されているが、発電所等で作業
を行うロボットは、その作業対象としてバルブやフラン
ジ等の円形物体を扱う必要がある。そのためには、ロボ
ットが視覚センサとして備えているテレビジョンカメラ
を使用して、円形対象物の位置・姿勢・寸法を計測する
必要があり、円の３次元計測方法が要望されている。
視覚センサとして用いられる。近年、視覚センサを備え
たロボットが盛んに開発されているが、発電所等で作業
を行うロボットは、その作業対象としてバルブやフラン
ジ等の円形物体を扱う必要がある。そのためには、ロボ
ットが視覚センサとして備えているテレビジョンカメラ
を使用して、円形対象物の位置・姿勢・寸法を計測する
必要があり、円の３次元計測方法が要望されている。
従来の技術 例えば球面写像を利用して、線分を３次元計測する方法
が、特願昭61−258141号に開示されている。この先願発
明によれば、輪郭が線分で構成される多面体等の輪郭線
分について、その位置や姿勢を計測する方法が提供され
る。
が、特願昭61−258141号に開示されている。この先願発
明によれば、輪郭が線分で構成される多面体等の輪郭線
分について、その位置や姿勢を計測する方法が提供され
る。
発明が解決しようとする課題 しかし、上述した方法においては、円形対象物について
は計測することができないという問題があった。
は計測することができないという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、ロボットの視覚センサにより、
作業対象である円形物体の位置・姿勢・寸法を計測する
ことのできる円の３次元計測方法を提供することであ
る。
の目的とするところは、ロボットの視覚センサにより、
作業対象である円形物体の位置・姿勢・寸法を計測する
ことのできる円の３次元計測方法を提供することであ
る。
課題を解決するための手段 第４図は円の各パラメータを示しており、空間内の円は
６つのパラメータにより定義される。即ち、円を含む平
面Ψの方位Ｗ（α，β）、計測原点からその平面までの
距離ｄ、平面Ψ上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）、及び
半径ｒにより定義される。
６つのパラメータにより定義される。即ち、円を含む平
面Ψの方位Ｗ（α，β）、計測原点からその平面までの
距離ｄ、平面Ψ上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）、及び
半径ｒにより定義される。
第１図は本発明の原理フローチャートであり、第２図は
グラジエントを利用した面方位計測の説明図、第３図は
グラジエントを利用した円距離計測の説明図である。
グラジエントを利用した面方位計測の説明図、第３図は
グラジエントを利用した円距離計測の説明図である。
本発明によれば先ず、円形対象物Ａをカメラで撮影し、
その輪郭部分を抽出することによって該円形対象物Ａの
輪郭画像を得、該輪郭画像の方向情報として濃度のグラ
ジェントを求めるとともに、グラジェントに直角な接線
ベクトルを求め、前記工程をカメラを並進させながら複
数回行うことにより、前記カメラを並進させた各位置に
おける前記グラジェントに直角な接線ベクトルを得、前
記各位置における各々の接線ベクトルとそのときのカメ
ラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で前記円形
対象物Ａの円の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上
の複数の点について実行して、３次元空間内で円周上の
各点についての接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群
と垂直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとし
て求め、方位ベクトルＷに垂直な平面Πを適当な位置に
作り、撮像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投
影して平面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトル
の法線群の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交
点Ａ′を見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置
での視線群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を
求め、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、前記集積交点Ａ′と円形対象物Ａの中心
位置との関係から三角形の相似の関係により円形対象物
Ａの半径を求めることを特徴とするものである。カメラ
を並進させながら該円形対象物Ａを撮影して複数の接線
ベクトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのと
きのカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で
の円の接線ベクトルを求める。上記処理を円周上の複数
の点について実行して、３次元空間内で円周上の各点に
ついての接線ベクトル群を得、この接線ベクトル群と垂
直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとする。
その輪郭部分を抽出することによって該円形対象物Ａの
輪郭画像を得、該輪郭画像の方向情報として濃度のグラ
ジェントを求めるとともに、グラジェントに直角な接線
ベクトルを求め、前記工程をカメラを並進させながら複
数回行うことにより、前記カメラを並進させた各位置に
おける前記グラジェントに直角な接線ベクトルを得、前
記各位置における各々の接線ベクトルとそのときのカメ
ラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で前記円形
対象物Ａの円の接線ベクトルを求め、上記処理を円周上
の複数の点について実行して、３次元空間内で円周上の
各点についての接線ベクトル群を得、該接線ベクトル群
と垂直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとし
て求め、方位ベクトルＷに垂直な平面Πを適当な位置に
作り、撮像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投
影して平面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトル
の法線群の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交
点Ａ′を見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置
での視線群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を
求め、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、前記集積交点Ａ′と円形対象物Ａの中心
位置との関係から三角形の相似の関係により円形対象物
Ａの半径を求めることを特徴とするものである。カメラ
を並進させながら該円形対象物Ａを撮影して複数の接線
ベクトルを撮像面上で得、各々の接線ベクトルとそのと
きのカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内で
の円の接線ベクトルを求める。上記処理を円周上の複数
の点について実行して、３次元空間内で円周上の各点に
ついての接線ベクトル群を得、この接線ベクトル群と垂
直なベクトルを円を含む平面の方位ベクトルＷとする。
方位ベクトルＷに垂直な平面Πを適当な位置に作り、撮
像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投影して平
面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトルの法線群
の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交点Ａ′を
見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置での視線
群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を求める。
更に、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、比例配分により円形対象物Ａの半径を求
める。
像面上の楕円画像の接線ベクトルを平面Πに投影して平
面Π上での接線ベクトルを得、該接線ベクトルの法線群
の集積交点Ａ′を求め、カメラから前記集積交点Ａ′を
見る方向を視線とし、異なる複数のカメラ位置での視線
群の集積交点として円形対象物Ａの中心位置を求める。
更に、撮像面上の楕円画像を平面Πに投影した集積交点
Ａ′を中心とする円に関する半径ヒストグラムから該円
の半径を求め、比例配分により円形対象物Ａの半径を求
める。
作 用 本発明では先ず、円形対象物Ａをカメラで撮影し、前処
理としてその輪郭部分を抽出することによって計測対象
である円形対象物Ａの輪郭画像を得る。本発明方法は、
カメラを並進させながら得た複数の輪郭画像を用いて、
輪郭の位置情報だけでなくその方向情報も利用して、円
の６つのパラメータを計測するものである。輪郭画像の
方向情報としては、画像中の点（x,y）における濃度Ｉ
のグラジエント、即ち、 grad Ｉ＝（δＩ／δx,δＩ／δｙ） を用いる。grad Ｉは輪郭線の法線ベクトルであり、且
つそれに直角なベクトルｅは輪郭線の接線ベクトルであ
る。接線ベクトルｅを用いれば、以下の原理により、先
ず円を含む平面の方位Ｗを計測することができる。
理としてその輪郭部分を抽出することによって計測対象
である円形対象物Ａの輪郭画像を得る。本発明方法は、
カメラを並進させながら得た複数の輪郭画像を用いて、
輪郭の位置情報だけでなくその方向情報も利用して、円
の６つのパラメータを計測するものである。輪郭画像の
方向情報としては、画像中の点（x,y）における濃度Ｉ
のグラジエント、即ち、 grad Ｉ＝（δＩ／δx,δＩ／δｙ） を用いる。grad Ｉは輪郭線の法線ベクトルであり、且
つそれに直角なベクトルｅは輪郭線の接線ベクトルであ
る。接線ベクトルｅを用いれば、以下の原理により、先
ず円を含む平面の方位Ｗを計測することができる。
第２図において、円Ａは位置C0にあるカメラの撮像面上
の楕円に投影される。撮像面上においては楕円上の一点
p0（円Ａ上Ｐの投影点）に関する接線ベクトルe0が得ら
れるので、この接線ベクトルe0とカメラ中心C0を含む平
面Γ０を作成する。カメラを姿勢を変けずに直線上を移
動させ、異なる位置において同様に平面Γ1,Γ2,…を作
れば、それらは一直線で交わりその交線は円Ａの点Ｐに
おける接線である。円Ａ上の他の点についても同様にし
て接線を求めれば、これら接線群は円を含む平面を形成
し、それら全てに垂直なベクトルＷが円を含む平面の法
線ベクトルであり、これにより円を含む平面の方位Ｗ
（α，β）を求めることができる。
の楕円に投影される。撮像面上においては楕円上の一点
p0（円Ａ上Ｐの投影点）に関する接線ベクトルe0が得ら
れるので、この接線ベクトルe0とカメラ中心C0を含む平
面Γ０を作成する。カメラを姿勢を変けずに直線上を移
動させ、異なる位置において同様に平面Γ1,Γ2,…を作
れば、それらは一直線で交わりその交線は円Ａの点Ｐに
おける接線である。円Ａ上の他の点についても同様にし
て接線を求めれば、これら接線群は円を含む平面を形成
し、それら全てに垂直なベクトルＷが円を含む平面の法
線ベクトルであり、これにより円を含む平面の方位Ｗ
（α，β）を求めることができる。
円を含む平面の方位Ｗがわかれば、あるカメラ位置で撮
像面上の楕円を円に変換することができる。即ち第３図
において、カメラ位置Ｃにおける撮像面Λ上で、円Ａの
投影像である楕円ａが得られているとする。又既知であ
る方位Ｗに垂直な平面Πを適当な位置に作成する。カメ
ラ位置Ｃを中心として楕円上の各点ｐを平面Π上に次々
に投影すれば、得られる図形は円となる。
像面上の楕円を円に変換することができる。即ち第３図
において、カメラ位置Ｃにおける撮像面Λ上で、円Ａの
投影像である楕円ａが得られているとする。又既知であ
る方位Ｗに垂直な平面Πを適当な位置に作成する。カメ
ラ位置Ｃを中心として楕円上の各点ｐを平面Π上に次々
に投影すれば、得られる図形は円となる。
このとき、撮像面上の点ｐにおける楕円ａの接線ｅがわ
かっているので、接線ｅを平面Πに投影すれば、点Ｐ′
における接線ｅ′が得られる。従って、平面Π上で各投
影点Ｐ′から接線ｅ′に直角な方向即ち法線方向に直線
を引けば、それらは全て円の中心Ａ′を通る。実際に平
面Π上で法線群を描画しその集積交点を抽出すれば、中
心Ａ′の位置を計測することができる。このことは、カ
メラ位置Ｃから円の中心Ａを望む視線が得られたことと
等価である。従って、カメラを順次並進させ、異なるカ
メラ位置において同様の視線を求めれば、それらの視線
群の集積交点を抽出することにより、円の中心点Ａの３
次元位置を計測することができる。即ち第４図の円のパ
ラメータにおいて、円を含む平面までの距離ｄ、平面Ψ
上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）が求められる。
かっているので、接線ｅを平面Πに投影すれば、点Ｐ′
における接線ｅ′が得られる。従って、平面Π上で各投
影点Ｐ′から接線ｅ′に直角な方向即ち法線方向に直線
を引けば、それらは全て円の中心Ａ′を通る。実際に平
面Π上で法線群を描画しその集積交点を抽出すれば、中
心Ａ′の位置を計測することができる。このことは、カ
メラ位置Ｃから円の中心Ａを望む視線が得られたことと
等価である。従って、カメラを順次並進させ、異なるカ
メラ位置において同様の視線を求めれば、それらの視線
群の集積交点を抽出することにより、円の中心点Ａの３
次元位置を計測することができる。即ち第４図の円のパ
ラメータにおいて、円を含む平面までの距離ｄ、平面Ψ
上での円の中心位置Ａ（ρ，θ）が求められる。
尚残ったパラメータである半径については、平面Π上で
点Ａ′に関する半径ヒストグラムを作成し投影された円
の半径を求めれば、比例配分により実際の円Ａの半径も
直ちに求めることができる。
点Ａ′に関する半径ヒストグラムを作成し投影された円
の半径を求めれば、比例配分により実際の円Ａの半径も
直ちに求めることができる。
実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第５図は本発明が適用される球面写像装置の全体構成図
である。
である。
図において、30はマイクロプロセッサ（以下MPUと称す
る）、31は球面カメラ、32は原画メモリ、34は移動方向
計測用データ作成部、35は移動方向判定部、36,37,38は
写像プロセッサ、39,40,41は写像メモリ、42はパラレル
インタフェースである。
る）、31は球面カメラ、32は原画メモリ、34は移動方向
計測用データ作成部、35は移動方向判定部、36,37,38は
写像プロセッサ、39,40,41は写像メモリ、42はパラレル
インタフェースである。
以上の構成において、MPU30は球面カメラ31,原画メモリ
32,移動方向計測用データ作成部34、移動方向判定部35
等を制御するものであり、球面カメラ31は対象物を撮影
し、得られた画像データを極座標（r,θ）形式で出力す
るものである。原画メモリ32は球面カメラ31より出力さ
れ、輪郭抽出処理が行われた後の極座表形式の画像デー
タを格子状に対応付けして格納するものであり、経度方
向にＮ個、緯度方向にＭ個に分割された格納領域を有し
ている。移動方向計測用データ作成部34は計測対象空間
上の任意の複数の点を注目点P0t,P1t,P2t…として設定
すものであり、例えば、輪郭抽出された原画像の内、複
数の線分の交差する頂点を注目点として設定したり、あ
るいは計測対象空間上に複数の光点を照射したときの原
画像と照射しないときの原画像の差分を求め、得られた
複数の光点の座標を注目点として設定するものである。
移動方向判定部35は写像メモリ39に展開された交点がど
の座標に格納されているかをもとにして球面カメラ31の
移動方向を判定するものであり、写像プロセッサ36は原
画メモリ32に格納された各画素毎の画像データに対して
大円情報を生成し、内部に設けられた写像メモリ内に順
次写像結果を格納するものである。写像メモリ39は写像
プロセッサ36プロセッサ36内の写像結果であるピーク点
（交点）が転送されて格納されるものであり、写像プロ
セッサ37は写像メモリ39に格納されたピーク点を有する
画素に対して大円情報を生成して内部に設けられた写像
メモリに順次写像結果を格納するものであり、写像メモ
リ40は写像プロセッサ37の写像結果であるピーク点が写
像プロセッサ37内の内部メモリより転送されて格納され
るものである。写像プロセッサ38は写像メモリ40内に格
納されたピーク点を有する画素に対して大円情報を生成
して内部に設けられた写像メモリに順次写像結果を格納
するものであり、写像メモリ41は写像プロセッサ38内の
写像メモリに格納されたピーク点が転送されて格納され
るものであり、パラレルインタフェース42はMPU30等が
写像メモリ39,40,41に対してアクセスするためのもので
ある。
32,移動方向計測用データ作成部34、移動方向判定部35
等を制御するものであり、球面カメラ31は対象物を撮影
し、得られた画像データを極座標（r,θ）形式で出力す
るものである。原画メモリ32は球面カメラ31より出力さ
れ、輪郭抽出処理が行われた後の極座表形式の画像デー
タを格子状に対応付けして格納するものであり、経度方
向にＮ個、緯度方向にＭ個に分割された格納領域を有し
ている。移動方向計測用データ作成部34は計測対象空間
上の任意の複数の点を注目点P0t,P1t,P2t…として設定
すものであり、例えば、輪郭抽出された原画像の内、複
数の線分の交差する頂点を注目点として設定したり、あ
るいは計測対象空間上に複数の光点を照射したときの原
画像と照射しないときの原画像の差分を求め、得られた
複数の光点の座標を注目点として設定するものである。
移動方向判定部35は写像メモリ39に展開された交点がど
の座標に格納されているかをもとにして球面カメラ31の
移動方向を判定するものであり、写像プロセッサ36は原
画メモリ32に格納された各画素毎の画像データに対して
大円情報を生成し、内部に設けられた写像メモリ内に順
次写像結果を格納するものである。写像メモリ39は写像
プロセッサ36プロセッサ36内の写像結果であるピーク点
（交点）が転送されて格納されるものであり、写像プロ
セッサ37は写像メモリ39に格納されたピーク点を有する
画素に対して大円情報を生成して内部に設けられた写像
メモリに順次写像結果を格納するものであり、写像メモ
リ40は写像プロセッサ37の写像結果であるピーク点が写
像プロセッサ37内の内部メモリより転送されて格納され
るものである。写像プロセッサ38は写像メモリ40内に格
納されたピーク点を有する画素に対して大円情報を生成
して内部に設けられた写像メモリに順次写像結果を格納
するものであり、写像メモリ41は写像プロセッサ38内の
写像メモリに格納されたピーク点が転送されて格納され
るものであり、パラレルインタフェース42はMPU30等が
写像メモリ39,40,41に対してアクセスするためのもので
ある。
上記球面写像装置を使用した円の３次元計測方法の球面
上での処理アルゴリズムを第６図及び第７図を参照して
説明する。即ち本実施例においては、平面をメモリーで
表現すると非常に大きなメモリー容量を必要とする場合
があるので、球面をメモリーで表現することとして、メ
モリー容量の縮減をはかったものである。
上での処理アルゴリズムを第６図及び第７図を参照して
説明する。即ち本実施例においては、平面をメモリーで
表現すると非常に大きなメモリー容量を必要とする場合
があるので、球面をメモリーで表現することとして、メ
モリー容量の縮減をはかったものである。
先ず、撮像面上における接線は球面上では輪郭線に接す
る大円（以下接大円と呼ぶ）となる。これら接大円を用
いれば、第２図に示した円を含む平面の方位計測処理は
球面上では第６図に示したようになる。但し本実施例に
おいては、カメラが固定で円が相対的に並進するものと
考える。即ち、円Ａ上の一定点Ｐがカメラの移動方向と
逆の−ｖ方向にP0,P1,P2,…と移動して見え、その球面
上への投影像はP0,P1,P2,…と遷移する。そして郭投影
点における接大円le0,le1,le2,…（各接大円を含む平面
は第１図における平面Γ0,Γ1,Γ2,…に対応する）がわ
っているから、それらの集積交点Ｅを求めれば円Ａ上の
点Ｐにおける接線の３次元方位が として計測することができる。
る大円（以下接大円と呼ぶ）となる。これら接大円を用
いれば、第２図に示した円を含む平面の方位計測処理は
球面上では第６図に示したようになる。但し本実施例に
おいては、カメラが固定で円が相対的に並進するものと
考える。即ち、円Ａ上の一定点Ｐがカメラの移動方向と
逆の−ｖ方向にP0,P1,P2,…と移動して見え、その球面
上への投影像はP0,P1,P2,…と遷移する。そして郭投影
点における接大円le0,le1,le2,…（各接大円を含む平面
は第１図における平面Γ0,Γ1,Γ2,…に対応する）がわ
っているから、それらの集積交点Ｅを求めれば円Ａ上の
点Ｐにおける接線の３次元方位が として計測することができる。
円Ａ上の他の点についても同様に接線の方位を計測すれ
ば、それらは１つの大円上に並ぶことになる。従って、
球面写像（特願昭58−59119）によってその極Ｗを抽出
すれば、球の中心と極Ｗを結ぶベクトルが円を含む平面
の方位である。次に球の中心と極Ｗを結ぶベクトルを用
いて円の中心を計測する。この中心計測処理は、第３図
に示した平面Π上での処理を、更に球面に投影して実施
するものである。即ち第７図において、カメラＣを中心
とする球面上に投影された楕円をａとし楕円上の一点を
ｐとする。更に、楕円上の一点ｐにおいて楕円に接する
大円をleとする。前述のように極Ｗを法線ベクトルとす
る適当な平面Πへの中心投影を考えれば、点ｐは点Ｐ′
へ、接大円leは接線ｅ′へ投影される。ここで接線ｅ′
の方位は球面上で接大円leとＷを極とする大円lwの交点
ｅにより表される。即ち、球の中心Ｃと交点ｅを結ぶベ
クトルは、平面Π上の接線ｅ′と平行である。従って、
交点ｅを大円lwに沿って90゜回転した点ｇは平面Π上の
法線ｇ′の方位を示すことになる。故に、楕円上の全て
の点に関して同様に大円l9を作り、その集積交点ａを抽
出すれば、カメラＣから円の中心Ａを望む視線を求める
ことができる。従って、カメラを順次並進させ、異なる
カメラ位置において同様の視線を求めれば、特願昭61−
258141号に開示された点距離計測アルゴリズムによりそ
れら視線群の集積交点を抽出することにより、円の中心
Ａの３次元位置を計測することができる。
ば、それらは１つの大円上に並ぶことになる。従って、
球面写像（特願昭58−59119）によってその極Ｗを抽出
すれば、球の中心と極Ｗを結ぶベクトルが円を含む平面
の方位である。次に球の中心と極Ｗを結ぶベクトルを用
いて円の中心を計測する。この中心計測処理は、第３図
に示した平面Π上での処理を、更に球面に投影して実施
するものである。即ち第７図において、カメラＣを中心
とする球面上に投影された楕円をａとし楕円上の一点を
ｐとする。更に、楕円上の一点ｐにおいて楕円に接する
大円をleとする。前述のように極Ｗを法線ベクトルとす
る適当な平面Πへの中心投影を考えれば、点ｐは点Ｐ′
へ、接大円leは接線ｅ′へ投影される。ここで接線ｅ′
の方位は球面上で接大円leとＷを極とする大円lwの交点
ｅにより表される。即ち、球の中心Ｃと交点ｅを結ぶベ
クトルは、平面Π上の接線ｅ′と平行である。従って、
交点ｅを大円lwに沿って90゜回転した点ｇは平面Π上の
法線ｇ′の方位を示すことになる。故に、楕円上の全て
の点に関して同様に大円l9を作り、その集積交点ａを抽
出すれば、カメラＣから円の中心Ａを望む視線を求める
ことができる。従って、カメラを順次並進させ、異なる
カメラ位置において同様の視線を求めれば、特願昭61−
258141号に開示された点距離計測アルゴリズムによりそ
れら視線群の集積交点を抽出することにより、円の中心
Ａの３次元位置を計測することができる。
円の半径については、平面Π上で点Ａ′に関する半径ヒ
ストグラムを作成し投影された円の半径を求めれば、比
較配分により実際の円Ａの半径も直ちに求めることがで
きる。
ストグラムを作成し投影された円の半径を求めれば、比
較配分により実際の円Ａの半径も直ちに求めることがで
きる。
発明の効果 本発明の円の３次元計測方法は以上詳述したように構成
したので、円形対象物についてその位置・姿勢・寸法を
全て計測できるという効果を奏する。
したので、円形対象物についてその位置・姿勢・寸法を
全て計測できるという効果を奏する。
第１図は本発明の原理フローチャート、 第２図はグラジエントを利用した面方位計測の説明図、 第３図はグラジエントを利用した円距離計測の説明図、 第４図は円のパラメータを示す図解図、 第５図は球面写像装置の全体構成図、 第６図は本発明の実施例である球面上での面方位計測の
アルゴリズムを示す図解図、 第７図は球面上での円距離計測のアルゴリズムを示す図
解図である。 C,C0,C1,C2……カメラ位置、 e,e0,e1,e2……撮像面での接線ベクトル、 Ｅ……３次元空間上での接線ベクトル、 Ｗ……円を含む平面の方位ベクトル、 Π……方位ベクトルＷに垂直な平面。
アルゴリズムを示す図解図、 第７図は球面上での円距離計測のアルゴリズムを示す図
解図である。 C,C0,C1,C2……カメラ位置、 e,e0,e1,e2……撮像面での接線ベクトル、 Ｅ……３次元空間上での接線ベクトル、 Ｗ……円を含む平面の方位ベクトル、 Π……方位ベクトルＷに垂直な平面。
フロントページの続き (72)発明者 安川 裕介 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 審査官 石井 茂和
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ） 円形対象物（Ａ）をカメラで撮影
し、その輪郭部分を抽出することによって該円形対象物
（Ａ）の輪郭画像を得、 （ｂ） 該輪郭画像の方向情報として濃度のグラジェン
トを求めるとともに、グラジェントに直角な接線ベクト
ルを求め、 （ｃ） 前記（ａ）及び（ｂ）の工程をカメラを並進さ
せながら複数回行うことにより、前記カメラを並進させ
た各位置における前記グラジェントに直角な接線ベクト
ルを得、前記各位置における各々の接線ベクトルとその
ときのカメラ位置を含む平面の交線として３次元空間内
で前記円形対象物（Ａ）の円の接線ベクトルを求め、 （ｄ） 上記処理を円周上の複数の点について実行し
て、３次元空間内で円周上の各点についての接線ベクト
ル群を得、該接線ベクトル群と垂直なベクトルを円を含
む平面の方位ベクトル（Ｗ）として求め、 （ｅ） 方位ベクトル（Ｗ）に垂直な平面（Π）を適当
な位置に作り、撮像面上の楕円画像の接線ベクトルを平
面（Π）に投影して平面（Π）上での接線ベクトルを
得、該接線ベクトルの法線群の集積交点（Ａ′）を求
め、 （ｆ） カメラから前記集積交点（Ａ′）を見る方向を
視線とし、異なる複数のカメラ位置での視線群の集積交
点として円形対象物（Ａ）の中心位置を求め、 （ｇ） 撮像面上の楕円画像を平面（Π）に投影した集
積交点（Ａ′）を中心とする円に関する半径ヒストグラ
ムから該円の半径を求め、前記集積交点（Ａ′）と円形
対象物（Ａ）の中心位置との関係から三角形の相似の関
係により円形対象物（Ａ）の半径を求めることを特徴と
する円の３次元計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240916A JPH0668765B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 円の３次元計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63240916A JPH0668765B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 円の３次元計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0290378A JPH0290378A (ja) | 1990-03-29 |
| JPH0668765B2 true JPH0668765B2 (ja) | 1994-08-31 |
Family
ID=17066570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63240916A Expired - Lifetime JPH0668765B2 (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 円の３次元計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0668765B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5075182B2 (ja) | 2009-10-20 | 2012-11-14 | 楽天株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法、および、画像処理プログラム |
| JP5277153B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2013-08-28 | 本田技研工業株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム |
| JP5156731B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2013-03-06 | 本田技研工業株式会社 | 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP63240916A patent/JPH0668765B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0290378A (ja) | 1990-03-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |