JPH0697162B2 - 三次元対象物における距離計測方法 - Google Patents
三次元対象物における距離計測方法Info
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- JPH0697162B2 JPH0697162B2 JP59071830A JP7183084A JPH0697162B2 JP H0697162 B2 JPH0697162 B2 JP H0697162B2 JP 59071830 A JP59071830 A JP 59071830A JP 7183084 A JP7183084 A JP 7183084A JP H0697162 B2 JPH0697162 B2 JP H0697162B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は対象物の三次元位置情報を得るための三次元対
象物における距離計測方法に関する。
象物における距離計測方法に関する。
［発明の技術的背景とその問題点］ 例えば原子力発電所において、自動走行車またはロボッ
トなどにより各機器、設備の点検監視を行うことが考え
られている。一般に上記自動走行車あるいはロボットの
視覚系には、超音波、光（テレビカメラなど）、レーザ
などが応用されている。超音波を視覚系に用いた場合に
は、対象物までの距離計測が簡単にできるため広く利用
されているが、超音波は指向性を有しているため、特定
方向に存在する障害物の検出が主体になる。
トなどにより各機器、設備の点検監視を行うことが考え
られている。一般に上記自動走行車あるいはロボットの
視覚系には、超音波、光（テレビカメラなど）、レーザ
などが応用されている。超音波を視覚系に用いた場合に
は、対象物までの距離計測が簡単にできるため広く利用
されているが、超音波は指向性を有しているため、特定
方向に存在する障害物の検出が主体になる。
自動走行車あるいはロボットの進行方向前方における三
次元位置情報を得るには、機械的な二次元走査が必要と
なり、これは情報入力速度の低下を引き起し、また超音
波を使用した場合には、対象物の検出分解能が悪く、精
度の高い三次元位置情報を得ることはできない。また二
次元の画像入力機器として前述したテレビカメラが広く
用いられているが、テレビカメラの場合には、障害物ま
での距離の検出が困難で、三次元位置情報を得ることは
できない。そのため、テレビカメラを２台使用して三次
元位置情報を得ることが考えられているが、この場合に
もテレビカメラで把えた画像は、障害物の特徴、環境の
性質などに制限があるため、高精度の三次元位置情報を
得るまでには到っていない。
次元位置情報を得るには、機械的な二次元走査が必要と
なり、これは情報入力速度の低下を引き起し、また超音
波を使用した場合には、対象物の検出分解能が悪く、精
度の高い三次元位置情報を得ることはできない。また二
次元の画像入力機器として前述したテレビカメラが広く
用いられているが、テレビカメラの場合には、障害物ま
での距離の検出が困難で、三次元位置情報を得ることは
できない。そのため、テレビカメラを２台使用して三次
元位置情報を得ることが考えられているが、この場合に
もテレビカメラで把えた画像は、障害物の特徴、環境の
性質などに制限があるため、高精度の三次元位置情報を
得るまでには到っていない。
［発明の目的］ 本発明の目的は、不特定多数の対象物の三次元位置情報
を高精度で得ることが可能な三次元対象物における距離
計測方法を提供することにある。
を高精度で得ることが可能な三次元対象物における距離
計測方法を提供することにある。
［発明の概要］ 本発明による三次元対象物における距離計測方法は、被
撮像対象物に対し初期位置から最終位置まで撮像部を平
行に移動させ、この撮像部によって前記初期位置から最
終位置までの所定の移動位置ごとに被撮像対象物の構成
要素面を当該面内において一様の輝度の画像として把
え、この把えた被撮像対象物の構成要素面を同一輝度ご
とに領域分割し、初期位置および最終位置で領域分割し
た全ての面を記憶し、初期位置で領域分割されて得られ
た複数個の面を通り初期位置から最終位置までの所定の
移動位置ごとに撮像画像から前記撮像部の移動方向に平
行な所定幅の断面データを抽出し断面画像として作成記
憶し、この断面画像を同一輝度ごとに領域分割し、この
領域分割された断面画像から当該領域分割された領域を
共通に含む前記初期位置および最終位置で記憶された面
を同一面として各構成要素面の対応付けを行い、この対
応付けられた前記対象物の各構成要素面の初期位置およ
び最終位置で得られた画像の撮像部移動方向における伸
縮比の各構成要素面における平均値を各構成要素面の伸
縮係数として求め、この各構成要素面の伸縮係数によっ
て初期位置での画像および最終位置での画像における前
記各構成要素面を構成する全ての撮像画面上における画
素の座標の対応付けを行い、この全ての画素の対応付け
られた座標と前記撮像部の初期位置および最終位置とか
ら各構成要素面の全ての画素に対応する対象物上の点の
初期位置と最終位置での視覚を求め、この求められた視
覚から複数の対象物の構成要素である各面の全ての画素
に対応する被撮像対象物上の点の距離を算出して成るこ
とを特徴としている。
撮像対象物に対し初期位置から最終位置まで撮像部を平
行に移動させ、この撮像部によって前記初期位置から最
終位置までの所定の移動位置ごとに被撮像対象物の構成
要素面を当該面内において一様の輝度の画像として把
え、この把えた被撮像対象物の構成要素面を同一輝度ご
とに領域分割し、初期位置および最終位置で領域分割し
た全ての面を記憶し、初期位置で領域分割されて得られ
た複数個の面を通り初期位置から最終位置までの所定の
移動位置ごとに撮像画像から前記撮像部の移動方向に平
行な所定幅の断面データを抽出し断面画像として作成記
憶し、この断面画像を同一輝度ごとに領域分割し、この
領域分割された断面画像から当該領域分割された領域を
共通に含む前記初期位置および最終位置で記憶された面
を同一面として各構成要素面の対応付けを行い、この対
応付けられた前記対象物の各構成要素面の初期位置およ
び最終位置で得られた画像の撮像部移動方向における伸
縮比の各構成要素面における平均値を各構成要素面の伸
縮係数として求め、この各構成要素面の伸縮係数によっ
て初期位置での画像および最終位置での画像における前
記各構成要素面を構成する全ての撮像画面上における画
素の座標の対応付けを行い、この全ての画素の対応付け
られた座標と前記撮像部の初期位置および最終位置とか
ら各構成要素面の全ての画素に対応する対象物上の点の
初期位置と最終位置での視覚を求め、この求められた視
覚から複数の対象物の構成要素である各面の全ての画素
に対応する被撮像対象物上の点の距離を算出して成るこ
とを特徴としている。
［発明の実施例］ 以下本発明を図面に示す実施例について説明する。本発
明の三次元対象物における距離計測方法が適用される三
次元画像生成装置の概略構成を示す第１図においては、
１はエリア形のイメージセンサおよびそのレンズ系から
なる撮像部を示す。この撮像部１は移動機構２により移
動可能となっている。移動機構２はパルスモータ３およ
びこのパルスモータ３に連結されたシャフト４などから
構成されている。撮像部１は、このシャフト４に沿って
第１図の矢示の方向に移動し、第２図に示すように各位
置P0〜ＰＭで撮像する構成である。
明の三次元対象物における距離計測方法が適用される三
次元画像生成装置の概略構成を示す第１図においては、
１はエリア形のイメージセンサおよびそのレンズ系から
なる撮像部を示す。この撮像部１は移動機構２により移
動可能となっている。移動機構２はパルスモータ３およ
びこのパルスモータ３に連結されたシャフト４などから
構成されている。撮像部１は、このシャフト４に沿って
第１図の矢示の方向に移動し、第２図に示すように各位
置P0〜ＰＭで撮像する構成である。
撮像部１は、外界の光情報を二次元の画像の電気信号に
変換する機能を有しており、制御回路５からの制御クロ
ックの供給により画像信号を変換記憶回路６のアナログ
ディジタル変換回路（以後A/D変換回路と称す）７に出
力する構成である。なお前記パルスモータ３は、上記制
御回路５によりドライバ８を介して制御される。上記の
変換記憶回路６は上記A/D変換回路７、アドレスカウン
タ９および画像メモリ10とから構成されており、A/D変
換回路７でディジタル化された画像信号は、アドレスカ
ウンタ９で生成されたアドレス信号で画像メモリ10に記
憶される構成である。
変換する機能を有しており、制御回路５からの制御クロ
ックの供給により画像信号を変換記憶回路６のアナログ
ディジタル変換回路（以後A/D変換回路と称す）７に出
力する構成である。なお前記パルスモータ３は、上記制
御回路５によりドライバ８を介して制御される。上記の
変換記憶回路６は上記A/D変換回路７、アドレスカウン
タ９および画像メモリ10とから構成されており、A/D変
換回路７でディジタル化された画像信号は、アドレスカ
ウンタ９で生成されたアドレス信号で画像メモリ10に記
憶される構成である。
第２図の初期位置P0で入力された画像メモリ10の画像デ
ータは、画像処理回路11により構成要素面に領域分割さ
れ、その結果領域毎に異なった番号（領域番号）がつけ
られ、領域分割画像として記憶回路12の第１の画像メモ
リ13に記憶される。画像処理回路11は上記第１の画像メ
モリ13に記憶されたデータの領域毎の縦寸法と位置（こ
こで言う縦は撮像部１の移動方向に直交する方向であ
る）を求め、詳細を後述するように共通する断面データ
を決定する。
ータは、画像処理回路11により構成要素面に領域分割さ
れ、その結果領域毎に異なった番号（領域番号）がつけ
られ、領域分割画像として記憶回路12の第１の画像メモ
リ13に記憶される。画像処理回路11は上記第１の画像メ
モリ13に記憶されたデータの領域毎の縦寸法と位置（こ
こで言う縦は撮像部１の移動方向に直交する方向であ
る）を求め、詳細を後述するように共通する断面データ
を決定する。
次に撮像部１をP1の位置へ移動させ、画像を画像メモリ
10に入力する。この画像メモリ10から、前記抽出された
断面データと同一位置の断面データを取出し、画像メモ
リ14に記憶させる。このときP1の断面データはP0の断面
データに続けて記憶させる。この処理を撮像部１の位置
P0からＰＭまで行い、断面データの画像メモリ14に生成
する。ここでＰＭでの画像（原画）は画像メモリ10に記
憶されている。
10に入力する。この画像メモリ10から、前記抽出された
断面データと同一位置の断面データを取出し、画像メモ
リ14に記憶させる。このときP1の断面データはP0の断面
データに続けて記憶させる。この処理を撮像部１の位置
P0からＰＭまで行い、断面データの画像メモリ14に生成
する。ここでＰＭでの画像（原画）は画像メモリ10に記
憶されている。
次に画像メモリ10のＰＭにおける画像は、画像処理回路
11により領域分割され、その結果領域毎に異なった番号
（領域番号）がつけられ、領域分割画像として記憶回路
12の第３の画像メモリ15に記憶させる。次に画像メモリ
14に生成された断面データの画像（断面画像）は画像処
理回路により領域分割され、領域番号が付けられる。こ
の領域番号は、P0での領域分割画像（画像メモリ13）と
ＰＭでの領域分割画像（画像メモリ15）の各領域を連結
する（詳細は後述する）。
11により領域分割され、その結果領域毎に異なった番号
（領域番号）がつけられ、領域分割画像として記憶回路
12の第３の画像メモリ15に記憶させる。次に画像メモリ
14に生成された断面データの画像（断面画像）は画像処
理回路により領域分割され、領域番号が付けられる。こ
の領域番号は、P0での領域分割画像（画像メモリ13）と
ＰＭでの領域分割画像（画像メモリ15）の各領域を連結
する（詳細は後述する）。
演算回路16により第３の画像メモリ13に記憶されている
撮像部１が初期位置P0にあるときの領域分割画像と撮像
部１が最終位置ＰＭにおける領域分割画像とから画素の
座標の対応付を行い、対象物までの距離を算出する構成
となっている。なお、画像処理回路11および演算回路16
は、ともに前記制御回路５に制御されるよう構成されて
いる。
撮像部１が初期位置P0にあるときの領域分割画像と撮像
部１が最終位置ＰＭにおける領域分割画像とから画素の
座標の対応付を行い、対象物までの距離を算出する構成
となっている。なお、画像処理回路11および演算回路16
は、ともに前記制御回路５に制御されるよう構成されて
いる。
次に以上のように構成された本発明の三次元対象物にお
ける距離計測方法が適用される三次元画像生成装置の作
用について説明する。まず第１図において、撮像部１が
移動機構２の左端の初期位置P0にあるとき、制御回路５
から撮像部１に二次元の画像信号の出力開始信号および
駆動パルス（以後クロックと称す）が出力される。撮像
部１はこの信号により撮像した画像の画像信号をA/D変
換回路７に出力する。また前記制御回路５からの出力開
始信号は、アドレスカウンタ９の初期化として機能し、
クロックはアドレスカウンタ９のカウンタ入力およびA/
D変換回路７のサンプリング信号として機能し、画像メ
モリ10のアドレス信号を生成する。すなわち、サンプリ
ング信号によりA/D変換回路７は、撮像部１からの画像
信号をA/D変換してディジタル化し、上記アドレス信号
によりディジタル化された画像信号を画像メモリ10に書
込む。なお、撮像部１からの画像信号の強弱は、撮像し
た対象の輝度によって決定される。さらにディジタル化
された画像信号の画像メモリへの書込みは、撮像した画
像の各位置の輝度を数値で表すことにより成される。そ
して、画像メモリ10には、例えば第３図に示すような画
像信号が記憶される。第３図は被撮像対象物の存在を示
す図で、図中符号20,21,22は周囲に存在する対象物の直
方体を示している。
ける距離計測方法が適用される三次元画像生成装置の作
用について説明する。まず第１図において、撮像部１が
移動機構２の左端の初期位置P0にあるとき、制御回路５
から撮像部１に二次元の画像信号の出力開始信号および
駆動パルス（以後クロックと称す）が出力される。撮像
部１はこの信号により撮像した画像の画像信号をA/D変
換回路７に出力する。また前記制御回路５からの出力開
始信号は、アドレスカウンタ９の初期化として機能し、
クロックはアドレスカウンタ９のカウンタ入力およびA/
D変換回路７のサンプリング信号として機能し、画像メ
モリ10のアドレス信号を生成する。すなわち、サンプリ
ング信号によりA/D変換回路７は、撮像部１からの画像
信号をA/D変換してディジタル化し、上記アドレス信号
によりディジタル化された画像信号を画像メモリ10に書
込む。なお、撮像部１からの画像信号の強弱は、撮像し
た対象の輝度によって決定される。さらにディジタル化
された画像信号の画像メモリへの書込みは、撮像した画
像の各位置の輝度を数値で表すことにより成される。そ
して、画像メモリ10には、例えば第３図に示すような画
像信号が記憶される。第３図は被撮像対象物の存在を示
す図で、図中符号20,21,22は周囲に存在する対象物の直
方体を示している。
次に制御回路５は上記画像メモリ10に記憶されているデ
ータをもとに画像処理回路11に以下に示す指令信号を出
力する。すなわち、画像メモリ10に記憶されている画像
を領域分割し、領域番号がつけられた領域分割画像を生
成する。これを前述した第３図の画像を使って説明する
と、まず第３図に示す画像（コントラストのある画像）
に対してエッジを保ったスムージングを行い、画像信号
の雑音によるゆらぎを除去し、直方体20,21,22の構成要
素面の各々を一様の輝度の画像として把える。この操作
は同一方面の輝度分布で高周波の変化を除くものであ
り、一様な輝度分布をもつ画像の場合には必要としな
い。
ータをもとに画像処理回路11に以下に示す指令信号を出
力する。すなわち、画像メモリ10に記憶されている画像
を領域分割し、領域番号がつけられた領域分割画像を生
成する。これを前述した第３図の画像を使って説明する
と、まず第３図に示す画像（コントラストのある画像）
に対してエッジを保ったスムージングを行い、画像信号
の雑音によるゆらぎを除去し、直方体20,21,22の構成要
素面の各々を一様の輝度の画像として把える。この操作
は同一方面の輝度分布で高周波の変化を除くものであ
り、一様な輝度分布をもつ画像の場合には必要としな
い。
第３図の場合、直方体20,21,22の は、各々同一輝度（濃度）を表わしており、一般には照
明の方向と面の向きによって定まり、コントラストのあ
る画像である。スムージングされた画像を輝度差、つま
り の画像データ間の差の最小値に基づいて領域分割を行
い、同一輝度をもつ画素のかたまりを見つける。第４図
は第３図の画像に対して領域分割した結果で、８個の領
域（図中の〜）＋バックグランド領域（図中の）
で示される。この結果９個の領域には、1,2,…９の番号
がつけられ、第４図に示すように となる。この第４図に示す領域分割画像は、画像メモリ
13に生成される。次に第４図に示す領域分割画像につい
て各領域番号毎に各領域の縦寸法と位置を求め、画像処
理回路11内部にもつメモリーにビットパターンで第５図
の如く記憶させる。
明の方向と面の向きによって定まり、コントラストのあ
る画像である。スムージングされた画像を輝度差、つま
り の画像データ間の差の最小値に基づいて領域分割を行
い、同一輝度をもつ画素のかたまりを見つける。第４図
は第３図の画像に対して領域分割した結果で、８個の領
域（図中の〜）＋バックグランド領域（図中の）
で示される。この結果９個の領域には、1,2,…９の番号
がつけられ、第４図に示すように となる。この第４図に示す領域分割画像は、画像メモリ
13に生成される。次に第４図に示す領域分割画像につい
て各領域番号毎に各領域の縦寸法と位置を求め、画像処
理回路11内部にもつメモリーにビットパターンで第５図
の如く記憶させる。
ここで第４図に示す画像に対して、横方向をｘ軸、縦方
向をｙ軸とする。またこの座標軸は、撮像部１の移動方
向に関係し、移動方向に平行な軸をｘ軸とする。そし
て、第５図のビットパターンは、第４図の各領域につい
て、各領域が存在するｙ軸上の位置を検出し、各領域の
存在する領域を“1"とし、各領域番号を横軸に示し、各
領域番号に対して第４図での各領域のｙ座標の位置をｙ
軸として示すものである。
向をｙ軸とする。またこの座標軸は、撮像部１の移動方
向に関係し、移動方向に平行な軸をｘ軸とする。そし
て、第５図のビットパターンは、第４図の各領域につい
て、各領域が存在するｙ軸上の位置を検出し、各領域の
存在する領域を“1"とし、各領域番号を横軸に示し、各
領域番号に対して第４図での各領域のｙ座標の位置をｙ
軸として示すものである。
このビットパターンのデータから抽出すべく断面データ
ｆ（y1）,f（y2）…ｆ（y5）を求める手順を以下に示
す。第６図（ａ）に示すビットパターンのデータについ
てｙ＝０から最初に“1"になった：領域番号９（“1"の
範囲）の中心付近のｙの値:y1を求め、y1を含む他の領
域と領域９の“1"を消去する。第６図（ａ）において
は、y1を含む領域は領域番号９のみである。次に同様な
処理を行いy2,y3を求める。このとき領域３と領域６は
同時に“1"になるが、この場合には予じめ決められた手
順、例えば領域番号の小さい順にもとづいて求める。同
様に第６図（ｂ），（ｃ）に示す如くy4,y5を求める。
ｆ（y1）,f（y2）…ｆ（y5）を求める手順を以下に示
す。第６図（ａ）に示すビットパターンのデータについ
てｙ＝０から最初に“1"になった：領域番号９（“1"の
範囲）の中心付近のｙの値:y1を求め、y1を含む他の領
域と領域９の“1"を消去する。第６図（ａ）において
は、y1を含む領域は領域番号９のみである。次に同様な
処理を行いy2,y3を求める。このとき領域３と領域６は
同時に“1"になるが、この場合には予じめ決められた手
順、例えば領域番号の小さい順にもとづいて求める。同
様に第６図（ｂ），（ｃ）に示す如くy4,y5を求める。
この様にしてられたｙ＝ｙｉは画像メモリ13に記憶され
た領域分割画像（第４図）の各領域を通るｙ軸の座標と
なり、この値を用いて、撮像部１が初期位置P0にあると
きの画像メモリ10の画像から断面データｆ（x,yｉ）を
抽出し、第７図に示すように画像メモリ14の初期アドレ
ス（図中のP0での断面データの記憶場所が初期アドレ
ス、図中のP1での断面データの記憶場所が次のアドレ
ス、……）に記憶させる。
た領域分割画像（第４図）の各領域を通るｙ軸の座標と
なり、この値を用いて、撮像部１が初期位置P0にあると
きの画像メモリ10の画像から断面データｆ（x,yｉ）を
抽出し、第７図に示すように画像メモリ14の初期アドレ
ス（図中のP0での断面データの記憶場所が初期アドレ
ス、図中のP1での断面データの記憶場所が次のアドレ
ス、……）に記憶させる。
次に制御回路５は、ドライバ８に対して撮像部１を被撮
像対象物に対し平行な次の位置P1まで移動させるべく信
号を出力する。これによってドライバ８はパルスモータ
３に信号を出力し、撮像部１を位置P1まで移動させる。
そして前述した初期位置P0において行った操作を行い、
画像信号を画像メモリ10に記憶させ、既に決定されてい
る断面データの抽出位置y1,y2…y5にもとづき断面デー
タｆ（x,yｉ）を取出し、、画像メモリ14の所定のアド
レス（前記P0の断面データの記憶場所に続けて）に記憶
させる。
像対象物に対し平行な次の位置P1まで移動させるべく信
号を出力する。これによってドライバ８はパルスモータ
３に信号を出力し、撮像部１を位置P1まで移動させる。
そして前述した初期位置P0において行った操作を行い、
画像信号を画像メモリ10に記憶させ、既に決定されてい
る断面データの抽出位置y1,y2…y5にもとづき断面デー
タｆ（x,yｉ）を取出し、、画像メモリ14の所定のアド
レス（前記P0の断面データの記憶場所に続けて）に記憶
させる。
次に制御回路５はドライバ８に対して撮像部１を次の位
置P2まで移動させるべく信号を出力する。これによって
ドライバ８はパルスモータ３に信号を出力し、撮像部１
を位置P2まで移動させる。そして同様の操作を行う。そ
して以下撮像部１を順次移動させて最終位置ＰＭまで処
理を行う。この結果、第7,8,9図に示すような断面画像
が生成される。
置P2まで移動させるべく信号を出力する。これによって
ドライバ８はパルスモータ３に信号を出力し、撮像部１
を位置P2まで移動させる。そして同様の操作を行う。そ
して以下撮像部１を順次移動させて最終位置ＰＭまで処
理を行う。この結果、第7,8,9図に示すような断面画像
が生成される。
次に制御回路５は画像処理回路11に対して、最終位置Ｐ
Ｍでの画像（画像メモリ10に記憶されている）につい
て、前述した画像処理（P0での画像に対して行ったスム
ージング、領域分割）を施こし画像メモリ15に記憶する
よう指示する。この結果、画像メモリ15には最終位置Ｐ
Ｍでの画像の領域分割画像が記憶される。このときの領
域分割画像は撮像部１が初期位置P0で生成された領域分
割画像の領域番号と領域（第４図の模様）の対応と必ず
しも一致しない。つまり領域番号 となり、前述の対応と異なることがある。このために画
像メモリ13の領域分割画像の各領域の画像メモリ15の領
域分割画像の各領域を同一領域として連結するための情
報が画像メモリ14の断面画像である。
Ｍでの画像（画像メモリ10に記憶されている）につい
て、前述した画像処理（P0での画像に対して行ったスム
ージング、領域分割）を施こし画像メモリ15に記憶する
よう指示する。この結果、画像メモリ15には最終位置Ｐ
Ｍでの画像の領域分割画像が記憶される。このときの領
域分割画像は撮像部１が初期位置P0で生成された領域分
割画像の領域番号と領域（第４図の模様）の対応と必ず
しも一致しない。つまり領域番号 となり、前述の対応と異なることがある。このために画
像メモリ13の領域分割画像の各領域の画像メモリ15の領
域分割画像の各領域を同一領域として連結するための情
報が画像メモリ14の断面画像である。
すなわち、第９図の断面画像は、撮像部１の移動に伴い
得られる各画像をｙ軸のある位置における断面で示すも
のであり、この断面画像には、同一輝度を有するある領
域が撮像部１の移動に伴いどの様に移動していくかが示
されている。例えば、第９図（ｂ）のｆ（x,y5）の断面
画像にはｙ＝５の位置における分割された画像の領域の
移動が示されており、断面画像に示される各領域が、原
画像のどの領域に対応するかは、それぞれ同じ輝度の領
域を対応付けることで決められる。
得られる各画像をｙ軸のある位置における断面で示すも
のであり、この断面画像には、同一輝度を有するある領
域が撮像部１の移動に伴いどの様に移動していくかが示
されている。例えば、第９図（ｂ）のｆ（x,y5）の断面
画像にはｙ＝５の位置における分割された画像の領域の
移動が示されており、断面画像に示される各領域が、原
画像のどの領域に対応するかは、それぞれ同じ輝度の領
域を対応付けることで決められる。
以下、その手順を示す。制御回路５は画像処理回路11に
対して画像メモリ14の各断面画像について同一面として
認識される構成要素面ごと例えば同一の輝度と連続した
位置から領域分割を行うよう指示する。この結果、第９
図（ｂ）のｆ（x,y5）に示す断面画像は、第10図（ｂ）
の如く領域分割される。この第10図（ｂ）の領域番号
の は、P0での画像（第10図（ａ））の領域番号に含まれ
ており、領域番号の はＰＭでの領域分割画像のある領域に含まれている。つ
まり断面画像の領域番号を共通に含む領域を同一領域
として処理する。同様な処理を第10図（ｂ）のｆ（x,
y5）の断面画像の他の領域番号についても行う。これら
の処理を全ての断面画像について行うことによって、画
像メモリ13,15の各領域の対応付けができる。
対して画像メモリ14の各断面画像について同一面として
認識される構成要素面ごと例えば同一の輝度と連続した
位置から領域分割を行うよう指示する。この結果、第９
図（ｂ）のｆ（x,y5）に示す断面画像は、第10図（ｂ）
の如く領域分割される。この第10図（ｂ）の領域番号
の は、P0での画像（第10図（ａ））の領域番号に含まれ
ており、領域番号の はＰＭでの領域分割画像のある領域に含まれている。つ
まり断面画像の領域番号を共通に含む領域を同一領域
として処理する。同様な処理を第10図（ｂ）のｆ（x,
y5）の断面画像の他の領域番号についても行う。これら
の処理を全ての断面画像について行うことによって、画
像メモリ13,15の各領域の対応付けができる。
このようにして得られた領域分割画像のうち、初期位置
P0で得られた領域分割画像および最終位置ＰＭで得られ
た領域分割画像を使用して演算処理を行い対象物までの
距離を算出して三次元位置情報を得る。つまり初期位置
P0で把えた画像と、最終位置ＰＭで把えた画像とは、位
置を変えて把えた（換言すれば視差のある）同一物体に
関する情報であり、この両データの対応付けを行なうこ
とにより三次元位置情報を得るのである。
P0で得られた領域分割画像および最終位置ＰＭで得られ
た領域分割画像を使用して演算処理を行い対象物までの
距離を算出して三次元位置情報を得る。つまり初期位置
P0で把えた画像と、最終位置ＰＭで把えた画像とは、位
置を変えて把えた（換言すれば視差のある）同一物体に
関する情報であり、この両データの対応付けを行なうこ
とにより三次元位置情報を得るのである。
以下その処理について説明する。まず制御回路５は、演
算回路16に三次元位置情報を計算させるために指示信号
を出力する。演算回路16は画像メモリ13および画像メモ
リ15から対応付けされた領域分割画像の各領域（構成要
素面）すなわち初期位置P0における領域分割画像および
最終位置ＰＭにおける多値化画像を取り出して各領域
（構成要素面）毎の伸縮係数を算出する。
算回路16に三次元位置情報を計算させるために指示信号
を出力する。演算回路16は画像メモリ13および画像メモ
リ15から対応付けされた領域分割画像の各領域（構成要
素面）すなわち初期位置P0における領域分割画像および
最終位置ＰＭにおける多値化画像を取り出して各領域
（構成要素面）毎の伸縮係数を算出する。
この演算操作について第11図を参照して説明する。初期
位置P0と最終位置ＰＭで生成し、対応付けされた１組の
領域面（第10図（ｂ）で領域番号で示す）を取り出
し、領域（構成要素面）の伸縮係数を求める。伸縮係数
とは視差の違いによる構成要素面の変化の度合いを初期
位置P0を基準に表わしたものである。第11図の場合初期
位置P0の画像ａに対して最終位置ＰＭの画像ｂは撮像部
１の移動方向に伸びている。この係数を図中に示す長さ
K1,K2……ＫＮと長さL1,L2……ＬＮの比、つまりL1/K1,
L2/K2……ＬＮ/KＮでＮ個求め、その平均値 を領域の伸縮係数A0とする。この係数を生成された領
域全てについて算出し、初期位置P0での領域ｊがもつ全
ての画素を最終位置ＰＭでの領域ｊを形成する画素に対
応付けするために用いる。つまり初期位置P0での領域
の左端エッジと最終位置ＰＭでの領域の左端エッジを
基準にして方向の画素の位置を伸縮係数A0を用いて計算
する。この結果第12図に示す如く画素単位毎に対応付け
ができる。
位置P0と最終位置ＰＭで生成し、対応付けされた１組の
領域面（第10図（ｂ）で領域番号で示す）を取り出
し、領域（構成要素面）の伸縮係数を求める。伸縮係数
とは視差の違いによる構成要素面の変化の度合いを初期
位置P0を基準に表わしたものである。第11図の場合初期
位置P0の画像ａに対して最終位置ＰＭの画像ｂは撮像部
１の移動方向に伸びている。この係数を図中に示す長さ
K1,K2……ＫＮと長さL1,L2……ＬＮの比、つまりL1/K1,
L2/K2……ＬＮ/KＮでＮ個求め、その平均値 を領域の伸縮係数A0とする。この係数を生成された領
域全てについて算出し、初期位置P0での領域ｊがもつ全
ての画素を最終位置ＰＭでの領域ｊを形成する画素に対
応付けするために用いる。つまり初期位置P0での領域
の左端エッジと最終位置ＰＭでの領域の左端エッジを
基準にして方向の画素の位置を伸縮係数A0を用いて計算
する。この結果第12図に示す如く画素単位毎に対応付け
ができる。
次に対応付けされた画素単位毎の座標から三次元位置情
報を算出する。第13図において、撮像部１の撮像中心は
平行移動するものとし、初期位置P0および最終位置ＰＭ
で把えた画像は、１次元とし、画像の中心画素を座標系
の原点とする。対象物の一点Q0は初期位置P0および最終
位置ＰＭにおいてそれぞれ座標値X0,Xｍとして得られ
る。いま撮像部１の移動量ＰＭ−P0を１、撮像部１のレ
ンズと撮像面の距離をY0、初期位置P0からQ0を見たとき
の視角をθ０、最終位置ＰＭからQ0を見たときの視角を
θＭとすると、視角θ０およびθＭは次の式で算出され
る。
報を算出する。第13図において、撮像部１の撮像中心は
平行移動するものとし、初期位置P0および最終位置ＰＭ
で把えた画像は、１次元とし、画像の中心画素を座標系
の原点とする。対象物の一点Q0は初期位置P0および最終
位置ＰＭにおいてそれぞれ座標値X0,Xｍとして得られ
る。いま撮像部１の移動量ＰＭ−P0を１、撮像部１のレ
ンズと撮像面の距離をY0、初期位置P0からQ0を見たとき
の視角をθ０、最終位置ＰＭからQ0を見たときの視角を
θＭとすると、視角θ０およびθＭは次の式で算出され
る。
θ０＝tan-1 Y0/X0 …（１） θＭ＝tan-1 Y0/XＭ …（２） そして対象物上の一点Q0までの距離をYQ0とすると YQ0＝｛sinθ０・cosθＭ/sin（θＭ−θ０）｝・１ …
（３） となる。以上の演算を初期位置P0および最終位置ＰＭの
総ての領域面について施し、被撮像対象物を形成する面
（全ての点）に関する距離情報を得る。これらの距離情
報は、画像メモリ13に記憶されている画素に対応付けさ
れ、追加記憶される。これで被撮像対象物までの距離を
算出することができる。以上の処理結果により被撮像対
象物全体に関する三次元位置情報を得ることができる。
（３） となる。以上の演算を初期位置P0および最終位置ＰＭの
総ての領域面について施し、被撮像対象物を形成する面
（全ての点）に関する距離情報を得る。これらの距離情
報は、画像メモリ13に記憶されている画素に対応付けさ
れ、追加記憶される。これで被撮像対象物までの距離を
算出することができる。以上の処理結果により被撮像対
象物全体に関する三次元位置情報を得ることができる。
以上の実施例による三次元画像生成装置によると、外界
の情報をエリア形イメージセンサなどからなる撮像装置
１を所定間隔で移動させて視差を与えながら撮像する。
そして初期位置P0における画像と最終位置ＰＭにおける
画像の対応付けを行い、対象物までの距離を求め、三次
元位置情報を得ることができる。したがってこのような
位置を例えば自動走行車あるいはロボットなどの視覚系
に応用した場合は、仮に前方に不特定な障害物が存在し
ている場合にも通過できるか否かの判断をすることが可
能となる。
の情報をエリア形イメージセンサなどからなる撮像装置
１を所定間隔で移動させて視差を与えながら撮像する。
そして初期位置P0における画像と最終位置ＰＭにおける
画像の対応付けを行い、対象物までの距離を求め、三次
元位置情報を得ることができる。したがってこのような
位置を例えば自動走行車あるいはロボットなどの視覚系
に応用した場合は、仮に前方に不特定な障害物が存在し
ている場合にも通過できるか否かの判断をすることが可
能となる。
なお本実施例では、撮像部１をエリア形イメージセンサ
などで構成したが、これに限ったことはなく、リニア形
イメージセンサで構成しても同様の効果を奏することが
できる。また撮像部の移動機構に替えて撮像部と画像メ
モリを一対にしてこれを多数個配置し、一度に複数枚の
画像を入力できるように構成してもよく、さらに撮像部
と移動機構とからなる部分を回転台に載せるよう構成し
てもよい。
などで構成したが、これに限ったことはなく、リニア形
イメージセンサで構成しても同様の効果を奏することが
できる。また撮像部の移動機構に替えて撮像部と画像メ
モリを一対にしてこれを多数個配置し、一度に複数枚の
画像を入力できるように構成してもよく、さらに撮像部
と移動機構とからなる部分を回転台に載せるよう構成し
てもよい。
［発明の効果］ 以上のように本発明においては、撮像部が初期位置で捕
えた被撮像対象物の構成要素面を同一輝度ごとに検出
し、撮像部の移動にともない上記構成要素面を追跡し、
初期位置で把えた構成要素面と最終位置で把えた構成要
素面との対応付けを行い、これを基にして被撮像対象物
までの距離を算出して三次元位置情報を得るように構成
したことにより、不特定多数の被撮像対象物の三次元位
置情報を高精度で得ることが可能となり、これを自動走
行車あるいはロボットなどに適用した場合には、例えば
不特定な障害物が存在している場合にも走行可能か否か
を判断することができ、また被撮像対象物の形状、大き
さなどの情報を記憶させておくことにより被撮像対象物
の認識も可能となる。
えた被撮像対象物の構成要素面を同一輝度ごとに検出
し、撮像部の移動にともない上記構成要素面を追跡し、
初期位置で把えた構成要素面と最終位置で把えた構成要
素面との対応付けを行い、これを基にして被撮像対象物
までの距離を算出して三次元位置情報を得るように構成
したことにより、不特定多数の被撮像対象物の三次元位
置情報を高精度で得ることが可能となり、これを自動走
行車あるいはロボットなどに適用した場合には、例えば
不特定な障害物が存在している場合にも走行可能か否か
を判断することができ、また被撮像対象物の形状、大き
さなどの情報を記憶させておくことにより被撮像対象物
の認識も可能となる。
第１図は本発明の三次元対象物における距離計測方法が
適用される三次元画像生成装置の一実施例を示す概略構
成図、第２図は本発明の撮像部の移動を説明するための
パターン図、第３図および第４図は領域分割画像を説明
するための説明図、第５図および第６図は領域分割画像
のビットパターン図、第７図、第８図および第９図は撮
像部を順次移動させたときの断面画像図、第10図は領域
分割画像の領域分割図、第11図および第12図は演算操作
を説明するための説明図、第13図は三次元位置情報を算
出するための説明図である。 １……撮像部、２……移動機構 ３……パルスモータ、４……シャフト ５……制御回路、６……変換記憶回路 ７……A/D変換回路、８……ドライバ ９……アドレスカウンタ、10……画像メモリ 11……画像処理回路、12……記憶回路 13,14,15……画像メモリ、16……演算回路
適用される三次元画像生成装置の一実施例を示す概略構
成図、第２図は本発明の撮像部の移動を説明するための
パターン図、第３図および第４図は領域分割画像を説明
するための説明図、第５図および第６図は領域分割画像
のビットパターン図、第７図、第８図および第９図は撮
像部を順次移動させたときの断面画像図、第10図は領域
分割画像の領域分割図、第11図および第12図は演算操作
を説明するための説明図、第13図は三次元位置情報を算
出するための説明図である。 １……撮像部、２……移動機構 ３……パルスモータ、４……シャフト ５……制御回路、６……変換記憶回路 ７……A/D変換回路、８……ドライバ ９……アドレスカウンタ、10……画像メモリ 11……画像処理回路、12……記憶回路 13,14,15……画像メモリ、16……演算回路
Claims (1)
- 【請求項１】被撮像対象物に対し初期位置から最終位置
まで撮像部を平行に移動させ、この撮像部によって前記
初期位置から最終位置までの所定の移動位置ごとに被撮
像対象物の構成要素面を当該面内において一様の輝度の
画像として把え、この把えた被撮像対象物の構成要素面
を同一輝度ごとに領域分割し、初期位置および最終位置
で領域分割した全ての面を記憶し、初期位置で領域分割
されて得られた複数個の面を通り初期位置から最終位置
までの所定の移動位置ごとに撮像画像から前記撮像部の
移動方向に平行な所定幅の断面データを抽出し断面画像
として作成記憶し、この断面画像を同一輝度ごとに領域
分割し、この領域分割された断面画像から当該領域分割
された領域を共通に含む前記初期位置および最終位置で
記憶された面を同一面として各構成要素面の対応付けを
行い、この対応付けられた前記対象物の各構成要素面の
初期位置および最終位置で得られた画像の撮像部移動方
向における伸縮比の各構成要素面における平均値を各構
成要素面の伸縮係数として求め、この各構成要素面の伸
縮係数によって初期位置での画像および最終位置での画
像における前記各構成要素面を構成する全ての撮像画面
上における画素の座標の対応付けを行い、この全ての画
像の対応付けられた座標と前記撮像部の初期位置および
最終位置とから各構成要素面の全ての画素に対応する対
象物上の点の初期位置と最終位置での視角を求め、この
求められた視角から複数の対象物の構成要素である各面
の全ての画素に対応する被撮像対象物上の点の距離を算
出して成ることを特徴とする三次元対象物における距離
計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071830A JPH0697162B2 (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 三次元対象物における距離計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071830A JPH0697162B2 (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 三次元対象物における距離計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216206A JPS60216206A (ja) | 1985-10-29 |
| JPH0697162B2 true JPH0697162B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=13471850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59071830A Expired - Lifetime JPH0697162B2 (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 三次元対象物における距離計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697162B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004068073A1 (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 測距光学装置、測距方法および測距情報表示装置 |
| JP2006046935A (ja) | 2004-07-30 | 2006-02-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 測距光学装置、測距方法、測距システム、車載用撮像装置および車載用運転支援装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850417A (ja) * | 1981-09-22 | 1983-03-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 距離測定方式 |
-
1984
- 1984-04-12 JP JP59071830A patent/JPH0697162B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60216206A (ja) | 1985-10-29 |
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