JPH0821730A - 二次元位置検出装置 - Google Patents
二次元位置検出装置Info
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- JPH0821730A JPH0821730A JP15714794A JP15714794A JPH0821730A JP H0821730 A JPH0821730 A JP H0821730A JP 15714794 A JP15714794 A JP 15714794A JP 15714794 A JP15714794 A JP 15714794A JP H0821730 A JPH0821730 A JP H0821730A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
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- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 101100115215 Caenorhabditis elegans cul-2 gene Proteins 0.000 description 1
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- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 空間フィルタ演算を利用して、二次元的な位
置を計測することができる二次元位置検出装置を提供
し、更に、空間フィルタ演算において撮像されたイメー
ジデータの明暗による誤差を低減することにある。 【構成】 二次元のイメージデータについて、二つの直
交する方向及びこれらの直交する方向を含む平面内の回
転方向に関して、空間フィルタ演算により任意の周波数
成分を抽出して、前記二つの直交する方向に関する移動
距離及び前記平面内の回転角を算出する空間フィルタ演
算部とを備えたものである。
置を計測することができる二次元位置検出装置を提供
し、更に、空間フィルタ演算において撮像されたイメー
ジデータの明暗による誤差を低減することにある。 【構成】 二次元のイメージデータについて、二つの直
交する方向及びこれらの直交する方向を含む平面内の回
転方向に関して、空間フィルタ演算により任意の周波数
成分を抽出して、前記二つの直交する方向に関する移動
距離及び前記平面内の回転角を算出する空間フィルタ演
算部とを備えたものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空間フィルタを用いた
距離測定装置に関し、二次元的な位置を検出できるよう
に改良したものである。
距離測定装置に関し、二次元的な位置を検出できるよう
に改良したものである。
【0002】
【従来の技術】従来、無人搬送車等の自動走行に当たっ
て走行路上に電磁誘導線や光学式反射テープを敷設して
走行ガイドを形成する方式や、車軸,計測輪にエンコー
ダやタコジェネレータを取り付けて、車輪の回転に応じ
たパルス又はアナログ電圧から無人車の速度,移動距離
を計測する方式がある。
て走行路上に電磁誘導線や光学式反射テープを敷設して
走行ガイドを形成する方式や、車軸,計測輪にエンコー
ダやタコジェネレータを取り付けて、車輪の回転に応じ
たパルス又はアナログ電圧から無人車の速度,移動距離
を計測する方式がある。
【0003】しかしながら、これらの方式は路面に反射
テープ等を敷設する工事を必要なため走行路を変更する
毎にその工事を行わなければならず煩雑であり、また路
面の凹凸,外力によるスリップや車輪の磨耗により精度
良い計測が出来なかった。このため、外部からの誘導が
不要で、かつ非接触で移動距離を計測する方法として、
空間フィルタを利用した距離測定方法が開発されてい
る。
テープ等を敷設する工事を必要なため走行路を変更する
毎にその工事を行わなければならず煩雑であり、また路
面の凹凸,外力によるスリップや車輪の磨耗により精度
良い計測が出来なかった。このため、外部からの誘導が
不要で、かつ非接触で移動距離を計測する方法として、
空間フィルタを利用した距離測定方法が開発されてい
る。
【0004】この空間フィルタによる距離測定方法は図
8に示す装置構成により行われる。即ち、同図に示すよ
うに、路面01からの反射光は光学系02を介して一次
元のラインセンサ(CCD)03により検出され、所定
の周期でサンプリングされて電気信号に変換される。光
学系02,ラインセンサ03は図示しない車体の底面に
取り付けられている。ラインセンサ03は光学変換素子
を進行方向に沿って一時元的に配列したものであり、明
暗に応じた信号が順次出力される。
8に示す装置構成により行われる。即ち、同図に示すよ
うに、路面01からの反射光は光学系02を介して一次
元のラインセンサ(CCD)03により検出され、所定
の周期でサンプリングされて電気信号に変換される。光
学系02,ラインセンサ03は図示しない車体の底面に
取り付けられている。ラインセンサ03は光学変換素子
を進行方向に沿って一時元的に配列したものであり、明
暗に応じた信号が順次出力される。
【0005】ラインセンサ03からの出力信号Pは読出
回路04を通過し、A/D変換器06でデジタル信号の
CCDデータに変換された後、空間フィルタ演算部05
に入力される。空間フィルタ演算部05はこの出力信号
を所定範囲内で積分することにより、光学的にランダム
な周波数から構成される反射光から任意の周波数成分を
抽出し、その時空列的な変化から、位相空間において移
動距離に対応するベクトルを求めるものである。
回路04を通過し、A/D変換器06でデジタル信号の
CCDデータに変換された後、空間フィルタ演算部05
に入力される。空間フィルタ演算部05はこの出力信号
を所定範囲内で積分することにより、光学的にランダム
な周波数から構成される反射光から任意の周波数成分を
抽出し、その時空列的な変化から、位相空間において移
動距離に対応するベクトルを求めるものである。
【0006】即ち、N画素からなるラインセンサ03か
らのCCDデータDi(i=1,2,・・・N)は荷重関数Si(i=1,
2,・・・N)と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が
順次N回加えられることにより積和演算が行われ、積和
値bnが求められる。
らのCCDデータDi(i=1,2,・・・N)は荷重関数Si(i=1,
2,・・・N)と共に読み込まれて、添字の等しいものの積が
順次N回加えられることにより積和演算が行われ、積和
値bnが求められる。
【0007】次に、荷重関数Ci(i=1,2,・・・N)が読み込
まれると、CCDデータDi(i=1,2,・・・N)との間で、添
字の等しいものの積が順次N回加えられることにより積
和演算が行われ、積和値anが求められる。更に、積和
値an,bnはサンプリング毎に求められるので、前回の
サンプリングの積和値をan-1,bn-1 とし、今回のサン
プリングの積和値をan, bnとすることにする。このよ
うにすると、前回と今回のサンプリング間における位相
差Δφは位相差演算部07で次式のように求められる。
まれると、CCDデータDi(i=1,2,・・・N)との間で、添
字の等しいものの積が順次N回加えられることにより積
和演算が行われ、積和値anが求められる。更に、積和
値an,bnはサンプリング毎に求められるので、前回の
サンプリングの積和値をan-1,bn-1 とし、今回のサン
プリングの積和値をan, bnとすることにする。このよ
うにすると、前回と今回のサンプリング間における位相
差Δφは位相差演算部07で次式のように求められる。
【0008】
【数1】
【0009】ここで、移動距離x0 と上記位相差Δφと
は比例関係にあり、その比例定数はフィルタピッチp(=
L/n)と2πとの比となるので、移動距離x0と速度Vと
は次のように求められる。
は比例関係にあり、その比例定数はフィルタピッチp(=
L/n)と2πとの比となるので、移動距離x0と速度Vと
は次のように求められる。
【0010】
【数2】
【0011】但し、1サンプリング間における位相差は
1回転以内とする。従って、その後、累算器08により
位相差Δφが総和され、乗算器09,010により(p
/2π)が積算されて、それぞれ移動距離x0、速度Vが
求められる。
1回転以内とする。従って、その後、累算器08により
位相差Δφが総和され、乗算器09,010により(p
/2π)が積算されて、それぞれ移動距離x0、速度Vが
求められる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した空間フィルタ
による距離測定装置において、1回のパターンデータに
対して複数の空間フィルタ演算を行うことにより、計測
誤差を補正する装置が開発されている(実願平2−70
643号)。このような距離計測装置においては、被測
定物のパターンに含まれる特定の空間周波数成分の時間
的変化から速度を検出することが可能である。
による距離測定装置において、1回のパターンデータに
対して複数の空間フィルタ演算を行うことにより、計測
誤差を補正する装置が開発されている(実願平2−70
643号)。このような距離計測装置においては、被測
定物のパターンに含まれる特定の空間周波数成分の時間
的変化から速度を検出することが可能である。
【0013】しかし、このような距離計測装置でも、測
定されるのは一次元的な距離であり、二次元的な位置を
計測することはできなかった。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、空間フィルタ演算を利用
して、二次元的な位置を計測することができる二次元位
置検出装置を提供することを目的とする。更に、本発明
の他の目的は、空間フィルタ演算において撮像されたイ
メージデータの明暗による誤差を低減することにある。
定されるのは一次元的な距離であり、二次元的な位置を
計測することはできなかった。本発明は、上記従来技術
に鑑みてなされたものであり、空間フィルタ演算を利用
して、二次元的な位置を計測することができる二次元位
置検出装置を提供することを目的とする。更に、本発明
の他の目的は、空間フィルタ演算において撮像されたイ
メージデータの明暗による誤差を低減することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成は移動する測定対象を二次元的に撮像する二
次元撮像装置と、二次元撮像装置からの撮像信号をアナ
ログ信号からディジタル信号へ変換するA/D変換器
と、A/D変換器により変換されたディジタル信号であ
る二次元のイメージデータについて、二つの直交する方
向及びこれらの直交する方向を含む平面内の回転方向に
関して、空間フィルタ演算により任意の周波数成分を抽
出して、前記二つの直交する方向に関する移動距離及び
前記平面内の回転角を算出する空間フィルタ演算部とを
備えたことを特徴とする。
発明の構成は移動する測定対象を二次元的に撮像する二
次元撮像装置と、二次元撮像装置からの撮像信号をアナ
ログ信号からディジタル信号へ変換するA/D変換器
と、A/D変換器により変換されたディジタル信号であ
る二次元のイメージデータについて、二つの直交する方
向及びこれらの直交する方向を含む平面内の回転方向に
関して、空間フィルタ演算により任意の周波数成分を抽
出して、前記二つの直交する方向に関する移動距離及び
前記平面内の回転角を算出する空間フィルタ演算部とを
備えたことを特徴とする。
【0015】更に、前記空間フィルタ演算部は、前記A
/D変換器により変換されたディジタル信号を微分する
微分回路と、前記微分回路により微分された撮像信号を
二値化処理する二値化回路とを備えるようにしても良
い。
/D変換器により変換されたディジタル信号を微分する
微分回路と、前記微分回路により微分された撮像信号を
二値化処理する二値化回路とを備えるようにしても良
い。
【0016】
(1)平行移動 二次元撮像装置により撮像された撮像信号であるイメー
ジデータf(x,y)としてf(u+v)が、次式で示
される荷重関数Ws(v)を持つ空間フィルタ演算部を
通過すると、その出力Fs(u)は、以下のようにな
る。
ジデータf(x,y)としてf(u+v)が、次式で示
される荷重関数Ws(v)を持つ空間フィルタ演算部を
通過すると、その出力Fs(u)は、以下のようにな
る。
【0017】
【数3】
【0018】ここで、測定対象が二次元的に平行移動す
るとき、図1に示すように、その移動ベクトルをΔ=
(Δx,Δy)とすると、イメージデータf(u+Δ+
v)が空間フィルタ演算部を通過した出力Fs(u+
Δ)は次のように表せる。
るとき、図1に示すように、その移動ベクトルをΔ=
(Δx,Δy)とすると、イメージデータf(u+Δ+
v)が空間フィルタ演算部を通過した出力Fs(u+
Δ)は次のように表せる。
【0019】
【数4】 ここで、q=v+Δとすると、次式のように変形され
る。
る。
【0020】
【数5】 従って、次式が導かれる。
【0021】
【数6】 同様に、次式で示される荷重関数Wcを持つ空間フィル
タ演算部について、その出力Fcは次式で示される。
タ演算部について、その出力Fcは次式で示される。
【0022】
【数7】 依って、移動ベクトルvは、次式で計算されることにな
る。
る。
【0023】
【数8】
【0024】(2)回転移動 二次元撮像装置により撮像された撮像信号であるイメー
ジデータf(x,y)としてf(u+r)が、次式で示
される荷重関数Wr(v)を持つ空間フィルタ演算部を
通過すると、その出力Fw(u)は、以下のようにな
る。
ジデータf(x,y)としてf(u+r)が、次式で示
される荷重関数Wr(v)を持つ空間フィルタ演算部を
通過すると、その出力Fw(u)は、以下のようにな
る。
【0025】
【数9】 但し、r=(l,ρ)はuを原点とする極座標で表され
るベクトルである。ここで、測定対象が二次元平面内で
回転するとき、図2に示すように、その角度をθとする
と、イメージデータg(u+r)が空間フィルタ演算部
を通過した出力Fwr(u)は次のように表せる。
るベクトルである。ここで、測定対象が二次元平面内で
回転するとき、図2に示すように、その角度をθとする
と、イメージデータg(u+r)が空間フィルタ演算部
を通過した出力Fwr(u)は次のように表せる。
【0026】
【数10】 但し、g(u+r)は、f(u+r)に対し、原点uを
中心にθ回転したパターンである。
中心にθ回転したパターンである。
【0027】従って、次式が導かれる。 g(u+r)=f(u+p) p=(l,λ)=(l,ρ−θ) これから、回転角θは次のように求められる。
【0028】
【数11】
【0029】更に、図3に示すように、測定対象物が回
転を伴って移動する場合、イメージデータに特に明るい
部分があると、その影響が多いため、誤差が大きくな
る。そこで、本発明では、そのような影響がある場合に
は、微分処理、二値化処理を行うことにより、イメージ
の明暗の片寄を補正するようにすると良い。
転を伴って移動する場合、イメージデータに特に明るい
部分があると、その影響が多いため、誤差が大きくな
る。そこで、本発明では、そのような影響がある場合に
は、微分処理、二値化処理を行うことにより、イメージ
の明暗の片寄を補正するようにすると良い。
【0030】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図4、図5に本発明の一実施
例を示す。図4は、本実施例の具体的な機器構成を示
し、図5はその機能的なブロック図を示すものである。
図4にに示すように、測定対象1は図中に示す方向に移
動するものとし、この移動する測定対象1を撮像する二
次元CCDカメラ2が設けられている。
参照して詳細に説明する。図4、図5に本発明の一実施
例を示す。図4は、本実施例の具体的な機器構成を示
し、図5はその機能的なブロック図を示すものである。
図4にに示すように、測定対象1は図中に示す方向に移
動するものとし、この移動する測定対象1を撮像する二
次元CCDカメラ2が設けられている。
【0031】この二次元CCD2により撮像された撮像
信号は、読出回路3を経てCPUボード4へ入力され
る。CPUボード4は、A/D変換器4a、バッファR
AM4b、ROM4c及びDSP(ディジタルシグナル
プロセッサ)4dから構成され、主に図5に示す空間フ
ィルタ演算部5として機能するものである。即ち、二次
元CCD2により撮像された撮像信号は、読出回路3を
経て、A/D変換器6によりアナログ信号からディジタ
ル信号へ変換された後、空間フィルタ演算部5へイメー
ジデータとして入力される。
信号は、読出回路3を経てCPUボード4へ入力され
る。CPUボード4は、A/D変換器4a、バッファR
AM4b、ROM4c及びDSP(ディジタルシグナル
プロセッサ)4dから構成され、主に図5に示す空間フ
ィルタ演算部5として機能するものである。即ち、二次
元CCD2により撮像された撮像信号は、読出回路3を
経て、A/D変換器6によりアナログ信号からディジタ
ル信号へ変換された後、空間フィルタ演算部5へイメー
ジデータとして入力される。
【0032】この空間フィルタ演算部5は、入力された
イメージデータを空間フィルタである三つの荷重関数を
掛けて、積和演算して位相回転を演算し、二つの直交す
る方向及びこれらの方向を含む平面の回転方向に関する
移動距離、回転角を演算して求めるものである。即ち、
空間フィルタ演算部5に入力したイメージデータはイメ
ージメモリ7に格納された後、それぞれ空間フィルタ
8,9,10へ入力する。ここで、時刻mTにおけるイ
メージデータをhm(v)とする。但し、Tはサンプリ
ング間隔である。空間フィルタ8を通過した出力Fsmは
次式で示される。
イメージデータを空間フィルタである三つの荷重関数を
掛けて、積和演算して位相回転を演算し、二つの直交す
る方向及びこれらの方向を含む平面の回転方向に関する
移動距離、回転角を演算して求めるものである。即ち、
空間フィルタ演算部5に入力したイメージデータはイメ
ージメモリ7に格納された後、それぞれ空間フィルタ
8,9,10へ入力する。ここで、時刻mTにおけるイ
メージデータをhm(v)とする。但し、Tはサンプリ
ング間隔である。空間フィルタ8を通過した出力Fsmは
次式で示される。
【0033】
【数12】 空間フィルタ9を通過した出力Fcmは次式で示される。
【0034】
【数13】 空間フィルタ8,9からの出力Fsm,Fcmは、その前回
値Fsm-1,Fcm-1と共に、それぞれ位相回転演算部1
1,12へ入力し、下式のようにαΔ,βΔが演算され
る。
値Fsm-1,Fcm-1と共に、それぞれ位相回転演算部1
1,12へ入力し、下式のようにαΔ,βΔが演算され
る。
【0035】
【数14】 更に、位相回転演算部11,12で求められたαΔ,β
Δは、移動ベクトル演算部13へ入力され、下式のよう
に移動ベクトルΔ=(Δx,Δy)が求められる。
Δは、移動ベクトル演算部13へ入力され、下式のよう
に移動ベクトルΔ=(Δx,Δy)が求められる。
【0036】
【数15】 その後、移動ベクトルは積分器14へ入力され、下式の
ように移動距離が求められる。 xm=xm-1+Δx ym=ym-1+Δy 一方、空間フィルタ10を通過した出力Fwmは、次式で
示される。
ように移動距離が求められる。 xm=xm-1+Δx ym=ym-1+Δy 一方、空間フィルタ10を通過した出力Fwmは、次式で
示される。
【0037】
【数16】 空間フィルタ10からの出力Fwmは、前回値Fwm-1と共
に位相回転演算部15へ入力し、下式のように回転角θ
が求められる。
に位相回転演算部15へ入力し、下式のように回転角θ
が求められる。
【0038】
【数17】 引続き、回転角θは積分器16へ入力し、次式に示すよ
うに回転角Φmが求められる。 Φm=Φm-1+θ このように、空間フィルタ演算部5においては、二次元
的な位置xm,ym及び回転角Φmが求められることにな
る。
うに回転角Φmが求められる。 Φm=Φm-1+θ このように、空間フィルタ演算部5においては、二次元
的な位置xm,ym及び回転角Φmが求められることにな
る。
【0039】次に、本発明の他の実施例について、図
6、図7を参照して説明する。本実施例は、対象イメー
ジの明るさのムラに影響されないように、微分処理回路
17、二値化処理回路18を追加したものであり、その
他の構成は前述した実施例と同様なものである。従っ
て、本実施例によれば、微分処理回路17,二値化処理
回路18を通過する際に、イメージの片寄が補正される
ことになるので、明るい点がある場合あっても、移動ベ
クトルが実際の動きよりも大きくなることはなく、常に
正確な移動ベクトルを測定することができる。
6、図7を参照して説明する。本実施例は、対象イメー
ジの明るさのムラに影響されないように、微分処理回路
17、二値化処理回路18を追加したものであり、その
他の構成は前述した実施例と同様なものである。従っ
て、本実施例によれば、微分処理回路17,二値化処理
回路18を通過する際に、イメージの片寄が補正される
ことになるので、明るい点がある場合あっても、移動ベ
クトルが実際の動きよりも大きくなることはなく、常に
正確な移動ベクトルを測定することができる。
【0040】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、空間フィルタ演算を利用し
て、二次元的な位置を計測することができると共に空間
フィルタ演算において撮像されたイメージデータの明暗
による誤差を低減することが可能となる。
たように、本発明によれば、空間フィルタ演算を利用し
て、二次元的な位置を計測することができると共に空間
フィルタ演算において撮像されたイメージデータの明暗
による誤差を低減することが可能となる。
【図1】本発明の平行移動計測の原理図である。
【図2】本発明の回転計測の原理図である。
【図3】イメージデータの明暗を示す説明図である。
【図4】本発明の一実施例の機器構成図である。
【図5】本発明の一実施例のブロック図である。
【図6】本発明の他の実施例の機器構成図である。
【図7】本発明の他の実施例のブロック図である。
【図8】従来技術を示すブロック図である。
1 測定対象 2 二次元CCD 3 読出回路 4 CPUボード 5 空間フィルタ演算部 6 A/D変換器 7 イメージメモリ 8,9,10 空間フィルタ 11,12,15 位相差演算部 13 移動ベクトル演算部 14,16 積分器
Claims (2)
- 【請求項1】 移動する測定対象を二次元的に撮像する
二次元撮像装置と、二次元撮像装置からの撮像信号をア
ナログ信号からディジタル信号へ変換するA/D変換器
と、A/D変換器により変換されたディジタル信号であ
る二次元のイメージデータについて、二つの直交する方
向及びこれらの直交する方向を含む平面内の回転方向に
関して、空間フィルタ演算により任意の周波数成分を抽
出して、前記二つの直交する方向に関する移動距離及び
前記平面内の回転角を算出する空間フィルタ演算部とを
備えたことを特徴とする二次元位置検出装置。 - 【請求項2】 前記空間フィルタ演算部は、前記A/D
変換器により変換されたディジタル信号を微分する微分
回路と、前記微分回路により微分された撮像信号を二値
化処理する二値化回路とを備えることを特徴とする請求
項1記載の二次元位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15714794A JPH0821730A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 二次元位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15714794A JPH0821730A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 二次元位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0821730A true JPH0821730A (ja) | 1996-01-23 |
Family
ID=15643211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15714794A Withdrawn JPH0821730A (ja) | 1994-07-08 | 1994-07-08 | 二次元位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0821730A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003005302A1 (fr) * | 2001-07-05 | 2003-01-16 | Advantest Corporation | Appareil de traitement d'images et procede de traitement d'images |
| JP2004333293A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Mitsutoyo Corp | 信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、信号処理プログラムを記録した記録媒体および測定機 |
-
1994
- 1994-07-08 JP JP15714794A patent/JPH0821730A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
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