JPH085351A - Slit beam calibration method of three-dimensional visual sensor - Google Patents
Slit beam calibration method of three-dimensional visual sensorInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本願発明は、対象物の3次元的な
位置あるいは位置と姿勢(以下、特に区別しない限り、
両者併せて単に「位置」と呼ぶ。)を計測する為に使用
されるスリット光投光型の3次元視覚センサのスリット
光投光手段のキャリブレーション方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional position or position and orientation of an object (hereinafter, unless otherwise distinguished,
Both are simply called “position”. ) Of the slit light projecting type three-dimensional visual sensor used for measuring (1).
【0002】[0002]
【従来の技術】工場の製造ラインにおける組み立て作
業、加工作業等においては、作業の自動化・省力化を図
る為に、ロボット等の自動機械とカメラ手段を利用した
視覚センサとを組み合わせたビジョンシステムが利用さ
れている。例えば、製造ライン上の概略所定位置に供給
される一方の組み立て作業対象ワークをCCDカメラで
撮像し、得られた画像を解析することによって該ワーク
の正確な位置を視覚センサで検出し、その結果に基づい
て他方の組み立て作業対象ワークを把持したロボットの
位置補正を行なう方式で、ワーク間の位置ずれ補正が行
なわれている。2. Description of the Related Art In an assembly work or a processing work in a factory production line, a vision system combining an automatic machine such as a robot and a visual sensor using a camera means is provided in order to automate and save the work. It's being used. For example, one assembly work to be supplied to a predetermined position on the manufacturing line is imaged by a CCD camera, and an accurate position of the work is detected by a visual sensor by analyzing the obtained image. The positional deviation between the works is corrected by a method of correcting the position of the robot holding the other work to be assembled based on the above.
【0003】このようなビジョンシステムに取り入れら
れる代表的な3次元視覚センサとして、スリット光投光
型の3次元視覚センサがある。これは、3次元視覚セン
サに装備されたスリット光投光器から、制御された方向
にスリット光を投光し、対象物上に周辺よりも高輝度の
光帯を形成し、これをCCDカメラ等のカメラ手段によ
って観測して三角測量の原理に基づいて対象物の3次元
計測を行なうものである。As a typical three-dimensional visual sensor incorporated in such a vision system, there is a slit light projection type three-dimensional visual sensor. This is because a slit light projector equipped with a three-dimensional visual sensor emits slit light in a controlled direction to form a light band of higher brightness than the surroundings on an object, and this is used by a CCD camera or the like. The object is three-dimensionally measured based on the principle of triangulation by observing with camera means.
【0004】図1は、この原理を説明する概念図で、符
号F1 はスリット光投光器の位置、F2 はカメラのレン
ズ中心を表わしている。スリット光投光器からは、被計
測対象物Wへ向けてスリット光L1 が投光され、対象物
W上に光帯Qが形成される。光帯Qは、スリット光投光
方向とは異なる方向からカメラによって観測され、カメ
ラのイメージプレーンIP上で像wとして捕捉される。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining this principle. Reference numeral F1 represents the position of the slit light projector, and F2 represents the lens center of the camera. The slit light projector projects the slit light L1 toward the object W to be measured, and the optical band Q is formed on the object W. The light band Q is observed by the camera from a direction different from the slit light projecting direction and is captured as an image w on the image plane IP of the camera.
【0005】光帯Q上の点P(例えば、光帯Qと対象物
Wの稜線の交点)がイメージプレーンIP上の点p
(u,v)に結像したとすれば、点Pは、3次元空間内
で点F2と点pを通る視線L2 とスリット光L1 の平面
(以下、この平面をもL1 と呼ぶ。)との交点である。
従って、この視線L2 と平面L1 との交点を求めること
により、点Pの3次元位置を求めることが出来る。この
ような原理は従来より広く知られている。A point P on the light band Q (for example, an intersection of the ridge line of the light band Q and the object W) is a point p on the image plane IP.
If the image is formed at (u, v), the point P is the plane of the line of sight L2 passing through the points F2 and p in the three-dimensional space and the slit light L1 (hereinafter, this plane is also referred to as L1). Is the intersection of.
Therefore, the three-dimensional position of the point P can be obtained by obtaining the intersection of the line of sight L2 and the plane L1. Such a principle has been widely known from the past.
【0006】ところで、このような原理に基づいて実際
に3次元計測を行なう為には、次の2つの条件(1),
(2)が満たされていなけらばならない。By the way, in order to actually perform three-dimensional measurement based on such a principle, the following two conditions (1),
(2) must be satisfied.
【0007】(1)3次元空間内でのスリット光平面L
1 の位置と姿勢、即ち平面L1 の方程式が既知であるこ
と。 (2)イメージプレーンIP上の位置p(u,v)に対
応する視線L2 を計算することが出来ること。 これら条件を満たす為には、(1)及び(2)の各々に
関して3次元視覚センサのキャリブレーションが必要と
なる。本願発明は、(1)の条件を満たす為のキャリブ
レーション方法を提供するものであり、(2)の条件を
満たす為のキャリブレーションについては本願発明の対
象外である。(1) Slit light plane L in three-dimensional space
The position and orientation of 1, that is, the equation of the plane L1 is known. (2) The line-of-sight L2 corresponding to the position p (u, v) on the image plane IP can be calculated. In order to satisfy these conditions, it is necessary to calibrate the three-dimensional visual sensor for each of (1) and (2). The present invention provides a calibration method for satisfying the condition (1), and the calibration for satisfying the condition (2) is outside the scope of the present invention.
【0008】一般に、スリット光L1 の投光方向は固定
的なものではなく、投光方向を一定の範囲で変化させ、
各投光位置でワークW上に形成された光帯Qをカメラで
観測することが行なわれる。その為に、通常の方式で
は、円筒レンズで一方向に拡張されたレーザ光ビームを
モータで駆動される回転ミラーで反射させることによっ
て投光方向が制御される。従って、スリット光L1 の投
光方向は、回転ミラーの回転角を制御することを通して
制御される。回転ミラーの回転角度は、3次元視覚セン
サシステムに組み込まれた画像処理装置等の制御装置か
らの指令値によって定められる。Generally, the projection direction of the slit light L1 is not fixed, but the projection direction is changed within a certain range,
The light band Q formed on the work W at each light projection position is observed by a camera. Therefore, in the usual method, the projection direction is controlled by reflecting the laser light beam expanded in one direction by the cylindrical lens by the rotating mirror driven by the motor. Therefore, the projection direction of the slit light L1 is controlled through controlling the rotation angle of the rotating mirror. The rotation angle of the rotating mirror is determined by a command value from a control device such as an image processing device incorporated in the three-dimensional visual sensor system.
【0009】このような回転ミラーを用いた偏向機構を
備えた3次元視覚センサを使用する上での大きな問題点
は、ミラーの回転角度の指令値と実際に投射されるスリ
ット光平面L1 の方程式の関係を求める為の計算手続き
が非常に複雑なことである。A major problem in using a three-dimensional visual sensor having a deflection mechanism using such a rotating mirror is the equation of the command value of the rotation angle of the mirror and the slit light plane L1 actually projected. That is, the calculation procedure for obtaining the relation of is very complicated.
【0010】今、ミラーの回転軸をz軸とする座標系
(ミラー座標系o−xyz)上で表現されたミラーへの
入射光(円筒レンズでスリット状とされている)の方程
式を下記(1)式とし、ワールド座標系(O−XYZ)
上で該ミラーからの反射光の方程式を下記(2)式とす
ると、下記(3)式〜(6)式の関係が成立する。Now, the equation of the incident light (which has a slit shape by a cylindrical lens) on the mirror expressed on the coordinate system (mirror coordinate system o-xyz) with the rotation axis of the mirror as the z axis is as follows ( Formula 1), world coordinate system (O-XYZ)
Assuming that the equation of the reflected light from the mirror is the following equation (2), the following equations (3) to (6) are established.
【0011】 ai x+bi y+ci z+di =0 ・・・(1) AX+BY+CZ+D=0 ・・・(2) A=(r11ai −r21bi )cos 2θ+(r11bi −r21ai )sin 2θ −r31ci ・・・(3) B=(r12ai −r22bi )cos 2θ+(r12bi −r22ai )sin 2θ −r32ci ・・・(4) C=(r13ai −r23bi )cos 2θ+(r13bi −r23ai )sin 2θ −r33ci ・・・(5) D=(tx ai −ty bi )cos 2θ+(tx bi −ty ai )sin 2θ +2dm (ai cos θ+bi sin θ)−tz ci −di ・・・(6) ここで、rjk,tx ,ty ,tz は、ミラー座標系とワ
ーク座標系との関係を表わす変換行列の係数である。ま
た、θはミラーの回転角度で、通常、画像処理装置から
の指令値Vとして、θ=αV+β(α,βは定数)の関
係がある。Ai x + bi y + ci z + di = 0 (1) AX + BY + CZ + D = 0 (2) A = (r11ai-r21bi) cos 2θ + (r11bi-r21ai) sin 2θ-r31ci ... (3) B = (R12ai-r22bi) cos2 [theta] + (r12bi-r22ai) sin2 [theta] -r32ci ... (4) C = (r13ai-r23bi) cos2 [theta] + (r13bi-r23ai) sin2 [theta] -r33ci ... (5) D = (tx ai −ty bi) cos 2θ + (tx bi −ty ai) sin 2θ + 2dm (ai cos θ + bi sin θ) −tz ci −di (6) where rjk, tx, ty and tz are mirror coordinate systems. Is a coefficient of a transformation matrix that represents the relationship between the and the work coordinate system. Further, θ is a rotation angle of the mirror, and usually has a relationship of θ = αV + β (α and β are constants) as a command value V from the image processing apparatus.
【0012】キャリブレーションの目的は、特定の指令
値Vに対応する投光方向を規定する平面パラメータA,
B,C,Dを求めることにある。従来は、複数の指令値
Vの値Vh (h=1,2,3・・・)に対して上式
(3)〜(6)中のr11〜r33,tx ,ty ,ai ,b
i ,ci ,di ,dm 及びα、βを計算する求めるとい
う方法が利用されていた。しかし、この計算は計19個
の未知数に対する非線形連立方程式を解くことに相当
し、その為の処理が非常に複雑となっていた。また、ミ
ラーの角度θの偏向可能範囲も比較的狭いことが通常で
あるから、各未知数の計算精度を上げることが難しかっ
た。The purpose of the calibration is to set a plane parameter A, which defines the projection direction corresponding to a specific command value V,
To find B, C, and D. Conventionally, r11 to r33, tx, ty, ai, b in the above equations (3) to (6) for the values Vh (h = 1, 2, 3 ...) Of a plurality of command values V.
A method of calculating i, ci, di, dm and α, β has been used. However, this calculation is equivalent to solving the nonlinear simultaneous equations for a total of 19 unknowns, and the processing therefor was very complicated. Further, since the deflectable range of the angle θ of the mirror is usually relatively narrow, it is difficult to improve the calculation accuracy of each unknown.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、上
記従来技術の問題点を克服することにある。即ち、本願
発明は、スリット光投光型の3次元視覚センサをスリッ
ト光投光方向に関するキャリブレーションを簡単な計算
処理によって行えるようにすることである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems of the prior art. That is, the invention of the present application is to enable a slit light projection type three-dimensional visual sensor to perform calibration regarding the slit light projection direction by a simple calculation process.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本願発明は、上記技術課
題を解決する為の基本的な技術手段として、「制御され
た方向へ向けてスリット光を投射して対象物上に光帯を
形成する投光手段と、カメラ手段と、該カメラ手段を介
して獲得された映像信号を解析する画像解析手段と、前
記投光手段に前記スリット光の投光方向を規定する指令
値を与えることを通して前記投光手段からの前記スリッ
ト光の投光方向を制御する手段とを備えた3次元視覚セ
ンサにおけるスリット光キャリブレーション方法であっ
て、前記指令値について複数の相異なる値を与えた条件
の下で各指令値に対応したスリット光の投光方向を表わ
す平面パラメータの値を表わすデータを、計測実行時の
前記指令値に対応したスリット光投光方向を求める為の
補間計算用データとして求める段階を含むことを特徴と
する前記方法」(請求項1に記載された構成)を提供し
たものである。The invention of the present application is, as a basic technical means for solving the above technical problems, "projecting slit light in a controlled direction to form an optical band on an object. Through a light projecting means, a camera means, an image analyzing means for analyzing a video signal acquired through the camera means, and a command value for defining the light projecting direction of the slit light to the light projecting means. A slit light calibration method in a three-dimensional visual sensor, comprising: a means for controlling a projection direction of the slit light from the light projection means, under the condition that a plurality of different values are given for the command value. The data for interpolating calculation for obtaining the slit light projection direction corresponding to the command value at the time of execution of the measurement is the data representing the value of the plane parameter indicating the projection direction of the slit light corresponding to each command value. The method "is obtained by providing (configuration described in claim 1), characterized in that by comprising the step of determining by.
【0015】また、上記方法における、「前記指令値に
ついて複数の相異なる値を与えた条件の下で各指令値に
対応したスリット光の投光方向を表わす平面パラメータ
の値を表わすデータを、計測実行時の前記指令値に対応
したスリット光投光方向を求める為の補間計算用データ
として求める段階」についてこれを具体化する手段とし
て、「スリット光を投光する平坦面を有する物体を既知
の異なる位置に配置した各条件の下で形成された光帯上
の1つまたはそれ以上の点についての位置を計算する段
階と、該位置を表わすデータに基づいて対応する投光平
面を表わす方程式を規定するパラメータを計算する段
階」を含むプロセスによって実行することを提案したも
のである。Further, in the above method, "data representing the value of a plane parameter representing the projection direction of the slit light corresponding to each command value is measured under the condition that a plurality of different command values are given. As a means of embodying this "step of obtaining as interpolation calculation data for obtaining the slit light projection direction corresponding to the command value at the time of execution", "an object having a flat surface for projecting slit light is known. Calculating the position for one or more points on the light band formed under each condition arranged at different positions, and based on the data representing the position, an equation representing the corresponding projection plane. It is proposed to be carried out by a process that includes the step of calculating the parameters to be defined.
【0016】[0016]
【作用】本願発明は、スリット光のキャリブレーション
を行なう為には、必ずしも前述の式(3)〜(6)にお
ける未知数r11〜r33,tx ,ty ,ai ,bi ,c
i,di ,dm 及びα、βのすべてを求めるような計算
を行なう必要は無く、ミラーの角度θの偏向可能範囲
(比較的狭いことが通常である)内における指令値Vと
平面パラメータA〜Dの対応関係を補間計算によって近
似的に計算すれば十分であるとの認識に基づいてなされ
たものである。In the present invention, in order to calibrate the slit light, the unknowns r11 to r33, tx, ty, ai, bi, c in the above equations (3) to (6) are not always required.
It is not necessary to perform a calculation for obtaining all of i, di, dm and α, β, and the command value V and the plane parameter A within the deflectable range of the mirror angle θ (which is usually relatively narrow). This is based on the recognition that it is sufficient to approximately calculate the correspondence relationship of D by interpolation calculation.
【0017】本願発明では、指令値Vについて複数の相
異なる値Vh (h=1,2,3・・・n)を与え、各条
件の下で各指令値に対応したスリット光の投光方向を表
わす平面パラメータA〜Dの値を表わすn組のデータを
求め、該データをそのまま、あるいは適当な形に加工し
て3次元視覚センサシステムの適当な記憶手段に記憶さ
せる。データ加工としては、例えば、1次関数、折れ線
関数等への当て嵌め計算により、より細かい刻みで指令
値Vと平面パラメータの関係を求めることが考えられ
る。このようにして得られたデータは、計測実行時にス
リット光投光方向を求める為に利用される。In the present invention, a plurality of different values Vh (h = 1, 2, 3 ... N) are given for the command value V, and the slit light projection direction corresponding to each command value is given under each condition. N sets of data representing the values of the plane parameters A to D are obtained, and the data are stored as they are or after being processed into a suitable form in a suitable storage means of the three-dimensional visual sensor system. As data processing, for example, it is conceivable to find the relationship between the command value V and the plane parameter in finer steps by fitting calculation to a linear function, a polygonal line function, or the like. The data obtained in this way is used to obtain the slit light projection direction during measurement.
【0018】[0018]
【実施例】図2は、本願発明のスリット光キャリブレー
ション方法の適用対象とされる3次元視覚センサのシス
テム構成の概略を示したものである。システム全体は、
画像処理装置1、センサ部コントローラ2、センサ部1
0から構成されている。画像処理装置1は通常使用され
ている型のもので、画像処理装置1全体を統括制御する
マイクロプロセッサ(以下、「CPU」と言う。)を備
えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows the outline of the system configuration of a three-dimensional visual sensor to which the slit light calibration method of the present invention is applied. The whole system is
Image processing device 1, sensor unit controller 2, sensor unit 1
It consists of zero. The image processing apparatus 1 is of a commonly used type and includes a microprocessor (hereinafter, referred to as “CPU”) that controls the image processing apparatus 1 as a whole.
【0019】このCPUには、画像解析用のプログラ
ム、センサコントローラ2を制御する為のプログラム等
が格納されたROMメモリ、センサ部10に装備された
CCDカメラ11で撮影された画像をグレイスケールに
よる濃淡信号として格納するフレームメモリ、並びに、
画像解析用の画像処理プロセッサ、各種設定値等の格納
や計算時のデータの一時記憶に使用されるRAMメモリ
が接続されている。This CPU has a ROM memory in which a program for image analysis, a program for controlling the sensor controller 2 and the like are stored, and an image taken by a CCD camera 11 mounted on the sensor unit 10 is displayed in gray scale. A frame memory that stores as a grayscale signal, and
An image processing processor for image analysis and a RAM memory used for storing various setting values and temporarily storing data during calculation are connected.
【0020】更に、キーボードを備えた手動操作部に加
えて、センサ部コントローラ2や画像モニタ用のCR
T、あるいは外部のコンピュータやロボット制御装置な
どに対する入出力装置の役割を果たす汎用信号インター
フェイスがCPUに接続されている(個別要素の図示は
省略)。なお、手動操作部のキーボードは、画像モニタ
用のCRT上のカーソル移動、マニュアル指令入力を行
なう機能を備えているものとする。Further, in addition to a manual operation section equipped with a keyboard, a sensor section controller 2 and a CR for an image monitor are provided.
A general-purpose signal interface serving as an input / output device for T or an external computer or robot controller is connected to the CPU (individual elements are not shown). The keyboard of the manual operation unit has a function of moving a cursor on a CRT for image monitor and inputting a manual command.
【0021】センサ部10の投光器12は、レーザ光を
円筒レンズを介してスリット状の光に変換し、更に、こ
れを偏向用ミラー13で反射させた上で被計測対象物へ
向けて投射する。偏向用ミラー13は、モータ15によ
りその回転軸14を中心に回転制御されており、スリッ
ト光が投光される方向は、画像処理装置1からのセンサ
部コントローラ2を介して与えられる指令値信号によっ
て制御され得るようになっている。The projector 12 of the sensor unit 10 converts the laser light into slit-shaped light through a cylindrical lens, further reflects it by the deflecting mirror 13 and projects it toward the object to be measured. . The deflection mirror 13 is rotationally controlled by a motor 15 about its rotation axis 14, and the direction in which the slit light is projected is a command value signal given from the image processing apparatus 1 via the sensor unit controller 2. Can be controlled by.
【0022】また、投光器12のON/OFFについて
も、同様に画像処理装置1によってセンサ部コントロー
ラ2を介して制御される。従って、画像処理装置1は、
投光器12のON/OFF状態及びスリット光の投光方
向を常時監視・制御することが出来る。The ON / OFF of the projector 12 is also controlled by the image processing apparatus 1 via the sensor section controller 2. Therefore, the image processing device 1
The ON / OFF state of the projector 12 and the projection direction of the slit light can be constantly monitored and controlled.
【0023】画像処理装置1からセンサ部コントローラ
2へ必要な投光指令を送ると、投光器12がON状態と
なり、偏向用ミラー13の回転角度θに対応した方向へ
スリット光が投光される。対象物上に投射されたスリッ
ト光は、表面上に明るい光帯を形成する。この状態で、
画像処理装置1からセンサ部コントローラ2へ撮影指令
を送ると、CCDカメラ11が作動し、光帯像が撮影さ
れる。画像信号は汎用インターフェイスを介して画像処
理装置1内に取り込まれ、フレームメモリに格納され
る。When a necessary light projection command is sent from the image processing apparatus 1 to the sensor controller 2, the light projector 12 is turned on and slit light is projected in a direction corresponding to the rotation angle θ of the deflecting mirror 13. The slit light projected on the object forms a bright light band on the surface. In this state,
When a shooting command is sent from the image processing apparatus 1 to the sensor unit controller 2, the CCD camera 11 operates and a light band image is shot. The image signal is taken into the image processing apparatus 1 via the general-purpose interface and stored in the frame memory.
【0024】以上の構成及び機能は、通常の3次元視覚
センサシステムと基本的に変わるところはないが、本実
施例では、次に述べる手順でキャリブレーションを実行
する際に必要となる計算を実行する為のプログラム及び
設定値が画像処理装置1のROMあるいはRAM内に予
め格納されており、また、獲得されたキャリブレーショ
ンデータを格納するレジスタ領域が画像処理装置1内の
RAM内に設定されている。Although the above-mentioned configuration and function are basically the same as those of the ordinary three-dimensional visual sensor system, in this embodiment, the calculation necessary for executing the calibration is executed by the procedure described below. A program and setting values for doing so are stored in advance in the ROM or RAM of the image processing apparatus 1, and a register area for storing the acquired calibration data is set in the RAM of the image processing apparatus 1. There is.
【0025】以下、このような構成と機能を有するシス
テムを利用して、本願発明に従ったスリット光キャリブ
レーション方法を実施する手順について図3及び図4を
参照して説明する。図3はキャリブレーションを実行す
る為の配置を概念的に示したもので、図2で示した要素
については同じ符号が付されている。また、符号4はキ
ャリブレーション用の物体であり、適度の光拡散反射性
を有する平坦面41を備えている。投光器12から偏向
用ミラー13の回転角θに応じてスリット光がキャリブ
レーション用の物体4の平坦面41に入射すると光帯が
形成され、それがCCDカメラ11によって撮影され
る。A procedure for carrying out the slit light calibration method according to the present invention using the system having the above-described structure and function will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 conceptually shows the arrangement for executing the calibration, and the elements shown in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. Further, reference numeral 4 is an object for calibration, and is provided with a flat surface 41 having an appropriate light diffusive reflectivity. When the slit light is incident on the flat surface 41 of the calibration object 4 from the light projector 12 according to the rotation angle θ of the deflection mirror 13, an optical band is formed, and the CCD camera 11 captures the optical band.
【0026】図4は、図3に示した配置を用いてキャリ
ブレーションを実行するプロセスの一例をフローチャー
ト形式で示したものである。各ステップの概要は次の通
りである。なお、従来技術の説明の中で触れたカメラ1
1のキャリブレーションについては、公知の適当な方法
によって完了済みであるものとする。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a process for executing calibration using the arrangement shown in FIG. The outline of each step is as follows. The camera 1 mentioned in the description of the prior art
It is assumed that the calibration of 1 has been completed by a known appropriate method.
【0027】ステップS1;キャリブレーション用物体
4を、投光器12による投光範囲内で、その平坦面41
がワールド座標系Σw 上の既知な第1の平面Γ上に乗る
ように配置する。Step S1; the calibration object 4 is flattened within the projection range of the projector 12 by its flat surface 41.
Are placed on the known first plane Γ on the world coordinate system Σ w.
【0028】ステップS2;画像処理装置1の手動操作
部のキーボード操作によって、投光器12を点灯する。 ステップS3;偏向用ミラー13に指令値Vh =Vmin
+hΔV(hは偏向ミラー13の回転角度を表わす初期
値0の整数指標;h=0,1,2・・・n)を送り、ス
リット光をキャリブレーション用物体4に投光し、その
平坦面41上に光帯を形成する。Step S2: The projector 12 is turned on by operating the keyboard of the manual operation unit of the image processing apparatus 1. Step S3: Command value Vh = Vmin for the deflecting mirror 13.
+ HΔV (h is an integer index having an initial value of 0 representing the rotation angle of the deflection mirror 13; h = 0, 1, 2, ... N), the slit light is projected onto the calibration object 4, and its flat surface A light band is formed on 41.
【0029】第1回目のステップS3ではh=0とし、
指令値Vh =Vmin を送る。ここで、Vmin は偏向ミラ
ー13の動作レンジ内で最小の回転角θmin に対応した
指令値である。また、ΔVは指令値Vについて設定され
る補間刻み量で、動作レンジ内で最大の回転角θmax を
与える指令値をVmax として、ΔV=(Vmin 〜Vmax
)/nで定義される。nの値は、回転角θの動作レン
ジθmin 〜θmax の大きさ、V−θ特性の線形性の程
度、要求されるキャリブレーション精度等を考慮して定
められる正整数値である。nの実際的な値としては、例
えば5〜20程度が考えられる。図3では、異なるhの
値に対応する投光面及び光帯として、L11,L12,L13
及びG11,G12,G13が例示されている。In the first step S3, h = 0 is set,
Send the command value Vh = Vmin. Here, Vmin is a command value corresponding to the minimum rotation angle θmin within the operation range of the deflection mirror 13. Further, ΔV is an interpolation step amount set for the command value V, and ΔV = (Vmin to Vmax, where Vmax is the command value that gives the maximum rotation angle θmax within the operating range.
) / N. The value of n is a positive integer value determined in consideration of the magnitude of the operating range θmin to θmax of the rotation angle θ, the degree of linearity of the V-θ characteristic, the required calibration accuracy, and the like. As a practical value of n, for example, about 5 to 20 can be considered. In FIG. 3, L11, L12, L13 are shown as the light projecting surfaces and the light bands corresponding to different values of h.
And G11, G12, G13 are illustrated.
【0030】ステップS4;キャリブレーション用物体
4の平坦面41上に形成された光帯をカメラ11で撮影
する。 ステップS5;モニタCRT上に光帯画像を表示させ、
カーソル移動によって、光帯像上の複数の点を適宜選択
指定し、キャリブレーション計算プログラムを起動させ
てカメラ11の視線を表わす方程式をCPUに計算させ
る。図3では、光帯G11上の指定点としてP1-1 ,P1-
2 、光帯G12上の指定点としてP2-1,P2-2 が例示さ
れている。Step S4: The optical band formed on the flat surface 41 of the calibration object 4 is photographed by the camera 11. Step S5: Display the light band image on the monitor CRT,
By moving the cursor, a plurality of points on the optical band image are appropriately selected and designated, and a calibration calculation program is activated to cause the CPU to calculate an equation representing the line of sight of the camera 11. In FIG. 3, P1-1 and P1- are designated points on the optical band G11.
2, P2-1 and P2-2 are illustrated as designated points on the light band G12.
【0031】ステップS6;ステップS5で選ばれた点
の3次元位置を、各点に対応した視線と平坦面41の乗
っている平面の交点位置として求める。図3の例で言え
ば、Γ1 上の2点P1-1 ,P1-2 あるいは2点P2-1 ,
P2-2 の位置を計算する。計算結果を表わすデータは、
画像処理装置1のRAM上に用意された所定領域に格納
する。Step S6: The three-dimensional position of the point selected in step S5 is obtained as the position of the intersection of the line of sight corresponding to each point and the plane on which the flat surface 41 lies. In the example of FIG. 3, two points P1-1, P1-2 or two points P2-1 on Γ1,
Calculate the position of P2-2. The data representing the calculation result is
The image is stored in a predetermined area prepared on the RAM of the image processing apparatus 1.
【0032】ステップS7;指標値hを1アップする。 ステップS8;h>nとなっていない限り、ステップS
3へ戻る。 ステップS3〜ステップS8は、hがn+1となるまで
繰り返される。これにより、回転ミラー13の回転角レ
ンジの全域に分布させた回転角に対応した指令値Vmin
,Vmin +ΔV,Vmin +2ΔV・・・Vmin +nΔ
V(=Vmax )について、各々の投光面L1h上の点Ph-
1 ,Ph-2 等の位置データが獲得される。Step S7: The index value h is incremented by 1. Step S8; Step S unless h> n
Return to 3. Steps S3 to S8 are repeated until h becomes n + 1. As a result, the command value Vmin corresponding to the rotation angle distributed over the entire rotation angle range of the rotating mirror 13.
, Vmin + ΔV, Vmin + 2ΔV ... Vmin + nΔ
For V (= Vmax), a point Ph- on each projection surface L1h
Position data such as 1 and Ph-2 are acquired.
【0033】ステップS9;以上のプロセスが完了した
ら、相異なる位置への所定回数のキャリブレーション用
物体配置(ここでは2回とする。一般には、2回以上の
任意回数)に達していないことを確認し、ステップS1
0を経てステップS11へ進む。 ステップS10;偏向ミラー13の回転角度を表わす指
標hを0にリセットする。Step S9: When the above process is completed, it is confirmed that the predetermined number of calibration object placements at different positions (here, two times, generally, any number of times of two or more) have not been reached. Confirm, step S1
After 0, the process proceeds to step S11. Step S10: The index h indicating the rotation angle of the deflection mirror 13 is reset to 0.
【0034】ステップS11;キャリブレーション用物
体4を、投光器12による投光範囲内で、その平坦面4
1がワールド座標系Σw 上の既知な第2の平面Γ’上に
乗るように配置し、ステップS3へ戻る。以下、平面
Γ’に関して、上記ステップS3〜ステップS8と同様
の手順を繰り返す。図3には、第2の平面Γ’上の位置
計算指定点として、P1-3 ,P1-4 が例示されている。Step S11: The calibration object 4 is placed on the flat surface 4 within the projection range of the projector 12.
1 is placed so as to ride on the known second plane Γ ′ on the world coordinate system Σw, and the process returns to step S3. Hereinafter, with respect to the plane Γ ′, the same procedure as the above steps S3 to S8 is repeated. In FIG. 3, P1-3 and P1-4 are illustrated as the position calculation designation points on the second plane Γ ′.
【0035】このようにして、平面Γ,Γ’の各々に対
応した処理サイクル(ステップS3〜ステップS8)を
繰り返すことによって、結局、回転ミラー13の回転角
レンジの全域に分布させた回転角に対応した指令値Vmi
n ,Vmin +ΔV,Vmin+2ΔV・・・Vmin +nΔ
V(=Vmax )について、各々の投光面L1h上の点Ph-
1 ,Ph-2 ,Ph-3 ,Ph-4 等の位置データが獲得され
る。In this way, by repeating the processing cycle (steps S3 to S8) corresponding to each of the planes Γ and Γ ′, the rotation angles distributed over the entire rotation angle range of the rotating mirror 13 are eventually obtained. Corresponding command value Vmi
n, Vmin + ΔV, Vmin + 2ΔV ... Vmin + nΔ
For V (= Vmax), a point Ph- on each projection surface L1h
Position data such as 1, Ph-2, Ph-3, Ph-4, etc. are acquired.
【0036】そして、2回目のステップS9で、所定回
数のキャリブレーション用物体配置が実行されたことを
確認して、次のステップS12へ進む。 ステップS12;各h(=0,1,2・・・n)につい
て、上記ステップS6で計算した点Ph-1 ,Ph-2 ,P
h-3 ,Ph-4 等の位置データから、各hについて、これ
らの点Ph-1 ,Ph-2 ,Ph-3 ,Ph-4 等が共通に乗っ
ている平面(=投光面L1h)を表わす方程式を規定する
パラメータを求める。一般に、3次元空間内の平面は、
前述の(2)式、AX+BY+CZ+D=0で表わされ
るから、パラメータとしては、投光平面L1hを表現する
方程式Ah X+Bh Y+Ch Z+Dh =0を規定するA
h ,Bh ,Ch ,Dh を計算すれば良い。各hの値
(0,1,2・・・n)について求められたデータセッ
トは、画像処理装置1内の所定のレジスタ領域に格納さ
れる。以上で、キャリブレーションが達成される。Then, in the second step S9, it is confirmed that the calibration object arrangement has been executed a predetermined number of times, and the process proceeds to the next step S12. Step S12: For each h (= 0, 1, 2, ... N), the points Ph-1, Ph-2, P calculated in Step S6 are calculated.
From the position data of h-3, Ph-4, etc., for each h, a plane on which these points Ph-1, Ph-2, Ph-3, Ph-4, etc. are in common (= projection surface L1h) Find the parameters that define the equation that represents In general, the plane in 3D space is
Since it is expressed by the above-mentioned equation (2), AX + BY + CZ + D = 0, as a parameter, A that defines the equation Ah X + Bh Y + Ch Z + Dh = 0 expressing the projection plane L1h is defined.
It suffices to calculate h, Bh, Ch and Dh. The data set obtained for each value of h (0, 1, 2, ... N) is stored in a predetermined register area in the image processing apparatus 1. With the above, calibration is achieved.
【0037】なお、各投光平面L1hを定めるには、平面
L1h上にあり且つ1直線上に存在しない最低3個の点の
位置が判れば良いから、hの1つの値に対応して指定さ
れる点Ph-1 ,Ph-2 ・・・は最低3個あれば足りる。
従って、キャリブレーション用物体4の配置位置(Γ,
Γ’)は最低必要回数は1回である。例えば、キャリブ
レーション用物体4の配置位置を3種類(Γ,Γ’,
Γ”)とし、各配置位置で1点づつ計3点の指定点を選
んで位置データを獲得し、それに基づいて各hに対応し
たAh ,Bh ,Ch ,Dh を計算することも可能であ
る。In order to determine each projection plane L1h, it is sufficient to know the positions of at least three points which are on the plane L1h and do not exist on one straight line. Therefore, the position is designated corresponding to one value of h. It is sufficient that at least three points Ph-1, Ph-2, ...
Therefore, the placement position of the calibration object 4 (Γ,
Γ ') is at least once required. For example, there are three types of placement positions of the calibration object 4 (Γ, Γ ′,
Γ ”), it is also possible to select a total of 3 designated points, one for each placement position, to obtain position data, and to calculate Ah, Bh, Ch, Dh corresponding to each h based on that. .
【0038】しかし、一般には測定のバラツキによる誤
差を回避する為に、1つのキャリブレーション用物体4
の配置位置に対して2個以上(例えば5個)の点の位置
を計算し、数個以上(例えば10個)の位置データか
ら、最小2乗法等によってパラメータAh ,Bh ,Ch
,Dh を計算することが望ましい。However, in general, one calibration object 4 is used in order to avoid an error due to a variation in measurement.
The positions of two or more (for example, five) points with respect to the arrangement positions of A, Bh, and Ch are calculated from the position data of several or more (for example, ten) by the least square method or the like.
, Dh should be calculated.
【0039】また、指令値Vの刻み方、指令値Vの変更
とキャリブレーション用物体4の配置位置の変更は順序
等について適当な変更を加えても差し支えない。即ち、
投光平面上の3点以上の位置の計算とパラメータAh ,
Bh ,Ch ,Dh の計算はいつ行なっても構わない。Further, the method of dividing the command value V, the change of the command value V, and the change of the arrangement position of the calibration object 4 may be carried out by appropriately changing the order or the like. That is,
Calculation of three or more positions on the projection plane and parameters Ah,
Bh, Ch, and Dh may be calculated at any time.
【0040】更に、パラメータAh ,Bh ,Ch ,Dh
を計測実行時の処理時間短縮を考慮し、適当な形に加工
しておいても良い。例えば、デジタル値で指令値を与え
るシステムを採用した場合に、指令値Vのデジタル刻み
に対応したパラメータ値を補間計算によって先に計算し
てテーブルデータ形式で記憶することが考えられる。Further, the parameters Ah, Bh, Ch, Dh
May be processed into an appropriate shape in consideration of shortening the processing time when performing measurement. For example, when a system that gives a command value by a digital value is adopted, it is conceivable that the parameter value corresponding to the digital step of the command value V is first calculated by interpolation calculation and stored in a table data format.
【0041】[0041]
【発明の効果】本願発明により、スリット光投光型の3
次元視覚センサにおけるスリット光投光方向に関するキ
ャリブレーションが、簡単な計算処理によって行うこと
が出来るようになった。According to the present invention, the slit light projecting type 3
The calibration of the slit light projection direction in the three-dimensional visual sensor can be performed by a simple calculation process.
【図1】スリット光投光型の3次元視覚センサの計測原
理を説明する概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a measurement principle of a slit light projection type three-dimensional visual sensor.
【図2】本願発明のスリット光キャリブレーション方法
の適用対象とされる3次元視覚センサのシステム構成の
概略を示したものである。FIG. 2 shows an outline of a system configuration of a three-dimensional visual sensor to which the slit light calibration method of the present invention is applied.
【図3】本願発明に従ってキャリブレーションを実行す
る為の配置を概念的に示したものである。FIG. 3 conceptually shows an arrangement for performing calibration according to the present invention.
【図4】図3に示した配置を用いてキャリブレーション
を実行するプロセスの一例をフローチャート形式で示し
たものである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of a process for executing calibration using the arrangement shown in FIG.
1 画像処理装置 2 センサ部コントローラ 4 キャリブレーション用物体 10 センサ部 11 CCDカメラ 12 投光器 13 偏向用ミラー 14 偏向用ミラーの回転軸 15 モータ 41 キャリブレーション用物体の平坦面 G11,G12,G13,G11’,Q 光帯 IP イメージプレーン L1 ,L11,L12,L13 投光平面 L2 カメラの視線 P 光帯上の点 P1-1 〜P2-2 位置を計算する指定点 W 被計測対象物 Γ,Γ’ キャリブレーション用物体の平坦面位置を表
わす平面DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image processing device 2 Sensor part controller 4 Calibration object 10 Sensor part 11 CCD camera 12 Projector 13 Deflection mirror 14 Deflection mirror rotation axis 15 Motor 41 Flat surface of calibration object G11, G12, G13, G11 ' , Q Light band IP image plane L1, L11, L12, L13 Projection plane L2 Camera line of sight P Point on light band P1-1 to P2-2 Specified point to calculate position W Target object Γ, Γ'Calibration Plane that represents the flat surface position of the object
Claims (2)
射して対象物上に光帯を形成する投光手段と、カメラ手
段と、該カメラ手段を介して獲得された映像信号を解析
する画像解析手段と、前記投光手段に前記スリット光の
投光方向を規定する指令値を与えることを通して前記投
光手段からの前記スリット光の投光方向を制御する手段
とを備えた3次元視覚センサにおけるスリット光キャリ
ブレーション方法であって、 前記指令値について複数の相異なる値を与えた条件の下
で各指令値に対応したスリット光の投光方向を表わす平
面パラメータの値を表わすデータを、計測実行時の前記
指令値に対応したスリット光投光方向を求める為の補間
計算用データとして求める段階を含むことを特徴とする
前記方法。1. A light projecting means for projecting slit light in a controlled direction to form a light band on an object, a camera means, and an image signal acquired through the camera means. Three-dimensional vision including image analysis means and means for controlling the projection direction of the slit light from the projection means by giving a command value that defines the projection direction of the slit light to the projection means. A method for calibrating slit light in a sensor, wherein data representing the value of a plane parameter representing the projection direction of slit light corresponding to each command value under the condition of giving a plurality of different values for the command value, The method, further comprising a step of obtaining as interpolation calculation data for obtaining a slit light projection direction corresponding to the command value at the time of executing measurement.
与えた条件の下で各指令値に対応したスリット光の投光
方向を表わす平面パラメータの値を表わすデータを、計
測実行時の前記指令値に対応したスリット光投光方向を
求める為の補間計算用データとして求める段階が、 スリット光を投光する平坦面を有する物体を既知の異な
る位置に配置した各条件の下で形成された光帯上の1つ
またはそれ以上の点についての位置を計算する段階と、
該位置を表わすデータに基づいて対応する投光平面を表
わす方程式を規定するパラメータを計算する段階を含む
ことを特徴とする請求項1に記載された3次元視覚セン
サのスリット光キャリブレーション方法。2. Under the condition that a plurality of different values are given for the command value, data representing the value of a plane parameter representing the projection direction of the slit light corresponding to each command value is used as the command at the time of execution of measurement. The step of obtaining as the interpolation calculation data for obtaining the slit light projection direction corresponding to the value is the light formed under each condition in which the object having the flat surface for projecting the slit light is arranged at the known different position. Calculating the position for one or more points on the band,
The method for calibrating slit light of a three-dimensional visual sensor according to claim 1, further comprising the step of calculating a parameter defining an equation representing a corresponding projection plane based on the data representing the position.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15964694A JPH085351A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Slit beam calibration method of three-dimensional visual sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15964694A JPH085351A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Slit beam calibration method of three-dimensional visual sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085351A true JPH085351A (en) | 1996-01-12 |
Family
ID=15698265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15964694A Pending JPH085351A (en) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | Slit beam calibration method of three-dimensional visual sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085351A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-06-20 JP JP15964694A patent/JPH085351A/en active Pending
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