JPS5984110A - 物体の位置測定方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、対象物体の位置を測定する方法と装置に関
する。

（ア）　従来の形状認識装置 産業用ロボットと視覚（画像処理）装置を組合わせだ自
動化機械が実用化しつつある。

これらの試みに於て、視覚の機能の内に求められている
ものは「形の認識、物体識別」が殆どである。対象物体
の位置の測定Ｉｉ求め゛られない。位置は通常、予め定
ったものとされることが多いからである。

例えば第１０図に示すように、物体の形状認識装置は、
テレビカメラＣであって、作業台Ｔに載置された対象物
体０全認識するものとする。

この場合、テレビカメラＣは、物体０のほぼ真上に据付
けて、カメラＣと作業台Ｔの垂直距離２、物体の高さｈ
を予め与えておく。

すると、作業台上の平面座標（Ｘ、Ｙ）に関し、物体０
の位ＭｋテレビカメラＣによって検出することができる
。

これは、カメラと物体の距離（ｚ−ｈ）が既知であるか
ら、物体０の位置を知ることができるわけである。物体
の重心、中心の位置だけでなく、形状の認識もできる。

しかし、このような視覚装置は、カメラを、上方の空間
に固定しているから、視鵞が狭い。

広い範囲にわたって対象物体０を捜し、位＠を測定する
ことはできない。

テレビカメラＣを平行移動すれば測定領域は拡大する。

このためには、Ｘ軸、Ｙ軸方向にカメラ全運動させるだ
めのレールやサーボモータなど駆動装置が必要である。

重いカメラを平行移動するのであるから、レールや、モ
ータ、減速機、制御回路などは大型のものになる。視覚
装置が大がかりで、高価なものになる。視覚装置を作業
台上方の空間に据付ける工事も容易ではない。

しかし、この方法の最大の難点は、カメラと台との垂直
距離２、物体の高さｈが予め決定されていなければなら
なり、という事である。

垂直距離が未知な場合［は、全く役に立たない。

むしろ、距離自体を知りたい場合も多い。

（イ）　両眼立体視装置 対象物体までの距離を測定する方法として、既に知られ
ているものがある。

ひとつは、カメラの焦点のぼけを利用する方法である。

これは、簡単であるが、精度が悪い。

いまひとつは、レーザ光などを対象物に照射し、その反
射光から距離を求める方法である。しかし、これは、対
象や環境が限定されてしまう。−殺性に乏しい。

これらは、全て、光を受けるカメラはひとつであった。

単眼による方法である。

これに対し、二眼を用いた立体視装置も提案されている
。

カメラが２つあれば、測定精度は向上する。

電子技術総合研究所霊報第３７巻第１２号４９頁「物体
認識のだ蜘の両眼立体視」（安江利−１白井良明、昭和
４９年１２月発行）には、二眼による物体の距離測定装
置が開示されてｂる。

これは、２つの固定されたサイドミラーと、その中間の
切換えミラーと、ひとつのカメラとより成る。切換えミ
ラーによって、左側ミラーから、の光と、右側ミラーか
らの光をカメラへ択一的に導く。

そして、左、右のミラーからの光をカメラで撮像し、こ
れを画素に分割する。分割したものを全てコンピュータ
によって記憶する。カメラは一台であるが、左右のミラ
ーからの反射光を択一的に撮像するから、カメラが二台
あるのと実効的に同じである。

ふたつのミラーを結ぶ線分を基線と呼ぶ。上記の装置で
は、ミラーは必ず対称的な動きをするようになっている
。つまり、基線と、ミラー中心に立てた２木の法線は常
に二等辺三角形をなす。

従って、底角αを知り、基線長２ａの長さＶｃｐｎαを
乗じて、基線の中心から、物体を載せた作業台の中心ま
での距離を知ることができる。

物体は、作業台の上に存在するが、常に中心にあるとは
限らない。

左側ミラーからの画像の画素と、右側ミラーの画像から
の画素とは、物体のある点Ｐに対応するように関係づけ
られる。

たとえば、ひとつの画像は横２５６、縦２５６の格千秋
の画素に分割される。画素の数は２５６　Ｘ　２５６と
なる。

めっぽう、ある点の明暗の情報は、これを６４段階に分
ける。明暗度は０〜６３までの整数で定義する。各画素
について明暗度を測定し、これを各画素に対応するメモ
リーに記憶しておく。

この方法は、実効的に２つのカメラを使う。ミラーがカ
メラであるとみなすことができる。そこで、左右のミラ
ーの位置に左右のカメラが取付けられているものとして
説明する。

左右のカメラは作業台の中心。ＶＣ＠けられて固定され
る。カメラＡ、Ｂと作業台の中心０とは二等辺三角形を
なす。

ソ カメラＡの画像の中心Ａ、と、カメラ日の画像の中心Ｂ
ｏｉｉ、ともに作業台の中心０に対応する。カメラを結
ぶ基線ＡＢの中心Ｍと。との距ｉはａ−αであった。

作業台の中心０以外の点ＰＨ１ＡカメラのＡ９点に、８
カメラの日１点に対応するとする。ここでＡ９、Ｂ、）
は画素のひとつである。Ａｐ、Ｂｐは一般に一致しない
。画素点Ａ９、日、のＸ、Ｙ座標と、α、ａとから、カ
メラ基線中心ＭとＰ点との距離を求めることができる。

このような両眼立体視は、カメラ、従ってミラーを動か
すことなく、作業台上の全ての点の位置を計算によって
求めることができる、という長所がある。左カメ′うと
右カメラの２つの画像さン確定すれば、後の処理は、全
て計算によって求められる。

しかしながら、この装置は、例えば２５６Ｘ２５６の画
素について６４レベル（６ビツト）の情報を必要とする
。明暗の検出、メモリー格納など、大がかりな情報処理
袋装置を必ｉとする。

この中には多くの不必要な処理、情報が入っている。

例えば、対象点Ｐの、左右カメラの像の中での対応点Ａ
９、Ｂ、を知るには、明暗レベルについて、局所相関法
などで求めるにのためＡ、近傍、日、近傍の明暗情報を
つきあわせて両所の局所相関が合致すれば、Ａ９点Ｂ９
点であるということになる。りまり、Ａ１、日、より離
れた部分のデータは不要である。

このように、不必要な処理が多いので、装置も大きく、
処理時間も長くなり、簡易な装置というわけにはゆかな
い。

また、精度は、画素の大きさによって、制限される。画
素の寸法を小さくすると精度は上るが、コンピュータの
記憶容量を増大させなければならない。

最大の難点は、その他に、ある。左右のカメラは、作業
台の中心ｏを注視しているから、０点よシ遠く離れたと
ころに置かれた物体についての距離の計算結果は、より
大きい誤差を含む、という事である。これは、主に光学
的な理由による。左右のカメラは０点にピントが合って
いるが、カメラＡ、Ｂと０点を結ぶ直線は作業台に垂直
ではない。従って、作業台の他の点は、正しくひとつの
像を結ばない。従って、明暗レベルについても、隣接画
素の明暗の程度に影響される、という事になる。

（り）　本発明の位置測定方法の原理 本発明は、ミラーを動かし、対象点Ｐを注視する。つま
り、実効的に２つのカメラを使い、対象点Ｐｔ２つのカ
メラで追跡し、対象点Ｐ’に視野の中心に合致させる。

そして、カメラの方向によって、カメラと対象点Ｐの距
離を計算する。

（イ）で述べたものは、２つの画像の視野の片隅で対象
点Ｐを見ているが、本発明は、対象点Ｐを視野の中心に
くるようカメラを動かすものである。

実際には、カメラを動かすのではなく、左右のミラーを
動かす。しかし、ミラー？動かすのは、実効的にカメラ
を動か、しているのと同じことである。

本発明の基本原理を第１図によって説明する。

正弦定理の簡単な応用により、距離を求めるものである
。

平面上で考える。横にｙ軸、縦ＫＸ軸をとる。

原点０の左右に、ミラーを置くべき観測点Ｅ　ｒ、Ｅ　
１をとる。

両者の距離はしてある。

観測点Ｅ２、Ｅｌにはミラーを回転自在に設ける。

これは実効的にカメラを回転自在に置くのと同じことで
ある。つまり、Ｅ２、Ｅｌは眼であって、これは動ぐ眼
である、といえる。前節で述べた眼は動かない。

眼が動くので、ｐｉ＝１、ＰＥ、とｙ軸のなす角θ１、
θ、を直接知ることができる。ここでＰ（ｘ、ｙ）は測
定対象となる任意の点である。ＰＥＩ＝１１＋　とする
。

正弦定理よシ、 ｇ、５ｉｎ（θ１＋θ、　）　−Ｌ　ｓｉｎθ、（１）
である。Ｐ（ｘ、ｙ）の位置は、 ｘ＝／７　、ｓｉｎθ１（２） ｙ２−／！Ｉ煎θＨ＋　Ｌ／２　　　　　　（３１とな
る。眼の角度を変えることができ、視線ＰＥ、、ＰＥ、
とＹ軸（基線に沿う軸）とのなす角を直接知ることがで
きるという事が重要である。

第１図は二次元空間での基本原理図であるが、三次元空
間に拡張するのは容易である。

第２図は、三次元空間で、点Ｐ（ｘ、ｙ％Ｚ）の位置を
、左右の観測点Ｅ１、Ｅ、に置いた両眼によって求める
方式を示す説明用斜視図である。

水平方向にＸ軸、Ｙ１ｉＩｌ］をとり、鉛直下方に２軸
をとる。Ｙ軸上の、原点０かも等しい位置に左右観測点
Ｅ１、Ｅ、を設ける。２点の距離ｉＩ′ｉ：してある。

点Ｐ、　Ｅ、、Ｅｌを含む平面ｋｍとする。平面ｍが鉛
直線Ｚ軸となす角をθ２とする。

平面ｍに含まれ、原点Ｏを通り、Ｙ軸に垂直な直線をｏ
ｘ’とする。点Ｐ（ｘ、　ｙ、　ｚ　）カら、直線ｏｘ
’に下した垂線の足をＸ′とする。

斜めの座標系ＯＸ’Ｙ［関し、（２）、（３）式が成立
する。

（２）式でＸをＸ′に置換えればよい。

座標系ＯＸ’Ｙ　　と０ＸＹＺに関してｘ　＝　ｘ’ｓ
ｉｎ　ｌｌ　ｚ（４） ｚ　＝＝　ｚ’ｏＯ５θｚ（５） である。

ｆｉｌ　〜（５）式より、対象点Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）の各
座標の値は、 Ｌ　ｓｉｎθｒＳｆｎθ１　ｓｉｎθ２Ｌ　ｓｉｎ　（
θ１−θｒ） Ｌ　ｓｉｎθｒＩｉｔｎθ１ｏｏｓθ２によって計算す
ることができる。

面観測点Ｅ１、Ｅｒを結ぶＹ軸と点Ｐの距離Ｘ′はで与
えられる。

原点０から、Ｐまでの距離ＯｐＨ″ｊ：、で与えられる
。

第２図の例では、２つの観測点Ｅｌ、　Ｅｒ１ｄ水平軸
（Ｙ軸上にあって、鉛直下方に２軸をとっている。

しかし、観測点Ｅ１、Ｅｒが水平線上にある事は必ずし
も要求されない。直線ＥＩＥｒは水平に対し傾いていて
も良い。

そうではなくて、観測点Ｅ１、Ｅｒの中心を原点０とし
、Ｅｌ、Ｅｒを通る直線Ｙ軸とし、Ｘ、Ｚ軸はＹ軸に直
交するように決めればよい。そしてＰ、Ｅｌ、Ｅｒ　　
を含む平面ｍが２軸となす角θ２と、視線ＰＥＩ、ＰＥ
ｒがＹ軸となす角θ１、θｒｆ知って、点Ｐの位置を計
算できる、というのが重要な点である。

本発明の物体の位置測定方法は、距離したけ離れた左、
右の観測点Ｅ１、Ｅｒを通る直線をＹ軸、ＥＩＥｒの中
点を０として、直交座標ｘＹｚを収り、対象点Ｐと観測
点Ｅ１、Ｅｒヲ結ぶ直線がＹ軸と彦す角θ１、θｒと、
Ｐ、　Ｅｌ、Ｅｒを含む平面ｍが２軸となす角θ２とを
知って、点ＰのＸ、　Ｙ、　Ｚ座標を求めるものである
。

観測点Ｅ１、Ｅ　ｒ　ＶＣｔｒｉ　ｓ直接カメラを設け
て、Ｙ軸に沿う連結材（チルト軸）を動かしてθ２を調
整し、Ｅｌ　、Ｅｒに立てた支軸に関し、カメラを回転
させてθ１、θ「を調整することとしてもよい。

まだ、観測点にはミラーを回転可能に設け、ミラーで反
射した光をカメラに導くようにしてもよい。

これらの構造では、カメラを、Ｙ軸連結材（チルト軸）
とともに移動させなければならない。

そこで、特に本発明の装置では、観測点Ｅ１、Ｅ「にミ
ラーを置き、ミラーの反射光をイメージファイバでカメ
ラに伝達するようにした。

（１）　本発明の物体の位置測定装置 本発明の物体の位置測定装置を、第３図の実施例によっ
て説明する。

支柱１は縦の棒部材で、ミラーや駆動部を支持するもの
で、これは動かない。

支柱１の上方には、水平の横棒２が固着されている。横
棒２０両端には斜め方向に支持棒３．３が固着されてい
る。

横棒２と平行にチルト捧４が回動可能に設けられる。チ
ルト捧４は、両端が折曲った形状で、折曲部に於て、支
持棒３により回転自在に支持される。この例では、１方
がピン５により、他方がチルト駆動部６によって支持さ
れる。チルト駆動部６はサーボモーフ、減速器などの駆
動機構と、チルト棒４の角度を検出するチルト角検出機
構とを含む。

チルト欅４の、中心から等しい位置に左ミラー９、右ミ
ラー１０が、スイング軸１１によって、回転自在に設け
られる。

スイング捧１１は、チルト捧４に直角で、ピン５、チル
ト駆動部６及びチルト捧４の中心を含む平面内に含せれ
る。

左、右ミラー９．１０は、左スイング駆動部７、右スイ
ング駆動部８によって、スイング１ｌｔｌｌ’ｒ中心と
して回転させられる。このだめ、ミラー９．１０のスイ
ング軸１１にはプーリ１２、左右スイング駆動部γ、ｎ
の出力軸にはプーリ１４が固着され、ベルト１３が、両
プーリ１２．１４ヲ連結している。

チルト駆動部６、左スイング駆動部７、右スイング駆動
部８には、駆動部制御信号線１５．１６．１７が接続さ
れている。

制御信号は、これら駆動部に対し、順逆の回転信写を与
える。駆動部は例えばステップモータよりなり、パルス
を制御信けとして与える。この時、順逆方向の角度変位
は、パルスを計数することによって知ることができる。

そのような場合、チルト、左右スイング駆動部６．７．
８はモータ、減速器などを含むだけでよい。

しかし、チルト軸、スイング軸の正確な角度変位を知る
必要があるので、チルト駆動部６、左右スイング駆動部
７．８の中に、あるいは別体として、角度変位検出機構
を設けるようにする事もできる。

左、右ミラー９．１０の中心は、チルト棒４の回転軸、
つまりピン５とチルト駆動部６の出力端を納本直線上に
ある。

左、右ミラー９．１０の斜下方に、イメージファイバよ
りなる左撮像部１８、右撮像部１９が設けられる。イメ
ージファイバ端面に、左右ミラーの反射像が入射する。

イメージファイバ々の中心線の延長上に、ミラー９．１
０の中心が常に存在するようにしである。固定片２０．
２１は左、右撮像部１８．１９を横棒２に取付ける。

（オ）スイング角、チルト角と傾斜角６２児込み角θｒ
、θ１　との関係 既に述べたように、左右の観察点Ｅ１、Ｅｒから物体を
見た時の視線ＰＥ＋、ＰＥｒが、チｌレト軸（Ｙ軸）と
なす見込み角θｒ、θＩと、三角形ＰＥｌＥｒ　ｋ含む
面ｍが２軸となす傾斜角θｚｋ知れば、物体Ｐの位置が
決定される。

観察点に置くものがカメラである場合、カメラの回転変
位が直接、θ１１θｒ、θｚを）える。従って、カメラ
の回転変位により、直ちにＰ点の位置を計算できる。

しかし、観測点に置くものがミラーである場合、ミラー
のスイング角α、β、及びチルト角γは、直ちにθ１、
θｒ、θｚＫ等しくはない。

ミラーの中心に対して、左右の撮像部１８．１９の端面
の位置が関係してくるからである。

第４図は、チルト軸、スイング軸、ミラーと撮像部の関
係を示す斜視図である。

チルト軸ｆ％（軸、ミラーの中心を０．０点より鉛直下
方に２軸をとる。

Ｙ軸、Ｚ軸に直角な方向にＸ軸をとる。Ｘ、　Ｙ軸は水
平である。

ミラーがＸＹ面にある時、チルト角γ、スイング角αは
・０であると定義する。

チルト軸が（従ってミラーが）傾込た角がチルト角γで
ある。Ｏｘに対し角γをなすＯｘ′座標をとる。

ミラーはｘ’ｙ平面上にある。

さらに、ミラーがｘ′ｏ軸に関してαだけ傾いたとする
。

ミラーに立てた法線ＯＭは、Ｏ２′軸から、Ｙ方向へα
だけ傾いた位置にある。

イメージファイバ（撮像部）の端部ｌは、Ｏ２乎面内に
あってＺ軸と伯φを成すとする。

チルト角が・０、スイング角が・００時、ＣＯ力方向光
線が０点で反射されて、イメージファイ／ぐ端部１に入
射するとすれば、ｃｏについての傾斜角θｐ（Ｃ）、見
込角θ＋（Ｃ）（又１ｄ−（ｌｒ　（Ｃ）　）は、（１
１） θ、　（Ｃ）　＝　φ （噌 θ１（Ｃ）＝７２ である。

ミラーがチルト角γだけＹ軸重わりに傾くと、チルト角
がγ、スイング角がＩＯになる。ＡＯ力方向光が、ミラ
ーの０点で反射されて、イメージファイバコに入射する
とする。

直線ＡＯについての傾斜角θ、（Ａ）見込角θ１（Ａ）
は、θｐ（”Ａ）　＝φ−２γ　　　　　　　　（１３
）θ、　（Ａ）　＝　Ｏｆ１４１ である。ここでスイング軸はＯｘ′である。Ｏｘ′のオ
わりにミラーがαだけ傾いたとする。チルト角がγ、ス
イング角がαである帥方向の光がミラーで反射されてイ
メージファイバ端１に入射するとする。

点０を中心として単位半径の球ｏを描く。球０と、光線
０１、ｏｃ、Ｏ８，ＯＡの交点ｋｌ、Ｃ，Ｂ、Ａとする
。

第５図はチルト軸方向からみだ光線である。０２′、Ｏ
Ｍは重なって見え、ｏｚと角γをなす。三点０、／、Ｒ
１含む平面Ｐは、ミラーの法線を必ず含む。ミラーは、
Ｏｘ′軸のまわりに回転するからである。平面Ｐと円０
の共有点群は大円をなす。これを大円Ｐと呼ぶ。ミラー
をスイング軸のまわりに回転した時、ミラー法線と、円
０との交点の軌跡は大円Ｐである。

ＡＯはスイング角が０のときの、入射光線である。

つまり、Ａ、Ｉは平面Ｐに関し面対称の位置にある。

入射光線８０と反射光線ｏ１とは、ミラーの法線ＯＭに
関して対称である。

従って入射光線ＢＯと円０の交点の軌跡は、点Ａ’を通
り、平面Ｐに平行な平面ｑの上になければならな一〇 小円ｑを平面ｑと円０の共有点群として定義する。ミラ
ーをスイング軸のまわりに回転する時、反射光線ｏ１を
生ずるべき入射光線をＢＯとするとき、直線ＢＯと円０
の交点日の軌跡は小円ｑである。

第６図は、スイング軸方向からみた光線の関係図である
。この図に於て、大円Ｐ、小円ｑ（ｌ−ｉｏを中心とす
る真円となって現われる。

第５図に於て、点Ａ％Ｂから、平面Ｐに下した垂線の足
をＨ，Ｇとする。

Ｈ，Ｇは、スイング軸からみた第６図に於て、Ａ、８点
に重なってみえる。

求めたいのは、入射光縁日０が２軸となす角であるので
はない。Ｙ［ｌｌ１１］と入射光線ＥＩＯを含む平面が
２軸となす傾斜角θｚｋ求めたいのである。

第５図は入射光縁日０に関しては、ｘｚ平面への正射影
を示している。従って、第５図に放て、／ＢＯ２が傾斜
角θ２に等しい。傾斜角θ２け、入射光線ＢＯと２軸の
なす挟角のＸＺ平面への射影であるからである。

点Ｂ、　ａ、ｏ　ノ正１を影（’ｘｚ平面への）Ｋつい
て、ΔＢＧＯを考える。ここでΔ日ＧＯは、三角形ＢＧ
Ｏｏ’ｘｚ平面への正射影であって、三角形日ＧＯその
ものではない。

△ＢＧＯに於て ＯＧｍ（θｚ　＋　１　）、　＝　Ｂ　Ｇ　　　　　　
　（１５）である。この式でＯＧは、線分ＯＧのｘｚ平
面への正射影であシ、線分ＯＧそのものの真の長さでは
な−。ＢＧはｘｚ平面に平行であるから、線分ＢＧの真
の長さで、かつ正射影の長さであるといえる。

一方へ０ＡＨＫ於て、 ＯＨｍ　（ｔｌｐ＋７”　）　＝　Ａ　Ｈ（１６）であ
る。ここでＯ，Ａ、　Ｈはｘｚ平面上にあるから、０）
−１，ＡＨは真の長さであり、かつ正射影の長さでおる
。θｐはＯＡとＺ軸のなす傾斜角で（１３）式のθｐ　
（Ａ）を意味する。

点Ａ、Ｂは平面ｑにあり、点Ｇ、Ｈは平面ｐ上にある。

ＢＧ、ＡＨは平面ｐに垂直である。従って四点Ｂ、　Ａ
、　Ｈ，Ｇは長方形をなす。ゆえに８Ｇ＝ＡＨ（＋７） である。

（１５）〜０乃より である。

０ＧＨ１線分ＯＧのｘｚ平面への正射影であるから、第
６図に於て点Ｇより、ｚ′Ｘ平面へ垂線を下し、その足
をＪとすると、この長さＯＪに等しい。

一方ＯＨは、第６図に於て、そのまま小円ｑのＺ’Ｙ平
面への投影像の半径として現われる。第６図はスイング
軸からみているので、ミラーはＹ軸に対しスイング角α
だけ傾いている。入射光線Ｂ。

のｚ′Ｙ平面への投影ＢＯｉｄ、ｏｚ′軸に対し２αだ
け傾く。

三点Ｇ、　Ｊｌｏのｚ′Ｙ平面への投影三角形△ＧＪＯ
に於て、 ＯＧ預２α＝ＯＪ　　　　　　　　　　Ｑ９）である。

（１８）式のＯＧは線分ＯＧのＸｚ平面への正射影であ
るから、第６図、従って（＋９）式のＯＪに等しい。

（］＋８式のｏＨは、第６図に於て、Ｈ，Ｇ　７’ｆｉ
小円’Ｑの」二にあることから、第６図に於て ０Ｈｃ９０Ｇ　　　　　　　　　　　　　（２０）であ
る。

つまり（１９）式のＯＧ、ＯＪは（１Ｂ）式のＯＨ，Ｏ
Ｇに対応する。

従って である。

こうして、スイング角α、チルト角γの入射光線ＢＯ及
びＹ軸を含む平面が２軸となす傾斜角θ２が求められた
。θｐに（１３）式全代入してｃｏｓ　　２α である。θ２は となる。φは、ｏｚと、イメージファイバ端０１のなす
角で定数である。例えば７４程度とすることができる。

次に見込角θｌ（又はθｒ）を求める。これは入射光線
ＢＯとＹ軸のなす角である。

第７図は見込角を求めるための説明用斜視図である。

ＯＹを横に、ｏｚを下方向にとっている。入射光８００
点日、ｏ−４角とし、Ｙｚ面に一面を有する長方形Ｆ３
ＪＶＷＧＳＯＵを考える。

日より、ＺＹ面、ｘｚ面、ＸＹ面に下した垂線の足がＧ
、Ｊ、Ｗである。Ｊ、　Ｗ、　Ｖよりｙｚ面に垂線を下
すと、Ｓ、　Ｕ、　Ｏに一致するものとする。線分ｏｕ
、ｏｖ、ｏＳｕＹ軸、Ｘ軸、Ｚ軸ニアル。

／ＢＬＪＧ−θ２である。見込み角θＩＨ／ＵＯＢであ
る。

／ＧＯ５は２αである。

ＵＧ　＝　　ＵＯ嬶２α　　　　　　　　　　　　　（
２４）△ＳＯＵにつき、 ＢＵ　＝　（ＪＱｔａｎθ１（２０ △ＢＧｔＪにつき、 ＢＵ　＝　ＵＧ　Ｓｅｅ　Ｏｚ　　　　　　　　　　　
（２６）が成立する。（２４）〜（２６）より 論θ１　＝　ｃｏｔ　２α気θｚ　　　　　　　（２７
）以上のように、ミラーのスイング角α、β、チルト角
γから、見込み角θ１、θ「、傾斜角θ２は、ｏｚ　−
ｔａｎ　’　（論（φ−γ）／ω１＋２（Ｅ）−γ（ハ
）θＨ−ｔａｎ　Ｉ　（ｃｏｔ　２（Ｚ　ｓｅｃθｚ　
）　　　　　　（２９）θｒ−ｔａｎ　’　（ｃａｔ２
β気θｚ　）　　　　　　（３０）によって計算される
。

対象物Ｐ（ｘ、ｙ、χ）のＸ、Ｙ、Ｚ（７）値は（６）
〜（８）式によって計算される。

（力）　本発明の制御装置 第３図に示したミラー駆動部＠を制御する制御装置につ
いて説明する。

第８図は制御装置の系統図である。

第３図のチルト駆動部６、左スイング駆動部７、右スイ
ング駆動部８に対して制御信号を与えるのは、チルト駆
動回路２２、左スイング駆動回路２３、右スイング駆動
回路２４である。

駆動部の原動機がステップモータであれば、これら駆動
回路２２〜２４は、チルト角γ、左スイング角α、右ス
イング角βの指令値に至るまでパルスを発生し、駆動部
に与える。

γ、α、βの指令値は、位置演算回路４０によって、駆
動回路２２〜２４に指示される。

よりなる左撮像部１８、右撮像部１９は、左撮像回路２
５、右撮像回路２６に接続されている。これは、ミラー
の反射像を二次元的に再現するものである。

左右の撮像回路２５．２６の出力はさらに、左、右画像
処理回路３０．３１によって処理される。

これは、対象となる物体の中心Ｐ０　と、画像の中心Ａ
、の差を計測する機能がある。画像処理回路３０．３１
は、位置偏差（ｐｏ−ＡＯ）のｘ、ｙ成分、△Ｘ、△ｙ
を出力する。

位置演算回路４０は、△Ｘ、△ｙｉ小さくする方向へ、
指令値γ、α、βを出力し、チルト、スイング駆動回路
２２〜２４へ与える。するとチルト、スイング駆動部６
〜８がミラーを回転させる。位置偏差△Ｘ、△ｙは前回
よ・り少なくなる。さらに、指令値を与える。以下繰返
す。

こうして次第に位置偏差が減少し、△Ｘ、△ｙが０にな
る。画像中心と物体中心とが対応したわけである。これ
は、左右の撮像回路についてなされる。

この時のミラーのチルト角γ、左、右スイング角α、β
を位置演算回路４０が知り、これにより、（６）〜（８
）、瞥〜（３０）式を使って、対象点ＰのＸ、　ｙ、　
ｚ座標の値を演算する。

画像処理回路３０．３１は、物体中心Ｐ０と画像の中心
Ａｏの偏差を検出するが、これは第９図に示すようにす
る。左右の画像処理に於て、物体中心Ｐｏとして同じも
のを見るのでなければならない。

第２図に於て左右の視線ＰＥ＋、ＰＥｒけ２点に於て合
致しなければならないからである。

このため、物体中心として、重心又は中心を採用する。

ここで重心というのは像に、等しめ荷重密度を分布させ
た時の重心である。画像の中心とシヘりのは物体のｘ、
　ｙ方向への拡りを求め、その中心のことである。

しかし、より一般に、その他の物体の＠故点を物体中心
Ｐ。とじてもよい。

（キ）　本発明の効果 （１）２つの眼を用いて、物体を注視するよう、眼を動
かすので、２つの眼の位置Ｅ１、Ｅｒの垂直三等分面上
にない物体をも視野の中心に捕えることができる。眼の
自由度は、α、β、γと３つであるが、これで、両眼を
同一物体に向けるには必要十分である。

公知技術として説明したものは、眼の自由度がひとつ（
α−β、γ−０）という拘束条件がある）しかない。主
に計算によって、視野のかだすみにある物体の位置を計
算していた。計算データが厖大になる。その割には精度
が悪い。

本発明では、眼を動かして、物体を注視するから、記憶
回路は殆ど必要でない。簡単なサーボ制御系で足りる。

計算も簡単である。

測定精度は基線長ＥＩ　Ｅｒによるが、公知技術として
説明したもののように、画素に分けないので、画素のサ
イズによる精度の低下はない。

実験データを示す。

駆動部として、１回転４８パルスのパルスモータ、レ　
の減速ギヤを用いた。約１．、ｌｌ１１れた物０４ 体の位置精度は約１％であった。基線長しは列順とした
。

（２）本発明の方法を実施するには、眼として、カメラ
、又はミラーを観測点Ｅ１、Ｅｒに置けばよい。

本発明の装置として述べたものは、ミラーを用いたもの
である。

ミラーを使用した場合、ミラーはカメラに比し、著しく
軽量であるから、駆動部のモーフ、ギヤなど全て小型の
部品を用いることができる。

駆動に対する慣性力が小さいので、高速、高精度の測定
が可能となる。

（３）撮像部としてイメージファイバを用いると、可動
部は軽量になる。小型でありながら視野は広い。

（４）左右の像の対応点として、物体の重心又は中心を
採用するようにすれば、制御回路が簡単になる。従来の
像の対応点を求める方法は、２つの像を画素に分割し、
画素の間の濃淡の程度の相関関数を計算し、これが一致
することにより、対応点としていた。

つまり、全体の像の濃淡情報を必要とした。

本発明では重心、或は中心を採用するから、より簡単に
算出できる。

（り）　本発明の用途 本発明は三次元位置測定装置、ロボット用視覚装置など
に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を二次元空間に於て説明する
だめの原理図。 第２図は三次元空間妬於て本発明の詳細な説明するだめ
の原理図。 第３図は本発明の物体の位置測定装置の視覚機構部の斜
視図。 第４図はミラーと入射光、反射光、チルト軸（Ｙ軸）、
スイング軸（Ｘ’軸）の−位置関係を示す斜視図。 第５図はチルト軸ＣＹ軸）方向からみだ光線投影図。 第６図はスイング軸方向からみだ光線の投影図。 第７図はミラーのチルト角、スイング角ト、見込み角の
関係を求めるだめの説明用斜視図。 第８図はミラー駆動部を制御する制御装置の系統図。 第９図は画像中心ＡＯと物体中心ｐｏの偏差へＸ、△ｙ
を示すだめの、撮像部に於ける画像例を示す図。 第１０図は従来の物体形状認識装置の略斜視図。 １・・・・・・・・・・・・・・・・・・支　　　　柱
２・・・・・・・・・・・・・・・横　　　棒３・・・
・・・・・・・・・・・・・・・支　持　棒４・・・・
・・・・・・・・・・・・・・チ　ル　ト　棒５・・・
・・・・・・・・・・・・・・ピ　　　　ン６・・・・
・・・・−・・・・・・・・・・チルト駆動部７　・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・左スイング駆動
部８　・・・・・・・・・・・・・・・・・・右スイン
グ駆動部９　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
　左　　　ミ　　　ラ　　−１０　・・・・・・・・・
・・・・・・−・・右　　　ミ　　　ラ　　−１１・・
・・・・・・・・・・・・・・フイアグ軸１２・・・・
・・・・・・・・・・・・・プ　−　リ１３・・・・・
・・・・・・・・・、７，１１４・・・・・・・・・・
・・・・プ　−　リ１５．１６．１７・・・・・・制御
信号線１８°°゛°゛°°゛゛°゛゛°°°左撮像部（
イメージファイバ）１９　°°°゛゛°゛°°゛°゛°
°°゛右撮像部（イメージファイバ）２０．２１・・・
・・・・・・・・・・・・固　定　片２２・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・チルト駆動回路２３・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・左スイング駆動
部路２４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
右スイング駆動回路２５・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・左撮像回路２６・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・右撮像回路３０・・・・・・・・・
−・・・・・・・・・・・左画像処理回路３１・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・右画像処理回路４０
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・位置演算回
路Ｅｌ、Ｅｒ・・・・・・・・・・・・・・左右の観測
点Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・観測点間隔（
基線長）Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・・・・対象
物体θ１、θｒ・・・・・・・・・・・・・・左右の見
込み角θ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・傾　斜　角α、β　・・・・・・・・・・・・・・左
右のスイング角γ　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・チ　ル　ト　角Ｙ軸・・・・・・・・・・・・・
・・・・・チルト軸方向の水平軸Ｘ軸・・・・・・・・
・・・・・・・・チルト軸と直角な水平軸Ｘ′軸・・・
・・・・・・・・・・・・・・・Ｘ軸とチルト角ｉをな
すスイング軸２軸・・・・・・・・・・・・・・・・・
・鉛直下方へ向く軸平面ｍ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・物体、観測点を含む平面０・・・・・・
・・・・・・・・・・・ミラーの中心、ＸＹＺ座標の原
点 円０・・・・・・・・・・・・・・・・・・中心Ｏで半
径が１の基準円大円Ｐ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・ミラー中心に立てた法線ＯＭを含む大円 小円ｑ・・・・・・・・・・・・・・・・・・スイング
角ａを変え走時入射光線８０が円０と交わる魚群 よりなる小円 θｐ・・・・・・・・・・・・・・・・−）　＃　）　
角がγ、スインク°角力；０の場合の傾斜角 φ・・・・・・・・・・・・・・・・・・イメージファ
イ／＜端方（Ｏ２軸となす角 発　　明　　者　　　　　　　　　和　　１）　　豊第
４図 第７図 第５図 第６図 第８図 左撮像部１８　　右撮像部１９ 物体位置 ｘ、ｙ、ｚ 第９図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）距ｒ＠Ｌだけ離れた左、右の観測定Ｅｌ、Ｅｒに
   視覚装置を設け、対象となる物体Ｐに視覚装置を向けて
   、視線ＰＥ＋、ＰＥｒが基線となす見込角θ１、θ「を
   求め、かつＰ％Ｅ１、Ｅｒを含む面ｍが基線と直角な軸
   となす傾斜角θ２を知って、物体Ｐの位置を測定するよ
   うにした事を特徴とする物体の位置測定方法。
2. （２）回転可能に設けられたチルト捧４と、チルト捧４
   を回転変位させるチルト駆動部６と、チルト捧４に於て
   距離りだけ離れた観測点Ｅ１、Ｅｒにスイング軸１１に
   よって回転可能に設けられた左ミラー９、及び右ミラー
   １０と、左ミラー９、及び右ミラー１０とを回転変位さ
   せる左スイング駆動部７と、右スイング駆動部８と、左
   、右ミラー９．１０の反射像を撮像する左右撮像部１８
   ．１９と、対象物体の中心Ｐｏと画像の中心Ａ、の偏差
   ΔＸ、Δｙを計算する左画像処理回路３０及び右画像処
   理回路３１と、偏差ΔＸ、Δｙに対応して左スイング角
   α、右スイング角β、チルト角γに関する指令値を発す
   る位置演算回路４０と、位置演算回路４００発する指令
   値せでチルト駆動部６、左、右スイング駆動部７．８′
   ｆ：駆動することとしたチルト駆動回路２２、左、右ス
   イング駆動回路２３．２４とより構成されることを特徴
   、とする物体の位置測定装置。
3. （３）左右撮像部伝送路がイメージファイバである特許
   請求の範囲第（２）項記載の物体の位置測定装置。
4. （４）左、右画像処理回路３０．３１は、物体の中心Ｐ
   ｏとして重心又は中心を採用することとした特許請求の
   範囲第（２）項記載の物体の位置測定装置。