JPS6050407A - 物体認識装置 - Google Patents

物体認識装置

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JPS6050407A
JPS6050407A JP58159767A JP15976783A JPS6050407A JP S6050407 A JPS6050407 A JP S6050407A JP 58159767 A JP58159767 A JP 58159767A JP 15976783 A JP15976783 A JP 15976783A JP S6050407 A JPS6050407 A JP S6050407A
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JP
Japan
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image
ultrasonic
processing device
processing
ultrasonic sensor
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Pending
Application number
JP58159767A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Takenaga
寛 武長
Nobuyoshi Tsuboi
坪井 信義
Hiroshi Okubo
大窪 弘
Masahito Suzuki
優人 鈴木
Morio Kanezaki
金崎 守男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は物体認識装置の改良に関する。
〔発明の背景〕
ロボットが組立作業を行う場合や、移動ロボットが移動
経路を決定する場合には、物体及びその3次元的な位置
、姿勢を認識する必要があり、それには物体までの距離
、方向をめる必要がちる。
そのため、従来は第1図あるいは第2図による方法が用
いられてきたつ第1図で11.12は所定距離り離して
設置した工業用テレビカメラ(以下ITVと呼ぶことに
する)、13はITVII。
12で撮像した画像を処理するための画像処理装置、1
4は物体であるっまた、第2図で21はITV、22は
ITV21より距離り離して設置したスリット23を設
けた遮光板で軸0を中心に回転できる、24は物体、2
5はITV21で撮像した画像を処理する画像処理−装
置である。第1図、第2図とも三角測量の原理に基づい
て処理を行うが、第1図の方法で物体14上の点Pの座
標をめるにはITVI1と12の画像を画像処理袋ft
13で処理して両者を対応側ける必要がある。
しかし、この処理は複雑でちるため処理時間が長く、ま
た、信頼性にもやや欠ける。そのため、高速性が要求さ
れるロボットの視覚装置としては不適当である。更に、
照明の条件によっては対応付けが非常に困難になる場合
も発生する。
次に、第2図の方法は遮光板22に設けたスリット23
を通した線状のスリット光を物体24にあてて、物体2
4上での線の曲り具合いをITV21でとらえ、画像処
理装置25で処理して各点の距離を三角測量によりめ、
物体を認識するものである。しかし、この方法の欠点は
明るい場所ではスリット光による明暗差がはっきり出な
いこと、物体が太きいとスリット光の曲りが発生せず、
物体か背景かの区別ができないことである。
捷た、第1図では高価なITVを2台必要とし、第2図
ではスリット光を投光する光源を作る必要があるため、
コストが高くなシ、更に、第1図。
第2図の方法では距離の計算と画像処理は密接に関連し
ているため、各々単独に処理できないという欠点も有し
ている。
〔発明の目的〕
このため、本発明では経済的装置で、かつ、高速処理可
能な物体認識装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明の特徴とするところは、画像処理装置と距離測定
装置を設け、両者で独立に処理した後、結果を複合処理
して物体f:3次元で認識することにある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施列について第3図を用いて詳細に贈
、明する。
第3図で1はITV、2は距離測定用の超音波素子、3
i、1:TT■1と超音波素子2を回転させるだめのザ
ーボモータとその制御装置、4はI T Vlで撮像し
た画像を処理する画像処理装置、5は超音波素子2から
の超音波発射のタイミング制御や受波した超音波信号か
ら距離をめる超音波処理装置、6は画像処理装置4と超
音波処理装置5で処理した結果を合成して3次元認識を
行う複合処理装置である。ここでは距離測定に超音波を
用いたが、レーザ光、赤外線等の光を用いてもよい。
次に本実施例による動作を第4図を例に以下詳細に説明
する。まず、(a)のように物体が置かれているとする
。これをITVIでフ最1象して得られた画像から画像
処理装置4で画像に含まれる明暗雑音を除くノイズ除去
処理、物体の分離に必要な境界線強調処理、等の画像処
理を行う。その顛果を第4図(b)に示す。これを実現
する画像処理装置4の構成例を第5図に示す。すなわち
、中央処理装置従51が外部インターフェース52よシ
画像処理要求を受けるとクロック発生部53に指令を与
える。クロック発生部53はITVIがらのビデオ信号
をA/Df遺するだめのクロック信号を発生してA/D
変換器54に与える。このとき、ビデオ信号に含まれて
いる水平同期信号、垂直同期信号は除くつA/D変換器
54にょシディジタル信号に変換された画像情報は画像
メモリ55に格納されるか、ちるいは画像プロセッサ5
6に与えられる。先に述べたノイズ除去、境界線強調等
の画像処理は画像グロ、セッサ56で行い、これらの処
理は第6図に示すように注目画素Xljに対してそのま
わりの8画素も含めて重み係数を掛け、その和をとる、
いわゆる積和演算により行える。すなわち、出力画素y
Ijは でめられる。この積和演算はリフトウェアで処理しても
良いし、ハードウニIで処理することもできる。
また、画I象グロセツサ5Gは′A/D変換器54から
の画諌を処理して画像メモリ55に格納することも、画
像メモリ55がらの画1隊を処理して再び画像メモリに
格納することもできる。この切換制御は中央処理装置5
1で行う。
次に、第4図(a)の物体の位置(距離、方向)をめる
方法を述べる。距離測定用の超音波センサは超音波の持
続時間の短いものを用いる。これは、例えばプラスチッ
クフィルムによるコンデンサ型のものが考えられる。
物体の位置測定の原理は第7図(a)に示すように超音
波センサ2を例えば■→■→■と回転させ、送信した超
音波の物体72による反射波を処理することにより行う
。すなわち、■、■、■の方向からの超音波の反射波を
観測すると第7図(b)のように物体72(この場合は
四角柱)の角A、B。
Cからの反射波がはっきり検出できるため、反射波が最
大となったときの超音波センサ2の方向から物体の方向
を、超音波を送信してから反射波が戻ってくるまでの時
間により距離をめる。これを実現するための超音波処理
装置5(第3図)の1構成例を第8図に示す。第8図で
演算処理部81が外部インク−7エース82から物体位
置測定要求を受けると、超音波センサ2から超音波の送
信起動とA、/D変換部83へ信号取込み要求を出す。
要求を受けたA/D変換部83はA/D変換器にクロッ
ク信号を与え、超音波センサ2が受信した反射波をディ
ジクル信号に変換してメモリ84に格納する。これを所
定時間行う。そのあと、演算処理部81はメモリ84の
内容を調べ、物体までの距離と反射波のピーク値をめる
。すなわち、第9図でピーク値はPI + P2 、P
3であり距離rの算出は反射波が所定のしきい値と交差
したとき、そこから逆戻りして零と交差するαまでの時
間taと音速Vとにより r=vt σ でめる。
以上の処理を終了した後、1t11制御線800を介し
てサーボモーフへ回転起動を与えて超廿諷センサ2を所
定角度回転させ、先に述べた反射波の記録。
距離の計算、ピーク値の検策を行う。これを所定角度範
囲くり返すと、超音波センサの指向特性によシビーク値
P+は第10図のように回転角度の関数になる。観測し
たピーク値の中でも最大となる時の角度を物体の方向と
する。更に、精度を上げるため第10図のように複数個
のピーク値よp、例えば最小2乗法によシ最大ピークと
なる角度θ0.8 を補間してめることも考えられる。
したがって、これらの処理によシ第4図(C)のように
物体装置が平面図としてめられる。この処理は前述した
画像の画1象メモリへの取込みが終了す荘ば、その後の
画像処理と独立に行えるため、全体の処理時間は速くな
る。
次に、第4図(b)、 (C)のように得られた画像情
報、位置情報を合成処理装置6で複合処理する。合成処
理装置6は第11図のように中央処理部111、画像処
理装置とのインターフェースを行う外部インターフェー
ス112、超音波処理装置とのインターフェースを行う
外部インターフェース113.3次元モデルを格納する
ためのメモリ114で構成する。
まず、複合処理の前処理として第4図の画1象情報(b
)、位置情報(C)間の対応付けを行う必要があるが、
これは、位置情報(C)より第12図に示すように物体
までの距離rA、 rB、 rc及び方向0人。
θ扉、θCがまるので物体の角の座標は次式でめられる
。ただし、y軸は紙面に垂直に裏側から、表側の方向を
正とする。
(xA 、ZA)=(rAcosoA、rAsinθ^
)(Xi 、zs 1=(r、cosθ”trllal
llθB)(Xc 、 Zc )・= (rc cO5
θc+ rC81[1θC)となろう超音波センサの回
転はX−Z平面と平行な面で行うのでyは一定値y。で
ある。
上式で得られた座標とITVの撮像素子上の座標との対
応は第13図を用いて比例計算で行える。
すなわち、第12図のAに対するrut It!素子上
の座標(ξえ、η^)はITVのレンズの焦点距離をF
として XA ξA二□ によ請求められる。
これにより第4図位置情報(C)で得られた各点と画像
t’tt報(b)との対応付けが行え、複合処理として
、例えば第14図に示すように、原点0から所だ距離1
0以上にある画像を消して、物体142だけ残して物体
認識を行うことも可能であるし、また、その逆の操作も
行える。
以上述べた手順をフロー化すると第15図のようになる
本実施例では超音波センサを回転させて位置(距離、方
向)をめるようVこしているが、他の実施例として、第
16図に示すように複数個の超音波センサ161〜16
nfc各々適箔な角度を持たせて配置しておき、走査装
置160で順番に超音波センサ161〜16nから超音
波を発振させる方法もある。この方法では画1ニヌの取
込みの過程から並列に位置測定の処理が行える。
更に他の実施列とじて、第17図のようにITv171
と超音波センサ172を所定角度0傾けて設置すめこと
も考えられる。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば画1象処理だけでは非常に困難で
処理時間のかかった複雑背景での物体認識が簡単な構成
でかつ短時間に行えるようにkった。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の2台のITVを用いた3次元認識装置、
第2図は従来のスリット光を用いた3次元認識装置、第
3図は本発明の一冥Jjζ例、第4図は本発明による3
次元認識の方法を説明1゛るためのモデル、第5図は画
1げ処理装置の構成例、第6図は両画プロセッサによる
画1象処理の説明図、第7図は超音波による物体位1f
tg識の原理と物体からの反射波形、第8図は超音波処
理装置の構成例、第9図はメモリに記録した超音波波形
、第10図は超音波の発射方向と反射波の強度との関係
、第11図は複合処理装置の構成例、第12図は物体の
3次元座標を計算する方法の説明図、第13図は超音波
センサで得た物体位置を画像上の位置に対応付ける方法
の説明図、第14図は複合処理装置による処理の1モデ
ル説明図、第15図は画像処理装置、超音波処理装置、
複合処理装置における3次元g識のだめの流れ図、第1
6図は本発明の内超音波センサ部分の他の実施例、第1
7図は本発明の他の実施例である。 11.12,21.1・・・口’V、13,25.4・
・・画像処理装置、14,24..72・・・物体、2
2・・・遮光板、23・・・スリット、2・・・超音波
センサ、3・・・ツーーボモータとコントローラ、5・
・・超音波処理装置、6・・・複合゛処理装置、51・
・・中央処理装置、52・・・外部インターフェース、
53・・・クロック発生部、54・・・A/D変換器、
55・・・画像メモリ、56・・・画像ノロセッサー、
81・・・演算処理部、82・・・外部インターフェー
ス、83・・・A/D&換部、84・・メモILIII
・・・中央処理部、112゜113・・・外部インター
フェース、114・・・メモリ、141、L42,14
3・・・物体、160・・・走査装R1161〜16n
・・・超音波センサ、171・・・鱈 [71 拭 2霞 箔 3(2) (C) 何 6 口 第70(α) 茗 8の 箭90 しきし・イJ6グ 第1O図 第1/図 第1?図 第13図 第1頁の続き 0発 明 者 金 崎 守 男 日立市幸町′3丁目;
所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、物体の座標を測定する第1の手段と、前記物体を撮
    像する第2の手段を備え、前記第1の手段によって測定
    した座標と前記第2の手段で撮像した画像上の点とを対
    応付けることによって前記第2の手段で撮像した画像を
    3次元で認識するように構成したことを特徴とする物体
    認識装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記物体の座標を
    測定する第1の手段は超音波センサであり、この超音波
    センサを回転装置に取付け、任意角度回転するように構
    成したことを特徴とする物体認識装置。 3、特許請求の範囲第1項において、前記物体の座標を
    測定する第1の手段を複数の超音波センサで構成したこ
    とを特徴とする物体認識装置。 4、特許請求の範囲第2項において、前記物体を撮像す
    る第2の手段を前記回転装置に取付けたことを特徴とす
    る物体認識装置。
JP58159767A 1983-08-30 1983-08-30 物体認識装置 Pending JPS6050407A (ja)

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JP58159767A JPS6050407A (ja) 1983-08-30 1983-08-30 物体認識装置

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JPS6050407A true JPS6050407A (ja) 1985-03-20

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ID=15700818

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0887005A1 (en) 1997-06-27 1998-12-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Knapsack type working machine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0887005A1 (en) 1997-06-27 1998-12-30 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Knapsack type working machine
US6053259A (en) * 1997-06-27 2000-04-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Knapsack type working machine

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