JPS62134515A - 距離計測方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被測定体までの距離を計測する距離計測方
法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、被測定体までの距離を計測する場合、超音波を
利用し、超音波発振器からの超音波が被測定体により反
射されて戻ってくるまでの時間を測定し、前記時間およ
び超音波の速度にもとづいて被測定体までの距離を計測
する手法、テレビジョンカメラまたはＣＯＤイメージセ
ンサ等の撮像手段を２台用いた。いわゆる三角測量法に
より距離を計測する手法、あるいはレーザ等の光源から
の光をスポット状もしくは帯状にして被測定体に照射し
、その照射部を１台の撮像手段により撮像して得られる
画像にもとづき距離を計測する手法などが適用されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、超音波を利用した手法の場合、反射してきた
超音波が被測定体からのものかを識別する必要があり、
その識別処理に手間がかかり、しかも超音波発振器およ
びセンサが非常に高価であるという問題点がある。

また、撮像手段を用いる手法の場合、被測定体を画面上
において観察できるため、超音波の場合のような識別処
理は不要になる反面、一方では２台の撮像手段が必要に
なり、他方では光源が必要になり、やはり高価になると
いう問題点がある。

そこで、この発明は、簡単かつ安価な構成により、容易
に被測定体までの距離を計測できるようにすることを技
術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
一端部を中心に回転する回転アームの他端部に撮像手段
を取り付け、前記撮像手段の画面の中心に被測定体の画
像が位置する状態から、前記画面の横方向または縦方向
に前記画像が移動するように前記アームを回転させ、前
記アームの回転による前記画像の前記画面の中心からの
移動量を求め、前記アームの長さ、前記アームの回転角
および前記移動量にもとづき、演算手段により前記アー
ムの一端部から前記被測定体までの距離を算出すること
を特徴とする距離計測方法である。

〔作　用〕

しだがって、この発明では、回転アームの他端部に取り
付けられた撮像手段により被測定体が撮像され、撮像手
段の画面の中心に被測定体の画像が位置する状態から、
アームの回転により前記画面の横または縦方向に被測定
体の画像が移動したときの移動量が求められ、この移動
量にもとづいて演算手段によりアームの一端部から被測
定体までの距離が算出され、従来のように２台の撮像手
段や光源、さらには高価な超音波センサ等を用いること
なく、容易に被測定体までの距離の計カ１１が行なわれ
る。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。

まず、全体の構成を示す第１図において、（１）は基台
、（２）は基台（１）の中央に立設された支柱、（３）
は一端部が支柱（２）の上端に設けられたパルスモータ
の回転軸に軸着され水平面内において回転する回転アー
ム、（４）はアーム（３）の他端部に取り付けられ被測
定体（５）を撮像して撮像信号を出力する撮像手段トシ
てのテレビジョンカメラ、（６）はカメラ（４）からの
前記撮像信号による被測定体（５）の画像を表示するモ
ニタ用テレビジョン受像機である。

さらに、カメラ（４）からの被測定体（５）の画像を処
理する処理回路を示す第２図において、（７）は後述の
コンピュータからの駆動制御信号としてのパルス信号に
よりアーム（３）を所定角度回転させるパルスモータ、
（８）は切換片（８ａ）がカメラ（４）に接続され前記
コンピュータからの切換制御信号により切換片（８ａ）
が第１．第２接点（８ｂ）、（８０）に切り換わる切換
スイッチ、（９ａ）、（９ｂ）は入力端子がそれぞれ第
１．第２接点（８ｂ）、（８０）に接続され前記コンピ
ュータからの記憶制御信号によりスイッチ（８）を介し
たカメラ（４）からの映像信号にもとづく画像をたとえ
ば各画素の明るさの８ビツトの濃淡情報として記憶する
第１、第２画像メモリ、００はコンピュータであり、前
記各制御信号を出力して各部の制御を行ない、両メモリ
（９ａ）、（９ｂ）の記憶データにもとづき、アーム（
３）の一端部から被測定体（５）までの距離を算出する
演算装置としての機能を有している。

つぎに、前記実施例の動作について説明する。

いま、第３図に示すようにアーム（３）の回転中心をＯ
，アーム（３）の長さをｒとし、被測定体（５）を点Ｔ
と表わし、半径ｒの円Ｃ上にカメラ（４）があるものと
する。

そして、円Ｃと２点０．Ｔを結ぶ直線ＯＴとの交点Ｐｌ
に、カメラ（４）が位置するようにアーム（３）をセッ
トし、被測定体（５）の画像がカメラ（４）の画面でち
る受光面の中心に位置する状態に保持しておき、この状
態からアーム（３）をΔθだけ回転させてカメラ（４）
を円Ｃ上の点Ｐ２に移動させると、カメラ（４）の光軸
、すなわち点０　、　Ｐ２を結ぶ直線−に対し、被測定
体（５）は前記直線と点Ｐ２．Ｔを結ぶ直線丁■゛との
なす角αだけずれだ方向に相対的に移動することになる
。

このとき、アーム（３）の回転によるカメラ（４）の移
動距離ｌ、すなわち点ＰＩ、Ｐ２間の円弧の長さｅばΔ
θユ ｌ　＝　２　ｒ　ｓ＋ｎ　−Ｔ−７ｒΔθ　　　　　　
　　　　　−（ｊ）と近似することができ、一方直線百
と直線Ｐ２Ｔとのなす角β１２および直線Ｐ２Ｔと点Ｐ
Ｉ、Ｐ２を結ぶ直線ＰＩＦ２とのなす角β２はそれぞれ
、βｌ＝α−Δθ　　　　　　　　　　　　　　・・・
■β２＝トダーα　　　　　　　　　・・・■と表わす
ことができる。

さらに、点Ｐ＋、Ｔ間の距離をｍ２点Ｐ２　、　Ｔ間の
距離を（１とすると、 ｄ＝ｄｓｉ口βｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　■
ｍ＝ｄｓｉｎβ２　　　　　　　　　　　　　・・・■
と表わされる産め、前記■、■式より ｍ＝　”　　　　　　　　　　　・・・■Ｓｉｎβｌ　
　　　Ｓｌｎβ２ という関係が得られ、この０式を展開すると、ｍ−１韻
　　　　　　　　　　・・・■となり、ここで前記■、
■式におけるΔθ、αともに非常に小さく零に近いと見
なすと、ｓｉｎβｌ岬α−Δθ。

ｓｉｎβ２＝１と表わされるため、前記０式は、前記０
式を用いて 一一丹＝Ｐし　　　　　　　・・・■ と近似することができ、アーム（３）の長さｒと距離ｒ
ｎとの和である点０．Ｔ間の距離りは、前記０式％式％ したがって、前記０式において、アーム（３）の長さｒ
は既知であり、アーム（３）の回転角度Δθもパルスモ
ータ（７）へのパルス数かられかるだめ、角αをカメラ
（４）による撮像画像から求めれば、距離りを容易に算
出できることになり、つぎにカメラ（４）による撮像画
像から角αを求める手順について説明する。

いま、第４図に示すように、カメラ（４）の光軸Ｒに対
して被測定体（５）の撮像方向が微小角αだけずれてい
る場合、カメラ（４）の受光面Ｓ上における該受光面Ｓ
の中心点Ｍから被測定体（５）の画像の結像点Ｋまでの
位置ずれ量ｉは、カメラ（４）の集光レンズの位置を示
す点Ｑから点Ｍまでの距離をｂとすると、 １＝ｂｔａｎα−＠ｔ と表わすことができ、角αが非常に小さいため、前記０
式で表わされる位置ずれ量１ば ｉ　＝ｂｃＬ　　　　　　　　　　　　　　　・・・０
と近似することができ、被測定体（５）の画像を処理し
て位置ずれ量ｉを求めれば、距離すが既知であるため、
前記０式より角αを容易に算出できることになる。

そして、カメラ（４）が第３図の点Ｐ！の位置にあると
き、コンピュータｒｔｏからの切換制御信号により、ス
イッチ（８）の切換片（８ａ）を第１接点（８ｂ）側に
切り換えると同時に、コンピュータ頭からの記憶制御信
号により、被測定体（５）の画像がカメラ（４）の受光
面の中心に位置する状態における被測定体（５）の画像
を第１画像メモリ（９ａ）に記憶させるとともに、アー
ム（３）がΔθ回転してカメラ（４）が第３図の点Ｐ２
に移行したときに、前記と同様にしてコンピュータ００
からの切換制御信号によりスイッチ（８）の切換片（８
ａ）を第２接点（８Ｃ）側に切り換えると同時に、コン
ピュータ００からの記憶制御信号により、被測定体（５
）の画像がカメラ（４）の受光面の中心に位置する状態
から前記受光面の横方向に移動したのちの被測定体（５
）の画像を第１画像メモリＪ　（９ｂ）に記憶させる。

このとき、両メモリ（９ａ）、（９ｂ）に記憶される画
像データを、第５図に示すように、受光面ＳをＮＸＮ個
の画素に分割したときの各画素の濃淡情報とし、受光面
Ｓの横方向であるＸ方向および縦方向であるＹ方向にそ
れぞれＸ番目、ｙ番目の画素のデータをＬ（ｘ、ｙ）と
表わすとともに、第１画像メモリ（９ａ）の各画素デー
タをＬ＋　（ｘ、ｙ）　、第２画像メモリ（９ｂ）の各
画素データをＬｚ（ｘ、ｙ）と表わすと、両メモリ（９
Ｂ）、（９ｂ）の各画素データの差から位置ずれ量ｉが
算出される。

すなわち、次式で示される評価量Ａ　（ｘ）がコンピュ
ータαＯにより演算され、 カメラ（４）の光軸付近、つまり受光面の中央の点（Ｌ
Ｗ）付近の画像の類似の度合が前記０式で示される評価
量Ａ　（ｘ）を用いて調べられ、この評価量Ａ（Ｘ）が
最小になるときの受光面ＳのＸ方向の座標値Ｘがコンピ
ュータ００により導出され、次式１＝ｘ−Ｎ　　　　　
　　　　　　　　　・・・０に導出された座標値Ｘが代
入されてコンピュータＯＱにより位置ずれ量ｉが算出さ
れ、さらに算出された位置ずれ量ｉが前記０式に代入さ
れてコンピュータ０１により角αが算出されるとともに
、算出された角αが前記０式に代入されてコンピュータ
（１Ｇにより距離りの算出が行なわれ、被測定体（５）
までの距離りが計測される。

なお、前記実施例では、アーム（３）が水平面に平行な
面内で回転する場合について説明しだが、アーム（３）
を水平面に直角な面内で回転するようにし、カメラ（４
）の受光面の中心に被測定体（５）の画像が位置する状
態から前記受光面の縦方向に前記画像が移動するように
してもよい。

また、撮像手段としてテレビジョンカメラ（４）ヲ用い
たが、これに限るものでなく、ＣＯＤイメージセンサや
赤外線カメラなどを用いてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明の距離計測方法によると、従来
のように、２台の撮像手段やレーザ等の光源、さらには
高価な超音波セ２ンサを用いる必要が；’Ｔｈ＜、１台
のテレビジョンカメラ（４）等の撮像手段で済むだめ、
簡単かつ安価な構成により、容易に被測定体（５）マで
の距離を計測することができ、ロボットなどにおける距
離計測方法として非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の距離計測方法の１実施例を示し、第
１図は装置の外観の斜視図、第２図は画像処理回路のブ
ロック図、第３図および第４図はそれぞれ動作説明図、
第５図は第２図の画像メモリの記憶画像データの説明図
である。 （３）・・・回転アーム、（４）・・・テレビジョンカ
メラ、（５）・・・被測定体、αＯ・・・コンピュータ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端部を中心に回転する回転アームの他端部に撮
   像手段を取り付け、前記撮像手段の画面の中心に被測定
   体の画像が位置する状態から、前記画面の横方向または
   縦方向に前記画像が移動するように前記アームを回転さ
   せ、前記アームの回転による前記画像の前記画面の中心
   からの移動量を求め、前記アームの長さ、前記アームの
   回転角および前記移動量にもとづき、演算手段により前
   記アームの一端部から前記被測定体までの距離を算出す
   ることを特徴とする距離計測方法。