JPH09189513A - Method and apparatus for measuring center of gravity of marker - Google Patents
Method and apparatus for measuring center of gravity of markerInfo
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 ターゲットを用いて物品の3次元位置を認識
するターゲット重心計測方法において、検出が容易で重
心計測も容易なマーカ形状を有するターゲットとその検
出・計測方法を提供する。
【解決手段】 2次元画像70中に適当な大きさのウイ
ンドウ71をセットし、ウインドウ71内に現れる図形
を明度に従って2値化し、膨張圧縮処理および圧縮膨張
処理により整理して残った図形72、73、74を区分
してラベル付けし、ラベル付けした各図形の情報を演算
装置に取り込んで外接長方形75、76、77を求め、
求めた外接長方形の各辺の中点を結んだ菱形を作り、テ
ンプレートとして元の図形を重ねて、両者の合致度合い
に基づいて対象図形が菱形かどうかを判断してターゲッ
トと判定した図形72の重心を求め、視野の中心をその
重心位置に移動することにより、装置が対象物を捕捉し
て測定できるようにする。
(57) [Abstract] (Correction) [PROBLEMS] In a target center of gravity measuring method for recognizing a three-dimensional position of an article by using a target, a target having a marker shape that is easy to detect and the center of gravity is easy to detect and measure. Provide a way. SOLUTION: A window 71 having an appropriate size is set in a two-dimensional image 70, a figure appearing in the window 71 is binarized according to the lightness, and a figure 72 left after being arranged by expansion / compression processing and compression / expansion processing, 73 and 74 are classified and labeled, the information of each labeled graphic is taken into the arithmetic device, and circumscribed rectangles 75, 76 and 77 are obtained,
A rhombus is created by connecting the midpoints of the respective sides of the circumscribed rectangle obtained, and the original figure is overlaid as a template. Based on the degree of agreement between the two, it is determined whether the target figure is a rhombus or not. The center of gravity is determined and the center of the field of view is moved to the center of gravity position so that the device can capture and measure the object.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、物品に付与された
ターゲットマーカを画像処理技術を用いて検出しマーカ
の重心位置に基づいて物品の位置や寸法を測定したり、
自動追尾したりするマーカ重心計測方法に関し、特にタ
ーゲットマーカの形状の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention detects a target marker attached to an article by using image processing technology and measures the position or dimension of the article based on the position of the center of gravity of the marker.
The present invention relates to a marker centroid measuring method for automatic tracking, and particularly to improvement of a shape of a target marker.
【0002】[0002]
【従来の技術】大型構造物の施工をする場合は、工場で
製造した構造躯体や型枠などを建設現場で構築したり建
築現場で組み立てる前に、製造した工場内で仮に組み立
てて出来上がり精度を確認している。工場内で組み立て
て寸法許容範囲内にあることが確認された構造躯体等は
一且解体して現場に運搬し、再度組み立てられる。この
ような手順は手直しや再手配ができる工場側で良否を確
認する必要から省く訳にはいかないが、組立解体がコス
トや工期を圧迫するため、省略する方策が望まれてい
た。2. Description of the Related Art When constructing a large structure, before constructing a structural frame or formwork manufactured at a factory at a construction site or assembling at a construction site, temporarily assemble it in the factory where it is manufactured to ensure accuracy in completion. I'm confirming. Structural skeletons, etc., which have been assembled in the factory and confirmed to be within the allowable size range, are disassembled once, transported to the site, and reassembled. This procedure cannot be omitted because it is necessary to confirm the quality by the factory side where it can be reworked and re-arranged, but since assembly and disassembly puts pressure on the cost and construction period, a method to omit it was desired.
【0003】ところで、構造躯体等の所定部位の表面寸
法が正確に測定できれば、これら測定結果を用い計算機
の支援によりこれらを組み立てたときの形状が精度良く
求められ、設計通りの構造物になるか否かは十分正確に
把握することができる。本願出願人は既に、平成7年特
許願第39198号明細書で、例えば橋梁を構成する長
尺鈑桁や箱桁の所定の計測部位を自動的に測定して3次
元座標値を得る装置と方法について開示している。By the way, if the surface dimensions of a predetermined part such as a structural body can be accurately measured, the shapes of the assembled parts can be accurately obtained with the aid of a computer using these measurement results, and the structure can be designed as designed. Whether or not it can be grasped with sufficient accuracy. The applicant of the present application has already disclosed in Japanese Patent Application No. 39198, 1995, for example, an apparatus and method for automatically measuring a predetermined measurement portion of a long plate girder or a box girder constituting a bridge to obtain a three-dimensional coordinate value. Is disclosed.
【0004】この方法は、ズームレンズ付き画像取り込
み用CCDカメラと赤外線パルスディスプレイ式光波測
距計を用い、プログラムに従ってCCDカメラで鈑桁の
各部位に着脱可能に取り付けた標的あるいは計測ターゲ
ットを順次撮像して画像処理し、標的の中心に向くよう
にすることにより標的の方向を決め、光波測距計が標的
までの距離を正確に測定することにより、標的の3次元
位置を測定する。このデータから鈑桁の表面形状を正確
に測定することができる。こうして得られる被測定部材
の所定部位の3次元座標値から設計値との誤差を算出
し、組み立て後の形状を推計して設計上の許容範囲に収
まるか否かを判断することができる。従って従来とは異
なり実際に組み立てなくても結果が判断できるから、工
場内での組立解体の工程を省略して製造コストが低減し
工期が短縮できる。This method uses a CCD camera for image capturing with a zoom lens and an infrared pulse display type optical wave range finder, and sequentially images a target or a measurement target which is detachably attached to each part of the cross beam by the CCD camera according to a program. Image processing is performed to determine the direction of the target by directing it toward the center of the target, and the light wave range finder accurately measures the distance to the target to measure the three-dimensional position of the target. From this data, the surface shape of the girder can be accurately measured. An error from the design value can be calculated from the three-dimensional coordinate value of the predetermined portion of the measured member thus obtained, and the shape after assembly can be estimated to determine whether or not it falls within the design allowable range. Therefore, unlike the conventional method, the result can be determined without actually assembling, so that the process of assembling and disassembling in the factory can be omitted to reduce the manufacturing cost and shorten the construction period.
【0005】上記の測定を自動的に行うためには、順序
に従って正確に計測ターゲットを抽出しその中心位置に
自動的に照準できるようにする必要があり、計測ターゲ
ットとしてどのようなものを用いるかが問題である。平
成7年特許願第39198号明細書により開示された方
法では、計測ターゲットとして白色の表示板面にカラー
画像取り込み用の赤色のリング状の表示部と該リング状
表示部の内側に正方形状の再帰性反射板部を設けたもの
によって構成されていた。マーカを赤色にしてカラー画
像を用いて測定するのは、通常は工場内に現出しにくい
色彩を付すことにより計測ターゲットの誤検出を防止し
ようとしたものである。In order to automatically perform the above-mentioned measurement, it is necessary to accurately extract the measurement target in order and automatically aim at the center position of the measurement target. What kind of measurement target is used? Is a problem. In the method disclosed in Japanese Patent Application No. 39198 of 1995, a red ring-shaped display portion for capturing a color image on a white display plate surface as a measurement target, and a square-shaped display portion inside the ring-shaped display portion are used. It was composed of a retroreflective plate portion. The measurement using a color image with the marker in red is usually intended to prevent erroneous detection of the measurement target by adding a color that does not easily appear in the factory.
【0006】CCDカメラにより計測ターゲットを含む
被測定部材のカラー画像を取り込んで、計測ターゲット
までの距離に依存する画像処理範囲内で赤色のみを対象
とした画像処理を行い、その重心位置を求めることによ
り、光波測距計の光軸が計測ターゲットの中心に一致す
るように照準して正確な距離を測定する。A color image of a member to be measured including a measurement target is captured by a CCD camera, image processing is performed only for red within an image processing range depending on the distance to the measurement target, and the position of the center of gravity thereof is obtained. With this, an accurate distance is measured by aiming so that the optical axis of the light wave range finder coincides with the center of the measurement target.
【0007】被測定物の表面部位の3次元座標値を正確
に求める装置は、上記のように建造物の構成部材の事前
検査用組立解体を回避するためばかりでなく、工場内で
機械・装置による自動搬送、自動アクセス、自動加工等
を可能にするために、機械・装置がワークの対象となる
ものを自動的に認識してその対象に近づいたりその物を
掴んで加工したりすることができるようにする場合など
にも利用することができる。この場合にも、機械・装置
が対象とする物の形状は多様であり、これらを自動認識
するためには極めて高度な画像認識能力を備えなければ
ならないから、予め検出しやすく加工した計測ターゲッ
トを対象物に付設して、その計測ターゲットの特徴を頼
りに物品の位置や寸法、姿勢を認識する方法が用いられ
る。The apparatus for accurately obtaining the three-dimensional coordinate value of the surface portion of the object to be measured is not only for avoiding the disassembly and disassembly for the pre-inspection of the constituent members of the building as described above, but also for the machine / apparatus in the factory. In order to enable automatic transfer, automatic access, automatic processing, etc. by the machine, the machine / device can automatically recognize the target of the work and approach the target or grasp and process it. It can also be used when making it possible. In this case as well, the shapes of objects targeted by machines / devices are diverse, and in order to automatically recognize them, it is necessary to have an extremely high level of image recognition ability. There is used a method of attaching to an object and recognizing the position, size, and orientation of the article by relying on the characteristics of the measurement target.
【0008】一般に、計測ターゲットを用いて物品の3
次元位置を認識する方法において、画像処理で計測ター
ゲットを認識し物品の自動追尾を行うためには、第1に
計測ターゲットの検出、第2に計測ターゲットの重心計
測が必要とされる。従来、計測ターゲットとして単純な
円形マーカや正方形マーカを用い、CCDカメラ等で撮
影した画像を画像処理して対象のマーカを抽出し、抽出
したマーカの重心位置を算定する方法が良く用いられて
いた。このような画像処理でマーカを抽出する方法で
は、計測ターゲット以外のものが視野に入ると検出が困
難になるため、背景に余計なものが写らないようにした
り高度な画像処理技術を援用するなど、かなりの制約が
生じるので適用できる場合が制限されていた。In general, a measurement target is used to
In the method of recognizing a dimensional position, in order to recognize a measurement target by image processing and automatically track an article, firstly, detection of the measurement target and secondly, measurement of the center of gravity of the measurement target are required. Conventionally, a method has been often used in which a simple circular marker or a square marker is used as a measurement target, an image captured by a CCD camera or the like is subjected to image processing to extract a target marker, and the barycentric position of the extracted marker is calculated. . In the method of extracting a marker by such image processing, it becomes difficult to detect when something other than the measurement target enters the field of view, so that unnecessary objects are not captured in the background, and advanced image processing technology is used. However, since there are considerable restrictions, the applicable cases were limited.
【0009】視野内に計測ターゲット以外のものが入る
場合には、それらと区別しやすい形状のマーカを用いて
パターンマッチングの手法によりマーカの検出を行う方
法も用いられる。パターンマッチング手法を用いる場合
は、パターン計測点に付設するマーカの形状として、マ
ッチングを取るのが簡単で重心の計算が比較的容易な円
形が好ましい。When a target other than the measurement target is included in the visual field, a method of detecting the marker by a pattern matching method using a marker having a shape easily distinguishable from the target is also used. When the pattern matching method is used, the shape of the marker attached to the pattern measurement point is preferably a circle that is easy to match and relatively easy to calculate the center of gravity.
【0010】しかし、工場内ではボルト穴や丸棒、パイ
プの断面など円形のものが数多く存在する。このためマ
ーカの誤検出が多発することになる。誤検出を防ぐため
マーカの形状を複雑にすると、画像処理の負担が大きく
なる。また、マーカ形状が複雑であれば計測ターゲット
までの距離や見る角度が変わると形状認識に失敗して検
出自体が行えない場合が生じ易い。However, in the factory, there are many circular holes such as bolt holes, round bars, and pipe sections. Therefore, erroneous detection of the marker will occur frequently. If the shape of the marker is made complicated in order to prevent erroneous detection, the burden of image processing will increase. Further, if the marker shape is complicated, the shape recognition may fail and the detection itself may not be performed when the distance to the measurement target or the viewing angle changes.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、工場内の種々の形状にも紛れにく
く距離や向きにも左右されにくく、しかも検出が容易で
重心計測も容易なマーカ形状を有する計測ターゲットと
その検出・計測方法を提供することである。Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is unlikely to be confused with various shapes in a factory, is not affected by the distance and direction, and is easy to detect and to easily measure the center of gravity. It is an object to provide a measurement target having a marker shape and a detection / measurement method thereof.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のマーカ重心計測方法は、2本の対角線がそ
れぞれほぼ鉛直と水平になる平行四辺形、すなわち略菱
形、のマーカを表した計測ターゲットを物品に付設し、
これを含む画像を撮像し、画像処理技術により計測ター
ゲットに表されたマーカを抽出し、マーカ重心位置を求
めることにより物品の位置を計測することを特徴とす
る。なお、計測ターゲットを物品に付設する方法として
は、物品自体や物品に特設された部材に直接塗装する方
法、マグネットにより固定する方法、接着剤で貼付する
方法等各種のものが利用できる。In order to solve the above-mentioned problems, the marker centroid measuring method of the present invention represents a parallelogrammatic marker in which two diagonals are substantially vertical and horizontal, that is, a substantially rhombic marker. Attach a measurement target to the item,
The position of the article is measured by picking up an image including this, extracting the marker represented on the measurement target by an image processing technique, and obtaining the position of the center of gravity of the marker. As a method of attaching the measurement target to the article, various methods such as a method of directly coating the article itself or a member specially provided for the article, a method of fixing with a magnet, a method of attaching with an adhesive can be used.
【0013】また、本発明第2のマーカ重心計測方法
は、撮像装置で撮影した画像中にある図形についてほぼ
水平に置かれた外接長方形を算出し、その外接長方形の
各辺の中点を取りこれら中点を結んだ四角形と先の図形
のマッチング度を算出して最もマッチしているものをタ
ーゲットマーカとすることを特徴とする。Further, according to the second marker centroid measuring method of the present invention, a circumscribing rectangle which is placed substantially horizontally with respect to a figure in an image photographed by the image pickup device is calculated, and a midpoint of each side of the circumscribing rectangle is taken. It is characterized in that the degree of matching between the quadrangle connecting these midpoints and the preceding figure is calculated and the one with the best match is used as the target marker.
【0014】なお、本発明第2のマーカ重心計測方法
は、さらにターゲットマーカの画像に属する画素の水平
方向の最多頻度位置と垂直方向の最多頻度位置とからマ
ーカの重心位置を算出することを特徴とするものであっ
てもよい。The second marker centroid measuring method of the present invention is further characterized in that the centroid position of the marker is calculated from the horizontal most frequent position and the most vertical position of the pixels belonging to the image of the target marker. May be
【0015】さらに、本発明第3のマーカ重心計測方法
は、撮像装置で撮影した画像にウインドウを設定し、ウ
インドウ中の画像を明度に基づいて2値化して2値化画
像を得て、その2値化画像を膨張圧縮処理およびまたは
圧縮膨張処理により整形し図形を抽出してラベリング
し、ラベリングされた図形についてほぼ水平に置いた外
接長方形を算定し、その外接長方形の各辺の中点を頂点
とする四角形とラベリングされた図形とが最もマッチし
ているものをターゲットマーカと判定した上、ターゲッ
トマーカの画像に属する画素の水平方向の最多頻度位置
と垂直方向の最多頻度位置とからマーカの重心位置を算
出することを特徴とする。Further, in the marker centroid measuring method according to the third aspect of the present invention, a window is set in the image taken by the image pickup device, the image in the window is binarized based on the brightness, and a binarized image is obtained. The binarized image is shaped by the expansion / compression process and / or the compression / expansion process, the figure is extracted and labeled, and the circumscribed rectangle placed approximately horizontally on the labeled figure is calculated, and the midpoint of each side of the circumscribed rectangle is calculated. After determining that the quadrangle as the apex and the labeled figure best match the target marker, the marker is determined from the horizontal most frequent position and the most vertical position of the pixels belonging to the image of the target marker. It is characterized in that the position of the center of gravity is calculated.
【0016】なお、上記第2と第3のマーカ重心計測方
法は、物品に略菱形のマーカを表した計測ターゲットを
物品に付設しておき、これを含む画像を取得するように
することが好ましい。In the second and third marker centroid measuring methods, it is preferable that a measurement target representing a substantially diamond-shaped marker is attached to the article and an image including the measurement target is acquired. .
【0017】上記課題を解決するため、本発明のマーカ
重心計測装置は、撮像装置とモニタと画像入出力装置と
画像処理装置と演算装置とを備え、撮像装置がマーカを
含む画像を撮像してアナログ出力し、画像入出力装置が
撮像装置のアナログ出力を入力しデジタル化した2次元
画像信号として記憶し、その2次元画像信号を画像処理
装置および演算装置に送出し、かつ画像処理装置におい
て処理された画像信号を入力して記憶し、画像処理装置
が画像入出力装置から2次元画像信号を入力し画像処理
して画像中の図形を抽出しラベリングして記憶し、記憶
された画像信号を画像入出力装置と演算装置に出力し、
演算装置がラベリングされた画像信号を処理して画像中
の図形毎に1辺が水平な外接長方形を生成し、その外接
長方形の各辺の中点を結んだ4角形を算出して画像信号
が表すマーカとの一致度合いに基づいて対象ターゲット
の判定を行い、モニタが前記画像入出力装置が記憶する
映像信号を入力して画像表示することを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a marker centroid measuring device of the present invention comprises an image pickup device, a monitor, an image input / output device, an image processing device and an arithmetic device, and the image pickup device picks up an image including a marker. An analog output is performed, and the image input / output device inputs the analog output of the image pickup device and stores it as a digitized two-dimensional image signal. The two-dimensional image signal is sent to the image processing device and the arithmetic device and processed in the image processing device. The image processing apparatus inputs and stores the stored image signal, the image processing apparatus inputs the two-dimensional image signal from the image input / output apparatus, performs image processing, extracts a figure in the image, labels and stores the image signal, and stores the stored image signal. Output to the image input / output device and arithmetic unit,
The arithmetic device processes the labeled image signal to generate a circumscribing rectangle with one side horizontal for each figure in the image, and calculates a quadrangle connecting the midpoints of the sides of the circumscribing rectangle to calculate the image signal. The target target is determined based on the degree of coincidence with the represented marker, and the monitor inputs the video signal stored in the image input / output device to display the image.
【0018】また、演算装置がさらに、対象ターゲット
と判定されたマーカを表す画像信号の信号状態について
水平軸方向と垂直軸方向の頻度分布を算定し頻度が最も
大きい位置を基準としてマーカの重心を算出し、マーカ
重心位置が画像の中央に来るように移動するようにして
もよい。Further, the arithmetic unit further calculates a frequency distribution in the horizontal axis direction and the vertical axis direction for the signal state of the image signal representing the marker determined to be the target target, and determines the center of gravity of the marker with the position having the highest frequency as a reference. It may be calculated and moved so that the marker centroid position is located at the center of the image.
【0019】なお、マーカ重心計測装置において、菱形
のマーカを表した計測ターゲットを物品に付設してお
き、これを含む画像を取得するようにすることが好まし
い。マーカ重心計測装置は、さらに照明装置を光軸が撮
像装置の光軸に近接するように備え、かつ菱形マーカが
再帰反射機能を有するようにすることがより好ましい。
このように構成して、照明装置でマーカを照射しながら
撮像装置で計測ターゲットを含む画像を取得するように
することができる。In the marker center-of-gravity measuring apparatus, it is preferable that a measurement target representing a diamond-shaped marker is attached to an article and an image including the measurement target is acquired. It is more preferable that the marker center-of-gravity measuring device further includes an illuminating device such that the optical axis is close to the optical axis of the imaging device, and the diamond-shaped marker has a retroreflective function.
With this configuration, the image including the measurement target can be acquired by the imaging device while irradiating the marker with the illumination device.
【0020】従来マーカとしてよく用いられる形状は単
純な円形と正方形であるが、これらは工作物の外形、穴
形状、パイプ断面、あるいは棚、引き出し、工具箱な
ど、工場内で極く一般的に見られる形状であるため、計
測ターゲットとして用いると画像の背景に現れて誤検出
の原因となり易い。Conventionally, the shapes that are often used as markers are simple circles and squares, but these are very generally used in the factory such as the outer shape of workpieces, hole shapes, pipe cross sections, or shelves, drawers, tool boxes, etc. Since the shape is visible, when used as a measurement target, it is likely to appear in the background of the image and cause erroneous detection.
【0021】ところが、同じように単純な形状であるに
も拘わらず、菱形は一般的でない形状であるため、菱形
マーカを用いた計測ターゲットを使用すると背景に同様
の形状が出現しにくく計測ターゲットを誤検出する確率
が顕著に低下する。However, even though the shape is similarly simple, the rhombus is an uncommon shape. Therefore, if a measurement target using a rhombus marker is used, it is difficult for a similar shape to appear in the background, and the measurement target is The probability of false detection is significantly reduced.
【0022】また、菱形マーカを表した計測ターゲット
を用いれば、パターンマッチングが容易で、しかも菱形
の相似形状をテンプレートとして判定することにより、
計測ターゲットとの相対的な位置変化にも影響を受けず
に正確な判定が可能になる。Further, if a measurement target representing a rhombus marker is used, pattern matching is easy, and a similar shape of the rhombus is determined as a template.
Accurate determination is possible without being affected by the relative position change with the measurement target.
【0023】特に、画面中の図形についてそれぞれ水平
に置いた外接長方形をとり、この長方形の各辺の中点を
取って結ぶことにより、容易にテンプレートとなる菱形
を得ることができる。外接長方形の元になる図形とこの
テンプレート菱形とを比較してその合致度を算出するこ
とにより、容易に元の図形が菱形か否かが判定できる。
ここで図形が菱形であれば、工場現場に始めから存在し
ていた物でなく計測ターゲットとして物品に人為的に付
設した物である可能性が高いので、対象ターゲットと判
断して良い。In particular, by taking circumscribing rectangles placed horizontally for the figures on the screen and connecting the midpoints of the sides of the rectangle to connect them, it is possible to easily obtain a rhombus to be a template. By comparing the figure that is the source of the circumscribed rectangle with this template rhombus and calculating the degree of matching, it is possible to easily determine whether or not the original figure is the rhombus.
If the figure is a rhombus, it is highly possible that the figure is not a thing existing at the factory site from the beginning, but is an object artificially attached to the article as a measurement target.
【0024】また、適当な明度を閾値として画像を2値
化して得られる菱形マーカの図形について、その重心位
置を求めることは簡単である。すなわち、菱形マーカ部
分の値を水平方向に加えて垂直軸に投影した時に最大値
を有するところが菱形マーカの重心の垂直位置を表し、
垂直方向に加えて水平軸に投影したときの最大値の位置
が菱形マーカの重心の水平位置を表す。従って、菱形マ
ーカの重心位置は、上記最大値の垂直座標と最大値の水
平座標により容易に与えられることになる。Further, it is easy to find the position of the center of gravity of a diamond marker figure obtained by binarizing an image with appropriate brightness as a threshold value. That is, when the value of the diamond marker portion is added to the horizontal direction and projected on the vertical axis, the place having the maximum value represents the vertical position of the center of gravity of the diamond marker,
The position of the maximum value when projected on the horizontal axis in addition to the vertical direction represents the horizontal position of the center of gravity of the diamond marker. Therefore, the barycentric position of the diamond marker can be easily given by the vertical coordinate of the maximum value and the horizontal coordinate of the maximum value.
【0025】しかし、測定上の誤差が存在しうる場合
は、対象とする図形中の各画素についてそれらの水平座
標値を全て加算した上で画素数で割り平均値を求めて重
心位置の水平座標値とし、各画素の垂直座標値の平均値
を取って重心位置の垂直座標値にすることにより、誤差
の影響を緩和することができる。なお、上記の方法はマ
ーカが円形であっても正方形であっても適用することが
できるが、菱形であれば重心検出精度が著しく向上する
のである。However, if there is a measurement error, the horizontal coordinates of the barycentric position are calculated by adding the horizontal coordinate values of all the pixels in the target graphic and then dividing by the number of pixels to obtain an average value. By taking the average value of the vertical coordinate values of each pixel as the value and setting it as the vertical coordinate value of the position of the center of gravity, the influence of the error can be mitigated. The above method can be applied regardless of whether the marker is a circle or a square, but if it is a diamond, the accuracy of detecting the center of gravity is significantly improved.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】本発明のマーカ重心計測方法およ
び装置を、実施例を用いて詳細に説明する。図1は本発
明のマーカ重心計測方法におけるアルゴリズムを説明す
る図面である。画像は明度について適当な閾値を用いて
2値化した後、圧縮膨張処理等の適当な画像処理を施
し、まとまった図形毎にラベル付けする。ついで、各独
立図形毎に外接長方形を算定する。この長方形の辺は水
平線と垂直線で形成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The marker centroid measuring method and apparatus of the present invention will be described in detail with reference to Examples. FIG. 1 is a drawing explaining an algorithm in the marker centroid measuring method of the present invention. The image is binarized using an appropriate threshold value for brightness, and then subjected to appropriate image processing such as compression / expansion processing, and labeling is performed for each group of figures. Then, the circumscribed rectangle is calculated for each independent figure. The sides of this rectangle are formed by horizontal and vertical lines.
【0027】図1(a)において、1は2値化の後ラベ
ル付けされた菱形のマーカの画像である。2はマーカ1
の外接長方形である。外接長方形2の各辺の中点を取り
これらを結んで四辺形3を形成する。この四辺形3は菱
形でありテンプレートとして使用される。マーカ1の
内、テンプレート四辺形3の内部にある部分の各画素に
1を付し、外部にある部分の画素に0を付す。0を付し
た部分の面積すなわち画素数と1を付した部分の面積す
なわち画素数を比較する。例えば、菱形マーカ1が正確
な菱形を有し2本の対角線が正確に水平および垂直にな
るように置かれていれば、上記テンプレート四辺形2と
菱形マーカ1は完全に一致するので画像中には0の部分
が現れない。そこで菱形マーカ1を有する計測ターゲッ
トは目的のターゲットであることが分かる。In FIG. 1A, 1 is an image of a rhombic marker labeled after binarization. 2 is marker 1
Is a circumscribed rectangle. The midpoints of the sides of the circumscribed rectangle 2 are taken to connect them to form a quadrangle 3. This quadrilateral 3 is a diamond and is used as a template. In the marker 1, each pixel in a portion inside the template quadrangle 3 is attached with 1 and pixel in an outside portion is attached with 0. The area of the portion marked with 0, that is, the number of pixels, is compared with the area of the portion marked with 1, that is, the number of pixels. For example, if the diamond-shaped marker 1 has an exact diamond shape and two diagonals are placed so as to be exactly horizontal and vertical, the template quadrangle 2 and the diamond-shaped marker 1 completely match each other, so that they are included in the image. 0 does not appear. Therefore, it can be seen that the measurement target having the diamond-shaped marker 1 is the target.
【0028】なお、計測ターゲットもしくはカメラが正
しい姿勢から若干ずれている場合は0の領域が僅かに現
れるようになるが、1の部分の領域と比較すると小さ
い。従って、0の領域と1の領域の比が適当に決めた閾
値を越えない場合を計測ターゲットと判断することによ
り、より実際的な判定をすることができる。When the measurement target or the camera is slightly deviated from the correct posture, the area of 0 appears slightly, but it is smaller than the area of 1. Therefore, when the ratio of the region of 0 to the region of 1 does not exceed the appropriately determined threshold value, it is determined as the measurement target, and a more practical determination can be made.
【0029】さらに、種々の状況に対処できるようにす
るため、ラベル付け図形のうち上記外接長方形2の内部
でありテンプレート四辺形3の外部である外部領域には
み出た部分とテンプレート四辺形3の内部の領域であっ
てラベル付け図形が存在しない部分を加えた面積を外接
長方形2の面積で規格化した値を図形と菱形との合致度
の指標として用いることができる。このようにして算出
された指標ならば、計測対象までの距離が大きくて図形
の画像が小さくなっても向きがずれていても、相対的な
合致度が求められるので正しい判断を下すことが可能で
ある。Further, in order to be able to deal with various situations, a portion of the labeled figure that extends inside the circumscribed rectangle 2 and outside the template quadrilateral 3 and the inside of the template quadrilateral 3. A value obtained by normalizing the area including the area in which the labeled figure does not exist by the area of the circumscribed rectangle 2 can be used as an index of the degree of matching between the figure and the diamond. With the index calculated in this way, it is possible to make a correct decision because the relative degree of matching is required even if the figure image is small or the orientation is displaced due to a large distance to the measurement target. Is.
【0030】例えば、図1(b)のように、対象図形が
三角形4である場合にも外接長方形2が上記と同様に形
成されるが、対象図形のうち外接長方形2の各辺の中点
を結んで形成されるテンプレート四辺形3の外部領域に
ある部分が相対的に大きくなるので、対象図形は菱形で
なく従って計測ターゲットではないことが分かる。For example, as shown in FIG. 1B, the circumscribed rectangle 2 is formed in the same manner as above even when the target figure is the triangle 4, but the midpoint of each side of the circumscribed rectangle 2 of the target figure. It can be seen that the target figure is not a rhombus and is therefore not a measurement target because the portion of the template quadrilateral 3 formed by connecting the two is relatively large.
【0031】また、図1(c)のように、対象図形がち
ょっと歪んだ正方形5である場合にも、同様に、テンプ
レート四辺形3の外部領域にある部分が大きくなり、対
象図形が計測ターゲットではないことが分かる。Also, as shown in FIG. 1C, when the target figure is a slightly distorted square 5, the area in the external region of the template quadrilateral 3 becomes large and the target figure becomes the measurement target. It turns out that not.
【0032】またさらに、図1(d)のように、対象図
形が円形6である場合にも、テンプレート四辺形3の外
部領域にある部分が外接長方形2の面積に対して所定の
閾値を越えるので、対象図形が計測ターゲットではない
ことが分かる。上記、テンプレート四辺形3の外部領域
にある部分と内部領域にある部分の関係は計測ターゲッ
トとカメラの位置関係にあまり影響を受けない。Further, as shown in FIG. 1D, even when the target figure is a circle 6, a portion of the template quadrilateral 3 in the outer region exceeds a predetermined threshold with respect to the area of the circumscribed rectangle 2. Therefore, it can be seen that the target figure is not the measurement target. The relationship between the part in the outer area and the part in the inner area of the template quadrilateral 3 is not so much influenced by the positional relationship between the measurement target and the camera.
【0033】図2は、計測ターゲットとカメラの位置に
より計測ターゲットの画像が変化する様子を説明する図
面である。図2(a)は、計測ターゲットが近距離にあ
る場合の画像である。計測ターゲットの画像7はCCD
カメラにより拡大した菱形の図形として取得される。し
かし、計測ターゲット画像7の外接長方形2をとり、そ
の長方形2の各辺の中点を結んでテンプレート四辺形3
を形成すると、このテンプレート四辺形3は計測ターゲ
ット画像7と一致して上記の0の領域が殆ど無く、何の
困難もなく対象とする菱形マーカであることが分かる。FIG. 2 is a diagram for explaining how the image of the measurement target changes depending on the positions of the measurement target and the camera. FIG. 2A is an image when the measurement target is at a short distance. Image 7 of the measurement target is a CCD
It is acquired as a diamond-shaped figure enlarged by the camera. However, the circumscribed rectangle 2 of the measurement target image 7 is taken, and the midpoints of the sides of the rectangle 2 are connected to form the template quadrangle 3.
When this is formed, it can be seen that this template quadrangle 3 coincides with the measurement target image 7 and has almost no region of 0 described above, and is a target rhombic marker without any difficulty.
【0034】一方、図2(b)は、計測ターゲットが遠
方にある場合の画像である。計測ターゲットの画像8は
小さい菱形図形となる。これも、計測ターゲット画像8
の外接長方形2をとり、各辺の中点を結んでテンプレー
ト四辺形3を形成すると、このテンプレート四辺形3は
計測ターゲット画像8と一致するので対象とする菱形マ
ーカであることが分かる。このように、計測ターゲット
とカメラの距離によっては判定に差異が生じない。On the other hand, FIG. 2 (b) is an image when the measurement target is at a distance. The image 8 of the measurement target has a small diamond shape. This is also the measurement target image 8
When the circumscribed rectangle 2 is taken and the midpoints of the sides are connected to form a template quadrangle 3, the template quadrangle 3 coincides with the measurement target image 8, and it can be seen that it is a target rhomboid marker. Thus, there is no difference in the determination depending on the distance between the measurement target and the camera.
【0035】また、図2(c)は、計測ターゲットがカ
メラに対して横斜めに位置している場合の画像である。
計測ターゲットの画像9はCCDカメラにより縦長の菱
形図形として取得される。しかし、計測ターゲット画像
9の外接長方形2をとり、その長方形2の各辺の中点を
結んでテンプレート四辺形3を形成すると、このテンプ
レート四辺形3は計測ターゲット画像7と一致するの
で、何の困難もなく対象とする菱形マーカであることが
分かる。FIG. 2 (c) is an image when the measurement target is positioned diagonally with respect to the camera.
The image 9 of the measurement target is acquired by a CCD camera as a vertically elongated rhombic figure. However, when the circumscribed rectangle 2 of the measurement target image 9 is taken and the midpoints of the sides of the rectangle 2 are connected to form the template quadrangle 3, the template quadrangle 3 matches the measurement target image 7, so what It can be seen that the target is a diamond marker without difficulty.
【0036】一方、図2(d)は、計測ターゲットがカ
メラに対してたて斜めに位置している場合の画像であ
る。計測ターゲットの画像10は横長の菱形図形とな
る。これも、計測ターゲット画像10の外接長方形2を
とり、各辺の中点を結んでテンプレート四辺形3を形成
すると、このテンプレート四辺形3は計測ターゲット画
像10と一致するので対象とする菱形マーカであること
が分かる。このように、カメラが計測ターゲットの正面
に向いていなくても正しく判定することができる。On the other hand, FIG. 2 (d) is an image when the measurement target is positioned obliquely with respect to the camera. The image 10 of the measurement target is a horizontally long rhombus figure. Also, if the circumscribed rectangle 2 of the measurement target image 10 is taken and the midpoint of each side is connected to form a template quadrilateral 3, this template quadrilateral 3 matches the measurement target image 10 and is therefore a target rhombus marker. I know there is. In this way, the correct determination can be made even if the camera does not face the front of the measurement target.
【0037】図3は本発明のマーカ重心計測方法におけ
るマーカの重心位置を計測する方法の利点を説明する図
面である。図3(a)は2値化して画素が1の値を有す
る菱形図形について縦軸方向に値を積算した時の頻度分
布を見た図面である。菱形図形の姿勢が正確に垂直を向
いているときは画素の値の頻度分布11は鋭いピークP
を持つ三角形になる。菱形図形の重心はこのピークの横
軸座標位置に存在する。FIG. 3 is a drawing for explaining the advantages of the method for measuring the position of the center of gravity of a marker in the method for measuring the center of gravity of a marker according to the present invention. FIG. 3A is a view showing the frequency distribution when the values are integrated in the vertical axis direction with respect to a rhombic figure in which pixels have a value of 1 when binarized. When the orientation of the diamond-shaped figure is correctly oriented vertically, the frequency distribution 11 of pixel values has a sharp peak P.
Becomes a triangle with. The center of gravity of the diamond-shaped figure exists at the coordinate position on the horizontal axis of this peak.
【0038】同じことを横軸方向についても行えば、得
られる頻度分布のピーク位置が菱形図形重心の縦軸座標
位置であるから、上記ピーク位置の交点、すなわち重心
の縦軸座標と横軸座標が表す位置を重心位置と判定する
ことができる。実際には、画像中に現れる各種のノイズ
を考慮し、上記の通り2値化した後1の値を有する各画
素の座標値を全て加え画素数で除して求めた平均値を上
記座標値として用いている。上記の平均化により統計的
ノイズが相殺され、また突発的なノイズによる影響が消
去されて、求めた値がより真の値に近くなるという利点
がある。If the same operation is performed in the horizontal axis direction, the peak position of the obtained frequency distribution is the vertical coordinate position of the center of gravity of the rhombus, so that the intersection of the peak positions, that is, the vertical coordinate and horizontal coordinate of the center of gravity. The position represented by can be determined as the position of the center of gravity. Actually, in consideration of various noises appearing in the image, the average value obtained by adding all the coordinate values of each pixel having a value of 1 after binarization as described above and dividing by the number of pixels is the above coordinate value. Used as. The above averaging has the advantage that the statistical noise is canceled out, and the effect of sudden noise is eliminated, and the obtained value becomes closer to the true value.
【0039】一方、ターゲットマーカが水平の辺を有す
る正方形である場合は、値が1である画素の頻度分布の
形は図3(b)にあるように上辺が平らな四辺形12と
なりピークが現れないため、上記のような頻度分布のピ
ーク位置から重心を求める方法は適用できない。また、
円形の場合は図3(c)にあるようにピークが緩やかな
弧を描く半長円形13となり、このような分布形状を解
析して重心位置を求めるのでは検出位置の精度が高くな
らない。On the other hand, when the target marker is a square having horizontal sides, the shape of the frequency distribution of pixels with a value of 1 is a quadrangle 12 with a flat upper side, as shown in FIG. Since it does not appear, the method of finding the center of gravity from the peak position of the frequency distribution as described above cannot be applied. Also,
In the case of a circular shape, as shown in FIG. 3 (c), the shape becomes a semi-elliptical circle 13 having a gentle arc, and the accuracy of the detection position cannot be improved by analyzing such a distribution shape to determine the position of the center of gravity.
【0040】図4は上記の原理を利用してマーカの重心
位置を計測する様子を表現した図面である。2値化して
画素の値が1となっているマーカ1の図形について縦軸
方向に画素値を積算するとピークPxを有する頻度分布
14が得られる。同じことを横軸方向に実施するとピー
クPyを有する頻度分布15が得られ、座標O(Px、
Py)がマーカ1の重心位置の座標となることが分か
る。上記のような簡単な方法により正確に重心位置を求
めることができるのは、菱形マーカを採用することによ
り生じる利点である。FIG. 4 is a diagram showing how the barycentric position of the marker is measured using the above principle. The frequency distribution 14 having the peak Px is obtained by integrating the pixel values in the vertical axis direction for the graphic of the marker 1 in which the pixel value is 1 and the pixel value is 1. When the same operation is performed in the horizontal axis direction, the frequency distribution 15 having the peak Py is obtained, and the coordinate O (Px,
It can be seen that Py) is the coordinates of the barycentric position of the marker 1. The fact that the position of the center of gravity can be accurately determined by the simple method as described above is an advantage that occurs when the diamond-shaped marker is used.
【0041】以上のように、菱形マーカを利用する本発
明のマーカ重心計測方法によれば、環境中に紛らわしい
図形が少なく簡単な手法で的確に判定できるためマーカ
の誤検出が減少し、中心位置に鋭いピークが現れる方法
で検出するのでマーカ重心の検出精度が向上し、かつマ
ーカとカメラの位置関係が変わっても処理方法を変える
必要がないため、計測ターゲットの自動追跡等、工場現
場に使用する上で極めて有効である。As described above, according to the marker center-of-gravity measuring method of the present invention using the diamond-shaped marker, the number of confusing figures in the environment can be reduced and accurate determination can be made with a simple method, thereby reducing the erroneous detection of the marker and reducing the center position. It is used in the factory such as automatic tracking of the measurement target because the detection accuracy of the marker center of gravity is improved because it detects by the method that a sharp peak appears, and there is no need to change the processing method even if the positional relationship between the marker and the camera changes. It is extremely effective in doing this.
【0042】以下、本発明のマーカ重心計測方法および
装置について、実施例を用いてより具体的に説明する。The method and apparatus for measuring the center of gravity of the marker of the present invention will be described more specifically below with reference to examples.
【0043】[0043]
【実施例】図5は本発明のマーカ重心計測装置の一実施
例における構成を示すブロック図である。図6はマーカ
重心計測装置に用いる撮像装置の位置決め装置の機能に
ついて説明する図面である。図7はマーカ重心計測装置
が実施する画像処理方法を段階的に説明する図面であ
る。図において、21は撮像装置としてのCCDカメ
ラ、22はモニタ、30は画像入出力装置、40は画像
処理装置、50は演算装置、60はCCDカメラ21の
ための位置決め装置である。画像入出力装置30はアナ
ログ入力部31、アナログ出力部32、記憶部33、デ
ジタル入力部34およびデジタル出力部35を有する。
また画像処理装置40はデジタル出力部41、デジタル
入力部42、記憶部43、演算部44を有する。さらに
演算装置50は演算部51と記憶部52を備える。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the marker centroid measuring apparatus of the present invention. FIG. 6 is a diagram for explaining the function of the positioning device of the imaging device used in the marker centroid measuring device. FIG. 7 is a drawing for explaining stepwise an image processing method implemented by the marker centroid measuring device. In the figure, 21 is a CCD camera as an imaging device, 22 is a monitor, 30 is an image input / output device, 40 is an image processing device, 50 is an arithmetic device, and 60 is a positioning device for the CCD camera 21. The image input / output device 30 has an analog input unit 31, an analog output unit 32, a storage unit 33, a digital input unit 34, and a digital output unit 35.
The image processing device 40 also includes a digital output unit 41, a digital input unit 42, a storage unit 43, and a calculation unit 44. Further, the arithmetic unit 50 includes an arithmetic unit 51 and a storage unit 52.
【0044】本実施例のマーカ重心計測装置によれば、
菱形のマークを表した計測ターゲットを機械装置が作用
しようとする対象物に予め付設しておき、CCDカメラ
21が取得する画像を画像入出力装置30を介して取り
込み、画像処理装置40と演算装置50の働きにより画
像中に含まれる計測ターゲットの菱形マークを抽出する
ことにより対象物の存在を認識して、抽出された菱形マ
ークの重心を測定することにより対象物の方位を知るこ
とができる。このようにして求めた菱形マーク1の重心
位置がカメラ21の視野の中心に来るようにすれば、位
置決め装置60を介して自動的に撮像装置21や機械装
置自体の向きを対象物に合わせるようにすることもでき
る。According to the marker centroid measuring apparatus of this embodiment,
A measurement target having a diamond-shaped mark is previously attached to an object on which the mechanical device is to act, and an image acquired by the CCD camera 21 is captured via the image input / output device 30, and the image processing device 40 and the arithmetic device are included. By the action of 50, the existence of the target object is recognized by extracting the diamond mark of the measurement target included in the image, and the orientation of the target object can be known by measuring the center of gravity of the extracted diamond mark. If the position of the center of gravity of the diamond-shaped mark 1 thus obtained is set to the center of the visual field of the camera 21, the orientation of the image pickup device 21 and the mechanical device itself can be automatically adjusted to the object through the positioning device 60. You can also
【0045】まず、CCDカメラ21で画素毎に感応し
て取得された2次元画像は、画像入出力装置30のアナ
ログ入力部31に送られてデジタル信号に変換され2次
元画像信号として記憶部33に収納される。モニタ22
は、画像入出力装置30の記憶部33にデジタル信号と
して格納されている画像情報をアナログ出力部32でア
ナログ信号化して表示することができる。従って、CC
Dカメラ21が取得して記憶部33に記憶された2次元
画像は、アナログ出力部32を介してモニタ22に表示
することができる。このように、オペレータはモニタ2
2を通してCCDカメラ21で撮像した生の映像を観察
することができる。First, the two-dimensional image obtained by the CCD camera 21 for each pixel is sent to the analog input section 31 of the image input / output device 30, converted into a digital signal, and stored in the storage section 33 as a two-dimensional image signal. Is stored in. Monitor 22
The image information stored as a digital signal in the storage unit 33 of the image input / output device 30 can be converted into an analog signal by the analog output unit 32 and displayed. Therefore, CC
The two-dimensional image acquired by the D camera 21 and stored in the storage unit 33 can be displayed on the monitor 22 via the analog output unit 32. In this way, the operator
Through 2, it is possible to observe a raw image taken by the CCD camera 21.
【0046】画像入出力装置30の記意部33に記憶さ
れた2次元画像信号は画像入出力装置30のデジタル出
力部35を介して画像処理装置40に送られる。画像処
理装置40はデジタル入力部42を介して2次元画像信
号を受け取って記憶部43に一旦格納し、必要な部分を
読み出しては画像処理を施す。The two-dimensional image signal stored in the writing section 33 of the image input / output apparatus 30 is sent to the image processing apparatus 40 via the digital output section 35 of the image input / output apparatus 30. The image processing device 40 receives the two-dimensional image signal via the digital input unit 42, temporarily stores the two-dimensional image signal in the storage unit 43, reads a necessary portion, and performs image processing.
【0047】図6(a)は画像処理の第1の段階におけ
る画像を表わした図面である。図6(a)に示すよう
に、画像処理の第1段階は、CCDカメラ21が取得し
た2次元画像70中に適当な大きさのウインドウ71を
セットすることである。ウインドウ71の内部に画像処
理を限ることにより必要とする演算処理資源を適正な規
模のものとし、また画像周縁部の余分な映像雑音に悩ま
されないようにすることができる。FIG. 6A is a diagram showing an image in the first stage of image processing. As shown in FIG. 6A, the first step of image processing is to set a window 71 of an appropriate size in the two-dimensional image 70 acquired by the CCD camera 21. By limiting the image processing to the inside of the window 71, the required arithmetic processing resources can be of a proper scale, and the unnecessary image noise at the peripheral portion of the image can be prevented.
【0048】測定対象の計測ターゲットの配置が決まっ
ており測定順が定められている場合には測定装置が計測
ターゲット1までの距離を予め知っており、計測ターゲ
ット1の大きさと計測ターゲットまでの距離に応じて画
面中の計測ターゲットの画像の大きさが予測できるか
ら、適正なウインドウ71の大きさは予測される計測タ
ーゲット画像の大きさに基づいて決めることができる。
視野に複数の計測ターゲットが存在する場合には、ウイ
ンドウ71内に目的とする1個の計測ターゲットしか含
まれないように処理することが好ましい。このためには
計測ターゲットを適正に配置しておく必要もある。When the arrangement of the measurement targets to be measured is determined and the measurement order is determined, the measuring device knows the distance to the measurement target 1 in advance, and the size of the measurement target 1 and the distance to the measurement target. Accordingly, the size of the image of the measurement target on the screen can be predicted, and thus the appropriate size of the window 71 can be determined based on the size of the predicted measurement target image.
When there are a plurality of measurement targets in the field of view, it is preferable to perform processing so that the window 71 includes only one target measurement target. For this purpose, it is also necessary to properly arrange the measurement target.
【0049】図6(b)は画像処理の第2の段階におけ
る画像を表わした図面である。画像処理の第2段階で
は、図6(b)に示すように、比較的簡単な画像処理手
法によりウインドウ71内の画像を整理して、複雑な処
理を施す対象を絞るようにする。初めに明度に従って2
値化する。マーカはマイクロコーナキューブレフレクタ
やガラスの小球を利用した反射マークで形成され、入射
した照明光をあまり減衰させずにその入射方向に反射す
る。従って、CCDカメラの近傍に照明装置を備えて、
CCDカメラの光軸に近いところから照明を当てながら
マーカを含む部分を撮像すると、画像中に反射マークが
他の部分より明るく写っている。このような照明下でC
CDカメラにより取得した画像について、適当な閾値を
用いて2値化することにより、ターゲットマーカを周囲
に存在する輝度の低い物品の画像と明確に分離すること
ができる。FIG. 6B is a drawing showing an image in the second stage of image processing. In the second stage of the image processing, as shown in FIG. 6B, the images in the window 71 are organized by a relatively simple image processing method to narrow down the targets to be subjected to the complicated processing. 2 according to the brightness first
Value. The marker is formed of a reflection mark using a micro-corner cube reflector or a small glass sphere, and reflects the incident illumination light in the incident direction without much attenuation. Therefore, by providing a lighting device near the CCD camera,
When a portion including the marker is imaged while illuminating from a position close to the optical axis of the CCD camera, the reflection mark appears brighter than other portions in the image. C under such lighting
By binarizing the image acquired by the CD camera using an appropriate threshold value, the target marker can be clearly separated from the image of an article with low brightness existing in the surroundings.
【0050】しかし、周囲に輝度の高い物体が存在した
り構造物の角などで強い反射光が生じたりすると、2値
化画像にターゲットマーカ以外の点状や線状の光点が残
存してノイズとなる。また、反射マークの明るさにむら
があると2値化処理により図形中に欠ける部分が生じる
ことがある。図形中に存在する欠けた部分は、膨張圧縮
処理により補填復元することができる。すなわち、図形
を一定の幅だけ膨張させると図形内部の穴や輪郭に存在
した小さな凹陥部が埋まりその後に同じ量だけ圧縮する
と、欠けた部分が埋まった元の形状に近い図形になる。
一方、2値化によっても残る小さな光点や細い線状の図
形は圧縮膨張処理により取り除くことができる。すなわ
ち、一定の幅を減ずる圧縮処理により小さな光点が無く
なった後に同じ幅だけ膨張処理すると、小さな光点や線
以外は元の状態に戻り、結局光学的なノイズが消去され
ることになる。However, when an object with high brightness is present in the surroundings or strong reflected light is generated at the corners of the structure or the like, spot-like or linear spots other than the target marker remain in the binarized image. It becomes noise. Further, if the brightness of the reflection mark is uneven, a part of the figure may be missing due to the binarization process. The missing portion existing in the figure can be filled and restored by expansion and compression processing. That is, when a figure is expanded by a certain width, a small recess existing in a hole or a contour inside the figure is filled, and if it is compressed by the same amount after that, the figure becomes a figure close to the original shape in which the chipped portion is filled.
On the other hand, small light spots and thin line-shaped figures that remain even after binarization can be removed by compression and expansion processing. That is, if a small light spot is eliminated by a compression process that reduces a certain width and then the same width is expanded, the original state is restored except for small light spots and lines, and optical noise is eventually erased.
【0051】こうしてウインドウ71中に残った図形7
2、73、74の2値情報に基づいて図形の独立性を判
定し図形毎に区分したラベル付けをして、その結果を2
次元ラベルデータとして画像処理装置40の記憶部43
の画像メモリに格納する。Thus, the figure 7 remaining in the window 71
The independence of figures is determined based on the binary information of 2, 73, and 74, and the figures are labeled for each figure.
The storage unit 43 of the image processing apparatus 40 as the dimensional label data.
Image memory.
【0052】図6(c)は画像処理の第3の段階におけ
る画像を表わした図面である。画像処理の第3段階で
は、図6(c)に示すように、演算装置50が上記のラ
ベル付けした各図形の情報を記憶部43から取り込んで
各図形72、73、74の外接長方形75、76、77
を求める。外接長方形は水平の辺と垂直の辺からなるも
のである。CCDカメラ21を水平に設置すれば、2次
元ラベルデータの横軸方向と縦軸方向がそのまま水平方
向と垂直方向に対応する。したがって、外接長方形は同
じラベルについて水平軸方向における最小値と最大値、
および垂直軸方向の最小値と最大値により囲まれる図形
であるから、簡単な演算により求めることができる。FIG. 6C is a diagram showing an image in the third stage of image processing. In the third stage of the image processing, as shown in FIG. 6C, the arithmetic unit 50 fetches the information of each labeled graphic from the storage unit 43 and circumscribes a rectangle 75 of each graphic 72, 73, 74. 76, 77
Ask for. A circumscribed rectangle consists of horizontal and vertical sides. If the CCD camera 21 is installed horizontally, the horizontal axis direction and the vertical axis direction of the two-dimensional label data correspond to the horizontal direction and the vertical direction as they are. Therefore, the circumscribed rectangle is the minimum and maximum values in the horizontal axis direction for the same label,
Since the figure is surrounded by the minimum value and the maximum value in the vertical axis direction, it can be obtained by a simple calculation.
【0053】次に、上記で求めた外接長方形の各辺の中
点を結んだ四角形を作る。この四角形は長方形の辺の中
点を結んで作るものであるから菱形をしている。この四
角形をテンプレートとして元の図形を重ねると、図形が
軸が垂直な菱形であれば両者は余りなく合致するので、
簡単に判定することができる。菱形でないときには、テ
ンプレートとした四辺形の外部領域にはみ出る部分が生
じる。この外部領域にはみ出した部分の面積により、対
象図形が菱形かどうかを判断することができる。複数の
図形72、73、74が存在する場合には、はみ出し部
分がより小さい図形72を計測ターゲットと判定する。Next, a quadrangle connecting the midpoints of the sides of the circumscribed rectangle obtained above is created. Since this quadrangle is made by connecting the midpoints of the sides of the rectangle, it has a diamond shape. If you overlap the original figure using this quadrangle as a template, if the figure is a rhombus whose axis is vertical, both will match without much
It can be easily determined. If it is not a rhombus, a portion that protrudes into the external region of the quadrilateral used as the template occurs. It is possible to determine whether or not the target graphic is a rhombus based on the area of the portion protruding to the external region. When there are a plurality of figures 72, 73, 74, the figure 72 having a smaller protruding portion is determined as the measurement target.
【0054】ただし、例えば元の図形が大きければはみ
出し部分の面積が相対的に大きくなるので、絶対値によ
り直ちに図形が菱形と近似している度合いを判断するこ
とが不当な場合がある。そこで、図形の大きさや向き等
による判断のぶれを防ぐため、テンプレート四辺形の外
部領域にはみ出した部分の面積と内部領域と重なる部分
の面積を算出して両者を比較することにより、いずれの
図形がより計測ターゲットらしいかを判定するようにす
ることができる。However, for example, if the original figure is large, the area of the protruding portion becomes relatively large, so it may not be appropriate to immediately judge the degree to which the figure approximates a rhombus from the absolute value. Therefore, in order to prevent the blurring of the judgment due to the size and orientation of the figure, calculate the area of the part that protrudes in the external area of the template quadrilateral and the area that overlaps the internal area, and compare the two Can be determined to be more likely to be the measurement target.
【0055】図6(d)は画像処理の第4の段階におけ
る画像を表わした図面である。画像処理の第4段階で
は、図6(d)に示すように、計測ターゲットと判定し
た図形72の重心を求め、位置決め装置60を駆動して
カメラの視野中心をその重心位置に移動することによ
り、機械・装置が対象物を捕捉して作業できるようにす
る。FIG. 6D is a diagram showing an image in the fourth stage of image processing. In the fourth stage of the image processing, as shown in FIG. 6D, the center of gravity of the figure 72 determined as the measurement target is obtained, and the positioning device 60 is driven to move the center of the visual field of the camera to the center of gravity position. , Machines and devices should be able to capture and work with objects.
【0056】菱形のターゲットマーク72の重心は、整
形された形状の2値化データについて、縦軸方向に値を
積算して横軸上に投影して得られる頻度分布78のピー
ク位置の横座標Pxと、横軸方向に値を積算して縦軸上
に投影して得られる頻度分布79のピーク位置の縦座標
Pyとから、座標値(Px、Py)として求められる。
従って、CCDカメラ21の光軸を調整して座標値(P
x、Py)が画像80の中心に来るようにすれば、機械
・装置の姿勢が計測ターゲットを付設した物品に対応す
ることになる。The center of gravity of the diamond-shaped target mark 72 is the abscissa of the peak position of the frequency distribution 78 obtained by accumulating the values in the vertical axis direction and projecting them on the horizontal axis for the binarized data of the shaped shape. The coordinate value (Px, Py) is obtained from Px and the ordinate Py of the peak position of the frequency distribution 79 obtained by integrating the values in the horizontal axis direction and projecting them on the vertical axis.
Therefore, the optical axis of the CCD camera 21 is adjusted to adjust the coordinate value (P
By setting (x, Py) at the center of the image 80, the posture of the machine / apparatus corresponds to the article to which the measurement target is attached.
【0057】図7は演算装置50により求めた菱形マー
カの中心位置に撮像装置21の光軸を合わせるための構
成を表した図面である。CCDカメラ21などの撮像装
置は位置決め装置60により鉛直軸と水平軸の2軸の周
りに回転することができる。この回転により視野中のマ
ーカ画像の水平ずれ量と鉛直ずれ量を補償して視野中心
がマーカ中心にくるように調整しマーカ1の方向に光軸
を向けると、この時の撮像装置の姿勢がマーカの方向成
分を代表するものとなる。FIG. 7 is a diagram showing a configuration for aligning the optical axis of the image pickup device 21 with the center position of the diamond-shaped marker obtained by the arithmetic device 50. The image pickup device such as the CCD camera 21 can be rotated around the two axes of the vertical axis and the horizontal axis by the positioning device 60. By this rotation, the horizontal shift amount and the vertical shift amount of the marker image in the visual field are compensated, the visual field center is adjusted to the marker center, and the optical axis is directed in the direction of the marker 1. It represents the direction component of the marker.
【0058】図8は位置決め装置60の制御方法を表す
フロー図である。装置が動作を開始すると(S1)、C
CDカメラ21が取得して画像入出力装置30に格納さ
れた画像について画像処理装置40と演算装置50が協
働して画像処理しその結果に基づいてマーカの重心検出
を行い(S2)、水平ずれ量と鉛直ずれ量を算出し(S
3)、この値のいずれかが予め決められる閾値より大き
ければ(S4)ずれ量に比例した量だけ水平軸あるいは
鉛直軸を駆動して補償した上で(S5)、再びS2に戻
って画像を入力する。水平ずれ量と鉛直ずれ量のいずれ
もが規定の閾値より小さくなれば、撮像装置21はその
光軸を正確にマーカ中心に向けたことになるので操作を
終了する(S6)。FIG. 8 is a flow chart showing a control method of the positioning device 60. When the device starts operating (S1), C
The image processing device 40 and the arithmetic device 50 cooperate with each other to perform image processing on the image acquired by the CD camera 21 and stored in the image input / output device 30, and the center of gravity of the marker is detected based on the result (S2). Calculate the shift amount and the vertical shift amount (S
3) If any of these values is larger than a predetermined threshold value (S4), the horizontal axis or the vertical axis is driven by an amount proportional to the amount of deviation to compensate (S5), and then the process returns to S2 again to display an image. input. If both the horizontal shift amount and the vertical shift amount are smaller than the prescribed threshold value, the image pickup device 21 has correctly oriented its optical axis to the center of the marker, and the operation is ended (S6).
【0059】なお、CCDカメラ21はズーム機能を有
して遠距離物体を大きく撮影できるようなものであって
も良い。また撮像装置全体を上下あるいは左右に動かせ
るように構成することにより計測ターゲット位置による
撮像の困難を回避できるようになっていても良い。ま
た、光波測距計をCCDカメラ21と同軸になるように
配設すると、上記の調整により自動的に光波測距計の光
軸がマーカの中心に合致するため正確な距離が測定でき
て、マーカ1の3次元座標を求めることができる。The CCD camera 21 may have a zoom function and can photograph a long-distance object in a large size. Further, it may be possible to avoid the difficulty of imaging due to the measurement target position by configuring the entire imaging device so that it can be moved vertically or horizontally. Further, when the light wave range finder is arranged coaxially with the CCD camera 21, the optical axis of the light wave range finder is automatically aligned with the center of the marker by the above adjustment, so that an accurate distance can be measured. The three-dimensional coordinates of the marker 1 can be obtained.
【0060】なお、これら画像処理における各段階の画
像は、画像処理装置40の記憶部43からデジタル出力
部41と画像入出力装置30のデジタル入力部34を介
し、あるいは演算装置50の演算部51から直接的に書
き込むことにより、画像入出力装置30の記憶部33に
逐一格納されるので、アナログ出力部32によりモニタ
22を介して操作者が観察できるようになっている。ま
た、上記では簡単のため各機能について独立した装置あ
るいは部品が対応するように説明したが、マイコンなど
複合的な素子や装置等を用いても、あるいは説明の都合
上1個の部品で達成するように説明した機能を複数の部
品や回路で達成することは設計上の便宜に過ぎないこと
はいうまでもない。It should be noted that the image at each stage in these image processing operations is performed from the storage section 43 of the image processing apparatus 40 via the digital output section 41 and the digital input section 34 of the image input / output apparatus 30, or the arithmetic section 51 of the arithmetic unit 50. Since the data is directly stored in the storage unit 33 of the image input / output device 30 by directly writing from, the operator can observe it through the monitor 22 by the analog output unit 32. Further, in the above description, for the sake of simplification, it is described that each device corresponds to an independent device or component, but even if a composite element or device such as a microcomputer is used, or it is achieved by one component for convenience of description. It goes without saying that achieving the function described above with a plurality of components and circuits is merely a design convenience.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上、説明した通り、本発明のマーカ重
心計測方法によれば、環境中に紛らわしい形状が現れに
くい単純な形状のマーカを用いて簡単な手法で的確にマ
ーカ重心が検出できるため、雑然とした工場・現場にお
いても対象物の自動追跡が的確にかつ容易に実施でき、
機械・装置の自動化に極めて有効である。As described above, according to the marker centroid measuring method of the present invention, it is possible to accurately detect the marker centroid with a simple method using a marker having a simple shape in which a confusing shape does not easily appear in the environment. , Even in cluttered factories and sites, automatic tracking of objects can be performed accurately and easily,
It is extremely effective in automating machines and devices.
【図1】本発明のマーカ重心計測方法の原理を説明する
図面である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a marker centroid measuring method of the present invention.
【図2】本発明のマーカ重心計測方法による菱形マーカ
の検出状況を説明する図面である。FIG. 2 is a diagram for explaining a diamond marker detection situation by the marker centroid measuring method of the present invention.
【図3】本発明のマーカ重心計測方法による重心位置計
測状況を説明する図面である。FIG. 3 is a diagram for explaining a gravity center position measurement situation by the marker gravity center measurement method of the present invention.
【図4】本発明のマーカ重心計測方法による重心位置計
測手順を説明する図面である。FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for measuring the center of gravity position by the method for measuring the center of gravity of a marker according to the present invention.
【図5】本発明のマーカ重心計測装置の実施例を示すブ
ロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of a marker centroid measuring device of the present invention.
【図6】図5の実施例におけるマーカ追跡を示す説明図
である。6 is an explanatory diagram showing marker tracking in the embodiment of FIG.
【図7】本発明の実施例に用いられる位置決め装置を示
す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a positioning device used in an embodiment of the present invention.
【図8】本実施例の位置決め装置を制御手順を表す流れ
図である。FIG. 8 is a flow chart showing a control procedure for the positioning apparatus of this embodiment.
1 菱形マーカ 2 外接長方形 3 テンプレート四辺形 4 三角形マーカ 5 正方形マーカ 6 円形マーカ 7、8、9、10 マーカ画像 11、12、13、14、15 頻度分布 70 2次元画像 71 ウインドウ 72、73、74 図形 75、76、77 外接長方形 78、79 頻度分布 80 画像 1 diamond-shaped marker 2 circumscribed rectangle 3 template quadrilateral 4 triangular marker 5 square marker 6 circular marker 7, 8, 9, 10 marker image 11, 12, 13, 14, 15 frequency distribution 70 two-dimensional image 71 window 72, 73, 74 Figure 75,76,77 Circumscribed rectangle 78,79 Frequency distribution 80 image
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒崎 泰充 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 (72)発明者 宇田川 清 千葉県野田市二ツ塚118番地 川崎重工業 株式会社野田工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yasumitsu Kurosaki 118, Futtsuka, Noda, Chiba Prefecture Kawasaki Heavy Industries, Ltd., Noda factory (72) Inventor Kiyoshi Udagawa, 118, Futtsuka, Noda, Chiba, Kawasaki Heavy Industries, Ltd.
Claims (9)
し、画像処理技術により計測ターゲットに表されたマー
カを抽出しマーカ重心位置を求めることにより物品の位
置を計測するマーカ重心計測方法において、マーカの形
状を略菱形とすることを特徴とするマーカ重心計測方
法。1. A marker centroid measuring method for measuring a position of an article by imaging a measurement target attached to an article, extracting a marker represented by the measurement target by an image processing technique, and obtaining a marker centroid position. A method for measuring the center of gravity of a marker, characterized in that the shape is a substantially rhombus.
ついてほぼ水平に置かれた外接長方形を算出し、該外接
長方形の各辺の中点を取りこれら中点を結んだ四角形と
前記図形のマッチング度を算出して最もマッチしている
ものをターゲットマーカとすることを特徴とするマーカ
重心計測方法。2. A circumscribing rectangle placed substantially horizontally with respect to a figure in an image photographed by an image pickup device is calculated, and the midpoints of the sides of the circumscribing rectangle are taken to form a quadrangle connecting these midpoints and the figure. A method for measuring the center of gravity of a marker, which comprises calculating a degree of matching and using the best matching target marker.
って、さらに前記ターゲットマーカの画像に属する画素
の水平方向の最多頻度位置と垂直方向の最多頻度位置と
からマーカの重心位置を算出することを特徴とするマー
カ重心計測方法。3. The marker centroid measuring method according to claim 2, further comprising: calculating the centroid position of the marker from the horizontal most frequent position and the most vertical position of the pixels belonging to the image of the target marker. A method for measuring the center of gravity of a marker, characterized in that
設定し、ウインドウ中の画像を明度に基づいて2値化し
て2値化画像を得、該2値化画像を膨張圧縮処理および
または圧縮膨張処理により整形して図形を抽出してラベ
リングし、該ラベリングされた図形についてほぼ水平に
置いた外接長方形を算定し、該外接長方形の各辺の中点
を頂点とする四角形と前記図形とが最もマッチしている
ものをターゲットマーカと判定し、該ターゲットマーカ
の画像に属する画素の水平方向の最多頻度位置と垂直方
向の最多頻度位置とからマーカの重心位置を算出するこ
とを特徴とするマーカ重心計測方法。4. A window is set for an image captured by an image pickup device, the image in the window is binarized based on the brightness to obtain a binarized image, and the binarized image is expanded / compressed and / or compressed / expanded. The shape is extracted by processing, the figure is extracted and labeled, and a circumscribed rectangle placed approximately horizontally on the labeled figure is calculated, and the quadrangle having the midpoint of each side of the circumscribed rectangle as the vertex and the figure are the most A marker centroid characterized by determining a match as a target marker and calculating the barycentric position of the marker from the most frequent position in the horizontal direction and the most frequent position in the vertical direction of the pixels belonging to the image of the target marker. Measuring method.
ーカ重心計測方法において、物品に菱形のマーカを表し
た計測ターゲットを物品に付設しておき、これを含む画
像を取得するようにすることを特徴とするマーカ重心計
測方法。5. The marker centroid measuring method according to claim 2, wherein a measurement target representing a diamond-shaped marker is attached to the article, and an image including the measurement target is acquired. A method for measuring the center of gravity of a marker, characterized in that
と、画像処理装置と、演算装置とを備え、 前記撮像装置が計測ターゲットを含む画像を撮像してア
ナログ出力し、 前記画像入出力装置が、前記撮像装置のアナログ出力を
入力しデジタル化した2次元画像信号として記憶し、該
2次元画像信号を前記画像処理装置および前記演算装置
に送出し、かつ前記画像処理装置において処理された画
像信号を入力して記憶し、 前記画像処理装置が、前記画像入出力装置から2次元画
像信号を入力し画像処理して画像中の図形を抽出しラベ
リングして記憶し、記憶された画像信号を前記画像入出
力装置と前記演算装置に出力し、 前記演算装置がラベリングされた画像信号を処理して画
像中の図形毎に1辺が水平な外接長方形を生成し、該外
接長方形の各辺の中点を結んだ4角形を算出して前記画
像信号が表すマーカとの一致度合いに基づいて対象ター
ゲットの判定を行い、 前記モニタが前記画像入出力装置が記憶する映像信号を
入力して画像表示することを特徴とするマーカ重心計測
装置。6. An image pickup device, a monitor, an image input / output device, an image processing device, and a calculation device, wherein the image pickup device picks up an image including a measurement target and outputs the image in an analog manner. An apparatus inputs an analog output of the image pickup apparatus, stores it as a digitized two-dimensional image signal, sends the two-dimensional image signal to the image processing apparatus and the arithmetic unit, and is processed by the image processing apparatus. An image signal is input and stored, and the image processing device inputs a two-dimensional image signal from the image input / output device, performs image processing, extracts a figure in the image, labels and stores the image signal, and the stored image signal Is output to the image input / output device and the arithmetic unit, and the arithmetic unit processes the labeled image signal to generate a circumscribed rectangle with one horizontal side for each figure in the image, and the circumscribed rectangle A quadrangle connecting the midpoints of the sides is calculated, the target target is determined based on the degree of coincidence with the marker represented by the image signal, and the monitor inputs the video signal stored in the image input / output device. An apparatus for measuring the center of gravity of a marker, which is characterized by displaying an image as a display.
って、 前記演算装置がさらに、対象ターケットと判定されたマ
ーカを表す前記画像信号の信号状態について水平軸方向
と垂直軸方向の頻度分布を算定し頻度が最も大きい位置
を基準としてマーカの重心を算出し、該マーカ重心位置
が画像の中央に来るように移動することを特徴とするマ
ーカ重心計測装置。7. The marker centroid measuring device according to claim 6, wherein the arithmetic unit further has a frequency distribution in a horizontal axis direction and a vertical axis direction with respect to a signal state of the image signal representing the marker determined to be the target target. Is calculated and the barycenter of the marker is calculated with the position having the highest frequency as a reference, and the marker barycenter position is moved so as to come to the center of the image.
装置において、略菱形のマーカを表した計測ターゲット
を物品に付設しておき、前記撮像装置により前記計測タ
ーゲットを含む画像を取得して処理することを特徴とす
るマーカ重心計測装置。8. The marker centroid measuring device according to claim 6 or 7, wherein a measurement target representing a substantially rhombic marker is attached to an article, and an image including the measurement target is acquired and processed by the imaging device. An apparatus for measuring the center of gravity of a marker.
って、さらに照明装置を光軸が前記撮像装置の光軸に近
接するように備え、前記菱形マーカが再帰反射機能を有
し、前記照明装置で該マーカを照射しながら前記撮像装
置で前記計測ターゲットを含む画像を取得することを特
徴とするマーカ重心計測装置。9. The marker centroid measuring device according to claim 8, further comprising an illuminating device so that an optical axis is close to an optical axis of the imaging device, and the rhombic marker has a retroreflection function, A marker centroid measuring device, wherein an image including the measurement target is acquired by the imaging device while illuminating the marker with an illuminating device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8029799A JPH09189513A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Method and apparatus for measuring center of gravity of marker |
Applications Claiming Priority (1)
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JP8029799A JPH09189513A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Method and apparatus for measuring center of gravity of marker |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=12286061
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JP8029799A Pending JPH09189513A (en) | 1996-01-10 | 1996-01-10 | Method and apparatus for measuring center of gravity of marker |
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