JPS6049475A - 物体検出方法 - 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 本発明は、組立て、溶接ロボットなどの３次元物体を扱
う産業機器において、対象物体の位置。

形状等を認識する物体検出方法に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、産業用ロボットの普及はめざましく、よシ高度な
機能が要求されるようになっている。

工業用ＴＶカメラなどを用いた視覚機能も、その１つで
あシ、視覚フィード・バックによるロボットの知能化が
期待されている。

しかし、現在までのところ、実用化レベルに至っている
のは、主に２次元情報を利用したものがほとんどで産業
応用の対象として最も重要な３次尤物体の認識は、盛ん
に研究されているが実用例は少ない。

３次元物体の位置、形状等を認識するだめの、一般的な
従来の方法は、２台のＴＶカメラによって対象物を異な
る角度から撮像し、両眼立体視することにより、３次元
的な位置、形状をめるものであるが、次のような問題点
がある。

（１）階調を有する入力画像の中から、エツジ、コーナ
点などの特徴を抽出するのに膨大な計算量が必要である
。

（２）左、右両画面間で、特徴となる線２点間の対応関
係をめる必要があり、これが困難である。

問題点（２）は、両眼立体視する場合に特有の問題点で
あり、あらかじめ対象となる物体の形状情報などがなけ
れば一意的にはめられない。

そこで従来は上記（１）　、　（２）の問題点に対する
解決策として、スリット光を利用する方法が研究されて
きた。

第１図には、従来のスリット光を用いた距離測定法の原
理図を示す。同図の例ではスリット光源１から照射され
るスリット光束２を、回転ミラー４によって偏向させ、
対象となる３次元物体３に照射し、その反射光をＴＶカ
メラ５で撮像する。

スリット光束面の角度情報と、カメラの位置情報（角度
、距離等）から、物体上のスリット光の３次元位置をめ
ることができる。３次元物体３の全体の距離情報を得る
ためには、回転ミラー４によってスリット光を順次走査
してゆき、その都度距離を測定する。

同図に示す方法では、入力画像がスリット・パターンで
あるため、容易に２値化画像を得ることができ、スリッ
ト・パターンの屈折点などの特徴点の抽出も容易である
。また、ミラーの回転角度と、カメラの設定角度から一
意的に３次元の距離情報をめることができ、前述の問題
点（１）　、　（２）とも解決できる手法である。

しかし、この従来の方法では、画像入力に時間がかかる
という問題点が残っている。すなわち１回の画像入力に
よって得られるのは１本のスリット・パターンだけであ
るため３次元物体の全体にわたって距離情報を得るため
にはミラー４を回転させて、スリットパターンを順次走
査しながら走査の各ステップごとに画像入力を行なわね
ばならず、実用的な見地からは、その入力時間が大きな
問題となっている。複数本のスリット・パターンを３次
元物体の全体に照射するようにすれば、画像入力の回数
は１回だけでよくなるが、スリット光束面が複数枚存在
するため、入力画像中のスリット・パターンと、該当す
るスリット光束面との対応をめることが困難であシ、確
実に距離情報をめることができない。

発明の目的 本発明は、以上に述べたような３次元物体の位置、形状
をめるための従来の方法において問題であった画像入力
時ｒ−を大幅に短縮し、実用的な３次元物体の検出方法
を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明は、被検出物体にスリット光源から複数本のスリ
ット・パターンを照射し、前記被検出物体を互いに異な
る２つの方向から第１および第２の画像入力装置によっ
て撮像し、前記第１の画像入力装置の撮像面上に結像し
たスリット・パターン上の任意の１点を選択し、前記選
択点と前記第１の画像入力装置のレンズ系の光学的中心
とを結んでなる３次元空間中の第１の仮想的直線をめ、
前記第１の仮想的直線と、前記スリット光源から照射さ
れる複数のスリット光束平面のうちの任意の１つとの第
１の交点をめ、前記第１の交点と前記第２の画像入力装
置のレンズ系の光学的中心とを結んでなる３次元空間中
の第２の仮想的直線をめ、前記第２の仮想的直線と前記
第２の画像入力装置の撮像面との第２の交点をめ、前記
第２の交点における前記第２の画像入力装置の撮像面上
の結像パターンから、前記第２の交点と前記第１の画像
入力装置の撮像面上の選択点との対応関係をめることに
よって、前記選択点に対応する被検出物体表面上の点の
３次元的位置を検出することを特徴とする３次元物体の
位置検出方法である。

実施例の説明 本発明の原理について、図面を用いながら詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の画像入力部の構成例を示す図である
。スリット光源１から、複数枚のスリット光束群２を３
次元物体３に照射する。これによって３次元物体３の表
面上、および床面上にはスリット・パターン群７が形成
される。これを、第１のＴＶカメラ５および、第２のＴ
Ｖカメラ６で撮像する。第３図ａには第１のカメラ５に
よる入力画像（右画面）を、第３図すには、第２のカメ
ラ６による入力画像（左画面）の例をそれぞれ示す。

第４図は、カメラ光学系と、撮像面、入力画像の関係を
示す図である。１１はカメラのレンズ系を表わしており
、点Ｅ１２は、カメラ・レンズ系１１の光学的中心（以
下、視点と呼ぶｙである。

３次元空間中に置かれた３次元物体３をカメラで撮像す
ると、カメラの撮像面１３上には、同図に示すような結
像が得られる。Ｌｌは視点Ｅ１２と、撮像面１３との距
離である。通常撮像面１３は、レンズ系１１の焦点面近
傍に位置する。撮像面１３上の結像を観測するためには
、結像パターンを別のイメージ面１４に出力する必要が
ある。イメージ面１４としては、ＣＲＴ画面、写真など
任意のものが考えられるが、通常計算機を用いて画像デ
ータを処理するだめには、入力画像を、画像メモリに記
録格納することが一般的であるので、ここではイメージ
面１４として画像メモリを考える。

撮像面１３上の結像パターンと、画像メモリ１４上の入
力画像とは、撮像面上のＸ−Ｙ平面と、イメージ面上の
Ｘ／　Ｙ／平面との平行移動量および拡大比率の関係か
ら、変換マトリクスＴ０（ＴＯは３×３のマトリクス）
によって、次のように線型座標変換が可能である。

（Ｘ、Ｙ、１）＝（Ｘ’ｌ　ｙ’、　１　）−ＴｏＴｏ
は、カメラおよび、画像メモリの設計仕様、あるいは入
力画像データの解析などによって、あらかじめめておく
ことができる。

１５は撮像面１３を、視点Ｅ１２を対称点として点対称
な位置に移した仮想的な撮像面である。

一方１６は、撮像面１３上のＸ−Ｙ平面の原点と、イメ
ージ面上の対応する点（平行移動がなければ原点）とが
、ともにカメラの光軸上にあると考えた時に、平行移動
量および拡大比率の関係から３次元空間中にめられるイ
メージ面１４を、同様に視点Ｅ１２を対称点として点対
称な位置に移した仮想的なイメージ面である。Ｌ２は、
この仮想的なイメージ面１６と視点Ｅ１２との距離であ
る。

Ｌ２はイメージ面１６と撮像面１５との拡大比率Ｐから
、Ｌ２＝Ｌ１×Ｐとしてめられる。撮像面１３と１６．
イメージ面１４と１６とは、視点Ｅ１２を対称点として
点対称な位置にあるため、３次元物体３上の点と、視点
Ｅ１２とを結ぶ視線と、撮像面あるいは、イメージ面と
の交点の座標を考える上では等価である。（ただしＺ軸
方向の座標および扱いは異なる）、従って、説明の簡単
化のため以下の説明では、撮像面あるいはイメージ面と
して１６あるいは１６を想定して説明する。

第５図は、本発明の構成と原理を説明するだめの図であ
る。同図において、０は絶対空間中の座標原点であシ、
３次元物体３の置かれる床面上などに設定する。Ｅｌ、
Ｆ２は、それぞれ第１．第２のＴＶカメラ５，６のレン
ズ系の光学的中心（視点）である。２１．２２はそれぞ
れ第１．第２のＴＶカメラの撮像面である。ただし、こ
こで考える撮像面は第４図において説明したように、実
際の撮像面を、視点を対称点として点対称な位置に移動
した平面である。１１，１２は、それぞれ第１および第
２のＴＶカメラの視点と撮像面との距離である。撮像面
２１．２２のかわりに、第４図のイメージ面１６に相当
するものを考えてもよい。

ただし、その場合には１１，１２としては、各イメージ
面と視点との距離を考えなくてはならない。

０１　は、撮像面２１上に想定スルｘ１−Ｙ１−２１座
標系（ｚ１軸方向は、０ｌ−Ｅｌの方向とする）の原点
である。ｏ２は、撮像面２２上に想定するＸ２−Ｆ２−
２２座標系（Ｚ２軸方向は０２−Ｆ２の方向とする）の
原点である。同図の例では第１のＴ■カメラ６は、光軸
が原点０を通シ、絶対座標系のｘ　−Ｚ平面に対してα
ＩＦＹＺ平面に対してθの角度をもって設置されておシ
、第２のカメラ６は、光軸が原点０を通り、絶対座標系
のｘ　−Ｚ平面に対してα２の角度をもって設置されて
いるものとしている。

絶対座標系の原点０と、各電点Ｅ１？Ｅ２との距離をそ
れぞれｄｌ、ｄ２とすると、上記のようなカメラ系の設
定条件（α１．α２．θｒ１１＋１２＋ｄ１　ｒｄ２こ
れらを　以後カメラ・パラメータと呼ぶ）は、２台のカ
メラ６．６を、絶対空間中に設置するときに、実測した
シ、基準入力画像を解析することによって、あらかじめ
めておくことができる。従って以後は、既知のデータと
して扱う。

上記カメラ・パラメータがわかれば、撮像面２１上のｘ
ｌ−ｙｌ−ｚ１座標系から絶対座標系への変換マトリク
スＴ１、および絶対座標系から、撮像面２２上のｘ２−
Ｔ２−Ｚ２座標系への変換マトリクスＴ２も一意的に決
定できる。一般にＴ１．Ｔ２は４Ｘ４のマトリクスとし
て表現できる。第５図の構成例における、Ｔ１を以下に
例示する。

（Ｘ＋３’ｔ”ｔ１’）　＝ＣＸ１＋Ｙ１＋Ｚ１＋’）
　−Ｔ１Ｔ１．Ｔ２についてもあらかじめめておくもの
とする。

また、第６図には、スリット光源１から照射される３枚
のスリット・光束平面２−１．２−２゜２−３について
も示している。各スリット光束平　面の３次元空間中に
おける位置は、スリット光源１の設計仕様および、スリ
ット光源１の３次元空間における設定位置および照射角
度（以後光源パラメータと称する）から一意的に決定で
きる。また、スリット光源１０３次元空間中の位置と、
物体３を除いた時に床面上に形成されるスリット・パタ
ーン像を計測することによっても、各スリット光束平面
の位置をめることが可能である。上記のような方法によ
って、各スリット光束平面２−１〜２−３の、絶対座標
系における平面の式Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３についても、あら
かじめ既知のデータとしてめておくものとする・ さて、上記の準備をした上で、第１．第２のＴＶ右カメ
ラ、６によって３次元物体３の表面上に形成されるスリ
ット・パターン像を入力すると、撮像面２１．２２上に
は、第５図に示すようなスリット・パターンが得られる
。

いま、特徴点として、スリット・パターンの屈折点を考
え、第６図の撮像面２１上の点Ｐ、を選択したとする。

同図の例では、図面が複雑になるのを避けるため、スリ
ット光束面を３枚とし、対象物体も単純な形状としたの
で、Ｐｉが第２のスリット光束面２−２によって形成さ
れたスリット・パターン上の点であることは人間には容
易にわかるが、計算機によってこれが、スリット光束面
２−２によって形成されたものであることをめるには、
かなシのデータ処理が必要である。またより一般的には
、位置検出精度の関係から、実用的にはもつと多くのス
リット光束を照射するのが普通であり、さらに対象とな
る３次元物体の形状が複雑になれば、形成されるスリッ
ト・バター／がいくつかに途切れた線分状になるため、
選択した特徴点がどのスリット光束面によって形成され
たものであるかを一意的にめるのは不可能になってくる
。

従って、一般的には、Ｐｉがどのスリット光束面によっ
て形成されたものであるかは、未知であると考えなくて
はならない。そこで本発明では、２つのＴＶ左カメラよ
って、両眼立体視した画像データから、Ｐ、かどのスリ
ット光束面によって形成されたものであるかをめてゆく
。

絶対空間中において、撮像面２１上の特徴点Ｐｉと、第
１のカメラの視点Ｅ１とを結ぶ第１の仮想的直線２３を
考え、この直線２３の延長と、スリット光束面との交点
をめる。このとき撮像面２１のかわりに第４図中のイメ
ージ面１６に相当する任意のイメージ面を考えても、第
１の仮想的直線２３は、撮像面上の点Ｐ、と、イメージ
面上のＰｏに相当する点を必ず通過するので、該直線と
スリット光束面との交点としては同じ結果が得られる。

直線２３と、３つのスリット光束面２−１〜２−３との
交点を第６図のＰｉｌ、Ｐ工２ｔＰｉ３とすると、”ｉ
１〜Ｐｉ３のうち１つは、スリット光束面が３次元物体
３と交わってできる３次元物体の表面上の特徴点であシ
、真の交点である。一方Ｐｉ１〜Ｐｉ３のうちの残り２
つは、偽の交点であって、３次元物体３０表面に形成さ
れるスリット・パターン上の点ではない。

ソコテ、Ｐ、１〜Ｐｉ３と、第２のＴＶカメラ６の視点
Ｅ２を結ぶ第２の仮想的直線２４を絶対空間中で考え、
この直線と、第２のＴＶカメラの撮像面２２との交点Ｐ
　’　１１＋　Ｐ　’　＞２＋　Ｐ　’　１３をめる。

ここで第６図の例でｉｊ：　Ｐ　１２が真の交点である
ため撮像面２２（左画面）上の点Ｐ′１□は、撮像面２
１（右画面）上の点Ｐｉに一致対応している。従つて撮
像面２２上で点Ｐ′、２は、特徴点Ｐ０と類似したスリ
ット・パターン形状の上に位置している。

しかし、ＰｉｌおよびＰｉ３については偽の交点である
ため、撮像面２２上において点Ｐ′、１　および”ｉ３
は、一般にはスリット・パターン上の点にはならない。

上記のように、第２の交点Ｐ′、１〜Ｐ’ｉ３　ａ傍の
撮像面２２上のスリット・パターン形状によって、Ｐ、
は、スリット光束面２−２によって３次元物体３０表面
上にできたスリット・パターンの屈折点であることがわ
かシ、Ｐ工。の絶対座標値から一意的にその位置がめら
れる。一度、対応するスリット光束面がわかれば、撮像
面２１上において、Ｐ工を含む一連のスリット・パター
ンはすべて同一のスリット光束面によって形成されたも
のであることから、撮像面２１上においてＰｉを含むス
リット・パターン上の任意の点について、第１の仮想的
直線とスリット光束面２−２との交点をめることにより
、その絶対空間における位置をめることができる。

カメラと、スリット光源の設定角度および３次元物体の
形状によっては、まれにＰ□とＥｌを結ぶ第１の仮想的
直線の延長上、あるいはＰｌｊとＥ２を結ぶ第２の仮想
的直線の延長上に、別の真の交点が存在する可能性もあ
る。２つ以上の真の交点があっても一般には、それぞれ
に対応関係が確認できるが、まれには、対応関係が一意
に決定できない交点位置の組合せも存在する。

そのような場合には、入力画像中のスリット・パターン
像を直線近似するなどの方法によって直線の両端点、あ
るいは直線上の数点などの特徴点の組合せによって対応
関係の判断を行なってゆく。

また、右画面上には存在する特徴点が、左画面上では隠
れてしまって見えない場合もある。この場合には、第２
の交点Ｐ′ｉ１〜”ｉ３のいずれについても対応関係が
確認できない。従って、特徴点Ｐｉは、左画面上では隠
れていると判断して、次の特徴点の処理に移る。

以上に説明してきたような構成によってなる本発明の物
体検出方法を採用して、３次元物体の位置・形状認識装
置を構成した一実施例を以下に説明する。第６図は同実
施例のブロック構成図である。本実施例では、ＣｐＵに
よって左・右両画面の入力画像データを処理して、本発
明にかかる位置検出方法により、いくつかの特徴点につ
いて、左、右両画面間での対応関係、および３次元物体
表面上での絶対位置をめる。それらのデータをもとに対
象である３次元物体の位置、形状の認識を行なう。

第６図において、１はスリット光源、６，６は第１．第
２のＴＶカメラである。３１．３２は、それぞれ第１．
第２のＴＶカメラからの入力画像ａ、ｂを格納する第１
．第２の画像メモリである。

３３はＣｐＵであり、以下の構成要素は、すべてこのＣ
ｐＵによって動作する。３４はＣＲＵの信号バスである
。４２はカメラ・パラメータ、４３は光源パラメータで
あり、あらかじめデータとして与えてお（３５，３６は
第１．第２の特徴抽出部であシ、入力画像ａ’、ｂｌｃ
対して２値化、細分化、直線近似などの従来の方法によ
って入力画像中の特徴点などの特徴データｃ、ｄを抽出
する。

３７は、第１の仮想的直線２３と、スリット光束面との
交点をめる手段であり、特徴データＣの中の特徴点Ｐｉ
と第１のＴＶ左カメラ視点Ｅ１　とを結ぶ第１の仮想的
直線とスリット光束面Ｓｊとの交点Ｐｉｊの３次元座標
をめる。Ｓ、は、あらかじめＣｐＵ３３が記憶している
１番目のスリット光束平面の式であシ、ｐｉ、ｓ、は、
ＣｐＵから指示される。ｔｌは、第１の画像メモリ上か
ら、第１のＴＶ左カメラの撮像面上への座標変換を行な
う変換マトリクス、Ｔ１は第１のＴＶ左カメラの撮像面
上にとったｘｌ−ｙ、−ｚ１座標系から絶対座標系への
変換マトリクスであり、いずれも、カメラ・パラメータ
等からあらかじめめておいてＣｐＵ３３が記憶している
。手段３７でめたＰｉｊの３次元座標はデータメモリ３
８２手段３９の入力データとなる。

３８はデータ・メモリであり、手段３７でめたＰｉｉの
３次元座標をデータとして記憶する。以後の処理によっ
てＰｌｊが対応するスリット光束面との交点（真の交点
）であることが確認された場合には、３次元物体表面上
の該当点の絶対位置を表わす有効データとして利用する
。３９は第２の仮想的直線２４と第２のＴＶ右カメラの
撮像面との交点をめる手段であり、手段３７でめたスリ
ット平面との交点Ｐ１ｊと、第２のＴＶ右カメラの視点
Ｅ２とを結ぶ第２の仮想的直線２４と第２のＴＶ右カメ
ラの撮像面との交点Ｐ′、］の、撮像面上における平面
座標をめる。Ｔ２は絶対座標系から、第２のＴＶ右カメ
ラの撮像面上にとった、Ｘ２−Ｔ２−Ｚ２座標系への変
換マ）　ＩＪクスである。

４ｏは対応関係検出部であシ、手段３９で得たＰ′・の
座標値を、第２の画像メモリ上の座標値１］ に変換し、第２の特徴抽出部３６でめた特徴データｄの
中に、該当する特徴点が存在するかどうか調べる。ｔ２
は第２のＴＶ右カメラの撮像面上から。第２の画像メモ
リ上へ座標変換するだめの変換マトリクスである。

４１は、位置、形状認識部であり、対応関係検出部４０
で検出した左、右両画面上の特徴点同士およびスリット
光束面との対応関係のデータと、データ・メモリ３８に
格納されている３次元物体表面上の特徴点の絶対位置デ
ータ等をもとに、３次元物体の位置、形状等の認識を行
なう。

上記、各構成要素の詳細についてさらに説明を加えると
、第１．第２の特徴抽出部３５．３６および、位置、形
状認識部４１については、従来から研究発表が多く行な
われており、たとえば、「土井他、″レーザ光切断法に
よる３Ｄ物体の認識”、計測自動制御学会論文集、　ｖ
ｏｌ　９．　ＮＯ，１゜ＰＰ１８−２１　、　（１９７
３）　Ｊ、ｒ大島他、′三次元物体認識のための特殊ハ
ードウェア”、電子技術総合研究所素層、　ｖｏｌ、３
７．　ＮＯ，６，ｐＰ４９３−５０１　。

（１９了３）」　などに詳しく開示されている。

手段３７〜対応位置検出部４０″！での構成要素の一連
の動作および具体的手法については、第７図Ａ　、　Ｂ
のフロー・チャートで示す。フローチャートの右に付し
た番号は、対応する第６図中の構成要素の番号である。

初期条件として、ｉ＝１．ｊ＝１の状態からスタートす
る。まず第１の画像メモリ３１上の特徴データＣの中か
ら任意の特徴点Ｐ、を選択する。

座標変換マトリクスｔ１によってＰｉを第１のＴＶ左カ
メラの撮像面２１上にとったＸｌ−Ｙ１座標系の座標Ｐ
ｉ−Ｐｉ×ｔ１に変換する。撮像面のかわりに最初から
、第１の画像メモリ上に相当するイメージ面を考えてお
けば上記の操作は不要である。

ＰｉのＸｌ−Ｙｌ−Ｚ１座標系での座標をＰ　ｉ（ｘｐ
　ｉ　ｒｙ　、、ｏ）　とすると、次にこれを、絶対座
標系へＰｉ の変換マトリクスＴ１によって絶対座標Ｐｉ＝Ｐｉ×Ｔ
１　に変換する。一方、第１のＴＶ左カメラの視点Ｅ１
ノＸ１−Ｙ１−２１座標系テノ座標はＥｌ（０，０２１
１）であシ、これを同様に絶対座標Ｅ１＝Ｅ１×Ｔ１に
変換する。次に絶対座標系において、上記Ｐ工とＥｌを
結ぶ第１の仮想的直線の式ｅをめる。次に、あらかじめ
既知データとして記憶している１番目のスリット光束面
の平面式Ｓｊと、上記直線の弐〇とを連立させて、交点
Ｐｉｊ　の絶対座標をめる。

上記一連の操作の実際上の方法としては、あらかじめ座
標変換と連立方程式の解を文字式の形でめておき、カメ
ラ・パラメータ、光源パラメータの既知のデータと、Ｐ
ｉの第１の画像メモリ上における座標値およびスリット
光束面を表わす式の係数をデータとして与えることによ
り、交点Ｐ・・の３次元座標値を算出する。

ｌ　】 なお上記の説明では、ＰｉとＥｌを共に絶対座標に変換
してから、２点を結ぶ直線の式をめているが、ｐ、とＥ
ｌをｘｌ−ｙｌ−ｚ１座標系で表現し、２点を結ぶ直線
の式を同座標系においてめ、次に該直線の式を、絶対座
標系に変換するという手順も可能であシ、結果としては
同じものが得られる。

上記でめたＰｉ、の絶対座標を、データ・メモリ３８に
格納した後、Ｐｉｊを、絶対座標系から第２のＴＶカメ
ラ６の撮像面２２上にとったＸ２−Ｙ２−Ｚ２座標系へ
の変換マトリクスＴ２によって、同座標系での座標”ｉ
　ｊ　””ｉ　ｊ　ＸＴ２に変換する。第２のＴＶカメ
ラの視点Ｅ２のｘ２−Ｙ２−Ｚ２座標系における座標は
Ｅ２（０，０，１２）であるので、Ｐｉ、とＥ２を結ぶ
第２の仮想的直線の式ｆを、ｘ２−Ｙ２−Ｚ２座標系に
おいてめる。

次に、直線の式ｆと、第２−のＴＶカメラ６の撮像面の
式　Ｚ２−ｏを連立させて、交点Ｐ′□ＪのＸ２−Ｙ２
−２２座標系における座標データをめる。

この時Ｚ２軸座標値は常に０となる。

上記の一連の操作についても、あらかじめ文字式の形で
解をめておき、カメラ・パラメータ（既知のデータ）と
、Ｐ・　の絶対座標（未知のデーｌ］ り）を代入することにより、交点ｐ　／　’ｔ　、のＸ
２．Ｙ２座標値を算出するのが、実際的な手法である。

次に変換マトリクスｔ２によって、交点ｐ／、ｊを、第
２の画像メモリ上の座標値Ｐ’１ｊ＝Ｐ’１ｊＸｔ２に
変換する。撮像面２２のかわシに、最初から第２の画像
メモリ上にとったイメージ面を考えておけば上記の変換
は不要である。対応関係検出部４０では、上記でめたＰ
′ｉｊの座標データと、第２の特徴抽出部３６でめた特
徴データｄの内容とを比較検討して、第２の画像メモリ
上の該当する位置近傍に、右画面上の特徴点Ｐｉと対応
するパターン形状の特徴点が存在するかどうかを調べる
。

対応関係検出部の具体的な方法については、従来から研
究報告（先に掲げた文献など）がなされており、新規な
ものではない。しかし、本発明にかかる方法を採用する
ことにより、対応関係を調べるべき、画像メモリ上の候
補点の位置が有意的に決定できるため、データ処理時間
を短縮化できるほか、一意的な判断を下し得るという有
利性が生ずる。

ｐ／、・の位置における対応関係を調べた結果、ｌ】 対応関係が検出されなかった場合には、Ｊ−１＋１をし
て、Ｐｉと次のスリット光束面との関係を調べるルーチ
ンに移る。最後のスリット光束面まで調べてみても対応
関係が確認できない場合には、その特徴点Ｐｉは、左画
面上では隠れているものとして情報を登録し、ｉ　＝　
ｉ　＋１として次の特徴点を調べるルーチンに移る。ｐ
　／　ｉ、の位置において対応関係が確認された場合に
は、Ｐｉと、対応するスリット光束面Ｓｊとの対応関係
を登録した後、ｉ　＝　１−１−１として次の特徴点に
移る。第１の仮想的直線２３の延長上に、２つ以上の真
の交点が存在する可能性がある場合にはｉはそのままで
ｊ＝ｊ＋１として、Ｐｉと残りのスリット光束面との交
点についても対応関係の検討を続ければよい。必要なす
べての特徴点について、対応関係と３次元的位置の検出
が終了すれば、位置、形状認識部４１に制御を移して、
上記データをもとに対象物体の位置、形状認識を行なう
。

なお、第１の画像メモリ上において、対応関係の確認さ
れた特徴点Ｐｉを含む１つながりのスリット・パターン
は、すべて同一のスリット光束面によって形成されたも
のであることから、同スリット・パターン上の任意の点
については、あらかじめ対応するスリット光束面がわか
っているため、手段３７のみで、直接３次元的位置をめ
ることができる。

第５図の例で示した２つのカメラおよびスリット光源の
設定条件（位置、角度等）は、代表的な例であり、平行
移動等も含めてより一般的な設定条件のもとにカメラ等
を配置することも可能である。ただし、２つのカメラお
よびスリット光源の配置をうまく設定することによシ、
位置検出精度の向上、座標値計算の簡単化などの利点が
生ずるため、上記２つのカメラおよびスリット光源の設
定条件をうまく選ぶことが望ましい。なお、本発明では
２つのカメラを使用することとしているカニ。

ミラー等を用いて、１つのカメラで異なる角度７５ムら
の画像を順次入力する方法も、もちろん採用することが
できる。またスリット光として、網目状のパターン（グ
リッド光）などを採用することも可能である。必要に応
じて、本発明の一部をノ・−ドウエアによって構成する
ことも可能である。

第６図の実施例の構成および第７図Ａ、Ｂのフロー・チ
ャートでは、各処理ステップ毎にフ゛ロック分けをして
示したが、実際の構成においては、３７〜３９を一連の
ものとして、選択した特徴点ＰｉのＸｌ、Ｙ１座標と、
スリット光束面の番号ｊを入力することによシ、直接ｐ
　／　ｉ、の第２の画像メモリ上での座標（ｘ２１　Ｙ
２　）をめるように構成しておく方が計算処理の時間が
短縮できるのでまた本発明の方法では、特徴点は、スリ
ット・パターンの屈折点などの顕著なものに限定する必
要はなく、３次元物体の曲面上に形成されたスリット・
パターン上の点であっても、その３次元的位置情報と、
左画面との対応関係をめることができ、広範囲な対象物
体に適用できる手法である発明の効果 以上の説明で述べてきたように、本発明の物体検出方法
によれば、簡単な構成で、従来の手法のみでは困難であ
った両眼立体視をした時の左右両画区間の対応づけの問
題を解決できると共に、３次元物体上の特徴点の３次元
的位置を直接求めることができる。対応づけの問題が解
決されたことにより、従来ｎ本のスリット像に対してｎ
回の画像入力と、特徴抽出のための前処理が必要であっ
たものが、１回ですむようになシ、大幅な画像入力、前
処理時間の短縮が実現できる。また以後のデータ処理も
簡単な計算ですむため、本発明は実用的な３次元物体の
認識装置を実現可能にするという意味で、産業的に非常
に大きな効果が期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスリット光を用いた距離測定方法を示す
原理図、第２図は本発明の物体検出装置の一実施例にお
ける画像入力部を示す概念図、第３図ａ、ｂは第１およ
び第２のＴＶカメラによる入力画像の例を示すノくター
ン図、第４図はカメラ光学系と撮像面、入力画像め関係
を示す概念配置図、第５図は同実施例の構成を説明する
だめの概念図、第６図は同実施例の構成を示すブロック
図、第７図Ａ、Ｂは同実施例の動作を説明するフロー・
チャートである。 １・・・・・・スリット光源、２・・・・・・スリット
光束面群、５．６・・・・・・第１．第２の画像入力装
置、２１．２２・・・・・・第１．第２の画像入力装置
の撮像面、２３゜２４・・・・・・第１．第２の仮想的
直線、３７・・・・・・第１の仮想的直線とスリット平
面との交点をめる手段、３８・・・・・・データ会メモ
リ、３９・・・・・・第２の仮想的直線と、第２のＴＶ
カメラの撮像面との交点をめる手段、４ｏ・・・・・・
対応関係検出部、４１・・・・・・位置、形状認識部。 代理人の氏名　弁理士′中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 名４図 第７図 第７図 （８）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検出物体にスリット光源から複数本のスリット・パタ
   ーンを照射し、前記被検出物体を互いに異なる２つの方
   向から第１および第２の画像入力装置によって撮像し、
   前記第１の画像入力装置の撮像面上に結像したスリット
   ・パターン上の任意の１点を選択し、前記選択点と前記
   第１の画像入力装置のレンズ系の光学的中心とを結んで
   なる３次元空間中の第１の仮想的直線をめ、前記第１の
   仮想的直線と、前記スリット光源から照射される複数の
   スリット光束平面のうちの任意の１つとの第１の交点を
   め、前記第１の交点と前記第２の画像入力装置のレンズ
   系の光学的中心とを結んでなる３次元空間中の第２の仮
   想的直線をめ、前記第２の仮想的直線と前記第２の画像
   入力装置の撮像面との第２の交点をめ、前記第２の交点
   における前記第２の画像入力装置の撮像面上の結像パタ
   ーンから、前記第２の交点と前記第１の画像入力装置の
   撮像面上の選択点との対応関係をめることによって、前
   記選択点に対応する被検出物体表面上の点の３次元的位
   置を検出することを特徴とする象次元物体牟佳者検出方
   法。