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POSITION MEASURING METHOD BY ZOOMING commons meetings

Patent code P04P001225
File No. Y2002-P392
Posted date Oct 21, 2004
Application number P2003-030249
Publication number P2004-239791A
Patent number P4044454
Date of filing Feb 7, 2003
Date of publication of application Aug 26, 2004
Date of registration Nov 22, 2007
Inventor
  • (In Japanese)尾崎 功一
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title POSITION MEASURING METHOD BY ZOOMING commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive and compact position measuring method by zooming control using a monocular lens optimum for an autonomously moving robot.
SOLUTION: The image of a measuring object tracked while searching for it with the zoom control is acquired in three-dimensional coordinates using the photosensitive face as the origin, the position of a measuring object is measured according to the principle of a triangulation method by parallax based on the data of the acquired image, and the measured data is stored and processed. The measuring object is thereby easily confirmed visually even when it is a similar pattern, by applying a tracking technique for a measuring point due to close observation, even when applied to a moving measuring subject such as the robot, the image is surely acquired and processed in the three-dimensional coordinates using the photosensitive face as the origin, a plurality of cameras is not required to be installed, a camera parameter is not required to be regulated, and only one camera equipped with a zoom function is enough to be used, so as to allow simplification in view point of a facility and size reduction.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


一般的なロボットには、信号を対象物等に放出し、信号の変化から検出を行う能動センサが広く用いられている。能動センサの大きな欠点は、同種の信号を放出するセンサが同一環境下に複数個存在した場含、信号の混信が避けられないことである。例えば、能動センサとして一般的な超音波センサや赤外線センサは、互いの信号の干渉のために計測不可能となる場合が多い。このように、ロボットに搭載可能なセンサの種類は混信しない信号の組合せまでに制限されてしまう。さらに、複数のロボットが存在する環境下では、混信しない組合せのセンサを用意することはきわめて非現実的である。



このような能動センサによる信号の混信間題に対して、視覚(カメラ)は、外部からの光を受けるだけなので信号の混信はない。また、将来、ロボットが周囲に複数存在するような県境を想定するならぱ、非干渉のセンサは不可欠であり、その点で視覚の利用は有力である。しかしながら、視覚の利用による間題点もあり、以下に述べる。ロボットの視覚では、二台以上のカメラから構成されるステレオ視による画像計測が広く利用されている。ステレオ視は、見え方の異なる二枚以上の画像から計測対象の位置を算出することになる。



計測の前提条件としては、それぞれの画像上の計測対象が一致していなけれぱならないが、このために、類似のパターンが存在する環境では計測対象の対応付け(見分け、分解能)が困難な場合が生じる。また、計測対象の対応付けを行うためには、二台のカメラの正確な設置、明度やコントラスト等のカメラ・パラメータの調整は不可欠である。特に、複数のカメラの、明度などのカメラ・パラメータを完全に合わせることはほぽ不可能であり、殆どのステレオ視では色彩までの調整は行われていない。実際には、モノクロ・カメラでの明度・コントラスト調整までが限界である。



そのようなことから、カメラのパラメータ調整およびステレオ視の対応付け間題を避けるために、単眼のカメラによる位置計測法が提案されている。これはマニピユレータ(ロボット・ハンド)等、先端にカメラを取り付けたもので、計測対象を迫跡(トラッキング)しながら、視点を移動させることにより、ステレオ視と同様に視差を得て、三角測量の原理で位置計測を行うものである。この方法では、マニピュレータの精度により比較的高精度に計測を行うことができるが、設備的には大規模となり、小型の移動型ロボット等には搭載できない。



そこで、単眼カメラのズーム機能だけで位置計測を行う方法として、レンズの被写界深度を利用したレンズ焦点法(例えば下記非特許文献1参照)やズームレンズによる相似形撮像の画像処理装置(下記特許文献1参照)が拳げられる。これらの方法では、被写体のピントと焦点合わせ(焦点)の関係から、被写体までの距離を求める方法である。具体的には、オートフオーカス・カメラに広く利用された方法であるが、ロボットへ適用するには次の2つの間題がある。



【非特許文献1】
K.Ohba,J.C.Pedraza Ortega:”Micro-observation technique for tele-micro-operation”,Advanced Robotics,vol.15,No.8,pp.779-878,2000.
【特許文献1】
特開平5-209730号公報(図2および段落0018)

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、計測対象を単眼カメラのズーム機能により移動する焦点におけるスクリーン上に結像させて視差による三角測量法の原理により前記計測対象の位置を計測するズームによる位置計測方法に関する。特に、本発明は、自律ロボット等の、動き等が画像計測によって自動化される機械への適用を狙ったものである。つまり、視覚(カメラ)を有し、撮像した画像から環境や作業対象などの抽出、特定、認識等が行える自動化機械(ロボット)等に適用して有用である。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
計測対象を単眼カメラのズーム機能により移動する焦点におけるスクリーン上に結像させて視差による三角測量法の原理により前記計測対象の位置を計測するズームによる位置計測方法において、感光面を原点とする三次元座標に、ズーム制御とともに探索しつつ追跡した前記計測対象の画像を取得し、該取得した画像データから計測対象の位置を計測して該計測データを保存、処理するにあたり、少なくとも二つの焦点位置から計測点の三次元位置を求める際に、画像上での計測点の位置と焦点距離の組合せから求められた計測不可能な領域である計測の不確かさを計測精度の評価指標として採用し、ズーム制御により取得された計測対象の複数の画像データから最も計測精度の高い組合せを選定して計測点の三次元位置計測データとすることを特徴とするズームによる位置計測方法。

【請求項2】
 
前記ズーム制御とともに探索しつつ追跡した前記計測対象の画像の取得および該画像データからの計測データの保存制御と、前記単眼カメラのレンズの歪み補正、画像の拡大処理、不確かさを計測精度の評価指標とした計測データの確定制御とを並列的に行うようにするとともに、最も新しいデータを基準として、過去に遡るデータの探索を可能にしたことを特徴とする請求項1に記載のズームによる位置計測方法。

【請求項3】
 
前記取得した計測データにつき、画像が撮影された時点でのカメラの内部パラメータに基づいて、レンズの歪み補正を行うようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載のズームによる位置計測方法。

【請求項4】
 
前記画像データの拡大処理を行うようにしたことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載のズームによる位置計測方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003030249thum.jpg
State of application right Registered
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