JP2861014B2 - Object recognition device - Google Patents
Object recognition deviceInfo
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- JP2861014B2 JP2861014B2 JP1009430A JP943089A JP2861014B2 JP 2861014 B2 JP2861014 B2 JP 2861014B2 JP 1009430 A JP1009430 A JP 1009430A JP 943089 A JP943089 A JP 943089A JP 2861014 B2 JP2861014 B2 JP 2861014B2
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- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Description
本発明は、物体認識装置に関し、例えば、ロボットに
より、不規則に積み重ねられた多数の加工物体の中か
ら、最上位にある物体を把持する場合に、その把持すべ
き最上位物体を高速且つ高精度で認識できる物体認識装
置に関するものである。The present invention relates to an object recognizing device, for example, when a robot grasps an uppermost object from among a large number of irregularly stacked processing objects by a robot, quickly and highly efficiently grasps the uppermost object to be grasped. The present invention relates to an object recognition device capable of performing recognition with high accuracy.
従来、この種の物体認識装置では、撮像された濃淡画
像と予めモデル物体で撮像したモデル濃淡画像との相関
をとることで物体を認識することや(特開昭60−48579
号公報、特開昭60−163163号公報)、物体の輪郭線を抽
出して、予め登録されたモデルの輪郭線と照合させるこ
とで物体を認識すること(特開昭62−269287号公報)が
行われている。Conventionally, an object recognizing device of this type recognizes an object by correlating a captured grayscale image with a model grayscale image captured in advance by a model object (Japanese Patent Laid-Open No. 60-48579).
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-269287), an object outline is extracted, and the object is recognized by comparing it with a contour line of a model registered in advance (Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-269287). Has been done.
しかし、前者は濃淡画像において1方向の相関を取る
ため、認識物体が円柱物体等の簡単な形状の物体に限ら
れたり、照合部分では最上位に物体が存在しても他の部
分では下位に存在し、全体として把持するのに適当では
ない物体まで、最上位物体として認識してしまうという
問題がある。 又、後者は、画像上において抽出された検出物体の輪
郭線が照明等の外乱の影響で通常切断されたものとなる
ため、物体が下位に存在して輪郭線が切断される場合と
区別が付かないこと、モデルの詳細な輪郭線と照合する
と認識精度は向上するが認識速度が低下すること、モデ
ルの主要な一部の輪郭線と照合すると認識速度が向上す
るが、照合しない輪郭線の部分が上位物体で邪魔されて
いるような場合にも、その物体を最上位物体として認識
してしまうとう問題があった。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、複雑な背景中に存在
する物体や不規則に積み上げられた物体の中から、ロボ
ットが把持するに適当な物体、即ち、最上位物体を効率
良く認識することである。However, since the former takes a one-way correlation in the grayscale image, the recognition object is limited to a simple object such as a cylindrical object. There is a problem in that an object that exists and is not suitable for grasping as a whole is recognized as a top-level object. In the latter case, the contour of the detected object extracted on the image is normally cut due to the influence of disturbance such as illumination, so that it is distinguished from the case where the object exists at a lower level and the contour is cut. It does not stick, the recognition accuracy improves when collating with the detailed contours of the model, but the recognition speed decreases.The recognition speed improves when collating with some major contours of the model, but the Even when a part is obstructed by a higher-order object, there is a problem that the object is recognized as the highest-order object. The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and has an object to grasp a robot from an object existing in a complicated background or an irregularly stacked object. In other words, it is necessary to efficiently recognize an object that is appropriate for the object, that is, the top object.
上記課題を解決するための発明の構成は、第1図にそ
の概要を示すように、2次元画像から検出物体の輪郭線
を求め、この輪郭線から検出物体の輪郭線を構成する複
数の構成線分を抽出し、この構成線分と照合の対象とな
るモデルの輪郭線を構成するモデル線分とを照合し、構
成線分とモデル線分との一致の程度から物体を認識する
物体認識装置において、モデルの輪郭線の主要部を構成
する主要モデル線分に関する情報を記憶した主要モデル
線分記憶手段と、モデルの輪郭線の略全体を構成する詳
細モデル線分に関する情報を記憶した詳細モデル線分記
憶手段と、検出物体の構成線分と主要モデル線分記憶手
段に記憶された主要モデル線分とを照合し、この照合結
果に応じて検出物体の位置および姿勢を求めて検出物体
の候補を選択する候補選択手段と、濃淡画面の微分画像
を2値化したエッジ画像を求めるエッジ画像演算手段
と、エッジ画像上において、候補選択手段により選択さ
れた検出物体の位置及び姿勢に基づいて、詳細モデル線
分記憶手段に記憶されている詳細モデル線分と検出物体
のエッジ画像とを照合し、その照合結果に応じて検出物
体を特定する物体特定手段とを設けたことである。」 又、望ましくは、エッジ画像演算手段は、照明の照射
方向の異なる複数の濃淡画像の微分画像を2値化した複
数のエッジ画像を求め、この複数のエッジ画像を合成し
て合成エッジ画像を求めるものであり、物体特定手段
は、合成エッジ画像上において、候補選択手段により選
択された検出物体の位置及び姿勢に基づいて、詳細モデ
ル線分記憶手段に記憶されている詳細モデル線分と検出
物体のエッジ画像とを照合し、その照合結果に応じて検
出物体を特定するものである。As shown in FIG. 1, the configuration of the invention for solving the above-mentioned problem includes a plurality of configurations for obtaining a contour of a detected object from a two-dimensional image and forming a contour of the detected object from the contour. Object recognition that extracts a line segment, matches the component line segment with the model line segment that forms the contour of the model to be compared, and recognizes an object based on the degree of coincidence between the component line segment and the model line segment. In the apparatus, a main model line segment storage unit that stores information about a main model line segment that forms a main part of a model outline, and a detail that stores information about a detailed model line segment that forms substantially the entire model outline. The model line segment storage unit compares the constituent line segment of the detected object with the main model line segment stored in the main model line segment storage unit, and obtains the position and orientation of the detected object according to the result of the comparison. Signs of choosing a candidate Selecting means, edge image calculating means for obtaining an edge image obtained by binarizing the differential image of the gray scale screen, and a detailed model line segment on the edge image based on the position and orientation of the detected object selected by the candidate selecting means. There is provided object specifying means for comparing the detailed model line segment stored in the storage means with the edge image of the detected object, and specifying the detected object according to the result of the comparison. Preferably, the edge image calculation means obtains a plurality of edge images obtained by binarizing differential images of a plurality of grayscale images having different illumination irradiation directions, and synthesizes the plurality of edge images to generate a synthesized edge image. The object specifying means detects the detailed model line segment stored in the detailed model line storage means on the synthesized edge image based on the position and orientation of the detected object selected by the candidate selecting means. This is to collate with the edge image of the object and specify the detected object according to the result of the collation.
第1段階では、候補選択手段により、検出物体の輪郭
線を構成する構成線分と主要モデル線分との照合が行わ
れて、一定量以上一致する物体が検出物体の候補として
選択される。 第2段階では、エッジ画像演算手段により、濃淡画像
の微分画像を2値化したエッジ画像が求められる。この
エッジ画像は、微分画像を所定の閾値を境に2値化した
画像であるため、物体の輪郭線とは異なり、ある程度の
幅をもっており、輪郭線のように外乱により途切れるこ
とは少ない。次に、物体特定手段により、第1段階で選
択された検出物体の全候補のエッジ画像と詳細モデル線
分とが照合され、その照合結果に応じて、対象とする物
体が特定される。 請求項2の発明では、上記に加えて、第2段階では、
エッジ画像演算手段により 照明の照射方向の異なる複
数の濃淡画像の微分画像を2値化したエッジ画像が求め
られ、そのエッジ画像を合成した合成エッジ画像が求め
られる。このエッジ画像は、異なる方向から照明して得
られる画像の合成であることと、微分画像を所定の閾値
を境に2値化した画像であるため、物体の輪郭線とは異
なり、一定の幅をもっており、輪郭線のように外乱によ
り途切れることはない。次に、物体特定手段により、第
1段階で選択された検出物体の全候補のエッジ画像と詳
細モデル線分とが照合され、その照合結果に応じて、対
象とする物体が特定される。 このように、第1段階では、物体の構成線分を特徴あ
る主要モデル線分と照合して、検出物体の位置及び姿勢
を求めているので、演算時間が短縮される。又、第2段
階では、第1段階で選択された検出物体の候補の位置及
び姿勢に基づいて、詳細モデル線分をエッジ画像上に投
影した時の一致の程度で、最終的な検出物体が特定され
る。この第2段階の照合は、第1段階で既に選択された
候補だけで実行されることや、既に、その候補の位置や
姿勢が求められていることから、エッジ画像上で詳細モ
デル線分がどれほど認められるかという簡単な照合とな
るため、その演算時間は短い。又、エッジ画像は外乱に
より物体のエッジが途切れることがないため、確実に上
位物体と下位物体とを判別できる。In the first stage, the candidate selecting means compares the constituent line segments constituting the outline of the detected object with the main model line segment, and selects an object that matches by a certain amount or more as a detected object candidate. In the second stage, an edge image obtained by binarizing the differential image of the grayscale image is obtained by the edge image calculation means. Since the edge image is an image obtained by binarizing the differential image with a predetermined threshold as a boundary, the edge image has a certain width, unlike the contour of the object, and is hardly interrupted by a disturbance like the contour. Next, the object identifying means compares the edge images of all candidates of the detected object selected in the first stage with the detailed model line segment, and identifies the target object according to the result of the comparison. In the invention of claim 2, in addition to the above, in the second stage,
An edge image is obtained by binarizing differential images of a plurality of grayscale images having different illumination irradiation directions by the edge image calculation means, and a synthesized edge image obtained by synthesizing the edge images is obtained. This edge image is a composite of images obtained by illuminating from different directions, and is an image obtained by binarizing a differential image with a predetermined threshold as a boundary. And it is not interrupted by a disturbance like a contour line. Next, the object identifying means compares the edge images of all candidates of the detected object selected in the first stage with the detailed model line segment, and identifies the target object according to the result of the comparison. As described above, in the first stage, the position and orientation of the detected object are obtained by comparing the constituent line segments of the object with the characteristic main model line segments, so that the calculation time is reduced. In the second stage, based on the position and orientation of the candidate for the detected object selected in the first stage, the final detected object is determined by the degree of coincidence when the detailed model line segment is projected on the edge image. Specified. Since the matching in the second stage is performed only with the candidate already selected in the first stage, and since the position and orientation of the candidate have already been obtained, the detailed model line segment is not displayed on the edge image. The calculation time is short because it is a simple collation of how much is recognized. In addition, since the edge image does not break the edge of the object due to the disturbance, the upper object and the lower object can be reliably determined.
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第2図において、多くの工作物Wがパレット5上に載
置されており、そのパレット5の上部から工作物Wを撮
像するカメラ6が設けられている。又、工作物Wの照明
装置として中央上部から工作物Wを一様に照射する第1
照明装置7と、工作物Wを左上方から照射する第2照明
装置8と、工作物Wを右上方から照射する第3照明装置
9とが設けられている。これらの照明装置7,8,9は照明
制御回路2によって指令された時に工作物Wを照射する
ように構成されている。 物体認識装置Aは、照合、判定等のデータ処理を行う
中央処理装置1と、カメラ6により得られた映像信号を
処理して、検出物体の輪郭線を検出して、輪郭線を構成
する構成線分を抽出し、又、合成エッジ画像を求める等
のデータ処理を行う画像処理装置3と、モデルに関する
データや検出物体に関するデータを記憶する記憶装置4
と、照明制御回路2とで構成されている。 更に、画像処理装置3は、カメラ6の出力する映像信
号をサンプリングして、濃淡レベルをディジタル化した
濃淡画像データを生成する画像入力装置31と、その濃淡
画像データから微分演算により明度勾配を求め、物体画
像のエッジを表すエッジ画像データを生成するエッジ検
出装置32と、そのエッジ画像データから輪郭線を追跡
し、その輪郭線を構成する構成線分を抽出し、その構成
線分の位置に関するデータを生成する線分抽出装置33と
で構成されている。 又、記憶装置4はRAM等で構成されており、モデルの
輪郭線の主要部を構成する主要モデル線分の位置に関す
る情報を記憶する主要モデル線分メモリ41と、主要モデ
ル線分に対して所定値以上の照合度を有する構成線分の
組みから求められた検出物体候補の位置及び姿勢に関す
るデータを記憶する候補データメモリ42と、モデルの輪
郭線の略全体を構成する詳細モデル線分の位置等に関す
る情報を記憶する詳細モデル線分メモリ43と、詳細モデ
ル線分と選択された検出物体候補に対応する中央処理装
置内のメモリ上のエッジ画像と照合し、その結果を記憶
する認識結果メモリ44とで構成されている。 次に、物体認識装置Aの処理手順を示した第3図及び
第4図のフローチャートと、第5図の説明図にしたがっ
て本装置の作用を説明する。 照明制御回路2により、通常、第1照明装置7が点燈
されており、カメラ6で得られた映像信号は画像入力装
置31に入力している。そして、画像入力装置31では、映
像信号をサンプリングしてディジタル信号に変換して濃
淡画像が生成されている。その濃淡画像データはエッジ
検出装置32に入力し、微分されてエッジ画像が生成され
る。そのエッジ画像データは線分抽出装置33に入力し、
稜線を追跡することで物体の輪郭線が抽出され、更に、
その輪郭線は折線や円で近似されて第5図(a)に示す
ような線分画像が得られる。 そして、ステップ100において、中央処理装置1は、
線分画像から、半径が主要モデル線分の対応する円の半
径に略等しい円や長さが一定値以上の直線から成る構成
線分を抽出し、ステップ102で円の中心位置や半径と直
線の両端位置のデータを、それぞれ、中央処理装置内の
構成線分メモリの領域A及び領域Bに記憶する。 一方、主要モデル線分メモリ41には、第5図(b)に
示すような主要モデル線分の要素である円の中心位置や
線分の両端位置の位置データが記憶されている。本実施
例では、主要モデル線分はモデルに形成された穴の輪郭
を示す円C1と主要稜線の一部を示す直線L1,L2,L3で構成
されている。 次に、ステップ104へ移行して、構成線分メモリ34の
領域Aが空か否かを判定することにより、照合の対象で
ある構成線分が残存するか否かが判定される。最初の実
行サイクルでは、構成線分の抽出が成功した限りにおい
て、当然、領域Aは空ではないので、ステップ106へ移
行して、中央処理装置1内の構成線分メモリの領域Aか
ら任意の構成線分である円が1つ選択される。 次に、ステップ108で、前記構成線分メモリの領域B
から任意の構成線分である直線が3本選択される。そし
て、ステップ110へ移行して、選択された構成線分と主
要モデル線分メモリ41に記憶されている主要モデル線分
との全ての組合に付いて一致度が演算される。 一致度ρは、抽出された構成線分と主要モデル線分と
が、それらの相対的位置関係を含めて、どれほど一致し
ているかを示すパラメータであり、本実施例では、次式
で求める。 但し、ωiは主要モデル線分に与えられた重みであ
り、重みの大きい主要モデル線分と一致すれば、それだ
け全体としての一致度が大きくなる。ω1は円、ω2〜
ω4は直線の重みである。 又、Δαiはi番目のモデル線分と照合の対象の構成
線分との一致度を示す。 円の場合には、主要モデル線分の円の半径と略等しい
円が構成線分として既に抽出されているので、Δα1=
1.0である。 又、直線については(i≠1)、 length(mi)は、i番目の主要モデル線分miの長さ、
length(ej)は抽出された、j番目の構成線分ejの長さ
である。 又、Δβiは構成線分間の相対的位置関係と主要モデ
ル線分間の相対的位置関係の一致度を示す。 円の場合には、同様に、Δβ1=1.0である。 又、直線については(i≠1)、 構成線分eiが領域Sに存在するとき、 Δβi=1.0 構成線分eiが領域Sに一部含まれるとき、 Δβi=0.5 構成線分eiが領域Sに全く含まれないとき、 Δβi=0 ただし、領域Sは次式で定義される。 S=∩N(mk,ek;mi) i≠k,all N(mk,ek;mi)は、主要モデル線分mkに構成線分ekを
片方づつ端点を一致させて対応付けた時に、主要モデル
線分間の相対的位置関係により決定される、主要モデル
線分miの存在可能範囲である。したがって、領域Sは、
3つの主要モデル線分と3つの構成線分のそれぞれの対
応関係から決定される存在可能領域の共通領域である。 このようにして、ステップ110で一致度ρが演算され
る。また、主要モデル線分と選択された構成線分の組合
せは、本実施例では円と円とを対応させており、他の3
つの直線の対応関係により6通り存在するが、その各組
合せに関して、一致度が演算され、その内、一致度の最
大の組が、主要モデル線分と対応の可能性のある組合せ
として選択される。 そして、次のステップ112でその一致度ρがしきい値T
hより大きいか否かが判定され、一致度ρがしきい値Th
より大きい場合には、ステップ118において、抽出され
た構成線分の1つである円の中心位置から検出物体の位
置が、主要モデル線分のうちの特定な直線に対応する構
成線分の直線の傾きから検出物体の姿勢が演算され、そ
れらの値は候補データメモリ42に記憶される。そして、
ステップ120において、選択された検出物体の候補の数
は十分か否かが判定され、十分でない場合には、ステッ
プ122に移行して、抽出された構成線分を中央処理装置
1内の構成線分メモリから消去し、ステップ104へ戻
り、次の構成線分の抽出が行われる。 一方、ステップ112において、一致度ρがしきい値Th
より大きくない場合には、選択された構成線分と主要モ
デル線分との対応組は評価済のラベルを付けられて領域
Bに戻される。そして、ステップ114へ移行して、中央
処理装置1内の構成線分メモリの領域Bに記憶されてい
る構成線分の中から抽出される他の組合せが存在するか
否かが判定され、他の組合せが存在する場合には、ステ
ップ108へ移行して、構成線分のうちから3つの他の直
線が抽出され、その全対応組に対して、上記と同様に一
致度ρが演算される。又、抽出される構成線分の他の組
合せが存在しない場合には、ステップ116において、抽
出された構成線分の円はモデルに対応した円でないとし
て中央処理装置1内の構成成分メモリの領域Aから削除
され、ステップ104に戻り、次の他の円が抽出されて、
他の3つの直線が選択され対応組が生成され、同様にし
て一致度が演算される。 又、ステップ120で選択された検出物体の候補数が十
分であれば、候補の選択を打ち切り、ステップ124以下
の処理が実行される。このとき、検出物体の候補は第5
図(c)に示すように選択されている。 ステップ124では第2照明装置8が点燈され、加工物
体Wは左上方から照射され、カメラ6から映像信号が入
力され、ステップ126において、エッジ検出装置32によ
り濃淡画像を微分して2値化したエッジ画像が中央処理
装置内のエッジ画像メモリに記憶される。次に、ステッ
プ128では第3照明装置9が点燈され、加工物体Wは右
上方から照射され、カメラ6から映像信号が入力され、
ステップ130において、エッジ検出装置32により濃淡画
像を微分して2値化した右上方照明時のエッジ画像が得
られる。次に、ステップ132で、中央処理装置1によ
り、その右上方照明時のエッジ画像と既にエッジ画像メ
モリに記憶されている左上方照明時のエッジ画像との論
理和が演算された後、第5図(d)に示すような合成エ
ッジ画像がエッジ画像メモリに記憶される。 次に、ステップ134において、候補データメモリ42に
記憶された1つの検出物体候補の位置及び姿勢データが
選択される。次に、ステップ136において、中央処理装
置1内のエッジ画像メモリに記憶されている合成エッジ
画像上において、検出物体候補の位置及び姿勢データに
基づいて、詳細モデル線分メモリ43上に記憶されている
第5図(e)に示すような詳細モデル線分を投影した
時、その詳細モデル線分と合成エッジ画像の選択された
第k番の検出物体候補のエッジとの重なりの画素数γk
が演算される。 但し、Eiは詳細モデル線分eiにおける重なりの画素数
であり、mは詳細モデル線分の数である。 そして、次のステップ138で、候補データメモリ42に
記憶されている全ての検出物体候補について、重なり画
素数の演算が完了していないと判定された場合には、ス
テップ134へ戻り、その他の検出物体候補について、重
なり画素数が演算される。 そして、選択された全検出物体候補について、重なり
画素数γkが演算されると、ステップ140でその重なり
画素数γkの最大な検出物体が最も上にある物体として
認識される。 このようにして、不規則に積み重ねられた同一形状を
した多数の物体の中から最上位にある物体を第5図
(f)に示すように精度良く認識することができる。 又、重なり画素数γkの代わりに、詳細モデル線分ei
の画素数をViとするとき Ei/Vi≧T を全詳細モデル線分について満たす検出物体候補の中で
重なり割合の最大値の物体を最上位物体と認識するよう
にしても良い。 但し、Tは各詳細モデル線分の重なり割合の許容値で
ある。Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. In FIG. 2, many workpieces W are mounted on a pallet 5, and a camera 6 for imaging the workpiece W from the upper portion of the pallet 5 is provided. Also, a first illumination device for illuminating the workpiece W uniformly from the upper center is used as the illumination device for the workpiece W.
An illumination device 7, a second illumination device 8 for irradiating the workpiece W from the upper left, and a third illumination device 9 for irradiating the workpiece W from the upper right are provided. These illumination devices 7, 8, 9 are configured to illuminate the workpiece W when commanded by the illumination control circuit 2. The object recognition device A has a configuration in which a central processing unit 1 that performs data processing such as collation and determination, and a video signal obtained by a camera 6 are processed to detect a contour of a detected object and form a contour. An image processing device 3 for extracting line segments and performing data processing such as obtaining a composite edge image; and a storage device 4 for storing data relating to a model and data relating to a detected object.
And an illumination control circuit 2. Further, the image processing device 3 samples an image signal output from the camera 6 to generate grayscale image data in which the grayscale level is digitized, and obtains a brightness gradient by differential operation from the grayscale image data. An edge detection device 32 that generates edge image data representing an edge of an object image, and traces a contour line from the edge image data, extracts a component line constituting the contour line, and relates to the position of the component line. And a line segment extraction device 33 for generating data. The storage device 4 is composed of a RAM or the like, and stores a main model line memory 41 for storing information on the position of the main model line constituting the main part of the contour of the model. A candidate data memory 42 for storing data relating to the position and orientation of a detected object candidate obtained from a set of constituent line segments having a matching degree equal to or greater than a predetermined value, and a detailed model line segment that constitutes substantially the entire contour line of the model A detailed model line segment memory 43 for storing information relating to the position and the like, and a recognition result for comparing the detailed model line segment with an edge image on a memory in the central processing unit corresponding to the selected detected object candidate, and storing the result. And a memory 44. Next, the operation of the present apparatus will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 and 4 showing the processing procedure of the object recognition apparatus A and the explanatory view of FIG. Usually, the first lighting device 7 is turned on by the lighting control circuit 2, and the video signal obtained by the camera 6 is input to the image input device 31. Then, in the image input device 31, the video signal is sampled and converted into a digital signal to generate a grayscale image. The grayscale image data is input to the edge detection device 32 and differentiated to generate an edge image. The edge image data is input to the line segment extraction device 33,
The contour of the object is extracted by tracking the ridgeline.
The outline is approximated by a broken line or a circle to obtain a line segment image as shown in FIG. Then, in step 100, the central processing unit 1
From the line segment image, a component line composed of a straight line whose radius is substantially equal to the radius of the corresponding circle of the main model line or a straight line whose length is equal to or more than a certain value is extracted, and in step 102, the center position and radius of the circle and the straight line are extracted. Are stored in the area A and the area B of the constituent line segment memory in the central processing unit, respectively. On the other hand, the main model line segment memory 41 stores the position data of the center position of the circle and both end positions of the line segment which are elements of the main model line segment as shown in FIG. 5 (b). In this embodiment, the main model line segment is composed of a circle C1 indicating the outline of a hole formed in the model and straight lines L1, L2, L3 indicating a part of the main ridge line. Next, the process proceeds to step 104 to determine whether or not the area A of the component line segment memory 34 is empty, thereby determining whether or not the component line segment to be compared remains. In the first execution cycle, as long as the component line segment is successfully extracted, the area A is naturally not empty. One circle that is a constituent line segment is selected. Next, at step 108, the area B of the constituent line segment memory
, Three straight lines which are arbitrary constituent line segments are selected. Then, the process proceeds to step 110 to calculate the degree of coincidence for all combinations of the selected constituent line segment and the main model line segment stored in the main model line segment memory 41. The degree of coincidence ρ is a parameter indicating how much the extracted constituent line segment and the main model line segment coincide with each other, including their relative positional relationship. In this embodiment, the degree of coincidence ρ is determined by the following equation. Here, ω i is the weight given to the main model line segment, and if it matches the main model line segment with a large weight, the degree of coincidence as a whole increases accordingly. ω 1 is a circle, ω 2 ~
ω 4 is the weight of the straight line. Δα i indicates the degree of coincidence between the i-th model line segment and the constituent line segment to be compared. In the case of a circle, since a circle substantially equal to the radius of the circle of the main model line segment has already been extracted as a constituent line segment, Δα 1 =
1.0. For a straight line (i ≠ 1), length (m i) is, i-th main model line m i the length of,
length (e j ) is the extracted length of the j-th constituent line segment e j . Δβ i indicates the degree of coincidence between the relative positional relationship between the constituent lines and the relative positional relationship between the main model lines. Similarly, in the case of a circle, Δβ 1 = 1.0. For a straight line (i ≠ 1), when the component line segment e i exists in the region S, Δβ i = 1.0 When the component line segment e i is partially included in the region S, Δβ i = 0.5 component line segment When e i is not included in the region S at all, Δβ i = 0. However, the region S is defined by the following equation. S = ∩N (m k, e k; m i) i ≠ k, all N (m k, e k; m i) are matched one by one endpoint configuration line e k to the main model line m k when associating by is determined by the relative positional relationship of the major model line minutes, the presence range of the major model lines m i. Therefore, the area S is
This is a common area of the possible areas determined from the correspondence between the three main model line segments and the three constituent line segments. Thus, in step 110, the degree of coincidence ρ is calculated. The combination of the main model line segment and the selected constituent line segment corresponds to a circle in this embodiment, and the other three
There are six types of correspondences based on the correspondence relationship between the two straight lines. For each of the combinations, the degree of coincidence is calculated, and the largest set of the degrees of coincidence is selected as a possible combination with the main model line segment. . Then, in the next step 112, the degree of coincidence ρ becomes the threshold T
h is determined, and the degree of coincidence ρ is
If it is larger, in step 118, the position of the detected object is shifted from the center position of the circle, which is one of the extracted constituent line segments, to the straight line of the constituent line segment corresponding to the specific straight line of the main model line segments. The attitude of the detected object is calculated from the inclination of the candidate data, and those values are stored in the candidate data memory 42. And
In step 120, it is determined whether or not the number of the selected detected object candidates is sufficient. If not, the process proceeds to step 122, and the extracted component line segments are converted into component lines in the central processing unit 1. The data is erased from the minute memory, the process returns to step 104, and the next constituent line segment is extracted. On the other hand, in step 112, the coincidence ρ is
If not, the corresponding set of the selected constituent line segment and the main model line segment is returned to region B with an evaluated label. Then, the process proceeds to step 114 to determine whether or not there is another combination extracted from the constituent line segments stored in the region B of the constituent line segment memory in the central processing unit 1. If the combination exists, the process proceeds to step 108, where three other straight lines are extracted from the constituent line segments, and the degree of coincidence ρ is calculated for all corresponding pairs in the same manner as described above. . If there is no other combination of the component lines to be extracted, in step 116, it is determined that the circle of the extracted component line is not a circle corresponding to the model, and the area of the component memory in the central processing unit 1 is determined. A is deleted from A, the process returns to step 104, the next other circle is extracted,
The other three straight lines are selected to generate a corresponding set, and the degree of coincidence is calculated in the same manner. If the number of candidates for the detected object selected in step 120 is sufficient, the selection of the candidates is terminated, and the processing of step 124 and subsequent steps is executed. At this time, the detection object candidate is the fifth
The selection is made as shown in FIG. In step 124, the second illumination device 8 is turned on, the processed object W is illuminated from the upper left, and a video signal is input from the camera 6. In step 126, the gray level image is differentiated and binarized by the edge detection device 32. The obtained edge image is stored in the edge image memory in the central processing unit. Next, in step 128, the third lighting device 9 is turned on, the processing object W is irradiated from the upper right, and a video signal is input from the camera 6,
In step 130, an edge image at the time of upper right illumination obtained by differentiating the grayscale image by the edge detection device 32 and binarizing is obtained. Next, in step 132, the central processing unit 1 calculates the logical sum of the edge image at the time of the upper right illumination and the edge image at the time of the upper left illumination already stored in the edge image memory. A composite edge image as shown in FIG. 4D is stored in the edge image memory. Next, in step 134, the position and orientation data of one detected object candidate stored in the candidate data memory 42 is selected. Next, in step 136, on the synthesized edge image stored in the edge image memory in the central processing unit 1, based on the position and orientation data of the detected object candidate, the data is stored in the detailed model line segment memory 43. When a detailed model line segment as shown in FIG. 5 (e) is projected, the number of pixels γ k of the overlap between the detailed model line segment and the edge of the k-th detected object candidate selected in the composite edge image
Is calculated. Here, E i is the number of overlapping pixels in the detailed model line segment e i , and m is the number of detailed model line segments. Then, in the next step 138, if it is determined that the calculation of the number of overlapping pixels has not been completed for all the detected object candidates stored in the candidate data memory 42, the process returns to step 134, and other detections are performed. The number of overlapping pixels is calculated for the object candidate. When the number of overlapping pixels γ k is calculated for all the selected detected object candidates, in step 140, the detected object having the largest number of overlapping pixels γ k is recognized as the top object. In this manner, the top object can be accurately recognized from among a large number of irregularly stacked objects having the same shape as shown in FIG. 5 (f). Also, instead of the number of overlapping pixels γ k , a detailed model line segment e i
Number of pixels may be recognized as E i / V i a ≧ T satisfying for all detailed model line detection object overlaps maximum object the topmost object in proportion among the candidates when a V i a. Here, T is an allowable value of the overlapping ratio of each detailed model line.
本発明は、検出物体の構成線分と主要モデル線分とを
照合し、その照合結果に応じて検出物体の候補を選択す
る候補選択手段と、濃淡画像の微分画像を2値化したエ
ッジ画像を求めるエッジ画像演算手段と、エッジ画像上
において、候補選択手段により選択された検出物体のエ
ッジ画像と、詳細モデル線分とを照合し、その照合結果
に応じて検出物体を特定する物体特定手段とを有してい
るので、候補選択時間が短縮されること、詳細モデル線
分との照合方法が簡単となり照合時間が短縮されるこ
と、外乱では途切れることのないエッジ画像を用いて照
合しているので、上位物体と下位物体の認識精度が高く
なること等の顕著な効果を有する。 又、請求項2の発明では、照明の照射方向の異なる複
数の濃淡画像の微分画像を2値化した複数のエッジ画像
を求め、この複数のエッジ画像を合成して合成エッジ画
像を求め、この合成エッジ画像上において、詳細モデル
線分と検出物体のエッジ画像とを照合し、その照合結果
に応じて検出物体を特定している。よって、合成エッジ
画像が照明方向の異なる複数の濃淡画像から得られるた
めに、最も上の検出物体を高精度で検出することができ
る。The present invention relates to a candidate selecting unit for comparing a constituent line segment of a detected object with a main model line segment and selecting a candidate for a detected object in accordance with a result of the comparison, and an edge image obtained by binarizing a differential image of a grayscale image. And an object specifying means for comparing the edge image of the detected object selected by the candidate selecting means with the detailed model line segment on the edge image, and specifying the detected object according to the result of the comparison. That the candidate selection time is reduced, the matching method with the detailed model line is simplified and the matching time is shortened, and the matching is performed using an edge image that is not interrupted by disturbance. Therefore, there is a remarkable effect that the recognition accuracy of the upper object and the lower object is improved. According to the second aspect of the present invention, a plurality of edge images obtained by binarizing differential images of a plurality of grayscale images having different illumination irradiation directions are obtained, and the plurality of edge images are synthesized to obtain a synthesized edge image. On the combined edge image, the detailed model line segment is compared with the edge image of the detected object, and the detected object is specified according to the result of the comparison. Therefore, since the combined edge image is obtained from a plurality of grayscale images having different illumination directions, the uppermost detection object can be detected with high accuracy.
第1図は本発明の概略を示したブロックダイヤグラム、
第2図は本発明の具体的な一実施例に係る物体認識装置
の構成を示したブロックダイヤグラム、第3図、第4図
は同装置の作用を示したフローチャート、第5図はデー
タ処理を示した説明図である。 1……中央処理装置、2……照明制御回路 3……画像処理装置、4……記憶装置 6……カメラ、7……第1照明装置 8……第2照明装置、9……第3照明装置FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the present invention;
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an object recognition apparatus according to a specific embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are flowcharts showing the operation of the apparatus, and FIG. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Central processing unit, 2 ... Lighting control circuit 3 ... Image processing device, 4 ... Storage device 6 ... Camera, 7 ... First lighting device 8 ... Second lighting device, 9 ... Third Lighting equipment
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06T 7/00Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G06T 7/00
Claims (2)
該輪郭線から前記検出物体の輪郭線を構成する複数の構
成線分を抽出し、該構成線分と照合の対象となるモデル
の輪郭線を構成するモデル線分とを照合し、前記構成線
分と前記モデル線分との一致の程度から物体を認識する
物体認識装置において、 前記モデルの輪郭線の主要部を構成する主要モデル線分
に関する情報を記憶した主要モデル線分記憶手段と、 前記モデルの輪郭線の略全体を構成する詳細モデル線分
に関する情報を記憶した詳細モデル線分記憶手段と、 前記検出物体の構成線分と前記主要モデル線分記憶手段
に記憶された主要モデル線分とを照合し、該照合結果に
応じて検出物体の位置および姿勢を求めて検出物体の候
補を選択する候補選択手段と、 濃淡画面の微分画像を2値化したエッジ画像を求めるエ
ッジ画像演算手段と、 前記エッジ画像上において、前記候補選択手段により選
択された検出物体の位置及び姿勢に基づいて、前記詳細
モデル線分記憶手段に記憶されている詳細モデル線分と
検出物体のエッジ画像とを照合し、その照合結果に応じ
て検出物体を特定する物体特定手段と を有することを特徴とする物体認識装置。1. A contour line of a detected object is obtained from a two-dimensional image,
A plurality of component lines constituting the contour of the detected object are extracted from the contour, and the component lines are compared with the model line constituting the contour of the model to be compared. An object recognition device for recognizing an object based on a degree of coincidence between the model line segment and the model line segment. Detailed model line segment storage means for storing information about detailed model line segments constituting substantially the entire contour line of the model; constituent line segments of the detected object and main model line segments stored in the main model line segment storage means Selecting means for determining the position and orientation of the detected object in accordance with the matching result and selecting a candidate for the detected object; and edge image calculating means for obtaining an edge image obtained by binarizing the differential image of the gray scale screen When On the edge image, a detailed model line segment stored in the detailed model line segment storage unit is compared with an edge image of the detected object based on the position and orientation of the detected object selected by the candidate selection unit. And an object specifying means for specifying a detected object in accordance with the result of the comparison.
値化した複数のエッジ画像を求め、該複数のエッジ画像
を合成して合成エッジ画像を求めるものであり、 前記物体特定手段は、 前記合成エッジ画像上において、前記候補選択手段によ
り選択された検出物体の位置及び姿勢に基づいて、前記
詳細モデル線分記憶手段に記憶されている詳細モデル線
分と検出物体のエッジ画像とを照合し、その照合結果に
応じて検出物体を特定する事を特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の物体認識装置。2. An edge image calculating means according to claim 1, wherein said differential image of a plurality of grayscale images having different illumination directions is obtained.
Calculating a plurality of edged image values, synthesizing the plurality of edge images to obtain a combined edge image, wherein the object identifying unit detects, on the combined edge image, a detection selected by the candidate selecting unit. Based on the position and orientation of the object, the detailed model line segment stored in the detailed model line segment storage unit is collated with the edge image of the detected object, and the detected object is identified according to the collation result. The object recognition device according to claim 1, wherein:
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| JP1009430A JP2861014B2 (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Object recognition device |
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| JP1009430A JP2861014B2 (en) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Object recognition device |
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ID=11720118
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- 1989-01-18 JP JP1009430A patent/JP2861014B2/en not_active Expired - Fee Related
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