JP3028016B2 - 3D image measurement method for cargo - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、光切断法と呼ばれる
スリット光投影法や、空間コード化パターン光投影法に
より、段積みされた段ボール箱等の箱状積荷を観測する
場合等に使用する積荷の三次元画像計測方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for observing a box-like cargo such as a corrugated cardboard box by a slit light projection method called a light cutting method or a space coded pattern light projection method. The present invention relates to a method for measuring a three-dimensional image of a cargo.
【0002】[0002]
【従来の技術】物流過程では、箱状の積荷をパレット等
に段積みし、これを別の場所に運んで荷下しする場合が
多くある。このような作業に際して、パレタイザによっ
て規則的に積まれた箱状積荷は、視覚システムを持たな
くても汎用ロボットやデパレタイザによって荷下しする
ことができる。しかし、人間の割り込み作業によって不
規則なパターンに積まれたり、運搬途中の支障により積
荷の姿勢や位置がずれることがある。そこで、ロボット
によるデパレ作動ができない状態を防ぎ、信頼性と柔軟
性を上げるために、積荷の三次元パターンを監視する視
覚システムが望まれる。このような積荷用の視覚システ
ムとして、実用化が試みられたものも何例かあるが、い
ずれも満足できるものではない。2. Description of the Related Art In a physical distribution process, a box-shaped load is often stacked on a pallet or the like and transported to another place for unloading. In such an operation, the box-shaped cargo regularly stacked by the palletizer can be unloaded by a general-purpose robot or a depalletizer without a visual system. However, an irregular pattern may be loaded by a human interrupting work, or the posture or position of the load may be shifted due to a trouble during transportation. Therefore, a visual system that monitors a three-dimensional pattern of a cargo is desired in order to prevent a state in which the robot cannot perform the deparing operation and increase reliability and flexibility. There have been several examples of such a cargo vision system that have been put to practical use, but none of them are satisfactory.
【0003】一般の用途として、物体の位置や形状を無
接触で計測する三次元画像計測方法は種々提案されてお
り、例えば三角測量に基づく方法として、光切断法と呼
ばれるスリット光投影法や、空間コード化パターン光投
影法等がある。この方法を積荷の測定に適用するとすれ
ば、図16(A)に示すようになると考えられる。スリ
ット光投影法は、積荷Wの測定空間を楔状の測定領域R
0〜Rnに分割し、投光器51から各測定領域R0〜R
n毎にスリット光を順次照射してカメラ52により撮像
する方法である。各回の撮像画像を重ね合わせることに
より、画素データに積荷Wまでの距離データを持つ三次
元画像が得られる。すなわち、楔状空間をなす平面と、
注目点Pに対するカメラ52の視線との交点によって注
目点Pの三次元座標が得られる。なお、同図では、楔状
領域R0〜Rnは十数個程度として図示してあるが、実
際には一般に数百程度に分割される。As general applications, various three-dimensional image measurement methods for measuring the position and shape of an object without contact have been proposed. For example, as a method based on triangulation, a slit light projection method called a light cutting method, There is a space coded pattern light projection method and the like. If this method is applied to the measurement of cargo, it is considered that the result is as shown in FIG. In the slit light projection method, the measurement space of the cargo W
0 to Rn, and each of the measurement areas R0 to R
This is a method of sequentially irradiating slit light every n and capturing an image with the camera 52. By superimposing the captured images of each time, a three-dimensional image having the distance data to the cargo W on the pixel data is obtained. That is, a plane forming a wedge-shaped space,
The three-dimensional coordinates of the point of interest P are obtained from the intersection of the point of interest P with the line of sight of the camera 52. Although the figure shows about ten and several wedge-shaped regions R0 to Rn, it is generally divided into several hundreds.
【0004】スリット光の代わりに、各種のパターン光
を時系列的に照射することよっても、楔状の測定領域R
0〜Rnに分割した各距離データを持つ画像が得られ
る。このように光照射して測定する方法が空間コード化
パターン光投影法である。[0004] Instead of slit light, various pattern lights are radiated in time series to produce a wedge-shaped measurement region R.
An image having distance data divided into 0 to Rn is obtained. The method of irradiating and measuring light in this way is the spatially coded pattern light projection method.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、図16(A)
の方法では、いずれにしても全画素につき3次元座標を
求めて形状認識し、最上段の積荷Wの位置や姿勢を測定
することになるため、演算量が非常に多くなり、演算に
時間がかかる。一般に、荷下し作業では、最上段の積荷
Wの平面形状,重心位置,平面内の傾き,高さ等が分か
れば足り、前記のように全ての積荷Wの形状を知る必要
はない。そのため、前記の方法では無駄な演算で時間が
消費されることになる。However, FIG. 16 (A)
In any of the methods, the three-dimensional coordinates are obtained for all the pixels, the shape is recognized, and the position and orientation of the uppermost cargo W are measured. Take it. Generally, in the unloading operation, it is sufficient to know the plane shape, the position of the center of gravity, the inclination in the plane, the height, and the like of the uppermost load W, and it is not necessary to know the shapes of all the loads W as described above. Therefore, in the above method, time is consumed by useless calculation.
【0006】このため、本発明者は、同図(B)に示す
ように得られた積荷Wの全体の空間コード画像(各画素
Pcの画素値として、楔状領域R0〜Rnに対応する空
間コードを含む画像)から、同図(C)のように最上段
の積荷W0 のみの画像を抽出し、この抽出画像のみの座
標演算等を行うことを考えた。この場合、画像の抽出は
次のように行う。すなわち、各ワークWの上面における
楔状領域R0〜Rnは、投光器51からの光の照射方向
Rに対して平行直線状に並び、画面水平方向の各画素P
cは、同じ平面状では同じ空間コードを有することにな
る。そのため、画面水平方向の各列毎に最大の空間コー
ドを持つ画素Pcを選び出すことにより、同図(C)の
ような最上段の積荷W0 の画像が抽出できると考えられ
る。For this reason, the present inventor has proposed a spatial code image of the entire cargo W obtained as shown in FIG. 1B (the spatial code corresponding to the wedge-shaped regions R0 to Rn as the pixel value of each pixel Pc). from an image) including, extracts an image of only the load W 0 uppermost as shown in FIG. (C), I thought to perform coordinate calculations, and the like only the extracted image. In this case, the image is extracted as follows. That is, the wedge-shaped regions R0 to Rn on the upper surface of each work W are arranged in a straight line parallel to the irradiation direction R of the light from the light projector 51, and each pixel P in the horizontal direction of the screen.
c will have the same spatial code in the same plane. Therefore, by picking out the pixel Pc having the largest spatial code for each column of the screen horizontally, the uppermost image cargo W 0 as in FIG (C) is considered to be extracted.
【0007】しかし、積荷Wが段ボール箱であると、図
17(A)のように上面形状が高さ方向に変形した曲面
形状となっている場合が多くある。この場合、積荷上面
の楔状領域R0〜Rnは、同図(B)のように波形に歪
んだ線となり、前記のように各列毎に最大の空間コード
を持つ画素Pcを選び出す方法では、同図(C)のよう
に離散的な画素Pcしか残されず、積荷Wの上面形状を
認識することができない。However, when the cargo W is a cardboard box, the upper surface often has a curved shape deformed in the height direction as shown in FIG. In this case, the wedge-shaped regions R0 to Rn on the upper surface of the load become lines distorted in a waveform as shown in FIG. 9B, and in the method of selecting the pixel Pc having the maximum spatial code for each column as described above, the same is applied. Only the discrete pixels Pc are left as shown in FIG. 3C, and the top shape of the cargo W cannot be recognized.
【0008】この発明の目的は、簡単かつ迅速な処理に
より、最上段の積荷の画像を他の積荷と区別して得るこ
とのできる三次元画像計測方法を提供することである。
請求項2の発明の目的は、さらに最上段の積荷の重心位
置を簡単な処理で求めることのできる三次元画像計測方
法を提供することである。An object of the present invention is to provide a three-dimensional image measuring method capable of obtaining an image of the uppermost cargo separately from other cargos by simple and quick processing.
Another object of the present invention is to provide a three-dimensional image measurement method capable of obtaining the position of the center of gravity of the uppermost cargo by simple processing.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明の三次元画像計
測方法は、積荷全体の空間コード画像を得る過程と、こ
の中から最上段の積荷の画像を抽出する過程とを含む。
空間コード画像は、次のようにして得る。すなわち、積
荷(W)の測定空間を互いに積層された楔状測定領域
(r0〜rn)に分割して各測定領域に並び順の空間コ
ードを定め、各画素データに前記空間コードを含む空間
コード画像を得る。この場合、例えば各楔状領域(r0
〜rn)に対する画像を撮像し、これらを重ね合わせる
こと等により空間コード画像が得られる。最上段積荷の
画像抽出は、積荷全体の空間コード画像における所定方
向の各画素列毎に、最大角度の楔状領域を示す空間コー
ドから規定値以内の空間コードを含む画素のみを残すこ
とにより行う。The three-dimensional image measuring method according to the present invention includes a step of obtaining a space code image of the entire cargo and a step of extracting an image of the uppermost cargo from the space code image.
The spatial code image is obtained as follows. That is, the measurement space of the cargo (W) is divided into wedge-shaped measurement regions (r0 to rn) stacked on each other to determine a spatial code in each measurement region, and a spatial code image including the spatial code in each pixel data. Get. In this case, for example, each wedge-shaped region (r0
To rn), and a spatial code image can be obtained by superimposing the images. The image extraction of the uppermost cargo is performed by leaving only pixels including a space code within a specified value from the space code indicating the wedge-shaped region at the maximum angle for each pixel row in a predetermined direction in the space code image of the entire cargo.
【0010】請求項2の三次元画像計測方法は、請求項
1の計測方法で最上段の積荷の画像を抽出した後、この
画像のデータから、最上段積荷の上面各辺における複数
点の三次元座標を演算し、得られた三次元座標から、最
上段積荷の上面の水平投影面における重心位置を求める
方法である。A three-dimensional image measuring method according to a second aspect of the present invention extracts an image of the uppermost cargo by the measuring method of the first aspect, and then obtains a cubic image of a plurality of points on each side of the upper surface of the uppermost cargo from the image data. In this method, original coordinates are calculated, and the position of the center of gravity of the upper surface of the uppermost cargo on the horizontal projection plane is obtained from the obtained three-dimensional coordinates.
【0011】[0011]
【作用】この発明方法によると、最大角度の楔状領域を
示す空間コードから規定値以内の空間コードを含む画素
のみを残すことにより最上段積荷の画像を抽出するの
で、実際の積荷の最上面よりも所定値だけ下がった高さ
以上の部分の画像が残ることになる。そのため、最上段
積荷の上面形状が高さ方向に多少変形していても、上面
全体の形状を示す画像が得られる。また、このように最
上段積荷の上面の画像のみを抽出するため、後の各種の
処理に際する演算のデータ量が少なくて済み、簡単かつ
迅速に最上段積荷に関する必要データを得ることができ
る。According to the method of the present invention, the image of the uppermost cargo is extracted by leaving only the pixels including the spatial code within the specified value from the spatial code indicating the wedge-shaped region at the maximum angle. Also, an image of a portion higher than the height lowered by a predetermined value remains. Therefore, even if the top shape of the uppermost cargo is slightly deformed in the height direction, an image showing the shape of the entire top surface can be obtained. In addition, since only the image of the upper surface of the uppermost cargo is extracted as described above, the amount of data required for calculations in various subsequent processes can be reduced, and necessary data relating to the uppermost cargo can be obtained easily and quickly. .
【0012】請求項2の発明方法によると、最上段積荷
の画像データから各辺の所定点の三次元座標を演算し、
得られた三次元座標から積荷上面の水平投影面に対する
重心位置を求めるので、撮像手段の視線方向が異なって
いても、また積荷の上面形状が上下に変形していても、
求められる重心位置が変わらず、正確に最上段積荷の上
面の重心位置を求めることができる。According to the second aspect of the present invention, three-dimensional coordinates of predetermined points on each side are calculated from the image data of the uppermost cargo,
Since the position of the center of gravity of the upper surface of the load with respect to the horizontal projection plane is obtained from the obtained three-dimensional coordinates, even if the line-of-sight direction of the imaging means is different, or even if the shape of the upper surface of the load is vertically deformed,
The position of the center of gravity to be obtained does not change, and the position of the center of gravity of the upper surface of the uppermost cargo can be accurately obtained.
【0013】[0013]
【実施例】この発明の一実施例を図1ないし図13に基
づいて説明する。図1は画像計測の処理手順の全体を示
す概略説明図、図2ないし図8は各々図1(A)〜
(J)の拡大図である。図2に示すように、計測対象は
パレット1上に段積みされた全体の積荷Wである。積荷
Wは段ボール箱からなり、上面の中央に両開きの蓋の合
せ線Waが生じている。図2(A1)は、同図(A2)
の積荷W等を視線qの方向から見た斜視図(画像)であ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the entire processing procedure of image measurement, and FIGS. 2 to 8 are FIGS.
It is an enlarged view of (J). As shown in FIG. 2, the measurement target is the entire cargo W stacked on the pallet 1. The cargo W is made of a cardboard box, and a joining line Wa of a double-opening lid is formed at the center of the upper surface. FIG. 2 (A1) is the same as FIG. 2 (A2).
FIG. 2 is a perspective view (image) of the cargo W and the like viewed from the direction of the line of sight q.
【0014】画像計測手段としては、パレット1の後ろ
上方に配置した投光器2と、パレット1の中心部の上方
に真下に向けて設置したCCD(固体撮像素子)カメラ
3とを用いる。この実施例では、いわゆる空間コード化
パターン光投影法を採用しており、投光器2には各種の
パターン光を時系列的に投光することにより、測定空間
を互いに積層された楔状測定領域r0〜rnに分割する
ものが使用される。As the image measuring means, a light projector 2 disposed above and behind the pallet 1 and a CCD (solid-state image pickup device) camera 3 disposed above and directly below the center of the pallet 1 are used. In this embodiment, a so-called space-coded pattern light projection method is adopted, and various light patterns are projected on the light projector 2 in a time-series manner, so that the measurement spaces are wedge-shaped measurement areas r0 to r0. rn is used.
【0015】図12は計測システムの構成例を示す。投
光器2には液晶シャッタ4が設けてある。液晶シャッタ
4は、液晶からなる細いストライプ状の光シャッタ列を
作り、電気信号により各ストライプの光透過率をオンオ
フ制御して所望の光パターン作るものである。投光器2
の点滅、液晶シャッタ4のパターン変化、カメラ3の撮
像タイミング等の制御は、専用の画像処理装置5が担当
しており、制御コマンドの入力に従って所定の動作を行
う。カメラ3の分解能は、例えば512×512画素、
画像処理装置5の画像メモリは512×512×8ビッ
ト(=256Kバイト)としてある。コマンドを受け取
った画像処理装置5では、空間をコード化した画像を生
成し、画像データをホストワークステーション6に転送
する。ホストワークステーション6では、この画像デー
タから、後に説明する最上段画像の抽出や、三次元座標
値の演算、重心演算、上面高さ演算等を行う。画像処理
装置5はモニターディスプレイ7を有し、ホストワーク
ステーション6はディスプレイ8を備える。FIG. 12 shows a configuration example of a measurement system. The projector 2 is provided with a liquid crystal shutter 4. The liquid crystal shutter 4 forms a thin striped optical shutter array made of liquid crystal, and controls a light transmittance of each stripe on / off by an electric signal to form a desired light pattern. Floodlight 2
The dedicated image processing device 5 is in charge of the control of blinking, the change of the pattern of the liquid crystal shutter 4, and the imaging timing of the camera 3, and performs a predetermined operation according to the input of the control command. The resolution of the camera 3 is, for example, 512 × 512 pixels,
The image memory of the image processing device 5 has 512 × 512 × 8 bits (= 256 Kbytes). Upon receiving the command, the image processing device 5 generates an image in which the space is coded, and transfers the image data to the host workstation 6. The host workstation 6 performs the extraction of the uppermost image described later, the calculation of the three-dimensional coordinate value, the calculation of the center of gravity, the calculation of the height of the upper surface, and the like from the image data. The image processing device 5 has a monitor display 7, and the host workstation 6 has a display 8.
【0016】図14はパターン光を用いた空間コード化
の原理を示す。実施例の説明の前にまずこの原理を説明
する。同図において、光が当たっている部分を「1」
に、当たっていない部分を「0」にすると、パターンA
が投光されている場合は、後ろ半分が「1」に、前半分
が「0」にコード化される。次に、パターンBが投光さ
れると、後ろ1/4が「1」に、次の1/4が「0」
に、その次の1/4が「1」に、一番前側の1/4が
「0」にコード化される。同様にパターンCが投光され
ると、図のように「1」,「0」,「1」,「0」,…
とコード化される。FIG. 14 shows the principle of spatial coding using pattern light. Before describing the embodiments, this principle will be described first. In the figure, the portion where light is shining is "1".
Is set to “0” for the portion that does not hit,
, The rear half is coded as “1” and the front half is coded as “0”. Next, when the pattern B is projected, the last quarter becomes “1” and the next quarter becomes “0”.
The next quarter is coded as “1” and the first quarter is coded as “0”. Similarly, when the pattern C is projected, “1”, “0”, “1”, “0”,.
Is coded.
【0017】このように、A,B,C3つのパターンを
用いて空間を8つの楔状領域に分割することができる。
こうして、それぞれの楔状領域に対して「000」〜
「111」までの3ビットにコード化した空間を得る。
図中のT点は、コード「「101」で示される楔状領域
に位置することになる。この実施例を含め、実際にはビ
ット誤りを少なくするために、図15に示すグレーコー
ド(交番2進コード)パターンが用いられる。As described above, the space can be divided into eight wedge-shaped regions using three patterns A, B, and C.
Thus, for each wedge-shaped region, "000"-
A space coded into 3 bits up to “111” is obtained.
The point T in the figure is located in the wedge-shaped area indicated by the code “101”. In practice, including this embodiment, in order to reduce bit errors, a gray code (alternate binary code) pattern shown in FIG. 15 is used.
【0018】このようにして各楔状領域に得られる所定
ビット数の2進数を「空間コード」と呼ぶ。なお、スリ
ット光投影法では、各楔状領域毎に順次スリット光を投
光するが、その楔状領域を区別するために与えられる適
宜のコードも「空間コード」と呼ぶことにする。これら
の空間コードを画素値とする画像を「空間コード画像」
と呼ぶ。The binary number of a predetermined number of bits obtained in each wedge-shaped area in this manner is called a "space code". In the slit light projection method, slit light is sequentially projected for each wedge-shaped region, and an appropriate code given to distinguish the wedge-shaped region is also referred to as a “space code”. Images that use these spatial codes as pixel values are called “spatial code images”.
Call.
【0019】図13は、グレイコードパターン光を用い
た場合の投光から距離画像を得るまでの計測処理の基本
的な流れを示す。1枚の光パターンに対して、次の〜
までの処理を行う。グレイコードパターン光を測定
空間に投光する。対象をカメラ3で撮像し、入力画像
の明暗を2値化する。2値化された画像を、投光パタ
ーンの順番に応じて多値画像メモリのビットプレーンに
挿入する。これら〜の処理をn枚の光パターンに対
して繰り返して、画像メモリの中にnビットのグレイコ
ードで表現された空間コード画像を得る。この空間コー
ドをグレイコードから2進コードに変換し、空間コード
画像から三次元座標を演算して距離画像を求めることが
できる。FIG. 13 shows a basic flow of measurement processing from the projection of light using a gray code pattern light to the acquisition of a distance image. The following ~ for one light pattern
The processing up to is performed. The gray code pattern light is projected into the measurement space. An object is imaged by the camera 3 and the brightness of the input image is binarized. The binarized image is inserted into the bit plane of the multi-level image memory according to the order of the light projection pattern. By repeating these processes for n light patterns, a spatial code image represented by an n-bit gray code is obtained in the image memory. This space code can be converted from a gray code to a binary code, and three-dimensional coordinates can be calculated from the space code image to obtain a distance image.
【0020】三次元位置の算出は、演算式を省略する
が、次の原理で行える。図14のように測定空間を楔状
に薄く分割して得られる領域は1枚の平面とみなすこと
ができ、対象物表面の三次元位置はこの平面とカメラ視
線との交点として一義的に求められる。楔状領域の面方
向は、その領域の空間コードに対応しており、その面の
方程式は空間コードの値から直ちに決定することができ
る。一方、カメラ視線のなす直線の方程式は、注目して
いる画素の画像中での位置から決定できる。したがっ
て、対象物表面上の測定点の座標値は、注目画素のカメ
ラ座標とその画素における空間コードとから演算するこ
とができる。The calculation of the three-dimensional position can be performed according to the following principle, although the calculation formula is omitted. As shown in FIG. 14, an area obtained by thinly dividing the measurement space into a wedge shape can be regarded as a single plane, and the three-dimensional position of the object surface is uniquely obtained as an intersection between the plane and the line of sight of the camera. . The surface direction of the wedge-shaped region corresponds to the space code of the region, and the equation of the surface can be immediately determined from the value of the space code. On the other hand, the equation of the straight line formed by the camera's line of sight can be determined from the position of the pixel of interest in the image. Therefore, the coordinate value of the measurement point on the surface of the object can be calculated from the camera coordinates of the pixel of interest and the spatial code at that pixel.
【0021】実施例の説明に戻る。この実施例では、前
述の図12の計測システムを用い、まず図2の積荷Wに
つき、図13〜図15と共に説明した原理でグレイコー
ドパターン光による空間コード画像を得る。図3(A)
は、ワークWをパレット1の上方から見た濃淡画像を示
す。濃淡画像は、この三次元画像計測方法では必ずしも
得る必要はないが、参考に示す。図3(C1)〜(C
3)は、図2のように楔状測定領域r0〜rnに分割し
た各領域に投光した光によってカメラ3に得られる画
像、すなわち光切断画像を示す。同図に斜線で示す部分
が、積荷Wに光が当たって明領域として撮像される部分
である。なお、この実施例で採用する空間コード化パタ
ーン光投影法では、図2の楔状領域r0〜rnは、パタ
ーン光の組み合わせの結果で分割される領域であり、図
3(C1)〜(C3)は1回の投光時の画像を各々示す
ものではない。スリット光投影法を採用した場合は、各
楔状領域r0〜rn毎にスリット光を投光するため、図
3(C1)〜(C3)は1回の投光時の画像を各々示す
ことになる。Return to the description of the embodiment. In this embodiment, using the measurement system of FIG. 12 described above, first, a spatial code image using gray code pattern light is obtained for the cargo W of FIG. 2 according to the principle described with reference to FIGS. FIG. 3 (A)
Shows a gray-scale image of the work W viewed from above the pallet 1. The grayscale image is not necessarily required to be obtained by this three-dimensional image measurement method, but is shown for reference. 3 (C1) to (C)
3) shows an image obtained by the camera 3 by light projected on each of the wedge-shaped measurement regions r0 to rn as shown in FIG. 2, that is, a light-section image. The hatched portion in the drawing is a portion that is imaged as a bright area when light is applied to the cargo W. Note that, in the spatially coded pattern light projection method employed in this embodiment, the wedge-shaped regions r0 to rn in FIG. 2 are regions divided by the result of the combination of pattern lights, and are shown in FIGS. 3 (C1) to 3 (C3). Does not show images at the time of one light projection. When the slit light projection method is adopted, since slit light is projected for each of the wedge-shaped regions r0 to rn, FIGS. 3 (C1) to (C3) show images at the time of one light projection. .
【0022】同図(C1)は、投光角度がφa(図2の
領域r3、図4の空間コード「3」)のときであり、最
下段の後ろ側の積荷Wのみが撮像される。同図(C2)
は投光角度を前記よりも大きな角度φbとしたときであ
り、上段の積荷Wほど、後ろ側の部分が撮像されてい
る。同図(C3)はさらに投光角度をφcと大きくした
ときを示し、最上段の前側の積荷Wのみが撮像されてい
る。FIG. 4C shows a case where the light projection angle is φa (the region r3 in FIG. 2 and the space code “3” in FIG. 4), and only the cargo W on the rear side at the bottom is imaged. Figure (C2)
Is a case in which the light projection angle is set to an angle φb larger than the above, and the rear part is imaged as the load W in the upper stage increases. FIG. (C3) shows a case where the light projection angle is further increased to φc, and only the uppermost front cargo W is imaged.
【0023】このような画像データの集まりにより、図
4に示す積荷全体の空間コード画像が得られる。同図に
おいて各積荷W上に付した数字は空間コードを示し、細
線は空間コードが同じ値となる部分の境界線を示す。な
お、同図では図を見やすくするために、実際の領域分割
数よりも分割数を少なくして図示してある。同図におけ
る斜線域は、積荷Wのない部分、または投光器2からの
光が別の積荷Wで遮られて積荷表面としての撮像データ
が得られない箇所を示す。With such a collection of image data, a space code image of the entire cargo shown in FIG. 4 is obtained. In the figure, the numbers attached to each load W indicate the space code, and the thin line indicates the boundary line of the portion where the space code has the same value. It should be noted that, in the figure, the number of divisions is smaller than the actual number of divisions to make the figure easier to see. The hatched area in FIG. 3 indicates a portion where there is no load W or a portion where light from the projector 2 is blocked by another load W and image data as a load surface cannot be obtained.
【0024】この全体の空間コード画像から、図5に示
す最上段の積荷Wのみの画像を次の方法で抽出する。す
なわち、図4の空間コード画像から、各水平方向の画素
列L(L1,L2,……)毎に、最大角度の楔状領域を
示す空間コードから規定値以内の空間コードを含む画素
のみを残す。From the entire space code image, an image of only the uppermost cargo W shown in FIG. 5 is extracted by the following method. That is, from the spatial code image of FIG. 4, for each horizontal pixel row L (L1, L2,...), Only pixels including a spatial code within a specified value from the spatial code indicating the wedge-shaped region at the maximum angle are left. .
【0025】例えば、図4の空間コード画像において、
水平方向の画素列L4では、最下段の積荷Wの画素列部
分の空間コードが「4」に、2段目の積荷Wの画素列部
分の空間コードが「8」に、最上段の積荷Wの画素列部
分の空間コードが「12」となっているが、この最大の
空間コード「12」の画素を残す。この場合に、画素列
L4において、最上段の積荷Wの各画素の空間コード
は、実際には全てが「12」とはならず、「11」や
「10」である箇所もあるが、規定値を「2」に設定し
たとすると、空間コードの最大値「12」よりも「2」
だけ小さい空間コード「10」以上の部分を残すことに
する。For example, in the spatial code image of FIG.
In the horizontal pixel row L4, the spatial code of the pixel row portion of the lowermost cargo W is “4”, the spatial code of the pixel row portion of the second cargo W is “8”, and the uppermost cargo W The spatial code of the pixel column portion is “12”, but the pixel having the maximum spatial code “12” remains. In this case, in the pixel row L4, the spatial code of each pixel of the uppermost cargo W is not actually all “12” but is “11” or “10” in some places. Assuming that the value is set to “2”, “2” is larger than the maximum value “12” of the spatial code.
Only the small space code "10" or more is left.
【0026】このような処理を各画素列L毎に繰り返す
ことにより、最上段の積荷Wの画像のみが抽出され、ま
た最上段積荷Wの上面形状が例えば図9に示すように高
さ方向に多少変形していたとしても、上面全体の形状を
示す画像が得られる。ただし、前提条件として、図2の
各分割領域r0〜rnは、画面上では水平方向に延びた
帯状部分となり、空間コードは画面上で上から下へ順に
大きくなるものとする。スリット光投影法で言えば、投
光器2より投光される光は画面水平方向に延びた帯状の
光であり、画面上を上から下へ順に投光されるものとす
る。By repeating such a process for each pixel row L, only the image of the uppermost cargo W is extracted, and the upper surface shape of the uppermost cargo W is, for example, as shown in FIG. Even if it is slightly deformed, an image showing the shape of the entire upper surface can be obtained. However, as a precondition, it is assumed that each of the divided regions r0 to rn in FIG. 2 is a band-shaped portion extending in the horizontal direction on the screen, and the space code is sequentially increased from top to bottom on the screen. In the case of the slit light projection method, the light projected from the light projector 2 is a band-like light extending in the horizontal direction of the screen, and is projected on the screen from top to bottom.
【0027】図9,図10と共に、上記の抽出方法をさ
らに詳しく説明する。図10は、図9の部分Fの空間コ
ード画像を示す。同図において、一つの枡目部分は一つ
の画素Pcを示し、その中の数字は空間コード値を示
す。なお、完全な水平面の画像の場合、空間コードは同
じ水平列内の画素では全て同じ値となり、一列下がる毎
に「1」だけ大きくなる。図9の積荷Wは上面形状が上
下に変形しているため、各画素の空間コードに多少のば
らつきが生じている。すなわち、第1の画素列L1で
は、空間コードの最大値が「9」となっており、空間コ
ードが「7」となっている部分も生じている。この場合
に、規定値を「2」に設定したとすると、最大値「9」
よりも「2」小さい「7」以上の空間コードを持つ各画
素が残され、空間コードが「5」や「4」の画素は捨て
られる。第2の画素列L2では、空間コードの最大値が
「10」となっているため、空間コードが「8」以上の
各画素が残されることになる。このような処理の繰り返
しにより、最上段の積荷Wの上面を示す全ての画素が残
され、隣の下段の積荷W(鎖線で示す)の画素が捨てら
れて、最上段の積荷Wのみの空間コード画像が抽出され
る。The above extraction method will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 10 shows a space code image of the part F in FIG. In the figure, one mesh portion indicates one pixel Pc, and the number therein indicates a space code value. In the case of an image on a complete horizontal plane, the spatial code has the same value for all pixels in the same horizontal row, and increases by "1" every time the row goes down. Since the top surface shape of the cargo W in FIG. 9 is deformed up and down, the space code of each pixel slightly varies. That is, in the first pixel row L1, the maximum value of the space code is “9”, and there are portions where the space code is “7”. In this case, if the prescribed value is set to “2”, the maximum value is “9”.
Each pixel having a space code of “7” or more, which is smaller than “2”, is left, and pixels having a space code of “5” or “4” are discarded. In the second pixel row L2, since the maximum value of the space code is "10", each pixel having the space code of "8" or more remains. By repeating such processing, all the pixels indicating the upper surface of the uppermost cargo W are left, the pixels of the next lower cargo W (indicated by chain lines) are discarded, and the space of only the uppermost cargo W is discarded. A code image is extracted.
【0028】図11は、この抽出処理の具体例を示す流
れ図である。まず、ステップS1で、画素抽出を開始す
る行(水平列)を画像の最上段行に設定するとともに、
最大画像抽出値を設定する。FIG. 11 is a flowchart showing a specific example of this extraction processing. First, in step S1, a row (horizontal column) from which pixel extraction is started is set to the top row of the image,
Set the maximum image extraction value.
【0029】次に、その設定行における1行分(1列の
画素列分)の画素における空間コードの最大値を探索し
(S2)、最大値から規定値だけ小さい抽出最小空間コ
ード値を設定する(S4)。規定値は予め適宜の値に入
力設定しておく。この後、1行分につき、図10と共に
前述したように抽出最小空間コード値以上の空間コード
を有する画素を抽出する(S5)。Next, the maximum value of the space code in the pixels of one row (one column of pixels) in the set row is searched (S2), and an extracted minimum spatial code value smaller than the maximum value by a specified value is set. (S4). The specified value is input and set in advance to an appropriate value. Thereafter, pixels having a spatial code equal to or greater than the extracted minimum spatial code value are extracted for one row as described above with reference to FIG. 10 (S5).
【0030】1行分の抽出が終了すると、行カウンタを
インクリメントし(S7)、ステップS2の処理に戻
る。When the extraction for one line is completed, the line counter is incremented (S7), and the process returns to step S2.
【0031】2行目以後の処理では、ステップS2で行
単位の空間コード最大値を探索した後、その最大値と最
大画像抽出値とを比較し(S3)、最大値の方が大きい
場合は、最大画像抽出値を更新する。このような処理を
最終行まで繰り返すことにより、最上段の積荷Wの配置
がどのようになっていても適正な画像抽出が行える。In the processing of the second and subsequent rows, the maximum value of the spatial code is searched for in row unit in step S2, and the maximum value is compared with the maximum image extraction value (S3). , Update the maximum image extraction value. By repeating such processing up to the last line, an appropriate image can be extracted regardless of the arrangement of the uppermost cargo W.
【0032】最上段積荷の抽出画像が得られると、その
画像を図6のようにグループ化し、計測対象を積荷
WA ,WB ,WC 別に分割する。グループ化は、隣接す
る画素間で、空間コードが所定の範囲内に近接している
領域、換言すれば楔状領域r0〜rnが近接している領
域を1グループとし、同一グループの画素に同じラベル
(番号)を割り当てること等により行う。いわば、ラベ
リング処理を、一般に行なわれている同一値の画素の連
結に限らず、隣接する画素間で隣接する値を持つ画素の
連結まで行うことにより、グループ化する。各積荷
WA ,WB ,WC の間の上縁間に生じている溝状部や隙
間等によって各画素の並びに生じる空間コードの変化の
特徴等を利用して積荷別のグループ化(領域分割)を行
っても良い。When an extracted image of the uppermost cargo is obtained, the images are grouped as shown in FIG. 6, and the objects to be measured are divided into the cargos W A , W B , and W C. In the grouping, a region in which the space code is close to within a predetermined range between adjacent pixels, in other words, a region in which the wedge-shaped regions r0 to rn are close to each other are defined as one group, and the same label is assigned to pixels in the same group. (Number). In other words, the grouping is performed by performing the labeling process not only to the general connection of pixels having the same value but also to the connection of pixels having adjacent values between adjacent pixels. Each load W A, W B, W C group (area by utilizing the characteristics such as the specific cargo changes on the space code occurring arrangement of each pixel by the groove portion and gaps such as occurring between the edge between the Division) may be performed.
【0033】この最上段のグループ化画面において、そ
れぞれのグループについて、図7のようにそのグループ
を形成する各辺の輪郭線LIを抽出し、さらにその線の
中から、三次元座標データへの変換点C11〜C13,C21
〜C23,C31〜C33,C41〜C43を抽出する。変換点の
抽出個数は予め所定の基準で設定しておく。In the uppermost grouping screen, for each group, the contour line LI of each side forming the group is extracted as shown in FIG. 7, and the three-dimensional coordinate data is converted from the line. conversion point C 11 ~C 13, C 21
~C 23, C 31 ~C 33, extracts the C 41 -C 43. The number of conversion points to be extracted is set in advance based on a predetermined reference.
【0034】これらの抽出した変換点C11〜C13,C21
〜C23,C31〜C33,C41〜C43につき、その点の画面
上における画素位置と、空間コードに対応する楔状領域
をなす面の角度とにより、三次元座標(世界座標)を演
算する。図8(H)に各点の三次元座標位置を鎖線で示
す。The extracted conversion points C 11 -C 13 , C 21
-C 23, per C 31 ~C 33, C 41 ~C 43, the pixel position in the screen on that point, by the angle of the surface forming the wedge-shaped region corresponding to the space code, the three-dimensional coordinates (world coordinates) Calculate. FIG. 8H shows a three-dimensional coordinate position of each point by a chain line.
【0035】このように求めた各点の三次元座標を図8
(I)のように水平面である(X,Y)平面に投影し、
計測対象のX,Y平面での重心G(XG ,XG )と傾き
θを求める。また、Z軸方向(鉛直方向)のデータは、
図8(J)のように、各点のZ軸方向データの大きいも
のより3辺分を抽出し、その平均値(ZG )をとって積
荷の上面位置と定める。同図では辺1,辺2,辺4の各
点のZ座標の平均値を上面位置とする。このように3辺
分の平均値を上面位置とするため、図9の例のように辺
3が変形していても上面位置を精度良く測定できる。The three-dimensional coordinates of each point thus obtained are shown in FIG.
Projecting on a horizontal (X, Y) plane as in (I),
The center of gravity G (X G , X G ) and the inclination θ of the measurement object on the X and Y planes are obtained. The data in the Z-axis direction (vertical direction)
As shown in FIG. 8 (J), three sides are extracted from the large data in the Z-axis direction at each point, and the average value (Z G ) is taken to determine the upper surface position of the load. In the figure, the average value of the Z coordinate of each point of the side 1, the side 2, and the side 4 is defined as the upper surface position. As described above, since the average value of the three sides is set as the upper surface position, the upper surface position can be accurately measured even if the side 3 is deformed as in the example of FIG.
【0036】この三次元画像計測方法によると、このよ
うにして最上段の積荷Wの認識と、その上面位置の重
心、水平面内での傾きθを知ることができる。そのた
め、汎用ロボットやデパレタイザによる荷下し等の作業
に際して、積荷Wの位置や姿勢が種々異なっていても、
これに柔軟に対処して精度良く作業を行うことができ
る。しかも、演算量が少なくて済み、簡単な演算装置で
高速動作が可能となる。According to this three-dimensional image measurement method, it is possible to recognize the uppermost cargo W, the center of gravity of the upper surface position, and the inclination θ in the horizontal plane in this manner. For this reason, when performing operations such as unloading using a general-purpose robot or a depalletizer, even if the position and posture of the load W are variously different,
Work can be accurately performed by flexibly coping with this. In addition, a small amount of calculation is required, and high-speed operation can be performed with a simple calculation device.
【0037】なお、前記実施例は空間コード画像を得る
過程に空間コード化パターン光投影法を採用したが、ス
リット光投影法を採用しても良い。Although the above embodiment employs the spatially coded pattern light projection method in the process of obtaining the space code image, the slit light projection method may be employed.
【0038】[0038]
【発明の効果】この発明の三次元画像計測方法は、最大
角度から規定値以内の空間コードの画素を残して最上段
積荷の画像を抽出するので、最上段の積荷の画像を他の
積荷と区別して得ることができ、しかも積荷の上面形状
が高さ方向に多少変形していても、上面全体の形状を示
す画像が得られる。また、このように最上段積荷の上面
の画像のみを抽出するため、後の各種の処理に際する演
算のデータ量が少なくて済み、簡単かつ迅速に最上段積
荷に対する荷下し等に必要なデータを得ることができ
る。According to the three-dimensional image measuring method of the present invention, since the image of the uppermost cargo is extracted while leaving the pixels of the space code within a specified value from the maximum angle, the image of the uppermost cargo is extracted with another cargo. An image showing the shape of the entire top surface can be obtained even if the top surface shape of the cargo is slightly deformed in the height direction. In addition, since only the image of the upper surface of the uppermost cargo is extracted in this manner, the amount of data required for calculations in various subsequent processes is small, and it is necessary to easily and quickly unload the uppermost cargo. Data can be obtained.
【0039】請求項2の発明方法は、前述のようにして
得た最上段積荷の画像データを三次元座標に変換してか
ら積荷上面の水平投影面に対する重心位置を求めるの
で、撮像手段の視線方向が異なっていても、また積荷の
上面形状が上下に変形していても、正確に最上段積荷の
上面の重心位置を求めることができる。そのため、積荷
の積み方が乱れていても、荷下し等を容易化するための
必要データを得ることができる。According to a second aspect of the present invention, the image data of the uppermost cargo obtained as described above is converted into three-dimensional coordinates, and then the position of the center of gravity of the upper surface of the cargo with respect to the horizontal projection plane is obtained. The center of gravity of the upper surface of the uppermost cargo can be accurately determined even if the direction is different or the shape of the upper surface of the cargo is vertically deformed. Therefore, even if the way of loading is disturbed, necessary data for facilitating unloading and the like can be obtained.
【図1】この発明の一実施例にかかる三次元画像計測方
法の全体処理を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the entire processing of a three-dimensional image measurement method according to an embodiment of the present invention.
【図2】計測対象と計測手段との関係を示す斜視図およ
びその左側面図である。FIGS. 2A and 2B are a perspective view and a left side view showing a relationship between a measurement target and a measurement unit.
【図3】パレット上方より見た濃淡画像、および各投光
角度の光切断画像の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a light and shade image viewed from above a pallet and a light cut image at each light projection angle.
【図4】空間コード画像の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a space code image.
【図5】最上段積荷の抽出画像の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an extracted image of the uppermost cargo.
【図6】最上段のグループ化画像の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a grouped image at the top.
【図7】三次元座標データへの変換点抽出処理の説明図
である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conversion point extraction process into three-dimensional coordinate data.
【図8】三次元座標への変換状態、ならびに重心位置お
よび平均高さの作成過程の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a state of conversion into three-dimensional coordinates, and a process of creating a center of gravity position and an average height.
【図9】積荷の変形状態例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a modified example of a load.
【図10】図9のF部分に対応する空間コード画像の説
明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a space code image corresponding to a portion F in FIG. 9;
【図11】最上段積荷の画素抽出処理の流れ図である。FIG. 11 is a flowchart of a pixel extraction process of the uppermost cargo.
【図12】三次元画像計測に使用するシステム構成例の
ブロック図である。FIG. 12 is a block diagram of a system configuration example used for three-dimensional image measurement.
【図13】画像入力から距離画像に変換する過程の説明
図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a process of converting an image input into a distance image.
【図14】空間コード化パターン光投影法の原理説明図
である。FIG. 14 is a diagram illustrating the principle of the space-coded pattern light projection method.
【図15】グレイコードパターン光の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of gray code pattern light.
【図16】積荷の三次元画像計測方法の提案例の説明図
である。FIG. 16 is an explanatory diagram of a proposed example of a three-dimensional image measurement method of a load.
【図17】その積荷が歪みを有する場合の各処理状態の
説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of each processing state when the cargo has distortion.
1…パレット、2…投光器、3…CCDカメラ、A〜C
…光パターン、G…重心、L…水平方向画素列、Pc…
画素、r0〜rn…楔状測定領域、W…積荷、WA 〜W
C …画素のグループ、C11〜C43…変換点、ZG …平均
値、θ…傾き1: Pallet, 2: Projector, 3: CCD camera, A to C
... light pattern, G ... center of gravity, L ... horizontal pixel row, Pc ...
Pixels, r0 to rn: wedge-shaped measurement area, W: cargo, W A to W
C ... groups of pixels, C 11 ~C 43 ... conversion point, Z G ... average value, theta ... slope
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G06T 7/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G06T 7/00
Claims (2)
測定領域に分割して各測定領域に並び順の空間コードを
定め、積荷の画像として各画素データに前記空間コード
を含む空間コード画像を得る過程と、この空間コード画
像における所定方向の各画素列毎に、最大角度の楔状領
域を示す空間コードから規定値以内の空間コードを含む
画素のみを残して最上段の積荷の画像を抽出する過程と
を含む積荷の三次元画像計測方法。1. A load measuring space is divided into wedge-shaped measuring regions stacked on each other, a spatial code is determined in each measuring region, and a spatial code image including the spatial code in each pixel data as a load image. The process of obtaining, and for each pixel row in a predetermined direction in the spatial code image, extracting the image of the uppermost cargo, leaving only the pixels including the spatial code within a specified value from the spatial code indicating the wedge-shaped region at the maximum angle. And three-dimensional image measurement method of the cargo including the steps.
像を抽出した後、この画像のデータから、最上段積荷の
上面各辺における複数点の三次元座標を演算し、得られ
た三次元座標から、最上段積荷の上面の水平投影面にお
ける重心位置を求める積荷の三次元画像計測方法。2. The method of claim 1, wherein an image of the uppermost cargo is extracted, and three-dimensional coordinates of a plurality of points on each side of the upper surface of the uppermost cargo are calculated from the data of the image. A method for measuring a three-dimensional image of a load, which determines the position of the center of gravity of the uppermost load on the horizontal projection plane from the three-dimensional coordinates.
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