JP3937103B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像処理装置および画像処理方法に関し、特に、装置自体の移動方向を検出することが可能な画像処理装置および画像処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、自走式のロボットなどにおいては、目的地に正確に移動するためには、ロボットが現在移動している方向を正確に検出する必要が生ずる。
【0003】
従来において、このような自走式のロボットなどでは、例えば、ロボットの進行方向の画像をCCDカメラなどにより撮像し、撮像された画像の特徴点を抽出した後、特徴点のオプティカルフロー(Optical Flow:光学的移動)などを求めることにより、移動方向を特定するようになされていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では、例えば、ロボットが左方向に平行移動した場合、あるいは、ロボットが左方向に回転(方向転換)した場合の何れの場合においても、撮像される画像の特徴点は左から右方向へ移動する(特徴点が左から右へ移動する)ことになるので、これらの区別は困難であった。換言すると、取得される情報量が限定されているため、移動方向を正確に判定することが困難であるという課題があった。
【0005】
また、前述のような課題を解決するために複数のCCDカメラを装備し、それぞれ異なる方向の画像を撮像させ、各々の画像の移動方向からロボット自体の移動方向を検出することが考えられる。しかしながら、このような方法では、複数のCCDカメラが必要になるので、コストが高くつくという課題があった。
【0006】
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、移動方向を正確に、しかも簡単に検出することができる画像処理装置を低コストで実現することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の画像処理装置は、所定の視野を有する撮像手段と、撮像手段の視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射して、撮像手段に入射する反射手段と、撮像手段から出力される画像信号のうち、光軸方向に対応する画像信号を抽出する第1の抽出手段と、撮像手段から出力される画像信号のうち、反射手段からの入射光に対応する画像信号を抽出する第2の抽出手段と、第1および第2の抽出手段により抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、特徴点抽出手段により抽出された特徴点のオプティカルフローから、撮像手段の移動している方向を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
請求項3に記載の画像処理方法は、所定の視野を有する撮像ステップと、撮像ステップの視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射して、撮像ステップに入射する反射ステップと、撮像ステップから出力される画像信号のうち、光軸方向に対応する画像信号を抽出する第1の抽出ステップと、撮像ステップから出力される画像信号のうち、反射ステップからの入射光に対応する画像信号を抽出する第2の抽出ステップと、第1および第2の抽出ステップにより抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、特徴点抽出ステップにより抽出された特徴点のオプティカルフローから、撮像ステップの移動している方向を算出する算出ステップとを備えることを特徴とする。
【0009】
請求項1に記載の画像処理装置においては、撮像手段は所定の視野を有し、撮像手段の視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射手段が反射して、撮像手段に入射し、撮像手段から出力される画像信号のうち、光軸方向に対応する画像信号を第1の抽出手段が抽出し、撮像手段から出力される画像信号のうち、反射手段からの入射光に対応する画像信号を第2の抽出手段が抽出し、第1および第2の抽出手段により抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を特徴点抽出手段が抽出し、特徴点抽出手段により抽出された特徴点のオプティカルフローから、撮像手段の移動している方向を算出手段が算出する。例えば、CCDカメラのように所定の視野を有する撮像手段に対して、撮影手段の光軸に対して上下左右の計4方向からの光を4枚の反射鏡からなる反射手段がそれぞれ反射して入射するとともに、4枚の反射鏡の中央部に設けられた透過部を透過した光軸方向の光を入射し、第1の抽出手段は、透過部を透過した光に対応する画像を抽出し、第2の抽出手段は、4枚の反射鏡により反射された上下左右方向の光に対応する画像をそれぞれ抽出し、特徴点抽出手段は、第1および第2の抽出手段により抽出されたそれぞれの画像の特徴点を抽出し、算出手段は、特徴点抽出手段により抽出された合計5枚の画像の特徴点のオプティカルフローから撮像手段の移動方向を算出する。
【0010】
請求項3に記載の画像処理方法においては、撮像ステップは所定の視野を有し、撮像ステップの視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射ステップが反射して、撮像ステップに入射し、撮像ステップから出力される画像信号のうち、光軸方向に対応する画像信号を第1の抽出ステップが抽出し、撮像ステップから出力される画像信号のうち、反射ステップからの入射光に対応する画像信号を第2の抽出ステップが抽出し、第1および第2の抽出ステップにより抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を特徴点抽出ステップが抽出し、特徴点抽出ステップにより抽出された特徴点のオプティカルフローから、撮像ステップの移動している方向を算出ステップが算出する。例えば、CCDカメラのように所定の視野を有する撮像ステップに対して、撮影ステップの光軸に対して上下左右の計4方向からの光を4枚の反射鏡からなる反射ステップがそれぞれ反射して入射するとともに、4枚の反射鏡の中央部に設けられた透過部を透過した光軸方向の光を入射し、第1の抽出ステップは、透過部を透過した光に対応する画像を抽出し、第2の抽出ステップは、4枚の反射鏡により反射された上下左右方向の光に対応する画像をそれぞれ抽出し、特徴点抽出ステップは、第1および第2の抽出ステップにより抽出されたそれぞれの画像の特徴点を抽出し、算出ステップは、特徴点抽出ステップにより抽出された合計5枚の画像の特徴点のオプティカルフローから撮像ステップの移動方向を算出する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態の構成例を示すブロック図である。この図において、反射鏡1(反射手段)は、図2の正面図に示すように、4枚の略台形の平面鏡(上方画像用鏡1−1、下方画像用鏡1−2、左方向用鏡1−3、および、右方向用鏡1−4)の上底部をCCDカメラ2(撮像手段)に対向させるとともに、その反射面が外側を向くようにそれぞれの斜辺部を相互に連結させて形成されおり、CCDカメラ2から所定の距離だけ離れた位置に固定されている。即ち、これら4枚の鏡は、台形の下底が上底よりも紙面の奥の方になるように配置されており、紙面の上方向から観察した場合には、凸形状となる。これら4枚の鏡は、CCDカメラ2の光軸に対して上下左右方向の光を反射して、CCDカメラ2に入射するようになされている。また、その中央部に設けられている透過部(反射鏡1−1乃至1−4の上底を4辺とする透過部)は、光軸方向の光を透過してCCDカメラ2に入射するようになされている。
【0012】
図3は、反射鏡1−1乃至1−4とCCDカメラ2との位置関係を説明する図である。この図に示すように、反射鏡1−1乃至1−4は、CCDカメラ2の前方に配置されており、図4に示すように、CCDカメラ2の光軸に対して上下左右方向の光を反射してCCDカメラ2に入射するようになされている。また、反射鏡1−1乃至1−4の上底部を4辺とする透過部からは、CCDカメラ2の光軸方向の光が入射される。
【0013】
このようにしてCCDカメラ2に入射された光は、対応する画像信号に変換されて出力される。図5は、CCDカメラ2から出力される画像の一例を示す図である。この図に示すように、CCDカメラ2から出力される画像は、反射鏡1−1乃至1−4の中央の透過部を透過した前方画像、反射鏡1−1により反射された上方画像、反射鏡1−2により反射された下方画像、反射鏡1−3により反射された左方画像、および、反射鏡1−4により反射された右方画像の複合画像である。
【0014】
前方画像抽出部3−1(第1の抽出部)は、図5に示す前方画像(反射鏡の中央を透過した光に対応する画像)を抽出するようになされている。また、上方画像抽出部3−2(第2の抽出部)は、反射鏡1−1により反射された光に対応する画像を抽出するようになされてている。同様にして、下方画像抽出部3−3(第2の抽出部)、左方画像抽出部3−4(第2の抽出部)、または、右方画像抽出部3−5(第2の抽出部)は、それぞれ、反射鏡1−2乃至1−4により反射された光に対応する画像を抽出するようになされている。
【0015】
特徴点抽出部4−1乃至4−5(特徴点抽出手段)は、前、および、上下左右方向の画像抽出部3−1乃至3−5により抽出された画像信号から所定の特徴点(例えば、画素値が隣接部分に比べて大きく変化する部分)を抽出するようになされている。
【0016】
オプティカルフロー算出部5−1乃至5−5(算出手段)は、特徴点抽出部4−1乃至4−5により抽出された特徴点のオプティカルフロー(特徴点の移動方向)を算出するようになされている。これらのオプティカルフローは、上下左右方向の移動の有無、拡大もしくは縮小の有無、または、右もしくは左方向の回転の有無として算出される。
【0017】
移動方向判定部6(算出手段)は、オプティカルフロー算出部5−1乃至5−5により算出されたオプティカルフローを総合して、CCDカメラ2の移動方向を判定するようになされている。
【0018】
次に、以上の実施の形態の動作について説明する。
【0019】
いま、図1に示す実施の形態が自走ロボット(以下、ロボットと略記する)の所定の部分に固定されているとする。そのような場合において、例えば、ロボットが前方(カメラの光軸方向)へ移動したとする。
【0020】
そのとき、前方、および、上下左右方向の画像抽出部3−1乃至3−5は、CCDカメラ2から出力される画像信号から、図5に示す前方画像、および、上下左右方向の画像を抽出し、特徴点抽出部4−1乃至4−5に供給する。
【0021】
特徴点抽出部4−1乃至4−5は、例えば、画素値が隣接部分に比べて大きく変化する点をそれぞれの画像から抽出し、抽出された点を特徴点とする。そして、抽出された特徴点をオプティカルフロー算出部5−1乃至5−5に供給する。
【0022】
オプティカルフロー算出部5−1乃至5−5は、特徴点抽出部4−1乃至4−5により抽出された特徴点の移動している方向を、現在の特徴点の位置と、その直前の特徴点の位置とを比較するすることにより算出する。例えば、自走ロボットが前方(CCDカメラ2の光軸方向)に移動している場合、前方画像の特徴点は光軸を中心点として放射状に移動(拡散)することになる。
【0023】
また、そのとき、上方画像の特徴点は上から下に向かって移動する。更に、下方画像では、特徴点は下から上に移動し、左方画像では左から右へ、また、右方画像では右から左へ移動する。
【0024】
CCDカメラ2が所定の方向に移動されたり、回転された場合の特徴点の移動方向を図6に示す。
【0025】
この図に示すように、CCDカメラ2が前方(光軸方向)へ移動された場合には、前述したように、前方画像は拡大し、上下左右方向の画像は、それぞれ、下、上、右、または、左方向へ移動する。
【0026】
また、CCDカメラ2が後方へ移動された場合には、前方画像は縮小し、上下左右方向の画像は、それぞれ、上、下、左、または、右方向へ移動する。
【0027】
CCDカメラ2が上へ平行移動された場合には、上方画像は拡大し、下方画像は縮小し、また、前方、左方、および、右方画像は全て下へ移動する。
【0028】
CCDカメラ2が下へ平行移動された場合には、上方画像は縮小し、下方画像は拡大し、また、前方、左方、および、右方画像は全て上へ移動する。
【0029】
CCDカメラ2が左へ平行移動された場合には、前方、上方、および、下方画像は全て右へ移動し、また、左方画像は拡大し、右方画像は縮小する。
【0030】
CCDカメラ2が右へ平行移動された場合には、前方、上方、および、下方画像は全て左へ移動し、また、左方画像は縮小し、右方画像は拡大する。
【0031】
CCDカメラ2が上へ回転された場合(CCDカメラ2のレンズが上へ、また、本体が下へ移動するように回転された場合)には、前方画像、左方画像、および、右方画像は全て下へ移動し、また、上方画像と下方画像はともに上へ移動する。
【0032】
CCDカメラ2が下へ回転された場合(CCDカメラ2のレンズが下へ、また、本体が上へ移動するように回転された場合)には、前方画像、左方画像、および、右方画像は全て上へ移動し、また、上方画像と下方画像はともに下へ移動する。
【0033】
CCDカメラ2が左へ回転された場合(CCDカメラ2を上から見た場合に、CCDカメラ2のレンズが左へ、また、本体が右へ移動するように回転された場合)には、前方画像、上方画像、および、下方画像は全て右へ移動し、左方画像と右方画像はともに左へ移動する。
【0034】
CCDカメラ2が右へ回転された場合(CCDカメラ2を上から見た場合に、CCDカメラ2のレンズが右へ、また、本体が左へ移動するように回転された場合)には、前方画像、上方画像、および、下方画像は全て左へ移動し、左方画像と右方画像はともに右へ移動する。
【0035】
CCDカメラ2がその光軸を中心として左に回転された場合(CCDカメラ2を後ろから見た場合に、本体が反時計方向に回転された場合)には、前方画像は、右方向(時計方向)に回転し、また、上下左右の画像は、それぞれ、右、左、上、または、下方向に移動する。
【0036】
更に、CCDカメラ2がその光軸を中心として右に回転された場合(CCDカメラ2を後ろから見た場合に、本体が時計方向に回転された場合)には、前方画像は、左方向(反時計方向)に回転し、また、上下左右の画像は、それぞれ、左、右、下、または、上方向に移動する。
【0037】
移動方向判定部6は、図6に示すような、それぞれの画像(前、および、上下左右の画像)の特徴点の移動方向とCCDカメラ2の移動(または、回転)方向の対応関係を示すテーブルを図示せぬメモリに格納しており、各オプティカルフロー算出部5−1乃至5−5から出力される特徴点の移動方向とこのテーブルとを照合することにより、CCDカメラ2の移動(または、回転)方向を判定する。例えば、前述のように、前方画像の特徴点が拡大し、上下左右方向の特徴点がそれぞれ下、上、右、または、左へ移動している場合(図6の第1行目に対応する場合)には、CCDカメラ2が前方へ移動していると判定する。
【0038】
なお、以上の実施の形態においては、上下左右方向に4枚の反射鏡1−1乃至1−4を設けるようにしたが、例えば、上方向の反射鏡1−1だけを設けるようにしてもよい。その場合、図6に示すように、左への平行移動と左への回転(前方画像、上方画像の双方が右へ移動)の区別と、右への平行移動と右への回転(前方画像、上方画像の双方が左方向へ移動)の区別がつかなくなるが、それ以外の判別は可能である。
【0039】
そこで、例えば、上方画像用の反射鏡1−1と左方画像の反射鏡1−3の2つを設けると、左への平行移動と左への回転の区別は、左方画像が拡大するか左へ移動するか否かにより判別可能となる。また、右への平行移動と右への回転の区別は、左方画像が縮小するか右へ移動する否かにより判別可能となる。
【0040】
なお、これらの反射鏡1−1乃至1−4の枚数や設置場所は、適用する装置に応じて適宜選択するようにすればよい。
【0041】
図1に示す実施の形態では、ハードウエアによる実施の形態を採ったが、例えば、図7に示すようにパーソナルコンピュータ用いて実現することも可能である。
【0042】
図7は、本発明の他の実施の形態の構成例を示すブロック図である。この図において、パーソナルコンピュータ20は、CPU(Central Processing Unit)20−1(第1の抽出手段、第2の抽出手段、特徴点抽出手段、算出手段)、ROM(Read Only Memory)20−2、RAM(Random Access Memory)20−3、IF(Interface)20−4、および、バス20−5により構成されている。IF20−4にはCCDカメラ2が接続されており、CCDカメラ2の前方には、図2に示すものと同様の反射鏡1が配置されている。
【0043】
CPU20−1は、各種演算を実行するとともに、装置の各部を制御するようになされている。ROM20−2には、各種プログラムやデータなどが格納されている。RAM20−3は、CPU20−1が各種演算を実行する際に、演算途中のデータなどを一時的に格納するようになされている。IF20−4は、CCDカメラ2から出力される画像信号をディジタル信号に変換して読み込むとともに、パーソナルコンピュータ20において判定されたCCDカメラ2の移動方向の判定結果を出力する。バス20−5は、CPU20−1、ROM20−2、RAM20−3、および、IF20−4を相互に接続してデータを授受するようになされている。
【0044】
図8は、図7に示す実施の形態において実行される処理の一例を説明するフローチャートである。この処理が実行されると、パーソナルコンピュータ20のCPU20−1は、ステップS1において、CCDカメラ2から出力される画像から、前方、および、上下左右方向の画像(図5参照)を抽出する。
【0045】
ステップS2では、CPU20−1は、ステップS1において抽出した画像から、それぞれの特徴点(例えば、隣接する部分に比べて画素値が大きく変化する点)を抽出する。
【0046】
ステップS3では、CPU20−1は、前回の処理において検出されてRAM20−3に格納されている特徴点と、今回の処理で抽出された特徴点とを比較し、それぞれの画像におけるオプティカルフローを算出する。
【0047】
ステップS4では、CPU20−1は、ステップS3において算出された各画像のオプティカルフローと、図6に示すテーブルとを照合し、CCDカメラ2の移動(または、回転)された方向を判定する。そして、判定された結果は、IF20−4を介して出力される。
【0048】
ステップS5においては、CPU20−1は、以上の処理(ステップS2の処理)で抽出された特徴点をRAM20−3の所定の領域に格納する。そして、このようにして格納された特徴点は、次回の処理において、前回の処理において得られた特徴点として参照されることになる。
【0049】
続くステップS6では、CPU20−1は、処理を終了するか否かを判定する。その結果、処理を継続する(NO)と判定した場合はステップS1に戻り、前述の場合と同様の処理を繰り返す。また、処理を終了する(YES)と判定した場合には、処理を終了する(エンド)。
【0050】
以上のような実施の形態によれば、パーソナルコンピュータ20とソフトウエアとの組み合わせにより、CCDカメラ2の移動方向を簡単に、しかも正確に検出することが可能となる。
【0051】
なお、以上の実施の形態においては、4枚の反射鏡1−1乃至1−4をCCDカメラ2の前方に配置するようにしたが、例えば、反射鏡1−1のみを配置して、これをCCDカメラ2の光軸を中心として回転させ、特定の位置(反射鏡1−1乃至1−4に対応する位置)に反射鏡が移動した場合の画像を抽出するようにしてもよい。
【0052】
【発明の効果】
請求項1に記載の画像処理装置および請求項3に記載の画像処理方法によれば、光軸方向と、光軸方向とは異なる少なくとも他の1方向の光とより画像信号を生成し、光軸方向に対応する画像信号を抽出し、光軸方向とは異なる方向の光に対応する画像信号を抽出し、抽出された2種類の画像信号のそれぞれの特徴点を抽出し、抽出された特徴点のオプティカルフローから移動している方向を算出するようにしたので、装置の移動方向を正確にしかも簡単に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1に示す反射鏡1−1乃至1−4の配置状態を示す正面図である。
【図3】図1に示す反射鏡1−1乃至1−4とCCDカメラ2の位置関係を示す図である。
【図4】図1に示す反射鏡1−1乃至1−4とCCDカメラ2を横方向から見た場合の位置関係を示す図である。
【図5】図1に示す実施の形態により撮像された画像の一例を示す図である。
【図6】図1に示すCCDカメラ2の移動方向(または、回転方向)と、各画像の移動方向(または、拡大縮小、回転方向)との対応関係を示す図である。
【図7】本発明の他の実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図8】図7に示す実施の形態において実行される処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
1−1乃至1−4 反射鏡(反射手段), 2 CCDカメラ(撮像手段),3−1 前方画像抽出手段(第1の抽出手段), 3−2 上方画像抽出部(第2の抽出手段), 3−3 下方画像抽出部(第2の抽出手段), 3−4 左方画像抽出部(第2の抽出手段), 3−5 右方画像抽出部(第2の抽出手段), 4−1乃至4−5 特徴点抽出部(特徴点抽出手段), 5−1乃至5−5 オプティカルフロー算出部(算出手段), 6 移動方向判定部(算出手段), 20−1 CPU(第1の抽出手段、第2の抽出手段、特徴点抽出手段、算出手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method, and more particularly to an image processing apparatus and an image processing method capable of detecting the moving direction of the apparatus itself.
[0002]
[Prior art]
For example, in a self-propelled robot or the like, in order to accurately move to the destination, it is necessary to accurately detect the direction in which the robot is currently moving.
[0003]
Conventionally, in such a self-propelled robot or the like, for example, an image of the moving direction of the robot is captured by a CCD camera or the like, and feature points of the captured image are extracted, and then an optical flow of the feature points (Optical Flow) : Optical movement), etc., to determine the moving direction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a method, for example, the feature point of the image to be captured is the left when the robot is translated in the left direction or when the robot is rotated in the left direction (direction change). Since it moves from right to left (the feature point moves from left to right), it is difficult to distinguish them. In other words, since the amount of information to be acquired is limited, there is a problem that it is difficult to accurately determine the moving direction.
[0005]
In order to solve the above-described problems, it is conceivable to equip a plurality of CCD cameras, pick up images in different directions, and detect the moving direction of the robot itself from the moving direction of each image. However, such a method requires a plurality of CCD cameras, so that there is a problem that the cost is high.
[0006]
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to realize an image processing apparatus capable of accurately and easily detecting a moving direction at low cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The image processing apparatus according to
[0008]
The image processing method according to claim 3, an imaging step having a predetermined field of view, and a reflecting step that reflects light in at least one direction different from the optical axis direction of the field of view of the imaging step and enters the imaging step. The first extraction step for extracting an image signal corresponding to the optical axis direction among the image signals output from the imaging step, and the incident light from the reflection step among the image signals output from the imaging step A second extraction step for extracting the image signal, a feature point extraction step for extracting each feature point of the image signal extracted by the first and second extraction steps, and a feature point extracted by the feature point extraction step And a calculating step for calculating a moving direction of the imaging step from the optical flow.
[0009]
In the image processing apparatus according to
[0010]
In the image processing method according to claim 3, the imaging step has a predetermined field of view, and the reflection step reflects light in at least one direction different from the optical axis direction of the field of view of the imaging step. The image signal corresponding to the optical axis direction is extracted from the image signal incident and output from the imaging step, and the first extraction step extracts the image signal output from the imaging step. The corresponding image signal is extracted by the second extraction step, the feature points of the image signal extracted by the first and second extraction steps are extracted by the feature point extraction step, and extracted by the feature point extraction step. The calculating step calculates the moving direction of the imaging step from the optical flow of the feature points. For example, for an imaging step having a predetermined field of view as in a CCD camera, light from a total of four directions, up, down, left and right with respect to the optical axis of the imaging step, is reflected by reflection steps each consisting of four reflecting mirrors. In addition to the incident light, the light in the optical axis direction that has passed through the transmission part provided in the central part of the four reflecting mirrors is incident, and the first extraction step extracts an image corresponding to the light that has passed through the transmission part. The second extraction step extracts images corresponding to the light in the vertical and horizontal directions reflected by the four reflecting mirrors, and the feature point extraction step extracts each of the feature points extracted by the first and second extraction steps. In the calculation step, the moving direction of the imaging step is calculated from the optical flows of the feature points of the total five images extracted in the feature point extraction step.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an embodiment of the present invention. In this figure, the reflecting mirror 1 (reflecting means) is composed of four substantially trapezoidal plane mirrors (upper image mirror 1-1, lower image mirror 1-2, left direction mirror, as shown in the front view of FIG. The upper base of the mirror 1-3 and the right-facing mirror 1-4) is opposed to the CCD camera 2 (imaging means), and the oblique sides are connected to each other so that the reflecting surface faces outward. It is formed and fixed at a position away from the
[0012]
FIG. 3 is a diagram for explaining the positional relationship between the reflecting mirrors 1-1 to 1-4 and the
[0013]
The light incident on the
[0014]
The front image extraction unit 3-1 (first extraction unit) is configured to extract a front image (an image corresponding to light transmitted through the center of the reflecting mirror) illustrated in FIG. The upper image extraction unit 3-2 (second extraction unit) extracts an image corresponding to the light reflected by the reflecting mirror 1-1. Similarly, the lower image extracting unit 3-3 (second extracting unit), the left image extracting unit 3-4 (second extracting unit), or the right image extracting unit 3-5 (second extracting unit). Part) extract images corresponding to the light reflected by the reflecting mirrors 1-2 to 1-4, respectively.
[0015]
The feature point extraction units 4-1 to 4-5 (feature point extraction means) are predetermined feature points (for example, from the image signals extracted by the image extraction units 3-1 to 3-5 in the front, top, bottom, left, and right directions. , A portion where the pixel value changes greatly compared to the adjacent portion).
[0016]
The optical flow calculation units 5-1 to 5-5 (calculation means) calculate the optical flow (feature point moving direction) of the feature points extracted by the feature point extraction units 4-1 to 4-5. ing. These optical flows are calculated as the presence / absence of movement in the up / down / left / right directions, the presence / absence of enlargement / reduction, or the presence / absence of rotation in the right or left direction.
[0017]
The movement direction determination unit 6 (calculation unit) is configured to determine the movement direction of the
[0018]
Next, the operation of the above embodiment will be described.
[0019]
Now, it is assumed that the embodiment shown in FIG. 1 is fixed to a predetermined portion of a self-running robot (hereinafter abbreviated as a robot). In such a case, for example, it is assumed that the robot moves forward (in the optical axis direction of the camera).
[0020]
At that time, the forward and vertical / horizontal image extraction units 3-1 to 3-5 extract the forward image and vertical / horizontal image shown in FIG. 5 from the image signal output from the
[0021]
For example, the feature point extraction units 4-1 to 4-5 extract points from which the pixel values greatly change compared to the adjacent portions from the respective images, and use the extracted points as feature points. Then, the extracted feature points are supplied to the optical flow calculation units 5-1 to 5-5.
[0022]
The optical flow calculation units 5-1 to 5-5 indicate the moving direction of the feature points extracted by the feature point extraction units 4-1 to 4-5, the current feature point position, and the previous feature. It is calculated by comparing the position of the point. For example, when the self-running robot is moving forward (in the optical axis direction of the CCD camera 2), the feature points of the front image move (diffuse) radially around the optical axis.
[0023]
At that time, the feature point of the upper image moves from top to bottom. Further, in the lower image, the feature points move from the bottom to the top, from the left to the right in the left image, and from the right to the left in the right image.
[0024]
FIG. 6 shows the moving direction of the feature points when the
[0025]
As shown in this figure, when the
[0026]
Further, when the
[0027]
When the
[0028]
When the
[0029]
When the
[0030]
When the
[0031]
When the
[0032]
When the
[0033]
When the
[0034]
When the
[0035]
When the
[0036]
Further, when the
[0037]
The moving
[0038]
In the above embodiment, the four reflecting mirrors 1-1 to 1-4 are provided in the vertical and horizontal directions. For example, only the upward reflecting mirror 1-1 may be provided. Good. In that case, as shown in FIG. 6, a distinction between parallel translation to the left and rotation to the left (both the front image and the upper image move to the right) and parallel translation to the right and rotation to the right (front image) , Both of the upper images move to the left) cannot be distinguished, but other discrimination is possible.
[0039]
Therefore, for example, if the upper image reflecting mirror 1-1 and the left image reflecting mirror 1-3 are provided, the left image is enlarged in the distinction between the parallel translation to the left and the rotation to the left. Or whether it moves to the left or not. Further, the distinction between parallel translation to the right and rotation to the right can be made by determining whether the left image is reduced or moved to the right.
[0040]
In addition, what is necessary is just to select suitably the number of these reflective mirrors 1-1 thru | or 1-4, and an installation place according to the apparatus to apply.
[0041]
In the embodiment shown in FIG. 1, an embodiment using hardware is adopted. However, for example, it can be realized by using a personal computer as shown in FIG.
[0042]
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of another embodiment of the present invention. In this figure, a personal computer 20 includes a CPU (Central Processing Unit) 20-1 (first extraction means, second extraction means, feature point extraction means, calculation means), ROM (Read Only Memory) 20-2, A RAM (Random Access Memory) 20-3, an IF (Interface) 20-4, and a bus 20-5 are included. A
[0043]
The CPU 20-1 performs various calculations and controls each unit of the apparatus. The ROM 20-2 stores various programs and data. The RAM 20-3 is configured to temporarily store data in the middle of calculation when the CPU 20-1 executes various calculations. The IF 20-4 converts the image signal output from the
[0044]
FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of processing executed in the embodiment shown in FIG. When this process is executed, the CPU 20-1 of the personal computer 20 extracts forward, vertical and horizontal images (see FIG. 5) from the image output from the
[0045]
In step S <b> 2, the CPU 20-1 extracts each feature point (for example, a point where the pixel value changes greatly compared to the adjacent portion) from the image extracted in step S <b> 1.
[0046]
In step S3, the CPU 20-1 compares the feature points detected in the previous process and stored in the RAM 20-3 with the feature points extracted in the current process, and calculates the optical flow in each image. To do.
[0047]
In step S4, the CPU 20-1 collates the optical flow of each image calculated in step S3 with the table shown in FIG. 6, and determines the direction in which the
[0048]
In step S5, the CPU 20-1 stores the feature points extracted in the above process (the process of step S2) in a predetermined area of the RAM 20-3. The feature points stored in this way are referred to as feature points obtained in the previous process in the next process.
[0049]
In subsequent step S6, CPU 20-1 determines whether or not to end the process. As a result, when it is determined that the process is to be continued (NO), the process returns to step S1 and the same process as described above is repeated. If it is determined that the process is to be ended (YES), the process is ended (END).
[0050]
According to the embodiment described above, the moving direction of the
[0051]
In the above embodiment, the four reflecting mirrors 1-1 to 1-4 are arranged in front of the
[0052]
【The invention's effect】
According to the image processing device according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view showing an arrangement state of the reflecting mirrors 1-1 to 1-4 shown in FIG.
3 is a diagram showing a positional relationship between the reflecting mirrors 1-1 to 1-4 and the
4 is a diagram showing a positional relationship when the reflecting mirrors 1-1 to 1-4 and the
FIG. 5 is a diagram showing an example of an image captured by the embodiment shown in FIG. 1;
6 is a diagram showing a correspondence relationship between the moving direction (or rotation direction) of the
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating processing executed in the embodiment shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1-1 to 1-4 Reflector (reflecting means), 2 CCD camera (imaging means), 3-1 Front image extracting means (first extracting means), 3-2 Upper image extracting section (second extracting means) ), 3-3 Lower image extraction unit (second extraction unit), 3-4 Left image extraction unit (second extraction unit), 3-5 Right image extraction unit (second extraction unit), 4 -1 to 4-5 Feature point extraction unit (feature point extraction unit), 5-1 to 5-5 Optical flow calculation unit (calculation unit), 6 Movement direction determination unit (calculation unit), 20-1 CPU (first Extraction means, second extraction means, feature point extraction means, calculation means)
Claims (3)
前記撮像手段の前記視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射して、前記撮像手段に入射する反射手段と、
前記撮像手段から出力される画像信号のうち、前記光軸方向に対応する画像信号を抽出する第1の抽出手段と、
前記撮像手段から出力される画像信号のうち、前記反射手段からの入射光に対応する画像信号を抽出する第2の抽出手段と、
前記第1および第2の抽出手段により抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
前記特徴点抽出手段により抽出された特徴点のオプティカルフローから、前記撮像手段の移動している方向を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。Imaging means having a predetermined field of view;
Reflecting means that reflects light in at least one direction different from the optical axis direction of the visual field of the imaging means and enters the imaging means;
A first extraction unit for extracting an image signal corresponding to the optical axis direction from among the image signals output from the imaging unit;
A second extraction unit that extracts an image signal corresponding to incident light from the reflection unit out of the image signal output from the imaging unit;
Feature point extracting means for extracting each feature point of the image signal extracted by the first and second extracting means;
An image processing apparatus comprising: a calculation unit that calculates a moving direction of the imaging unit from an optical flow of the feature point extracted by the feature point extraction unit.
前記撮像手段は、前記4枚の平面鏡の上底部を4辺とする透過部を透過した前記光軸方向の光と、前記4枚の平面鏡により反射された、前記光軸に対して上下左右方向の反射光とを入射する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。The reflecting means is formed by connecting the upper base portion of four substantially trapezoidal plane mirrors to the imaging means and connecting the oblique sides to each other so that the reflecting surface faces outward,
The imaging means includes light in the optical axis direction that has passed through a transmission part having four sides of the upper bottom part of the four plane mirrors, and vertical and horizontal directions reflected by the four plane mirrors relative to the optical axis. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the reflected light is incident.
前記撮像ステップの前記視野の光軸方向とは異なる、少なくとも1方向の光を反射して、前記撮像ステップに入射する反射ステップと、
前記撮像ステップから出力される画像信号のうち、前記光軸方向に対応する画像信号を抽出する第1の抽出ステップと、
前記撮像ステップから出力される画像信号のうち、前記反射ステップからの入射光に対応する画像信号を抽出する第2の抽出ステップと、
前記第1および第2の抽出ステップにより抽出された画像信号のそれぞれの特徴点を抽出する特徴点抽出ステップと、
前記特徴点抽出ステップにより抽出された特徴点のオプティカルフローから、前記撮像ステップの移動している方向を算出する算出ステップと
を備えることを特徴とする画像処理方法。An imaging step having a predetermined field of view;
A reflecting step that reflects light in at least one direction different from the optical axis direction of the visual field of the imaging step and enters the imaging step;
A first extraction step of extracting an image signal corresponding to the optical axis direction among the image signals output from the imaging step;
A second extraction step of extracting an image signal corresponding to incident light from the reflection step out of the image signal output from the imaging step;
A feature point extraction step of extracting each feature point of the image signal extracted by the first and second extraction steps;
An image processing method comprising: a calculation step of calculating a moving direction of the imaging step from an optical flow of the feature points extracted by the feature point extraction step.
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