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JP4387920B2 - Image recognition method and robot - Google Patents
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Description

本発明は、カメラと画像処理回路とを備えたロボットを用いて画像認識を行う画像認識方法およびロボットに関するものである。   The present invention relates to an image recognition method and a robot for performing image recognition using a robot including a camera and an image processing circuit.

従来のロボットによる画像認識は、ロボットに小型のCCDカメラなどを配設し、あるサンプリング周期ごとに得られる画像情報を処理し、事前に登録された画像情報と比較照合することにより実現している(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。   Image recognition by a conventional robot is realized by arranging a small CCD camera or the like on the robot, processing image information obtained at every sampling period, and comparing and comparing with image information registered in advance. (For example, refer to Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
WO98/26598 特開平11−136668号公報 特開平11−275559号公報
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
WO98 / 26598 Japanese Patent Laid-Open No. 11-136668 Japanese Patent Laid-Open No. 11-275559

しかしながら、特許文献1の技術では、静止したカメラを使って移動体を撮影しているため、例えば人形ロボットのようにカメラ自体が移動する場合には、被写体の画像認識を正しく行うことができないという問題点があった。
また、引用文献2の技術では、TVカメラで撮影した現在のフレームデータと直前のフレームデータとの差分を求めることで動きのある被写体のデータを除去したフレームデータを作成している。しかし、この引用文献2の技術では、カメラの移動中に被写体を撮影すると、カメラの移動に起因する画像のずれを被写体の動きに起因するものと見なして除去してしまうため、人形ロボットのようにカメラ自体が移動する場合には、被写体の画像認識を正しく行うことができないという問題点があった。同様に、引用文献3の技術においても、人形ロボットのようにカメラ自体が移動する場合には、被写体の画像認識を正しく行うことができないという問題点があった。
However, in the technique of Patent Document 1, since a moving body is photographed using a stationary camera, for example, when the camera itself moves like a doll robot, image recognition of a subject cannot be performed correctly. There was a problem.
Further, in the technique of the cited document 2, frame data from which data of a moving subject is removed is created by obtaining a difference between the current frame data captured by the TV camera and the immediately preceding frame data. However, in the technique of the cited document 2, if a subject is photographed while the camera is moving, the image shift caused by the movement of the camera is considered to be caused by the movement of the subject, so that it is like a doll robot. However, when the camera itself moves, there is a problem in that image recognition of the subject cannot be performed correctly. Similarly, the technique of the cited document 3 also has a problem that when the camera itself moves like a doll robot, image recognition of the subject cannot be performed correctly.

通常、画像認識を正しく行うには、認識対象となる被写体に対しカメラが被写体の正面で静止している必要がある。その理由は、予め登録された被写体の顔の輪郭、目、鼻、口などの画像データと、あるサンプリング周期毎にカメラから送られてくる被写体の顔の輪郭、目、鼻、口などの情報とを比較するうえで、カメラが被写体に対して動いている場合、被写体の顔の輪郭、目、鼻、口などの位置がサンプルされたデータごとに異なるため、比較照合することができないからである。また、ある瞬間のデータを用いる場合では、認識のためのサンプルデータが少ないため誤認識の確率が多くなってくる。このため、引用文献2の技術では、カメラを移動させた後に停止させてカメラで撮影している。しかし、画像認識中にカメラを被写体に対して静止させることは、ロボットの自然な振る舞いを制限することになる。また、カメラを一旦停止させる場合には、カメラが停止するまでに時間を要するため、被写体を確認してから、被写体と登録データとを比較照合するまでに時間がかかるという問題点があった。   Usually, in order to perform image recognition correctly, the camera needs to be stationary in front of the subject to be recognized. The reason for this is pre-registered image data of the subject's face contour, eyes, nose, mouth, etc., and information about the subject's face contour, eyes, nose, mouth, etc. sent from the camera at every sampling cycle When the camera is moving with respect to the subject, the position of the subject's face outline, eyes, nose, mouth, etc. will differ depending on the sampled data, so comparison comparison cannot be performed. is there. In addition, when data at a certain moment is used, the probability of misrecognition increases because sample data for recognition is small. For this reason, in the technique of the cited document 2, after moving a camera, it stops and image | photographs with a camera. However, keeping the camera stationary with respect to the subject during image recognition limits the natural behavior of the robot. In addition, when the camera is temporarily stopped, it takes time until the camera is stopped. Therefore, there is a problem that it takes time until the subject is compared with the registered data after the subject is confirmed.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ロボットのカメラが移動している場合でも、静止している場合と変わらない状態で被写体の画像認識を行うことができる画像認識方法およびロボットを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and an image recognition method capable of recognizing an image of a subject in a state that is not different from a stationary state even when a robot camera is moving, and The purpose is to provide a robot.

本発明は、カメラと画像処理回路と記憶装置とを備えたロボットを用いて画像認識を行う画像認識方法において、前記カメラの位置および移動速度を検出する検出手順と、前記カメラで撮影された画像を一定周期毎に前記画像処理回路に取り込むサンプリング手順と、前記カメラの位置および移動速度に基づいて、前記カメラから取り込んだ画像を前記画像処理回路で補正する補正手順と、前記補正された画像と前記記憶装置に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合して画像認識を行う画像認識手順とを有し、前記検出手順は、前記カメラもしくはロボット全体を移動させる駆動手段の動きを検出するエンコーダの出力に基づいて前記カメラの位置および移動速度を求め、前記補正手順は、前記カメラが所定の位置にあるときに取り込んだ画像または所定の時点で取り込んだ画像と前記カメラから取り込んだ補正対象の画像とが同じになるように、前記補正対象の画像を補正するようにしたものである The present invention relates to an image recognition method for performing image recognition using a robot including a camera, an image processing circuit, and a storage device, a detection procedure for detecting the position and moving speed of the camera, and an image captured by the camera. Sampling procedure for capturing the image into the image processing circuit at regular intervals, a correction procedure for correcting the image captured from the camera by the image processing circuit based on the position and moving speed of the camera, and the corrected image An image recognition procedure for performing image recognition by comparing and collating with a recognition image registered in advance in the storage device, and the detection procedure includes a movement of a drive unit that moves the camera or the entire robot. obtain the position and the moving speed of the camera based on the output of the detection to the encoder, the correction procedure is taken when the camera is in position As a correction target image captured with the image captured by the image or a predetermined point in time but crowded from the camera is the same, in which so as to correct the image of the correction target.

また、本発明のロボットは、画像を撮影するカメラと、このカメラの位置および移動速度を検出する検出手段と、認識用の画像を記憶する記憶装置と、前記カメラで撮影された画像を一定周期毎に取り込み、前記カメラの位置および移動速度に基づいて、前記カメラから取り込んだ画像を補正し、補正した画像と前記記憶装置に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合して画像認識を行う画像処理回路と、前記カメラもしくはロボット全体を移動させる駆動手段とを有し、前記検出手段は、前記駆動手段の動きを検出するエンコーダと、このエンコーダの出力に基づいて前記カメラの位置および移動速度を求める制御回路とからなり、前記画像処理回路は、前記カメラが所定の位置にあるときに取り込んだ画像または所定の時点で取り込んだ画像と前記カメラから取り込んだ補正対象の画像とが同じになるように、前記補正対象の画像を補正するものである The robot according to the present invention includes a camera that captures an image, a detection unit that detects the position and moving speed of the camera, a storage device that stores an image for recognition, and an image captured by the camera. An image captured every time, and the image captured from the camera is corrected based on the position and moving speed of the camera, and the corrected image is compared with a recognition image registered in advance in the storage device. An image processing circuit for performing recognition, and driving means for moving the camera or the entire robot , wherein the detecting means is an encoder for detecting movement of the driving means, and the position of the camera based on the output of the encoder. and it consists of a control circuit for obtaining the moving speed, the image processing circuit, the camera taken image or a predetermined time taken when in the predetermined position As a correction target image captured from an elaborate image the camera is the same, and corrects the image of the correction target.

本発明によれば、カメラの位置および移動速度を検出し、このカメラの位置および移動速度に基づいて、カメラから取り込んだ画像を補正することにより、ロボットのカメラが移動している場合でも、静止している場合と変わらない状態で被写体の画像認識を行うことができる。その結果、本発明では、被写体の認識に、ロボットの動作が制約されることが無くなる。その理由は、通常、被写体の認識のために、カメラを静止させる必要があるが、本発明では、カメラが静止していなくても被写体を認識できるため、ロボット自体の自然な振る舞いが可能となるからである。また、本発明では、短時間で被写体の認識を行うことができる。その理由は、通常、被写体の認識のために、カメラを静止させる必要があるが、本発明では、カメラが被写体に対し静止する必要がなく、カメラやロボットの動作を静止させるまでの時間を削減できるからである。   According to the present invention, even when the robot camera is moving, the position and moving speed of the camera is detected, and an image captured from the camera is corrected based on the position and moving speed of the camera. The image of the subject can be recognized in a state that is not different from the case where the image is being captured. As a result, in the present invention, the movement of the robot is not restricted by the recognition of the subject. The reason is usually that the camera needs to be stationary for the recognition of the subject. However, in the present invention, the subject can be recognized even when the camera is not stationary, so that the robot itself can behave naturally. Because. In the present invention, the subject can be recognized in a short time. The reason is usually that the camera needs to be stationary for the recognition of the subject, but in the present invention, it is not necessary for the camera to be stationary with respect to the subject, and the time until the operation of the camera or robot is stopped is reduced. Because it can.

また、本発明では、ロボットの動作が加速、等速に関わらず、画像認識が可能である。その理由は、駆動手段の動きを検出するエンコーダの出力に基づいてカメラの位置および移動速度を求めるからである。   In the present invention, image recognition is possible regardless of whether the robot operation is accelerated or constant. This is because the position and moving speed of the camera are obtained based on the output of the encoder that detects the movement of the driving means.

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態となるロボットの概略構成図、図2は図1のロボットの断面図である。本実施の形態のロボットは、頭部1と、ギア2と、サーボモータ3と、エンコーダ4と、制御回路5と、カメラ6と、画像処理回路7と、記憶装置8と、胴体部9とを有する。サーボモータ3は、カメラ6を回動させる駆動手段を構成し、エンコーダ4と制御回路5は、カメラ6の位置および移動速度を検出する検出手段を構成している。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a robot according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the robot of FIG. The robot according to the present embodiment includes a head 1, a gear 2, a servo motor 3, an encoder 4, a control circuit 5, a camera 6, an image processing circuit 7, a storage device 8, and a body unit 9. Have The servo motor 3 constitutes drive means for rotating the camera 6, and the encoder 4 and the control circuit 5 constitute detection means for detecting the position and moving speed of the camera 6.

ロボット1の頭部1の下面にはギア2が取り付けられ、ギア2はロボットの胴体部9によって回動自在に軸支されている。ロボットの頭部1は、ギア2を介してサーボモータ3により駆動され、ギア2の軸を中心として水平面内で回動する。また、サーボモータ3にはその回転を検出するエンコーダ4が取り付けられており、エンコーダ4から出力されたパルス情報は制御回路5へと伝えられる。ロボットの頭部1に取り付けられたカメラ6は正面の画像を撮像し、カメラ6から出力された画像信号は画像処理回路7に入力される。制御回路5と画像処理回路7と記憶装置8は、互いの情報を交換できるように結線されている。画像処理回路7は、カメラ6から取り込んだ画像と記憶装置8に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合する。   A gear 2 is attached to the lower surface of the head 1 of the robot 1, and the gear 2 is pivotally supported by a body portion 9 of the robot. The robot head 1 is driven by a servo motor 3 through a gear 2 and rotates in a horizontal plane about the axis of the gear 2. The servo motor 3 is provided with an encoder 4 that detects its rotation, and pulse information output from the encoder 4 is transmitted to the control circuit 5. A camera 6 attached to the robot head 1 captures a front image, and an image signal output from the camera 6 is input to an image processing circuit 7. The control circuit 5, the image processing circuit 7, and the storage device 8 are connected so that they can exchange information with each other. The image processing circuit 7 compares and collates the image captured from the camera 6 with the recognition image registered in advance in the storage device 8.

次に、本実施の形態のロボットの動作について図を参照して説明する。図3はロボットの動作を示す平面図である。図3に示すように、ロボットの頭部1は、角速度Wで矢印の方向に回動している。カメラ6はθの画角を有している。ロボットが被写体10を認識する基準位置をAとし、このときロボットの頭部1に取り付けられたカメラ6が撮像した画像を図4に示す。画像処理回路7は、予め定められたサンプリング周期毎にカメラ6からの画像信号を取り込む。このサンプリング周期をΔt秒とすれば、基準位置Aで画像信号を取り込んだ時点からΔt秒後のカメラ6の位置は図5のようになる。このΔt秒後の位置をBとし、このとき取り込んだ画像と基準位置Aで取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を図6に示す。図6において、100Aが基準位置Aで取り込んだ画像、100Bが位置Bで取り込んだ画像である。図6から分かるように、カメラ6が被写体10に対して移動しているため、画像100Aと100Bの間にxのずれが生じ、このままでは、正確な画像認識に用いることはできない。   Next, the operation of the robot according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a plan view showing the operation of the robot. As shown in FIG. 3, the head 1 of the robot rotates at an angular velocity W in the direction of the arrow. The camera 6 has an angle of view of θ. A reference position at which the robot recognizes the subject 10 is A, and an image captured by the camera 6 attached to the robot head 1 at this time is shown in FIG. The image processing circuit 7 takes in an image signal from the camera 6 at a predetermined sampling period. If this sampling period is Δt seconds, the position of the camera 6 after Δt seconds from the time when the image signal is captured at the reference position A is as shown in FIG. FIG. 6 shows an image obtained by superposing the image captured at this time and the image captured at the reference position A, where B is the position after Δt seconds. In FIG. 6, 100A is an image captured at the reference position A, and 100B is an image captured at the position B. As can be seen from FIG. 6, since the camera 6 is moving with respect to the subject 10, an x shift occurs between the images 100A and 100B, and this cannot be used for accurate image recognition.

そこで、本実施の形態の制御回路5は、エンコーダ4から出力されたパルス情報に基づいて頭部1(カメラ6)の位置情報及び速度情報を算出する。画像処理回路7は、算出された位置情報及び速度情報に基づいて、カメラ6で撮像された画像が所定の基準位置Aで撮像された画像と同じ位置になるように画像の水平方向のずれを補正する。この補正は、図示しない測距手段によりカメラ6と被写体10との距離を測定し、測定した距離とカメラ6の位置情報及び速度情報とカメラ6の画角θとから、基準位置Aで撮像された画像とのずれ量を算出すればよい。この補正は、コンピュータによるソフトウェア処理もしくはハードウェア回路で実現できる。   Therefore, the control circuit 5 of the present embodiment calculates position information and speed information of the head 1 (camera 6) based on the pulse information output from the encoder 4. Based on the calculated position information and speed information, the image processing circuit 7 shifts the image in the horizontal direction so that the image captured by the camera 6 is the same position as the image captured at the predetermined reference position A. to correct. In this correction, the distance between the camera 6 and the subject 10 is measured by a distance measuring unit (not shown), and the image is captured at the reference position A from the measured distance, the position information and speed information of the camera 6, and the angle of view θ of the camera 6. What is necessary is just to calculate the deviation | shift amount with the obtained image. This correction can be realized by software processing by a computer or a hardware circuit.

位置Bで取り込んだ画像のずれを補正した画像を図7に示す。この場合、補正した画像にはずれが生じていないため、あたかも静止した画像として処理することができる。画像処理回路7は、補正後の画像データと記憶装置8に予め登録された画像データとを比較照合して画像認識を行う。以上の処理はΔt秒ごとにリアルタイムに行われ、ロボットの頭部1が動作中でも、静止している場合と変わらない状態で被写体10の認識を行うことができる。   An image obtained by correcting the shift of the image captured at the position B is shown in FIG. In this case, since there is no deviation in the corrected image, it can be processed as if it were a still image. The image processing circuit 7 performs image recognition by comparing and comparing the corrected image data with the image data registered in advance in the storage device 8. The above processing is performed in real time every Δt seconds, and the subject 10 can be recognized while the head 1 of the robot is operating and in the same state as when it is stationary.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の他の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図8は本発明の第2の実施の形態となるロボットの断面図である。第1の実施の形態では、ロボットの頭部を水平方向に回動させるのに対し、本実施の形態では、ロボットの頭部を垂直方向に回動させる。本実施の形態のロボットは、頭部11と、サーボモータ13と、エンコーダ14と、制御回路15と、カメラ16と、画像処理回路17と、記憶装置18と、胴体部19と、ヘッドフレーム20と、センターフレーム21とを有する。サーボモータ13は、カメラ16を回動させる駆動手段を構成し、エンコーダ14と制御回路15は、カメラ16の位置および移動速度を検出する検出手段を構成している。
[Second Embodiment]
Next, another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is a sectional view of a robot according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the head of the robot is rotated in the horizontal direction, whereas in the present embodiment, the head of the robot is rotated in the vertical direction. The robot according to the present embodiment includes a head 11, a servo motor 13, an encoder 14, a control circuit 15, a camera 16, an image processing circuit 17, a storage device 18, a body unit 19, and a head frame 20. And a center frame 21. The servo motor 13 constitutes drive means for rotating the camera 16, and the encoder 14 and the control circuit 15 constitute detection means for detecting the position and moving speed of the camera 16.

センターフレーム21は、ロボットの胴体部19の上面に固定されている。ロボットの頭部11に固定されたヘッドフレーム20は、センターフレーム21によって回動自在に軸支されている。サーボモータ13は、ヘッドフレーム20に設けられたギア22と噛み合い、ロボットの頭部11を回動させる動力源となる。これにより、ロボットの頭部11(ヘッドフレーム20)は、サーボモータ13により駆動され、軸23を中心として垂直面内で回動する。サーボモータ13にはその回転を検出するエンコーダ14が取り付けられており、エンコーダ14から出力されたパルス情報は制御回路15へと伝えられる。ヘッドフレーム20に取り付けられたカメラ16はカメラ正面の画像を撮像し、カメラ16から出力された画像信号は画像処理回路17に入力される。画像処理回路17は、カメラ16から取り込んだ画像と記憶装置18に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合する。   The center frame 21 is fixed to the upper surface of the body part 19 of the robot. A head frame 20 fixed to the head 11 of the robot is pivotally supported by a center frame 21 so as to be rotatable. The servo motor 13 meshes with a gear 22 provided on the head frame 20 and serves as a power source for rotating the head 11 of the robot. As a result, the head 11 (head frame 20) of the robot is driven by the servo motor 13 and rotates in the vertical plane about the shaft 23. An encoder 14 for detecting the rotation is attached to the servo motor 13, and pulse information output from the encoder 14 is transmitted to the control circuit 15. The camera 16 attached to the head frame 20 captures an image in front of the camera, and an image signal output from the camera 16 is input to the image processing circuit 17. The image processing circuit 17 compares and collates an image captured from the camera 16 with a recognition image registered in advance in the storage device 18.

次に、本実施の形態のロボットの動作について図を参照して説明する。図9はロボットの動作を示す側面図である。図9に示すように、ロボットの頭部11は、角速度Wで矢印の方向に回動している。カメラ16はθの画角を有している。ロボットが被写体10を認識する基準位置をAとする。画像処理回路17は、予め定められたサンプリング周期毎にカメラ16からの画像信号を取り込む。このサンプリング周期をΔt秒とし、基準位置Aで画像信号を取り込んだ時点からΔt秒後のカメラ16の位置をBとする。基準位置Aで取り込んだ画像と位置Bで取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を図10に示す。図10において、101Aが基準位置Aで取り込んだ画像、101Bが位置Bで取り込んだ画像である。図10から分かるように、カメラ16が被写体10に対して移動しているため、画像101Aと101Bの間にxのずれが生じ、このままでは、正確な画像認識に用いることはできない。   Next, the operation of the robot according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a side view showing the operation of the robot. As shown in FIG. 9, the head 11 of the robot rotates at the angular velocity W in the direction of the arrow. The camera 16 has an angle of view of θ. A reference position at which the robot recognizes the subject 10 is A. The image processing circuit 17 captures an image signal from the camera 16 at a predetermined sampling period. Let this sampling period be Δt seconds, and let B be the position of the camera 16 after Δt seconds from the time when the image signal was captured at the reference position A. An image obtained by superimposing the image captured at the reference position A and the image captured at the position B is shown in FIG. In FIG. 10, 101A is an image captured at the reference position A, and 101B is an image captured at the position B. As can be seen from FIG. 10, since the camera 16 is moving with respect to the subject 10, an x shift occurs between the images 101 </ b> A and 101 </ b> B and cannot be used for accurate image recognition as it is.

そこで、本実施の形態の制御回路15は、エンコーダ14から出力されたパルス情報に基づいて頭部11(カメラ16)の位置情報及び速度情報を算出する。画像処理回路17は、算出された位置情報及び速度情報に基づいて、カメラ16で撮像された画像が所定の基準位置Aで撮像された画像と同じ位置になるように画像の垂直方向のずれを補正する。この補正は、図示しない測距手段によりカメラ16と被写体10との距離を測定し、測定した距離とカメラ16の位置情報及び速度情報とカメラ16の画角θとから、基準位置Aで撮像された画像とのずれ量を算出すればよい。この補正は、コンピュータによるソフトウェア処理もしくはハードウェア回路で実現できる。   Therefore, the control circuit 15 of the present embodiment calculates position information and speed information of the head 11 (camera 16) based on the pulse information output from the encoder 14. Based on the calculated position information and speed information, the image processing circuit 17 shifts the image in the vertical direction so that the image captured by the camera 16 is the same position as the image captured at the predetermined reference position A. to correct. In this correction, the distance between the camera 16 and the subject 10 is measured by a distance measuring unit (not shown), and an image is taken at the reference position A from the measured distance, the position information and speed information of the camera 16, and the angle of view θ of the camera 16. What is necessary is just to calculate the deviation | shift amount with the obtained image. This correction can be realized by software processing by a computer or a hardware circuit.

これにより、補正した画像にはずれが生じていないため、あたかも静止した画像として処理することができる。画像処理回路17は、補正後の画像データと記憶装置18に予め登録された画像データとを比較照合して画像認識を行う。以上の処理はΔt秒ごとにリアルタイムに行われ、ロボットの頭部1が動作中でも、静止している場合と変わらない状態で被写体10の認識を行うことができる。   Thereby, since there is no deviation in the corrected image, it can be processed as a still image. The image processing circuit 17 performs image recognition by comparing and comparing the corrected image data with image data registered in advance in the storage device 18. The above processing is performed in real time every Δt seconds, and the subject 10 can be recognized while the head 1 of the robot is operating and in the same state as when it is stationary.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図11は本発明の第3の実施の形態となるロボットの断面図である。第1、第2の実施の形態では、ロボットの頭部を水平方向又は垂直方向に回動させるのに対し、本実施の形態では、ロボットを自走させる。本実施の形態のロボットは、頭部31と、サーボモータ33と、エンコーダ34と、制御回路35と、カメラ36と、画像処理回路37と、記憶装置38と、胴体部39と、タイヤ40,41と、ギア42とを有する。サーボモータ33は、ロボットを走行させる駆動手段を構成し、エンコーダ34と制御回路35は、カメラ36の位置および移動速度を検出する検出手段を構成している。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 11 is a sectional view of a robot according to the third embodiment of the present invention. In the first and second embodiments, the head of the robot is rotated in the horizontal direction or the vertical direction, whereas in the present embodiment, the robot is caused to self-run. The robot according to the present embodiment includes a head 31, a servo motor 33, an encoder 34, a control circuit 35, a camera 36, an image processing circuit 37, a storage device 38, a body part 39, a tire 40, 41 and a gear 42. The servo motor 33 constitutes drive means for running the robot, and the encoder 34 and the control circuit 35 constitute detection means for detecting the position and moving speed of the camera 36.

ロボットの頭部31は胴体部39に固定されている。ロボットの胴体部39には、タイヤ40と旋回可能な小径のタイヤ41が設けられている。大径のタイヤ40にはギア42が取り付けられている。サーボモータ33はギア42と噛み合い、ロボットを走行させる動力源となる。これにより、サーボモータ33の回転がタイヤ40へ伝えられ、ロボットが走行する。また、サーボモータ33にはその回転を検出するエンコーダ34が取り付けられており、エンコーダ34から出力されたパルス情報は制御回路35へと伝えられる。ロボットの頭部31に取り付けられたカメラ36は正面の画像を撮像し、カメラ36から出力された画像信号は画像処理回路37に入力される。画像処理回路37は、カメラ36から取り込んだ画像と記憶装置38に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合する。   The robot head 31 is fixed to the body 39. The robot body 39 is provided with a tire 40 and a small-diameter tire 41 that can turn. A gear 42 is attached to the large-diameter tire 40. The servo motor 33 meshes with the gear 42 and becomes a power source for running the robot. Thereby, the rotation of the servo motor 33 is transmitted to the tire 40 and the robot travels. The servo motor 33 is provided with an encoder 34 that detects its rotation, and pulse information output from the encoder 34 is transmitted to the control circuit 35. A camera 36 attached to the robot head 31 captures a front image, and an image signal output from the camera 36 is input to an image processing circuit 37. The image processing circuit 37 compares and collates an image captured from the camera 36 with a recognition image registered in advance in the storage device 38.

次に、本実施の形態のロボットの動作について図を参照して説明する。ロボットは、一定の速度で図11の矢印の方向に移動している。ロボットが画像認識を開始した時点をAとする。画像処理回路37は、予め定められたサンプリング周期毎にカメラ36からの画像信号を取り込む。このサンプリング周期をΔt秒とし、開始時点Aで画像信号を取り込んだ時点からΔt秒後の時点をBとする。開始時点Aで取り込んだ画像と時点Bで取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を図12に示す。図12において、102Aが開始時点Aで取り込んだ画像、102Bが時点Bで取り込んだ画像である。図12から分かるように、カメラ36が被写体10に対して移動しているため、画像102Aと102Bの間にxのずれが生じ、このままでは、正確な画像認識に用いることはできない。   Next, the operation of the robot according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. The robot is moving in the direction of the arrow in FIG. 11 at a constant speed. Let A be the time when the robot starts image recognition. The image processing circuit 37 takes in an image signal from the camera 36 at every predetermined sampling period. Let this sampling period be Δt seconds, and let B be the time after Δt seconds from the time when the image signal was captured at the start time A. An image obtained by superimposing the image captured at the start time point A and the image captured at the time point B is shown in FIG. In FIG. 12, 102A is an image captured at the start time A, and 102B is an image captured at the time B. As can be seen from FIG. 12, since the camera 36 is moved with respect to the subject 10, a shift of x occurs between the images 102 </ b> A and 102 </ b> B and cannot be used for accurate image recognition as it is.

そこで、本実施の形態の制御回路35は、エンコーダ34から出力されたパルス情報に基づいて頭部31(カメラ36)の位置情報及び速度情報を算出する。画像処理回路37は、算出された位置情報及び速度情報に基づいて、カメラ36で撮像された画像が開始時点Aで撮像された画像と同じ大きさになるように画像の大きさを補正する。この補正は、図示しない測距手段によりカメラ36と被写体10との距離を測定し、測定した距離とカメラ36の位置情報及び速度情報とカメラ36の画角θとから、開始時点Aで撮像された画像との大きさの違いを算出して、画像を拡大又は縮小すればよい。この補正は、コンピュータによるソフトウェア処理もしくはハードウェア回路で実現できる。   Therefore, the control circuit 35 of the present embodiment calculates position information and speed information of the head 31 (camera 36) based on the pulse information output from the encoder 34. Based on the calculated position information and speed information, the image processing circuit 37 corrects the size of the image so that the image captured by the camera 36 has the same size as the image captured at the start time A. In this correction, the distance between the camera 36 and the subject 10 is measured by a distance measuring unit (not shown), and the image is picked up at the start time A from the measured distance, the position information and speed information of the camera 36, and the angle of view θ of the camera 36. It is only necessary to calculate the difference in size from the image and enlarge or reduce the image. This correction can be realized by software processing by a computer or a hardware circuit.

これにより、補正した画像にはずれが生じていないため、あたかも静止した画像として処理することができる。画像処理回路37は、補正後の画像データと記憶装置38に予め登録された画像データとを比較照合して画像認識を行う。以上の処理はΔt秒ごとにリアルタイムに行われ、ロボットが走行中でも、静止している場合と変わらない状態で被写体10の認識を行うことができる。   Thereby, since there is no deviation in the corrected image, it can be processed as a still image. The image processing circuit 37 performs image recognition by comparing and comparing the corrected image data with image data registered in advance in the storage device 38. The above processing is performed in real time every Δt seconds, and the subject 10 can be recognized while the robot is running and in the same state as when the robot is stationary.

なお、第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、ロボットの頭部の水平方向の回動と、垂直方向の回動と、ロボットの走行という3種類の動きをそれぞれ別々に扱っているが、これらの動きが同時に起こる場合は、第1の実施の形態〜第3の実施の形態で説明した補正を組み合わせることで、3種類の動きが同時に起きても同等の効果が得られることは言うまでもない。さらに、通常カメラで撮影した画像には、画角の端の方でいわゆる曲率による歪みが生じるが、この歪みの補正機能をあらかじめ画像処理回路に付加するとさらに効果的である。   In the first to third embodiments, the three types of movements of horizontal rotation, vertical rotation, and robot traveling of the robot head are handled separately. However, if these movements occur simultaneously, combining the corrections described in the first to third embodiments can provide the same effect even if three types of movements occur simultaneously. Needless to say. Further, an image captured by a normal camera is distorted by a so-called curvature at the edge of the angle of view, and it is more effective to add this distortion correction function to the image processing circuit in advance.

また、第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、サーボモータに取り付けられたエンコーダの情報をフィードバックすることを例に挙げたが、タイヤ等の最終回転体にスリット部材とフォトセンサー等を設けたり、ポテンショメータとの組み合わせで同等な構成を実現できるのは言うまでもない。さらに、ステッピングモータ等を用いれば、入力情報をそのまま画像処理に用いることができる。ただし、この場合、入力と最終出力に伝達系の遅れ、モータ脱調が生じた場合、十分な効果を期待することはできない。   Further, in the first to third embodiments, the example of feeding back the information of the encoder attached to the servo motor is taken as an example. However, the slit member, the photo sensor, etc. are provided on the final rotating body such as a tire. It goes without saying that an equivalent configuration can be realized by providing a combination with a potentiometer. Furthermore, if a stepping motor or the like is used, the input information can be directly used for image processing. However, in this case, if a delay in the transmission system or a motor step-out occurs between the input and the final output, a sufficient effect cannot be expected.

また、第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、画像認識を行うことを主に列記してきたが、本発明は被写体のデータ登録にも用いることができることは明白である。
また、第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、説明上、制御回路と画像処理回路と記憶装置とを別々に記載したが、これらが同一の基板上の回路またはチップで構成され、各信号ルートが異なっていても良いことは言うまでもない。
In the first to third embodiments, image recognition has been mainly listed, but it is obvious that the present invention can be used for data registration of a subject.
In the first to third embodiments, the control circuit, the image processing circuit, and the storage device are described separately for the sake of explanation. However, these are configured by circuits or chips on the same substrate. Needless to say, each signal route may be different.

本発明は、ロボットによる画像認識に適用することができる。   The present invention can be applied to image recognition by a robot.

本発明の第1の実施の形態となるロボットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the robot used as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態となるロボットの断面図である。It is sectional drawing of the robot used as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態のロボットの動作を示す平面図である。It is a top view which shows operation | movement of the robot of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態においてロボットのカメラが基準位置で撮像した画像を示す図である。It is a figure which shows the image which the camera of the robot imaged in the reference position in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において基準位置からサンプリング周期後のカメラの位置を示す平面図である。It is a top view which shows the position of the camera after a sampling period from the reference | standard position in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において基準位置で取り込んだ画像とサンプリング周期後に取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を示す図である。It is a figure which shows the image which overlap | superposed the image taken in at the reference | standard position and the image taken in after the sampling period in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態において補正後の画像を示す図である。It is a figure which shows the image after correction | amendment in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態となるロボットの断面図である。It is sectional drawing of the robot used as the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態のロボットの動作を示す側面図である。It is a side view which shows operation | movement of the robot of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態において基準位置で取り込んだ画像とサンプリング周期後に取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を示す図である。It is a figure which shows the image which overlap | superposed the image taken in at the reference | standard position and the image taken in after the sampling period in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態となるロボットの断面図である。It is sectional drawing of the robot used as the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態において開始時点で取り込んだ画像とサンプリング周期後に取り込んだ画像とを重ね合わせた画像を示す図である。It is a figure which shows the image which overlap | superposed the image taken in at the start time in the 3rd Embodiment of this invention with the image taken in after the sampling period.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、31…頭部、2、22、42…ギア、3、13、33…サーボモータ、4、14、34…エンコーダ、5、15、35…制御回路、6、16、36…カメラ、7、17、37…画像処理回路、8、18、38…記憶装置、9、19、39…胴体部、10…被写体、20…ヘッドフレーム、21…センターフレーム、40、41…タイヤ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 31 ... Head 2, 22, 42 ... Gear 3, 13, 33 ... Servo motor 4, 14, 34 ... Encoder 5, 15, 35 ... Control circuit 6, 16, 36 ... Camera 7, 17, 37 ... image processing circuit, 8, 18, 38 ... storage device, 9, 19, 39 ... body part, 10 ... subject, 20 ... head frame, 21 ... center frame, 40, 41 ... tire.

Claims (2)

カメラと画像処理回路と記憶装置とを備えたロボットを用いて画像認識を行う画像認識方法において、
前記カメラの位置および移動速度を検出する検出手順と、
前記カメラで撮影された画像を一定周期毎に前記画像処理回路に取り込むサンプリング手順と、
前記カメラの位置および移動速度に基づいて、前記カメラから取り込んだ画像を前記画像処理回路で補正する補正手順と、
前記補正された画像と前記記憶装置に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合して画像認識を行う画像認識手順とを有し、
前記検出手順は、前記カメラもしくはロボット全体を移動させる駆動手段の動きを検出するエンコーダの出力に基づいて前記カメラの位置および移動速度を求め、
前記補正手順は、前記カメラが所定の位置にあるときに取り込んだ画像または所定の時点で取り込んだ画像と前記カメラから取り込んだ補正対象の画像とが同じになるように、前記補正対象の画像を補正することを特徴とする画像認識方法。
In an image recognition method for performing image recognition using a robot having a camera, an image processing circuit, and a storage device,
A detection procedure for detecting the position and moving speed of the camera;
Sampling procedures for capturing images captured by the camera into the image processing circuit at regular intervals;
A correction procedure for correcting an image captured from the camera by the image processing circuit based on the position and moving speed of the camera;
An image recognition procedure for performing image recognition by comparing and comparing the corrected image and a recognition image registered in advance in the storage device;
The detection procedure obtains the position and moving speed of the camera based on the output of an encoder that detects the movement of the driving means for moving the camera or the entire robot,
In the correction procedure, the image to be corrected is acquired so that an image captured when the camera is at a predetermined position or an image captured at a predetermined time is the same as an image to be corrected captured from the camera. An image recognition method comprising correcting the image.
画像を撮影するカメラと、A camera for taking images,
このカメラの位置および移動速度を検出する検出手段と、Detecting means for detecting the position and moving speed of the camera;
認識用の画像を記憶する記憶装置と、A storage device for storing an image for recognition;
前記カメラで撮影された画像を一定周期毎に取り込み、前記カメラの位置および移動速度に基づいて、前記カメラから取り込んだ画像を補正し、補正した画像と前記記憶装置に事前に登録されている認識用の画像とを比較照合して画像認識を行う画像処理回路と、Images captured by the camera are captured at regular intervals, the image captured from the camera is corrected based on the position and movement speed of the camera, and the corrected image and recognition registered in advance in the storage device An image processing circuit for performing image recognition by comparing and comparing images for use, and
前記カメラもしくはロボット全体を移動させる駆動手段とを有し、Driving means for moving the camera or the entire robot,
前記検出手段は、前記駆動手段の動きを検出するエンコーダと、このエンコーダの出力に基づいて前記カメラの位置および移動速度を求める制御回路とからなり、The detection means comprises an encoder that detects the movement of the drive means, and a control circuit that obtains the position and moving speed of the camera based on the output of the encoder,
前記画像処理回路は、前記カメラが所定の位置にあるときに取り込んだ画像または所定の時点で取り込んだ画像と前記カメラから取り込んだ補正対象の画像とが同じになるように、前記補正対象の画像を補正することを特徴とするロボット。The image processing circuit is configured to correct the image to be corrected so that an image captured when the camera is at a predetermined position or an image captured at a predetermined time is the same as an image to be corrected captured from the camera. A robot characterized by correcting.
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