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JP2010091517A - Position measuring device - Google Patents

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JP2010091517A
JP2010091517A JP2008264000A JP2008264000A JP2010091517A JP 2010091517 A JP2010091517 A JP 2010091517A JP 2008264000 A JP2008264000 A JP 2008264000A JP 2008264000 A JP2008264000 A JP 2008264000A JP 2010091517 A JP2010091517 A JP 2010091517A
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JP
Japan
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image
landmark
spreader
camera
landmarks
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008264000A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kawai
秀樹 川井
Tatsumo Sai
龍雲 崔
Eifuku Kin
英福 金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tama TLO Co Ltd
Soka University
Original Assignee
Tama TLO Co Ltd
Soka University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tama TLO Co Ltd, Soka University filed Critical Tama TLO Co Ltd
Priority to JP2008264000A priority Critical patent/JP2010091517A/en
Publication of JP2010091517A publication Critical patent/JP2010091517A/en
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Abstract

【課題】撮像距離に影響されず、画像中の形状が変化することのないランドマークを用いるとともに、周囲の明るさの影響を受けにくい位置検出処理を行う位置計測装置を得る。
【解決手段】撮像距離によらず相似形に撮像される放射状模様を有し、位置を計測する計測対象物に離間して付設される複数のランドマーク9と、前記複数のランドマーク9を同一画像に撮像するように設置固定されたカメラ8と、前記カメラ8の撮像画像から前記複数のランドマーク9の位置を検出し、該画像中の複数のランドマーク9の位置を用いて前記計測対象物であるスプレッダ5の位置を演算によって求める画像処理部7とを備える。
【選択図】図1
A position measurement apparatus that uses a landmark that is not affected by an imaging distance and that does not change its shape in an image and that performs position detection processing that is not easily affected by ambient brightness.
A plurality of landmarks 9 having a radial pattern imaged in a similar shape regardless of an imaging distance and attached separately to a measurement object whose position is to be measured are the same as the plurality of landmarks 9 A camera 8 installed and fixed so as to capture an image, and the positions of the plurality of landmarks 9 are detected from the captured image of the camera 8, and the positions of the plurality of landmarks 9 in the image are used to detect the measurement object. And an image processing unit 7 that obtains the position of the spreader 5 that is an object by calculation.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えばクレーンに備えられているスプレッダの位置を計測する位置計測装置に関する。   The present invention relates to a position measuring device that measures the position of a spreader provided in a crane, for example.

トランスファクレーンなどを用いてコンテナを搬送するとき、コンテナを把持するスプレッダの位置を計測して、コンテナの吊上げ高さや揺れなどを検出している。スプレッダの位置を計測する技術として、例えば非特許文献1には、スプレッダに設置したレーザ光源から、トローリーの二か所に各々設置した2台のCCDカメラへレーザ光を照射するように構成した位置計測装置が記載されている。この装置は、重心位置検出回路を用いて各CCDカメラが撮像したレーザ光の中心位置を求めてスプレッダの位置を計測している。   When a container is transported using a transfer crane or the like, the position of a spreader that holds the container is measured to detect the lifting height or shaking of the container. As a technique for measuring the position of the spreader, for example, Non-Patent Document 1 discloses a position in which laser light is emitted from a laser light source installed on a spreader to two CCD cameras installed at two locations on a trolley. A measuring device is described. This apparatus measures the position of the spreader by obtaining the center position of the laser beam picked up by each CCD camera using a gravity center position detection circuit.

また、トランスファクレーンのスプレッダの上面にランドマークを付設しておき、トローリーに備えたカメラによりランドマークを撮像し、当該撮像した画像からスプレッダの位置を求める位置計測装置がある。この位置計測装置は、例えば図13(A)に示したようにトローリー104の下部に1台のカメラ108を備え、図13(B)に示したような複数の同心円を模様としたランドマーク109をスプレッダ105の上面に付設しておく。このようなランドマーク109を、カメラ108を用いて撮像する。カメラ108から出力された画像データを例えばパソコン等を用いて処理し、画像中のランドマーク109の中心位置を検出してスプレッダ105の位置、即ちコンテナ102の揺れや高さなどを計測している。   There is also a position measuring device in which a landmark is attached to the upper surface of a spreader of a transfer crane, the landmark is imaged by a camera provided in the trolley, and the position of the spreader is obtained from the captured image. This position measuring device includes, for example, a single camera 108 at the bottom of a trolley 104 as shown in FIG. 13A, and a landmark 109 with a plurality of concentric circles as shown in FIG. 13B. Is attached to the upper surface of the spreader 105. Such a landmark 109 is imaged using the camera 108. The image data output from the camera 108 is processed using a personal computer or the like, for example, and the center position of the landmark 109 in the image is detected to measure the position of the spreader 105, that is, the shake or height of the container 102. .

三菱重工技報、Vol.37、No.5(2000−11)Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol. 5 (2000-11)

しかしながら、スプレッダにレーザ光源を備えた場合には、トローリーに設けられている操縦席に操縦者などが搭乗すると当該操縦者などにレーザ光を照射する可能性がある。
また、スプレッダに設けられた同心円状模様のランドマークを撮像した場合には、スプレッダの吊り上げ高さを変化させたとき、所定の高さにおいて、いずれかの同心円が同じ大きさとなって画像に写り込む。しかし、スプレッダが上記の所定の高さに位置していない場合には、画像に写る同心円の大きさが様々なものとなって画像処理に不具合が生じ、スプレッダの位置の検出結果に大きなずれが生じる可能性があるという問題点があった。
However, when the spreader is provided with a laser light source, there is a possibility that the driver or the like may be irradiated with laser light when the operator or the like gets on the cockpit provided in the trolley.
In addition, when the landmarks of concentric patterns provided on the spreader are imaged, when the lifting height of the spreader is changed, one of the concentric circles becomes the same size and appears in the image at a predetermined height. Include. However, when the spreader is not positioned at the above-mentioned predetermined height, the concentric circles appearing in the image have various sizes, causing a problem in the image processing, and the detection result of the spreader position is largely deviated. There was a problem that could occur.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、撮像距離に影響されず、画像中の形状が変化することのないランドマークを用いるとともに、周囲の明るさの影響を受けにくい位置検出処理を行う位置計測装置を得ることにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to use landmarks that are not affected by the imaging distance and in which the shape in the image does not change and are not easily affected by ambient brightness. The object is to obtain a position measuring device that performs position detection processing.

本発明の第1の観点である位置計測装置は、撮像距離によらず相似形に撮像される模様を有し、位置を計測する計測対象物に離間して付設される複数のランドマークと、前記複数のランドマークを同一画像に撮像するように設置固定されたカメラと、前記カメラの撮像画像から前記複数のランドマークの位置を検出し、該画像中の複数のランドマークの位置を用いて前記計測対象物の位置を演算によって求める画像処理部とを備える。   The position measuring device according to the first aspect of the present invention has a pattern that is imaged in a similar manner regardless of the imaging distance, and a plurality of landmarks that are attached separately to a measurement object for measuring the position; A camera that is installed and fixed so as to capture the plurality of landmarks in the same image, and a position of the plurality of landmarks is detected from a captured image of the camera, and the positions of the plurality of landmarks in the image are used. An image processing unit that obtains the position of the measurement object by calculation.

好適には、前記ランドマークは、濃度の異なる複数の色を交互に配色した放射状模様を有する。   Preferably, the landmark has a radial pattern in which a plurality of colors having different densities are alternately arranged.

好適には、前記画像処理部は、前記ランドマークの模様のエッジを検出して該ランドマークの位置を求める。   Preferably, the image processing unit obtains the position of the landmark by detecting an edge of the landmark pattern.

好適には、前記画像処理部は、ベクトル符号相関法を用いて予め設定されているテンプレートと前記画像中のランドマークとの相関を求めて該ランドマークの位置を検出する。   Preferably, the image processing unit obtains a correlation between a template set in advance using a vector code correlation method and a landmark in the image, and detects the position of the landmark.

好適には、前記テンプレートは、前記ランドマークの放射状模様の中心部分に対応する。   Preferably, the template corresponds to a central portion of a radial pattern of the landmark.

本発明によれば、周囲の明るさの影響を抑制して精度良く計測対象物の位置を計測することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately measure the position of a measurement object while suppressing the influence of ambient brightness.

以下、この発明の実施の一形態を説明する。
<第1の実施形態1>
図1は、本発明の第1の実施形態による位置計測装置の構成を示す説明図である。
図1(A)は、第1の実施形態による位置計測装置を備える、例えばトランスファクレーン1の概略構成を示しており、トランスファクレーン1がコンテナ2を吊り上げている状態を表している。
An embodiment of the present invention will be described below.
<First Embodiment 1>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the position measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 1A shows a schematic configuration of, for example, a transfer crane 1 including the position measuring device according to the first embodiment, and shows a state in which the transfer crane 1 lifts the container 2.

トランスファクレーン1は、水平に配設されたガイド3、ガイド3に支持されるトローリー4、および、コンテナ2を把持するスプレッダ5を備えている。
トローリー4は、ガイド3に沿って移動するように構成されており、例えば4本のワイヤロープ6を用いてスプレッダ5を吊り上げている。なお、各ワイヤロープ6は、ウインチなどにより巻き上げ可能に備えられており、トローリー4は、スプレッダ5の地上高、即ちワイヤロープ6の長さを自在に調整できるように構成されている。
The transfer crane 1 includes a horizontally disposed guide 3, a trolley 4 supported by the guide 3, and a spreader 5 that holds the container 2.
The trolley 4 is configured to move along the guide 3. For example, the spreader 5 is lifted by using four wire ropes 6. Each wire rope 6 is provided so that it can be wound up by a winch or the like, and the trolley 4 is configured to freely adjust the ground height of the spreader 5, that is, the length of the wire rope 6.

スプレッダ5の上面には、画像処理部7の撮像対象であるランドマーク9が付設されている。図1(A)に例示したスプレッダ5には、当該スプレッダ5の長手方向に沿って二つのランドマーク9を離間して設けている。
画像処理部7は、トランスファクレーン1の適当な箇所に備えられ、例えば、トローリー4の操従席に配設されている。
カメラ8は、スプレッダ5の上面に付設されている二つのランドマーク9を撮像することができるようにトローリー4の下部に設置固定されている。
On the upper surface of the spreader 5, a landmark 9 to be imaged by the image processing unit 7 is attached. In the spreader 5 illustrated in FIG. 1A, two landmarks 9 are separated from each other along the longitudinal direction of the spreader 5.
The image processing unit 7 is provided at an appropriate location of the transfer crane 1, and is disposed, for example, at a driver's seat of the trolley 4.
The camera 8 is installed and fixed to the lower portion of the trolley 4 so that two landmarks 9 attached to the upper surface of the spreader 5 can be imaged.

ランドマーク9は、撮像距離によらず相似形に撮像される模様を有しており、例えば、図1(B)に示したように放射状模様を有している。この放射状模様は、例えば当該ランドマーク9の中心点から、白色と黒色とを交互に配色した模様が放射状に広がるように構成されている。詳しくは、上記の2色の境界部分が16ヵ所となるように模様が構成されている。ランドマーク9は、好ましくは16〜32分割された放射状模様を有している。   The landmark 9 has a pattern that is imaged in a similar shape regardless of the imaging distance. For example, the landmark 9 has a radial pattern as shown in FIG. This radial pattern is configured such that, for example, a pattern in which white and black are alternately arranged spreads radially from the center point of the landmark 9. Specifically, the pattern is configured so that the boundary between the two colors is 16 places. The landmark 9 preferably has a radial pattern divided into 16 to 32.

なお、上記の放射状模様は、白色および黒色に限定されず、濃度の異なる2色により構成してもよい。また、放射状模様は、2色以上の複数色を組み合わせて構成してもよい。即ち、放射状模様は、カメラ8が撮像した画像において、当該模様のエッジが明確になる色を組み合わせて構成されたものである。また、図1(B)には、外周形状が四辺形のランドマーク9を例示しているが、当該ランドマーク9の縁端部の形状は、どのように形成されてもよい。   In addition, said radial pattern is not limited to white and black, You may comprise by two colors from which density differs. Further, the radial pattern may be configured by combining two or more colors. That is, the radial pattern is configured by combining colors that make the edges of the pattern clear in the image captured by the camera 8. 1B illustrates the landmark 9 having a quadrilateral outer peripheral shape, the shape of the edge portion of the landmark 9 may be formed in any manner.

図2は、第1の実施形態による位置計測装置の構成を示すブロック図である。この図は、図1に示した画像処理部7の構成を主に示している。
位置計測装置は、前述のようにスプレッダ5に付設される複数のランドマーク9、例えば工業用レンズを備えたCCDカメラ等であるカメラ8、カメラ8から出力される画像データを処理する画像処理部7によって構成されている。
画像処理部7は、カメラ8から出力された画像データを所定のデータ様式に変換する、具体的には、後述する演算処理部12が使用可能なデータに変換する画像入力処理手段11を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the position measuring apparatus according to the first embodiment. This figure mainly shows the configuration of the image processing unit 7 shown in FIG.
The position measuring device includes a plurality of landmarks 9 attached to the spreader 5 as described above, for example, a camera 8 such as a CCD camera having an industrial lens, and an image processing unit that processes image data output from the camera 8. 7.
The image processing unit 7 includes image input processing means 11 that converts image data output from the camera 8 into a predetermined data format, specifically, data that can be used by an arithmetic processing unit 12 described later. Yes.

また、画像処理部7は、画像入力処理手段11の出力データから、カメラ8によって撮像されたランドマーク9の位置を演算によって求め、このランドマーク9の位置に基づいて、スプレッダ5の高さや揺れを演算によって求める演算処理手段12を備えている。
また、画像処理部7は、演算処理手段12の演算結果に応じて所定の出力信号を生成する出力処理手段13と、後述するテンプレートなどを記憶している記憶手段14とを備えている。
出力処理手段13は、例えば、スプレッダ5の揺れを抑止する、図示を省略した制御機構部等に、前述の演算結果である位置情報等を出力するように接続構成されている。上記の制御機構部は、スプレッダ5に搭載されており、上記の位置情報から得られたスプレッダ5の揺れとワイヤロープ6の長さに対応させて、スプレッダ5の揺れを抑止するための適切な慣性力を発生させる機能を備えている。
また、出力処理手段13は、トランスファクレーン1の図示されない操縦席に備えられている表示装置に、前述の位置情報等を表示するように接続構成してもよい。
Further, the image processing unit 7 obtains the position of the landmark 9 imaged by the camera 8 from the output data of the image input processing means 11 by calculation, and the height and shaking of the spreader 5 based on the position of the landmark 9. Is provided with arithmetic processing means 12 for calculating
Further, the image processing unit 7 includes an output processing unit 13 that generates a predetermined output signal according to a calculation result of the calculation processing unit 12, and a storage unit 14 that stores a template and the like to be described later.
The output processing means 13 is connected and configured to output position information or the like, which is the aforementioned calculation result, to, for example, a control mechanism unit (not shown) that prevents the spreader 5 from shaking. The control mechanism unit is mounted on the spreader 5 and is suitable for suppressing the spreader 5 swinging in accordance with the swing of the spreader 5 and the length of the wire rope 6 obtained from the position information. It has a function to generate inertial force.
Further, the output processing means 13 may be connected and configured to display the above-described position information and the like on a display device provided in a cockpit (not shown) of the transfer crane 1.

画像処理部7は、例えばパソコン等を用いて構成してもよい。具体的には、パソコン等に搭載されているプロセッサなどのデバイスとソフトウエアプログラムとを用いて、前述の処理機能を有する各手段を備えるようにパソコン等の各部を設定/構成する。   The image processing unit 7 may be configured using, for example, a personal computer. Specifically, each unit of the personal computer or the like is set / configured to include each means having the processing functions described above using a device such as a processor and a software program installed in the personal computer or the like.

図1のトランスファクレーン1は、例えば、ワイヤロープ6の長さを20[m]程度としてスプレッダ5を吊り上げている。このような長さのワイヤロープ6によって吊り上げられているスプレッダ5の位置を計測するときには、例えば、次の要件(i)または要件(ii)に示したカメラ8およびランドマーク9が用いられる。なお、ここで例示するランドマーク9は、外周が四辺形に形成されたものである。   The transfer crane 1 of FIG. 1 suspends the spreader 5 with the length of the wire rope 6 being about 20 [m], for example. When measuring the position of the spreader 5 suspended by the wire rope 6 having such a length, for example, the camera 8 and the landmark 9 shown in the following requirement (i) or requirement (ii) are used. In addition, the landmark 9 illustrated here has an outer periphery formed in a quadrilateral shape.

(i)カメラ8は、撮像可能な画像サイズが640×480[pixel]、例えば1/3サイズのCCD素子を使用しており、画素サイズが7.4[μm]、焦点距離が75[mm]の撮像性能を備えている。
このとき用いられるランドマーク9は、四方のサイズが70[mm]以上の大きさを有している。
(I) The camera 8 uses a CCD element having an image size of 640 × 480 [pixel], for example, 1/3 size, a pixel size of 7.4 [μm], and a focal length of 75 [mm]. ] Imaging performance.
The landmark 9 used at this time has a size of four sides of 70 [mm] or more.

(ii)カメラ8は、撮像可能な画像サイズが1024×1024[pixel]、例えば1/2サイズのCCD素子を使用しており、画素サイズが5.5[μm]、焦点距離が50[mm]の撮像性能を備えている。
このとき用いられるランドマーク9は、四方のサイズが80[mm]以上の大きさを有している。
なお、(ii)に例示したカメラ8およびランドマーク9を用いた場合には、(i)のものに比べて画像の解像度が高く、ランドマーク9もしくはスプレッダ5の位置の計測範囲を広くすることが可能である。
(Ii) The camera 8 uses a CCD element having an image size of 1024 × 1024 [pixel], for example, a 1/2 size, a pixel size of 5.5 [μm], and a focal length of 50 [mm]. ] Imaging performance.
The landmark 9 used at this time has a square size of 80 [mm] or more.
When the camera 8 and the landmark 9 exemplified in (ii) are used, the resolution of the image is higher than that of (i), and the measurement range of the position of the landmark 9 or the spreader 5 is widened. Is possible.

次に動作について説明する。
[スプレッダの位置を計測する動作]
図3および図4は、第1の実施形態による位置計測装置の計測動作を示す説明図である。
図3(A)は、図1に示したトランスファクレーン1において、トローリー4から吊り下げられているスプレッダ5をカメラ8の設置位置から視た状態を表している。また、図3(B)は、カメラ8が図3(A)に示したスプレッダ5を撮像した画像20を表している。
Next, the operation will be described.
[Operation to measure the position of the spreader]
3 and 4 are explanatory diagrams illustrating a measurement operation of the position measurement apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3A shows a state in which the spreader 5 suspended from the trolley 4 is viewed from the installation position of the camera 8 in the transfer crane 1 shown in FIG. FIG. 3B shows an image 20 in which the camera 8 captures the spreader 5 shown in FIG.

図3(A)に示したスプレッダ5は、前述のようにトローリー4から吊り下げられており、図中破線で示した静止位置5aから、矢印aで示したように揺れた状態を表している。図3のスプレッダ5には、前述のランドマーク9である、ランドマーク9a,9bが距離Dをもって付設されている。
ここで、ランドマーク9aとランドマーク9bとの中間点を位置Pとする。また、静止位置5aの中心点を原点Osとし、スプレッダ5の長手方向をY軸、短手方向をX軸とした直交座標を設定する。この座標系において、揺れたスプレッダ5の位置Pの座標値を(Xs,Ys)とする。
The spreader 5 shown in FIG. 3A is suspended from the trolley 4 as described above, and represents a state of shaking as indicated by an arrow a from a stationary position 5a indicated by a broken line in the drawing. . In the spreader 5 of FIG. 3, landmarks 9 a and 9 b, which are the aforementioned landmarks 9, are attached with a distance D.
Here, an intermediate point between the landmark 9a and the landmark 9b is defined as a position P. Also, orthogonal coordinates are set with the center point of the stationary position 5a as the origin Os, the longitudinal direction of the spreader 5 as the Y axis, and the short direction as the X axis. In this coordinate system, the coordinate value of the position P of the spread spreader 5 is (Xs, Ys).

なお、スプレッダ5の位置Pは、当該スプレッダ5の静止状態において原点Osと同一点である。
また、図3では、距離Dを分かりやすく示すためにランドマーク9a,9bを円形状に表しているが、ランドマーク9a,9bの形状は図示したものに限定されない。
ランドマーク9a,9bは、図1(B)に示したように、放射状模様を有しており、各ランドマーク9a,9bの放射状模様の中心点が距離Dをもって離間されている。
The position P of the spreader 5 is the same point as the origin Os when the spreader 5 is stationary.
In FIG. 3, the landmarks 9a and 9b are shown in a circular shape for easy understanding of the distance D. However, the shapes of the landmarks 9a and 9b are not limited to those illustrated.
As shown in FIG. 1B, the landmarks 9a and 9b have a radial pattern, and the center points of the radial patterns of the landmarks 9a and 9b are separated by a distance D.

また、図3(B)に示した画像20において、破線で示した静止位置5aの中心点を原点Ocとし、画像20の中のスプレッダ5の長手方向をy軸、短手方向をx軸とした直交座標を設定する。この座標系において、画像20中におけるスプレッダ5の位置Pの座標を(x,y)とする。また、画像中のランドマーク9aの座標を(x,y)、ランドマーク9bの座標を(x,y)とする。また、画像中のランドマーク9aとランドマーク9bとの間の距離をdとする。 Also, in the image 20 shown in FIG. 3B, the center point of the stationary position 5a indicated by the broken line is the origin Oc, the longitudinal direction of the spreader 5 in the image 20 is the y axis, and the short direction is the x axis. Set the orthogonal coordinates. In this coordinate system, the coordinates of the position P of the spreader 5 in the image 20 are (x s , y s ). The coordinates of the landmark 9a in the image are (x 1 , y 1 ), and the coordinates of the landmark 9b are (x 2 , y 2 ). Further, the distance between the landmark 9a and the landmark 9b in the image is d.

前述の原点Osは、トランスファクレーン1のスプレッダ5が静止した状態において予め設定されている。また、カメラ8は、前述のようにトローリー4に固定されているので、画像20において静止状態のスプレッダ5に設定される原点Ocも、予め画像20の中の所定の位置に設定されるものである。
画像処理部7は、例えば記憶手段14に、予め画像20の中における原点Ocの位置を記憶させておき、演算処理手段12などが後述する画像処理を行う際には、記憶手段14に記憶されている原点Ocを使用する。
The origin Os is set in advance in a state where the spreader 5 of the transfer crane 1 is stationary. Further, since the camera 8 is fixed to the trolley 4 as described above, the origin Oc set in the stationary spreader 5 in the image 20 is also set in advance in a predetermined position in the image 20. is there.
For example, the image processing unit 7 stores the position of the origin Oc in the image 20 in advance in the storage unit 14, and is stored in the storage unit 14 when the arithmetic processing unit 12 performs image processing to be described later. The origin Oc is used.

図4(A)は、画像処理部7がスプレッダ5の位置を計測するときに用いる各値を示している。図4(A)に示した直交座標は、X軸およびY軸に関して、図3(A)に示した座標系と同様に設定されている。
図4(A)において、原点Osは、トローリー4の例えば下端面に設定されており、前述のX軸とY軸によって形成されるX−Y平面に直交するZ軸が設定されている。また、図4(B)は、図4(A)に示した各部のZ軸方向における配置関係を抽出し、各部の間の距離等を表している。
FIG. 4A shows each value used when the image processing unit 7 measures the position of the spreader 5. The orthogonal coordinates shown in FIG. 4A are set in the same manner as the coordinate system shown in FIG. 3A with respect to the X axis and the Y axis.
In FIG. 4A, the origin Os is set, for example, at the lower end surface of the trolley 4, and the Z axis orthogonal to the XY plane formed by the X axis and the Y axis is set. Further, FIG. 4B shows the distance between the respective parts and the like, by extracting the positional relationship of the respective parts shown in FIG. 4A in the Z-axis direction.

ここで、図4(A)に破線で示した画像平面20aは、カメラ8の受光素子面の位置を表し、焦点Foは、カメラ8の撮像焦点の位置を表している。画像平面20aから焦点Foまでの距離をfとする。また、原点Os即ちトローリー4から焦点Foまでの距離をZcとする。また、焦点Foからスプレッダ5即ち位置Pまでの距離をhとする。また、原点Osからスプレッダ5即ち位置Pまでの距離をZsとする。換言すると、位置PのZ軸方向の座標値はZsとなる。   Here, an image plane 20 a indicated by a broken line in FIG. 4A represents the position of the light receiving element surface of the camera 8, and the focal point Fo represents the position of the imaging focal point of the camera 8. Let f be the distance from the image plane 20a to the focal point Fo. The distance from the origin Os, that is, the trolley 4 to the focal point Fo is Zc. Further, the distance from the focal point Fo to the spreader 5, that is, the position P is assumed to be h. Further, the distance from the origin Os to the spreader 5, that is, the position P is set to Zs. In other words, the coordinate value of the position P in the Z-axis direction is Zs.

画像処理部7の演算処理手段12は、図3に示したスプレッダ5の揺れによる変位を演算によって求める。
カメラ8が撮像した画像は画像入力手段11によって所定の様式の画像データに変換される。この画像データを入力した演算処理手段12は、図3(B)に示した画像20の中に含まれているランドマーク9a,9bの各座標値を、後述するテンプレートマッチング処理によって求める。なお、上記のランドマーク9a,9bの座標値は、各ランドマークの放射状模様の中心点の座標値であり、具体的には、図3(B)に示したランドマーク9aの座標値(x,y)とランドマーク9bの座標値(x,y)である。
画像20における座標値(x、y)および座標値(x、y)を求めた後、当該画像20の中における距離dを次の式(1)を用いて求める。
The arithmetic processing means 12 of the image processing unit 7 calculates the displacement due to the shaking of the spreader 5 shown in FIG.
An image captured by the camera 8 is converted into image data of a predetermined format by the image input means 11. The arithmetic processing means 12 to which the image data is input obtains the coordinate values of the landmarks 9a and 9b included in the image 20 shown in FIG. 3B by template matching processing described later. The coordinate values of the landmarks 9a and 9b are the coordinate values of the center point of the radial pattern of each landmark. Specifically, the coordinate values of the landmark 9a shown in FIG. 1 , y 1 ) and the coordinate value (x 2 , y 2 ) of the landmark 9b.
After obtaining the coordinate value (x 1 , y 1 ) and the coordinate value (x 2 , y 2 ) in the image 20, the distance d in the image 20 is obtained using the following equation (1).

Figure 2010091517
Figure 2010091517

演算処理手段12は、距離dを求めた後、次の式(2)を用いて画像20の中のスプレッダ5の位置を求める。詳しくは、画像20に写り込んでいる、揺れて変位したスプレッダ5の中心点、即ち画像20の中に含まれている位置Pの座標値(x,y)を求める。 After obtaining the distance d, the arithmetic processing means 12 obtains the position of the spreader 5 in the image 20 using the following equation (2). Specifically, the coordinate value (x s , y s ) of the position P included in the image 20, that is, the center point of the spreader 5 that is shaken and displaced, that is, the image 20 is obtained.

Figure 2010091517
Figure 2010091517

図3(A)に示した距離Dは、実物のスプレッダ5の上面に付設されているランドマーク9aとランドマーク9bとの間隔であり、予め定められている数値である。そこで、スプレッダ5の位置計測処理において、予め距離Dの値を記憶手段14等に記憶させておく。演算処理手段12は、適宜、記憶手段14から距離Dの値を読み出して演算に用いる。   The distance D shown in FIG. 3A is a distance between the landmark 9a and the landmark 9b attached to the upper surface of the actual spreader 5, and is a predetermined numerical value. Therefore, in the position measurement process of the spreader 5, the value of the distance D is stored in advance in the storage unit 14 or the like. The arithmetic processing unit 12 appropriately reads the value of the distance D from the storage unit 14 and uses it for the calculation.

前述の式(2)により、画像20の中における距離dが求められると、予め実際の距離Dが分かっているので、画像20の中に写っているスプレッダ5の座標値(x,y)から、実際のスプレッダ5の位置を表す座標値(Xs,Ys)を求めることができる。
上述の説明は、図3(A)ならびに図4(A)に示した座標系においてX方向およびY方向の座標値に関するものであるが、Z方向の座標値、即ち、スプレッダ5が実際に位置する高さに関しても、演算によって求めることができる。
When the distance d in the image 20 is obtained by the above equation (2), since the actual distance D is known in advance, the coordinate values (x s , y s ) of the spreader 5 shown in the image 20 are obtained. ), Coordinate values (Xs, Ys) representing the actual position of the spreader 5 can be obtained.
The above description relates to the coordinate values in the X direction and the Y direction in the coordinate systems shown in FIGS. 3A and 4A, but the coordinate values in the Z direction, that is, the spreader 5 is actually positioned. The height to be obtained can also be obtained by calculation.

予め、カメラ8の焦点Foおよび受光素子即ち画像平面20aの位置が分かっている。即ち、図4に示した距離f、座標値Zcは、予め定められている値である。距離fならびに座標値Zcの各値を、記憶手段14に予め記憶させておく。
演算処理手段12は、記憶手段14に記憶されている距離D、距離d、距離f、座標値Zcを用いて、次の式(3)の演算を行い、スプレッダ5の実際の位置を示す座標値(Xs,Ys,Zs)を求める。なお、図4に示した距離hは、式(3)に含まれている(D/d)×fに該当する。
The focal point Fo of the camera 8 and the position of the light receiving element, that is, the image plane 20a are known in advance. That is, the distance f and the coordinate value Zc shown in FIG. 4 are predetermined values. Each value of the distance f and the coordinate value Zc is stored in the storage unit 14 in advance.
The arithmetic processing means 12 uses the distance D, distance d, distance f, and coordinate value Zc stored in the storage means 14 to calculate the following expression (3), and to indicate the coordinates indicating the actual position of the spreader 5. The values (Xs, Ys, Zs) are obtained. Note that the distance h shown in FIG. 4 corresponds to (D / d) × f included in Equation (3).

Figure 2010091517
Figure 2010091517

このように画像処理部7は、三角測量を用いてスプレッダ5の位置Pを求める。ここで説明した位置Pの座標値は、揺れているスプレッダ5の位置情報である。位置Pの座標値(Xs,Ys,Zs)等を表すデータは、出力処理手段13によって所定のデータ様式に変換され、例えば、前述の制御機構部等へ出力される。   Thus, the image processing unit 7 obtains the position P of the spreader 5 using triangulation. The coordinate value of the position P described here is position information of the spreader 5 that is shaking. Data representing the coordinate values (Xs, Ys, Zs), etc. of the position P is converted into a predetermined data format by the output processing means 13 and output to, for example, the control mechanism section described above.

[画像中のランドマークの位置を求める処理動作]
画像処理手段12による、画像20に含まれているランドマーク9a,9bの位置を求める処理動作を説明する。
画像処理手段12は、ベクトル符号相関法を用いて画像の明暗または濃淡の変化を検出する。
ベクトル符号相関法は、注目画素の周辺8画素について輝度変化の傾きを符号化するものであり、このような符号化を例えば撮像した画像に対して行い、さらに符号化した画像と予め用意されているテンプレートとの相関を演算によって求めるものである。
上記のテンプレートは、所定の画像パターンをベクトル符号化したデータである。
[Processing to obtain landmark position in image]
A processing operation for obtaining the positions of the landmarks 9a and 9b included in the image 20 by the image processing means 12 will be described.
The image processing means 12 detects a change in lightness / darkness or lightness / darkness of an image using a vector code correlation method.
The vector code correlation method encodes the gradient of the luminance change for eight pixels around the pixel of interest. Such encoding is performed on a captured image, for example, and an encoded image is prepared in advance. The correlation with the template is calculated.
The template is data obtained by vector-encoding a predetermined image pattern.

図5は、第1の実施形態による位置計測装置の処理動作を示す説明図である。この図は、画像処理部7へ入力された画像の一部分を符号化する処理を示している。
例えば、図5の図中左側に示した画素bを注目画素としたとき、画素bの周辺8画素を抽出する。これらの画素は、例えば輝度を表す0〜255の値を有している。上記の画素bおよび周辺画素の9画素をPrewittフィルタにより処理する。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a processing operation of the position measurement apparatus according to the first embodiment. This figure shows a process of encoding a part of an image input to the image processing unit 7.
For example, when the pixel b shown on the left side in FIG. 5 is the target pixel, 8 pixels around the pixel b are extracted. These pixels have values of 0 to 255 representing luminance, for example. The pixel b and 9 pixels of the peripheral pixels are processed by the Prewitt filter.

Prewittフィルタは、図5の中央上段に示した画像の横方向のフィルタと、図5の中央下段に示した縦方向のフィルタとからなるものである。具体的なフィルタリング処理は、上記の9個の画素値に横方向のフィルタである係数行列を乗算し、その値、即ち注目画素bの横方向の傾きを求める。また、上記の9個の画素値に縦方向のフィルタである係数行列を乗算し、その値、即ち前述の注目画素bの縦方向の傾きを求める。   The Prewitt filter is composed of the horizontal filter of the image shown in the upper center of FIG. 5 and the vertical filter shown in the lower central of FIG. Specifically, the above nine pixel values are multiplied by a coefficient matrix that is a horizontal filter, and the value, that is, the horizontal inclination of the target pixel b is obtained. Further, the nine pixel values are multiplied by a coefficient matrix that is a vertical filter, and the value, that is, the vertical inclination of the target pixel b is obtained.

このようにして求めた横方向の傾き(図中“−68”と記載した値)、および、縦方向の傾き(図中“68”と記載した値)を各々所定の閾値と比較する。この閾値は、上記の各傾きを、例えば、“正の傾き”、“傾きなし”、“負の傾き”に分類する、適当な二つの値である。これらの閾値と上記の各傾きとを比較し、比較結果に応じて三つの値に符号化する。具体的には、“正の傾き”を「01」、“傾きなし”を「00」、“負の傾き”を「10」として、2ビットで表現される符号に変換する。このようにして画像の所定部分のベクトル符号を求める。   The horizontal inclination (value indicated as “−68” in the figure) and the vertical inclination (value indicated as “68” in the figure) thus obtained are respectively compared with predetermined threshold values. This threshold value is an appropriate two value that classifies each of the above-described inclinations into, for example, “positive inclination”, “no inclination”, and “negative inclination”. These threshold values are compared with the above-described slopes, and encoded into three values according to the comparison result. Specifically, “01” is set for “positive slope”, “00” for “no slope”, and “10” for “negative slope”, and the codes are converted into codes represented by 2 bits. In this way, a vector code of a predetermined part of the image is obtained.

図6は、第1の実施形態による位置計測装置の処理動作を示す説明図である。この図は、各画素の傾きをベクトル符号化して、カメラ8からの入力画像とテンプレートとの相関を求める処理を示している。
カメラ8が撮像した画像は、前述のように演算処理手段12によってベクトル符号化が行なわれる。また、記憶手段14に記憶されているテンプレートも、前述のようにベクトル符号化されたものである。
なお、テンプレートは、例えば図1(B)に破線で示した部分Tに対応するデータであり、ランドマーク9の放射状模様の中心部分を表している。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a processing operation of the position measurement apparatus according to the first embodiment. This figure shows a process of obtaining the correlation between the input image from the camera 8 and the template by vector encoding the inclination of each pixel.
The image captured by the camera 8 is vector-encoded by the arithmetic processing unit 12 as described above. Further, the template stored in the storage unit 14 is also vector-encoded as described above.
Note that the template is data corresponding to a portion T indicated by a broken line in FIG. 1B, for example, and represents a central portion of the radial pattern of the landmark 9.

演算処理手段12は、図6に示したベクトル符号化された部分画像とテンプレートとのXOR(exclusive or)を求めて画素毎のマッチングを検出する。
カメラ8が撮像した画像を前述のように処理した部分画像の各ベクトル符号とテンプレートの各ベクトル符号との排他的論理和(XOR結果)を求め、図6の図中右下側に例示した同値関係テーブルを用いて前述のXOR結果の相違度を求める。
なお、上記の同値関係テーブルは、例えば記憶手段14に記憶されており、演算処理手段12が適宜参照可能なように、画像処理部7の内部に備えられている。
The arithmetic processing means 12 obtains XOR (exclusive or) between the vector-encoded partial image shown in FIG. 6 and the template, and detects matching for each pixel.
An exclusive OR (XOR result) of each vector code of the partial image obtained by processing the image captured by the camera 8 as described above and each vector code of the template is obtained, and the same value illustrated in the lower right side of FIG. Using the relationship table, the degree of difference between the aforementioned XOR results is obtained.
The above equivalence relation table is stored in the storage unit 14, for example, and is provided inside the image processing unit 7 so that the arithmetic processing unit 12 can refer to it as appropriate.

演算処理手段12は、前述のようにして各画素における相違度を表す値を求め、さらに、これらの値の総和を求める。この相違度の総和が、前述の部分画像とテンプレートとの相違度を表す値である。
演算処理手段12は、順次異なる部分画像と、前述のテンプレートとの相違度を求め、相違度が所定の値よりも小さくなった部分画像を探す。相違度が小さい部分画像があったとき、当該部分画像の座標値を求める。
The arithmetic processing unit 12 obtains a value representing the degree of difference in each pixel as described above, and further obtains the sum of these values. The sum of the differences is a value representing the difference between the partial image and the template.
The arithmetic processing unit 12 obtains the degree of difference between the sequentially different partial images and the template described above, and searches for a partial image in which the degree of difference is smaller than a predetermined value. When there is a partial image with a small difference, the coordinate value of the partial image is obtained.

ここで使用したテンプレートは、前述のようにランドマーク9の中心部分を表したものである。そのため、相違度が小さい部分画像にはランドマーク9aあるいはランドマーク9bの中心部分が写っている可能性が高い。即ち、この部分画像の座標値が、ランドマーク9aの座標値(x,y)、あるいはランドマーク9bの座標値(x,y)であると考えられる。
このように、演算処理手段12は、カメラ8が撮像した画像20の中から、当該画像20の画素を単位として、ランドマーク9a,9bの放射状模様の中心部分を探し出し、当該中心部分の座標値を求める。
The template used here represents the center portion of the landmark 9 as described above. Therefore, there is a high possibility that the center portion of the landmark 9a or the landmark 9b is shown in the partial image with a small difference. That is, the coordinate value of the partial image is considered to be the coordinate value (x 1 , y 1 ) of the landmark 9a or the coordinate value (x 2 , y 2 ) of the landmark 9b.
As described above, the arithmetic processing unit 12 searches the center portion of the radial pattern of the landmarks 9a and 9b from the image 20 captured by the camera 8 in units of pixels of the image 20, and the coordinate value of the center portion. Ask for.

図13(B)に示した同心円状模様のランドマーク109を用いて前述のような相関を求めて位置計測を行った場合と、前述のように放射状模様のテンプレート9を用いて位置計測を行った場合とを比較する。   When the position measurement is performed by obtaining the correlation as described above using the concentric pattern landmark 109 shown in FIG. 13B, the position measurement is performed using the radial pattern template 9 as described above. Compare with the case.

図7〜図10は、第1の実施形態による位置検出装置が画像から検出したランドマークの位置を示す説明図である。
図7および図8は、スプレッダ5の高さ即ちランドマークの位置を、図4に示したZ軸方向に沿って変化させ、各高さにおいて静止状態のスプレッダ5もしくはランドマークを撮像したときの当該撮像画像中のランドマークの位置を示している。
詳しくは、図7,8は、スプレッダ5の実際の高さと、この高さにおいて撮像された画像中のランドマークの位置との関係を表したグラフであり、ランドマークの位置を、図3に示した座標系のx軸方向の位置と、y軸方向の位置とに分けて表している。
7-10 is explanatory drawing which shows the position of the landmark which the position detection apparatus by 1st Embodiment detected from the image.
FIGS. 7 and 8 show the case where the height of the spreader 5, that is, the position of the landmark is changed along the Z-axis direction shown in FIG. 4, and the spreader 5 or landmark in a stationary state is imaged at each height. The position of the landmark in the captured image is shown.
Specifically, FIGS. 7 and 8 are graphs showing the relationship between the actual height of the spreader 5 and the position of the landmark in the image captured at this height. The position of the landmark is shown in FIG. The position in the x-axis direction and the position in the y-axis direction of the coordinate system shown are shown separately.

また、図7および図8のグラフは、縦軸がカメラ8の撮像した画像においてランドマークが検出された位置の画素[pixel]を表し、横軸がスプレッダ5の高さ、即ちカメラ8が設置されたトローリー4とランドマークとの間の距離[mm]を表している。
なお、ここでグラフに例示した高さは、図1等に示したトランスファクレーン1におけるスプレッダ5の実際の高さであるとは限らない。
In the graphs of FIGS. 7 and 8, the vertical axis represents the pixel [pixel] at the position where the landmark is detected in the image captured by the camera 8, and the horizontal axis represents the height of the spreader 5, that is, the camera 8 is installed. Represents the distance [mm] between the trolley 4 and the landmark.
The height illustrated in the graph here is not necessarily the actual height of the spreader 5 in the transfer crane 1 shown in FIG.

図7は、スプレッダ5に図13(B)に示したランドマーク109を付設し、これをカメラ8にて撮像して、画像処理部7が画像中のスプレッダ5の位置を検出したときの検出結果を示すグラフである。
図7(A)は、スプレッダ5の高さを変化させたとき、即ち図4に示したZ軸方向にランドマーク109の位置を変化させたときの、画像中のx軸方向の検出位置を示したグラフである。図7(A)の横軸は、スプレッダ5の高さ、即ちランドマークのZ軸方向の実際の位置であり、縦軸は、撮像した画像中のランドマーク109のx軸方向の検出位置である。
図7(B)は、同様にスプレッダ5の高さを変化させたときの、画像中のy軸方向の検出位置を示したグラフである。図7(B)の横軸は、図7(A)と同様にスプレッダ5の高さであり、縦軸は、撮像した画像中のランドマーク109のy軸方向の検出位置である。
In FIG. 7, the landmark 109 shown in FIG. 13B is attached to the spreader 5, and this is picked up by the camera 8, and detection when the image processing unit 7 detects the position of the spreader 5 in the image. It is a graph which shows a result.
FIG. 7A shows the detected position in the x-axis direction in the image when the height of the spreader 5 is changed, that is, when the position of the landmark 109 is changed in the Z-axis direction shown in FIG. It is the shown graph. The horizontal axis of FIG. 7A is the height of the spreader 5, that is, the actual position of the landmark in the Z-axis direction, and the vertical axis is the detected position of the landmark 109 in the captured image in the x-axis direction. is there.
FIG. 7B is a graph showing the detected position in the y-axis direction in the image when the height of the spreader 5 is similarly changed. The horizontal axis of FIG. 7B is the height of the spreader 5 as in FIG. 7A, and the vertical axis is the detection position of the landmark 109 in the captured image in the y-axis direction.

カメラ8の撮像性能等が影響し、カメラ8とランドマーク109との間が、ある程度の距離になると、画像中の同心円状模様が適当な大きさとなるように撮像することが難しくなる。換言すると、図13(B)に破線で示した部分Tに、同心円状模様が好適に含まれている画像が得られなくなる。なお、上記の部分Tは、後述するテンプレートとの相関を求める部分である。   When the imaging performance of the camera 8 is affected and the distance between the camera 8 and the landmark 109 is a certain distance, it is difficult to capture the concentric pattern in the image so as to have an appropriate size. In other words, an image in which a concentric pattern is preferably included in the portion T indicated by the broken line in FIG. 13B cannot be obtained. The portion T is a portion for obtaining a correlation with a template described later.

上記のように同心円状模様が適当な大きさに撮像されていない画像に対してベクトル符号相関法による処理を行い、図示を省略した同心円状模様に対応するテンプレートとの相関を求めると、当該ランドマーク109の中心部分を正確に検出することが困難になる、
そのため、図7(A)および図7(B)に示したように、実際のランドマーク109は静止状態であっても、画像中から検出されるランドマーク109の位置が一定にならず、不安定になる場合がある。
As described above, when the image of which the concentric pattern is not captured in an appropriate size is processed by the vector code correlation method and the correlation with the template corresponding to the concentric pattern not shown is obtained, It becomes difficult to accurately detect the central portion of the mark 109;
Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, even if the actual landmark 109 is stationary, the position of the landmark 109 detected in the image is not constant, which is May become stable.

図8は、スプレッダ5に図1(B)に示したランドマーク9を付設し、これをカメラ8にて撮像して、画像処理部7がスプレッダ5の位置を検出したときの検出結果を示すグラフである。
図8(A)は、スプレッダ5の高さを変化させたとき、即ち図4に示したZ軸方向にランドマーク9の位置を変化させたときの、画像中のx軸方向の検出位置を示したグラフである。図8(A)の横軸は、スプレッダ5の高さ、即ちランドマーク9のZ軸方向の実際の位置であり、縦軸は、撮像した画像中のランドマーク9のx軸方向の検出位置である。
図8(B)は、同様にスプレッダ5の高さを変化させたときの、y軸方向の検出位置を示したグラフである。図8(B)の横軸は、図8(A)と同様にスプレッダ5の高さであり、縦軸は、撮像した画像中のランドマーク9のy軸方向の検出位置である。
FIG. 8 shows the detection result when the landmark 9 shown in FIG. 1B is attached to the spreader 5, the image is captured by the camera 8, and the image processing unit 7 detects the position of the spreader 5. It is a graph.
FIG. 8A shows the detected position in the x-axis direction in the image when the height of the spreader 5 is changed, that is, when the position of the landmark 9 is changed in the Z-axis direction shown in FIG. It is the shown graph. The horizontal axis of FIG. 8A is the height of the spreader 5, that is, the actual position of the landmark 9 in the Z-axis direction, and the vertical axis is the detected position of the landmark 9 in the captured image in the x-axis direction. It is.
FIG. 8B is a graph showing the detected position in the y-axis direction when the height of the spreader 5 is similarly changed. The horizontal axis in FIG. 8B is the height of the spreader 5 as in FIG. 8A, and the vertical axis is the detection position in the y-axis direction of the landmark 9 in the captured image.

放射状模様のランドマーク9を、ベクトル符号相関法により画像処理した場合には、前述のように撮像画像の画素単位で位置を特定し、当該放射状模様の中心部分を検出することが可能である。図8(A)および図8(B)に示したように、ランドマーク9が実際に静止しているときには、画像中から検出したランドマーク9の位置も一定となる。   When the radial pattern landmark 9 is image-processed by the vector code correlation method, it is possible to specify the position of each pixel of the captured image and detect the central portion of the radial pattern as described above. As shown in FIGS. 8A and 8B, when the landmark 9 is actually stationary, the position of the landmark 9 detected from the image is also constant.

図9および図10は、スプレッダ5の高さ、即ちランドマークの位置を図4に示したZ軸方向に沿って変化させ、各高さにおいて揺れているスプレッダ5もしくはランドマークを撮像したとき、当該撮像した画像中のx軸方向またはy軸方向のランドマークの位置を示している。   9 and 10, when the height of the spreader 5, that is, the position of the landmark is changed along the Z-axis direction shown in FIG. 4, the spreader 5 or the landmark swaying at each height is imaged. The positions of the landmarks in the x-axis direction or the y-axis direction in the captured image are shown.

図9は、スプレッダ5に同心円状模様のランドマーク109を付設し、これをカメラ8にて撮像して、画像処理部7が検出したスプレッダ5の揺れを示すグラフである。
図9(A)は、スプレッダ5の揺れに応じて画像から検出されるx軸方向のランドマーク109の位置を示すグラフである。
図9(B)は、スプレッダ5の揺れに応じて画像から検出されるy軸方向のランドマーク109の位置を示すグラフである。
図10(A)は、スプレッダ5の揺れに応じて画像から検出されるx軸方向のランドマーク9の位置を示すグラフである。
図10(B)は、スプレッダ5の揺れに応じて画像から検出されるy軸方向のランドマーク9の位置を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the shake of the spreader 5 detected by the image processing unit 7 when the landmark 109 having a concentric pattern is attached to the spreader 5, picked up by the camera 8.
FIG. 9A is a graph showing the position of the landmark 109 in the x-axis direction detected from the image according to the shake of the spreader 5.
FIG. 9B is a graph showing the position of the landmark 109 in the y-axis direction detected from the image according to the shake of the spreader 5.
FIG. 10A is a graph showing the position of the landmark 9 in the x-axis direction detected from the image according to the shake of the spreader 5.
FIG. 10B is a graph showing the position of the landmark 9 in the y-axis direction detected from the image according to the shake of the spreader 5.

図9および図10に示された計測結果から、画像処理部7によるランドマークの検出処理には、放射状模様のランドマーク9を用いた場合と同心円状模様のランドマーク109を用いた場合とでは大きな差異が生じないことがわかる。換言すると、図4に示したカメラ8の撮像平面20aに平行なスプレッダ5の揺れ、もしくはランドマークの移動について、ランドマーク9を用いた場合の位置計測とランドマーク109を用いた場合の位置計測とは、同様な精度で行うことが可能である。   From the measurement results shown in FIG. 9 and FIG. 10, the landmark detection process by the image processing unit 7 is performed when the radial pattern landmark 9 is used and when the concentric pattern landmark 109 is used. It can be seen that there is no big difference. In other words, with respect to shaking of the spreader 5 parallel to the imaging plane 20a of the camera 8 shown in FIG. 4 or movement of the landmark, position measurement using the landmark 9 and position measurement using the landmark 109 are performed. Can be performed with the same accuracy.

このように、ベクトル符号相関法を用いた位置計測を行う場合には、放射状模様のランドマーク9を用いると、同心円状模様のランドマーク109を用いた場合に比べて、スプレッダ5の高さについて安定した計測結果が得られることがわかる。即ち、画像処理部7は、ランドマーク9をスプレッダ5などの計測対象物に付設したとき、カメラ8が設置されたトローリー4の撮像位置と計測対象物との間の距離を、より正確に計測することができる。また、撮像した画像から、より正確なスプレッダ5の位置を計測することができる。   As described above, when the position measurement using the vector code correlation method is performed, the height of the spreader 5 is greater when the landmark 9 having the radial pattern is used than when the landmark 109 having the concentric pattern is used. It can be seen that stable measurement results can be obtained. That is, when the landmark 9 is attached to the measurement object such as the spreader 5, the image processing unit 7 more accurately measures the distance between the imaging position of the trolley 4 where the camera 8 is installed and the measurement object. can do. In addition, the position of the spreader 5 can be measured more accurately from the captured image.

図11は、第1の実施形態による位置計測装置の動作を示す説明図である。この図は、カメラ8が撮像した画像中のランドマーク9を示したものである。
図11(A)は、例えば照明装置等を用いてランドマーク9の周囲を通常の明るさとして撮像した場合の画像中のランドマーク9である。換言すると、カメラ8の撮像性能に適合した明るさの周辺環境において撮像した画像である。
図11(B)は、上記の照明装置等による照明光が無い状態で撮像した場合の画像中のランドマーク9であり、例えば照明光のない屋内で撮像した画像である。
図11(C)は、例えば、図11(A)に示したように撮像される通常の明るさを有する照明装置に追加照明装置を加えて、相当に明るい状態で撮像した場合の画像中のランドマーク9であり、放射状模様の中心部分に若干のハレーションが生じている。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating the operation of the position measurement apparatus according to the first embodiment. This figure shows the landmark 9 in the image captured by the camera 8.
FIG. 11A shows the landmark 9 in the image when the periphery of the landmark 9 is imaged with normal brightness using, for example, an illumination device. In other words, it is an image captured in a surrounding environment with brightness suitable for the imaging performance of the camera 8.
FIG. 11B shows a landmark 9 in an image when there is no illumination light by the above-described illumination device or the like, for example, an image taken indoors without illumination light.
FIG. 11C shows, for example, an image in a case where an additional illumination device is added to the illumination device having normal brightness that is imaged as shown in FIG. The landmark 9 is slightly halated at the center of the radial pattern.

画像処理部7は、前述のようにベクトル符号相関法を用いてランドマーク9の位置を検出しており、図11に示した各画像においても、同様に画像中のランドマーク9の位置、詳しくはランドマーク9の中心部分の座標値を十分な精度で検出することが可能である。
具体的には、例えば図1のスプレッダ5に付設されたランドマーク9を撮像する際に、トランスファクレーン1に備えられている、図示を省略した照明装置等を用いてスプレッダ5を照らした場合でも、安定した位置計測を行うことが可能である。
As described above, the image processing unit 7 detects the position of the landmark 9 by using the vector code correlation method. Similarly, in each image shown in FIG. Can detect the coordinate value of the center portion of the landmark 9 with sufficient accuracy.
Specifically, for example, when the landmark 9 attached to the spreader 5 in FIG. 1 is imaged, even when the spreader 5 is illuminated by using an illumination device (not shown) provided in the transfer crane 1. It is possible to perform stable position measurement.

トランスファクレーン1が稼働することによって前述の照明装置からの照射光が何らかの構造物によって遮られ、スプレッダ5の上面においてランドマーク9の周辺の明るさが変化する場合がある。
画像処理部7の演算処理手段12は、画像の明るさの変動に対して頑健なベクトル符号相関法を用いてカメラ8からの画像データを処理しているので、上記のように撮像を行っている際にランドマーク9を照らし出す明るさが変化したときでも、精度よくランドマーク9の位置を検出することができる。
When the transfer crane 1 operates, the irradiation light from the above-described lighting device is blocked by some structure, and the brightness around the landmark 9 on the upper surface of the spreader 5 may change.
The arithmetic processing means 12 of the image processing unit 7 processes the image data from the camera 8 using the vector code correlation method that is robust against fluctuations in the brightness of the image. The position of the landmark 9 can be accurately detected even when the brightness that illuminates the landmark 9 changes.

図12は、第1の実施形態による位置検出装置の検出結果を示す説明図である。この図は、図11(A)〜(C)に例示した各画像から求めた位置と、実際の位置との間にずれが発生する頻度を示したグラフである。図12には、図11(A)の画像に対応する“通常の照明におけるランドマーク検出時の誤差”、図11(B)の画像に対応する“照明のない状態におけるランドマーク検出時の誤差”、および図11(C)の画像に対応する“追加照明におけるランドマーク検出時の誤差”の各分布を示している。   FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a detection result of the position detection device according to the first embodiment. This graph is a graph showing the frequency of deviation between the position obtained from each image illustrated in FIGS. 11A to 11C and the actual position. FIG. 12 shows “error when detecting a landmark in normal illumination” corresponding to the image of FIG. 11A, and “error when detecting a landmark in the absence of illumination” corresponding to the image of FIG. , And “error at the time of landmark detection in additional illumination” corresponding to the image of FIG. 11C.

図12に示した誤差分布は、図3に示したx軸方向の位置検出において生じた誤差を示している。図12の縦軸は、撮像した画像中のランドマーク9の位置を検出する画像処理を行ったとき、誤差が含まれる頻度[%]を示しており、横軸は、上記の位置を検出する画像処理において発生した誤差の大きさを表している。なお、誤差の大きさを、画像中の画素[pixel]を単位として表しており、誤差を含んでいない場合を“0”[pixel]とし、この画素の位置から外れた画素数を用いて誤差分布を表している。   The error distribution shown in FIG. 12 shows an error generated in the position detection in the x-axis direction shown in FIG. The vertical axis in FIG. 12 indicates the frequency [%] in which an error is included when image processing for detecting the position of the landmark 9 in the captured image is performed, and the horizontal axis detects the above position. It represents the magnitude of an error that has occurred in image processing. The magnitude of the error is expressed in units of pixels [pixel] in the image. When no error is included, “0” [pixel] is used, and the number of pixels deviating from the position of this pixel is used for the error. Represents the distribution.

図12に示した一例では、計測位置の誤差分布が±4[pixel]の範囲内に収まっており、また、計測誤差の発生頻度も1[pixel]ずれる場合が25[%]に満たない程度である。
演算処理手段12が、ベクトル符号相関法を用いて画像処理を行うことにより、ランドマーク9の明るさ、即ち照明装置等による照明光の有無により検出位置の誤差発生頻度が顕著に変化せず、ランドマーク9の周囲の明るさ変化の影響を抑えて位置検出処理を行うことができる。
また、上記のようにベクトル符号相関法を用いて画像処理を行うことにより、一般的な正規相関法を用いた画像処理に比べて処理時間を短縮することができる。
In the example shown in FIG. 12, the error distribution of the measurement position is within the range of ± 4 [pixel], and the frequency of occurrence of the measurement error is less than 25 [%] when the frequency of occurrence of the measurement error is 1 [pixel]. It is.
When the arithmetic processing unit 12 performs image processing using the vector code correlation method, the error occurrence frequency of the detection position does not change significantly depending on the brightness of the landmark 9, that is, the presence or absence of illumination light from an illumination device or the like, The position detection process can be performed while suppressing the influence of the brightness change around the landmark 9.
Further, by performing image processing using the vector code correlation method as described above, the processing time can be shortened compared to image processing using a general normal correlation method.

以上のように、第1の実施形態によれば、放射状模様のランドマーク9を計測対象のスプレッダ5に付設し、カメラ8が撮像したランドマーク9を含む画像から、画像処理部7がベクトル符号相関法を用いてランドマーク9の画像中の座標値を検出する。また、検出した座標値から計測対象物のスプレッダ5の高さ、もしくはカメラ8の設置位置とスプレッダ5の位置との間の距離を求めるようにした。このようにすることによって、撮像画像の画素単位でランドマーク9の位置を検出することができ、精度の高い計測を行うことができる。   As described above, according to the first embodiment, the radial pattern landmark 9 is attached to the measurement target spreader 5, and the image processing unit 7 uses the vector code from the image including the landmark 9 captured by the camera 8. The coordinate value in the image of the landmark 9 is detected using the correlation method. Further, the height of the spreader 5 of the measurement object or the distance between the installation position of the camera 8 and the position of the spreader 5 is obtained from the detected coordinate values. By doing in this way, the position of the landmark 9 can be detected in pixel units of the captured image, and highly accurate measurement can be performed.

また、画像処理部7が撮像画像中のランドマーク9を検出するとき、ランドマーク9の放射状模様のエッジを検出し、このときベクトル符号相関法による処理を行うようにした。このようにすることによって、撮像画像の各画素値の傾斜を取り扱うことから、撮像するランドマーク9の周辺の明るさが変化しても、撮像画像から精度よくランドマーク9の位置を検出することができる。   Further, when the image processing unit 7 detects the landmark 9 in the captured image, the edge of the radial pattern of the landmark 9 is detected, and at this time, processing by the vector code correlation method is performed. In this way, since the inclination of each pixel value of the captured image is handled, the position of the landmark 9 can be accurately detected from the captured image even if the brightness around the landmark 9 to be captured changes. Can do.

本実施形態では、トランスファクレーン1の上側に配設されたカメラ8により、下方に位置するスプレッダ5を撮像し、当該スプレッダ5の位置を計測する位置計測装置を説明した。本発明の位置計測装置は、上記のようなクレーンに吊り上げられたスプレッダの位置を計測することに限定されず、カメラ8の撮像方向を水平とし、当該撮像方向に配置されている計測対象物の位置を三次元的に計測することも可能である。   In the present embodiment, the position measuring device that images the spreader 5 positioned below with the camera 8 disposed on the upper side of the transfer crane 1 and measures the position of the spreader 5 has been described. The position measuring device of the present invention is not limited to measuring the position of the spreader suspended on the crane as described above, and the imaging direction of the camera 8 is horizontal, and the measurement object arranged in the imaging direction is It is also possible to measure the position three-dimensionally.

本発明の第1の実施形態による位置計測装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the position measuring device by the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態による位置計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置計測装置の計測動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement operation | movement of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置計測装置の計測動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement operation | movement of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置計測装置の処理動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing operation of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置計測装置の処理動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the processing operation of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置検出装置が画像から検出したランドマークの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the landmark which the position detection apparatus by 1st Embodiment detected from the image. 第1の実施形態による位置検出装置が画像から検出したランドマークの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the landmark which the position detection apparatus by 1st Embodiment detected from the image. 第1の実施形態による位置検出装置が画像から検出したランドマークの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the landmark which the position detection apparatus by 1st Embodiment detected from the image. 第1の実施形態による位置検出装置が画像から検出したランドマークの位置を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position of the landmark which the position detection apparatus by 1st Embodiment detected from the image. 第1の実施形態による位置計測装置の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of the position measuring device by 1st Embodiment. 第1の実施形態による位置検出装置の検出結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the detection result of the position detection apparatus by 1st Embodiment. 従来の位置計測装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional position measuring apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…トランスファクレーン、2…コンテナ、3…ガイド、4…トローリー、5…スプレッダ、6…ワイヤロープ、7…画像処理部、8…カメラ、9,9a,9b…ランドマーク、11…画像入力手段、12…演算処理手段、13…出力処理手段、14…記憶手段、20…画像、20a…画像平面。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transfer crane, 2 ... Container, 3 ... Guide, 4 ... Trolley, 5 ... Spreader, 6 ... Wire rope, 7 ... Image processing part, 8 ... Camera, 9, 9a, 9b ... Landmark, 11 ... Image input means , 12 ... arithmetic processing means, 13 ... output processing means, 14 ... storage means, 20 ... image, 20a ... image plane.

Claims (5)

撮像距離によらず相似形に撮像される模様を有し、位置を計測する計測対象物に離間して付設される複数のランドマークと、
前記複数のランドマークを同一画像に撮像するように設置固定されたカメラと、
前記カメラの撮像画像から前記複数のランドマークの位置を検出し、該画像中の複数のランドマークの位置を用いて前記計測対象物の位置を演算によって求める画像処理部と、
を備える位置計測装置。
A plurality of landmarks that have a pattern that is imaged in a similar manner regardless of the imaging distance, and are provided separately from the measurement object for measuring the position;
A camera installed and fixed so as to capture the plurality of landmarks in the same image;
An image processing unit that detects the positions of the plurality of landmarks from the captured image of the camera, and calculates the positions of the measurement objects by using the positions of the plurality of landmarks in the image;
A position measuring device comprising:
前記ランドマークは、濃度の異なる複数の色を交互に配色した放射状模様を有することを特徴とする請求項1に記載の位置計測装置。   The position measurement apparatus according to claim 1, wherein the landmark has a radial pattern in which a plurality of colors having different densities are alternately arranged. 前記画像処理部は、前記ランドマークの模様のエッジを検出して該ランドマークの位置を求めることを特徴とする請求項1または2に記載の位置計測装置。   The position measuring apparatus according to claim 1, wherein the image processing unit detects an edge of the landmark pattern to obtain a position of the landmark. 前記画像処理部は、ベクトル符号相関法を用いて予め設定されているテンプレートと前記画像中のランドマークとの相関を求めて該ランドマークの位置を検出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の位置計測装置。   4. The image processing unit detects a position of the landmark by obtaining a correlation between a template set in advance using a vector code correlation method and a landmark in the image. The position measuring device according to any one of the above. 前記テンプレートは、前記ランドマークの放射状模様の中心部分に対応することを特徴とする請求項4に記載の位置計測装置。   The position measurement apparatus according to claim 4, wherein the template corresponds to a central portion of a radial pattern of the landmark.
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