JPH06186035A - ３次元位置計測装置 - Google Patents
３次元位置計測装置Info
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- JPH06186035A JPH06186035A JP35383292A JP35383292A JPH06186035A JP H06186035 A JPH06186035 A JP H06186035A JP 35383292 A JP35383292 A JP 35383292A JP 35383292 A JP35383292 A JP 35383292A JP H06186035 A JPH06186035 A JP H06186035A
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- Japan
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- optical axis
- target
- image
- dimensional position
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高速に３次元の位置を計測できる装置を提供す
ることにある。 【構成】画像カメラ、回転ミラー、エンコーダを有する
画像スキャニング装置とコンピュータを用いて、３か所
以上の既知の位置にあるターゲット板を測定し、画像処
理を行うことにより画像スキャニング位置を求めること
ができる３次元位置計測装置にある。
ることにある。 【構成】画像カメラ、回転ミラー、エンコーダを有する
画像スキャニング装置とコンピュータを用いて、３か所
以上の既知の位置にあるターゲット板を測定し、画像処
理を行うことにより画像スキャニング位置を求めること
ができる３次元位置計測装置にある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元の位置計測に関
するものである。
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、３次元位置を計測する方法とし
て、＜イ＞トランシットやレベル、測距儀などの測量装
置を組み合わせて、専門技術者が計測する方法、＜ロ＞
ＧＰＳなどの測位衛星を利用する方法、＜ハ＞複数の写
真を解析して計測する方法、などがある。
て、＜イ＞トランシットやレベル、測距儀などの測量装
置を組み合わせて、専門技術者が計測する方法、＜ロ＞
ＧＰＳなどの測位衛星を利用する方法、＜ハ＞複数の写
真を解析して計測する方法、などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】しかし、従来の方法
では、次のような問題点がある。 ＜イ＞測量装置を組み合わせて計測する場合には、専門
技術者を必要とし、更に、測定作業に人手が掛かり、デ
ータの解析の時間も必要なため測定時間の短縮が難し
い。 ＜ロ＞測位衛星の場合には電波が受信できる環境でなけ
れば測定できないため、建物内部や屋根などがある場所
では使用できない。 ＜ハ＞写真解析では写真撮影時に精度が要求されるこ
と、および解析作業に人手と時間がかかるためリアルタ
イムな測定ができない。
では、次のような問題点がある。 ＜イ＞測量装置を組み合わせて計測する場合には、専門
技術者を必要とし、更に、測定作業に人手が掛かり、デ
ータの解析の時間も必要なため測定時間の短縮が難し
い。 ＜ロ＞測位衛星の場合には電波が受信できる環境でなけ
れば測定できないため、建物内部や屋根などがある場所
では使用できない。 ＜ハ＞写真解析では写真撮影時に精度が要求されるこ
と、および解析作業に人手と時間がかかるためリアルタ
イムな測定ができない。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は、３次元の位置を測定できる
装置を提供することにある。また、本発明は、３次元位
置の計測時間の高速化が得られる装置を提供することに
ある。また、本発明は、３次元位置の計測精度を向上で
きる装置を提供することにある。
装置を提供することにある。また、本発明は、３次元位
置の計測時間の高速化が得られる装置を提供することに
ある。また、本発明は、３次元位置の計測精度を向上で
きる装置を提供することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明は、既知の位置
に配置された少なくとも３個のターゲット板を利用して
３次元の位置を計測する３次元位置計測装置において、
画像カメラと、該画像カメラの光軸の方向を変える光軸
変化装置と、該光軸変化装置により該光軸が変化した光
軸変化方向を検知する光軸検知装置と、該各ターゲット
板の既知の位置を記憶する記憶装置と、該各ターゲット
板を該画像カメラにより撮影した時の各光軸変化方向と
各ターゲット板の既知の位置とを利用して各該光軸変化
方向の交点の３次元位置を求める演算装置とを備えてい
ることを特徴とする３次元位置計測装置、または、既知
の位置に配置された少なくとも３個のターゲット板を利
用して目標物の３次元の位置を計測する３次元位置計測
装置において、画像カメラと、該画像カメラの光軸の方
向を変える光軸変化装置と、該光軸変化装置により該光
軸が変化した光軸変化方向を検知する光軸検知装置と、
該各ターゲット板の既知の位置を記憶する記憶装置と、
該各ターゲット板を該画像カメラにより撮影した時の各
光軸変化方向と各ターゲット板の既知の位置とを利用し
て各該光軸変化方向の交点の３次元位置を求めると共
に、該目標物を該画像カメラにより撮影して得た画像か
ら該目標物の距離を算出し、該目標物の距離、該交点の
３次元位置、及び該目標物を該画像カメラにより撮影し
た時の光軸変化方向とを用いて、該目標物の３次元位置
を求める演算装置とを備えたことを特徴とするの３次元
位置計測装置にある。
に配置された少なくとも３個のターゲット板を利用して
３次元の位置を計測する３次元位置計測装置において、
画像カメラと、該画像カメラの光軸の方向を変える光軸
変化装置と、該光軸変化装置により該光軸が変化した光
軸変化方向を検知する光軸検知装置と、該各ターゲット
板の既知の位置を記憶する記憶装置と、該各ターゲット
板を該画像カメラにより撮影した時の各光軸変化方向と
各ターゲット板の既知の位置とを利用して各該光軸変化
方向の交点の３次元位置を求める演算装置とを備えてい
ることを特徴とする３次元位置計測装置、または、既知
の位置に配置された少なくとも３個のターゲット板を利
用して目標物の３次元の位置を計測する３次元位置計測
装置において、画像カメラと、該画像カメラの光軸の方
向を変える光軸変化装置と、該光軸変化装置により該光
軸が変化した光軸変化方向を検知する光軸検知装置と、
該各ターゲット板の既知の位置を記憶する記憶装置と、
該各ターゲット板を該画像カメラにより撮影した時の各
光軸変化方向と各ターゲット板の既知の位置とを利用し
て各該光軸変化方向の交点の３次元位置を求めると共
に、該目標物を該画像カメラにより撮影して得た画像か
ら該目標物の距離を算出し、該目標物の距離、該交点の
３次元位置、及び該目標物を該画像カメラにより撮影し
た時の光軸変化方向とを用いて、該目標物の３次元位置
を求める演算装置とを備えたことを特徴とするの３次元
位置計測装置にある。
【０００６】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。本発明の実施例の概要は、まず、画像スキャニング
装置１の３次元の位置を求める。そのためには、既知の
位置にある３個以上のターゲット板Ａを用い、画像スキ
ャニング装置の画像カメラ１１でターゲット板を撮影し
た際、ターゲット板を視準した方向（角度）を求め、こ
の方向（角度）とターゲット板の既知の位置を演算して
画像スキャニング装置の３次元位置を求めることにあ
る。さらに、画像スキャニング装置１の位置が求まった
後は、これを基準として、目標物の３次元の位置を演算
して求めることにある。
る。本発明の実施例の概要は、まず、画像スキャニング
装置１の３次元の位置を求める。そのためには、既知の
位置にある３個以上のターゲット板Ａを用い、画像スキ
ャニング装置の画像カメラ１１でターゲット板を撮影し
た際、ターゲット板を視準した方向（角度）を求め、こ
の方向（角度）とターゲット板の既知の位置を演算して
画像スキャニング装置の３次元位置を求めることにあ
る。さらに、画像スキャニング装置１の位置が求まった
後は、これを基準として、目標物の３次元の位置を演算
して求めることにある。
【０００７】＜イ＞画像スキャニング装置１ 画像スキャニング装置１は、画像カメラ１１、水平回転
ミラー（光軸変化装置）１２、鉛直回転ミラー（光軸変
化装置）１３、水平回転ミラー（光軸変化装置）の回転
角度を計測する水平角エンコーダ（光軸検知装置）１
４、鉛直回転ミラー（光軸変化装置）１３の回転角度を
計測する鉛直角エンコーダ（光軸検知装置）１５を備え
ている（図１参照）。画像カメラ（レンズ）の光軸２
は、水平回転ミラー１２によって水平方向に走査され、
更に、次の鉛直回転ミラー１３によって鉛直方向に走査
される。その結果、画像カメラの光軸２が変化して、タ
ーゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３に向かって進む光軸変化方
向２１、２２、２３を得ることができる。したがって、
画像カメラ１１は不動のままで、その光軸２を立体角方
向に走査させることが可能となる。これにより、精度を
高く、また制御が簡単に光軸２を変化させることができ
る。この走査できる領域が計測可能範囲となる。ただ
し、回転ミラー（光軸変化装置）の回転角がわかるよう
に、回転ミラー（光軸変化装置）を回転させるモータに
エンコーダ（光軸検知装置）１４、１５を取り付ける。
また、エンコーダ（光軸検知装置）の代りにパルスモー
タで回転させても、ミラー（光軸変化装置）の回転角を
知ることは可能である。ここでは、２つの回転ミラー
（光軸変化装置）を用いているが、回転方向を２次元的
に変えられる回転ミラー（光軸変化装置）の場合は、１
つでも適用できる。また、ミラーに限らず、光の方向を
変えることが可能な装置（光軸変化装置）でも適用可能
である。３個以上のターゲット板を計測可能範囲の既知
の位置に配置する。そして、水平回転ミラー１２と鉛直
回転ミラー１２を回転させて、画像カメラ１１がターゲ
ット板の１個を撮影し、その時の各回転ミラーの回転角
を水平角エンコーダ（光軸検知装置）１４と鉛直角エン
コーダ（光軸検知装置）１５を用いて計測する。この計
測を各ターゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３について行う。
ミラー（光軸変化装置）１２、鉛直回転ミラー（光軸変
化装置）１３、水平回転ミラー（光軸変化装置）の回転
角度を計測する水平角エンコーダ（光軸検知装置）１
４、鉛直回転ミラー（光軸変化装置）１３の回転角度を
計測する鉛直角エンコーダ（光軸検知装置）１５を備え
ている（図１参照）。画像カメラ（レンズ）の光軸２
は、水平回転ミラー１２によって水平方向に走査され、
更に、次の鉛直回転ミラー１３によって鉛直方向に走査
される。その結果、画像カメラの光軸２が変化して、タ
ーゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３に向かって進む光軸変化方
向２１、２２、２３を得ることができる。したがって、
画像カメラ１１は不動のままで、その光軸２を立体角方
向に走査させることが可能となる。これにより、精度を
高く、また制御が簡単に光軸２を変化させることができ
る。この走査できる領域が計測可能範囲となる。ただ
し、回転ミラー（光軸変化装置）の回転角がわかるよう
に、回転ミラー（光軸変化装置）を回転させるモータに
エンコーダ（光軸検知装置）１４、１５を取り付ける。
また、エンコーダ（光軸検知装置）の代りにパルスモー
タで回転させても、ミラー（光軸変化装置）の回転角を
知ることは可能である。ここでは、２つの回転ミラー
（光軸変化装置）を用いているが、回転方向を２次元的
に変えられる回転ミラー（光軸変化装置）の場合は、１
つでも適用できる。また、ミラーに限らず、光の方向を
変えることが可能な装置（光軸変化装置）でも適用可能
である。３個以上のターゲット板を計測可能範囲の既知
の位置に配置する。そして、水平回転ミラー１２と鉛直
回転ミラー１２を回転させて、画像カメラ１１がターゲ
ット板の１個を撮影し、その時の各回転ミラーの回転角
を水平角エンコーダ（光軸検知装置）１４と鉛直角エン
コーダ（光軸検知装置）１５を用いて計測する。この計
測を各ターゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３について行う。
【０００８】＜ロ＞画像スキャニング装置の位置計測 画像スキャニング装置の計測範囲内に座標の分かってい
る点が３点以上あれば、画像スキャニング装置の位置
は、空間後方交会によって求めることができる。ターゲ
ット板（Ａ１、Ａ２、Ａ３）を基準点にして、画像スキ
ャニング装置１の位置を求める一例を示す（図１〜２参
照）。画像スキャニング装置１の画像カメラ１がターゲ
ット板Ａ１を撮影している時、画像カメラ１の光軸２が
水平回転ミラー１２と鉛直回転ミラー１３により、光軸
変化方向２１に変化させられ、ターゲット板Ａ１の方向
に向いている。この光軸変化方向２１は、水平、鉛直エ
ンコーダ（光軸検知装置）で測定できる。同様にターゲ
ット板Ａ２、Ａ３に対しても光軸変化方向２２、２３が
決まり、これらの方向を測定できる。これらの光軸変化
方向２１、２１、２３の３本は一点で交差するので、こ
の交点は三角錐の頂点Ａ０になる。そして、三角錐の稜
（光軸変化方向２１、２２、２３の稜の長さＳ１、Ｓ
２、Ｓ３）の交わる角度α１、α２、α３は、光軸変化
方向２１、２２、２３が特定されているので、求めるこ
とができ、また、ターゲット板（Ａ１、Ａ２、Ａ３）の
位置も既知であるため、底面の稜（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）
も求められる。具体的な例としては、稜の長さ（Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３）は余弦定理により下記の関係が得られる。 Ｓ１2 ＋Ｓ２2 −２×Ｓ１×Ｓ２×ｃｏｓ（α１）＝Ｌ１2 Ｓ２2 ＋Ｓ３2 −２×Ｓ２×Ｓ３×ｃｏｓ（α２）＝Ｌ２2 Ｓ３2 ＋Ｓ１2 −２×Ｓ３×Ｓ１×ｃｏｓ（α３）＝Ｌ３2 稜の長さ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を用いて、ピタゴラスの
定理に基づき、下記の関係が得られる。 （Ｘ１−Ｘ０）2 ＋（Ｙ１−Ｙ０）2 ＋（Ｚ１−Ｚ０）2 ＝Ｓ１2 （Ｘ２−Ｘ０）2 ＋（Ｙ２−Ｙ０）2 ＋（Ｚ２−Ｚ０）2 ＝Ｓ２2 （Ｘ３−Ｘ０）2 ＋（Ｙ３−Ｙ０）2 ＋（Ｚ３−Ｚ０）2 ＝Ｓ３2 この連立方程式を解いて、三角錐の頂点Ａ０、即ち画像
スキャニング装置１の位置を求めることができる。
る点が３点以上あれば、画像スキャニング装置の位置
は、空間後方交会によって求めることができる。ターゲ
ット板（Ａ１、Ａ２、Ａ３）を基準点にして、画像スキ
ャニング装置１の位置を求める一例を示す（図１〜２参
照）。画像スキャニング装置１の画像カメラ１がターゲ
ット板Ａ１を撮影している時、画像カメラ１の光軸２が
水平回転ミラー１２と鉛直回転ミラー１３により、光軸
変化方向２１に変化させられ、ターゲット板Ａ１の方向
に向いている。この光軸変化方向２１は、水平、鉛直エ
ンコーダ（光軸検知装置）で測定できる。同様にターゲ
ット板Ａ２、Ａ３に対しても光軸変化方向２２、２３が
決まり、これらの方向を測定できる。これらの光軸変化
方向２１、２１、２３の３本は一点で交差するので、こ
の交点は三角錐の頂点Ａ０になる。そして、三角錐の稜
（光軸変化方向２１、２２、２３の稜の長さＳ１、Ｓ
２、Ｓ３）の交わる角度α１、α２、α３は、光軸変化
方向２１、２２、２３が特定されているので、求めるこ
とができ、また、ターゲット板（Ａ１、Ａ２、Ａ３）の
位置も既知であるため、底面の稜（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）
も求められる。具体的な例としては、稜の長さ（Ｓ１、
Ｓ２、Ｓ３）は余弦定理により下記の関係が得られる。 Ｓ１2 ＋Ｓ２2 −２×Ｓ１×Ｓ２×ｃｏｓ（α１）＝Ｌ１2 Ｓ２2 ＋Ｓ３2 −２×Ｓ２×Ｓ３×ｃｏｓ（α２）＝Ｌ２2 Ｓ３2 ＋Ｓ１2 −２×Ｓ３×Ｓ１×ｃｏｓ（α３）＝Ｌ３2 稜の長さ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を用いて、ピタゴラスの
定理に基づき、下記の関係が得られる。 （Ｘ１−Ｘ０）2 ＋（Ｙ１−Ｙ０）2 ＋（Ｚ１−Ｚ０）2 ＝Ｓ１2 （Ｘ２−Ｘ０）2 ＋（Ｙ２−Ｙ０）2 ＋（Ｚ２−Ｚ０）2 ＝Ｓ２2 （Ｘ３−Ｘ０）2 ＋（Ｙ３−Ｙ０）2 ＋（Ｚ３−Ｚ０）2 ＝Ｓ３2 この連立方程式を解いて、三角錐の頂点Ａ０、即ち画像
スキャニング装置１の位置を求めることができる。
【０００９】角度α１、α２、α３は、水平角エンコー
ダ１４と鉛直角エンコーダ１５では直接測定できないの
で、一例として、以下のようにして求めることができる
（図３参照）。図３のα１を実際に計測された水平角
（γ１、γ２）と鉛直角から求める場合を示す。まず、
Ａ０より鉛直角エンコーダでの０度方向に垂線Ｌを下ろ
し、これと直交する平面Ｑとの交点をＯとする。また、
鉛直軸と線分Ａ０Ａ１（Ｓ１）のなす角度β１と線分Ａ
０Ａ２（Ｓ２）とのなす角度β２は鉛直角エンコーダの
測定値そのものである。また、水平角γは水平角エンコ
ーダの測定値（γ２−γ１＝γ）から求まる。したがっ
て、三角錐のα１は余弦定理より求めることができる。
以下に、この一連の計算式を記述する。 Ｓ１＝Ｌ×ｃｏｓ（β１） Ｓ２＝Ｌ×ｃｏｓ（β２） Ｒ１＝Ｌ×ｔａｎ（β１） Ｒ２＝Ｌ×ｔａｎ（β２） Ｌ１＝（（Ｒ１−Ｒ２×ｃｏｓγ）2 ＋（Ｒ２×ｓｉｎ
γ）2 ）1/2 上式と余弦定理より、求める角α１は次のようになる。 α１＝ｃｏｓ-1（（Ｓ１2 ＋Ｓ２2 −Ｌ１2 ）／２×Ｓ
１×Ｓ２） ここで、ｃｏｓ-1内のＬは自動的に消去される。α２、
α３も同様にして求めることができ、画像スキャニング
装置自身の３次元座標値が得られる。また、逆に、装置
自身の位置が求まれば基準点３点との関係から鉛直角エ
ンコーダが実際の鉛直軸に対して幾ら傾いているか、或
いは水平角エンコーダが基準方位（例えば真北など）か
ら何度ずれているかを逆算し、演算上で補正することも
可能になる。したがって、装置の設置位置は任意で良い
ことが分かる。なお、本実施例で使用している光軸変化
装置は、水平回転ミラーと鉛直回転ミラーの２つを用い
ているので、両者の回転位置が離れている。したがっ
て、演算・解析を行うに先立ち、回転位置が一致してる
と等価になるように、ミラー角度の補正処理を行う必要
がある。そのためには、例えば、補正表を予め作成して
おき、補正の際に表を参照して補正すれば良い。
ダ１４と鉛直角エンコーダ１５では直接測定できないの
で、一例として、以下のようにして求めることができる
（図３参照）。図３のα１を実際に計測された水平角
（γ１、γ２）と鉛直角から求める場合を示す。まず、
Ａ０より鉛直角エンコーダでの０度方向に垂線Ｌを下ろ
し、これと直交する平面Ｑとの交点をＯとする。また、
鉛直軸と線分Ａ０Ａ１（Ｓ１）のなす角度β１と線分Ａ
０Ａ２（Ｓ２）とのなす角度β２は鉛直角エンコーダの
測定値そのものである。また、水平角γは水平角エンコ
ーダの測定値（γ２−γ１＝γ）から求まる。したがっ
て、三角錐のα１は余弦定理より求めることができる。
以下に、この一連の計算式を記述する。 Ｓ１＝Ｌ×ｃｏｓ（β１） Ｓ２＝Ｌ×ｃｏｓ（β２） Ｒ１＝Ｌ×ｔａｎ（β１） Ｒ２＝Ｌ×ｔａｎ（β２） Ｌ１＝（（Ｒ１−Ｒ２×ｃｏｓγ）2 ＋（Ｒ２×ｓｉｎ
γ）2 ）1/2 上式と余弦定理より、求める角α１は次のようになる。 α１＝ｃｏｓ-1（（Ｓ１2 ＋Ｓ２2 −Ｌ１2 ）／２×Ｓ
１×Ｓ２） ここで、ｃｏｓ-1内のＬは自動的に消去される。α２、
α３も同様にして求めることができ、画像スキャニング
装置自身の３次元座標値が得られる。また、逆に、装置
自身の位置が求まれば基準点３点との関係から鉛直角エ
ンコーダが実際の鉛直軸に対して幾ら傾いているか、或
いは水平角エンコーダが基準方位（例えば真北など）か
ら何度ずれているかを逆算し、演算上で補正することも
可能になる。したがって、装置の設置位置は任意で良い
ことが分かる。なお、本実施例で使用している光軸変化
装置は、水平回転ミラーと鉛直回転ミラーの２つを用い
ているので、両者の回転位置が離れている。したがっ
て、演算・解析を行うに先立ち、回転位置が一致してる
と等価になるように、ミラー角度の補正処理を行う必要
がある。そのためには、例えば、補正表を予め作成して
おき、補正の際に表を参照して補正すれば良い。
【００１０】＜ハ＞ターゲット板Ａ ターゲット板Ａの中心３２からの距離を一定にした位置
にマーカー３１を設ける（図４参照）。画像カメラ１１
でターゲット板Ａを撮影すると、撮影画像中心３３とタ
ーゲット板中心３２との距離を画像解析で求めることが
できる。マーカー３１を４点設けると、２次射影変換と
呼ばれる手法を使うことができ、その結果、ターゲット
板を任意の角度から斜めに撮影しても、真上から撮影し
た状態に座標変換することができる。２次射影変換は、
航空写真測量での写真解析等で一般に使用されている手
法であり、マーカー３１の個数が４点以上必要である。
マーカー３１は、画像認識しやすい大きさと輝度のもの
が好ましく、これらを用いて、画像認識によりターゲッ
ト板Ａの中心位置が解析される。
にマーカー３１を設ける（図４参照）。画像カメラ１１
でターゲット板Ａを撮影すると、撮影画像中心３３とタ
ーゲット板中心３２との距離を画像解析で求めることが
できる。マーカー３１を４点設けると、２次射影変換と
呼ばれる手法を使うことができ、その結果、ターゲット
板を任意の角度から斜めに撮影しても、真上から撮影し
た状態に座標変換することができる。２次射影変換は、
航空写真測量での写真解析等で一般に使用されている手
法であり、マーカー３１の個数が４点以上必要である。
マーカー３１は、画像認識しやすい大きさと輝度のもの
が好ましく、これらを用いて、画像認識によりターゲッ
ト板Ａの中心位置が解析される。
【００１１】＜ニ＞目標物までの距離計測 目標物を画像カメラ１１で撮影した像から目標物までの
距離Ｌを測定することができる（図５参照）。目標物の
実長Ｈ、撮像長ｈ、目標物までの距離Ｌ、焦点距離Ｆの
間には、 Ｌ＝（Ｈ×Ｆ）／ｈ の関係が成り立つ。ここで、撮像長ｈとは、画像カメラ
１１がＣＣＤカメラの場合であれば、ＣＣＤ素子に投影
された像の長さのことである。撮像長ｈは、ＣＣＤ素子
の有効寸法と出力画像に写っている像の寸法比から求め
ることができる。実際には画像処理を行うので、画像処
理装置の分解能によって縦×横が５１２×５１２ドッ
ト、６４０×４００ドットという形で決まる。いま、画
像処理装置が縦×横が５１２×５１２ドットであったと
し、これに対応したＣＣＤ素子の使用エリアが５ｍｍ×
５ｍｍであったとすれば、縦横比は１：１であるため、
画像に写った物体の大きさは１ドット当たり５ｍｍ／５
１２＝０．００９８ｍｍに相当することが分かる。この
様にして、撮像長ｈを求めることができる。次に、画像
カメラ１１に使用しているレンズの焦点距離Ｆは既知で
あり、実際の目標物の実長Ｈも既知であることから目標
物までの距離Ｌを求めることができる。
距離Ｌを測定することができる（図５参照）。目標物の
実長Ｈ、撮像長ｈ、目標物までの距離Ｌ、焦点距離Ｆの
間には、 Ｌ＝（Ｈ×Ｆ）／ｈ の関係が成り立つ。ここで、撮像長ｈとは、画像カメラ
１１がＣＣＤカメラの場合であれば、ＣＣＤ素子に投影
された像の長さのことである。撮像長ｈは、ＣＣＤ素子
の有効寸法と出力画像に写っている像の寸法比から求め
ることができる。実際には画像処理を行うので、画像処
理装置の分解能によって縦×横が５１２×５１２ドッ
ト、６４０×４００ドットという形で決まる。いま、画
像処理装置が縦×横が５１２×５１２ドットであったと
し、これに対応したＣＣＤ素子の使用エリアが５ｍｍ×
５ｍｍであったとすれば、縦横比は１：１であるため、
画像に写った物体の大きさは１ドット当たり５ｍｍ／５
１２＝０．００９８ｍｍに相当することが分かる。この
様にして、撮像長ｈを求めることができる。次に、画像
カメラ１１に使用しているレンズの焦点距離Ｆは既知で
あり、実際の目標物の実長Ｈも既知であることから目標
物までの距離Ｌを求めることができる。
【００１２】＜ホ＞３次元位置計測システム ３次元位置計測システムは、表示器４３を備えた制御用
コンピュータ４１によって、画像スキャニング装置１を
制御すると共に、記憶装置４２に記憶されているターゲ
ットＡ１、Ａ２、Ａ３の位置情報、画像カメラ１１と水
平、鉛直エンコーダ１４、１５からの情報を処理し、画
像スキャニング装置１の３次元位置を計測する（図６参
照）。３次元位置計測システムは、画像スキャニング装
置１と一体化しても良いし、別に配置しても良い。この
様にして、画像スキャニング装置１の位置が分かるの
で、未知の位置にある目標物の位置を測定することがで
きる。ここで得られた画像スキャニング装置位置データ
を画像スキャニング装置位置累積記憶装置４４や目標物
位置データを目標物位置累積記憶器４５に記憶し、これ
らのデータを基に継続して目標点をトラッキングし自動
追尾による計測を行うことができる。
コンピュータ４１によって、画像スキャニング装置１を
制御すると共に、記憶装置４２に記憶されているターゲ
ットＡ１、Ａ２、Ａ３の位置情報、画像カメラ１１と水
平、鉛直エンコーダ１４、１５からの情報を処理し、画
像スキャニング装置１の３次元位置を計測する（図６参
照）。３次元位置計測システムは、画像スキャニング装
置１と一体化しても良いし、別に配置しても良い。この
様にして、画像スキャニング装置１の位置が分かるの
で、未知の位置にある目標物の位置を測定することがで
きる。ここで得られた画像スキャニング装置位置データ
を画像スキャニング装置位置累積記憶装置４４や目標物
位置データを目標物位置累積記憶器４５に記憶し、これ
らのデータを基に継続して目標点をトラッキングし自動
追尾による計測を行うことができる。
【００１３】＜ヘ＞ターゲット板と光軸の位置合せ ターゲット板Ａを撮影すると、その中心３２と撮像画面
中心３３の相対距離Δｘ、Δｙを求めることができる
（図４参照）。したがって、撮影された画像を基に画像
処理を行いながら回転ミラーの角度を微調整し、両中心
が一致するまで角度修正を続ければ良い。また、画像ス
キャニング装置１とターゲット板Ａの概略の位置関係が
分かっていれば、ミラーを立体角的に角度θ動かした場
合、ターゲット板がどちらへどれだけ移動するか想定で
き、その移動距離はターゲット板と画像スキャニング装
置との距離Ｌ×ｓｉｎ（θ）で求めることができる（但
し、距離Ｌは、例えば、前述の距離の測定方法で求め、
θは微小な量とする）。そこで、画像処理から求められ
たΔｘ、Δｙと距離Ｌから角度θを逆算し、この値に基
づいてミラーを走査すれば、微調整を繰り返しながら一
致させるよりも早く誘導することができる。実際には、
画像スキャニング装置１を設置した時点で、手動操作で
ミラーを動かして各ターゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３を視
準し、この時のミラー角度を初期値として記憶装置４２
や累積記憶器４４に入力しておくことも考えられる。
中心３３の相対距離Δｘ、Δｙを求めることができる
（図４参照）。したがって、撮影された画像を基に画像
処理を行いながら回転ミラーの角度を微調整し、両中心
が一致するまで角度修正を続ければ良い。また、画像ス
キャニング装置１とターゲット板Ａの概略の位置関係が
分かっていれば、ミラーを立体角的に角度θ動かした場
合、ターゲット板がどちらへどれだけ移動するか想定で
き、その移動距離はターゲット板と画像スキャニング装
置との距離Ｌ×ｓｉｎ（θ）で求めることができる（但
し、距離Ｌは、例えば、前述の距離の測定方法で求め、
θは微小な量とする）。そこで、画像処理から求められ
たΔｘ、Δｙと距離Ｌから角度θを逆算し、この値に基
づいてミラーを走査すれば、微調整を繰り返しながら一
致させるよりも早く誘導することができる。実際には、
画像スキャニング装置１を設置した時点で、手動操作で
ミラーを動かして各ターゲット板Ａ１、Ａ２、Ａ３を視
準し、この時のミラー角度を初期値として記憶装置４２
や累積記憶器４４に入力しておくことも考えられる。
【００１４】＜ト＞画像スキャニング装置の揺れの補償 画像スキャニング装置１は、設置位置の揺れを画像処理
を行うことでカバーしている。そのため、画像カメラ１
１で捕らえるターゲット板Ａの映像の位置は、一定であ
る保障はない。したがって、ターゲット板Ａを画像カメ
ラ１１の画角内に常に納めるために、多少広角に撮影す
るようにする。しかし、撮影したターゲット板Ａが余り
に小さいと画像処理での解像度が落ち、結果的に測定精
度が落ちるためレンズのズーム比はこの点を考慮して決
定される。
を行うことでカバーしている。そのため、画像カメラ１
１で捕らえるターゲット板Ａの映像の位置は、一定であ
る保障はない。したがって、ターゲット板Ａを画像カメ
ラ１１の画角内に常に納めるために、多少広角に撮影す
るようにする。しかし、撮影したターゲット板Ａが余り
に小さいと画像処理での解像度が落ち、結果的に測定精
度が落ちるためレンズのズーム比はこの点を考慮して決
定される。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、次のような格別な効果を
得ることができる。 ＜イ＞専門家による測量を必要とせず、計測が自動的に
行えるので、計測作業の省力化、省人化、短縮化が図れ
る。 ＜ロ＞計測対象が動いても、計測サイクルが早いため追
従測定が可能であり、また、複数の対象物をほぼ同時に
測定できる。 ＜ハ＞船舶、車両などの動く場所に機器本体を設置して
も、機器自身の位置を常に計測しているので、動きに対
して影響なく測定できる。 ＜ニ＞測定対象が複数でも、全体を一括してデジタル表
示できるため、計測装置の操作を知らないものでも簡単
に利用できる。 ＜ホ＞計測中のデータをプリンタや磁気ディスクなどに
記録保存できるため、計測後の分析検討記録として利用
できる。 ＜ヘ＞全体がシステム化されているため、他の制御装置
と組み合わせた自動制御システムにも対応しやすい。
得ることができる。 ＜イ＞専門家による測量を必要とせず、計測が自動的に
行えるので、計測作業の省力化、省人化、短縮化が図れ
る。 ＜ロ＞計測対象が動いても、計測サイクルが早いため追
従測定が可能であり、また、複数の対象物をほぼ同時に
測定できる。 ＜ハ＞船舶、車両などの動く場所に機器本体を設置して
も、機器自身の位置を常に計測しているので、動きに対
して影響なく測定できる。 ＜ニ＞測定対象が複数でも、全体を一括してデジタル表
示できるため、計測装置の操作を知らないものでも簡単
に利用できる。 ＜ホ＞計測中のデータをプリンタや磁気ディスクなどに
記録保存できるため、計測後の分析検討記録として利用
できる。 ＜ヘ＞全体がシステム化されているため、他の制御装置
と組み合わせた自動制御システムにも対応しやすい。
【図１】画像スキャニング装置の構成図
【図２】画像スキャニング装置の位置計測説明図
【図３】画像スキャニング装置の角度αの解法説明図
【図４】ターゲット板と画像の関係図
【図５】目標物までの距離計測図
【図６】３次元位置計測システム図
Claims (2)
- 【請求項１】既知の位置に配置された少なくとも３個の
ターゲット板を利用して３次元の位置を計測する３次元
位置計測装置において、 画像カメラと、 該画像カメラの光軸の方向を変える光軸変化装置と、 該光軸変化装置により該光軸が変化した光軸変化方向を
検知する光軸検知装置と、 該各ターゲット板の既知の位置を記憶する記憶装置と、 該各ターゲット板を該画像カメラにより撮影した時の各
光軸変化方向と各ターゲット板の既知の位置とを利用し
て各該光軸変化方向の交点の３次元位置を求める演算装
置と、 を備えていることを特徴とする３次元位置計測装置。 - 【請求項２】既知の位置に配置された少なくとも３個の
ターゲット板を利用して目標物の３次元の位置を計測す
る３次元位置計測装置において、 画像カメラと、 該画像カメラの光軸の方向を変える光軸変化装置と、 該光軸変化装置により該光軸が変化した光軸変化方向を
検知する光軸検知装置と、 該各ターゲット板の既知の位置を記憶する記憶装置と、 該各ターゲット板を該画像カメラにより撮影した時の各
光軸変化方向と各ターゲット板の既知の位置とを利用し
て各該光軸変化方向の交点の３次元位置を求めると共
に、該目標物を該画像カメラにより撮影して得た画像か
ら該目標物の距離を算出し、該目標物の距離、該交点の
３次元位置、及び該目標物を該画像カメラにより撮影し
た時の光軸変化方向とを用いて、該目標物の３次元位置
を求める演算装置と、 を備えたことを特徴とするの３次元位置計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35383292A JPH06186035A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ３次元位置計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35383292A JPH06186035A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ３次元位置計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186035A true JPH06186035A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18433521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35383292A Pending JPH06186035A (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | ３次元位置計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06186035A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100352612B1 (ko) * | 2000-07-26 | 2002-09-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 3차원 형상검출장치 및 방법 |
| KR100381816B1 (ko) * | 2000-05-09 | 2003-04-26 | 삼성전자주식회사 | 삼면반사체를 이용한 6자유도 운동측정장치 |
| KR100660519B1 (ko) * | 2005-12-12 | 2006-12-22 | (주)토핀스 | 3차원영상촬영대가 구비된 실험물 촬영장치 |
| JP2015113230A (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | ニチユ三菱フォークリフト株式会社 | 無人フォークリフト |
| CN107737410A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-02-27 | 佛山科学技术学院 | 一种白癜风治疗系统及其实现方法 |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP35383292A patent/JPH06186035A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100381816B1 (ko) * | 2000-05-09 | 2003-04-26 | 삼성전자주식회사 | 삼면반사체를 이용한 6자유도 운동측정장치 |
| KR100352612B1 (ko) * | 2000-07-26 | 2002-09-12 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 3차원 형상검출장치 및 방법 |
| KR100660519B1 (ko) * | 2005-12-12 | 2006-12-22 | (주)토핀스 | 3차원영상촬영대가 구비된 실험물 촬영장치 |
| WO2007069840A1 (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-21 | Topins Co., Ltd. | The testing matter photographing apparatus attached three dimensional image photographing device |
| US7747163B2 (en) | 2005-12-12 | 2010-06-29 | Topins Co., Ltd. | Testing matter photographing apparatus attached three dimensional image photographing device |
| JP2015113230A (ja) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | ニチユ三菱フォークリフト株式会社 | 無人フォークリフト |
| CN107737410A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-02-27 | 佛山科学技术学院 | 一种白癜风治疗系统及其实现方法 |
| CN107737410B (zh) * | 2017-10-12 | 2024-04-09 | 佛山科学技术学院 | 一种白癜风治疗系统及其实现方法 |
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