JP2003042732A - Surface shape measuring device and method, surface shape measuring program, and surface state mapping device - Google Patents
Surface shape measuring device and method, surface shape measuring program, and surface state mapping deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 遺跡埋蔵物や人体等の測定対象物の表面形状
や模様を迅速に測定できる表面形状測定装置を提供する
こと。
【解決手段】 測定対象物1と、測定対象物1の近傍に
配置される校正用被写体11であって、あらかじめ立体
的な相対位置関係が定められている基準点を有する校正
用被写体11とを、複数の方向からステレオ撮影するス
テレオ撮影部3と、ステレオ撮影部3にてステレオ撮影
された撮影画像データから校正用被写体11の基準点の
像を抽出して、前記基準点の位置からステレオ撮影する
方向毎の撮影パラメータを求める撮影パラメータ演算手
段5と、撮影パラメータと、基準点の像が抽出された撮
影画像データにおける測定対象物1の像位置から、測定
対象物1の表面形状を求める表面形状測定手段6とを備
えている。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a surface shape measuring device capable of quickly measuring the surface shape or pattern of a measurement object such as archeological remains or a human body. SOLUTION: A measurement object 1 and a calibration object 11 which is arranged near the measurement object 1 and has a reference point in which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance. A stereo photographing unit 3 for performing stereo photographing from a plurality of directions, and extracting an image of a reference point of the calibration subject 11 from photographed image data photographed in stereo by the stereo photographing unit 3, and stereo photographing from the position of the reference point A photographing parameter calculating means 5 for calculating photographing parameters for each direction to be measured; a surface for obtaining a surface shape of the measuring object 1 from the photographing parameters and the image position of the measuring object 1 in the photographed image data from which the image of the reference point is extracted. And a shape measuring means 6.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、遺跡埋蔵物、人体、車
両、機械構造物、土量計測等の表面形状を非接触で三次
元的に測定する表面形状測定装置、表面形状測定方法に
関する。さらに、本発明は、表面形状測定装置にて測定
した遺跡埋蔵物等の表面形状や模様を図化する表面形状
図化装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method for three-dimensionally measuring non-contact surface shapes such as archaeological objects, human bodies, vehicles, mechanical structures, and soil volume measurement. . Furthermore, the present invention relates to a surface shape plotting apparatus for drawing the surface shape or pattern of a buried object or the like measured by a surface shape measuring apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えば遺跡埋蔵物の代表例である
土器等の表面形状を計測する場合、人が定規等で測りな
がらスケッチするか、接触式の計測器で土器の表面をな
ぞるようにして形状を計測していた。さらに、スリット
光をあてて撮影したり、レーザー光をあてて計測する非
接触式の表面形状測定装置も用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, when measuring the surface shape of earthenware, which is a typical example of archaeological objects, a person should sketch while measuring with a ruler, or trace the surface of the earthenware with a contact-type measuring instrument. I was measuring the shape. Further, a non-contact type surface profile measuring device which shoots with slit light and shoots with laser light is also used.
【0003】人体の場合も、例えば購買者の体型に合致
した服装のサイズを決定するために、洋服販売店では店
員が購買者の体格寸法を巻尺で測定している。車両、機
械構造物の場合は、設計時の試作品検査、出荷時の製品
検査、定期点検における交換部品の交換時期の判定に、
表面形状測定装置が利用されている。更に土量計測を行
う場合は、決まった器を用意してそこに土量をいれて、
土の上をならして計測していた。近年では、光波距離計
や超音波距離計等で土の表面の位置を計測したり、GP
S(Global Positioning System)を持って土の上を歩
いて土量計測する場合もある。また、レーザー等の大掛
かりな装置を用いて、光切断法により土量計測を行って
いる場合もある。Also in the case of the human body, for example, in order to determine the size of clothes that matches the body type of the purchaser, a store clerk measures the body size of the purchaser with a tape measure at a clothing store. In the case of vehicles and machine structures, prototype inspection at the time of design, product inspection at the time of shipment, judgment of replacement time of replacement parts at regular inspection,
A surface profile measuring device is used. If you want to measure the soil volume further, prepare a fixed vessel and put the soil volume there,
I leveled on the soil and measured. In recent years, the position of the soil surface is measured with a light wave range finder, an ultrasonic range finder, etc.
In some cases, the amount of soil is measured by walking on the soil with S (Global Positioning System). In addition, the soil volume may be measured by the light section method using a large-scale device such as a laser.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遺跡埋
蔵物の表面形状を接触式又は非接触式の表面形状測定装
置で計測する場合、従来の装置では設備価格が高騰する
という課題があった。また、考古学的用途ではさらに遺
跡埋蔵物の模様等の表面状態を図化する必要があるが、
従来の装置では正確な図化が困難であるという課題があ
った。具体的に説明すると、遺跡埋蔵物の測定態様に応
じて以下のような課題がある。
人が計測してスケッチする場合は、模様等の図化には
大変な手間と時間がかかり、熟練を要するにもかかわら
ず図化する人によって個人差が生じるという課題があ
る。また、寸法形状の正確さに欠けるという課題もあ
る。However, when the surface shape of the archaeological deposits is measured by the contact type or non-contact type surface shape measuring device, the conventional device has a problem that the equipment cost rises. In addition, for archaeological purposes, it is necessary to map the surface condition such as the pattern of archaeological reserves,
The conventional device has a problem that accurate plotting is difficult. Specifically, there are the following problems depending on the measurement mode of the archaeological reserves. When a person measures and sketches, it takes a lot of time and effort to draw a pattern and the like, but there is a problem that individual differences occur depending on the person who draws it, although skill is required. In addition, there is a problem that the dimensional accuracy is insufficient.
【0005】接触式の計測器の場合は、計測において
対象物としての遺跡埋蔵物の表面をなぞるという作業に
おいて手間がかかると同時に、計測したあとに遺跡埋蔵
物表面の特徴を見ながら図化する必要がある。
スリット光やレーザー光等の非接触式の表面形状測定
装置では、遺跡埋蔵物の表面が非接触で計測される。し
かし、遺跡埋蔵物の表面形状や模様を図化するときに、
実際の表面形状や模様と計測されたデータを見比べなが
ら図化しなければならず、計測データと表面形状や模様
の位置関係等について正確さにかけているという課題が
あった。In the case of a contact-type measuring instrument, it takes time and effort to trace the surface of the archaeological deposit as an object in the measurement, and at the same time, after the measurement, the characteristics of the archaeological deposit surface are visualized and visualized. There is a need. With a non-contact type surface shape measuring device such as slit light or laser light, the surface of the archaeological site is measured in a non-contact manner. However, when plotting the surface shape and pattern of archaeological reserves,
There is a problem in that it is necessary to draw a diagram while comparing the actual surface shape and pattern with the measured data, and the accuracy of the positional relationship between the measured data and the surface shape or pattern is limited.
【0006】上記〜に共通するものとして、図面
化した結果は考古学的観点から捉えられている為、実際
の対象物の写真と照らし合わせて見ないと真偽のほどが
わからないという課題があった。
また公共事業や土木建設工事において、埋蔵文化財が
発見されると考古学的な調査が行われるが、考古学的調
査期間が長くなると工事の中断期間が長期化して、土木
建設施設の建設期間が長期化する。そこで、考古学的調
査期間の短縮は施工者にとって切実な願いとなってお
り、遺跡埋蔵物の図化が迅速化されれば、公共の利益に
大きく寄与する。As common to the above items, since the results of drawing are grasped from an archeological point of view, there is a problem that the truth or falsehood cannot be known unless it is compared with a photograph of an actual object. It was In addition, archaeological surveys are carried out when buried cultural properties are discovered in public works and civil engineering construction work, but if the archeological survey period becomes long, the construction interruption period will be prolonged and the construction period of the civil engineering construction facility will be prolonged. Will be prolonged. Therefore, shortening the archeological survey period has become an urgent desire for contractors, and if the archaeological reserves can be mapped quickly, it will greatly contribute to the public interest.
【0007】また、人体の場合も、購買者の体型を店員
に測定されることは快く感じない購買者も少なくない。
そこで、非接触式の人体の表面形状測定装置を小売店に
設置することも考えられるが、購買者のプライバシーの
問題と、設備投資額が小売店にとっては高額であるた
め、普及していないという課題がある。Also, in the case of the human body, there are many buyers who do not feel that the shopper's body shape is measured by the clerk.
Therefore, it is conceivable to install a non-contact type human body surface profile measuring device in the retail store, but it is not popular because of the privacy issue of the purchaser and the amount of capital investment is high for the retail store. There are challenges.
【0008】また、車両、機械構造物の場合は、表面形
状測定装置が大変おおがかりなものとなり、計測にも時
間を要しているという課題がある。特に出荷時の製品検
査においては、検査に要する時間が顧客に引き渡す納期
に影響するし、定期点検の場合は限られた点検期間内に
迅速に測定が行われないと、顧客の設備稼動に重大な影
響を与えるという課題があった。Further, in the case of a vehicle or a mechanical structure, there is a problem that the surface profile measuring device becomes very large and the measurement also requires time. Especially in the product inspection at the time of shipment, the time required for the inspection affects the delivery time delivered to the customer, and in the case of the periodic inspection, it is important for the customer's equipment operation if the measurement is not performed quickly within the limited inspection period. There was a problem that it had a great influence.
【0009】さらに、土量計測においては、以下のよう
な課題がある。
土の上をならす場合は、手間がかかると同時に正確さ
にかける。
光波距離計や超音波距離計の場合、土の表面全体を計
測することは時間がかかりすぎて実際上採用できないと
いう課題がある。そこで、計測時間を短縮するため、土
表面の一部を計測することも行われているが、正確さに
かけるという課題がある。
GPSの場合は、作業者がGPS用受信端末装置を持
って歩かなければならないので手間がかかる。Further, there are the following problems in soil volume measurement. When leveling on the soil, it takes time and accuracy. In the case of an optical distance meter or an ultrasonic distance meter, there is a problem that it takes too much time to measure the entire surface of the soil and it cannot be practically adopted. Therefore, in order to shorten the measurement time, some soil surfaces are measured, but there is a problem in that the accuracy is lost. In the case of GPS, it is troublesome because the worker has to walk with the GPS receiving terminal device.
【0010】本発明の第1の目的は、上述する課題を解
決したもので、遺跡埋蔵物や人体等の測定対象物の表面
形状や模様を迅速に測定できる表面形状測定装置、表面
形状測定方法を提供することである。本発明の第2の目
的は、表面形状測定装置にて測定した遺跡埋蔵物等の表
面形状や模様を正確に図化できる表面形状図化装置を提
供することである。A first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method capable of quickly measuring the surface shape and pattern of a measuring object such as archaeological objects and human bodies. Is to provide. A second object of the present invention is to provide a surface shape plotting device capable of accurately drawing surface shapes and patterns of archaeological objects etc. measured by a surface shape measuring device.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】第1の発明の表面形状測
定装置は、第1の目的を達成するもので、図1及び図2
に示すように、測定対象物1と、測定対象物1の近傍に
配置される校正用被写体11であって、あらかじめ立体
的な相対位置関係が定められている基準点を有する校正
用被写体11とを、複数の方向からステレオ撮影するス
テレオ撮影部3と、ステレオ撮影部3にてステレオ撮影
された撮影画像データから校正用被写体11の基準点の
像を抽出して、前記基準点の位置からステレオ撮影する
方向毎の撮影パラメータを求める撮影パラメータ演算手
段5と、撮影パラメータと、基準点の像が抽出された撮
影画像データにおける測定対象物1の像位置から、測定
対象物1の表面形状を求める表面形状測定手段6とを備
えている。The surface profile measuring apparatus of the first invention achieves the first object and is shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, a measurement object 1 and a calibration object 11 arranged in the vicinity of the measurement object 1 and having a reference point in which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance. From a plurality of directions, and a stereo image capturing unit 3 that captures a stereo image from a plurality of directions; The surface shape of the measurement target object 1 is determined from the shooting parameter calculation unit 5 for determining the shooting parameter for each shooting direction, the shooting parameter, and the image position of the measurement target object 1 in the captured image data in which the image of the reference point is extracted. The surface shape measuring means 6 is provided.
【0012】このように構成された装置においては、測
定対象物1と校正用被写体11とを同時にステレオ撮影
部3にて撮影する。ステレオ撮影部3のステレオ撮影の
方向が複数なので、一方向の場合に比較して測定対象物
1の広い範囲の表面形状が計測できる。測定対象物1の
撮影方向に対する撮影パラメータは、同時に撮影される
校正用被写体11の基準点の像と、予め判っている基準
点の位置から演算される。そこで、測定対象物1とステ
レオ撮影部3との位置決めは厳密に行われていなくて
も、正確な表面形状測定を行うことができる。In the apparatus configured as described above, the measurement object 1 and the calibration subject 11 are simultaneously photographed by the stereo photographing unit 3. Since the stereo photographing unit 3 has a plurality of stereo photographing directions, it is possible to measure the surface shape of a wide range of the measuring object 1 as compared with the case of one direction. The shooting parameter for the shooting direction of the measurement object 1 is calculated from the image of the reference point of the calibration subject 11 that is simultaneously shot and the position of the reference point that is known in advance. Therefore, even if the measurement target 1 and the stereo imaging unit 3 are not positioned precisely, accurate surface shape measurement can be performed.
【0013】好ましくは、図1に示すように、ステレオ
撮影部3は、ステレオ撮影する方向毎にステレオ撮影ユ
ニットを有する構成とするとよい。ステレオ撮影ユニッ
トは、所定間隔l(エル)を隔てて平行に取りつけられ
た少なくとも2台の撮像装置3R、3Lを有するもの
で、測定対象物1のステレオ画像を同時に撮影すること
でき、測定対象物1の数が多くて測定対象物1の表面形
状を測定する作業量の多い場合や、振動したり移動する
測定対象物1のように同時に撮影しないと測定対象物1
のステレオ画像の得られない場合に適している。Preferably, as shown in FIG. 1, the stereo image pickup section 3 has a stereo image pickup unit for each direction of stereoscopic image pickup. The stereo image pickup unit has at least two image pickup devices 3R and 3L which are mounted in parallel with each other at a predetermined interval l (el), and can take a stereo image of the measurement object 1 at the same time. When the number of 1's is large and the amount of work for measuring the surface shape of the measuring object 1 is large, or when the measuring object 1 that vibrates or moves does not take images simultaneously, the measuring object 1
It is suitable when the stereo image of is not available.
【0014】好ましくは、図15に示すように、ステレ
オ撮影部3は、複数の単眼の撮像装置10により測定対
象物1を撮影すると共に、隣接する撮像装置10相互で
の重複撮影領域をステレオ撮影として取扱う構成とする
とよい。隣接する単眼の撮像装置10の撮影した重複撮
影領域をステレオ撮影として取扱う構成なので、ステレ
オ撮影ユニットを用いる場合に比較して、撮像装置10
の設置位置に自由度が増す。Preferably, as shown in FIG. 15, the stereo photographing unit 3 photographs the object 1 to be measured with a plurality of monocular image pickup devices 10 and also takes a stereo image of an overlapping image pickup region between adjacent image pickup devices 10. It is better to handle as. Since the overlapping photographing area photographed by the adjacent monocular imaging devices 10 is handled as stereo imaging, the imaging device 10 is compared with the case where the stereo imaging unit is used.
The degree of freedom is increased in the installation position of.
【0015】好ましくは、前記撮影パラメータは、前記
撮影する方向におけるステレオ撮像部3の基線長、ステ
レオ撮影部3の撮影位置、ステレオ撮影部3の傾きの少
なくとも一つを含む構成とすると良い。撮影パラメータ
は、ステレオ撮像部3で撮影した対となる画像を偏位修
正画像に変換するパラメータである。偏位修正画像に変
換されたステレオ画像は立体視できる状態にあるため、
ステレオ画像の視差差から正確に測定対象物1表面の凸
凹が算定される。ステレオ撮影部3がステレオ撮影する
方向毎にステレオ撮影ユニットを有する場合には、撮影
パラメータは、各ステレオ撮影ユニットの基線長、撮影
位置、傾きである。ステレオ撮影部3が隣接する撮像装
置10相互での重複撮影領域をステレオ撮影として取扱
う場合には、撮影パラメータは、隣接する撮像装置10
相互間の基線長、撮影位置、傾きである。It is preferable that the photographing parameters include at least one of a baseline length of the stereo photographing unit 3 in the photographing direction, a photographing position of the stereo photographing unit 3, and a tilt of the stereo photographing unit 3. The photographing parameter is a parameter for converting a pair of images photographed by the stereo imaging unit 3 into a deviation corrected image. Since the stereo image converted to the deviation correction image is in a state where it can be viewed stereoscopically,
The unevenness of the surface of the measuring object 1 is accurately calculated from the parallax of the stereo image. When the stereo photographing unit 3 has a stereo photographing unit for each stereo photographing direction, the photographing parameters are a base line length, a photographing position, and a tilt of each stereo photographing unit. When the stereoscopic imaging unit 3 treats an overlapping imaging area between the adjacent imaging devices 10 as stereo imaging, the imaging parameters are the adjacent imaging devices 10.
These are the baseline length, the shooting position, and the inclination between each other.
【0016】好ましくは、さらに、ステレオ撮影部3の
撮影したステレオ画像又は測定対象物1の像位置の少な
くとも一方から、測定対象物1の正射投影画像を形成す
る手段を備えるとよい。測定対象物1の表面形状計測デ
ータからステレオ画像を正射投影画像に再構成すること
により、寸法の反映された画像を実際の撮影画像から作
成できる。また、正射投影画像は、図化せずとも、画像
そのものに正確な寸法が反映されているため、実際の状
況が判断できると共に寸法精度が高く、画像としての価
値が高い。Preferably, a means for forming an orthographic projection image of the measurement object 1 from at least one of the stereo image taken by the stereo imaging section 3 and the image position of the measurement object 1 is preferably provided. By reconstructing a stereo image from the surface shape measurement data of the measurement object 1 into an orthographic projection image, an image in which the dimensions are reflected can be created from an actual captured image. Further, since the orthographic projection image reflects accurate dimensions in the image itself without being drawn, it is possible to judge the actual situation and the dimensional accuracy is high, and the value as an image is high.
【0017】好ましくは、図16、図17に示すよう
に、さらに、測定対象物1とステレオ撮影部3の位置関
係を相対的に移動させる相対位置変更部4、相対位置変
更部4により測定対象物1とステレオ撮像部3の少なく
とも一方を移動させて、測定対象物1をステレオ撮影部
3により複数の方向から撮像させるステレオ撮影制御部
12とを備え、ステレオ撮影制御部12の制御する複数
の方向からのステレオ画像を得て、測定対象物1の表面
形状を求める構成とすると良い。Preferably, as shown in FIGS. 16 and 17, the relative position changing unit 4 for relatively moving the positional relationship between the measuring object 1 and the stereo photographing unit 3, and the measuring object by the relative position changing unit 4. A stereo image capturing control unit 12 that moves at least one of the object 1 and the stereo image capturing unit 3 to capture the object 1 to be measured by the stereo image capturing unit 3 from a plurality of directions. It is preferable to obtain a stereo image from the direction and obtain the surface shape of the measuring object 1.
【0018】第2の発明の表面形状測定方法は、第1の
目的を達成するもので、図7に示すように、測定対象物
の近傍に、あらかじめ立体的な相対位置関係が定められ
ている基準点が配置された校正用被写体を配置し(S
1)、測定対象物1と校正用被写体11の双方が撮影さ
れるように、ステレオ撮影部により複数の方向からステ
レオ撮影を行い(S2)、前記ステレオ撮影部にて撮影
されたステレオ画像から前記基準点の像を抽出して、前
記基準点の位置から撮影パラメータを求め(S3)、前
記撮影パラメータと、前記基準点の像が抽出されたステ
レオ画像における測定対象物1の像位置から測定対象物
1の表面形状を測定する(S3)工程を有している。The surface shape measuring method of the second invention achieves the first object, and as shown in FIG. 7, a three-dimensional relative positional relationship is predetermined in the vicinity of the object to be measured. Place the calibration subject on which the reference point is placed (S
1) The stereo photographing unit performs stereo photographing from a plurality of directions so that both the measurement object 1 and the calibration subject 11 are photographed (S2), and the stereo image photographed by the stereo photographing unit is used for the above The image of the reference point is extracted, the photographing parameter is obtained from the position of the reference point (S3), and the photographing parameter and the measuring object from the image position of the measuring object 1 in the stereo image in which the image of the reference point is extracted. There is a step (S3) of measuring the surface shape of the article 1.
【0019】第3の発明の表面形状測定装置は、第1の
目的を達成するもので、図18に示すように、測定対象
物1と、測定対象物1の背景近傍に配置される校正用被
写体11であって、あらかじめ立体的な相対位置関係が
定められている基準点を有する校正用被写体11とを、
所定の方向からステレオ撮影するステレオ撮影ユニット
9と、測定対象物1とステレオ撮影ユニット9の位置関
係を相対的に移動させる相対位置変更部4と、相対位置
変更部4により測定対象物1又はステレオ撮影ユニット
9の少なくとも一方を移動させて、測定対象物1をステ
レオ撮影ユニット9により複数の方向から撮像させるス
テレオ撮影制御部12と、ステレオ撮影制御部12にて
ステレオ撮影された撮影画像データから前記基準点の像
を抽出して、前記基準点の位置からステレオ撮影する方
向毎の撮影パラメータを求める撮影パラメータ演算手段
5と、撮影パラメータと、前記基準点の像が抽出された
撮影画像データにおける測定対象物1の像位置から、測
定対象物1の表面形状を求める表面形状測定手段6とを
備えている。The surface profile measuring apparatus of the third invention achieves the first object, and as shown in FIG. 18, is a measuring object 1 and a calibration object arranged near the background of the measuring object 1. The subject 11, which is a calibration subject 11 having a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance,
A stereo photographing unit 9 for stereo photographing from a predetermined direction, a relative position changing unit 4 for relatively moving the positional relationship between the measurement object 1 and the stereo photographing unit 9, and the relative position changing unit 4 for measuring the object 1 or the stereo. From at least one of the image capturing unit 9 is moved, the stereo image capturing control unit 12 that causes the stereo image capturing unit 9 to capture images of the measurement target 1 from a plurality of directions, and the captured image data captured in stereo by the stereo image capturing control unit 12 are used to obtain the Shooting parameter calculation means 5 for extracting the image of the reference point and obtaining shooting parameters for each direction of stereo shooting from the position of the reference point, the shooting parameter, and the measurement in the shot image data in which the image of the reference point is extracted. A surface shape measuring unit 6 for obtaining the surface shape of the measurement object 1 from the image position of the object 1 is provided.
【0020】好ましくは、校正用被写体は、ステレオ撮
影ユニットによる前記複数の方向からのステレオ撮影が
行われている間、ステレオ撮影ユニットとの相対的な位
置関係が固定されているとよい。It is preferable that the calibration subject has a fixed relative positional relationship with the stereo photographing unit while the stereo photographing unit performs stereo photographing from the plurality of directions.
【0021】第4の発明の表面形状測定装置は、第1の
目的を達成するもので、図19に示すように、測定対象
物1と、測定対象物1の背景近傍に配置される校正用被
写体11であって、あらかじめ立体的な相対位置関係が
定められている基準点を有する校正用被写体11とを、
撮影する単眼の撮像装置10と、測定対象物1と撮像装
置10の位置関係を相対的に移動させる相対位置変更部
4と、相対位置変更部4により測定対象物1と撮像装置
10の位置関係を移動させて、第1の撮影方向と第2の
撮影方向とを用いて撮像装置10によりステレオ撮影を
行うように制御するステレオ単方向制御部13と、相対
位置変更部4により測定対象物1又は撮像装置10の少
なくとも一方を移動させると共に、ステレオ単方向制御
部13によりステレオ撮影を行うように撮影方向を制御
して、測定対象物1を撮像装置10により複数の方向か
らステレオ撮像させるステレオ撮影制御部12と、撮像
装置10にてステレオ撮影された撮影画像データから前
記基準点の像を抽出して、前記基準点の位置からステレ
オ撮影する方向毎の撮影パラメータを求める撮影パラメ
ータ演算手段5と、撮影パラメータと、前記基準点の像
が抽出された撮影画像データにおける測定対象物1の像
位置から、測定対象物1の表面形状を求める表面形状測
定手段6とを備えている。The surface profile measuring apparatus of the fourth invention achieves the first object, and as shown in FIG. 19, is a measuring object 1 and a calibration object arranged near the background of the measuring object 1. The subject 11, which is a calibration subject 11 having a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance,
A monocular imaging device 10 for photographing, a relative position changing unit 4 that relatively moves the positional relationship between the measurement object 1 and the imaging device 10, and a relative relationship between the measurement object 1 and the imaging device 10 by the relative position changing unit 4. Is moved to control the stereo unidirectional control unit 13 that controls the imaging device 10 to perform stereo imaging using the first imaging direction and the second imaging direction, and the measurement target 1 by the relative position changing unit 4. Alternatively, at least one of the image pickup devices 10 is moved, and the image pickup direction is controlled by the stereo unidirectional control unit 13 so as to perform stereoscopic image pickup, so that the image pickup device 10 stereoscopically picks up the measurement object 1 from a plurality of directions. An image of the reference point is extracted from the captured image data captured in stereo by the control unit 12 and the imaging device 10, and the stereo image is captured in each direction from the position of the reference point. A photographing parameter calculating means 5 for obtaining a photographing parameter, a photographing parameter, and a surface shape measuring means for obtaining a surface shape of the measuring object 1 from the image position of the measuring object 1 in the photographed image data in which the image of the reference point is extracted. 6 and.
【0022】第5の発明の表面状態図化装置は、第2の
目的を達成するもので、請求項1乃至請求項6、若しく
は請求項9乃至請求項11の何れか一つに表面形状測定
装置によって測定された測定対象物1のステレオ画像か
ら、測定対象物1の表面状態を図化する図化装置8を備
えている。好ましくは、図化にあたっては測定対象物1
の表面状態を図化する用途に適合した人工知能エンジン
をもちいると良い。例えば、測定対象物1が埋蔵文化財
であれば、測定した表面状態を考古学的知見により適宜
修正して、単なる傷や付着物を除去して考古学的に価値
ある情報を抽出できる。The surface state plotting apparatus of the fifth invention achieves the second object, and the surface shape measurement is performed according to any one of claims 1 to 6 or 9 to 11. A plotting device 8 for plotting the surface state of the measuring object 1 from a stereo image of the measuring object 1 measured by the device is provided. Preferably, the measurement object 1 is used for plotting.
It is advisable to use an artificial intelligence engine that is suitable for the purpose of visualizing the surface state of. For example, if the measurement object 1 is a buried cultural property, the measured surface condition can be appropriately corrected by archaeological knowledge to remove mere scratches and deposits and extract archaeologically valuable information.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を説明す
る。図1は本発明の第1の実施の形態を説明する要部構
成図で、測定対象物、校正用被写体、並びにステレオ撮
影部の位置関係を示してある。図において、測定対象物
1は遺跡埋蔵物、人体、車両、機械構造物等の表面形状
や模様を非接触で三次元的に測定する対象物である。校
正用被写体11は、予め立体的な相対的な位置関係が定
められている基準点としての基準点マークを有するもの
で、詳細は後で説明する。テーブル2は測定対象物1と
校正用被写体11を同時に設置する台で、ステージでも
よい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a main part configuration diagram for explaining a first embodiment of the present invention, and shows a positional relationship between a measurement target object, a calibration subject, and a stereo imaging unit. In the figure, a measurement object 1 is an object for three-dimensionally measuring the surface shape and pattern of archaeological objects, human bodies, vehicles, mechanical structures and the like in a non-contact manner. The calibration subject 11 has a reference point mark as a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance, and the details will be described later. The table 2 is a table on which the measurement object 1 and the calibration subject 11 are simultaneously installed, and may be a stage.
【0024】ステレオ撮影部3はテーブル2に置かれた
測定対象物1と校正用被写体11をステレオ撮影するも
ので、各ステレオ撮影方向毎にステレオ撮影ユニットを
有している。各ステレオ撮影ユニットは、CCD(Charg
e-coupled Devices)、デジタルカメラ、写真フィルム式
カメラ等の2台の撮像装置3R、3Lが、例えば撮像装
置取付体としての棒体(図示せず)に間隔lにて取付け
られている。2台の撮像装置3R、3Lの光軸は、測定
対象物1に対して大略平行になるように調整されてお
り、また測定対象物1との距離dも大略同じ距離とする
と良い。さらに、精度よく求めたい場合は、ステレオ撮
影ユニットとしてカメラキャリブレーションを行った撮
像装置3R、3Lを使用する。ここで、カメラキャリブ
レーションとは、カメラの焦点距離、主点位置、歪曲収
差を精度よく求めることをいう。The stereo image pickup section 3 takes a stereo image of the measuring object 1 and the calibration subject 11 placed on the table 2, and has a stereo image pickup unit for each stereo image pickup direction. Each stereo shooting unit has a CCD (Charg
Two image pickup devices 3R and 3L such as an e-coupled device), a digital camera, a photographic film type camera, etc. are attached to a rod body (not shown) as an image pickup device attachment body at an interval l. The optical axes of the two imaging devices 3R and 3L are adjusted so as to be substantially parallel to the measurement target 1, and the distance d to the measurement target 1 is also preferably set to be substantially the same. Furthermore, when it is desired to obtain the values with high accuracy, the imaging devices 3R and 3L that have undergone camera calibration are used as stereo imaging units. Here, the camera calibration refers to accurately obtaining the focal length, principal point position, and distortion of the camera.
【0025】図2は本発明の第1の実施の形態を説明す
る要部構成ブロック図で、ステレオ撮影部でステレオ撮
影した画像の信号処理機能を説明している。撮影パラメ
ータ演算手段5は、ステレオ撮影部3のステレオ撮影ユ
ニットにてステレオ撮影された各ステレオ撮影方向の撮
影画像データから校正用被写体11の基準点の像を抽出
して、基準点の位置からステレオ撮影する方向毎の撮影
パラメータを求めるものである。なお、撮影パラメータ
とは、ステレオ撮影ユニットで撮影された画像であっ
て、右撮影方向と左撮影方向の一組のステレオ撮影され
た画像を偏位修正して、立体視できるように調整するた
めのパラメータを言い、図1に示すような各ステレオ撮
影方向毎にステレオ撮影ユニットを有するステレオ撮影
部3については、各ステレオ撮影ユニットの基線長、撮
影位置、傾きが相当する。FIG. 2 is a block diagram of the essential parts for explaining the first embodiment of the present invention, which illustrates the signal processing function of an image captured in stereo by the stereo imaging unit. The photographing parameter calculation means 5 extracts the image of the reference point of the calibration subject 11 from the photographed image data of each stereo photographing direction which is stereo-photographed by the stereo photographing unit of the stereo photographing unit 3 and stereo from the position of the reference point. The shooting parameters are obtained for each shooting direction. The shooting parameters are images shot by the stereo shooting unit, and are used to adjust the stereoscopic viewing by correcting the deviation of a pair of stereo shot images in the right shooting direction and the left shooting direction. In the stereo photographing unit 3 having a stereo photographing unit for each stereo photographing direction as shown in FIG. 1, the base line length, photographing position, and inclination of each stereo photographing unit correspond.
【0026】表面形状測定手段6は、撮影パラメータ演
算手段5で求めた撮影パラメータと、撮影パラメータを
求めた撮影画像データにおいて、校正用被写体11の基
準点の像と共に撮影された測定対象物1の像位置から、
測定対象物1の表面形状を求めるものである。図3は測
定対象物と校正用被写体をステレオ撮影した一対の画像
の説明図で,(A)は左撮影方向、(B)は右撮影方向
を示している。図3に示すように、ステレオ撮影した左
撮影方向と右撮影方向の一組のステレオ撮影された画像
には、測定対象物と校正用被写体が同時に写っているの
で、校正用被写体11から求めた撮影パラメータは測定
対象物1の画像にも適用できる。The surface shape measuring means 6 of the measuring object 1 photographed together with the image of the reference point of the calibration subject 11 in the photographing parameters obtained by the photographing parameter calculating means 5 and the photographed image data for which the photographing parameters are obtained. From the image position,
The surface shape of the measuring object 1 is obtained. 3A and 3B are explanatory views of a pair of images obtained by stereoscopically photographing the measurement object and the calibration subject, where FIG. 3A shows the left photographing direction and FIG. 3B shows the right photographing direction. As shown in FIG. 3, the measurement object and the calibration subject are simultaneously captured in a pair of stereo-captured images of the left and right shooting directions, which are obtained from the calibration subject 11. The imaging parameters can also be applied to the image of the measuring object 1.
【0027】表面形状測定手段6における測定対象物1
の表面形状測定は、航空写真測量等で使用されるステレ
オ画像による表面形状の凸凹測定の演算手法が用いられ
る。ここでステレオ画像とは、ステレオ撮影部3で撮影
された右撮影方向と左撮影方向の一組のステレオ撮影さ
れた画像を偏位修正して、立体視できるように調整した
ものをいう。表面形状測定手段6では、測定対象物1の
特徴点を抽出して、この特徴点の位置を求め、求められ
た特徴点の位置を基準に測定対象物1の全体的な表面形
状を測定するとよい。Object 1 to be measured by the surface shape measuring means 6
The surface shape measurement is performed by using a calculation method of measuring the surface shape unevenness by a stereo image used in aerial photogrammetry and the like. Here, the stereo image refers to a set of images captured by the stereo image capturing unit 3 which are stereo-captured in the right and left capturing directions and are adjusted so as to be stereoscopically viewed. The surface shape measuring means 6 extracts the characteristic points of the measuring object 1, finds the positions of these characteristic points, and measures the overall surface shape of the measuring object 1 based on the obtained positions of the characteristic points. Good.
【0028】表示/図化部8は、表面形状測定手段6で
測定された測定対象物1の表面形状を表示するCRTや
液晶等の表示装置や、紙面に図形を描くプロッタやプリ
ンタ、並びに立体的な印象データを取得するデジタル図
化機等が用いられる。表示/図化部8としては、ステレ
オ視可能なステレオモニタとしてもよい。ステレオモニ
タを用いると、実際の測定対象物1を立体画像にて再現
できるだけでなく、画像を見ながら計測や図化といった
ことが容易にできるようになる。なお、撮影パラメータ
演算手段5、表面形状測定手段6、表示/図化部8はデ
ジタル図化機あるいはパソコンの中に構成することもで
きる。The display / visualization unit 8 is a display device such as a CRT or a liquid crystal for displaying the surface shape of the measuring object 1 measured by the surface shape measuring means 6, a plotter or printer for drawing a figure on a paper surface, and a stereoscopic device. A digital plotter or the like is used to acquire specific impression data. The display / visualization unit 8 may be a stereo monitor capable of stereoscopic viewing. By using the stereo monitor, not only can the actual measurement object 1 be reproduced as a stereoscopic image, but also measurement and plotting can be easily performed while viewing the image. The photographing parameter calculation means 5, the surface shape measurement means 6, and the display / plotting section 8 can be configured in a digital plotter or a personal computer.
【0029】図4は撮影パラメータの算出に用いられる
校正用被写体を説明する構成斜視図で、(A)は校正用
被写体が断面矩形のフレーム体、(B)は断面六角形の
フレーム体、(C)は断面矩形のフレーム体における他
の態様、(D)は断面六角形のフレーム体における他の
態様を示してある。フレーム体としているのは、各撮影
方向となる各側面方向から撮影、計測、図化する場合、
校正用被写体11によって測定対象物1の表面がさえぎ
られずに写るようにするためである。校正用被写体11
は、ステレオ画像に偏位修正する際に基準となる座標系
を定めると共に、ステレオ撮影部3を構成する2台の撮
像装置3R、3Lの位置、傾きを求めるために使用す
る。校正用被写体11の大きさは測定対象物1より若干
大きいのが望ましく、ステレオ画像に偏位修正する際の
精度が良くなる。4A and 4B are perspective views showing the configuration of a calibration subject used for calculation of photographing parameters. FIG. 4A is a frame body having a rectangular cross section, and FIG. 4B is a frame body having a hexagonal cross section. C) shows another aspect of the frame body having a rectangular cross section, and (D) shows another aspect of the frame body having a hexagonal cross section. The frame body is used when shooting, measuring, and plotting from each side direction that is each shooting direction,
This is so that the surface of the measuring object 1 can be captured without being interrupted by the calibration subject 11. Calibration subject 11
Is used to determine a coordinate system that serves as a reference when the deviation is corrected to a stereo image, and to obtain the positions and inclinations of the two imaging devices 3R and 3L that form the stereo photographing unit 3. It is desirable that the size of the calibration subject 11 is slightly larger than that of the measurement target 1, and the accuracy in correcting the deviation to a stereo image is improved.
【0030】図4(A)に示すように、断面矩形のフレ
ーム体の場合は、校正用被写体11に4個の基準側面1
11が設けられている。各基準側面111には、フレー
ムに沿って少なくとも6箇所に基準点マーク113が形
成されている。一平面の姿勢や座標を決定するには、少
なくとも6箇所の既知点が必要なためである。基準点マ
ーク113は、例えば黒地に白のマークや白地に黒のマ
ーク、あるいはレトロレフラクティブ・ターゲットのよ
うに反射するマークで、基準点マーク113の印刷され
たシールを各基準側面111に貼付してもよく、また各
基準側面111に直接基準点マーク113を印刷しても
よい。As shown in FIG. 4A, in the case of a frame body having a rectangular cross section, four reference side faces 1 are provided on the calibration subject 11.
11 is provided. On each reference side surface 111, reference point marks 113 are formed at at least six locations along the frame. This is because at least 6 known points are required to determine the posture and coordinates of one plane. The reference point mark 113 is, for example, a white mark on a black background, a black mark on a white background, or a mark that reflects like a retrorefractive target, and a sticker on which the reference point mark 113 is printed is attached to each reference side surface 111. Alternatively, the reference point mark 113 may be directly printed on each reference side surface 111.
【0031】図4(B)に示すように、断面六角形のフ
レーム体の場合は、校正用被写体11Bに6個の基準側
面111Bが設けられている。各基準側面111Bに
は、少なくとも6箇所に基準点マーク113Bが形成さ
れており、一平面の姿勢や座標を決定するのに必要な情
報が確保してある。As shown in FIG. 4B, in the case of a frame body having a hexagonal cross section, the calibration subject 11B is provided with six reference side surfaces 111B. At least six reference point marks 113B are formed on each reference side surface 111B, and information necessary for determining the posture and coordinates of one plane is secured.
【0032】また、校正用被写体11に設けられる各基
準側面111を区別する為に、直接基準点マーク113
の他に各基準側面111に側面基準ターゲット112を
形成しても良い。ここでは、側面基準ターゲット112
は、校正用被写体11に設けられる各基準側面111を
区別する機能に加えて、基準点マーク113としての機
能も兼務している。断面矩形のフレーム体の場合は、図
4(C)に示すように、各基準側面111に、5箇所の
基準点マーク113と1箇所の側面基準ターゲット11
2a、112bが形成してある。断面六角形のフレーム
体の場合は、図4(D)に示すように、校正用被写体1
1Dに6個の基準側面111Dが設けられている。各基
準側面111Dには、5箇所の基準点マーク113Bと
1箇所の側面基準ターゲット112c、112d、11
2eが形成してある。Further, in order to distinguish each reference side surface 111 provided on the calibration subject 11, a direct reference point mark 113 is provided.
Alternatively, the side reference target 112 may be formed on each reference side 111. Here, the side reference target 112
Has a function as a reference point mark 113, in addition to a function of distinguishing each reference side surface 111 provided on the calibration subject 11. In the case of a frame body having a rectangular cross section, as shown in FIG. 4C, five reference point marks 113 and one side reference target 11 are provided on each reference side surface 111.
2a and 112b are formed. In the case of a frame body having a hexagonal cross section, as shown in FIG.
Six reference side surfaces 111D are provided in 1D. Each reference side surface 111D has five reference point marks 113B and one side surface reference target 112c, 112d, 11
2e is formed.
【0033】なお、図4(C)、(D)では、校正用被
写体11の各基準側面111ごとに異なる側面基準ター
ゲット112を1つ配置しているものを例示している
が、各基準側面111の基準点マーク113に全部又は
一部に側面基準ターゲット112と同一のマークを用い
ても良い。また、側面基準ターゲット112としては、
マークの大きさを異なるものとしたり、色を変えても良
い。また、各基準側面111ごとの色を変えることで、
校正用被写体11に設けられる各基準側面111を区別
してもよい。4 (C) and 4 (D), one side reference target 112 different for each reference side 111 of the calibration subject 11 is shown as an example. The reference point mark 113 of 111 may be the same as the side reference target 112 in whole or in part. Further, as the side reference target 112,
The size of the mark may be different or the color may be changed. Also, by changing the color of each reference side surface 111,
The reference side surfaces 111 provided on the calibration subject 11 may be distinguished.
【0034】図5は校正用被写体に形成される基準点マ
ークと側面基準ターゲットの説明図で、(A)は基準点
マーク、(B)は側面基準ターゲットを示している。基
準点マークには、例えば交差するストライクマーク(A
1)、白抜き円形(A2)、黒塗り円形(A3)のよう
な基準点の三次元的な位置が明確に把握できる模様、図
形、記号等を用いる。側面基準ターゲットは、校正用被
写体11に設けられる各基準側面111を区別する為に
用いられるもので、六角形(B1)、白十字(B2)、
ひし形(B3)、数字1(B4)、数字2(B5)、数
字3(B6)、黒塗り四角(B7)、斜線四角(B
8)、格子状四角(B9)等の模様、図形、記号等を用
いる。5A and 5B are explanatory views of the reference point mark and the side reference target formed on the calibration subject. FIG. 5A shows the reference point mark and FIG. 5B shows the side reference target. The reference point mark includes, for example, a strike mark (A
1), a white circle (A2), a black circle (A3), such as a pattern, a figure, or a symbol that can clearly grasp the three-dimensional position of the reference point is used. The side reference target is used for distinguishing each reference side 111 provided on the calibration subject 11, and includes a hexagon (B1), a white cross (B2),
Rhombus (B3), Number 1 (B4), Number 2 (B5), Number 3 (B6), Black Square (B7), Diagonal Square (B
8), patterns such as lattice squares (B9), figures, symbols, etc. are used.
【0035】校正用被写体11での基準点マーク113
の位置は、予め精密な機器により三次元座標系を用いて
計測しておく。図6は基準点マークの位置を記述する三
次元座標系xyzの説明図である。三次元座標系xyz
は、校正用被写体11が断面矩形のフレーム体の場合に
は、任意の基準側面111を基準面として、校正用被写
体11全体の基準点マーク113の座標を決定する。例
えば、任意の基準側面111を0°方向としてxz平面
を割当て、他の3個の基準側面111を其々90°、1
80°、270°方向として区別する。そして、90
°、270°方向の基準側面111にはzy平面を割当
て、180°方向の基準側面111にはxz平面を割当
てる。Reference point mark 113 on the calibration subject 11
The position of is measured in advance using a three-dimensional coordinate system by a precise device. FIG. 6 is an explanatory diagram of the three-dimensional coordinate system xyz that describes the position of the reference point mark. Three-dimensional coordinate system xyz
When the calibration subject 11 is a frame body having a rectangular cross section, the coordinates of the reference point marks 113 of the entire calibration subject 11 are determined using the arbitrary reference side surface 111 as a reference surface. For example, the xz plane is assigned with the arbitrary reference side surface 111 set to the 0 ° direction, and the other three reference side surfaces 111 are set to 90 ° and 1 respectively.
Distinguish between the directions of 80 ° and 270 °. And 90
The zy plane is assigned to the reference side surface 111 in the 270 ° and 270 ° directions, and the xz plane is assigned to the reference side surface 111 in the 180 ° direction.
【0036】本実施の形態では、校正用被写体11の各
基準側面111においてステレオ撮影を行なうため、基
準側面111の数の分ステレオ撮影を行なうことにな
る。ステレオ撮影する方向は、各基準側面111をステ
レオ撮影部3によりステレオ撮影する方向で、概ね各基
準側面111の法線方向と一致させるのがよい。従っ
て、測定対象物1の全周面を分割する面数によって、校
正用被写体11の基準側面111の面数を決めるのが良
い。測定対象物1を詳細に計測したければ、校正用被写
体11の基準側面111の分割面数を多くする。例えば
図3(B)のように、校正用被写体11の基準側面11
1の面数を6面とする。In the present embodiment, stereo photography is performed on each reference side surface 111 of the calibration subject 11, so stereo photography is performed for the number of reference side surfaces 111. The stereo image capturing direction is the direction in which each of the reference side surfaces 111 is stereo imaged by the stereo image capturing unit 3, and it is preferable that the direction is approximately the same as the normal direction of each reference side surface 111. Therefore, it is preferable to determine the number of reference side surfaces 111 of the calibration subject 11 by the number of surfaces that divide the entire peripheral surface of the measuring object 1. If the measurement target 1 is to be measured in detail, the number of divided surfaces of the reference side surface 111 of the calibration subject 11 is increased. For example, as shown in FIG. 3B, the reference side surface 11 of the calibration subject 11
The number of faces of 1 is 6.
【0037】このように構成された装置における測定対
象物1の表面形状測定を次に説明する。図7は図1及び
図2の装置を用いた測定対象物の計測手順の全体を概括
的に説明するフローチャートである。最初に、測定対象
物1と校正用被写体11をテーブル2に置く(S1)。
この際に、校正用被写体11によって測定対象物1が影
になるのを防止する適宜の場所に置く。次に、ステレオ
撮影部3によって校正用被写体11の各基準側面111
に対してステレオ撮影する(S2)。各基準側面111
につきステレオ撮影を行うので、図4(A)に示す断面
矩形のフレーム体の場合であれば、撮像装置3R、3L
による撮影枚数はモノラル画像として総計8枚となる。
また、図4(B)に示す断面六角形のフレーム体の場合
であれば、撮像装置3R、3Lによる撮影枚数はモノラ
ル画像として総計12枚となる。The measurement of the surface shape of the measuring object 1 in the apparatus thus constructed will be described below. FIG. 7 is a flowchart for generally explaining the whole measuring procedure of the measuring object using the apparatus of FIGS. 1 and 2. First, the measurement object 1 and the calibration subject 11 are placed on the table 2 (S1).
At this time, the calibration subject 11 is placed at an appropriate place to prevent the measuring object 1 from being shaded. Next, each reference side surface 111 of the calibration subject 11 is captured by the stereo photographing unit 3.
A stereo image is taken for (S2). Each reference side surface 111
4A, stereo imaging is performed, so in the case of a frame body having a rectangular cross section shown in FIG.
The total number of captured images is 8 as a monaural image.
Further, in the case of the frame body having a hexagonal cross section shown in FIG. 4B, the total number of images taken by the imaging devices 3R and 3L is 12 monaural images.
【0038】次に、各ステレオ撮影方向にてステレオ撮
影された画像に対して、校正用被写体11の基準点から
求めた撮影パラメータを適用して、測定対象物1のステ
レオ画像に対して三次元計測処理を行う(S3)。そし
て、測定対象物1の三次元計測結果より画像成果物を作
成する(S4)。例えば、等高線画像、鳥瞰図、断面
図、正射画像等が作成される。Next, the photographing parameters obtained from the reference points of the calibration subject 11 are applied to the images photographed in stereo in each stereo photographing direction, and the stereoscopic image of the measuring object 1 is three-dimensionally applied. A measurement process is performed (S3). Then, an image product is created from the three-dimensional measurement result of the measurement object 1 (S4). For example, a contour image, a bird's-eye view, a sectional view, an orthographic image, etc. are created.
【0039】三次元計測結果を図化する場合、三次元計
測により作成した測定対象物1の正射投影画像により図
化を行なう(S5)。もし図化しないのであれば、この
S5を飛び越しても良い。そして、測定対象物1の三次
元計測結果をデータとして出力する(S6)。データ出
力は、成果品を図面として、プリンタ等で印刷したり、
DXFデータとしてファイル出力しても良く、その場
合、他のCADにわたして処理を行なってもよい。In case of plotting the three-dimensional measurement result, plotting is performed by the orthographic projection image of the measuring object 1 created by the three-dimensional measurement (S5). If not drawn, this step S5 may be skipped. Then, the three-dimensional measurement result of the measurement object 1 is output as data (S6). For data output, print the output as a drawing with a printer,
A file may be output as DXF data, and in that case, it may be processed by another CAD.
【0040】次に、S3の三次元計測処理について、図
8のフローチャートに従って詳細に説明する。まず、撮
影した画像すべてを撮影パラメータ演算手段5、表面形
状測定手段6に撮影画像データとして読み込ませる(S
10)。次に、読込んだ各撮影画像データと校正用被写
体11の各基準側面111との対応付けを行う(S2
0)。なお、単一の基準側面111の計測・図化の場
合、S20の処理は必要ない。S20の処理を作業員の
手作業で行う場合は、表示/図化部8に画像を表示させ
て手動にてステレオペアを決める。その際に、側面基準
ターゲット112の形状や模様、あるいは色等の特徴が
有用である。Next, the three-dimensional measurement process of S3 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. First, all the photographed images are read as photographed image data by the photographing parameter calculation means 5 and the surface shape measuring means 6 (S).
10). Next, each read photographed image data is associated with each reference side surface 111 of the calibration subject 11 (S2).
0). In addition, in the case of measuring and plotting a single reference side surface 111, the process of S20 is not necessary. When the process of S20 is performed manually by the worker, the image is displayed on the display / visualization unit 8 and the stereo pair is manually determined. At that time, features such as the shape, pattern, or color of the side reference target 112 are useful.
【0041】S20の処理は、画像処理にて自動で行う
のに適している。すなわち、各基準側面111における
側面基準ターゲット112を画像処理により識別させ
る。例えば、各基準側面111における側面基準ターゲ
ット112画像をテンプレート画像として、画像相関処
理によりどのマークかを識別させる。相関処理には、残
差逐次検定法(SSDA法)や正規化相関法等を用い
る。この場合は、正規化相関処理を用いればより確実に
もとまる。後述する図9のように、テンプレート画像を
N1×N1の大きさの画像とし、各種類のテンプレート
を用いてM1×M1の画像領域内を探索させる。正規化
相関法の場合、結果として一番相関係数の高かったテン
プレートを、対応する基準側面111とする。なお、正
規化相関法の詳細については後述する。また、側面基準
ターゲット112の識別は画像相関法ではなく、特徴抽
出によるものや、その他のパターン識別手法を用いても
良い。The process of S20 is suitable for automatic execution in image processing. That is, the side reference target 112 on each reference side 111 is identified by image processing. For example, the side reference target 112 image on each reference side 111 is used as a template image to identify which mark by image correlation processing. For the correlation processing, a sequential residual test method (SSDA method), a normalized correlation method, or the like is used. In this case, the normalized correlation processing can be more reliably stopped. As shown in FIG. 9, which will be described later, the template image is an image having a size of N1 × N1, and the M1 × M1 image area is searched using each type of template. In the case of the normalized correlation method, the template having the highest correlation coefficient as a result is set as the corresponding reference side surface 111. The details of the normalized correlation method will be described later. Further, the side reference target 112 may be identified not by the image correlation method but by feature extraction or another pattern identification method.
【0042】次に、各基準側面111におけるのステレ
オペアを決定する(S30)。この場合、作業者が表示
/図化部8で表示確認を行いながら決定すると、機械的
にパターン認識手法を適用する場合の過誤が排除でき
る。この場合、左右画像の識別は撮影時に左→右と撮影
順番を決めておくと簡単である。Next, the stereo pair on each reference side surface 111 is determined (S30). In this case, if the operator makes a decision while confirming the display on the display / charging unit 8, it is possible to eliminate an error in mechanically applying the pattern recognition method. In this case, it is easy to identify the left and right images by determining the shooting order from left to right during shooting.
【0043】続いて、単一の基準側面111におけるス
テレオペアの画像2枚分について、側面基準ターゲット
112や基準点マーク113の重心位置検出を行なう
(S40)。なお、側面基準ターゲット112や基準点
マーク113は、単にターゲットとも呼ばれる。各基準
点マーク位置は、例えば相関法により概略その位置を検
出し、さらに正確に重心位置を算出する。最初から正確
に位置検出を行ってもよいが、その場合演算処理に多大
な時間を要する。ここでは、概略位置検出のための処理
として、残差逐次検定法を以下に説明する。Subsequently, the barycentric position of the side reference target 112 and the reference point mark 113 is detected for two images of the stereo pair on the single reference side 111 (S40). The side reference target 112 and the reference point mark 113 are also simply called targets. The position of each reference point mark is roughly detected by, for example, a correlation method, and the barycentric position is calculated more accurately. The position may be detected accurately from the beginning, but in that case a great deal of time is required for the arithmetic processing. Here, the residual sequential test method will be described below as the process for detecting the approximate position.
【0044】[相関法]高速に処理する場合、残差逐次
検定法(SSDA法)等を利用する。図9は残差逐次検
定法に用いられるテンプレート画像と、左右の画像の関
係を説明する図である。例えば、右画像から探索したい
テンプレート画像として、左画像中のN1×N1画素の
画像を採用する。そして、左画像中のN1×N1画素の
画像により、右画像の同一ライン上で探索を行う。そし
て、次の数1で定義される残差R(a,b)が最小になる
点が求める画像の位置である。[Correlation Method] For high-speed processing, the residual sequential test method (SSDA method) or the like is used. FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the template image used in the residual sequential test method and the left and right images. For example, the image of N1 × N1 pixels in the left image is adopted as the template image to be searched from the right image. Then, the image of N1 × N1 pixels in the left image is searched on the same line of the right image. Then, the point where the residual R (a, b) defined by the following equation 1 becomes the minimum is the position of the image to be obtained.
【0045】[0045]
【数1】 [Equation 1]
【0046】処理の高速化をはかるため、数1の加算に
おいて、R(a,b)の値が過去の残差の最小値を越えたら
加算を打ち切り、次の(a,b)に移るよう計算処理を行
う。以上で概略位置検出ができたら、さらにその基準点
マークの重心位置を正確に検出する。ここでは、正規化
相関法やモーメント法、エッジ検出法等利用できるが、
基準点マークの形状や精度によって最適な処理を利用す
る。例えば、基準点マークが円形ターゲットの場合はモ
ーメント法により重心検出し、ストライクマークの場合
はエッジ抽出により重心検出する。ここでは、モーメン
ト法を説明する。In order to speed up the processing, when the value of R (a, b) exceeds the minimum value of the past residuals in the addition of equation 1, the addition is aborted and the next (a, b) is moved. Perform calculation processing. When the approximate position can be detected as described above, the barycentric position of the reference point mark is further accurately detected. Here, the normalized correlation method, the moment method, the edge detection method, etc. can be used,
Optimal processing is used depending on the shape and accuracy of the reference point mark. For example, when the reference point mark is a circular target, the center of gravity is detected by the moment method, and when it is a strike mark, the center of gravity is detected by edge extraction. Here, the moment method will be described.
【0047】[モーメント法]図10はモーメント法の
説明図で、縦軸は測定値f(x,y)、横軸は空間分布X,
Yを表している。図中、しきい値T以上の測定値f(x,
y)を有する点について、以下の式を施す。但し、図10
は簡単のために1次元表示となっているが、実際は2次
元で行う。
xg={Σx×f(x,y)}/Σf(x,y) ……
yg={Σy×f(x,y)}/Σf(x,y) ……
ここで、(xg,yg):重心位置の座標、f(x,
y):(x,y)座標上の濃度値とする。[Moment Method] FIG. 10 is an explanatory diagram of the moment method, in which the vertical axis represents the measured value f (x, y) and the horizontal axis represents the spatial distribution X.
It represents Y. In the figure, the measured value f (x,
For the points having y), the following formula is applied. However, FIG.
Is a one-dimensional display for simplicity, but it is actually a two-dimensional display. xg = {Σx × f (x, y)} / Σf (x, y) ...... yg = {Σy × f (x, y)} / Σf (x, y) ...... where (xg, yg) : Coordinates of the center of gravity position, f (x,
y): The density value on the (x, y) coordinates.
【0048】なお、初期化計測処理として相関法とモー
メント法を説明したが、ステレオ撮影を行なう方向にお
ける撮影パラメータを求めるものとして、他にも様々な
方式が知られている。そこで、基準点マークの形状や校
正用被写体で検出しやすいものであれば、相関法やモー
メント法と同一の機能を発揮する均等方法を適宜採択で
きる。Although the correlation method and the moment method have been described as the initialization measurement processing, various other methods are known as methods for obtaining the shooting parameter in the direction of stereo shooting. Therefore, as long as the shape of the reference point mark or the calibration subject can be easily detected, an equal method that exhibits the same function as the correlation method or the moment method can be appropriately adopted.
【0049】次に、2枚の画像の重心位置検出された基
準点マークと、あらかじめ座標を精密に計測してある基
準点マークの対応づけを行なう(S50)。例えば基準
点マークが6点の場合は、その基準側面111上の6点
のみ対応づけする。基準点マークの位置はあらかじめわ
かっているため、どの位置に撮影されているかは、あら
かじめ予測可能となる。また、各基準点マークが他の基
準点マークと異なっていれば、より対応付けが明確にな
る。Next, the reference point mark of which the barycentric position of the two images has been detected is associated with the reference point mark whose coordinates are precisely measured in advance (S50). For example, when there are 6 reference point marks, only 6 points on the reference side surface 111 are associated. Since the position of the reference point mark is known in advance, it is possible to predict in advance which position is photographed. Further, if each reference point mark is different from other reference point marks, the association becomes clearer.
【0050】次に標定計算を行い、校正用被写体11の
座標系を基準として、撮影した各撮像装置3R、3Lの
三次元位置、傾き、カメラ間距離(基線長:l)等の撮
影パラメータを求める(S60)。なお、ここでは撮像
装置がカメラである場合を例に説明する。
[標定計算式]そこで、標定計算の詳細について説明す
る。標定計算は航空写真測量等で用いられているもの
で、標定計算により、左右それぞれの撮像装置の位置等
が求められる。以下の共面条件式により撮影パラメータ
を求める。Next, the orientation calculation is performed, and the photographing parameters such as the three-dimensional position, the inclination, the distance between cameras (baseline length: 1) of the photographed image pickup devices 3R and 3L are set with the coordinate system of the calibration subject 11 as a reference. Ask (S60). In addition, here, a case where the imaging device is a camera will be described as an example. [Orientation Calculation Formula] Then, the details of the orientation calculation will be described. The orientation calculation is used in aerial photogrammetry, etc., and the positions of the left and right imaging devices are obtained by the orientation calculation. The imaging parameters are calculated by the following coplanar conditional expressions.
【0051】図11はモデル座標系XYZと左右のカメ
ラ座標系xyzを用いて標定計算を説明する図である。
モデル座標系XYZの原点Oを左側の投影中心にとり、
右側の投影中心を結ぶ線をX軸にとるようにする。縮尺
は、基線長lを単位長さにとる。このとき求めるパラメ
ータは、左側のカメラのZ軸の回転角κ1、Y軸の回転
角φ1、右側のカメラのZ軸の回転角κ2、Y軸の回転
角φ2、X軸の回転角ω2の5つの回転角となる。FIG. 11 is a diagram for explaining the orientation calculation using the model coordinate system XYZ and the left and right camera coordinate systems xyz.
Taking the origin O of the model coordinate system XYZ as the projection center on the left side,
The line connecting the projection centers on the right side is taken as the X axis. The scale is based on the unit length of the baseline length l. The parameters to be obtained at this time are the rotation angle κ1 of the left camera, the rotation angle φ1 of the Y axis, the rotation angle κ2 of the Z axis of the right camera, the rotation angle φ2 of the Y axis, and the rotation angle ω2 of the X axis. There are two rotation angles.
【0052】[0052]
【数2】 [Equation 2]
【0053】この場合左側のカメラのX軸の回転角ω1
は0なので、考慮する必要ない。このような条件にする
と、式の共面条件式は式のようになり、この式を解
けば各パラメータが求まる。In this case, the rotation angle ω1 of the X axis of the left camera
Is 0, so there is no need to consider it. Under these conditions, the coplanar conditional expression becomes as shown in the equation, and each parameter can be obtained by solving this equation.
【0054】[0054]
【数3】 [Equation 3]
【0055】ここで、モデル座標系XYZとカメラ座標
系xyzの間には、次に示すような座標変換の関係式が
成り立つ。Here, the following relational expression of coordinate conversion holds between the model coordinate system XYZ and the camera coordinate system xyz.
【数4】 [Equation 4]
【0056】以上の式、、、を用いて、次の手
順により未知パラメータを求める。S601:初期近似
値は通常0とする。
S602:共面条件式を近似値のまわりにテーラー展
開し、線形化したときの微分係数の値を、式により
求め、観測方程式をたてる。
S603:最小二乗法をあてはめ、近似値に対する補正
量を求める。
S604:近似値を補正する。
S605:補正された近似値を用いて、S602からS
605までの操作を収束するまで繰り返す。The unknown parameters are obtained by the following procedure using the above equations ,. S601: The initial approximation value is usually 0. S602: The coplanar conditional expression is Taylor-expanded around the approximate value and the value of the differential coefficient when linearized is obtained by the expression and an observation equation is formed. S603: The least squares method is applied to obtain the correction amount for the approximate value. S604: Correct the approximate value. S605: From S602 to S using the corrected approximate value
The operations up to 605 are repeated until they converge.
【0057】以上の演算処理により、各カメラの三次元
位置および傾きが校正用被写体の座標系で求められる。
これら撮影パラメータを元に、立体視可能な偏位修正画
像を作成できるようになるので、ステレオ法による三次
元計測が可能となる。立体視可能とは、縦視差が除去さ
れ、対象物に対して平行かつ鉛直な画像をいう。By the above calculation processing, the three-dimensional position and tilt of each camera are obtained in the coordinate system of the calibration subject.
Since it becomes possible to create a stereoscopically corrected deviation correction image based on these imaging parameters, it is possible to perform three-dimensional measurement by the stereo method. Stereoscopically viewable refers to an image in which vertical parallax is removed and which is parallel to and vertical to the object.
【0058】続いて、求められた撮影パラメータから、
実際の測定対象物1のステレオ画像を偏位修正処理し、
立体視可能な画像に再構成する(S70)。偏位修正画
像とは、図12のように、各画像の縦視差が除去され
(水平ラインが等しい)、各画像の歪が除去された画像
である。図12は偏位修正処理の一例を示す図で、処理
前と処理後を左右の画像について説明してある。偏位修
正処理により、左右の画像の縦視差が除去され、水平ラ
インが等しくなり、各画像の歪が除去された偏位修正画
像が得られる。Then, from the obtained photographing parameters,
The stereo image of the actual measurement object 1 is subjected to the deviation correction processing,
The image is reconstructed into a stereoscopically visible image (S70). The deviation corrected image is an image in which the vertical parallax of each image is removed (the horizontal lines are equal) and the distortion of each image is removed, as shown in FIG. FIG. 12 is a diagram showing an example of the deviation correction process, and illustrates the left and right images before and after the process. By the displacement correction processing, the vertical parallax of the left and right images is removed, the horizontal lines are made equal, and the displacement corrected image in which the distortion of each image is removed is obtained.
【0059】次に、測定対象物1の各測定面において、
測定対象物1の輪郭、特徴点を計測する(S80)。な
お、測定対象物1の各測定面は、校正用被写体11の各
基準側面111と密接に関連している。測定対象物1の
輪郭や特徴点の計測は、表示/図化部8のステレオ画像
の表示画像を見ながらマウス等で左右画像の対応点を指
示することで行なう。S80の計測処理は、各画像の撮
影パラメータより、測定対象物1に平行な偏位修正画像
が作成できているので、左右画像の対応点を指定するだ
けで、ステレオ法の原理からその位置の三次元座標が求
まる。Next, on each measurement surface of the measuring object 1,
The contours and characteristic points of the measuring object 1 are measured (S80). Note that each measurement surface of the measuring object 1 is closely related to each reference side surface 111 of the calibration subject 11. The contours and characteristic points of the measuring object 1 are measured by pointing the corresponding points of the left and right images with a mouse or the like while looking at the display image of the stereo image of the display / charging unit 8. In the measurement processing of S80, since the deviation correction image parallel to the measurement object 1 can be created from the imaging parameters of each image, only the corresponding points of the left and right images are designated, and the position of that position is determined by the principle of the stereo method. Three-dimensional coordinates can be obtained.
【0060】[ステレオ法]図13はステレオ法の原理
を説明する図である。ここでは、簡単のために同じカメ
ラを2台使用し、それぞれの光軸は平行でカメラレンズ
の主点から画像1,2が結像するCCD面までの距離a
が等しく、CCDは光軸に直角に置かれているものとす
る。また、2つの光軸間距離(基線長)をlとする。す
ると、物体上の点P1(x1、y1)、P2(x2、y
2)の座標の間には、以下のような関係がある。[Stereo Method] FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the stereo method. Here, for simplification, two same cameras are used, each optical axis is parallel, and the distance a from the principal point of the camera lens to the CCD surface where the images 1 and 2 are formed is a.
Are equal, and the CCD is placed at right angles to the optical axis. Further, the distance between the two optical axes (base line length) is l. Then, points P1 (x1, y1) and P2 (x2, y on the object
There is the following relationship between the coordinates of 2).
【0061】x1=ax/z −−−(8)
y1=y2=ay/z −−−(9)
x2−x1=al/z −−−(10)
但し、全体の座標系(x,y,z)の原点をカメラ1の
レンズ主点にとるものとする。そして、式(10)より
zを求め、これを用いて式(8)、式(9)よりx,y
が求められる。X1 = ax / z --- (8) y1 = y2 = ay / z --- (9) x2-x1 = al / z --- (10) However, the whole coordinate system (x, y , Z) is the origin of the lens of the camera 1. Then, z is obtained from the equation (10), and using this, x and y are obtained from the equation (8) and the equation (9).
Is required.
【0062】なお、S90にて自動計測を行う場合は、
S80にて測定対象物1の輪郭を指定することにより、
自動計測範囲を設定することになる。従って特徴点は計
測しなくとも、S90の自動測定のために概略の輪郭
(自動測定範囲)を各画像につき指定するだけでも良
い。自動測定範囲は、測定対象物1までの距離情報や特
徴点抽出処理等の画像処理を利用して自動設定すること
も可能である。特徴点を計測した場合、これらデータは
自動計測の初期値としても利用される。また、測定面全
面の三次元計測は必要なく、特徴点の計測だけ必要なと
きは、次のS90の処理は行わずとも、S80にて計測
されたデータのみを使用すればよい。但し、S90の処
理を行わない場合、正確な画像成果品は作成できなくな
る。When performing automatic measurement in S90,
By specifying the contour of the measuring object 1 in S80,
The automatic measurement range will be set. Therefore, the feature points may not be measured, but only the outline (automatic measurement range) may be designated for each image for the automatic measurement in S90. The automatic measurement range can be automatically set by using distance information to the measurement target 1 and image processing such as feature point extraction processing. When the characteristic points are measured, these data are also used as initial values for automatic measurement. Further, when it is not necessary to perform three-dimensional measurement of the entire measurement surface and only measurement of the characteristic points is necessary, only the data measured in S80 may be used without performing the processing of the next S90. However, if the process of S90 is not performed, an accurate image product cannot be created.
【0063】続いて、自動計測(ステレオマッチング)
を行なう(S90)。ステレオマッチング処理には、正
規化相関処理を用いたエリアベースのマッチングを利用
する。また、S80で特徴点を計測してあれば、それら
情報も利用する。これにより対象物表面の密な三次元座
標を取得することが可能となる。Subsequently, automatic measurement (stereo matching)
Is performed (S90). Area-based matching using normalized correlation processing is used for the stereo matching processing. If the characteristic points are measured in S80, those pieces of information are also used. This makes it possible to acquire dense three-dimensional coordinates on the surface of the object.
【0064】[正規化相関法]次に、正規化相関処理に
ついて説明する。図9に示すように、例えば左画像中の
N1×N1画素の画像を右画像から探索したいテンプレ
ート画像とし、右画像の同一ライン上で探索を行う。そ
して、数5にて定義される相関係数C(a,b)が最大に
なる点が求める画像の位置である。[Normalized Correlation Method] Next, the normalized correlation processing will be described. As shown in FIG. 9, for example, an image of N1 × N1 pixels in the left image is used as a template image to be searched from the right image, and the search is performed on the same line of the right image. Then, the point where the correlation coefficient C (a, b) defined by the equation 5 becomes maximum is the position of the image to be obtained.
【0065】[0065]
【数5】 [Equation 5]
【0066】自動計測によって算出された対応点座標に
より、その位置の三次元座標が、式(8)、(9)、
(10)により算出される。そして、測定対象物1の各
測定面におけるステレオペアの処理がすべて終了したら
終了する(S100)。終了していなかったら、S40
〜S90までの処理を測定対象物1の各測定面のステレ
オペア画像について処理を施す。From the corresponding point coordinates calculated by the automatic measurement, the three-dimensional coordinates of the position are expressed by the equations (8), (9),
It is calculated by (10). Then, when the processing of the stereo pair on each measurement surface of the measuring object 1 is completed, the processing is ended (S100). If not, S40
The processes from S90 to S90 are performed on the stereo pair images of the respective measurement surfaces of the measuring object 1.
【0067】これら計測された三次元座標によって、画
像成果物作成が可能となる。画像成果物は、三次元座標
値を元に作成されるため、三次元座標値が多ければ多い
ほど正確な画像成果品が作成できる。また、各測定面に
おける座標系は校正用被写体11の座標系なので、その
まま測定対象物1の各測定面の画像を統合するだけで、
測定対象物1を全周からみた画像が作成される。By using these measured three-dimensional coordinates, it is possible to create an image product. Since the image product is created based on the three-dimensional coordinate value, the more the three-dimensional coordinate value is, the more accurate the image product can be created. Further, since the coordinate system on each measurement surface is the coordinate system of the calibration subject 11, it is possible to simply integrate the images of the measurement surfaces of the measurement object 1 as they are,
An image of the measuring object 1 viewed from the entire circumference is created.
【0068】次に、図7のS5の図化について説明す
る。例えば、三次元座標が求まっていれば、これらを元
に正射投影画像を作成することができる。図14は中心
投影画像と正射投影画像との相違を説明する図である。
レンズにより撮影した画像は、被写体をレンズの主点か
ら撮影しているので、中心投影となっていて像に歪があ
る。これに対して正射投影画像は、被写体を無限遠に位
置するレンズにて平行投影とした画像で、地図のよう
に、画像そのものに正確な被写体の寸法が現れている。Next, the visualization of S5 in FIG. 7 will be described. For example, if three-dimensional coordinates are obtained, an orthographic projection image can be created based on these. FIG. 14 is a diagram for explaining the difference between the central projection image and the orthographic projection image.
The image captured by the lens is a central projection because the subject is captured from the principal point of the lens, and the image is distorted. On the other hand, an orthographic projection image is an image in which a subject is parallel-projected by a lens located at infinity, and accurate dimensions of the subject appear in the image itself like a map.
【0069】従って正射投影画像を作成すれば、測定対
象物1の図面化を行なう際に、その正射投影画像上をな
ぞれば、図面を容易に作成することが可能となる。従来
の埋蔵文化財のような実物を傍において見ながら図化す
る作業と比較して、正射投影画像によれば多大な省力化
が可能であると同時に、その寸法精度も正確なものとな
る。すなわち、誰でも簡単に精度よい図化が可能とな
る。また、図面化せずとも、ステレオ画像や正射投影画
像からいつでも測定対象物1の再現、図化が可能となる
為、ステレオ画像や正射投影画像の状態で保存しても大
変利用価値が高い。Therefore, if an orthographic projection image is created, it is possible to easily create a drawing by tracing over the orthographic projection image when plotting the measurement object 1. Compared to the conventional work of visualizing an actual object such as a buried cultural property while looking at it, orthographic projection images can save a lot of labor, and at the same time, its dimensional accuracy can be accurate. . That is, anyone can easily and accurately plot. Moreover, since it is possible to reproduce and plot the measuring object 1 from a stereo image or an orthographic projection image at any time without making it into a drawing, it is very useful even if saved as a stereo image or an orthographic projection image. high.
【0070】図15は本発明の第2の実施の形態を説明
する要部構成図で、測定対象物、校正用被写体、並びに
ステレオ撮影部の位置関係を示してある。第1の実施の
形態では、ステレオ撮影部3は各ステレオ撮影方向毎に
ステレオ撮影ユニットを有しており、各2台の撮像装置
3R、3Lはステレオ撮影ユニットとして組を形成して
いる。これに対して、第2の実施の形態では、ステレオ
撮影部3は独立して配置された撮像装置10A、10
B、…、10Hにて構成されている。校正用被写体11
として断面矩形のフレーム体を用いているので、4方向
のステレオ撮影方向が得られるように8台の撮像装置が
ステレオ撮影部3として配置されている。FIG. 15 is a main part configuration diagram for explaining the second embodiment of the present invention, and shows the positional relationship between the measurement object, the calibration object, and the stereo photographing section. In the first embodiment, the stereo photographing unit 3 has a stereo photographing unit for each stereo photographing direction, and each of the two image pickup devices 3R and 3L forms a set as a stereo photographing unit. On the other hand, in the second embodiment, the stereo image pickup unit 3 has the image pickup devices 10A and 10A arranged independently.
B, ..., 10H. Calibration subject 11
Since a frame body having a rectangular cross section is used as, the eight imaging devices are arranged as the stereo imaging unit 3 so as to obtain four stereo imaging directions.
【0071】各撮像装置10A、10B、…、10H
は、基準方位(例えば北極星の方位N)を基準に右回り
に其々配置角θA、θB、…、θHにて配置され、測定
対象物1との距離は其々dA、dB、…、dHにて配置
されている。そして、各撮像装置10A、10B、…、
10Hにより測定対象物1と校正用被写体11を同時に
撮影すると共に、隣接する撮像装置10A、10B、
…、10H相互での重複撮影領域をステレオ撮影された
画像データとして、撮影パラメータ演算手段5と表面形
状測定手段6にて取扱う構成とするとよい。Image pickup devices 10A, 10B, ..., 10H
Are arranged clockwise with reference to the reference azimuth (for example, the azimuth N of the north star) at respective arrangement angles θA, θB, ..., θH, and the distances to the measurement object 1 are dA, dB ,. It is located at. Then, the imaging devices 10A, 10B, ...
10H simultaneously captures the object 1 to be measured and the calibration subject 11, and the adjacent imaging devices 10A, 10B,
It is advisable that the photographing parameter calculation means 5 and the surface shape measuring means 6 handle the overlapping photographing areas of 10H as image data photographed in stereo.
【0072】このように構成されたステレオ撮影部を用
いても、図2のステレオ撮影部でステレオ撮影した画像
の信号処理機能を用いて、第1の実施の形態と同様な処
理過程にて同様な測定対象物1の表面形状が得られる。Even if the stereo image pickup unit configured as described above is used, the same processing steps as those in the first embodiment are performed by using the signal processing function of the image taken in stereo by the stereo image pickup unit in FIG. The surface shape of the measurement target 1 is obtained.
【0073】図16は本発明の第3の実施の形態を説明
する構成ブロック図である。第1の実施の形態では、ス
テレオ撮影部3として各ステレオ撮影方向にて測定対象
物1と校正用被写体11を同時に撮影できる撮像装置3
R、3Lを備えたステレオ撮影ユニットが複数組用意さ
れる場合を示している。第2の実施の形態では、ステレ
オ撮影部3として各撮影方向にて測定対象物1と校正用
被写体11を同時に撮影できる撮像装置10A、10
B、…、10Hが用意される場合を示している。しか
し、ステレオ撮影方向の数が多くなると、撮像装置を必
要台数確保するのも設備的に困難となる。そして、少な
い撮像装置にて、測定対象物1と校正用被写体11を各
ステレオ撮影方向にて撮影する装置の需要も少なくな
い。第3の実施の形態では、一組のステレオ撮影ユニッ
トにより各ステレオ撮影方向での撮影を行う装置を示し
ている。FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of a third embodiment of the present invention. In the first embodiment, the stereoscopic imaging unit 3 is an imaging device 3 capable of simultaneously imaging the measurement object 1 and the calibration subject 11 in each stereoscopic imaging direction.
The case where a plurality of sets of stereo imaging units including R and 3L are prepared is shown. In the second embodiment, as the stereo image capturing unit 3, the image capturing apparatuses 10A and 10A capable of simultaneously capturing the measurement object 1 and the calibration subject 11 in each image capturing direction.
10 shows the case where B, ..., 10H are prepared. However, if the number of stereo image capturing directions increases, it becomes difficult in terms of equipment to secure the required number of image capturing devices. In addition, there is a considerable demand for a device that captures the measurement target 1 and the calibration subject 11 in each stereo image capturing direction with a small number of image capturing devices. The third embodiment shows an apparatus that performs shooting in each stereo shooting direction by a pair of stereo shooting units.
【0074】図16において、テーブル2には測定対象
物1と校正用被写体11が同時に設置される。相対位置
変更部4は、テーブル2をζ方向に回転させる機構を有
しており、モータのような回転駆動部41、回転駆動部
41の駆動力によりテーブル2を回転させるテーブル回
転軸42、ステレオ撮影部連結棒43を備えている。ス
テレオ撮影部連結棒43は、テーブル2とステレオ撮影
ユニット9との間隔dを一定値に保持すると共に、撮像
装置取付体91に取付けられた2台の撮像装置9R、9
Lがテーブル2方向を向く姿勢に保持している。なお、
回転駆動部41はテーブル2を数度程度の精度で位置決
めできる駆動力があれば良いので、作業者によって回転
されるハンドルや取っ手でもよい。In FIG. 16, the measurement object 1 and the calibration subject 11 are simultaneously installed on the table 2. The relative position changing unit 4 has a mechanism that rotates the table 2 in the ζ direction, and includes a rotation driving unit 41 such as a motor, a table rotation shaft 42 that rotates the table 2 by the driving force of the rotation driving unit 41, and a stereo. The imaging unit connecting rod 43 is provided. The stereo image capturing unit connecting rod 43 holds the distance d between the table 2 and the stereo image capturing unit 9 at a constant value, and the two image capturing devices 9R, 9 mounted on the image capturing device mounting body 91.
L is held in a position facing the direction of the table 2. In addition,
The rotary drive unit 41 may be a handle or a handle rotated by an operator as long as it has a driving force capable of positioning the table 2 with an accuracy of about several degrees.
【0075】ステレオ撮影ユニット9は、CCD(Charg
e-coupled Devices)、デジタルカメラ、写真フィルム式
カメラ等の2台の撮像装置9R、9Lが、例えば撮像装
置取付体としての棒体91に間隔lにて取付けられてい
る。2台の撮像装置9R、9Lの光軸は、測定対象物1
に対して大略平行になるように調整されている。ステレ
オ撮影ユニット9が測定対象物1を撮影する方向θは、
テーブル回転軸42に設けられた回転角度センサの測定
信号として撮影パラメータ演算手段5と表面形状測定手
段6に送られたり、或いはステレオ撮影画像データに撮
影角度情報として紐付けされる。The stereo photographing unit 9 includes a CCD (Charg
Two image pickup devices 9R and 9L such as an e-coupled device), a digital camera, and a photographic film type camera are attached to a rod body 91 as an image pickup device attachment body at an interval l. The optical axes of the two imaging devices 9R and 9L are the measurement target 1
It is adjusted to be almost parallel to. The direction θ in which the stereoscopic photographing unit 9 photographs the measuring object 1 is
It is sent as a measurement signal of a rotation angle sensor provided on the table rotation shaft 42 to the photographing parameter calculation means 5 and the surface shape measuring means 6, or is associated with stereo photographed image data as photographing angle information.
【0076】校正用被写体11は、図4に示す形態のも
のを用いても良く、或いは、基準点マーク113が基準
側面111に対して凸凹状に変位している三次元基準点
マーク113E付きの立体型校正用被写体11Eを用い
ても良い。立体型校正用被写体11Eでは、単一の基準
側面111としての正面に、少なくとも6個の三次元基
準点マーク113Eが設けられている。ステレオ撮影制
御部12は、回転駆動部41により測定対象物1の載置
されたテーブル2を回転させて、測定対象物1をステレ
オ撮影部3としてのステレオ撮影ユニット9により複数
の方向から撮像させるもので、例えばPLC(プログラ
マブル・ロジック・コントローラ)に制御プログラムを
搭載して構成する。The calibration subject 11 may be of the form shown in FIG. 4, or may have a three-dimensional reference point mark 113E in which the reference point mark 113 is displaced in a concave-convex manner with respect to the reference side surface 111. The stereoscopic calibration subject 11E may be used. In the stereoscopic calibration subject 11E, at least six three-dimensional reference point marks 113E are provided on the front surface as the single reference side surface 111. The stereoscopic imaging control unit 12 rotates the table 2 on which the measurement target 1 is placed by the rotation driving unit 41, and causes the stereoscopic imaging unit 9 as the stereo imaging unit 3 to image the measurement target 1 from a plurality of directions. The control program is mounted on a PLC (programmable logic controller), for example.
【0077】図17は第3の実施の形態における相対位
置変更部の変形実施例を示す構成ブロック図である。相
対位置変更部4は、ここでは回転駆動部41、テーブル
2の支持軸44、並びにステレオ撮影部回転棒45を備
えている。ステレオ撮影部回転棒45は、テーブル2と
ステレオ撮影ユニット9との間隔dを一定値に保持する
と共に、撮像装置取付体91に取付けられた2台の撮像
装置9R、9Lをテーブル2方向に保持している。ステ
レオ撮影制御部12は、回転駆動部41によりステレオ
撮影部回転棒45をテーブル2の支持軸44を回転中心
として、回転させることにより、ステレオ撮影ユニット
9の撮影方向を移動させて、測定対象物1をステレオ撮
影ユニット9により複数の方向から撮像させるFIG. 17 is a structural block diagram showing a modified example of the relative position changing unit in the third embodiment. The relative position changing unit 4 is provided with a rotation driving unit 41, a support shaft 44 of the table 2 and a stereo photographing unit rotating rod 45 here. The stereo photographing unit rotary rod 45 holds the distance d between the table 2 and the stereo photographing unit 9 at a constant value, and also holds the two image pickup devices 9R and 9L attached to the image pickup device attachment 91 in the table 2 direction. is doing. The stereoscopic imaging control unit 12 rotates the stereoscopic imaging unit rotating rod 45 with the support shaft 44 of the table 2 as the center of rotation by the rotation driving unit 41, thereby moving the imaging direction of the stereoscopic imaging unit 9 and measuring object. 1 is imaged from a plurality of directions by the stereo imaging unit 9.
【0078】このように構成された図16並びに図17
の装置における測定手順について説明する。計測手順フ
ローは、図7に示した測定対象物の計測手順の全体を概
括的に説明するフローチャートと同様である。特にS2
において、ステレオ撮影ユニット9によって測定対象物
1の各測定面に対してステレオ撮影する際に、ステレオ
撮影ユニット9の撮影方向が測定対象物1の各測定面に
向くように、テーブル2又はステレオ撮影ユニット9を
回転させる。テーブル2又はステレオ撮影ユニット9の
回転角θは、測定対象物1の測定面数により角度を決
め、手動もしくは自動で行う。他の処理は、第1の実施
の形態と同様である。FIG. 16 and FIG. 17 configured in this way
The measurement procedure in the device will be described. The flow of the measurement procedure is the same as the flowchart that generally describes the entire measurement procedure of the measurement object illustrated in FIG. 7. Especially S2
At the time of performing stereo imaging on each measurement surface of the measurement object 1 by the stereo imaging unit 9, the table 2 or the stereo imaging is performed so that the imaging direction of the stereo imaging unit 9 faces each measurement surface of the measurement object 1. Rotate the unit 9. The rotation angle θ of the table 2 or the stereo imaging unit 9 is determined manually depending on the number of measurement surfaces of the measurement object 1 and is performed manually or automatically. Other processes are the same as those in the first embodiment.
【0079】また、三次元計測処理のフローチャート
も、図8に示した三次元計測処理を説明するフローチャ
ートと全く同様の処理となる。なお、S20とS30
は、図8に示した処理でも良いが、回転駆動部41に角
度検出機構を設けることにより、S20の各画像と測定
面の対応を行う処理は、画像処理をせずとも回転角θに
よって測定面の対応を判定することが可能となる。ま
た、S30のステレオペア決定において、測定対象物1
の各測定面において撮影順番を例えば左→右画像、と決
めておけば校正用被写体11に側面基準ターゲット11
2が設けられていなくとも処理可能である。但し、校正
用被写体11に側面基準ターゲット112を設けておけ
ば、基準側面111の認識が確実に行われる。The flowchart of the three-dimensional measurement process is also the same as the flowchart for explaining the three-dimensional measurement process shown in FIG. Note that S20 and S30
8 may be the process shown in FIG. 8, but by providing the angle detection mechanism in the rotation drive unit 41, the process of associating each image in S20 with the measurement surface is performed by the rotation angle θ without performing image processing. It is possible to determine the correspondence between the surfaces. Further, in the stereo pair determination in S30, the measurement target 1
If the shooting order is set to, for example, left-right image on each measurement surface of the
It is possible to process even if 2 is not provided. However, if the side surface reference target 112 is provided on the calibration subject 11, the reference side surface 111 is surely recognized.
【0080】図18は、本発明の第4の実施の形態を説
明する構成ブロック図である。第3の実施の形態におい
ては、テーブル2の上に測定対象物1と校正用被写体1
1が同時に載置される場合を示しているが、測定対象物
1を多様な撮影方向から撮影する場合には、測定対象物
1が校正用被写体11の影になったり、或いは撮影方向
を変更するたびに校正用被写体11の設置位置を変更す
る必要があった。FIG. 18 is a configuration block diagram for explaining the fourth embodiment of the present invention. In the third embodiment, the measurement target 1 and the calibration subject 1 are placed on the table 2.
1 shows the case where the measurement object 1 is placed at the same time, but when the measurement object 1 is photographed from various photographing directions, the measurement object 1 becomes a shadow of the calibration subject 11, or the photographing direction is changed. It was necessary to change the installation position of the calibration subject 11 each time.
【0081】第4の実施の形態においては、相対位置変
更部4として、回転駆動部41、テーブル回転軸42、
並びにステレオ撮影部・校正体連結棒47を備えてい
る。ステレオ撮影部・校正体連結棒47は、テーブル2
とステレオ撮影ユニット9との間隔dを一定値に保持
し、テーブル2と立体型校正用被写体11Eとの間隔d
1を一定値に保持すると共に、撮像装置取付体91に取
付けられた2台の撮像装置9R、9Lがテーブル2方向
を向く姿勢に保持している。ステレオ撮影制御部12
は、回転駆動部41により測定対象物1の載置されたテ
ーブル2を回転させて、測定対象物1をステレオ撮影部
3としてのステレオ撮影ユニット9により複数の方向か
ら撮像させる。In the fourth embodiment, as the relative position changing unit 4, the rotary drive unit 41, the table rotary shaft 42,
In addition, a stereo photographing unit / calibrator connecting rod 47 is provided. The stereo photographing unit / calibrator connecting rod 47 is the table 2
The distance d between the stereo photographing unit 9 and the stereo photographing unit 9 is kept constant, and the distance d between the table 2 and the stereoscopic calibration subject 11E is d.
1 is held at a constant value, and the two image pickup devices 9R and 9L attached to the image pickup device attachment 91 are held in a posture facing the table 2 direction. Stereo shooting control unit 12
The rotation driving unit 41 rotates the table 2 on which the measurement target 1 is placed, and the stereoscopic imaging unit 9 as the stereo imaging unit 3 images the measurement target 1 from a plurality of directions.
【0082】このように構成された装置において、相対
位置変更部4により測定対象物1を載せたテーブル2が
ζ方向に回転しても、ステレオ撮影ユニット9の撮影す
る画像には、測定対象物1の背景として立体型校正用被
写体11Eの正面が常に写される。この場合、測定対象
物1を撮影する方向が何れの場合であっても、立体型校
正用被写体11Eの正面がステレオ撮影ユニット9の撮
影する画像に撮影される。従って、立体型校正用被写体
11Eでは、単一の基準側面111について三次元基準
点マーク113Eが設けられているが、相対位置変更部
4により測定対象物1を載せたテーブル2がζ方向に回
転させると、三次元基準点マーク113Eは、測定対象
物1を仮想的に囲むようにして配置されたのと同様とな
る。In the apparatus configured as described above, even if the table 2 on which the measuring object 1 is placed is rotated in the ζ direction by the relative position changing section 4, the image taken by the stereoscopic photographing unit 9 still shows the measuring object. As a background of 1, the front surface of the stereoscopic calibration subject 11E is always photographed. In this case, the front surface of the stereoscopic calibration subject 11E is captured in the image captured by the stereoscopic imaging unit 9, regardless of the direction in which the measurement target 1 is captured. Therefore, in the stereoscopic calibration subject 11E, the three-dimensional reference point mark 113E is provided on the single reference side surface 111, but the relative position changing unit 4 rotates the table 2 on which the measurement target 1 is placed in the ζ direction. Then, the three-dimensional reference point mark 113E becomes the same as that arranged so as to virtually surround the measuring object 1.
【0083】即ち、ステレオ撮影制御部12によりテー
ブル2を例えば0°、90°、180°、270°と回
転させて測定対象物1を4方向から撮影した場合、ステ
レオ撮影ユニット9の撮影した画像に写る立体型校正用
被写体11Eは、実質的に図4(A)に示すような校正
用被写体11として断面矩形のフレーム体を載せて撮影
したのと同等になる。また、ステレオ撮影制御部12に
よりテーブル2を例えば0°、60°、120°、18
0°、240°、300°と回転させて測定対象物1を
6方向から撮影した場合、ステレオ撮影ユニット9の撮
影した画像に写る立体型校正用被写体11Eは、実質的
に図4(B)に示すような校正用被写体11として断面
六角形のフレーム体を載せて撮影したのと同等になる。That is, when the table 2 is rotated by, for example, 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° by the stereoscopic photographing control section 12 and the measuring object 1 is photographed from four directions, the image photographed by the stereoscopic photographing unit 9 is taken. The three-dimensional calibration subject 11E shown in FIG. 4 is substantially equivalent to the one obtained by mounting a frame body having a rectangular cross section as the calibration subject 11 as shown in FIG. In addition, the table 2 is set to 0 °, 60 °, 120 °, 18 by the stereo photographing control unit 12, for example.
When the measurement target 1 is photographed from 6 directions by rotating it by 0 °, 240 °, and 300 °, the stereoscopic calibration subject 11E shown in the image photographed by the stereo photographing unit 9 is substantially the same as that shown in FIG. This is equivalent to photographing with a frame body having a hexagonal cross section placed as the calibration subject 11 as shown in FIG.
【0084】図19は、本発明の第5の実施の形態を説
明する構成ブロック図である。第5の実施の形態では、
第4の実施の形態におけるステレオ撮影ユニット9の機
能を、単眼の撮像装置10とステレオ単方向制御部13
を用いて実現している。ステレオ単方向制御部13は、
相対位置変更部4の回転駆動部41によりテーブル2を
回転させて、測定対象物1と撮像装置10の位置関係を
移動させて、撮像装置10により第1の撮影方向と第2
の撮影方向とを用いてステレオ撮影を行うように制御す
る。ステレオ撮影制御部12は、ステレオ単方向制御部
13によりステレオ撮影を行うように撮像装置10の撮
影方向を制御して、測定対象物1を撮像装置10により
複数の方向からステレオ撮像させる。FIG. 19 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment,
The functions of the stereoscopic imaging unit 9 in the fourth embodiment are the same as those of the monocular imaging device 10 and the stereo unidirectional controller 13.
It is realized by using. The stereo unidirectional control unit 13
The table 2 is rotated by the rotation driving unit 41 of the relative position changing unit 4 to move the positional relationship between the measurement target 1 and the imaging device 10, and the imaging device 10 sets the first imaging direction and the second imaging direction.
The stereoscopic shooting is controlled by using the shooting direction of. The stereoscopic imaging control unit 12 controls the imaging direction of the imaging device 10 so that the stereo unidirectional control unit 13 performs stereo imaging so that the imaging device 10 stereoscopically images the measurement target 1 from a plurality of directions.
【0085】図20は第3乃至第5の実施の形態に用い
られる校正用被写体の他の例を示す平面図である。第3
乃至第5の実施の形態に用いられる立体型校正用被写体
11Eとしては、単一の基準側面方向が計測可能であれ
ば充分なので、屏風型校正用被写体11Fとしてもよ
い。屏風型校正用被写体11Fは、中央の基準側面11
1Fと、この基準側面111Fの左右に設けられた傾斜
側面111Hを有している。基準側面111Fには、基
準点マーク113Fが6個配置されている。左右の傾斜
側面111Hには、それぞれ基準点マーク113Hが3
個配置されている。基準点マーク113Fを基準とする
と、基準点マーク113Hは3次元状に突き出した形状
となっている。FIG. 20 is a plan view showing another example of the calibration subject used in the third to fifth embodiments. Third
It is sufficient for the stereoscopic calibration subject 11E used in the fifth embodiment as long as a single reference lateral direction can be measured, and thus the folding screen calibration subject 11F may be used. The folding screen type calibration subject 11F is the reference side surface 11 in the center.
1F and inclined side surfaces 111H provided on the left and right of the reference side surface 111F. Six reference point marks 113F are arranged on the reference side surface 111F. The reference point marks 113H are respectively formed on the left and right inclined side surfaces 111H.
Individually arranged. With reference to the reference point mark 113F, the reference point mark 113H has a three-dimensionally protruding shape.
【0086】図21は屏風型校正用被写体を用いた測定
対象物の画像を説明する図である。ステレオ撮影ユニッ
ト9が撮影する撮影画像データには、測定対象物1と屏
風型校正用被写体11Fが同時に写っている。屏風型校
正用被写体11Fは段差のある基準点マーク113Fと
基準点マーク113Hを有しているので、測定対象物1
の正面形状ばかりでなく、側面形状も計測可能となる。FIG. 21 is a diagram for explaining an image of a measuring object using a folding screen type calibration subject. The measurement object 1 and the folding screen type calibration subject 11F are simultaneously captured in the captured image data captured by the stereoscopic imaging unit 9. Since the folding screen type calibration subject 11F has the reference point mark 113F and the reference point mark 113H having steps, the measurement object 1
Not only the front shape but also the side shape can be measured.
【0087】図22は第4又は第5の実施の形態におけ
る屏風型校正用被写体の等価フレーム体を説明する斜視
図である。第4又は第5の実施の形態において、立体型
校正用被写体11Eに代えて屏風型校正用被写体11F
をテーブル2に置く。そして、テーブル2を例えば0
°、90°、180°、270°と回転させて測定対象
物1を4方向から撮影した場合、ステレオ撮影ユニット
9又は撮像装置10の撮影した画像に写る屏風型校正用
被写体11Fは、実質的に図22に示すような校正用被
写体11Gとして断面星形のフレーム体を載せて撮影し
たのと同等になる。FIG. 22 is a perspective view for explaining an equivalent frame body of a folding screen type calibration subject in the fourth or fifth embodiment. In the fourth or fifth embodiment, a folding screen type calibration subject 11F is used instead of the stereoscopic calibration subject 11E.
Put on table 2. Then, the table 2 is set to 0
When the measuring object 1 is photographed from four directions by rotating the object at 1 °, 90 °, 180 °, and 270 °, the folding screen type calibration subject 11F shown in the image photographed by the stereo photographing unit 9 or the imaging device 10 is substantially the same. 22 is equivalent to the case where a frame body having a star-shaped cross section is placed as a photographic subject 11G for calibration as shown in FIG.
【0088】第1乃至第5の実施の形態においては、複
数の方向からステレオ撮影する場合を説明したが、単一
の方向からステレオ撮影しても良い。例えば、測定対象
物1として土砂運搬車のような粒体積載量を測定するア
プリケーションに適用することができる。土砂運搬車に
おいては過積載が行われる場合が少なくないが、過積載
の土砂運搬車に対して高架道路での走行を許可すると、
高架道路の寿命に対して深刻な影響を与える。そこで、
土砂運搬車の積載している土砂の容量を測定する用途が
ある。In the first to fifth embodiments, the case where stereo photography is performed from a plurality of directions has been described, but stereo photography may be performed from a single direction. For example, the measurement object 1 can be applied to an application such as a sediment carrier that measures a particle load. There are many cases where overloading is carried out in a sediment carrier, but if an overloaded sediment carrier is allowed to travel on an elevated road,
It has a serious impact on the life of elevated roads. Therefore,
There is an application to measure the volume of sediment loaded by a sediment carrier.
【0089】図23は本発明の第6の実施の形態を説明
する構成ブロック図である。ステレオ撮影ユニット9
が、測定対象物1としての土砂運搬車の上側に設置され
ている。このステレオ撮影ユニット9は、紙面方向に複
数組設けられて、複数方向からステレオ撮影が行われ
る。なお、ステレオ撮影ユニット9は、紙面方向以外に
複数組設けられて、ステレオ撮影しても差し支えない。
他方、三次元基準点マーク113Eが地表に少なくとも
6点設置されている。三次元基準点マーク113Eの集
合体が、校正用被写体となる。ここでは、土砂運搬車が
走行しやすいように、三次元基準点マーク113Eは右
側と左側に区分して、右側と左側にそれぞれ3箇所設け
られている。FIG. 23 is a block diagram showing the configuration of a sixth embodiment of the present invention. Stereo shooting unit 9
Is installed on the upper side of the earth and sand carrier as the measurement object 1. A plurality of sets of the stereo photographing units 9 are provided in the paper surface direction, and stereo photographing is performed from the plural directions. Note that a plurality of stereo photographing units 9 may be provided in a direction other than the plane of the drawing, and stereo photographing may be performed.
On the other hand, at least six three-dimensional reference point marks 113E are installed on the ground surface. An aggregate of the three-dimensional reference point marks 113E becomes a calibration subject. Here, the three-dimensional reference point mark 113E is divided into a right side and a left side, and three places are provided on each of the right side and the left side so that the earth and sand carrier can easily travel.
【0090】このように構成された装置においては、土
砂運搬車を右側と左側の三次元基準点マーク113Eの
間を走らせ、ステレオ撮影ユニット9にてステレオ撮影
する。そして、ステレオ撮影された画像を撮影パラメー
タ演算手段5と表面形状測定手段6にて処理すれば、土
砂運搬車に積載された土砂の表面形状が測定できる。そ
こで、測定された土砂の表面形状を、土砂運搬車につい
て適宜の手法で積分すれば、土砂運搬車に積載された土
量が測定できる。In the apparatus configured as described above, the earth and sand carrier is run between the right and left three-dimensional reference point marks 113E, and the stereo photographing unit 9 performs stereo photographing. Then, if the stereoscopically photographed image is processed by the photographing parameter calculating means 5 and the surface shape measuring means 6, the surface shape of the earth and sand loaded on the earth and sand carrier can be measured. Therefore, by integrating the measured surface shape of the earth and sand by an appropriate method for the earth and sand carrier, the amount of earth loaded on the earth and sand carrier can be measured.
【0091】なお、第1乃至第5の実施の形態において
は、埋蔵文化財のように測定対象物1を全周からみた画
像が必要な場合を例に説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、例えば人体や機械構造物のように
正面と左右の側面の表面形状を正確に測定する必要があ
るが、背面に付いては大略が判れば良いという用途で
は、必要とされる範囲のステレオ画像の得られる撮影角
度θを適宜複数選択すればよい。In the first to fifth embodiments, the case where the image of the measuring object 1 viewed from the entire circumference like the buried cultural property is required has been described, but the present invention is not limited to this. However, it is necessary to accurately measure the surface shape of the front and left and right side surfaces, such as the human body and mechanical structures, but it is necessary for applications where the back surface needs to be roughly understood. It is only necessary to appropriately select a plurality of shooting angles θ at which a stereo image in a range to be obtained is obtained.
【0092】また第3、第4、第6の実施の形態におい
ては、ステレオ撮影ユニット9を用いて測定対象物1と
校正用被写体11を右撮影方向と左撮影方向から同時に
撮影する場合を示しているが、第5の実施の形態のよう
にステレオ撮影ユニット9に代えて単眼の撮像装置10
を用いて、測定対象物1と校正用被写体11を右撮影方
向と左撮影方向から逐次撮影して、ステレオ撮影しても
よい。Further, in the third, fourth and sixth embodiments, the case where the measurement object 1 and the calibration object 11 are simultaneously imaged from the right and left imaging directions using the stereoscopic imaging unit 9 is shown. However, as in the fifth embodiment, a monocular imaging device 10 is used instead of the stereo imaging unit 9.
Alternatively, the measurement object 1 and the calibration subject 11 may be sequentially photographed from the right photographing direction and the left photographing direction by using, and stereo photographing may be performed.
【0093】[0093]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面形状
測定装置によれば、測定対象物と、測定対象物の近傍に
配置される校正用被写体であって、あらかじめ立体的な
相対位置関係が定められている基準点を有する校正用被
写体とを、複数の方向からステレオ撮影するステレオ撮
影部と、ステレオ撮影部にてステレオ撮影された撮影画
像データから校正用被写体の基準点の像を抽出して、前
記基準点の位置からステレオ撮影する方向毎の撮影パラ
メータを求める撮影パラメータ演算手段と、撮影パラメ
ータと、基準点の像が抽出された撮影画像データにおけ
る測定対象物の像位置から、測定対象物の表面形状を求
める表面形状測定手段とを備えているので、測定対象物
とステレオ撮影部との位置決めは厳密に行われていなく
ても、正確な表面形状測定を行うことができる。As described above, according to the surface profile measuring apparatus of the present invention, the measurement object and the calibration subject arranged in the vicinity of the measurement object have a three-dimensional relative positional relationship in advance. A stereo shooting unit that stereo-shoots a calibration subject having a predetermined reference point from multiple directions, and an image of the reference point of the calibration subject is extracted from the captured image data captured in stereo by the stereo shooting unit. Then, from the position of the reference point, shooting parameter calculation means for obtaining a shooting parameter for each direction for stereo shooting, the shooting parameter, and the image position of the measurement object in the shot image data from which the image of the reference point is extracted, are measured. Since the surface shape measuring means for determining the surface shape of the object is provided, an accurate surface can be obtained even if positioning of the object to be measured and the stereo imaging unit is not strictly performed. Jo measurement can be carried out.
【0094】さらに、請求項5に記載の発明のように、
測定対象物の正射投影画像を作成すると、正射投影画像
を用いて測定対象物の表面形状が再現可能となり、画像
情報としてデーターベースを構築する場合の価値もあが
り、大変利用価値が高いものとなる。Further, as in the invention described in claim 5,
Creating an orthographic projection image of an object to be measured makes it possible to reproduce the surface shape of the object to be measured using the orthographic image, which increases the value of constructing a database as image information and is extremely useful. Becomes
【図1】 本発明の第1の実施の形態を説明する要部構
成図で、測定対象物、校正用被写体、並びにステレオ撮
影部の位置関係を示してある。FIG. 1 is a configuration diagram of main parts for explaining a first embodiment of the present invention, showing a positional relationship between a measurement target object, a calibration subject, and a stereo imaging unit.
【図2】 本発明の第1の実施の形態を説明する要部構
成ブロック図で、ステレオ撮影部でステレオ撮影した画
像の信号処理機能を説明している。FIG. 2 is a block diagram of a main configuration for explaining the first embodiment of the present invention, which illustrates a signal processing function of an image captured in stereo by a stereo capturing unit.
【図3】 測定対象物と校正用被写体をステレオ撮影し
た一対の画像の説明図で,(A)は左撮影方向、(B)
は右撮影方向を示している。FIG. 3 is an explanatory view of a pair of images obtained by stereo-photographing a measurement target and a calibration subject, where (A) is a left photographing direction and (B) is a diagram.
Indicates the right shooting direction.
【図4】 撮影パラメータの算出に用いられる校正用被
写体を説明する構成斜視図である。FIG. 4 is a configuration perspective view illustrating a calibration subject used to calculate a shooting parameter.
【図5】 校正用被写体に形成される基準点マークと側
面基準ターゲットの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of reference point marks and side reference targets formed on a calibration subject.
【図6】 基準点マークの位置を記述する三次元座標系
xyzの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a three-dimensional coordinate system xyz that describes the position of a reference point mark.
【図7】 図1及び図2の装置を用いた測定対象物の計
測手順の全体を概括的に説明するフローチャートであ
る。FIG. 7 is a flowchart for generally explaining an entire measuring procedure of a measuring object using the apparatus of FIGS. 1 and 2.
【図8】 三次元計測処理を説明するフローチャートで
ある。FIG. 8 is a flowchart illustrating a three-dimensional measurement process.
【図9】 残差逐次検定法及び正規化相関法に用いられ
るテンプレート画像と、左右の画像の関係を説明する図
である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a template image used in a residual sequential test method and a normalized correlation method and left and right images.
【図10】 モーメント法の説明図で、縦軸は測定値f
(x,y)、横軸は空間分布X,Yを表している。FIG. 10 is an explanatory diagram of the method of moments, in which the vertical axis represents the measured value f
(x, y), the horizontal axis represents the spatial distribution X, Y.
【図11】 モデル座標系XYZと左右のカメラ座標系
xyzを用いて標定計算を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating orientation calculation using a model coordinate system XYZ and left and right camera coordinate systems xyz.
【図12】 偏位修正処理の一例を示す図で、処理前と
処理後を左右の画像について説明してある。FIG. 12 is a diagram showing an example of the deviation correction process, and illustrates the left and right images before and after the process.
【図13】 ステレオ法の原理を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of the stereo method.
【図14】 中心投影画像と正射投影画像との相違を説
明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a difference between a central projection image and an orthographic projection image.
【図15】 本発明の第2の実施の形態を説明する要部
構成図で、測定対象物、校正用被写体、並びにステレオ
撮影部の位置関係を示してある。FIG. 15 is a main-part configuration diagram for explaining a second embodiment of the present invention, showing a positional relationship between a measurement target object, a calibration subject, and a stereo imaging unit.
【図16】 本発明の第3の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。FIG. 16 is a configuration block diagram illustrating a third embodiment of the present invention.
【図17】 第3の実施の形態における相対位置変更部
の変形実施例を示す構成ブロック図である。FIG. 17 is a configuration block diagram showing a modified example of the relative position changing unit in the third embodiment.
【図18】 本発明の第4の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。FIG. 18 is a configuration block diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention.
【図19】 本発明の第5の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。FIG. 19 is a configuration block diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
【図20】 第3乃至第5の実施の形態に用いられる校
正用被写体の他の例を示す平面図である。FIG. 20 is a plan view showing another example of the calibration subject used in the third to fifth embodiments.
【図21】 屏風型校正用被写体を用いた測定対象物の
画像を説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an image of a measurement target using a folding screen type calibration subject.
【図22】 屏風型校正用被写体の等価フレーム体を説
明する斜視図である。FIG. 22 is a perspective view illustrating an equivalent frame body of a folding screen calibration subject.
【図23】 本発明の第6の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。FIG. 23 is a configuration block diagram illustrating a sixth embodiment of the present invention.
1 測定対象物 2 テーブル 3 ステレオ撮影部 4 相対位置変更部 5 撮影パラメータ演算手段 6 表面形状測定手段 8 表示/図化部 9 ステレオ撮影ユニット 10 撮像装置 11 校正用被写体 1 Object to be measured 2 tables 3 Stereo shooting section 4 Relative position change section 5 Shooting parameter calculation means 6 Surface shape measuring means 8 Display / Plot 9 Stereo shooting unit 10 Imaging device 11 Calibration subject
フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA53 BB05 CC11 CC16 FF04 JJ03 JJ05 JJ26 QQ31 RR03 5B057 AA01 BA02 BA13 BA19 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB16 CD01 DA07 DB03 DB09 DC05 DC06 DC09 DC32 DC34 5L096 AA09 BA03 CA05 FA09 FA60 FA69 GA32 HA07 JA03 JA09Continued front page F term (reference) 2F065 AA53 BB05 CC11 CC16 FF04 JJ03 JJ05 JJ26 QQ31 RR03 5B057 AA01 BA02 BA13 BA19 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB16 CD01 DA07 DB03 DB09 DC05 DC06 DC09 DC32 DC34 5L096 AA09 BA03 CA05 FA09 FA60 FA69 GA32 HA07 JA03 JA09
Claims (12)
配置される校正用被写体であって、あらかじめ立体的な
相対位置関係が定められている基準点を有する前記校正
用被写体とを、複数の方向からステレオ撮影するステレ
オ撮影部と;前記ステレオ撮影部にてステレオ撮影され
た撮影画像データから前記基準点の像を抽出して、前記
基準点の位置からステレオ撮影する方向毎の撮影パラメ
ータを求める手段と;前記撮影パラメータと、前記基準
点の像が抽出された撮影画像データにおける前記測定対
象物の像位置から、前記測定対象物の表面形状を求める
手段とを備える;表面形状測定装置。1. An object to be measured and a subject to be calibrated which is arranged in the vicinity of the object to be measured and which has a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance, A stereo photographing unit for stereo photographing from a plurality of directions; a photographing parameter for each direction for stereo photographing from the position of the reference point by extracting an image of the reference point from photographed image data stereo-photographed by the stereo photographing unit And a means for determining the surface shape of the measurement target from the image position of the measurement target in the captured image data in which the image of the reference point is extracted; .
る方向毎にステレオ撮影ユニットを有する請求項1に記
載の表面形状測定装置。2. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, wherein the stereo photographing unit has a stereo photographing unit for each stereo photographing direction.
像装置により前記測定対象物を撮影すると共に、隣接す
る撮像装置相互での重複撮影領域をステレオ撮影として
取扱う請求項1に記載の表面形状測定装置。3. The surface shape according to claim 1, wherein the stereo image capturing unit captures the measurement object with a plurality of monocular image capturing devices and handles an overlapping image capturing area between adjacent image capturing devices as stereo image capturing. measuring device.
像部の基線長、前記ステレオ撮像部の撮影位置又は傾き
の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1記載
の表面形状測定装置。4. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the imaging parameter includes at least one of a baseline length of the stereo imaging unit, a shooting position of the stereo imaging unit, and an inclination.
表面形状測定装置において;さらに、前記ステレオ撮影
部の撮影したステレオ画像又は前記測定対象物の像位置
の少なくとも一方から、前記測定対象物の正射投影画像
を形成する手段を備える;表面形状測定装置。5. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, further comprising: the at least one of a stereo image captured by the stereo capturing unit and an image position of the measurement target. Means for forming an orthographic projection image of the object; a profilometer.
表面形状測定装置において;さらに、前記測定対象物と
前記ステレオ撮像部の位置関係を相対的に移動させる相
対位置変更部と;前記相対位置変更部により前記測定対
象物と前記ステレオ撮像部の少なくとも一方を移動させ
て、前記測定対象物を前記ステレオ撮影部により複数の
方向から撮像させるステレオ撮影制御部とを備え;前記
ステレオ撮影制御部の制御する複数の方向からのステレ
オ画像を得て、前記測定対象物の表面形状を求める表面
形状測定装置。6. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a relative position changing unit that relatively moves a positional relationship between the measurement object and the stereo imaging unit; A stereo image capturing control unit configured to move at least one of the measurement target object and the stereo image capturing unit by the relative position changing unit to cause the stereo image capturing unit to capture images of the measurement target object from a plurality of directions; A surface shape measuring apparatus that obtains stereo images from a plurality of directions controlled by a control unit and obtains the surface shape of the measurement object.
な相対位置関係が定められている基準点が配置された校
正用被写体を配置し;前記測定対象物と前記校正用被写
体の双方が撮影されるように、ステレオ撮影部により複
数の方向からステレオ撮影を行い;前記ステレオ撮影部
にて撮影されたステレオ画像から前記基準点の像を抽出
して、前記基準点の位置から撮影パラメータを求め;前
記撮影パラメータと、前記基準点の像が抽出されたステ
レオ画像における前記測定対象物の像位置から前記測定
対象物の表面形状を測定する;測定対象物の表面形状測
定方法。7. A calibration subject having a reference point whose stereoscopic relative positional relationship is determined in advance is disposed near the measurement target; both the measurement target and the calibration subject are photographed. As described above, the stereo photographing unit performs stereo photographing from a plurality of directions; the image of the reference point is extracted from the stereo image photographed by the stereo photographing unit, and the photographing parameter is obtained from the position of the reference point. Measuring the surface shape of the measurement object from the imaging parameter and the image position of the measurement object in the stereo image in which the image of the reference point is extracted;
コンピュータを;前記測定対象物の近傍に配置される校
正用被写体に設けられた基準点の配置位置を記憶する手
段;前記測定対象物と前記校正用被写体の双方が撮影さ
れるように、ステレオ撮影部により複数の方向からステ
レオ撮影を行なわせる撮影方向制御手段;前記ステレオ
撮影部にて撮影されたステレオ画像から前記基準点の像
を抽出して、前記基準点の位置から撮影パラメータを求
める手段;前記撮影パラメータと、前記基準点の像が抽
出されたステレオ画像における前記測定対象物の像位置
から前記測定対象物の表面形状を測定する手段;として
機能させるための測定対象物の表面形状測定プログラ
ム。8. A computer for measuring the surface shape of an object to be measured; means for storing an arrangement position of a reference point provided on a calibration subject arranged in the vicinity of the object to be measured; And a photographing direction control means for causing the stereo photographing unit to perform stereo photographing from a plurality of directions so that both the calibration subject and the calibration subject are photographed; an image of the reference point is formed from the stereo image photographed by the stereo photographing unit. A means for extracting and obtaining an imaging parameter from the position of the reference point; measuring the surface shape of the measurement object from the imaging parameter and the image position of the measurement object in the stereo image in which the image of the reference point is extracted. A program for measuring the surface shape of a measuring object to function as a means for performing.
傍に配置される校正用被写体であって、あらかじめ立体
的な相対位置関係が定められている基準点を有する前記
校正用被写体とを、所定の方向からステレオ撮影するス
テレオ撮影ユニットと;前記測定対象物と前記ステレオ
撮影ユニットの位置関係を相対的に移動させる相対位置
変更部と;前記相対位置変更部により前記測定対象物又
は前記ステレオ撮影ユニットの少なくとも一方を移動さ
せて、前記測定対象物を前記ステレオ撮影ユニットによ
り複数の方向から撮像させるステレオ撮影制御部と;前
記ステレオ撮影ユニットにてステレオ撮影された撮影画
像データから前記基準点の像を抽出して、前記基準点の
位置からステレオ撮影する方向毎の撮影パラメータを求
める手段と;前記撮影パラメータと、前記基準点の像が
抽出された撮影画像データにおける前記測定対象物の像
位置から前記測定対象物の表面形状を求める手段とを備
える;表面形状測定装置。9. An object to be measured and the object to be calibrated, which is arranged near the background of the object to be measured and has a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance. A stereo photographing unit for stereo photographing from a predetermined direction; a relative position changing unit for relatively moving a positional relationship between the measurement object and the stereo photographing unit; the measurement object or the stereo by the relative position changing unit A stereo image capturing control unit that moves at least one of the image capturing units to capture images of the measurement object from a plurality of directions by the stereo image capturing unit; Means for extracting an image and obtaining shooting parameters for each direction of stereo shooting from the position of the reference point; A surface shape measuring device comprising: a shadow parameter; and means for obtaining a surface shape of the measuring object from the image position of the measuring object in the captured image data in which the image of the reference point is extracted.
影ユニットによる前記複数の方向からのステレオ撮影が
行われている間、前記ステレオ撮影ユニットとの相対的
な位置関係が固定されている;請求項9に記載の表面形
状測定装置。10. The relative positional relationship between the calibration subject and the stereo photographing unit is fixed while stereo photographing is performed by the stereo photographing unit from the plurality of directions. 9. The surface profile measuring device according to item 9.
近傍に配置される校正用被写体であって、あらかじめ立
体的な相対位置関係が定められている基準点を有する前
記校正用被写体とを、撮影する単眼の撮像装置と;前記
測定対象物と前記撮像装置の位置関係を相対的に移動さ
せる相対位置変更部と;前記相対位置変更部により前記
測定対象物と前記撮像装置の位置関係を移動させて、第
1の撮影方向と第2の撮影方向とを用いて前記撮像装置
によりステレオ撮影を行うように制御するステレオ単方
向制御部と;前記相対位置変更部により前記測定対象物
又は前記撮像装置の少なくとも一方を移動させると共
に、前記ステレオ単方向制御部によりステレオ撮影を行
うように撮影方向を制御して、前記測定対象物を前記撮
像装置により複数の方向からステレオ撮像させるステレ
オ撮影制御部と;前記撮像装置にてステレオ撮影された
撮影画像データから前記基準点の像を抽出して、前記基
準点の位置からステレオ撮影する方向毎の撮影パラメー
タを求める手段と;前記撮影パラメータと、前記基準点
の像が抽出された撮影画像データにおける前記測定対象
物の像位置から前記測定対象物の表面形状を求める手段
とを備える;表面形状測定装置。11. An object to be measured and the object to be calibrated arranged near the background of the object to be measured, the object to be calibrated having a reference point having a three-dimensional relative positional relationship defined in advance. A monocular imaging device for photographing; a relative position changing unit that relatively moves the positional relationship between the measurement object and the imaging device; and a relative position changing unit that changes the positional relationship between the measurement object and the imaging device. A stereo unidirectional control unit that moves and controls the imaging device to perform stereo imaging using the first imaging direction and the second imaging direction; and the relative position changing unit to measure the object or the stereo object. While moving at least one of the imaging devices, the stereo unidirectional control unit controls the imaging direction so as to perform stereo imaging so that the imaging device can measure the object to be measured by a plurality of people. A stereo image capturing control unit for performing stereo image capturing from the direction; an image of the reference point is extracted from captured image data captured in stereo by the image capturing device, and image capturing parameters for each stereo shooting direction are obtained from the position of the reference point. And a means for determining the surface shape of the measurement target from the image position of the measurement target in the captured image data in which the image of the reference point is extracted;
項9乃至請求項11の何れか一つに記載の表面形状測定
装置によって測定された前記測定対象物のステレオ画像
から、前記測定対象物の表面状態を図化する表面状態図
化装置。12. The object to be measured from a stereo image of the object to be measured, which is measured by the surface shape measuring apparatus according to claim 1. Description: Surface condition plotting device for plotting the surface condition of the surface.
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