3次元計測装置及び方法並びにプログラム

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特許情報

発明の名称	3次元計測装置及び方法並びにプログラム
技術分野	IT, ものづくり
出願日	平成25年8月2日
出願番号	特願2013-161278
公開番号	特開2015-31601
登録番号
出願人	国立大学法人電気通信大学
発明者	工藤俊亮末廣尚士富沢哲雄
特許公報	PDFのダウンロードはこちらから
概要	【課題】計測誤差を増大させず、且つ、１台のカメラで撮像した入力画像を用いて物体等の３次元位置計測を行う。【解決手段】入力画像からの計測物体の３次元位置計測において、カメラと計測物体の相対位置関係を変えず、鏡とカメラの位置関係を変えて、カメラで鏡越しに撮像した複数の画像を入力画像として取得し、入力画像中に映る特徴パターンの位置とカメラの焦点距離に基づいて鏡平面座標を計算し、鏡平面を中心にカメラ座標を鏡映変換した鏡空間のカメラ座標系を計算して、入力画像中の計測物体の位置を用いてカメラ座標から計測物体の方向を示す光線を計算し、仮想カメラ座標原点を始点とし光線を鏡映変換したベクトルを仮想光線として計算して、複数の仮想光線の交点を計測物体の位置として算出する。【特許請求の範囲】【請求項１】入力画像から計測物体の位置を計測する装置であって、前記入力画像はカメラで鏡越しに撮像された画像であり、前記計測物体と、前記カメラからの位置姿勢関係が所定の関係である所定の特徴パターンが映っており、前記カメラと前記計測物体の相対位置関係を固定し、鏡とカメラの位置関係を可変可能として撮像された複数の画像が前記入力画像として入力され、前記入力画像中に映る特徴パターンの位置とカメラの焦点距離に基づいて算出された鏡空間中の特徴パターンの中心位置と、カメラから既知である実空間の特徴パターンの中心位置について、鏡映変換によって、実空間の特徴パターンと鏡空間の特徴パターンの中心点を結ぶ線分の中点を鏡平面座標の原点とし、前記線分と平行なベクトルを鏡平面座標の一つの座標軸とし、前記鏡平面座標原点を通り前記座標軸に垂直な平面を鏡平面として計算し、前記座標軸と前記鏡平面に任意に設定した２つの座標軸によって表される鏡平面座標を算出する鏡平面座標計算手段と、前記鏡平面を中心にカメラ座標を鏡映変換した鏡空間のカメラ座標系を算出する仮想カメラ座標計算手段と、入力画像中の計測物体の位置を用いてカメラ座標から計測物体の方向を示す光線を算出する光線計算手段と、前記仮想カメラ座標原点を始点とし、前記鏡平面を中心に前記光線を鏡映変換したベクトルを仮想光線として算出する仮想光線計算手段を備え、複数の入力画像各々に基づいて算出された複数の仮想光線の交点を計測物体の位置として算出する仮想光線交点計算手段とを備えたことを特徴とする３次元計測装置。【請求項２】前記仮想光線の交点は、光線同士が交わらない場合、２光線の方向ベクトルからなる法線を計算し、前記法線と平行な２光線を結ぶ線分を計算し、前記線分の中点を交点とすることを特徴とする請求項１記載の３次元計測装置。【請求項３】前記仮想光線が２本線以上ある場合は、各２光線の組み合わせの複数交点の重心位置を計測物体の位置として計算することを特徴とする請求項１及び２に記載の３次元計測装置。【請求項４】　入力画像から計測物体の位置を計測する方法であって、前記入力画像はカメラで鏡越しに撮像された画像であり、前記計測物体と、前記カメラからの位置姿勢関係が所定の関係である所定の特徴パターンが映っており、前記カメラと前記計測物体の相対位置関係を固定し、鏡とカメラの位置関係を可変可能として撮像された複数の画像が前記入力画像として入力され、前記入力画像中に映る特徴パターンの位置とカメラの焦点距離に基づいて算出された鏡空間中の特徴パターンの中心位置と、カメラから既知である実空間の特徴パターンの中心位置について、鏡映変換により、実空間の特徴パターンと鏡空間の特徴パターンの中心点を結ぶ線分の中点を鏡平面座標の原点とし、前記線分と平行なベクトルを鏡平面座標の一つの座標軸とし、前記鏡平面座標原点を通り前記座標軸に垂直な平面を鏡平面として算出し、前記座標軸と前記鏡平面に任意に設定した２つの座標軸によって表される鏡平面座標を算出するステップと、前記鏡平面を中心にカメラ座標を鏡映変換した鏡空間のカメラ座標系を算出するステップと、入力画像中の計測物体の位置を用いてカメラ座標から計測物体の方向を示す光線を算出するステップと、前記仮想カメラ座標原点を始点とし、前記鏡平面を中心に前記光線を鏡映変換したベクトルを仮想光線として算出するステップを備え、複数の入力画像各々に基づいて計算された複数の仮想光線の交点を計測物体の位置として算出するステップと、を含むことを特徴とする３次元計測方法。【請求項５】前記仮想光線の交点は、光線同士が交わらない場合、２光線の方向ベクトルからなる法線を計算し、前記法線と平行な２光線を結ぶ線分を計算し、前記線分の中点を交点とすることを特徴とする請求項４記載の３次元計測方法。（以下省略）

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