コードターゲット、コード検出システム、及び３次元情報取得システム
【課題】傾斜して撮影された場合であってもコードを自動的に検出することができるコードターゲット、及び該コードマーカを用いたコード検出システム、及び３次元情報取得システムを提供することを目的とする。
【解決手段】円形領域Ｃを有する基準パターン２と、当該基準パターン２の周囲部に位置し、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想円Ｃ１の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域Ａ１乃至Ａ８からなるコードパターン３と、を同一面上に備え、コード領域Ａ１乃至Ａ８内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたコードターゲット１。
【解決手段】円形領域Ｃを有する基準パターン２と、当該基準パターン２の周囲部に位置し、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想円Ｃ１の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域Ａ１乃至Ａ８からなるコードパターン３と、を同一面上に備え、コード領域Ａ１乃至Ａ８内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたコードターゲット１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影して得た画像データから標示されたコードを検出することができるコードターゲットに関する。また、このコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードマークに標示されたコードを検出するコード検出システム、及び同じコードが検出された複数の画像データを対応付けて３次元空間座標等の３次元情報を取得する３次元情報取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、橋脚等の大型構造物や工業生産物を含む各種対象物を高性能なＣＣＤカメラにより撮影し、撮影して得た画像データを解析処理することによって３次元情報を取得し、これに基づいて３次元計測や３次元モデル作成が行われている。
【０００３】
このような３次元情報の取得は、基準となるレギュラーターゲットを付した対象物をＣＣＤカメラ等により撮影し、同じレギュラーターゲットが撮影された複数の画像データを対応付けることにより行われる。この対応付けは、例えば、特許文献１に示すように、円形のレギュラーターゲットの下方に数字等のコードを付加させておき、撮影した画像から人間がコードを判別して、同じコードが付加されたレギュラーターゲットを含む画像データをこれらレギュラーターゲットの中心座標を同じ３次元空間座標に位置させることによって対応付けている。また、複数の図形パターンをレギュラーターゲットとすることもある。
【０００４】
また、近年、従来の１方向にコード化された情報を持つバーコードに代わって、縦横２方向（マトリックス状）にコード化された情報を持つ２次元コードが普及してきている。２次元コードは、特定の１方向にてライン読み取りを行う必要があるバーコードとは異なり、２次元平面画像を読み取ってコード化された情報を得るものであり、非特許文献１に示すＱＲコード（登録商標）のように、読み取った向きに左右されず、全方向読み取り可能なものもある。
【特許文献１】特開２００５−１４０５５０号公報
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｘ０５０１０規格書 ２次元コードシンボル
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように３次元情報を取得する場合、レギュラーターゲットに付加された数字等のコードを判別し、さらに同じコードが付加されたレギュラーターゲットを含む複数の画像データを対応付ける作業を人間が行う必要がある。この作業は自動的に行うことができないので、特に多数の画像データを処理する場合には、非常に時間がかかるという問題があった。また、複数の図形パターンをレギュラーターゲットとした場合には、撮影して得た画像データから自動的に判別可能な図形パターンの種類が限られており、また、その判別も複雑な解析処理を行う必要があるため困難であるという問題があった。
【０００６】
また、上記のような２次元コードは、コードリーダ等の撮影装置の撮影方向を２次元コードの平面画像に対してほぼ垂直とする必要があり、垂直方向から所定角度以上に傾斜させて撮影した場合には情報を検出することができない、あるいは検出した情報にエラーが生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、傾斜して撮影された場合であってもコードを自動的に検出することができるコードターゲット、及び該コードターゲットのコードを自動的かつ容易に検出することができるコード検出システム、当該コードターゲットを用いて３次元情報を自動的にかつ正確に取得することができる３次元情報取得システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のコードターゲットは、円形領域を有する基準パターンと、当該基準パターンの周囲部に位置し、前記円形領域の中心と同心の仮想円の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域からなるコードパターンと、を同一平面上に備え、前記コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載のコード検出システムは、請求項１に記載のコードターゲットの画像を撮影して得た画像データを解析し、当該コードターゲットに標示されたコードを検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載のコード検出システムは、請求項１に記載のコードターゲットを撮影する撮影手段と、該撮影手段がコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出する円形領域抽出手段と、当該コードターゲットの仮想円が前記楕円形状と相似形に変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するコード領域画像抽出手段と、該コード領域画像抽出手段が抽出した前記各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するコード列取得手段と、該コード列取得手段が取得したコード列から前記コード領域順に関わらず一意的に定まるコードを特定するコード特定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の３次元情報取得システムは、請求項３に記載のコード検出システムによって検出したコードが共通する複数の画像データに対して、該画像データの前記円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うことにより３次元情報を取得することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載のコードターゲットによれば、円形領域を設け、各コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードに対応させる等により、コードターゲットを容易に形成することができる。また、コード領域数や濃度レベル数を変更することによって、コードターゲットにコード化される情報量に対応させることが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載のコード検出システムによれば、請求項１に記載のコードターゲットに標示されたコードを検出することができる。
【００１４】
請求項３に記載のコード検出システムによれば、請求項１に記載のコードターゲットを撮影手段が撮影して得た画像データから、円形領域抽出手段が当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出するので、この抽出は既知の各種方法によって自動的に行うことができる。また、抽出される楕円形状は限定されないので、撮影手段がコードターゲットを撮影した方向に関わらず、円形領域抽出手段は楕円形状を抽出することができる。さらに、コード領域画像抽出手段は、円形領域が変形した楕円形状と相似形にコードターゲットの仮想円が変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するので、これらの画像データを自動的に確実に抽出することができる。さらに、コード列取得手段は、コード領域画像抽出手段が抽出した各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するので、コード列を自動的に取得することができる。さらに、コード特定手段は、コード列から前記コード領域順に関わらずコードを一意的に特定するので、コードターゲットに対する撮影方向などに関わらず、コードマークに一意的に標示されたコードを検出することができる。
【００１５】
請求項４に記載の３次元情報取得システムによれば、コード検出システムによって検出したコードが共通する複数の画像データに対して対応付けを行うので、自動的に対応付けを行うことができる。さらに、コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うが、当該楕円領域の中心座標や傾斜角等は高い精度にて自動的に求められるので、高い精度の３次元情報を自動的に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るコードターゲット（「コードマーカ」や「識別標識」とも呼ばれる。）１は、図１（ａ）に示すように、基準パターン（「標定パターン」とも呼ばれる。）２と、該基準パターン２を取り囲むように配されたコードパターン３と、を同一平面上に備えたものである。なお、図１（ａ）等における２点鎖線は、実際のコードターゲットには記されない仮想線である。また、図１（ａ）等においては、各領域の濃度レベルを当該領域に記されたドットの密度にて表している。
【００１７】
基準パターン２は、外部となる基準面４に対して濃度差のある半径ｒの円形領域Ｃを少なくとも有するパターンであり、コードターゲット１を検出する際にコードターゲットであることを認識可能とするためのシンボルパターンでもある。円形領域Ｃの中心Ｏは、コードターゲット１の基準点となる。
【００１８】
コードパターン３は、基準パターン２を囲繞する周囲部に位置し、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想の半径ｋ・ｒの基準円（仮想円）Ｃ１の円周を複数に等分した円弧をそれぞれ１つ含む複数のコード領域Ａから構成されるパターンである。各コード領域Ａは、コードターゲット１が全体として標示する情報がコード化された１のコードに対応する濃度レベルを有しており、各コード領域Ａがそれぞれ１のコードを標示している。図１（ａ）に示したコードパターン３は、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の環形を８等分した８つの扇形状のコード領域Ａ１乃至Ａ８からなり、各コード領域Ａが濃度レベル差のある濃淡２色の何れか１色に彩色されており、「０」又は「１」の何れかのコードを標示している。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係るコードターゲットについて、図１（ｂ）に基づいて説明する。このコードターゲット１０は、前記図１（ａ）に示したコードターゲット１において、外部の白色の基準面４に対して基準パターン２の円形領域Ｃ内を黒色の領域とし、コードパターン３の扇形状のコード領域Ａ１乃至Ａ８をその標示する２進コードにそれぞれ対応させて白色又は黒色の領域としたものであり、白色領域がコード「０」を、黒色領域がコード「１」をそれぞれ表している。また、このコードターゲット１０は、薄い平板状のものであり、その裏面は接着材を付した接着面となっており、対象物の表面に貼り付けることによって、当該対象物の表面にコードターゲット１０を付することができるようになっている。
【００２０】
以下、前記本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を撮影した画像から当該コードターゲット１０に標示された情報がコード化されたコードを検出（デコード）するコード検出システム１００について説明する。
【００２１】
コード検出システム１００は、図２に示すように、制御部１０１、撮影部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、画像メモリ１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５及びＲＯＭ（Read Only Memory）１０６を備えたものであって、各部１０１乃至１０６はバス１０７によって接続されている。
【００２２】
制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などからなり、所定のプログラムに従って、コード検出システム１００を構成する各部を制御する。
【００２３】
撮影部１０２は、コードターゲット１０、あるいはコードターゲット１０が付された対象物Ｔを撮影する部分であって、必要に応じてＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザーなどからなる光源（不図示）から対象物Ｔに光を照射し、コードターゲット１０等からの反射光を受信した２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）センサ（不図示）が光をアナログ信号に変換し画素データとして出力する。２次元ＣＣＤにおける各ピクセル素子は、受信した光の量または強さに対応するグレーレベルのアナログ信号を出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１０３は、撮影部１０２からのグレーレベルのアナログ信号を受信し、例えば、グレーの１６レベルを有するデジタル信号に変換する。
【００２５】
画像メモリ１０４は、Ａ／Ｄ変換部１０３にてデジタル信号に変換された画像データを格納する。
【００２６】
ＲＯＭ１０５は、制御部１０１によりコード検出システム１００を構成する各部の動作を制御するための各種プログラム格納するメモリであり、例えば、円形領域抽出プログラム１１０、コード領域画像抽出プログラム１１１、コード列取得プログラム１１２、コード特定プログラム１１３が格納されている。
【００２７】
ＲＡＭ１０６は、コード検出システム１００の処理動作に用いる設定情報や動作情報等の各種データを読み出し及び書き込み可能な状態で格納するメモリであり、例えば、しきい値Ｓ、円形領域半径ｒ、円形領域Ｃとコードパターン３の基準円Ｃ１との半径比率ｋ等が格納されているとともに、楕円パラメータＰ等を格納する。
【００２８】
ＲＯＭ１０５に格納されている円形領域抽出プログラム１１０は、Ａ／Ｄ変換部１０３にてデジタル信号に変換されて画像メモリ１０４に格納された画像データから、コードターゲット１０の基準パターン１１が変形した楕円形状を抽出する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１と円形領域抽出プログラム１１０とが、円形領域抽出手段として機能する。
【００２９】
図１（ｂ）に示したコードターゲット１０を撮影部１０２が撮影した画像は、当該コードターゲット１０を真正面から撮影した場合を除き、図３に示すように、基準パターン２の円形領域Ｃが楕円形状Ｃ´に変形している。そこで、円形領域抽出手段は、まず、画像メモリ１０４に格納された画像データの個々の画素データをそのグレースケールがＲＯＭ１０６に格納されたしきい値Ｓを超えるか否かを基準に「０（白）」又は「１（黒）」の２値に区分する。そして、「白」と「黒」との境界が楕円に近似可能であり、かつ、その境界の内側領域が全て「黒」で外側領域が「白」となるパターンを、既知の方法に基づいて探索する。そして、このような探索に基づいて認識したパターンの楕円形状Ｃ´の傾斜角度、長径、短径などから円形領域Ｃの外周円からその中心を同じくした場合の当該パターンの境界となる楕円への変換行列Ｚ、及び当該楕円の中心座標Ｑ等からなる楕円パラメータＰをＲＡＭ１０６に格納する。なお、当該画像データのローカル座標系における楕円の方程式の定数などを楕円パラメータＰとしてＲＡＭ１０６に格納してもよい。
【００３０】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード領域画像抽出プログラム１１１は、画像メモリ１０４に格納された画像データから、コードターゲット１０のコードパターン３の各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の画像を撮影して得た画像データを抽出する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード領域画像抽出プログラム１１１とが、コード領域画像抽出手段として機能する。
【００３１】
コードターゲット１０を撮影した画像において、図３に示すように、コードパターン１２の仮想の基準円Ｃ１は楕円Ｃ１´に変形しており、この楕円Ｃ１´は前記円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´の中心Ｑと中心を同じくし、ｋ倍に拡大した相似形である。そこで、コード領域画像抽出手段は、コードパターン１２の各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の基準円Ｃ１上に位置する点Ｐ１乃至Ｐ８が、図３に示した画像において位置する点Ｐ１’乃至Ｐ８’の座標を、前記ＲＡＭ１０６に格納した楕円パラメータＰに基づいて算出し、撮影された画像のローカル座標における点Ｐ１’乃至Ｐ８’の座標位置を特定し、これら座標位置の画素データを抽出する。あるいは、円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´をｋ倍に拡大して楕円Ｃ１´を求め、例えば、その長軸を直径とする円の円周上の内角４５度毎の点から短軸方向に延長して前記楕円Ｃ１´と交差した点によって、座標位置を特定してもよい。
【００３２】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード列取得プログラム１１２は、コード領域画像抽出手段によって抽出されたコードパターン１２の各コード領域Ａ１乃至Ａ８の画像データからコード列を取得する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード列取得プログラム１１２とが、コード列取得手段として機能する。
【００３３】
コード列取得手段は、まず、コード領域画像抽出手段によって抽出された点Ｐ１´乃至Ｐ８´の画素データをそのグレースケールがＲＯＭ１０６に格納されたしきい値Ｓを超えるか否かを基準に「０（白）」又は「１（黒）」の２値のいずれかに区分する。そして、これら画素データが属するコード領域Ａ１乃至Ａ８が「白」又は「黒」の領域の何れであるかを判別して、各コード領域Ａ１乃至Ａ８に標示された「０」又は「１」のコードを求める。なお、各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の複数の点の画素データを参考としてコードを求めてもよい。例えば、基準円Ｃ１以外の基準円（不図示）上に位置する点や、点Ｐ１´乃至Ｐ８´の近隣の点などを参考としてコードを求めることにより、コードの検出精度を向上させることが可能になる。
【００３４】
そして、コード列取得手段は、任意のコード領域から切り出しを開始して、順次、例えば時計周り方向に向かって、各コード領域Ａ１乃至Ａ８に標示されたコードを並べ、コード列を取得する。例えば、図３に示す場合には、コード領域Ａ１からコード領域Ａ８まで時計周り方向に向かってコードを順次並べた場合には、「０１１０１０１０」とのコード列を取得する。
【００３５】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード取得プログラム１１３は、コード列取得手段にて取得されたコード列からコードターゲット１０に標示された情報をコード化したコードを特定する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード特定プログラム１１３とが、コード特定手段として機能する。
【００３６】
コード列取得手段によって取得されたコード列は、当該コード列の切り出しを開始したコード領域によって、同じコードターゲット１０から取得したものであっても異なる。すなわち、同じコードターゲット１０を撮影して得た画像データであっても、当該コードターゲット１０の貼付け方向、コードターゲット１０に対する撮影方向などによって取得するコード列が異なる。例えば、図４に示すように、同じコードターゲット１０を撮影した画像から得たコード列は、切り出しを開始したコード領域Ａ１乃至Ａ８によってそれぞれ異なっている。そこで、コード特定手段は、これらのコード列から特定の１のコードを検出することができるように、コード列を循環したコードとみなし、各コード領域から切り出しを開始したコード列、図４においては、コード領域Ａ１からコード領域Ａ８のそれぞれから切り出しを開始した８つのコード列を二進数とみなした場合の最小値をコードとして特定する。コード領域Ａ２から切り出しを開始したコード列からなる二進数が最小値「００１１０１０１」（十進数に変換すると「５３」）となるので、この二進数をコードターゲット１０のコードとして特定する。なお、最大値をコードとして特定してもよい。また、コードターゲット１０のコード領域Ａ１乃至Ａ８の内の一部の領域がチェックコードを標示するものとし、特定されたコードの汚れの付着等による誤検出を防止するものとしてもよい。
【００３７】
このように、前記コード列取得手段にて切り出しを開始したコード領域に関わらず、コードターゲット１０のコードを特定することができる。従って、前記従来の２次元コードのコードを検出するシステムのように、切り出しを開始する方向を特定する切り出しシンボルをパターン認識する等の画像データ処理を行う必要がなく、また、切り出し方向の検出精度に影響を受けることがないので、コードを高い精度で正確に検出することができる。すなわち、切り出しシンボルや基準マーク等を用いて、所定の方向に位置合わせを行ってから、コード化された画像データを順次読み取る場合には、前記切り出しシンボル等を画像データからパターン認識等して切り出し位置を定めるまでに要する画像データ処理が複雑であり、処理時間が長くなる。一方、コード検出システム１００は、楕円の中心座標等を求める簡単な画像データ処理のみによりコードを読み出す領域を定めており、位置合わせを行うことなく、コード化されたコードを順次読み取った後に、読み取ったコード列から一意的なコードを特定するので、画像データ処理が簡単となり、処理時間が短くなる。
【００３８】
このように、コード検出システム１００は、コードターゲット１０の円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´を楕円として認識することができれば、当該コードターゲット１０に標示されたコードを検出することができる。従って、コードターゲット１０の大きさや撮影部１０２の撮影能などは、これによって定まるものである。
【００３９】
以下、前記本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を撮影して得た画像データから当該コードターゲット１０に標示されたコードを検出し、さらに、同じコード、すなわち、同じコードターゲット１０が検出された複数の画像データを対応付けて３次元空間座標等の情報を取得する３次元情報取得システムに２００について説明する。
【００４０】
３次元情報取得システム２００は、図５に示すように、図２に示したコード検出システム１００と同様に、制御部１０１、撮影部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、画像メモリ１０４及びＲＯＭ１０６を備えるともに、ＲＡＭ１０５´を備えたものであって、各部１０１乃至１０４、１０５´及び１０６はバス１０７によって接続されている。
【００４１】
ＲＡＭ１０５´は、制御部１０１により３次元情報取得システム２００を構成する各部の動作を制御するための各種プログラム格納するメモリであり、前記コード検出システム１００のＲＡＭ１０５に格納された各プログラム１１０乃至１１３の他に、例えば、画像データ対応付けプログラム１１４が格納されている。
【００４２】
ＲＯＭ１０５´に格納されている画像データ対応付けプログラム１１４は、前記コード特定手段によって複数の画像データから共通に検出された複数のコードを認識して対応付けを行う処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１と画像データ対応付けプログラム１１４とが、画像データ対応付け手段として機能する。
【００４３】
画像データ対応付け手段は、まず、前記コード特定手段によって複数の画像データから共通に検出された複数のコードターゲット１０を認識する。認識するコードターゲット１０の数は、３次元カメラ計算に必要な個数以上であればよい。そして、認識された各コードターゲット１０の円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´の楕円パラメータＰを前記ＲＡＭ１０６からそれぞれ取得し、それらをもとに各コードターゲット１０のコードを認識する。各コードターゲット１０のコードが認識されると、複数の画像データ上の各コードターゲット１０がそれぞれ対応付けられ、これに基づいて撮影部１０２の位置姿勢状態と立体像構成を認識する。次に、コードパターン３が無く基準パターン２のみからなる等のレギュラーターゲットの対応付けを各画像データに対して行い、最後にコードターゲット１０、レギュラーターゲットのすべての対応付けから画像データ全体の３次元座標を生成する。これにより、３次元座標の精度向上を図ることができる。なお、３次元情報取得システム２００は、全自動にて３次元情報を取得することが可能となるが、そのためには、同じコードを標示するコードターゲットを複数用いることがないように留意すべきである。
【００４４】
このように複数の画像データの対応付けを行うことによって、３次元情報取得システム２００は、コードターゲット１０が付された対象物Ｔの特徴点などの３次元空間座標や３次元モデルなどの３次元情報を取得することができる。このような３次元情報取得システム２００は、対象物Ｔの大きさや設置場所、撮影方向などに関わらず、また、対象物Ｔが移動するものであっても、３次元情報を取得することが可能な非常に柔軟性の高いシステムである。３次元情報取得システム２００は、例えば、崖崩れや地殻変動等による地形表面の初期変化の計測、車両のバンパ等の工業生産物の３次元計測、橋梁や建物等の大型構造物の３次元計測、事故現場の再現等の３次元モデリングなどの多様な分野に適用することが可能である。
【００４５】
なお、本発明に係るコードターゲット、コード検出システム及び３次元情報取得システムは、本発明の実施の形態としてそれぞれ示したコードターゲット１０、コード検出システム１００及び３次元情報取得システム２００に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更できることは勿論である。
【００４６】
コードターゲットは、図１（ｂ）に示したように、裏面を接着面とするものに限定されない。例えば、コードターゲットを薄板状の永久磁石としても良い。これにより、コードターゲットの対象物に対する着脱が容易で繰り返し使用できると共に、付着する位置の修正も容易となる。また、対象物の平面状の表面に黒色インク等を塗布してコードターゲットを描いてもよい。
【００４７】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、その基準パターン２が円形領域Ｃのみからなるものに限定されない。円形領域Ｃに他の形状パターンを含む基準パターンを備えたものであってもよい。例えば、図６（ａ）に示したコードターゲットは、基準パターンとして黒白に色分けされた３重円からなるものであり、その中央の黒円が円形領域となるものである。このようなコードターゲットを撮影して得た画像データにおいては、前記３重円は３重の相似形の楕円形状に変形されるので、前記円形領域抽出手段は、確実にその認識した３重の楕円形状が基準パターンの変形した形状であると認識することができる。従って、対象物Ｔの表面に円形模様がある場合等であっても、コードターゲットであることを確実に認識でき、誤ったコードの検出を防止することが可能となる。
【００４８】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、そのコード領域Ａが扇形状であるものに限定されない。前述したように、コード領域Ａは、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想の基準円Ｃ１の円周を複数に等分した円弧を１つ含む領域であればよく、例えば、図６（ｂ）に示すように、扇形状以外の形状であってもよい。
【００４９】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、そのコードパターン３が、基準円Ｃ１を１つとし全体として１重の環形形状をなすコード領域Ａからなるものに限定されない。例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、基準円を２つ以上とし全体として２重以上の環形形状をなすコード領域からなるものであってもよい。また、この場合、内側のコード領域と外側のコード領域とは、図７（ａ）に示すように隣接していても、図７（ｂ）に示すように離間していてもよい。また、内側のコード領域と外側のコード領域との領域数は、図７（ａ）に示すように同じであっても、図７（ｂ）に示すように異なっていてもよい。
【００５０】
また、コードターゲットは、図１（ｂ）に示すように、外部の白色の基準面４に対して基準パターン２の円形領域Ｃ内を黒色の領域としているが、これに限定されない。例えば、図７（ｃ）に示すように、外部の黒色の基準面に対して基準パターンの円形領域内を白色の領域としてもよい。また、図示しないが、黒白の濃度差や濃度レベルにて円形領域Ｃやコード領域Ａ１乃至Ａ９を彩色することに限定されるものではなく、Ｒ，Ｇ，Ｂの色濃度によって濃度差や濃度レベルにてこれら各領域を彩色してもよい。さらに、コードターゲットは、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、コード領域Ａが基準円Ｃ１の円周を８等分した円弧をそれぞれ１つ含むものに限定されるものではなく、コード領域が基準円Ｃ１の円周を複数等分した円弧をそれぞれ１つ含むものであればよく、分割数はコードターゲットにコード化される情報量に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は、本発明に係るコードターゲット１を、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を、それぞれ示す表面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るコード検出システム１００を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、コードターゲット１０を、（ｂ）は、コードターゲット１０を撮影して得た画像データのローカル座標系においてコードターゲット１０が変形した形状を、それぞれ示す図である。
【図４】コードターゲット１０が変形した形状を示す図、及び切り出し開始のコード領域とコード列等の関係を示す表である。
【図５】本発明の実施の形態に係る３次元取得システム２００を示すブロック図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明に係るコードターゲットの変形例を示す表面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ本発明に係るコードターゲットの変形例を示す表面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０ コードターゲット
２ 基準パターン
３ コードパターン
１００ コード検出システム
１０１ 制御部（円形領域抽出手段、コード領域画像抽出手段、コード列取得手段、コード特定手段）
１０２ 撮影部（撮影手段）
１１０ 円形領域抽出プログラム（円形領域抽出手段）
１１１ コード領域画像抽出プログラム（コード領域画像抽出手段）
１１２ コード列取得手段プログラム（コード取得手段）
１１３ コード特定手段プログラム（コード特定手段）
２００ ３次元情報取得システム
Ａ１〜Ａ８ コード領域
Ｃ 円形領域
Ｃ１ 基準円
Ｄ 楕円形状
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影して得た画像データから標示されたコードを検出することができるコードターゲットに関する。また、このコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードマークに標示されたコードを検出するコード検出システム、及び同じコードが検出された複数の画像データを対応付けて３次元空間座標等の３次元情報を取得する３次元情報取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、橋脚等の大型構造物や工業生産物を含む各種対象物を高性能なＣＣＤカメラにより撮影し、撮影して得た画像データを解析処理することによって３次元情報を取得し、これに基づいて３次元計測や３次元モデル作成が行われている。
【０００３】
このような３次元情報の取得は、基準となるレギュラーターゲットを付した対象物をＣＣＤカメラ等により撮影し、同じレギュラーターゲットが撮影された複数の画像データを対応付けることにより行われる。この対応付けは、例えば、特許文献１に示すように、円形のレギュラーターゲットの下方に数字等のコードを付加させておき、撮影した画像から人間がコードを判別して、同じコードが付加されたレギュラーターゲットを含む画像データをこれらレギュラーターゲットの中心座標を同じ３次元空間座標に位置させることによって対応付けている。また、複数の図形パターンをレギュラーターゲットとすることもある。
【０００４】
また、近年、従来の１方向にコード化された情報を持つバーコードに代わって、縦横２方向（マトリックス状）にコード化された情報を持つ２次元コードが普及してきている。２次元コードは、特定の１方向にてライン読み取りを行う必要があるバーコードとは異なり、２次元平面画像を読み取ってコード化された情報を得るものであり、非特許文献１に示すＱＲコード（登録商標）のように、読み取った向きに左右されず、全方向読み取り可能なものもある。
【特許文献１】特開２００５−１４０５５０号公報
【非特許文献１】ＪＩＳ Ｘ０５０１０規格書 ２次元コードシンボル
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように３次元情報を取得する場合、レギュラーターゲットに付加された数字等のコードを判別し、さらに同じコードが付加されたレギュラーターゲットを含む複数の画像データを対応付ける作業を人間が行う必要がある。この作業は自動的に行うことができないので、特に多数の画像データを処理する場合には、非常に時間がかかるという問題があった。また、複数の図形パターンをレギュラーターゲットとした場合には、撮影して得た画像データから自動的に判別可能な図形パターンの種類が限られており、また、その判別も複雑な解析処理を行う必要があるため困難であるという問題があった。
【０００６】
また、上記のような２次元コードは、コードリーダ等の撮影装置の撮影方向を２次元コードの平面画像に対してほぼ垂直とする必要があり、垂直方向から所定角度以上に傾斜させて撮影した場合には情報を検出することができない、あるいは検出した情報にエラーが生じるという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、傾斜して撮影された場合であってもコードを自動的に検出することができるコードターゲット、及び該コードターゲットのコードを自動的かつ容易に検出することができるコード検出システム、当該コードターゲットを用いて３次元情報を自動的にかつ正確に取得することができる３次元情報取得システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のコードターゲットは、円形領域を有する基準パターンと、当該基準パターンの周囲部に位置し、前記円形領域の中心と同心の仮想円の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域からなるコードパターンと、を同一平面上に備え、前記コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載のコード検出システムは、請求項１に記載のコードターゲットの画像を撮影して得た画像データを解析し、当該コードターゲットに標示されたコードを検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載のコード検出システムは、請求項１に記載のコードターゲットを撮影する撮影手段と、該撮影手段がコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出する円形領域抽出手段と、当該コードターゲットの仮想円が前記楕円形状と相似形に変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するコード領域画像抽出手段と、該コード領域画像抽出手段が抽出した前記各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するコード列取得手段と、該コード列取得手段が取得したコード列から前記コード領域順に関わらず一意的に定まるコードを特定するコード特定手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の３次元情報取得システムは、請求項３に記載のコード検出システムによって検出したコードが共通する複数の画像データに対して、該画像データの前記円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うことにより３次元情報を取得することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載のコードターゲットによれば、円形領域を設け、各コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードに対応させる等により、コードターゲットを容易に形成することができる。また、コード領域数や濃度レベル数を変更することによって、コードターゲットにコード化される情報量に対応させることが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載のコード検出システムによれば、請求項１に記載のコードターゲットに標示されたコードを検出することができる。
【００１４】
請求項３に記載のコード検出システムによれば、請求項１に記載のコードターゲットを撮影手段が撮影して得た画像データから、円形領域抽出手段が当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出するので、この抽出は既知の各種方法によって自動的に行うことができる。また、抽出される楕円形状は限定されないので、撮影手段がコードターゲットを撮影した方向に関わらず、円形領域抽出手段は楕円形状を抽出することができる。さらに、コード領域画像抽出手段は、円形領域が変形した楕円形状と相似形にコードターゲットの仮想円が変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するので、これらの画像データを自動的に確実に抽出することができる。さらに、コード列取得手段は、コード領域画像抽出手段が抽出した各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するので、コード列を自動的に取得することができる。さらに、コード特定手段は、コード列から前記コード領域順に関わらずコードを一意的に特定するので、コードターゲットに対する撮影方向などに関わらず、コードマークに一意的に標示されたコードを検出することができる。
【００１５】
請求項４に記載の３次元情報取得システムによれば、コード検出システムによって検出したコードが共通する複数の画像データに対して対応付けを行うので、自動的に対応付けを行うことができる。さらに、コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うが、当該楕円領域の中心座標や傾斜角等は高い精度にて自動的に求められるので、高い精度の３次元情報を自動的に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係るコードターゲット（「コードマーカ」や「識別標識」とも呼ばれる。）１は、図１（ａ）に示すように、基準パターン（「標定パターン」とも呼ばれる。）２と、該基準パターン２を取り囲むように配されたコードパターン３と、を同一平面上に備えたものである。なお、図１（ａ）等における２点鎖線は、実際のコードターゲットには記されない仮想線である。また、図１（ａ）等においては、各領域の濃度レベルを当該領域に記されたドットの密度にて表している。
【００１７】
基準パターン２は、外部となる基準面４に対して濃度差のある半径ｒの円形領域Ｃを少なくとも有するパターンであり、コードターゲット１を検出する際にコードターゲットであることを認識可能とするためのシンボルパターンでもある。円形領域Ｃの中心Ｏは、コードターゲット１の基準点となる。
【００１８】
コードパターン３は、基準パターン２を囲繞する周囲部に位置し、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想の半径ｋ・ｒの基準円（仮想円）Ｃ１の円周を複数に等分した円弧をそれぞれ１つ含む複数のコード領域Ａから構成されるパターンである。各コード領域Ａは、コードターゲット１が全体として標示する情報がコード化された１のコードに対応する濃度レベルを有しており、各コード領域Ａがそれぞれ１のコードを標示している。図１（ａ）に示したコードパターン３は、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の環形を８等分した８つの扇形状のコード領域Ａ１乃至Ａ８からなり、各コード領域Ａが濃度レベル差のある濃淡２色の何れか１色に彩色されており、「０」又は「１」の何れかのコードを標示している。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態に係るコードターゲットについて、図１（ｂ）に基づいて説明する。このコードターゲット１０は、前記図１（ａ）に示したコードターゲット１において、外部の白色の基準面４に対して基準パターン２の円形領域Ｃ内を黒色の領域とし、コードパターン３の扇形状のコード領域Ａ１乃至Ａ８をその標示する２進コードにそれぞれ対応させて白色又は黒色の領域としたものであり、白色領域がコード「０」を、黒色領域がコード「１」をそれぞれ表している。また、このコードターゲット１０は、薄い平板状のものであり、その裏面は接着材を付した接着面となっており、対象物の表面に貼り付けることによって、当該対象物の表面にコードターゲット１０を付することができるようになっている。
【００２０】
以下、前記本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を撮影した画像から当該コードターゲット１０に標示された情報がコード化されたコードを検出（デコード）するコード検出システム１００について説明する。
【００２１】
コード検出システム１００は、図２に示すように、制御部１０１、撮影部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、画像メモリ１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０５及びＲＯＭ（Read Only Memory）１０６を備えたものであって、各部１０１乃至１０６はバス１０７によって接続されている。
【００２２】
制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などからなり、所定のプログラムに従って、コード検出システム１００を構成する各部を制御する。
【００２３】
撮影部１０２は、コードターゲット１０、あるいはコードターゲット１０が付された対象物Ｔを撮影する部分であって、必要に応じてＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザーなどからなる光源（不図示）から対象物Ｔに光を照射し、コードターゲット１０等からの反射光を受信した２次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）センサ（不図示）が光をアナログ信号に変換し画素データとして出力する。２次元ＣＣＤにおける各ピクセル素子は、受信した光の量または強さに対応するグレーレベルのアナログ信号を出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１０３は、撮影部１０２からのグレーレベルのアナログ信号を受信し、例えば、グレーの１６レベルを有するデジタル信号に変換する。
【００２５】
画像メモリ１０４は、Ａ／Ｄ変換部１０３にてデジタル信号に変換された画像データを格納する。
【００２６】
ＲＯＭ１０５は、制御部１０１によりコード検出システム１００を構成する各部の動作を制御するための各種プログラム格納するメモリであり、例えば、円形領域抽出プログラム１１０、コード領域画像抽出プログラム１１１、コード列取得プログラム１１２、コード特定プログラム１１３が格納されている。
【００２７】
ＲＡＭ１０６は、コード検出システム１００の処理動作に用いる設定情報や動作情報等の各種データを読み出し及び書き込み可能な状態で格納するメモリであり、例えば、しきい値Ｓ、円形領域半径ｒ、円形領域Ｃとコードパターン３の基準円Ｃ１との半径比率ｋ等が格納されているとともに、楕円パラメータＰ等を格納する。
【００２８】
ＲＯＭ１０５に格納されている円形領域抽出プログラム１１０は、Ａ／Ｄ変換部１０３にてデジタル信号に変換されて画像メモリ１０４に格納された画像データから、コードターゲット１０の基準パターン１１が変形した楕円形状を抽出する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１と円形領域抽出プログラム１１０とが、円形領域抽出手段として機能する。
【００２９】
図１（ｂ）に示したコードターゲット１０を撮影部１０２が撮影した画像は、当該コードターゲット１０を真正面から撮影した場合を除き、図３に示すように、基準パターン２の円形領域Ｃが楕円形状Ｃ´に変形している。そこで、円形領域抽出手段は、まず、画像メモリ１０４に格納された画像データの個々の画素データをそのグレースケールがＲＯＭ１０６に格納されたしきい値Ｓを超えるか否かを基準に「０（白）」又は「１（黒）」の２値に区分する。そして、「白」と「黒」との境界が楕円に近似可能であり、かつ、その境界の内側領域が全て「黒」で外側領域が「白」となるパターンを、既知の方法に基づいて探索する。そして、このような探索に基づいて認識したパターンの楕円形状Ｃ´の傾斜角度、長径、短径などから円形領域Ｃの外周円からその中心を同じくした場合の当該パターンの境界となる楕円への変換行列Ｚ、及び当該楕円の中心座標Ｑ等からなる楕円パラメータＰをＲＡＭ１０６に格納する。なお、当該画像データのローカル座標系における楕円の方程式の定数などを楕円パラメータＰとしてＲＡＭ１０６に格納してもよい。
【００３０】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード領域画像抽出プログラム１１１は、画像メモリ１０４に格納された画像データから、コードターゲット１０のコードパターン３の各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の画像を撮影して得た画像データを抽出する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード領域画像抽出プログラム１１１とが、コード領域画像抽出手段として機能する。
【００３１】
コードターゲット１０を撮影した画像において、図３に示すように、コードパターン１２の仮想の基準円Ｃ１は楕円Ｃ１´に変形しており、この楕円Ｃ１´は前記円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´の中心Ｑと中心を同じくし、ｋ倍に拡大した相似形である。そこで、コード領域画像抽出手段は、コードパターン１２の各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の基準円Ｃ１上に位置する点Ｐ１乃至Ｐ８が、図３に示した画像において位置する点Ｐ１’乃至Ｐ８’の座標を、前記ＲＡＭ１０６に格納した楕円パラメータＰに基づいて算出し、撮影された画像のローカル座標における点Ｐ１’乃至Ｐ８’の座標位置を特定し、これら座標位置の画素データを抽出する。あるいは、円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´をｋ倍に拡大して楕円Ｃ１´を求め、例えば、その長軸を直径とする円の円周上の内角４５度毎の点から短軸方向に延長して前記楕円Ｃ１´と交差した点によって、座標位置を特定してもよい。
【００３２】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード列取得プログラム１１２は、コード領域画像抽出手段によって抽出されたコードパターン１２の各コード領域Ａ１乃至Ａ８の画像データからコード列を取得する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード列取得プログラム１１２とが、コード列取得手段として機能する。
【００３３】
コード列取得手段は、まず、コード領域画像抽出手段によって抽出された点Ｐ１´乃至Ｐ８´の画素データをそのグレースケールがＲＯＭ１０６に格納されたしきい値Ｓを超えるか否かを基準に「０（白）」又は「１（黒）」の２値のいずれかに区分する。そして、これら画素データが属するコード領域Ａ１乃至Ａ８が「白」又は「黒」の領域の何れであるかを判別して、各コード領域Ａ１乃至Ａ８に標示された「０」又は「１」のコードを求める。なお、各コード領域Ａ１乃至Ａ８内の複数の点の画素データを参考としてコードを求めてもよい。例えば、基準円Ｃ１以外の基準円（不図示）上に位置する点や、点Ｐ１´乃至Ｐ８´の近隣の点などを参考としてコードを求めることにより、コードの検出精度を向上させることが可能になる。
【００３４】
そして、コード列取得手段は、任意のコード領域から切り出しを開始して、順次、例えば時計周り方向に向かって、各コード領域Ａ１乃至Ａ８に標示されたコードを並べ、コード列を取得する。例えば、図３に示す場合には、コード領域Ａ１からコード領域Ａ８まで時計周り方向に向かってコードを順次並べた場合には、「０１１０１０１０」とのコード列を取得する。
【００３５】
ＲＯＭ１０５に格納されているコード取得プログラム１１３は、コード列取得手段にて取得されたコード列からコードターゲット１０に標示された情報をコード化したコードを特定する処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１とコード特定プログラム１１３とが、コード特定手段として機能する。
【００３６】
コード列取得手段によって取得されたコード列は、当該コード列の切り出しを開始したコード領域によって、同じコードターゲット１０から取得したものであっても異なる。すなわち、同じコードターゲット１０を撮影して得た画像データであっても、当該コードターゲット１０の貼付け方向、コードターゲット１０に対する撮影方向などによって取得するコード列が異なる。例えば、図４に示すように、同じコードターゲット１０を撮影した画像から得たコード列は、切り出しを開始したコード領域Ａ１乃至Ａ８によってそれぞれ異なっている。そこで、コード特定手段は、これらのコード列から特定の１のコードを検出することができるように、コード列を循環したコードとみなし、各コード領域から切り出しを開始したコード列、図４においては、コード領域Ａ１からコード領域Ａ８のそれぞれから切り出しを開始した８つのコード列を二進数とみなした場合の最小値をコードとして特定する。コード領域Ａ２から切り出しを開始したコード列からなる二進数が最小値「００１１０１０１」（十進数に変換すると「５３」）となるので、この二進数をコードターゲット１０のコードとして特定する。なお、最大値をコードとして特定してもよい。また、コードターゲット１０のコード領域Ａ１乃至Ａ８の内の一部の領域がチェックコードを標示するものとし、特定されたコードの汚れの付着等による誤検出を防止するものとしてもよい。
【００３７】
このように、前記コード列取得手段にて切り出しを開始したコード領域に関わらず、コードターゲット１０のコードを特定することができる。従って、前記従来の２次元コードのコードを検出するシステムのように、切り出しを開始する方向を特定する切り出しシンボルをパターン認識する等の画像データ処理を行う必要がなく、また、切り出し方向の検出精度に影響を受けることがないので、コードを高い精度で正確に検出することができる。すなわち、切り出しシンボルや基準マーク等を用いて、所定の方向に位置合わせを行ってから、コード化された画像データを順次読み取る場合には、前記切り出しシンボル等を画像データからパターン認識等して切り出し位置を定めるまでに要する画像データ処理が複雑であり、処理時間が長くなる。一方、コード検出システム１００は、楕円の中心座標等を求める簡単な画像データ処理のみによりコードを読み出す領域を定めており、位置合わせを行うことなく、コード化されたコードを順次読み取った後に、読み取ったコード列から一意的なコードを特定するので、画像データ処理が簡単となり、処理時間が短くなる。
【００３８】
このように、コード検出システム１００は、コードターゲット１０の円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´を楕円として認識することができれば、当該コードターゲット１０に標示されたコードを検出することができる。従って、コードターゲット１０の大きさや撮影部１０２の撮影能などは、これによって定まるものである。
【００３９】
以下、前記本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を撮影して得た画像データから当該コードターゲット１０に標示されたコードを検出し、さらに、同じコード、すなわち、同じコードターゲット１０が検出された複数の画像データを対応付けて３次元空間座標等の情報を取得する３次元情報取得システムに２００について説明する。
【００４０】
３次元情報取得システム２００は、図５に示すように、図２に示したコード検出システム１００と同様に、制御部１０１、撮影部１０２、Ａ／Ｄ変換部１０３、画像メモリ１０４及びＲＯＭ１０６を備えるともに、ＲＡＭ１０５´を備えたものであって、各部１０１乃至１０４、１０５´及び１０６はバス１０７によって接続されている。
【００４１】
ＲＡＭ１０５´は、制御部１０１により３次元情報取得システム２００を構成する各部の動作を制御するための各種プログラム格納するメモリであり、前記コード検出システム１００のＲＡＭ１０５に格納された各プログラム１１０乃至１１３の他に、例えば、画像データ対応付けプログラム１１４が格納されている。
【００４２】
ＲＯＭ１０５´に格納されている画像データ対応付けプログラム１１４は、前記コード特定手段によって複数の画像データから共通に検出された複数のコードを認識して対応付けを行う処理を制御部１０１が行うためのプログラムである。本発明においては、制御部１０１と画像データ対応付けプログラム１１４とが、画像データ対応付け手段として機能する。
【００４３】
画像データ対応付け手段は、まず、前記コード特定手段によって複数の画像データから共通に検出された複数のコードターゲット１０を認識する。認識するコードターゲット１０の数は、３次元カメラ計算に必要な個数以上であればよい。そして、認識された各コードターゲット１０の円形領域Ｃが変形した楕円形状Ｃ´の楕円パラメータＰを前記ＲＡＭ１０６からそれぞれ取得し、それらをもとに各コードターゲット１０のコードを認識する。各コードターゲット１０のコードが認識されると、複数の画像データ上の各コードターゲット１０がそれぞれ対応付けられ、これに基づいて撮影部１０２の位置姿勢状態と立体像構成を認識する。次に、コードパターン３が無く基準パターン２のみからなる等のレギュラーターゲットの対応付けを各画像データに対して行い、最後にコードターゲット１０、レギュラーターゲットのすべての対応付けから画像データ全体の３次元座標を生成する。これにより、３次元座標の精度向上を図ることができる。なお、３次元情報取得システム２００は、全自動にて３次元情報を取得することが可能となるが、そのためには、同じコードを標示するコードターゲットを複数用いることがないように留意すべきである。
【００４４】
このように複数の画像データの対応付けを行うことによって、３次元情報取得システム２００は、コードターゲット１０が付された対象物Ｔの特徴点などの３次元空間座標や３次元モデルなどの３次元情報を取得することができる。このような３次元情報取得システム２００は、対象物Ｔの大きさや設置場所、撮影方向などに関わらず、また、対象物Ｔが移動するものであっても、３次元情報を取得することが可能な非常に柔軟性の高いシステムである。３次元情報取得システム２００は、例えば、崖崩れや地殻変動等による地形表面の初期変化の計測、車両のバンパ等の工業生産物の３次元計測、橋梁や建物等の大型構造物の３次元計測、事故現場の再現等の３次元モデリングなどの多様な分野に適用することが可能である。
【００４５】
なお、本発明に係るコードターゲット、コード検出システム及び３次元情報取得システムは、本発明の実施の形態としてそれぞれ示したコードターゲット１０、コード検出システム１００及び３次元情報取得システム２００に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜設計変更できることは勿論である。
【００４６】
コードターゲットは、図１（ｂ）に示したように、裏面を接着面とするものに限定されない。例えば、コードターゲットを薄板状の永久磁石としても良い。これにより、コードターゲットの対象物に対する着脱が容易で繰り返し使用できると共に、付着する位置の修正も容易となる。また、対象物の平面状の表面に黒色インク等を塗布してコードターゲットを描いてもよい。
【００４７】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、その基準パターン２が円形領域Ｃのみからなるものに限定されない。円形領域Ｃに他の形状パターンを含む基準パターンを備えたものであってもよい。例えば、図６（ａ）に示したコードターゲットは、基準パターンとして黒白に色分けされた３重円からなるものであり、その中央の黒円が円形領域となるものである。このようなコードターゲットを撮影して得た画像データにおいては、前記３重円は３重の相似形の楕円形状に変形されるので、前記円形領域抽出手段は、確実にその認識した３重の楕円形状が基準パターンの変形した形状であると認識することができる。従って、対象物Ｔの表面に円形模様がある場合等であっても、コードターゲットであることを確実に認識でき、誤ったコードの検出を防止することが可能となる。
【００４８】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、そのコード領域Ａが扇形状であるものに限定されない。前述したように、コード領域Ａは、円形領域Ｃの中心Ｏと同心の仮想の基準円Ｃ１の円周を複数に等分した円弧を１つ含む領域であればよく、例えば、図６（ｂ）に示すように、扇形状以外の形状であってもよい。
【００４９】
また、コードターゲットは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、そのコードパターン３が、基準円Ｃ１を１つとし全体として１重の環形形状をなすコード領域Ａからなるものに限定されない。例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、基準円を２つ以上とし全体として２重以上の環形形状をなすコード領域からなるものであってもよい。また、この場合、内側のコード領域と外側のコード領域とは、図７（ａ）に示すように隣接していても、図７（ｂ）に示すように離間していてもよい。また、内側のコード領域と外側のコード領域との領域数は、図７（ａ）に示すように同じであっても、図７（ｂ）に示すように異なっていてもよい。
【００５０】
また、コードターゲットは、図１（ｂ）に示すように、外部の白色の基準面４に対して基準パターン２の円形領域Ｃ内を黒色の領域としているが、これに限定されない。例えば、図７（ｃ）に示すように、外部の黒色の基準面に対して基準パターンの円形領域内を白色の領域としてもよい。また、図示しないが、黒白の濃度差や濃度レベルにて円形領域Ｃやコード領域Ａ１乃至Ａ９を彩色することに限定されるものではなく、Ｒ，Ｇ，Ｂの色濃度によって濃度差や濃度レベルにてこれら各領域を彩色してもよい。さらに、コードターゲットは、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、コード領域Ａが基準円Ｃ１の円周を８等分した円弧をそれぞれ１つ含むものに限定されるものではなく、コード領域が基準円Ｃ１の円周を複数等分した円弧をそれぞれ１つ含むものであればよく、分割数はコードターゲットにコード化される情報量に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は、本発明に係るコードターゲット１を、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係るコードターゲット１０を、それぞれ示す表面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るコード検出システム１００を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、コードターゲット１０を、（ｂ）は、コードターゲット１０を撮影して得た画像データのローカル座標系においてコードターゲット１０が変形した形状を、それぞれ示す図である。
【図４】コードターゲット１０が変形した形状を示す図、及び切り出し開始のコード領域とコード列等の関係を示す表である。
【図５】本発明の実施の形態に係る３次元取得システム２００を示すブロック図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明に係るコードターゲットの変形例を示す表面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ本発明に係るコードターゲットの変形例を示す表面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１０ コードターゲット
２ 基準パターン
３ コードパターン
１００ コード検出システム
１０１ 制御部（円形領域抽出手段、コード領域画像抽出手段、コード列取得手段、コード特定手段）
１０２ 撮影部（撮影手段）
１１０ 円形領域抽出プログラム（円形領域抽出手段）
１１１ コード領域画像抽出プログラム（コード領域画像抽出手段）
１１２ コード列取得手段プログラム（コード取得手段）
１１３ コード特定手段プログラム（コード特定手段）
２００ ３次元情報取得システム
Ａ１〜Ａ８ コード領域
Ｃ 円形領域
Ｃ１ 基準円
Ｄ 楕円形状
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形領域を有する基準パターンと、当該基準パターンの周囲部に位置し、前記円形領域の中心と同心の仮想円の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域からなるコードパターンと、を同一平面上に備え、前記コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたことを特徴とするコードターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載のコードターゲットの画像を撮影して得た画像データを解析し、当該コードターゲットに標示されたコードを検出することを特徴とするコード検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載のコードターゲットを撮影する撮影手段と、
該撮影手段がコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出する円形領域抽出手段と、
当該コードターゲットの仮想円が前記楕円形状と相似形に変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するコード領域画像抽出手段と、
該コード領域画像抽出手段が抽出した前記各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するコード列取得手段と、
該コード列取得手段が取得したコード列から前記コード領域順に関わらず一意的に定まるコードを特定するコード特定手段と、
を備えることを特徴とするコード検出システム。
【請求項４】
請求項３に記載のコード検出システムによって検出されたコードが共通する複数の画像データに対して、該画像データの前記円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うことにより３次元情報を取得することを特徴とする３次元情報取得システム。
【請求項１】
円形領域を有する基準パターンと、当該基準パターンの周囲部に位置し、前記円形領域の中心と同心の仮想円の円周を等分した円弧をそれぞれ１つ含むコード領域からなるコードパターンと、を同一平面上に備え、前記コード領域内の濃度レベルを当該コード領域が標示するコードにそれぞれ対応させたことを特徴とするコードターゲット。
【請求項２】
請求項１に記載のコードターゲットの画像を撮影して得た画像データを解析し、当該コードターゲットに標示されたコードを検出することを特徴とするコード検出システム。
【請求項３】
請求項１に記載のコードターゲットを撮影する撮影手段と、
該撮影手段がコードターゲットを撮影して得た画像データから、当該コードターゲットの円形領域が変形した楕円形状を抽出する円形領域抽出手段と、
当該コードターゲットの仮想円が前記楕円形状と相似形に変形することに基づいて、当該コードターゲットのコード領域内の画像の画像データを抽出するコード領域画像抽出手段と、
該コード領域画像抽出手段が抽出した前記各コード領域の画像データの濃度レベルにそれぞれ対応するコードを求め、該コードを所定のコード領域順に配したコード列を取得するコード列取得手段と、
該コード列取得手段が取得したコード列から前記コード領域順に関わらず一意的に定まるコードを特定するコード特定手段と、
を備えることを特徴とするコード検出システム。
【請求項４】
請求項３に記載のコード検出システムによって検出されたコードが共通する複数の画像データに対して、該画像データの前記円形領域が変形した楕円形状に基づく対応付けを行うことにより３次元情報を取得することを特徴とする３次元情報取得システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３２３３（Ｐ２００７−３２３３Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８０９９６（Ｐ２００５−１８０９９６）
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（３０１０２１６５８）株式会社三次元メディア (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【出願人】（３０１０２１６５８）株式会社三次元メディア (15)
【Ｆターム（参考）】
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