測定装置
【課題】ラインセンサにより高さのみ及び高さと変位の両方を高精度に測定することができ、設置作業が容易な測定装置を提供する。
【解決手段】測定装置において、５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲット２と、前記キャリブレーションターゲット２の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサ１と、前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の姿勢を計算する姿勢計算部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の焦点距離を計算する焦点距離計算部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の位置を計算する位置計算部とを備えた。
【解決手段】測定装置において、５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲット２と、前記キャリブレーションターゲット２の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサ１と、前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の姿勢を計算する姿勢計算部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の焦点距離を計算する焦点距離計算部と、前記係数に基づき前記ラインセンサ１の位置を計算する位置計算部とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エリアカメラやラインセンサを用いて撮像した画像を基に、測定対象物の位置を測定する方法が知られている。
例えば、下記特許文献１には、２つのエリアカメラで測定対象物を撮像し、ステレオ画像から位置を求める方法が開示されている。
また、下記特許文献２，３には、測定対象物に特殊なマーカーを付け、ラインセンサでマーカーを撮像することで、測定対象物の高さのみを求める方法が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１に開示される方法では、通常のエリアカメラを用いた場合にはエリアカメラの解像度が低く、高精度の測定を行うことができない。このため、精度を高めるために解像度の高いエリアカメラを用いた場合、コストが高くなるという問題がある。また、解像度の高いエリアカメラを用いた場合、保存する画像サイズが肥大化するという問題がある。
【０００４】
このため、測定対象物の高さだけを求めたい場合には、下記特許文献２，３に開示される方法のようにラインセンサを用いる。下記特許文献２，３に開示される方法においては、まず、下記非特許文献１に開示される方法により測定対象物の焦点距離を求め、次に、下記特許文献２に開示される方法によりラインセンサの姿勢を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６０８３０５号公報
【特許文献２】特開２００９−３００１３７号公報
【特許文献３】特開２００９−３００１３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】社団法人日本写真測量学会・解析写真測量委員会、「解析写真測量」、改訂版、社団法人日本写真測量学会、平成９年４月１０日、ｐ．１４９−１５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献２，３ではラインセンサの撮像面から測定対象物が設置される壁面までの距離を既知としている。通常、ラインセンサの撮像面は外箱内部に隠れるため、この値を既知とするような設置は困難である。
【０００８】
また、測定対象物の高さだけでなく位置をも求めたい場合には、変位を求めるためにエリアカメラとラインセンサを組み合わせて測定することとなるが、この場合、測定装置が大掛かりになる上、エリアカメラを使用する変位の方が、高さに比べ精度が悪くなってしまうという問題がある。
【０００９】
以上のことから、本発明は、ラインセンサにより高さのみ及び高さと変位の両方を高精度に測定することができ、設置作業が容易な測定装置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】
【００１０】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る測定装置は、
５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲットと、
前記キャリブレーションターゲットの画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサと、
前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、
前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る測定装置は、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記第１のラインセンサのターゲット座標及び前記第２のラインセンサのターゲット座標と、予め取得した前記第１のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置と、前記第２のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置とに基づきターゲット絶対座標を算出するステレオ計測部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【００１２】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る測定装置は、
５つ以上の絶対座標が分かる円柱状のポールが配置されたキャリブレーションターゲットと、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ラインセンサにより高さのみ及び高さと変位の両方を高精度に測定することができ、設置作業が容易な測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲットの例を示した模式図である。
【図５】ＤＬＴ法についての説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る測定装置におけるステレオ計測における座標系を示した模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲットの例を示した模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるひし形ターゲットの例を示した模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲット撮像時の様子を示した模式図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲット画像の例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る測定装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明に係る測定装置の第１の実施例について説明する。
本実施例においては、上記特許文献２，３のような構成で測定対象物の高さをラインセンサにより求める場合、必要なパラメータを後述するＤＬＴ法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｉｎｅａｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）（上記非特許文献１参照）を用いて一度に取得する方法である。
【００１７】
ただし、上記特許文献２，３においては、ラインセンサの中心が撮像面となっているが、本実施例においては上記非特許文献１のようにラインセンサの中心をラインセンサのレンズ中心としている。また、撮像画像から高さを求める方法も上記非特許文献１のように投影変換により求めることとする。
【００１８】
図１は、本実施例に係る測定装置の概略図である。なお、図１（ａ）は、本実施例に係る測定装置の側面から見た概略図である。また、図１（ｂ）は、本実施例に係る測定装置におけるターゲットを正面から見た概略図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施例に係る測定装置は、ラインセンサ１と、ラインセンサ１のパラメータを得るためのキャリブレーションターゲット２と、キャリブレーションターゲット２を照らす照明３とを備えている。なお、ラインセンサ１、キャリブレーションターゲット２及び照明３は、地面等の基準となる設置面４上に設置される。
【００２０】
キャリブレーションターゲット２には、高さ方向（図１中、Ｘ軸方向）について測定対象の可動範囲内に５つ以上の絶対値が分かるものを用いる。例えば、図１（ｂ）に示すように、測定対象物の可動範囲内に縞の幅が既知の黒２ａと白２ｂの縞模様を描き、その境界にＰ０〜Ｐ４を取る。キャリブレーションターゲット２の設置面４からＰ０までの高さを測定しておけば、相対的にＰ１〜Ｐ４の座標も分かる。このとき、Ｚ座標はＰ０〜Ｐ４ですべて同じ座標であるため、例えば０としておけばキャリブレーションの結果として、キャリブレーションターゲット２からラインセンサ１のレンズまでの距離が分かることとなる。
【００２１】
図２は、本実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
図２に示すように、本実施例に係る測定装置は、ラインセンサ１と、入力画像作成部１０と、第１のメモリ１１ａ、第２のメモリ１１ｂ及び第３のメモリ１１ｃを備える記憶部１１と、ターゲット検出部１２と、係数算出部１４と、焦点距離計算部１５と、姿勢計算部１６と、位置計算部１７と、メモリ１８と、ログ出力部１９とにより構成されている。
【００２２】
ラインセンサ１は、キャリブレーションターゲット２の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を入力画像作成部１０に出力する。
入力画像作成部１０は、入力した画像信号に基づき画像情報を作成し、記憶部１１の第１のメモリ１１ａに出力する。
【００２３】
ターゲット検出部１２は、記憶部１１の第１のメモリ１１ａに記憶された画像情報を読み込み、画像情報に基づきターゲット座標ｘ1〜ｘnを検出し、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂに出力する。
なお、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂには、予め取得したターゲット絶対座標１３に基づき、絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）を予め記憶させておく。
【００２４】
係数算出部１４は、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂに記憶されたターゲット座標ｘ1〜ｘn及び絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）を読み込み、ターゲット座標ｘ1〜ｘn及び絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）に基づき係数ｂ1〜ｂ5を算出し、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに出力する。
【００２５】
焦点距離算出部１５は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1，ｂ5又は係数ｂ2，ｂ4を読み込み、係数ｂ1，ｂ5又は係数ｂ2，ｂ4に基づき焦点距離ｆを計算し、メモリ１８に出力する。
【００２６】
姿勢計算部１６は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1，ｂ2又は係数ｂ4，ｂ5を読み込み、係数ｂ1，ｂ2又は係数ｂ4，ｂ5に基づきラインセンサ姿勢φを計算し、メモリ１８に出力する。
【００２７】
位置計算部１７は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1〜ｂ5を読み込み、係数ｂ1〜ｂ5に基づきラインセンサ位置座標（Ｘ0，Ｚ0）を計算し、メモリ１８に出力する。
【００２８】
ログ出力部１９は、メモリ１８に記憶された焦点距離ｆ、ラインセンサ姿勢φ及びラインセンサ座標（Ｘ0，Ｚ0）を読み込み、焦点距離ｆ、ラインセンサ姿勢φ及びラインセンサ座標（Ｘ0，Ｚ0）のログ２０を記録する。
【００２９】
図３は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図３に示すように、はじめに、ステップＰ１０において、ラインセンサ１によりキャリブレーションターゲット２の撮影を行う。なお、撮像時にＰ0〜Ｐ4に対応する点がすべて入るように注意する。図１（ｂ）においては、図１中にｌで示す撮像ラインがキャリブレーションターゲット２正面のちょうど中心を鉛直方向に通っているが、すべての点が写っていれば中心でなくてもよい。また、撮像ラインは、真に鉛直とならなくてもよい。
【００３０】
次に、ステップＰ１１において、入力画像作成部１０により撮像した画像を２値化すると、図４に示すような２値化画像が得られる。
次に、ステップＰ１２において、ターゲット検出部１２により２値化画像から画像上の座標を求める。画像上の座標として、ラインセンサ１のセンサ画像上での長さ［ｍｍ］を用いるため、画像上でのピクセル数ｘ［ｐｉｘ］を用いて以下の式により得る。
【数１】
ただし、Ｗは撮像の結果得られるラインセンサ画像の幅［ｐｉｘ］、Ｓはラインセンサ１上の素子の幅［ｍｍ］である。このとき、ラインセンサ１のセンサ中心が画像上の座標の原点となる。
【００３１】
次に、ステップＰ１３において、係数算出部１４、焦点距離算出部１５、姿勢計算部１６及び位置計算部１７によりＤＬＴ法（上記非特許文献１参照）を用いてキャリブレーションを行う。ただし、３次元のＤＬＴ法をそのまま用いることは冗長であるため、２次元に落として考えることとする。ＤＬＴ法を２次元に落として整理しなおすことで、ＤＬＴ法のみでラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を得ることができる。さらに、これらすべてのパラメータは、レンズの収差等の誤差を含めた形で求まるため、キャリブレーションターゲット２を撮影した領域内で高精度の計測が可能となる。
【００３２】
以下に、本実施例におけるキャリブレーション方法の詳細について説明する。
図５に示すように、空間内に測定対象物Ｍ（Ｘ，Ｚ）があるとすると、Ｍとラインセンサ１のレンズ中心Ｏlは共線条件を満たす。なお、図５中、Ｐはラインセンサ１の撮像面を示している。すなわち、下記式（２）を満足する。
【数２】
ここで、ａ1〜ａ4は、ラインセンサ１の姿勢行列Ｔの要素である。
【００３３】
すなわち、
【数３】
となる。
【００３４】
上記式（２）は、係数ｂ1〜ｂ5を用いて以下の二次の射影変換式に置き換えることができる。
【数４】
【００３５】
上記式（４）を変形すると、以下の式が得られる。
【数５】
上記式（５）は、ｂ1〜ｂ5について線形であるから、最低５点、すなわち５つの撮像対象物の座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘ5，Ｚ5）と、それらを撮像したときのラインセンサ画像上の座標ｘ1〜ｘ5より回帰分析を行うことができる。このとき、ｘを被説明変数、Ｘ，Ｚ，ｘＸ，ｘＺを説明変数とする。
【００３６】
以上から、係数ｂ1〜ｂ5を計算することができる。なお、５点以上の絶対値を用いないのであれば、以下のように行列表現し、掃き出し法等で得られた逆行列を左から掛けることでも係数ｂ1〜ｂ5が得られる。
【数６】
【００３７】
ところで、上記式（２）と上記式（４）とを比べると、ａ1〜ａ4とｂ1〜ｂ5について以下の関係があることが分かる。ただし、Ｃ＝−（ａ3Ｘl＋ａ4Ｚl）である。
【数７】
【００３８】
上記式（３）と上記式（７）とを比べることで、ラインセンサ１の姿勢φは以下となる。
【数８】
【００３９】
上記式（３）と上記式（７）とを比べることで、焦点距離ｆは以下となる。
【数９】
【００４０】
上記式（８）より、
【数１０】
とすると、両辺の左からＢ-1を掛けることで直ちに答えが得られる。
【００４１】
また、行列Ｔが正規直交行列であることから、
【数１１】
としてもよい。
【００４２】
したがって、ステップＰ１２で求めた画像上の座標ｘp0〜ｘp4［ｐｉｘ］〜ｘ0〜ｘ4［ｐｉｘ］と、キャリブレーションターゲット２の絶対座標Ｐ0（Ｘ0，Ｚ0）〜Ｐ4（Ｘ4，Ｚ4）用いて、最小二乗法によりラインセンサ１の姿勢、焦点距離及びレンズ中心位置（すなわち、ラインセンサ１の位置）を求めることができることが分かる。
最後に、ステップＰ１４において、求めたパラメータをログ２０として記録する。
【００４３】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を、設置した後から計算により求めることができるため、ラインセンサ１を設置するときに所定の角度に固定する必要がなく、簡単に設置することができる。
【００４４】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を、設置した後から計算により求めることができるため、設置後に別の測定器により測定する必要がない。このため、設置後に別の測定器により測定する際に生じる測定誤差の影響を受けることがない。
【００４５】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点及び位置を統一した手法により求めることができるため、測定領域で十分な精度を得ることができる。
【００４６】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１を真に鉛直上方に向けずとも、キャリブレーションターゲット２さえ正しく設置できてさえいれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置のパラメータ側でラインセンサ１の撮像面のずれを吸収することができるため、ラインセンサ１の設置を非常に容易に行うことができる。
【実施例２】
【００４７】
以下、本発明に係る測定装置の第２の実施例について説明する。
本実施例においては、上記特許文献１のように、従来エリアカメラを用いて行われてきたステレオ計測を、２つのラインセンサ１ａ，１ｂを用いて行うことを特徴とする。これにより、高精度の測定を行うためにエリアカメラとラインセンサとを組み合わせて使うということをせずに済むため、測定装置をコンパクト、かつ低コストで構成することができる。
【００４８】
また、統一的な計算方法で精度良く測定対象物５の位置を計算することが可能となる。さらに、図７からも分かるように、測定装置の設置時にラインセンサ１ａ，１ｂのレンズ中心がどこに位置してもよいことから、測定装置の設置時に所定の位置にレンズ中心が位置するように配慮するなどの煩雑な作業をなくすことができる。
【００４９】
ただし、２つのラインセンサ１ａ，１ｂを用いたステレオ計測は、図７中にＰで示す２つのラインセンサ１ａ，１ｂの撮像面が合ったごく狭い領域が測定対象領域となることと、後述するキャリブレーション方法から、ある程度の長さがあり、かつ丸い断面をした棒状の物体が適している。
【００５０】
図６は、本実施例に係る測定装置の概略図である。
図６に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、測定対象物５を照らす第１のラインセンサ１ａ側の照明３ａと、測定対象物５を照らす第２のラインセンサ１ｂ側の照明３ｂを備えている。本実施例においては、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂを用いてステレオ計測を行う。
【００５１】
第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂは、後述するキャリブレーション方法により撮像面が一致し、図７に示すように設定した座標系において、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの姿勢、焦点距離及びレンズ中心座標（すなわち、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの位置）が求まっているものとする。
【００５２】
図８は、本実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
図８に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、入力画像作成部３０と、第１のメモリ３１ａ、第２のメモリ３１ｂ及び第３のメモリ３１ｃを備える記憶部３１と、ターゲット検出部３２と、ステレオ計測部３４と、ログ出力部３５とにより構成されている。
【００５３】
第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂは、測定対象物５の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を入力画像作成部３０に出力する。入力画像作成部３０は、入力した画像信号に基づき画像情報を作成し、記憶部３１の第１のメモリ３１ａに出力する。
【００５４】
ターゲット検出部３２は、記憶部３１の第１のメモリ３１ａに記憶された画像情報を読み込み、画像情報に基づき第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1と、第２のラインセンサ２ａのターゲット座標ｘ2とを検出し、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂに出力する。
【００５５】
なお、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂには、予め取得しておいたラインセンサ姿勢ログ３３より第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1（すなわち、第１のラインセンサ１ａの位置）と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2（すなわち、第２のラインセンサ１ｂの位置）とを予め記憶させておく。
【００５６】
ステレオ計測部３４は、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂに記憶された第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1及び第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標ｘ2と、第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2とを読み込み、第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1及び第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標ｘ2と、第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2とに基づきターゲット絶対座標を算出し、記憶部３１の第３のメモリ３１ｃに出力する。
【００５７】
ログ出力部３５は、記憶部３１の第３のメモリ３１ｃに記憶されたターゲット絶対座標を読み込み、ターゲット絶対座標のログ３６を記録する。
【００５８】
図９は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図９に示すように、はじめに、ステップＰ２０において、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサにより測定対象物の画像を撮像する。
次に、ステップＰ２１において、測定箇所５ａの座標は、第１の実施例に係るステップＰ１２と同様の方法で［ｐｉｘ］から［ｍｍ］に変換したものを用いる。そして、測定箇所５ａ（図６参照）の座標を求める。
次に、ステップＰ２２において、ステレオ計測を行う。なお、ステレオ計測は、図７に示すような座標系を用いて以下のように行うことができる。
【００５９】
図７において、第１のラインセンサのレンズ中心がＯ1（Ｘ01，Ｚ01）に対応し、第２のラインセンサのレンズ中心がＯ2（Ｘ02，Ｚ02）に対応し、第１のラインセンサにおいて撮像したときの撮像面上のターゲット座標がｘ1であり、第２のラインセンサにおいて撮像したときの撮像面上のターゲット座標がｘ2であるとする。図７に示す座標系において、ターゲット座標ｘ1，ｘ2は、以下のようにあらわされる。
【数１２】
【００６０】
したがって、測定対象物の測定箇所５ａ（図６参照）の座標（Ｘ，Ｚ）は、以下のようにあらわすことができる。
【数１３】
【００６１】
ただし、ｆ1は第１のラインセンサの焦点距離、ｆ2は第２のラインセンサの焦点距離であり、ｔ１，ｔ２は以下のとおりである。
【数１４】
最後に、ステップＰ２３において、測定結果をログに記録する。
【００６２】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサのみを用いて測定対象物の位置を簡便かつ高精度に計測することができる。
【００６３】
また、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサのみを用いるため、測定装置をコンパクトかつ低コストで構成することができる。
【００６４】
また、本実施例に係る測定装置によれば、測定対象が棒状の物体である場合、上記特許文献２，３と異なり、棒状の物体そのものを測定することができる。
【実施例３】
【００６５】
以下、本発明に係る測定装置の第３の実施例について説明する。
本実施例においては、第２の実施例に係る測定装置において第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を合わせて、計算のために用いる第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータを得ることを特徴とする。これにより、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を一定の手順により合わせることができるため、第２の実施例に係る測定装置をより現実的に実現することができる。
【００６６】
図１０は、本実施例に係る測定装置の概略図である。なお、図１０（ａ）は、本実施例に係る測定装置の正面から見た概略図である。また、図１（ｂ）は、本実施例に係る測定装置におけるひし形ターゲットを正面から見た概略図である。
【００６７】
図１０に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、図１１に示すような第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータを求めるためのキャリブレーションターゲット６と、図１０（ｂ）に示すような第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像ラインを合わせるための複数のひし形が描かれたひし形ターゲット７と、キャリブレーションターゲット６及びひし形ターゲット７を照らす第１のラインセンサ１ａ側の照明３ａと、キャリブレーションターゲット６及びひし形ターゲット７を照らす第２のラインセンサ１ｂ側の照明３ｂとを備えている。なお、本実施例においては、キャリブレーションターゲット６は、正面の向く方向を容易に調整することができるように、回転角を調整することが可能な雲台（図示省略）上に設置することとする。
【００６８】
なお、本実施例においては、キャリブレーションターゲット６は、図１１に示すように、断面が円となる５本以上の円柱状のポール６ａを固定でき、かつ各ポール６ａの絶対座標が分かるようにしておく。例えば、ポール６ａを５本配置する場合には、図１０に示すように、Ｐ0の絶対座標のみ分かるようにしておき、Ｐ0からの相対座標が分かるようにＰ1〜Ｐ4を配置するとよい。
【００６９】
そして、本実施例においては、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を合わせることにより、第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーション方法をそのまま適用することが可能である。したがって、本実施例に係る測定装置の構成は、第１の実施例に係る測定装置の構成と同様である。
【００７０】
すなわち、本実施例においては、第１のラインセンサ１ａの画像信号及び第２のラインセンサ１ｂの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、第１のラインセンサ１ａの画像情報及び第２のラインセンサ１ｂの画像情報に基づき第１のラインセンサ１ａのターゲット座標と、第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの姿勢を計算する姿勢計算部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの位置を計算する位置計算部とを備えている。
【００７１】
図１２は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図１２に示すように、はじめに、ステップＰ３０において、図１０に示すように、ひし形ターゲット７をキャリブレーションターゲット６のポール６ａ上に載置する。そして、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面がキャリブレーションターゲット６上で一致するようにひし形ターゲット７を撮像しながら第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂを設置している雲台の回転角を調整する。
【００７２】
ここで、図１３（ｂ）は、ひし形ターゲット７を撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が、図１３（ａ）におけるＡ及びＡ´で示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７３】
また、図１３（ｃ）は、ひし形ターゲット７を撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が、図１３（ａ）におけるＢ及びＢ´で示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７４】
図１３（ｄ）は、ひし形ターゲットを撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が図１３（ａ）におけるＣで示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７５】
そして、図１３（ｄ）に示すように、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面がひし形ターゲット７の中央を横切るときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が一致する。
【００７６】
次に、ステップＰ３１において、図１４に示すように、ひし形ターゲット７をキャリブレーションターゲット６のポール６ａ上からはずした上で、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂにより撮像する。このとき、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のラインセンサ１ａで撮像した画像と、第２のラインセンサ１ｂで撮像した画像とでは、各ポール６ａのＰ0〜Ｐ4の写る場所が変わることに注意する。本実施例においては、ポール６ａの数を５つとしているが、さらにポール６ａの数を増やす場合には注意が必要である。
【００７７】
次に、ステップＰ３２において、キャリブレーションターゲット６に配置された各ポール６ａの下から照明を当てているため、キャリブレーションターゲット６に配置された各ポール６ａのＰ0〜Ｐ4は、撮像した画像を２値化することにより白くなり、図１５（ａ）に示すような第１のラインセンサ１ａの画像と、図１５（ｂ）に示すような第１のラインセンサ１ｂの画像とを得ることができる。
【００７８】
次に、ステップＰ３３において、２値化した画像から画像上の座標［ｍｍ］を求める。まず、図１５（ｃ）に示すように、各ポール６ａの白い部分の幅の中心を求め、画像左端からのピクセル数ｘ［ｐｉｘ］を求める。次に、第１の実施例に係るステップＰ１２と同様の方法により、画像上の座標ｘ［ｍｍ］を得る。
【００７９】
次に、ステップＰ３４において、キャリブレーションを行う。なお、本実施例においては、第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーション方法と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、ステップＰ３５において、求めたパラメータをログとして記録する。
最後に、ステップＰ３６において、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まったか判断し、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まった場合には一連の処理を終了し、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まっていない場合は、ステップＰ３１〜ステップＰ３６を再度実行する。
【００８０】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を一定の手順により合わせることができるため、第２の実施例に係る測定装置をより現実的に実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えば、ラインセンサを用いた測定装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ ラインセンサ
１ａ 第１のラインセンサ
１ｂ 第２のラインセンサ
２ キャリブレーションターゲット
３，３ａ，３ｂ 照明
４ 設置面
５ 測定対象物
６ キャリブレーションターゲット
７ ひし形ターゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エリアカメラやラインセンサを用いて撮像した画像を基に、測定対象物の位置を測定する方法が知られている。
例えば、下記特許文献１には、２つのエリアカメラで測定対象物を撮像し、ステレオ画像から位置を求める方法が開示されている。
また、下記特許文献２，３には、測定対象物に特殊なマーカーを付け、ラインセンサでマーカーを撮像することで、測定対象物の高さのみを求める方法が開示されている。
【０００３】
上記特許文献１に開示される方法では、通常のエリアカメラを用いた場合にはエリアカメラの解像度が低く、高精度の測定を行うことができない。このため、精度を高めるために解像度の高いエリアカメラを用いた場合、コストが高くなるという問題がある。また、解像度の高いエリアカメラを用いた場合、保存する画像サイズが肥大化するという問題がある。
【０００４】
このため、測定対象物の高さだけを求めたい場合には、下記特許文献２，３に開示される方法のようにラインセンサを用いる。下記特許文献２，３に開示される方法においては、まず、下記非特許文献１に開示される方法により測定対象物の焦点距離を求め、次に、下記特許文献２に開示される方法によりラインセンサの姿勢を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６０８３０５号公報
【特許文献２】特開２００９−３００１３７号公報
【特許文献３】特開２００９−３００１３８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】社団法人日本写真測量学会・解析写真測量委員会、「解析写真測量」、改訂版、社団法人日本写真測量学会、平成９年４月１０日、ｐ．１４９−１５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献２，３ではラインセンサの撮像面から測定対象物が設置される壁面までの距離を既知としている。通常、ラインセンサの撮像面は外箱内部に隠れるため、この値を既知とするような設置は困難である。
【０００８】
また、測定対象物の高さだけでなく位置をも求めたい場合には、変位を求めるためにエリアカメラとラインセンサを組み合わせて測定することとなるが、この場合、測定装置が大掛かりになる上、エリアカメラを使用する変位の方が、高さに比べ精度が悪くなってしまうという問題がある。
【０００９】
以上のことから、本発明は、ラインセンサにより高さのみ及び高さと変位の両方を高精度に測定することができ、設置作業が容易な測定装置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】
【００１０】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る測定装置は、
５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲットと、
前記キャリブレーションターゲットの画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサと、
前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、
前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする。
【００１１】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る測定装置は、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記第１のラインセンサのターゲット座標及び前記第２のラインセンサのターゲット座標と、予め取得した前記第１のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置と、前記第２のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置とに基づきターゲット絶対座標を算出するステレオ計測部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【００１２】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る測定装置は、
５つ以上の絶対座標が分かる円柱状のポールが配置されたキャリブレーションターゲットと、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ラインセンサにより高さのみ及び高さと変位の両方を高精度に測定することができ、設置作業が容易な測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲットの例を示した模式図である。
【図５】ＤＬＴ法についての説明図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る測定装置におけるステレオ計測における座標系を示した模式図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
【図９】本発明の第２の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施例に係る測定装置の概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲットの例を示した模式図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるひし形ターゲットの例を示した模式図である。
【図１４】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲット撮像時の様子を示した模式図である。
【図１５】本発明の第３の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーションターゲット画像の例を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る測定装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明に係る測定装置の第１の実施例について説明する。
本実施例においては、上記特許文献２，３のような構成で測定対象物の高さをラインセンサにより求める場合、必要なパラメータを後述するＤＬＴ法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｌｉｎｅａｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）（上記非特許文献１参照）を用いて一度に取得する方法である。
【００１７】
ただし、上記特許文献２，３においては、ラインセンサの中心が撮像面となっているが、本実施例においては上記非特許文献１のようにラインセンサの中心をラインセンサのレンズ中心としている。また、撮像画像から高さを求める方法も上記非特許文献１のように投影変換により求めることとする。
【００１８】
図１は、本実施例に係る測定装置の概略図である。なお、図１（ａ）は、本実施例に係る測定装置の側面から見た概略図である。また、図１（ｂ）は、本実施例に係る測定装置におけるターゲットを正面から見た概略図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施例に係る測定装置は、ラインセンサ１と、ラインセンサ１のパラメータを得るためのキャリブレーションターゲット２と、キャリブレーションターゲット２を照らす照明３とを備えている。なお、ラインセンサ１、キャリブレーションターゲット２及び照明３は、地面等の基準となる設置面４上に設置される。
【００２０】
キャリブレーションターゲット２には、高さ方向（図１中、Ｘ軸方向）について測定対象の可動範囲内に５つ以上の絶対値が分かるものを用いる。例えば、図１（ｂ）に示すように、測定対象物の可動範囲内に縞の幅が既知の黒２ａと白２ｂの縞模様を描き、その境界にＰ０〜Ｐ４を取る。キャリブレーションターゲット２の設置面４からＰ０までの高さを測定しておけば、相対的にＰ１〜Ｐ４の座標も分かる。このとき、Ｚ座標はＰ０〜Ｐ４ですべて同じ座標であるため、例えば０としておけばキャリブレーションの結果として、キャリブレーションターゲット２からラインセンサ１のレンズまでの距離が分かることとなる。
【００２１】
図２は、本実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
図２に示すように、本実施例に係る測定装置は、ラインセンサ１と、入力画像作成部１０と、第１のメモリ１１ａ、第２のメモリ１１ｂ及び第３のメモリ１１ｃを備える記憶部１１と、ターゲット検出部１２と、係数算出部１４と、焦点距離計算部１５と、姿勢計算部１６と、位置計算部１７と、メモリ１８と、ログ出力部１９とにより構成されている。
【００２２】
ラインセンサ１は、キャリブレーションターゲット２の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を入力画像作成部１０に出力する。
入力画像作成部１０は、入力した画像信号に基づき画像情報を作成し、記憶部１１の第１のメモリ１１ａに出力する。
【００２３】
ターゲット検出部１２は、記憶部１１の第１のメモリ１１ａに記憶された画像情報を読み込み、画像情報に基づきターゲット座標ｘ1〜ｘnを検出し、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂに出力する。
なお、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂには、予め取得したターゲット絶対座標１３に基づき、絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）を予め記憶させておく。
【００２４】
係数算出部１４は、記憶部１１の第２のメモリ１１ｂに記憶されたターゲット座標ｘ1〜ｘn及び絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）を読み込み、ターゲット座標ｘ1〜ｘn及び絶対座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘn，Ｚn）に基づき係数ｂ1〜ｂ5を算出し、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに出力する。
【００２５】
焦点距離算出部１５は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1，ｂ5又は係数ｂ2，ｂ4を読み込み、係数ｂ1，ｂ5又は係数ｂ2，ｂ4に基づき焦点距離ｆを計算し、メモリ１８に出力する。
【００２６】
姿勢計算部１６は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1，ｂ2又は係数ｂ4，ｂ5を読み込み、係数ｂ1，ｂ2又は係数ｂ4，ｂ5に基づきラインセンサ姿勢φを計算し、メモリ１８に出力する。
【００２７】
位置計算部１７は、記憶部１１の第３のメモリ１１ｃに記憶された係数ｂ1〜ｂ5を読み込み、係数ｂ1〜ｂ5に基づきラインセンサ位置座標（Ｘ0，Ｚ0）を計算し、メモリ１８に出力する。
【００２８】
ログ出力部１９は、メモリ１８に記憶された焦点距離ｆ、ラインセンサ姿勢φ及びラインセンサ座標（Ｘ0，Ｚ0）を読み込み、焦点距離ｆ、ラインセンサ姿勢φ及びラインセンサ座標（Ｘ0，Ｚ0）のログ２０を記録する。
【００２９】
図３は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図３に示すように、はじめに、ステップＰ１０において、ラインセンサ１によりキャリブレーションターゲット２の撮影を行う。なお、撮像時にＰ0〜Ｐ4に対応する点がすべて入るように注意する。図１（ｂ）においては、図１中にｌで示す撮像ラインがキャリブレーションターゲット２正面のちょうど中心を鉛直方向に通っているが、すべての点が写っていれば中心でなくてもよい。また、撮像ラインは、真に鉛直とならなくてもよい。
【００３０】
次に、ステップＰ１１において、入力画像作成部１０により撮像した画像を２値化すると、図４に示すような２値化画像が得られる。
次に、ステップＰ１２において、ターゲット検出部１２により２値化画像から画像上の座標を求める。画像上の座標として、ラインセンサ１のセンサ画像上での長さ［ｍｍ］を用いるため、画像上でのピクセル数ｘ［ｐｉｘ］を用いて以下の式により得る。
【数１】
ただし、Ｗは撮像の結果得られるラインセンサ画像の幅［ｐｉｘ］、Ｓはラインセンサ１上の素子の幅［ｍｍ］である。このとき、ラインセンサ１のセンサ中心が画像上の座標の原点となる。
【００３１】
次に、ステップＰ１３において、係数算出部１４、焦点距離算出部１５、姿勢計算部１６及び位置計算部１７によりＤＬＴ法（上記非特許文献１参照）を用いてキャリブレーションを行う。ただし、３次元のＤＬＴ法をそのまま用いることは冗長であるため、２次元に落として考えることとする。ＤＬＴ法を２次元に落として整理しなおすことで、ＤＬＴ法のみでラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を得ることができる。さらに、これらすべてのパラメータは、レンズの収差等の誤差を含めた形で求まるため、キャリブレーションターゲット２を撮影した領域内で高精度の計測が可能となる。
【００３２】
以下に、本実施例におけるキャリブレーション方法の詳細について説明する。
図５に示すように、空間内に測定対象物Ｍ（Ｘ，Ｚ）があるとすると、Ｍとラインセンサ１のレンズ中心Ｏlは共線条件を満たす。なお、図５中、Ｐはラインセンサ１の撮像面を示している。すなわち、下記式（２）を満足する。
【数２】
ここで、ａ1〜ａ4は、ラインセンサ１の姿勢行列Ｔの要素である。
【００３３】
すなわち、
【数３】
となる。
【００３４】
上記式（２）は、係数ｂ1〜ｂ5を用いて以下の二次の射影変換式に置き換えることができる。
【数４】
【００３５】
上記式（４）を変形すると、以下の式が得られる。
【数５】
上記式（５）は、ｂ1〜ｂ5について線形であるから、最低５点、すなわち５つの撮像対象物の座標（Ｘ1，Ｚ1）〜（Ｘ5，Ｚ5）と、それらを撮像したときのラインセンサ画像上の座標ｘ1〜ｘ5より回帰分析を行うことができる。このとき、ｘを被説明変数、Ｘ，Ｚ，ｘＸ，ｘＺを説明変数とする。
【００３６】
以上から、係数ｂ1〜ｂ5を計算することができる。なお、５点以上の絶対値を用いないのであれば、以下のように行列表現し、掃き出し法等で得られた逆行列を左から掛けることでも係数ｂ1〜ｂ5が得られる。
【数６】
【００３７】
ところで、上記式（２）と上記式（４）とを比べると、ａ1〜ａ4とｂ1〜ｂ5について以下の関係があることが分かる。ただし、Ｃ＝−（ａ3Ｘl＋ａ4Ｚl）である。
【数７】
【００３８】
上記式（３）と上記式（７）とを比べることで、ラインセンサ１の姿勢φは以下となる。
【数８】
【００３９】
上記式（３）と上記式（７）とを比べることで、焦点距離ｆは以下となる。
【数９】
【００４０】
上記式（８）より、
【数１０】
とすると、両辺の左からＢ-1を掛けることで直ちに答えが得られる。
【００４１】
また、行列Ｔが正規直交行列であることから、
【数１１】
としてもよい。
【００４２】
したがって、ステップＰ１２で求めた画像上の座標ｘp0〜ｘp4［ｐｉｘ］〜ｘ0〜ｘ4［ｐｉｘ］と、キャリブレーションターゲット２の絶対座標Ｐ0（Ｘ0，Ｚ0）〜Ｐ4（Ｘ4，Ｚ4）用いて、最小二乗法によりラインセンサ１の姿勢、焦点距離及びレンズ中心位置（すなわち、ラインセンサ１の位置）を求めることができることが分かる。
最後に、ステップＰ１４において、求めたパラメータをログ２０として記録する。
【００４３】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を、設置した後から計算により求めることができるため、ラインセンサ１を設置するときに所定の角度に固定する必要がなく、簡単に設置することができる。
【００４４】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置を、設置した後から計算により求めることができるため、設置後に別の測定器により測定する必要がない。このため、設置後に別の測定器により測定する際に生じる測定誤差の影響を受けることがない。
【００４５】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点及び位置を統一した手法により求めることができるため、測定領域で十分な精度を得ることができる。
【００４６】
また、本実施例に係る測定装置によれば、ラインセンサ１を真に鉛直上方に向けずとも、キャリブレーションターゲット２さえ正しく設置できてさえいれば、ラインセンサ１の姿勢、焦点距離及び位置のパラメータ側でラインセンサ１の撮像面のずれを吸収することができるため、ラインセンサ１の設置を非常に容易に行うことができる。
【実施例２】
【００４７】
以下、本発明に係る測定装置の第２の実施例について説明する。
本実施例においては、上記特許文献１のように、従来エリアカメラを用いて行われてきたステレオ計測を、２つのラインセンサ１ａ，１ｂを用いて行うことを特徴とする。これにより、高精度の測定を行うためにエリアカメラとラインセンサとを組み合わせて使うということをせずに済むため、測定装置をコンパクト、かつ低コストで構成することができる。
【００４８】
また、統一的な計算方法で精度良く測定対象物５の位置を計算することが可能となる。さらに、図７からも分かるように、測定装置の設置時にラインセンサ１ａ，１ｂのレンズ中心がどこに位置してもよいことから、測定装置の設置時に所定の位置にレンズ中心が位置するように配慮するなどの煩雑な作業をなくすことができる。
【００４９】
ただし、２つのラインセンサ１ａ，１ｂを用いたステレオ計測は、図７中にＰで示す２つのラインセンサ１ａ，１ｂの撮像面が合ったごく狭い領域が測定対象領域となることと、後述するキャリブレーション方法から、ある程度の長さがあり、かつ丸い断面をした棒状の物体が適している。
【００５０】
図６は、本実施例に係る測定装置の概略図である。
図６に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、測定対象物５を照らす第１のラインセンサ１ａ側の照明３ａと、測定対象物５を照らす第２のラインセンサ１ｂ側の照明３ｂを備えている。本実施例においては、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂを用いてステレオ計測を行う。
【００５１】
第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂは、後述するキャリブレーション方法により撮像面が一致し、図７に示すように設定した座標系において、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの姿勢、焦点距離及びレンズ中心座標（すなわち、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの位置）が求まっているものとする。
【００５２】
図８は、本実施例に係る測定装置の構成を示した模式図である。
図８に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、入力画像作成部３０と、第１のメモリ３１ａ、第２のメモリ３１ｂ及び第３のメモリ３１ｃを備える記憶部３１と、ターゲット検出部３２と、ステレオ計測部３４と、ログ出力部３５とにより構成されている。
【００５３】
第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂは、測定対象物５の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を入力画像作成部３０に出力する。入力画像作成部３０は、入力した画像信号に基づき画像情報を作成し、記憶部３１の第１のメモリ３１ａに出力する。
【００５４】
ターゲット検出部３２は、記憶部３１の第１のメモリ３１ａに記憶された画像情報を読み込み、画像情報に基づき第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1と、第２のラインセンサ２ａのターゲット座標ｘ2とを検出し、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂに出力する。
【００５５】
なお、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂには、予め取得しておいたラインセンサ姿勢ログ３３より第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1（すなわち、第１のラインセンサ１ａの位置）と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2（すなわち、第２のラインセンサ１ｂの位置）とを予め記憶させておく。
【００５６】
ステレオ計測部３４は、記憶部３１の第２のメモリ３１ｂに記憶された第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1及び第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標ｘ2と、第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2とを読み込み、第１のラインセンサ１ａのターゲット座標ｘ1及び第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標ｘ2と、第１のラインセンサ１ａの姿勢φ1、焦点距離ｆ1及びレンズ中心Ｏ1と、第２のラインセンサ１ｂの姿勢φ2、焦点距離ｆ2及びレンズ中心Ｏ2とに基づきターゲット絶対座標を算出し、記憶部３１の第３のメモリ３１ｃに出力する。
【００５７】
ログ出力部３５は、記憶部３１の第３のメモリ３１ｃに記憶されたターゲット絶対座標を読み込み、ターゲット絶対座標のログ３６を記録する。
【００５８】
図９は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図９に示すように、はじめに、ステップＰ２０において、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサにより測定対象物の画像を撮像する。
次に、ステップＰ２１において、測定箇所５ａの座標は、第１の実施例に係るステップＰ１２と同様の方法で［ｐｉｘ］から［ｍｍ］に変換したものを用いる。そして、測定箇所５ａ（図６参照）の座標を求める。
次に、ステップＰ２２において、ステレオ計測を行う。なお、ステレオ計測は、図７に示すような座標系を用いて以下のように行うことができる。
【００５９】
図７において、第１のラインセンサのレンズ中心がＯ1（Ｘ01，Ｚ01）に対応し、第２のラインセンサのレンズ中心がＯ2（Ｘ02，Ｚ02）に対応し、第１のラインセンサにおいて撮像したときの撮像面上のターゲット座標がｘ1であり、第２のラインセンサにおいて撮像したときの撮像面上のターゲット座標がｘ2であるとする。図７に示す座標系において、ターゲット座標ｘ1，ｘ2は、以下のようにあらわされる。
【数１２】
【００６０】
したがって、測定対象物の測定箇所５ａ（図６参照）の座標（Ｘ，Ｚ）は、以下のようにあらわすことができる。
【数１３】
【００６１】
ただし、ｆ1は第１のラインセンサの焦点距離、ｆ2は第２のラインセンサの焦点距離であり、ｔ１，ｔ２は以下のとおりである。
【数１４】
最後に、ステップＰ２３において、測定結果をログに記録する。
【００６２】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサのみを用いて測定対象物の位置を簡便かつ高精度に計測することができる。
【００６３】
また、第１のラインセンサ及び第２のラインセンサのみを用いるため、測定装置をコンパクトかつ低コストで構成することができる。
【００６４】
また、本実施例に係る測定装置によれば、測定対象が棒状の物体である場合、上記特許文献２，３と異なり、棒状の物体そのものを測定することができる。
【実施例３】
【００６５】
以下、本発明に係る測定装置の第３の実施例について説明する。
本実施例においては、第２の実施例に係る測定装置において第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を合わせて、計算のために用いる第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータを得ることを特徴とする。これにより、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を一定の手順により合わせることができるため、第２の実施例に係る測定装置をより現実的に実現することができる。
【００６６】
図１０は、本実施例に係る測定装置の概略図である。なお、図１０（ａ）は、本実施例に係る測定装置の正面から見た概略図である。また、図１（ｂ）は、本実施例に係る測定装置におけるひし形ターゲットを正面から見た概略図である。
【００６７】
図１０に示すように、本実施例に係る測定装置は、第１のラインセンサ１ａと、第２のラインセンサ１ｂと、図１１に示すような第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータを求めるためのキャリブレーションターゲット６と、図１０（ｂ）に示すような第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像ラインを合わせるための複数のひし形が描かれたひし形ターゲット７と、キャリブレーションターゲット６及びひし形ターゲット７を照らす第１のラインセンサ１ａ側の照明３ａと、キャリブレーションターゲット６及びひし形ターゲット７を照らす第２のラインセンサ１ｂ側の照明３ｂとを備えている。なお、本実施例においては、キャリブレーションターゲット６は、正面の向く方向を容易に調整することができるように、回転角を調整することが可能な雲台（図示省略）上に設置することとする。
【００６８】
なお、本実施例においては、キャリブレーションターゲット６は、図１１に示すように、断面が円となる５本以上の円柱状のポール６ａを固定でき、かつ各ポール６ａの絶対座標が分かるようにしておく。例えば、ポール６ａを５本配置する場合には、図１０に示すように、Ｐ0の絶対座標のみ分かるようにしておき、Ｐ0からの相対座標が分かるようにＰ1〜Ｐ4を配置するとよい。
【００６９】
そして、本実施例においては、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を合わせることにより、第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーション方法をそのまま適用することが可能である。したがって、本実施例に係る測定装置の構成は、第１の実施例に係る測定装置の構成と同様である。
【００７０】
すなわち、本実施例においては、第１のラインセンサ１ａの画像信号及び第２のラインセンサ１ｂの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、第１のラインセンサ１ａの画像情報及び第２のラインセンサ１ｂの画像情報に基づき第１のラインセンサ１ａのターゲット座標と、第２のラインセンサ１ｂのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの姿勢を計算する姿勢計算部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、係数に基づき第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの位置を計算する位置計算部とを備えている。
【００７１】
図１２は、本実施例に係る測定装置における処理の手順を示したフローチャートである。
図１２に示すように、はじめに、ステップＰ３０において、図１０に示すように、ひし形ターゲット７をキャリブレーションターゲット６のポール６ａ上に載置する。そして、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面がキャリブレーションターゲット６上で一致するようにひし形ターゲット７を撮像しながら第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂを設置している雲台の回転角を調整する。
【００７２】
ここで、図１３（ｂ）は、ひし形ターゲット７を撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が、図１３（ａ）におけるＡ及びＡ´で示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７３】
また、図１３（ｃ）は、ひし形ターゲット７を撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が、図１３（ａ）におけるＢ及びＢ´で示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７４】
図１３（ｄ）は、ひし形ターゲットを撮像したときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が図１３（ａ）におけるＣで示すようにひし形ターゲット７を横切る撮像ラインにおける画像の例である。
【００７５】
そして、図１３（ｄ）に示すように、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面がひし形ターゲット７の中央を横切るときに第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面が一致する。
【００７６】
次に、ステップＰ３１において、図１４に示すように、ひし形ターゲット７をキャリブレーションターゲット６のポール６ａ上からはずした上で、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂにより撮像する。このとき、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のラインセンサ１ａで撮像した画像と、第２のラインセンサ１ｂで撮像した画像とでは、各ポール６ａのＰ0〜Ｐ4の写る場所が変わることに注意する。本実施例においては、ポール６ａの数を５つとしているが、さらにポール６ａの数を増やす場合には注意が必要である。
【００７７】
次に、ステップＰ３２において、キャリブレーションターゲット６に配置された各ポール６ａの下から照明を当てているため、キャリブレーションターゲット６に配置された各ポール６ａのＰ0〜Ｐ4は、撮像した画像を２値化することにより白くなり、図１５（ａ）に示すような第１のラインセンサ１ａの画像と、図１５（ｂ）に示すような第１のラインセンサ１ｂの画像とを得ることができる。
【００７８】
次に、ステップＰ３３において、２値化した画像から画像上の座標［ｍｍ］を求める。まず、図１５（ｃ）に示すように、各ポール６ａの白い部分の幅の中心を求め、画像左端からのピクセル数ｘ［ｐｉｘ］を求める。次に、第１の実施例に係るステップＰ１２と同様の方法により、画像上の座標ｘ［ｍｍ］を得る。
【００７９】
次に、ステップＰ３４において、キャリブレーションを行う。なお、本実施例においては、第１の実施例に係る測定装置におけるキャリブレーション方法と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
次に、ステップＰ３５において、求めたパラメータをログとして記録する。
最後に、ステップＰ３６において、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まったか判断し、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まった場合には一連の処理を終了し、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂのパラメータが求まっていない場合は、ステップＰ３１〜ステップＰ３６を再度実行する。
【００８０】
以上説明したように、本実施例に係る測定装置によれば、第１のラインセンサ１ａ及び第２のラインセンサ１ｂの撮像面を一定の手順により合わせることができるため、第２の実施例に係る測定装置をより現実的に実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、例えば、ラインセンサを用いた測定装置に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ ラインセンサ
１ａ 第１のラインセンサ
１ｂ 第２のラインセンサ
２ キャリブレーションターゲット
３，３ａ，３ｂ 照明
４ 設置面
５ 測定対象物
６ キャリブレーションターゲット
７ ひし形ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲットと、
前記キャリブレーションターゲットの画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサと、
前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、
前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記第１のラインセンサのターゲット座標及び前記第２のラインセンサのターゲット座標と、予め取得した前記第１のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置と、前記第２のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置とに基づきターゲット絶対座標を算出するステレオ計測部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
５つ以上の絶対座標が分かる円柱状のポールが配置されたキャリブレーションターゲットと、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【請求項１】
５つ以上の高さ方向の絶対座標が分かるキャリブレーションターゲットと、
前記キャリブレーションターゲットの画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力するラインセンサと、
前記画像信号に基づき画像情報を作成する入力画像作成部と、
前記画像情報に基づきターゲット座標を検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記ラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記第１のラインセンサのターゲット座標及び前記第２のラインセンサのターゲット座標と、予め取得した前記第１のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置と、前記第２のラインセンサの姿勢、焦点距離及び位置とに基づきターゲット絶対座標を算出するステレオ計測部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
５つ以上の絶対座標が分かる円柱状のポールが配置されたキャリブレーションターゲットと、
測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第１のラインセンサと、
前記測定対象物の画像を撮像し、撮像した画像の画像信号を出力する第２のラインセンサと、
前記第１のラインセンサの画像信号及び前記第２のラインセンサの画像信号に基づき画像情報を作成する画像作成部と、
前記第１のラインセンサの画像情報及び前記第２のラインセンサの画像情報に基づき前記第１のラインセンサのターゲット座標と、前記第２のラインセンサのターゲット座標とを検出するターゲット検出部と、
前記ターゲット座標及び予め取得した絶対座標に基づきＤＬＴ法の係数を算出する係数算出部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの姿勢を計算する姿勢計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの焦点距離を計算する焦点距離計算部と、
前記係数に基づき前記第１のラインセンサ及び前記第２のラインセンサの位置を計算する位置計算部と
を備える
ことを特徴とする測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−５８０４５（Ｐ２０１２−５８０４５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００４７１（Ｐ２０１０−２００４７１）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]