JP2000028332A

JP2000028332A - ３次元計測装置及び３次元計測方法

Info

Publication number: JP2000028332A
Application number: JP10191262A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Tazaki; 陽一田崎; Hidenori Tsuruta; 秀紀鶴田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲットレスでの計測を高精度で短時間に
実現し、高所作業の回避や計測作業の合理化及び各種評
価システムへの連結を容易とすることにある。【解決手段】計測対象物１に設定される複数の計測点
の３次元座標値を非接触かつ遠隔より自動計測する装置
であって、異なる２地点Ａ，Ｂから前記計測点を含む画
像をそれぞれ撮影すると共に撮影方向をそれぞれ検出す
る画像計測機器６と、前記画像計測機器６により撮影さ
れた複数の画像及び前記撮影方向を蓄積する画像蓄積機
器７と、前記画像蓄積機器７に蓄積された複数の画像内
での計測点位置と、前記画像蓄積機器に蓄積された複数
の撮影方向とに基づいて、前記複数の計測点への方向ベ
クトルを算出し、当該ベクトルの交点として前記複数の
計測点の３次元座標値を検出する画像解析機器９とを備
えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元計測装置及
び３次元計測方法に関する。例えば、船舶、橋梁、ボイ
ラ、土木建築などの大型構造物を高精度に計測できるも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来の大型構造物計測装置の１つの例に
係る３次元計測装置を図１１に示す。同図に示すよう
に、この電子セオドライト型３次元計測機２０１は、電
子セオドライト（角度測定機器）及び光波測距装置（距
離測定機器）により構成され、計測対象点２１０に貼付
した専用反射ターゲット２１１への方向ベクトルｓと斜
距離Ｌをそれぞれ検出する装置である。

【０００３】即ち、計測本体部２０２には、計測機の水
平方向での向きを変化させるＺ軸回転機構２０５、上下
方向への向きを変化させるＸ軸回転機構２０６を備え、
絶対精度３秒の回転位置決めが可能で、これらの情報か
ら方向ベクトルｓを検出することができる。

【０００４】さらに、計測本体部２０２には、望遠レン
ズ２０３が装着されており、遠方の対象点についても計
測可能としている。検出した３次元座標値はデータ表示
パネル２０４で確認できる。これらデータを３次元座標
演算機器で解析することで３次元座標値を得ることがで
きる。

【０００５】従来の大型構造物計測装置の他の例に係る
３次元画像計測装置を図１２に示す。まず、計測対争点
３０１に対し、異なる２つの計測地点３０２，３０３か
ら計測対象物を含む画像３０６，３０７をそれぞれ撮影
し、２枚の画像３０６，３０７内での計測点座標３０
８，３０９を求める。

【０００６】これらのデータを画像解析機器３１０に入
力し、計測地点３０２，３０３から計測対象点３０１へ
向かう２つの方向ベクトルｓ，ｔを求め、さらに３次元
座標演算機器３１１に入力し、２つの方向ベクトルｓ，
ｔの交点として三角測量の原理から計測対象点の３次元
座標値を得る。但し、それぞれの画像３０６，３０７に
は計測対象物以外に、基準スケール３１０（３次元座標
値が既知の点を含むスケール）が映っている必要があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す３次元計
測装置は、すべての計測対象点について安定かつ正確な
計測結果を得るため必ず専用反射ターゲット２１１を貼
付しなければならない。これにより、以下のような問題
点があった。

【０００８】（１）計測点には必ず反射ターゲットシー
トを貼付しなければならないため、貼付できない狭隘
部、空間部、高所部での計測ができない場合がある。（２）一度に一点のみの計測しかできないため、計測点
数が多くなればなるほど計測時間が増大する。

【０００９】（３）計測点がレーザ反射光を十分に受光
できない状況（天候不良時、反射ターゲットシート面に
対するレーザ入射角度が小さい時）では、直線距離の正
確な計測が困難となり３次元計測ができない場合があ
る。（４）計測データからの大型構造物をイメージしづら
い。つまり計測後どの点を計測したのか、どの点との関
連性があるか等実物との対応が難しい。

【００１０】図１２に示す３次元画像計測装置には、以
下のような問題点がある。（１）セオドライト型３次元計測機と比較して計測精度
がカメラ解像度に依存するため、計測対象物が大きくな
ればなるほど精度が悪くなる。（２）計測対象物全体形状を計測するには、各方向から
対象物を覆うように大量の画像を撮影しなければなら
ず、クレーンを使用した高所作業が発生し計測作業に危
険を伴う。

【００１１】（３）予めカメラ撮影位置間でお互いの座
標系の相関係数（座標変換係数）を算出しなければなら
ず、３次元座標が既知である基点を複数もつ基準スケー
ル３１０が必要で、かつ各画像内に入らなければならな
い。（４）撮影方法や撮影枚数によっては計測精度が不安定
となる場合がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に係る３次元計測装置は、計測対象物に設
定される複数の計測点の３次元座標値を非接触かつ遠隔
より自動計測する装置であって、異なる２地点から前記
計測点を含む画像をそれぞれ撮影すると共に撮影方向を
それぞれ検出する画像計測機器と、前記画像計測機器に
より撮影された複数の画像及び前記撮影方向を蓄積する
画像蓄積機器と、前記画像蓄積機器に蓄積された複数の
画像内での計測点位置と、前記画像蓄積機器に蓄積され
た複数の撮影方向とに基づいて、前記複数の計測点への
方向ベクトルを算出し、当該ベクトルの交点として前記
複数の計測点の３次元座標値を検出する画像解析機器と
を備えたことを特徴とする。

【００１３】上記課題を解決する本発明の請求項２に係
る３次元計測装置は、請求項１における前記画像計測機
器が、前記計測点の画像を捉えるための望遠カメラと、
前記計測点の周辺画像を捉えるための広角カメラを具備
することを特徴とする。

【００１４】上記課題を解決する本発明の請求項３に係
る３次元計測装置は、請求項１における前記画像計測機
器が、電子セオドライト及び光波測距器よりなることを
特徴とする。

【００１５】上記課題を解決する本発明の請求項４に係
る３次元計測装置は、請求項３における前記画像解析機
器が、３次元位置が既知な２つの基点を含む画像をそれ
ぞれ撮影すると共に前記基点への方向ベクトルをそれぞ
れ検出し、前記画像計測機器が、前記基点の３次元位置
及び前記基点への方向ベクトルに基づいて、前記２地点
間の座標変換係数を算出することを特徴とする。

【００１６】上記課題を解決する本発明の請求項５に係
る３次元計測装置は、請求項１において前記画像解析機
器が、前記画像計測機器及び画像蓄積機器にて採取した
多数の画像及び撮影方向を基に、前記計測点を関連付け
ることにより、前記計測対象物の全体画像を合成する機
能を具備することを特徴とする。

【００１７】上記課題を解決する本発明の請求項６に係
る３次元計測装置は、請求項５において前記画像解析機
器が、前記計測点に代えて、２直線の交点を関連付ける
ことを特徴とする。

【００１８】上記課題を解決する本発明の請求項７に係
る３次元計測方法は、計測対象物に設定される複数の計
測点の３次元座標値を非接触かつ遠隔より自動計測する
方法であって、異なる２地点から前記計測点を含む画像
をそれぞれ撮影すると共に撮影方向をそれぞれ検出し、
撮影された複数の画像内での計測点位置と、検出された
複数の撮影方向とに基づいて、前記複数の計測点への方
向ベクトルを算出し、当該ベクトルの交点として前記複
数の計測点の３次元座標値を検出することを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例に係る大型構造
物用３次元計測装置を図１に示す。図１に示すように、
船体ブロック１に対して、所定の位置に基点４，５が配
置されると共に二つの地点Ａ又はＢに移動可能な画像計
測機器６が配置されている。船体ブロック１は、本実施
例における計測対象物であり、複数の計測点が設定され
る。計測対象物としては、船体ブロック１以外にも、橋
梁、ボイラ、土木建築にも適用できる。基点４，５は、
３次元位置が既知であれば、船体ブロック１に設ける必
要はない。

【００２０】画像計測機器６は、高精度の電子セオドラ
イト（角度測定装置）２及び光波測距器（距離測定装
置）３とから構成される。更に、画像計測機器６は、広
角カメラ１０、望遠カメラ１１として２つのＣＣＤカメ
ラを装備している。即ち、計測機本体は、電子セオドラ
イト型３次元計測機に２つのＣＣＤカメラ１０，１１を
装備したもので、Ｚ軸回転機構１２、Ｘ軸回転機構１３
が利用できる。

【００２１】２つのＣＣＤカメラ１０，１１は、モノク
ロで撮像素子４１万画素の１／２インチ（６４ｍｍ×
４．８ｍｍ）相当で有効画素数は７６８（水平）×４９
４（垂直）、径１７ｍｍの小型サイズを採用している。
広角カメラ１０のレンズは焦点距離７．５ｍｍ、望遠カ
メラ１１のレンズは５０倍レンズで焦点距離は約６２０
ｍｍとしている。

【００２２】望遠カメラ１１は、計測点の画像を捉える
ためのカメラであり、広角カメラ１０は計測点の周辺画
像を捉えるためのカメラである。広角カメラ１０、望遠
カメラ１１で取得した画像例を図４に示す。後述するよ
うに、広角カメラ１０で撮影された画像を連続的に重複
させて合成することが可能である。これらのカメラで撮
影した画像信号はＮＴＳＣ方式準拠の映像信号で出力さ
れる。

【００２３】電子セオドライト２は、２つのＣＣＤカメ
ラ１０，１１の水平方向の水平角、鉛直方向の高度角の
角度測定を行う装置である。電子セオドライト２は、絶
対精度３秒の位置決めが可能である。光波測距器３は、
光波により望遠カメラ１１の光軸に沿った方向の距離を
計測する装置である。測定精度は、１Ｋｍの範囲内で±
０．８ｍｍである。

【００２４】画像蓄積機器７は、前記画像計測機器６で
検出した角度情報、距離情報及び画像情報を蓄積する。
画像蓄積機器７で保存された各情報はカード型ハードデ
ィスクを介して、画像解析機器９へ入力される。

【００２５】カメラ画像モニタ８は、広角カメラ１０、
望遠カメラ１１で撮影された画像を選択表示する。画像
解析機器９は、入力された情報を基に座標変換処理、画
像合成処理、対応点教示処理及びＣＡＤデータ生成処理
を行う。

【００２６】上記構成を有する本実施例に係る大型構造
物用３次元計測装置によれば、以下のようにして、計測
作業を行う。まず、地点Ａに画像計測機器６を設置し
て、基点４、基点５についての３次元座標値を計測す
る。３次元座標値の算出方法は後述する。

【００２７】次に、地点Ａから、船体ブロック１におけ
る計測点を含む望遠画像、広角画像、カメラ方向を示す
水平角及び高度角をすべての計測点数分取得する。そし
て、データ取得が完了すれば、画像計測機器６を地点Ｂ
へ移動する。引き続き、地点Ｂでも同様に基点４、基点
５について、画像計測機器６を用いて３次元座標値を計
測する。

【００２８】また、地点Ｂで計測点が映る望遠画像、広
角画像、カメラ方向を示す水平角、高度角をすべての計
測点数分取得する。以上で現場での計測が完了となる。
計測したデータは画像蓄積機器７を通して画像解析機器
９へ入力する。画像解析機器９は、図５に示すブロック
図に従い、解析作業を行う。

【００２９】まず、図５に示すように、地点Ａで取得し
た望遠画像２１、カメラ方向角２３、広角画像２５と、
地点Ｂで取得した望遠画像２２、カメラ方向角２４、広
角画像２６の情報を合成画像生成器２７へ入力すること
によって、合成画像３９，４０を自動生成する。合成画
像の例を図６に示す。図６（ａ）は、地点Ａでの広角画
像の合成結果を示し、図６（ｂ）は地点Ｂでの広角画像
の合成結果を示す。図６に示すように、広角画像は計測
点（図中、×を入れて示す）の周辺画像を捕らえている
ため、計測点の関連付けを正確に行えば、連続的に重な
り合って全体的な画像となる。

【００３０】引き続き、望遠画像２１，２２及びカメラ
方向角２３，２４を対応点教示器２８へ入力し、画像上
での計測点位置を指示することで、計測点への方向ベク
トル２９，３０を得る。計測点への方向ベクトルの算出
方法は後述する。通常の対応点教示は、地点Ａ，Ｂで取
得した望遠画像２１，２２について、計測点が重なりあ
うように関連付を教示することにより行う。但し、各画
像の計測点に特徴がない場合は、２直線の交点としての
教示も可能である。

【００３１】その一例を図７に示す。図７（ａ）は地点
Ａでの計測点教示を示し、図７（ｂ）は地点Ｂでの計測
点教示を示す。例えば、図７（ｂ）に示すように、教示
用直線５３と教示用直線５４の交点として教示点５５を
求めるようにしても良い。２直線５３，５４の交点とし
ての教示方法では画像上での位置をサブピクセル単位ま
で検出でき計測精度向上に有効である。

【００３２】また、地点Ａ，Ｂで取得した基点４及び基
点５の計測データ３１，３２，３３，３４を座標変換器
３６へ入力して、２つの地点Ａ，Ｂでの座標変換係数３
７を求める。座標変換係数３７は、後述するように、カ
メラ撮影位置間でお互いの座標系を関係付けるものであ
る。

【００３３】計測データ３１は、地点Ａにおいて、基点
４を計測して取得したデータであり、計測データ３２
は、地点Ａにおいて、基点５を計測して取得したデータ
である。また、計測データ３３は、地点Ｂにおいて、基
点４を計測して取得したデータであり、計測データ３４
は、地点Ｂにおいて、基点５を計測して取得したデータ
である。

【００３４】更に、対応点教示器２８より出力された計
測点への方向ベクトル２９，３０と座標変換係数３７を
三角測量演算機器３５へ入力して３次元座標値を算出す
る。３次元座標値の算出方法は後述する。さらに各計測
点のお互いの関連情報を付加するＣＡＤデータ生成器４
１へ入力することで３次元ＣＡＤデータ４２を作成す
る。

【００３５】上述したように本実施例によれば、電子セ
オドライト型計測機にＣＣＤカメラ１０，１１による画
像計測機能を加えることによって、ターゲットレスで高
精度（±１０ｍｍ、１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ）での計測
を短時間に実現し、高所作業の回避や計測作業の合理化
及び各種評価システムへの連結を容易とすることができ
る。

【００３６】特に、船体ブロック１のような大型構造物
の計測の場合、ターゲットシートが貼れない場合或いは
レーザ光波測距器で計測不可能な場合、基準スケールが
計測対象物付近に設置できない場合に用いて好適であ
る。また、これまで困難であった大型部材や製品の品質
管理の向上、組立作業の大幅合理化へのキー技術として
の利用など生産設備を革新できる計測装置である。

【００３７】〈３次元座標値の算出方法〉（１）三角測量演算異なる２地点におけるＣＣＤカメラと任意の計測点ｐと
の幾何学モデルを図８に示す。図８に示すように、世界
座標系Ｏ−Ｘ−Ｙ−Ｚにおいて、原点から二つのカメラ
位置までのベクトルをＣ₁，Ｃ₂、計測点ｐまでのベクト
ルをＰとし、カメラから計測点ｐへの単位ベクトルをｅ
₁，ｅ₂、カメラ位置から計測点ｐまでの距離をそれぞれ
l₁，l₂とする。

【００３８】２台のＣＣＤカメラ画像に相当する平面を
想定し、画像上に映る計測点をp'₁，p'₂と設定する。計
測点ｐを示すベクトルＰは、原点から一方のカメラ位置
までのベクトルＣ₁、このカメラ位置から計測点ｐまで
の距離l₁及び計測点への単位ベクトルｅ₁が既知であれ
ば、下記式（１）により、位置Ｐ₁として求められる。
同様に、計測点ｐを示すベクトルＰは、原点から他方の
カメラ位置までのベクトルＣ₂、このカメラ位置から計
測点ｐまでの距離l₂及び計測点ｐへの単位ベクトルｅ₂
が既知であれば、下記式（２）により、位置Ｐ₂として
求められる。

【００３９】

【数１】

【００４０】

【数２】

【００４１】ここで、当然ながら、Ｐ＝Ｐ₁＝Ｐ₂である
から、式（１）（２）により、下式（３）が導かれる。

【００４２】

【数３】

【００４３】更に、l₁，l₂について、式（３）を解く
と、式（４）が求められる。

【００４４】

【数４】

【００４５】よって２つのＣＣＤカメラ位置Ｃ₁，Ｃ₂が
既知で、方向ベクトルｅ₁，ｅ₂が各画像情報から求まれ
ば、式（４）、式（１）或いは式（２）を用いて計測点
ｐを示すベクトルＰ₁（Ｐ₂）が求まる。しかし、実際は
２つのＣＣＤカメラ位置Ｃ₁，Ｃ₂及び方向ベクトル
ｅ₁，ｅ₂には測定誤差が含まれることから、必ずしもＰ
₁＝Ｐ₂とならない。よって計測点ｐはベクトルＰ₁，Ｐ₂
の中点として求める。

【００４６】（２）方向ベクトルの算出画像計測機器６の機械中心点及び望遠カメラの幾何モデ
ルを図９に示す。ここで、画像計測機器６の機械座標系
Ｏ_a−Ｘ_a−Ｙ_a−Ｚ_aは、鉛直上向きにＺ _aをとる。これ
は画像計測機器６の内部機能で常に鉛直上向きを基準に
設定できるためである。

【００４７】カメラ座標系Ｏ_b−Ｘ_b−Ｙ_b−Ｚ_bは、カメ
ラの光軸ｒ方向にＹ_bをとる。画像撮像面は、Ｙ_b方向に
カメラ焦点距離ｆの地点の平面と定義する。画像撮像面
の中心位置Ｃ’は座標系Ｏ_b−Ｘ_b−Ｙ_b−Ｚ_bで（ｕ₀，
ｆ，ｖ₀）となる。この中心位置Ｃ’へ向かう方向は、
カメラ方向であり、前述したように、各計測点毎に取得
され既知の値である。

【００４８】任意の計測点ｐは、画像上では点ｐ’とし
て示される。座標系Ｏ_b−Ｘ_b−Ｙ_b−Ｚ_bでは（ｕ，ｆ，
ｖ）であるから、計測点ｐへの方向ベクトルはｑ_b＝
（ｕ，ｆ，ｖ）である。一方、画像計測機器６の機構か
ら自由度は、Ｘ_a，Ｚ_aまわりの回転のみで検出する角度
は水平方向の角度θ_hと垂直方向の角度θ_vである。機械
座標系Ｏ_a−Ｘ_a−Ｙ_a−Ｚ_aでの計測点ｐへの方向ベクト
ルｑ_aを、（ｘ_q，ｙ_q，ｚ_q）とすれば、方向ベクトルｑ
_bとの間に、式（５）の関係が導かれる。

【００４９】

【数５】

【００５０】ここで、Ｔは座標変換係数である。画像を
取得した際のカメラ座標系Ｏ_b−Ｘ_b−Ｙ_b−Ｚ_bは、機械
座標系Ｏ_a−Ｘ_a−Ｙ_a−Ｚ_aからＺ_a軸周りにθ_h，Ｘ_b軸
周りにθ_vだけ回転したもので、座標変換係数Ｔは、式
（６）のようになる。

【００５１】

【数６】

【００５２】従って、式（７）が導かれる。

【００５３】

【数７】

【００５４】前述した計測点ｐへの単位ベクトルを
ｅ₁，ｅ₂は、方向ベクトルｑ_bをその長さで除したもの
である。従って、ベクトルｑ_a（ｘ_q，ｙ_q，ｚ_q）と式
（４）におけるｅ_i（ｉ＝１〜２）との関係は式（８）
となる。

【００５５】

【数８】

【００５６】（３）座標変換地点Ａ，Ｂで計測したデータはそれぞれのカメラ位置を
原点とする機械座標系に基づいて検出されるため、測定
した全データに関して座標変換を行い、座標系を統一す
る必要がある。画像計測機器６では、測定したデータの
座標系は常に鉛直上向きをＺ軸となるよう自動設定する
ため、２地点間の座標変換はＺ軸回転成分と平行移動成
分のみとなる。

【００５７】従って、図１０に示すように、地点Ａの座
標系で計測した任意の計測点ｐの座標値をＰ_a（ｘ_a，ｙ
_a，ｚ_a）とし、地点Ｂの座標系で計測した任意の計測点
ｐの座標値をＰ_b（ｘ_b，ｙ_b，ｚ_b）とすると、これらＰ
_a，Ｐ_bとの間では、式（９）に示す関係が導かれる。

【００５８】

【数９】

【００５９】但し、ここでＲはＺ軸回転成分のみの回転
行列、Ｓ＝［ｘ_S，ｙ_S，ｚ_S］^Tは平行移動成分である。
よって、式（９）は具体的に式（１０）となる。

【００６０】

【数１０】

【００６１】ここでφはＺ軸中心の回転角度である。こ
の回転角度は地点Ａでの座標系から見た基点４から基点
５へのベクトルＶのなす角度と同値であるため、式（１
１）によってφを求める。

【００６２】

【数１１】

【００６３】但し、図１０に示すように、Ｌ₁，Ｌ₂は地
点Ａから基点４，５までのベクトル、Ｎ₁，Ｎ₂は地点Ｂ
から基点４，５までのベクトルである。回転行列Ｒが決
定すれば、２つの基点４，５に関して式（９）に代入し
て得られる式（１２）より、平行移動成分のＳ＝
［ｘ_S，ｙ_S，ｚ_S］^Tを算出できる。

【００６４】

【数１２】

【００６５】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の請求項１に係る３次元計測装置は、
計測対象物に設定される複数の計測点の３次元座標値を
非接触かつ遠隔より自動計測する装置であって、異なる
２地点から前記計測点を含む画像をそれぞれ撮影すると
共に撮影方向をそれぞれ検出する画像計測機器と、前記
画像計測機器により撮影された複数の画像及び前記撮影
方向を蓄積する画像蓄積機器と、前記画像蓄積機器に蓄
積された複数の画像内での計測点位置と、前記画像蓄積
機器に蓄積された複数の撮影方向とに基づいて、前記複
数の計測点への方向ベクトルを算出し、当該ベクトルの
交点として前記複数の計測点の３次元座標値を検出する
画像解析機器とを備えたので、ターゲットレスでの計測
を高精度で短時間に実現し、高所作業の回避や計測作業
の合理化及び各種評価システムへの連結を容易とする。
特に、大型構造物の計測でターゲットシートが貼れない
場合或いはレーザ光波測距器で計測不可能な場合や、基
準スケールが計測対象物付近に設置できない場合に適用
して好適である。

【００６６】また、本発明の請求項２に係る３次元計測
装置は、請求項１における前記画像計測機器が、前記計
測点の画像を捉えるための望遠カメラと、前記計測点の
周辺画像を捉えるための広角カメラを具備するので、前
記計測点を確実に捉えることができると共にその周辺の
画像も確実に捉えることができる。

【００６７】また、本発明の請求項３に係る３次元計測
装置は、請求項１における前記画像計測機器が、電子セ
オドライト及び光波測距器よりなるので、計測精度がカ
メラ解像度に依存せず、また、計測対象物が大きくなれ
ばなるほど精度が悪くなることもない。

【００６８】また、本発明の請求項４に係る３次元計測
装置は、請求項３における前記画像解析機器が、３次元
位置が既知な２つの基点を含む画像をそれぞれ撮影する
と共に前記基点への方向ベクトルをそれぞれ検出し、前
記画像計測機器は、前記基点の３次元位置及び前記基点
への方向ベクトルに基づいて、前記２地点間の座標変換
係数を算出するので、２つの基点は計測点を含む画像と
同一の画像内に取り込む必要がなくなる。

【００６９】また、本発明の請求項５に係る３次元計測
装置は、請求項１において前記画像解析機器が、前記画
像計測機器及び画像蓄積機器にて採取した多数の画像及
び撮影方向を基に、前記計測点を関連付けることによ
り、前記計測対象物の全体画像を合成する機能を具備す
るので、クレーンを使用した高所からの撮影作業を不要
にできる。

【００７０】また、本発明の請求項６に係る３次元計測
装置は、請求項５において前記画像解析機器が、前記計
測点に代えて、２直線の交点を関連付けるので、空間点
や特徴のない点についてもサブピクセル単位まで算出で
きる。

【００７１】また、本発明の請求項７に係る３次元計測
方法は、計測対象物に設定される複数の計測点の３次元
座標値を非接触かつ遠隔より自動計測する方法であっ
て、異なる２地点から前記計測点を含む画像をそれぞれ
撮影すると共に撮影方向をそれぞれ検出し、撮影された
複数の画像内での計測点位置と、検出された複数の撮影
方向とに基づいて、前記複数の計測点への方向ベクトル
を算出し、当該ベクトルの交点として前記複数の計測点
の３次元座標値を検出するので、ターゲットレスでの計
測を高精度で短時間に実現し、高所作業の回避や計測作
業の合理化及び各種評価システムへの連結を容易とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る大型構造物用３次
元計測装置の全体構成図である。

【図２】図２（ａ）は本実施例に係る画像計測装置の正
面斜視図、図２（ｂ）はその背面斜視図である。

【図３】図３（ａ）は本実施例に係る画像蓄積装置及び
カメラ用画像モニタの説明図、図３（ｂ）はカメラ用画
像モニタの説明図である。

【図４】本実施例に係る画像計測装置で取得した広角画
像、望遠画像である。

【図５】本実施例に係る画像解析機器での解析作業手順
を示す概念図である。

【図６】本実施例に係る合成画像生成器で出力した合成
画像を示す説明図である。

【図７】本実施例に係る対応点教示器での対応点決定の
様子を示した画像説明図である。

【図８】本実施例に係る２台のＣＣＤカメラと計測点と
の幾何学モデル図である。

【図９】本実施例に係る画像計測機器とカメラ間の幾何
学モデル図である。

【図１０】本実施例に係る基点測定による座標変換処理
の幾何学モデル図である。

【図１１】従来の大型構造物計測装置の１つの例に係る
３次元計測装置を示す説明図である。

【図１２】従来の大型構造物計測装置の１つの例に係る
３次元画像計測装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１船体ブロック２電子セオドライト３光波測距器４，５基点６画像計測機器７画像蓄積機器８カメラ画像モニタ９画像解析機器１０広角カメラ１１望遠カメラ１２Ｚ軸回転機構１３Ｘ軸回転機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 CC00 CC14 DD00 FF01 FF04 FF09 FF25 JJ03 JJ05 JJ26 MM22 PP04 QQ31 UU05 2F112 AC02 AC06 BA02 CA12 CA20 DA40 FA03 5B057 CH11 DA07 DB03 DC08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計測対象物に設定される複数の計測点の
３次元座標値を非接触かつ遠隔より自動計測する装置で
あって、異なる２地点から前記計測点を含む画像をそれ
ぞれ撮影すると共に撮影方向をそれぞれ検出する画像計
測機器と、前記画像計測機器により撮影された複数の画
像及び前記撮影方向を蓄積する画像蓄積機器と、前記画
像蓄積機器に蓄積された複数の画像内での計測点位置
と、前記画像蓄積機器に蓄積された複数の撮影方向とに
基づいて、前記複数の計測点への方向ベクトルを算出
し、当該ベクトルの交点として前記複数の計測点の３次
元座標値を検出する画像解析機器とを備えたことを特徴
とする３次元計測装置。
【請求項２】前記画像計測機器は、前記計測点の画像
を捉えるための望遠カメラと、前記計測点の周辺画像を
捉えるための広角カメラを具備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】前記画像計測機器は、電子セオドライト
及び光波測距器よりな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４】前記画像解析機器は、３次元位置が既知
な２つの基点を含む画像をそれぞれ撮影すると共に前記
基点への方向ベクトルをそれぞれ検出し、前記画像計測
機器は、前記基点の３次元位置及び前記基点への方向ベ
クトルに基づいて、前記２地点間の座標変換係数を算出
することを特徴とする請求項３記載の３次元計測装置。
【請求項５】前記画像解析機器は、前記画像計測機器
及び画像蓄積機器にて採取した多数の画像及び撮影方向
を基に、前記計測点を関連付けることにより、前記計測
対象物の全体画像を合成する機能を具備することを特徴
とする請求項１記載の３次元計測装置。
【請求項６】前記画像解析機器は、前記計測点に代え
て、２直線の交点を関連付けることを特徴とする請求項
５記載の３次元計測装置。
【請求項７】計測対象物に設定される複数の計測点の
３次元座標値を非接触かつ遠隔より自動計測する方法で
あって、異なる２地点から前記計測点を含む画像をそれ
ぞれ撮影すると共に撮影方向をそれぞれ検出し、撮影さ
れた複数の画像内での計測点位置と、検出された複数の
撮影方向とに基づいて、前記複数の計測点への方向ベク
トルを算出し、当該ベクトルの交点として前記複数の計
測点の３次元座標値を検出することを特徴とする３次元
計測方法。