JP2001133225A - デジタルカメラを用いる寸法，形状の計測方法 - Google Patents
デジタルカメラを用いる寸法，形状の計測方法Info
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- JP2001133225A JP2001133225A JP31123299A JP31123299A JP2001133225A JP 2001133225 A JP2001133225 A JP 2001133225A JP 31123299 A JP31123299 A JP 31123299A JP 31123299 A JP31123299 A JP 31123299A JP 2001133225 A JP2001133225 A JP 2001133225A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度の形状,寸法計測を可能にすること。
【解決手段】 被計測対象物Ｗを計測する際には、ＣＣ
Ｄカメラなどのデジタルカメラで撮像し、得られた撮像
画面から計測点１〜６を抽出する。計測点１〜６が抽出
されると、撮像画面の画素(ピクセル)ｐijの大きさか
ら、各計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を演
算する。再生撮像画面には、レンズ系に収差が含まれて
いるので、各計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜
ｙ6)に歪曲収差補正を施す。この歪曲補正は、予め設定
される多次元の多項補正式で近似することにより実施さ
れる。
Ｄカメラなどのデジタルカメラで撮像し、得られた撮像
画面から計測点１〜６を抽出する。計測点１〜６が抽出
されると、撮像画面の画素(ピクセル)ｐijの大きさか
ら、各計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を演
算する。再生撮像画面には、レンズ系に収差が含まれて
いるので、各計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜
ｙ6)に歪曲収差補正を施す。この歪曲補正は、予め設定
される多次元の多項補正式で近似することにより実施さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、デジタルカメラ
を用いる寸法,形状の計測方法に関し、特に、この種の
計測方法における計測精度を向上させる方法に関するも
のである。
を用いる寸法,形状の計測方法に関し、特に、この種の
計測方法における計測精度を向上させる方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤなどのデジタルカメラを用いる画
像計測は、工業製品の検査,加工管理などに用いられて
いて、主として、それほど高度の計測精度を要求されな
い分野に利用されている。
像計測は、工業製品の検査,加工管理などに用いられて
いて、主として、それほど高度の計測精度を要求されな
い分野に利用されている。
【０００３】ところで、この種の画像計測は、非接触で
の計測が可能なので、例えば、橋梁などの構造物の経時
的な変位計測など、手の届かない部位や、危険な部位で
の高精度な計測に用することが期待されている。
の計測が可能なので、例えば、橋梁などの構造物の経時
的な変位計測など、手の届かない部位や、危険な部位で
の高精度な計測に用することが期待されている。
【０００４】しかしながら、従来のデジタルカメラを用
いる画像計測を高度の計測精度が要求される分野に適用
するには、以下に説明する技術的な課題があった。
いる画像計測を高度の計測精度が要求される分野に適用
するには、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来の画像
計測では、撮像によって得られた撮像画像データから計
測点を抽出し、計測点間の画素数を計数し、得られた計
数値に画素の大きさを乗算することにより、計測点間の
長さなどを求めている。
計測では、撮像によって得られた撮像画像データから計
測点を抽出し、計測点間の画素数を計数し、得られた計
数値に画素の大きさを乗算することにより、計測点間の
長さなどを求めている。
【０００６】ところが、ＣＣＤなどのデジタルカメラ
は、画素数の増大化などにより高精度化が図られている
ものの、レンズ系を有していて、撮像された画面は、レ
ンズ系の収差の影響を受けて樽型ないしは糸巻型に屈曲
しており、これをそのまま計数すると、収差に基づく誤
差が含まれていて、高精度の計測値が得られないという
問題があった。
は、画素数の増大化などにより高精度化が図られている
ものの、レンズ系を有していて、撮像された画面は、レ
ンズ系の収差の影響を受けて樽型ないしは糸巻型に屈曲
しており、これをそのまま計数すると、収差に基づく誤
差が含まれていて、高精度の計測値が得られないという
問題があった。
【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、高
精度の計測が可能なデジタルカメラを用いる寸法,形状
の計測方法を提供することにある。
てなされたものであって、その目的とするところは、高
精度の計測が可能なデジタルカメラを用いる寸法,形状
の計測方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被計測対象物をデジタルカメラで撮像
し、撮像によって得られた撮像画面データと、前記デジ
タルカメラの画素の大きさとに基づいて、前記被計測対
象物の寸法,形状を計測する方法において、前記撮像デ
ータから計測点を抽出し、抽出した前記計測点の計測値
に歪曲収差補正を施し、得られた前記計測点の補正値に
基づいて、前記計測対象物の形状,寸法を計測するよう
にした。このように構成したデジタルカメラを用いる寸
法,形状の計測方法によれば、抽出した計測点の計測値
に歪曲収差補正を施し、得られた計測点の補正値に基づ
いて、計測対象物の形状,寸法を計測するので、高精度
の計測が可能になる。前記計測点は、前記被計測対象物
の角部などの偏極点であって、各計測点間の長さを計測
することにより、前記計測対象物の形状を計測すること
ができる。この構成によると、歪曲収差補正をした高精
度の形状計測が可能になる。前記計測対象物に間隔値が
既知で、撮像可能な計測基準点を設定し、前記デジタル
カメラで前記計測基準点を撮像し、撮像画面上の前記計
測基準点間の間隔計測値を求め、前記間隔値と前記間隔
計測値との関係に基づいて、撮像の収縮率を演算し、得
られた収縮率に基づいて、前記計測点間の長さを実物相
当長に変換することができる。この構成によれば、撮像
画像データから撮像の収縮率が求められるので、簡単
に、計測点間の長さを実物相当長に変換することができ
る。前記計測点は、前記計測対象物に設置した撮像可能
な複数から構成され、不動位置に基準点を設定し、この
基準点から各計測点との間の距離を時間を異ならせて計
測して、前記計測対象物の経時的な変形量を計測するこ
とができる。この構成よれば、複数の計測点を橋梁など
の構造物に設置すると、この種の構造物の経時的な伸
長,収縮などの変形計測が高精度に行える。前記歪曲収
差補正は、間隔値が既知の複数のターゲットマークが表
示されたキャリブレーション板を前記デジタルカメラに
より撮像し、撮像された画面上の前記ターゲットマーク
間の計測値と前記既知間隔値とに基づいて、予め、多次
元多項補正近似式のパラメータを決定し、この多次元多
項補正近似式から前記補正座標値を求めることができ
る。このような構成を採用すると、撮像された画面上の
前記ターゲットマーク間の計測値と既知間隔値とに基づ
いて、予め、多次元多項補正近似式のパラメータを決定
し、この多次元多項補正近似式から、歪曲収差補正を施
した補正座標値を求めるので、デジタルカメラの撮像条
件に依存しない、絶対的な歪曲収差補正が行える。
に、本発明は、被計測対象物をデジタルカメラで撮像
し、撮像によって得られた撮像画面データと、前記デジ
タルカメラの画素の大きさとに基づいて、前記被計測対
象物の寸法,形状を計測する方法において、前記撮像デ
ータから計測点を抽出し、抽出した前記計測点の計測値
に歪曲収差補正を施し、得られた前記計測点の補正値に
基づいて、前記計測対象物の形状,寸法を計測するよう
にした。このように構成したデジタルカメラを用いる寸
法,形状の計測方法によれば、抽出した計測点の計測値
に歪曲収差補正を施し、得られた計測点の補正値に基づ
いて、計測対象物の形状,寸法を計測するので、高精度
の計測が可能になる。前記計測点は、前記被計測対象物
の角部などの偏極点であって、各計測点間の長さを計測
することにより、前記計測対象物の形状を計測すること
ができる。この構成によると、歪曲収差補正をした高精
度の形状計測が可能になる。前記計測対象物に間隔値が
既知で、撮像可能な計測基準点を設定し、前記デジタル
カメラで前記計測基準点を撮像し、撮像画面上の前記計
測基準点間の間隔計測値を求め、前記間隔値と前記間隔
計測値との関係に基づいて、撮像の収縮率を演算し、得
られた収縮率に基づいて、前記計測点間の長さを実物相
当長に変換することができる。この構成によれば、撮像
画像データから撮像の収縮率が求められるので、簡単
に、計測点間の長さを実物相当長に変換することができ
る。前記計測点は、前記計測対象物に設置した撮像可能
な複数から構成され、不動位置に基準点を設定し、この
基準点から各計測点との間の距離を時間を異ならせて計
測して、前記計測対象物の経時的な変形量を計測するこ
とができる。この構成よれば、複数の計測点を橋梁など
の構造物に設置すると、この種の構造物の経時的な伸
長,収縮などの変形計測が高精度に行える。前記歪曲収
差補正は、間隔値が既知の複数のターゲットマークが表
示されたキャリブレーション板を前記デジタルカメラに
より撮像し、撮像された画面上の前記ターゲットマーク
間の計測値と前記既知間隔値とに基づいて、予め、多次
元多項補正近似式のパラメータを決定し、この多次元多
項補正近似式から前記補正座標値を求めることができ
る。このような構成を採用すると、撮像された画面上の
前記ターゲットマーク間の計測値と既知間隔値とに基づ
いて、予め、多次元多項補正近似式のパラメータを決定
し、この多次元多項補正近似式から、歪曲収差補正を施
した補正座標値を求めるので、デジタルカメラの撮像条
件に依存しない、絶対的な歪曲収差補正が行える。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１か
ら図１０は、本発明にかかるデジタルカメラを用いる寸
法,形状の計測方法の一実施例を示している。
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１か
ら図１０は、本発明にかかるデジタルカメラを用いる寸
法,形状の計測方法の一実施例を示している。
【００１０】同図に示した計測方法は、被計測対象物Ｗ
の形状を計測する際に本発明を適用した場合を示してい
る。図１〜図４は、計測方法を実施する際の手順を時系
列順に示した手順説明図であって、この実施例では、被
計測対象物Ｗは、図１に示すように、正方形の左上部を
一部切欠した形状になっている。
の形状を計測する際に本発明を適用した場合を示してい
る。図１〜図４は、計測方法を実施する際の手順を時系
列順に示した手順説明図であって、この実施例では、被
計測対象物Ｗは、図１に示すように、正方形の左上部を
一部切欠した形状になっている。
【００１１】被計測対象物Ｗの四周には、間隔値ｘ0,ｙ
0が既知の４個の基準点Ａ〜Ｄが、デジタルカメラで撮
像可能な状態で設置されている。この被計測対象物Ｗを
計測する際には、ＣＣＤカメラなどのデジタルカメラで
撮像する。
0が既知の４個の基準点Ａ〜Ｄが、デジタルカメラで撮
像可能な状態で設置されている。この被計測対象物Ｗを
計測する際には、ＣＣＤカメラなどのデジタルカメラで
撮像する。
【００１２】図２は、デジタルカメラで被計測対象物Ｗ
を撮像し、撮像によって得られた撮像画面データを再生
した撮像画面が示されている。被計測対象物Ｗの形状を
計測する際には、まず、得られた撮像画面から計測点１
〜６を抽出する。
を撮像し、撮像によって得られた撮像画面データを再生
した撮像画面が示されている。被計測対象物Ｗの形状を
計測する際には、まず、得られた撮像画面から計測点１
〜６を抽出する。
【００１３】本実施例の場合には、計測点１〜６は、被
計測対象物Ｗの角部であって、外形線の偏極点になって
いるので、この部分を、直線除去やメデイアンフィルタ
などの各種のフィルタ処理を行うことにより、公知の画
像処理を施すことで自動的に抽出する。
計測対象物Ｗの角部であって、外形線の偏極点になって
いるので、この部分を、直線除去やメデイアンフィルタ
などの各種のフィルタ処理を行うことにより、公知の画
像処理を施すことで自動的に抽出する。
【００１４】計測点１〜６が抽出されると、撮像画面の
画素(ピクセル)ｐij(ｉ=1〜ｍ、ｊ=1〜ｎであって、例
えば、ピクセル数が６００万画素のＣＣＤカメラでは、
ｉ=1〜３０６０、ｊ=1〜２０３６となる)の大きさか
ら、各計測点１〜６の座標値(ｘ 1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)およ
び各計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算することにな
る。
画素(ピクセル)ｐij(ｉ=1〜ｍ、ｊ=1〜ｎであって、例
えば、ピクセル数が６００万画素のＣＣＤカメラでは、
ｉ=1〜３０６０、ｊ=1〜２０３６となる)の大きさか
ら、各計測点１〜６の座標値(ｘ 1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)およ
び各計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算することにな
る。
【００１５】この演算に際しては、１画素(ピクセル)ｐ
ijの大きさは、例えば、ピクセル数が６００万画素のＣ
ＣＤカメラでは、一辺が０．００９ｍｍの大きさの正方
形になっているので、撮像画面の中心を原点とする二次
元座標系X',Y'を想定して、各計測点１〜６の座標値(ｘ
1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を求め、その後この座標値を用いて各
計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算する。
ijの大きさは、例えば、ピクセル数が６００万画素のＣ
ＣＤカメラでは、一辺が０．００９ｍｍの大きさの正方
形になっているので、撮像画面の中心を原点とする二次
元座標系X',Y'を想定して、各計測点１〜６の座標値(ｘ
1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を求め、その後この座標値を用いて各
計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算する。
【００１６】ところが、図２に示した再生撮像画面で
は、一般に、デジタルカメラにレンズ系が用いられてい
て、そのレンズ系に収差が含まれているので、撮像画面
に樽型ないしは糸巻型の歪曲が発生し、変形した状態に
なっている。
は、一般に、デジタルカメラにレンズ系が用いられてい
て、そのレンズ系に収差が含まれているので、撮像画面
に樽型ないしは糸巻型の歪曲が発生し、変形した状態に
なっている。
【００１７】従って、歪曲が発生している状態で、各計
測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)および各計測
点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算すると、これらの値に歪
曲誤差が含まれ、高精度の形状計測が行えない。
測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)および各計測
点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演算すると、これらの値に歪
曲誤差が含まれ、高精度の形状計測が行えない。
【００１８】そこで、本実施例では、各計測点１〜６の
座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)に歪曲収差補正を施すよう
にした。この歪曲補正は、予め設定される歪曲収差率に
基づく補正曲線か、あるいは、多次元の多項補正式で近
似することにより実施される。
座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)に歪曲収差補正を施すよう
にした。この歪曲補正は、予め設定される歪曲収差率に
基づく補正曲線か、あるいは、多次元の多項補正式で近
似することにより実施される。
【００１９】図５および図６には、デジタルカメラの歪
曲収差補正を求める場合の一例が示されている。これら
の図に示した方法では、図５に示すようなキャリブレー
ション板Ｃを用いる。
曲収差補正を求める場合の一例が示されている。これら
の図に示した方法では、図５に示すようなキャリブレー
ション板Ｃを用いる。
【００２０】キャリブレーション板Ｃには、同図に示し
た寸法の位置に、正確に描かれた合計５個のターゲット
マークＴＡ〜ＴＥが設けられている。各ターゲットマー
クＴＡ〜ＴＥは、白色板紙に所定直径の真円を黒色に描
いたものである。
た寸法の位置に、正確に描かれた合計５個のターゲット
マークＴＡ〜ＴＥが設けられている。各ターゲットマー
クＴＡ〜ＴＥは、白色板紙に所定直径の真円を黒色に描
いたものである。
【００２１】複数のキャリブレーション板Ｃは、所定の
間隔を隔てて、鉛直壁上にｍ列,ｎ行になるように縦横
に配置し、これを所定の撮影距離Ｌの地点からデジタル
カメラ１４で撮像する。
間隔を隔てて、鉛直壁上にｍ列,ｎ行になるように縦横
に配置し、これを所定の撮影距離Ｌの地点からデジタル
カメラ１４で撮像する。
【００２２】壁上に配置した各キャリブレーション板Ｃ
の２次元位置は、図７に示すように、ｍ列,ｎ行に配置
された中央のキャリブレーション板Ｃi,jのターゲット
マークＴＡi,jを原点とするＸ,Ｙ系の二次元座標値とし
て、誤差が±１mm程度のレーザートランシットにて計測
されている。
の２次元位置は、図７に示すように、ｍ列,ｎ行に配置
された中央のキャリブレーション板Ｃi,jのターゲット
マークＴＡi,jを原点とするＸ,Ｙ系の二次元座標値とし
て、誤差が±１mm程度のレーザートランシットにて計測
されている。
【００２３】レーザートランシットは、水準器により計
測して、地面と平行になるように三脚１６上に設置して
ある。デジタルカメラ１４は、中央のキャリブレーショ
ン板Ｃi,jのターゲットマークＴＡi,jの方向に光軸が向
くようにして、同じ配列のキャリブレーション板Ｃを撮
像する。
測して、地面と平行になるように三脚１６上に設置して
ある。デジタルカメラ１４は、中央のキャリブレーショ
ン板Ｃi,jのターゲットマークＴＡi,jの方向に光軸が向
くようにして、同じ配列のキャリブレーション板Ｃを撮
像する。
【００２４】図８にデジタルカメラ１４によりターゲッ
トＣを撮像した際の撮像画面の要部が示されている。カ
メラ１４による撮像画面では、ピクセルｐijの中心を原
点とするＸ',Ｙ'系の二次元座標により各ターゲットマ
ークＴＡ'i,jなどの座標値が求められる。この場合、タ
ーゲットマークＴＡ〜ＴＥの撮像画面上での大きさは、
例えば、６００万画素のＣＣＤカメラを用い、撮影距離
が約１５ｍで撮影すると、レンズの画角から、１画素の
間隔は、撮像画面上で約４ｍｍの換算になるので、例え
ば、ターゲットマークＴＡ〜ＴＥの大きさが５０ｍｍの
円形であると、約１０〜１３画素の大きさを占める。
トＣを撮像した際の撮像画面の要部が示されている。カ
メラ１４による撮像画面では、ピクセルｐijの中心を原
点とするＸ',Ｙ'系の二次元座標により各ターゲットマ
ークＴＡ'i,jなどの座標値が求められる。この場合、タ
ーゲットマークＴＡ〜ＴＥの撮像画面上での大きさは、
例えば、６００万画素のＣＣＤカメラを用い、撮影距離
が約１５ｍで撮影すると、レンズの画角から、１画素の
間隔は、撮像画面上で約４ｍｍの換算になるので、例え
ば、ターゲットマークＴＡ〜ＴＥの大きさが５０ｍｍの
円形であると、約１０〜１３画素の大きさを占める。
【００２５】そこで、ターゲットマークＴＡ〜ＴＥの中
心位置は、撮像画面上での円形の重心上に設定する。こ
の場合、ターゲットマークＴＡ〜ＴＥは、黒色で描かれ
ているので、閾値処理を行うことにより、図形を明確に
してから重心位置を決定する。
心位置は、撮像画面上での円形の重心上に設定する。こ
の場合、ターゲットマークＴＡ〜ＴＥは、黒色で描かれ
ているので、閾値処理を行うことにより、図形を明確に
してから重心位置を決定する。
【００２６】この場合、デジタルカメラ１４を中央のキ
ャリブレーション板Ｃi,jのターゲットマークＴＡi,jの
方向に光軸が向くように配置したとしても、光軸の中心
とピクセルｐijの中心との間に、図８に示すようなズレ
Ｔが生じる。
ャリブレーション板Ｃi,jのターゲットマークＴＡi,jの
方向に光軸が向くように配置したとしても、光軸の中心
とピクセルｐijの中心との間に、図８に示すようなズレ
Ｔが生じる。
【００２７】このズレＴは、ピクセルｐijの中心を原点
として、キャリブレーション板Ｃi, jのターゲットマー
クＴＡi,jの座標を求めれば決まり、ズレＴが決定する
と、ターゲットマークＴＡ'i,jなどの座標値をこれで補
正し、座標系のズレに基づく誤差をなくす。
として、キャリブレーション板Ｃi, jのターゲットマー
クＴＡi,jの座標を求めれば決まり、ズレＴが決定する
と、ターゲットマークＴＡ'i,jなどの座標値をこれで補
正し、座標系のズレに基づく誤差をなくす。
【００２８】このような座標系の誤差補正が終了する
と、図７に示す実測に基づく像高ｈ１〜ｈ５と、これに
対応する撮像画面上の像高h１’〜ｈ５'をそれぞれ求
め、これらの値に基づいて、歪曲収差率が以下の式で求
められる。
と、図７に示す実測に基づく像高ｈ１〜ｈ５と、これに
対応する撮像画面上の像高h１’〜ｈ５'をそれぞれ求
め、これらの値に基づいて、歪曲収差率が以下の式で求
められる。
【００２９】 歪曲収差率(％)＝１００×(ｈ'−ｈ )／h このような歪曲収差率をＸ',Ｙ'軸に沿って順次求めて
いくと、図９に示すような、歪曲収差率の補正曲線が得
られる。図９には、キャリブレーション板Ｃを、撮影距
離１５m,１０m,５mの地点でそれぞれ６００万画素のＣ
ＣＤカメラで撮像して得られた３種類の補正曲線が示さ
れている。
いくと、図９に示すような、歪曲収差率の補正曲線が得
られる。図９には、キャリブレーション板Ｃを、撮影距
離１５m,１０m,５mの地点でそれぞれ６００万画素のＣ
ＣＤカメラで撮像して得られた３種類の補正曲線が示さ
れている。
【００３０】なお、図９において、横軸は、歪み後の像
高であって、撮影距離５mにおける像高１１ｍｍの以上
の部分を除けば、理論値と比較して大きなずれがないこ
とが判った。
高であって、撮影距離５mにおける像高１１ｍｍの以上
の部分を除けば、理論値と比較して大きなずれがないこ
とが判った。
【００３１】このような補正曲線をあらかじめ求めてお
くと、デジタルカメラ１４により計測対象物Ｗを撮像し
た際の計測値をこの補正曲線に当てはめて補正すること
ができ、このような補正値を用いると、画像計測の精度
を向上させることができる。ところが、以上のようにし
て求められる歪曲収差率の補正曲線は、デジタルカメラ
１４の撮像距離によって異なるし、また、デジタルカメ
ラ１４の画角の方向が異なった位置に向けられると変化
し、実際の歪曲収差補正に採用すると、再現性に問題が
ある。
くと、デジタルカメラ１４により計測対象物Ｗを撮像し
た際の計測値をこの補正曲線に当てはめて補正すること
ができ、このような補正値を用いると、画像計測の精度
を向上させることができる。ところが、以上のようにし
て求められる歪曲収差率の補正曲線は、デジタルカメラ
１４の撮像距離によって異なるし、また、デジタルカメ
ラ１４の画角の方向が異なった位置に向けられると変化
し、実際の歪曲収差補正に採用すると、再現性に問題が
ある。
【００３２】そこで、これらの条件に左右されることな
く、撮像距離による依存性のない歪曲収差の補正方法と
して、多次元多項式により補正曲線を近似することがで
きる。
く、撮像距離による依存性のない歪曲収差の補正方法と
して、多次元多項式により補正曲線を近似することがで
きる。
【００３３】本実施例では、歪み後の像高ｈ’を歪み前
の像高ｈに直す関数として、以下の５次元の多項補正式
を設定した。 ｈ＝ａｈ’5+ｂｈ’5+ｃｈ’4+ｄｈ’3+ｅｈ’ この補正式の各パラメータを求めるためには、図８に示
す、撮像画面上に５点以上の測点を設定し、各測点に置
ける像高h１'〜ｈ５’と、これに対応する図７に示す実
測像高h１〜ｈ５とをそれぞれ求め、これらの値を代入
した式を５以上得て、最小二乗法を用いて、最も近似し
た値が得られるパラメータを決定する。
の像高ｈに直す関数として、以下の５次元の多項補正式
を設定した。 ｈ＝ａｈ’5+ｂｈ’5+ｃｈ’4+ｄｈ’3+ｅｈ’ この補正式の各パラメータを求めるためには、図８に示
す、撮像画面上に５点以上の測点を設定し、各測点に置
ける像高h１'〜ｈ５’と、これに対応する図７に示す実
測像高h１〜ｈ５とをそれぞれ求め、これらの値を代入
した式を５以上得て、最小二乗法を用いて、最も近似し
た値が得られるパラメータを決定する。
【００３４】図１０は、実際にキャリブレーション板Ｃ
を、撮影距離１５mで、６００万画素のＣＣＤカメラで
撮像し、上記方法によりパラメータを決定して、歪曲収
差補正をした場合と、補正をしない場合との、実測値と
の間の誤差を示している。
を、撮影距離１５mで、６００万画素のＣＣＤカメラで
撮像し、上記方法によりパラメータを決定して、歪曲収
差補正をした場合と、補正をしない場合との、実測値と
の間の誤差を示している。
【００３５】図１０に示した結果からも明らかなよう
に、歪曲収差補正をしないと、中心からの距離が約６ｍ
程度で、約１００ｍｍほどの誤差が生じているが、収差
補正を行うと、±１０ｍｍ以内に誤差が収まることが判
る。
に、歪曲収差補正をしないと、中心からの距離が約６ｍ
程度で、約１００ｍｍほどの誤差が生じているが、収差
補正を行うと、±１０ｍｍ以内に誤差が収まることが判
る。
【００３６】以上のような、歪曲収差の補正方法によれ
ば、撮像された画面上のターゲットマーク間の計測値と
既知間隔値とに基づいて、予め、多次元多項補正近似式
のパラメータを決定し、この多次元多項補正近似式か
ら、歪曲収差補正を施した補正座標値を求めるので、デ
ジタルカメラ１４の撮像条件に依存しない、絶対的な歪
曲収差補正が行える。
ば、撮像された画面上のターゲットマーク間の計測値と
既知間隔値とに基づいて、予め、多次元多項補正近似式
のパラメータを決定し、この多次元多項補正近似式か
ら、歪曲収差補正を施した補正座標値を求めるので、デ
ジタルカメラ１４の撮像条件に依存しない、絶対的な歪
曲収差補正が行える。
【００３７】以上のようにして予め設定される歪曲収差
率の補正曲線、または、５次元の多項補正式により、各
計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を補正する
と、各計測点１〜６の補正座標値(ｘ1'〜ｘ6',ｙ1'〜ｙ
6')が求められ、この補正座標値(ｘ1'〜ｘ6',ｙ1'〜
ｙ6')に基づいて、各計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演
算し、これを画面上に表示させた状態が図３に示されて
いる。
率の補正曲線、または、５次元の多項補正式により、各
計測点１〜６の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)を補正する
と、各計測点１〜６の補正座標値(ｘ1'〜ｘ6',ｙ1'〜ｙ
6')が求められ、この補正座標値(ｘ1'〜ｘ6',ｙ1'〜
ｙ6')に基づいて、各計測点１〜６の間隔(ａ〜ｆ)を演
算し、これを画面上に表示させた状態が図３に示されて
いる。
【００３８】図３に示した被計測対象物Ｗの形状は、補
正前の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)で示した形状に対し
て、歪曲収差が補正されているので、実際の形状に近く
なり、高精度の形状計測が行われる。
正前の座標値(ｘ1〜ｘ6,ｙ1〜ｙ6)で示した形状に対し
て、歪曲収差が補正されているので、実際の形状に近く
なり、高精度の形状計測が行われる。
【００３９】図４は、被計測対象物Ｗとともにその外周
に設置されている４個の基準点Ａ〜Ｄを同じに撮影表示
した状態を示している。この場合、各基準点Ａ〜Ｄの間
隔値ｘ0',ｙ0'は、各計測点１〜６の座標値と同様な歪
曲収差補正が行われた値である。
に設置されている４個の基準点Ａ〜Ｄを同じに撮影表示
した状態を示している。この場合、各基準点Ａ〜Ｄの間
隔値ｘ0',ｙ0'は、各計測点１〜６の座標値と同様な歪
曲収差補正が行われた値である。
【００４０】このような間隔値ｘ0',ｙ0'が求められる
と、実際の基準点Ａ〜Ｄ間の隔値ｘ0,ｙ0が既知なの
で、これらの値からデジタルカメラで撮像された画面の
収縮率を求めることができる。
と、実際の基準点Ａ〜Ｄ間の隔値ｘ0,ｙ0が既知なの
で、これらの値からデジタルカメラで撮像された画面の
収縮率を求めることができる。
【００４１】そして、収縮率が求められると、各計測点
１〜６の間隔(ａ〜ｆ)にこれを乗算することにより、実
物相当長が求められるので、例えば、被計測対象物Ｗの
形状検査などに適用すると、高精度の検査が可能にな
る。
１〜６の間隔(ａ〜ｆ)にこれを乗算することにより、実
物相当長が求められるので、例えば、被計測対象物Ｗの
形状検査などに適用すると、高精度の検査が可能にな
る。
【００４２】なお、上記実施例では、形状計測の特徴点
として、被計測対象物Ｗの角部に計測点１〜６を設定し
た場合を例示したが、特徴抽出は、角部に限ることはな
く、例えば、被計測対象物Ｗの任意の線分の、任意の位
置に撮像堪能なターゲットを貼付して、これを計測点と
してもよい。
として、被計測対象物Ｗの角部に計測点１〜６を設定し
た場合を例示したが、特徴抽出は、角部に限ることはな
く、例えば、被計測対象物Ｗの任意の線分の、任意の位
置に撮像堪能なターゲットを貼付して、これを計測点と
してもよい。
【００４３】図１１は、本発明にかかる寸法,形状の計
測方法の他の実施例を示しており、同図に示した実施例
は、本発明を変形量の計測に適用する場合を示してい
る。本実施例の場合には、被計測対象物に、不動位置に
基準点ｓを設定し、かつ、計測点１〜３を設定する。基
準点ｓおよび計測点１〜３は、デジタルカメラで撮像可
能なものであって、これらが同時に同じ画面に現れるよ
うにして撮影する。
測方法の他の実施例を示しており、同図に示した実施例
は、本発明を変形量の計測に適用する場合を示してい
る。本実施例の場合には、被計測対象物に、不動位置に
基準点ｓを設定し、かつ、計測点１〜３を設定する。基
準点ｓおよび計測点１〜３は、デジタルカメラで撮像可
能なものであって、これらが同時に同じ画面に現れるよ
うにして撮影する。
【００４４】そして、まず、時刻ｔ0にデジタルカメラ
により計測対象物を撮影して、得られた撮像画面データ
から、基準点ｓと各計測点1〜3を抽出し、基準点ｓから
各計測点1〜3までの距離ａ〜ｃを計測する。
により計測対象物を撮影して、得られた撮像画面データ
から、基準点ｓと各計測点1〜3を抽出し、基準点ｓから
各計測点1〜3までの距離ａ〜ｃを計測する。
【００４５】この距離ａ〜ｃを計測する際には、上記実
施例と同様に基準点ｓおよび各計測点1〜3の画面上の座
標値を演算するが、演算によって得られた座標値は、上
記実施例と同様に、予め設定されている多次元多項補正
式により、歪曲収差補正が施され、補正された座標値に
より距離ａ〜ｃが求められる。
施例と同様に基準点ｓおよび各計測点1〜3の画面上の座
標値を演算するが、演算によって得られた座標値は、上
記実施例と同様に、予め設定されている多次元多項補正
式により、歪曲収差補正が施され、補正された座標値に
より距離ａ〜ｃが求められる。
【００４６】次に、時刻ｔ0から時間が経過して、時刻
ｔ1になると、デジタルカメラにより計測対象物を撮影
して、得られた撮像画面データから、基準点ｓと各計測
点1〜3を抽出し、基準点ｓから各計測点1〜3までの距離
ａ'〜ｃ'を計測する。
ｔ1になると、デジタルカメラにより計測対象物を撮影
して、得られた撮像画面データから、基準点ｓと各計測
点1〜3を抽出し、基準点ｓから各計測点1〜3までの距離
ａ'〜ｃ'を計測する。
【００４７】この距離ａ'〜ｃ'を計測する際にも、基準
点ｓおよび各計測点1〜3の画面上の座標値を演算する
が、演算によって得られた座標値は、時刻ｔ0のときと
同様に、予め設定されている多次元多項補正式により、
歪曲収差補正が施され、補正座標値を用いて距離ａ'〜
ｃ'が求められる。
点ｓおよび各計測点1〜3の画面上の座標値を演算する
が、演算によって得られた座標値は、時刻ｔ0のときと
同様に、予め設定されている多次元多項補正式により、
歪曲収差補正が施され、補正座標値を用いて距離ａ'〜
ｃ'が求められる。
【００４８】このようにして、時刻ｔ0およびｔ1におけ
る距離ａ〜ｃおよび同ａ'〜ｃ'が求められると、対応す
る距離値を減算することにより、計測対象物の時刻ｔ0
から時刻ｔ1までの間の変位量を求めることができる。
る距離ａ〜ｃおよび同ａ'〜ｃ'が求められると、対応す
る距離値を減算することにより、計測対象物の時刻ｔ0
から時刻ｔ1までの間の変位量を求めることができる。
【００４９】なお、この変位量の計測では、時刻ｔ0と
同ｔ1におけるデジタルカメラの設置位置を全く同じ位
置にするか、あるいは、設置条件が異なる場合には、上
記実施例と同様に、計測対象物に基準点Ａ〜Ｄを設置し
ておき、時刻ｔ0と同ｔ1に撮像した画面同士で基準点Ａ
〜Ｄの間隔値が同じ値になるように補正するようにして
もよい。
同ｔ1におけるデジタルカメラの設置位置を全く同じ位
置にするか、あるいは、設置条件が異なる場合には、上
記実施例と同様に、計測対象物に基準点Ａ〜Ｄを設置し
ておき、時刻ｔ0と同ｔ1に撮像した画面同士で基準点Ａ
〜Ｄの間隔値が同じ値になるように補正するようにして
もよい。
【００５０】以上のような経時的な変位量の計測は、例
えば、図１２に示すように、橋梁の橋桁の側面に、デジ
タルカメラで撮像可能な複数の計測点1〜ｎを設定し、
不動位置に基準点ｓを設定して、時間の経過に応じて複
数の撮像画像データを得ることにより、橋桁上に重量物
が載った際の撓みや、橋桁の長手方向の経時的な変位を
計測することができる。
えば、図１２に示すように、橋梁の橋桁の側面に、デジ
タルカメラで撮像可能な複数の計測点1〜ｎを設定し、
不動位置に基準点ｓを設定して、時間の経過に応じて複
数の撮像画像データを得ることにより、橋桁上に重量物
が載った際の撓みや、橋桁の長手方向の経時的な変位を
計測することができる。
【００５１】なお、このような変位計測においては、撮
影画面上に複数の不動点(基準点ｓ)が撮像されているこ
とが望ましく、このような条件で撮像すると、不動点の
座標値が基準座標値になり、不動点間の長さを基準長さ
とすることができる。
影画面上に複数の不動点(基準点ｓ)が撮像されているこ
とが望ましく、このような条件で撮像すると、不動点の
座標値が基準座標値になり、不動点間の長さを基準長さ
とすることができる。
【００５２】また、図１３に示すように、岩盤の傾斜面
にデジタルカメラで撮像可能な複数の計測点1〜ｎを設
定し、不動位置に基準点ｓを設定し、時間の経過に応じ
て複数の撮像画像データを得ることにより、岩盤傾斜面
の経時的な変位を計測することができる。
にデジタルカメラで撮像可能な複数の計測点1〜ｎを設
定し、不動位置に基準点ｓを設定し、時間の経過に応じ
て複数の撮像画像データを得ることにより、岩盤傾斜面
の経時的な変位を計測することができる。
【００５３】さらに、図１４に示すように、トンネルの
掘削断面に沿ってデジタルカメラで撮像可能な複数の計
測点1〜ｎを設定し、不動位置に基準点ｓを設定し、時
間の経過に応じて複数の撮像画像データを得ることによ
り、トンネル内空面の経時的な変位を計測することがで
きる。
掘削断面に沿ってデジタルカメラで撮像可能な複数の計
測点1〜ｎを設定し、不動位置に基準点ｓを設定し、時
間の経過に応じて複数の撮像画像データを得ることによ
り、トンネル内空面の経時的な変位を計測することがで
きる。
【００５４】さて、以上のようにして行う寸法,形状の
計測方法によれば、歪曲収差補正をした補正座標値を用
いて、経時的な変位量を求めるので、高精度の変位計測
が可能になる。
計測方法によれば、歪曲収差補正をした補正座標値を用
いて、経時的な変位量を求めるので、高精度の変位計測
が可能になる。
【００５５】また、本実施例のように、デジタルカメラ
で撮像可能な複数の計測点を橋梁などの構造物に設置す
ると、この種の構造物の経時的な伸長,収縮などの変形
計測が高精度に行えるとともに、手が届かず、危険な場
所での変位計測を可能にする。
で撮像可能な複数の計測点を橋梁などの構造物に設置す
ると、この種の構造物の経時的な伸長,収縮などの変形
計測が高精度に行えるとともに、手が届かず、危険な場
所での変位計測を可能にする。
【００５６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
かかるデジタルカメラを用いる寸法,形状の計測方法に
よれば、高精度の計測が可能になる。
かかるデジタルカメラを用いる寸法,形状の計測方法に
よれば、高精度の計測が可能になる。
【図１】本発明にかかる計測方法が適用される計測対象
物の一例を示す説明図である。
物の一例を示す説明図である。
【図２】図１の計測対象物をデジタルカメラで撮像し
て、再生した画像の説明図である。
て、再生した画像の説明図である。
【図３】図２の画像を歪曲収差補正した後の説明図であ
る。
る。
【図４】図１の計測対象物の周囲に基準点を設定し、こ
の基準点とともに計測対象物を撮像し、得られた画像に
歪曲収差補正を施した後の説明図である。
の基準点とともに計測対象物を撮像し、得られた画像に
歪曲収差補正を施した後の説明図である。
【図５】本発明の計測方法で行う歪曲収差補正の計測に
用いるキャリブレーション板の平面図である。
用いるキャリブレーション板の平面図である。
【図６】図５に示したキャリブレーション板をデジタル
カメラで撮影する際の説明図である。
カメラで撮影する際の説明図である。
【図７】図５に示したキャリブレーション板の配置状態
の要部説明図である。
の要部説明図である。
【図８】図５に示したキャリブレーション板をデジタル
カメラで撮影際の撮像画面の要部説明図である。
カメラで撮影際の撮像画面の要部説明図である。
【図９】図６に示した撮影において、撮影距離を異なら
せた場合の歪曲収差率の変化を示すグラフである。
せた場合の歪曲収差率の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の計測方法で採用する歪曲収差補正を
行った場合と、行わない場合の誤差を示すグラフであ
る。
行った場合と、行わない場合の誤差を示すグラフであ
る。
【図１１】本発明にかかる計測方法の他の実施例の説明
図である。
図である。
【図１２】図９に示した実施例のより具体的な実施状況
の説明図である。
の説明図である。
【図１３】図９に示した実施例のより具体的な実施状況
の説明図である。
の説明図である。
【図１４】図９に示した実施例のより具体的な実施状況
の説明図である。
の説明図である。
ＴＡ〜ＴＥ ターゲットマーク Ｃ(Ｃi,j) キャリブレーション板 １４ デジタルカメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 15/70 ３５０Ｍ (72)発明者 大内 一 東京都清瀬市下清戸４−640 株式会社大 林組技術研究所内 (72)発明者 橋本 周司 千葉県市川市八幡１−13−19 Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA09 AA22 AA51 AA65 CC40 EE08 FF01 FF04 FF61 JJ03 JJ26 PP21 QQ17 QQ25 QQ33 RR06 5C022 AA01 AA13 AB51 AC76 5L096 BA08 CA02 EA07 FA12 FA64 FA70
Claims (5)
- 【請求項１】 被計測対象物をデジタルカメラで撮像
し、撮像によって得られた撮像画面データと、前記デジ
タルカメラの画素の大きさとに基づいて、前記被計測対
象物の寸法,形状を計測する方法において、 前記撮像データから計測点を抽出し、 抽出した前記計測点の座標値に歪曲収差補正を施し、 得られた前記計測点の補正値に基づいて、前記計測対象
物の形状,寸法を計測することを特徴とするデジタルカ
メラを用いる寸法,形状の計測方法。 - 【請求項２】 前記計測点は、前記被計測対象物の角部
などの偏極点であって、各計測点間の長さを計測するこ
とにより、前記計測対象物の形状を計測することを特徴
とする請求項1記載のデジタルカメラを用いる寸法,形状
の計測方法。 - 【請求項３】 前記計測対象物に間隔値が既知で、撮像
可能な計測基準点を設定し、前記デジタルカメラで前記
計測基準点を撮像し、撮像画面上の前記計測基準点間の
間隔計測値を求め、 前記間隔値と前記間隔計測値との関係に基づいて、撮像
の収縮率を演算し、得られた収縮率に基づいて、前記計
測点間の長さを実物相当長に変換することを特徴とする
請求項2記載のデジタルカメラを用いる寸法,形状の計測
方法。 - 【請求項４】 前記計測点は、前記計測対象物に設置し
た撮像可能な複数から構成され、不動位置に基準点を設
定し、この基準点から各計測点との間の距離を時間を異
ならせて計測して、前記計測対象物の経時的な変形量を
計測することを特徴とする請求項1記載のデジタルカメ
ラを用いる寸法,形状の計測方法。 - 【請求項５】 前記歪曲収差補正は、間隔値が既知の複
数のターゲットマークが表示されたキャリブレーション
板を前記デジタルカメラにより撮像し、 撮像された画面上の前記ターゲットマーク間の計測値と
前記既知間隔値とに基づいて、予め、多次元多項補正近
似式のパラメータを決定し、この多次元多項補正近似式
から前記補正座標値を求めることを特徴とする請求項1
〜４のいずれか１項に記載のデジタルカメラを用いる寸
法,形状の計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31123299A JP3668653B2 (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | デジタルカメラを用いる寸法，形状の計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31123299A JP3668653B2 (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | デジタルカメラを用いる寸法，形状の計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133225A true JP2001133225A (ja) | 2001-05-18 |
| JP3668653B2 JP3668653B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=18014691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31123299A Expired - Fee Related JP3668653B2 (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | デジタルカメラを用いる寸法，形状の計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3668653B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131019A (ja) * | 2000-10-26 | 2002-05-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 徴小寸法測定方法 |
| US6915072B2 (en) * | 2002-10-23 | 2005-07-05 | Olympus Corporation | Finder, marker presentation member, and presentation method of positioning marker for calibration photography |
| JP2006329628A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Hitachi Zosen Corp | 構造物における変形量計測方法 |
| JP2007003380A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Taisei Corp | 対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラム |
| WO2010084920A1 (ja) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | 株式会社 明電舎 | パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法 |
| JP2013205415A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Sick Ag | 構造物または対象物の大きさを計測するための光電子装置および較正方法 |
| JP2015141151A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 国立大学法人 和歌山大学 | 計測装置及び橋梁検査方法 |
| US9658056B2 (en) | 2014-04-03 | 2017-05-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection apparatus for measurement system based on exit pupil positions |
| JP2018059896A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-04-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 荷重計測装置、荷重計測方法、荷重計測プログラム、変位係数算出装置、変位係数算出方法、及び変位係数算出プログラム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111256596B (zh) * | 2020-02-21 | 2021-09-14 | 北京容联易通信息技术有限公司 | 基于cv技术的尺寸测量方法、装置、计算机设备及介质 |
-
1999
- 1999-11-01 JP JP31123299A patent/JP3668653B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131019A (ja) * | 2000-10-26 | 2002-05-09 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 徴小寸法測定方法 |
| JP4719348B2 (ja) * | 2000-10-26 | 2011-07-06 | 株式会社日立国際電気 | 徴小寸法測定方法 |
| US6915072B2 (en) * | 2002-10-23 | 2005-07-05 | Olympus Corporation | Finder, marker presentation member, and presentation method of positioning marker for calibration photography |
| JP2006329628A (ja) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Hitachi Zosen Corp | 構造物における変形量計測方法 |
| JP4630137B2 (ja) * | 2005-06-24 | 2011-02-09 | 大成建設株式会社 | 対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラム |
| JP2007003380A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Taisei Corp | 対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラム |
| JP2010190886A (ja) * | 2009-01-22 | 2010-09-02 | Meidensha Corp | パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法 |
| WO2010084920A1 (ja) * | 2009-01-22 | 2010-07-29 | 株式会社 明電舎 | パンタグラフ高さ測定装置及びそのキャリブレーション方法 |
| CN102292236A (zh) * | 2009-01-22 | 2011-12-21 | 株式会社明电舍 | 受电弓高度测量装置及其校准方法 |
| JP2013205415A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Sick Ag | 構造物または対象物の大きさを計測するための光電子装置および較正方法 |
| JP2015141151A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 国立大学法人 和歌山大学 | 計測装置及び橋梁検査方法 |
| US9658056B2 (en) | 2014-04-03 | 2017-05-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection apparatus for measurement system based on exit pupil positions |
| JP2018059896A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-04-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 荷重計測装置、荷重計測方法、荷重計測プログラム、変位係数算出装置、変位係数算出方法、及び変位係数算出プログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3668653B2 (ja) | 2005-07-06 |
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