JP2002206917A - 物体の三次元運動測定方法および物体の三次元運動測定装置 - Google Patents

物体の三次元運動測定方法および物体の三次元運動測定装置

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JP2002206917A JP2001000996A JP2001000996A JP2002206917A JP 2002206917 A JP2002206917 A JP 2002206917A JP 2001000996 A JP2001000996 A JP 2001000996A JP 2001000996 A JP2001000996 A JP 2001000996A JP 2002206917 A JP2002206917 A JP 2002206917A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動く物体の多数の位置情報に基づく高度な画
像処理を要することなく、対象物体の三次元運動を簡単
迅速に測定できるようにする。 【解決手段】 対象物の三次元運動空間内の基準面に少
なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立さ
せ、較正用ポールPa ，Pb ，Pcにそれぞれ対をなす２個
の較正用光体a1，a2；b1，b2；c1，c2 を設け、較正用
ポールPa ，Pb ，Pcの各設置点Ａ，Ｂ，Ｃについて、長
さKxの線分ＡＢと長さKyの線分ＡＣが設置点Ａで直交す
るように設定し、それぞれ既知の焦点距離Fx ，Fy をも
つ２基のＰＳＤカメラで較正用光体a1，a2；b1，b2；
c1，c2を撮像しながら、両カメラの各光軸を三次元運動
空間座標軸Ｘ，Ｙに合わせて座標軸原点から距離Lx ，L
y をおいて設置し、対象物を撮像した際の２基のＰＳＤ
カメラの出力信号と上記Kx ，Ky，Fx ，Fy ，Fx ，Fy
を基に対象物の運動位置を演算し測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、各種の物体の動
きあるいは更にその物体の一部の動き、例えば身体の各
部位の空間における三次元運動の実態を、半導体位置検
出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector ） を
用いて観測する方法と、その方法で物体の三次元運動を
観測する測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】身体各部の前後、左右、上下の動きのよ
うな、種々の物体（以下、対象物という）の三次元運動
を、その対象物の三次元空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）の時間
的変化として捉える手段として、複数のカメラでその対
象物を異なる方向から撮影し、それらの撮像を画像処理
してその対象物の動的位置を測定するＤＬＴ（Direct L
inear Transformation ）法が多用されている。しかし
撮像の画像処理によって対象物の動的位置を測定するＤ
ＬＴ法のような測定方法・装置では、測定に必要な画像
情報量とその情報処理量が極めて多くなることから、測
定に要する時間（情報処理に要する時間）が長くなり、
また測定に要する時間を短縮するためには高度な画像処
理回路が必要となる。
【０００３】一方、空間にある対象物の位置を一方向か
ら見た二次元座標として電気的に検出するセンサーとし
てＰＳＤ（Position Sensitive Detector）が知られて
いる。ＰＳＤは、対象物からの光を受光して、その対象
物の位置を検出することができる光センサー（半導体位
置検出素子）で、基本的にはフォトダイオードのような
接合面をもつＰＩＮ構造の半導体である。
【０００４】すなわち、ＰＳＤは、図５に示すように、
Ｐ層、Ｎ層それぞれの対向縁にＸ軸方向電極Px1，Px2な
らびにＺ軸方向電極Pz1，Pz2を形成したものであり、Ｘ
軸とＺ軸は二次元直交座標軸に相当する。そしてＰＳＤ
の受光面に対象物Ｑから発するスポット状の光が受光点
Ｑ'に当たるとそこに電荷が発生し、Ｐ層で発生した電
荷はＸ軸方向電極Px1，Px2にそれぞれ電流Ix1，Ix2とな
って分流し、Ｎ層で発生した電荷はＺ軸方向電極Pz1，P
z2にそれぞれ電流Iz1，Iz2なって分流する。そしてＸ軸
方向電極Px1，Px2に分流する電流Ix1，Ix2と、Ｚ軸方向
電極Pz1，Pz2に分流する電流Iz1，Iz2の大きさは、それ
ぞれ各電極Px1，Px2，Pz1，Pz2から受光点Ｑ'までの距
離に反比例する。
【０００５】ちなみにＸ軸とＺ軸の二次元面について見
れば、Ｘ軸方向電極Px1，Px2間の距離をSx 、Ｚ軸方向
電極Pz1，Pz2間の距離をSz 、対象物Ｑすなわち受光点
Ｑ'の位置を座標Qx ，Qzで表せば、Ix1＝Ixo（１／２
＋ Qx／Sx）、Ix2＝Ix0（１／２ − Qx／Sx）、Iz1
＝Iz0（１／２ − Qz／Sz）、Iz2＝Iz0（１／２ ＋Q
z／Sz）、Ix0＝Ix1＋Ix2、Iz0＝Iz1＋Iz2となる。従っ
てこれらの電流Ix1，Ix2，Iz1，Iz2に対応するＰＳＤの
Ｘ軸方向出力電圧VxとＺ軸方向出力電圧Vzを検知するこ
とにより、対象物Ｑの位置を二次元座標Qx ，Qzの視点
から検出することができる。
【０００６】同様にＸ軸をＹ軸に置き換えて、Ｙ軸とＺ
軸に関する二次元面のＰＳＤについて見れば、図示は略
すが、Ｘ軸方向電極Px1，Px2がＹ軸方向電極PY1，P
Y2に、電流Ix1，Ix2が電流Iy1，Iy2に、座標Qxが座標Qy
にそれぞれ置き換わることから、Ｙ軸方向電極PY1，PY2
間の距離をSY 、Ｚ軸方向電極Pz1，Pz2間の距離をSz 、
対象物Ｑの位置すなわち受光点Ｑ'の座標を座標Qy ，Qz
で表せば、IY1＝IYo（１／２＋ Qy ／SY）、IY2＝IY0
（１／２ − Qy／SY）、Iz1＝Iz0（１／２ − Q z／
Sz）、Iz2＝Iz0（１／２ ＋ Qz／Sz）、IY0＝IY1＋I
Y2、Iz0＝Iz1＋Iz2となる。従ってこれらの電流IY1，I
Y2，Iz1，Iz2に対応するＰＳＤのＹ軸方向出力電圧Vyと
Ｚ軸方向出力電圧Vzを検知することにより、対象物Ｑの
位置を二次元座標Qy ，Qzの視点から検出することがで
きる。このことから Ｘ軸とＺ軸に関するＰ
ＳＤならびにＹ軸とＺ軸に関するＰＳＤを用いて、互い
に直交する三次元座標軸Ｘ，Ｙ，ＺのＸ軸方向とＹ軸方
向から同時に対象物Ｑ座標Qx，Qy，Qz を検出すること
により、対象物Ｑの三次元の運動を観測し測定すること
ができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、対象物か
らの光を二次元面のＰＳＤで受光して直ちにその対象物
の二次元座標を検知し得る既知のＰＳＤカメラを２基用
いて、対象物の三次元運動測定システムを構成し、これ
により従来のＤＬＴ方式の三次元運動測定システムに比
し、高度な画像処理装置などを要することなく、極めて
簡単迅速に対象物の三次元運動を測定できるようにしよ
うとするものである。そして所与の測定現場が、従来の
測定手段では測定環境の設定が困難なところであって
も、様々な測定現場で適用し得る三次元運動測定システ
ムを構築しようとするものである。
【０００８】またこの発明は、測定に必須の２基のＰＳ
Ｄカメラを、そのＰＳＤ受光画面を見ながら容易に所要
の位置に正確に位置決めして設置し得る三次元運動測定
システムを構築しようとするものである。
【０００９】またこの発明は、例えば人体の歯や指先の
動きなど、比較的狭い空間で三次元運動する対象物の動
きを、その対象物から比較的近い測定位置から簡便に測
定できるように、予め測定条件を満たす位置にＰＳＤカ
メラが設置されている測定手段を構成しようとするもの
である。
【００１０】またこの発明は、限られた測定空間におい
て対象物とＰＳＤカメラの間の距離が十分に得られない
測定環境下において、ＰＳＤカメラの視野を等価的に拡
大し、対象物のより広範な三次元運動を測定し得るよう
にすると共に、一旦設置したＰＳＤカメラの設定状態を
変えることなく対象物の動きを異なる視点から測定しよ
うとするものである。
【００１１】さらにこの発明は、三次元空間で運動する
対象物の時々の位置を表す三次元座標の演算を単純化し
ようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】２基のＰＳＤカメラを用
いて対象物の三次元運動を迅速・簡単に測定するため
に、この発明は、三次元運動する対象物の運動領域を含
む三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に少な
くとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、
この基準面上における較正用ポールPa ，Pb ，Pcの各設
置点Ａ，Ｂ，Ｃを、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知
の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定
し、較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに基準面から
の高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1
，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対
をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの
高さh0を等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記較正用
ポールPa およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラ
と焦点距離Fxが既知で前記較正用ポールPa およびPcか
ら等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメ
ラを、前記三次元空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中の
異なる座標軸方向に設置し、前記較正用ポールPa，P
b ，Pc上の較正用光体を２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受
光面に撮像することにより、前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚを構成する別方向の二次元座標軸に対応する二次元座
標軸を、２基の各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に分担
させて較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三
次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ前記各ＰＳＤ
カメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lx を隔てて設
定し、その後、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系
列的に対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象
物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに
対する時系列座標データに変換して対象物の三次元運動
を測定する。
【００１３】この三次元運動測定方法に用いる測定装置
として、この発明は、三次元運動する対象物の位置を表
すための三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空
間内に設定される基準面に直立させる少なくとも３本の
較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、その各較正用ポールP
a ，Pb ，Pcのそれぞれに基準面からの高さを違えて設
置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b
2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポ
ールPa および較正用ポールPb から等距離で且つ三次元
座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置され
るＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用
ポールPa および較正用ポールPc から等距離で且つ三次
元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置さ
れるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、その２基
のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物に付した位
置検出用光体を撮像して得た対象物の時系列位置データ
を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標デー
タに変換演算するコンピュータとで測定装置の主要部を
構成し、前記各較正用ポールPa ，Pb ，Pc の設置点
Ａ，Ｂ，Ｃ に関し、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既
知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定
し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，
b2；c1 ，c2の各中点の基準面からの高さh0 を等しく設
定する。
【００１４】また、対象物の三次元運動の測定に必要な
２基のＰＳＤカメラを、そのＰＳＤ受光画面を見ながら
容易に所要の位置に正確に位置決めして設置できるよう
にするために、この発明は、三次元運動する対象物の運
動領域を含む三次元空間内に基準面を設定し、この基準
面上に５本の較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ
を設け、設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関し
て、線分ＡＢと線分ＡＣが設置点Ａで直交するように設
置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺
三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とす
る二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、線分ＡＢと
線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、これら各設置
点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa ，P
b ，Pc ，Pd ，Pe を位置させて前記基準面上に5本の較
正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Peを直立させ、較正用
ポールPd ，Pe のそれぞれに１個の較正用光体d0 ，e0
を設置し、較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記
基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1
，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置し、それら
の対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c
1 ，c2の間の中点の前記基準面からの高さh0 を較正用
ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記
基準面からの高さh0 と等しく設定し、焦点距離Fyが既
知で前記較正用ポールPa およびPbから等距離に置かれ
るＰＳＤカメラと、焦点距離Fxが既知で前記較正用ポー
ルPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの、
２基のＰＳＤカメラを前記三次元空間の三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚの中の別の二つの座標軸方向（例えばＸ軸方
向とＹ軸方向）に設置し、較正用ポールPa ，Pb ，P
c ，Pd ， P e 上の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c
1 ，c2 ；d0 ，e0 を２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光
面に撮像しながら、前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを構成
する別方向の二次元座標軸に対応する二次元座標軸を２
基の各ＰＳＤカメラの各ＰＳＤ受光面上に分担させて較
正設定し、２基の各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座
標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ各ＰＳＤカメラを前
記原点からそれぞれ距離Ly ，Lxを隔てて設定し、その
後、２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物の
位置検出用光体を撮像して得た対象物の時系列位置デー
タを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標デ
ータに変換して対象物の三次元運動を測定する。
【００１５】そして、測定に必要な２基のＰＳＤカメラ
をそのＰＳＤ受光画面を見ながら容易に所要の位置に正
確に位置決めできる測定装置として、この発明は、三次
元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を
表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内
に設定される基準面に配設された５個の設置点Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる5本の較正用ポールP
a ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe と、その較正用ポールPd ，Pe
のそれぞれに１個設置される較正用光体d0 ，e0 と、前
記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面か
らの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体
a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを
備え前記較正用ポールPa および較正ポールPbから等距
離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly
を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離F
xを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから
等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距
離Lx を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳ
Ｄカメラと、その２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列
的に対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物
の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対
する時系列座標データに変換演算するコンピュータとで
測定装置の主要部を構成し、前記５本の較正用ポールPa
，Pb ，Pc ，P d ，Pe の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの
位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知
の長さKx ，Ky で設置点Ａで直交するように設定し、線
分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配
設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置
点Ｅを配設し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a
2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高
さh0 を前記較正用ポールPd，Pe のそれぞれの較正用光
体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等しく設定す
る。
【００１６】また比較的狭い空間で三次元運動する対象
物を近い位置から簡便に測定できるように、この発明
は、三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物
の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次
元空間内に、直角三角形を含む基準面を設定し、この直
角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃをそれぞれ較
正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃとして、これら各設置点
Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb ，Pc を位
置させて前記基準面上に３本の較正用ポールPa ，Pb ，
Pc を直立させ、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣ
を既知の長さKx ，K yに設定し、前記較正用ポールPa ，
Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対
をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2
をそれぞれ設置すると共にそれらの対をなす２個の較正
用光体の間の中点の前記基準面からの高さh0 を等しく
設定し、既知の焦点距離Fyを備え前記一つの線分ＡＢ上
の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距離で且つ
前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて
置かれるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記
他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcか
ら等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から
距離Lxを隔てて置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤ
カメラを前記基準面と共に予めセットアップし、前記対
象物には位置検出用光体を設置し、前記較正用ポールPa
，Pb ，Pc上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラの
ＰＳＤ受光面に撮像することにより、三次元座標軸Ｘ，
Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラの
ＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記２基のＰＳＤカメラ
で同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮
像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元
座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して
前記対象物の三次元運動を測定する。
【００１７】上記の測定方法に用いる測定装置として、
この発明は、位置検出用光体が設置されて三次元運動す
る対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次
元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定さ
れる直角三角形を含む基準面と、この直角三角形の直角
頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点
Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる３本の較正用ポールPa
，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pc
のそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される
２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c
2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa お
よび較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて設置されるＰＳＤ
カメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa
および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座
標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて設置されるＰ
ＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを一体的にセットア
ップし、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に
前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物
の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対
する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備
え、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さ
Kx ，Ky に設定し、前記対をなす２個の較正用光体a
1 ，a2 ；b1 ，b2；c1 ，c2の各中点の前記基準面から
の高さh0 を等しく設定して必要に応じて簡単に移動設
置できる三次元運動測定装置を構成する。
【００１８】また、対象物とＦＳＤカメラの間の距離を
十分とることができない測定環境下においてもＰＳＤカ
メラの視野を等価的に広げて対象物のより広範な三次元
運動を測定できるようにするために、また一旦設置した
ＰＳＤカメラの設定状態を変えることなく対象物の動き
を異なる視点・角度から測定するために、この発明は、
予め設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置
した位置検出用光体を映す鏡を配設し、その鏡に映った
対象物の位置検出光体を２基のＰＳＤカメラで撮像して
得た前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，
Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して対象物の三
次元運動を測定する。
【００１９】さらに、三次元運動する対象物の時々の位
置を表す三次元座標の演算を簡略化するために、この発
明は、前述の測定方法あるいは測定装置において、設置
点Ａ，Ｂ間の長さKx と設置点Ａ，Ｃ間の長さKy を等し
く設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各Ｐ
ＳＤカメラとの間のそれぞれの距離Ly ，Lx を等しく設
定し、２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Fy ，Fx を等し
く設定し、また線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高
さと、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の高さと、設
置点Ａ，Ｂ間の長さKx と、設置点Ａ，Ｃ間の長さKy と
を等しく設定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】この発明の基本的な実施形態の一
つは、三次元運動する対象物の運動領域を含む三次元空
間内に基準面を設定し、この基準面上に少なくとも３本
の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、これら較正
用ポールPa ，Pb ，Pcの前記基準面上における各設置点
Ａ，Ｂ，Ｃを、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長
さKx ，K yで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前
記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面か
らの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；
b1，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの
対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面から
の高さh0 を等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記一
つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbか
ら等距離に置かれるＰＳＤカメラと焦点距離Fxが既知で
前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびP
cから等距離に置かれるＰＳＤカメラの２基のＰＳＤカ
メラを設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正
用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像
することにより、前記三次元空間内における前記対象物
の位置を表すための前記三次元空間内の三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメ
ラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラ
の光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且
つ前記各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離L
y ，Lx を隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光
体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列
的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対
象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ
に対する時系列座標データに変換して前記対象物の動き
を検知する物体の三次元運動測定方法である。
【００２１】この発明の実施形態は、三次元運動する対
象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座
標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に、直角三角
形を含む基準面を設定し、この直角三角形の直角頂点Ａ
と他の２頂点Ｂ，Ｃをそれぞれ較正用ポールの設置点
Ａ，Ｂ，Ｃとして、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞ
れ較正用ポールPa ，Pb ，Pc を位置させて前記基準面
上に３本の較正用ポールPa，Pb ，Pc を直立させ、前記
直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx，Kyに
設定し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前
記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体
a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共
にそれらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記
基準面からの高さh0 を等しく設定し、既知の焦点距離F
yを備え前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールP
a およびPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚの原点から距離Lyを隔てて置かれるＰＳＤカメラと、
既知の焦点距離Fxを備え前記他の線分ＡＣ上の２本の各
較正用ポールPa およびPcから等距離で且つ前記三次元
座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて置かれるＰ
ＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを前記基準面と共に
予めセットアップし、前記対象物には位置検出用光体を
設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正用光体
を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像するこ
とにより、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座
標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定
し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記
対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時
系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する
時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知す
る物体の三次元運動測定方法である。
【００２２】この発明の他の実施形態は、三次元運動す
る対象物の運動領域を含む三次元空間内に基準面を設定
し、この基準面上に５本の較正用ポールの設置点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設け、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ
の位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣが設置点Ａで
直交するように設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを
底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線
分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配
設し、前記線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，K yに
設定し、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ
較正用ポールPa ，Pb，Pc ，Pd ， Pe を位置させて前
記基準面上に5本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc，Pd ，Pe
直立させ、前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１
個の較正用光体d0 ，e0を設置し、前記較正用ポールP
a ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違え
て対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c
1 ，c2 をそれぞれ設置し、それらの対をなす２個の較
正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c 2の間の中点の前
記基準面からの高さh0 を前記較正用ポールPd ，Pe の
それぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さ
h0 と等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記一つの線
分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距
離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点距離Fxが既知で前記
他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcか
ら等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメ
ラを設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ， P
e 上の較正用光体a1，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 ；d
0 ，e0 を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮
像することにより、前記三次元空間内における前記対象
物の位置を表すための前記三次元空間内の三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメ
ラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラ
の光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且
つ各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lx
を隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光体を設置
し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記
対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時
系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する
時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知す
る物体の三次元運動測定方法である。
【００２３】この発明の他の基本的な実施形態は、位置
検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領
域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設
された少なくとも３個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直
立させる少なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，P
cと、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれ
に前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対を
なす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知
の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正用
ポールPb から等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラ
と、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa およ
び較正用ポールP c から等距離で且つ前記三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳ
Ｄカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤ
カメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光
体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記
三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変
換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ
に関し、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さK
x ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記対
をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2
の各中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定した
物体の三次元運動測定装置である。
【００２４】この発明の他の実施形態は、位置検出用光
体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含み
その対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成
される三次元空間内に設定される直角三角形を含む基準
面と、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃ
にそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立さ
せる３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、これらの各
較正用ポールPa ，Pb ，P cのそれぞれに前記基準面から
の高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1
，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備
え前記較正用ポールPa および較正用ポールPbから等距
離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly
を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fx
を備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから
等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距
離Lxを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤ
カメラを一体的にセットアップし、前記２基のＰＳＤカ
メラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体
を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三
次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換
演算するコンピュータを備え、前記直角三角形の線分Ａ
Ｂと線分ＡＣを既知の長さKx ，Ky に設定し、前記対を
なす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の
各中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定した物
体の三次元運動測定装置である。
【００２５】この発明の他の実施形態は、位置検出用光
体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含み
その対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成
される三次元空間内に設定される基準面に配設された５
個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる5
本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe と、前記較
正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１個設置される較正用
光体d0 ，e0 と、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれ
ぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の
対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、
既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較
正ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラ
と、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa およ
び較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸
Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳ
Ｄカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤ
カメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光
体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記
三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変
換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣが
それぞれ既知の長さKx ，Ky で設置点Ａで直交するよう
に設定し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に
設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形
の頂点に設置点Ｅを配設し、前記対をなす２個の較正用
光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準
面からの高さh0 を前記較正用ポールPd，Pe のそれぞれ
の較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等
しく設定した物体の三次元運動測定装置である。
【００２６】この発明の他の基本的な実施形態は、予め
設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置した
位置検出用光体を映す鏡を配設し、その鏡に映った対象
物の位置検出光体を２基のＰＳＤカメラで撮像して得た
前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動
きを検知する物体の三次元運動測定方法ならびに三次元
運動測定装置である。
【００２７】
【実施例】以下図面を参考にこの発明の実施例を説明す
る。図１ないし図３はこの発明に係る物体の三次元運動
測定装置の一実施例を示すもので、床面上で前後・左右・
上下に動く人体の特定部位の運動状態をその特定部位の
三次元座標変化として観測する三次元運動測定装置の例
である。図１は同装置の基本構成を示す斜視図、図２は
同装置の機能説明用の平面図、図3は同装置の機能説明
用の立面図である。
【００２８】図１ないし図３において、Ｈは三次元空間
内で前後・左右・上下に三次元運動する人体で、人体Ｈの
一部の箇所を測定の対象物として、その対象物に位置検
出用光体Ｒが設置されている。したがってＲは実質的に
対象物である。位置検出用光体Ｒは、ＬＥＤ (Light Em
itting Diode)などの発光体あるいは対象物に照射され
る光を反射する光反射体である。
【００２９】Ｇは対象物Ｒの運動領域を含む三次元空間
内に形成した基準面で、この実施例では人体が立つ水平
な床面である。そして運動測定範囲の三次元空間とその
三次元空間内の三次元直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを決定する
ために、基準面Ｇ上に５個の設置点（較正用ポールを設
置する点）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設定する。その場合、
線分ＡＢと、線分ＡＣとが設置点Ａで直交するように計
測して設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とす
る二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを
底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、設
置点Ａ，Ｂ間の距離（線分ＡＢの長さ）を予め定めた長
さKxに設定し、設置点Ａ，Ｃ間の距離（線分ＡＣの長
さ）を予め定めた長さKyに設定している。また、対象物
Ｒの位置の測定演算を簡易化するために、設置点Ｄを頂
点とし線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高さを線分
ＡＣの長さKyに合わせ、設置点Ｅを頂点とし線分ＡＣを
底辺とする二等辺三角形の高さを線分ＡＢの長さKxに合
わせている。
【００３０】次に各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおい
て、それぞれ較正用ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを基準面
Ｇに対し直立させ（垂直に立て）、較正用ポールPd，Pe
には基準面Ｇから高さh0の位置にそれぞれ１個の較正用
光体do，e0を設置し、較正用ポールPa，Pb，Pcのそれぞ
れには、基準面Ｇからの高さを違えて対をなす２個の較
正用光体a1，a2；b1，b2；c1，c2をそれぞれ設置し、そ
れらの対をなす２個の較正用光体a1，a2；b1，b2；c1，
c2の間の中点の前記基準面Ｇからの高さh0を前記較正用
ポールPd，Peのそれぞれの較正用光体do，e0の前記基準
面Ｇからの高さh0と等しく設定している。
【００３１】そして前記三次元空間内に三次元座標軸
（三次元直交座標軸）Ｘ，Ｙ，Ｚが仮想設定される。点
Ｏは三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点を示している。座標
軸Ｘは線分ＡＢと平行に、座標軸Ｙは線分ＡＣと平行
に、かつ座標軸Ｘ，Ｙが基準面Ｇに対し平行になるよう
に設定され、座標軸Ｚは基準面Ｇに対し垂直で、線分Ａ
Ｂからの距離がKy／２、線分ＡＣからの距離がKx／２に
ある点Ｏ'（座標軸Ｚが基準面Ｇを通る点）を通るよう
に設定されている。そして設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅお
よび点O'の設定位置関係から、点Ｏ'と設置点Ｅ間の距
離（三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏと較正用ポールPe
の間の距離）はKx／２となり、点Ｏ'と設置点Ｄ間の距
離（三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏと較正用ポールPd
の間の距離）はKy／２になっている。
【００３２】１０はＸ軸方向ＰＳＤカメラで、座標軸Ｘ
の方向に向けて設置されて対象物Ｒの動きを撮像する。
Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０はレンズ１１とＰＳＤ受光面
１２を備え、レンズ１１の焦点距離Fxは既知である。そ
してＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０は、そのレンズ１１の光
軸が座標軸Ｘと合致し、ＰＳＤカメラ１０（レンズ１
１）は仮想の原点Ｏから距離Lxだけ離れて設置される。
また２０はY軸方向ＰＳＤカメラで、座標軸Yの方向に向
けて対象物Ｒの動きを撮像する。Y軸方向ＰＳＤカメラ
２０はレンズ２１とＰＳＤ受光面２２を備え、レンズ２
１の焦点距離Fyは既知である。そしてY軸方向ＰＳＤカ
メラ２０は、そのレンズ２１の光軸が座標軸Yと合致
し、ＰＳＤカメラ（レンズ２１）は仮想の原点Ｏから距
離Lyだけ離れた状態で設置されている。
【００３３】図１ならびに図２に示したように、設置点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa（較正用
光体a1，a2），較正用ポールPb（較正用光体b1，b2），
較正用ポールPc（較正用光体ｃ1，c2），較正用ポールP
d（較正用光体d0），較正用ポールPe（較正用光体e0）
を設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚと原点Oを仮想設定
して、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０をＸ軸方向に向けて較
正ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを捉えると、各較正用光体
a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0からの光をＰＳＤ受光
面１２で受光して、図２に示すようにＰＳＤ受光面１２
のＹ軸・Ｚ軸座標面上に、較正用光体a1，a2，b1，b2，
c1，c2，d0，e0のそれぞれの三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに
おけるｙ座標・ｚ座標に対応する位置関係で撮像a1´，
a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´が現れる。
したがって、ＰＳＤ受光面１２上の撮像a1´，a2´，b1
´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´の位置を見ながら、
線分d0´ e0´がＰＳＤ受光面１２上に定められた座標
軸Yと合致し、ＰＳＤ受光面１２上の撮像e0´がＰＳＤ
受光面１２上に表された原点ｎと合致するようにＸ軸方
向ＰＳＤカメラ１０の位置と向きを調整することによ
り、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０を所要の正確な位置に極
めて簡単に設置できる。
【００３４】同様にＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０について
も、Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０をＹ軸方向に向けて較正
ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを捉えると、各較正用光体
a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0からの光をＰＳＤ受光
面２２で受光して、図２に示すように、ＰＳＤ受光面２
２のＸ軸・Ｚ軸座標面上に、較正用光体a1，a2，b1，
b2，c1，c2，d0，e0のそれぞれの三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
Ｚにおけるｘ座標・ｚ座標に対応する位置関係で撮像a1
´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´が現れ
る。したがってＰＳＤ受光面２２上の撮像a1´，a2´，
b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´の位置を見ながら
線分d0´e0´がＰＳＤ受光面２２上に定められた座標軸
Ｘと合致し、ＰＳＤ受光面２２上の撮像e0´がＰＳＤ受
光面２２上に表された原点ｎと合致するようにY軸方向
ＰＳＤカメラ２０の位置と向きを調整することにより、
Y軸方向ＰＳＤカメラ２０を所要の正確な位置に極めて
簡単に設定できる。
【００３５】しかし対象物の運動領域の三次元空間に仮
想設定した三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏの位置を直接
実測して確認することは現実問題として極めて困難であ
り、したがって原点ＯとＰＳＤカメラ1０の間の距離Lx
ならびに原点ＯとＰＳＤカメラ2０の間の距離Lyも実測
は事実上できない。そこで三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点
Ｏの位置と、距離Lxならびに距離Lyは、較正用光体a1，
a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0の既知の位置（較正用ポー
ルPa，Pb，Pc，Pd，Peの既知の位置）とこれらに対する
Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０およびY軸方向ＰＳＤカメラ
２０の関係位置を基に演算によって求める。すなわち図
２に示すように、既知の位置に正確に設置された較正用
光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0の撮像a1´，a
2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´がＸ方向Ｐ
ＳＤカメラ1０のＰＳＤ受光面１２上と、Y方向ＰＳＤカ
メラ２０のＰＳＤ受光面２２上に表示される。Ｘ方向Ｐ
ＳＤカメラ1０のＰＳＤ受光面１２上について見れば、
撮像a1´と撮像c2´を結ぶ線分と、撮像a2´と撮像c1´
を結ぶ線分の交点が三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏに対
応するＰＳＤ受光面１２上の原点ｎとなる。そして撮像
a1´，a2´，c1´，c2´の座標を基に、撮像a1´と撮像
c2´を結ぶ線分、撮像a2´と撮像c1´を結ぶ線分、およ
びその両線分の交点ｎを演算で求めて表示することがで
きる。これらの演算処理はコンピュータＷで行われる。
同様にＹ方向ＰＳＤカメラ２０のＰＳＤ受光面２２上に
ついて見れば、撮像a1´と撮像b2´を結ぶ線分と、撮像
a2´と撮像b1´を結ぶ線分の交点が三次元座標Ｘ，Ｙ，
Ｚの原点Ｏに対応するＰＳＤ受光面2２上の原点ｎとな
り、ここでも撮像a1´，a2´，b1´，b2´の座標を基に
原点ｎの位置を演算してＰＳＤ受光面２２上表示するこ
とができる。したがってＸ方向ＰＳＤカメラ1０ならび
にＹ方向ＰＳＤカメラ２０の設定位置・角度を調整し
て、Ｘ方向ＰＳＤカメラ1０においては撮像e0´を原点
ｎと合致させ、Ｙ方向ＰＳＤカメラ２０においては撮像
d0´を原点ｎと合致させてＸ方向ＰＳＤカメラ1０なら
びにＹ方向ＰＳＤカメラ２０を設置すれば、Ｘ方向ＰＳ
Ｄカメラ1０ならびにＹ方向ＰＳＤカメラ２０を正しい
位置・角度に正確に設置することができる。
【００３６】次に考察上、図２中に幾つかの点、点１０
１（Ｘ方向ＰＳＤカメラのレンズ１１の位置），点１０
２（設置点Ａ，Ｃの中点），点１０３（Ｘ方向ＰＳＤカ
メラ1０の光軸すなわち三次元座標軸のＸ軸とＸ方向Ｐ
ＳＤカメラの受光面１２の交点），点１０４（撮像c
1´，撮像c2´のｙ座標位置），点２０１（Ｙ方向ＰＳ
Ｄカメラのレンズ２０の位置），点２０２（設置点Ａ，
Bの中点），点２０３（Ｙ方向ＰＳＤカメラ２０の光軸
すなわち三次元座標軸のＹ軸とＹ方向ＰＳＤカメラの受
光面２２の交点），点２０４（撮像b1´，撮像b2´のｘ
座標位置）を置いてみる。これらの点の関係位置から、
点１０３，１０１，１０４からなる三角形と、点１０
２，１０１，Cからなる三角形は互いに相似の三角形で
ある。そして点１０１，１０３間の長さはレンズ１１の
焦点距離Fxで既知であり、点１０３，１０４間の長さは
PSD受光面１２上で測定可能であり、点１０２，Ｃ間の
長さはKy/2に設定されて既知であることから、これらの
知られた数値から、点１０１，１０２間の長さ（Lx−Kx
/2）を簡単な演算で求めることができ、したがってＸ方
向ＰＳＤカメラ1０（レンズ１１）と原点Ｏの間の距離
はＸ方向ＰＳＤカメラ１０を正しく設置したときに簡単
な演算で算出できる。
【００３７】またＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０につても全
く同様で、点２０３，２０１，２０４からなる三角形
と、点２０２，２０１，Ｂからなる三角形は互いに相似
の三角形で、レンズ２１の焦点距離Fyは既知であり、点
２０３，２０４間の長さはPSD受光面２２上で測定可能
であり、点２０２，Ｂ間の長さはKx/2に設定されて既知
であることから、これらの知られた数値から、点２０
１，２０２間の長さ（Ly−Ky/2）を簡単な演算で求める
ことができ、したがってY方向ＰＳＤカメラ２０（レン
ズ２１）と原点Ｏの間の距離はＸ方向ＰＳＤカメラ1０
を正しく設置したときに簡単な演算で算出できる。
【００３８】この状態において、座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが仮
想形成された空間で三次元運動する対象物Ｒの位置は、
Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０
で捉えられて、それぞれのＰＳＤ受光面１２，２２上に
撮像ｒ'として現れる。なお、三次元運動領域における
三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する対象物Ｒのｘ座標，ｙ
座標，ｚ座標をそれぞれRx ，Ry ，Rz で示し、ＰＳＤ
受光面１２上の座標軸Y，ＺならびにＰＳＤ受光面２２
上の座標軸Ｘ，Ｚに対する撮像ｒ'のｘ座標，ｙ座標，
ｚ座標をそれぞれr'x ，r'y ，r'z で示す
【００３９】一方見方を変えれば、ＰＳＤ受光面１２，
２２上に表された対象物の撮像ｒ'がそれぞれ逆にレン
ズ１１，２１を通して運動空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
ＺのＹ軸・Ｚ軸座標面とＸ軸・Ｚ軸座標面に拡大されて
対象物Ｒの投影像が形成されると見ることができる。そ
してＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ
２０で捉えた対象物Ｒの見掛けの（上記投影像の）ｘ座
標，ｙ座標，ｚ座標をそれぞれrx ，ry ，rz で示す。
ここでＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０の焦点距離Fxと原点Ｏ
までの距離Lx、ならびにＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０の焦
点距離Fyと原点Ｏまでの距離Lyが分かっているので、Ｐ
ＳＤ受光面１２，２２上に表れた対象物Rの撮像ｒ'の位
置（座標r'x ，r'y ，r'z）を読み取って、前記Ｙ軸・
Ｚ軸座標面とＸ軸・Ｚ軸座標面のそれぞれにおける対象
物Ｒの見掛けの座標rx ，ry ，rzを算出することがで
き、さらにその座標rx ，ry ，rzを基にして運動空間に
おける三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する対象物Ｒの現場
の真の位置を示す座標Rx ，Ry，Rzを演算して算出する
ことができる。
【００４０】先に図５でＰＳＤの機能について記したと
ころから、対象物Rの撮像ｒ'の位置（二次元座標）とＰ
ＳＤカメラの出力電圧の関係は次式：（式1）（式２）
（式３）で示される。 但し、r'x ，r'y ，r'z ：対象物Ｒの撮像ｒ'のｘ座
標，ｙ座標，ｚ座標． Vx ：ＰＳＤカメラのＸ軸方向出力電圧． Vy ：ＰＳＤカメラのＹ軸方向出力電圧． Vz ：ＰＳＤカメラのＺ軸方向出力電圧． Jx ，Jy ，Jz ：ＰＳＤカメラの固有の定数（Ｘ軸方向
ＰＳＤカメラ１０とY軸方向ＰＳＤカメラ２０の特性に
よって定まる定数）． そして、ＰＳＤカメラの出力電圧Vx ，Vy ，Vz と座標
r'x ，r'y ，r'zを実測することにより、定数Jx ，J
y ，Jz の値が分かる。
【００４１】
【数１】
【００４２】また図２を参考にすれば明らかなように、
校正用光体e0は運動空間の座標軸Ｘ上にあるので校正用
光体e0自体の位置と、運動空間のＸ軸・Ｚ軸座標面に対
する校正用光体e0の前記投影像の位置は合致しており、
校正用光体d0は運動空間の座標軸Ｙ上にあるので校正用
光体d0自体の位置と、運動空間のＹ軸・Ｚ軸座標面に対
する校正用光体d0の前記投影像の位置は合致している。
したがって校正用光体e0の位置とその撮像e0´の位置の
関係、ならびに校正用光体d0の位置とその撮像d0´の位
置の関係は次式：（式４）ないし（式１３）で示され
る。 但し、θex：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た校正用
光体e0のＸ軸方向角度． θdy ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た校正用光体d
0 のＹ軸方向角度． e0x＝e0´：校正用光体e0の撮像e0´のｘ座標（原点ｎ
からの長さ） d0y＝d0´：校正用光体d0の撮像d0´のｙ座標（原点ｎ
からの長さ）
【００４３】
【数２】
【００４４】そして運動空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ
に対する較正用光体e0 のｘ座標（原点Oからの距離）が
既知の値、Kx ／２に設定されていることから、Ｙ軸方
向ＰＳＤカメラ２０のＰＳＤ受光面２２の上の撮像e0´
のＸ軸方向長さ（ｘ座標）e0x、すなわちそのＸ軸方向
長さ（ｘ座標）e0x に対応するＸ軸方向出力電圧Vxを検
知することにより、Ｘ軸方向出力電圧Vx の単位電圧当
たりの対象物の現場のＸ座標の換算値（式８に示したKx
／2Vx）が分かる。また、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対
する較正用光体d0 のｙ座標（原点Oからの距離）が既知
の値、Ky ／２に設定されていることから、Ｘ軸方向Ｐ
ＳＤカメラ１０のＰＳＤ受光面１２の上の撮像d0´のＹ
軸方向長さ（ｙ座標）d0y 、すなわちそのＹ軸方向長さ
（ｙ座標）d0y に対応するＹ軸方向出力電圧Vyを検知す
ることにより、Ｙ軸方向出力電圧Vyの単位電圧当たりの
対象物の現場のＹ座標の換算値（式１３に示したKy ／2
Vy）が分かる。同様にしてＰＳＤカメラのZ軸方向出力
電圧 Vz の単位電圧当たりの対象物の現場のZ座標の換
算値についても算出されて知ることができる。
【００４５】このようにＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ
軸方向ＰＳＤカメラ２０を関係付けて設置した後、Ｘ軸
方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０で対
象物Ｒの動きを撮像しながら測定する。そしてその場合
の撮像時系列のある時点Ｔ＝tnにおける対象物Ｒのｘ座
標Rx ，ｙ座標Ry ，z座標Rz は、前記の式１ないし式１
３の関係と図２および図３に示すところから明らかなよ
うに、次式：（式１４）ないし（式３０）に基づいて演
算し算出することができる。 但し、Fx ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０のレンズ１１の
焦点距離． Fy ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０のレンズ２１の焦点距
離． Lx ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０（レンズ１１）と原点
Ｏの間の距離． Ly ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０（レンズ２１）と原点
Ｏの間の距離． Mx ，My ，Mz ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，
ｚ座標と真のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標とのそれぞれの差 θrx ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た対象物Ｒの
Ｘ軸方向角度 θry ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物Ｒの
Ｙ軸方向角度 θrz ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物Ｒの
Ｚ軸方向角度
【００４６】
【数３】
【００４７】ここで（式２３）を（式１８）に代入する
と、
【００４８】
【数４】
【００４９】ここで（式１８）を（式２３）に代入する
と、
【００５０】
【数５】
【００５１】
【数６】
【００５２】すなわち、対象物Ｒの各時点での位置（対
象物Ｒのｘ座標Rx，ｙ座標Ry，ｚ座標Rz は、それぞれ
（式２５）、（式２７）、（式３０）で算出されるが、
ＰＳＤカメラの焦点距離Fx ，Fx 、距離Lx ，Ly 、定数
Jx ，Jy ，Jz は既知であるから、ＰＳＤカメラの出力
電圧Vx ，Vy ，Vz を計測することにより対象物Ｒの位
置を測定することができ、その測定位置を時系列に連ね
れば対象物の運動を測定することができる。
【００５３】Ｗはコンピュータで、ＰＳＤカメラの出力
電圧Vx ，Vy ，Vz を入力する入力装置W1と、対象物Ｒ
のｘ座標Rx，ｙ座標Ry，ｚ座標Rz を求める（式２
５）、（式２７）、（式３０）の演算プログラムを備え
た記憶装置W2 と、この演算プログラムでＰＳＤカメラ
の出力電圧Vx ，Vy ，Vz を演算処理するＣＰＵ（W3）
と、その演算結果を対象物Ｒの運動測定値として出力す
る出力装置W4からなる。そして対象物Ｒの動きを、２基
のＰＳＤカメラで捉えた撮像ｒ’の位置を基にコンピュ
ータＷで前記数式に沿う演算をして対象物Ｒの位置を時
系列的に算出し対象物Ｒの三次元運動を測定することが
できる。また対象物Ｒの運動範囲や運動測定データの使
用目的によっては、演算数式をより単純化した近似式と
してコンピュータＷの演算処理を簡略化することもでき
る。
【００５４】図４は、この発明の他の実施例であるとこ
ろの歯の動きを測定する三次元運動測定装置の機能説明
用の平面図である。対象物Ｒが人体の一部であっても、
その対象物Ｒが図４におけるように歯の場合、あるいは
指先の動きなどを解析する場合には、対象物Ｒの運動範
囲（運動空間）は極めて狭く極めて狭い視野の中で撮像
することができる。したがって広い測定空間は必要でな
く、むしろ対象物を近距離から撮像することが効果的で
ある場合も多い。また機械的に固定された視野において
三次元空間を得たい場合もある。図４の実施形態は、そ
のような対象物あるいは測定環境下で簡便に適用できる
三次元運動測定方法と測定装置に関する。図４に示す方
式は基本的には図１、図２に共通するところが多いが、
図１、図２の方式で用いた較正用ポールPa ，Pb ，P
c ，Pd ，Pe のうち 較正用ポールPd，Pe を省き、３本
の較正用ポールPa ，Pb ，Pc のみを組み入れて用いる
と共に、２基のＰＳＤカメラを予め設定位置調整してア
ームに装着し必要に応じて基準面も含めて汎用装置とし
てセットアップしたものである。
【００５５】すなわち図１、図２を参考に図４に示すよ
うに、位置検出用光体が付着された対象物Ｒの比較的狭
い運動領域を含む三次元空間に配設される基準面４１を
設け、その三次元空間には対象物Ｒの位置を表すための
三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが仮想形成され、基準面４１上
には直角三角形（頂点Ｂ，Ａ，Ｃからなる直角三角形）
を形成し、その直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点
Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ
着脱自在に直立させる３本の較正用ポールPa ，P b ，Pc
を設け、また既知の焦点距離Fyを有し較正用ポールPa
および較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標
軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏから距離Lyをもって設置されるＹ
軸方向ＰＳＤカメラ２０と、既知の焦点距離Fxを有し較
正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ
前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏから距離Lxをもっ
て設置されるＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０を設けている。
各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれには基準面４１
からの高さを違えて２個の対をなす較正用光体a1 ，a
2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 が装着されている。
【００５６】そして、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸
方向ＰＳＤカメラ２０を数１０cm離して且つ両者の光軸
がＸ軸、Ｙ軸として直交するように調整してアーム４０
に一体的にセットアップしたものである。また必要に応
じて、基準面４１もアーム４０にＸ軸方向ＰＳＤカメラ
１０およびＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０と共に一体的にセ
ットアップされる。アーム４０は雲台を介してカメラ三
脚上に据付けられ、歯などの小さな動きをする対象物Ｒ
の近くに設置される。またＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０と
Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０は、点Ｏ，Ａを通る線を基準
に左右対称に矢印Ｉ方向に移動調節が可能である。そし
て図１および図２で示したところと同様に、Ｘ軸方向Ｐ
ＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０でそのＰＳ
Ｄ受光面１２，２２上に対象物Ｒの撮像ｒ’を捉え、撮
像ｒ’の位置を基にコンピュータＷで演算して対象物Ｒ
の動きを測定することができる。また、基準面４１上の
直角三角形の角に位置する設置点Ａ，Ｂ，ＣとＸ軸方向
ＰＳＤカメラ１０ならびにＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０の
基本的な相対関係位置は、それらの全体が占めるエリア
が狭いことから、事前に正確に実測して設定している。
なお、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０、Ｙ軸方向ＰＳＤカメ
ラ２０、コンピュータＷ、鏡３０などの作用ならびに
は、前記の図１および図２に示したものと同じである。
このように図４に示す三次元運動測定装置は、基準面、
較正用ポール、ＰＳＤカメラからなる測定主要部が予め
コンパクトに纏められているので、汎用性が高く測定現
場に容易に持ち込んで簡単に設置して簡便に測定操作す
ることができる。
【００５７】
【発明の効果】上記の実施例からも明らかなように、こ
の発明による物体の３次元運動の測定方法およびその測
定装置は、２基のＰＳＤカメラを用いてＰＳＤ受光面上
に捉えた対象物のスポット画像の位置を基に対象物の運
動位置を算出するもので、物体の３次元の動きをその物
体の撮像の形状を画像処理して求めるものではないの
で、演算処理に関わる情報量と情報処理量は極めて少な
くて済み、一方ＰＳＤによる発光体（対象物）の位置検
出応答速度は極めて早いことから、物体の高速運動に対
してもその運動を迅速に測定することができる。また５
本の較正用ポールを設置することにより、ＰＳＤカメラ
の受光面に捉えた較正用ポールの較正用光体の撮像を見
ながら容易に２基のＰＳＤカメラを所要の位置に正確に
設置することができる。
【００５８】また、基準面とその基準面上の較正用ポー
ル設置点と、２基のＰＳＤカメラの相対関係位置を予め
コンパクトにセットアップすることにより、汎用性が高
く対象物の近くに手軽に設置し得る三次元運動測定装置
を較正することができる。
【００５９】さらに、鏡を付加設置し、その鏡を介して
ＰＳＤカメラが対象物を撮像するようにすることによ
り、一旦設置したＰＳＤカメラの設定状態を変えること
なく、対象物の動きを異なる方向から捉えて測定するこ
とができ、また対象物とＰＳＤカメラの間に十分な距離
が取れない測定環境下においても、鏡を介することによ
り、ＰＳＤカメラの視野を等価的に拡大して、対象物の
より広範な三次元運動を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す物体の三次元運動測
定装置の基本構成を示す斜視図。
【図２】同装置の機能説明用の平面図。
【図３】同装置の機能説明用の立面図。
【図４】この発明の他の実施例を示す三次元運動測定装
置の機能説明用の平面図。
【図５】ＰＳＤ（半導体位置検出素子）の基本構成を示
す斜視図。
【符号の説明】
１０ ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ １１ ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラのレンズ １２ ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面 ２０ ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ ２１ ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラのレンズ ２２ ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面 ３０ ：鏡 ４０ ：アーム ４１ ：基準面 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ ：設置点 a1 ，a2 ，b1 ，b2 ，c1 ，c2 ，d0 ，e0 ：較正用光
体 a1´ ，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´：
較正用光体の撮像 Ｇ ：基準面 Ｈ ：人体 ｎ ：ＰＳＤ受光面１２，２２上の座標軸の原点 Ｏ ：三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点 Ｏ´：点（座標軸Ｚが基準面Ｇを通る点） Pa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe ：較正用ポール Ｒ ：対象物（位置検出用光体） Rx ，Ry ，Rz ：対象物Ｒのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標 rx ，ry ，rz ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，
ｚ座標 r'x ，r'y ，r'z ：対象物Ｒの撮像ｒ'のｘ座標，ｙ座
標，ｚ座標 Ｗ ：コンピュータ W1 ：入力装置 W2 ：記憶装置 W3 ：ＣＰＵ W4 ：出力装置 Ｘ，Ｙ，Ｚ ：三次元座標軸（三次元直交座標軸） Fx ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０のレンズ１１の焦点距
離 Fy ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０のレンズ２１の焦点距
離 h0 ：高さ Jx ，Jy ，Jx ：定数 Lx ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０（レンズ１１）と原点
Ｏの間の距離 Ly ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０（レンズ２１）と原点
Ｏの間の距離 e0x ：較正用光体e0の撮像e0´のｘ座標（原点ｎからの
長さ） d0y ：較正用光体d0の撮像d0´のｙ座標（原点ｎからの
長さ） Kx ：設置点Ａ，Ｂ間の距離（線分ＡＢの長さ） Ky ：設置点Ａ，Ｃ間の距離（線分ＡＣの長さ） Mx ，My ，Mz ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，
ｚ座標と真のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標とのそれぞれの差 Vx ：ＰＳＤカメラのＸ軸方向出力電圧 Vy ：ＰＳＤカメラのＹ軸方向出力電圧 Vz ：ＰＳＤカメラのＺ軸方向出力電圧 θex ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た校正用光体e
0 のＸ軸方向角度 θdy ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た校正用光体d
0 のＹ軸方向角度 θrx ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た対象物Ｒの
Ｘ軸方向角度 θry ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物Ｒの
Ｙ軸方向角度 θrz ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物Ｒの
Ｚ軸方向角度

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 三次元運動する対象物の運動領域を含む
    三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に少なく
    とも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、こ
    れら較正用ポールPa ，Pb ，Pcの前記基準面上における
    各設置点Ａ，Ｂ，Ｃを、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ
    既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設
    定し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記
    基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1
    ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共に
    それらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基
    準面からの高さh0 を等しく設定し、焦点距離Fyが既知
    で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa お
    よびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと焦点距離Fx
    が既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa
    およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの２基の
    ＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc
    上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光
    面に撮像することにより、前記三次元空間内における前
    記対象物の位置を表すための前記三次元空間内の三次元
    座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳ
    ＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤ
    カメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合
    わせ且つ前記各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距
    離Ly ，Lx を隔てて設定し、前記対象物には位置検出用
    光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系
    列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記
    対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
    Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動
    きを検知することを特徴とする物体の三次元運動測定方
    法。
  2. 【請求項２】 三次元運動する対象物の運動領域を含み
    その対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定
    される三次元空間内に、直角三角形を含む基準面を設定
    し、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃを
    それぞれ較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃとして、これ
    ら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ較正用ポールPa ，P
    b ，Pc を位置させて前記基準面上に３本の較正用ポー
    ルPa ，Pb，Pc を直立させ、前記直角三角形の線分ＡＢ
    と線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、前記較正用
    ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さ
    を違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b
    2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対をな
    す２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さ
    h0 を等しく設定し、既知の焦点距離Fyを備え前記一つ
    の線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから
    等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距
    離Lyを隔てて置かれるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離
    Fxを備え前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa
    およびPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
    Ｚの原点から距離Lxを隔てて置かれるＰＳＤカメラの、
    ２基のＰＳＤカメラを前記基準面と共に予めセットアッ
    プし、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記較
    正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正用光体を前記２基のＰ
    ＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、三次
    元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各Ｐ
    ＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記２基の
    ＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検
    出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データ
    を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標デー
    タに変換して前記対象物の動きを検知することを特徴と
    する物体の三次元運動測定方法。
  3. 【請求項３】 設置点Ａ，Ｂ間の長さKx と設置点Ａ，
    Ｃ間の長さKy を等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
    Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラとの間のそれぞれの距
    離Ly ，Lx を等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの
    各焦点距離Fy，Fx を等しく設定したことを特徴とする
    請求項２に記載した物体の三次元運動測定方法。
  4. 【請求項４】 三次元運動する対象物の運動領域を含む
    三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に５本の
    較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設け、前記
    設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分Ａ
    Ｂと線分ＡＣが設置点Ａで直交するように設置点Ａ，
    Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の
    頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺
    三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記線分ＡＢと線分
    ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、これら各設置点
    Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb ，
    Pc，Pd ， Pe ，を位置させて前記基準面上に5本の較正
    用ポールPa ，Pb ，Pc ，P d ，Pe直立させ、前記較正用
    ポールPd ，Pe のそれぞれに１個の較正用光体d0，e0を
    設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前
    記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体
    a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置し、それ
    らの対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1
    ，c2の間の中点の前記基準面からの高さh0 を前記較正
    用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前
    記基準面からの高さh0 と等しく設定し、焦点距離Fyが
    既知で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa
    およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点
    距離Fxが既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポ
    ールPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラ
    の、２基のＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールPa
    ，Pb ，Pc ，Pd ， Pe 上の較正用光体a1 ，a 2 ；b
    1 ，b2 ；c1 ，c2 ；d0 ，e0 を前記２基のＰＳＤカメ
    ラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元空
    間内における前記対象物の位置を表すための前記三次元
    空間内の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標
    軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定
    し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，
    Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ各ＰＳＤカメラを前記原点か
    らそれぞれ距離Ly ，Lxを隔てて設定し、前記対象物に
    は位置検出用光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで
    同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像
    して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座
    標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前
    記対象物の動きを検知することを特徴とする物体の三次
    元運動測定方法。
  5. 【請求項５】 設置点Dを頂点とし線分ＡＢを底辺とす
    る二等辺三角形の高さと、設置点Ｅを頂点とし線分ＡＣ
    を底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ａ，Ｂ間の
    長さKx と、設置点Ａ，Ｃ間の長さKy とを等しく設定
    し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカ
    メラの間のそれぞれの距離Ly ，Lx を等しく設定し、前
    記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Fy ，焦点距離Fx を
    等しく設定したことを特徴とする請求項４に記載した物
    体の三次元運動測定方法。
  6. 【請求項６】 予め設定された運動領域で三次元運動す
    る対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡を配設し、
    その鏡に映った対象物の位置検出光体を２基のＰＳＤカ
    メラで撮像して得た前記対象物の時系列位置データを三
    次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換
    して前記対象物の動きを検知することを特徴とする請求
    項１ないし請求項５のいずれかの項に記載した物体の三
    次元運動測定方法。
  7. 【請求項７】 位置検出用光体が設置されて三次元運動
    する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三
    次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定
    される基準面に配設された少なくとも３個の設置点Ａ，
    Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる少なくとも３本の較正用ポ
    ールPa ，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb
    ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置
    される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；
    c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポール
    Pa および較正用ポールPb から等距離で且つ前記三次元
    座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置され
    るＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用
    ポールPa および較正用ポールPc から等距離で且つ前記
    三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設
    置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記
    ２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の
    位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置
    データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座
    標データに変換演算するコンピュータを備え、前記設置
    点Ａ，Ｂ，Ｃ に関し、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ
    既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設
    定し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b
    2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を等し
    く設定したことを特徴とする物体の三次元運動測定装
    置。
  8. 【請求項８】 位置検出用光体が設置されて三次元運動
    する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三
    次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定
    される直角三角形を含む基準面と、この直角三角形の直
    角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点
    Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる３本の較正用ポールPa
    ，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pc
    のそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される
    ２個の対をなす較正用光体a1，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2
    と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa およ
    び較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸
    Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて設置されるＰＳＤ
    カメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa
    および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座
    標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて設置されるＰ
    ＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを一体的にセットア
    ップし、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に
    前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物
    の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対
    する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備
    え、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さ
    Kx ，Ky に設定し、前記対をなす２個の較正用光体a
    1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面から
    の高さh0 を等しく設定したことを特徴とする物体の三
    次元運動測定装置。
  9. 【請求項９】 設置点Ａ，Ｂ間の長さKx と設置点Ａ，
    Ｃ間の長さKy を等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，
    Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラとの間のそれぞれの距
    離Ly ，Lx を等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの
    各焦点距離Fy，Fx を等しく設定したことを特徴とする
    請求項８に記載した物体の三次元運動測定装置。
  10. 【請求項１０】 位置検出用光体が設置されて三次元運
    動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す
    三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設
    定される基準面に配設された５個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，
    Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる5本の較正用ポールPa ，Pb
    ，Pc ，Pd ，Pe と、前記較正用ポールPd ，Pe のそれ
    ぞれに１個設置される較正用光体d0 ，e0 と、前記較正
    用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高
    さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a
    2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前
    記較正用ポールPa および較正ポールPbから等距離で且
    つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔
    てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離F xを備
    え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距
    離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx
    を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカ
    メラと、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に
    前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物
    の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対
    する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備
    え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関し
    て、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Ky
    で設置点Ａで直交するように設定し、線分ＡＢを底辺と
    する二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣ
    を底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、
    前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2；c
    1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を前記較正
    用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前
    記基準面からの高さh0 と等しく設定したことを特徴と
    する物体の三次元運動測定装置。
  11. 【請求項１１】 設置点Dを頂点とし線分ＡＢを底辺と
    する二等辺三角形の高さと、設置点Ｅを頂点とし線分Ａ
    Ｃを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ａ，Ｂ間
    の長さKx と、設置点Ａ，Ｃ間の長さKy とを等しく設定
    し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカ
    メラの間のそれぞれの距離Ly ，Lx を等しく設定し、前
    記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Fy ，焦点距離Fx を
    等しく設定したことを特徴とする請求項１０に記載した
    物体の三次元運動測定装置。
  12. 【請求項１２】 予め設定された運動領域で三次元運動
    する対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡と、その
    鏡に映った対象物の位置検出光体を撮像する２基のＰＳ
    Ｄカメラと、その２基のＰＳＤカメラで撮像して得た前
    記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚ
    に対する時系列座標データに変換演算するコンピュータ
    を備えたことを特徴とする請求項７ないし請求項１１の
    いずれかの項に記載した物体の三次元運動測定装置。
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JP2004333368A (ja) * 2003-05-09 2004-11-25 Photron Ltd 移動物体撮影系の三次元定数取得用キャリブレーション治具
CN106032232A (zh) * 2015-03-11 2016-10-19 上海三菱电梯有限公司 电梯轿厢空间占有物的识别装置及识别方法

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