JP2003014435A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体を測定する際の可動範囲を広く確保し
つつ、かつ、高い測定精度で被写体を測定すること。 【解決手段】 三次元情報生成システム１では、被写体
３０の周囲に、既知の構造で形成された複数の立体チャ
ート２が配置される。カメラシステム１０を被写体３０
周囲の任意の位置に設置して被写体３０を撮影する際に
は、可動式カメラ１１が、可動式カメラ１１に最も近い
位置にある近接立体チャートを撮影するように構成され
る。被写体撮影用カメラ１３が被写体３０を撮影する際
に、可動式カメラ１１が近接立体チャートを撮影するこ
とで、被写体撮影用カメラ１３と可動式カメラ１１と近
接立体チャートとの相対的な位置関係及び姿勢関係を高
精度に求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体を複数の方
向からカメラで撮影して当該被写体の三次元画像モデル
（三次元情報）を構築するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】立体的な被写体を複数の方向から撮影
し、それによって得られた複数の画像データを組み合わ
せることによって、当該被写体の三次元画像モデルを得
ることができる。すなわち、複数の方向から被写体を撮
影したそれぞれの画像ごとに、カメラの外部パラメータ
（カメラの位置や姿勢など）と内部パラメータ（焦点距
離など）のデータを得ることができれば、シェープ・フ
ロム・シルエット法によって、被写体のシルエット画像
から三次元のモデルを再構成することができる。このシ
ェープ・フロム・シルエット法についての詳細は、W.Ni
em, "Robust and Fast Modelling of 3D Natural Objec
ts from Multiple Views" SPIE ProceedingsImage and
Video Proceeding II vol.2182,1994,pp.388-397に開示
されている。以下、カメラの外部パラメータと内部パラ
メータとを「（カメラの）校正パラメータ」と総称する
が、この校正パラメータのうち内部パラメータが既知で
あって内部パラメータによるカメラの校正が完了してい
る場合には、カメラの外部パラメータが求まれば、被写
体の三次元画像モデルの構築が可能となる。

【０００３】ところで、このように複数の方向から被写
体を撮影するにあたっての１つの方法は、複数のカメラ
を異なる位置に固定配置して被写体を撮影する固定配置
方式である。しかしながら、この固定配置方式では複数
のカメラを撮影スタジオ内などに固定的に分散配置して
おかねばならないために、撮影設備が大がかりになるだ
けである。

【０００４】そこで、ユーザが１台の手持ちカメラを持
って被写体の周りを移動しつつ、複数の方向から被写体
を順次に撮影することによって被写体の全周囲の画像を
得る移動撮影方式が提案されている。この移動撮影方式
でカメラの外部パラメータを決定するには、それぞれの
撮影時にカメラの位置及び姿勢を特定することが必要と
なる。

【０００５】この場合の、カメラの外部パラメータを測
定する方式の一つとして、平面チャートと使用した光学
方式によるものが、従来から提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平面チ
ャートは、それを観測可能な角度範囲が狭く、当該平面
チャートの法線方向から９０度を越える方向からは観測
できないため、カメラの可動範囲が大きく制限されると
いう問題を有している。また、平面チャートを観測でき
る範囲内にカメラがあっても、平面チャートの法線方向
からカメラの方向が大きくずれているときには平面チャ
ート上のパターンの観測精度が低下し、その結果として
カメラの外部パラメータの決定精度が良くないといった
欠点もある。

【０００７】特に、被写体が平面チャートに比べて十分
に大きい物体である場合には、従来の光学方式では正確
な外部パラメータを得ることができず、被写体の三次元
画像モデルを構築することができないという問題が顕著
となる。

【０００８】また、カメラと平面チャートとの距離が大
きくなると、被写体撮影時に平面チャートを撮影した場
合の画像における平面チャートの画像成分が小さくなる
ため、平面チャートに対するカメラの相対的な位置及び
姿勢を高精度に特定することができなくなり、その結
果、カメラの外部パラメータの決定精度が良くないとい
った欠点もある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされ
たものであって、光学方式を用いながらも、広い可動範
囲を確保しつつ、かつ、高い測定精度で被写体を測定す
ることのできる測定装置を実現することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、被写体の周囲に既知の形
状を有する複数の姿勢検出用基準物体が配置された状態
で、前記被写体を測定する測定装置であって、撮影姿勢
を変化させることが可能なように構成された可動式カメ
ラと、測定動作の際に、前記複数の姿勢検出用基準物体
のうちの前記可動式カメラに最も近い位置にある近接基
準物体を前記可動式カメラが撮影するように、前記可動
式カメラの前記撮影姿勢を制御する制御手段と、を備え
ている。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の測定装置において、前記複数の姿勢検出用基準物体を
予め前記可動式カメラで撮影した画像に含まれる各姿勢
検出用基準物体に基づいて、前記複数の姿勢検出用基準
物体の相対的位置関係を求める演算手段、をさらに備
え、前記制御手段が、前記測定動作の際に、前記可動式
カメラが前記複数の姿勢検出用基準物体のうちの任意の
一の姿勢検出用基準物体を撮影して得られる画像に基づ
いて、前記一の姿勢検出用基準物体に対する前記可動式
カメラの相対位置及び相対姿勢を求め、さらに、前記一
の姿勢検出用基準物体に対する前記可動式カメラの相対
位置及び相対姿勢と、前記相対的位置関係とに基づいて
前記複数の姿勢検出用基準物体のうちから前記近接基準
物体を特定することを特徴としている。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の測定装置において、前記制御手段が、前記可動
式カメラが前記近接基準物体を自動追尾するように、前
記撮影姿勢を制御することを特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の測定装置において、前記複数の姿勢検出用基準物体の
それぞれには、マーカが所定位置に設けられており、前
記制御手段が、前記可動式カメラでの撮影によって得ら
れる画像に含まれる前記マーカの画像成分を、画像中の
所定位置に導くように、前記撮影姿勢を制御することに
よって、前記可動式カメラが前記近接基準物体を自動追
尾するように制御することを特徴としている。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４
のいずれかに記載の測定装置において、前記可動式カメ
ラと前記近接基準物体との相対位置及び相対姿勢と、前
記近接基準物体と他の姿勢検出用基準物体とについての
前記相対的位置関係と、に基づいて、前記被写体を測定
した際の測定データを生成することを特徴としている。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれかに記載の測定装置において、前記制御手段
が、前記可動式カメラに設けられることを特徴としてい
る。

【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６
のいずれかに記載の測定装置において、前記被写体の２
次元画像を撮影する被写体撮影用カメラ、をさらに備え
ている。

【００１７】請求項８に記載の発明は、被写体を測定す
るための測定方法であって、（ａ）前記被写体の周囲
に、既知の形状を有する複数の姿勢検出用基準物体を配
置する工程と、（ｂ）前記複数の姿勢検出用基準物体を
撮影することによって得られる画像から、前記複数の姿
勢検出用基準物体の相対的位置関係を求める工程と、
（ｃ）撮影姿勢を可変することができるように構成され
た可動式カメラに対し、前記複数の姿勢検出用基準物体
のうちで最も近接する近接基準物体を前記相対的位置関
係に基づいて特定する工程と、（ｄ）前記被写体の測定
動作を行う際に、前記可動式カメラが前記近接基準物体
を自動追尾する工程と、（ｅ）前記測定動作に同期し
て、前記可動式カメラで、前記近接基準物体を撮影する
工程と、を備えている。

【００１８】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の測定方法において、前記工程（ｄ）が、前記可動式カ
メラから得られる画像において、前記複数の姿勢検出用
基準物体のそれぞれの所定位置に設けられたマーカの画
像成分を、画像中の所定位置に導くようにして、前記可
動式カメラの撮影姿勢を変化させることにより、前記近
接基準物体の自動追尾を行うことを特徴としている。

【００１９】請求項１０に記載の発明は、請求項８又は
９に記載の測定方法において、（ｆ）前記可動式カメラ
と前記近接基準物体との相対位置及び相対姿勢と、前記
近接基準物体と他の前記姿勢検出用基準物体とについて
の前記相対的位置関係と、に基づいて、前記被写体を測
定した際の測定データを生成する工程、をさらに備えて
いる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００２１】＜１．三次元情報生成システムの構成＞図
１は、本発明にかかる三次元情報生成システム１の一構
成例を示す図である。この三次元情報生成システム１
は、立体的な被写体３０の画像を撮像可能な可搬性のカ
メラシステム１０と、被写体３０を収容した空間内にお
いて、被写体３０の近傍に配置されたカメラ校正用の複
数の立体チャート２と、を備えている。なお、図１にお
いては、複数の立体チャート２として、２つの立体チャ
ート２ａ，２ｂが設けられる例を示している。

【００２２】このように、この実施の形態では、被写体
３０の周囲に複数の立体チャート２を配置することによ
り、ユーザがカメラシステム１０を所持して被写体３０
の周囲を移動して被写体３０の撮影を行う際の移動可能
範囲（可動範囲）を広げることとしている。

【００２３】各立体チャート２は、後に詳述するよう
に、略角錐状の本体の各側面にチャートパターンが施さ
れた立体物であり、姿勢検出用基準物体となる。各立体
チャート２は、チャート支持具２５０から吊り下げられ
ている。チャート支持具２５０は台座２５１から伸びる
逆Ｌ字状のアーム２５２を備え、各立体チャート２はそ
のアーム２５２の先端付近に固定されている。好ましく
は、各立体チャート２は被写体３０の略上方に吊り下げ
られる。

【００２４】カメラシステム１０は、デジタルカメラと
しての機能を有する被写体撮影用カメラ（以下、「被写
体用カメラ」と略す）１３を備えて構成される三次元情
報生成装置であり、被写体を測定する測定装置としても
機能する。また、この被写体用カメラ１３の上部には、
可動式カメラ１１が姿勢変更自在に取り付けられてい
る。可動式カメラ１１は、立体チャート２のチャートパ
ターン（図２参照）に含まれる複数の単位図形ＵＰを撮
影することにより、立体チャート２と可動式カメラ１１
との相対的な位置姿勢関係を特定し、さらには立体チャ
ート２に対する被写体用カメラ１３の位置および姿勢を
検出するために使用される。

【００２５】なお図１に示すように、この三次元情報生
成システム１は、たとえばノートブック型等のコンピュ
ータ１５を備えていてもよい。その場合、コンピュータ
１５は、通信インタフェースを介した無線若しくは有線
のデータ通信、又は、メモリカード等の記録媒体を介し
たデータ交換等によってカメラシステム１０との間でコ
マンドやデータの授受が可能なように構成される。

【００２６】＜２．立体チャートの構成＞図２は各立体
チャート２の側面図である。立体チャート２は、立体チ
ャート本体２０３と、この立体チャート本体２０３の表
面上に形成されたチャートパターンＣＰとを有してい
る。

【００２７】このうち立体チャート本体２０３は、多角
錐形状の表示部２０４と、角錐台状の支持部２０５とが
一体化されており、内部は中空となっている。チャート
パターンＣＰは、表示部２０４の各側面Ｔ１〜Ｔｎ（ｎ
は３以上の整数）上に付されたパターンＰ１〜Ｐｎの集
合である。好ましくは、多角錐の側面の数ｎは、ｎ＝３
〜３６であり、より好ましくはｎ＝６〜１２である。各
側面Ｔ１〜Ｔｎに形成されたそれぞれのパターンＰ１〜
Ｐｎは平面的パターンであるが、パターンＰ１〜Ｐｎが
立体的に配置されることにより、このパターンＰ１〜Ｐ
ｎの集合としてのチャートパターンＣＰは立体的パター
ンとなっている。それぞれのパターンＰ１〜Ｐｎは、そ
れぞれが単位図形として機能する複数の台形の集合であ
り、各単位図形の形状は設計値に基づいて高精度に形成
される。したがって、各単位図形の頂点位置は既知とな
る。

【００２８】また、表示部２０４を構成する多角錐の頂
点には、可動式カメラ１１がチャートパターンＣＰを自
動追尾（トラッキング）する際に基準点とするマーカ２
０１として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が取り付けられ
ており、立体チャート２の内部に設けられたマーカ用電
源がマーカ２０１を点灯させることにより、可動式カメ
ラ１１が容易かつ正確に立体チャート２の位置を認識す
ることができるように構成されている。

【００２９】＜３．可動式カメラ１１の構成＞図３は可
動式カメラ１１の正面図であり、図４は可動式カメラ１
１の内部機能を示すブロック図である。図３及び図４に
示すように、可動式カメラ１１では、レンズユニット１
１０と、このレンズユニット１１０によって結像した２
次元画像を光電変換する２次元受光素子１１１とが一体
となって球状ユニット１１６に納められている。２次元
受光素子１１１は複数の画素が受光面に配列されたＣＣ
Ｄアレイ等によって構成される。レンズユニット１１０
は、固定レンズ１１０ａとズームレンズ１１０ｂとの組
み合わせであり、それらの間に絞り／シャッタ機構部１
１０ｅが存在する。

【００３０】図３に示すように、球状ユニット１１６は
姿勢変化装置１１３を介して固定部１１４に連結されて
おり、球状ユニット１１６に内蔵された各要素とともに
パン方向の±約７０°の旋回（θ回転）と、チルト方向
への±約７０°の俯仰（φ回転）とが可能になってい
る。そして、これらのパン方向の回転駆動とチルト方向
の回転駆動とを行うために、複数のピエゾ素子を内蔵し
た姿勢変化装置１１３が球状ユニット１１６の基部に配
置されている。また、ズームレンズ１１０ｂの駆動に相
当するズーム操作も、上記とは別のピエゾ素子によって
行われる。これらのピエゾ素子にノコギリ波信号を与え
ることにより、ピエゾ素子による駆動の対象要素が寸動
し、その繰り返しによって対象要素に所要の動きが与え
られる。パン方向の旋回角とチルト方向の俯仰角とは、
それぞれエンコーダなどの角度センサ１２６ｐ、１２６
ｔによって検出され、ズームレンズ１１０ｂの駆動量は
やはりエンコーダで構成されたセンサ１２６ｚによって
検出される。これらの駆動機構については、例えば特開
平１１−１８０００号公報や、特開平１１−４１５０４
号公報に開示されている。

【００３１】球状ユニット１１６は、上記のように姿勢
変化装置１１３によって被写体用カメラ１３に対する位
置及び姿勢が可動範囲内の任意の状態となるように駆動
される。

【００３２】また、可動式カメラ１１は、２次元受光素
子１１１で得られる画像信号を入力して画像処理等のデ
ータ処理を行うとともに、姿勢変化装置１１３を制御す
るためのデータ処理部１２０と、追尾ボタン１１７とを
備えている。

【００３３】データ処理部１２０は、画像処理部１２１
と画像メモリ１２２とカメラ制御部１２３と通信部１２
４とメモリ１２５と立体チャート認識部１２７とを備え
て構成される。画像処理部１２１は、２次元受光素子１
１１からの信号を入力して種々の画像処理を行う機能を
有する。画像メモリ１２２は、画像処理部１２１で得ら
れた画像信号を記憶するものである。

【００３４】カメラ制御部１２３は、ズームレンズ１１
０ｂ、姿勢変化装置１１３、および絞り／シャッタ機構
部１１０ｅの駆動信号を発生して、それらに出力するこ
とにより、各部の動作制御を行うように構成される。ま
た、カメラ制御部１２３には自動追尾制御部１２３ａが
設けられており、自動追尾制御部１２３ａは複数の立体
チャート２のうちの一の立体チャート２を可動式カメラ
１１の撮影範囲に捉えるように姿勢変化装置１１３を駆
動させる自動追尾機能を実現するものである。また、自
動追尾制御部１２３ａは複数の立体チャート２のうちか
ら可動式カメラ１１に最も近い立体チャートを特定する
機能も有している。このため、カメラ制御部１２３は、
被写体用カメラ１３が被写体３０を撮影する際に、複数
の立体チャート２のうちの可動式カメラ１１に最も近い
位置にある近接立体チャート（近接基準物体）を可動式
カメラ１１が撮影するように、可動式カメラ１１の撮影
姿勢を制御する制御手段として機能する。

【００３５】立体チャート認識部１２７は画像処理部１
２１から得られる画像に、立体チャート２の画像成分が
含まれるか否かを判断し、立体チャート２の画像成分が
含まれている場合には、画像中における立体チャート２
の画像成分の位置を特定する。立体チャート２の画像成
分の認識は、立体チャート２のマーカ２０１を識別する
ことにより行われる。なお、画像中に立体チャート２の
画像成分が認識できない場合には、立体チャート認識部
１２７はユーザに対して所定の警告を行う。

【００３６】また、メモリ１２５は被写体用カメラ１３
から入力する複数の立体チャート２の相対的位置関係を
記憶しておくためのものである。

【００３７】そして自動追尾制御部１２３ａは、可動式
カメラ１１が複数の立体チャート２のうちの任意の一の
立体チャート２を撮影した際に、当該一の立体チャート
２に対する可動式カメラ１１の相対位置及び相対姿勢を
求め、その立体チャート２と可動式カメラ１１との距離
を求める。そして、メモリ１２５に格納されている複数
の立体チャート２の相対的位置関係を取得し、可動式カ
メラ１１と他の立体チャート２との距離を求め、可動式
カメラ１１の最も近い位置にある立体チャート（近接立
体チャート）を特定する。その後、自動追尾制御部１２
３ａは特定された近接立体チャート２を可動式カメラ１
１の撮影範囲に捉えるように姿勢変化装置１１３を駆動
制御する。

【００３８】したがって、可動式カメラ１１に予め複数
の立体チャート２の相対的位置関係を与えておけば、可
動式カメラ１１は、複数の立体チャート２のうちから可
動式カメラ１１に最も近い近接立体チャート２を特定
し、その近接立体チャート２を自動追尾することが可能
である。

【００３９】画像処理部１２１およびカメラ制御部１２
３は、通信部１２４および通信デバイス１１２を介し
て、被写体用カメラ１３と無線通信が可能である。この
通信により画像データが被写体用カメラ１３に送信され
るほか、各種情報が可動式カメラ１１と被写体用カメラ
１３との間で送受信される。この実施形態の可動式カメ
ラ１１では、通信デバイス１１２として、赤外線通信を
行うためのＩＲＤＡ（Infrared Data Association）イ
ンタフェースに対応した赤外線素子が使用されている。

【００４０】図３に示すように、固定部１１４に設けら
れた第１取付溝１１５ａおよび第２取付溝１１５ｂは、
被写体用カメラ１３に固定部１１４を取り付けるために
用いられる。被写体用カメラ１３に固定部１１４が取り
付けられることで、被写体用カメラ１３に対して可動式
カメラ１１を固定することができ、例えば可動式カメラ
１１の旋回角及び俯仰角が０°であるとしたときの可動
式カメラ１１と被写体用カメラ１３との相対的な位置及
び姿勢関係が所定の状態に設定されることになる。

【００４１】さらに、追尾ボタン１１７は、可動式カメ
ラ１１に複数の立体チャート２のうちの一の立体チャー
ト２を自動追尾させるモード（以下、「自動追尾モー
ド」と略す）と被写体用カメラ１３からのユーザの指示
により追尾させるモード（以下、「手動モード」と略
す）とを切り換えるためのボタンである。自動追尾モー
ドが設定された場合、カメラ制御部１２３における上記
の自動追尾制御部１２３ａが機能する。

【００４２】次に、上記のように構成された可動式カメ
ラ１１における動作について説明する。

【００４３】２次元受光素子１１１は、画素ごとにＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかのフィルタが付
設されており、２次元受光素子１１１上に結像した光
は、この２次元受光素子１１１によってＲＧＢの各色成
分ごとに光電変換される。２次元受光素子１１１によっ
て得られる画像信号は、画像処理部１２１においてＡ／
Ｄ変換されてデジタル信号である画像データに変換さ
れ、さらにホワイトバランス補正やγ補正等の各種画像
処理を受ける。この画像データは、画像メモリ１２２に
格納されたり、通信部１２４を介して被写体用カメラ１
３に送信されたり、又は立体チャート認識部１２７に与
えられる。

【００４４】ユーザが追尾ボタン１１７を押し込み操作
して自動追尾モードを設定した場合、立体チャート認識
部１２７は画像データを解析してマーカ２０１を検出
し、例えばマーカ２０１の画像成分が画像中心に対して
どの程度ずれているかを示す信号をカメラ制御部１２３
に与える。この結果、カメラ制御部１２３は、マーカ２
０１の画像成分を画像中心に移動させるための姿勢変化
装置１１３の駆動量（すなわち追尾データ）を求め、そ
の駆動量に基づいて姿勢変化装置１１３を駆動制御する
ように構成される。ただし、被写体用カメラ１３が被写
体３０を撮影する際には、上述した自動追尾制御部１２
３ａの機能によって可動式カメラ１１に最も近い位置に
ある近接立体チャート２を可動式カメラ１１が自動追尾
するような処理が行われる。これにより、立体チャート
２の像が２次元受光素子１１１に常に結像されるよう
に、姿勢変化装置１１３が制御される。

【００４５】一方、手動モードでは、カメラ制御部１２
３は被写体用カメラ１３から受信するユーザの指示に基
づき、姿勢変化装置１１３を制御する。

【００４６】また、カメラ制御部１２３は、各センサ１
２６ｔ，１２６ｐ，１２６ｚでの検出結果を入力するよ
うに構成され、角度センサ１２６ｔ，１２６ｐから入力
する情報に基づいてレンズ回転角情報を生成し、またセ
ンサ１２６ｚから入力する情報に基づいてズーム情報を
生成する。カメラ制御部１２３はこれらの情報を、通信
部１２４を介して被写体用カメラ１３に送出するように
構成される。

【００４７】そして、被写体用カメラ１３のシャッタボ
タンが押下されると、可動式カメラ１１は、撮影コマン
ドを被写体用カメラ１３から受信し、その撮影コマンド
の受信に応答して、２次元受光素子１１１による撮影動
作を行って画像データの生成を行う。そして、そのとき
に得られる画像データとレンズ回転角情報とを、通信部
１２４を介して被写体用カメラ１３に送信するように構
成される。

【００４８】＜４．被写体用カメラ１３の構成＞次に、
被写体用カメラ１３の構成について説明する。図５は、
被写体用カメラ１３の内部構成を示すブロック図であ
る。図５に示すように、被写体用カメラ１３は、レンズ
ユニット１５５、２次元受光素子１５６、画像処理部１
５７、画像メモリ１５８、制御部１６０、シャッタボタ
ン１６１、フラッシュ１６２、ディスプレイ１６３、操
作ボタン１６４、カードスロット１６５、メモリカード
１６６、通信部１６７、通信デバイス１６８、メモリ１
６９、及び、演算部１７０を備えて構成される。また、
演算部１７０は第１演算部１７１及び第２演算部１７２
を備えて構成される。

【００４９】被写体３０からの光は、レンズユニット１
５５を介して被写体用カメラ１３に入射し、２次元受光
素子１５６に結像される。２次元受光素子１５６は複数
の画素が受光面に配列されたＣＣＤアレイ等によって構
成される。２次元受光素子１５６は、各画素ごとに受光
する光を光電変換する。２次元受光素子１５６の受光面
側には画素ごとにＲＧＢのいずれかのフィルタが付設さ
れており、２次元受光素子１５６の光電変換機能によっ
て画素ごとにＲＧＢの各色成分を有する画像信号が生成
される。

【００５０】画像処理部１５７は２次元受光素子１５６
からの画像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号である画
像データを生成する。また、画像処理部１５７は、画像
データに対して、さらにホワイトバランス補正やγ補正
等の各種画像処理を施す。画像処理部１５７において生
成される画像データは、半導体メモリ等によって構成さ
れる画像メモリ１５８に格納される。

【００５１】シャッタボタン１６１はユーザが撮影を指
示するためのボタンであり、フラッシュ１６２は被写体
３０を撮影する際に被写体３０を照明するものである。
また、ディスプレイ１６３はユーザインタフェースとな
る操作案内画面や撮影した被写体画像を表示する表示器
であり、液晶表示器等によって構成される。操作ボタン
１６４はユーザが可動式カメラ１１の位置及び姿勢を手
動操作で変化させるための入力操作等を行うためのボタ
ンである。さらにカードスロット１６５には着脱自在の
メモリカード１６６を装着することが可能となってお
り、メモリカード１６６を介してコンピュータ１５との
データ交換を行うことが可能となっている。通信部１６
７は通信デバイス１６８を介して可動式カメラ１１との
データ通信を行う機能を有する。そして、メモリ１６９
は、可動式カメラ１１から入力した画像データやレンズ
回転角情報等の演算部１７０による演算対象データを一
時的に格納しておくための記憶部である。また、メモリ
１６９には、可動式カメラ１１の内部パラメータ（焦点
距離等）に関する情報が予め格納される。

【００５２】制御部１６０はＣＰＵによって構成され、
上記の各部を動作制御するように構成される。ユーザが
シャッタボタン１６１を押下した際には、制御部１６０
は２次元受光素子１５６及び画像処理部１５７による撮
影動作を制御する。また、制御部１６０はユーザによる
シャッタボタン１６１の押下操作に応答して撮影コマン
ドを生成し、被写体用カメラ１３と同期をとるために通
信部１６７を介して可動式カメラ１１に撮影コマンドを
送信する。

【００５３】そして、制御部１６０は、被写体用カメラ
１３における撮影動作によって画像メモリ１５８に格納
されている撮影画像データをメモリ１６９に格納すると
ともに、撮影コマンド送信後に可動式カメラ１１から受
信する画像データ及びレンズ回転角情報をメモリ１６９
に格納する。

【００５４】また、演算部１７０もＣＰＵによって構成
され、所定の演算プログラムを実行することにより、第
１演算部１７１及び第２演算部１７２として機能する。
そのような演算プログラムは、製造段階で予めメモリ等
に格納されていてもよいし、後に外部装置から入力する
ものであっても構わない。

【００５５】第１演算部１７１は、可動式カメラ１１で
複数の立体チャート２を予め撮影した画像データを入力
した際に、その画像データに含まれる各立体チャート２
の画像成分に基づいて、複数の立体チャート２の相対的
位置関係を求める演算機能（演算手段）を実現する。第
１演算部１７１は複数の立体チャート２の相対的位置関
係を求めると、その相対的位置関係に関する情報をメモ
リ１６９に格納しておくとともに、制御部１６０及び通
信部１６７を介して可動式カメラ１１に送信する。これ
により、可動式カメラ１１は複数の立体チャート２の相
対的位置関係に関する情報を取得し、その情報がメモリ
１２５（図４参照）に格納される。

【００５６】また、第２演算部１７２は、被写体用カメ
ラ１３が被写体３０を撮影するのに同期して、可動式カ
メラ１１が複数の立体チャート２のうちの可動式カメラ
１１に最も近い近接立体チャートを撮影した際に、可動
式カメラ１１から得られる画像データに基づいて、可動
式カメラ１１の近接立体チャートに対する相対的な撮影
位置及び撮影姿勢を求める。そして、第２演算部１７２
は、さらに、可動式カメラ１１の近接立体チャートに対
する相対位置及び相対姿勢と、可動式カメラ１１と被写
体用カメラ１３との相対位置及び相対姿勢と、近接立体
チャートと他の立体チャート２との相対的位置関係と、
に基づいて、被写体用カメラ１３から得られる撮影画像
より、被写体３０の三次元情報を求める演算機能（三次
元情報生成手段）を実現する。

【００５７】可動式カメラ１１が複数の立体チャート２
のうちの近接立体チャートを撮影することにより、可動
式カメラ１１が他の立体チャート２を撮影する場合に比
べて、可動式カメラ１１から得られる画像に近接立体チ
ャート２の画像成分が最も大きいサイズで含まれる。こ
のため、第２演算部１７２は、可動式カメラ１１の近接
立体チャートに対する相対位置及び相対姿勢を高精度に
求めることが可能である。その結果、被写体用カメラ１
３から得られる撮影画像より、被写体３０の三次元情報
を求める場合にも、三次元情報を高精度に求めることが
可能になる。

【００５８】また、制御部１６０は可動式カメラ１１が
手動モードであるか自動追尾モードであるかを判断し、
手動モードである場合には、ユーザが操作ボタン１６４
の一部を操作することにより得られた信号を、通信部１
６７を介して可動式カメラ１１に送信出力する。これに
より、可動式カメラ１１の姿勢変化装置１１３を、ユー
ザの手動操作によって制御させることが可能となる。

【００５９】＜５．三次元情報生成の原理＞上記のよう
に構成された三次元情報生成システム１において、被写
体３０の三次元情報を生成する際のデータ演算の原理に
ついて説明する。

【００６０】カメラの内部パラメータ（焦点距離や画素
密度等）が既知である場合、２次元受光素子に結像する
被写体像の各点が、カメラの撮影空間においてどのよう
な位置にあるかを、演算によって求めることができる。
例えば、被写体像のある１点が２次元受光素子の１画素
に結像されている場合、２次元受光素子における結像位
置等で２次元座標値を求めることができる。

【００６１】このため、既知の構造で形成された立体チ
ャート２を可動式カメラ１１で撮影することにより、可
動式カメラ１１の外部パラメータ、すなわち可動式カメ
ラ１１の立体チャート２に対する相対的な位置及び姿勢
を特定することができる。

【００６２】一般に、カメラの外部パラメータの算出
は、カメラの内部パラメータが既知であり、絶対座標系
に固定された同一平面上にある４点以上の点の３次元座
標値が既知であり、かつ、上記４点以上の点に対応する
撮影画像上の点の２次元座標値が算出可能であるという
条件の下で行うことができる。

【００６３】このような算出手法については、例えば、
文献「L.Quan, Z.Lan, ”Linear N-Point Camera Pose
Determination，” IEEE Trans.PAMI 21 (8) 1999」や
文献「高橋、石井、牧野、中静、”人工現実感インター
フェースのための単眼画像からのマーカの位置と姿勢の
計測”、電子情報論文誌AJ79 1996」等に開示された技
術を適用することができる。これらの技術は、座標が既
知の４点以上の点をカメラで撮影し、その４点以上の既
知の三次元座標値と、カメラで得られる画像から求めら
れる２次元座標値とに基づいて、カメラの相対位置及び
相対姿勢を算出するものである。

【００６４】この実施の形態においても、可動式カメラ
１１で立体チャート２を撮影した際場合、２次元受光素
子１１１から得られる画像データから、立体チャート２
が有する各単位図形の頂点座標を求めることができる。
ただし、この場合の頂点座標は、可動式カメラ１１が立
体チャート２を撮影した状態における固有のローカル座
標系についての座標値となる。

【００６５】一方、立体チャート２は被写体３０の周囲
に配置された状態で固定される。この立体チャート２に
固有の３次元座標系（これを、「チャート座標系」と呼
ぶ。）を設定すれば、立体チャート２の各単位図形の頂
点位置を立体チャート２の設計値に基づいて定めること
ができる。

【００６６】可動式カメラ１１で撮影した画像データに
基づいてチャートパターンＣＰの少なくとも４点の座標
値を求めると、各点の対応関係から、立体チャート２の
測定された４点が特定される。このため、チャート座標
系における設計上の４点の座標値と、可動式カメラ１１
のローカル座標系における４点の座標値とから、可動式
カメラ１１の立体チャート２に対する相対的な位置及び
姿勢を特定することができる。そして、可動式カメラ１
１のローカル座標系と、チャート座標系との関係から、
可動式カメラ１１のローカル座標系をチャート座標系に
変換するためのパラメータが定義される。

【００６７】チャート座標系をＸｃ、可動式カメラ１１
のローカル座標系をＸｍ、ローカル座標系Ｘｍをチャー
ト座標系Ｘｃに変換するための回転移動行列をＲｃ、平
行移動ベクトルをＴｃとすると、

【００６８】

【数１】

【００６９】の式によって可動式カメラ１１のローカル
座標系Ｘｍで表現された座標値を、チャート座標系Ｘｃ
で表現された座標値に変換することが可能である。

【００７０】すなわち、可動式カメラ１１が立体チャー
ト２を撮影して求められるチャートパターンＣＰの少な
くとも４点の座標値と、チャートパターンＣＰの設計値
とにより、立体チャート２に対する可動式カメラ１１の
相対姿勢及び相対位置を特定することができるので、数
１の式における回転移動行列Ｒｃ、平行移動ベクトルＴ
ｃを求めることができ、それによって座標変換式が定義
されることになる。

【００７１】図６は三次元情報生成システム１における
座標変換の概念を示す図である。図６に示すように、上
記数１の式の座標変換式は、可動式カメラ１１に設定さ
れるローカル座標系Ｘｍから立体チャート２に設定され
るチャート座標系Ｘｃに変換する式である。つまり、可
動式カメラ１１が立体チャート２を撮影することによ
り、可動式カメラ１１の立体チャート２に対する相対姿
勢及び相対位置が特定されるため、その相対姿勢及び相
対位置に基づく数１の式を、ローカル座標系Ｘｍからチ
ャート座標系Ｘｃへの変換式として定義することができ
る。

【００７２】また、可動式カメラ１１が姿勢変化装置１
１３によって旋回角度θ及び俯仰角度φに姿勢変化した
場合と、旋回角度０°及び俯仰角度０°の場合のそれぞ
れにおいて、可動式カメラ１１による撮影を行った際、
各画像から導かれる座標値の座標系は異なる。図６に示
すように、可動式カメラ１１が旋回角度０°及び俯仰角
度０°にある状態（１１ｂ）で撮影した画像から導かれ
る座標値は、ローカル座標系Ｘｍｏで表現され、また、
可動式カメラ１１が旋回角度θ及び俯仰角度φにある状
態（１１ａ）で撮影した画像から導かれる座標値は、ロ
ーカル座標系Ｘｍで表現される。これらローカル座標系
ＸｍｏとＸｍとは、可動式カメラ１１の姿勢が変化した
ことによって生じるものであるため、ローカル座標系Ｘ
ｍｏとＸｍとの間での座標変換パラメータは予め内部パ
ラメータとして求めておくこともできるし、また演算に
よって求めることもできる。

【００７３】ローカル座標系Ｘｍｏをローカル座標系Ｘ
ｍに変換するための回転移動行列をＲ（θ，φ）、平行
移動ベクトルをＴ（θ，φ）とすると、

【００７４】

【数２】

【００７５】の式によってローカル座標系Ｘｍｏで表現
された座標値を、ローカル座標系Ｘｍで表現された座標
値に変換することが可能である。なお、回転移動行列Ｒ
（θ，φ）及び平行移動ベクトルＴ（θ，φ）は、それ
ぞれθ，φが決まれば一義に決まるものである。可動式
カメラ１１では、角度センサ１２６ｔ，１２６ｐによっ
てレンズ回転角情報、すなわち、θ及びφに関する情報
が生成されるため、このレンズ回転角情報を用いれば、
回転移動行列Ｒ（θ，φ）及び平行移動ベクトルＴ
（θ，φ）を求めることができる。

【００７６】さらに、可動式カメラ１１が旋回角度０°
及び俯仰角度０°である場合に可動式カメラ１１による
撮影を行った際、その画像から導かれる座標値の座標系
は、被写体用カメラ１３で撮影を行った際の撮影画像か
ら導かれる座標値の座標系とは異なる。図６に示すよう
に、可動式カメラ１１が旋回角度０°及び俯仰角度０°
にある状態（１１ｂ）で撮影した画像から導かれる座標
値は、ローカル座標系Ｘｍｏで表現され、また、被写体
用カメラ１３で撮影した撮影画像から導かれる座標値
は、ローカル座標系Ｘｏで表現される。すなわち、可動
式カメラ１１が撮影を行う姿勢及び位置と、被写体用カ
メラ１３が撮影を行う姿勢及び位置とが異なるため、撮
影方向が単に同一方向であっても、それぞれの画像から
得られる座標値は、異なる座標系についてのものとな
る。

【００７７】ローカル座標系Ｘｏからローカル座標系Ｘ
ｍｏへの座標変換は、可動式カメラ１１を被写体用カメ
ラ１３に固定した場合の設計値等から予め求めておくこ
とができる。しかし、実際の使用時に可動式カメラ１１
を被写体用カメラ１３に取り付けると、若干の誤差が生
じることも想定されるため、被写体撮影時に、座標変換
を行うための変換パラメータを求めるように構成するこ
とが好ましい。

【００７８】例えば、被写体３０の撮影動作を行う前
に、可動式カメラ１１の旋回角度及び俯仰角度を０°に
設定して予め可動式カメラ１１と被写体用カメラ１３と
が同一の立体チャート２を撮影し、それぞれの画像から
立体チャート２上の同一の頂点座標を求めることで、被
写体用カメラ１３の可動式カメラ１１に対する相対姿勢
及び相対位置を特定することができる。そして、その相
対姿勢及び相対位置に基づいて座標変換を行うことで、
ローカル座標系Ｘｏからローカル座標系Ｘｍｏへの座標
変換を行うことができる。

【００７９】具体的には、ローカル座標系Ｘｏをローカ
ル座標系Ｘｍｏに変換するための回転移動行列をＲｈ、
平行移動ベクトルをＴｈとすると、

【００８０】

【数３】

【００８１】の式によってローカル座標系Ｘｍｏで表現
された座標値を、ローカル座標系Ｘｍで表現された座標
値に変換することが可能である。なお、回転移動行列Ｒ
ｈ及び平行移動ベクトルＴｈは、被写体用カメラ１３の
可動式カメラ１１に対する相対姿勢及び相対位置に基づ
いて定められる、行列及びベクトルである。

【００８２】このようにして、各座標系間での座標変換
が可能になる。そして、被写体用カメラ１３が被写体３
０を撮影することに同期して、可動式カメラ１１が複数
の立体チャート２のうちの近接立体チャート２を撮影す
ることで、被写体用カメラ１３の撮影画像から導かれる
座標値を、近接立体チャート２のチャート座標系で表現
した座標値に変換することができる。

【００８３】具体的には、上記数１〜数３の式より導か
れる

【００８４】

【数４】

【００８５】の式により、被写体用カメラ１３のローカ
ル座標系Ｘｏで得られた座標値を、チャート座標系Ｘｃ
で表現した座標値に変換することができる。

【００８６】そして被写体用カメラ１３で被写体３０の
ある側面を撮影する際に、可動式カメラ１１で近接立体
チャート２を撮影すれば、可動式カメラ１１が近接立体
チャート２を撮影した相対位置及び相対姿勢を特定する
ことができ、また、被写体用カメラ１３と可動式カメラ
１１の相対位置及び相対姿勢を特定することができるの
で、被写体用カメラ１３の外部パラメータが求まること
となり、被写体用カメラ１３から得られる画像から被写
体３０の三次元情報を生成することができる。

【００８７】そして被写体用カメラ１３が被写体３０を
撮影する際に、可動式カメラ１１が可動式カメラ１１に
最も近い位置にある近接立体チャート２を撮影すること
により、可動式カメラ１１が近接立体チャート２を撮影
した相対位置及び相対姿勢を高精度に特定することがで
きるのである。

【００８８】ここで、被写体用カメラ１３で被写体３０
のある側面（第１の側面）を撮影する際に、可動式カメ
ラ１１が立体チャート２ａ（図１参照）を撮影対象の立
体チャートとし、また、被写体用カメラ１３で被写体３
０の別の側面（第２の側面）を撮影する際に、可動式カ
メラ１１が立体チャート２ｂ（図１参照）を撮影対象の
立体チャートとする場合について検討する。

【００８９】このような場合、被写体用カメラ１３で被
写体３０を撮影した際の撮影画像から座標値を求め、さ
らに上記数４の式に基づいた座標変換を行ったとして
も、第１の側面については立体チャート２ａに関するチ
ャート座標系Ｘｃａの座標値に変化され、第２の側面に
ついては立体チャート２ｂに関するチャート座標系Ｘｃ
ｂの座標値に変化される。このため、これらの座標値を
合成しても正確な被写体３０に関する三次元情報を生成
することはできない。

【００９０】そこで、この実施の形態では、被写体３０
の周囲に配置された複数の立体チャート２の相対的位置
関係を求め、その相対的位置関係に基づいて、各立体チ
ャートについてのチャート座標系を特定の一つの立体チ
ャートに関するチャート座標系（これを、「基準座標
系」と呼ぶ。）に変換させるように構成される。

【００９１】図７はチャート座標系を基準座標系に変換
する座標変換の概念を示す図である。なお、図７の例で
は、立体チャート２ａのチャート座標系Ｘｃａが基準座
標系であるとする。

【００９２】複数の立体チャート２の相対的位置関係を
求める際には、例えば可動式カメラ１１の画角Ｇ１内に
複数の立体チャート２が収まるような状態で可動式カメ
ラ１１により複数の立体チャート２を撮影する。

【００９３】可動式カメラ１１により立体チャート２ａ
を撮影すると、その画像よりローカル座標系Ｘｍにおけ
る座標値が得られる。一方、立体チャート２ａは既知の
構造で形成されるため、チャート座標系（基準座標系）
Ｘｃａにおける座標値は設計上既知である。

【００９４】このため、可動式カメラ１１が立体チャー
ト２ａを撮影して求められるチャートパターンＣＰの少
なくとも４点の座標値と、それに対応する４点のチャー
トパターンＣＰの設計値とにより、立体チャート２ａに
対する可動式カメラ１１の相対姿勢及び相対位置を特定
することができる。

【００９５】よって、上述した数１の式と同様に、ロー
カル座標系Ｘｍから基準座標系Ｘｃａへの座標変換式
が、

【００９６】

【数５】

【００９７】のように定義される。なお、数５の式にお
けるＲｃａ及びＴｃａは、それぞれローカル座標系Ｘｍ
から基準座標系Ｘｃａへの回転移動行列及び平行移動ベ
クトルであり、立体チャート２ａに対する可動式カメラ
１１の相対姿勢及び相対位置により求めることができ
る。

【００９８】同様に、可動式カメラ１１により立体チャ
ート２ｂを撮影すると、その画像よりローカル座標系Ｘ
ｍにおける座標値が得られる。一方、立体チャート２ｂ
も既知の構造で形成されるため、チャート座標系Ｘｃｂ
における座標値は設計上既知である。

【００９９】このため、可動式カメラ１１が立体チャー
ト２ｂを撮影して求められるチャートパターンＣＰの少
なくとも４点の座標値と、それに対応する４点のチャー
トパターンＣＰの設計値とにより、立体チャート２ｂに
対する可動式カメラ１１の相対姿勢及び相対位置を特定
することができる。

【０１００】よって、上述した数１の式と同様に、ロー
カル座標系Ｘｍからチャート座標系Ｘｃｂへの座標変換
式が、

【０１０１】

【数６】

【０１０２】のように定義される。なお、数６の式にお
けるＲｃｂ及びＴｃｂは、それぞれローカル座標系Ｘｍ
から基準座標系Ｘｃｂへの回転移動行列及び平行移動ベ
クトルであり、立体チャート２ｂに対する可動式カメラ
１１の相対姿勢及び相対位置により求めることができ
る。

【０１０３】そして、上記数５及び数６の座標変換式に
基づいて、チャート座標系Ｘｃｂから基準座標系Ｘｃａ
への座標変換式を求めると、

【０１０４】

【数７】

【０１０５】のようになる。この数７の式が、すなわち
立体チャート２ａと２ｂとの相対的位置関係を示す式と
なる。立体チャート２が多数設けられている場合を考慮
して、数７の式を一般化すれば、

【０１０６】

【数８】

【０１０７】となる。なお、数８の式において、ｉはｉ
番目の立体チャート２（ｉ）を示しており、Ｒｃｉ及び
Ｔｃｉは、それぞれローカル座標系Ｘｍからチャート座
標系Ｘｃｉへの回転移動行列及び平行移動ベクトルであ
り、立体チャート２（ｉ）に対する可動式カメラ１１の
相対姿勢及び相対位置により求めることができる。

【０１０８】そして数４の座標変換式と、数８の座標変
換式とにより、被写体用カメラ１３で得られる撮影画像
から被写体３０の座標値を求めた場合に、その座標値を
基準座標系（すなわち、三次元情報生成システム１にお
けるワールド座標系）における座標値に変換することが
でき、被写体３０の三次元画像モデルを適切に構築する
ことが可能になる。

【０１０９】なお、上記の例では演算原理を容易に理解
することができるようにするために、複数の立体チャー
ト２が可動式カメラ１１の画角Ｇ１内に収まるように撮
影した場合について説明したが、それに限定されるもの
ではない。

【０１１０】例えば、立体チャート２が多数設けられて
いる場合には、全ての立体チャート２を画角Ｇ１内に収
めるのではなく、２個の立体チャート２が画角Ｇ１内に
収まるようにして撮影動作を繰り返し行い、各画像に含
まれる２個の立体チャートの相対的位置関係を順次求め
ていくという方法を採用することができる。２個の立体
チャート２が画角Ｇ１内に収まるようにして撮影を行え
ば、その画像からその２個の立体チャート２の相対的位
置関係を簡単に求めることができるという利点がある。

【０１１１】一方、画角Ｇ１内に収まる立体チャート２
の数が増加するほど、画像における各立体チャート２の
画像成分は小さくなることが予想される。そしてその場
合には各立体チャートの相対的位置関係を求める精度が
低下する。このため、１回の撮影時に画角Ｇ１内に収め
る立体チャート２の数はなるべく少なくすることが好ま
しい。

【０１１２】このような観点からすると、複数の立体チ
ャート２の相対的位置関係を求める方法としては、可動
式カメラ１１が立体チャート２を１個ずつ個別に撮影す
ることが最も好ましいと言える。例えば、可動式カメラ
１１を可動範囲内で姿勢変化させたときに、全ての立体
チャート２を個別に撮影することができるのであれば、
各立体チャート２を個別に撮影し、各画像を撮影したと
きの旋回角度と俯仰角度とに基づいた座標変換を施せ
ば、各立体チャート２の相対的位置関係を求めることが
できる。このとき、可動式カメラ１１は１個の立体チャ
ート２を撮影するので、撮影画像に含まれる立体チャー
ト２の画像成分を大きな状態で撮影することができ、そ
の結果、立体チャート２に対する可動式カメラ１１の位
置及び姿勢を高精度に求めることが可能である。

【０１１３】このようにして複数の立体チャート２の相
対的位置関係を予め求めておくことにより、可動式カメ
ラ１１では複数の立体チャート２のうちの一の立体チャ
ートを撮影した際に、その一の立体チャートが可動式カ
メラ１１に対して最も近い位置にあるか否かを判断する
ことができ、さらに複数の立体チャート２のうちから可
動式カメラ１１に最も近い位置にある近接立体チャート
を特定することが可能になる。

【０１１４】＜６．三次元情報生成システム１の動作プ
ロセス＞次に、三次元情報生成システム１の動作プロセ
スについて説明する。図８乃至図１３は、三次元情報生
成システム１の動作プロセスを示すフローチャートであ
る。

【０１１５】まず、複数の立体チャート２が被写体３０
の周囲に配置される（ステップＳ１）。このときの立体
チャート２の配置はランダムでよいが、被写体３０の大
きさに応じて、被写体３０の周囲にほぼ均等な間隔で配
置されることが好ましい。また、被写体３０の周囲に配
置された複数の立体チャート２は、動作プロセスが終了
するまで、より厳密にはステップＳ４の被写体撮影処理
が終了するまでは固定される。

【０１１６】次に、複数の立体チャート２の相対的位置
関係を算出する処理が行われる（ステップＳ２）。この
処理の詳細を図９のフローチャートに示す。

【０１１７】まず、ユーザは複数の立体チャート２の前
に、立体チャート２どうしのオクルージョンが発生しな
いように、すなわち、ある立体チャート２が他の立体チ
ャート２の影とならないように、カメラシステム１０を
設置する（ステップＳ２１）。このとき、カメラシステ
ム１０は固定されるが、可動式カメラ１１は姿勢変化装
置１１３の作用によって画角を変更することが可能な状
態に設置される。

【０１１８】そして、ユーザは可動式カメラ１１を手動
モードに設定し、被写体用カメラ１３の操作ボタン１６
４を操作することで、立体チャート２が可動式カメラ１
１の画角に入るように、可動式カメラ１１のレンズ回転
角を指定する（ステップＳ２２）。これにより、被写体
用カメラ１３から可動式カメラ１１に対して姿勢変化の
指示が与えられ、可動式カメラ１１の撮影方向が指示さ
れた方向に向き、立体チャート２が可動式カメラ１１の
画角内に収まる。なお、このとき１個の立体チャート２
が画角内に収まるように撮影方向を指示することが好ま
しい。

【０１１９】ユーザは可動式カメラ１１による立体チャ
ート２の撮影指示を行う（ステップＳ２３）。この結
果、可動式カメラ１１では撮影動作が行われ、立体チャ
ート２が撮影された画像データが可動式カメラ１１から
被写体用カメラ１３に送信される。その際、画像データ
とともに、レンズ回転角情報も同時に送信される。被写
体用カメラ１３では、可動式カメラ１１から受信する画
像データ及びレンズ回転角情報をメモリ１６９に格納保
存する。

【０１２０】そして、ユーザは未撮影の立体チャート２
が存在するか否かを判断し（ステップＳ２４）、存在す
る場合はステップＳ２５において、未撮影の立体チャー
ト２が画角内に入るように可動式カメラ１１を設定す
る。これにより、可動式カメラ１１に姿勢変化が与えら
れ、１個の未撮影の立体チャート２が可動式カメラ１１
の画角内に収まる。

【０１２１】そしてステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を繰
り返し行うことにより、被写体３０の周囲に配置された
全ての立体チャート２が可動式カメラ１１によって撮影
される。ユーザは全ての立体チャート２の撮影が終了す
ると、その旨の入力を被写体用カメラ１３の操作ボタン
１６４より入力する。

【０１２２】被写体用カメラ１３では、演算部１７０の
第１演算部１７１が機能する。そして第１演算部１７１
は、メモリ１６９に格納されている可動式カメラ１１か
ら得られた画像データを取得し、各立体チャート２を撮
影したときの各立体チャート２に対する可動式カメラ１
１の相対位置及び相対姿勢を算出する（ステップＳ２
６）。つまり、この処理により、上記数５及び数６の式
に示す各パラメータ（回転移動行列及び平行移動ベクト
ル）が求められることになる。

【０１２３】次に、第１演算部１７１は、複数の立体チ
ャート２のうちから基準座標系を示す基本立体チャート
を一つ選択し、その基本立体チャートに対する可動式カ
メラ１１の相対位置及び相対姿勢と、他の立体チャート
に対する可動式カメラ１１の相対位置及び相対姿勢と、
レンズ回転角情報とに基づいて、基本立体チャートに対
する他の立体チャートの相対位置及び相対姿勢を算出
し、それをメモリ１６９にデータ保存する（ステップＳ
２７）。この処理により、上記数７又は数８の式に示す
各パラメータが求められることになり、複数の立体チャ
ート２の相対的位置関係が算出されることになる。ま
た、この処理において、複数の立体チャート２の相対的
位置関係が求まると、被写体用カメラ１３は可動式カメ
ラ１１に対して相対的位置関係に関する情報を送信す
る。そして可動式カメラ１１は被写体用カメラ１３より
受信する相対的位置関係に関する情報をメモリ１２５に
格納する。

【０１２４】なお、基本立体チャート２の選択は、演算
部１７０が複数の立体チャート２のうちから任意の一つ
を自動選択するように構成してもよいし、ユーザが操作
ボタン１６４より指定するように構成してもよい。

【０１２５】以上で、複数の立体チャート２の相対的な
位置関係が求まるだけでなく、複数の立体チャート２が
一つの基本立体チャートと、他の立体チャートとに区別
され、基本立体チャートに対する他の全ての立体チャー
トの相対的位置関係が定められたことになり、ステップ
Ｓ２の処理を終了する。

【０１２６】次に、被写体用カメラ１３と可動式カメラ
１１との相対位置及び相対姿勢を算出する処理が行われ
る（図８参照；ステップＳ３）。この処理の詳細を図１
０のフローチャートに示す。

【０１２７】まず、ユーザは、被写体用カメラ１３及び
可動式カメラ１１が同一の立体チャート２をそれぞれの
画角内に捉えるようにカメラシステム１０の向きを調整
する（ステップＳ３１）。

【０１２８】次にユーザは被写体用カメラ１３及び可動
式カメラ１１による同一の立体チャート２の撮影指示を
行う（ステップＳ３２）。例えば、ユーザが被写体用カ
メラ１３のシャッタボタン１６１を押下すれば、カメラ
システム１０の被写体用カメラ１３及び可動式カメラ１
１が同期して撮影動作を行う。この結果、可動式カメラ
１１で立体チャート２を撮影して得られる画像データが
可動式カメラ１１から被写体用カメラ１３に送信され、
被写体用カメラ１３のメモリ１６９にその画像データが
格納される。また、被写体用カメラ１３で立体チャート
２を撮影して得られる画像データも被写体用カメラ１３
のメモリ１６９に格納される。

【０１２９】そして、被写体用カメラ１３において演算
部１７０の第２演算部１７２が機能し、可動式カメラ１
１が立体チャート２を撮影した画像から、可動式カメラ
１１の立体チャート２に対する相対位置及び相対姿勢、
すなわち可動式カメラ１１の外部パラメータの算出演算
が行われる（ステップＳ３３）。また同様に、被写体用
カメラ１３が立体チャート２を撮影した画像から、被写
体用カメラ１３の立体チャート２に対する相対位置及び
相対姿勢、すなわち被写体用カメラ１３の外部パラメー
タの算出演算が行われる（ステップＳ３３）。演算部１
７０は、可動式カメラ１１及び被写体用カメラ１３の各
々についての外部パラメータが適切に算出できたか否か
を判断する。そして、外部パラメータの算出ができなか
った場合は、２つのカメラによる同一の立体チャート２
の撮影動作（ステップＳ３２）から繰り返すことにな
る。一方、外部パラメータが適切に算出できた場合に
は、ステップＳ３４に進む。

【０１３０】そして第２演算部１７２は、被写体用カメ
ラ１３及び可動式カメラ１１のそれぞれの外部パラメー
タと、可動式カメラ１１の撮影時のレンズ回転角とか
ら、２つのカメラの相対位置及び相対姿勢を表現したカ
メラパラメータを算出する（ステップＳ３４）。つま
り、ステップＳ３３で求めた外部パラメータにより、２
つのカメラそれぞれの同一の立体チャート２に対する相
対的な位置及び姿勢が解明されるため、その関係を用い
て２つのカメラどうしの相対的な位置関係を演算によっ
て求めるのである。なお、同一の立体チャート２を撮影
する際に、可動式カメラ１１の旋回角度及び俯仰角度が
０°であったならば、レンズ回転角を考慮することなく
最も簡単に２つのカメラの相対位置及び相対姿勢を表現
したカメラパラメータを算出することができる。この処
理により、上記数３の変換式に示す各パラメータ又は上
記数２と数３との合成変換式に相当する各パラメータが
求められることになる。

【０１３１】以上で、可動式カメラ１１が被写体用カメ
ラ１３に固定された状態での被写体用カメラ１３と可動
式カメラ１１との相対位置及び相対姿勢が定められたこ
とになり、ステップＳ３の処理を終了する。

【０１３２】次に、三次元情報の生成対象である被写体
３０を撮影するための被写体撮影処理が行われる（図８
参照；ステップＳ４）。この処理の詳細を図１１のフロ
ーチャートに示す。

【０１３３】ステップＳ４１においてユーザはカメラシ
ステム１０を被写体３０周囲の任意の位置に設置し、被
写体用カメラ１３を被写体３０に向ける。そして可動式
カメラ１１を手動モードに設定して、可動式カメラ１１
を複数の立体チャート２のうちの任意の１つに向ける。
そして、撮影対象となる１つの立体チャートが可動式カ
メラ１１の画角内に収まった時点で、ユーザは可動式カ
メラ１１を自動追尾モードに設定する。

【０１３４】そして可動式カメラ１１において自動追尾
処理が行われる（ステップＳ４２）。この自動追尾処理
は、複数の立体チャート２のうちから可動式カメラ１１
に最も近い位置にある近接立体チャートを特定し、その
近接立体チャートを自動追尾するための処理である。こ
の自動追尾処理の詳細を図１２のフローチャートに示
す。

【０１３５】まず、可動式カメラ１１において２次元受
光素子１１１及び画像処理部１２１が機能し、立体チャ
ートの画像取得が行われる（ステップＳ４２０）。画像
処理部１２１は撮影動作によって得られた画像データを
立体チャート認識部１２７に与える。そして立体チャー
ト認識部１２７は撮影によって得られた画像中にマーカ
２０１の画像成分が含まれているか否かを判断し（ステ
ップＳ４２１）、マーカ２０１の画像成分が含まれてい
ない場合には自動追尾が失敗となり、自動追尾処理を抜
ける。一方、画像中にマーカ２０１の画像成分が含まれ
ている場合には自動追尾可能な状態であるため、ステッ
プＳ４２２に処理を進める。

【０１３６】可動式カメラ１１においては自動追尾制御
部１２３ａが機能し、現在撮影している立体チャート２
（ステップＳ４１（図１１参照）で撮影対象とされた立
体チャート２、又は後述するステップＳ４２９で撮影対
象とされる立体チャート２）のマーカ２０１を画像中央
に位置させるようなカメラ回転角を計算する（ステップ
Ｓ４２２）。カメラ制御部１２３は、その計算によって
求められたカメラ回転角となるように姿勢変化装置１１
３に駆動信号を与える。これにより、可動式カメラ１１
は現在撮影している立体チャート２を自動追尾すること
になる。

【０１３７】そして自動追尾制御部１２３ａは可動式カ
メラ１１で撮影して得られる画像に基づいて、現在撮影
している立体チャート２（すなわち、自動追尾対象とな
っている立体チャート２）に対する可動式カメラ１１の
相対位置及び相対姿勢を演算する（ステップＳ４２
３）。なお、上述したステップＳ２６と同様の処理を、
自動追尾制御部１２３ａが行うことによって、現在撮影
している立体チャート２に対する可動式カメラ１１の相
対位置及び相対姿勢を演算することができる。

【０１３８】そして自動追尾制御部１２３ａは、現在撮
影している立体チャート２に対する可動式カメラ１１の
相対位置及び相対姿勢に基づいて、現在撮影している立
体チャート２と可動式カメラ１１との距離を算出する
（ステップＳ４２４）。

【０１３９】また、自動追尾制御部１２３ａはメモリ１
２５から複数の立体チャート２の相対的位置関係を取得
し（ステップＳ４２５）、他の立体チャート２と可動式
カメラ１１とのそれぞれ距離を算出する（ステップＳ４
２６）。なお、複数の立体チャート２の相対位置関係が
求められていれば、一の立体チャートに対する可動式カ
メラ１１の相対位置及び相対姿勢に基づいて、各立体チ
ャート２と可動式カメラ１１との距離は容易に求めるこ
とができる。

【０１４０】そして自動追尾制御部１２３ａは、現在撮
影している立体チャート２が可動式カメラ１１に最も近
いか否かを判断し（ステップＳ４２７）、ＹＥＳの場合
には、現在撮影している立体チャート２を近接立体チャ
ートと特定して、自動追尾状態を維持したまま自動追尾
処理を抜けることになる。

【０１４１】一方、現在撮影している立体チャート２が
可動式カメラ１１に最も近い立体チャート２でないと判
断された場合には、ステップＳ４２８に進み、自動追尾
制御部１２３ａは、各立体チャート２と可動式カメラ１
１との距離に基づいて、複数の立体チャート２のうちか
ら可動式カメラ１１に最も近い位置にある立体チャート
（すなわち、近接立体チャート）を選択する（ステップ
Ｓ４２８）。

【０１４２】そして自動追尾制御部１２３ａは、ステッ
プＳ４２８において選択された近接立体チャート２を自
動追尾対象として設定し、可動式カメラ１１を近接立体
チャート２に向ける（ステップＳ４２９）。具体的に
は、複数の立体チャート２の相対的位置関係に基づい
て、可動式カメラ１１の近接立体チャート２に対する相
対位置及び相対姿勢を算出し、可動式カメラ１１が近接
立体チャート２を画角内に捉えるように姿勢変化装置１
１３を駆動させることにより、近接立体チャート２が自
動追尾対象の立体チャートとなる。

【０１４３】そして再び画像取得が行われ（ステップＳ
４２０）、その画像中央に近接立体チャート２のマーカ
画像成分が位置するように自動追尾が行われる（ステッ
プＳ４２２）。

【０１４４】その後、ステップＳ４２７では、近接立体
チャート２が可動式カメラ１１によって捉えられた状態
であるので、近接立体チャート２の自動追尾状態を維持
したまま自動追尾処理を抜けることになる。

【０１４５】以上で、可動式カメラ１１における自動追
尾処理（ステップＳ４２）が終了し、複数の立体チャー
ト２のうちから可動式カメラ１１に最も近い位置にある
近接立体チャートが特定され、かつ可動式カメラ１１が
その近接立体チャートを自動追尾する状態となる。

【０１４６】図１１のフローチャートに戻り、次にステ
ップＳ４３に進む。

【０１４７】ユーザは被写体用カメラ１３で被写体３０
を撮影するために被写体用カメラ１３のフレーミング調
整等を行う。ユーザはフレーミング調整等を行うために
カメラシステム１０の位置又は姿勢を変化させることも
考えられるが、その場合、可動式カメラ１１による近接
立体チャート２の自動追尾に失敗することもある。

【０１４８】そのため、可動式カメラ１１の立体チャー
ト認識部１２７は、近接立体チャート２のマーカ２０１
を画角内に捉えているか否かを判断し、自動追尾動作が
正常であるか否かを判断する（ステップＳ４３）。そし
て自動追尾が良好に行われている場合はステップＳ４４
に進み、自動追尾が失敗した場合にはステップＳ４１に
戻って再び複数の立体チャートのうちの任意の１つの立
体チャートが可動式カメラ１１の画角内収まるように手
動操作を行った後、自動追尾設定を行う（ステップＳ４
１）。

【０１４９】自動追尾が良好の場合、被写体用カメラ１
３によるフレーミング調整が完了すると、ユーザは被写
体用カメラ１３のシャッタボタン１６１を押下し、被写
体３０の撮影動作を指示する。これに応答して、被写体
用カメラ１３では被写体３０の撮影が行われ、同時に可
動式カメラ１１では近接立体チャート２の撮影動作が行
われる（ステップＳ４４）。

【０１５０】そして、被写体用カメラ１３で得られた被
写体３０の撮影画像がメモリ１６９に格納されるととも
に、可動式カメラ１１で近接立体チャートを撮影した画
像データ及びレンズ回転角情報もメモリ１６９に格納さ
れる。

【０１５１】そして被写体用カメラ１３において第２演
算部１７２が機能する。第２演算部１７２は、メモリ１
６９に格納されている可動式カメラ１１で得られた画像
を読み出して、複数の立体チャート２のうち、どの立体
チャートが近接立体チャートとして撮影されたかを特定
する（ステップＳ４５）。

【０１５２】複数の立体チャート２のうちから１つの近
接立体チャートを特定するための一例について説明す
る。例えば、複数の立体チャート２のチャートパターン
ＣＰをそれぞれ異なる色で形成しておく。そして可動式
カメラ１１から得られた画像における近接立体チャート
の色を演算部１７０が判別することにより、複数の立体
チャートのうちで近接立体チャートとして撮影された立
体チャートを特定することが可能である。

【０１５３】また、上記のように複数の立体チャート２
のそれぞれのチャートパターンＣＰを異なる色で形成す
ることにより、複数の立体チャート２の相対的位置関係
を求めた際に、各立体チャート２を特定することができ
る。

【０１５４】そして第２演算部１７２は、可動式カメラ
１１から得られた近接立体チャート２の画像に基づい
て、可動式カメラ１１の近接立体チャート２に対する相
対位置及び相対姿勢を求める（ステップＳ４６）。これ
により、可動式カメラ１１が近接立体チャートを撮影し
たときの可動式カメラ１１の外部パラメータが算出され
ることになる。

【０１５５】第２演算部１７２は、可動式カメラ１１が
自身に最も近い位置にある近接立体チャート２を撮影し
た画像に基づいて、可動式カメラ１１の外部パラメータ
を算出するため、他の立体チャート２を撮影した画像に
基づいて可動式カメラ１１の外部パラメータを算出する
場合に比べて、画像中に含まれる近接立体チャート２の
チャートパターンＣＰに関する画像成分が大きくなり、
高精度の外部パラメータを算出することが可能である。

【０１５６】そして第２演算部１７２は、ステップＳ４
６で得られた可動式カメラ１１の外部パラメータ（数１
の式における各パラメータ）、ステップＳ３４で得られ
たカメラパラメータ（数３の式における各パラメー
タ）、及び、ステップＳ４４の撮影時におけるレンズ回
転角情報（数２の式における各パラメータ）、に基づい
て、近接立体チャートに対する被写体用カメラ１３の相
対位置及び相対姿勢を求める（ステップＳ４７）。つま
り、被写体用カメラ１３の外部パラメータを求めるので
ある。これにより、上記数４の式における各パラメータ
が求まることとなり、被写体３０を撮影した撮影画像か
ら得られる被写体３０の座標値を、近接立体チャートの
チャート座標系Ｘｃにおける座標値に変換することが可
能になる。

【０１５７】そして、被写体用カメラ１３で得られる撮
影画像と、上記のようにして得られる被写体用カメラ１
３の外部パラメータと、複数の立体チャート２のうちの
いずれが近接立体チャートとして撮影されたかを示す情
報（近接立体チャートを特定する情報）と、を対応づけ
てメモリ１６９にデータ保存する（ステップＳ４８）。

【０１５８】ステップＳ４１〜Ｓ４８の処理により、被
写体３０を被写体用カメラ１３で撮影したときの撮影画
像から得られる画像を、近接立体チャートのチャート座
標系に変換するためのパラメータが求められることにな
る。このような処理を被写体３０の全周を分割撮影して
繰り返し行うことにより、被写体３０の全周に関するパ
ラメータが生成されることになる。

【０１５９】ステップＳ４９では、ユーザがさらに被写
体３０の別の側面を撮影すると判断した場合に、ステッ
プＳ４１からの処理が繰り返し行われるようになってい
る。その場合にも、ステップＳ４２において可動式カメ
ラ１１が近接立体チャート２を特定し、その近接立体チ
ャート２を自動追尾することになる。すなわち、ユーザ
が被写体３０の周囲を分割撮影するために被写体３０の
周囲を移動した場合、ユーザによる撮影の都度、可動式
カメラ１１が複数の立体チャート２のうちからの近接立
体チャート２を特定して自動追尾を行い、撮影動作を行
うように構成されている。

【０１６０】また、ユーザが被写体３０の全周について
の撮影を終了した場合には、操作ボタン１６４に対して
所定の入力を行うこと撮影終了を指示する。この撮影終
了の指示入力があった場合には、カメラシステム１０は
被写体撮影処理（ステップＳ４）を終了する。

【０１６１】ユーザが被写体３０の周囲を移動しつつ、
被写体３０を繰り返し撮影する場合、各撮影時において
可動式カメラ１１が撮影する近接立体チャートは異なっ
た立体チャートに指定される。このため、各撮影時に求
められる被写体用カメラ１３の外部パラメータは基準と
する立体チャートがそれぞれに異なったものとなってい
る。

【０１６２】次に、三次元情報生成システム１において
は、三次元情報の生成処理が行われる（図８参照；ステ
ップＳ５）。この処理の詳細を図１３のフローチャート
に示す。

【０１６３】被写体用カメラ１３において第２演算部１
７２が機能する。そして、第２演算部１７２は、被写体
用カメラ１３で被写体３０を撮影して得られた撮影画像
と、その撮影時に求められた被写体用カメラ１３の外部
パラメータと、その撮影時の近接立体チャートを特定す
る情報とを、メモリ１６９から読み出す（ステップＳ５
１）。

【０１６４】また、第２演算部１７２は、メモリ１６９
にアクセスし、第１演算部１７１がステップＳ２（図８
参照）において予め求めておいた複数の立体チャート２
の相対的位置関係のうちから、基本立体チャートに対す
る近接立体チャートの相対位置及び相対姿勢を読み出す
（ステップＳ５２）。このとき、第２演算部１７２は、
ステップＳ５１で得られる撮影時の近接立体チャートを
特定する情報に基づいて、基本立体チャートに対する近
接立体チャートの相対位置及び相対姿勢を読み出す。

【０１６５】ステップＳ５１で得られる、撮影時に求め
られた被写体用カメラ１３の外部パラメータとは、すな
わち、上記の数４の式に示す各パラメータである。ま
た、ステップＳ５２で得られる、基本立体チャートに対
する近接立体チャートの相対位置及び相対姿勢とは、す
なわち、上記の数７又は数８の式に示す各パラメータで
ある。したがって、これらのパラメータに基づいて演算
を行えば、被写体用カメラ１３で被写体３０を撮影した
際の撮影画像から得られる被写体３０の座標値を、基本
立体チャートの基準座標系で表現される座標値に座標変
換することができる。つまり、数４の座標変換式と、数
７又は数８の座標変換式との合成変換式を求めることに
より、被写体３０の基準座標系（ワールド座標系）にお
ける座標値を求めることが可能な変換式を求めることが
できるのである。

【０１６６】そして第２演算部１７２は、近接立体チャ
ートの基本立体チャートに対する相対位置及び相対姿勢
と、被写体用カメラ１３の外部パラメータとに基づい
て、上記の合成変換式を求め、撮影画像に含まれる被写
体像の三次元情報を生成する（ステップＳ５３）。

【０１６７】そして第２演算部１７２は、メモリ１６９
に他の撮影画像が有るか否かを調べ、有る場合にはステ
ップＳ５１〜Ｓ５３の処理を繰り返す（ステップＳ５
４）。この繰り返しにより、被写体３０の周囲を分割し
て撮影した場合の全ての画像から、基準座標系（ワール
ド座標系）における座標値を求めることができ、被写体
像の全周に関する三次元情報を生成することが可能にな
る。

【０１６８】そして最終的に被写体３０の全周について
の三次元情報が生成されると、その三次元情報が出力又
は保存されて全ての処理が終了する（ステップＳ５
５）。

【０１６９】なお、上記の動作プロセスにおいて、各手
順の順序を若干入れ替えてもよい。例えば、複数の立体
チャート２の相対的位置関係を算出する処理（ステップ
Ｓ２）を、ステップＳ３の処理の後に行うようにしても
構わない。

【０１７０】以上、説明したように、この実施の形態の
三次元情報生成システム１では、被写体３０の周囲に、
既知の構造で形成された複数の立体チャート２が配置さ
れている。そして、カメラシステム１０を被写体３０周
囲の任意の位置に設置して被写体３０を撮影する際に
は、可動式カメラ１１が、可動式カメラ１１に最も近い
位置にある近接立体チャートを撮影するように構成され
ている。

【０１７１】このため、カメラシステム１０の可動範囲
を大幅に広げることができるとともに、高い測定精度で
三次元画像モデルを構築することが可能である。例え
ば、被写体３０のサイズが大きい場合には、その被写体
サイズに応じて被写体３０の周囲に配置する立体チャー
トの数を増加させればよいのである。そして、立体チャ
ートの数が増加したとしても、各立体チャート間の相対
的位置関係が高精度に求められ、かつ、被写体用カメラ
１３の外部パラメータを高精度に求めることができるの
で、カメラシステム１０の可動範囲を広げつつも、高精
度な三次元情報の生成が可能になるのである。

【０１７２】また、第１演算部１７１が、複数の立体チ
ャート２を予め可動式カメラ１１で撮影した画像に含ま
れる各立体チャートに基づいて、複数の立体チャート２
の相対的位置関係を求めるように構成され、その相対位
置関係に基づいて可動式カメラ１１において近接立体チ
ャートが特定されるように構成されている。このため、
可動式カメラ１１において撮影対象となっている立体チ
ャートが可動式カメラ１１に最も近い位置にあるか否か
を容易に判断することができ、複数の立体チャート２の
うちから近接立体チャート２を特定することが可能であ
る。

【０１７３】そして、第２演算部１７２が、可動式カメ
ラ１１が近接立体チャートを撮影した撮影位置及び撮影
姿勢と、可動式カメラ１１と被写体用カメラ１３との相
対位置及び相対姿勢と、近接立体チャートと他の立体チ
ャート２との相対的位置関係と、に基づいて、被写体用
カメラ１３から得られる撮影画像より、被写体の三次元
情報を生成するように構成されているので、被写体３０
のサイズが大きい場合であっても、その被写体３０に関
する三次元情報を高精度に求めることが可能になる。

【０１７４】また、この実施の形態の三次元情報生成シ
ステム１においては、複数の立体チャート２を予め可動
式カメラ１１で撮影した画像に含まれる各立体チャート
に基づいて、複数の立体チャート２の相対的位置関係を
求めておき、被写体用カメラ１３が被写体３０を撮影す
る際に、可動式カメラ１１が複数の立体チャート２のう
ちの任意の一の立体チャートを撮影して得られる画像に
基づいて、その一の立体チャートに対する可動式カメラ
１１の相対位置及び相対姿勢を求め、そして、その一の
立体チャートに対する可動式カメラ１１の相対位置及び
相対姿勢と、複数の立体チャート２の相対的位置関係と
に基づいて複数の立体チャート２のうちから近接立体チ
ャートを特定するように構成されているため、可動式カ
メラ１１に最も近い位置にある近接立体チャートを正確
に求めることが可能である。

【０１７５】また、三次元情報生成システム１では、可
動式カメラ１１が特定された近接立体チャートを自動追
尾するように、可動式カメラ１１に関する撮影姿勢の制
御が行われるため、被写体用カメラ１３で被写体３０の
フレーミング調整等を行う場合でも可動式カメラ１１が
近接立体チャートを捉えることが可能である。

【０１７６】また、自動追尾の際には、各立体チャート
２の所定位置に設けられたマーカ２０１の画像成分が、
可動式カメラ１１で得られる画像中の所定位置に移動す
るように、可動式カメラ１１の撮影姿勢が制御されるた
め、比較的簡単に、かつ正確に自動追尾を行うことがで
きる。

【０１７７】そして、可動式カメラ１１が、可動式カメ
ラ１１に最も近い位置にある近接立体チャートを撮影す
るための制御手段（カメラ制御部１２３）が可動式カメ
ラ１１に設けられるため、可動式カメラ１１が近接立体
チャートを捉えるための制御動作が効率化する。

【０１７８】また、被写体３０の周囲に配置される複数
の立体チャート２の相対的位置関係を求める際に、可動
式カメラ１１の画角内に少なくとも２つの立体チャート
２が収まるようにして撮影すれば、撮影によって得られ
た画像から簡単に少なくとも２つの立体チャート２の相
対的位置関係を求めることができるので、効率的であ
る。

【０１７９】また、被写体３０の周囲に配置される複数
の立体チャート２の相対的位置関係を求める際に、可動
式カメラ１１の撮影方向（すなわち撮影姿勢）を変化さ
せつつ、可動式カメラ１１によって複数の立体チャート
２を撮影するようにしてもよい。このような撮影を行っ
たとしても、可動式カメラ１１から得られる各画像と、
各画像を撮影した際の可動式カメラ１１の撮影方向（撮
影姿勢）と、に基づいて、複数の立体チャート２の相対
的位置関係を適切に求めることが可能である。また、上
記のような可動式カメラ１１の画角内に少なくとも２つ
の立体チャート２が収まる撮影形態の場合には、複数の
立体チャート２の配置が可動式カメラ１１の画角による
制限を受けることになるが、可動式カメラ１１の撮影方
向を変化させつつ、可動式カメラ１１によって複数の立
体チャート２を撮影する撮影形態の場合には、複数の立
体チャート２の配置が可動式カメラ１１の画角による制
限を受けることがなく、立体チャート２の配置における
自由度が増す。

【０１８０】＜７．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記説明した内容の
ものに限定されるものではない。

【０１８１】例えば、複数の立体チャート２のうちの可
動式カメラ１１に最も近い位置にある近接立体チャート
を求めるのは、被写体用カメラ１３で行ってもよいし、
カメラシステム１０の外部にあるコンピュータ１５で行
ってもよい。

【０１８２】また、上記説明では、複数の立体チャート
２の相対的位置関係を求める際に、可動式カメラ１１で
複数の立体チャート２を撮影する形態について説明した
が、被写体用カメラ１３で複数の立体チャート２を撮影
するようにしても構わない。また、可動式カメラ１１と
被写体用カメラ１３との双方のカメラが、互いに異なる
立体チャート２を撮影し、それぞれに得られる画像から
各立体チャートの相対的位置関係を求めるようにしても
構わない。

【０１８３】また、複数の立体チャート２の相対的位置
関係を求めるために、ある立体チャート２に対して可動
式カメラ１１を固定し、その可動式カメラ１１によって
隣接する他の立体チャート２を撮影するようにしてもよ
い。この場合は、可動式カメラ１１を立体チャート２に
固定したときの可動式カメラ１１の位置及び姿勢が所定
の状態となるように取り付けられ、既知であることが必
要である。

【０１８４】また、上記説明では、各立体チャートを他
の立体チャートと区別するために各立体チャートに異な
る色のチャートパターンＣＰを形成する例について説明
したが、例えばマーカ２０１の点灯パターンを各立体チ
ャートごとに変更させたり、各立体チャートに異なる文
字パターン等を形成して、それらを判別することによっ
ても、各々の立体チャートを区別することが可能であ
る。

【０１８５】また、上記説明では、第１演算部１７１及
び第２演算部１７２を備える演算部１７０が、被写体用
カメラ１３に設けられる例について説明したが、これに
限定されるものではなく、可動式カメラ１１に第１演算
部１７１が配置されもよいし、演算部１７０の全部又は
一部の機能がコンピュータ１５に設けられていてもよ
い。演算部１７０としての機能がコンピュータ１５に設
けられる場合には、可動式カメラ１１で得られる情報及
び被写体用カメラ１３で得られる情報の全ては、コンピ
ュータ１５に与えられることになる。そして、演算部１
７０の機能を実現する演算プログラムは、コンピュータ
１５にインストールされて実行されることになる。

【０１８６】さらに、上記説明においては、複数の立体
チャート２が被写体３０の略上方に吊り下げられる例に
ついて説明したが、それに限定されるものでもない。図
１４は複数の立体チャートの配置に関する変形例を示す
図である。図１４に示すように、複数の立体チャート２
（２ｃ〜２ｅ）は被写体３０の周囲床面に配置されてい
てもよい。この場合でも、上述した演算内容には何ら変
更は生じない。

【０１８７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、測定動作の際に、複数の姿勢検出用基準
物体のうちの可動式カメラに最も近い位置にある近接基
準物体を可動式カメラが撮影するように、可動式カメラ
の撮影姿勢を制御するように構成されるため、被写体を
測定する際の可動範囲を広く確保しつつ、かつ、高い測
定精度で被写体を測定することが可能になる。

【０１８８】請求項２に記載の発明によれば、可動式カ
メラに最も近い位置にある近接基準物体を正確に求める
ことが可能である。

【０１８９】請求項３に記載の発明によれば、可動式カ
メラが近接基準物体を自動追尾するように、可動式カメ
ラの撮影姿勢が制御されるため、可動式カメラが近接基
準物体を的確に捉えることが可能である。

【０１９０】請求項４に記載の発明によれば、可動式カ
メラでの撮影によって得られる画像に含まれるマーカの
画像成分を、画像中の所定位置に導くようにして、可動
式カメラの撮影姿勢が制御されるため、比較的簡単に、
かつ正確に、可動式カメラが近接基準物体を自動追尾す
ることになる。

【０１９１】請求項５に記載の発明によれば、被写体を
測定した際の測定データを正確に生成することが可能で
ある。

【０１９２】請求項６に記載の発明によれば、可動式カ
メラが近接基準物体を捉えるための制御動作を効率化す
ることができる。

【０１９３】請求項７に記載の発明によれば、被写体の
２次元画像を撮影する被写体撮影用カメラをさらに備え
るため、被写体を正確に測定することができる。

【０１９４】請求項８に記載の発明によれば、被写体を
測定する際の可動範囲を広く確保しつつ、かつ、高い測
定精度で被写体を測定することが可能になる。

【０１９５】請求項９に記載の発明によれば、可動式カ
メラによる近接基準物体の自動追尾が比較的簡単に、か
つ正確になる。

【０１９６】請求項１０に記載の発明によれば、被写体
を正確に測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる三次元情報生成システムの一構
成例を示す図である。

【図２】立体チャートの側面図である。

【図３】可動式カメラの正面図である。

【図４】可動式カメラの内部機能を示すブロック図であ
る。

【図５】被写体撮影用カメラの内部構成を示すブロック
図である。

【図６】三次元情報生成システムにおける座標変換の概
念を示す図である。

【図７】チャート座標系を基準座標系に変換する座標変
換の概念を示す図である。

【図８】三次元情報生成システムの全体的な動作プロセ
スを示すフローチャートである。

【図９】三次元情報生成システムの動作プロセスにおけ
る一部の処理を示すフローチャートである。

【図１０】三次元情報生成システムの動作プロセスにお
ける一部の処理を示すフローチャートである。

【図１１】三次元情報生成システムの動作プロセスにお
ける一部の処理を示すフローチャートである。

【図１２】三次元情報生成システムの動作プロセスにお
ける一部の処理を示すフローチャートである。

【図１３】三次元情報生成システムの動作プロセスにお
ける一部の処理を示すフローチャートである。

【図１４】複数の立体チャートの配置に関する変形例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 三次元情報生成システム ２（２ａ〜２ｅ） 立体チャート １０ カメラシステム（三次元情報生成装置、測定装
置） １１ 可動式カメラ １３ 被写体撮影用カメラ（被写体用カメラ） １５ コンピュータ ３０ 被写体 １１３ 姿勢変化装置 １２３ カメラ制御部（制御手段） １２３ａ 自動追尾制御部 １２７ 立体チャート認識部 １６０ 制御部 １７０ 演算部 １７１ 第１演算部（演算手段） １７２ 第２演算部（三次元情報生成手段） Ｇ１ 画角 Ｘｃ，Ｘｍ，Ｘｍｏ，Ｘｏ，Ｘｃｂ，Ｘｘａ 座標系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊原 邦光 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB29 DD03 FF04 FF61 JJ03 JJ26 MM06 QQ21 QQ24

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の周囲に既知の形状を有する複数
   の姿勢検出用基準物体が配置された状態で、前記被写体
   を測定する測定装置であって、 撮影姿勢を変化させることが可能なように構成された可
   動式カメラと、 測定動作の際に、前記複数の姿勢検出用基準物体のうち
   の前記可動式カメラに最も近い位置にある近接基準物体
   を前記可動式カメラが撮影するように、前記可動式カメ
   ラの前記撮影姿勢を制御する制御手段と、を備える測定
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の測定装置において、 前記複数の姿勢検出用基準物体を予め前記可動式カメラ
   で撮影した画像に含まれる各姿勢検出用基準物体に基づ
   いて、前記複数の姿勢検出用基準物体の相対的位置関係
   を求める演算手段、をさらに備え、 前記制御手段は、前記測定動作の際に、前記可動式カメ
   ラが前記複数の姿勢検出用基準物体のうちの任意の一の
   姿勢検出用基準物体を撮影して得られる画像に基づい
   て、前記一の姿勢検出用基準物体に対する前記可動式カ
   メラの相対位置及び相対姿勢を求め、さらに、前記一の
   姿勢検出用基準物体に対する前記可動式カメラの相対位
   置及び相対姿勢と、前記相対的位置関係とに基づいて前
   記複数の姿勢検出用基準物体のうちから前記近接基準物
   体を特定することを特徴とする測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の測定装置におい
   て、 前記制御手段は、前記可動式カメラが前記近接基準物体
   を自動追尾するように、前記撮影姿勢を制御することを
   特徴とする測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の測定装置において、 前記複数の姿勢検出用基準物体のそれぞれには、マーカ
   が所定位置に設けられており、 前記制御手段は、前記可動式カメラでの撮影によって得
   られる画像に含まれる前記マーカの画像成分を、画像中
   の所定位置に導くように、前記撮影姿勢を制御すること
   によって、前記可動式カメラが前記近接基準物体を自動
   追尾するように制御することを特徴とする測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４のいずれかに記載の測定
   装置において、 前記可動式カメラと前記近接基準物体との相対位置及び
   相対姿勢と、前記近接基準物体と他の姿勢検出用基準物
   体とについての前記相対的位置関係と、に基づいて、前
   記被写体を測定した際の測定データを生成することを特
   徴とする測定装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の測定
   装置において、 前記制御手段は、前記可動式カメラに設けられることを
   特徴とする測定装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の測定
   装置において、 前記被写体の２次元画像を撮影する被写体撮影用カメ
   ラ、をさらに備えることを特徴とする測定装置。
8. 【請求項８】 被写体を測定するための測定方法であっ
   て、 （ａ）前記被写体の周囲に、既知の形状を有する複数の
   姿勢検出用基準物体を配置する工程と、 （ｂ）前記複数の姿勢検出用基準物体を撮影することに
   よって得られる画像から、前記複数の姿勢検出用基準物
   体の相対的位置関係を求める工程と、 （ｃ）撮影姿勢を可変することができるように構成され
   た可動式カメラに対し、前記複数の姿勢検出用基準物体
   のうちで最も近接する近接基準物体を前記相対的位置関
   係に基づいて特定する工程と、 （ｄ）前記被写体の測定動作を行う際に、前記可動式カ
   メラが前記近接基準物体を自動追尾する工程と、 （ｅ）前記測定動作に同期して、前記可動式カメラで、
   前記近接基準物体を撮影する工程と、を備える測定方
   法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の測定方法において、 前記工程（ｄ）は、前記可動式カメラから得られる画像
   において、前記複数の姿勢検出用基準物体のそれぞれの
   所定位置に設けられたマーカの画像成分を、画像中の所
   定位置に導くようにして、前記可動式カメラの撮影姿勢
   を変化させることにより、前記近接基準物体の自動追尾
   を行うことを特徴とする測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９に記載の測定方法にお
    いて、 （ｆ）前記可動式カメラと前記近接基準物体との相対位
    置及び相対姿勢と、前記近接基準物体と他の前記姿勢検
    出用基準物体とについての前記相対的位置関係と、に基
    づいて、前記被写体を測定した際の測定データを生成す
    る工程、をさらに備えることを特徴とする測定方法。