JP2003042730A - 表面形状測定装置、及びその方法、並びに表面状態図化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遺跡埋蔵物や人体等の測定対象物の表面形状
や模様を迅速に測定できる表面形状測定装置を提供する
こと。 【解決手段】 対象物１をステレオ撮影するステレオ撮
影部３と、ステレオ撮影部３と対象物１との位置関係を
相対的に移動させる相対位置変更部４と、ステレオ撮影
部３が対象物１を撮影する複数の方向におけるステレオ
撮影パラメータを記憶する手段５と、前記ステレオ撮影
パラメータの記憶された前記複数の方向から、ステレオ
撮影部３により対象物１を撮影して、対象物１のステレ
オ画像を生成するステレオ画像生成手段６と、対象物１
のステレオ画像から対象物１の表面形状を測定する表面
形状演算処理手段７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遺跡埋蔵物、人体、車
両、機械構造物等の表面形状や模様を非接触で三次元的
に測定する表面形状測定装置、表面形状測定方法に関す
る。さらに、本発明は、表面形状測定装置にて測定した
遺跡埋蔵物等の表面形状や模様を図化する表面形状図化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば遺跡埋蔵物の代表例である
土器等の表面形状を計測する場合、人が定規等で測りな
がらスケッチするか、接触式の計測器で土器の表面をな
ぞるようにして形状を計測していた。さらに、スリット
光をあてて撮影したり、レーザー光をあてて計測する非
接触式の表面形状測定装置も用いられている。

【０００３】人体の場合も、例えば購買者の体型に合致
した服装のサイズを決定するために、洋服販売店では店
員が購買者の体格寸法を巻尺で測定している。車両、機
械構造物の場合は、設計時の試作品検査、出荷時の製品
検査、定期点検における交換部品の交換時期の判定に、
表面形状測定装置が利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遺跡埋
蔵物の表面形状を接触式又は非接触式の表面形状測定装
置で計測する場合、従来の装置では設備価格が高騰する
という課題があった。また、考古学的用途ではさらに遺
跡埋蔵物の模様等の表面状態を図化する必要があるが、
従来の装置では正確な図化が困難であるという課題があ
った。具体的に説明すると、遺跡埋蔵物の測定態様に応
じて以下のような課題がある。 人が計測してスケッチする場合は、模様等の図化には
大変な手間と時間がかかり、熟練を要するにもかかわら
ず図化する人によって個人差が生じるという課題があ
る。また、寸法形状の正確さに欠けるという課題もあ
る。

【０００５】接触式の計測器の場合は、計測において
対象物としての遺跡埋蔵物の表面をなぞるという作業に
おいて手間がかかると同時に、計測したあとに遺跡埋蔵
物表面の特徴を見ながら図化する必要がある。 スリット光やレーザー光等の非接触式の表面形状測定
装置では、遺跡埋蔵物の表面が非接触で計測される。し
かし、遺跡埋蔵物の表面形状や模様を図化するときに、
実際の表面形状や模様と計測されたデータを見比べなが
ら図化しなければならず、計測データと表面形状や模様
の位置関係等について正確さにかけているという課題が
あった。

【０００６】上記〜に共通するものとして、図面
化した結果は考古学的観点から捉えられている為、実際
の対象物の写真と照らし合わせて見ないと真偽のほどが
わからないという課題があった。 また公共事業や土木建設工事において、埋蔵文化財が
発見されると考古学的な調査が行われるが、考古学的調
査期間が長くなると工事の中断期間が長期化して、土木
建設施設の建設期間が長期化する。そこで、考古学的調
査期間の短縮は施工者にとって切実な願いとなってお
り、遺跡埋蔵物の図化が迅速化されれば、公共の利益に
大きく寄与する。

【０００７】また、人体の場合も、購買者の体型を店員
に測定されることは快く感じない購買者も少なくない。
そこで、非接触式の人体の表面形状測定装置を小売店に
設置することも考えられるが、購買者のプライバシーの
問題と、設備投資額が小売店にとっては高額であるた
め、普及していないという課題がある。

【０００８】また、車両、機械構造物の場合は、表面形
状測定装置が大変おおがかりなものとなり、計測にも時
間を要しているという課題がある。特に出荷時の製品検
査においては、検査に要する時間が顧客に引き渡す納期
に影響するし、定期点検の場合は限られた点検期間内に
迅速に測定が行われないと、顧客の設備稼動に重大な影
響を与えるという課題があった。

【０００９】本発明の第１の目的は、上述する課題を解
決したもので、遺跡埋蔵物や人体等の測定対象物の表面
形状や模様を迅速に測定できる表面形状測定装置、表面
形状測定方法を提供することである。本発明の第２の目
的は、表面形状測定装置にて測定した遺跡埋蔵物等の表
面形状や模様を正確に図化できる表面形状図化装置を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明の表面形状測
定装置は、第１の目的を達成するもので、図１に示すよ
うに、対象物１をステレオ撮影するステレオ撮影部３
と、ステレオ撮影部３と対象物１との位置関係を相対的
に移動させる相対位置変更部４と、ステレオ撮影部３が
対象物１を撮影する複数の方向におけるステレオ撮影パ
ラメータを記憶する手段５と、前記ステレオ撮影パラメ
ータの記憶された前記複数の方向から、ステレオ撮影部
３により対象物１を撮影して、対象物１のステレオ画像
を生成するステレオ画像生成手段６と、対象物１のステ
レオ画像から対象物１の表面形状を測定する表面形状演
算処理手段７とを備えている。

【００１１】このように構成された装置においては、対
象物１をステレオ撮影部３にて撮影する場所に置いて、
相対位置変更部４により位置関係を相対的に移動させる
ことによって、対象物１を複数の方向からステレオ撮影
する。ステレオ撮影の方向が複数なので、一方向の場合
に比較して対象物１の広い範囲の表面形状が計測でき
る。所定の撮影方向に対するステレオ撮影パラメータは
予め記憶されているので、対象物１とステレオ撮影部３
との位置決めは厳密に行われていなくても、正確な表面
形状測定を行うことができる。

【００１２】好ましくは、相対位置変更部４は、ステレ
オ撮影部３の位置を変位させ、又は対象物１の位置を変
位させるステージ２から構成されているとよい。ステー
ジ２の所定場所には、対象物１を置くと良い。また、相
対位置変更部４は、前記ステレオ撮影パラメータの算出
された前記複数の方向と同一となる相対変位を、ステレ
オ撮影部３により対象物１を撮影する際に行うように構
成されていると、ステレオ撮影パラメータにより正確な
対象物１の表面形状が測定できる。

【００１３】好ましくは、ステレオ撮影パラメータ記憶
手段５は、立体的に基準点が配置された校正用被写体１
１を対象物１の設置場所に置き、相対位置変更部４によ
りステレオ撮影部３が校正用被写体１１を撮影する方向
にセットし、ステレオ撮影部３により校正用被写体１１
を撮影し、前記撮影された校正用被写体１１のステレオ
画像からステレオ撮影パラメータを算出して、前記算出
されたステレオ撮影パラメータを記憶する構成とすると
良い。校正用被写体１１は基準点の位置が正確に判って
いるので、ステレオ撮影パラメータが正確に算出でき
る。

【００１４】好ましくは、ステレオ撮影パラメータ記憶
手段５は、予め記憶されている校正用被写体１１の基準
点位置と、ステレオ撮影部３の撮影した校正用被写体１
１の基準点のステレオ画像から算出された基準点位置と
を対比して、撮影パラメータを算出して記憶する構成と
すると良い。

【００１５】好ましくは、前記ステレオ撮影パラメータ
は、前記撮影する方向におけるステレオ撮像部３の基線
長、ステレオ撮影部３の撮影位置、ステレオ撮影部３の
傾きの少なくとも一つを含む構成とすると良い。ステレ
オ撮影パラメータは、ステレオ撮像部３で撮影した対と
なる画像を偏位修正画像に変換するパラメータである。
偏位修正画像に変換されたステレオ画像は立体視できる
状態にあるため、ステレオ画像の視差差から正確に対象
物１表面の凸凹が算定される。好ましくは、ステレオ撮
影部３は、撮像装置取付体３１に所定間隔ｌ（エル）を
隔てて平行に取りつけられた少なくとも２台の撮像装置
３２、３３を有する構成とすると良い。ステレオ撮影部
３は２台の撮像装置を備えているので、対象物のステレ
オ画像を同時に撮影することでき、対象物の数が多くて
対象物の表面形状を測定する作業量の多い場合や、振動
したり移動する対象物のように同時に撮影しないと対象
物のステレオ画像の得られない場合に適している。

【００１６】第２の発明の表面形状測定装置は、第１の
目的を達成するもので、図１８に示すように、対象物１
を撮影する撮像装置１０と、撮像装置１０と対象物１と
の位置関係を相対的に移動させる相対位置変更部４と、
撮像装置１０により対象物１を撮影する方向を、相対位
置変更部４により左撮影方向と右撮影方向を一組とする
ステレオ撮影方向に制御するステレオ撮影制御部９と、
撮像装置１０が対象物１を撮影する複数のステレオ撮影
方向におけるステレオ撮影パラメータを記憶する手段５
と、前記ステレオ撮影パラメータの算出された前記複数
のステレオ撮影方向から、撮像装置１０により対象物１
を撮影して、対象物１のステレオ画像を生成するステレ
オ画像生成手段６と、対象物１のステレオ画像から対象
物１の表面形状を測定する表面形状演算処理手段７とを
備えている。

【００１７】このように構成された装置においては、対
象物のステレオ画像を撮影する機能を、一台の撮像装置
１０とステレオ撮影制御部９を用いて実現している。第
１の発明のステレオ撮影部３に比較して、撮像装置の台
数が少ないので、設備価格が少なくて済み、対象物１の
個数が少ない用途に適している。

【００１８】好ましくは、相対位置変更部４は、撮像装
置１０の位置を変位させ、又は対象物１の位置を変位さ
せるステージを備えるとよい。また、相対位置変更部４
は、前記ステレオ撮影パラメータの算出された前記複数
のステレオ撮影方向と同一となる相対変位を、撮像装置
１０により対象物１を撮影する際に行うように構成され
ていると、ステレオ撮影パラメータにより正確な対象物
の表面形状が測定できる。

【００１９】好ましくは、ステレオ撮影パラメータ記憶
手段５は、立体的に基準点が配置された校正用被写体を
対象物１の設置場所に置き、相対位置変更部４により撮
像装置１０が校正用被写体１１を左撮影方向又は右撮影
方向にセットし、撮像装置１０により校正用被写体１１
を撮影し、左撮影方向及び右撮影方向における前記撮影
された校正用被写体１１のステレオ画像から撮像装置１
０のステレオ撮影パラメータを算出して、前記算出され
たステレオ撮影パラメータを記憶する構成とすると良
い。

【００２０】好ましくは、ステレオ撮影パラメータ記憶
手段５は、予め記憶されている校正用被写体１１の基準
点位置と、撮像装置１０の撮影した左撮影方向及び右撮
影方向における校正用被写体１１の基準点のステレオ画
像から算出された基準点位置とを対比して、ステレオ撮
影パラメータを算出して記憶する構成とすると良い。

【００２１】好ましくは、前記ステレオ撮影パラメータ
は、前記左撮影方向と右撮影方向における撮像装置１０
の撮影場所間の基線長、撮像装置１０の撮影位置、撮像
装置１０の傾きの少なくとも一つを含む構成とすると良
い。ステレオ撮影パラメータにより、ステレオ画像の視
差差から正確に対象物１表面の凸凹が算定される。

【００２２】第３の発明の表面形状測定装置は、第１の
目的を達成するもので、図１７に示すように、対象物１
をステレオ撮影するステレオ撮影部３と、ステレオ撮影
部３と対象物１との位置関係を相対的に移動させる相対
位置変更部４と、ステレオ撮影部３により対象物１を撮
影する方向を、対象物１の主要な周面のステレオ画像が
得られるように、相対位置変更部４により少なくとも３
方向移動させるステレオ撮影方向制御部１２と、ステレ
オ撮影方向制御部１２によって定められる方向であっ
て、ステレオ撮影部３が対象物１を撮影する方向におけ
るステレオ撮影パラメータを記憶する手段５と、前記ス
テレオ撮影パラメータの記憶された撮影する方向から、
ステレオ撮影部３により対象物１を撮影して、前記撮影
方向における対象物１のステレオ画像を生成するステレ
オ画像生成手段６と、対象物１のステレオ画像をステレ
オ撮影方向制御部１２によって定められる方向について
合成して、対象物１の主要な周面の表面形状を測定する
表面形状演算処理手段７とを備えている。

【００２３】このように構成された装置においては、対
象物の主要な周面の表面形状を測定する機能を、ステレ
オ撮影方向制御部１２の制御に基づいて相対位置変更部
４を作動して、ステレオ撮影部３により対象物１を撮影
する方向を少なくとも３方向移動させて、ステレオ画像
を得ることで実現している。一方向のステレオ画像から
対象物１の表面形状を測定できる範囲は限られている
が、少なくとも３方向からステレオ画像を撮影すること
で、対象物１の表面形状を測定できる範囲は対象物１の
周面の大部分がカバーされる。

【００２４】第４の発明の表面形状測定装置は、第１の
目的を達成するもので、図１９に示すように、対象物を
撮影する撮像装置１０と、撮像装置１０と対象物１との
位置関係を相対的に移動させる相対位置変更部４と、撮
像装置１０により対象物１を撮影する方向を、相対位置
変更部４により左撮影方向と右撮影方向を一組とするス
テレオ撮影方向に制御するステレオ撮影制御部９と、ス
テレオ撮影制御部９により対象物１をステレオ撮影する
方向を、対象物１の主要な周面のステレオ画像が得られ
るように、ステレオ撮影制御部９により少なくとも３方
向移動させる主要周面撮影方向制御部１３と、撮像装置
１０が対象物１を撮影するステレオ撮影方向におけるス
テレオ撮影パラメータを記憶する手段５と、主要周面撮
影方向制御部１３によって定められる方向であって、前
記ステレオ撮影パラメータの算出された前記ステレオ撮
影方向から、撮像装置１０により対象物１を撮影して、
対象物１のステレオ画像を生成するステレオ画像生成手
段６と、対象物１のステレオ画像を前記主要周面撮影方
向制御部によって定められる方向について合成して、対
象物１の主要な周面の表面形状を測定する表面形状演算
処理手段７とを備えている。

【００２５】好ましくは、請求項１乃至請求項１１の何
れか一つに記載の表面形状測定装置において、さらにス
テレオ撮影部３の撮影した対象物１のステレオ画像か
ら、対象物１の正射投影画像を生成する手段とを備える
構成とすると良い。好ましくは、対象物１の正射投影画
像を生成するに当たり、表面形状演算処理手段７の測定
した対象物１の表面形状を参酌するとよい。対象物１の
表面形状計測データからステレオ画像を正射投影画像に
再構成することにより、寸法の反映された画像を実際の
撮影画像から作成できる。また、正射投影画像は、図化
せずとも、画像そのものに正確な寸法が反映されている
ため、実際の状況が判断できると共に寸法精度が高く、
画像としての価値が高い。そこで、正射投影画像のまま
対象物表面形状データーベースとして記録保存しても資
料的価値のあるものである。好ましくは、正射投影画像
に対して画像処理を行って、特徴抽出やステレオ画像の
鮮鋭化等を行ってもよい。

【００２６】第５の発明の表面形状測定方法は、第１の
目的を達成するもので、図７、図８に示すように、立体
的に基準点が配置された校正用被写体１１を対象物１の
設置場所に置く（Ｓ１０）と共に、ステレオ撮影部３に
より校正用被写体１１を撮影する所定の方向に、ステレ
オ撮影部３又は校正用被写体１１の一方をセットし（Ｓ
２０）、ステレオ撮影部３により校正用被写体１１を撮
影し（Ｓ３０）、前記撮影された校正用被写体１１のス
テレオ画像からステレオ撮影パラメータを算出する（Ｓ
４０、Ｓ４８）工程を有する。好ましくは、算出された
ステレオ撮影パラメータを記憶しておくと良い。次に、
図１２、図１３に示すように、前記ステレオ撮影パラメ
ータの算出された前記複数の方向から（Ｓ７０）、ステ
レオ撮影部３により対象物１を撮影し（Ｓ８０）、前記
撮影された画像を前記ステレオ撮影パラメータを用いて
対象物１のステレオ画像として生成し（Ｓ１００、Ｓ１
０１）、対象物１のステレオ画像から対象物１の表面形
状を測定する（Ｓ１０２）工程を有する。

【００２７】第６の発明の表面形状測定方法は、第１の
目的を達成するもので、図７、図８に示すように、立体
的に基準点が配置された校正用被写体１１を対象物１の
設置場所に置き（Ｓ１０）、撮像装置１０により校正用
被写体１１を撮影する方向を、撮像装置１０のステレオ
撮影方向となる左撮影方向と右撮影方向に逐次セットし
て（Ｓ２０）、撮像装置１０により校正用被写体１１を
前記左撮影方向と右撮影方向から逐次撮影し（Ｓ３
０）、前記撮影された校正用被写体１１のステレオ画像
からステレオ撮影パラメータを算出する（Ｓ４０、Ｓ４
８）工程を有する。好ましくは、算出されたステレオ撮
影パラメータを記憶しておくと良い。次に、図１２、図
１３に示すように、前記ステレオ撮影パラメータの算出
された前記ステレオ撮影方向から（Ｓ７０）、撮像装置
１０により対象物１を撮影し（Ｓ８０）、前記撮影され
た画像を前記ステレオ撮影パラメータを用いて対象物１
のステレオ画像として生成し（Ｓ１００、Ｓ１０１）、
対象物１のステレオ画像から対象物１の表面形状を測定
する（Ｓ１０２）工程を有する。

【００２８】第７の発明の表面状態図化装置は、第２の
目的を達成するもので、請求項１乃至請求項１１の何れ
かに記載の表面形状測定装置によって測定された対象物
１のステレオ画像から、対象物１の表面状態を図化する
図化装置８を備えている。好ましくは、図化にあたって
は対象物１の表面状態を図化する用途に適合した人工知
能エンジンをもちいると良い。例えば、対象物１が埋蔵
文化財であれば、測定した表面状態を考古学的知見によ
り適宜修正して、単なる傷や付着物を除去して考古学的
に価値ある情報を抽出できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を説明す
る。図１は本発明の第１の実施の形態を説明する構成ブ
ロック図である。図において、計測対象物１は遺跡埋蔵
物、人体、車両、機械構造物等の表面形状や模様を非接
触で三次元的に測定する対象物である。テーブル２は計
測対象物１を設置する台で、ステージでもよい。ステレ
オ撮影部３はテーブル２に置かれた計測対象物１をステ
レオ撮影するもので、ＣＣＤ(Charge-coupled Device
s)、デジタルカメラ、写真フィルム式カメラ等の２台の
撮像装置３２、３３が、撮像装置取付体３１としての棒
体に間隔ｌにて取付けられている。２台の撮像装置３
２、３３の光軸は、計測対象物１に対して大略平行にな
るように撮像装置取付体３１に取付けられる。

【００３０】相対位置変更部４は、ここではテーブル２
を回転させる機構を有しており、モータのような回転駆
動部４１、回転駆動部４１の駆動力によりテーブル２を
回転させるテーブル回転軸４２、ステレオ撮影部連結棒
４３を備えている。ステレオ撮影部連結棒４３は、テー
ブル２とステレオ撮影部３との間隔ｄを一定値に保持す
ると共に、撮像装置取付体３１に取付けられた２台の撮
像装置３２、３３がテーブル２方向を向く姿勢に保持し
ている。なお、回転駆動部４１はテーブル２を数度の精
度で位置決めできる駆動力があれば良いので、作業者に
よって回転されるハンドルや取っ手でもよい。

【００３１】ステレオ撮影パラメータ記憶部５は、ステ
レオ撮影部３が計測対象物１を撮影する複数の方向にお
けるステレオ撮影パラメータを記憶するものである。な
お、ステレオ撮影パラメータについては後で詳細に説明
する。

【００３２】ステレオ画像生成手段６は、ステレオ撮影
パラメータの記憶された複数の方向から、ステレオ撮影
部３により計測対象物１を撮影して、計測対象物１のス
テレオ画像を生成するもので、例えば画像演算処理を高
速に行うプロセッサが使用される。ここでステレオ画像
とは、ステレオ撮影部３で撮影された右撮影方向と左撮
影方向の一組のステレオ撮影された画像を偏位修正し
て、立体視できるように調整したものをいう。ステレオ
撮影部３が計測対象物１を撮影する方向θは、テーブル
回転軸４２に設けられた回転角度センサの測定信号とし
てステレオ画像生成手段６に送られたり、或いはステレ
オ画像に撮影角度情報として紐付けされる。

【００３３】表面形状演算処理手段７は、計測対象物１
のステレオ画像から計測対象物１の表面形状を測定する
もので、この測定用演算には航空写真測量等で使用され
るステレオ画像による表面形状の凸凹測定の演算手法が
用いられる。表面形状演算処理手段７では、計測対象物
１の特徴点を抽出して、この特徴点の位置を求め、求め
られた特徴点の位置を基準に計測対象物１の全体的な表
面形状を測定するとよい。表示／図化部８は、表面形状
演算処理手段７で測定された計測対象物１の表面形状を
表示するＣＲＴや液晶等の表示装置や、紙面に図形を描
くプロッタやプリンタ、並びに立体的な印象データを取
得するデジタル図化機等が用いられる。表示／図化部８
としては、ステレオ視可能なステレオモニタとしてもよ
い。ステレオモニタを用いると、実際の計測対象物１を
立体画像にて再現できるだけでなく、画像を見ながら計
測や図化といったことが容易にできるようになる。な
お、ステレオ画像生成手段６、表面形状演算処理手段
７、表示／図化部８はデジタル図化機あるいはパソコン
の中に構成することもできる。

【００３４】図２は相対位置変更部の変形実施例を示す
要部構成図である。相対位置変更部４は、テーブル２の
支持軸４４を回転中心として、ステレオ撮影部３を回転
させる構成でもよい。ステレオ撮影部回転棒４４は、テ
ーブル２とステレオ撮影部３との間隔ｄを一定値に保持
すると共に、撮像装置取付体３１に取付けられた２台の
撮像装置３２、３３をテーブル２方向に保持している。
さらに、ステレオ撮影部回転棒４４は、回転駆動部４１
の駆動力によりテーブル２の支持軸４４を回転中心とし
て、回転する。

【００３５】図３はステレオ撮影パラメータの算出に用
いられる校正用被写体を説明する構成斜視図で、（Ａ）
は校正用被写体が断面矩形の筒体、（Ｂ）は断面六面体
の筒体、（Ｃ）は断面矩形の筒体における他の態様、
（Ｄ）は断面六面体の筒体における他の態様を示してあ
る。断面矩形の筒体の場合は、図３（Ａ）に示すよう
に、校正用被写体１１に４個の基準側面１１１が設けら
れている。各基準側面１１１には少なくとも６箇所に基
準点マーク１１３が形成してある。一平面の姿勢や座標
を決定するには、少なくとも６箇所の既知点が必要なた
めである。基準点マーク１１３は、例えば黒地に白のマ
ークや白地に黒のマーク、あるいはレトロレフラクティ
ブ・ターゲットのように反射するマークで、基準点マー
ク１１３の印刷されたシールを各基準側面１１１に貼付
してもよく、また各基準側面１１１に直接基準点マーク
１１３を印刷してもよい。断面六面体の筒体の場合は、
図３（Ｂ）に示すように、校正用被写体１１Ｂに６個の
基準側面１１１Ｂが設けられている。各基準側面１１１
Ｂには、少なくとも６箇所に基準点マーク１１３Ｂが形
成されており、一平面の姿勢や座標を決定するのに必要
な情報が確保してある。

【００３６】また、校正用被写体１１に設けられる各基
準側面１１１を区別する為に、直接基準点マーク１１３
の他に各基準側面１１１に側面基準ターゲット１１２を
形成しても良い。ここでは、側面基準ターゲット１１２
は、校正用被写体１１に設けられる各基準側面１１１を
区別する機能に加えて、基準点マーク１１３としての機
能も兼務している。断面矩形の筒体の場合は、図３
（Ｃ）に示すように、各基準側面１１１に、５箇所の基
準点マーク１１３と１箇所の側面基準ターゲット１１２
ａ、１１２ｂが形成してある。断面六面体の筒体の場合
は、図３（Ｄ）に示すように、校正用被写体１１Ｄに６
個の基準側面１１１Ｄが設けられている。各基準側面１
１１Ｄには、５箇所の基準点マーク１１３Ｄと１箇所の
側面基準ターゲット１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅが形
成してある。

【００３７】なお、図３（Ｃ）、（Ｄ）では、校正用被
写体１１の各基準側面１１１ごとに異なる側面基準ター
ゲット１１２を１つ配置しているものを例示している
が、各基準側面１１１の基準点マーク１１３に全部又は
一部に側面基準ターゲット１１２と同一のマークを用い
ても良い。また、側面基準ターゲット１１２としては、
マークの大きさを異なるものとしたり、色を変えても良
い。また、各基準側面１１１ごとの色を変えることで、
校正用被写体１１に設けられる各基準側面１１１を区別
してもよい。

【００３８】図４は校正用被写体に形成される基準点マ
ークと側面基準ターゲットの説明図で、（Ａ）は基準点
マーク、（Ｂ）は側面基準ターゲットを示している。基
準点マークには、例えば交差するストライクマーク（Ａ
１）、白抜き円形（Ａ２）、黒塗り円形（Ａ３）のよう
な基準点の三次元的な位置が明確に把握できる模様、図
形、記号等を用いる。側面基準ターゲットは、校正用被
写体１１に設けられる各基準側面１１１を区別する為に
用いられるもので、六角形（Ｂ１）、白十字（Ｂ２）、
ひし形（Ｂ３）、数字１（Ｂ４）、数字２（Ｂ５）、数
字３（Ｂ６）、黒塗り四角（Ｂ７）、斜線四角（Ｂ
８）、格子状四角（Ｂ９）等の模様、図形、記号等を用
いる。

【００３９】校正用被写体１１での基準点マーク１１３
の位置は、予め精密な機器により三次元座標系を用いて
計測しておく。図５は基準点マークの位置を記述する三
次元座標系ｘｙｚの説明図である。三次元座標系ｘｙｚ
は、校正用被写体１１が断面矩形の筒体の場合には、任
意の基準側面１１１を基準面として、校正用被写体１１
全体の基準点マーク１１３の座標を決定する。本実施の
形態では、校正用被写体１１の各基準側面１１１におい
てステレオ撮影を行なうため、基準側面１１１の数の分
ステレオ撮影を行なうことになる。ステレオ撮影する方
向は、各基準側面１１１をステレオ撮影部３によりステ
レオ撮影する方向で、概ね各基準側面１１１の法線方向
と一致させるのがよい。従って、計測対象物１の全周面
を分割する面数によって、校正用被写体１１の基準側面
１１１の面数を決めるのが良い。計測対象物１を詳細に
計測したければ、校正用被写体１１の基準側面１１１の
分割面数を多くする。例えば図３（Ｂ）のように、校正
用被写体１１の基準側面１１１の面数を６面とする。

【００４０】このように構成された装置における計測対
象物１の表面形状測定を次に説明する。図６は図１の装
置を用いた計測対象物の計測手順の全体を概括的に説明
するフローチャートである。最初に、計測のために座標
系を初期化する作業を行う（Ｓ１）。この際に、校正用
被写体１１を用いて、ステレオ撮影を行なう方向におけ
るステレオ撮影パラメータを求めておく。次に計測対象
物１のステレオ撮影と三次元計測を行なう（Ｓ２）。そ
して、計測対象物１の三次元計測結果より画像成果物を
作成する（Ｓ３）。例えば、等高線画像、鳥瞰図、断面
図、正射画像等が作成される。

【００４１】三次元計測結果を図化する場合、三次元計
測により作成した計測対象物１の正射投影画像により図
化を行なう（Ｓ４）。もし図化しないのであれば、この
Ｓ４を飛び越しても良い。そして、計測対象物１の三次
元計測結果をデータとして出力する（Ｓ５）。データ出
力は、成果品を図面として、プリンタ等で印刷したり、
ＤＸＦデータとしてファイル出力しても良く、その場
合、他のＣＡＤにわたして処理を行なってもよい。

【００４２】次に、Ｓ１の座標系初期化を詳細に説明す
る。図７はステレオ撮影を行なう方向における初期化作
業を説明するフローチャートである。まず、校正用被写
体１１をテーブル２に載せる（Ｓ１０）。次に、相対位
置変更部４によりテーブル２又はステレオ撮影部３の角
度θを設定する（Ｓ２０）。例えば最初は０度とする。
続いて、ステレオ撮影部３により校正用被写体１１のあ
る基準側面１１１に対するステレオ撮影を行なう（Ｓ３
０）。ステレオカメラの場合、２台同時に撮影すること
になる。また、校正用被写体１１に基準点マーク１１３
としてレトロレフラクティブ・ターゲットが貼ってあれ
ば、フラッシュをたいて撮影する。

【００４３】続いて、ステレオ撮影に必要とされる初期
化計測処理を行なう（Ｓ４０）。そして、校正用被写体
１１の全ての基準側面１１１を撮影して、初期化計測処
理が完了するまでこれら処理を繰り返す（Ｓ５０）。基
準側面１１１の数は、ステレオ撮影を行なう方向の数と
一致している為である。例えば、図３（Ａ）のように、
断面矩形の校正用被写体１１を利用する場合は、基準側
面１１１が４面あるので、角度θとして０、９０、１８
０、２７０度の４種類で撮影することになる。図３
（Ｂ）の校正用被写体１１Ｂのときは、基準側面１１１
Ｂが６面あるので、角度θとして０、６０、１２０、１
８０、２４０、３００度の６種類で撮影する。

【００４４】また、図７のフローチャートにおいては、
校正用被写体１１の各基準側面１１１ごとにＳ４０の逐
次初期化計測処理を行う場合を示しているが、Ｓ５０の
後で、全ての基準側面１１１分の撮影を終了してから、
撮影したステレオ画像をステレオ画像生成手段６と表面
形状演算手段７に転送して、初期化計測処理を一括して
行うように構成しても良い。その際に、角度θの情報だ
けでなく、基準側面１１１を判定させるような側面基準
ターゲット１１２を各基準側面１１１に配置対応させる
と（図３（Ｃ）、（Ｄ）参照）、さらに確実になる。こ
の場合には、校正用被写体１１を利用して各基準側面１
１１を決定してから、各基準側面１１１について図８に
示すような初期化計測処理を行わせればよい。

【００４５】次に、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示す校正用被
写体１１を利用して、各画像と測定面を対応付ける処理
について、以下説明する。なお、１個の側面に対して計
測と図化を行う場合、各画像と測定面を対応付ける処理
は必要ない。（ｉ）作業者がマニュアルで行う場合は、
表示／図化部８に画像を表示させて、手動にてステレオ
画像となるべき基準側面１１１のペア画像を決める。そ
の際に、ステレオ画像となるべき基準側面１１１のペア
画像は、側面基準ターゲット１１２の形状や模様、ある
いは色等の特徴により決定する。

【００４６】（ｉｉ）各基準側面１１１における側面基
準ターゲット１１２を画像処理により識別させて、自動
的にステレオ画像となるべき基準側面１１１のペア画像
を決めてもよい。例えば、各基準側面１１１における側
面基準ターゲット画像をテンプレート画像として、画像
相関処理によりどのマークかを識別させる。画像相関処
理には、残差逐次検定法（ＳＳＤＡ法）や正規化相関法
等を用いる。この場合は、正規化相関処理を用いればよ
り確実に求まる。テンプレート画像を、例えば図９に示
すように、Ｎ１×Ｎ１の大きさの画像とし、各種類のテ
ンプレートをＭ１×Ｍ１の画像領域内を探索させる。正
規化相関法の場合、結果として一番相関係数の高かった
テンプレートを、その側面とする。なお、正規化相関法
の詳細は後述する。側面基準ターゲット１１２の識別は
画像相関法ではなく、特徴抽出によるものや、その他を
用いても良い。但し、左右画像の識別は撮影状態によっ
て変わり判定が困難なので、例えば左→右と撮影順番を
決めておくとよい。

【００４７】次に、Ｓ４０の初期化計測処理の詳細につ
いて説明する。図８は図７の初期化計測処理の詳細を説
明するフローチャートである。初期化計測処理は各基準
側面１１１ごとのステレオ画像につき行なう。従って、
ステレオ撮影部３で撮影した左右の画像２枚をステレオ
ペアの一組として処理を行なうことになる。

【００４８】まず、ステレオペアの画像２枚分につい
て、基準点マーク１１３であるターゲットの重心位置検
出を行なう（Ｓ４２）。各基準点マーク位置は、例えば
相関法により概略その位置を検出し、さらに正確に重心
位置を算出する。最初から正確に位置検出を行ってもよ
いが、その場合演算処理に多大な時間を要する。ここで
は、概略位置検出のための処理として、残差逐次検定法
を以下に説明する。

【００４９】［相関法］高速に処理する場合、残差逐次
検定法（ＳＳＤＡ法）等を利用する。図９は残差逐次検
定法に用いられるテンプレート画像と、左右の画像の関
係を説明する図である。例えば、右画像から探索したい
テンプレート画像として、左画像中のＮ１×Ｎ１画素の
画像を採用する。そして、左画像中のＮ１×Ｎ１画素の
画像により、右画像の同一ライン上で探索を行う。そし
て、次の数１で定義される残差Ｒ（a,b）が最小になる
点が求める画像の位置である。

【００５０】

【数１】

【００５１】処理の高速化をはかるため、数１の加算に
おいて、Ｒ(a,b)の値が過去の残差の最小値を越えたら
加算を打ち切り、次の(a,b)に移るよう計算処理を行
う。以上で概略位置検出ができたら、さらにその基準点
マークの重心位置を正確に検出する。ここでは、正規化
相関法やモーメント法、エッジ検出法等利用できるが、
基準点マークの形状や精度によって最適な処理を利用す
る。例えば、基準点マークが円形ターゲットの場合はモ
ーメント法により重心検出し、ストライクマークの場合
はエッジ抽出により重心検出する。ここでは、モーメン
ト法を説明する。

【００５２】［モーメント法］図１０はモーメント法の
説明図で、縦軸は測定値ｆ(x,y)、横軸は空間分布Ｘ，
Ｙを表している。図中、しきい値Ｔ以上の測定値ｆ(x,
y)を有する点について、以下の式を施す。但し、図１０
は簡単のために１次元表示となっているが、実際は２次
元で行う。 ｘｇ＝｛Σｘ＊ｆ（ｘ、ｙ）｝／Σｆ（ｘ、ｙ） …… ｙｇ＝｛Σｙ＊ｆ（ｘ、ｙ）｝／Σｆ（ｘ、ｙ） …… ここで、（ｘｇ、ｙｇ）：重心位置の座標、ｆ（ｘ、
ｙ）：（ｘ、ｙ）座標上の濃度値とする。

【００５３】なお、初期化計測処理として相関法とモー
メント法を説明したが、ステレオ撮影を行なう方向にお
けるステレオ撮影パラメータを求めるものとして、他に
も様々な方式が知られている。そこで、基準点マークの
形状や校正用被写体で検出しやすいものであれば、相関
法やモーメント法と同一の機能を発揮する均等方法を適
宜採択できる。

【００５４】図８に戻り、２枚の画像の重心位置検出さ
れた基準点マークと、予め座標を精密に計測してある校
正用被写体１１の基準点マークの対応づけを行なう（Ｓ
４４）。測定される基準側面１１１は、撮影角度θによ
り判っているので、例えば基準点マークが６点の場合
は、その基準側面１１１上の６点のみ対応づけする。基
準点マークの位置は予め判っているため、どの位置に撮
影されているかは、予め予測可能となる。さらに位置を
明確にさせるために、各基準側面１１１における基準と
なる基準点マークの形を変えたり、大きさを変えたり、
あるいは各基準点マークに番号をふってそれを認識する
ことによっても対応づけを行うことができる。

【００５５】次に標定計算を行い、校正用被写体１１の
座標系を基準として、撮影した各撮像装置３２、３３の
三次元位置、傾き、カメラ間距離（基線長：ｌ）等のス
テレオ撮影パラメータを求める（Ｓ４６）。なお、ここ
では撮像装置がカメラである場合を例に説明する。 ［標定計算式］そこで、標定計算の詳細について説明す
る。標定計算は航空写真測量等で用いられているもの
で、標定計算により、左右それぞれの撮像装置の位置等
が求められる。以下の共面条件式によりステレオ撮影パ
ラメータを求める。

【００５６】図１１はモデル座標系ＸＹＺと左右のカメ
ラ座標系ｘｙｚを用いて標定計算を説明する図である。
モデル座標系ＸＹＺの原点Ｏを左側の投影中心にとり、
右側の投影中心を結ぶ線をＸ軸にとるようにする。縮尺
は、基線長ｌを単位長さにとる。このとき求めるパラメ
ータは、左側のカメラのＺ軸の回転角κ１、Ｙ軸の回転
角φ１、右側のカメラのＺ軸の回転角κ２、Ｙ軸の回転
角φ２、Ｘ軸の回転角ω２の５つの回転角となる。

【００５７】

【数２】

【００５８】この場合左側のカメラのＸ軸の回転角ω１
は０なので、考慮する必要ない。このような条件にする
と、式の共面条件式は式のようになり、この式を解
けば各パラメータが求まる。

【００５９】

【数３】

【００６０】ここで、モデル座標系ＸＹＺとカメラ座標
系ｘｙｚの間には、次に示すような座標変換の関係式が
成り立つ。

【数４】

【００６１】以上の式、、、を用いて、次の手
順により未知パラメータを求める。 Ｓ４６１：初期近似値は通常０とする。 Ｓ４６２：共面条件式を近似値のまわりにテーラー展
開し、線形化したときの微分係数の値を、式により
求め、観測方程式をたてる。 Ｓ４６３：最小二乗法をあてはめ、近似値に対する補正
量を求める。 Ｓ４６４：近似値を補正する。 Ｓ４６５：補正された近似値を用いて、Ｓ４６２からＳ
４６５までの操作を収束するまで繰り返す。

【００６２】以上の演算処理により、各カメラの三次元
位置および傾きが校正用被写体の座標系で求められる。
これらステレオ撮影パラメータを元に、立体視可能な偏
位修正画像を作成できるようになるので、ステレオ法に
よる三次元計測が可能となる。立体視可能とは、縦視差
が除去され、対象物に対して平行かつ鉛直な画像をい
う。

【００６３】そして、求められたステレオ撮影パラメー
タを各基準側面１１１を表す角度θにおいて記憶する
（Ｓ４８）。これで座標系初期化Ｓ１は終了である。こ
れら処理は、各計測のたびごとに最初にやっても良い
し、各座標系が経時変化による誤差を含まなければ、一
度だけ行なっておけば良い。また、回転駆動部４１をモ
ーターとして、校正用被写体１１を載せたテーブル２と
ステレオ撮影部３との角度θが、測定される基準側面１
１１の撮影角度θと一致するように動作するべくシーケ
ンス制御を行えば、校正用被写体１１をテーブル２に載
せるだけで全自動で行なうことが可能である。もちろん
校正用被写体１１を載せたテーブル２の角度が撮影角度
θと一致するように、作業者がマニュアルにて合せ、撮
影、処理させても良い。

【００６４】次にＳ２の計測対象物１のステレオ撮影に
ついて説明する。図１２は計測対象物をステレオ撮影す
る手続きを説明するフローチャートである。まず、計測
対象物１をテーブル２に載せる（Ｓ６０）。相対位置変
更部４に対して、計測対象物１をステレオ撮影部３にて
撮影する方向となる角度θを設定する（Ｓ７０）。例え
ば最初なら０度にする。そして、ステレオ撮影部３によ
り計測対象物１を撮影する（Ｓ８０）。ステレオカメラ
の場合２枚同時に取得する。

【００６５】次に、計測対象物１を撮影すべき全ての撮
影方向に対応する角度にてステレオ撮影が終了したか判
断する（Ｓ９０）。もし、終了していない場合は、相対
位置変更部４に対して、次の計測対象物１をステレオ撮
影部３にて撮影する方向となる角度θを設定する（Ｓ７
０）。例えば、図３（Ａ）のような断面矩形の校正用被
写体１１で初期化補正した場合は、０、９０、１８０、
２７０度が撮影方向となる。また、図３（Ｂ）のような
断面６角形の校正用被写体１１で初期化補正した場合
は、０、６０、１２０、１８０、２４０、３００度等で
上記撮影を繰り返す。

【００６６】計測対象物１に対するステレオ画像が全て
の撮影角度にて終了したら、表面形状演算処理手段７に
より計測処理を行なう（Ｓ１００）。但し、表面形状演
算処理手段７による計測処理は、各撮影方向に対応する
角度におけるステレオ撮影の直後、即ちＳ８０とＳ９０
の間で逐次行なっても良い。逐次行う構成とすると、計
測対象物１のステレオ撮影と表面形状演算処理手段７に
よる計測処理が並列に進行するので、全体の作業時間が
短縮される。

【００６７】図１３は表面形状演算処理手段による計測
処理を説明するフローチャートである。表面形状演算処
理手段７による計測処理は、各撮影角度で取得された２
枚のステレオ画像ごとに行なう。まず、予め求められた
ステレオ撮影パラメータから、実際の計測対象物１のス
テレオ画像を偏位修正処理し、立体視可能な偏位修正画
像に再構成する（Ｓ１０１）。なお、Ｓ１０１の処理
は、ステレオカメラが平行に縦視差がないように取付け
てあり、かつ経時変化がなければ必要ない。しかしなが
ら、Ｓ１０１の処理を行えば、厳密にステレオカメラを
設置する必要はなく、経時変化を気にする必要なくなる
という利点がある。

【００６８】図１４は偏位修正処理の一例を示す図で、
処理前と処理後を左右の画像について説明してある。偏
位修正処理により、左右の画像の縦視差が除去され、水
平ラインが等しくなり、各画像の歪が除去された偏位修
正画像が得られる。

【００６９】次に、計測対象物１の各撮影角度におい
て、計測対象物１の輪郭や特徴点を計測する（Ｓ１０
２）。計測対象物１の輪郭や特徴点を計測することは、
表示／図化部８のステレオ画像の表示画像を見ながら、
マウス等で左右画像の対応点を指示することで行なう。
Ｓ１０２の計測処理は、各画像のステレオ撮影パラメー
タより、測定対象物に平行な偏位修正画像が作成できて
いるので、左右画像の対応点を指定するだけで、ステレ
オ法の原理からその位置の三次元座標が求まる。

【００７０】［ステレオ法］図１５はステレオ法の原理
を説明する図である。ここでは、簡単のために同じカメ
ラを２台使用し、それぞれの光軸は平行でカメラレンズ
の主点から画像１，２が結像するＣＣＤ面までの距離ａ
が等しく、ＣＣＤは光軸に直角に置かれているものとす
る。また、２つの光軸間距離（基線長）をｌとする。す
ると、物体上の点Ｐ１（ｘ１、ｙ１）、Ｐ２（ｘ２、ｙ
２）の座標の間には、以下のような関係がある。

【００７１】ｘ１＝ａｘ／ｚ −−−（８） ｙ１＝ｙ２＝ａｙ／ｚ −−−（９） ｘ２−ｘ１＝ａｌ／ｚ −−−（１０） 但し、全体の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の原点をカメラ１の
レンズ主点にとるものとする。そして、式（１０）より
ｚを求め、これを用いて式（８）、式（９）よりｘ、ｙ
が求められる。

【００７２】なお、Ｓ１０３にて自動計測を行う場合
は、Ｓ１０２にて計測対象物１の輪郭を指定することに
より、自動計測範囲を設定することになる。従って特徴
点は計測しなくとも、次の自動測定のために概略の輪郭
（自動測定範囲）を各画像につき指定するだけでも良
い。また、自動測定範囲は、対象物までの距離情報や特
徴点抽出処理等の画像処理を利用して自動設定すること
も可能である。

【００７３】さらに、特徴点を計測した場合、これらデ
ータは自動計測の初期値としても利用される。また、測
定面全面の三次元計測は必要なく、特徴点の計測だけ必
要なときは、次のＳ１０３の処理は行わずとも、ここで
計測されたデータのみを使用すればよい。但し、Ｓ１０
３の処理を行わない場合には、後で表示／図化部８によ
り画像を図化した場合に、図化された画像はＳ１０３の
処理を行う場合に比較して正確性に乏しくなる。

【００７４】続いて、自動計測（ステレオマッチング）
を行なう（Ｓ１０３）。ステレオマッチング処理には、
正規化相関処理を用いたエリアベースのマッチングを利
用する。また、Ｓ１０２で特徴点を計測してあれば、そ
れら情報も利用する。これにより対象物表面の密な三次
元座標を取得することが可能となる。

【００７５】［正規化相関法］次に、正規化相関処理に
ついて説明する。図９に示すように、例えば左画像中の
Ｎ１×Ｎ１画素の画像を右画像から探索したいテンプレ
ート画像とし、右画像の同一ライン上で探索を行う。そ
して、数５にて定義される相関係数Ｃ（a,b）が最大に
なる点が求める画像の位置である。

【００７６】

【数５】

【００７７】自動計測によって算出された対応点座標に
より、その位置の三次元座標が、式（８）、（９）、
（１０）により算出される。これら計測された三次元座
標によって、画像成果物作成が可能となる。画像成果物
は、三次元座標値を元に作成されるため、三次元座標値
が多ければ多いほど正確な画像成果品が作成できる。ま
た、各測定面における座標系は校正用被写体１１の座標
系なので、そのまま各撮影角度θの画像を統合するだけ
で、計測対象物１を全周からみた画像が作成される。

【００７８】次に、図６のＳ４の図化について説明す
る。例えば、三次元座標が求まっていれば、これらを元
に正射投影画像を作成することができる。図１６は中心
投影画像と正射投影画像との相違を説明する図である。
レンズにより撮影した画像は、被写体をレンズの主点か
ら撮影しているので、中心投影となっていて像に歪があ
る。これに対して正射投影画像は、被写体を無限遠に位
置するレンズにて平行投影とした画像で、地図のよう
に、画像そのものに正確な被写体の寸法が現れている。

【００７９】従って正射投影画像を作成すれば、計測対
象物１の図面化を行なう際に、その正射投影画像上をな
ぞれば、図面を容易に作成することが可能となる。従来
の埋蔵文化財のような実物を傍において見ながら図化す
る作業と比較して、正射投影画像によれば多大な省力化
が可能であると同時に、その寸法精度も正確なものとな
る。すなわち、誰でも簡単に精度よい図化が可能とな
る。また、図面化せずとも、ステレオ画像や正射投影画
像からいつでも計測対象物１の再現、図化が可能となる
為、ステレオ画像や正射投影画像の状態で保存しても大
変利用価値が高い。

【００８０】図１７は本発明の第２の実施の形態を説明
する構成ブロック図である。第１の実施の形態と比較す
ると、ステレオ撮影方向制御部１２とステレオ画像記憶
部１５を有している点で相違する。ステレオ撮影方向制
御部１２は、ステレオ撮影部３により計測対象物１を撮
影する方向としての角度θを、計測対象物１の主要な周
面のステレオ画像が得られるように、相対位置変更部４
により少なくとも３方向移動させる構成としている。そ
こで、多量の計測対象物１を計測する作業が、ステレオ
撮影方向制御部１２により効率化される。ステレオ撮影
方向制御部１２としては、例えばＰＬＣ（プログラマブ
ル・ロジック・コントローラ）にシーケンスプログラム
を登録して回転駆動部４１とステレオ撮影部３を連動し
て制御させるとよい。

【００８１】ステレオ画像記憶部１５は、ステレオ撮影
部３により撮影された一組の計測対象物１のステレオ画
像を記憶するもので、好ましくは撮影角度θと共に記憶
すると良い。さらに、ステレオ画像記憶部１５には、正
射投影画像に変換された計測対象物１の画像も、ステレ
オ画像と共に記憶させると良い。

【００８２】図１８は本発明の第３の実施の形態を説明
する構成ブロック図である。第１の実施の形態と比較す
ると、対象物をステレオ撮影する機能を、一台の撮像装
置１０とステレオ撮影制御部９を用いて実現している。
ステレオ撮影制御部９は、撮像装置１０により計測対象
物１を撮影する方向を、相対位置変更部４としての撮像
装置連結棒４６を回転制御して、左撮影方向と右撮影方
向を一組とするステレオ撮影方向に制御する。撮像装置
連結棒４６は、テーブル２と撮像装置１０との間隔ｄを
一定値に保持すると共に、回転駆動部４１にて撮像装置
１０の位置を回転角度差Δθ離れた位置に移動させる。
回転角度差Δθ離れた位置における撮像装置１０の間隔
は基線長ｌ（エル）となり、左撮影方向と右撮影方向に
相当している。ここでは、モノラル画像記憶部１６にお
いて、撮像装置１０で撮影された計測対象物１の画像を
撮影角度θと共に記憶すると良い。ステレオ撮影制御部
９における一組の撮影方向と、モノラル画像記憶部１６
に記憶された所定の撮影方向の画像を２枚組合せること
で、ステレオ画像生成手段６による処理を可能としてい
る。

【００８３】なお、第３の実施の形態の場合、各ステレ
オペアが収束撮影、即ちそれぞれの撮影画像が対象物と
直角になっているため平行にならない。そこで、左右そ
れぞれの画像について見える範囲や縮尺が、第１及び第
２の実施の形態に用いられるステレオ撮影部３と比較し
て、安定性に乏しい。そこで、計測対象物１の形状が複
雑な場合には、計測精度が安定しなかったり、自動計測
（ステレオマッチング）がうまく行かない蓋然性が、第
１及び第２の実施の形態に用いられるステレオ撮影部３
と比較して、高くなる。

【００８４】図１９は本発明の第４の実施の形態を説明
する構成ブロック図である。第３の実施の形態と比較す
ると、主要周面撮影方向制御部１３とステレオ画像記憶
部１５を有している点で相違する。主要周面撮影方向制
御部１３は、ステレオ撮影制御部９により対象物１をス
テレオ撮影する方向を、対象物１の主要な周面のステレ
オ画像が得られるように、ステレオ撮影制御部９により
少なくとも３方向移動させるものである。ここで、３方
向移動とは、左撮影方向と右撮影方向を一組とするステ
レオ撮影方向が３方向であることを言う。そこで、多量
の計測対象物１を計測する作業が、主要周面撮影方向制
御部１３により効率化される。主要周面撮影方向制御部
１３としては、例えばＰＬＣにシーケンスプログラムを
登録して回転駆動部４１、ステレオ撮影制御部９、撮像
装置１０を連動して制御させるとよい。

【００８５】ステレオ画像記憶部１５は、モノラル画像
記憶部１６に記憶された画像を、ステレオ撮影制御部９
により撮影された一組の計測対象物１のステレオ画像と
して記憶するもので、好ましくは撮影角度θと共に記憶
すると良い。さらに、正射投影画像に変換された計測対
象物１の画像も、共に記憶すると良い。

【００８６】なお、上記の実施の形態においては、埋蔵
文化財のように計測対象物１を全周からみた画像が必要
な場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば人体や機械構造物のように正面と左
右の側面の表面形状を正確に測定する必要があるが、背
面に付いては大略が判れば良いという用途では、必要と
される範囲のステレオ画像の得られる撮影角度θを適宜
複数選択すればよい。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面形状
測定装置によれば、対象物をステレオ撮影するステレオ
撮影部と、ステレオ撮影部と対象物との位置関係を相対
的に移動させる相対位置変更部と、ステレオ撮影部が対
象物を撮影する複数の方向におけるステレオ撮影パラメ
ータを予め記憶しておき、ステレオ撮影パラメータの記
憶された前記複数の方向から、ステレオ撮影部により対
象物を撮影して、対象物のステレオ画像を生成するステ
レオ画像生成手段と、対象物のステレオ画像から対象物
の表面形状を測定する表面形状演算処理手段とを備える
構成としているので、ステレオ撮影部と対象物の位置決
めを厳格に行わなくても、正確な測定値が得られる。即
ち、回転台に対象物を置いて計測する場合、通常は回転
中心に厳密に設置しなければいけなかったり、回転中心
を厳密に求める必要があるが、そのような作業は一切必
要とせず、ただステレオ撮影パラメータを用いて正確な
対象物の表面形状の測定が行える。

【００８８】また、請求項２に記載の発明のように、ス
テレオ撮影パラメータは、立体的に基準点が配置された
校正用被写体を対象物の設置場所に置き、前記相対位置
変更部により前記ステレオ撮影部が校正用被写体を撮影
する方向にセットし、前記ステレオ撮影部により校正用
被写体を撮影し、撮影された校正用被写体のステレオ画
像からステレオ撮影パラメータを算出しているので、校
正用被写体による座標系で統一されて対象物のステレオ
画像が得られ、対象物の全周画像又は主要な周面の画像
が各撮影角度での画像を統合するだけで簡単に作成でき
る。

【００８９】さらに、請求項７に記載の発明のように、
対象物の正射投影画像を作成すると、正射投影画像を用
いて対象物の表面形状が再現可能となり、画像情報とし
てデーターベースを構築する場合の価値もあがり、大変
利用価値が高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を説明する構成ブ
ロック図である。

【図２】 相対位置変更部の変形実施例を示す要部構成
図である。

【図３】 ステレオ撮影パラメータの算出に用いられる
校正用被写体を説明する構成斜視図である。

【図４】 校正用被写体に形成される基準点マークと側
面基準ターゲットの説明図である。

【図５】 基準点マークの位置を記述する三次元座標系
ｘｙｚの説明図である。

【図６】 図１の装置を用いた計測対象物の計測手順の
全体を概括的に説明するフローチャートである。

【図７】 ステレオ撮影を行なう方向における初期化作
業を説明するフローチャートである。

【図８】 図７の初期化計測処理の詳細を説明するフロ
ーチャートである。

【図９】 残差逐次検定法及び正規化相関法に用いられ
るテンプレート画像と、左右の画像の関係を説明する図
である。

【図１０】 モーメント法の説明図で、縦軸は測定値ｆ
(x,y)、横軸は空間分布Ｘ，Ｙを表している。

【図１１】 モデル座標系ＸＹＺと左右のカメラ座標系
ｘｙｚを用いて標定計算を説明する図である。

【図１２】 計測対象物をステレオ撮影する手続きを説
明するフローチャートである。

【図１３】 表面形状演算処理手段による計測処理を説
明するフローチャートである。

【図１４】 偏位修正処理の一例を示す図で、処理前と
処理後を左右の画像について説明してある。

【図１５】 ステレオ法の原理を説明する図である。

【図１６】 中心投影画像と正射投影画像との相違を説
明する図である。

【図１７】 本発明の第２の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。

【図１８】 本発明の第３の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。

【図１９】 本発明の第４の実施の形態を説明する構成
ブロック図である。

【符号の説明】

１ 対象物 ２ テーブル ３ ステレオ撮影部 ４ 相対位置変更部 ５ ステレオ撮影パラメータ記憶手段 ６ ステレオ画像生成手段 ７ 表面形状演算処理手段 ８ 表示／図化部 ９ ステレオ撮影制御部 １０ 撮像装置 １１ 校正用被写体 １２ ステレオ撮影方向制御部 １３ 主要周面撮影方向制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA49 AA51 BB24 BB27 CC11 CC16 DD06 FF05 JJ03 JJ26 KK02 MM01 MM04 PP13 QQ04 QQ18 QQ24 QQ31 QQ38 QQ42 RR08 SS02 UU05 2F112 AC06 BA05 CA08 FA07 FA21 FA31 FA36 FA38 FA39 FA45 5B057 AA20 BA02 BA19 CA02 CA08 CA13 CA16 CB02 CB06 CB12 CB16 CC01 CD14 CE11 CE15 DA07 DB03 DB05 DB09 DC09 DC34

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物をステレオ撮影するステレオ撮影
   部と；前記ステレオ撮影部と前記対象物との位置関係を
   相対的に移動させる相対位置変更部と；前記ステレオ撮
   影部が前記対象物を撮影する複数の方向におけるステレ
   オ撮影パラメータを記憶する手段と；前記ステレオ撮影
   パラメータの記憶された前記複数の方向から、前記ステ
   レオ撮影部により前記対象物を撮影して、前記対象物の
   ステレオ画像を生成する手段と；前記対象物のステレオ
   画像から前記対象物の表面形状を測定する手段とを備え
   る；表面形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記ステレオ撮影パラメータ記憶手段
   は、立体的に基準点が配置された校正用被写体を前記対
   象物の設置場所に置き、前記相対位置変更部により前記
   ステレオ撮影部が前記校正用被写体を撮影する方向にセ
   ットし、前記ステレオ撮影部により前記校正用被写体を
   撮影し、前記撮影された前記校正用被写体のステレオ画
   像から前記ステレオ撮影パラメータを算出して、前記算
   出されたステレオ撮影パラメータを記憶することを特徴
   とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記ステレオ撮影パラメータ記憶手段
   は、予め記憶されている前記校正用被写体の基準点位置
   と、前記ステレオ撮影部の撮影した前記校正用被写体の
   基準点のステレオ画像から算出された基準点位置とを対
   比して、撮影パラメータを算出して記憶することを特徴
   とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
4. 【請求項４】 対象物を撮影する撮像装置と；前記撮像
   装置と前記対象物との位置関係を相対的に移動させる相
   対位置変更部と；前記撮像装置により前記対象物を撮影
   する方向を、前記相対位置変更部により左撮影方向と右
   撮影方向を一組とするステレオ撮影方向に制御するステ
   レオ撮影制御部と；前記撮像装置が前記対象物を撮影す
   る複数のステレオ撮影方向におけるステレオ撮影パラメ
   ータを記憶する手段と；前記ステレオ撮影パラメータの
   算出された前記複数のステレオ撮影方向から、前記撮像
   装置により前記対象物を撮影して、前記対象物のステレ
   オ画像を生成する手段と；前記対象物のステレオ画像か
   ら前記対象物の表面形状を測定する手段とを備える；表
   面形状測定装置。
5. 【請求項５】 対象物をステレオ撮影するステレオ撮影
   部と；前記ステレオ撮影部と前記対象物との位置関係を
   相対的に移動させる相対位置変更部と；前記ステレオ撮
   影部により前記対象物を撮影する方向を、前記対象物の
   主要な周面のステレオ画像が得られるように、前記相対
   位置変更部により少なくとも３方向移動させるステレオ
   撮影方向制御部と；前記ステレオ撮影方向制御部によっ
   て定められる方向であって、前記ステレオ撮影部が前記
   対象物を撮影する方向におけるステレオ撮影パラメータ
   を記憶する手段と；前記ステレオ撮影パラメータの記憶
   された撮影する方向から、前記ステレオ撮影部により前
   記対象物を撮影して、前記撮影方向における前記対象物
   のステレオ画像を生成する手段と；前記対象物のステレ
   オ画像を前記ステレオ撮影方向制御部によって定められ
   る方向について合成して、前記対象物の主要な周面の表
   面形状を測定する手段とを備える；表面形状測定装置。
6. 【請求項６】 対象物を撮影する撮像装置と；前記撮像
   装置と前記対象物との位置関係を相対的に移動させる相
   対位置変更部と；前記撮像装置により前記対象物を撮影
   する方向を、前記相対位置変更部により左撮影方向と右
   撮影方向を一組とするステレオ撮影方向に制御するステ
   レオ撮影制御部と；前記ステレオ撮影制御部により前記
   対象物をステレオ撮影する方向を、前記対象物の主要な
   周面のステレオ画像が得られるように、前記ステレオ撮
   影制御部により少なくとも３方向移動させる主要周面撮
   影方向制御部と；前記撮像装置が前記対象物を撮影する
   ステレオ撮影方向におけるステレオ撮影パラメータを記
   憶する手段と；前記主要周面撮影方向制御部によって定
   められる方向であって、前記ステレオ撮影パラメータの
   算出された前記ステレオ撮影方向から、前記撮像装置に
   より前記対象物を撮影して、前記対象物のステレオ画像
   を生成する手段と；前記対象物のステレオ画像を前記主
   要周面撮影方向制御部によって定められる方向について
   合成して、前記対象物の主要な周面の表面形状を測定す
   る手段とを備える；表面形状測定装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６の何れか一つに記
   載の表面形状測定装置において；さらに前記ステレオ撮
   影部の撮影した前記対象物のステレオ画像から、前記対
   象物の正射投影画像を生成する手段とを備える表面形状
   測定装置。
8. 【請求項８】 立体的に基準点が配置された校正用被写
   体を対象物の設置場所に置くと共に、ステレオ撮影部に
   より前記校正用被写体を撮影する所定の方向にセット
   し；前記ステレオ撮影部により前記校正用被写体を撮影
   し；前記撮影された前記校正用被写体のステレオ画像か
   らステレオ撮影パラメータを算出し；前記ステレオ撮影
   パラメータの算出された前記所定の方向から、前記ステ
   レオ撮影部により前記対象物を撮影し；前記撮影された
   画像を前記ステレオ撮影パラメータを用いて前記対象物
   のステレオ画像として生成し；前記対象物のステレオ画
   像から前記対象物の表面形状を測定する；工程を有する
   表面形状測定方法。
9. 【請求項９】 立体的に基準点が配置された校正用被写
   体を対象物の設置場所に置き；撮像装置により前記校正
   用被写体を撮影する方向を、前記撮像装置のステレオ撮
   影方向となる左撮影方向と右撮影方向に逐次セットし
   て、前記撮像装置により前記校正用被写体を前記左撮影
   方向と右撮影方向から逐次撮影し；前記撮影された前記
   校正用被写体のステレオ画像からステレオ撮影パラメー
   タを算出し；前記ステレオ撮影パラメータの算出された
   前記ステレオ撮影方向から、前記撮像装置により前記対
   象物を撮影し；前記撮影された画像を前記ステレオ撮影
   パラメータを用いて前記対象物のステレオ画像として生
   成し；前記対象物のステレオ画像から前記対象物の表面
   形状を測定する；工程を有する表面形状測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項７の何れか一つに
    記載の表面形状測定装置によって測定された前記対象物
    のステレオ画像から、前記対象物の表面状態を図化する
    表面状態図化装置。