JP2003065737A - System and method for measuring surface shape and system for illustrating surface condition - Google Patents
System and method for measuring surface shape and system for illustrating surface conditionInfo
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Abstract
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method for non-contact three-dimensionally measuring the surface shape and pattern of archaeological objects, human bodies, vehicles, mechanical structures and the like. Furthermore, the present invention relates to a surface shape plotting apparatus for drawing the surface shape or pattern of a buried object or the like measured by a surface shape measuring apparatus.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, when measuring the surface shape of earthenware, which is a typical example of archaeological objects, a person should sketch while measuring with a ruler, or trace the surface of the earthenware with a contact-type measuring instrument. I was measuring the shape. Further, a non-contact type surface profile measuring device which shoots with slit light and shoots with laser light is also used.
【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。Also in the case of the human body, for example, in order to determine the size of clothes that matches the body type of the purchaser, a store clerk measures the body size of the purchaser with a tape measure at a clothing store. In the case of vehicles and machine structures, prototype inspection at the time of design, product inspection at the time of shipment, judgment of replacement time of replacement parts at regular inspection,
A surface profile measuring device is used.
【0004】[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。However, when the surface shape of the archaeological deposits is measured by the contact type or non-contact type surface shape measuring device, the conventional device has a problem that the equipment cost rises. In addition, for archaeological purposes, it is necessary to map the surface condition such as the pattern of archaeological reserves,
The conventional device has a problem that accurate plotting is difficult. Specifically, there are the following problems depending on the measurement mode of the archaeological reserves. When a person measures and sketches, it takes a lot of time and effort to draw a pattern and the like, but there is a problem that individual differences occur depending on the person who draws it, although skill is required. In addition, there is a problem that the dimensional accuracy is insufficient.
【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。In the case of a contact-type measuring instrument, it takes time and effort to trace the surface of the archaeological deposit as an object in the measurement, and at the same time, after the measurement, the characteristics of the archaeological deposit surface are visualized and visualized. There is a need. With a non-contact type surface shape measuring device such as slit light or laser light, the surface of the archaeological site is measured in a non-contact manner. However, when plotting the surface shape and pattern of archaeological reserves,
There is a problem in that it is necessary to draw a diagram while comparing the actual surface shape and pattern with the measured data, and the accuracy of the positional relationship between the measured data and the surface shape or pattern is limited.
【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。代表的な遺跡の場合
には、遺跡埋蔵物の出土点数が5000個程度となり、
図化作業の負担も少なくない。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。As common to the above items, since the results of drawing are grasped from an archeological point of view, there is a problem that the truth or falsehood cannot be known unless it is compared with a photograph of an actual object. It was In addition, archaeological surveys are carried out when buried cultural properties are discovered in public works and civil engineering construction work, but if the archeological survey period becomes long, the construction interruption period will be prolonged and the construction period of the civil engineering construction facility will be prolonged. Will be prolonged. In the case of a typical archaeological site, the number of excavated points in the archaeological site is about 5000,
The burden of plotting work is not small. Therefore, shortening the archeological survey period has become an urgent desire for contractors, and if the archaeological reserves can be mapped quickly, it will greatly contribute to the public interest.
【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。Also, in the case of the human body, there are many buyers who do not feel that the shopper's body shape is measured by the clerk.
Therefore, it is conceivable to install a non-contact type human body surface profile measuring device in the retail store, but it is not popular because of the privacy issue of the purchaser and the amount of capital investment is high for the retail store. There are challenges.
【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。Further, in the case of a vehicle or a mechanical structure, there is a problem that the surface profile measuring device becomes very large and the measurement also requires time. Especially in the product inspection at the time of shipment, the time required for the inspection affects the delivery time delivered to the customer, and in the case of the periodic inspection, it is important for the customer's equipment operation if the measurement is not performed quickly within the limited inspection period. There was a problem that it had a great influence.
【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。A first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method capable of quickly measuring the surface shape or pattern of a measurement target such as a buried object or a human body. Is to provide. A second object of the present invention is to provide a surface shape plotting device capable of accurately drawing surface shapes and patterns of archaeological objects etc. measured by a surface shape measuring device.
【0010】[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及び図2
に示すように、測定対象物1をステレオ撮影するステレ
オ撮影ユニットを複数有するステレオ撮影部3と、前記
ステレオ撮影ユニットが測定対象物1をステレオ撮影す
る複数の方向毎の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、前記ステレオ撮影部3により測定対象
物1を撮影して、測定対象物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、測定対象物1のステレオ
画像から測定対象物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。The surface shape measuring apparatus of the first invention achieves the first object, and FIG. 1 and FIG.
As shown in FIG. 3, a stereo photographing unit 3 having a plurality of stereo photographing units for photographing the measurement object 1 in stereo, and means for storing stereo photographing parameters for each of a plurality of directions in which the stereo photographing unit stereo-photographs the measurement object 1. 5, stereo image generation means 6 for generating a stereo image of the measuring object 1 by photographing the measuring object 1 by the stereo photographing unit 3 from the plurality of directions in which the stereo photographing parameters are stored; The surface shape calculation processing means 7 for measuring the surface shape of the measurement object 1 from the stereo image of the object 1 is provided.
【0011】このように構成された装置においては、測
定対象物1をステレオ撮影部3にて撮影する場所に置い
て、ステレオ撮影部3を構成する2以上のステレオ撮影
ユニットにより、測定対象物1を複数の方向からステレ
オ撮影する。ここで、各ステレオ撮影ユニットは、右側
撮像装置3Rと左側撮像装置3Lとによって測定対象物
1をステレオ撮影するものである。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測定対象物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、測定対象物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。また、ステレオ撮影部3は2以上のステレ
オ撮影ユニットから構成されているので、測定対象物1
の周面を広範囲に撮影する場合にも、測定対象物1を回
転させたりステレオ撮影ユニットを移動させる必要がな
く、撮影が迅速に行える。In the apparatus configured as described above, the measurement object 1 is placed at a place where the stereo image pickup section 3 takes an image, and the measurement object 1 is measured by two or more stereo image pickup units constituting the stereo image pickup section 3. Shoot in stereo from multiple directions. Here, each stereo imaging unit stereoscopically images the measuring object 1 by the right imaging device 3R and the left imaging device 3L. Since there are a plurality of stereo photographing directions, it is possible to measure the surface shape of a wide range of the measuring object 1 as compared with the case of one direction. Since stereo shooting parameters for a predetermined shooting direction are stored in advance, accurate surface shape measurement can be performed even if positioning of the measurement target 1 and the stereo shooting unit 3 is not strictly performed. Further, since the stereo photographing unit 3 is composed of two or more stereo photographing units, the measurement target 1
Even when the peripheral surface of the object is imaged over a wide area, it is not necessary to rotate the measurement object 1 or move the stereo imaging unit, and the imaging can be performed quickly.
【0012】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を測定対象物1の設置場所に置き、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各ステレオ撮影ユニッ
トの撮影方向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。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、各ステレオ撮影ユニットのステレオ撮
影パラメータが正確に算出できる。Preferably, the stereoscopic photographing parameter storage means 5 has a calibration subject 1 in which reference points are three-dimensionally arranged.
1 is placed at the installation location of the object to be measured 1, and the stereo image pickup unit 3
The calibration subject 11 is photographed by the above, the stereo photographing parameter of the photographing direction of each stereo photographing unit is calculated from the captured stereo image of the calibration subject 11, and the calculated stereo photographing parameter is stored. good. Since the position of the reference point of the calibration subject 11 is accurately known, the stereo shooting parameters of each stereo shooting unit can be accurately calculated.
【0013】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、ステレオ撮影パラメータを算出する構成と
すると良い。ここで、ステレオ撮影パラメータは、前記
撮影する方向における各ステレオ撮影ユニットの基線
長、各ステレオ撮影ユニットの撮影位置、各ステレオ撮
影ユニットの傾きの少なくとも一つを含むと良い。ステ
レオ撮影パラメータは、各ステレオ撮影ユニットで撮影
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
確に測定対象物1表面の凸凹が算定される。Preferably, the stereo photographing parameter storage means 5 stores the reference point position of the calibration subject 11 stored in advance and the calibration subject 1 photographed by the stereo photographing unit 3.
The stereo photographing parameter may be calculated by comparing the reference point position calculated from the stereo image of the first reference point. Here, the stereo shooting parameter may include at least one of a baseline length of each stereo shooting unit in the shooting direction, a shooting position of each stereo shooting unit, and a tilt of each stereo shooting unit. The stereo photographing parameter is a parameter for converting a pair of images photographed by each stereo photographing unit into a deviation corrected image. Since the stereo image converted into the deviation correction image is in a state where it can be viewed stereoscopically, the unevenness of the surface of the measuring object 1 can be accurately calculated from the parallax of the stereo image.
【0014】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15及び図16に示すよう
に、測定対象物1を予め定められた撮影方向から撮影す
る3台以上の撮像装置(10A、10B、…、10H)
を有する撮像装置群20と、撮像装置群20の撮像装置
により撮影された測定対象物1の画像のうち、2台の撮
像装置の撮影した測定対象物1の画像の重複撮影領域を
抽出するステレオ撮影領域抽出部21と、ステレオ撮影
領域抽出部21により重複撮影領域の抽出された2台の
撮像装置の撮影方向におけるステレオ撮影パラメータ
を、撮像装置群20に含まれる2以上の2台組の撮像装
置に関して記憶する手段5と、前記ステレオ撮影パラメ
ータの算出された前記2以上の2台組の撮像装置の撮影
方向から、前記撮像装置により測定対象物1を撮影し
て、測定対象物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、測定対象物1のステレオ画像から測定
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。The surface shape measuring apparatus of the second invention achieves the first object, and as shown in FIGS. 15 and 16, three units for photographing the measuring object 1 from a predetermined photographing direction. Imaging device (10A, 10B, ..., 10H)
Of the image pickup device group 20 having the image pickup device group 20 and a stereo for extracting an overlapping image pickup region of the image of the measurement subject 1 taken by the two image pickup devices from the images of the measurement object 1 taken by the image pickup device of the image pickup device group 20. Stereo shooting parameters in the shooting directions of the shooting area extraction unit 21 and the two shooting apparatuses for which the overlapping shooting areas have been extracted by the stereo shooting area extraction unit 21 are set to two or more sets included in the imaging apparatus group 20. A stereoscopic image of the measuring object 1 is obtained by photographing the measuring object 1 by means of the imaging device from the means 5 for storing the device and the photographing directions of the two or more sets of the imaging devices for which the stereo photographing parameters are calculated. Stereo image generation means 6 for generating an image and surface shape calculation processing means 7 for measuring the surface shape of the measurement object 1 from the stereo image of the measurement object 1.
It has and.
【0015】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19及び図20に示すよう
に、右側撮像装置9Rと左側撮像装置9Lとによって測
定対象物1をステレオ撮影するステレオ撮影ユニット9
であって、このステレオ撮影ユニット9には第1及び第
2の撮影方向をそれぞれ担当する複数のユニットが設け
られている。さらに、ステレオ撮影ユニット9と測定対
象物1間の光路を変更する光路変更手段22と、ステレ
オ撮影ユニット9が測定対象物1をステレオ撮影する第
1及び第2の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記
憶された前記第1及び第2の撮影方向から、ステレオ撮
影ユニット9により測定対象物1をステレオ撮影して、
測定対象物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、測定対象物1のステレオ画像から測定対象
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。The surface shape measuring apparatus of the third invention achieves the first object, and as shown in FIGS. 19 and 20, the measurement object 1 is measured by the right side image pickup device 9R and the left side image pickup device 9L. Stereo shooting unit 9 for stereo shooting
The stereo photographing unit 9 is provided with a plurality of units that are in charge of the first and second photographing directions, respectively. Further, the optical path changing means 22 for changing the optical path between the stereo photographing unit 9 and the measuring object 1 and the stereo photographing parameters in the first and second photographing directions for stereo photographing the measuring object 1 by the stereo photographing unit 9 are stored. From the measuring means 5 and the first and second photographing directions in which the stereo photographing parameters are stored, the measurement object 1 is stereo-photographed by the stereo photographing unit 9.
A stereo image generation means 6 for generating a stereo image of the measurement object 1 and a surface shape calculation processing means 7 for measuring the surface shape of the measurement object 1 from the stereo image of the measurement object 1 are provided.
【0016】このように構成された装置においては、ス
テレオ撮影ユニット9と測定対象物1間の光路を変更す
る光路変更手段22を有しているので、ステレオ撮影ユ
ニット9から測定対象物1を直視できない場合や、ステ
レオ撮影ユニット9の設置場所の関係でコンパクトな構
造を採用する必要のある場合でも、光路変更手段22に
より光路を変更してステレオ撮影できる。Since the apparatus configured as described above has the optical path changing means 22 for changing the optical path between the stereo photographing unit 9 and the measuring object 1, the measuring object 1 is directly viewed from the stereo photographing unit 9. Even when it is not possible or when it is necessary to adopt a compact structure because of the installation location of the stereoscopic photographing unit 9, the optical path changing means 22 can change the optical path to perform stereoscopic photographing.
【0017】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24及び図25に示すよう
に、測定対象物1を撮影する撮像装置10と、撮像装置
10と測定対象物1間の光路を変更する光路変更手段2
2と、撮像装置10により測定対象物1を撮影する方向
を、左撮影方向と右撮影方向を一組とするステレオ撮影
方向に制御すると共に、前記ステレオ撮影方向として少
なくとも第1の撮影方向と第2の撮影方向を選択できる
ステレオ撮影制御部24と、撮像装置10が測定対象物
1を撮影する前記第1及び第2の撮影方向のステレオ撮
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第
1及び第2の撮影方向に関するステレオ撮影方向から、
撮像装置10により測定対象物1を撮影して、測定対象
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、測定対象物1のステレオ画像から測定対象物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。The surface shape measuring apparatus of the fourth invention achieves the first object, and as shown in FIGS. 24 and 25, an image pickup apparatus 10 for picking up an image of the measuring object 1, and an image pickup apparatus 10. Optical path changing means 2 for changing the optical path between the measuring objects 1.
2 and the direction in which the imaging device 10 photographs the measuring object 1 is controlled to a stereo photographing direction in which a pair of left photographing direction and right photographing direction is set, and at least the first photographing direction and the first photographing direction are set as the stereo photographing direction. A stereo image capturing control section 24 capable of selecting two image capturing directions; a unit 5 for storing stereo image capturing parameters in the stereo image capturing directions of the first and second image capturing directions at which the image capturing device 10 captures the measurement object 1; From the stereo image capturing directions regarding the first and second image capturing directions for which the stereo image capturing parameters are calculated,
Stereo image generating means 6 for photographing the measuring object 1 by the imaging device 10 and generating a stereo image of the measuring object 1.
And surface shape calculation processing means 7 for measuring the surface shape of the measurement object 1 from the stereo image of the measurement object 1.
【0018】このように構成された装置においては、撮
像装置10と測定対象物1間の光路を変更する光路変更
手段22を有しているので、撮像装置10から測定対象
物1を直視できない場合や、撮像装置10の設置場所の
関係でコンパクトな構造を採用する必要のある場合で
も、光路変更手段22により光路を変更してステレオ撮
影できる。また、ステレオ撮影制御部24が、撮像装置
10により測定対象物1を撮影する方向を、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
と共に、前記ステレオ撮影方向として少なくとも第1の
撮影方向と第2の撮影方向を選択できる構造としている
ので、撮像装置10の台数が一台の場合でも、複数のス
テレオ撮影方向からステレオ撮影できる。Since the apparatus constructed as described above has the optical path changing means 22 for changing the optical path between the image pickup apparatus 10 and the measuring object 1, when the measuring object 1 cannot be directly viewed from the image pickup apparatus 10. Alternatively, even if it is necessary to adopt a compact structure due to the installation location of the imaging device 10, the optical path changing means 22 can change the optical path to perform stereoscopic photography. In addition, the stereoscopic photographing control unit 24 controls the direction in which the measuring object 1 is photographed by the image pickup device 10 to be a stereoscopic photographing direction in which a left photographing direction and a right photographing direction are combined, and at least the first stereoscopic photographing direction is set. Since the structure is such that the first shooting direction and the second shooting direction can be selected, stereo shooting can be performed from a plurality of stereo shooting directions even when the number of imaging devices 10 is one.
【0019】第5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28及び図30に示すよう
に、右側撮像装置と左側撮像装置とによって測定対象物
1を第1の撮影方向からステレオ撮影するステレオ撮影
ユニット9と、ステレオ撮影ユニット9と測定対象物1
間の光路を変更させる光路変更手段22であって、測定
対象物1を第2の撮影方向からステレオ撮影させる光路
変更手段22と、ステレオ撮影ユニット9が測定対象物
1をステレオ撮影する第1及び第2の撮影方向における
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第1及び第2の撮
影方向に関するステレオ撮影方向から、撮像装置10に
より測定対象物1を撮影して、測定対象物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、測定対象物
1のステレオ画像から測定対象物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。The surface profile measuring apparatus of the fifth invention achieves the first object. As shown in FIGS. 28 and 30, the first object of measurement 1 is measured by the right and left imaging devices. Stereo photographing unit 9 for performing stereo photographing from the photographing direction of, and stereo photographing unit 9 and measurement object 1
An optical path changing unit 22 for changing an optical path between the optical path changing unit 22 for stereo-photographing the measurement target 1 from the second photographing direction, and a first and a stereo photographing unit 9 for stereo-photographing the measurement target 1. The object 5 is imaged by the imaging device 10 from the means 5 for storing the stereoscopic imaging parameter in the second imaging direction and the stereoscopic imaging directions related to the first and second imaging directions in which the stereoscopic imaging parameter is calculated. Then, a stereo image generating means 6 for generating a stereo image of the measurement object 1 and a surface shape calculation processing means 7 for measuring the surface shape of the measurement object 1 from the stereo image of the measurement object 1 are provided.
【0020】第6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、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おいて、さらに測定対
象物1のステレオ画像から、測定対象物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。。The surface shape measuring apparatus of the sixth invention achieves the first object, and in the surface shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7, the object to be measured 1 is further added. And a means for generating an orthographic projection image of the measurement object 1 from the stereo image. .
【0021】第1の方法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1に示すように、測定対
象物1をステレオ撮影する2以上の方向数に適合するユ
ニット数のステレオ撮影ユニットを設けておく。次に、
例えば図7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を測定対象物1の設置場所に置き(S
10)、ステレオ撮影ユニットにより校正用被写体11
を2以上の方向からステレオ撮影し(S11)、撮影さ
れた校正用被写体11のステレオ画像から前記2以上の
撮影方向におけるステレオ撮影パラメータを算出する
(S15)。The first method of the present invention achieves the first object, and as shown in FIG. 1, the number of units suitable for two or more directions in which the object to be measured 1 is stereoscopically photographed. There is a stereo photography unit. next,
For example, as shown in FIG. 7, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object 1 (S
10), the calibration subject 11 by the stereo photographing unit
Is stereo-photographed from two or more directions (S11), and the stereo-photographing parameters in the two or more photographing directions are calculated from the stereo image of the photographed calibration subject 11 (S15).
【0022】次に、例えば図11に示すように、ステレ
オ撮影パラメータの記憶された2以上の撮影方向から、
ステレオ撮影ユニットにより測定対象物1をステレオ撮
影し(S21)、ステレオ撮影パラメータを用いて、ス
テレオ撮影された画像を測定対象物1のステレオ画像と
して生成し(S22)、測定対象物1のステレオ画像か
ら測定対象物1の表面形状を測定する(S23)工程を
有する。Next, as shown in FIG. 11, for example, from two or more shooting directions in which stereo shooting parameters are stored,
The measurement object 1 is stereo-photographed by the stereo photographing unit (S21), the stereo-photographed image is generated as a stereo image of the measurement object 1 using the stereo photographing parameter (S22), and the stereo image of the measurement object 1 is generated. To (S23) the step of measuring the surface shape of the measuring object 1.
【0023】第2の方法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、例えば図17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を測
定対象物の設置場所に置き(S30)、予め定められた
撮影方向から撮影する3台以上の撮像装置により校正用
被写体11を撮影し(S31)、前記3台以上の撮像装
置により撮影された校正用被写体11の画像のうち、2
台の撮像装置の撮影した校正用被写体11の画像の重複
撮影領域を抽出して(S32、S33)、ステレオ撮影
パラメータを算出する(S37)。The second method of the present invention achieves the first object. For example, as shown in FIG. 17, a calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is used as an object to be measured. (S30), the calibration subject 11 is photographed by three or more imaging devices that photograph from a predetermined photographing direction (S31), and the calibration subjects photographed by the three or more imaging devices are photographed. 2 out of 11 images
The overlapping photographing area of the images of the calibration subject 11 photographed by the single imaging device is extracted (S32, S33), and the stereo photographing parameter is calculated (S37).
【0024】次に、例えば図18に示すように、前記設
置場所に置かれた測定対象物1を前記3台以上の撮像装
置により撮影し(S41)、前記3台以上の撮像装置に
より撮影された測定対象物1の画像のうち、2台の撮像
装置の撮影した測定対象物1の画像の重複撮影領域を抽
出し(S42、S43)、前記ステレオ撮影パラメータ
を用いて、前記抽出された重複撮影領域を測定対象物1
のステレオ画像として生成し(S44)、測定対象物1
のステレオ画像から測定対象物1の表面形状を測定する
(S45)工程を有する。Next, as shown in FIG. 18, for example, the measuring object 1 placed at the installation place is photographed by the three or more image pickup devices (S41), and is photographed by the three or more image pickup devices. Among the images of the measured object 1 that have been captured, the overlapping captured areas of the images of the measured object 1 captured by the two image capturing devices are extracted (S42, S43), and the extracted overlapping is extracted using the stereo capturing parameters. Object to be measured 1
Is generated as a stereo image of (S44), and the measurement target 1
(S45) of measuring the surface shape of the measuring object 1 from the stereo image.
【0025】第3の方法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、例えば図19に示すよう
に、測定対象物1をステレオ撮影する2以上の方向数に
適合するユニット数のステレオ撮影ユニット9(9L、
9R、9S、9T、9U、9V)と、各ステレオ撮影ユ
ニット9と測定対象物1との光路を変更する光路変更手
段22を備える表面形状測定装置を用いた表面形状測定
方法である。例えば図21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を測定対象物の設置場
所に置き(S50)、校正用被写体11を第1の撮影方
向を担当するステレオ撮影ユニット9によりステレオ撮
影し(S51)、校正用被写体11を第2の撮影方向を
担当するステレオ撮影ユニット9によりステレオ撮影し
(S53)、ステレオ撮影ユニット9により校正用被写
体11がステレオ撮影される前記第1及び第2の撮影方
向におけるステレオ撮影パラメータを算出する(S5
7)。The third method of the present invention achieves the first object, and, for example, as shown in FIG. 19, a unit suitable for two or more directions for stereoscopically photographing the measuring object 1. Number of stereo photography units 9 (9L,
9R, 9S, 9T, 9U, 9V), and a surface shape measuring method using a surface shape measuring device provided with an optical path changing means 22 for changing the optical path between each stereo photographing unit 9 and the measuring object 1. For example, as shown in FIG. 21, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object (S50), and the calibration subject 11 is in the first photographing direction. The stereo photographing is performed by 9 (S51), the calibration subject 11 is stereo-photographed by the stereo photographing unit 9 in charge of the second photographing direction (S53), and the calibration subject 11 is stereo-photographed by the stereo photographing unit 9. Stereo shooting parameters in the first and second shooting directions are calculated (S5).
7).
【0026】次に、図22に示すように、設置場所に置
かれた測定対象物1を第1の撮影方向を担当するステレ
オ撮影ユニット9によりステレオ撮影し(S61)、測
定対象物1を第2の撮影方向を担当するステレオ撮影ユ
ニット9によりステレオ撮影し(S63)、ステレオ撮
影パラメータを用いて、前記第1及び第2の撮影方向か
ら撮影された画像を測定対象物1のステレオ画像として
生成し(S64)、測定対象物1のステレオ画像から測
定対象物1の表面形状を測定する(S65)工程を有す
る。Next, as shown in FIG. 22, the measuring object 1 placed at the installation location is stereo-photographed by the stereo photographing unit 9 in charge of the first photographing direction (S61), and the measuring object 1 is first photographed. Stereo shooting is performed by the stereo shooting unit 9 which is in charge of the shooting directions of 2 (S63), and the images shot from the first and second shooting directions are generated as stereo images of the measuring object 1 using the stereo shooting parameters. Then (S64), there is a step of measuring the surface shape of the measurement target 1 from the stereo image of the measurement target 1 (S65).
【0027】第4の方法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、例えば図24並びに図25
に示すように、一つのステレオ撮影方向を構成する右撮
影方向と左撮影方向とで、撮像装置10により測定対象
物1を逐次撮影させるステレオ撮影制御部24と、撮像
装置10と測定対象物1との光路を変更する光路変更手
段22を備える表面形状測定装置を用いた表面形状測定
方法である。例えば図26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を測定対象物の設置場
所に置き(S70)、ステレオ撮影制御部24により撮
像装置10を校正用被写体11の第1の撮影方向に置い
て、撮像装置10に校正用被写体11をステレオ撮影さ
せ(S71、S72)、ステレオ撮影制御部24により
撮像装置10を校正用被写体11の第2の撮影方向に置
いて、撮像装置10に校正用被写体11をステレオ撮影
させ(S73、S74)、撮像装置10が校正用被写体
11を撮影する前記第1及び第2の撮影方向におけるス
テレオ撮影パラメータを算出する(S78)。Fourth Method The surface shape measuring method of the present invention achieves the first object, for example, FIGS.
As shown in FIG. 3, a stereo image capturing control unit 24 that sequentially captures images of the measuring object 1 by the image capturing device 10 in a right image capturing direction and a left image capturing direction that configure one stereo image capturing direction, the image capturing device 10, and the object 1 to be measured. It is a surface shape measuring method using a surface shape measuring device provided with an optical path changing means 22 for changing the optical paths of and. For example, as shown in FIG. 26, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object (S70), and the stereoscopic imaging control unit 24 sets the imaging device 10 to the calibration subject 11 first position. 1 in the image capturing direction, the image capturing device 10 is caused to capture a stereo image of the calibration subject 11 (S71, S72), and the stereo image capturing control unit 24 places the image capturing device 10 in the second image capturing direction of the calibration subject 11. The imaging device 10 is caused to take a stereo image of the calibration subject 11 (S73, S74), and the stereo imaging parameters in the first and second imaging directions in which the imaging device 10 takes the calibration subject 11 are calculated (S78).
【0028】次に、図27に示すように、測定対象物1
を前記設置場所に置き(S80)、ステレオ撮影制御部
24により撮像装置10を測定対象物1の第1の撮影方
向に置いて、撮像装置10に測定対象物1をステレオ撮
影させ(S81、S82)、ステレオ撮影制御部24に
より撮像装置10を測定対象物1の第2の撮影方向に置
いて、撮像装置10に測定対象物1をステレオ撮影させ
(S83、S84)、ステレオ撮影パラメータを用い
て、前記第1及び第2の撮影方向から撮影された画像を
測定対象物1のステレオ画像として生成し(S85)、
測定対象物1のステレオ画像から測定対象物1の表面形
状を測定する(S86)工程を有する。Next, as shown in FIG. 27, the measuring object 1
Is placed in the installation place (S80), the imaging device 10 is placed in the first imaging direction of the measuring object 1 by the stereoscopic imaging control unit 24, and the imaging device 10 is caused to stereoscopically image the measuring object 1 (S81, S82). ), The imaging device 10 is placed in the second imaging direction of the measurement object 1 by the stereo imaging control unit 24, and the imaging device 10 is caused to take an image of the measurement object 1 in stereo (S83, S84), and stereo imaging parameters are used. , Images generated from the first and second imaging directions are generated as stereoscopic images of the measuring object 1 (S85),
There is a step of measuring the surface shape of the measuring object 1 from the stereo image of the measuring object 1 (S86).
【0029】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8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測定
対象物1のステレオ画像から、測定対象物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
にあたっては測定対象物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、
測定対象物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。The surface state plotting apparatus of the seventh invention achieves the second object, and is a measurement object measured by the surface profile measuring apparatus according to any one of claims 1 to 8. A plotting device 8 for plotting the surface state of the measurement object 1 from a stereo image of the object 1 is provided. It is preferable to use an artificial intelligence engine that is suitable for the purpose of plotting the surface state of the measurement object 1 for plotting. For example,
If the measurement object 1 is a buried cultural property, the measured surface condition can be appropriately corrected by archaeological knowledge to remove mere scratches and deposits and extract archaeologically valuable information.
【0030】[0030]
【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要部斜
視図で、(A)は校正用被写体11、(B)は測定対象
物1をステレオ撮影する状態を示してある。図におい
て、測定対象物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。校正用被写体11は、予め立体的な相対的
な位置関係が定められている基準点としての基準点マー
クを有するもので、詳細は後で説明する。テーブル2は
測定対象物1と校正用被写体11を択一的に設置する台
で、ステージでもよい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B are perspective views of a main part for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a calibration subject 11, and FIG. 1B shows a state in which a measurement target 1 is stereoscopically photographed. In the figure, a measurement object 1 is an object for three-dimensionally measuring the surface shape and pattern of archaeological objects, human bodies, vehicles, mechanical structures and the like in a non-contact manner. The calibration subject 11 has a reference point mark as a reference point for which a three-dimensional relative positional relationship is determined in advance, and the details will be described later. The table 2 is a table on which the measurement object 1 and the calibration subject 11 are selectively installed, and may be a stage.
【0031】ステレオ撮影部3はテーブル2に置かれた
測定対象物1又は校正用被写体11をステレオ撮影する
もので、各ステレオ撮影方向毎に例えば4組のステレオ
撮影ユニットを有している。各ステレオ撮影ユニット
は、CCD(Charge-coupled Devices)、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3R、3
Lが、例えば撮像装置取付体としての棒体(図示せず)
に間隔lにて取付けられている。2台の撮像装置3R、
3Lの光軸は、測定対象物1に対して大略平行になるよ
うに調整されており、また測定対象物1との距離dも大
略同じ距離とすると良い。さらに、精度よく求めたい場
合は、ステレオ撮影ユニットとしてカメラキャリブレー
ションを行った撮像装置3R、3Lを使用する。ここ
で、カメラキャリブレーションとは、カメラの焦点距
離、主点位置、歪曲収差を精度よく求めることをいう。The stereo photographing unit 3 stereo-photographs the measuring object 1 or the calibration subject 11 placed on the table 2, and has, for example, four sets of stereo photographing units for each stereo photographing direction. Each stereo photographing unit includes two image pickup devices 3R such as a CCD (Charge-coupled Devices), a digital camera, and a photographic film type camera,
L is, for example, a rod body (not shown) as an imaging device mounting body.
Are attached at intervals of l. Two imaging devices 3R,
The optical axis of 3L is adjusted to be substantially parallel to the measurement target 1, and the distance d to the measurement target 1 is also preferably set to be substantially the same. Furthermore, when it is desired to obtain the values with high accuracy, the imaging devices 3R and 3L that have undergone camera calibration are used as stereo imaging units. Here, the camera calibration refers to accurately obtaining the focal length, principal point position, and distortion of the camera.
【0032】図2は本発明の第1の実施の形態を説明す
る要部構成ブロック図で、ステレオ撮影部でステレオ撮
影した画像の信号処理機能を説明している。ステレオ撮
影パラメータ記憶部5は、ステレオ撮影部3が測定対象
物1をステレオ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、撮影パラメ
ータとは、ステレオ撮影ユニットで撮影された画像であ
って、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する
ためのパラメータを言い、図1に示すような各ステレオ
撮影方向毎にステレオ撮影ユニットを有するステレオ撮
影部3については、各ステレオ撮影ユニットの基線長、
撮影位置、傾きが相当する。FIG. 2 is a block diagram of the essential parts for explaining the first embodiment of the present invention, and illustrates the signal processing function of an image captured in stereo by the stereo image capturing section. The stereo shooting parameter storage unit 5 stores stereo shooting parameters in a plurality of directions in which the stereo shooting unit 3 shoots the measurement target 1 in stereo. The shooting parameters are images shot by the stereo shooting unit, and are used to adjust the stereoscopic viewing by correcting the deviation of a pair of stereo shot images in the right shooting direction and the left shooting direction. In the stereo photographing unit 3 having a stereo photographing unit for each stereo photographing direction as shown in FIG. 1, the base line length of each stereo photographing unit,
The shooting position and tilt correspond.
【0033】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により測定対象物1をステレオ撮影して、測定対象
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。The stereo image generation means 6 is for stereo-photographing the measurement object 1 by the stereo photographing section 3 from a plurality of directions in which stereo photographing parameters are stored, and generates a stereo image of the measurement object 1. For example, a processor that performs image calculation processing at high speed is used. Here, the stereo image refers to a set of images captured by the stereo image capturing unit 3 which are stereo-captured in the right and left capturing directions and are adjusted so as to be stereoscopically viewed.
【0034】表面形状演算処理手段7は、測定対象物1
のステレオ画像から測定対象物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。表示/図化部8は、表面形状演算処理手段
7で測定された測定対象物1の表面形状を表示するCR
T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、実際の測定対象物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。The surface shape calculation processing means 7 is for measuring the object 1 to be measured.
The surface shape of the measuring object 1 is measured from the stereo image, and the calculation method for this measurement uses a method for measuring the unevenness of the surface shape using the stereo image used in aerial photogrammetry and the like. The display / charging unit 8 displays the surface shape of the measurement object 1 measured by the surface shape calculation processing means 7 in CR.
A display device such as T or liquid crystal, a plotter or printer that draws a figure on a paper surface, a digital plotter that acquires stereoscopic impression data, and the like are used. The display / visualization unit 8 may be a stereo monitor capable of stereoscopic viewing. By using the stereo monitor, not only can the actual measurement object 1 be reproduced as a stereoscopic image, but also measurement and plotting can be easily performed while viewing the image.
【0035】図3は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)は断面六角形の筒体、
(C)は断面矩形の筒体における他の態様、(D)は断
面六角形の筒体における他の態様を示してある。校正用
被写体11は、ステレオ画像に偏位修正する際に基準と
なる座標系を定めると共に、ステレオ撮影部3を構成す
る2台の撮像装置3R、3Lの位置、傾きを求めるため
に使用する。校正用被写体11の大きさは測定対象物1
より若干大きいのが望ましく、ステレオ画像に偏位修正
する際の精度が良くなる。3A and 3B are perspective views showing the configuration of a calibration subject used for calculation of photographing parameters. FIG. 3A shows a calibration subject having a rectangular section, and FIG. 3B shows a hexagonal section.
(C) shows another aspect of a tubular body having a rectangular cross section, and (D) shows another aspect of a tubular body having a hexagonal cross section. The calibration subject 11 is used to determine a coordinate system that serves as a reference when the deviation is corrected to a stereo image, and to obtain the positions and inclinations of the two imaging devices 3R and 3L that form the stereo imaging unit 3. The size of the calibration subject 11 is the measurement target 1
A slightly larger value is desirable, and the accuracy in correcting the deviation to a stereo image is improved.
【0036】図3(A)に示すように、断面矩形の筒体
の場合は、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、フレームに沿
って少なくとも6箇所に基準点マーク113が形成され
ている。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1
13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。As shown in FIG. 3A, in the case of a cylindrical body having a rectangular cross section, the calibration subject 11 is provided with four reference side surfaces 111. On each reference side surface 111, reference point marks 113 are formed at at least six locations along the frame. This is because at least 6 known points are required to determine the posture and coordinates of one plane. Reference point mark 1
13 is, for example, a white mark on a black background or a black mark on a white background,
Alternatively, a sticker on which reference point marks 113 are printed may be attached to each reference side surface 111 by a reflective mark like a retroreflective target, or the reference point marks 113 may be directly printed on each reference side surface 111. Good.
【0037】図3(B)に示すように、断面六角形の筒
体の場合は、校正用被写体11Bに6個の基準側面11
1Bが設けられている。各基準側面111B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。As shown in FIG. 3B, in the case of a cylindrical body having a hexagonal cross section, six reference side surfaces 11 are provided on the calibration subject 11B.
1B is provided. At least six reference point marks 113B are formed on each reference side surface 111B, and information necessary for determining the posture and coordinates of one plane is secured.
【0038】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、校正用被写体11Cの各基準側面
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112a、112bが形成してある。断
面六角形の筒体の場合は、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111D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、1
12d、112eが形成してある。Further, in order to distinguish each reference side surface 111 provided on the calibration subject 11, a direct reference point mark 113 is provided.
Alternatively, the side reference target 112 may be formed on each reference side 111. Here, the side reference target 112
Has a function as a reference point mark 113, in addition to a function of distinguishing each reference side surface 111 provided on the calibration subject 11. In the case of a cylindrical body having a rectangular cross section, FIG.
As shown in (C), five reference point marks 113 and one side reference target 112a, 112b are formed on each reference side surface 111 of the calibration subject 11C. In the case of a tubular body having a hexagonal cross section, as shown in FIG. 3D, the calibration subject 11D is provided with six reference side surfaces 111D. Each reference side surface 111D has five reference point marks 113D and one side surface reference target 112c,
12d and 112e are formed.
【0039】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。3 (C) and 3 (D), one side reference target 112 different from each reference side 111 of the calibration subject 11 is arranged. The reference point mark 113 of 111 may be the same as the side reference target 112 in whole or in part. Further, as the side reference target 112,
The size of the mark may be different or the color may be changed. Also, by changing the color of each reference side surface 111,
The reference side surfaces 111 provided on the calibration subject 11 may be distinguished.
【0040】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。4A and 4B are explanatory views of the reference point mark and the side reference target formed on the calibration subject. FIG. 4A shows the reference point mark and FIG. 4B shows the side reference target. The reference point mark includes, for example, a strike mark (A
1), a white circle (A2), a black circle (A3), such as a pattern, a figure, or a symbol that can clearly grasp the three-dimensional position of the reference point is used. The side reference target is used for distinguishing each reference side 111 provided on the calibration subject 11, and includes a hexagon (B1), a white cross (B2),
Rhombus (B3), Number 1 (B4), Number 2 (B5), Number 3 (B6), Black Square (B7), Diagonal Square (B
8), patterns such as lattice squares (B9), figures, symbols, etc. are used.
【0041】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。例えば、
任意の基準側面111を0°方向としてxz平面を割当
て、他の3個の基準側面111を其々90°、180
°、270°方向として区別する。そして、90°、2
70°方向の基準側面111にはzy平面を割当て、1
80°方向の基準側面111にはxz平面を割当てる。Reference point mark 113 on calibration subject 11
The position of is measured in advance using a three-dimensional coordinate system by a precise device. FIG. 5 is an explanatory diagram of the three-dimensional coordinate system xyz that describes the position of the reference point mark. Three-dimensional coordinate system xyz
When the calibration subject 11 is a tubular body having a rectangular cross section, the calibration subject 11 is set with the arbitrary reference side surface 111 as a reference surface.
The coordinates of the entire reference point mark 113 are determined. For example,
An xz plane is assigned with an arbitrary reference side surface 111 set to 0 °, and the other three reference side surfaces 111 are set to 90 ° and 180 °, respectively.
270 ° and 270 ° directions are distinguished. And 90 °, 2
The zy plane is assigned to the reference side surface 111 in the 70 ° direction, and 1
The xz plane is assigned to the reference side surface 111 in the 80 ° direction.
【0042】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、測定対象物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。測定対象物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11
1の面数を6面とする。In the present embodiment, stereo photography is performed on each reference side surface 111 of the calibration subject 11, so stereo photography is performed for each reference side surface 111. The stereo image capturing direction is the direction in which each of the reference side surfaces 111 is stereo imaged by the stereo image capturing unit 3, and it is preferable that the direction is approximately the same as the normal direction of each reference side surface 111. Therefore, it is preferable to determine the number of reference side surfaces 111 of the calibration subject 11 by the number of surfaces that divide the entire peripheral surface of the measuring object 1. If the measurement target 1 is to be measured in detail, the number of divided surfaces of the reference side surface 111 of the calibration subject 11 is increased. For example, as shown in FIG. 3B, the reference side surface 11 of the calibration subject 11
The number of faces of 1 is 6.
【0043】このように構成された装置における測定対
象物1の表面形状測定を次に説明する。図6は図1及び
図2の装置を用いた測定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
に測定対象物1のステレオ撮影と三次元計測を行なう
(S2)。そして、測定対象物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。Next, the surface shape measurement of the measuring object 1 in the apparatus configured as described above will be described. FIG. 6 is a flowchart for generally explaining the whole measuring procedure of the measuring object using the apparatus of FIGS. 1 and 2. First, work for initializing the coordinate system for measurement is performed (S1). At this time, the calibration subject 11 is used to obtain stereo shooting parameters in the direction of stereo shooting. Next, stereoscopic photography and three-dimensional measurement of the measuring object 1 are performed (S2). Then, an image product is created from the three-dimensional measurement result of the measurement object 1 (S3). For example, a contour image,
Bird's-eye views, cross-sectional views, orthographic images, etc. are created.
【0044】三次元計測結果を図化する場合、三次元計
測により作成した測定対象物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、測定対象物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。In case of plotting the three-dimensional measurement result, plotting is performed by the orthographic projection image of the measuring object 1 created by the three-dimensional measurement (S4). If not drawn, this step S4 may be skipped. Then, the three-dimensional measurement result of the measurement object 1 is output as data (S5). For data output, print the output as a drawing with a printer,
A file may be output as DXF data, and in that case, it may be processed by another CAD.
【0045】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、立体的に基準点が配
置された校正用被写体11を測定対象物1の設置場所に
置く(S10)。次に、ステレオ撮影ユニットにより校
正用被写体11を2以上の方向からステレオ撮影する
(S11)。続いて、この校正用被写体11のステレオ
画像を用いて、初期化計測処理を各基準側面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。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(S12)。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。Next, the coordinate system initialization of S1 will be described in detail. FIG. 7 is a flowchart for explaining the initialization work in the stereo shooting direction. First, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object 1 (S10). Next, the calibration subject 11 is stereo-photographed from two or more directions by the stereo photographing unit (S11). Then, using this stereo image of the calibration subject 11, initialization measurement processing is performed for each stereo image of each reference side surface 111. Therefore, the two left and right images photographed by the stereo photographing unit 3 are processed as a pair of stereo pairs. First, the position of the center of gravity of the target, which is the reference point mark 113, is detected for the two images of the stereo pair (S12). The position of each reference point mark is roughly detected by, for example, a correlation method, and the barycentric position is calculated more accurately. The position may be detected accurately from the beginning, but in that case a great deal of time is required for the arithmetic processing. Here, the residual sequential test method will be described below as the process for detecting the approximate position.
【0046】[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8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。[Correlation method] For high-speed processing, the residual sequential test method (SSDA method) or the like is used. FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the template image used in the residual sequential test method and the left and right images. For example, the image of N1 × N1 pixels in the left image is adopted as the template image to be searched from the right image. Then, the image of N1 × N1 pixels in the left image is searched on the same line of the right image. Then, the point where the residual R (a, b) defined by the following equation 1 becomes the minimum is the position of the image to be obtained.
【0047】[0047]
【数1】 [Equation 1]
【0048】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。In order to speed up the processing, if the value of R (a, b) exceeds the minimum value of the past residuals in the addition of equation 1, the addition is aborted and the next (a, b) is moved. Perform calculation processing. When the approximate position can be detected as described above, the barycentric position of the reference point mark is further accurately detected. Here, the normalized correlation method, the moment method, the edge detection method, etc. can be used,
Optimal processing is used depending on the shape and accuracy of the reference point mark. For example, when the reference point mark is a circular target, the center of gravity is detected by the moment method, and when it is a strike mark, the center of gravity is detected by edge extraction. Here, the moment method will be described.
【0049】[モーメント法]図9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9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。[Moment Method] FIG. 9 is an explanatory diagram of the moment method, in which the vertical axis is the measured value f (x, y) and the horizontal axis is the spatial distribution X, Y.
Is represented. In the figure, measured value f (x, y) above threshold T
The following formula is applied to points having. However, although FIG. 9 shows a one-dimensional display for simplification, it is actually performed in a two-dimensional manner. xg = {Σx * f (x, y)} / Σf (x, y) ...... yg = {Σy * f (x, y)} / Σf (x, y) ...... where (xg, yg) : Coordinates of the center of gravity position, f (x,
y): The density value on the (x, y) coordinates.
【0050】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。Although the correlation method and the moment method have been described as the initialization measurement processing, various other methods are known as methods for obtaining the stereo photographing parameters in the direction of stereo photographing. Therefore, as long as the shape of the reference point mark or the calibration subject can be easily detected, an equal method that exhibits the same function as the correlation method or the moment method can be appropriately adopted.
【0051】図7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
13)。測定される基準側面111は、ステレオ撮影方
向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。Returning to FIG. 7, the reference point mark of which the barycentric position of the two images has been detected is associated with the reference point mark of the calibration subject 11 whose coordinates are precisely measured in advance (S).
13). Since the reference side surface 111 to be measured is known from the stereo photographing direction, for example, when the reference point mark is 6, only 6 points on the reference side surface 111 are associated. Since the position of the reference point mark is known in advance, it is possible to predict in advance which position is photographed. In order to further clarify the position, it is also possible to change the shape of the reference point mark serving as a reference on each reference side surface 111, change the size, or number each reference point mark to recognize it. You can do it.
【0052】次に標定計算を行い(S14)、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3
R、3L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(S15)。
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。Next, orientation calculation is carried out (S14), and each image pickup device 3 photographed with the coordinate system of the calibration subject 11 as a reference.
R, 3L three-dimensional position, tilt, distance between cameras (baseline length:
Stereo shooting parameters such as l) are obtained (S15).
In addition, here, a case where the imaging device is a camera will be described as an example. [Orientation Calculation Formula] Then, the details of the orientation calculation will be described. The orientation calculation is used in aerial photogrammetry, etc., and the positions of the left and right imaging devices are obtained by the orientation calculation. Stereo shooting parameters are calculated by the following coplanar conditional expressions.
【0053】図10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。FIG. 10 is a diagram for explaining the orientation calculation using the model coordinate system XYZ and the left and right camera coordinate systems xyz.
Taking the origin O of the model coordinate system XYZ as the projection center on the left side,
The line connecting the projection centers on the right side is taken as the X axis. The scale is based on the unit length of the baseline length l. The parameters to be obtained at this time are the rotation angle κ1 of the left camera, the rotation angle φ1 of the Y axis, the rotation angle κ2 of the Z axis of the right camera, the rotation angle φ2 of the Y axis, and the rotation angle ω2 of the X axis. There are two rotation angles.
【0054】[0054]
【数2】 [Equation 2]
【0055】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。In this case, the rotation angle ω1 of the X axis of the left camera
Is 0, so there is no need to consider it. Under these conditions, the coplanar conditional expression becomes as shown in the equation, and each parameter can be obtained by solving this equation.
【0056】[0056]
【数3】 [Equation 3]
【0057】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。Here, the following relational expression of coordinate conversion holds between the model coordinate system XYZ and the camera coordinate system xyz.
【数4】 [Equation 4]
【0058】以上の式、、及びを用いて、次の
手順により、未知パラメータを求める。
S141:初期近似値は通常0とする。
S142: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。
S143:最小二乗法をあてはめ、近似値に対する補正
量を求める。
S144:近似値を補正する。
S145:補正された近似値を用いて、S142からS
145までの操作を収束するまで繰り返す。An unknown parameter is obtained by the following procedure using the above equations and. S141: The initial approximation value is usually 0. S142: The coplanar conditional expression is Taylor-expanded around the approximate value, and the value of the differential coefficient when linearized is obtained by the expression and an observation equation is formed. S143: The least squares method is applied to obtain the correction amount for the approximate value. S144: Correct the approximate value. S145: S142 to S using the corrected approximate value
The operations up to 145 are repeated until they converge.
【0059】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。By the above arithmetic processing, the three-dimensional position and inclination of each camera are obtained in the coordinate system of the calibration subject.
Since it becomes possible to create a stereoscopically visible deviation correction image based on these stereo imaging parameters, three-dimensional measurement by the stereo method becomes possible. Stereoscopically viewable refers to an image in which vertical parallax is removed and which is parallel to and vertical to the object.
【0060】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を表すステレオ撮影方向、若しく
は各撮像装置3R、3Lの組において記憶する(S1
5)。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。Then, the obtained stereo photographing parameters are stored in the stereo photographing direction representing each reference side surface 111 or in each set of the image pickup devices 3R and 3L (S1).
5). This completes the coordinate system initialization S1. These processes may be performed first for each measurement, or may be performed only once if each coordinate system does not include an error due to aging.
【0061】次にS2の測定対象物1のステレオ撮影に
ついて説明する。図11は測定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、測定
対象物1をテーブル2に載せる(S20)。続いて、ス
テレオ撮影パラメータの記憶された2以上の撮影方向か
ら、ステレオ撮影ユニットにより測定対象物1をステレ
オ撮影する(S21)。測定対象物1に対するステレオ
画像が全ての撮影方向にて終了したら、表面形状演算処
理手段7により計測処理を行なう(S22)。この計測
処理は、ステレオ撮影パラメータを用いて、ステレオ撮
影された画像を測定対象物1のステレオ画像として生成
するもので、実際の測定対象物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も
のである。なお偏位修正画像に再構成する処理は、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、偏位
修正画像に再構成する処理を行えば、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。Next, stereo imaging of the measuring object 1 in S2 will be described. FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure for stereoscopically photographing the measurement target. First, the measurement target 1 is placed on the table 2 (S20). Then, the measurement object 1 is stereo-photographed by the stereo photographing unit from two or more photographing directions in which the stereo photographing parameters are stored (S21). When the stereo image of the measuring object 1 is completed in all the photographing directions, the surface shape calculation processing means 7 performs measurement processing (S22). In this measurement process, an image captured in stereo is generated as a stereo image of the measurement target 1 by using the stereo image capturing parameters, and the stereo image of the actual measurement target 1 is subjected to deviation correction processing to enable stereoscopic viewing. The image is reconstructed into a proper deviation corrected image. In addition, the process of reconstructing the rectified image is performed by installing the stereo cameras in parallel so that there is no vertical parallax.
And it is not necessary if there is no change over time. However, if the processing for reconstructing the deviation corrected image is performed, it is not necessary to strictly install a stereo camera, and there is an advantage that it is not necessary to care about the change with time.
【0062】図12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。FIG. 12 is a diagram showing an example of the deviation correction processing.
The left and right images are described before and after processing. By the displacement correction processing, the vertical parallax of the left and right images is removed, the horizontal lines are made equal, and the displacement corrected image in which the distortion of each image is removed is obtained.
【0063】図11に戻り、測定対象物1の各撮影方向
において、測定対象物1の輪郭や特徴点を計測する(S
23)。測定対象物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。S23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。Returning to FIG. 11, the contours and characteristic points of the measuring object 1 are measured in each photographing direction of the measuring object 1 (S).
23). The contour and characteristic points of the measurement object 1 are measured by pointing the corresponding points of the left and right images with a mouse or the like while looking at the display image of the stereo image of the display / plotting unit 8. In the measurement processing of S23, since the deviation correction image parallel to the measurement object can be created from the stereo imaging parameters of each image, it is only necessary to specify the corresponding points of the left and right images, and the position of the position can be changed according to the principle of the stereo method. Three-dimensional coordinates can be obtained.
【0064】[ステレオ法]図13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。[Stereo Method] FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of the stereo method. Here, for simplification, two same cameras are used, each optical axis is parallel, and the distance a from the principal point of the camera lens to the CCD surface where the images 1 and 2 are formed is a.
Are equal, and the CCD is placed at right angles to the optical axis. Further, the distance between the two optical axes (base line length) is l. Then, points P1 (x1, y1) and P2 (x2, y on the object
There is the following relationship between the coordinates of 2).
【0065】x1=ax/z −−−
y1=y2=ay/z −−−
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、式よりx、yが求められ
る。X1 = ax / z --- y1 = y2 = ay / z --- x2-x1 = al / z --- (10) However, the origin of the whole coordinate system (x, y, z) is It is assumed to be the lens principal point of the camera 1. Then, z is obtained from the equation (10), and this is used to obtain x and y from the equation.
【0066】なお、S23にて測定対象物1の輪郭を指
定することにより、S24にて自動計測を行う場合にお
ける自動計測範囲が設定される。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。さらに、S23にて測定対象物1の特徴点を計測し
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。By specifying the contour of the measuring object 1 in S23, the automatic measurement range in the case of performing automatic measurement in S24 is set. Therefore, without measuring the characteristic points, a rough outline (automatic measurement range) may be specified for each image for the next automatic measurement. In addition, the automatic measurement range can be automatically set by utilizing distance information to the object and image processing such as feature point extraction processing. Further, when the characteristic points of the measuring object 1 are measured in S23, these data are also used as initial values for automatic measurement.
【0067】続いて、自動計測(ステレオマッチング)
を行なう(S24)。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、S23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。Next, automatic measurement (stereo matching)
Is performed (S24). Area-based matching using normalized correlation processing is used for the stereo matching processing. If the characteristic points have been measured in S23, those pieces of information are also used. This makes it possible to acquire dense three-dimensional coordinates on the surface of the object.
【0068】[正規化相関法]次に、正規化相関処理に
ついて説明する。図8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、以下の式(11)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。[Normalized Correlation Method] Next, the normalized correlation processing will be described. As shown in FIG. 8, for example, an image of N1 × N1 pixels in the left image is used as a template image to be searched from the right image, and the search is performed on the same line of the right image. Then, the correlation coefficient C (a, b) defined by the following equation (11)
Is the position of the image to be obtained.
【0069】[0069]
【数5】 [Equation 5]
【0070】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、並びに(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、そのまま各撮影方向θの画像を統合するだけで、測
定対象物1を全周からみた画像が作成される。From the corresponding point coordinates calculated by the automatic measurement, the three-dimensional coordinates of the position are calculated by the equation and (10). It is possible to create an image product by using these measured three-dimensional coordinates. Since the image product is created based on the three-dimensional coordinate value, the more the three-dimensional coordinate value is, the more accurate the image product can be created. Further, since the coordinate system on each measurement surface is the coordinate system of the calibration subject 11, the images of the measurement target 1 viewed from the entire circumference are created by simply integrating the images in the respective shooting directions θ.
【0071】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14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。Next, the visualization of S4 in FIG. 6 will be described. For example, if three-dimensional coordinates are obtained, an orthographic projection image can be created based on these. FIG. 14 is a diagram for explaining the difference between the central projection image and the orthographic projection image.
The image captured by the lens is a central projection because the subject is captured from the principal point of the lens, and the image is distorted. On the other hand, an orthographic projection image is an image in which a subject is parallel-projected by a lens located at infinity, and accurate dimensions of the subject appear in the image itself like a map.
【0072】従って正射投影画像を作成すれば、測定対
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、正射投影画像からいつでも
測定対象物1の再現、図化が可能となる為、正射投影画
像の状態で保存しても大変利用価値が高い。Therefore, if an orthographic projection image is created, it is possible to easily create a drawing by tracing over the orthographic projection image when plotting the measurement object 1. Compared to the conventional work of visualizing an actual object such as a buried cultural property while looking at it, orthographic projection images can save a lot of labor, and at the same time, its dimensional accuracy can be accurate. . That is, anyone can easily and accurately plot. Further, since it is possible to reproduce and plot the measuring object 1 from the orthographic projection image at any time without drawing it, the utility value is very high even if it is saved in the state of the orthographic projection image.
【0073】なお、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S24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、S24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S24の処理を行う場合に比較して正確性に乏
しくなる。When it is not necessary to perform three-dimensional measurement of the entire measurement surface and only measurement of characteristic points is required, only the data measured here may be used without performing the processing of S24. However, when the process of S24 is not performed, when the image is visualized by the display / visualization unit 8 later, the imaged image is less accurate than when the process of S24 is performed. .
【0074】図15は第2の実施の形態を説明する要部
斜視図、図16は第2の実施の形態を説明する要部構成
ブロック図である。第1の実施の形態と比較すると、各
ステレオ撮影方向毎にステレオ撮影ユニットを有するス
テレオ撮影部3に代えて、撮像装置群20とステレオ撮
影領域抽出部21が設けられている。撮像装置群20
は、測定対象物1を予め定められた撮影方向から撮影す
る8台の撮像装置10A、10B、…、10Hを有す
る。撮像装置10A〜10Hは、北方向Nのような基準
方位に対して、各撮像装置10A〜10Hは、撮影方向
θA〜θHを有し、測定対象物1又は校正用被写体11
との距離もdA〜dHの位置に設置される。隣接する各
撮像装置10A〜10Hは、それぞれの固有の光軸が測
定対象物1又は校正用被写体11の方向を向いている点
で、ステレオ撮影ユニットを構成する2台の撮像装置3
R、3L(図1参照)が測定対象物1に対して大略平行
になるように調整されている第1の実施の形態と相違し
ている。FIG. 15 is a perspective view of a main part for explaining the second embodiment, and FIG. 16 is a block diagram of a main part for explaining the second embodiment. Compared to the first embodiment, an image pickup device group 20 and a stereo image pickup area extraction unit 21 are provided instead of the stereo image pickup unit 3 having a stereo image pickup unit for each stereo image pickup direction. Imaging device group 20
Has eight imaging devices 10A, 10B, ..., 10H for photographing the measuring object 1 from a predetermined photographing direction. The imaging devices 10A to 10H have imaging directions θA to θH with respect to a reference azimuth such as the north direction N, and the measurement target 1 or the calibration subject 11 is included.
The distance between and is also set to the position of dA to dH. Each of the adjacent image pickup devices 10A to 10H has two peculiar optical axes directed toward the measurement target 1 or the calibration subject 11, and thus the two image pickup devices 3 constituting the stereo image pickup unit.
This is different from the first embodiment in which R and 3L (see FIG. 1) are adjusted so as to be substantially parallel to the measurement object 1.
【0075】ステレオ撮影領域抽出部21は、撮像装置
群20の撮像装置により撮影された測定対象物1の画像
のうち、2台の撮像装置の撮影した測定対象物1の画像
の重複撮影領域を抽出する。重複撮影領域が、ステレオ
撮影として有効な画像となる為である。ステレオ撮影パ
ラメータ記憶手段5は、ステレオ撮影領域抽出部21に
より重複撮影領域の抽出された2台の撮像装置の撮影方
向におけるステレオ撮影パラメータを、撮像装置群20
に含まれる2以上の2台組の撮像装置に関して記憶す
る。The stereo-photographing area extracting section 21 determines the overlapping photographing areas of the images of the measuring object 1 photographed by the two image pickup devices among the images of the measuring object 1 photographed by the image pickup devices of the image pickup device group 20. Extract. This is because the overlapping photographing area becomes an image effective for stereo photographing. The stereo image capturing parameter storage unit 5 stores the stereo image capturing parameters in the image capturing directions of the two image capturing devices for which the overlapping image capturing regions have been extracted by the stereo image capturing region extracting unit 21, in the image capturing device group 20.
It stores about two or more sets of two image pickup devices included in.
【0076】このように構成された装置における校正用
被写体11並びに測定対象物1の表面形状測定を次に説
明する。図17は第2の実施の形態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、立体的に基準
点が配置された校正用被写体11を測定対象物1の設置
場所に置く(S30)。次に、3台以上の撮像装置とし
ての撮像装置群20の撮像装置10A、10B、…、1
0Hにより、校正用被写体11を撮影する(S31)。
そして、ステレオ撮影の対象となる撮像装置の組を決定
する(S32)。通常は、校正用被写体11の画像の重
複撮影領域の多い隣接する撮像装置をステレオ撮像装置
の組とする。次に、ステレオ撮像装置の組を構成する2
台の撮像装置の撮影した校正用被写体11の画像につい
て、ステレオ撮影領域抽出部21により重複撮影領域を
抽出する(S33)。Next, the surface shape measurement of the calibration subject 11 and the measurement object 1 in the apparatus configured as described above will be described. FIG. 17 is a flow chart for explaining the initialization work in the second embodiment. First, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object 1 (S30). Next, the imaging devices 10A, 10B, ..., 1 of the imaging device group 20 as three or more imaging devices
The calibration subject 11 is photographed at 0H (S31).
Then, a set of image pickup devices to be stereoscopically photographed is determined (S32). Usually, adjacent image pickup devices having many overlapping image pickup regions of the image of the calibration subject 11 are set as a set of stereo image pickup devices. Next, 2 which constitutes a set of stereo imaging devices
With respect to the image of the calibration subject 11 captured by the single image capturing apparatus, the stereoscopic image capturing area extraction unit 21 extracts the overlapping image capturing area (S33).
【0077】ターゲット重心位置検出(S34)、対応
付け(S35)、標定計算(S36)、ステレオ撮影パ
ラメータの算出(S37)については、図7のS12〜
S15と同様である。算出されたステレオ撮影パラメー
タは、ステレオ撮影パラメータ記憶手段5に記憶してお
く(S37)。そして、他のステレオ撮像装置の組を構
成する2台の撮像装置が存在するか判断し(S38)、
存在していればS33に戻り、終了していれば校正用被
写体11の測定を終了する。Regarding the detection of the position of the center of gravity of the target (S34), the association (S35), the orientation calculation (S36), and the calculation of the stereo photographing parameters (S37), the steps from S12 to FIG.
The same as S15. The calculated stereo shooting parameter is stored in the stereo shooting parameter storage unit 5 (S37). Then, it is determined whether or not there are two image pickup devices forming another stereo image pickup device set (S38),
If it exists, the process returns to S33, and if it has ended, the measurement of the calibration subject 11 ends.
【0078】図18は、第2の実施の形態における測定
対象物のステレオ撮影作業のフローチャートである。ま
ず、測定対象物1のテーブル2のような設置場所に置く
(S40)。次に、設置場所に置かれた測定対象物1を
撮像装置群20の撮像装置10A、10B、…、10H
により撮影する(S41)。そして、図17のS32の
結果を参照して、ステレオ撮像装置の組を構成する撮像
装置の組を抽出する(S42)。ステレオ撮像装置の組
を構成する2台の撮像装置が撮影した測定対象物1の画
像について、ステレオ撮影領域抽出部21により重複撮
影領域を抽出する(S43)。そして、ステレオ撮影パ
ラメータ記憶手段5に記憶されたステレオ撮像装置の組
のステレオ撮影パラメータを用いて、S43で抽出され
た重複撮影領域を測定対象物1のステレオ画像として生
成する(S44)。FIG. 18 is a flowchart of the stereoscopic photographing work of the measuring object according to the second embodiment. First, the measurement target 1 is placed on an installation place such as the table 2 (S40). Next, the image pickup devices 10A, 10B, ...
To photograph (S41). Then, with reference to the result of S32 of FIG. 17, a set of image pickup devices forming a set of stereo image pickup devices is extracted (S42). With respect to the image of the measurement object 1 taken by the two image pickup devices that form the set of stereo image pickup devices, the stereoscopic image pickup region extraction unit 21 extracts the overlapping image pickup region (S43). Then, the overlapping photographing area extracted in S43 is generated as a stereo image of the measuring object 1 by using the stereo photographing parameters of the pair of stereo photographing devices stored in the stereo photographing parameter storage means 5 (S44).
【0079】偏位修正画像作成(S44)、測定対象物
の輪郭、特徴点計測(S45)、自動計測(S46)に
ついては、図11のS22〜S24と同様である。測定
対象物の輪郭、特徴点計測(S45)、並びに自動計測
(S46)が、測定対象物1のステレオ画像から測定対
象物1の表面形状を測定する工程に相当している。そし
て、他のステレオ撮像装置の組を構成する2台の撮像装
置が存在するか判断し(S47)、存在していればS4
3に戻り、終了していれば測定対象物1の測定を終了す
る。The deviation correction image creation (S44), the contour of the measuring object, the characteristic point measurement (S45), and the automatic measurement (S46) are the same as those in S22 to S24 of FIG. The contour of the measuring object, feature point measurement (S45), and automatic measurement (S46) correspond to the step of measuring the surface shape of the measuring object 1 from the stereo image of the measuring object 1. Then, it is judged whether or not there are two image pickup devices forming another stereo image pickup device set (S47), and if they exist, S4 is set.
Returning to 3, the measurement of the measuring object 1 is ended if the measurement is completed.
【0080】図19は第3の実施の形態を説明する要部
構成図で、(A)は要部側面図、(B)は要部斜視図を
示している。図20は第3の実施の形態を説明する要部
構成ブロック図である。第1の実施の形態と比較する
と、ステレオ撮影部3に代えて、ステレオ撮影ユニット
9、光路変更手段22並びに撮影方向切換手段23が設
けられている。図19(A)に示すように、ステレオ撮
影ユニット9は、右側撮像装置9Rと左側撮像装置9L
とによって測定対象物1を第1の撮影方向からステレオ
撮影するものである。図19(A)では奥行き方向まで
表示できない平面的な配置を表示してあるが、もし立体
的に図示できるならば、右側撮像装置9Rと左側撮像装
置9Lで重複撮影領域が存在するように配置されてい
る。各撮像装置9R、9LはCCD、デジタルカメラ、
写真フィルム式カメラ等である。FIG. 19 is a main part configuration diagram for explaining the third embodiment. FIG. 19A is a side view of the main part and FIG. 19B is a perspective view of the main part. FIG. 20 is a block diagram of the main configuration for explaining the third embodiment. Compared to the first embodiment, a stereo photographing unit 9, a light path changing unit 22, and a photographing direction switching unit 23 are provided instead of the stereo photographing unit 3. As shown in FIG. 19A, the stereo photographing unit 9 includes a right side image pickup device 9R and a left side image pickup device 9L.
The object to be measured 1 is stereo-photographed from the first photographing direction by and. In FIG. 19 (A), a planar arrangement that cannot be displayed in the depth direction is displayed, but if it can be stereoscopically illustrated, the right imaging device 9R and the left imaging device 9L are arranged so that overlapping imaging regions exist. Has been done. The image pickup devices 9R and 9L are CCDs, digital cameras,
Examples include photographic film cameras.
【0081】光路変更手段22は、ステレオ撮影ユニッ
ト9により測定対象物1をステレオ撮影する方向を、第
2の撮影方向からステレオ撮影するように、ステレオ撮
影ユニット9と測定対象物1間の光路を変更するもの
で、例えば鏡やハーフミラーが用いられる。撮影方向切
換手段23は、第1の撮影方向と第2の撮影方向を担当
するステレオ撮影ユニット9を切換えて、ステレオ撮影
ユニット9が測定対象物1をステレオ撮影する撮影方向
は、一回のステレオ撮影時には一撮影方向とするもので
ある。撮影方向切換手段23は、同時に複数のステレオ
撮影方向から撮影される場合に生ずる光学的な相互干渉
を防止するもので、例えば液晶シャッター、機械式シャ
ッター等の開閉機器とシャッターの開閉制御装置とで構
成される。The optical path changing means 22 sets the optical path between the stereo photographing unit 9 and the measuring object 1 so that the stereo photographing direction of the measuring object 1 is stereo-photographed from the second photographing direction. It is changed, and for example, a mirror or a half mirror is used. The photographing direction switching means 23 switches the stereo photographing unit 9 which is in charge of the first photographing direction and the second photographing direction, and the stereo photographing unit 9 stereo-photographs the measuring object 1 in one photographing direction. At the time of shooting, the shooting direction is one. The shooting direction switching means 23 prevents optical mutual interference that occurs when shooting is performed from a plurality of stereo shooting directions at the same time. For example, an opening / closing device such as a liquid crystal shutter or a mechanical shutter and a shutter opening / closing control device. Composed.
【0082】図19(A)に示すように、右側撮像装置
9Rに対しては、光路変更手段22としてのミラー22
R1、反射ミラー22R2、ハーフミラー22R3、並
びに反射ミラー22R4が設けられており、撮影方向切
換手段23として液晶シャッター23Rが右側撮像装置
9Rとミラー22R1の間に設けられている。同様にし
て、左側撮像装置9Lに対しては、光路変更手段22と
してのミラー22L1、反射ミラー22L2、ハーフミ
ラー22L3、並びに反射ミラー22L4が設けられて
おり、撮影方向切換手段23として液晶シャッター23
Lが左側撮像装置9Lとミラー22L1の間に設けられ
ている。右側撮像装置9Rと左側撮像装置9Lとでは、
重複撮影領域が存在するように撮影方向が定められてい
る。As shown in FIG. 19A, a mirror 22 as an optical path changing means 22 is provided for the right image pickup device 9R.
An R1, a reflection mirror 22R2, a half mirror 22R3, and a reflection mirror 22R4 are provided, and a liquid crystal shutter 23R as a shooting direction switching unit 23 is provided between the right imaging device 9R and the mirror 22R1. Similarly, a mirror 22L1, a reflection mirror 22L2, a half mirror 22L3, and a reflection mirror 22L4 as the optical path changing means 22 are provided for the left imaging device 9L, and the liquid crystal shutter 23 as the photographing direction switching means 23.
L is provided between the left imaging device 9L and the mirror 22L1. In the right side image pickup device 9R and the left side image pickup device 9L,
The shooting direction is determined so that the overlapping shooting area exists.
【0083】図19(B)に示すように、右側撮像装置
9R、左側撮像装置9Lに加えて、撮像装置9S、9
T、9U、9Vの合計6台の撮像装置が設けられてい
る。各撮像装置9R〜9V毎に、光路変更手段22R、
22L〜22V(図示せず)と液晶シャッター23R〜
23Vが設けられている。ステレオ撮影ユニット9とし
ては、右側撮像装置9Sと左側撮像装置9Tが一組で、
右側撮像装置9Uと左側撮像装置9Vが他の一組を構成
している。As shown in FIG. 19B, in addition to the right side image pickup device 9R and the left side image pickup device 9L, the image pickup devices 9S and 9S.
A total of 6 image pickup devices of T, 9U, and 9V are provided. For each of the image pickup devices 9R to 9V, the optical path changing means 22R,
22L-22V (not shown) and liquid crystal shutter 23R-
23V is provided. As the stereoscopic photographing unit 9, a right side imaging device 9S and a left side imaging device 9T are a set,
The right imaging device 9U and the left imaging device 9V make up another set.
【0084】このように構成された装置における校正用
被写体11並びに測定対象物1の表面形状測定を次に説
明する。図21は第3の実施の形態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、立体的に基準
点が配置された校正用被写体11を測定対象物1の設置
場所に置く(S50)。次に、ステレオ撮影ユニット9
を構成する撮像装置9R〜9Vのうち、何れか一組によ
り、校正用被写体11を第1の撮影方向からステレオ撮
影する(S51)。次に、液晶シャッター23を閉じて
第1の撮影方向を担当しているステレオ撮影ユニット9
の撮影を止めて、第2の撮影方向を担当しているステレ
オ撮影ユニット9の液晶シャッター23をあけること
で、校正用被写体11をステレオ撮影する方向を変更す
る(S52)。The surface shape measurement of the calibration subject 11 and the measurement object 1 in the apparatus configured as described above will be described below. FIG. 21 is a flow chart for explaining the initialization work in the third embodiment. First, the calibration subject 11 having the three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement target 1 (S50). Next, the stereo photographing unit 9
Any one of the image pickup devices 9R to 9V that compose the image pickup device 11 captures the calibration subject 11 in stereo from the first shooting direction (S51). Next, the liquid crystal shutter 23 is closed and the stereo photographing unit 9 which is in charge of the first photographing direction.
By stopping the image capturing and opening the liquid crystal shutter 23 of the stereo image capturing unit 9 which is in charge of the second image capturing direction, the direction in which the calibration subject 11 is stereo imaged is changed (S52).
【0085】そして、ステレオ撮影ユニット9を構成す
る撮像装置9R〜9Vのうち、他の一組により、校正用
被写体11を第2の撮影方向からステレオ撮影する(S
53)。ターゲット重心位置検出(S54)、対応付け
(S55)、標定計算(S56)、ステレオ撮影パラメ
ータの算出(S57)については、図7のS12〜S1
5と同様である。算出されたステレオ撮影パラメータ
は、ステレオ撮影パラメータ記憶手段5に記憶しておく
(S57)。そして、他のステレオ撮影ユニット9を構
成する2台の撮像装置9R〜9Vが存在するか判断し
(S58)、存在していればS52に戻って、液晶シャ
ッターを操作して第3の撮影方向或いは第4の撮影方向
からステレオ撮影し、終了していれば校正用被写体11
の測定を終了する。Then, one of the image pickup devices 9R to 9V constituting the stereo image pickup unit 9 takes a stereo image of the calibration subject 11 from the second image pickup direction (S).
53). Regarding the detection of the position of the center of gravity of the target (S54), the association (S55), the orientation calculation (S56), and the calculation of the stereo photographing parameters (S57), S12 to S1 in FIG.
The same as 5. The calculated stereo shooting parameter is stored in the stereo shooting parameter storage unit 5 (S57). Then, it is determined whether or not there are two image pickup devices 9R to 9V forming the other stereo image pickup unit 9 (S58), and if they exist, the process returns to S52 and the liquid crystal shutter is operated to set the third image pickup direction. Alternatively, stereo shooting is performed from the fourth shooting direction, and if completed, the calibration subject 11
End the measurement of.
【0086】図22は、第3の実施の形態における測定
対象物のステレオ撮影作業のフローチャートである。ま
ず、測定対象物1のテーブル2のような設置場所に置く
(S60)。次に、設置場所に置かれた測定対象物1を
ステレオ撮影ユニット9により第1の撮影方向からステ
レオ撮影する(S61)。次に、液晶シャッター23を
閉じて第1の撮影方向を担当しているステレオ撮影ユニ
ット9の撮影を止めて、第2の撮影方向を担当している
ステレオ撮影ユニット9の液晶シャッター23をあける
ことで、測定対象物1をステレオ撮影する方向を変更す
る(S62)。そして、測定対象物1をステレオ撮影ユ
ニット9により第2の撮影方向からステレオ撮影する
(S63)。FIG. 22 is a flow chart of the stereoscopic photographing work of the measuring object in the third embodiment. First, the measurement target 1 is placed on an installation place such as the table 2 (S60). Next, the measurement object 1 placed at the installation location is stereo-photographed by the stereo-photographing unit 9 from the first photographing direction (S61). Next, the liquid crystal shutter 23 is closed to stop the photographing of the stereo photographing unit 9 in charge of the first photographing direction, and the liquid crystal shutter 23 of the stereo photographing unit 9 in charge of the second photographing direction is opened. Then, the direction in which the measurement object 1 is stereoscopically imaged is changed (S62). Then, the measuring object 1 is stereo-photographed by the stereo-photographing unit 9 from the second photographing direction (S63).
【0087】偏位修正画像作成(S64)、測定対象物
の輪郭、特徴点計測(S65)、自動計測(S66)に
ついては、図11のS22〜S24と同様である。測定
対象物の輪郭、特徴点計測(S65)、並びに自動計測
(S66)が、測定対象物1のステレオ画像から測定対
象物1の表面形状を測定する工程に相当している。そし
て、他のステレオ撮影ユニット9を構成する2台の撮像
装置9R〜9Vが存在するか判断し(S67)、存在し
ていればS62に戻って、液晶シャッターを操作して第
3の撮影方向或いは第4の撮影方向からステレオ撮影
し、終了していれば測定対象物1の測定を終了する。な
お、各光路において、其々遮光されていれば、上述した
ように各光路に液晶シャッターを挿入することなく、各
光路の撮像装置から撮像信号をまとめて同時に得るよう
に構成することもできる。The deviation correction image creation (S64), the contour of the measuring object, the characteristic point measurement (S65), and the automatic measurement (S66) are the same as those in S22 to S24 of FIG. The contour of the measuring object, the feature point measurement (S65), and the automatic measurement (S66) correspond to the step of measuring the surface shape of the measuring object 1 from the stereo image of the measuring object 1. Then, it is determined whether or not there are two image pickup devices 9R to 9V forming the other stereo image pickup unit 9 (S67), and if they exist, the process returns to S62, and the liquid crystal shutter is operated to set the third image pickup direction. Alternatively, stereo imaging is performed from the fourth imaging direction, and if it is completed, the measurement of the measuring object 1 is completed. It should be noted that if the light is shielded in each optical path, it is possible to collectively obtain the image pickup signals from the image pickup devices in each optical path at the same time without inserting a liquid crystal shutter in each optical path as described above.
【0088】図23は第3の実施の形態の変形を説明す
る要部側面図である。図19(A)の場合は、光路変更
手段22としてのミラー22R1、反射ミラー22R
2、ハーフミラー22R3、並びに反射ミラー22R4
を用いる場合を示したが、ハーフミラーをいれる場合に
は画像が鏡像ではなく、正視したのと同じ左右の画像配
置となる。しかし、ハーフミラー22R3を入れないで
済めば、それだけ光学系が簡素化される。そこで、、ハ
ーフミラー22R3と反射ミラー22R4に代えて、反
射ミラー22R5で代用しても良い。この場合には、画
像が鏡像(裏像)関係となり、画像の左右又は上下が反
転する。FIG. 23 is a side view of the essential parts for explaining the modification of the third embodiment. In the case of FIG. 19A, the mirror 22R1 and the reflection mirror 22R as the optical path changing unit 22 are provided.
2. Half mirror 22R3 and reflection mirror 22R4
In the case where the half mirror is used, the image is not a mirror image but the same left and right image arrangement as that when viewed straight. However, if the half mirror 22R3 is omitted, the optical system is simplified accordingly. Therefore, the half mirror 22R3 and the reflection mirror 22R4 may be replaced with a reflection mirror 22R5. In this case, the images are in a mirror image (back image) relationship, and the left and right or top and bottom of the image are inverted.
【0089】図24は第4の実施の形態を説明する要部
構成図、図25は第4の実施の形態を説明する要部構成
ブロック図である。第3の実施の形態と比較すると、ス
テレオ撮影ユニット9と撮影方向切換手段23に代え
て、撮像装置10とステレオ撮影制御部24が設けられ
ている。撮像装置10は、CCD、デジタルカメラ、写
真フィルム式カメラ等である。ステレオ撮影制御部24
は、撮像装置10により測定対象物1を撮影する方向
を、第1及び第2の撮影方向のそれぞれにおいて左撮影
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
するもので、例えば撮像装置10と光路変更手段22を
一体として、ステレオ撮影関係が得られる位置に移動さ
せるモータなどが用いられる。ここでは、光路変更手段
22としてミラー221、反射ミラー222、ハーフミ
ラー223、反射ミラー224並びに液晶シャッター2
26が設けられている。FIG. 24 is a main part configuration diagram for explaining the fourth embodiment, and FIG. 25 is a main part configuration block diagram for explaining the fourth embodiment. Compared to the third embodiment, an image pickup device 10 and a stereo image pickup control section 24 are provided instead of the stereoscopic image pickup unit 9 and the image pickup direction switching means 23. The image pickup device 10 is a CCD, a digital camera, a photographic film type camera, or the like. Stereo photography control unit 24
Is for controlling the direction in which the measurement target 1 is imaged by the imaging device 10 to a stereo imaging direction in which the left imaging direction and the right imaging direction are a set in each of the first and second imaging directions. A motor or the like for moving the device 10 and the optical path changing means 22 to a position where a stereo photographing relationship is obtained is used. Here, as the optical path changing means 22, a mirror 221, a reflection mirror 222, a half mirror 223, a reflection mirror 224, and a liquid crystal shutter 2 are used.
26 are provided.
【0090】このように構成された装置における校正用
被写体11並びに測定対象物1の表面形状測定を説明す
る。図26は第4の実施の形態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、立体的に基準点が
配置された校正用被写体11を測定対象物1の設置場所
に置く(S70)。次に、ステレオ撮影制御部24によ
って撮像装置10を第1の撮影方向のうち、右撮影方向
に移動させて、撮像装置10により右撮影方向から校正
用被写体11を撮影する(S71)。次にステレオ撮影
制御部24によって撮像装置10を、第1の撮影方向の
うち左撮影方向に移動させて、撮像装置10により左撮
影方向から校正用被写体11を撮影する(S72)。こ
のように、ステレオ撮影制御部24と撮像装置10によ
り、校正用被写体11を第1の撮影方向からステレオ撮
影する。なお、右撮影方向と左撮影方向の順序は、何れ
を先としても差し支えないが、撮影された画像を処理す
る関係で順序を予め統一しておくのが良い。The surface shape measurement of the calibration subject 11 and the measuring object 1 in the apparatus thus configured will be described. FIG. 26 is a flow chart for explaining the initialization work in the fourth embodiment. First, the calibration subject 11 having three-dimensionally arranged reference points is placed at the installation location of the measurement object 1 (S70). Next, the stereoscopic imaging control unit 24 moves the imaging device 10 in the right imaging direction out of the first imaging directions, and the imaging device 10 images the calibration subject 11 from the right imaging direction (S71). Next, the stereoscopic imaging control unit 24 moves the imaging device 10 in the left imaging direction out of the first imaging directions, and the imaging device 10 images the calibration subject 11 from the left imaging direction (S72). In this way, the stereoscopic photographing control unit 24 and the imaging device 10 stereoscopically photograph the calibration subject 11 from the first photographing direction. The order of the right shooting direction and the left shooting direction may be either first, but it is preferable to unify the order in advance in order to process the shot images.
【0091】次に、ステレオ撮影制御部24によって撮
像装置10を、第2の撮影方向のうち右撮影方向に移動
させて、撮像装置10により右撮影方向から校正用被写
体11を撮影する(S73)。次にステレオ撮影制御部
24によって撮像装置10を、第2の撮影方向のうち左
撮影方向に移動させて、撮像装置10により左撮影方向
から校正用被写体11を撮影する(S74)。このよう
に、ステレオ撮影制御部24と撮像装置10により、校
正用被写体11を第2の撮影方向からステレオ撮影す
る。Next, the stereoscopic photographing control section 24 moves the image pickup device 10 in the right photographing direction among the second photographing directions, and the image pickup device 10 photographs the calibration subject 11 from the right photographing direction (S73). . Next, the stereoscopic imaging control unit 24 moves the imaging device 10 in the left imaging direction out of the second imaging directions, and the imaging device 10 images the calibration subject 11 from the left imaging direction (S74). In this way, the stereoscopic photographing control unit 24 and the imaging device 10 stereoscopically photograph the calibration subject 11 from the second photographing direction.
【0092】ターゲット重心位置検出(S75)、対応
付け(S76)、標定計算(S77)、ステレオ撮影パ
ラメータの算出(S78)については、図7のS12〜
S15と同様である。算出されたステレオ撮影パラメー
タは、ステレオ撮影パラメータ記憶手段5に記憶してお
く(S78)。そして、他のステレオ撮影方向が存在す
るか判断し(S79)、存在していればS73に戻っ
て、第3の撮影方向或いは第4の撮影方向からステレオ
撮影し、終了していれば校正用被写体11の測定を終了
する。The target barycentric position detection (S75), the association (S76), the orientation calculation (S77), and the stereo photographing parameter calculation (S78) are performed from S12 to S12 in FIG.
The same as S15. The calculated stereo shooting parameter is stored in the stereo shooting parameter storage unit 5 (S78). Then, it is determined whether or not another stereo photographing direction exists (S79), and if it exists, the process returns to S73 to perform stereo photographing from the third photographing direction or the fourth photographing direction, and if completed, for calibration. The measurement of the subject 11 ends.
【0093】図27は、第4の実施の形態における測定
対象物のステレオ撮影作業のフローチャートである。ま
ず、測定対象物1のテーブル2のような設置場所に置く
(S80)。次に、ステレオ撮影制御部24によって撮
像装置10を第1の撮影方向のうち、右撮影方向に移動
させて、撮像装置10により右撮影方向から測定対象物
1を撮影する(S81)。次にステレオ撮影制御部24
によって撮像装置10を、第1の撮影方向のうち左撮影
方向に移動させて、撮像装置10により左撮影方向から
測定対象物1を撮影する(S82)。このように、ステ
レオ撮影制御部24と撮像装置10により、測定対象物
1を第1の撮影方向からステレオ撮影する。FIG. 27 is a flowchart of the stereoscopic photographing work of the measuring object in the fourth embodiment. First, the measurement target 1 is placed on an installation place such as the table 2 (S80). Next, the stereoscopic imaging control unit 24 moves the imaging device 10 in the right imaging direction among the first imaging directions, and the imaging device 10 images the measurement target 1 from the right imaging direction (S81). Next, the stereo photography control unit 24
The imaging device 10 is moved in the left imaging direction among the first imaging directions by the imaging device 10 to image the measurement target 1 from the left imaging direction (S82). In this way, the stereoscopic imaging control unit 24 and the imaging device 10 stereoscopically shoot the measurement target 1 from the first imaging direction.
【0094】次に、ステレオ撮影制御部24によって撮
像装置10を、第2の撮影方向のうち右撮影方向に移動
させて、撮像装置10により右撮影方向から測定対象物
1を撮影する(S83)。次にステレオ撮影制御部24
によって撮像装置10を、第2の撮影方向のうち左撮影
方向に移動させて、撮像装置10により左撮影方向から
測定対象物1を撮影する(S84)。このようにして、
ステレオ撮影制御部24と撮像装置10により、測定対
象物1を第2の撮影方向からステレオ撮影する。Next, the stereoscopic photographing control section 24 moves the image pickup device 10 in the right photographing direction among the second photographing directions, and the image pickup device 10 photographs the measuring object 1 from the right photographing direction (S83). . Next, the stereo photography control unit 24
The imaging device 10 is moved in the left imaging direction among the second imaging directions by the imaging device 10 to image the measurement object 1 from the left imaging direction (S84). In this way
The stereoscopic photographing control unit 24 and the imaging device 10 stereoscopically photograph the measuring object 1 from the second photographing direction.
【0095】偏位修正画像作成(S85)、測定対象物
の輪郭、特徴点計測(S86)、自動計測(S87)に
ついては、図11のS22〜S24と同様である。測定
対象物の輪郭、特徴点計測(S86)、並びに自動計測
(S87)が、測定対象物1のステレオ画像から測定対
象物1の表面形状を測定する工程に相当している。そし
て、他のステレオ撮影方向が存在するか判断し(S8
8)、存在していればS83に戻って、第3の撮影方向
或いは第4の撮影方向からステレオ撮影し、終了してい
れば測定対象物1の測定を終了する。The deviation correction image creation (S85), the contour of the measuring object, the characteristic point measurement (S86), and the automatic measurement (S87) are the same as those in S22 to S24 of FIG. The contour of the measuring object, the characteristic point measurement (S86), and the automatic measurement (S87) correspond to the step of measuring the surface shape of the measuring object 1 from the stereo image of the measuring object 1. Then, it is determined whether or not another stereo photographing direction exists (S8).
8) If it exists, the process returns to S83 to perform stereo imaging from the third imaging direction or the fourth imaging direction, and if completed, the measurement of the measuring object 1 ends.
【0096】図28は、本発明の第5の実施の形態を示
す要部構成図である。第3の実施の形態と比較すると、
ステレオ撮影ユニット9が各ステレオ撮影方向毎に設け
られているのに代えて、ステレオ撮影ユニット9が単一
になっている。図28に示すように、ステレオ撮影ユニ
ット9は、右側撮像装置9Rと左側撮像装置9Lとによ
って測定対象物1を第1の撮影方向から直接ステレオ撮
影すると共に、光路変更手段22としてのミラー22
R、22Lによって測定対象物1を第2の撮影方向から
ステレオ撮影している。FIG. 28 is a main part configurational view showing a fifth embodiment of the present invention. Compared with the third embodiment,
Instead of the stereo photographing unit 9 being provided for each stereo photographing direction, a single stereo photographing unit 9 is provided. As shown in FIG. 28, the stereoscopic imaging unit 9 directly stereoscopically images the measuring object 1 from the first imaging direction by the right imaging device 9R and the left imaging device 9L, and at the same time, the mirror 22 as the optical path changing means 22.
The object to be measured 1 is stereoscopically photographed from the second photographing direction by R and 22L.
【0097】図29はステレオ撮影ユニットの各撮像装
置に写る測定対象物の説明図である。右側撮像装置9R
又は左側撮像装置9Lには、一つは測定対象物1の実
像、もう一つはミラー22R、22Lによる他の角度か
らの測定対象物1の画像となる。仮に、ミラーの配置関
係により、他方のミラー像が写ってしまうような場合に
は、その間に遮蔽版をいれたり、あるいはシャッター等
をいれて切り替えるようにし、画像取得時に他方の像が
回りこまないようにする。FIG. 29 is an explanatory diagram of the measuring object shown in each image pickup device of the stereo image pickup unit. Right imaging device 9R
Alternatively, on the left imaging device 9L, one is a real image of the measuring object 1 and the other is an image of the measuring object 1 from another angle by the mirrors 22R and 22L. If the other mirror image appears due to the arrangement of the mirrors, a shield plate may be inserted or a shutter or the like may be inserted between them to prevent the other image from turning around. To do so.
【0098】図30は、本発明の第5の実施の形態を示
す要部構成ブロック図である。対応被写体像抽出手段2
5は、ステレオ撮影ユニット9がステレオ撮影した画像
について、実像とミラー像を分離するもので、例えば像
の大きさで第1の撮影方向と第2の撮影方向とを区別す
る。他の構成要素については、既に説明したものと同様
である。FIG. 30 is a block diagram of the essential parts showing the fifth embodiment of the present invention. Corresponding subject image extraction means 2
Reference numeral 5 is for separating a real image and a mirror image of an image captured in stereo by the stereo image capturing unit 9, and distinguishes the first image capturing direction and the second image capturing direction by the size of the image, for example. Other components are the same as those already described.
【0099】また、ステレオ画像として、偏位修正画像
を得るための処理も、右側撮影画像と左側撮影画像にお
ける実像同士、或いはミラー像同士でステレオペアとし
た画像に対して、先に説明した方法と同様に解析すれば
よい。この場合は、実像とミラー像で撮影距離が異な
り、縮尺その他のパラメータがステレオペアごとで異な
ったものとなるが、初期化設定における校正用被写体1
1によりすべて補正が行なえているので、測定対象物1
に関して必要な精度或いは分解能を満足していればよ
い。即ち、測定対象物1を三次元計測する場合、測定対
象物1に関して求められた座標はすべて、校正用被写体
11上の座標に変換されているので、撮影距離の相違は
大きな影響を及ぼさない。但し、実像同士、或いはミラ
ー像同士のステレオペアの倍率差は少ない方がよく、実
像とミラー像の倍率差以内に設定する。Further, the processing for obtaining the deviation correction image as the stereo image is also performed by the method described above for the real images in the right-hand side picked-up image and the left-hand side picked-up image or for the stereo paired image made up of the mirror images. Analysis may be performed in the same manner as. In this case, the shooting distance differs between the real image and the mirror image, and the scale and other parameters are different for each stereo pair. However, the calibration subject 1 in the initialization setting is different.
Since all can be corrected by 1, the measurement target 1
It is sufficient that the necessary accuracy or resolution is satisfied. That is, when the measurement object 1 is three-dimensionally measured, since the coordinates obtained for the measurement object 1 are all converted into the coordinates on the calibration subject 11, the difference in the shooting distance does not have a great influence. However, it is preferable that the difference in magnification between the real images or the stereo pair between the mirror images is small, and the difference is set within the difference in magnification between the real image and the mirror image.
【0100】このような構成とすることで、裏側を同時
にステレオ撮影していることになるので、実像又はミラ
ー像の何れか一方のみを撮影する場合に比較して、測定
対象物1の全周面を撮影する為に測定対象物1を回転さ
せる回数を減らすことが可能となる。すなわち実像だけ
を撮影する場合に必要とされる回転回数に対して、半分
の回数で良い。また、上記実施の形態においては、ステ
レオ撮影ユニット9を用いる場合を示したが、一台の撮
像装置10とステレオ撮影制御部24によってステレオ
撮影するようにしてもよい。With such a configuration, since the back side is simultaneously stereo-photographed, as compared with the case where only one of the real image and the mirror image is photographed, the entire circumference of the object to be measured 1 is compared. It is possible to reduce the number of rotations of the measuring object 1 for photographing the surface. That is, the number of rotations required to take only a real image is half. Further, although the case where the stereoscopic photographing unit 9 is used has been described in the above-described embodiment, stereoscopic photographing may be performed by one imaging device 10 and the stereoscopic photographing control unit 24.
【0101】なお、上記の実施の形態においては、埋蔵
文化財のように測定対象物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方向を適宜複
数選択すればよい。In the above embodiment, the case where an image of the measuring object 1 viewed from the entire circumference like the buried cultural property is required is explained, but the present invention is not limited to this. Instead, it is necessary to accurately measure the surface shape of the front and left and right side surfaces, such as the human body and mechanical structures, but in the application where it is enough to know the outline on the back side, the stereo of the required range It suffices to appropriately select a plurality of shooting directions in which an image can be obtained.
【0102】[0102]
【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、測定対象物をステレオ撮影するステ
レオ撮影ユニットを複数有するステレオ撮影部と、前記
ステレオ撮影ユニットが前記測定対象物をステレオ撮影
する複数の方向毎の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測定対
象物を撮影して、前記測定対象物のステレオ画像を生成
する手段と、前記測定対象物のステレオ画像から前記測
定対象物の表面形状を測定する手段とを備える構成とし
ているので、ステレオ撮影部と測定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。また、
ステレオ撮影部は2以上のステレオ撮影ユニットから構
成されているので、測定対象物の周面を広範囲に撮影す
る場合にも、測定対象物を回転させたりステレオ撮影ユ
ニットを移動させたりする回数を減少させたり、不要と
することができ、撮影が迅速に行える。As described above, according to the surface profile measuring apparatus of the present invention, the stereo photographing unit having a plurality of stereo photographing units for stereo photographing the measuring object, and the stereo photographing unit measuring the measuring object. Means for storing stereo photographing parameters for each of a plurality of directions for stereo photographing, and the stereo photographing unit photographing the measuring object from the plurality of directions in which the stereo photographing parameters are stored, and measuring the measuring object. Since it is configured to include means for generating a stereo image and means for measuring the surface shape of the measurement object from the stereo image of the measurement object, it is not necessary to strictly position the stereo photographing unit and the measurement object. Also, accurate measurements can be obtained. Also,
Since the stereo imaging unit is composed of two or more stereo imaging units, the number of times to rotate the measurement object or move the stereo imaging unit is reduced even when the peripheral surface of the measurement object is imaged over a wide area. It can be made unnecessary or unnecessary, and shooting can be done quickly.
【0103】また、本発明の表面形状測定装置によれ
ば、右側撮像装置と左側撮像装置とによって測定対象物
をステレオ撮影するステレオ撮影ユニットであって、第
1及び第2の撮影方向をそれぞれ担当する複数のユニッ
トが設けられた前記ステレオ撮影ユニットと、前記ステ
レオ撮影ユニットと前記測定対象物間の光路を変更する
光路変更手段と、前記ステレオ撮影ユニットが前記測定
対象物をステレオ撮影する第1及び第2の撮影方向にお
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記憶された前記第1及び第2の
撮影方向から、前記ステレオ撮影ユニットにより前記測
定対象物をステレオ撮影して、前記測定対象物のステレ
オ画像を生成する手段と、前記測定対象物のステレオ画
像から前記測定対象物の表面形状を測定する手段とを備
える構成としたので、ステレオ撮影ユニットから測定対
象物を直視できない場合や、ステレオ撮影ユニットの設
置場所の関係でコンパクトな構造を採用する必要のある
場合でも、光路変更手段により光路を変更してステレオ
撮影できる。Further, according to the surface profile measuring apparatus of the present invention, it is a stereoscopic photographing unit for stereoscopically photographing the object to be measured by the right side image pickup apparatus and the left side image pickup apparatus, which are in charge of the first and second photographing directions, respectively. A stereo image pickup unit provided with a plurality of units, an optical path changing unit for changing an optical path between the stereo image pickup unit and the measurement object, and the stereo image pickup unit stereoscopically takes an image of the measurement object. Means for storing a stereo image capturing parameter in a second image capturing direction; and a stereo image capturing of the object to be measured by the stereo image capturing unit from the first and second image capturing directions in which the stereo image capturing parameter is stored, Means for generating a stereo image of the measuring object, and the measuring object from the stereo image of the measuring object Since it is configured to include a means for measuring the surface shape of the stereo imaging unit, the optical path can be used even when the object to be measured cannot be directly viewed from the stereo imaging unit or when a compact structure needs to be adopted due to the installation location of the stereo imaging unit. The changing means can change the optical path to perform stereo photography.
【0104】さらに、請求項8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。Further, as in the invention described in claim 8,
When an orthographic projection image of an object is created, the surface shape of the object can be reproduced using the orthographic projection image, increasing the value when constructing a database as image information, which is extremely useful. .
【図1】 本発明の第1の実施の形態を説明する要部斜
視図である。FIG. 1 is a perspective view of an essential part for explaining a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第1の実施の形態を説明する要部構
成ブロック図ある。FIG. 2 is a block diagram of a main part configuration for explaining the first embodiment of the present invention.
【図3】 校正用被写体を説明する構成斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of a calibration subject.
【図4】 校正用被写体に貼付される基準点マーク形状
の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a reference point mark shape attached to a calibration subject.
【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。FIG. 5 is an explanatory diagram of a three-dimensional coordinate system xyz that describes the position of a reference point mark.
【図6】 図1及び図2の装置を用いた測定対象物の計
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。FIG. 6 is a flowchart for generally explaining the whole measuring procedure of the measuring object using the apparatus of FIGS. 1 and 2.
【図7】 ステレオ撮影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。FIG. 7 is a flowchart illustrating an initialization operation in a stereo shooting direction.
【図8】 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。FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a template image used in the residual sequential test method and left and right images.
【図9】 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。FIG. 9 is an explanatory diagram of the method of moments, in which the vertical axis represents the measured value f (x,
y), the horizontal axis represents the spatial distributions X and Y.
【図10】 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。FIG. 10 is a diagram illustrating orientation calculation using a model coordinate system XYZ and left and right camera coordinate systems xyz.
【図11】 測定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。FIG. 11 is a flowchart illustrating a procedure for stereoscopically photographing a measurement target.
【図12】 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。FIG. 12 is a diagram showing an example of the deviation correction process, and illustrates the left and right images before and after the process.
【図13】 ステレオ法の原理を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating the principle of the stereo method.
【図14】 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。FIG. 14 is a diagram illustrating a difference between a central projection image and an orthographic projection image.
【図15】 本発明の第2の実施の形態を説明する要部
斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a main part for explaining a second embodiment of the present invention.
【図16】 第2の実施の形態を説明する要部構成ブロ
ック図ある。FIG. 16 is a block diagram of a main configuration illustrating a second embodiment.
【図17】 第2の実施の形態における初期化作業を説
明するフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart illustrating an initialization work according to the second embodiment.
【図18】 第2の実施の形態における測定対象物のス
テレオ撮影作業のフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart of a stereo photographing operation of a measurement target according to the second embodiment.
【図19】 本発明の第3の実施の形態を説明する要部
構成図で、(A)は要部側面図、(B)は要部斜視図を
示している。FIG. 19 is a main part configuration diagram for explaining a third embodiment of the present invention, in which (A) is a side view of the main part and (B) is a perspective view of the main part.
【図20】 第3の実施の形態を説明する要部構成ブロ
ック図ある。FIG. 20 is a block diagram of a main part configuration for explaining a third embodiment.
【図21】 第3の実施の形態における初期化作業を説
明するフローチャートである。FIG. 21 is a flowchart illustrating an initialization work according to the third embodiment.
【図22】 第3の実施の形態における測定対象物のス
テレオ撮影作業のフローチャートである。FIG. 22 is a flowchart of a stereo photographing operation of a measurement target according to the third embodiment.
【図23】 第3の実施の形態の変形を説明する要部側
面図である。FIG. 23 is a side view of a main part for explaining a modification of the third embodiment.
【図24】 本発明の第4の実施の形態を説明する要部
斜視図である。FIG. 24 is a perspective view of a main part for explaining a fourth embodiment of the present invention.
【図25】 第4の実施の形態を説明する要部構成ブロ
ック図ある。FIG. 25 is a block diagram of a main part configuration for explaining a fourth embodiment.
【図26】 第4の実施の形態における初期化作業を説
明するフローチャートである。FIG. 26 is a flowchart illustrating an initialization work according to the fourth embodiment.
【図27】 第4の実施の形態における測定対象物のス
テレオ撮影作業のフローチャートである。FIG. 27 is a flowchart of a stereoscopic photographing operation of a measurement target according to the fourth embodiment.
【図28】 本発明の第5の実施の形態を示す要部構成
図である。FIG. 28 is a main part configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
【図29】 ステレオ撮影ユニットの各撮像装置に写る
測定対象物の説明図である。FIG. 29 is an explanatory diagram of an object to be measured which is imaged in each imaging device of the stereo imaging unit.
【図30】 本発明の第5の実施の形態を示す要部構成
ブロック図である。FIG. 30 is a block diagram of a main part configuration showing a fifth embodiment of the present invention.
1 対象物 2 テーブル 3 ステレオ撮影部 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 ステレオ撮影ユニット 10 撮像装置 11 校正用被写体 20 撮像装置群 21 ステレオ撮影領域抽出部 22 光路変更手段(ミラー、ハーフミラー) 23 撮影方向切換手段(シャッター) 24 ステレオ撮影制御部 25 対応被写体像抽出手段 1 object 2 tables 3 Stereo shooting section 5 Stereo shooting parameter storage means 6 Stereo image generation means 7 Surface shape calculation processing means 8 Display / Plot 9 Stereo shooting unit 10 Imaging device 11 Calibration subject 20 Imaging device group 21 Stereo shooting area extraction unit 22 Optical path changing means (mirror, half mirror) 23 Shooting direction switching means (shutter) 24 Stereo shooting controller 25 Corresponding subject image extraction means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA04 AA49 AA51 BB05 BB28 CC00 CC11 CC16 DD06 FF05 JJ03 JJ26 LL00 LL11 MM23 QQ04 QQ18 QQ24 QQ25 QQ31 QQ42 SS02 5B057 AA20 BA02 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB17 CD11 CE15 DA07 DA08 DA17 DB03 DC05 DC06 DC09 DC16 DC32 5C054 AA01 AA05 CC02 FC15 FD01 HA05 5L096 AA06 AA09 CA05 DA02 EA07 FA06 FA09 FA60 FA69 GA08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F term (reference) 2F065 AA04 AA49 AA51 BB05 BB28 CC00 CC11 CC16 DD06 FF05 JJ03 JJ26 LL00 LL11 MM23 QQ04 QQ18 QQ24 QQ25 QQ31 QQ42 SS02 5B057 AA20 BA02 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB17 CD11 CE15 DA07 DA08 DA17 DB03 DC05 DC06 DC09 DC16 DC32 5C054 AA01 AA05 CC02 FC15 FD01 HA05 5L096 AA06 AA09 CA05 DA02 EA07 FA06 FA09 FA60 FA69 GA08
Claims (13)
撮影ユニットを複数有するステレオ撮影部と;前記ステ
レオ撮影ユニットが前記測定対象物をステレオ撮影する
複数の方向毎の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測定対象物
を撮影して、前記測定対象物のステレオ画像を生成する
手段と;前記測定対象物のステレオ画像から前記測定対
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。1. A stereo photographing unit having a plurality of stereo photographing units for photographing the measurement object in stereo; means for storing stereo photographing parameters for each of a plurality of directions in which the stereo photographing unit stereo-photographs the measurement object; Means for photographing the measuring object by the stereo photographing unit from the plurality of directions in which the stereo photographing parameters are stored to generate a stereo image of the measuring object; Means for measuring the surface shape of the object to be measured; a surface shape measuring device.
は、立体的に基準点が配置された校正用被写体を前記測
定対象物の設置場所に置き、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各ステレオ撮影ユニット
の撮影方向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ことを特
徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。2. The stereo photographing parameter storage means places a calibration subject having a three-dimensionally arranged reference point at a place where the measurement object is installed, and the stereo photographing unit photographs the calibration subject, The surface according to claim 1, wherein a stereo shooting parameter of a shooting direction of each stereo shooting unit is calculated from a shot stereo image of the calibration subject, and the calculated stereo shooting parameter is stored. Shape measuring device.
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、前記ステレオ撮影パラメータを算出することを
特徴とする請求項2に記載の表面形状測定装置。3. The stereo photographing parameter storage means stores a reference point position of the calibration subject stored in advance and a reference calculated from a stereo image of the reference point of the calibration subject photographed by the stereo photographing unit. The surface shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the stereoscopic imaging parameter is calculated by comparing with a point position.
ら撮影する3台以上の撮像装置を有する撮像装置群と;
前記撮像装置群の撮像装置により撮影された前記測定対
象物の画像のうち、2台の撮像装置の撮影した前記測定
対象物の画像の重複撮影領域を抽出するステレオ撮影領
域抽出部と;前記ステレオ撮影領域抽出部により重複撮
影領域の抽出された2台の撮像装置の撮影方向における
ステレオ撮影パラメータを、前記撮像装置群に含まれる
2以上の2台組の撮像装置に関して記憶する手段と;前
記ステレオ撮影パラメータの算出された前記2以上の2
台組の撮像装置の撮影方向から、前記撮像装置により前
記測定対象物を撮影して、前記測定対象物のステレオ画
像を生成する手段と;前記測定対象物のステレオ画像か
ら前記測定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。4. An image pickup device group having three or more image pickup devices for taking an image of an object to be measured from a predetermined image pickup direction;
A stereo image capturing area extraction unit that extracts an overlapping image capturing area of the image of the measurement object captured by the two image capturing apparatuses among the images of the measurement object captured by the image capturing apparatuses of the image capturing apparatus group; Means for storing stereo image capturing parameters in the image capturing direction of the two image capturing devices for which the overlapping image capturing regions have been extracted by the image capturing region extraction unit, for two or more two image capturing devices included in the image capturing device group; Two or more of the two or more calculated shooting parameters
A means for photographing the measurement target by the image pickup device from the photographing direction of the image pickup device of the frame to generate a stereo image of the measurement target; and a surface of the measurement target from the stereo image of the measurement target. Means for measuring the shape; a surface shape measuring device.
測定対象物をステレオ撮影するステレオ撮影ユニットで
あって、第1及び第2の撮影方向をそれぞれ担当する複
数のユニットが設けられた前記ステレオ撮影ユニット
と;前記ステレオ撮影ユニットと前記測定対象物間の光
路を変更する光路変更手段と;前記ステレオ撮影ユニッ
トが前記測定対象物をステレオ撮影する第1及び第2の
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記憶された前記第
1及び第2の撮影方向から、前記ステレオ撮影ユニット
により前記測定対象物をステレオ撮影して、前記測定対
象物のステレオ画像を生成する手段と;前記測定対象物
のステレオ画像から前記測定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. A stereo image pickup unit for stereoscopically taking an image of an object to be measured by a right side image pickup device and a left side image pickup device, wherein the stereoscopic image pickup is provided with a plurality of units respectively in charge of first and second image pickup directions. A unit; an optical path changing means for changing an optical path between the stereo photographing unit and the measuring object; and a stereo photographing parameter in first and second photographing directions in which the stereo photographing unit stereo-photographs the measuring object is stored. And means for generating a stereo image of the measurement object by stereo-photographing the measurement object by the stereo imaging unit from the first and second imaging directions in which the stereo imaging parameters are stored. A means for measuring the surface shape of the measurement object from a stereo image of the measurement object; Surface shape measuring device.
撮像装置と前記測定対象物間の光路を変更する光路変更
手段と;前記撮像装置により前記測定対象物を撮影する
方向を、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と共に、前記ステレオ撮影方向とし
て少なくとも第1の撮影方向と第2の撮影方向を選択で
きるステレオ撮影制御部と;前記撮像装置が前記測定対
象物を撮影する前記第1及び第2の撮影方向のステレオ
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第
1及び第2の撮影方向に関するステレオ撮影方向から、
前記撮像装置により前記測定対象物を撮影して、前記測
定対象物のステレオ画像を生成する手段と;前記測定対
象物のステレオ画像から前記測定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。6. An image pickup device for photographing a measuring object; an optical path changing means for changing an optical path between the image pickup device and the measuring object; a left photographing direction for photographing the measuring object by the image pickup device. Direction and right photographing direction are combined into a pair of stereo photographing directions, and at least a first photographing direction and a second photographing direction can be selected as the stereo photographing directions; and a stereo photographing control unit; Means for storing stereo image capturing parameters in the stereo image capturing directions of the first and second image capturing directions for capturing an object; from the stereo image capturing directions relating to the first and second image capturing directions in which the stereo image capturing parameters are calculated ,
A means for photographing the measuring object by the image pickup device to generate a stereo image of the measuring object; and means for measuring the surface shape of the measuring object from the stereo image of the measuring object; Shape measuring device.
測定対象物を第1の撮影方向からステレオ撮影するステ
レオ撮影ユニットと;前記ステレオ撮影ユニットと前記
測定対象物間の光路を変更させる光路変更手段であっ
て、前記測定対象物を第2の撮影方向からステレオ撮影
させる前記光路変更手段と;前記ステレオ撮影ユニット
が前記測定対象物をステレオ撮影する前記第1及び第2
の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記憶された前記
第1及び第2の撮影方向から、前記ステレオ撮影ユニッ
トにより前記測定対象物をステレオ撮影して、前記測定
対象物のステレオ画像を生成する手段と;前記測定対象
物のステレオ画像から前記測定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。7. A stereo photographing unit for stereo-photographing an object to be measured from a first photographing direction by a right-side imaging device and a left-side imaging device; an optical path changing means for changing an optical path between the stereo imaging unit and the object to be measured. And the optical path changing means for stereo-photographing the measurement target from a second photographing direction; the first and second stereoscopic photographing units stereo-photographing the measurement target.
A means for storing a stereo photographing parameter in the photographing direction; a stereo photographing of the measuring object by the stereo photographing unit from the first and second photographing directions in which the stereo photographing parameter is stored, and the measuring object. A surface shape measuring device, comprising: means for generating a stereo image of the object; and means for measuring the surface shape of the object to be measured from the stereo image of the object.
載の表面形状測定装置において;さらに前記測定対象物
のステレオ画像から、前記測定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. The surface profile measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a means for generating an orthographic projection image of the measurement target from a stereo image of the measurement target. A surface profile measuring device comprising.
方向数に適合するユニット数のステレオ撮影ユニットを
設け;立体的に基準点が配置された校正用被写体を前記
測定対象物の設置場所に置き;前記ステレオ撮影ユニッ
トにより前記校正用被写体を2以上の方向からステレオ
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2以上の撮影方向におけるステレオ撮影パラ
メータを算出し;前記ステレオ撮影パラメータの記憶さ
れた前記2以上の撮影方向から、前記ステレオ撮影ユニ
ットにより前記測定対象物をステレオ撮影し;前記ステ
レオ撮影パラメータを用いて、前記撮影された画像を前
記測定対象物のステレオ画像として生成し;前記測定対
象物のステレオ画像から前記測定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. A stereo photographing unit having a number of units suitable for two or more directions in which a measurement object is stereo-photographed is provided; a calibration subject in which a reference point is three-dimensionally arranged is provided at the installation location of the measurement object. Placement: Stereo photography of the calibration subject from two or more directions by the stereo photography unit; Calculation of stereo photography parameters in the two or more photography directions from stereo images of the photographed calibration subject; stereo photography From the two or more shooting directions in which parameters are stored, the measurement object is stereo-photographed by the stereo photographing unit; the photographed image is generated as a stereo image of the measurement object using the stereo photographing parameter. Measuring the surface shape of the measurement object from the stereo image of the measurement object; Surface shape measuring method.
写体を測定対象物の設置場所に置き;予め定められた撮
影方向から撮影する3台以上の撮像装置により前記校正
用被写体を撮影し;前記3台以上の撮像装置により撮影
された前記校正用被写体の画像のうち、2台の撮像装置
の撮影した前記校正用被写体の画像の重複撮影領域を抽
出して、ステレオ撮影パラメータを算出し;前記設置場
所に置かれた測定対象物を前記3台以上の撮像装置によ
り撮影し;前記3台以上の撮像装置により撮影された前
記測定対象物の画像のうち、2台の撮像装置の撮影した
前記測定対象物の画像の重複撮影領域を抽出し;前記ス
テレオ撮影パラメータを用いて、前記抽出された重複撮
影領域を前記測定対象物のステレオ画像として生成し;
前記測定対象物のステレオ画像から前記測定対象物の表
面形状を測定する;工程を有する表面形状測定方法。10. A calibration subject having three-dimensionally arranged reference points is placed at an installation location of an object to be measured; the calibration subject is photographed by three or more imaging devices that photograph from a predetermined photographing direction. A stereoscopic photographing parameter is calculated by extracting an overlapping photographing area of the images of the calibration subject photographed by the two image pickup devices from the images of the calibration subject photographed by the three or more image pickup devices. Capturing an image of the measurement object placed at the installation location with the three or more image capturing devices; capturing with two image capturing devices among the images of the measurement object captured by the three or more image capturing devices Extracting an overlapping imaging area of the image of the measurement object that has been performed; using the stereo imaging parameter, generating the extracted overlapping imaging area as a stereo image of the measurement object;
A surface shape measuring method comprising: measuring a surface shape of the measuring object from a stereo image of the measuring object;
以上の方向数に適合するユニット数のステレオ撮影ユニ
ットと、前記ステレオ撮影ユニットと測定対象物との光
路を変更する手段を備える表面形状測定装置を用いた表
面形状測定方法であって;立体的に基準点が配置された
校正用被写体を測定対象物の設置場所に置き;前記校正
用被写体を前記ステレオ撮影ユニットにより第1及び第
2の撮影方向からステレオ撮影し;前記ステレオ撮影ユ
ニットが前記校正用被写体を撮影する前記第1及び第2
の撮影方向におけるステレオ撮影パラメータを算出し;
前記測定対象物を前記設置場所に置き;前記測定対象物
を前記ステレオ撮影ユニットにより前記第1及び第2の
撮影方向からステレオ撮影し;前記ステレオ撮影パラメ
ータを用いて、前記第1及び第2の撮影方向から撮影さ
れた画像を前記測定対象物のステレオ画像として生成
し;前記測定対象物のステレオ画像から前記測定対象物
の表面形状を測定する;工程を有する表面形状測定方
法。11. A stereoscopic image of the object to be measured 2
A stereoscopic shape measuring method using a stereoscopic imaging unit having a number of units suitable for the number of directions described above, and a surface profile measuring device including means for changing an optical path between the stereoscopic imaging unit and an object to be measured; A calibration subject having a reference point is placed at the installation location of the measurement object; the calibration subject is stereo-photographed from the first and second photographing directions by the stereo photographing unit; and the stereo photographing unit is used for the calibration. The first and second photographing the subject
Calculate the stereo shooting parameters in the shooting direction of;
The measurement object is placed at the installation place; the measurement object is stereo-photographed from the first and second photographing directions by the stereo photographing unit; the first and second stereo photographing parameters are used. A surface shape measuring method comprising: a step of generating an image photographed from a photographing direction as a stereo image of the measurement object; and measuring a surface shape of the measurement object from the stereo image of the measurement object.
撮影方向と左撮影方向とで、撮像装置により測定対象物
を逐次撮影させるステレオ撮影制御部と、前記撮像装置
と前記測定対象物との光路を変更する手段を備える表面
形状測定装置を用いた表面形状測定方法であって;立体
的に基準点が配置された校正用被写体を前記測定対象物
の設置場所に置き;前記ステレオ撮影制御部により前記
撮像装置を前記校正用被写体の第1の撮影方向に置い
て、前記撮像装置に前記校正用被写体をステレオ撮影さ
せ;前記ステレオ撮影制御部により前記撮像装置を前記
校正用被写体の第2の撮影方向に置いて、前記撮像装置
に前記校正用被写体をステレオ撮影させ;前記撮像装置
により前記校正用被写体がステレオ撮影される前記第1
及び第2の撮影方向におけるステレオ撮影パラメータを
算出し;前記測定対象物を前記設置場所に置き;前記ス
テレオ撮影制御部により前記撮像装置を前記測定対象物
の前記第1の撮影方向に置いて、前記撮像装置に前記測
定対象物をステレオ撮影させ;前記ステレオ撮影制御部
により前記撮像装置を前記測定対象物の第2の撮影方向
に置いて、前記撮像装置に前記測定対象物をステレオ撮
影させ;前記ステレオ撮影パラメータを用いて、前記第
1及び第2の撮影方向から撮影された画像を前記測定対
象物のステレオ画像として生成し;前記測定対象物のス
テレオ画像から前記測定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。12. A stereo image capturing control unit that sequentially captures an image of an object to be measured by an image capturing device in a right image capturing direction and a left image capturing direction that constitute one stereo image capturing direction, and an optical path between the image capturing device and the object to be measured. A surface shape measuring method using a surface shape measuring device having means for changing the object; a calibration subject having a three-dimensional reference point arranged at the installation location of the object to be measured; The imaging device is placed in the first shooting direction of the calibration subject, and the imaging device is made to shoot the calibration subject in stereo; the stereo shooting control unit causes the imaging device to take a second shot of the calibration subject. The image pickup device is stereo-photographed on the calibration subject; the first image pickup device stereographs the calibration subject.
And a stereo image capturing parameter in a second image capturing direction is calculated; the measurement object is placed at the installation place; the stereo image capturing control unit places the image capturing device in the first image capturing direction of the measurement object, Causing the image pickup device to take a stereo image of the measurement target object; the stereoscopic image pickup control section places the image pickup device in a second image pickup direction of the measurement object, and causes the image pickup device to take a stereo image of the measurement target object; An image captured from the first and second imaging directions is generated as a stereo image of the measurement object using the stereo imaging parameter; a surface shape of the measurement object is determined from a stereo image of the measurement object. taking measurement;
A surface shape measuring method having a step.
記載の表面形状測定装置によって測定された前記測定対
象物のステレオ画像から、前記測定対象物の表面状態を
図化する表面状態図化装置。13. A surface state for illustrating a surface state of the measurement object from a stereo image of the measurement object measured by the surface shape measuring apparatus according to claim 1. Plotting device.
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