JP2007072816A - 物品のレイアウト支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】同型・同寸のものが混在した多数の物品の３次元情報を正確にとり、効率的にレイアウトを行うことができる、領域レイアウトの支援システムを提供する。
【解決手段】被計測物品Ｏのステレオ画像を解析して、その物品の外形のうち平面図に表れる複数の代表点Ａの３次元座標を算出することができるステレオ画像解析ユニット４と、被計測物品Ｏと照合すべき複数の既知の物品群の寸法などの外観情報を記憶した記憶ユニット６と、各被計測物品Ｏ毎に、上記代表点の３次元座標からその被計測物品の寸法などの外観情報を算出して、この外観情報を上記記憶ユニット６に記憶した物品群の外観情報と照合させ、被計測物品Ｏと外観情報が合致する物品があった場合に、その被計測物品の代表点の３次元座標に応じた平面図を含むレイアウト図面を作成するように設けた作図ユニット８と、レイアウト図面を表示することができる画像表示ユニット16とを具備する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、物品のレイアウト支援システムに関する。

近年、室内の家具類などの３次元情報に基づいて、パーソナルコンピュータを利用した仮想空間内で、室内のレイアウトを居住者の要望に応じて自在に変更することが行われている（例えば特許文献１、特許文献２）。

又、こうした立体の３次元座標を簡易に数値化してコンピュータに採り込む手段として、ステレオ法による３次元画像計測が知られている（特許文献３〜特許文献４）。又、ステレオ画像に表れる平面上に位置する３つ以上の基準点からその平面の関係式を決定して画像解析に利用することも行われている（特許文献５）。
特開2002−092126号 特開2004−126820号 特許第3316682号 特開2001‐280995号 特開2004‐233198号

例えばオフィスや食堂などに配置された多数の机・テーブルのレイアウトを変更する場合に、個々の机などの高さや寸法などの三次元データを測定していくとすれば大変な手間を要し、作業の効率化が要望されている。

これらの机・テーブルなどは通常は量産品であるので、全てが同型であれば話は簡単であるが、実際のレイアウトの現場では、長年の間に型の異なる製品を買い足してきたために、同種物品に関して複数の型（タイプ）のものが混在しているケースが少なくない。しかしながら、既述特許文献３〜５の３次元画像計測技術は、土地の測量や地図の作成の如く不規則で未知の形状の対象物を計測することを主眼としており、上述の如く形態にある程度の規則性がある複数の対象物、即ち、同型・同寸のものが少なからず混在した多数の物品の三次元情報を計測して、効率的にレイアウトを行うことについては何ら開示していない。

又土地の測量や地図の作成の如く屋外の撮影では、例えば航空撮影により撮影面とほぼ垂直な角度から精度の良い画像を撮ることが可能であるが、屋内におかれた多数の机のレイアウトを撮影するときには、水平な机の上面の形状を斜め上方から撮影することとなる。この場合、撮影者から遠くの机では、机上面とカメラの光学軸との角度が小さくなり、計測対象である机上面がステレオ画像に占める大きさも小となる。これらステレオ画像上の計測対象の外観情報をコンピュータに取り込むことは、通常、画像を表示したコンピュータ画面で、計測対象の輪郭をカーソルを用いて手作業でなぞることによって行っている。従って画面上での計測対象の見た目の大きさが小さくなれば、相対的に手作業による誤差が大きくなり、計測結果の信頼性を損なう。

そこで本発明は、従来の問題点を解決して、同型・同寸のものが混在した多数の物品の３次元情報を正確にとり、効率的にレイアウトを行うことができる、物品レイアウトの支援システムを提供することを目的とする。

第１の手段は、計測領域に配置された一定の平面図形状を有する各種物品のレイアウトの作成・変更を支援するシステムであって、
被計測物品Ｏのステレオ画像を解析して、その物品の外形のうち平面図に表れる複数の代表点Ａの３次元座標を算出することができるステレオ画像解析ユニット４と、
被計測物品Ｏと照合すべき複数の既知の物品群の寸法などの外観情報を記憶した記憶ユニット６と、
各被計測物品Ｏ毎に、上記代表点の３次元座標からその被計測物品の寸法などの外観情報を算出して、この外観情報を上記記憶ユニット６に記憶した物品群の外観情報と照合させ、被計測物品Ｏと外観情報が合致する物品があった場合に、その被計測物品の代表点の３次元座標に応じた平面図を含むレイアウト図面を作成するように設けた作図ユニット８と、
少なくとも上記レイアウト図面を表示することができる画像表示ユニットと、
を具備している。
本手段では、３次元計測により計測した各被計測物品の代表点の３次元座標から、その物品の寸法などの外観情報を算出して、これを既知の物品群の外観情報と照合させるようにしている。合致する情報がある場合には、計測結果が信頼できるものとして、計測した座標情報に応じてレイアウト図面を作成する。合致する情報がない場合には、計測結果が誤っている可能性があるので、ステレオ画像解析をやり直すことが望ましい。

「計測領域」とは、オフィス、食堂、学校の教室などであって、屋内か屋外かを問わない。

「物品」とは、計測領域内に配置する什器類や家具であって、一定の平面図形状を有するものである。もっとも「一定の」とはいっても観点的に一定形状を想起できるものであれば足りる。例えば机、テーブル、キャビネット、ロッカーなどが該当する。又、本発明は、物品の平面形状を水平方向や上側から的確に計測できることを特色としているが、その様な角度から計測をするためには、物品の上面はほぼ平坦になっていることが望ましい。更に、物品の平面図を簡単にレイアウトするために、物品の平面図形状は、略多角形又は円形であることが望ましい。

「ステレオ画像解析ユニット」とは、既存のステレオ法を用いて、被計測物品の代表点の３次元座標を計測するものである。この方法を簡単に説明すると、図10に示す如く、空間中の点Ｐのワールド座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、この点Ｐを左右に異なる方向からデジタルカメラで撮影したときに、その左右一対のステレオ画像の上での点Ｐの各座標（ローカル座標）をそれぞれ（ｘ_Ｌ、ｙ_Ｌ）、（ｘ_Ｒ、ｙ_Ｒ）とすると、これらの座標との間には、次の関係式が成立する。

[数式１] Ｘ＝ｂ（ｘ_Ｌ＋ｘ_Ｒ）／（２ｄ）
[数式２] Ｙ＝ｂ（ｙ_Ｌ＋ｙ_Ｒ）／（２ｄ）
[数式３] Ｚ＝ｂｆ／ｄ
但し、ｆはカメラの焦点距離、ｂは基線長、ｄは視差で、ｄ＝ｘ_Ｌ−ｘ_Ｒである。従って被計測物体の表面のうち幾つかの代表的な点、例えば机の甲板（上板）の角部について、各ステレオ画像の対応点を解析すれば、その３次元座標が得られ、被計測物体全体の形状や位置を特定することができる。

「代表点」とは、物品の稜線上の点、特に２以上の稜線が交差する点など、被計測物品の形状を特定する上で重要な点である。例えば多角形に関しては、頂角に相当する点、円形については、円周上の任意の３点などが相当する。従来公知の如く、代表点の特定は、コンピュータ画面に表示したステレオ画像の該当点にカーソルを合わせて指定すれば良い。もっともオフィスに置かれた多数の机などを撮像するときには、代表点である机の甲板の角部がカメラの位置から見えない場合があるため、その甲板が多角形状であるときには、コンピュータ画面においてカーソルでその各辺上の２点を指定して、或いはその辺をトレースして、ステレオ画像上での辺の向きを決定し、２辺の交点を角部として特定することが行われている。

「作図ユニット」は、少なくとも計測した代表点の３次元座標（Ｘ，Ｙ、Ｚ）のうち縦・横方向の座標（Ｘ，Ｙ）から外観情報を抽出する機能を有する。「外観情報」とは、外から観察して得られる情報であり、例えば長方形の縦横の寸法或いは形状などである。具体的には、上記代表点を繋いで描画した平面図から縦寸・横寸などの代表的な長さを取り出せば良い。

又、作図ユニットは、被計測物品の外観情報と、既存の物品のカタログなどに記載された製品情報とを照合して、物品のタイプや型番号などを同定することができる。後述の如く撮像条件が良ければ撮影点から10ｍの距離にある点を２cm程度の精度であり、他方、机などの家具のサイズの規格は、一般に10cm単位（又は５cm単位）で増減するので、十分に物品の識別を行うことができるものと考えられる。尚、「代表点の３次元座標に応じた平面図」とは、上述の如く代表点を繋いで描いた平面図の他、３次元座標に基づく外観情報から検索して記憶ユニットから引き出した物品の平面図を含む。

第２の手段は、第１の手段を有し、かつ上記記憶ユニット６には、上記物品群の平面図形状を記憶しておき、被計測物品と外観情報が合致する物品の平面図形状を作図ユニット８に出力するように設け、
作図ユニット８は、各被計測物品毎に、その平面図を計測領域Ｓの間取り図に貼り付けてレイアウト図面を合成するとともに、間取り図上で各平面図が占めるべき大きさ・位置・方向を、被計測物品の外観情報及び代表点の３次元情報に応じて決定するように設けている。

本手段では、レイアウト図面に記載する各被計測物品の平面図形として、予め記憶ユニットに記憶したものを用いることとしている。

第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、上記画像表示ユニット16の画面上で、上記計測領域Ｓを、１組のステレオ画像で計測可能な広さの領域部分に分割する領域分割ユニット20を更に具備している。

上記第１の手段では、既知データを利用して測定精度を検証しているが、本手段は、それを一歩進めて、計測領域を限定することで測定誤差を生じないようにするものである。即ち、計測領域の間取り図をもとに撮像前に計測領域を分割した図面をプリントアウトして、撮像現場では図面に示された領域部分毎に撮影を行えば正確な計測を無理なく行うことができる。

計測領域を分割するときには、図７に示すように格子状に分割していくと良い。領域部分の広さは、第４の手段で述べるように撮像カメラの高さと被計測物品の高さ（例えば机の上面の高さ）から決定することができるが、同じ計測対象に関して既に得られた数値をそのまま利用することができる。

第４の手段は、第３の手段を有し、上記領域分割ユニット20は、撮像点での撮像カメラの高さと被計測物品の高さとに応じて、各領域部分毎に該領域一端の撮像点から最も遠方の被計測物品を観たときの俯角又は仰角が基準値以上となるように各領域部分の広さを決定するように構成している。

上述の如く計測対象面である被対象物品の上面に対してカメラの光軸とが成す角度が小さくなり過ぎると測定誤差を生ずることから、本手段ではその角度（計測面がカメラ下方にある場合には俯角、カメラ上方にある場合には仰角）が基準値以上となるようにしている。この基準値は、所要の精度との関係で実験的に定めるが、カメラから10ｍ程度離れた60ｃｍ程度の奥行きのある物品を測定するときには、約2.7度程度の俯角があれば足りる。

尚、上記領域分割ユニットは、本発明システムの他の部分から切り離して携帯用のコンピュータに格納させてもよく、そうすれば現場で計測対象であるロッカーやキャビネットなどの高さを測定して代入することができる。

第１の手段に係る発明によれば、次の効果を生ずる。
○被計測物品について計測した外観データを既知の対応する物品群のデータと照合させてから、計測した座標情報に応じたレイアウト図を作成するから、誤差の大きい計測結果を排除して、信頼性の高い図形を簡易に作成することができる。
○オフィス調査に関する熟練した経験・知識がなくても、一定品質の作業を確実に行うことができ、かつ迅速にレイアウトの資料を作成することができる。
○オフィス内での作業時間が短縮されるので、オフィスワーカーへの負担も少ない。

第２の手段に係る発明によれば、レイアウト図面上に貼り付ける被計測物品の平面図としては、記憶ユニットに記録された既知の情報を使用するから、計測した座標情報そのものから平面図を描画する場合の如く同じ型の物品の平面図の大きさが測定誤差により区々となることがなく、見た目にも美しいレイアウト図が簡易に作成できる。

第３の手段に係る発明によれば、計測領域を分割することで、予め誤差が生じないように撮像条件を設定できるので、信頼性に疑問のある計測結果に関して再計測を行う手間を省くことができ、高精度の画像解析を円滑に行うことができる。

第４の手段に係る発明によれば、分割する領域部分の広さを被測定物品に対するカメラ位置での俯角又は仰角により設定するから、より良好なレイアウト図面が得られる。

図１乃至図４は、本発明の第1実施形態のレイアウト支援システムを示している。

このシステムは、撮像ユニット２と、ステレオ画像解析ユニット４と、記憶ユニット６と、作図ユニット８と、画像表示ユニット16とで構成されている。尚、本システムから、撮像ユニットを省略して、外部で撮影されたステレオ画像を解析・処理するシステムとすることもできる。

撮像ユニット２は、利用者が携帯できるカメラであれば足り、これを持って利用者が図３に示す如く被計測物品Ｏが置かれた計測領域Ｓの隅部を逐次移動して、所定の高さでステレオ画像を撮像すれば良い。カメラは、従来公知のＣＣＤ（電荷結合素子）カメラとすることができる。

ステレオ画像解析ユニット４は、従来公知のもので、後述の作図ユニット８と同様にコンピュータに格納したソフトウェアとすることができ、撮像ユニット２で撮影したステレオ画像を図４の如くコンピュータ画面に表示し、その画面上の、例えば机の上面の輪郭をなぞって、その輪郭上の代表点（例えば机の４角部）Ａを特定し、図10で述べて原理により各代表点の３次元座標を決定するように構成すれば良い。

記憶ユニット６は、少なくとも被計測物品Ｏと照合すべき同種類の物品群の寸法・形状及び平面図情報をデータベース化して保存している。更に、記憶ユニットには、本システムの使用に先立ち、レイアウトを行おうとする計測領域の間取り図を記憶しておく。この記憶ユニットは、図１に示すような記憶装置又はＭＯとして形成することができる。

作図ユニット８は、図２に示す如く、外観情報抽出部10と、照合部12と、描画部14とで形成している。

上記外観情報抽出部10は、ステレオ画像解析ユニット４で決定した代表点Ａを繋いで描いた平面図から、この平面図の代表的な長さを外観情報として抽出する。

上記照合部12は、各被計測物品毎に、利用者の指定により、その物品がテーブルであるか、キャビネットであるかという程度の物品の種別を行い、指定された種別に関して記憶ユニット６に記憶された各タイプ（型）の物品の外観情報と、当該被計測物品の外観情報とを照合する。外観情報が合致したときには、当該物品と被計測物品Ｏとが同じものであると認定する。より具体的には、既述の如く一般に家具の寸法の規格は、10ｃｍ単位程度で大きくなるので、その規格長さを中心に一定長さ（例えば２ｃｍ）の誤差範囲ΔＬをとり、Ｌ±ΔＬの範囲であればその規格の物品が被計測物品Ｏと同じものであると認定すれば良い。該当する規格の物品が見当たらなければその旨を後述の画面表示ユニットに表示する。この場合には、利用者は先に解析したステレオ画像を再度解析しても良い。又、計測領域Ｓを撮像する際に、その領域の各部について余分にステレオ画像を撮影しておき、新たな画像で解析をしても良い。

尚、被計測物品の種別の指定は、上述のステレオ画像解析の際に物品の輪郭をなぞる作業線の色の設定により行うと便利である。

上記描画部14は、図５に示す如く、各被計測物品毎に、これと同定した物品の平面図情報を記憶ユニット６から取り出して、この平面図を記憶ユニット６の間取り図の上に貼り付けてレイアウト図面を合成するように設ける。上記貼付け作業は、全自動で行っても良く、又操作者がコンピュータ画面中の間取り図上へ上記平面図をドラック・リリースして貼り付けるようにしても良いが、いずれにしても、間取り図上で各平面図が占めるべき大きさ・位置・方向を、被計測物品の外観情報及び代表点の３次元情報に応じて描画部14が自動調整するように構成することが望ましい。

画面表示ユニット16は、描画部で合成されたレイアウト図その他各種情報を表示するように構成する。

上記の構成において、図３に示す長方形状のオフィスで計測試験を行った。測定に使用したカメラは、500万画素の性能のもので、床からの撮影高さは約２ｍとした。オフィスの長辺Ｄ_１が24.470ｍ、短辺Ｄ_２が12.230ｍ，図面左側の撮影点間の第1基線長さｂ_１を5.4ｍ、図面右側の撮影点間の第２基線長さｂ_２を7.5ｍ，両基線間の距離を15ｍとして、オフィスの長短辺および机Ｏ_１及びキャビネットＯ_２の寸法を３次元画像計測で測定し、実測値と比較したところ次の結果を得た。

上記の結果によれば、机及びキャビネットの寸法の誤差は２〜４cm程度であり、予想された通り、カメラから見た奥行き方向（図面の左右方向）に誤差が大きいことが判る。これでも十分に実用には耐え得るが、誤差を２cm以下にすることが理想であり、そのための改良点について、次の第２実施形態で述べる。

図６〜図８は、本発明の第２実施形態のレイアウト支援システムを示している。本実施形態は、図６に示す通り、領域分割ユニット20を設けたことが第1実施形態と異なるものである。本実施形態の構成中、第１実施形態と同じ部分に関しては同一符号を付することで説明に代える。

上記領域分割ユニット20は、図７に示す如く記憶ユニット６から取り出した計測領域Ｓの間取り図に縦又は横方向の適数の分割線Rをひくことで、計測領域を３次元計測に適当な大きさの領域部分Ｓ_１、Ｓ_２…に分割するように設けたものである。領域分割ユニット20は、上記領域部分の各辺が上限値以下であるという条件で計測領域に最小限の分割線Rをひくように設定することができる。その上限値が10ｍであるとし、図示の計測領域Ｓが図３のものと同じ大きさであるとすると、Ｄ_１≒24.5ｍであるから、図の横方向に計測領域Ｓを３分割する必要があり、Ｄ_２≒12.3ｍであるから、図の縦方向に計測領域を２分割する必要がある。尚、図示例では、計測領域を図の縦・横方向にそれぞれ均等分割しているが、分割線Rが被計測物品の設置箇所に重なってしまい、分割線R付近に撮影点を確保できないときには、上限値の条件を満たす範囲で図示の如く分割線Rをカーソルで移動することもできる。尚、計測前の時点ではコンピュータ画面上には物品のレイアウトは表れないので、分割線の設定は本システムを収納した携帯型コンピュータを現場に持ちこんでその状況を見ながら行うことが好適である。

図８は、上限値の設定の手順を示している。巾ｄ＝60cmの長方体状の被計測物品Ｏを、Ｌ＝10ｍの距離からカメラ２で撮影した。カメラの高さＨ１は1.195ｍ、被計測物品の高さは0.695ｍであり、その高低差は50ｃｍである。カメラは300万画素のものを使用した。このときのカメラの俯角θは2.68度であり、又、実測値60cmの被計測物品を３次元画像計測をしたときの長さは58cmであった。このことから、60cm程度の大きさの家具を斜め上方から計測して誤差を２cm以下に抑えようとすれば、俯角θを約2.7度以上にとる必要があることが判る。これらの数値は絶対的なものではなく、性能の良いカメラを使用すれば誤差をより小さくすることができる可能性はある。しかしながら、計測装置の性能を考慮して俯角θの最小値を決定し、更に、カメラの高さと物品の高さとの差ΔＨが判れば、計測領域の大きさの上限値Ｌは、Ｌ＝ΔＨ／ｔａｎθで決定することができる。

［実施例］
図９は、本発明の好ましい実施例のフローチャートを示している。本実施例では、什器・備品などの物品のレイアウトを支援するだけでなく、各物品の価格を記憶ユニット６に記憶しており、現在の物品を新しい同型又は別の製品に置き換えたときの費用の見積もり書を自動的に作成できるように構成している。

本発明の第1の実施形態に係るレイアウト支援システムの構成図である。 図１のシステムの概念図である。 本システムを用いた画像計測においてステレオ画像を撮影するときの説明図である。 図１のシステムにおいてステレオ画像の解析の作業を示す図である。 図１のシステムにおいて仮想的に描いた記憶ユニット内の各種物品の平面図を、計測エリアの間取り図と合成する様子を描いた図面である。 本発明の第２の実施形態に係るレイアウト支援システムの構成図である。 図５のシステムにおいて計測領域を分割する様子を描いた説明図である。 図５のシステムの領域分割の手法を説明する図である。 本発明の他の実施例を示すフローチャートである。 従来の３次元画像計測の原理図である。

符号の説明

２…撮像ユニット ４…ステレオ画像解析ユニット ６…記憶ユニット
８…作図ユニット 10…外観情報抽出部 12…照合部 14…描画部
16…画像表示ユニット 20…領域分割ユニット
Ａ…代表点 Ｏ…被計測物品 Ｏ_１…デスク Ｏ_２…キャビネット
Ｓ…計測領域 ｂ…基線長

Claims (4)

1. 計測領域に配置された一定の平面図形状を有する各種物品のレイアウトの作成・変更を支援するシステムであって、
   被計測物品Ｏのステレオ画像を解析して、その物品の外形のうち平面図に表れる複数の代表点Ａの３次元座標を算出することができるステレオ画像解析ユニット４と、
   被計測物品Ｏと照合すべき複数の既知の物品群の寸法などの外観情報を記憶した記憶ユニット６と、
   各被計測物品Ｏ毎に、上記代表点の３次元座標からその被計測物品の寸法などの外観情報を算出して、この外観情報を上記記憶ユニット６に記憶した物品群の外観情報と照合させ、被計測物品Ｏと外観情報が合致する物品があった場合に、その被計測物品の代表点の３次元座標に応じた平面図を含むレイアウト図面を作成するように設けた作図ユニット８と、
   少なくとも上記レイアウト図面を表示することができる画像表示ユニット16と、
   を具備することを特徴する物品のレイアウト支援システム。
2. 上記記憶ユニット６には、上記物品群の平面図形状を記憶しておき、被計測物品と外観情報が合致する物品の平面図形状を作図ユニット８に出力するように設け、
   作図ユニット８は、各被計測物品毎に、その平面図を計測領域Ｓの間取り図に貼り付けてレイアウト図面を合成するとともに、間取り図上で各平面図が占めるべき大きさ・位置・方向を、被計測物品の外観情報及び代表点の３次元情報に応じて決定するように設けたことを特徴とする、請求項１記載の物品のレイアウト支援システム。
3. 上記画像表示ユニット16の画面上で、上記計測領域Ｓを、１組のステレオ画像で計測可能な広さの領域部分に分割する領域分割ユニット20を更に具備することを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の物品のレイアウト支援システム。
4. 上記領域分割ユニット20は、撮像点での撮像カメラの高さと被計測物品の高さとに応じて、各領域部分毎に該領域一端の撮像点から最も遠方の被計測物品を観たときの俯角又は仰角が基準値以上となるように各領域部分の広さを決定するように構成したことを特徴とする、請求項３記載の物品のレイアウト支援システム。
   
   

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