JP2007101277A - カラーコード付き標識 - Google Patents

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【課題】三次元計測に用いる標識を識別できるようにし、これにより撮像から三次元計測までの工程の全自動化に寄与する。
【解決手段】本発明によるカラーコード付き標識CT1は、面内に、計測位置を示すための位置検出用パターンP1と、位置検出用パターンP1に対して所定の位置関係に配置され、標識を識別するための複数の色彩が施されたカラーコードパターンP3とを備える。また、好ましい態様において、面内に、色彩の基準として用いる複数の色彩が施された基準色パターンP2を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、カラーコード付き標識に関する。詳しくは、計測位置を示すための位置検出用パターンと、標識を識別するためのカラーコードパターンとを備え、三次元形状測定や測量に使用するカラーコード付き標識に関する。
従来は、物体の三次元形状を精密に測定したり、広範な領域の測定対象物を計測するには、非接触三次元測定器で多数箇所の小領域に分割して、特徴点などにターゲットを貼り付けて三次元計測し、さらに写真測量手法により、各小領域に貼られたターゲットをカメラで撮影し、そのカメラ座標系と各三次元測定器で計測した小領域中のターゲットの三次元座標系を統合して全体領域としていた。なお、ターゲットとは、測定対象物の位置、形状を高精度に特定するために、測定対象物に貼付する標識をいう。
この場合、ターゲットとしてはレトロターゲット(図4参照)やテンプレート(図18参照)等が使用されていた。(特許文献1参照)
特開2003−284098号公報(段落0018〜0073、図1〜図11)
しかしながら、これら従来の標識では、同一パターンを採用しているため、これら標識間の識別が困難であり、ステレオ画像における対応点の特定、異なる画像間の対応点の特定が容易でないという問題があった。このため、撮像から三次元計測までの工程を全自動化することが困難であるという問題があった。また、画像の色彩の補正を行う場合には、ターゲットとは別の補正用の標識を準備する必要があった。
本発明は、三次元計測に用いる標識を識別できるようにし、ステレオ画像における対応点の特定、異なる画像間の対応点の特定を容易にすることを目的とする。また、これにより撮像から三次元計測までの工程の全自動化に寄与することを目的とする。また、この標識自体を用いて、画像の色彩の補正も可能とすることを目的とする。
請求項1に記載のカラーコード付き標識は、例えば図1に示すように、面内に、計測位置を示すための位置検出用パターンP1と、位置検出用パターンP1に対して所定の位置関係に配置され、標識CT(CT1〜12を含む)を識別するための複数の色彩が施されたカラーコードパターンP3とを備える。
ここにおいて、カラーコードパターンP3には種々の形状の単位パターンを有するものがあり、また、バーコード等のコードと色彩とを組み合わせたパターンも含まれる。このように構成すると、カラーコードの使用により、一見して容易に標識を識別でき、ステレオ画像における対応点の特定、異なる画像間の対応点の特定を容易にできるようになる。このことは、撮像から三次元計測までの工程の全自動化を促進可能とする。また、小領域に多数の識別番号を実現できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のカラーコード付き標識において、例えば図1に示すように、面内に、色彩の基準として用いる複数の色彩が施された基準色パターンP2を備える。このように構成すると、基準色パターンP2を基に画像や標識の色彩補正が可能となり、カラーコードの判別を容易にする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載のカラーコード付き標識において、位置検出用パターンP1が四角形の3隅に配置されている。このように構成すると、標識を抽出し易く、また標識の方向(傾斜方向)を検出し易い、また、標定領域やステレオマッチング領域の設定、隣接画像の連結に便宜であり、これらの自動化に有用である。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のカラーコード付き標識において、位置検出用パターンP1は形状及び寸法が同じである。このように構成すると、規格化により位置検出用パターンの抽出が容易、確実になる。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のカラーコード付き標識において、位置検出用パターンP1は中心に円形パターンを有する。このように構成すると、位置検出用パターンの重心位置を高精度に検出できる。
請求項6に記載の発明は、請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識において、検出用パターンP1が配置されていない1隅に検出用パターンP1と異なるパターンP4が配置されている。このように構成すると、位置検出用パターンの確認に有用である。
請求項7に記載の発明は、請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識において、3つの検出用パターンP1の色彩が異なる。このように構成すると、位置検出用パターン自体を基準色パターン又はカラーコードパターンに兼用できる。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識において、カラーコードパターンP3は、形状及び寸法が同一であり色彩が異なる複数の単位パターンからなる。ここにおいて、形状が同一のパターンには、回転パターンや反転パターンも含まれるものとする。このように構成すると、規格化によりカラーコードパターンの抽出が容易、確実になる。また、カラーコードを判別し易くなる。
請求項9に記載の発明は、請求項2乃至請求項8のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識において、基準色パターンP2は、形状及び寸法が同一であり色彩が異なる複数の単位パターンからなる。このように構成すると、規格化により基準色パターンの抽出が容易、確実になる。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のカラーコード付き標識において、位置検出用パターンP1の1つの周りに基準色パターンP2が配置され、他の2つの周りに前記カラーコードパターンが配置されている。このように構成すると、基準色パターンの抽出が容易になる。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載のカラーコード付き標識において、位置検出用パターンP1の1つの周りに配置された基準色パターンの数と他の2つの周りに配置されたカラーコードパターンの数が異なる。このように構成すると、位置検出用パターンの周囲をスキャンすることにより、計測すべき位置検出用パターンの抽出が容易になる。
請求項12に記載の発明は、請求項9乃至請求項11のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識において、基準色パターンP2における単位パターンの色彩は全てカラーコードパターンP3における単位パターンの色彩に含まれる。このように構成すると、カラーコードパターンのカラーの判別と画像の色補正が容易になる。
請求項13に記載のカラーコード付き標識シールは、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識CTを描画したものである。このように構成すると、カラーコード付き標識を測定対象物に貼り付けて使用することにより、一見して容易に標識を識別でき、三次元計測の効率化、自動化を促進できる。
請求項14に記載のカラーコード付き標識シールセットは、請求項13に記載のカラーコード付き標識シールを複数組み合わせて構成される1組のカラーコード付き標識シールセットであって、各カラーコード付き標識シールはカラーコードパターンP3の形状及び寸法が同一であり、配色が全て異なる。ここにおいて、配色が全て異なるとは、シールセットのいずれか2つの標識を比較した場合、カラーコードパターン内の同じ位置に該当する少なくとも1以上の単位パターンにおいて色彩が異なることをいう。このように構成すると、カラーコード付き標識シールセットの使用により、多数のカラーコード付き標識CTを使用しても一見して容易に標識を識別でき、三次元計測の自動化に有用である。
請求項15に記載のカラーコード付き標識抽出装置は、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識CTを含む測量対象物の画像からカラーコード付き標識CTを抽出する抽出部41と、抽出されたカラーコード付き標識CTのカラーコードパターンP3から、カラーコード付き標識CTの識別番号を判別する識別コード判別部46と、抽出されたカラーコード付き標識CTの位置検出用パターンP1の位置座標と識別コード判別部46で判別された識別番号とを関連付けて記憶する標識情報記憶部150とを備える。このように構成すると、カラーコード付き標識CTのコードを判別可能であるカラーコード付き標識抽出装置を提供できる。
請求項16に記載の三次元計測装置は、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識を含む測定対象物を撮像する撮像部10と、撮像部10で撮像された測定対象物の画像からカラーコード付き標識CTを抽出する抽出部41と、抽出されたカラーコード付き標識CTの位置検出用パターンP1とカラーコードパターンP3から、カラーコード付き標識CTの識別コードを判別する識別コード判別部46と、抽出されたカラーコード付き標識CTの位置検出用パターンP1の位置座標と前別コード判別部48で判別された識別コードとを関連付けて記憶する標識情報記憶部150と、多数のカラーコード付き標識CTを用いて測定されたカラーコード付き標識CTの位置に基づいて、測定対象物の三次元座標又は三次元形状を測定する三次元計測部50とを備える。このように構成すると、カラーコード付き標識のコードを判別して利用することにより、効率化、自動化に有利な三次元計測装置を提供できる。
本発明によれば、三次元計測に用いる標識を識別でき、ステレオ画像における対応点の特定、異なる画像間の対応点の特定が容易になる。また、これにより撮像から三次元計測までの工程の全自動化に寄与できる。また、本発明の好ましい態様によれば、この標識自体を用いて、画像の色彩の補正も可能である。
[第1の実施の形態]
本発明は、非接触三次元測定を効率化し、自動化を進めるためのカラーコード付き標識(ターゲット)を提供するものである。以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
[カラーコード付きターゲット]
図1にカラーコード付きターゲットの例を示す。図1はカラーコードの単位パターンが3個、のカラーコード付きターゲットである。図1のカラーコード付きターゲットCT1は、位置検出用パターン(レトロターゲット部)P1、基準色パターン(基準色部)P2、カラーコードパターン(カラーコード部)P3、空パターン(白色部)P4で構成されている。これら、位置検出用パターンP1、基準色パターンP2、カラーコードパターンP3、空パターンP4はカラーコード付きターゲットCT1内の所定の位置に配置される。すなわち、基準色パターンP2、カラーコードパターンP3、空パターンP4は位置検出用パターンP1に対して所定の位置関係に配置される。
レトロターゲット部P1は、ターゲット自体の検出用、その重心検出用、ターゲットの方向(傾斜方向)検出用、ターゲット領域検出用として使用される。図1では位置検出用パターンP1としてレトロターゲットが使用されている。
基準色部P2は、照明やカメラ等の撮影条件による色のズレに対応するために、相対比較時の参照用、色ズレを補正するためのカラーキャリブレーション用として使用される。さらに、基準色部P2は、簡易な方法で作成されたカラーコード付きターゲットCTの色彩補正用として使用できる。例えば、色管理がなされていないカラーブリンター(インクジェット・レーザー・昇華型等のプリンタ)で印刷したカラーコード付きターゲットCTを使用する場合は、使用プリンタ等で色彩に個体差が出るが、基準色部P2とカラーコード部P3の色を相対比較し補正することで、個体差の影響を押さえることができる。
カラーコード部P3は、その各単位パターンへの配色の組み合わせによってコードを表現する。コードに使用するコード色の数により表現可能なコード数が変化する。例えば、コード色数がnの場合、図1のカラーコード付きターゲットCT1では、カラーコード部P3の単位パターンが3個のため、n×n×n通りのコードを表せる。信頼度を上げるため、他の単位パターンに使用されている色を重複して使用しないという条件を課した場合でも、n×(n−1)×(n−2)通りのコードを表せる。そして、コード色数を増やせばコード数を増加できる。さらに、カラーコード部P3の単位パターンの数とカラーコード数を等しくするという条件を課すと、全てのコード色がカラーコード部P3に使用されるため、基準色部P2との比較のみで無く、カラーコード部P3の各単位パターン間で色を相対比較することにより、各単位パターンの色彩を確認して識別コードを決定することができ、信頼性を上げることができる。さらに、各単位パターンの面積を全て同じにする条件を追加すると、カラーコード付きターゲットCTを画像中から検出する際にも使用できる。これは、異なる識別コードをもつカラーコード付きターゲットCT間でも各色の占有する面積が同じになるため、カラーコード部全体からの検出光からはほぼ同様な分散値が得られるからである。また、単位パターン間の境界は等間隔に繰り返され、明確な色彩差が検出されるので、このような検出光の繰り返しパターンからもターゲットCTを画像中から検出することが可能である。
白色部P4は、カラーコード付きターゲットCTの方向検出用と色ズレのキャリブレーション用として使用する。ターゲットCTの四隅の内、一カ所だけレトロターゲットが配置されない箇所があり、これをターゲットCTの方向検出用に使用できる。このように白色部P4はレトロターゲットと異なるパターンであれば良い。したがって、白色部には目視でコードを確認するための番号などの文字列を印刷しても良く、また、バーコード等のコード領域としても使用しても良い。さらに、検出精度を上げるために、テンプレートマッチング用のテンプレートパターンとして使用することも可能である。
〔カラーコード抽出手段〕
図2にカラーコード抽出手段の構成例を示す。カラーコード抽出手段100は、カラーコード付きターゲットを抽出する抽出部41及びそのカラーコードを判別する識別コード判別部46により構成される。抽出部41は、探索処理部110、レトロターゲットグループ化処理部120、カラーコード付きターゲット検出処理部130、画像・カラーパターン記憶部140を有する。また、識別コード判別部46はカラーコード付きターゲット検出処理部130で検出されたカラーコードを判別しコード番号を付与する。
また、10はカラーコート付きターゲットを含む測定対象物を撮影する撮像部で、ステレオカメラ等が使用される。13は撮像部10で撮影されたステレオ画像を記憶する画像データ記憶部である。また、150は抽出部41で抽出されたカラーコード付き標識CTの位置検出用パターンP1の位置座標と識別コード判別部46で判別された識別コードとを関連付けて記憶する標識情報記憶部であり、標識情報記憶部150に記憶されたデータは、標定部44で標定に用いられ、又は三次元位置計測部50で、測定対象物の三次元座標又は三次元形状の測定に用いられる。
探索処理部110は、撮像部10で撮影された又は画像データ記憶部13に記憶されたカラー画像(撮影画像)から、レトロターゲットパターン等の位置検出用パターンP1を検出する。位置検出用ターゲットとして、レトロターゲットパターンの代わりにテンプレートパターンが用いられた場合は、テンプレートパターン検出をする。
レトロターゲットグループ化処理部は120は、探索処理部110で検出したレトロターゲットが同じカラーコード付きターゲットCTに属すると判断されたもの(例えば位置座標が同じカラーコード付きターゲットCTの領域に入るもの)を同一グループに属する候補としてグループ化する。
カラーコード付きターゲット検出処理部130は、同じカラーコード付きターゲットに属すると判断されたレトロターゲットのグループ(候補)から、当該カラーコード付きターゲットCTの領域と方向を検出するカラーコード付きターゲット領域方向検出処理部131と、カラーコード付きターゲットCTの基準色部P2、カラーコード部P3における色彩の配列、画像中の測定対象物1の色彩を検出する色彩検出処理部311と、基準色パターンP2を参照してカラーコード部P3及び画像中の測定対象物1の色彩を補正する色彩補正部312と、グループ化が適正になされたかを確認する確認処理部313で構成されている。
画像・カラーパターン記憶部140は、抽出部41に読み込んだ画像を記憶する読込画像記憶部141と、使用が予定される複数種類のカラーコード付きターゲットCTについて、カラーコード付きターゲットCTの種別を示す種別コード番号を記録し、さらに、各種のカラーコード付きターゲットCTについて、パターン配置とコード番号の対応関係を記録するカラーコード付きターゲット対応表142で構成されている。
識別コード判別部46は、カラーコード部P3における色彩の配列から識別コードを判別し、識別コードに変換するもので、カラーコード付きターゲット検出処理部130で検出されたカラーコード付きターゲットCTの領域と方向のデータに基づいて、カラーコード付きターゲットCTの座標を変換する座標変換処理部321と、座標変換されたカラーコード付きターゲットCTのカラーコード部P3における色彩の配列から識別コードを判別し、識別コードに変換するコード変換処理部322で構成されている。
〔カラーコード抽出フロー〕
図3にカラーコード付きターゲットの抽出のフロー例を示す。
まず、処理対象のカラー画像(撮影画像)を、撮像部10又は画像データ記憶部13から抽出部41の読込画像記憶部141に読み込む(S500)。次に、読込まれた各画像よりレトロターゲットを検出する(S510)。
探索方法は、(1)カラーコード付きターゲットCT中の位置検出用パターン(レトロターゲット)P1を探索する方法、(2)カラーコード部P3の色分散を検出する方法、あるいは(4)彩色された位置検出用パターンを用いる方法など種々の方法がある。
ここでは(1)、(2)及びこれらを組み合わせる例(3)を説明する。(4)については、第11の実施の形態で説明する。
(1)カラーコード付きターゲットCTにレトロターゲットが含まれている場合は、明度差が鮮明なパターンを使用するので、カメラの絞りを絞りフラッシュ撮影することにより、レトロターゲットのみが光った画像を取得でき、この像を2値化することにより簡単にレトロターゲットを検出できる。
図4はレトロターゲットを用いた重心位置検出の説明図で、(A1)は内円部204の明度が明るく、外円部206の明度が暗いレトロターゲット、(A2)は(A1)のレトロターゲットの直径方向の明度分布図、(B1)は内円部204の明度が暗く、外円部206の明度が明るいレトロターゲット、(B2)は(B1)のレトロターゲットの直径方向の明度分布図を示している。レトロターゲットが図4(A1)のように内円部204の明度が明るい場合は、測定対象物1の撮影画像において重心位置での反射光量が多く明るい部分になっているため、画像の光量分布が図4(A2)のようになり、光量分布の閾値Toからレトロターゲットの内円部204や中心位置を求めることが可能となる。
ターゲットの存在範囲が決定されると、例えばモーメント法によって重心位置を算出する。例えば、図4(A1)に表記されたレトロターゲット200の平面座標を(x、y)とする。そして、レトロターゲット200の明度が、しきい値To以上のx、y方向の点について、(式1)、(式2)を演算する(*は乗算演算子)。
xg={Σx*f(x、y)}/Σf(x、y) −−−−(式1)
yg={Σy*f(x、y)}/Σf(x、y) −−−−(式2)
(xg、yg):重心位置の座標、f(x、y):(x、y)座標上の濃度値
なお、図4(B1)に表記されたレトロターゲット200の場合は、明度がしきい値To以下のx、y方向の点について、(式1)、(式2)を演算する。
これにより、レトロターゲット200の重心位置が求まる。
(2)通常、カラーコード付きターゲットCTのカラーコード部には多数のコード色が使用され、色の分散値が大であるという特徴がある。このため、分散値の大きい箇所を画像中から見出すことにより、カラーコード付きターゲットCTを検出できる。
(3)カラーコード付きターゲットCTにレトロターゲットが含まれている場合では、まず明度の高い箇所(レトロターゲット部P1があり得る)を画像全体に対してスキャンして検出し、次に、検出した明度の高い箇所の周囲における色の分散値の高い箇所(カラーコード部P3があり得る)を見出すことにより効率よく検出できる。
本実施の形態では、(1)の例について説明する。図3に戻り、レトロターゲット検出処理部111は、カラー画像中から検出した複数のレトロターゲットの座標を読込画像記憶部141に保存する。
次に、レトロターゲットグループ化処理部120は、読込画像記憶部141に保存されたレトロターゲットの座標から、同じカラーコード付きターゲットCTに属するレトロターゲットのグループの候補を検出して(例えば座標がカラーコード付きターゲットCT内にあるものを検出して)、読込画像記憶部141にその組み合わせをグループとして保存する(S520)。確認は、例えば、検出したカラーコード付きターゲットCT内の3個のレトロターゲット間の距離及び3個のレトロターゲットを結ぶ三角形の頂角を計測することにより可能である(S530参照)。
さらに、検出したカラーコード付きターゲットのパターンをカラーコード付きターゲット対応表142と照合することにより、どの種別のカラーコード付きターゲットであるかを確認する。
次に、カラーコード付きターゲット検出処理部130は、領域方向検出処理部131において読込画像記憶部141に保存された、レトロターゲットのグループ単位にレトロターゲットの重心位置からカラーコード付きターゲットCTの領域と方向を求める(S530)。この領域と方向を求める前又は後に、色彩検出処理部311で基準色部P2、カラーコード部P3、画像中の測定対象物の色彩を検出する。必要であれば、色彩補正部312で基準色部P2の色を基準にしてカラーコード部P3や画像中の測定対象物1の色彩を補正する。また、基準にならない印刷色のカラーコード付きターゲットを使用した場合には、その基準色部を併せて補正する。そして確認処理部313において、グループ化が適正に行なわれたか、すなわち、一旦グループ化されたレトロターゲットの重心位置が同じカラーコード付きターゲットCTに属するか否かを確認する。同じグループに属すると判別された場合は次の識別コード識別処理(S535)に進み、同じグループに属さないと判別された場合には、再度グループ化処理(S520)に戻る。
図5、図6にカラーコード付きターゲット領域方向検出処理部131の処理フロー例を示す。また、図7、図8を用いてレトロターゲットのコード読み込みを説明する。ここでは、図1のカラーコード付きターゲットCT1からコードを読み込む手続きについて説明する。
カラーコード付きターゲットCT1からコードを読み込むには、カラーコード付きターゲットCT1の領域と方向を知る必要があるため、3つの位置検出用レトロターゲットの重心点をR1,R2,R3にラベリングする(図7(a)参照)。
ラベリング方法は、対象の3つのレトロターゲットの重心点R1〜R3を通る三角形を作成する(S600)。3つのレトロターゲットの重心点R1〜R3の中から適当に1つを選んでT1と仮にラベリングし(S610)、残りの2つの重心点を時計回りにT2,T3と仮にラベリングをする(S612、図7(b)参照)。
次に、それぞれの重心点を通る辺をラベリングする。T1とT2を通る辺をL12、T2とT3を通る辺をL23、T3とT1を通る辺をL31とする(S614、図8(a)参照)。
次に、三角形の内側を各頂点(重心点)から半径R離れた画素値を弧状にスキャンをして、スキャンした範囲で色の変化みる(図8(b)参照)。
重心点T1では、L12からL31を時計回りに、重心点T2では、L23からL12を時計回りに、重心点T3では、L31からL23を時計回りにスキャンをする(S620〜S625)。
半径の決め方は、スキャンをする角度に応じて画像上でレトロターゲットのサイズに倍率をかけて決める。レトロターゲットを斜め方向から撮影された場合は楕円になるため、スキャン範囲も楕円形状になる。倍率は、レトロターゲットのサイズと、レトロターゲット重心位置と基準色部P2の距離によって決められる。
さらにノイズなどの影響を少なくするため、スキャンする範囲に幅を持たせて、半径R−ΔrからR+Δrの間で平均値等の代表値を決める方法も考えられる。
この例では、スキャンは弧状にスキャンをしたが、重心点でつくられた三角形の辺に垂直な直線上をスキャンする方法も考えられる(図8(c)参照)。
図1のカラーコード付きターゲットの例では、重心点T2の周りをスキャンした結果では色の変化があり、R(赤)・G(緑)・B(青)の値に変化が見られ、変化のピークがR・G・Bの順にあらわれる。T1とT3の周りのスキャンの結果では、色の変化はなく、R・G・Bの値はほぼ一定でピークがあらわれない(図8(b)参照)。このように、1つの重心点T2の周りには色の変化が見られ、残りの2つの重心点T1、T3の周りには色の変化がないという特徴により、カラーコード付きターゲットCT1の方向を判断できる。
ラベリングの確認処理は、確認処理部313により行われる。スキャンの結果に色の変化があった重心点をR1とし、残りの2つの重心点は、色の変化があった重心点から時計回りにラベリングしてR2、R3とする(S630〜S632)。この例では、重心点T2をR1、重心点T3をR2、重心点T1をR3とする。色の変化があった重心点が1つ、色の変化がない重心点が2つ検出されなかった場合は、レトロターゲットの組み合わせエラーとなり(S633)、3組のレトロターゲットを新たに選出して(S634)、S600に戻る。このように、処理の結果から、選ばれた3つレトロターゲットが、同じカラーコード付きターゲットCT1に属するか否かも確認できる。このようにしてレトロターゲットのグループ化が確定する。
上記のラベリング方法は、図1のカラーコード付きターゲットCT1を例に説明したが、後述する各種カラーコード付きターゲットCTについても、一部の処理を変えることにより同様の処理ができる。
[コードの識別]
図3に戻り、識別コード判別部46は、抽出部41で抽出されたカラーコード付きターゲットCT1について、座標変換処理部321においてグループ化されたレトロターゲットの重心位置に基づいて、カラーコード付きターゲットCT1の設計値に合うように座標変換し、次に、コード変換処理部322において、カラーコードを識別し(S535)、コード変換してカラーコード付きターゲットCT1の識別コードを求め(S540)、読込画像記憶部141に保存する(S545)。
図6でこの処理フローを説明する。曲面に貼付された、斜め方向から撮影された等により、形に歪のあるカラーコード付きターゲットの撮影画像を、ラベルR1,R2,R3を用いて、歪のない正面図に座標変換する(S640)。座標変換することより、カラーコード付きターゲットの設計値を参照して、レトロターゲット部P1、基準色部P2、カラーコード部P3、白色部P4を判別しやすくなり、後の処理が進め易くなる。
次に、座標変換されたカラーコード付きターゲットCT1上で、設計値どおりに白色部P4があるか確認をする(S650)。設計値どおりでない場合は検出エラーとなる(S633)。設計値どおりに白色部P4がある場合は、カラーコード付きターゲットCT1が検出されたと判断される(S655)。
次に、色彩補正され、領域と方向がわかったカラーコード付きターゲットCT1のカラーコードの判別をする。
カラーコード部P3は、その各単位パターンへの配色の組み合わせによってコードを表現する。例えば、コード色数がnで単位パターンが3個の場合、n×n×nのコードを表せ、他の単位パターンに使用されている色を重複して使用しないという条件を課した場合は、n×(n−1)×(n−2)のコードを表せる。コード色数がn、単位パターンがn個で、色を重複して使用しないという条件を課した場合は、nの階乗通りのコードを表現できる。
識別コード判別部46は、コード変換処理部322において、カラーコード部P3における単位パターンの配色の組み合わせを、カラーコード付きターゲット対応表142の配色の組み合わせと比較・照合して識別コードを判別する(図3のS535)。
色彩の判別方法は、(1)基準色部P2の色とカラーコード部P3の色を比較して決める相対比較方法と、(2)基準色部P2の色と白色部P4の色を使ってカラーコード付きターゲットCT1の色補正を行い、その補正された色でカラーコード部P3のコードの判別をする絶対比較方法の、二つの方法がある。例えば、カラーコード部P3に使用する色数が少ない場合は基準色を相対比較の比較色として使用し、カラーコード部P3に使用する色数が多い場合は、色を補正するためにキャリブレーション用の色として絶対比較の比較色として使用する。前述のように、色彩の検出は色彩検出処理部311で、色補正は色彩補正部312で行う。画像による3次元計測では複数の画像を撮るため、ほとんどの場合、各画像間で撮影条件などにより色ズレがおきる。カラーコード付きターゲットを使用することにより、複数の画像間での色の差を補正することが可能である。
識別コード判別部46は、コード変換処理部322において、(1)、(2)どちらかの方法を使用して、基準色部P2とカラーコード部P3を検出し(S660、S670)、カラーコード部P3の各色を判別し、色をコードに変換して、対象のカラーコード付きターゲットCT1の識別コードを求める(S680、図3のS540)。
そして画像ごとに、当該画像に含まれるカラーコード付きターゲットCT1の番号を読込画像記憶部141に登録する(図3のS545)。読込画像記憶部141に登録されたデータは、多数のカラーコード付き標識CTの検出位置座標に基づいて、標定部44で標定に用いられ、又は、三次元位置計測部50で測定対象物の三次元座標、三次元形状を測定するのに用いられる。
〔画像間の対応付け〕
図9に複数の画像で撮影されるカラーコード付きターゲットの例を示す。図9(a)にステレオ画像のオーバーラップの様子を示す。計測される基本範囲は、2枚(一対)のステレオ撮影画像のオーバーラップ範囲である。このとき、4個のカラーコード付きターゲットCTがオーバーラップ範囲に入るように撮影するのが好ましい。このようにするとステレオ画像を用いて三次元測定が可能である。また、図9(b)に隣接し合うステレオ画像間のオーバーラップのさせ方の例を示す。この様に、上下左右方向に2個のカラーコード付きターゲットCTを含んでオーバーラップするように一連の画像を撮影するのが好ましい。このようにすると広域にわたる非接触三次元測定の自動化が可能になる。なお、ブレークラインは画像の有効領域を示すラインであり、4個のカラーコード付きターゲットCTの最も外側にあるレトロターゲットを結ぶライン内が有効領域である。
図9(c)はステレオマッチングエリア設定を説明するための図である。図9(c)はカラーコード付きターゲットCTが位置検出用の3つのレトロターゲットを有する例である。カラーコード付きターゲットCTを画面の4隅の近くに配置し、常にこれらのカラーコード付きターゲットCTの最も外側にあるレトロターゲットを結ぶ領域をマッチングエリアとすることで、ステレオマッチングエリアが自動的に決められると同時に、各モデル画像間のオーバーラップを確実にすることができる。このように、マッチング領域を決定することで、図9(b)に示すように、各モデル画像間のオーバーラップも確実にとれるようになる。なお、各カラーコード付きターゲットCTに位置検出用パターン(レトロターゲット部)P1を最低2点以上配置(2点の場合は対角に配置)すれば、マッチングエリアの自動設定処理が可能となる。
〔第2の実施の形態〕
図10に第2の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT2の例を示す。図10はカラーコード部P3が6箇所のカラーコード付きターゲットCT2である。図1におけるカラーコード付きターゲットCT1のカラーコードパターンP3の3つの単位パターンを対角線で分離して、単位パターンを6箇所としているので、カラーコード付きターゲットCTの領域と方向の検出方法は、図1の場合と同様に、各重心点で出来た三角形の内側をスキャンした場合の色に変化でレトロターゲットのラベリング処理が可能である。すなわち、R1の周りでは2回の色変化が生じ、R2とR3の周りでは色の変化は生じない。また、カラーコード部P3の読み込み処理は6箇所に増加する。カラーコードに使用する色を6色にするとコード数は、6×5×4×3×2×1=720コードを表現できる。最後のカラーコード部(最後の×1の部分)はコード数に影響は無いが相対比較のため必要であり、更に色コード部を認識した際に誤認識のチェック用としても利用できる。
〔第3の実施の形態〕
図11に第3の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT3の例を示す。図11のカラーコード付きターゲットCT3は、図10のカラーコード付きターゲットCT2の基準色部P2を無くし、レトロターゲット部P1の一つを大きくしたものである。
図11のカラーコード付きターゲットCT3は、R1にあたる部分のレトロターゲットが大きくなっているので、各レトロターゲット部のR1,R2,R3へ対応させるラベリング処理は、レトロターゲットのサイズを検出すれば出来る。ただし、R1にあたる部分のレトロターゲットが大きくなった分、基準色部P2が無いのでカラーコードの判別は難しくなる。
この場合の対策として、例えば、カラーコードに使用する色を6色にし、同じ色を重複使用しないという制限をもうけると、カラーコード部P3に全てのコード色が現れる。これにより、各カラーコード部P3の色を6色のコード色に対応させるだけで良くなり、しかも、カラーコード部P3相互の色を相対比較により行う事が出来る。コード数は、図10のカラーコード付きターゲットCT2と同様に720コードを表現できる。
〔第4の実施の形態〕
図12に第4の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT4の例を示す。図12のカラーコード付きターゲットCT4は、図1のカラーコード付きターゲットCT1の外側に黒色の黒領域部P5を追加したパターンである。黒領域部P5により、測定物の色や模様の影響を抑制できる。
図12のカラーコード付きターゲットCT4は、図1のカラーコード付きターゲットCT1の外側に黒領域部P5を形成したのみなので処理は図1のカラーコード付きターゲットCT1と変わらない。図1以外のカラーコード付きターゲットにも黒領域部P5の形成が可能である。
〔第5の実施の形態〕
図13に第5の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT5の例を示す。図13のカラーコード付きターゲットCT5は、カラーコード部P3の単位パターンを小さくし、カラーコード部P3の単位パターンを9箇所にしたものである。
このため、カラーコード付きターゲットCT5の領域と方向の検出の際、R1の周りでは2回の色変化が、R2とR3の周りでは1回の色変化があらわれるので、これにより識別できる。また、白色部P4との位置関係を検出することにより、R1、R2、R3を確認できる。また、カラーコード部P3の読み込み処理は9箇所に増加する。カラーコードに使用する色を9色にするとコード数は、9の階乗=362880コードを表現できる。それ以外は、図1と同様に処理が出来る。
〔第6の実施の形態〕
図14に第6の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT6の例を示す。図14のカラーコード付きターゲットCT6は、図1のカラーコード付きターゲットCT1の、レトロターゲット部P1のR2、R3の部分と白色部P4に基準色部P2を配置し、カラーコード付きターゲットの領域と方向の検出用としても使用するものである。レトロターゲット部P1はR1の部分一箇所である。図1のカラーコード付きターゲットCT1の基準色部P2の部分にはカラーコードパターンP3を配置でき、カラーコードパターンを一つ増やせる。
基準色部P2を領域と方向の検出用として使用する場合、四角のパターンの重心を求めること、基準色光で明度差を検出することにより、レトロターゲットより精度は劣るが、レトロターゲットと同様に重心点の検出が可能である。
〔第7の実施の形態〕
図15に第7の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT7の例を示す。図15のカラーコード付きターゲットCT7は、図1のカラーコード付きターゲットCT1のカラーコード部P3の領域を小さくし、さらに、レトロターゲット部P1のパターンをR1の部分1箇所、カラーコードパターンを4箇所にした、小型タイプである。このカラーコード付きターゲットCT7においても基準色部P2が領域と方向の検出用として使用される。
〔第8の実施の形態〕
図16に第8の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT8の例を示す。図16のカラーコード付きターゲットCT8は、図15のカラーコード付きターゲットCT7の白色部P4をカラーコード部P3に置換してカラーコードパターンを5カ所にした、小型タイプのものである。
〔第9の実施の形態〕
図17に第9の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT9の例を示す。図17のカラーコード付きターゲットCT9は、図1のカラーコード付きターゲットCT1の単位パターンの間に黒色の分離領域部P6を形成したものである。これにより、領域やカラーの判別時にエラーを減らす事が出来る。
〔第10の実施の形態〕
図18に第10の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT10の例を示す。図18のカラーコード付きターゲットCT10は、図1のカラーコード付きターゲットCT1のレトロターゲットP1の代わりに、テンプレートマッチング検出に対応できるように、テンプレートパターンP7に置換したものである。レトロターゲットと同様に重心点の検出を高精度にできる。
〔第11の実施の形態〕
図19に第10の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットCT11の例を示す。図19のカラーコード付きターゲットCT11は、図1のカラーコード付きターゲットCT1のレトロターゲットP1をカラーレトロターゲットP8としたものである。
本実施の形態は、ターゲットの位置抽出の探索方法として、(4)彩色された位置検出用パターンを用いる方法を採用するものである。
(4)カラーコード付きターゲットCTに使用している3隅のレトロターゲットに異なる色を配し、それぞれのレトロターゲットが反射する色を異なるものにする。3隅のレトロターゲットに異なる色を配しているため、1つのカラーコード付きターゲットCTに属する各レトロターゲットを判別しやすい。レトロターゲットグループ化処理において、多数のレトロターゲットを使用する場合にも、異なる色のレトロターゲットで一番距離が近いものを同一グループの候補として選択することにより、処理が簡単になる。
リファレンスポイントRFとして多数のレトロターゲットを用いる場合には、カラーコード付きターゲットCTのレトロターゲットと単体のレトロターゲットが混在するので、カラーコード付きターゲットCTのレトロターゲットを彩色したカラーレトロターゲットP8とし、単体のレトロターゲットを白色とすれば、判別し易い。
重心位置の検出については、図4での説明を参照されたい。
なお、位置検出用標識としてカラーコード付きターゲットCTに代えて単体又は複数のカラーレトロターゲットを使用することも可能である。例えば、単体の場合、配色の種類を増加したり、カラーの配置をランダムにするなどにより、基準点に対する対応点、ステレオ画像ペアを探索し易くなる。
また、複数のカラーレトロターゲットを組み合わせて使用することも可能である。例えば、図20に示すように、3個のカラーレトロターゲットP8をまとめて1つの標識(カラーコード付き標識CT)とし、その配色の組み合わせを変化させることにより、基準点に対する対応点、ステレオ画像ペアを探索し易くなる。
カラーコード付きターゲットの方向決定では、レトロターゲットで出来る三角形の内角の色数の違いで方向を決めていたが、カラーコード付きターゲットの3隅のレトロターゲットに色をもたせ、それぞれのレトロターゲットが反射する色を異なるものにする方法も考えられる。例えば、カラーコード付きターゲットに使用されている左上のレトロターゲットは赤、右上のレトロターゲットは青、左下のレトロターゲットは緑の反射光を戻すものに変更すれば、カラーコード付きターゲットの方向決定をその反射光の色を判断する事により簡単に処理する事が出来る。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。例えば、以上の実施の形態では、単位パターンが正方形のカラーコード付き標識の例を主に説明したが、棒状パターン、円形パターン等他の形状にしても良く、また、バーコード等と色彩を組み合わせてカラーコードとしても良い。
また、カラーコード付きターゲットCTの貼付に代えて、又はカラーコード付きターゲットCTの貼付と併用して投影装置により撮影対象物にカラーコード付きターゲットCTを投影して使用しても良い。また、カラーコード抽出手段の構成、カラーコード付きターゲットの抽出のフローも適宜変更可能である。
本発明は、非接触で対象物を三次元計測する標識として利用される。
第1の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 カラーコード抽出手段の構成例を示す図である。 カラーコード付きターゲットの抽出のフロー例を示す図である。 レトロターゲットを用いた重心位置検出の説明図である。 カラーコード付きターゲット領域方向検出処理部の処理フロー例を示す図である。 カラーコード付きターゲット領域方向検出処理部の処理フロー例(続)を示す図である。 レトロターゲットのコード読み込みを説明するための図(その1)である。 レトロターゲットのコード読み込みを説明するための図(その2)である。 複数の画像で撮影されるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第2の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第3の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第4の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第5の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第6の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第7の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第8の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第9の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第10の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 第11の実施の形態におけるカラーコード付きターゲットの例を示す図である。 複数のカラーレトロターゲットを組み合わせたカラーコード付きターゲットの例を示す図である。
符号の説明
10 撮像部
13 画像データ記憶部
41 抽出部
44 標定部
46 識別コード判別部
50 三次元計測部
100 カラーコード抽出手段
110 探索処理部
111 レトロターゲット検出処理部
120 レトロターゲットグループ化処理部
130 カラーコード付きターゲット検出処理部
131 カラーコード付きターゲット領域方向検出処理部
140 画像・カラーパターン記憶部
141 読込画像記憶部
142 カラーコード付きターゲット対応表
150 標識情報記憶部
200 レトロターゲット
204 内部円
206 外部円
311 色彩検出処理部
312 色彩補正部
313 確認処理部
321 座標変換処理部
322 コード変換処理部
CT、CT1〜CT12 カラーコード付きターゲット
L12、L23、L31 辺
P1 位置検出用パターン(レトロターゲット部)
P2 基準色パターン(基準色部)
P3 カラーコードパターン(カラーコード部)
P4 空パターン(白色部)
P5 黒領域部
P6 分離領域部
P7 テンプレートパターン
P8 カラーレトロターゲット
R1〜R3 重心点
To 閾値
T1〜T3 仮のラベル

Claims (16)

  1. 面内に、計測位置を示すための位置検出用パターンと、前記位置検出用パターンに対して所定の位置関係に配置され、標識を識別するための複数の色彩が施されたカラーコードパターンとを備える;
    カラーコード付き標識。
  2. 前記面内に、色彩の基準として用いる複数の色彩が施された基準色パターンを備える;
    請求項1に記載のカラーコード付き標識。
  3. 前記位置検出用パターンが四角形の3隅に配置された;
    請求項1又は請求項2に記載のカラーコード付き標識。
  4. 前記位置検出用パターンは形状及び寸法が同じである;
    請求項3に記載のカラーコード付き標識。
  5. 前記位置検出用パターンは中心に円形パターンを有する;
    請求項4に記載のカラーコード付き標識。
  6. 前記検出用パターンが配置されていない1隅に前記検出用パターンと異なるパターンが配置された;
    請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識。
  7. 3つの前記検出用パターンの色彩が異なる;
    請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識。
  8. 前記カラーコードパターンは、形状及び寸法が同一であり色彩が異なる複数の単位パターンからなる;
    請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識。
  9. 前記基準色パターンは、形状及び寸法が同一であり色彩が異なる複数の単位パターンからなる;
    請求項2乃至請求項8のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識。
  10. 前記位置検出用パターンの1つの周りに前記基準色パターンが配置され、他の2つの周りに前記カラーコードパターンが配置された;
    請求項9に記載のカラーコード付き標識。
  11. 前記位置検出用パターンの1つの周りに配置された基準色パターンの数と前記他の2つの周りに配置されたカラーコードパターンの数が異なる;
    請求項10に記載のカラーコード付き標識。
  12. 前記基準色パターンにおける単位パターンの色彩は全て前記カラーコードパターンにおける単位パターンの色彩に含まれる;
    請求項9乃至請求項11のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識。
  13. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識を描画した;
    カラーコード付き標識シール。
  14. 請求項13に記載のカラーコード付き標識シールを複数組み合わせて構成される1組のカラーコード付き標識シールセットであって;
    各カラーコード付き標識シールはカラーコードパターンの形状及び寸法が同一であり、配色が全て異なる;
    カラーコード付き標識シールセット。
  15. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識を含む測定対象物の画像から前記カラーコード付き標識を抽出する抽出部と;
    前記抽出されたカラーコード付き標識のカラーコードパターンから、前記カラーコード付き標識の識別コードを判別する識別コード判別部と;
    前記抽出されたカラーコード付き標識の位置検出用パターンの位置座標と前記識別コード判別部で判別された識別コードとを関連付けて記憶する標識情報記憶部とを備える;
    カラーコード付き標識抽出装置。
  16. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のカラーコード付き標識を含む測定対象物を撮像する撮像部と;
    前記撮像部で撮像された前記測定対象物の画像から前記カラーコード付き標識を抽出する抽出部と;
    前記抽出されたカラーコード付き標識の位置検出用パターンとカラーコードパターンから、前記カラーコード付き標識の識別コードを判別する識別コード判別部と;
    前記抽出されたカラーコード付き標識の位置検出用パターンの位置座標と前記識別コード判別部で判別された識別コードとを関連付けて記憶する標識情報記憶部と;
    多数の前記カラーコード付き標識を用いて測定された前記カラーコード付き標識の位置に基づいて、前記測定対象物の三次元座標又は三次元形状を測定する三次元計測部とを備える;
    三次元計測装置。

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