JP2009014481A - 距離計測装置とそのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物に隠れる位置に較正用マーカが設置される場合でも、距離センサの位置を正確にキャリブレーションする。
【解決手段】計測対象物３の計測に適し位置が既知の特定位置座標に位置決めされた３以上の較正用マーカＣ１〜Ｃ３と、計測対象物に遮断されて較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる位置に固定された３以上の特徴物Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３と、離れた位置から計測できる距離センサ１０と、計測された位置座標を補正する補正装置１２とを備える。距離センサ１０を任意の較正位置Ｄ１に固定して較正用マーカＣ１〜Ｃ３の特定位置座標を計測し、距離センサ１０の較正位置Ｄ１の位置座標を算出する。また、特徴物Ｂ１〜Ｂ３を較正位置Ｄ１の距離センサで計測し、特徴物の修正位置座標を算出する。さらに、距離センサを任意の位置Ｄ２〜Ｄ４に固定して、計測対象物と特徴物を計測し、計測対象物３の修正位置座標を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、２次元又は３次元の距離センサを用いた距離計測装置とそのキャリブレーション方法に関する。

２次元又は３次元の距離計測装置として、例えばレーザレーダ装置が知られている。
レーザレーダ装置は、パルス波または変調波のレーザ光を対象物に向けて送信し、対象物で反射したレーザ光を受信し、パルス波の送信パルスと受信パルスの時間差、或いは変調波の送信波と受信波の位相差から、対象物までの距離値を算出する装置である。
なお、本発明はレーザレーダ装置に限定されず、離れた位置から対象物の２次元又は３次元位置を計測できる距離計測装置であればよい。

２次元又は３次元の距離計測装置のキャリブレーション手段として、特許文献１〜５が既に開示されている。

図４は、特許文献１の装置の模式図である。特許文献１は、ステレオカメラ同士のキャリブレーションを自動的に行うステレオカメラシステムを目的とする。
そのため、この発明のシステム５０は、ステレオカメラ５１Ａ，５１Ｂと、各ステレオカメラが撮像した第１および第２のステレオ画像に基づいて、ステレオ視の原理により、第１および第２のステレオ画像内に捉えられた人物の第１および第２の三次元位置を算出する三次元位置算出部５６と、第１および第２の三次元位置に基づいて、第１および第２のステレオ画像内に捉えられた人物を二次元平面に投影した投影像に相関する第１および第２の投影人物領域を含む第１および第２の画像を作成する投影人物領域算出部５８と、第１および第２の画像に含まれる投影人物領域が同数の場合、第１および第２の投影人物領域の相対位置関係に基づいて、ステレオカメラ同士のキャリブレーションの補正を行うキャリブレーション補正部５９と、を備えるものである。

図５は、特許文献２の装置の模式図である。特許文献２の位置決定システムは、第１の測定装置６１と第２の測定装置６２を備える。第１の測定装置６１は、第１のテスト目標の位置データを得るための検知範囲を有する第１の検知装置６３と、第１の検知装置と較正目標との位置関係が既知である第１の検知装置に厳密にリンクしている較正目標６４とを備えている。システムは、第１の検知装置の検知範囲の位置を再配置する再配置装置を備えている。第２の測定装置６２は、第２のテスト目標の位置データを得るための検知範囲を有する第２の検知装置６６と、第２の検知装置と較正検知装置との位置関係が既知である較正目標の位置データを得るため第２の検知装置とリンクした較正検知装置６７を備え、第２の検知装置の検知範囲を再配置する位置決め装置を備えている。様々な必要に応じて、再配置装置が正確に検知装置の検知範囲内にテスト目標がはいるように検知装置の視野範囲を再調整する。

図６は、特許文献３の装置の模式図である。特許文献３は、製造誤差を考慮したうえで正確かつ簡単に画像センサシステムの配向状態を求められる方法を目的とする。
そのため、この発明では、車両７１がキャリブレーションオブジェクト７２に対して第１の位置７３を取っているとき第１の画像情報を形成し、車両がキャリブレーションオブジェクトに対して第２の位置７４を取っているとき第２の画像情報を形成し、キャリブレーションオブジェクトに対して車両が第１の位置７３から第２の位置７４へ移動したことによる位置変化量を求め、少なくとも第１の画像情報および第２の画像情報から車両のジオメトリ走行軸線に対する画像センサシステムの配向状態を求めるものである。

図７は、特許文献４の装置の模式図である。特許文献４は、少なくとも１つの測定装置８１Ａおよび第１の較正目標８２Ａを含み、前記第１の較正目標８２Ａに対する前記少なくとも１つの測定装置８１Ａの位置は予め定められている、第１の測定モジュール８３Ａ；少なくとも１つの測定装置８１Ｂおよび第２の較正目標８２Ｂを含み、前記第２の較正目標８２Ｂに対する前記少なくとも１つの測定装置８１Ｂの位置は予め定められている、第２の測定モジュール８３Ｂ；前記第２の較正目標８２Ｂに対する前記第１の較正目標８２Ａの位置を測定するための較正装置８４；ならびに前記較正装置８４、前記第１の測定モジュール８３Ａおよび前記第２の測定モジュール８３Ｂを結合するよう構成され、前記第２の測定モジュール８３Ｂの前記少なくとも１つの測定装置８１Ｂに対する、前記第１の測定モジュール８３Ａの前記少なくとも１つの測定装置８１Ｂの位置関係を、前記第２の較正目標８１Ｂに対する前記第１の較正目標８２Ａの位置、前記第１の較正目標８２Ａに対する前記第１の測定モジュール８３Ａの前記少なくとも１つの測定装置８１Ａの位置、および前記第２の較正目標８２Ｂに対する前記第２の測定モジュール８３Ｂの前記少なくとも１つの測定装置８１Ｂの位置に基づいて判断するためのデータ処理システムを含むものである。

図８は、特許文献５の装置の模式図である。特許文献５は、対象物体に対して複数のカメラを任意に配置して３次元入力を行う場合において、精密な標準物体を用いずに手軽にキャリブレーションができるようにすることを目的とする。
そのため、この発明では、複数のカメラ９１，９２より得られた複数の２次元画像に基づいて物体の形状をデータ化する３次元入力に際して、立体物を第１のカメラ９１を用いて撮影し、それにより得られた第１の画像９３に基づいて立体物の３次元座標データＤｘｙｚを取得し、第２のカメラ９２を用いた立体物の撮影により得られた第２の画像９４と第１の画像９３とから複数組の対応点Ｑ，Ｒを抽出し、第２の画像上の複数の対応点Ｒのそれぞれについて、それに対応する立体物上の位置の３次元座標を求め、その結果に基づいて、第２カメラのカメラパラメータ９５を算出するものである。

特開２００５−２３３６３９号公報、「ステレオカメラシステムおよび該システムのステレオカメラ同士のキャリブレーション方法」 特表２００４−５３０８８９号公報、「自動較正位置決定システム」 特開２００４−１２５７９５号公報、「画像センサシステムのキャリブレーション方法および装置」 特許第３７０８５１９号公報、「位置判断システム、このシステムの動作を制御する命令を記憶した機械読取可能媒体および位置判断システムを較正するための方法」 特開２００２−１３５８０７号公報、「３次元入力のためのキャリブレーション方法および装置」

図１は、本発明の適用例であり、１台又は２台以上の３次元レーザレーダ１を用いて、所定の駐車エリア２内の車両３に向けてレーザ光４を３次元的に照射し、車両３の両側面で反射されたレーザ光から両側面の３次元座標を計測するような場合を想定する。なお、本発明はこのような適用例に限定されず、その他の用途にも提供することができる。

図２は、本発明の適用状態を示す模式図である。
この図において、Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３は計測対象エリア内の特徴物、Ｃ１〜Ｃ３は較正用マーカ、Ｄ１〜Ｄ４は距離センサの位置（視点）、Ｅ１〜Ｅ２は距離センサの計測範囲、Ｆ１は計測対象物、Ｇ１は計測対象エリアである。ここで、較正用マーカＣ１〜Ｃ３の位置は固定かつ位置座標が既知だが、特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３の位置は固定だが位置座標は不明であるものとする。

以下、本発明の適用状況を説明する。
（１） 計測対象物Ｆ１（例えば車両３）の位置、形状を計測する場合において、１台の距離センサ（例えば３次元レーザレーダ１）を用いた１つの視点Ｄ１からだけでは、全体の形状を計測できず、他の視点からも計測する必要がある場合がある。
（２） 計測対象エリアＧ１（例えば駐車エリア２）が狭い場合やこのエリアＧ１内に障害物があり死角が発生する場合、距離センサを固定して設置する場所が無いか、もしくは１台しかなく、視点を変える際に距離センサを移動させなければならないか、または複数の位置に固定しても、計測対象エリアＧ１内での位置関係が把握しづらい。
（３） 距離センサの計測対象エリアＧ１内での位置関係を較正するために、計測対象物Ｆ１を計測する前に、予め較正用マーカＣ１〜Ｃ３を計測して較正マーカに対する位置・姿勢を求めても、計測対象物Ｆ１を計測する際には、較正用マーカＣ１〜Ｃ３の一部又は全てが隠れて使用できない。
（４） 場合によっては、較正用マーカＣ１〜Ｃ３で較正した距離センサの位置Ｄ１，Ｄ２と、計測対象物Ｆ１を計測する際の距離センサの位置Ｄ３，Ｄ４が異なり、較正データが直接は役立たない。
（５） このような状況下において、計測対象物Ｆ１の形状および計測対象エリアＧ１内での位置・姿勢を求める場合を想定する。

上述した適用状況における従来のキャリブレーション方法とその問題点は、以下の通りである。
（１） 従来のキャリブレーション方法
計測対象物Ｆ１を計測する際の距離センサの位置Ｄ３と較正時点での位置Ｄ１との間の位置関係を巻尺等で計測して、位置Ｄ３の大まかな位置を求めている。
また、位置Ｄ１と位置Ｄ３とで共通して計測できる較正用マーカを用いて両者の位置関係を較正する。
あるいは、可能であれば計測対象物Ｆ１に隠れない位置に較正用マーカを設置して、位置Ｄ３を較正する。
さらに、複数の視点から計測する際に、各視点から計測できる共通の較正用マーカもしくは特徴物を用いて、各視点間の位置関係を較正する。
（２） 従来方法の問題点
距離センサの位置Ｄ３の位置に誤差が含まれるため、計測対象物Ｆ１の位置、姿勢の精度が悪くなる。また、計測対象物によって較正用マーカが計測できない場合には、位置Ｄ１と位置Ｄ３との位置関係を較正することができない。距離センサの位置Ｄ３，Ｄ４は、共通の較正用マーカＣ１〜Ｃ３や特徴物で較正されていないため、それぞれ位置Ｄ１に対する位置誤差、および位置Ｄ２に対する位置誤差の影響によって、計測対象物Ｆ１の両距離センサで計測した計測範囲の継ぎ目部分にギャップが発生し、形状を正しく得ることができない。
計測対象物Ｆ１に隠れない位置に較正用マーカを設置する場合、設置位置が一般に厳しく、較正用マーカの計測対象エリアＧ１内での正しい位置を設定・算出することがそもそも難しい。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、計測対象物に隠れる位置に較正用マーカが設置される場合でも、距離センサの位置を正確にキャリブレーションでき、これにより離れた位置から計測対象物の形状を正確に計測することができる距離計測装置とそのキャリブレーション方法を提供することにある。

本発明によれば、計測対象物の位置および／または形状を離れた位置から計測する距離計測装置であって、
計測対象物の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めされた３以上の較正用マーカと、
計測対象物の計測時にこれに遮断されて前記較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる位置に固定された３以上の特徴物と、
前記計測対象物、較正用マーカ及び特徴物の位置座標を離れた位置から計測できる距離センサと、
計測された位置座標を補正する補正装置とを備え、
較正時に距離センサを任意の較正位置に固定して前記較正用マーカの位置座標を計測し、
較正用マーカの既知の特定位置座標と計測された位置座標から、補正装置により距離センサの前記較正位置の位置座標を算出し、
前記特徴物を前記較正位置の距離センサで計測し、
計測された特徴物の位置座標と距離センサの較正位置の前記位置座標から補正装置により特徴物の修正位置座標を算出し、
前記距離センサで、計測対象物と特徴物の位置座標を計測し、
計測された計測対象物と特徴物の位置座標と前記特徴物の修正位置座標から補正装置により計測対象物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする距離計測装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記距離センサで計測対象物と特徴物の位置座標を計測する際、距離センサの位置を較正位置と異なる任意の位置とする。

また、同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測して得られた位置情報を統合することにより、計測対象物の修正位置座標を算出する。

また、同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測する際、距離センサの位置毎に、一部または全て異なる前記特徴物の位置情報を計測する。

また本発明によれば、所定の計測対象エリア内において計測対象物の位置および／または形状を離れた位置から計測する距離センサのキャリブレーション方法であって、
３以上の較正用マーカを計測対象物の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めし、
較正時に距離センサを任意の較正位置に固定して前記較正用マーカの位置座標を計測し、
較正用マーカの既知の特定位置座標と計測された位置座標から、距離センサの前記較正位置の位置座標を算出する、ことを特徴とする距離センサのキャリブレーション方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、計測対象物の計測時にこれに遮断されて較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる固定された３以上の特徴物を選択し、
該特徴物の位置座標を前記較正位置の距離センサで計測し、
計測された特徴物の位置座標と距離センサの較正位置の前記位置座標から特徴物の修正位置座標を算出する。

また、前記距離センサを較正位置と異なる任意の位置に固定して、計測対象物と特徴物の位置座標を計測し、
計測された計測対象物と特徴物の位置座標と前記特徴物の修正位置座標から計測対象物の修正位置座標を算出する。

また、計測対象物の位置、および／または形状が異なる毎に、前記距離センサの位置が異なる。

同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測し、距離センサの位置毎に、一部または全て異なる前記特徴物の位置情報を取得し、得られた位置情報を統合することにより計測対象物の修正位置座標を算出する。

上述した本発明の装置及び方法によれば、計測対象エリア内に存在し、計測対象物を計測する際にも計測できる特徴物の位置座標を較正時に較正用マーカの特定位置座標から予めもとめ、これを較正用に利用するので、距離センサの位置が異なる場合においても、計測対象エリアＧ１内での距離センサの位置を正しく得ることができ、その結果、計測対象物Ｆ１の形状、位置、姿勢を精度よく求めることができる。
また、較正位置で設定した検査対象領域などのパラメータ設定値も、これと異なる位置の較正位置に対する位置関係が精度良く得られるため、任意の計測位置において流用することができる。

以下本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図３は、本発明による距離計測装置の実施形態図である。この図において、（Ａ）は較正（キャリブレーション）時、（Ｂ）は対象物の計測時である。

図３（Ａ）において、本発明の距離計測装置は、３以上の較正用マーカＣ１〜Ｃ３、３以上の特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３、距離センサ１０及び補正装置１２を備える。

この例では、距離センサ１０として３次元レーザレーダ１０を用いて、所定の駐車エリア２内の車両３（図３（Ｂ）参照）に向けてレーザ光４を３次元的に照射し、車両３の側面で反射されたレーザ光から側面の３次元座標値を計測する。
なお、３次元レーザレーダ１０は２台以上であるのが好ましいが、１台であってもよい。以下、１台のみの場合について説明する。

この図において、Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３は計測対象エリア内の特徴物、Ｃ１〜Ｃ３は較正用マーカ、Ｄ１は距離センサの任意の較正位置、２は計測対象エリアである。ここで、較正用マーカＣ１〜Ｃ３の位置は不動かつ既知だが、特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３の位置は不動だが明らかでないものとする

３以上の較正用マーカＣ１〜Ｃ３は、計測対象物３（例えば車両３）の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めされている。較正用マーカＣ１〜Ｃ３は、例えば、駐車面に直接記入したマーカである。
３以上の特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３は、計測対象物の計測時にこれに遮断されて較正用マーカＣ１〜Ｃ３の位置を計測できない場合でも計測できる位置に固定されている。特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３は、例えば、壁等に直接記入したマーカである。

距離センサ１０は、計測対象物（車両３）、較正用マーカＣ１〜Ｃ３及び特徴物Ａ１〜Ａ３とＢ１〜Ｂ３の位置座標を離れた位置から計測できる距離センサである。この距離センサは、例えば３次元レーザレーダであるが、レーザ光に限定されず、ＬＥＤなどの単波長光、ミリ波、マイクロ波、超音波などを用いてもよい。また、離れた位置から計測できる距離センサである限りで、その他の距離センサであってもよい。

補正装置１２は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、計測された位置座標を補正する機能を有する。

図３（Ａ）において、計測対象物のない較正時に距離センサ１０を任意の較正位置Ｄ１に固定して距離センサ１０により較正用マーカＣ１〜Ｃ３の特定位置を計測する。補正装置１２は、この際に較正用マーカＣ１〜Ｃ３の既知の特定位置座標と計測された位置座標から、距離センサ１０の較正位置Ｄ１の位置座標を算出する。
また、図３（Ａ）において、この例では特徴物Ｂ１〜Ｂ３を同じ較正位置Ｄ１の距離センサ１０で計測する。補正装置１２は、この際に計測された特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標と距離センサの較正位置Ｄ１の算出された位置座標から特徴物Ｂ１〜Ｂ３の修正位置座標を算出する。

さらに、図３（Ｂ）において、計測対象物（車両３）の存在により較正用マーカＣ１〜Ｃ３の計測ができない状況において、距離センサ１０を較正位置Ｄ１と異なる任意の位置Ｄ３に固定して、計測対象物３と特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標を計測する。補正装置１２は、この際に計測された計測対象物３と特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標と算出された特徴物Ｂ１〜Ｂ３の修正位置座標から計測対象物３の修正位置座標を算出する。

図３の距離センサ１０と補正装置１２は、位置・姿勢較正手段、位置・姿勢情報記憶手段、特徴物抽出手段、特徴物位置較正手段、特徴物位置情報記憶手段、距離計測手段、複数視点計測結果統合手段、較正用マーカ位置情報、特徴物位置情報、及び距離センサ位置・姿勢情報をいずれか一方又は両方に備える。なお距離センサ１０と補正装置１２は一体に形成してもよい。

以下、上述した本発明の距離計測装置の作動を図２及び図３に対応させて説明する。
（１） 距離センサ１０を任意の較正位置Ｄ１に設置し、較正用マーカＣ１〜Ｃ３を距離計測手段で計測し、距離情報を得る。
（２） 得られた距離情報と較正用マーカ位置情報とを基に、位置・姿勢較正手段によって較正位置Ｄ１における距離センサの位置・姿勢を求め、位置・姿勢情報記憶手段によって、距離センサ位置・姿勢情報として記憶する。
（３） 特徴物抽出手段によって、計測範囲Ｅ２内の特徴物Ｂ１〜Ｂ３を抽出し、距離計測手段によって較正位置Ｄ１からの距離を求め、距離センサ位置・姿勢情報と共に、特徴物位置較正手段によって、特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置を算出する。その結果を特徴物位置情報記憶手段によって、特徴物位置情報として記憶する。
（４） 距離センサ１０を任意の位置Ｄ２に設置し、（１）と同様の動作を行う。
（５） 位置Ｄ２に対して、（２）と同様の動作を行う。
（６） 特徴物抽出手段によって、計測範囲Ｅ１内の特徴物Ａ１〜Ａ３を抽出し、距離計測手段によってＤ２からの距離を求め、距離センサ位置・姿勢情報と共に、特徴物位置較正手段によって、特徴物Ａ１〜Ａ３の位置を算出する。その結果を特徴物位置情報記憶手段によって、特徴物位置情報として記憶する。
（７） 距離センサを位置Ｄ３に設置し、特徴物Ｂ１〜Ｂ３を抽出し、距離計測手段によって位置Ｄ３からの距離を求め、特徴物Ｂ１〜Ｂ３の特徴物位置情報を基に、位置・姿勢較正手段によって、位置Ｄ３における距離センサの位置・姿勢を求め、位置・姿勢情報記憶手段によって、距離センサ位置・姿勢情報として記憶する。
（８） 計測対象物Ｆ１（３）に対して、距離計測手段によって位置Ｄ３からの距離を求め、Ｄ３での距離センサ位置・姿勢情報を基に、位置・姿勢較正手段によって計測範囲Ｅ３内で見える範囲の計測対象物Ｆ１の形状、位置、姿勢を求める。
（９） 距離センサを位置Ｄ４に設置し、特徴物Ａ１〜Ａ３を抽出し、距離計測手段によってＤ４からの距離を求め、特徴物Ａ１〜Ａ３の特徴物位置情報を基に、位置・姿勢情報記憶手段によって、距離センサ位置・姿勢情報として記憶する。
（１０） 計測対象物Ｆ１に対して、距離計測手段によってＤ４からの距離を求め、Ｄ４での距離センサ位置・姿勢情報を基に、位置・姿勢較正手段によって計測範囲Ｅ４内で見える範囲の計測対象物Ｆ１の形状、位置、姿勢を求める。
（１１） 動作（８）、（１０）で得られた計測対象物Ｆ１の形状、位置、姿勢を複数視点計測結果統合手段によって統合し、１つの物体に対する情報に変換する。

本発明の方法は、所定の計測対象エリア２内において計測対象物３の形状を離れた位置から計測する距離センサ１０のキャリブレーション方法である。
本発明の方法では、図３（Ａ）において、３以上の較正用マーカＣ１〜Ｃ３を計測対象物３の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めする。次に、計測対象物３のない較正時に距離センサ１０を任意の較正位置Ｄ１に固定して較正用マーカＣ１〜Ｃ３の位置座標を計測する。次いで、較正用マーカＣ１〜Ｃ３の既知の特定位置座標と計測された位置座標から、距離センサ１０の前記較正位置Ｄ１の位置座標を算出する。
この方法により、較正用マーカＣ１〜Ｃ３の既知の特定位置から、距離センサ１０の較正位置Ｄ１の位置座標を正確に算出することができる。

本発明の方法では、図３（Ａ）において、さらに計測対象物の計測時にこれに遮断されて較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる固定された３以上の特徴物Ｂ１〜Ｂ３を選択し、この特徴物の位置座標を較正位置Ｄ１の距離センサ１０で計測する。次いで、計測された特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標と距離センサ１０の較正位置の位置座標から特徴物Ｂ１〜Ｂ３の修正位置座標を算出する。
この方法により、既知の特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標から、特徴物Ｂ１〜Ｂ３の修正位置座標を正確に算出することができる。

本発明の方法では、図３（Ｂ）において、距離センサ１０を較正位置Ｄ１と異なる任意の位置Ｄ３に固定して、計測対象物３と特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標を計測する。次いで、計測された計測対象物３と特徴物Ｂ１〜Ｂ３の位置座標と前記特徴物の修正位置座標から計測対象物３の修正位置座標を算出する。
この方法により、既知の特徴物Ｂ１〜Ｂ３の修正位置座標から、計測対象物３の修正位置座標を正確に算出することができる。

次に上述した本発明の各方法を具体的に説明する。
（較正用マーカＣ１〜Ｃ３から較正位置Ｄ１の位置を求める方法）
較正用マーカＣｉ（ｉ＝１〜３）の座標を、数１の式（１．１）、較正位置Ｄ１の座標を、式（１．２）、較正位置Ｄ１の姿勢を３つの回転角（θ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚ）を用いた回転行列Ｒ_Ｄ１で式（１．３）のように表す。
また較正位置Ｄ１から距離センサ１０で、較正用マーカＣｉ（ｉ＝１〜３）を計測した結果を、式（１．４）、距離値の２乗を、式（１）とする。
このとき、ｉ＝１〜３に対して、式（２）（３）が成り立つ。

式（２）、式（３）を式（１）に代入すると、数２の式（４．１）の関係があるので、式（４）となる。式（４）は、Ｘ_Ｄ１，Ｙ_Ｄ１，Ｚ_Ｄ１の２次方程式であり、ｉ＝１〜３に対して、式（４）が成り立つので、３元連立２次方程式を解くことによって、点Ｄ１の座標Ｘ_Ｄ１を得ることができる。
また、式（２）から、式（５）となるため、回転行列Ｒ_Ｄ１は、式（６）で得られる。
以上より、点Ｃｉ（ｉ＝１〜３）の位置が既知の場合、計測点Ｄ１の位置Ｘ_Ｄ１、と姿勢Ｒ_Ｄ１を求めることができる。

なお、一般に、点Ｃｉ（ｉ＝１〜３）を計測した結果ｘ_Ｃｉには計測誤差が含まれているので、式（６）の右辺は必ずしも回転行列とはならない。
そこで、このような場合には、計測誤差の影響を低減するために、４点以上の点を計測して数３の式（７）の評価関数ｆ（Ｒ_Ｄ１，Ｘ_Ｄ１）を最小化するθ_Ｘ，θ_Ｙ，θ_Ｚ，Ｘ_Ｄ１，Ｙ_Ｄ１，Ｚ_Ｄ１の組合せを共役勾配法などの繰返し計算法で求める。

（較正位置Ｄ１から特徴物Ｂ１〜Ｂ３を求める方法）
特徴物Ｂｉ（ｉ＝１〜３）の座標を数４の式（８．１）、較正位置Ｄ１の座標を式（８．２）、較正位置Ｄ１の姿勢を回転行列Ｒ_Ｄ１で表す。
較正位置Ｄ１から距離センサ１０で、特徴物Ｂｉ（ｉ＝１〜３）を計測した結果を、式（８．３）とする。
このとき、ｉ＝１〜３に対して、式（８）であるので、特徴物Ｂｉ（ｉ＝１〜３）の座標Ｘ_Ｂｉは、式（９）で得られる。

（特徴物Ｂ１〜Ｂ３から位置Ｄ３をみつける方法）
較正用マーカＣ１〜Ｃ３から較正位置Ｄ１を定める方法において、較正用マーカＣｉ（ｉ＝１〜３）を特徴物Ｂｉ、較正位置Ｄ１を位置Ｄ３に置き換えることによって、同様に求めることができる。

（較正用マーカＣ１〜Ｃ３の決め方）
式（５）の中の数５の式（９）で示す行列Ａの逆行列を使って、点Ｄ１の姿勢を表す回転行列Ｒ_Ｄ１を求めるため、この行列Ａの行列式｜Ａ｜が０であってはならない。よって、点Ｃ１〜Ｃ３は、同一直線上にないように選定する必要がある。

上述した本発明の装置及び方法によれば、計測対象エリアＧ１内に存在し、計測対象物を計測する際にも計測できる特徴物Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３の位置座標を較正時に較正用マーカＣ１〜Ｃ３の特定位置座標から予めもとめ、これを較正用に利用するので、距離センサ１０の位置が異なる場合においても、計測対象エリアＧ１内での距離センサの位置を正しく得ることができ、その結果、計測対象物Ｆ１の形状、位置、姿勢を精度よく求めることができる。
また、較正位置Ｄ１で設定した検査対象領域などのパラメータ設定値も、これと異なる位置の較正位置に対する位置関係が精度良く得られるため、任意の計測位置において流用することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明の適用例を示す図である。 本発明の適用状態を示す模式図である。 本発明による距離計測装置の実施形態図である。 特許文献１の装置の模式図である。 特許文献２の装置の模式図である。 特許文献３の装置の模式図である。 特許文献４の装置の模式図である。 特許文献５の装置の模式図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３ 特徴物、
Ｃ１〜Ｃ３ 較正用マーカ、
Ｅ１〜Ｅ２ 距離センサの計測範囲、
Ｆ１ 計測対象物、Ｇ１ 計測対象エリア、
２ 駐車エリア、３ 車両、４ レーザ光、
１０ 距離センサ、１２ 補正装置

Claims (9)

1. 計測対象物の位置および／または形状を離れた位置から計測する距離計測装置であって、
   計測対象物の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めされた３以上の較正用マーカと、
   計測対象物の計測時にこれに遮断されて前記較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる位置に固定された３以上の特徴物と、
   前記計測対象物、較正用マーカ及び特徴物の位置座標を離れた位置から計測できる距離センサと、
   計測された位置座標を補正する補正装置とを備え、
   較正時に距離センサを任意の較正位置に固定して前記較正用マーカの位置座標を計測し、
   較正用マーカの既知の特定位置座標と計測された位置座標から、補正装置により距離センサの前記較正位置の位置座標を算出し、
   前記特徴物を前記較正位置の距離センサで計測し、
   計測された特徴物の位置座標と距離センサの較正位置の前記位置座標から補正装置により特徴物の修正位置座標を算出し、
   前記距離センサで、計測対象物と特徴物の位置座標を計測し、
   計測された計測対象物と特徴物の位置座標と前記特徴物の修正位置座標から補正装置により計測対象物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする距離計測装置。
2. 前記距離センサで計測対象物と特徴物の位置座標を計測する際、距離センサの位置を較正位置と異なる任意の位置とする、ことを特徴とする請求項１に記載の距離計測装置。
3. 同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測して得られた位置情報を統合することにより、計測対象物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の距離計測装置。
4. 同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測する際、距離センサの位置毎に、一部または全て異なる前記特徴物の位置情報を計測する、ことを特徴とする請求項３に記載の距離計測装置。
5. 所定の計測対象エリア内において計測対象物の位置および／または形状を離れた位置から計測する距離センサのキャリブレーション方法であって、
   ３以上の較正用マーカを計測対象物の計測に適しかつ位置が既知の特定位置座標に位置決めし、
   較正時に距離センサを任意の較正位置に固定して前記較正用マーカの位置座標を計測し、
   較正用マーカの既知の特定位置座標と計測された位置座標から、距離センサの前記較正位置の位置座標を算出する、ことを特徴とする距離センサのキャリブレーション方法。
6. 計測対象物の計測時にこれに遮断されて較正用マーカの位置を計測できない場合でも計測できる固定された３以上の特徴物を選択し、
   該特徴物の位置座標を前記較正位置の距離センサで計測し、
   計測された特徴物の位置座標と距離センサの較正位置の前記位置座標から特徴物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の距離センサのキャリブレーション方法。
7. 前記距離センサを較正位置と異なる任意の位置に固定して、計測対象物と特徴物の位置座標を計測し、
   計測された計測対象物と特徴物の位置座標と前記特徴物の修正位置座標から計測対象物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする請求項６に記載の距離センサのキャリブレーション方法。
8. 計測対象物の位置、および／または形状が異なる毎に、前記距離センサの位置が異なる、ことを特徴とする請求項７に記載の距離センサのキャリブレーション方法。
9. 同一の計測対象物を異なる複数の位置から距離センサで計測し、距離センサの位置毎に、一部または全て異なる前記特徴物の位置情報を取得し、得られた位置情報を統合することにより計測対象物の修正位置座標を算出する、ことを特徴とする請求項７または８に記載の距離センサのキャリブレーション方法。

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