JP2009041995A - 三次元計測システム、および、三次元計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測する計測システム等を提供する。
【解決手段】全域カメラ２０は、砂場Ｓ及び全外部標定１０を含む全域を撮影する。一方、エリアカメラ３０ａ，３０ｂは、雲台４０ａ，４０ｂにより回動自在であり、全域内の各エリアのうち、何れかのエリアを撮影する。処理制御装置５０は、全域カメラ２０が撮影した全域画像から砂場Ｓに残された痕跡が指定されると、対応するエリアを特定し、そのエリアをエリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように雲台４０ａ，４０ｂを回動させる。そして、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影したエリア画像にて計測ポイントが指定されると、各エリア画像の外部標定１０の絶対位置等に基づいて、計測ポイントの三次元位置を算出し、最終的には、踏切板Ｆからの跳躍距離を算出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することのできる三次元計測システム、および、三次元計測方法に関する。

従来より、陸上競技等において、種々の計測技術や判定技術が採用されている。例えば、走り幅跳びや三段跳びといった跳躍競技において、選手が着地した地面（より詳細には、競技に使用される砂場）を撮影した画像から、選手の跳躍距離を計測する技術が知られている。
具体的には、砂場の近傍（例えば、砂場の長手方向の側）に三脚やポール等が立てられ、そこから斜め下方の砂場に向けてカメラが固定される。そして、このカメラから、選手が着地した砂場の画像を撮影する。なお、競技に先立って、踏切板からの距離が実測された基準物を、このカメラから撮影しておき、画像中の位置（各画素位置等）と実距離との関係を求めておく。これにより、撮影した画像における痕跡（足跡等）から、演算によって、選手の跳躍距離を計測することができる。

このような技術分野では、更に進んだ技術も知られている。一例として、跳躍前後の砂場をそれぞれ撮影し、それら前後の画像を画像処理して痕跡箇所を抽出することにより、跳躍距離を自動計測する跳躍距離測定装置の技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２０６４１８号公報 （第２−４頁、第１図）

上述した従来の技術では、固定された１台のカメラにより、砂場の一部（着地が予想される領域）を撮影している。例えば、上述の特許文献１では、約１．９ｍ四方の領域を撮影領域としている。つまり、この撮影領域内に選手が着地した（痕跡を残した）場合に限り、跳躍距離を計測することができる。
そして、実際の競技においては、過去の記録（計測実績等）を参考にして、この撮影領域を定めている。それでも、選手の実力差が大きい場合等では、撮影領域に届かない跳躍や、撮影領域を超えた跳躍がなされることもあり、一部の選手について装置による計測が行えない状況も生じていた。

また、同じ場所で（同じ砂場を使って）、走り幅跳びと、三段跳び等のような異なる種目の競技が、同日に（例えば、時間帯をずらして）行われるような場合もある。この場合、種目によって着地が予想される領域（つまり、撮影領域）が大きく異なるため、カメラ等の移動（再配置）や基準物の撮影等の準備作業を、種目毎にその都度行わなければならず、極めて煩雑であった。
同様に、たとえ同じ種目であっても、男子競技と女子競技や、七種、十種競技と跳躍競技や、社会人競技と学生競技等のように、着地が予想される領域が大きく異なる場合には、競技毎に（男子競技と女子競技、出場する競技者の能力等に応じて）、準備作業を行わなければならず極めて煩雑であった。

なお、カメラ自体の画角を広げたり、より高い遠方から撮影すること等によって、撮影領域を広くすることも考えられる。
しかしながら、撮影領域を広くするとなると、その分、画像のサイズ（解像度）を大きく（細かく）撮影できないと、計測精度が維持できない。
しかも、画角を広げる場合には、画像（特に周辺部）に生じる歪みが大きくなり、計測精度が低下してしまうという問題があった。また、より高い遠方から撮影する場合には、高低差等による誤差が大きくなるため、やはり、計測精度が低下してしまうという問題があった。
このため、計測精度を低下させることなく、ある程度の広い範囲において、対象物を計測できる技術が求められていた。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することのできる三次元計測システム、および、三次元計測方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る三次元計測システムは、
複数のマーカが配置された計測範囲の全域を撮影する全域撮影手段と、
前記全域において前記マーカが所定数含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影する複数のエリア撮影手段と、
予め絶対位置が実測された前記各マーカの座標情報を記憶する座標情報記憶手段と、
前記全域撮影手段が撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、前記各エリア撮影手段が撮影できるように回動制御する回動制御手段と、
前記各エリア撮影手段が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれる前記マーカの前記座標情報に基づき、三次元位置を計測する計測手段と、が設けられている、
ことを特徴とする。

この発明によれば、全域撮影手段は、複数のマーカ（例えば、外部標定）が配置された計測範囲の全域を撮影する。複数のエリア撮影手段は、全域においてマーカが所定数（例えば、３つ以上）含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影する。座標情報記憶手段は、予め絶対位置が実測された各マーカの座標情報を記憶する。回動制御手段は、全域撮影手段が撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、各エリア撮影手段が撮影できるように回動制御する。そして、計測手段は、各エリア撮影手段が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれるマーカの座標情報に基づき、三次元位置を計測する。
この結果、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

前記全域撮影手段は、所定の配置位置に固定して設置され、
前記各エリア撮影手段は、所定の配置位置にて所定間隔を空けた複数の回動台上にそれぞれ載置され、
前記回動制御手段は、前記回動台をそれぞれ個別に制御して、前記各エリア撮影手段を回動させてもよい。

上記三次元計測システムは、前記全域が区分けされた各エリアの情報を記憶するエリア情報記憶手段と、
前記全域撮影手段が撮影した画像中における計測対象の箇所が指定されると、前記エリア情報記憶手段に記憶された各エリアの情報に基づいて、計測対象が属するエリアを特定する特定手段と、を更に備え、
前記回動制御手段は、前記エリア情報記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記各エリア撮影手段を回動させてもよい。

上記三次元計測システムは、前記エリア撮影手段が撮影したそれぞれの画像を並べて表示する表示手段と、
前記表示手段が表示した何れかの画像中における計測ポイントが指定されると、各画像の相関関係に基づいて、他方の画像中における同位置を算定する算定手段と、を更に備え、
前記計測手段は、指定された前記計測ポイントの三次元位置を計測してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る三次元計測方法は、
固定して配置された撮影装置と、回動自在に配置された複数の撮影装置と、前記複数の撮影装置の回動を制御する回動制御装置と、各装置を制御する処理制御装置とを含むシステムにおける三次元計測方法であって、
前記撮影装置が行う、複数のマーカが配置された計測範囲の全域を撮影する全域撮影ステップと、
前記複数の撮影装置が行う、前記全域において前記マーカが所定数含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影するエリア撮影ステップと、
前記回動制御装置が行う、前記全域撮影ステップにて撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、前記複数の撮影装置が撮影できるように回動制御する回動制御ステップと、
前記処理制御装置が行う、前記複数の撮影装置が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれる前記マーカの絶対位置の情報に基づき、三次元位置を計測する計測ステップと、
を備えることを特徴とする。

この発明によれば、撮影装置が行う全域撮影ステップは、複数のマーカ（例えば、外部標定）が配置された計測範囲の全域を撮影する。複数の撮影装置が行うエリア撮影ステップは、全域においてマーカが所定数（例えば、３つ以上）含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影する。回動制御装置が行う回動制御ステップは、全域撮影ステップにて撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、複数の撮影装置が撮影できるように回動制御する。そして、処理制御装置が行う計測ステップは、複数の撮影装置が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれるマーカの絶対位置の情報に基づき、三次元位置を計測する。なお、マーカとしては、専用の外部標定に限らず、撮影画像中にある画像認識処理により容易に特定可能な不動の基準物であれば良い。
この結果、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

本発明によれば、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

本発明の実施の形態にかかる計測システムについて、以下図面を参照して説明する。なお、一例として、走り幅跳びや三段跳び等の跳躍競技に適用され、選手（競技者）の跳躍距離を計測する計測システムについて説明する。

（実施形態１）
図１は、この発明の実施形態に適用される計測システムの構成の一例を示す模式図である。
図示するように、計測システムは、複数の外部標定１０と、全域カメラ２０と、エリアカメラ３０ａ，３０ｂと、雲台４０ａ，４０ｂと、処理制御装置５０と、を含んで構成される。

外部標定１０は、跳躍競技が行われる砂場Ｓ及び、踏切板Ｆの周りにそれぞれ配置されるマーカであり、跳躍後の痕跡（足跡等）の三次元位置（最終的には、選手の跳躍距離）を計測するための基準となる。そのため、配置した後、競技全体が終了するまで、動かされないように、適宜固定される。
この外部標定１０は、一例として、図２（ａ）に示すように、所定の大きさで円板状に形成されており、表面が円の中心を通る２本の直線で４つに分割され、２色（一例として、白と黒）で交互に色付けされている。そして、図２（ｂ）に示すように、砂場Ｓの長手方向（選手の跳躍方向）に沿った両側の地表に、例えば、一定間隔に所定数配置されている。また、踏切板Ｆの近傍にも適宜配置されている。

なお、後述するように、エリアカメラ３０ａ，３０ｂ等が斜め上方から撮影するため、外部標定１０が歪んで（ひしゃげて）見えることになる。そのため、なるべく外部標定１０を見やすく（中心を認識しやすく）するために、図２（ｃ）に示すように、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの方向に向けて、同じ色（一例として、黒）が対向するようにそれぞれ配置されている。
また、後述するように、各外部標定１０の絶対位置（三次元座標）は、光波距離計等によって正確に計測され、処理制御装置５０に記憶される。

図１に戻って、全域カメラ２０は、砂場Ｓ、踏切板Ｆ及び、全ての外部標定１０を含む範囲の全域を撮影するための撮影装置である。全域カメラ２０は、ケーブル等を介して処理制御装置５０と接続され、撮影した全域画像（動画や静止画）を処理制御装置５０に供給する。
一例として、全域カメラ２０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、砂場Ｓの側面から所定距離を隔てた所定の高さの箇所（スタンドの手すりや壁等）に配置される。そして、全ての外部標定１０等を含む全域が撮影可能となるように撮影方向、画角（レンズ等）及び、ピント等が調整され、その状態で固定される。具体的には、図４（ａ）に点線で示す全域Ｚｎが撮影可能となるように固定される。
なお、全域カメラ２０について、歪曲収差の補正等のためキャリブレーションを行うことになるが、その際、設置位置に固定したまま行ってもよく、また、調整した状態に正確に戻せることを条件として、作業がしやすい別の場所で行うようにしてもよい。キャリブレーションは、例えば、株式会社アプライド・ビジョン・システムズの販売するキャリブレーション用ボードＡＶＳ−ｃａｌｂ−Ｂ９００と、ステレオカメラチェック用ソフトウェアＡＶＳ−ＳｃａｍＣｈｋとを用いて行う。キャリブレーション用ボードＡＶＳ−ｃａｌｂ−Ｂ９００は平面上に決められた間隔の決められたサイズの水玉パターンを設けたもので、予め画角を覆うような位置に配置したこれを全域カメラ２０で、少しずつ角度を変えながら数枚撮影し、ステレオカメラチェック用ソフトウェアＡＶＳ−ＳｃａｍＣｈｋにより補正値を得る。エリアカメラ３０ａ，３０ｂについても同様に行う。

図１に戻って、エリアカメラ３０ａ，３０ｂは、上述した全域カメラ２０が撮影する全域のうち、一部のエリアを撮影するための１組のステレオカメラ（基線長Ｌ）である。エリアカメラ３０ａ，３０ｂは、ケーブル等を介して処理制御装置５０とそれぞれ接続され、撮影したエリア画像（動画や静止画）を処理制御装置５０に供給する。
このエリアカメラ３０ａ，３０ｂは、フレーム同期が取れるタイプの撮影装置であり、同じタイミングでそれぞれの撮影を可能としている。つまり、環境変化が激しい屋外で使用されることを考慮し、明るさ等の変化による撮影のばらつき等を軽減するためにも、フレーム同期を取ってエリア画像をそれぞれ撮影する。
このようなエリアカメラ３０ａ，３０ｂも、例えば、上述した図３（ａ），（ｂ）に示すように、砂場Ｓの側面から所定間隔を隔てた所定の高さの箇所に配置される。その配置位置では、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが所定の間隔（基線長Ｌ）を隔て、それぞれが個別に回動可能なように、雲台４０ａ，４０ｂ上に設置される。
そして、最初に（初期設定時に）、デフォルトエリアが撮影可能となるように、雲台４０ａ，４０ｂと共に設定される。具体的には、図４（ｂ）に点線で示すエリアＡ０（デフォルトエリア）が撮影可能となるように、最適な焦点距離（画角）のレンズが装着され、撮影距離（ピント）等も最適に調整される。なお、デフォルトエリアは、競技において、選手が最も多く着地すると予想されるエリアが適宜選定される。

このエリアＡ０を撮影する際に、ステレオ画像（視差画像）を生成するため、エリアカメラ３０ａが撮影する範囲と、エリアカメラ３０ｂが撮影する範囲とがそれぞれ分けられている。具体的には、図４（ｃ）に示すように、エリアカメラ３０ａは、エリアＡ０ｌを撮影可能なように設定され、一方、エリアカメラ３０ｂは、エリアＡ０ｒを撮影可能なように設定される。
このエリアＡ０ｌ，Ａ０ｒは、一例として、６０％以上が重複しており、それぞれの内部に外部標定１０が３つ以上（外部標定１０が一直線上に並ばない３つ以上）含まれるように選定されている。
このように、外部標定１０が３つ以上含まれていれば（エリアカメラ３０ａ，３０ｂから撮影できれば）、画像におけるＸ，Ｙ，Ｚの各軸の回転方向が算出でき、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの位置も正確に算出できる。より具体的には、外部標定１０、画像における外部標定１０およびカメラの原点（レンズの中心）が一本の直線状に並んでいること（共線条件式）からカメラの位置を算出する。このような算出や後述する三次元位置の算出には、例えば、株式会社アプライド・ビジョン・システムズの販売する相関法ステレオ三次元計測ソフトウェアＡＶＳ−Ｃｏｒ３Ｄ−ＳＤＫ−ｖ２を用いる。

このようにして、エリアＡ０（エリアＡ０ｌ，Ａ０ｒ）を撮影可能に設定すると、雲台４０ａ，４０ｂの現在位置（現在の回動位置）等の情報が、処理制御装置５０に供給され、デフォルトエリアとして記憶（プリセット）される。なお、エリアカメラ３０ａ，３０ｂについても、全域カメラ２０と同様に、キャリブレーションが適宜行われる。
また、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの間隔（基線長Ｌ）の情報も、処理制御装置５０に供給されて記憶される。
この後、雲台４０ａ，４０ｂを適宜回動させ、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影するための他のエリアを適宜選定してプリセットする。なお、他のエリアの詳細については、後述する。

図１に戻って、雲台４０ａ，４０ｂは、処理制御装置５０により個別に制御され、搭載したエリアカメラ３０ａ，３０ｂを水平方向又は、上下方向（垂直方向）に回動させる。
この雲台４０ａ，４０ｂは、上述したエリアＡ０（デフォルトエリア）以外のエリアもエリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように、適宜駆動する。
具体的に雲台４０ａ，４０ｂは、図５に示すように、エリアＡ０の他にエリアＡ１〜Ａ４を、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように、処理制御装置５０からの制御に基づいて、水平方向に回動させる。
なお、エリアＡ１〜Ａ４は、エリアＡ０を設定した後に、適宜選定され、プリセットされている。

これらのエリアＡ０〜Ａ４は、各エリアが隣のエリアと一部が重なるように選定されている。より詳細には、隣接するエリア同士が、少なくとも１つの外部標定１０（通常は隣り合う２つの外部標定１０）を共有するように、エリアＡ１〜Ａ４が選定される（エリアＡ０は、最初に選定済み）。このように外部標定１０を共有することにより、各エリアＡ１，Ａ２，Ａ０，Ａ３，Ａ４の間（つまり、上述した全域Ｚｎ）を切れ目なく連続的にカバーすることが可能となる。
なお、各エリアＡ１〜Ａ４についても、上述した図４（ｃ）に示すエリアＡ０ｌ，Ａ０ｒのように、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ撮影するエリアが分かれており、同様に、６０％以上が重複しており、それぞれの内部に外部標定１０が３つ以上（一直線上に重ならないものが３つ以上）含まれるように選定されている。

図１に戻って、処理制御装置５０は、計測システム全体を制御する。具体的には、全域カメラ２０が撮影した全域画像から計測対象となる痕跡（砂場Ｓに残された痕跡のおおよその位置）が指定されると、対応するエリア（痕跡が属するエリア）を特定し、そのエリアをエリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように雲台４０ａ，４０ｂを回動制御させる。
そして、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影したエリア画像における痕跡の計測ポイント（例えば、計測させたい痕跡の踏切板Ｆに近い側等）が指定されると、各エリア画像の外部標定１０（例えば、エリアカメラ３０ａ，３０ｂとの直線上に重ならない３つの外部標定１０）の絶対位置等に基づいて、計測ポイントの三次元位置を算出し、最終的には、踏切板Ｆからの跳躍距離を算出する。より具体的には、エリアカメラ３０ａ，３０ｂ毎に、計測ポイントの画像における位置と、上述の算出処理と同様に画像に含まれる外部標定１０に基づき求めたカメラの原点の位置とから、共線条件式を導く。更に、撮影されている外部標定１０からそれぞれ共線条件式を導き、あわせて共線方程式として解くことによって、実際の計測ポイントの三次元位置を算出する。これらの解法については、さまざまな方法が開発されているが、基本的なものとしては、岡山職業能力開発短期大学校紀要第１１号、１９９７年３月「画像計測の基礎」（秋本圭一、服部進）等に掲載されている。

より詳細に説明すると、処理制御装置５０は、図６に示すように、撮影制御部５１と、画像記憶部５２と、表示部５３と、操作部５４と、制御部５５と、回動制御部５６と、エリア情報記憶部５７と、座標情報記憶部５８とを含んで構成される。

撮影制御部５１は、全域カメラ２０及びエリアカメラ３０ａ，３０ｂの撮影動作をそれぞれ制御し、動画や静止画を撮影させる。
そして、全域カメラ２０やエリアカメラ３０ａ，３０ｂにて撮影された画像（動画や静止画）を、画像記憶部５２に供給する。
その際、撮影制御部５１は、例えば、制御部５５から時刻情報（現在時刻等）が供給されると、この時刻情報を画像にインポーズして（合成して）画像記憶部５２に供給する。この他にも、制御部５５から選手ＩＤ等の識別情報が供給されている場合に、この識別情報を画像のヘッダ等に付加して画像記憶部５２に供給する。

画像記憶部５２は、所定容量のメモリやハードディスク等からなり、撮影制御部５１から供給される画像（動画や静止画）を記憶する。つまり、全域カメラ２０が撮影した全域画像や、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影したエリア画像をそれぞれ記憶する。
この画像記憶部５２に記憶された画像は、制御部５５により、適宜読み出される。なお、リアルタイムで全域画像やエリア画像を制御部５５に供給する場合には、記憶を行わないようにしてもよい。

表示部５３は、制御部５５が画像記憶部５２から読み出した画像や制御部５５が加工した画像等を表示する。
例えば、表示部５３は、図７（ａ）に示すような全域画像を表示したり、また、図７（ｂ）に示すようなエリア画像を表示する。

図７（ａ）の全域画像には、砂場Ｓ、踏切板Ｆ及び、全ての外部標定１０が含まれている。また、砂場Ｓには、着地した選手の痕跡Ｋ（足跡等）が含まれている。
一方、図７（ｂ）は、エリアカメラ３０ａが撮影したエリア画像（左目画像）と、エリアカメラ３０ｂが撮影したエリア画像（右目画像）とからなる。
各エリア画像には、砂場Ｓの一部及び、所定数の外部標定１０が含まれている。また、砂場Ｓには、着地した選手の痕跡Ｋが含まれている。

図６に戻って、操作部５４は、キーボードやマウス等からなり、審判員（計測スタッフ等）による種々の操作を受け付ける。また、キーボードやマウスの他に、選手が跳躍（試技）を行った（有効／無効試技にかかわらず砂場Ｓに痕跡を残した）ことを入力するためのグリップスイッチが含まれ、その入力に応じて所定の計測指示信号を制御部５５に供給する。

制御部５５は、ＣＰＵ等からなり、処理制御装置５０全体を制御する。
例えば、制御部５５は、選手の跳躍後に、全域画像を画像記憶部５２から読み出し、表示部５３に表示する。つまり、上述した図７（ａ）に示すような全域画像を表示部５３に表示する。その際、制御部５５は、画像処理等により、このような全域画像における各外部標定１０をそれぞれ自動的に認識する。なお、全域が広すぎる等により自動的に認識できない場合には、審判員等が、全域画像中の各外部標定１０の位置をマウスのクリック等により、手動で入力してもよい。
そして、このような全域画像から痕跡Ｋ（おおよその位置）が、審判員によりマウス等により指定されると、制御部５５は、エリア情報記憶部５７に記憶されるエリア情報（各エリアＡ０〜Ａ４の情報）を参照し、対応するエリア（痕跡が属するエリア）を特定する。つまり、指定された痕跡が指し示されることにより指定されたエリア（指定エリア）が、上述した図５に示す何れのエリアであるかを特定する。

制御部５５は、指定エリアを特定すると、回動制御部５６に命令を発して、雲台４０ａ，４０ｂを回動させる。つまり、この指定エリアをエリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように、雲台４０ａ，４０ｂを制御する。なお、指定エリアがデフォルトエリア（エリアＡ０）であった場合には、回動制御部５６に命令は発しない。
そして、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影したエリア画像を画像記憶部５２から読み出し、表示部５３に表示する。つまり、上述した図７（ｂ）に示すようなエリア画像（２画像）を表示部５３に表示する。

より詳細には、審判員が見やすいように、適宜拡大等したエリア画像をそれぞれ表示する。そして、一方のエリア画像にて計測ポイント（例えば、計測させたい痕跡の踏切板Ｆに近い側等）が指定されると、他方のエリア画像における同位置（詳細には、高さ方向の座標が０となる位置）を求め、その箇所にカーソル等を移動させ、審判員が他方のエリア画像でも計測ポイントが確認できるようにする。
このようにして、エリア画像の計測ポイントが指定（決定）されると、制御部５５は、その計測ポイントの三次元情報を算出する。つまり、両方のエリア画像を用いたステレオカメラ方式の三次元計測によって、砂場Ｓ（痕跡Ｋ等）の高低差に拘わらず正確な計測を行う。
具体的に制御部５５は、各エリア画像における３つの外部標定１０（エリアカメラ３０ａ，３０ｂとの直線上に重ならない３つの外部標定１０）を特定し、それぞれの絶対位置（三次元座標）の情報を座標情報記憶部５８から読み出す。そして、読み出した情報等に基づく三次元計測によって、計測ポイントの三次元位置を算出する。
さらに、制御部５５は、踏切板Ｆの絶対位置を座標情報記憶部５８から読み出し、踏切板Ｆから計測ポイントまでの跳躍距離を計測する。より詳細には、まず、計測ポイントを通り、踏切板Ｆと平行となる直線（平行線）を求め、次に、踏切板Ｆから延ばした垂線がその平行線と交わるまでの距離を跳躍距離として計測する。その際、例えば、ｍｍ単位及び、ｍｍ単位を切り捨てたｃｍ単位の跳躍距離を求める。

図６に戻って、回動制御部５６は、雲台４０ａ，４０ｂの回動動作をそれぞれ制御する。
例えば、回動制御部５６は、制御部５５からエリアを指定した回動命令が発せられると、回動先となるエリアの角度情報等をエリア情報記憶部５７から読み出し、雲台４０ａ，４０ｂを個別に回動させる。

エリア情報記憶部５７は、プリセットされた各エリアに関するエリア情報をそれぞれ記憶する。
例えば、エリア情報記憶部５７は、上述した図５に示す各エリアＡ０〜Ａ４について、外部標定１０の情報（ＩＤ等）、及び、雲台４０ａ，４０ｂの角度情報等を記憶する。
なお、雲台４０ａ，４０ｂの回動に応じて、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの間隔（基線長Ｌ）が変化する場合には、エリアＡ０〜Ａ４毎の基線長Ｌの値も記憶する。

座標情報記憶部５８は、各外部標定１０について、識別子（ＩＤ等）及び、絶対位置（三次元座標）の情報をそれぞれ記憶する。この絶対位置は、外部標定１０が砂場Ｓの側に配置された際に、光波距離計等によって正確に計測された情報であり、計測ポイントの三次元位置（最終的には、選手の跳躍距離）を計測するための基準となる。
また、座標情報記憶部５８は、同様に光波距離計等によって正確に計測された踏切板Ｆ等についての絶対位置の情報も記憶する。

以下、上述した構成の計測システムの動作について、図８を参照して説明する。図８は、処理制御装置５０が実行する計測処理を説明するためのフローチャートである。なお、初期状態として、エリアカメラ３０ａ，３０ｂは、デフォルトエリア（図５のエリアＡ０）を撮影可能となっている。つまり、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが雲台４０ａ，４０ｂによりエリアＡ０に向けられているものとする。

まず、処理制御装置５０は、計測の開始が指示されるまで待機する（ステップＳ１１）。具体的には、選手が試技（跳躍）を終えると（砂場Ｓに痕跡が残されると）、審判員により操作部５４（グリップスイッチ）が操作され、計測の開始が指示される。

計測の開始が指示されると、処理制御装置５０は、全域カメラ２０に撮影を指示する（ステップＳ１２）。つまり、撮影制御部５１は、全域カメラ２０を制御して撮影を開始させ、撮影された全域画像を画像記憶部５２に供給する。

処理制御装置５０は、全域画像を表示して、審判員にエリアの指定を促す（ステップＳ１３）。
すなわち、制御部５５は、画像記憶部５２から全域画像を読み出し、例えば、上述した図７（ａ）に示すような全域画像を表示部５３に表示する。そして、審判員のマウス操作等により、全域画像から痕跡Ｋ（おおよその位置）が指定されるのを待機する。

処理制御装置５０は、痕跡の指定を受け、指定エリアを特定する（ステップＳ１４）。つまり、制御部５５は、全域画像における各外部標定１０を認識しており、指定された痕跡に近い外部標定１０の情報等を基に、エリア情報記憶部５７を検索し、対応するエリア（指定エリア）を特定する。

処理制御装置５０は、特定した指定エリアが、デフォルトエリアであるか否かを判別する（ステップＳ１５）。つまり、制御部５５は、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがそのまま指定エリアを撮影可能であるかどうかを判別する。
処理制御装置５０は、指定エリアがデフォルトエリアであると判別すると、後述するステップＳ１７に処理を進める。

一方、指定エリアがデフォルトエリアでないと判別した場合に、処理制御装置５０は、回動制御部５６に命令を発して、指定エリアに向けて雲台４０ａ，４０ｂを回動させる（ステップＳ１６）。つまり、回動制御部５６は、回動先となる指定エリアの角度情報等をエリア情報記憶部５７から読み出し、雲台４０ａ，４０ｂを指定エリアまで回動させ、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが指定エリアを撮影可能な状態にする。

処理制御装置５０は、エリアカメラ３０ａ，３０ｂに撮影を指示する（ステップＳ１７）。つまり、撮影制御部５１は、エリアカメラ３０ａ，３０ｂを制御して撮影を開始させ、撮影されたエリア画像を画像記憶部５２に供給する。
なお、雲台４０ａ，４０ｂを回動させた場合には、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが安定する（揺れ等が収まる）のを待った後（所定の安定時間が経過した後）に、撮影を開始させる。

処理制御装置５０は、エリア画像を表示して、審判員に計測ポイントの指定を促す（ステップＳ１８）。
すなわち、制御部５５は、画像記憶部５２からエリア画像を読み出し、例えば、上述した図７（ｂ）に示すようなエリア画像を表示部５３に表示する。そして、審判員のマウス操作等により、一方のエリア画像にて計測ポイント（計測させたい痕跡Ｋの踏切板Ｆに近い側等）が指定されると、他方のエリア画像における同位置を求め、その箇所にカーソル等を移動させ、審判員が他方のエリア画像でも計測ポイントが確認できるようにする。

処理制御装置５０は、計測ポイントの指定（決定）を受け、跳躍距離を計測する（ステップＳ１９）。
すなわち、制御部５５は、各エリア画像における３つの外部標定１０（エリアカメラ３０ａ，３０ｂとの直線上に重ならない３つの外部標定１０）を特定し、それぞれの絶対位置（三次元座標）の情報を座標情報記憶部５８から読み出す。そして、読み出した情報等に基づく三次元計測によって、計測ポイントの三次元位置を算出する。
さらに、制御部５５は、踏切板Ｆの絶対位置を座標情報記憶部５８から読み出し、踏切板Ｆから計測ポイントまでの跳躍距離（踏切板Ｆから垂直な距離）を計測する。

このような計測処理により、選手がデフォルトエリア（エリアＡ０）以外に着地した場合でも、雲台４０ａ，４０ｂを適宜回動させ、着地地点（痕跡）を含むエリアを、エリアカメラ３０ａ，３０ｂにて撮影することができる。しかも、雲台４０ａ，４０ｂの精度がさほど高くなくとも、予め絶対位置が正確に計測されている外部標定１０の情報を用いることで、画像のＸ，Ｙ，Ｚの各軸の回転方向が算出でき、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの位置も正確に算出できる。

また、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ撮影した２つのエリア画像を表示することで、審判員が見やすい方のエリア画像を使用して計測ポイントを指定できる。また、一方のエリア画像で計測ポイントが指定されると、他方のエリア画像における同位置を求めて表示するため、審判員は、他方のエリア画像でも計測ポイントを確認できる。なお、審判員は、両方のエリア画像における計測ポイントを見比べ、その計測ポイントが妥当でなければ、再度、計測ポイントを指定することになる。

さらに、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがフレーム同期を取って撮影するため、急激な撮影環境の変化に関係なく、同じ条件でのエリア画像をそれぞれ撮影でき、ステレオ相関の精度が向上することになる。
また、エリアカメラ３０ａ，３０ｂ（ステレオカメラ）のエリア画像を用いた三次元計測することによって、高低差による誤差を抑えることができる。

この結果、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

上述した計測処理では、選手が跳躍を終えた後に、全域カメラ２０やエリアカメラ３０ａ，３０ｂに撮影を指示する場合について説明したが、選手の跳躍前から跳躍後までの画像（動画）を撮影するようにしてもよい。
例えば、選手が跳躍のための助走を開始するまたは踏み切りのタイミングで、グリップスイッチを押すようにし、それに応答して、処理制御装置５０（撮影制御部５１）は、全域カメラ２０及び、エリアカメラ３０ａ，３０ｂに動画撮影の開始を指示する。そして、画像記憶部５２は、全域カメラ２０及び、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影した画像（動画）を順次記憶する。
やがて、選手が跳躍を終えると（砂場Ｓに痕跡が残されると）、再び、グリップスイッチが押され、それに応答して、撮影制御部５１は、全域カメラ２０及び、エリアカメラ３０ａ，３０ｂに動画撮影の終了を指示する。(実際には、グリップスイッチが押されて例えば２０秒（指定時間）撮影する。)

そして、制御部５５は、画像記憶部５２から全域画像（動画）を読み出し、その動画を表示部５３にて再生（表示）する。その際、一時停止、スロー再生や逆再生等を可能とし、審判員が、着地した瞬間の画像や、痕跡が明らかになった瞬間の画像を容易に探せるようにする。
なお、動画を再生する代わりに、時系列のサムネイル画像を並べて表示し、審判員が、サムネイル画像から目的の画像を容易に探せるようにしてもよい。
このようにして目的の全域画像を見つけると、審判員は、上記と同様に、全域画像からマウス等により痕跡を指定する。そして、制御部５５は、上記と同様に、指定エリアを特定し、指定エリアがデフォルトエリアであるか否かを判別する。ここで、指定エリアがデフォルトエリアでない場合、上記と同様に、雲台４０ａ，４０ｂを回動させ、エリアカメラ３０ａ，３０ｂに指定エリアのエリア画像を撮影させることになる。

一方、指定エリアがデフォルトエリアである場合には、制御部５５は、画像記憶部５２からエリア画像（動画）を読み出し、その動画を表示部５３にて再生（表示）する。その際にも、一時停止、スロー再生や逆再生等を可能とし、審判員が、着地した瞬間の画像や、痕跡が明らかになった瞬間の画像を容易に探せるようにする。
なお、動画を再生する代わりに、やはり、時系列のサムネイル画像を並べて表示し、審判員が、サムネイル画像から目的の画像を容易に探せるようにしてもよい。
これにより、より明確に着地点（痕跡）を判別することができる。例えば、判定が難しい痕跡が複数ある場合でも、その直前の画像等を確認することで、何れが有効な痕跡であるのかが判別できる。
また、砂場Ｓを監視している他の審判員が、実際の痕跡上にマーカを立てるような場合でも、そのマーカを立てる瞬間の画像から、より正確な計測ポイントを指定することが可能となる。
そして、計測ポイントが指定（決定）されると、制御部５５は、上記と同様に三次元計測によって、計測ポイントの三次元位置を算出し、最終的に、跳躍距離を計測する。
この場合も、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

（他の実施形態）
上記の実施形態では、図５に示すように、合計５つのエリアに分けた場合を一例として説明したが、分けるエリアの数は、競技場の環境（エリアカメラ３０ａ，３０ｂの性能や設置場所、砂場Ｓの大きさ等）に応じて、適宜変更可能である。
また、水平方向にだけ、エリアを分けた場合を一例として説明したが、エリアの分け方は水平方向だけに限られず、適宜垂直方向にも分けてもよい。
例えば、エリアカメラ３０ａ，３０ｂの性能から、撮影可能範囲が狭くなるような場合には、エリアを垂直方向にも分ける必要がある。

この場合、プリセットを行う際に、エリア内の外部標定１０の数が不足するため、例えば、図９（ａ）に示すように、補助的な外部標定１０’を配置する。そして、図９（ｂ）に示すように、エリア内の外部標定１０（１０’）の数及び、隣り合うエリア同士で共有する外部標定１０（１０’）の数を満たすように、各エリアＡｕ０〜Ａｕ４、Ａｄ０〜Ａｄ４が選定される。そして、上記と同様に各エリアの情報がプリセットされる（エリア情報記憶部５７に記憶される）。
なお、補助的な外部標定１０’についても、上記と同様に光波距離計等によって、絶対位置（三次元座標）が正確に計測され、座標情報記憶部５８に記憶される。
また、雲台４０ａ，４０ｂは、水平方向だけでなく、上下方向（垂直方向）にも適宜回動することになるため、この上下方向の角度情報もエリア情報記憶部５７に記憶される。

このようにして各エリアのプリセットが終わると、補助的な外部標定１０’は取り除かれる。そして、実際の競技が開始され、例えば、図９（ｃ）に示すように、痕跡のあるエリアＡｕ２を撮影する場合には、回動制御部５６は、雲台４０ａ，４０ｂを、水平方向だけでなく、適宜上下方向にも回動させ、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが、エリアＡｕ２を撮影できるようにする。
そして、このエリアＡｕ２が撮影されたエリア画像には、画像中に含まれる外部標定１０の数が幾分少ないが、座標情報記憶部５８に記憶された外部標定１０’の絶対位置も適宜参照され（プリセット時にカメラの位置（座標）を計算して参照する）て、計測ポイントの三次元位置が計測されるため、高精度を維持することができる。
この場合も、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

上記の実施形態では、図７（ｂ）に示すように、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ撮影したエリア画像を、そのまま（拡大縮小等を含めない）並べて表示する場合について説明した。
しかしながら、痕跡等をより見やすく加工した画像を表示して、審判員の作業負担を軽減できるようにしてもよい。
例えば、エリアカメラ３０ａ，３０ｂがそれぞれ撮影したエリア画像から画像処理により三次元画像を生成し、視点変換等の処理を適宜施して、砂場Ｓを真上等から見た画像（鳥瞰図等）を生成し、補助情報として表示するようにしてもよい。
この場合、この鳥瞰図によって、痕跡等をより見やすくなり、計測ポイントの指定もより容易となる。

また、上記の実施形態では、一方のエリア画像にて計測ポイントが指定されると、ステレオ相関による自動判定を行い、他方のエリア画像における同位置を求めて表示して審判員の確認等を取る場合について説明した。しかしながら、ステレオ相関による自動判定後に、確認等を取らずにそのまま計測を行うようにしてもよい。
さらに、一方のエリア画像、又は、両方のエリア画像から、痕跡を自動認識させることにより、審判員による計測ポイントの指定自体を不要とし、計測ポイントの指定から跳躍距離の計測までを、完全に自動化できるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、計測を開始してから跳躍距離を計測するまでについて、説明したが、実際には、計測した跳躍距離は、選手の情報等と対応付けて記憶（保存）されることになる。その際、画像（動画や静止画）についても、対応付けて保存するようにしてもよい。
例えば、競技日時、大会名、選手名（選手ＩＤ）、計測結果（跳躍距離等）及び、画像を関連付けて保存する。そして、例えば、競技日時や選手名等をキーにして、計測結果やその画像を検索可能とすることで、信頼性を高めた記録データとして活用することができる。

また、上記の実施形態では、跳躍競技を一例として、この計測システムを説明したが、計測システムの適用対象は、このような競技における計測ポイントの計測に限られず、他の分野においても、適宜適応可能である。
例えば、大がかりな建設現場等で、大型鋼材を組み上げるような場合に、大型鋼材の穴位置等を計測する必要が生じる。このような場合にも、本願発明の計測システムを適用することができる。以下、図１０を参照して、簡単に説明する。

図１０は、本発明の他の実施形態に係る計測システムの構成の一例を示す模式図である。なお、全域カメラ２０〜処理制御装置５０の構成は、上述した図１に示す計測システムと同様である。
図１に示す計測システムと異なる点は、外部標定１０が、大型鋼材ＫＺに配置されている点である。つまり、外部標定１０は、大型鋼材ＫＺの表面（上面や側面等）に、例えば、一定間隔で貼り付けられている。なお、各外部標定１０の絶対位置（三次元座標）は、上記と同様に、光波距離計等によって正確に計測され、処理制御装置５０に記憶される。
この大型鋼材ＫＺには、ボルト等を通すための穴Ｈが設けてあり、この穴Ｈの位置を計測することになる。

この計測システムでも、全域カメラ２０は、全ての外部標定１０を含む範囲の全域を撮影する。つまり、図１０（ｂ）に示す全域Ｚｎを撮影する。
また、エリアカメラ３０ａ，３０ｂは、全域カメラ２０が撮影する全域のうち、所定範囲のエリアを撮影する。例えば、エリアカメラ３０ａが図１０（ｂ）に示すエリアＡ０ｌを撮影し、一方、エリアカメラ３０ｂがエリアＡ０ｒを撮影する。
なお、上記と同様に、全域Ｚｎが複数のエリアに分けられており、各エリアがプリセットされている。そして、処理制御装置５０が雲台４０ａ，４０ｂを個別に制御し、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが各エリアを撮影可能となっている。

この計測システムでは、全域カメラ２０が撮影した全域画像から計測対象となる穴Ｈ（何れかの穴Ｈ）が指定されると、対応するエリア（穴Ｈが属するエリア）を特定し、そのエリアをエリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影できるように雲台４０ａ，４０ｂを回動制御させる。
そして、エリアカメラ３０ａ，３０ｂが撮影したエリア画像における穴Ｈ（例えば、穴Ｈの中心）が指定されると、各エリア画像の外部標定１０（例えば、エリアカメラ３０ａ，３０ｂとの直線上に重ならない３つの外部標定１０）の絶対位置等に基づいて、穴Ｈの三次元位置を算出する。
この場合も、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

以上説明したように、本発明によれば、より広範囲に渡って、対象物を高精度で計測することができる。

本発明の実施形態に係る計測システムの構成の一例を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）共に、外部標定を説明するための模式図である。 （ａ）が競技場を上から見た図であり、（ｂ）が競技場を横から見た図（断面図）である。 （ａ）が全域カメラが撮影する範囲を説明するための模式図であり，（ｂ），（ｃ）がエリアカメラが撮影する範囲を説明するための模式図である。 各エリアの関係を説明するための模式図である。 処理制御装置の具体的な構成を説明するためのブロック図である。 表示部に表示される画像の一例を説明するための模式図であり、（ａ）が全域画像であり、（ｂ）がエリア画像である。 本発明の実施形態に係る計測処理を説明するためのフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）共に、水平方向にも分けられた各エリアを説明するための模式図である。 （ａ）が本発明の他の実施形態に係る計測システムの構成の一例を示す模式図であり、（ｂ）が全域カメラ及びエリアカメラの各撮影範囲を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ 外部標定
２０ 全域カメラ
３０ａ，３０ｂ エリアカメラ
４０ａ，４０ｂ 雲台
５０ 処理制御装置

Claims (5)

1. 複数のマーカが配置された計測範囲の全域を撮影する全域撮影手段と、
   前記全域において前記マーカが所定数含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影する複数のエリア撮影手段と、
   予め絶対位置が実測された前記各マーカの座標情報を記憶する座標情報記憶手段と、
   前記全域撮影手段が撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、前記各エリア撮影手段が撮影できるように回動制御する回動制御手段と、
   前記各エリア撮影手段が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれる前記マーカの前記座標情報に基づき、三次元位置を計測する計測手段と、が設けられている、
   ことを特徴とする三次元計測システム。
2. 前記全域撮影手段は、所定の配置位置に固定して設置され、
   前記各エリア撮影手段は、所定の配置位置にて所定間隔を空けた複数の回動台上にそれぞれ載置され、
   前記回動制御手段は、前記回動台をそれぞれ個別に制御して、前記各エリア撮影手段を回動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測システム。
3. 前記全域が区分けされた各エリアの情報を記憶するエリア情報記憶手段と、
   前記全域撮影手段が撮影した画像中における計測対象の箇所が指定されると、前記エリア情報記憶手段に記憶された各エリアの情報に基づいて、計測対象が属するエリアを特定する特定手段と、を更に備え、
   前記回動制御手段は、前記エリア情報記憶手段に記憶された情報に基づいて、前記各エリア撮影手段を回動させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元計測システム。
4. 前記エリア撮影手段が撮影したそれぞれの画像を並べて表示する表示手段と、
   前記表示手段が表示した何れかの画像中における計測ポイントが指定されると、各画像の相関関係に基づいて、他方の画像中における同位置を算定する算定手段と、を更に備え、
   前記計測手段は、指定された前記計測ポイントの三次元位置を計測する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の三次元計測システム。
5. 固定して配置された撮影装置と、回動自在に配置された複数の撮影装置と、前記複数の撮影装置の回動を制御する回動制御装置と、各装置を制御する処理制御装置とを含むシステムにおける三次元計測方法であって、
   前記撮影装置が行う、複数のマーカが配置された計測範囲の全域を撮影する全域撮影ステップと、
   前記複数の撮影装置が行う、前記全域において前記マーカが所定数含まれるように区分けされた各エリアのうち、何れかのエリアを撮影するエリア撮影ステップと、
   前記回動制御装置が行う、前記全域撮影ステップにて撮影した画像中の計測対象が属するエリアについて、前記複数の撮影装置が撮影できるように回動制御する回動制御ステップと、
   前記処理制御装置が行う、前記複数の撮影装置が撮影した画像中の計測対象について、当該画像中に含まれる前記マーカの絶対位置の情報に基づき、三次元位置を計測する計測ステップと、
   を備えることを特徴とする三次元計測方法。

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