JP2015224949A - 対象物計測装置及び対象物計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一カメラで高精度な三次元計測可能な対象物計測装置を提供する。【解決手段】単一カメラ１０で、予め記憶された平面上の複数の基準点を含む基準画像を撮影し、単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定する決定手段１０３と、前記単一カメラと、前記平面上の対象物との相対位置が変更する際に、当該単一カメラで、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影するとともに、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値を算出する算出手段１０４と、前記決定された単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角と、前記撮影された撮影画像と、前記算出された有効値と、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物のＺ座標値が変更後の対象物のＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測する計測手段１０５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、対象物計測装置及び対象物計測方法に関し、詳しくは、単一カメラを用いて対象物の３次元座標を非接触で精度高く計測することが可能な対象物計測装置及び対象物計測方法に関する。

従来より、単一カメラを用いて対象物に関する距離を計測する技術は、多数存在する。例えば、特表２００３−５１５８２７号公報（特許文献１）には、単一の車載カメラによって互いに異なる時刻で取得された２つの撮像画像を基に、道路平面に対する自車両の運動を把握する技術が開示されている。

又、特開２００６−３４９５５４号公報（特許文献２）には、単一の車載カメラによって互いに異なる時刻で取得された２つの撮像画像中の同一物体の距離（自車両との距離）を複数種類の値に仮定し、これらの各値の距離のうち、前記距離と、一方の撮像画像とから推定される他方の撮像画像中での物体の位置（これは互いに異なる時刻の２つの撮像画像をステレオ画像と見なして推定される）が、前記他方の撮像画像中での物体の実際位置に一致する距離を、前記物体の距離として決定する技術が開示されている。

又、特開２０１２−５２８８４号公報（特許文献３）には、車載カメラにより異なる時刻で取得された第１撮像画像と第２撮像画像のうちの第１撮像画像において、移動体の路面に対する接地点に対応する画像上移動体接地点を特定し、車両との間の距離が移動体の接地点と同一の距離となる静止点に対応する第１撮像画像上の点と第２撮像画像上点とを第１撮像画像及び第２撮像画像から抽出する測距装置が開示されている。この測距装置では、抽出した点を用いて、モーションステレオの手法によって、静止点と車両との間の距離と算出し、算出した距離を移動体と車両との間の距離として決定する。これにより、単一の車載カメラによって取得される撮像画像を基に、車両の外部の移動体と自車両との間の距離を測定することが出来るとしている。

一方、出願人は、特開２０１０−２６６２０２号公報（特許文献４）、特開２０１２−０２７０００号公報（特許文献５）、特開２０１３−１２２４３４号公報（特許文献６）に示すように、単一のカメラで撮影した撮影画像に基づいて撮影対象物の３次元座標値を計測する技術を多数出願し、権利化している

特開２００７−８０８９１号公報 特開２０１１−１５１０７８号公報 特開２０１２−５２８８４号公報 特開２０１０−２６６２０２号公報 特開２０１２−０２７０００号公報 特開２０１３−１２２４３４号公報

しかしながら、特許文献１−６に記載の技術では、単一のカメラによる複数の撮影画像に基づいて、平面上に存在する撮影の対象物の３次元座標値を非接触で精度高く計測することが出来ないという問題がある。

そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、単一カメラを用いて対象物の３次元座標を非接触で精度高く計測することが可能な対象物計測装置及び対象物計測方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、本発明に係る新規な対象物計測装置及び対象物計測方法を完成させた。即ち、本発明は、単一カメラで、地上座標系ＸＹＺにおけるＸＹＺ座標値が予め設定された所定の平面上の複数の基準点を含む基準画像を撮影し、前記平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定する決定手段と、前記単一カメラと、前記平面上の対象物との相対位置が変更する際に、当該単一カメラで、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影するとともに、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値を算出する算出手段と、前記決定された単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角と、前記撮影された撮影画像と、前記算出された有効値と、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物のＺ座標値が変更後の対象物のＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測する計測手段とを備えることを特徴とする。

又、本発明は、対象物計測方法として提供することが出来る。即ち、本発明は、単一カメラで、地上座標系ＸＹＺにおけるＸＹＺ座標値が予め設定された所定の平面上の複数の基準点を含む基準画像を撮影し、前記平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定するステップと、前記単一カメラと、前記平面上の対象物との相対位置が変更する際に、当該単一カメラで、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影するとともに、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値を算出するステップと、前記決定された単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角と、前記撮影された撮影画像と、前記算出された有効値と、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物のＺ座標値が変更後の対象物のＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測するステップとを備えることを特徴とする。

本発明に係る対象物計測装置及び対象物計測方法によれば、単一カメラを用いて対象物の３次元座標を非接触で精度高く計測することが可能となる。

本発明に係る対象物計測装置の概略図及び機能ブロック図である。 本発明に係る対象物計測方法の実行手順の一例を示す図である。 本発明に係る対象物計測装置の単一カメラと路面との関係を示す図である。 撮影時刻ｔ１における単一カメラと移動体の路面上の接地点との関係を示す図（図４Ａ）と、撮影時刻ｔ２における単一カメラと移動体の路面上の接地点との関係を示す図（図４Ｂ）とである。 撮影時刻ｔ１における単一カメラと路面上の移動体との関係を示す図（図５Ａ）と、撮影時刻ｔ２における単一カメラと路面上の移動体との関係を示す図（図５Ｂ）とである。 撮影時刻ｔ１における単一カメラと路面上の移動体との関係を示す図（図６Ａ）と、撮影時刻ｔ２における単一カメラと路面上の移動体との関係を示す図（図６Ｂ）とである。 第一の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラ、基準プレート、オブジェクトの関係を示す図（図７Ａ）と、第一の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラ、基準プレート、オブジェクトの関係を示す図（図７Ｂ）とである。 第二の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラ、基準プレート、オブジェクトの関係を示す図（図８Ａ）と、第二の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラ、基準プレート、オブジェクトの関係を示す図（図８Ｂ）とである。 第三の測定試験の単一カメラと路面との関係を示す図である。 第三の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラと路面上のオブジェクトとの関係を示す図（図１０Ａ）と、第三の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラと路面上のオブジェクトとの関係を示す図（図１０Ｂ）とである。 第四の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラと路面上のオブジェクトとの関係を示す図（図１１Ａ）と、第四の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラと路面上のオブジェクトとの関係を示す図（図１１Ｂ）とである。 第五の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラ、路面上の車、車長の関係を示す図（図１２Ａ）と、第五の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラ、路面上の車、車長の関係を示す図（図１２Ｂ）とである。 第六の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラと路面上の車との関係を示す図（図１３Ａ）と、第六の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラと路面上の車との関係を示す図（図１３Ｂ）とである。 第六の測定試験の撮影時刻ｔ１における単一カメラ、路面上の車、車長の関係を示す図（図１４Ａ）と、第六の測定試験の撮影時刻ｔ２における単一カメラ、路面上の車、車長の関係を示す図（図１４Ｂ）とである。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る対象物計測装置及び対象物計測方法の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

本発明に係る対象物計測装置１は、図１に示すように、単一のカメラ１０と、当該単一カメラ１０と通信可能に接続された端末装置１１とから基本的に構成されている。

単一カメラ１０は、対象物を含む画像を撮影することが出来れば、特に限定は無く、例えば、市販のデジタルカメラ、計測カメラ、デジタルビデオカメラ（１５ＦＰＳ（Ｆｒａｍｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ））、Ｗｅｂカメラ等を採用することが出来る。

又、端末装置１１は、一般に使用されるコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤを内蔵しており、ＣＰＵは、例えば、ＲＡＭを作業領域として利用し、ＲＯＭ、ＨＤＤ等に記憶されているプログラムを実行する。又、後述する各手段（図１に示す）についても、ＣＰＵがプログラムを実行することで当該各手段を実現する。

又、端末装置１１は、キーボード、マウス等の操作部１１ａと、当該操作部１１ａからの指示や単一カメラ１０からの撮影画像を受け付けたり単一カメラ１０の撮影を制御したりする制御部１１ｂとを備えている。又、端末装置１１は、例えば、単一カメラ１０の内部標定要素等の所定のデータを記憶する記憶部１１ｃと、所定のデータや画像を液晶ディスプレイに表示する表示部１１ｃとを備えている。

尚、端末装置１１は、ディスクトップ型コンピュータ、ノート型コンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、モバイルコンピュータ等を採用することが出来る。又、端末装置１１と単一カメラ１０との通信接続形態は、有線でも無線でも良く、ＵＳＢケーブルで接続されても、赤外線通信や近距離無線通信でも構わない。

次に、図１、図２を参照しながら、本発明の実施形態に係る対象物計測方法の実行手順について説明する。先ず、ユーザーが、対象物計測装置１の端末装置１１の電源を投入すると、当該端末装置１１の制御手段１０１が起動して、操作部１１ａを介してユーザーからの指示（命令）を受け付ける。ここで、ユーザーが、図３に示すように、対象物計測装置１の単一カメラ１０のレンズを、所定の平面Ｓ（路面）に向けて固定し、単一カメラ１０で複数の画像を撮影すると、当該端末装置１１の制御手段１０１が、前記撮影された複数の画像に基づいて、単一カメラ１０の校正を実行する（図２：Ｓ１０１）。

ここで、制御手段１０１が単一カメラ１０の校正を実行する方法は、どのような方法でも構わないが、例えば、制御手段１０１が、前記撮影された複数の画像を用いて、単一カメラ１０の内部標定要素を算出し、当該算出した内部標定要素を設定する。ここで、内部標定要素とは、単一カメラ１０の焦点距離−ｆ（−）（カメラの前方向を負とする）、主点位置のズレ、放射方向レンズ歪み補正係数、接線方向レンズ歪み補正係数等の単一カメラ１０の内部パラメータを意味する。内部標定要素を算出することで、写真座標系ｘｙと地上座標系ＸＹＺとを適切に対応付けすることが可能となる。

次に、ユーザーは、図３に示すように、複数（例えば、４つ）の基準点Ｐ１−Ｐ４を、前記単一カメラ１０で撮影可能な前記路面Ｓ上の位置にそれぞれ配置し、市販の三次元計測装置を用いて、地上座標系ＸＹＺにおける前記基準点Ｐ１−Ｐ４のＸＹＺ座標値Ｐ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｐ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、Ｐ４（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）を計測し、端末装置１１に入力して、所定のメモリー（記憶手段１０２）に設定（記憶、登録）させておく。

そして、ユーザーは、前記路面Ｓの撮影の指示を端末装置１１に入力すると、当該端末装置１１の制御手段１０１が、その旨を決定手段１０３に通知し、当該通知を受けた決定手段１０３が、単一カメラ１０で、前記路面Ｓ上の４つの基準点Ｐ１−Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影し（図２：Ｓ１０２）、前記路面Ｓを基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）（位置）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）（方向）を決定する（図２：Ｓ１０３）。

ここで、決定手段１０３が単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）（位置）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）（方向）を決定する方法は、どのような方法でも構わないが、例えば、以下のようになされる。即ち、決定手段１０３が、ユーザーからの指示を受けると、単一カメラ１０に撮影の命令を入力し、当該単一カメラ１０を起動して、前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影させる（図２：Ｓ１０２）。

次に、決定手段１０３は、前記撮影された基準画像Ａの中心点を原点ｏとして、横方向をｘ方向とし縦方向をｙ方向として、当該基準画像Ａの写真座標系ｘｙとする。ここで、地上座標系ＸＹＺにおける路面Ｓ上の任意点ＲのＸＹＺ座標値Ｒ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）は、係数ｋ（−）（縮率）と、単一カメラ１０の回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を含む回転行列（ｍｉｊ）（ｉ、ｊ＝１、２、３）と、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）と、前記基準画像Ａの写真座標系ｘｙにおける路面ｓ上の、前記任意点Ｒに対応する対応点ｒのｘｙ座標値ｒ（ｘｎ、ｙｎ）と、単一カメラ１０の焦点距離−ｆ（−）とを用いて、次式（１）（２）で表現出来る。

ここで、単一カメラ１０を原点ｏとしたカメラ座標系ｘｙｚを設定すると、単一カメラ１０の回転角（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）は、地上座標系ＸＹＺのＸ軸を正方向に対して左回りにＱＸの角だけ回転させると、カメラ座標系ｘｙｚのｘ軸に一致し、地上座標系ＸＹＺのＹ軸を正方向に対して左回りにＱＹの角だけ回転させると、カメラ座標系ｘｙｚのｙ軸に一致し、地上座標系ＸＹＺのＺ軸を正方向に対して左回りにＱＺの角だけ回転させると、カメラ座標系ｘｙｚのｚ軸に一致することを意味する。

ここで、地上座標系ＸＹＺにおける前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４のＸＹＺ座標値Ｐ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｐ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、Ｐ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）、Ｐ４（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）は、所定のメモリー（記憶手段１０２）に予め記憶されている。そこで、決定手段１０３は、写真座標系ｘｙにおける前記基準画像Ａの４つの基準点ｐ１−ｐ４のｘｙ座標値ｐ１（ｘ１、ｙ１）、ｐ２（ｘ２、ｙ２）、ｐ３（ｘ３、ｙ３）、ｐ４（ｘ４、ｙ４）を算出し、写真座標系ｘｙにおける前記４つの基準点ｐ１−ｐ４のｘｙ座標値と、地上座標系ＸＹＺにおける前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４のＸＹＺ座標値とを、式（１）（２）に代入すれば、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を決定することが出来る（図２：Ｓ１０３）。

この地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）が、単一カメラ１０の外部標定要素となる。この外部標定要素を用いることにより、この単一カメラ１０で撮影された撮影画像の写真座標系ｘｙにおける路面ｓ上の任意点ｒのｘｙ座標値ｒ（ｘｎ、ｙｎ）を、地上座標系ＸＹＺにおける平面Ｓ上の、前記任意点ｒに対応する対応点ＲのＸＹＺ座標値Ｒ（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）に変換することが可能となる。

尚、単一カメラ１０の外部標定要素を決定する際に、前記路面Ｓ上の基準点の数は、単一カメラ１０の外部評定要素を算出できる４つ以上であれば、特に限定は無い。又、前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４の配置位置は、当該路面Ｓ上の位置であれば、特に限定は無く、どの位置でも構わないが、後述する対象物（移動体）の外面上の同一特定点のＸＹＺ座標値を精度高く測定するのであれば、前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４の配置位置が形成する領域が、移動前後の移動体に近接すると好ましい。

さて、次に、測定対象となる所定の対象物を、例えば、前記路面Ｓ上を移動する移動体Ｍ（例えば、車）として決定し、当該移動体Ｍが前記路面Ｓ上を移動した際に、ユーザーは、移動体Ｍの撮影の指示を端末装置１１に入力すると、当該端末装置１１の制御手段１０１がその旨を算出手段１０４に通知する。当該通知を受けた算出手段１０４が、前記単一カメラ１０と、前記路面Ｓ上の移動体Ｍとの相対位置が変更する際に、当該単一カメラ１０で、当該相対位置の変更前後の対象物を（異なる時刻で）撮影するとともに（図２：Ｓ１０４）、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の移動体Ｍの外表面に関係する有効値を算出する（図２：Ｓ１０５）。

ここで、算出手段１０４が変更前後（移動前後）の移動体Ｍを撮影する方法は、どのような方法でも構わないが、例えば、以下のようになされる。即ち、算出手段１０４が、ユーザーからの指示を受けると、単一カメラ１０を起動して、所定の間隔（例えば、数秒）で、撮影時刻ｔ１、当該撮影時刻ｔ１よりも遅い時刻の撮影時刻ｔ２で、路面Ｓ上を移動する移動体Ｍを連続して撮影して、２枚の撮影画像を得る。すると、図４Ａ、図４Ｂに示すように、移動前の移動体Ｍが撮影された撮影時刻ｔ１の（第一の）撮影画像Ｂ１と、移動後の移動体Ｍが撮影された撮影時刻ｔ２の（第二の）撮影画像Ｂ２とが得られる。この場合、撮影時刻ｔ１における単一カメラ１０と移動体Ｍとの相対位置は、撮影時刻ｔ２における単一カメラ１０と移動体Ｍとの相対位置と比較して変更されることになる。

次に、算出手段１０４は有効値を算出するが、この有効値は、実測値又は想定値を意味し、例えば、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面の特定点の変更量、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれか、地上座標系ＸＹＺにおける変更後の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれかを挙げることが出来る。

先ず、算出手段１０４が算出する有効値を、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面の特定点の変更量として説明する。前記対象物が移動体Ｍである場合、前記変更量は、移動前後の移動体Ｍの移動量（地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外表面の特定点の移動量）を意味する。ここで、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２における移動体Ｍは、地上座標系ＸＹＺにおいて、形を変えること無く路面Ｓ上を移動しているため、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２における移動体ｍの路面ｓ上の共通の接地点ｒ１、ｒ２の移動量を算出できれば、この移動量は、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）に該当することになる。

そこで、算出手段１０４は、先ず、撮影画像Ｂ１における移動前の移動体ｍの路面ｓ上の接地点ｒ１を検出する。この接地点ｒ１は、移動体Ｍが車である場合には、図４Ａに示すように、車のタイヤ（例えば、後輪のタイヤ）と路面ｓとの接点となる。移動体ｍが人である場合には、例えば、人の靴（足）と路面ｓとの接点となる。次に、算出手段１０４は、写真座標系ｘｙにおける移動前の移動体ｍの接地点ｒ１のｘｙ座標値（ｘ１、ｙ１）を算出し、これを地上座標系ＸＹＺにおける前記接地点Ｒ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）に変換する。

同様に、算出手段１０４は、前記接地点ｒ１と共通の対応点（特徴点）であって、撮影画像Ｂ２における移動後の移動体ｍの路面ｓ上の接地点ｒ２を検出する。ここで、前記接地点ｒ１が車の後輪のタイヤの接点であれば、撮影画像Ｂ２における移動後の移動体ｍの路面ｓ上の接地点ｒ２も車の後輪のタイヤの接点となる。

そして、算出手段１０４は、写真座標系ｘｙにおける移動後の移動体ｍの接地点ｒ２のｘｙ座標値（ｘ２、ｙ２）を算出し、これを地上座標系ＸＹＺにおける前記接地点Ｒ２のＸＹＺ座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）に変換する。更に、算出手段１０４は、前記変換した地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの共通の接地点Ｒ１、Ｒ２のＸＹＺ座標値Ｒ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｒ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）との間の差分（距離）（ＤＸ＝Ｘ２−Ｘ１、ＤＹ＝Ｙ２−Ｙ１）を算出すれば、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）として算出することが出来る。尚、前記移動体Ｍが路面Ｓ上を回転しながら移動する場合でも、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍが形を変えること無く、路面Ｓ上を平行移動しているのであれば、問題なく、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）を算出することが出来る。

この方法では、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２があれば、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍに非接触で移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）を算出できるという利点がある。尚、上述では、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２における移動体ｍの路面ｓ上の共通の接地点ｒ１、ｒ２に基づいて算出したが、他の方法でも構わない。例えば、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２における路面ｓ上から同一高さにある移動体ｍの外面上の共通の特定点ｒに基づいて算出しても良い。この場合であっても、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍは、形を変えること無く路面Ｓ上を移動しているため、路面Ｓ上から同一高さにある移動体Ｍの外面上の共通の特定点Ｒでも、共通の接地点と同様に、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄを算出することが出来る。又、例えば、移動体ｍと路面ｓとの接点には、影が必ず発生することから、撮影画像Ｂ１と撮影画像Ｂ２における移動体ｍの影の形が変形しない場合には、移動前後の移動体Ｍの影上の共通の特定点Ｒでも、共通の接地点と同様に、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄを算出することが出来る。

さて、算出手段１０４が、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）を算出すると、その旨を計測手段１０５に通知し、当該通知を受けた計測手段１０５は、前記決定された単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）と、前記撮影された撮影画像Ｂ１、Ｂ２と、前記移動前後の移動体Ｍの実測値（移動量Ｄ）と、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体ＭのＺ座標値が移動後の移動体ＭのＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を測定する（図２：Ｓ１０６）。

ここで、計測手段１０５が共通の特定点のＸＹＺ座標値を測定する方法は、どのような方法でも構わないが、例えば、有効値が移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）の場合は、以下のようになされる。即ち、計測手段１０５が、先ず、図５Ａ、図５Ｂに示すように、撮影画像Ｂ１における移動前の移動体ｍの外面上の任意の特定点ｓ１（車の上方中央端の点）と、当該特定点ｓ１と共通点（対応点）であって、撮影画像Ｂ２における移動後の移動体ｍの外面上の特定点ｓ２（車の上方中央端の点）とを指定する。ここで、共通の特定点ｓ１、ｓ２を指定する方法は、特に限定は無く、例えば、ユーザーが、端末装置１１を操作して、撮影画像Ｂにおける移動前後の移動体ｍの外面上の任意の特定点ｓを指定しても、端末装置１１が自動的に指定しても構わない。この共通の特定点ｓ１、ｓ２が、計測対象の地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の特定点Ｓ１、Ｓ２となる。

そして、計測手段１０５は、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の（撮影時刻ｔ１の）移動体Ｍの外面上の前記特定点Ｓ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と、移動後の（撮影時刻ｔ２）の移動体Ｍの外面上の前記特定点Ｓ２のＸＹＺ座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とを仮定する。ここで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体Ｍの外面上の前記特定点Ｓ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、単一カメラ１０の回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を含む回転行列（ｍｉｊ）（ｉ、ｊ＝１、２、３）、写真座標系ｘｙにおける移動前移動体ｍの外面上の前記特定点ｓ１のｘｙ座標値（ｘ１、ｙ１）、前記単一カメラ１０の焦点距離ｆ（−）、係数ｋ１（−）を用いて、次の式（３）で表現出来る。

そして、式（３）のＺ座標値を算出すると、次の式（４）を得る。

同様に、地上座標系ＸＹＺにおける移動後の移動体Ｍの外面上の前記特定点Ｓ２のＸＹＺ座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）と、Ｚ座標値Ｚ２は、下記の式（５）（６）で表現される。

ここで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体ＭのＺ座標値Ｚ１が移動後の移動体のＺ座標値Ｚ２と同一（Ｚ１＝Ｚ２、ＤＺ＝０）であるから、式（４）と式（６）を用いて、ｋ１とｋ２との関係を示す次の式（１０）を得る。

ところで、式（３）（５）のＸＹ座標値を算出すると、次の式（８）−（１１）を得る。

又、移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）は、式（８）−（１１）を用いれば、次の式（１２）（１３）を得る。

式（７）（１２）（１３）を用いることで、ｋ１、ｋ２をそれぞれ算出することが出来る。そして、ｋ１、ｋ２が算出されると、式（３）（５）を用いることで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の特定点Ｓ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値Ｓ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｓ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）をそれぞれ計測することが出来る。

そして、計測手段１０５が、共通の特定点Ｓ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値Ｓ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｓ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）の計測を完了すると、その旨を制御手段１０１に通知し、当該通知を受けた制御手段１０１は、表示部１１ｃを介して計測結果を表示する。これにより、ユーザーは、非接触で、共通の特定点Ｓ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値Ｓ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｓ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を知ることが出来る。

次に、算出手段１０４が算出する有効値を、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれか、地上座標系ＸＹＺにおける変更後の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれかとして説明する。前記対象物が移動体Ｍである場合、前記有効値は、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体Ｍの外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれか、地上座標系ＸＹＺにおける移動後の移動体の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれかを意味する。この場合は、図６Ａに示すように、基準面である地上座標系ＸＹＺにおける路面Ｓの特定の位置に、移動体Ｍの通過の有無を検知する検知センサーＣを予め設けておき、この検知センサーＣで検知された移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１（又はＹ座標値Ｙ１）を、市販の計測装置を用いて実測しておく。そして、前記検知センサーＣが移動体Ｍを検知すると、その検知時点における移動体Ｍの検知位置（移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１、例えば、車の前方下端の点）のＸ座標値Ｘ１を、前記計測された有効値に対応付ける。これにより、移動前の移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１を確実に算出することが出来る。

尚、前記検知センサーＣの検知時点を、算出手段１０４が移動前の移動体Ｍを撮影する撮影時点に対応付ければ、更に好ましい。この場合は、算出手段１０４が、前記検知センサーＣで、路面Ｓ上の移動体Ｍを検知すると、この検知時刻を撮影時刻ｔ１として、単一カメラ１０で、当該移動体Ｍを移動前の移動体として撮影し、更に、所定の間隔後の撮影時刻ｔ２で、当該移動体Ｍを移動後の移動体として撮影すれば（図２：Ｓ１０４）、撮影画像Ｂ１、Ｂ２を取得出来るとともに、前記検知センサーＣの検知位置に対応する移動前の移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１を有効値として算出出来る（図２：Ｓ１０５）。

さて、算出手段１０４が、移動前の移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１を算出すると、計測手段１０５は、前記特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１を用いて、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の特定点Ｓ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値を測定する（図２：Ｓ１０６）。

ここで、有効値が、例えば、移動前の移動体Ｍの外表面の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１の場合は、以下のようになされる。即ち、先ず、計測手段１０５が、図６Ａ、図６Ｂに示すように、撮影画像Ｂ１における移動前の移動体ｍの外面上の第一の特定点ｓ１（車の前方下端の点）、任意の第二の特定点ｓ２（車の上方中央端の点）と、当該第一の特定点ｓ１、第二の特定点ｓ２と共通点（対応点）であって、撮影画像Ｂ２における移動後の移動体ｍの外面上の第一の特定点ｓ３（車の前方下端の点）、第二の特定点ｓ４（車の上方中央端の点）とを指定する。ここで、指定される複数の特定点のうち、一の特定点ｓ１は、前記移動前後の移動体Ｍの有効値に対応させる。尚、指定方法は、上述と同様である。

次に、計測手段１０５は、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体Ｍの外面上の第一の特定点Ｓ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と、第二の特定点Ｓ２のＸＹＺ座標値（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）と、移動後の移動体Ｍの外面上の第一の特定点Ｓ３のＸＹＺ座標値（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）と、第二の特定点Ｓ４のＸＹＺ座標値（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）とを仮定する。

ここで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体Ｍの外面上の第一の特定点Ｓ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）は、上述と同様に、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、単一カメラ１０の回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を含む回転行列（ｍｉｊ）（ｉ、ｊ＝１、２、３）、写真座標系ｘｙにおける特定点ｓ１のｘｙ座標値（ｘ１、ｙ１）、前記単一カメラ１０の焦点距離ｆ（−）、係数ｋ１（−）を用いて、次の式（１４）で表現出来る。

ここで、既に、移動前の移動体Ｍの外表面の第一の特定点Ｓ１のＸ座標値Ｘ１が算出されているため、この値を式（１４）のＸ座標値に代入することで、ｋ１を算出することが出来て、第一の特定点Ｓ１のＸＹＺ座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を全て算出出来る。尚、第一の特定点Ｓ１以外の特定点Ｓ２−Ｓ４のＸＹＺ座標値（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）（ｎ＝２−４）は、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、単一カメラ１０の回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を含む回転行列（ｍｉｊ）（ｉ、ｊ＝１、２、３）、写真座標系ｘｙにおける特定点ｓ２−ｓ４のｘｙ座標値（ｘｎ、ｙｎ）、前記単一カメラ１０の焦点距離ｆ（−）、係数ｋｎ（−）を用いて、上述の式（３）と同様に表現できる。

ところで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前の移動体ＭのＺ座標値が移動後の移動体のＺ座標値と同一であるから、移動前の移動体Ｍにおける第一の特定点Ｓ１のＺ座標値Ｚ１は移動後の移動体Ｍにおける第一の特定点Ｓ３のＺ座標値Ｚ３と同一（Ｚ１＝Ｚ３、ＤＺ＝０）であり、移動前の移動体Ｍにおける第二の特定点Ｓ２のＺ座標値Ｚ２は移動後の移動体Ｍにおける第二の特定点Ｓ４のＺ座標値Ｚ４と同一（Ｚ２＝Ｚ４、ＤＺ＝０）である。そのため、ｋ１とｋ３の関係と、ｋ２とｋ４の関係を示す次の式（１５）（１６）を得る。

更に、移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）は、移動体Ｍの外表面で同じであるから、移動前後の移動体Ｍにおける第一の特定点Ｓ１、Ｓ３の移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）は、移動前後の移動体Ｍにおける第二の特定点Ｓ２、Ｓ４の移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）と同一（Ｘ３−Ｘ１＝Ｘ４−Ｘ２、Ｙ３−Ｙ１＝Ｙ４−Ｙ２）である。そのため、式（１５）、（１６）を用いて、ｋ１とｋ２の関係と、ｋ１と４の関係を示す次の式（１７）（１８）を得る。

ところで、ｋ１は、既に算出されているから、式（１５）（１７）（１８）を用いることで、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の第一の特定点Ｓ１、Ｓ３のＸＹＺ座標値Ｓ１（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、Ｓ３（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）と、第二の特定点Ｓ２、Ｓ４のＸＹＺ座標値Ｓ２（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、Ｓ４（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ４）をそれぞれ計測することが出来る。

さて、本発明では、計測手段１０５が、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体の外面上の共通の特定点Ｓ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値を計測すると、これを利用して、例えば、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍの上下方向のサイズを非接触で容易に計測することが出来る。例えば、移動体Ｍが車の場合、計測手段１０５が、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍの外面上の上下端の特定点Ｓ１１、Ｓ１２を計測し、両者の間の距離を算出することで、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍの上下方向のサイズ（車であれば、車高）を計測することが可能となる。同様に、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍの左右方向のサイズ（車であれば、車幅）や前後方向のサイズ（車であれば、車長）を計測することが可能となる。移動体Ｍが高速移動する場合には、撮影画像Ｂ１、Ｂ２だけで可能となるため、特に有効である。

更に、本発明では、地上座標系ＸＹＺにおける移動体Ｍの３次元寸法（車であれば、車長、車幅、車高）の計測結果と、予め用意された移動体Ｍの種類毎の基準３次元寸法とを比較することで、移動体Ｍの種類を判定する判定手段を更に設けても良い。移動体Ｍの特徴点を加味させれば、移動体Ｍの種類を更に精度高く判定することが出来る。尚、本発明の実施形態では、路面Ｓ上の車を移動体Ｍとしたが、他の移動体Ｍでも構わない。例えば、路面Ｓ上を移動する人物、平面に対応するコンベアライン上の物品でも適用することが出来る。

又、本発明の実施形態では、単一カメラ１０を地面に固定したが、他の構成でも構わない。例えば、平面を移動する車に単一カメラ１０を車両搭載カメラとして固定しても良い。この場合は、対象物は、前記平面上に静止し、前記車両搭載カメラ１０は車の移動に伴って移動することになるが、この場合であっても、前記車両搭載カメラ１０と、前記対象物との相対位置が変更する。そこで、前記車両搭載カメラ１０が移動すると（当該相対位置が変更すると）、算出手段１０４が、当該車両搭載カメラ１０で、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影する。ここで、前記変更前で撮影した第一の撮影画像内の車両搭載カメラ１０の位置に、前記変更後で撮影した第二の撮影画像内の車両搭載カメラ１０の位置を、当該第二の撮影画像内の対象物とともに変換することで、当該変換後の第二の撮影画像は、前記第一の撮影画像に対して、前記車両搭載カメラ１０が固定され、前記対象物が、上述の移動体Ｍのように、前記平面Ｓ上をあたかも移動した撮影画像となる。このような変換処理を行うことで、上述した計測手段１０５が、上述と同様の処理を用いて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測することが可能となる。

又、本発明の実施形態では、路面Ｓ上の複数の基準点Ｐ１−Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影することで、当該路面Ｓを基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値及び回転角を決定したが、他の構成でも構わない。例えば、前記対象物が車である場合、当該車に予め設置された、既知寸法の四角以上の多角形状（例えば、四角形状）の平面部（ナンバープレート）の頂点（四隅点）を前記基準点Ｐ１−Ｐ４と設定することが出来る。ここで、前記平面部の寸法が既知であることから、地上座標系ＸＹＺにおける前記平面部の頂点のいずれかのＸＹＺ座標値が分かれば、他の点は、全て既知となり、前記基準点Ｐ１−Ｐ４とみなすことが出来る。この場合、前記平面部を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値及び回転角が決定される。そのため、決定手段１０３が、前記基準画像Ａに基づいて前記平面部の座標系と前記路面の座標系を特定し、前記平面部基準の地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値及び回転角を、前記路面基準の地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラ１０のＸＹＺ座標値及び回転角に変換する。これにより、上述した単一カメラ１０のＸＹＺ座標値及び回転角を得ることが出来る。尚、地上座標系ＸＹＺにおける前記路面Ｓ上の移動体の平面部のＺ座標値は、前記相対位置の変更前後で同一であるため、当該平面部の移動量は、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）に該当するから、上述と同様の処理により、２枚の撮影画像Ｂ１、Ｂ２に写る平面部のＸＹＺ座標値に基づいて移動前後の移動体Ｍの移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ）を算出し、地上座標系ＸＹＺにおける移動前後の移動体Ｍの外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測することが出来る。

又、本発明の実施形態では、移動体計測装置１が各手段を備えるよう構成したが、当該各手段を実現するプログラムを記憶媒体に記憶させ、当該記憶媒体を提供するよう構成しても構わない。当該構成では、前記プログラムを、単一カメラ１０を備える端末装置１１に読み出させ、当該端末装置１１が前記各手段を実現する。その場合、前記記録媒体から読み出されたプログラム自体が本発明の作用効果を奏する。更に、各手段が実行するステップを本発明の移動体計測方法として提供することも可能である。

＜測定試験、測定結果＞
以下に、実際に測定した結果を用いて、具体的に説明する。

＜第一の測定試験及び測定結果＞
先ず、図７Ａに示すように、単一カメラ１０を所定の位置に固定し、所定の平面（地面）に、４つの基準点Ｐ１−Ｐ４が設けられた縦横４００ｍｍの基準プレートＰを固定する。次に、地上座標系ＸＹＺにおける前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４のＸＹＺ座標値を、市販の２画像によるステレオ計測ソフトを用いて計測した。更に、単一カメラ１０で、前記４つの基準点Ｐ１−Ｐ４を含む基準画像を撮影して（撮影時刻ｔ１）、前記平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定した。

又、基準画像を撮影する際に、移動体として、所定のターゲットＳ１を有するオブジェクトＤを用意し、このオブジェクトＤを基準プレートＰの近傍に設置して、当該オブジェクトＤと平面との接点Ｒ１が基準画像に含まれるようにした。又、この基準画像を、オブジェクトＤが移動前の撮影画像Ｂ１として兼用した。

次に、図７Ｂに示すように、オブジェクトＤをＸ方向にＤＸだけＹ方向にＤＹだけ移動させて、基準プレートＰ近傍に配置し、更に、単一カメラ１０で、前記オブジェクトＤを撮影した（撮影時刻ｔ２）。この撮影画像Ｂ２には、オブジェクトＤのターゲットＳ２と、当該オブジェクトＤと平面との接点Ｒ２とが含まれるようにした。

そして、有効値（実測値）の移動量（ＤＸ、ＤＹ）と、上述の式（７）（１２）（１３）を用いてｋ１、ｋ２を算出し、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、単一カメラ１０の撮影画像を用いずに、市販の２画像によるステレオ計測ソフトを用いて、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１、Ｓ２のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。測定結果は、次の表１のようになった。表１に示すように、誤差は、１ｍｍ以下であった。

＜第二の測定試験及び測定結果＞
図８Ａに示すように、上述と同様に、基準プレートＰを用いて、基準画像を撮影し（撮影時刻ｔ１）、平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定した。この際、２つのターゲットＳ１、Ｓ２を有するオブジェクトＤを用意して、このオブジェクトＤを基準プレートＰの近傍に設置し、当該オブジェクトＤの２つのターゲットＳ１、Ｓ２が基準画像に含まれるようにした。又、この基準画像を、オブジェクトＤが移動前の撮影画像Ｂ１として兼用した。又、オブジェクトＤのターゲットＳ１の地上座標系ＸＹＺにおけるＸ座標値（Ｘ１＝４７０．３４２）を、市販の２画像によるステレオ計測ソフトを用いて計測した。

次に、図８Ｂに示すように、オブジェクトＤをＸ方向にｄｘだけＹ方向にｄｙだけ移動させて、基準プレートＰ近傍に配置し、更に、単一カメラ１０で、オブジェクトＤを撮影した（撮影時刻ｔ２）。この撮影画像Ｂ２には、オブジェクトＤの２つのターゲットＳ１、Ｓ２が含まれるようにした。そして、有効値（実測値）のＸ座標値（Ｘ１＝４７０．３４２）と、上述の式（１４）を用いてｋ１を算出し、上述の式（１５）（１７）（１８）を用いてａ１（ｋ３に対応）、ａ４（ｋ４に対応）を算出し、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、単一カメラ１０の撮影画像を用いずに、市販の２画像によるステレオ計測ソフトを用いて、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。測定結果は、次の表２のようになった。表２に示すように、誤差は、１ｍｍ以下であった。

＜第三の測定試験及び測定結果＞
先ず、室内において、図９に示すように、単一カメラ１０（型番：ＮｉｋｏｎＤ２Ｘ、画素数：１２００万画素）を固定し、当該内部標定要素を設定した。次に、当該単一カメラ１０で、床面Ｓ上の４つの基準点Ｐ１〜Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影して、地上座標系ＸＹＺにおける基準点Ｐ１〜Ｐ４のＸＹＺ座標値と、写真座標系ｘｙにおける基準点ｐ１〜ｐ４のｘｙ座標値とに基づいて、前記平面Ｓを基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を決定した。

次に、図１０Ａに示すように、二つのターゲットＳ１、Ｓ２を有する十字形のオブジェクトＭを用意し、当該オブジェクトＭを前記床面Ｓ上に配置して、前記単一カメラ１０で、前記床面Ｓ上のオブジェクトＭを撮影した（撮影時刻ｔ１）。この撮影画像Ｂ１を、前記オブジェクトＭの移動前の撮影画像とした。次に、図１０Ｂに示すように、前記床面Ｓ上で前記オブジェクトＭを所定の移動量（ＤＸ、ＤＹ）だけ移動させて、前記単一カメラ１０で、二つのターゲットＳ３、Ｓ４を有するオブジェクトＭを撮影した（撮影時刻ｔ２）。この撮影画像Ｂ２を、前記オブジェクトＭの移動後の撮影画像とした。そして、有効値（実測値）の移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ、ＤＺ＝０）を既知とし、上述の式（７）（１２）（１３）を用いて、写真座標系ｘｙにおけるターゲットｓ１〜ｓ４のｘｙ座標値から、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。測定結果は、次の表３のようになった。

一方、別のカメラ（型番：ＮｉｋｏｎＤ８００、画素数：３６００万画素）を用いて、このカメラの内部標定要素を設定し、市販の写真計測ソフト（従来技術）で、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。又、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１とＳ２との距離ＤＳ１２とターゲットＳ３とＳ４との距離ＤＳ３４とを算出し、本発明と従来技術との誤差を算出した。測定結果は、次の表４のようになった。表４に示すように、誤差は、１ｍｍ以下であった。

＜第四の測定試験及び測定結果＞
次に、図９に示すように、室内において、第三の測定試験と同様に、単一カメラ１０の内部標定要素を設定し、地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を決定した。次に、図１１Ａに示すように、二つのターゲットＳ１、Ｓ２を有する十字形のオブジェクトＭを床面Ｓ上で撮影した（撮影時刻ｔ１）。この撮影画像Ｂ１を、前記オブジェクトＭの移動前の撮影画像とした。この際に、地上座標系ＸＹＺにおける前記ターゲットＳ１のＸ座標値Ｓ１（Ｘ１）を実測した。次に、図１１Ｂに示すように、前記床面Ｓ上で前記オブジェクトＭを移動させて、前記単一カメラ１０で、二つのターゲットＳ３、Ｓ４を有するオブジェクトＭを撮影した（撮影時刻ｔ２）。この撮影画像Ｂ２を、前記オブジェクトＭの移動後の撮影画像とした。そして、有効値（実測値）のＸ座標値Ｓ１（Ｘ１）とＺ座標値の移動量Ｄ（ＤＺ＝０）を既知とし、上述の式（１４）（１５）（１７）（１８）を用いて、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、第三の測定試験と同様に、市販の写真計測ソフト（従来技術）で、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。又、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１とＳ２との距離ＤＳ１２と、ターゲットＳ３とＳ４との距離ＤＳ３４とを算出し、本発明と従来技術との誤差を算出した。測定結果は、次の表５のようになった。表５に示すように、誤差は、１ｍｍ以下であった。

＜第五の測定試験及び測定結果＞
先ず、室外において、第三の測定試験と同様に、単一カメラ１０（ＮｉｋｏｎＤＸ３、画素数：２４００万画素）の内部標定要素を設定し、当該単一カメラ１０で、路面Ｓ上の４つの基準点Ｐ１−Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影して、地上座標系ＸＹＺにおける基準点Ｐ１〜Ｐ４のＸＹＺ座標値と、写真座標系ｘｙにおける基準点ｐ１〜ｐ４のｘｙ座標値とに基づいて、前記平面Ｓを基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を決定した。

次に、図１２Ａに示すように、前記単一カメラ１０で、前記路面Ｓ上を走る車Ｍを撮影した（撮影時刻ｔ１）。この撮影画像Ｂ１を、前記車Ｍの移動前の撮影画像とし、当該車Ｍの上方の後端の点Ｓ１と前端の点Ｓ２をターゲットとした。次に、図１２Ｂに示すように、当該車Ｍが移動した時点で、前記単一カメラ１０で、前記路面Ｓ上の車Ｍを撮影し（撮影時刻ｔ２）、この撮影画像Ｂ２を、前記車Ｍの移動後の撮影画像とし、当該車Ｍの上方の後端の点Ｓ３と前端の点Ｓ４（共通の特定点）をターゲットとした。この撮影画像Ｂ１、Ｂ２において、車Ｍのタイヤ（後輪）と路面Ｓとの接点に基づいて、有効値（想定値）の移動量Ｄ（ＤＸ、ＤＹ、ＤＺ＝０）を算出し、上述の式（７）（１２）（１３）を用いて地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、第三の測定試験と同様に、市販の写真計測ソフト（従来技術）で、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。又、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１とＳ２との距離ＤＳ１２と、ターゲットＳ３とＳ４との距離ＤＳ３４とを算出し、本発明と従来技術との誤差を算出した。この距離ＤＳ１２及び距離ＤＳ３４は、前記車Ｍの上方の車長に対応する。測定結果は、次の表６のようになった。表６に示すように、誤差は、数ｍｍ以下であった。

＜第六の測定試験及び測定結果＞
先ず、室外において、第五の測定試験と同様に、単一カメラ１０の内部標定要素を設定し、当該単一カメラ１０で、路面Ｓ上の４つの基準点Ｐ１〜Ｐ４を含む基準画像Ａを撮影して、前記平面Ｓを基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値Ｐ０（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）及び回転角Ｑ０（ＱＸ、ＱＹ、ＱＺ）を決定した。

次に、図１３Ａに示すように、前記単一カメラ１０で、前記路面Ｓ上を走る車Ｍを撮影した（撮影時刻ｔ１）。この撮影画像Ｂ１を、前記車Ｍの移動前の撮影画像とし、当該車Ｍのタイヤ（後輪）と前記路面Ｓとの接点Ｓ１と車Ｍの上方の後端の点Ｓ２をターゲットとした。又、図１３Ｂに示すように、当該車Ｍが移動した時点で、前記単一カメラ１０で、前記路面Ｓ上の車Ｍを撮影し（撮影時刻ｔ２）、この撮影画像Ｂ２を、前記車Ｍの移動後の撮影画像とし、当該車Ｍのタイヤと前記路面Ｓとの接点Ｓ３と車Ｍの上方の後端の点Ｓ４（共通の特定点）をターゲットとした。この撮影画像Ｂ１、Ｂ２において、有効値（想定値）のＺ座標値Ｓ１（Ｚ１＝０）と移動量Ｄ（ＤＺ＝０）を既知とし、上述の式（１４）（１５）（１７）（１８）を用いて、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、第五の測定試験と同様に、市販の写真計測ソフト（従来技術）で、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ１〜Ｓ４のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。測定結果は、次の表７のようになった。表７に示すように、誤差は、十数ｍｍ以下であった。

又、撮影画像Ｂ１、Ｂ２において、ターゲットＳ１、Ｓ３は変えずに、ターゲットＳ２、Ｓ４を変えて、新たな前記車Ｍの上方の後端の点Ｓ５、Ｓ６（共通の特定点）をターゲットとした。そして、上述と同様に、有効値（想定値）のＺ座標値Ｓ１（Ｚ１＝０）と移動量Ｄ（ＤＺ＝０）を既知とし、上述の式（１４）（１５）（１７）（１８）を用いて、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ５、Ｓ６のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。一方、上述と同様に、市販の写真計測ソフト（従来技術）で、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ５、Ｓ６のＸＹＺ座標値を測定した（単位：ｍｍ）。又、地上座標系ＸＹＺにおけるターゲットＳ３とＳ５との距離ＤＳ３５と、ターゲットＳ４とＳ６との距離ＤＳ４６とを算出し、本発明と従来技術との誤差を算出した。この距離ＤＳ３５及び距離ＤＳ４６は、前記車Ｍの上方の車長に対応する。測定結果は、次の表８のようになった。表８に示すように、誤差は、十数ｍｍ以下であった。これにより、単一カメラを用いて移動体の３次元座標を非接触で精度高く計測することが出来ることが分かった。

以上のように、本発明に係る対象物計測装置及び対象物計測方法は、平面上の対象物の計測に有用であり、単一カメラを用いて対象物の３次元座標を非接触で精度高く計測することが可能な対象物計測装置及び対象物計測方法として有効である。

１ 対象物計測装置
１０ 単一カメラ
１１ 端末装置
１０１ 制御手段
１０２ 記憶手段
１０３ 決定手段
１０４ 算出手段
１０５ 計測手段

Claims (3)

1. 単一カメラで、地上座標系ＸＹＺにおけるＸＹＺ座標値が予め設定された所定の平面上の複数の基準点を含む基準画像を撮影し、前記平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定する決定手段と、
   前記単一カメラと、前記平面上の対象物との相対位置が変更する際に、当該単一カメラで、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影するとともに、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値を算出する算出手段と、
   前記決定された単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角と、前記撮影された撮影画像と、前記算出された有効値と、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物のＺ座標値が変更後の対象物のＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測する計測手段と、
   を備えることを特徴とする対象物計測装置。
2. 地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値は、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面の特定点の変更量、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれか、地上座標系ＸＹＺにおける変更後の対象物の外表面の特定点のＸ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値のいずれかである
   請求項１に記載の対象物計測装置。
3. 単一カメラで、地上座標系ＸＹＺにおけるＸＹＺ座標値が予め設定された所定の平面上の複数の基準点を含む基準画像を撮影し、前記平面を基準面とした地上座標系ＸＹＺにおける単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角を決定するステップと、
   前記単一カメラと、前記平面上の対象物との相対位置が変更する際に、当該単一カメラで、当該相対位置の変更前後の対象物を撮影するとともに、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外表面に関係する有効値を算出するステップと、
   前記決定された単一カメラのＸＹＺ座標値及び回転角と、前記撮影された撮影画像と、前記算出された有効値と、地上座標系ＸＹＺにおける変更前の対象物のＺ座標値が変更後の対象物のＺ座標値と同一であることとに基づいて、地上座標系ＸＹＺにおける変更前後の対象物の外面上の共通の特定点のＸＹＺ座標値を計測するステップと、
   を備えることを特徴とする対象物計測方法。