JP3803750B2

JP3803750B2 - Volume measuring method and volume measuring program

Info

Publication number: JP3803750B2
Application number: JP2002046610A
Authority: JP
Inventors: 康之内田; 馨大崎
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003247805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ視点から放射状に投射して投射対象までの距離を計測する３次元計測センサを用いて体積を計測する体積計測方法、及び、センサ視点から投射対象に対し放射状に投射する３次元計測センサから得られる投射画像に基づいて計測される前記投射対象の３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させる体積計測プログラムに関するものである。
特に、建設機械や産業用ロボットの様な作業用アームがある場合には作業計画のプランニングや作業遂行量等の計測に、また、無人の移動車両に搭載した場合には、障害物までの空間の体積と自分の体積を比較することで自律航行するための指令値の導出に有用である。なお、本明細書において、体積とは、計測対象等の物体の体積の他に、投射領域等の空間の体積（容積）を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、図１０（ａ）に示すように、計測値から得られた座標（ｘ，ｙ，ｚ）をｘｙ平面に投影して隣接する座標との間で領域を区切って底面とし、これが高さｚを持つ角柱であるとして全ての座標について体積を積算する手法や、同図（ｂ）に示すように、隣接する座標を相互に結んで対象物の表面を覆うように三角形を構成し、それらを投影した角柱を作り体積を積算する手法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す様な方法では、空間の体積を計測することができず、例えば、土木事業等での掘削作業において、掘削して形成された穴の容積を計測することができない。この場合、上述した図９に示す従来の計測方法では、掘削した土砂の体積を計測するしかなく、掘削土が毎回異なる場所に捨てられる場合は、その場所の分、複数台の計測機器が必要となり、計測効率を悪化させる原因となっていた。
【０００４】
また、図１０に示す様な方法では、計測する座標が多くなるほど相互の位置関係から隣接点を探索し境界線を求めるための計算量が急激に増大するという問題がある。したがって、高性能の計測機器が必要となり、コストが増大する原因となっていた。
【０００５】
更に、図１１に示すように、円錐台又は角錐台を逆さにしたような物体Ｗでは、単純に各座標ａ，ｂ，ｃ，ｄを水平面に投影すると、座標ａ，ｂから投影された微小柱体Ａ，Ｂは正確に体積を算出できるが、座標ｃ，ｄから投影された微小柱体Ｃ，Ｄにおいては、物体Ｗの内外のどちらに存在するか区別なく体積を計算されてしまうこととなる。このため、この積算誤差の出現を回避するために、計測した点に関し、どの領域が物体Ｗの表面なのかを認識する必要があり、面の方向などの判別をするという複雑な処理が必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消するため、空間体積の計測を実現するとともに、土木事業等における掘削作業の作業効率の向上を図ることを目的としている。また、体積計測処理の高速化及び低コスト化の実現を図ることにある。更に、計測対象Ｗの体積計測の高精度化を図ることにある。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の体積計測方法は、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射して得られる投射画像から前記投射対象Ｐの３次元データを計測する３次元計測センサ１０を用いて体積を計測する体積計測方法であって、
前記３次元計測センサ１０から得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点Ｏから前記投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した前記投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び前記微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出するデータ導出ステップと、
前記センサ視点Ｏを頂点とし前記投射距離Ｒ_ijを高さとし前記微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを計測する要素体積計測ステップと、前記要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、前記センサ視点Ｏから前記投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡの総体積Ｖを計測する総体積計測ステップと、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の体積計測方法は、請求項１記載の体積計測方法において、前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に前記計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、前記計測対象Ｗの体積を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３記載の体積計測方法は、請求項１記載の体積計測方法において、過去に計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の体積計測プログラムは、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射する３次元計測センサ１０から得られる投射画像に基づいて計測される前記投射対象Ｐの３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させる体積計測プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記３次元計測センサ１０から得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点Ｏから前記投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した前記投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び前記微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出するデータ導出手段３、
前記センサ視点Ｏを頂点とし前記投射距離Ｒ_ijを高さとし前記微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを計測する要素体積計測手段４、
前記要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、前記センサ視点Ｏから前記投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡの総体積Ｖを計測する総体積計測手段５、
として機能させることを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項５記載の体積計測プログラムは、請求項４記載の体積計測プログラムにおいて、前記コンピュータを、更に、
前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に前記計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、前記計測対象Ｗの体積を計測する比較計測手段７として機能させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の体積計測プログラムは、請求項４記載の体積計測プログラムにおいて、前記コンピュータを、更に、
過去に計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測手段７として機能させることを特徴とする。
【００１３】
上記発明によれば、投射領域ＰＡの空間体積の計測が実現することができる。また、投射領域ＰＡ内の体積変化量が計測可能となるため、作業アームを用いた掘削作業、搬送作業等に適用することが可能である。更に、投射領域ＰＡ内に存在する計測対象Ｗの体積の計測が可能となるため、無人の移動車両における自立走行に適用することができる。
【００１４】
また、計測対象Ｗの体積計測においては、複数台の３次元計測センサ１０の各投射対象Ｐを予め設定された仮想平面とし、その投射領域ＰＡを任意の閉空間とする。そして、各閉空間が重複せず、かつ、連続して接合するように、計測対象Ｗの周囲に複数台の３次元計測センサ１０を配置する。そして、各センサに基づいて計測された各体積を合計することで、計測対象Ｗの体積を計測することができる。これにより、計測対象Ｗの複雑な形状を認識する必要なく、正確な体積が計測することができる。この３次元計測センサ１０の数は、好ましくは３台以上であり、また、各センサ毎の仮想平面を表す平面方程式を同一とすることにより、それぞれ計測対象Ｗを中心としてその周囲に等間隔に配置することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の体積計測プログラムの実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。体積計測プログラムは、ＲＯＭ，ＨＤＤ，ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納されており、不図示のコンピュータに接続されることで、３次元計測センサ１０から計測される３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させるプログラムである。この体積計測プログラムは、コンピュータを、後述する各手段３，４，５，７として機能させるプログラムである。
【００１６】
３次元計測センサ１０は、例えばステレオビジョン、レーザーレンジファインダー等、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射して得られる投射画像から投射対象Ｐの３次元データを計測するセンサである。この３次元計測センサ１０は、コンピュータに接続されており、図２に示すように、計測された投射対象Ｐの各計測地点の３次元座標データは、図１に示す３次元データメモリ２に格納される。
【００１７】
データ導出手段３は、３次元計測センサ１０から得られた３次元データに基づいて、図２に示すように、センサ視点Ｏから投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出する。
【００１８】
要素体積計測手段４は、図２に示すように、導出されたデータに基づいて、センサ視点Ｏを頂点とし、投射距離Ｒ_ijを高さとし、微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの体積( 以下、要素体積Ｖ_ijと呼ぶ) を計測する。
【００１９】
総体積計測手段５は、要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、即ち、各微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを積算し、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡにおける総体積Ｖを計測することとなる。これにより、隣接する微小錐体Ｃ_ij同士が占める領域が空間内で重なり合うことなく隙間なく定義されるので、距離に応じた半径と広がり角度に基づき球体の一部の体積として計測可能であり、それらの積算により容易に投射対象面Ｐまでの体積を計測することが可能となる。
【００２０】
比較計測手段７は、投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、計測対象Ｗの体積を計測する。また、過去に計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する。
【００２１】
図２（ａ）〜（ｃ）は、３次元計測センサ１０として、ステレオビジョンを適用した場合の原理図であり、複数台のセンサ１０により同一被写体（計測対象Ｗ）を写したときに、その位置関係により生じる像のずれから３次元データを算出するステレオビジョンに適用した場合の例を示したものである。また図３は、そのフローチャートである。
【００２２】
ステレオビジョン１０では、得られた距離画像はＣＣＤの画素毎に輝度値で距離画像が表示されているので、基準カメラのＣＣＤの画素配列に基づき計算すると考えられる。まず、得られた距離画像から得られる３次元座標計測データ（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）を読み込む（ＳＰ１）。
【００２３】
次に読み込んだ各３次元座標計測データ（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）を、３次元データメモリ２から各画素ごとに抽出する（ＳＰ２〜ＳＰ８）。
【００２４】
次に、ステレオビジョン１０では、抽出した画素（ｉ，ｊ）の３次元座標計測データは極座標ではないので（ＳＰ８−ＮＯ）、極座標に変換する（ＳＰ９）。すなわち、図２に示すように基準カメラ位置Ｏをセンサ視点Ｏとする。そして、図２（ｂ）に示すように、ＸＺ平面において、Ｚ軸と、センサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）中心を結ぶ線分と、のなす角をθとする。また、図２（ｃ）に示すように、ＹＺ平面において、Ｚ軸と、センサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）中心を結ぶ線分と、のなす角をφとする。θ及びφは下記式（１）により求めることができる。なお、ここではθ（φ）は注目画素（ｉ，ｊ）の中心までの角度であるためｉ（ｊ）に対して１／２画素分を引いて（あるいは足して）いる。またｐは注目画素（ｉ，ｊ）の画素幅又は画素高さ、ｆは焦点距離である。
【００２５】
【数１】

【００２６】
また、投射距離Ｒ_ijは、センサ視点Ｏから、注目画素（ｉ，ｊ）から投影された微小投影面Ｆ_ijまでの距離であり、複数のカメラにおける同一注目画素（ｉ，ｊ）の視差値が距離Ｒ_ijとして計測される。これにより、注目画素（ｉ，ｊ）から投影された微小投影面Ｆ_ijの座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）が、極座標（Ｒ_ij，θ_ij，φ_ij）に変換される。
【００２７】
次に、投影対象Ｐにおける各注目画素（ｉ，ｊ）からの微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを計測する（ＳＰ１０）。ここで、センサ視点Ｏから見て注目画素（ｉ，ｊ）の幅ｐ（Ｘ方向）に相当する角度をΔθ、注目画素（ｉ，ｊ）の高さｐ（Ｙ方向）に相当する角度をΔφとする。注目画素（ｉ，ｊ）の幅（高さ）に相当する角度は下記式（２）により求めることができる。
【００２８】
【数２】

【００２９】
この注目画素（ｉ，ｊ）に映っている範囲が投射距離Ｒ_ijを持つものとすると、この部分の体積は半径Ｒ_ijの球のうちセンサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）の縁を結ぶ延長線により区切られた部分であると考えることができる。したがって、投影対象Ｐにおける各注目画素（ｉ，ｊ）からの微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijは、半径Ｒ_ijの球の表面積（４πＲ_ij ²）に対して表面積（Ｒ_ijΔθ_i・Ｒ_ijΔφ_j）となる。
【００３０】
次に、センサ視点Ｏを頂点とし、注目画素（ｉ，ｊ）を通過する投射距離Ｒ_ijを高さとし、注目画素（ｉ，ｊ）か投影された微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijを作成する。この微小錐体Ｃ_ijの体積（要素体積）Ｖ_ijは、下記式（３）によって求められる（ＳＰ１１）。
【００３１】
【数３】

【００３２】
これを全画素について積み上げることにより、即ち、下記式（４）により、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの空間（投射領域ＰＡ）について体積Ｖが計測される（ＳＰ１２）。
【００３３】
【数４】

【００３４】
計測された総体積Ｖは、総体積データメモリ６に格納される（ＳＰ１３）。なお、上述の例は３次元計測センサ１０としてステレオビジョンを適用した例であるが、レーザレンジファインダを適用した場合、レーザレンジファインダから得られる３次元座標計測データは、極座標であるため（ＳＰ８−ＹＥＳ）、極座標変換をする必要はない。
【００３５】
なお、本手法はカメラから見た投射対象Ｐ又は物体（計測対象Ｗ）までの空間体積（投射領域ＰＡ）を求めるものであり、投射対象Ｐの体積や、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡ内に存在する計測対象Ｗの体積を直接求めることはできない。しかし、カメラ位置が固定されているような場合には計測した空間体積の変化は計測対象Ｗの体積変化に等しくなる。
【００３６】
そこで、図４及び図５を用いて、計測対象Ｗの体積を計測する例について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、３次元計測センサ１０を固定し、投射対象Ｐとしての床面に向けて投射する。これにより、同図（ａ）中、点線で示されている投射領域ＰＡの空間体積Ｖが計測される（ＳＰ１〜ＳＰ１５）。
【００３７】
次に、同図（ｂ）に示すように、同一投射領域ＰＡ内における床面に計測対象Ｗを載置する。そして、床面及び計測対象Ｗの表面を投射対象Ｐ’とすることで、ＳＰ１〜ＳＰ１３の処理により、同図（ｂ）中、点線で示されている投射領域ＰＡ’の空間体積Ｖ’を計測する（ＳＰ２０）。同図（ａ）及び同図（ｂ）における投射領域ＰＡ，ＰＡ’の総体積Ｖ，Ｖ’を総体積データメモリ６から読み出す（ＳＰ２１）。そして、両総体積Ｖ，Ｖ’の差分を取ることで、計測対象Ｗの体積（Ｖ−Ｖ’）が計測される（ＳＰ２２）。
【００３８】
また図５〜図７を用いて、掘削や盛土作業における作業量の計測に適用する場合について説明する。図６に示すように、３次元計測センサ１０及び体積計測プログラムは、パワーショベル機１１に搭載されている。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、平らな地形では、その地面を投射対象Ｐとして、センサ視点Ｏから地面までの３次元空間である投射領域ＰＡ（図中点線の範囲）の空間体積Ｖを計測する。
【００４０】
次に、同図（ｂ）に示すように、所定量の土を掘削して穴１２（１２ａ）を形成した場合、投射対象Ｐａは、穴１２ａの底面及び内周壁並びに地面となり、同図（ａ）の投射領域ＰＡに比べ、同図（ｂ）の投射領域ＰＡａが掘削土の掘削量分体積が増加して（図中点線の範囲）、空間体積Ｖａが計測される。
【００４１】
この状態から更に掘削して穴１２ｂを形成すると、同図（ｃ）に示すように、投射対象Ｐｂは、穴１２ａの底面及び内周壁，穴１２ｂの底面及び内周壁，並びに地面となり、同図（ｂ）の投射領域ＰＡａに比べ、同図（ｃ）の投射領域ＰＡｂが掘削土の掘削量分体積が増加して（図中点線の範囲）、空間体積Ｖｂが計測される。
【００４２】
したがって、同図（ｂ）での掘削体積を計測する場合は、同図（ａ）と同図（ｂ）との空間体積Ｖ，Ｖａを比較してその差分（Ｖ−Ｖａ）をとることで計測される。また、同図（ｃ）での掘削体積を計測する場合は、同図（ａ）と同図（ｃ）との空間体積Ｖ，Ｖｂを比較してその差分（Ｖ−Ｖｂ）をとることで計測される。更に、同図（ｂ）から同図（ｃ）への掘削体積を計測する場合は、同図（ｂ）と同図（ｃ）との空間体積Ｖａ，Ｖｂを比較してその差分（Ｖａ−Ｖｂ）をとることで計測される。
【００４３】
これにより、掘削作業中に掘削土の体積を把握することができ、目標とする掘削体積まで正確に掘削することが可能となる。
【００４４】
次に、他の例について説明する。本例は、図８に示すように、複数（図では２台）の３次元計測センサ１０（１０ａ，１０ｂ）を計測対象Ｗの周囲に、計測対象Ｗから放射状に等角度で固定配置して計測対象Ｗの体積を計測する例である。
【００４５】
本例の３次元計測センサ１０は、平面方程式を用いて仮想的に投影対象面ＰＩを定義する。すなわち、センサ視点Ｏから仮想投影対象面ＰＩまでをセンサ１０の最大投射距離Ｒmax として予め設定しておき、実際に計測した投射距離Ｒ_ijが、最大投射距離Ｒmax を越えると、最大投射距離Ｒmax に変換処理する。これにより、各３次元計測センサ１０ａ，１０ｂの最大計測空間体積を設定し、投影領域ＰＡをＰＡ１とＰＡ２に分割するようにしている。
【００４６】
従って、図８（ａ）に示すように、床面に計測対象Ｗが載置されていない場合、一方の３次元計測センサ１０ａの投射対象Ｐ１は、投射された床面と床面から仮想的に垂設する仮想投影対象面ＰＩとなり、空間体積Ｖ１が計測される。同様に、他方の３次元計測センサ１０ｂの投射対象Ｐ２は、投射された床面と床面から仮想的に垂設する仮想投影対象面ＰＩとなり、空間体積Ｖ２が計測される。
【００４７】
そして、図８（ｂ）に示すような、円錐台又は角錐台を逆さにした計測対象Ｗを、両投射領域ＰＡ１，ＰＡ２に渡るように床面に載置する。そして、この計測対象Ｗに向けて両センサ１０ａ，１０ｂから投射すると、空間体積Ｖ１’及びＶ２’が計測される。そして、一方のセンサ１０ａ側では、空間体積Ｖ１と空間体積Ｖ１’の差分により、仮想投射対象面ｐＩを境界にして、計測対象Ｗの略右半部Ｗａの体積（Ｖ１−Ｖ１’）が計測される。同様に他方のセンサ１０ｂ側で空間体積Ｖ２と空間体積Ｖ２’の差分により、仮想投射対象面ＰＩを境界にして、計測対象Ｗの略左半部Ｗｂの体積（Ｖ２−Ｖ２’）が計測される。この略右半部の体積と略左半部の体積を合計することで、計測対象Ｗの体積Ｖを計測することが可能となる。
【００４８】
これにより、計測対象Ｗの周囲から死角のない状態で複数の計測を行うときに、各視野を基準点の位置関係から重複することのないように閉空間で構成し合成することとなるので、複雑な物体認識を必要とせず計測対象Ｗの体積を計算することが可能となる。
【００４９】
図８では、３次元計測センサ１０を２台用いた場合について説明したが、図９に示すように、３台用いてもよい。この場合、各センサの仮想投射対象面ＰＩ、すなわち平面方程式を各センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにつき２面定義することで、投射領域ＰＡａ，ＰＡｂ，ＰＡｃ及びその空間体積を３分割することができ、各投射領域ＰＡに渡るように計測対象Ｗを載置することで、三方から計測対象Ｗに投射して体積を計測し、これらを合計することで、上記と同様に計測対象Ｗの体積を計測することが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、計測する座標が多くなっても相互の位置関係から隣接点を探索し境界線を求める必要がなく、センサに応じた規則性のある配列情報に基づいて、順次必要な体積を計算できるので、行程が少なくアルゴリズムも簡素化することができる。また、計測地点の増加による処理速度の低下を回避でき、逆に計測地点数を多くすることが可能となり、計算精度の向上、リアルタイム性の向上も図れる。
【００５１】
また、複雑な形状をした物体についても、各計測地点について計測対象の内外のどちらに存在する点かの区別、どの領域が計測対象の表面なのかの認識や、面の方向などの判別が必要なく、アルゴリズムの簡素化と処理速度の向上が図れる。
【００５２】
また、実時間処理の可能性から、時々刻々と変化する環境の中で、実時間で判断しなければならない、遠隔操縦や自動化を図った作業機に関する作業プランニングや高速移動を可能とする無人車両等のナビゲーション等への適用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の体積計測プログラムを示す概略ブロック構成図である。
【図２】本発明の体積計測プログラムにおける体積計測原理を示す図である。
【図３】本発明の体積計測プログラムを示すフローチャートである。
【図４】平面上にある計測対象の体積算出方法の一例を示した図である。
【図５】計測対象の体積計測を示すフローチャートである。
【図６】本発明の体積計測プログラムをパワーショベル機に搭載した例を示す図である。
【図７】本発明の体積計測プログラムをパワーショベル機に搭載したときの掘削体積を計測する概略図である。
【図８】平面上にある計測対象の体積算出方法の他の例を示した図である。
【図９】平面上にある計測対象の体積算出方法の応用例を示した図である。
【図１０】従来の計算手法における計測点の扱い方を示した図である。
【図１１】対象物が複雑な形状の時に生じる問題点を示した図である。
１…体積計測プログラム
３…データ導出手段
４…要素体積計測手段
５…総体積計測手段
７…比較計測手段
１０…３次元計測センサ
（ｉ，ｊ）…注目画素
Ｃ_ij…微小錐体
Ｆ_ij…微小投影面
Ｏ…センサ視点
Ｐ…投射対象
ＰＡ…投射領域
Ｒ_ij…投射距離
Ｓ_ij…微小投影面積
Ｖ…総体積
Ｖ_ij…要素体積[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a volume measurement method that measures a volume using a three-dimensional measurement sensor that projects radially from a sensor viewpoint and measures the distance to the projection target, and a three-dimensional projection that projects radially from the sensor viewpoint to the projection target. The present invention relates to a volume measurement program that causes a computer to measure a volume using the three-dimensional data of the projection target measured based on a projection image obtained from a measurement sensor.
In particular, when there are working arms such as construction machinery and industrial robots, it is used for planning work plans and measuring the amount of work performed, and when mounted on unmanned mobile vehicles, the space to the obstacles. It is useful for deriving the command value for autonomous navigation by comparing the volume of the vehicle and its own volume. In this specification, the volume includes the volume (volume) of a space such as a projection area in addition to the volume of an object such as a measurement target.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as shown in FIG. 10 (a), coordinates (x, y, z) obtained from measurement values are projected onto the xy plane to divide the area from adjacent coordinates into a bottom surface, Constructing a triangle so as to cover the surface of the object by connecting adjacent coordinates to each other as shown in FIG. There is a method of making a prism that projects them and integrating the volume.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the method as shown in FIG. 10, the volume of the space cannot be measured. For example, in excavation work in a civil engineering business or the like, the volume of a hole formed by excavation cannot be measured. In this case, the conventional measuring method shown in FIG. 9 described above only measures the volume of excavated earth and sand, and if the excavated soil is thrown away at a different location each time, a plurality of measuring devices are required for that location. Thus, the measurement efficiency was deteriorated.
[0004]
In addition, the method as shown in FIG. 10 has a problem that as the number of coordinates to be measured increases, the amount of calculation for searching for an adjacent point from the mutual positional relationship and obtaining the boundary line increases rapidly. Therefore, a high-performance measuring device is required, which causes an increase in cost.
[0005]
Furthermore, as shown in FIG. 11, in the case of an object W in which the truncated cone or the truncated pyramid is inverted, when the coordinates a, b, c, d are simply projected onto the horizontal plane, the minute projected from the coordinates a, b. The volumes of the columnar bodies A and B can be accurately calculated, but in the minute columnar bodies C and D projected from the coordinates c and d, the volume can be calculated regardless of whether they exist inside or outside the object W. It becomes. Therefore, in order to avoid the appearance of this integration error, it is necessary to recognize which region is the surface of the object W with respect to the measured point, and a complicated process of determining the direction of the surface is necessary. There is a problem of becoming.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to achieve measurement of a spatial volume and to improve work efficiency of excavation work in a civil engineering business or the like. Another object is to increase the speed and cost of volume measurement processing. Furthermore, it is to improve the accuracy of volume measurement of the measurement target W.
[0007]
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, the volume measuring method according to claim 1 is a three-dimensional measurement that measures three-dimensional data of the projection target P from a projection image obtained by projecting radially from the sensor viewpoint O onto the projection target P. A volume measuring method for measuring a volume using a sensor 10,
Based on the three-dimensional data obtained from the three-dimensional measurement sensor 10, from the sensor viewpoint O to the minute projection plane F _ij on the projection target P on which the target pixel (i, j) in the projection image is projected. A data derivation step for deriving a projection distance R _ij and a micro projection area S _ij of the micro projection surface F _ij ;
And element volume measurement step of measuring an element volume V _ij of small pyramidal C _ij to the projection distance R _ij a bottom high counsel the minute projection plane F _ij an apex the sensor viewpoint O, and the element volume V _ij A total volume measuring step of integrating all the minute projection planes F _ij and measuring the total volume V of the projection area PA from the sensor viewpoint O to the projection target P;
It is characterized by comprising.
[0008]
The volume measurement method according to claim 2 is the volume measurement method according to claim 1, wherein the total volume V of the projection area PA measured without providing the measurement target W in the projection area PA, and the projection area. A comparison measurement step of measuring the volume of the measurement target W by comparing the total volume V of the projection area PA measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint O by providing the measurement target W in the PA. It is characterized by comprising.
[0009]
Furthermore, the volume measuring method according to claim 3 is the volume measuring method according to claim 1, wherein the total volume V of the projection area PA measured in the past is measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint O. A comparison measurement step of comparing the total volume V of the projection area PA and measuring the volume change amount is provided.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a volume measurement program that obtains three-dimensional data of the projection target P measured based on a projection image obtained from the three-dimensional measurement sensor 10 that projects radially from the sensor viewpoint O to the projection target P. A volume measurement program that uses a computer to measure the volume,
The computer,
Based on the three-dimensional data obtained from the three-dimensional measurement sensor 10, from the sensor viewpoint O to the minute projection plane F _ij on the projection target P on which the target pixel (i, j) in the projection image is projected. Data deriving means 3 for deriving the projection distance R _ij of the lens and the micro projection area S _ij of the micro projection surface F _ij ,
An element volume measuring means 4 for measuring an element volume V _ij of a minute cone C _{ij having} the sensor viewpoint O as a vertex, the projection distance R _ij as a height, and the minute projection plane F _ij as a bottom surface;
A total volume measuring means 5 for integrating the element volume V _ij to all the small projection planes F _ij and measuring the total volume V of the projection area PA from the sensor viewpoint O to the projection target P;
It is made to function as.
[0011]
Furthermore, the volume measurement program according to claim 5 is the volume measurement program according to claim 4, further comprising:
The total volume V of the projection area PA measured without providing the measurement object W in the projection area PA, and the measurement object W is provided in the projection area PA and projected from the same sensor viewpoint O in the same direction. The total volume V of the projected area PA thus compared is made to function as a comparative measuring means 7 for measuring the volume of the measuring object W.
[0012]
A volume measurement program according to claim 6 is the volume measurement program according to claim 4, further comprising:
The total volume V of the projection area PA measured in the past is compared with the total volume V of the current projection area PA measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint O, and the volume change amount is measured. It functions as the comparative measuring means 7.
[0013]
According to the above invention, the measurement of the spatial volume of the projection area PA can be realized. Further, since the volume change amount in the projection area PA can be measured, it can be applied to excavation work, transfer work, etc. using a work arm. Furthermore, since the volume of the measurement target W existing in the projection area PA can be measured, the measurement target W can be applied to independent running in an unmanned moving vehicle.
[0014]
Further, in the volume measurement of the measurement target W, each projection target P of the plurality of three-dimensional measurement sensors 10 is set as a preset virtual plane, and the projection area PA is set as an arbitrary closed space. Then, a plurality of three-dimensional measurement sensors 10 are arranged around the measurement target W so that the closed spaces do not overlap and are continuously joined. And the volume of the measuring object W is measurable by summing up each volume measured based on each sensor. Thereby, an accurate volume can be measured without the need to recognize the complicated shape of the measurement object W. The number of the three-dimensional measurement sensors 10 is preferably three or more. Also, by making the plane equation representing the virtual plane for each sensor the same, the measurement object W is centered around the measurement object W at equal intervals. It becomes possible to arrange.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, an embodiment of the volume measurement program of the present invention will be described with reference to FIGS. The volume measurement program is stored in a recording medium such as a ROM, HDD, CD-ROM, etc., and is connected to a computer (not shown) to use the three-dimensional data measured by the three-dimensional measurement sensor 10 to use a computer. This is a program that causes the volume to be measured. This volume measurement program is a program that causes a computer to function as each means 3, 4, 5, and 7 described later.
[0016]
The three-dimensional measurement sensor 10 is a sensor that measures three-dimensional data of the projection target P from a projection image obtained by projecting radially from the sensor viewpoint O to the projection target P, such as a stereo vision or a laser range finder. The three-dimensional measurement sensor 10 is connected to a computer, and as shown in FIG. 2, the three-dimensional coordinate data of each measurement point of the projection target P thus measured is stored in the three-dimensional data memory 2 shown in FIG. Is done.
[0017]
Based on the three-dimensional data obtained from the three-dimensional measurement sensor 10, the data deriving unit 3 projects the target pixel (i, j) in the projection image from the sensor viewpoint O as shown in FIG. deriving a fine projected area S _ij of projection distance R _ij and micro projection plane F _ij to micro projection surface F _ij above.
[0018]
As shown in FIG. 2, the element volume measuring means 4 is based on the derived data, and a micro cone C having a sensor viewpoint O as a vertex, a projection distance R _ij as a height, and a micro projection plane F _ij as a bottom surface. The volume of _ij (hereinafter referred to as element volume V _ij ) is measured.
[0019]
The total volume measuring means 5 integrates the element volume V _ij to all the microprojection planes F _ij , that is, integrates the element volumes V _ij of each micro cone C _ij , and projects the projection target P from the sensor viewpoint O. The total volume V in the projection area PA up to is measured. Thereby, since the area _| region which adjacent micro cone _Cij occupies is defined without a space | gap without overlapping in space, it can measure as a partial volume of a sphere based on the radius and spread angle according to distance, By integrating them, it is possible to easily measure the volume up to the projection target surface P.
[0020]
The comparative measurement means 7 projects the total volume V of the projection area PA measured without providing the measurement object W in the projection area PA and the measurement object W in the projection area PA from the same sensor viewpoint O in the same direction. The total volume V of the projection area PA measured in this way is compared, and the volume of the measurement target W is measured. Moreover, the total volume V of the projection area PA measured in the past is compared with the total volume V of the current projection area PA measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint O, and the volume change amount is measured. To do.
[0021]
FIGS. 2A to 2C are principle diagrams when stereo vision is applied as the three-dimensional measurement sensor 10, and when the same subject (measurement target W) is photographed by a plurality of sensors 10, FIG. It shows an example in the case of applying to stereo vision that calculates three-dimensional data from image shift caused by positional relationship. FIG. 3 is a flowchart thereof.
[0022]
In the stereo vision 10, the obtained distance image is displayed based on the CCD pixel array of the reference camera because the distance image is displayed with a luminance value for each pixel of the CCD. First, the three-dimensional coordinate measurement data (X _ij , Y _ij , Z _ij ) obtained from the obtained distance image is read (SP1).
[0023]
Next, each read three-dimensional coordinate measurement data (X _ij , Y _ij , Z _ij ) is extracted from the three-dimensional data memory 2 for each pixel (SP2 to SP8).
[0024]
Next, in the stereo vision 10, since the three-dimensional coordinate measurement data of the extracted pixel (i, j) is not polar coordinates (SP8-NO), it is converted to polar coordinates (SP9). That is, the reference camera position O is set as the sensor viewpoint O as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2B, the angle formed by the Z axis and the line segment connecting the sensor viewpoint O and the center of the target pixel (i, j) in the XZ plane is defined as θ. Further, as shown in FIG. 2C, the angle formed by the Z axis and a line segment connecting the sensor viewpoint O and the center of the target pixel (i, j) in the YZ plane is φ. θ and φ can be obtained by the following equation (1). Here, θ (φ) is an angle to the center of the pixel of interest (i, j), and therefore ½ pixel is subtracted (or added) to i (j). P is the pixel width or pixel height of the pixel of interest (i, j), and f is the focal length.
[0025]
[Expression 1]

[0026]
The projection distance R _ij is a distance from the sensor viewpoint O to the microprojection plane F _ij projected from the target pixel (i, j), and the parallax value of the same target pixel (i, j) in a plurality of cameras. Is measured as the distance R _ij . As a result, the coordinates (X _ij , Y _ij , Z _ij ) of the minute projection plane F _ij projected from the target pixel (i, j) are converted into polar coordinates (R _ij , θ _ij , φ _ij ).
[0027]
Next, to measure the very small projected area S _ij of the minute projection plane F _ij from each target pixel (i, j) in the projection target P (SP10). Here, when viewed from the sensor viewpoint O, an angle corresponding to the width p (X direction) of the target pixel (i, j) is Δθ, and an angle corresponding to the height p (Y direction) of the target pixel (i, j). Let Δφ. An angle corresponding to the width (height) of the pixel of interest (i, j) can be obtained by the following equation (2).
[0028]
[Expression 2]

[0029]
Assuming that the range reflected in the pixel of interest (i, j) has a projection distance R _ij , the volume of this part is the edge of the sensor viewpoint O and the pixel of interest (i, j) of the sphere of radius R _ij. It can be considered that it is a part delimited by an extended line. Therefore, the microprojection area S _ij of the microprojection plane F _ij from each target pixel (i, j) in the projection target P is the surface area (R _ij Δθ _i ) with respect to the surface area (4πR _ij ² ) of the sphere having the radius R _ij. R _ij Δφ _j )
[0030]
Next, a micro cone having a sensor viewpoint O as a vertex, a projection distance R _ij passing through the target pixel (i, j) as a height, and a micro projection plane F _ij projected from the target pixel (i, j) as a bottom surface. Create the field C _ij . The volume (element volume) V _ij of the minute cone C _ij is obtained by the following equation (3) (SP11).
[0031]
[Equation 3]

[0032]
By accumulating this for all the pixels, that is, the volume V is measured for the space (projection area PA) from the sensor viewpoint O to the projection target P by the following equation (4) (SP12).
[0033]
[Expression 4]

[0034]
The measured total volume V is stored in the total volume data memory 6 (SP13). The above example is an example in which stereo vision is applied as the three-dimensional measurement sensor 10, but when the laser range finder is applied, the three-dimensional coordinate measurement data obtained from the laser range finder is polar coordinates (SP8- YES), there is no need to convert polar coordinates.
[0035]
In addition, this method calculates | requires the space volume (projection area PA) to the projection target P or the object (measurement target W) seen from the camera, The volume of the projection target P, or the sensor viewpoint O to the projection target P The volume of the measurement target W existing in the projection area PA cannot be obtained directly. However, when the camera position is fixed, the measured change in the spatial volume is equal to the change in the volume of the measurement target W.
[0036]
Therefore, an example in which the volume of the measurement target W is measured will be described with reference to FIGS. 4 and 5. First, as shown in FIG. 4A, the three-dimensional measurement sensor 10 is fixed and projected toward the floor as the projection target P. Thereby, the spatial volume V of the projection area | region PA shown with the dotted line in the figure (a) is measured (SP1-SP15).
[0037]
Next, as shown in FIG. 5B, the measurement target W is placed on the floor surface in the same projection area PA. And by setting the floor surface and the surface of the measurement target W as the projection target P ′, the spatial volume V ′ of the projection area PA ′ indicated by the dotted line in FIG. Measure (SP20). The total volumes V and V ′ of the projection areas PA and PA ′ in FIG. 10A and FIG. 10B are read from the total volume data memory 6 (SP21). And the volume (VV ') of the measurement object W is measured by taking the difference of both total volume V and V' (SP22).
[0038]
Moreover, the case where it applies to the measurement of the work amount in excavation and embankment work is demonstrated using FIGS. As shown in FIG. 6, the three-dimensional measurement sensor 10 and the volume measurement program are mounted on the power shovel machine 11.
[0039]
First, as shown in FIG. 7A, in flat terrain, the ground volume is a projection target P, and the spatial volume of the projection area PA (the range of the dotted line in the figure) that is a three-dimensional space from the sensor viewpoint O to the ground. V is measured.
[0040]
Next, when a predetermined amount of soil is excavated to form the hole 12 (12a) as shown in FIG. 5B, the projection object Pa becomes the bottom surface, the inner peripheral wall, and the ground of the hole 12a. Compared to the projection area PA of a), the projection area PAa of FIG. 10B increases in volume by the excavation amount of the excavated soil (range of the dotted line in the figure), and the spatial volume Va is measured.
[0041]
When the hole 12b is formed by further excavation from this state, the projection target Pb becomes the bottom surface and inner peripheral wall of the hole 12a, the bottom surface and inner peripheral wall of the hole 12b, and the ground as shown in FIG. Compared with the projection area PAa in (b), the volume of the projection area PAb in the figure (c) is increased by the excavation amount of the excavated soil (range of the dotted line in the figure), and the spatial volume Vb is measured.
[0042]
Therefore, when measuring the excavation volume in the same figure (b), the spatial volume V and Va of the same figure (a) and the same figure (b) are compared, and the difference (V-Va) is taken. It is measured. In the case of measuring the excavation volume in FIG. 10C, the spatial volumes V and Vb in FIG. 10A and FIG. 9C are compared and the difference (V−Vb) is obtained. It is measured. Furthermore, when measuring the excavation volume from FIG. 10B to FIG. 10C, the spatial volumes Va and Vb between FIG. 10B and FIG. 9C are compared and the difference (Va− It is measured by taking Vb).
[0043]
Thereby, the volume of excavated soil can be grasped during excavation work, and it becomes possible to excavate accurately to the target excavation volume.
[0044]
Next, another example will be described. In this example, as shown in FIG. 8, a plurality (two in the figure) of three-dimensional measurement sensors 10 (10a, 10b) are fixedly arranged around the measurement target W radially from the measurement target W at an equal angle. This is an example of measuring the volume of the measurement target W.
[0045]
The three-dimensional measurement sensor 10 of this example virtually defines the projection target surface PI using a plane equation. That is, from the sensor viewpoint O to the virtual projection target surface PI is preset as the maximum projection distance Rmax of the sensor 10, and when the actually measured projection distance R _ij exceeds the maximum projection distance Rmax, the maximum projection distance Rmax is obtained. Convert it. Thus, the maximum measurement space volume of each of the three-dimensional measurement sensors 10a and 10b is set, and the projection area PA is divided into PA1 and PA2.
[0046]
Therefore, as shown in FIG. 8A, when the measurement target W is not placed on the floor surface, the projection target P1 of the one three-dimensional measurement sensor 10a is virtual from the projected floor surface and the floor surface. The virtual projection target surface PI is suspended, and the spatial volume V1 is measured. Similarly, the projection target P2 of the other three-dimensional measurement sensor 10b is a projected floor surface and a virtual projection target surface PI that is virtually suspended from the floor surface, and the spatial volume V2 is measured.
[0047]
Then, as shown in FIG. 8B, the measurement target W with the inverted truncated cone or truncated pyramid is placed on the floor so as to extend over both projection areas PA1, PA2. And if it projects from both sensors 10a and 10b toward this measuring object W, space volume V1 'and V2' will be measured. On the one sensor 10a side, the volume (V1-V1 ') of the substantially right half Wa of the measurement target W is measured with the virtual projection target plane pI as a boundary, based on the difference between the spatial volume V1 and the spatial volume V1'. Is done. Similarly, on the other sensor 10b side, the volume (V2−V2 ′) of the substantially left half Wb of the measurement target W is measured by using the difference between the spatial volume V2 and the spatial volume V2 ′ with the virtual projection target surface PI as a boundary. The By summing the volume of the substantially right half and the volume of the substantially left half, the volume V of the measurement target W can be measured.
[0048]
As a result, when performing a plurality of measurements from the periphery of the measurement target W without a blind spot, each visual field is configured and synthesized in a closed space so as not to overlap due to the positional relationship of the reference points. It is possible to calculate the volume of the measurement target W without requiring complicated object recognition.
[0049]
Although the case where two three-dimensional measurement sensors 10 are used has been described with reference to FIG. 8, three units may be used as shown in FIG. In this case, the virtual projection target surface PI of each sensor, that is, the plane equation is defined by two surfaces for each sensor 10A, 10B, 10C, so that the projection areas PAa, PAb, PAc and their spatial volumes can be divided into three, By placing the measurement target W over the projection areas PA, the volume is measured by projecting from three directions onto the measurement target W, and the volume of the measurement target W is measured in the same manner as described above. It becomes possible to do.
[0050]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, even when the number of coordinates to be measured increases, there is no need to search for neighboring points from the mutual positional relationship to obtain a boundary line, and there is a regular arrangement according to the sensor. Since the necessary volume can be calculated sequentially based on the information, the process can be reduced and the algorithm can be simplified. In addition, a decrease in processing speed due to an increase in the number of measurement points can be avoided, and conversely, the number of measurement points can be increased, thereby improving calculation accuracy and real-time characteristics.
[0051]
In addition, for objects with complicated shapes, it is necessary to distinguish between the measurement points inside and outside the measurement target, to recognize which area is the surface of the measurement target, and to determine the direction of the surface, etc. Therefore, the algorithm can be simplified and the processing speed can be improved.
[0052]
In addition, because of the possibility of real-time processing, unmanned vehicles that enable work planning and high-speed movement related to remotely operated and automated work machines that must be judged in real time in an environment that changes from moment to moment It is also possible to apply to navigation etc.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a volume measurement program of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the principle of volume measurement in the volume measurement program of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing a volume measurement program of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method for calculating a volume of a measurement target on a plane.
FIG. 5 is a flowchart showing volume measurement of a measurement target.
FIG. 6 is a diagram showing an example in which the volume measurement program of the present invention is installed in a power shovel machine.
FIG. 7 is a schematic diagram for measuring the excavation volume when the volume measurement program of the present invention is mounted on a power shovel machine.
FIG. 8 is a diagram showing another example of a method for calculating a volume of a measurement target on a plane.
FIG. 9 is a diagram showing an application example of a method for calculating a volume of a measurement target on a plane.
FIG. 10 is a diagram showing how to handle measurement points in a conventional calculation method.
FIG. 11 is a diagram illustrating a problem that occurs when an object has a complicated shape.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Volume measurement program 3 ... Data derivation means 4 ... Element volume measurement means 5 ... Total volume measurement means 7 ... Comparison measurement means 10 ... Three-dimensional measurement sensor (i, j) ... Pixel of interest _Cij ... Micro cone _Fij ... Small projection plane O ... Sensor viewpoint P ... Projection target PA ... Projection area _Rij ... Projection distance _Sij ... Small projection area V ... Total volume _Vij ... Element volume

Claims

A volume measurement method for measuring a volume using a three-dimensional measurement sensor that measures three-dimensional data of the projection target from a projection image obtained by projecting the projection target radially from a sensor viewpoint,
Based on the three-dimensional data obtained from the three-dimensional measurement sensor, the projection distance from the sensor viewpoint to the microprojection surface on the projection target onto which the target pixel in the projection image is projected, and the microprojection surface is microscopic. A data derivation step for deriving a projected area;
An element volume measuring step of measuring an element volume of a micro cone having the sensor viewpoint as a vertex and the projection distance as a height and the micro projection surface as a bottom surface;
A total volume measurement step of integrating the element volume up to all the microprojection planes and measuring the total volume of the projection region from the sensor viewpoint to the projection target;
The volume measuring method characterized by comprising.

The total volume of the projection area measured without providing a measurement target in the projection area, and the total volume of the projection area measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint by providing the measurement target in the projection area The volume measurement method according to claim 1, further comprising a comparison measurement step of measuring the volume of the measurement target.

Comparing the total volume of the projection area measured in the past with the total volume of the current projection area measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint, and measuring the volume change amount The volume measuring method according to claim 1, wherein:

A volume measurement program that causes a computer to measure a volume using the three-dimensional data of the projection target measured based on a projection image obtained from a three-dimensional measurement sensor that projects radially from the sensor viewpoint onto the projection target,
The computer,
Based on the three-dimensional data obtained from the three-dimensional measurement sensor, the projection distance from the sensor viewpoint to the microprojection surface on the projection target onto which the target pixel in the projection image is projected, and the microprojection surface is microscopic. Data deriving means for deriving the projected area;
An element volume measuring means for measuring an element volume of a micro cone having the sensor viewpoint as a vertex and the projection distance as a height and the micro projection surface as a bottom surface;
A total volume measuring means for integrating the element volume up to all the microprojection surfaces and measuring the total volume of the projection area from the sensor viewpoint to the projection target;
A volume measurement program characterized by functioning as

Said computer further
The total volume of the projection area measured without providing a measurement target in the projection area, and the total volume of the projection area measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint by providing the measurement target in the projection area The volume measurement program according to claim 4, wherein the volume measurement program is made to function as a comparison measurement unit that measures the volume of the measurement target.

Said computer further
Functions as a comparative measurement means that compares the total volume of the projection area measured in the past with the total volume of the current projection area measured by projecting in the same direction from the same sensor viewpoint, and measures the volume change amount The volume measurement program according to claim 4, wherein: