JP4918830B2 - 位置計測システム - Google Patents
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Description
本発明の目的は、対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる位置計測システムを提供することにある。
(実施例1)
図1は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。図示のように、本位置計測システムは、互いの位置関係が判明している4個のLED光源1〜4と、各光源からの光を透過して球面収差により光リング像11を形成する光学レンズ系12と、光学レンズ系12により形成された光リング像11を検出する撮像素子としてのイメージセンサ13と、イメージセンサ13により検出された光リング像11の検出情報および各光源の位置関係に基づいて各光源の位置を計測する演算装置14とを備える。
以上の原理の詳細は前述の特許文献1に記載のとおりである。
まず、センサ座標系とマーカー座標系の関係を示す。実空間の3次元座標点Mがカメラ(イメージセンサ)の2次元画像上の点mに射影されるとすると、次式のように表される。以下において、Cはカメラ行列、Pはカメラの内部行列、Rは回転行列、tは並進ベクトルである。
上記の実施例では長方形カードの頂点にLED光源を配置し、長辺と短辺の位置をあらかじめ決定することでLED光源とリング像との対応を取ったが、正方形の頂点にLEDを配置することでも同様に光源の3次元位置を測定できる。その場合には、光源とリング像との対応関係をとる必要がなくなり、隣の光源との距離は常に一定のLであるとすることができるので、どのような回転角度であっても簡易に光源位置および方向を計測することが可能となる。
式(8)を式(2)に代入することで、式(2)の右辺第1式を算出することができる。即ち、回転行列Rと平行移動ベクトルtを算出することができる。
図6は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、再帰反射板を用いて対象物の位置を計測するものである。本実施例は、実施例1における光源の代わりに再帰反射板61〜64を備え、かつ再帰反射板61〜64を照明するための照明装置65を備える点で上記実施例1と異なるが、その他の構成および動作については実施例1と同様である。本実施例では、再帰反射板61〜64は直径1cmの円形に切断し、これを4個正方形の部材(カード)60の4隅に貼り付ける。照明装置65は、光学レンズ系12およびイメージセンサ13を備えたカメラ10のすぐ横に配置される。本例の照明装置65は多数のLEDを配列して構成されるが、これに限定されずLED以外の光源を用いてもよい。位置計測時に、照明装置65からカード60の方向に光を放射させる。再帰反射板61〜64は到着した光を、その光が来た方向に反射する性質を持つので、比較的強い光をカメラ10の方向に反射する。そのため再帰反射板61〜64はLED光源と同様の役割を果たし、実施例1で説明したのと同様の方法により、再帰反射板の3次元位置を計測することができる。
図7は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、複数の矩形部材(カード)の四隅にそれぞれ4個のLED光源を配置し、各カードのLED光源の発光を順次制御することで複数のカードの位置を計測するものである。各カードはそれぞれ識別番号(ID番号)を有し、ID番号毎に各カードに配置された光源の発光を制御する。本実施例では、図示のように、カメラ10に接続された発光信号送信装置71を備える。複数のカード71,72は、それぞれID番号としてID−1,ID−2を持ち、発光信号送信装置71からの無線信号を受信する受信器74,75と、受信器74,75からの信号によりLED光源11〜14,21〜24を発光させる発光制御装置76,77とを備える。発光信号送信装置71は、イメージセンサ13の撮像フレームに同期して、発光させるべきカードのID番号を無線で送信する。受信器74または75は、発光信号送信装置71からの信号を受信し、発光制御装置76または77により当該カードのLED光源を発光させる。この場合、カメラ(イメージセンサ)の撮像フレームに同期してID番号順に4個のLEDを同時に発光させる。カメラによる撮像イメージは、前述の図4と同様な画像となる。これに基づいてID番号ごとにLED光源の3次元位置を計測する。多数個のカードに対してもフレームごとにその3次元位置を計測することができる。その計測方法は実施例1の場合と同様に行うことができる。
図8(a)、(b)は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、位置計測用のLED光源とは別のLED光源の配置位置をID番号とするものである。本実施例では、図8(a)に示すように、矩形部材(長方形カード)80の四隅に配置した位置計測用の4個のLED光源81〜84と、その長方形内にID番号用の2個のLED光源85,86とを配置する。この2個のLED光源85,86が四隅の4個のLED光源81〜84に対して、どの位置に存在するかをイメージセンサ画像から算出し、カード80のID番号を読み取る。本実施例の長方形カード80は、図8(a)のように、四隅以外の領域の21箇所にID番号用のLED光源を取り付けることができるようにした。このようにLED光源を設置してID番号とすると、その識別可能なID番号の総数は、21C2=210となり、210番までIDを付与することができる。
5,60 矩形部材(カード)
6 発光制御装置
10 カメラ
11 光リング像
12 光学レンズ系
13 イメージセンサ
14 演算装置
61〜64 再帰反射板
65 照明装置
71 発光信号送信装置
74 受信器
Claims (8)
- 互いの位置関係が判明している4個以上の光源と、前記各光源からの光を透過して球面収差により前記各光源の光リング像を形成する光学レンズ系と、前記光学レンズ系により形成された前記各光源の光リング像を検出する撮像素子と、前記撮像素子により検出された前記各光源の光リング像の検出情報および前記各光源の位置関係に基づいて前記各光源の位置を計測する演算装置とを備え、前記光学レンズ系が、球面側を向かい合わせに配置した2つの半球レンズを備えたことを特徴とする位置計測システム。
- 前記光源が同一平面上に存在する4個の光源であり、前記各光源が矩形部材の4つの頂点位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項1に記載の位置計測システム。
- 前記光リング像が、円形状または楕円形状を有することを特徴とする請求項1または2に記載の位置計測システム。
- 前記4個以上の光源が1つの部材に配置され、前記部材が対象物に搭載されることを特徴とする請求項1に記載の位置計測システム。
- 前記4個以上の光源がそれぞれ複数の部材に配置され、前記複数の部材がそれぞれ識別番号を有し、前記識別番号毎に前記部材に配置された光源の発光を制御することを特徴とする請求項1に記載の位置計測システム。
- 前記部材に前記識別番号用の1つまたは複数の光源が配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られることを特徴とする請求項5に記載の位置計測システム。
- 前記部材が矩形状であり、前記4個以上の光源が前記矩形状の部材の頂点にそれぞれ配置され、前記識別番号用の1つまたは複数の光源が前記矩形状の部材の領域内に配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られることを特徴とする請求項5に記載の位置計測システム。
- 前記光源の代わりに再帰反射板を備え、かつ前記再帰反射板を照明するための照明装置を備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の位置計測システム。
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