JP5048204B2 - 光測定システムにおける測定ポイントを識別する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、度量衡の分野内に入り、第１独立請求項の属部分に従った方法に関するものである。この方法は、光測定システムにおける測定スポットを識別するために使用される。
【０００２】
（背景技術）
特に３次元空間における物体の位置および方位を求めるために、しかしさらに、２次元変形または３次元形状を求めるためにも、光測定システムが使用される。この目的のために、光測定装置、例えばカメラ、レーザ測定装置（例えばレーザトラッカ）、またはこれらの組合せを測定対象である物体に向けて照準を定め、物体表面上の選択したポイント（測定ポイント）の空間位置を登録する。次に、このような登録から得たデータを適切な計算にかけ、そこから、選択したポイントの空間位置に関するデータを求め、さらにそこから物体の位置および方位に関する情報や、その他の情報を推定する
【０００３】
通常、物体上の選択したポイントはターゲットで印される。これらのターゲットは能動的、すなわち発光ターゲット（例えば発光ダイオード）、あるいは受動的、すなわち光反射ターゲット（例えば反射装置、黒い背景上の白いスポット、白い背景上の黒いスポット、または物体上に投射された光スポット）であってよい。
【０００４】
ほとんどの場合、所望の情報の計算を可能にする十分なデータを入手するために複数のポイントが必要であるため、測定ポイントの登録が実際の測定ポイントと絶対的に相関する。この相関は、選択的に照射されたターゲットの連続測定により、または作業者による画像の照合により、あるいは各測定ポイントに独特な、機械読み取り可能な識別を与えることにより実現される。このような機械読み取り可能な識別は、測定ポイントの所定の形状パターンの測定ポイントの位置であってよく、または測定ポイントを印すターゲットに関連付けることもできる。
【０００５】
最新技術によれば、ターゲットに関連付けられた識別は、例えば、ターゲット付近に配置された黒白のコードパターンによって実現され、通常、テンプレート照合（画像照合）により解読される。このようなコードパターンは、例えば円形セグメントコードまたは円形ドットコードであり、これらのコードはバイナリであり、すなわち、各コード特徴位置に対して、コード特徴（例えばセグメントまたはドット）がある場合は“１”を意味し、コード特徴がない場合は“０”を意味する。
【０００６】
このような識別システムにはいくつか欠点がある。コードはバイナリであるために順列の数が比較的少なく、多数のターゲットを識別するために多数のコード特徴（セグメントまたはドット）が必要となる。誤識別を防止するために、コード特徴を、別個に記録されるように、つまり多数のこうした特徴が広い空間を必要とするように、すなわちターゲット密度を規制するように配置しなければならない。コード特徴は存在するか存在しないかのいずれかであるため、存在するターゲットのみを測定に使用できる。このような識別パターンの機械読み取りには、多数の特徴（例えばコードセグメントまたはドット）の記録および分析が必要である。さらに、テンプレート照合による解読には、相当な計算機能が必要となる。
【０００７】
（発明の開示）
本発明の目的は、光測定システムにおいてポイント識別を測定する方法を提供することであり、該測定ポイント識別方法により、従来のコード特徴のパターンを使用した、ターゲットに関連付けられた識別について上述した欠点が減少する。特に、本発明の測定ポイント識別方法は非常に万能的な使用が可能であり、識別情報の他にも、さらに有益な情報を供給するための適応が容易にでき、また、テンプレート照合方法だけでなく、これ以外のより計算集中的でない方法によっても「読み取り可能」である。
【０００８】
本目的は、請求項に定義している通りの、光測定システムにおける測定ポイント識別の方法によって達成される。
【０００９】
本発明の方法によれば、測定ポイントは、１つまたはそれ以上のターゲットの補助によって印され、この場合、各ターゲットは特定の強度および／または大きさを有する。これは、各測定ポイントが、測定ポイント内に実質的に位置決めされたターゲットの強度および／または大きさ、または事前定義したパターンに配置された複数のターゲットのいずれかによって識別され、ターゲットのパターンは、測定ポイントと事前定義した関係で位置決めされており、また、その異なる強度および／または大きさによって測定ポイントの識別を符号化する。
【００１０】
異なる強度のターゲットは、例えば、異なる量のエネルギーを発する発光手段、または輝度の異なる（黒白の代わりの、またはさらに追加としての複数の色調の灰色、異なる強度の特定の色の）受動的ターゲットとして実現される。大きさの異なるターゲットは、例えば発光手段の蓄積で構成された能動的ターゲットとして、または反射性の、あるいは、サイズの異なる、黒い背景上の白いスポット、もしくは白い背景上の黒いスポットの形態の受動的ターゲットとして実現される。
【００１１】
ターゲットは、画素検出装置（例えばＣＣＤ検出装置）によって記録される。すなわち、画素画像として約１０〜１００の画素を有益に備えている。ターゲットの強度および／または大きさは、ターゲットの画素画像内に含まれる全ての画素の強度を合計することで求められ（所定限度よりも上または下の強度を示す）、また、ターゲットの大きさは、ターゲットの画素内に含まれる画素の数を数えることで求められ、さらに、強度は、最大（または最小）強度を示す画像の１つの画素が感知した強度を求めることで求めることができる。
【００１２】
写真測量法の場合には、画素検出装置上のターゲット画像の正確な位置を表す画像の重心を求めるためにも、ターゲットの強度および／大きさを求めるために記録するべき全てのデータを記録する必要がある。これは、追加のデータを入手する必要なく、識別が可能であることを意味する。
【００１３】
異なる強度および／または大きさを有する複数のターゲットの識別符号化パターンの画素画像は、従来の測定ポイントに関連付けられたコードパターンの画像の場合に行うのと同様の方法でのテンプレート照合によって解読することもできる。さらに、「手作業による」識別も可能である。
【００１４】
従来の測定ポイント識別方法と比較した場合の本発明の測定ポイント識別方法の利点は、特に、まずターゲットを欠く必要が全くなく（ゼロ強度またはゼロの大きさは使用しないことが好ましい）、また、２等級の強度および／または大きさよりも高い等級が可能であるため、バイナリコードよりも高いコードが可能になり、これによりより多い数の順列が可能になるという事実によるものである。
【００１５】
上述した短い記述から、本発明のターゲット識別の方法の使用範囲が非常に広いことがわかる。各測定ポイントは、特定の強度および／または大きさの１つのターゲット、または、事前定義されたパターンで配置された複数のターゲットによって記されることができ、該複数のターゲットの各ターゲットが特定の強度および／または大きさを有し、該パターンは測定ポイントの識別を符号化している。符号化ターゲットパターンの全てのターゲットは測定ポイントを表すことができるため、全体としてのパターンが、識別情報の他に、さらに有益な情報、例えば、測定ポイントの空間方位、または測定ポイントが位置決めされている表面の空間方位に関する情報を提供するための適切な手段を構成する。
【００１６】
本発明の測定ポイント識別方法について、図面を伴ってさらに説明する。
【００１７】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、特定の強度と大きさを持つターゲット画像を表す暗い背景２上の明るい点１よりも上と、ターゲット画像にかけての強度分布Ｉ、および、ターゲット画像の範囲内において画素検出装置の画素Ｐｉが感知した強度Ｉｉよりも下とを示す。上述したように、画像の強度および／または大きさは、スポット画像内にある画素Ｐｉの強度Ｉｉの分析により求めることができる。大きさを求めるためには、スポット画像内の画素Ｐ_ｉの数だけを求めればよく、また、強度を求めるためには、画素Ｐ_Ｍが感知した最大強度Ｉ_Ｍを登録するだけで十分である。
【００１８】
図２は、測定ポイントを印す中心ターゲット５の周囲に見られる識別ターゲット４の例証的な４つの円形配置３を示す。識別ターゲット４は、３^７、すなわち２１８７個の順列を可能にする３つの異なる大きさを有する。さらに、常に図２に示す大きさにするのではなく、異なるパターン３における異なる大きさにすることで、中心ターゲット５を識別コード内に含めることも可能である。
【００１９】
このようなコードドットの１組の配置におけるコードドットパターンは、図２に示す１組の配置から判断されるため、常に同じにする必要はない。１組の配置が異なるパターンを有することが極めて可能である。
【００２０】
図２に示すパターンは、例えば、黒白、白黒、または適当な対比色のパターンを示すスティッカーとして実現でき、また、コードドットは反射性材料から作ることができる。
【００２１】
図３は、図２のものと類似の７つの識別ターゲット４を有する識別パターン３を示すが、この場合は、測定ポイントを印す中心ターゲット（５）がない。識別ターゲット３が測定ポイントターゲットのように扱われる場合には、測定ポイント識別を求める他にも、配置の画素画像から得たデータを、さらに配置中心部（測定ポイント）の空間位置、配置の方位（測定ポイントの空間方位、または各々の測定ポイントが位置決めされる表面の空間方位）を求めるために使用することができる。
【００２２】
図４は、本発明の測定ポイント識別方法で使用するターゲット配置のさらなる例証的実施形態を示す。このターゲット配置は、リング状に配置し、異なる大きさのレジスタ１１と並列に配線した発光ダイオード１０を備える。異なる３つのレジスタタイプを使用することで、ダイオードからの異なる３つの発光強度が得られる。図４に示すような配置を使用することで、図３に示す配置と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ターゲットの強度および／または大きさを、このようなターゲットの１つの画素画像から求める図である。
【図２】 図２は、各々が大きさの異なる７つの受動的識別ターゲットを備えた４つのコードパターンを示す。
【図３】 図３は、測定ポイントの識別を符号化し、さらに測定ポイントの空間位置および方位を定義するための受動的ターゲットの配置の１例を示す。
【図４】 図４は、図３のパターンと実質的に同じ方法で、測定ポイントの識別を符号化する能動的ターゲットの配置の１例を示す。

Claims (13)

1. 光測定システムにおける測定ポイントを識別する方法であって、前記システムでは、測定ポイントを印すために複数の能動的または受動的ターゲットが使用され、
   １つまたは複数のターゲット（４、１０）が各々の測定ポイントに関連付けられ、前記ターゲットが異なる強度および／または異なる大きさを有し、また、前記測定ポイントを識別するために、前記ターゲット（４、１０）の強度および／または大きさが登録され、
   前記ターゲット（４）の少なくとも１つが、暗い背景上の明るい点であって、２等級よりも高い等級の強度を有する陰影のスポットであることを特徴とする方法。
2. 前記ターゲット（４、１０）が画素画像（１）内で画像化され、１つのターゲットの前記画素画像（１）の強度および／または大きさは、１つのターゲット画像内に含まれる画素（Ｐ_ｉ）が感知した強度（Ｉ_ｉ）を合計することにより、または、１つのターゲットの画像（１）内にある画素（Ｐ_ｉ）を数えることにより、または１つのターゲットの画像（１）内にある画素（Ｐ_Ｍ）の１つが感知した最大強度（Ｉ_Ｍ）を決定することにより求められることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ターゲット（１０）が、異なる量の光エネルギーを発する発光手段であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記ターゲット（４）が、光反射スポットであり、前記スポットが異なる大きさを有することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ターゲットが、白または黒の背景上の異なる陰影の灰色のスポットであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
6. 各測定ポイントに対して１つのターゲットが関連付けられ、前記測定ポイントの識別が、前記測定ポイントと関連付けられた前記ターゲットの特定の強度および／または大きさによって符号化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 各測定ポイントに対して複数のターゲット（４、１０）が関連付けられ、前記複数のターゲット（４、１０）が、所定のパターン（３）に配置され、前記測定ポイントの識別が、前記パターン（３）における前記ターゲット（４、１０）の特定の強度および／または大きさによって符号化されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
8. 測定ポイントの前記空間位置および／または方位を計算するために、前記測定ポイントに関連付けられた前記ターゲットパターン（３）内の前記ターゲット（４、１０）の前記空間位置が求められることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 各々が光測定システムにおける識別ポイントを識別するべく機能する、複数のターゲット（４、１０）の配置の組であって、各配置の前記ターゲット（４、１０）が、同じパターン（３）または異なるパターン内で配置され、前記ターゲット（４、１０）が異なる強度および／または大きさを有し、前記ターゲット（４）の少なくとも１つが、暗い背景上の明るい点であって、２等級よりも高い等級の強度を有する陰影のスポットであることを特徴とする配置の組。
10. 前記ターゲットパターン（３）が円形であることを特徴とする請求項９に記載の配置の組。
11. 前記ターゲット（１０）が、異なる量の光エネルギーを発する発光手段であることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１項に記載の配置の組。
12. 前記ターゲット（４）が異なる大きさの光反射スポットであることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１項に記載の配置の組。
13. 前記ターゲット（４）が、白または黒の背景上に置かれた異なる灰色の陰影のスポットであることを特徴とする請求項９または１０のいずれか１項に記載の配置の組。

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