JPH04178505A - ３次元的運動計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は対象物の３次元的運動を非接触的に計測する３
次元的運動計測装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の画像センサーによる３次元運動計測装置では、２
台のカメラを使用する手段が知られており、これによる
と、例えば第３図斜視図に示すように、画像センサーと
してのＣＣＤカメラａと画像信号処理装置すを各々２台
と、計算機Ｃとを次に示す要領で使用するのである。

すなわち、各１台のカメラａと画像信号処理装置すから
なるセンサー系が２系統あり、両眼視することによって
、対象物ｅの位置と姿勢とを計測する。

その際、センサーターゲットｆは、対象物ｅに固定され
た豆電球等であり、これは背景からセンサー系が対象物
ｅを判別し易くするためである。

画像信号処理装置すは、カメラａから画像信号を取り込
み、画像中で上記センサーターゲットの像を判別すると
ともに、その像がカメラの視野内のどこに位置している
かをＸ−Ｙ座標等で示す信号を発生する。

そして計算機Ｃは、上記信号を２つの画像信号処理装置
から取り込み、三角測量法によって前述のセンサーター
ゲットの３次元的位置を算出することにより、対象物ｅ
の位置と姿勢を算出するのである。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような３次元的運動計測技術では、
画像センサー及び画像信号処理装置の２＆Ｉｌを必要と
し、また、２つのカメラを計測上相互に十分な間隔を隔
てて設置しなければならないので、装置全体の重量と寸
法及びコストの増大という問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、構
造簡単２小型軽量かつ低コストの経済的な３次元的運動
計測装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、対象物体上に三角形の３頂点を形
成するように配設された３ケのセンサーターゲットと、
上記各センサーターゲットを同時に撮影するとともにそ
の画像信号を出力する１基のＣＣＤカメラと、同画像信
号に基づいて上記各センサーターゲットの位置をＸＹＺ
座標で示す画面座標信号を出力する画像信号処理装置と
、同画面座標信号に基づいて上記対象物体の位置及び姿
勢を算出する計算機とを具えたことを特徴とする。

（作用〕 このような構成によれば、まず画像センサーが、３次元
運動計測のターゲットである対象物体をその視野に収め
て撮影し、画像信号を発生させる。

次に画像信号処理装置が、上・記画像信号を取り込み、
同信号の中から対象物の像を背景から判別し、画像セン
サーの画面中のどこに対象物のどの点が撮っているかを
Ｘ−Ｙ座標等で示す画面座標信号を発生する。

そして計算ＩＩＣが、上記画面座標信号を取り込み、こ
れに基づいて対象物の位置と姿勢とを算出するのである
。

〔実施例〕

本発明を水面に浮かぶ対象物の動揺の測定に適用した一
実施例を図面について説明すると、第１図はそのブロッ
ク線図、第２図は第１図の全体斜視図である。

上図において、第３図と同一の符番はそれぞれ同図と同
一の機器を示し、本発明に係る３次元的運動計測装置は
、画像センサーとしてのＣＣＤカメラａと、画像信号処
理袋２ｂと、計算機Ｃとから構成されている。

ここで、対象物ｅにはセンサーターゲットｆとして豆電
球が固定されており、背景との判別を容易にしている。

本実施例では、三＃ｈに固定された画像センサーとして
のＣＣＤカメラａと、その傍らに設置された画像信号処
理装置すと、計算機Ｃとから構成され、上記各コンポー
ネントは信号ケーブルｉ及びｊで連結されている。

は 一方、三次元運動計測の対象蛙テ槽ｇの中に浮かぶ浮体
ｅで、これには３個の豆電球「が固定されている。

計測に際しては、まず、周囲を暗くした中で３個の豆電
球ｆが点灯され、対象物の動揺につれて３ケの豆電球ｆ
がＣＣＤカメラの視野中で振動する。そこで、その運動
をＣＣＤカメラが撮像し、画像信号として信号ケーブル
ｉにより画像信号処理装置すに伝達する。

次に画像信号処理装置すは、上記画像信号の中から３つ
の豆電球ｆの像を判別し、その像の重心が前述のＣＣＤ
カメラの画面でどこに位置しているかをＸ−Ｙ座標で表
現した画面座標信号を発生させる。

そして計算機Ｃは、上記画面座標信号を信号ケーブルｊ
を介して入力し、対象物ｅの姿勢と位置とを下記のアル
ゴリズムにより求める。

ｉｌｌ　　浮体の姿勢と距離を算出するアルゴリズムＸ
＝Ａ−’Ｂ ここで、 Ｘｌｌ１１〔ψ８．　θ８．　φｔ、　ｄｏ、　　ｄｌ
＋　　ｄｚ）’Ｂ４≧’（−”Ｉ＋−ｙＩ＋−２＋、−
ｘｌ、−ｙ！−−２２１’ただし、 ｄ＋（＋＝０．１．２）：カメラから各豆電球までの距
離 ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ（ｉ＝１＋　　２）：ある豆電球（ｉ
＝ｏ）に原点を置き、浮体に固定 された直交系での、他の２つの豆電球 （ｉ＝１．２）の座標 ｃ、　　ｓ　：ｃｏｓ　、　ｓｉｎの略記ψ、１．θｑ
ｔ（ｉ＝０．１．２）：ＣＣＤカメラから各豆電球への
視線のアジマス 角（ψ、１）、エレベーション角（θ１．）（２）　　
浮体の位置を計算するアルゴリズム次式によって、浮体
に固定された豆電球の位置を浮体の姿勢角の基準とした
座標系と平行でＣＣＤカメラに原点をもつ座標系（Ｃ系
）で算出することができる。

〔発明の効果〕

本発明の３次元的運動計測装置によれば、単一の画像セ
ンサーと単一の画像信号処理装置を装備するだけで済み
、また計算機の負荷も小さくすることができるため、装
置全体の寸法２重量及びコストを大巾に低減する効果が
ある。

このことは特に、小型化軽重を強く要求される航空、宇
宙分野等で大きな効果がある。

要するに本発明によれば、対象物体上に三角形の３頂点
を形成するように配設された３ケのセンサーターゲット
と、上記各センサーターゲットを同時に撮影するととも
にその画像信号を出力する１基のＣＣＤカメラと、同画
像信号に基づいて上記各センサーターゲットの位置をＸ
ＹＺ座標で示す画面座標信号を出力する画像信号処理装
置と、同画面座標信号に基づいて上記対象物体の位置及
び姿勢を算出する計算機とを具えたことにより、構造簡
単、小型軽量かつ低コストの経済的な３次元的運動計測
装置を得るから、本発明は産業上極めて有益なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を水面に浮かぶ対象物の動揺の計測に適
用した一実施例を示すブロック線図、第２図は第１図の
全体斜視図である。 第３図は公知の３次元運動計測装置を示すブロック図で
ある。 ａ・・・ＣＣＤカメラ、ｂ・・・画像処理装置、Ｃ・・
・計算機、ｅ・・・対象物（浮体）、ｆ・・・ターゲッ
トセンサー（豆電球）、ｇ・・・水槽、ｈ・・・三脚、
ｌ。 ｊ・・・信号ケーブル、 第７図 第３［

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　対象物体上に三角形の３頂点を形成するように配設さ
   れた３ケのセンサーターゲットと、上記各センサーター
   ゲットを同時に撮影するとともにその画像信号を出力す
   る１基のＣＣＤカメラと、同画像信号に基づいて上記各
   センサーターゲットの位置をＸＹＺ座標で示す画面座標
   信号を出力する画像信号処理装置と、同画面座標信号に
   基づいて上記対象物体の位置及び姿勢を算出する計算機
   とを具えたことを特徴とする３次元的運動計測装置。