JPH0493705A

JPH0493705A - ３次元位置測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JPH0493705A
Application number: JP2212456A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Izawa; 井澤　信雄
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1990-08-09
Filing date: 1990-08-09
Publication date: 1992-03-26

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３次元位置測定装置及び測定方法に俤わり、特
に、２地点から少なくとも３点の既知点を含んだ測定対
象をＣＣＤカメラ等により撮影し、この撮影データを用
いて任官の測定点の３？）Ｋ元座標と外部評定を行うこ
となく測定することのできる３次元位！［測定装置及び
測定方法に関するものである。

１従来の技術」従来、一般的に行われてきた３次元位置測定方法には、
２点の位置から撮影した写真を撮影し、これを図解法、
計算法、又は解析図化機と使用することにより、三次元
位置３求めていた。例えば、１メ一トル程度の基線の両
端に完全に平行に固定されたステしオカメラで撮影１、
比較的近距離の物体を解析図化機を使用して図化したも
の（基線方式）や、写真経緯儀を使用して、ステレオ写
真を解析精密図化機で図化したもの（写真経緯儀方式）
等が存在した。

更に最近では、オプトメカトロニクスによる一次元位置
測定装置が開発されている。この方式には、測定対象に
対して投光する光を人為的に制御することにより測定す
るアクティブ法と、ＴＶカメラ等により情報を収集する
パ・ソシブ法が存在している。これちは、濃淡、位置、
形状等の情報を利用して自由度を減らし、而や点を特定
するものである。

「発明が解決しようとする課題」しかしながら従来の図化機と使用した方法は、外部標定
諸元（６要素）を修正しなければならないという問題点
があり、更に、基線方式の測定範囲は基線長の２０倍程
度であり、これ以上て′は測定精度が低下するという問
題点があった。そして、一般の解析精密図化機は航空写
真用に設計されており、地上写真の解析は複雑であると
いう問題点があった。

才な、オプトメカトロニクスによる三次元位置測定装置
は、単独では絶対的距離を計測て′きなかったり、メモ
リコストが高いものや、倍額性、安定性が充分でないも
のが多いという深刻な問題点があった。

「課題を解決するための手段」本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、少なくとも
既知の３点の基準点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・）及びｆモ
怠測定点（Ｑ）を（ｆ：仁の２つの投影中心点（○１、
０２）から投影した２次元のデータを取り込む画像入力
手段と、既知の基準点（ｐ、　、ｐよ、ｐ、　・・・）
８！、び２次元データにおいて該基準点に対応している
投影基準点（Ｐ＋　、Ｐ２　、Ｐ３　・・・）からその
投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）の位置を求める第１の演算処
理り段と、投影中心点（０＋　−０２）と前記投影基準
点（ｐ１、ｐ２．　ｐ３　・・・　）及び２次元データ
上の投影測定点（（１）の７′、０’ｆ角（θ１、θ２
、θ３・・・）を求める第２の演ｊ［処理＋Ｉ’Ｕと、
求められた投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）と前記投影基準点
（ｐ１、Ｐ２　、　ｐ３　　・・・）及び前記投影測定
点（ｑ）間のなす角（θ１、θ２、θ３　・・・）を用
いて各投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）から前記測定点（Ｑ）
へのなす角（α、β）を求める第３の演算処理１段と、
前記２つの投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）を結ぶ基線のＶ「
離（Ｓ）を求める第４の演算処理手段と、前記基線の距
１（Ｓ）、及び投影中心点（０□、０２）から前記測定
点（Ｑ）へのなす角（α、β）を用いて任意測定点（Ｑ
）の位置を求める第５の演算処理手段とから構成されて
いる。

そして、本発明の３次元位置測定方法は、少なくとも３
点の既知の基準点（Ｐ＋　、Ｐ２　、Ｐ３　・・・）を
設置する第１工程と、任意測定点（Ｑ）を任意の２つの
投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）に配置した画像入力手段によ
り撮影する第２工程と、第２工程で撮影された画像デー
タを２次元の座標データとして演算処理手段に読み込む
第３工程と、既知の基準点（Ｐ＋　、Ｐ２　、Ｐ３　・
・・）及び２次元座標データにおいて該基準点に対応し
ている投影基準点（ｐ□、Ｊ）２　、Ｐ３　・・・）か
らその投影中心点（○工、０２）の位置を求める第４工
程と、投影中心点（Ｏｆ　、　０２　）と前記投影基準
点（ｐｔ　、　Ｉ）２　、Ｐ３　・・・・）及び２次元
座標データ上の投影測定点（ｑ）のなす角（θ１、θ２
、θ３・・・）を求める第５工程と、前記第４工程で求
めた投影中心点（０，、ｏ２）と前記投影基準点（ｐｔ
　、ｐ２　、　Ｊ）３　・・・）及び前記第５工程で求
めた投影測定点（ｑ）間のなす角（θ１、θ２、θ、・
・・・）を用いて各投影中心点（○ｌ−０２）から前記
測定点へのなす角（α、β）を求める第６工程と、前記
各投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）と任意測定点（Ｑ）で形成
された三角形により、前記２つの投影中心点（Ｏ１、Ｏ
２）を結ぶ基線の距１１（Ｓ）を求める第７工程と、前
記各演算結果と２つの投影中心点（Ｏ１、Ｏ２）とから
任意測定点（Ｑ）を求める第８工程とからｍ成されてい
る。

「作用」以上の様に構成された本発明は、１ｍ像入力手段が、少
なくとも既知の３点の基準点及び任意測定点を任意の２
つの投影中心点から投影して、２次元データを取り込み
、第１の演算処理手段が既知の基準点及び２次元データ
上に投影された投影基準点からその投影中心点の位置を
求め、第２の演算処理手段が投影中心点と前記投影基準
点及び２次元データ上の投影測定点のなす角を求め、第
３の演算処理手段が求められた投影中心点と前記投影基
準点及び前記投影測定点間のなす角を用いて各投影中心
点から前記測定点へのなす角と求め、第・１の演１理手
段が前記２つの投影中心点を結ぶ基線の距離を求め、第
５の演算処理手段が各投影中心点から前記測定点へのな
す角から測定点における２つの投影中心点方向のなす角
を求め、第６の？ｌ１ｒｌｔ処理手段が前記基線の距離
、測定点における２つの投影中心点方向のなす角、及び
投影中心点から前記測定点へのなす角を用いて任意測定
点の位置を求めることができる。

なお、第１の演算処理手段から第６の演算処理手段は、
専用機に限ることなく１台のパソコン等からなる汎用電
子計Ｘ機で共用することができる９１本発明の原理」次に本発明の詳細な説明する。まず既知点の写真座標か
ら、カメラと既知点を結ぶ方向線の交角を求める必要が
ある。

（ａ、　）直線の方向余弦の計算第５図は測定対象の点Ｐｌと写真映像上の点ｐ、の関俤
を示したものである。写真の原理から、測定対象のＰ、
とカメラのレンズ中心、即ち投影中心点Ｏと写真映像上
の点ｐ、とは、−直線Ｆにある。

これ？共線染件と呼ぶことにする。

次に第６図は、カメラの光軸も併せて説明した図であり
、光軸はカメラの投影中心点○を通り主点の写真座標に
結ぶ直線となる。即ち、写真座標の原点に結ぶ直線とな
っている。

そして各座標を以下の様に定めることにする。

既知点Ｐ、の座ｍ’５：　（ｘ　ｉ、　ｙ　１、Ｚｔ）
（ｉ＝１．２．３・・・）とし、カメラの投影中心点Ｏ
の座標を（Ｘｅ、Ｙｃ、ｚｏ）、既知点の写真座標をｐ
ｔ　（Ｘｌ　、３’＋　、Ｚｔ　＞（ｉ−１，２，３・
・・・）、主点の写真座標ｏ　（Ｘｏ　、　３’ｏ　、
　Ｚｏ　）とする。　そして、それぞれの直線の方向余
弦は、写真座標から次の様に求めることができる。

（’ｌ　　＝　（ｘ＋　　　　ＸＯ）／ｓ＋ｍ＋　　＝
　（３’＋　　　３１０　　）／Ｓｉ　　　　・・・（
１）ｎ　　−（Ｚｔ　　−Ｚｏ　　）／ｓ＋ここに、５１−　＜ｘ＋−ｘｏ）　２＋　（ｙｔ−ｙｏ　）　２
・　・　・　（３）但し、Ｚ　ｒ　”　Ｚ　６　＝　ｆｆ：カメラレンズの焦点距履である９次に既知点の座標から、それぞれの直線の方向余弦を求
めると、Ｌｉ　＝　（１、−Ｘｃ）／Ｓ、Ｍｒ　＝　（Ｙｔ　　Ｙｏ）／Ｓ＋Ｎ＋　＝　（Ｚｉ　　２０）／Ｓ＋・　・　・　（２）となる。ここに、ｉ＝１．２．３・・・・ｊ＝１．２．
３・　・（但し、ｉ≠ｊ）ここで、どｐｉ　、０．ｐｊ−θｌｊ　　とし、写真ｆ
ｉｉＷＪｐＩを（Ｘｔ　、ｙｔ　、Ｚｉ　）　、写真塵
ＦＪ　ｐ　２を（ｘＪ　、　’ｊ　Ｊ、　Ｚｉ　）　＋
写真主点の座標を原点として、ＸＯ＝Ｑ、３’ｏ　＝Ｏ
，Ｚｏ　＝Ｏとすれば、第８図及び第９図に示す様に、ＣｏｓθＩＪ＝　　Ｏｒ　　−Ｑｊ＋ｍｔ−ｍｊ＋ｎ＋　　’ｎｊこ
こに、＋（Ｚｉ−Ｚｃ）２である。

（ｂ）相隣る２直線の交角第７図に示す様に第（１）式及び第２式がら、相隣る２
直線の交角は、Ｚ　Ｐ　１　、Ｏ、Ｐ　、＋　＝ｌ　ｐ　ｔ　、Ｏ、ｐ
Ｊ−（ｘ　１　　・　ｘ３　　　＋　ｙ、　　・　３’
　　ｊ　　　＋　　Ｚ　　ｉ　　　・　Ｚｊ　　　ン　
／Ｓｉ／　Ｓ　ｊ・　・　・　・　・　（４）但し、Ｚ　＋　＝　Ｚ　Ｊｆ、カメラレンズの焦点１駅同様に、二ｐ、　、ｏ、ｐＪ＝θｉｊとし、既知点Ｐ、の座標を（Ｘｉ　、Ｙ、　、Ｚ、ン、
既知点Ｐ、の座標を（１、、Ｙ１、２．）、更に投影中
心点の座標と（Ｘｃ　、　’Ｔ’ｃ　、　Ｚｃ　）とす
れば、Ｃｏｓθ。

＝　１、・ＬＪ＋Ｍ、・Ｍ、＋Ｎ、・ＮＪ＋　（Ｘｔ−
Ｘｃ）−（１、−ＸＣ）＋　（Ｙｔ−Ｙｃ　）−（ＹＪ
−Ｙｃ）＋　（Ｚ、−Ｚｃ）−（ＺＪ−Ｚｃ））、／Ｓ
、／５ＪＣｏｓθ、Ｊ ”’　（Ｘｉ　　’　ＸＪ　＋ｙｔ”Ｊ、＋Ｚ、　Ｚ、
）、、／　ｓｉ／　ｓ　。

＝　　（（Ｘｉ　　　Ｘｃ）　　・　（ＸＪ　　ＸＣ）
　　＋　　（ＹＩ　　　ＹＣ）・（Ｙ、、Ｙｃ）＋　（
Ｚｔ　　Ｚｃ）　・（Ｚ、、Ｚｃ））　、／　Ｓ　＋　
／　Ｓ　Ｊ・　・　・　・　（６）従って、次に連立方程式が成立する。

（Ｃ）カメラの３次元座標の計算次に、第４式と第５式のＣｏｓθ１．は等しいので、ここに、ａ、Ｊ＝＋　（Ｘｉ−ＸＣ）２　／Ｓ、−３ｌｌ　／Ｓｔ２　・
　（ＸＪ　　ＸＣ）％Ｓ７十＜　（１、−Ｘｃ）　２／Ｓ、−３，）　／ＳＪ２　
　・　（ＸＪ−ｘｃ）／Ｓ。

ｂＩＪ（（Ｙ＋　　Ｙｃ）　２／Ｓｔ　　Ｓｏｌ　／３．２　
　・　（Ｙｊ−Ｙ。”）　／Ｓｊ＋　（（ｙ、−ｙｃ）
２　／５Ｊ−ｓ＝）／ＳＪ２　・　（Ｙａ−Ｙｃ）／Ｓ
ｚＣ，ｊ！　　（Ｚｌ−Ｚ（：）　２／５ｉ−３ｉ）／Ｓｚ２　
・　（ＺＪ　Ｚｃ）／ＳＪ＋　（（ＺＪ−Ｚｃ）　２／Ｓ、−５ｄ　／Ｓ、２　　
・　（ＺＪ−Ｚ。）／Ｓ。

δｉＪ　＝　　　（ｘｔ−ｘＪ＋ｙ、−３／Ｊ＋Ｚｉ−
ＺＪ）／Ｓ、／５Ｊ（ｄ）斬近式によるカメラの位置の計算ところで第７式
は、未知数である投影中心点の座標（Ｘ　ｃ、　Ｙ　ｃ
、　Ｚ　ｃ　）を含んでいるので、解析的に解くことが
できない。そこで、次のようなＩＦ換えを行うことにす
る。

Ｘｃ　”　　Ｘｃ　’十ΔＸｃＹｃ　＝　　Ｙｃ　’　＋ＡＹｃＺｃ　　＝　　Ｚｃ　　’　＋ＪＺｃ・　・　・　・　・　（８））Ｓφ Ｘｃ　　、Ｙｃ　　、Ｚｃ　　　　：投影中心点Ｏの座
標の近似値ＡＸｃ、ΔＹｃ　、ｊＺｃ　　　：投影中心点Ｏの座標
の近似値に対する補正値即ち、投影中心点の座標の近似値と、それに対する補正
値を導入するものであり、第７式は以下の様に書き直す
ことができる。

ここに、Ａ１、（（Ｘ＋　　Ｘｃ”　　）　　２　、／”Ｓ、’　　　
Ｓｔ’　　Ｉ　　。

Ｓ＋’　２　・　（Ｘ７　　Ｘｃ’　）、’Ｓ７’＋　
（（１、−ＸＣ’　）２　　　ＳＪ　−５ｉ’　　！　
／Ｓ＝’　２　・　（Ｘ＝　　Ｘｏ′　）　、’Ｓ３’
、・’ｓ、’　　、・′Ｓ、′ ＋（ｚ、−ｚ、、”　）　２Ｂ１、Ｃ＋　Ｊ（（Ｙ＋　　Ｙｃ’　）　２／’ＳＬ’　　　Ｓｔ’　
　ｌ　／Ｓ　＋　”　２　　・　（Ｙ＝−Ｙｃ’　）、
／’ＳＪ’＋　（（ＹＪ　Ｙｃ’　）　２／Ｓ−’　　
　３％　　）／Ｓ　ｉ’　２・（Ｙ、＋　　”ｃ’　）
　、’８３′（（Ｚｌ　　Ｚｃ”　）　２／Ｓｔ’　　
　Ｓｔ”　ｉ　／Ｓ＋’　”　　・　（Ｚ、＋　　Ｚｃ
’　）／’ＳＪ′＋　（（ｚ、−Ｚｃ’　）　２／ｓ＝
’　−３＋’　ｌ　／ＳＪ’　２　・　（Ｚ＝　　Ｚｃ
’　）／Ｓｐ’ＩＪ（ｘｔ−ｘＪ＋ｙ威／Ｓｌ／ｓＪ（（Ｘ＋　　Ｘｃ’　）Ｃ’＋’＋　　Ｙｃ’）（ＺｌＺ。′　） −Ｖ　３　＋　Ｚ　ｔ−Ｚ　Ｊ）・　（ＸＪ　　Ｘｃ’　）　＋・　（ＹＪ−Ｙｃ’）＋・　（Ｚ、−Ｚ。′））＋　＜ｚＪ−Ｚ、ｃ”　　）　２である。

第９式の連立方程式の解より１．ａｘＣ、、ａＹｃ、ｊ
Ｚｃを求めることができ、更に、第８式に代入する。

そして、練り返し計算を実行することにより、投影中心
点（カメラ）の座標Ｘｃ　、Ｙｃ　、Ｚｃが確定する。

なお、繰り返し計算におけるカメラの座標の近似値の初
期値は、既知点の座標の平均値とする。即ち、Ｘｃ　　＝　　（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３−−−　　）／ｎＹ
ｏ　＝＝　　（Ｙ、＋Ｙ２＋Ｙ３　＝−−）／ｎＺｃ　
−（Ｚｌ＋Ｚ２＋Ｚ３　・・　・）／ｎ・　（１０）ユニに、ｎは既知点の数である。

（ｅ）［定点の写真ＭＦＪにより、カメラから測定点の
方向を計算する。（第１０図）第１１図に示す様に、カメラから測定対象の任意の測定
点Ｑに対する方向は、既知点Ｐ　＋　（ｔ−１，２，３
・・・）との関係で定まる。

測定点Ｑの座標を（Ｘｑ、Ｙｑ、Ｚｑ）とし、対応する
写真座標を（ｘｑ、Ｙｑ、Ｚｑ）とすれば、第１式と同
様に、Ｃ０８１９１Ｑ＝　　Ｑ＋　　−０９＋ｍｔ−ｍｑ＋ｎｔ　　−ｎｑ＝
　（Ｘｉ　　Ｈｘ９＋ｙ、−ｙｑ＋Ｚｔ　ＨＺＱ　＞、
、’Ｓｔ　ｓ　ｑ・　・　・　・　・　（１１）ココニ、Ｓｉ　””　　ＸＩ　”　＋ｙｉ　”　＋ｚｓ
　”ＬｑｌＭＱ、Ｎｑとすれば、Ｃｏｓθ□ （（Ｘｚ　　Ｘｃ）　　・ＬＱ　＋（Ｙｔ−Ｙｃ）　　
・Ｍｑ　＋（Ｚｔ−ｚｃ）−Ｎ、）／ｓ。

ここに、そして、Ｌ９、Ｎ１１９、Ｎ９　は以下の連立方程式を
解くことにより求めることができる。

但し、Ｚｔ　”Ｚ９＝ｆ　　　　　ｆ　：カメラレンズ
の焦点距離一方、カメラから測定点Ｑに対する方向余弦を・　・　
・　・　・　（］３）（ｆ）任意の測定点の３次元座標の計算２台のカメラＯ
１，０２の位置は、第９式により求めることができる。

従ってカメラ０．の座標は、（Ｘｃ＋　、Ｙｃ＋、Ｚｃ
ｌ）一方向余弦はり、、Ｍｑ、Ｎｑ、と表すことができ
る。オなカメラ０２の座標は、（ＸＣ２、ＹＣ２、ＺＣ
２）、方向余弦はＬＱ２　Ｎ０２　Ｎｑ２と表すことが
できる９またカメラｏ１について、０１、Ｃ２の方向余弦は以下
の様に表すことができる。

Ｌ１２　＝　（Ｘ２　　Ｘり　／５１２Ｍ１□−＝　（
Ｙ２−Ｙｌ）／Ｓｌ□ Ｎ１２　＝　（Ｚ２　　Ｚｔ）　／Ｓ１２・　・　・　
・　（１４）カメラ０１から測定点Ｑの方向余弦を第１３式て′求め
た　１、□〜ＴＱＩＮＱＩ　とする。

第１２区に示す三角形０＋　、Ｑ、０２において、／○
ｚ、ｏ＋、Ｑ＝　α とすれば、Ｃｏｓα Ｌ　１２　’　Ｌ　ｑ１＋Ｍ　１２°ＭＱＩ　＋　Ｎ１
２ＮＱＩ・　・　・　・　（１５）となる。

更に、カメラ０２について、０１、以下の様に表すことができる。

Ｌ２１−（ＸＩ　　Ｘ２）　／Ｓｌ□ Ｍ２□−（ＹＩ　　Ｙ２）／５Ｉ２Ｎ２１　＝　（ＺＩ　　２２）　／５Ｌ２Ｏ２方向余弦
は次に、カメラ０２から測定点Ｑの方向余弦を第１３式で
求めたＬｑ２　、Ｍｑ２　、ｎｑ２とする。

第１２図に示す三角形Ｏ８、Ｑ、０２において１０＋　
、０２　、Ｑ　　−β とすれば、Ｃｏｓβ Ｌ２□・Ｌｑ□＋Ｍ２□・Ｍｑ□十Ｎ２１・Ｘｑ２・・
・・　（１７）となる。

（ｇ）三角形と解いて、測定点の位置を確定する９第１
２図において、測定点Ｑと２台のカメラ０１．０２を結
ぶ辺長は、以下の様になる。

第１３式から、カメラＯＩから測定点Ｑの方向余弦は、
以下の様になる。

ＬＱＩ　　−（１、　Ｘｔ）／’Ｓ＋ｑＭｑｌ　　−（
ＹＱ　Ｙ□）　／″ｓ　１ｑＮｑｓ　　＝　（Ｚ−Ｚｓ
）／Ｓ＋− ・　・　（２０）間って測定点Ｑの座標は、以下の様に定めることができ
る。

５Ｉｑ＝Ｓｘ２・Ｓ　ｉ　ｎβ／５ｉｎ（α＋β）・　
・　・　・　（１８）Ｓ２ｑ　ｌ：３ｔ２−　Ｓ　ｉ　ｎａ　／　Ｓ　ｉ　ｎ
　（（Ｚ＋β）・　・　・　・　（１つ）ここに、Ｊな、α＋β−π−（α＋β）−γである。

（ここで、γは測定点Ｑがらカメラｏ１．０２のなす角
である）Ｘｑｌ　−Ｘ１＋Ｌｑ、・５ｌｑＹＱ、−Ｙ□＋ＭｑＩ　ＨＳ　１ｑＺｑｌ　　−Ｚ１＋ＮＱｌ’　ＳＩＱ・　・　（２１）同様に第１３式から、カメラ０２から測定点Ｑの方向余
弦は、以下の様になる。

Ｌｑ□　＝　（Ｘｑ−Ｘ２）／ｓ２ｑＭ９□　−（Ｙｑ　　’ｒ’２）　／”’５２ｑＮ−□
　−（Ｚｑ　Ｚ２）、’Ｓｚｑ・　・　（２２）そして測定点Ｑの座標は、以下の採になる５Ｘ９２−　
Ｘ２＋ＬＱ□・５２ｑＹ　２　＋　Ｍ　Ｑ２　Ｓ　２Ｑｚ、＋　Ｘｑ２　’　Ｓ２ｑＹｑ２Ｑ２従って第２１式及び第２３式から、測定点Ｑの座標を次
の様に確定することができる。

Ｘｑ　−（Ｘｑｔ　＋ＸＱ２）　／　２Ｙｑ　　−（Ｙ
　ｑ　ｒ　＋　Ｙ　ｑ□）／２Ｚｑ　−（Ｚｑ＋　十Ｚ
Ｑ２）　／　２・　（２４）「実施例」本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

三次元位ｒＬ測定装置１は第１図に示す様に、画像入力
手段２と、スポット照射機３と、演算処理手段４とから
なっている。

画像入力手段２は、第１のＣＣＤカメラ２１と、第２の
ＣＣＤカメラ２２とからｔ’ｍｃされている。

画像入力手段２は、２次元画像データと取り込んで演算
処理１段４に通出するためのものであり。

ＣＣＤカメラに限ることなく、撮像管等からなるカメラ
を使用してもよい。即ち画像入力手段とは、３次元デー
タ分取り込むことができるものであれば何れの装置でも
採用することができる。

なお画像入力手段２は、必ずしも２台のＣＣＤカメラを
必要とせず、１台のＣＣＤカメラと移動させることによ
り、第１のＣＣＤカメラ２１と第２のＣＣＤカメラ２２
を共用させることもできる。

スポット照射８１３は、測定対象点と画像入力を段２か
らの映像の投影点とを、１対１で対応させるために、測
定対象にスポットを照射走査させるためのものである１
本実施例では、第２図に示す様にレーザスポット照射装
置が採用されている。

演算処理手段４は、画像入力手段２のシャッタータイム
を同期させたり、スポット照射ｖ１３を制御して自動走
査又は手動走査を行わせなりするためのものである。

更に、投影点の写真座標から対応する測定点の３次元座
標を演算したり、演算結果を各種の記憶媒体（フロラじ
ディスク等）に格納したり、リアルタイムに測定対象物
の立体図をＣＲＴに表示しなりするためのものである。

′ｉな、各種のアプリケーションプログラムを実行させ
、３次元データを加工することも可能である。

演算処理手段４は通常のパーソナルコンピュータ等を使
用することができるが、特に、ラップトツブ又はハンデ
ィタイプのパソコンが最適である。

次に本実施例の三次元測定装置を使用した三次元測定方
法を第３図に基づいて説明する。

まず、ステップ１（以下、Ｓｌと略することにする。）
で、第４図に示す様に、測定対象に対して少なくとも３
カ所の既知点を設定する。

次にステップ２で、第１のＣＣＤカメラ２１と第２のＣ
ＣＤカメラ２２とを使用して、２地点での撮影を行い、
映像信号を演算処理手段４に送出する。

そしてＳ３では、演算処理手段４が第１のＣＣＤカメラ
２Ｉで撮影された映像信号を２次元化して写真座標に変
換する。同様に演算処理手段４が、第２のＣＣＤカメラ
２２で撮影された映像信号を２次元化して写真座標を変
換する。

更に８４て′は演算処理手段４が、第１のＣＣＤカメラ
２１（カメラｌ）と第２のＣＣＤカメラ２２（カメラ２
）の位置を計算する。これを詳述すると、オす、第１式
及び第２式を演算することにより、直線の方向余弦を計
算する９これを利用して第４式に示された「既知点の写
真座標から既知点を結ぶ方向線の交角」を求めることが
できる。

次に第７式に示す交角の連立方程式に対して、「カメラ
の座標の近似値及びこの補正値」を導入して、第９式の
様に書き直す。そして、この第９式の連立方程式に対し
て繰り返し計算を実行することにより、補正値を求める
ことができる。この補正値を第８式に代入すれば、カメ
ラの座標位置を確定することができる。

次に８５では、第１のＣＣＤカメラ２１（カメラ１）と
第２のＣＣＤカメラ２２（カメラ２）ｆ！：結ぶ直線の
方向余弦を計算する。これを詳述すれば、第１４式及び
第１６式と演算することにより、方向余弦を計算するこ
とができる。

そしてＳ６では、測定点の方向余弦を求める。

即ち、測定点の写真座標によりカメラから測定点の方向
を求めるものである。詳述すれば、第１３式と解いて、
［、ｑ、ＭＱ、ＮＱを求め、これを第１２式に代入する
ことにより、測定点の方向余弦を求めることができる。

更にＳ７では、測定点と第１のＣＣＤカメラ２］と第２
のＣＣＤカメラ２２とで形成された三角形を解く。詳述
すれば、Ｓ５及びＳ６で求めた方向余弦を利用して三角
形を特定し、測定点の挟角を求める。更に、測定点と第
１のＣＣＤカメラ２１及び第２のＣＣＤカメラ２２どの
辺長を第１８式及び第１９式により演算する。そして、
第２０式により、第１のＣＣＤカメラ２１から測定点の
方向余弦を求め、更に、第２２式により第２のＣＣＤカ
メラから測定点の方向余弦を計算する。

そしてＳ８では、Ｓ７で解いた三角形とカメラの位置か
ら、第２１式、第２３式、第２４式と演算する二とによ
り、測定点の座標を求めることができる。

なお測定点が複数ある場合には、Ｓ８から８６に戻り、
測定点の数だけ繰り返し実行する様になっている。

町な本実施例は、測定対象６ご３点以」二の既知点を含
んでいる場合で説明したが、第１のＣＣＤカメラ２１と
第２のＣＣＤカメラ２２の位置が判明している場合には
、他の既知点がなくとも、測定点の３次元座標を計算す
ることができる。

なぜならば、２台のカメラと測定点を結ぶ三角形の内、
２点が既知であるため、三角形を解くことができるから
である。

なお本実施例では、外部評定の必要がない、内部評定は
、通常の空中写真カメラの内部評定を準用することがで
きる。

また本実施例で必要となる３つの既知点の設定には、３
点のターゲットを有するサブテンスバーを使用すること
ができる。

以上の様に構成されな本実７４例は、急斜面、崩壊地等
の調査計測や、船舶、航空機、パラボラアンテナ等の大
型構造物の計測、更にトンネル工事における計測や、移
動物体く山止め壁等）の変動Ｉの測定等に応用すること
が可能である。

「効果」以上の様に構成された本発明は、既知の３点の基準点及
び任意測定点を任意の２つの投影中心点から投影した２
次元データを取り込むためのｉｉＩ像入力手段と、既知
の基準点及び２次元データ上に投影された投影基準点か
らその投影中心点の位置を求めるための第１の演算処理
手段と、投影中心点と前記投影基準点及び２次元データ
上の投影測定点のなす角を求めるための第２の演算処理
手段と、求められた投影中心点と前記投影基準点及び前
記投影測定点間のなす角を用いて各投影中心点から前記
測定点へのなす角を求めるための第３の演算処理手段と
、前記２つの投影中心点を結ぶ基線の距離を求めるため
の第４の演算処理手段と、前記基線の距離、及び投影中
心点から前記測定点へのなす角を用いて任意測定点の位
置を求めるための第５の演算処理手段とから構成されて
いるので、高価な上、作業に熟練を要求される図化機が
不要となり、直接測定対象の数値データを得ることがで
きるという卓越した効果がある。

更に、数値データを各種記憶媒体に記録したり、他のア
プリケーションソフトと連動して使用することも可能で
ある。

更に本発明は、上記立体解析論により、３次元座標を直
接演算するなめ、外部評定が不要であるという卓越した
効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は本実施例
の構成を示す図であり、第２図はスポット照射機を説明
する図、第３図は本実施例の測定方法を説明する図、第
４図は測定対象と写真座標の間部を説明する図、第５図
は共線関部を説明する図、第６図は光軸を併せて説明し
た図、第７図は相隣る２直線の交角を説明する図、第８
図及び第９図は交角を表す座標を説明する区、第１０１
７１は３次元座標の演算を説明する斜視図、第１１図は
測定点の方向を説明する図であり、第１２図は測定点と
カメラによる三角形を説明する図て゛ある。１　・　・２　・　・２１　・２２　・３　・　・４　・　・三次元位置測定装置画像入力手段第１のＣＣＤカメラ第２のＣＣＤカメラスポット照射機演算処理手段ｎｒ＋ｗｍｈ　　ａ式会社　ｈ７：１７）　　「下−−
代理人　　弁理士　和泉ｔｉ　−１ｑ−：第３図Ｐ２　　Ｐ第４図＼第５区第８図第９図第１０図Ｐｉ　（Ｘ、Ｙｉ、Ｚｉ）第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも既知の３点の基準点（Ｐ＿１、Ｐ＿２
、Ｐ＿３・・・）及び任意測定点（Ｑ）を任意の２つの
投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）から投影した２次元のデ
ータを取り込む画像入力手段と、既知の基準点（Ｐ＿１
、Ｐ＿２、Ｐ＿３・・・）及び２次元データにおいて該
基準点に対応している投影基準点（ｐ＿１、ｐ＿２、ｐ
＿３・・・）からその投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）の
位置を求める第１の演算処理手段と、投影中心点（Ｏ＿
１、Ｏ＿２）と前記投影基準点（ｐ＿１、ｐ＿２、ｐ＿
３・・・・）及び２次元データ上の投影測定点（ｑ）の
なす角（θ＿１、θ＿２、θ＿３・・・）を求める第２
の演算処理手段と、求められた投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ
＿２）と前記投影基準点（ｐ＿１、ｐ＿２、ｐ＿３・・
・）及び前記投影測定点（ｑ）間のなす角（θ＿１、θ
＿２、θ＿３・・・）を用いて各投影中心点（Ｏ＿１、
Ｏ＿２）から前記測定点（Ｑ）へのなす角（α、β）を
求める第３の演算処理手段と、前記２つの投影中心点（
Ｏ＿１、Ｏ＿２）を結ぶ基線の距離（Ｓ）を求める第４
の演算処理手段と、前記基線の距離（Ｓ）、及び投影中
心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）から前記測定点（Ｑ）へのなす
角（α、β）を用いて任意測定点（Ｑ）の位置を求める
第５の演算処理手段とからなることを特徴とする３次元
位置測定装置。
（２）少なくとも３点の既知の基準点（Ｐ＿１、Ｐ＿２
、Ｐ＿３・・・）を設置する第１工程と、任意測定点（
Ｑ）を任意の２つの投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）に配
置した画像入力手段により撮影する第２工程と、第２工
程で撮影された画像データを２次元の座標データとして
演算処理手段に読み込む第３工程と、既知の基準点（Ｐ
＿１、Ｐ＿２、Ｐ＿３・・・）及び２次元座標データに
おいて該基準点に対応している投影基準点（ｐ＿１、ｐ
＿２、ｐ＿３・・・）からその投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ
＿２）の位置を求める第４工程と、投影中心点（Ｏ＿１
、Ｏ＿２）と前記投影基準点（ｐ＿１、ｐ＿２、ｐ＿３
・・・・）及び２次元座標データ上の投影測定点（ｑ）
のなす角（θ＿１、θ＿２、θ＿３・・・）を求める第
５工程と、前記第４工程で求めた投影中心点（Ｏ＿１、
Ｏ＿２）と前記投影基準点（ｐ＿１、ｐ＿２、ｐ＿３・
・・）及び前記第５工程で求めた投影測定点（ｑ）間の
なす角（θ＿１、θ＿２、θ＿３・・・・）を用いて各
投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）から前記測定点へのなす
角（α、β）を求める第６工程と、前記各投影中心点（
Ｏ＿１、Ｏ＿２）と任意測定点（Ｑ）で形成された三角
形により、前記２つの投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）を
結ぶ基線の距離（Ｓ）を求める第７工程と、前記各演算
結果と２つの投影中心点（Ｏ＿１、Ｏ＿２）とから任意
測定点（Ｑ）を求める第８工程とから構成されているこ
とを特徴とする３次元位置測定方法。