JPH05248819A - カメラによる測定対象物の三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び三次元位置測定方法 - Google Patents
カメラによる測定対象物の三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び三次元位置測定方法Info
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- JPH05248819A JPH05248819A JP4049778A JP4977892A JPH05248819A JP H05248819 A JPH05248819 A JP H05248819A JP 4049778 A JP4049778 A JP 4049778A JP 4977892 A JP4977892 A JP 4977892A JP H05248819 A JPH05248819 A JP H05248819A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 カメラにより正確な較正対象データを得て、
測定対象物の三次元位置を高精度かつ非接触にて計測す
る。 【構成】 カメラ２，２により測定対象物１の三次元位
置を測定するための座標変換演算に用いる較正対象デー
タＴo を入力し，この較正対象データＴo を較正するた
めの較正用対象物１´の特徴点１a ´，１b ´，…の空
間座標データＤ 1 を入力し，この空間座標データＤ1 を
該較正対象データＴo を用いてカメラ座標系の第１撮像
面データＤc1に変換する。次にカメラ２，２に対して較
正用対象物１´を前後させつつ，全ての特徴点を撮像す
ることによりカメラ座標系の第２撮像面データＤc2を得
る。両撮像面データＤc1，Ｄc2を比較することにより較
正対象データＴo を較正する。そしてこの較正後の較正
対象データＴを用いて測定対象物１の第３撮像面データ
Ｄc3を空間座標データＤに逆変換することにより三次元
位置を測定する。
測定対象物の三次元位置を高精度かつ非接触にて計測す
る。 【構成】 カメラ２，２により測定対象物１の三次元位
置を測定するための座標変換演算に用いる較正対象デー
タＴo を入力し，この較正対象データＴo を較正するた
めの較正用対象物１´の特徴点１a ´，１b ´，…の空
間座標データＤ 1 を入力し，この空間座標データＤ1 を
該較正対象データＴo を用いてカメラ座標系の第１撮像
面データＤc1に変換する。次にカメラ２，２に対して較
正用対象物１´を前後させつつ，全ての特徴点を撮像す
ることによりカメラ座標系の第２撮像面データＤc2を得
る。両撮像面データＤc1，Ｄc2を比較することにより較
正対象データＴo を較正する。そしてこの較正後の較正
対象データＴを用いて測定対象物１の第３撮像面データ
Ｄc3を空間座標データＤに逆変換することにより三次元
位置を測定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，カメラによる測定対象
物の三次元位置測定方法に係り，詳しくは組立・加工の
対象となる物体の三次元位置を，複数のカメラによっ
て，高精度かつ非接触にて測定するために必要とされる
較正対象データの較正方法及びこの較正方法による較正
対象データを用いた測定対象物の三次元位置測定方法に
関するものである。
物の三次元位置測定方法に係り，詳しくは組立・加工の
対象となる物体の三次元位置を，複数のカメラによっ
て，高精度かつ非接触にて測定するために必要とされる
較正対象データの較正方法及びこの較正方法による較正
対象データを用いた測定対象物の三次元位置測定方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２はカメラ座標系と空間座標系との相
関図，図７は従来のカメラによる測定対象物の三次元位
置測定装置の一例における概略構成を示す模式図，図８
は従来の三次元位置測定装置による測定手順を示すフロ
ーチャートである。従来より２台のカメラによる測定対
象物の三次元位置測定が一般的に行われている。その測
定原理は，測定対象物の置かれた座標系である空間座標
系とこの測定対象物をカメラにて撮像して得られた撮像
面データの座標系であるカメラ座標系との相関関係を表
すパラメータを用いて，上記撮像面データを座標変換演
算することにより測定対象物の空間座標系における三次
元位置を求めるものである。上記パラメータとしては，
カメラ固有のものとカメラ移動に伴い変化するものとが
あり，ここでは前者を内部パラメータ，後者を外部パラ
メータとよぶ。図２に示すように，内部パラメータには
カメラのレンズ及び撮像面距離ｆ，光軸と撮像面との交
点位置（ｉo ，ｊo ）及び画像メモリ上の座標軸と撮像
面上の座標軸とを関連づける２軸の換算比（ｎi ，
ｎj ）があり，また，外部パラメータには空間座標系の
座標軸周りの回転角（α，β，φ）及レンズ主点位置
（ｃ1，ｃ2 ，ｃ3 ）がある。また，結像面上の像の座
標値を（ｉ，ｊ）とする。ここに，空間座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）と，カメラ座標系（ｘc ，ｙc ，ｚc ）と，座
標系変換データ（行列Ｍ）との間で次の関係式が成り立
つ。
関図，図７は従来のカメラによる測定対象物の三次元位
置測定装置の一例における概略構成を示す模式図，図８
は従来の三次元位置測定装置による測定手順を示すフロ
ーチャートである。従来より２台のカメラによる測定対
象物の三次元位置測定が一般的に行われている。その測
定原理は，測定対象物の置かれた座標系である空間座標
系とこの測定対象物をカメラにて撮像して得られた撮像
面データの座標系であるカメラ座標系との相関関係を表
すパラメータを用いて，上記撮像面データを座標変換演
算することにより測定対象物の空間座標系における三次
元位置を求めるものである。上記パラメータとしては，
カメラ固有のものとカメラ移動に伴い変化するものとが
あり，ここでは前者を内部パラメータ，後者を外部パラ
メータとよぶ。図２に示すように，内部パラメータには
カメラのレンズ及び撮像面距離ｆ，光軸と撮像面との交
点位置（ｉo ，ｊo ）及び画像メモリ上の座標軸と撮像
面上の座標軸とを関連づける２軸の換算比（ｎi ，
ｎj ）があり，また，外部パラメータには空間座標系の
座標軸周りの回転角（α，β，φ）及レンズ主点位置
（ｃ1，ｃ2 ，ｃ3 ）がある。また，結像面上の像の座
標値を（ｉ，ｊ）とする。ここに，空間座標系（ｘ，
ｙ，ｚ）と，カメラ座標系（ｘc ，ｙc ，ｚc ）と，座
標系変換データ（行列Ｍ）との間で次の関係式が成り立
つ。
【数１】
【数２】 さらに，レンズの結像の法則により次式が成り立つ。 ｎi ・ｉ＝ｆ・ｘc ／ｙc ＋ｎi ・ｉo ・・・ ｎj ・ｊ＝ｆ・ｚc ／ｙc ＋ｎj ・ｊo ・・・ 上記，式を，式に代入することにより次式が導
かれる。
かれる。
【数３】
【数４】 従って，各パラメータ（ｆ，（ｉo ，ｊo ），（ｎi ，
ｎj ），（α，β，φ），（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ））（以
下Ｐo と略す）が判れば，，式を用いて，カメラ座
標系の撮像面データ（ｉ，ｊ）（以下Ｄc と略す）から
空間座標系の測定対象物の三次元データ（ｘ，ｙ，ｚ）
（以下Ｄと略す）を求めることができる。この原理を用
いた従来の測定装置Ａの概略構成は以下の通りである。
ｎj ），（α，β，φ），（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ））（以
下Ｐo と略す）が判れば，，式を用いて，カメラ座
標系の撮像面データ（ｉ，ｊ）（以下Ｄc と略す）から
空間座標系の測定対象物の三次元データ（ｘ，ｙ，ｚ）
（以下Ｄと略す）を求めることができる。この原理を用
いた従来の測定装置Ａの概略構成は以下の通りである。
【０００３】即ち，図７に示す如く，従来の測定装置Ａ
は測定対象物１の対向位置に並設された２台のカメラ
２，２と，カメラ２，２を所定の位置に固定するブラケ
ット３と，カメラ２，２による測定対象物１の画像デー
タＤc ´を処理するデータ処理部５と，データ処理部に
よる処理データＤc 及び別途入力される各パラメータＰ
o に基づいて測定対象物１の三次元位置データＤを演算
する演算部６とから構成されている。この測定装置Ａに
より測定対象物１の三次元位置を測定する手順を，図８
のフローチャートを参照してステップＳ１，Ｓ１０，Ｓ
１１，…の順に以下説明する。 まず測定対象物１の三
次元位置を測定するための座標変換演算に用いる各パラ
メータＰo が演算部６に入力される（Ｓ１）。各パラメ
ータＰo は測定対象物１の置かれた座標系である空間座
標系と，測定対象物１をカメラ２，２にて撮像して得ら
れる撮像面データの座標系であるカメラ座標系との間の
座標変換演算に用いられるものであり，ブラケット３上
に固定されたカメラ２，２及びその取付位置等の設計デ
ータに基づいて定められた設計値である。次に，カメラ
２，２が，ブラケット３上に固定された状態のまま，測
定対象物１の対向位置に設置される（Ｓ１０）。この位
置でカメラ２，２により測定対象物１が撮像される。そ
して得られた画像データＤc ´がデータ処理部５に送ら
れ，ここでデータ処理されることによりカメラ座標系の
撮像面データＤc となる（Ｓ１１）。この撮像面データ
Ｄc は演算部６に送られ，ここで先に入力された各パラ
メータＰo を用いて空間座標データＤに座標変換演算さ
れる（Ｓ１２）。このようにして，測定対象物１の三次
元位置を非接触で計測することができる。
は測定対象物１の対向位置に並設された２台のカメラ
２，２と，カメラ２，２を所定の位置に固定するブラケ
ット３と，カメラ２，２による測定対象物１の画像デー
タＤc ´を処理するデータ処理部５と，データ処理部に
よる処理データＤc 及び別途入力される各パラメータＰ
o に基づいて測定対象物１の三次元位置データＤを演算
する演算部６とから構成されている。この測定装置Ａに
より測定対象物１の三次元位置を測定する手順を，図８
のフローチャートを参照してステップＳ１，Ｓ１０，Ｓ
１１，…の順に以下説明する。 まず測定対象物１の三
次元位置を測定するための座標変換演算に用いる各パラ
メータＰo が演算部６に入力される（Ｓ１）。各パラメ
ータＰo は測定対象物１の置かれた座標系である空間座
標系と，測定対象物１をカメラ２，２にて撮像して得ら
れる撮像面データの座標系であるカメラ座標系との間の
座標変換演算に用いられるものであり，ブラケット３上
に固定されたカメラ２，２及びその取付位置等の設計デ
ータに基づいて定められた設計値である。次に，カメラ
２，２が，ブラケット３上に固定された状態のまま，測
定対象物１の対向位置に設置される（Ｓ１０）。この位
置でカメラ２，２により測定対象物１が撮像される。そ
して得られた画像データＤc ´がデータ処理部５に送ら
れ，ここでデータ処理されることによりカメラ座標系の
撮像面データＤc となる（Ｓ１１）。この撮像面データ
Ｄc は演算部６に送られ，ここで先に入力された各パラ
メータＰo を用いて空間座標データＤに座標変換演算さ
れる（Ｓ１２）。このようにして，測定対象物１の三次
元位置を非接触で計測することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来の技術によ
れば，ブラケット３上に２台のカメラ２，２を設置する
際の機械的な加工精度上の限界により，設計上のカメラ
のブラケット上の設置位置と実際のカメラの設置位置と
の間にずれが生じることがある。このずれは測定対象物
１の三次元位置を測定するための座標変換演算に用いら
れる各パラメータＰo の内の外部パラメータ（α，β，
φ），（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ）の設計値からのずれに相当
し，このずれにより，測定対象物１の三次元位置の算出
値に誤差を生じるおそれがあった。本発明は，このよう
な従来の技術における課題を解決するためになされたも
のであり，その第１の目的はカメラにより測定対象物の
三次元位置を測定するための座標変換演算に用いる上記
外部パラメータに相当する較正対象データの較正方法を
提供することである。さらに，第２の目的は上記較正方
法により較正された較正対象データを用いた測定対象物
の三次元位置測定方法を提供することである。
れば，ブラケット３上に２台のカメラ２，２を設置する
際の機械的な加工精度上の限界により，設計上のカメラ
のブラケット上の設置位置と実際のカメラの設置位置と
の間にずれが生じることがある。このずれは測定対象物
１の三次元位置を測定するための座標変換演算に用いら
れる各パラメータＰo の内の外部パラメータ（α，β，
φ），（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ）の設計値からのずれに相当
し，このずれにより，測定対象物１の三次元位置の算出
値に誤差を生じるおそれがあった。本発明は，このよう
な従来の技術における課題を解決するためになされたも
のであり，その第１の目的はカメラにより測定対象物の
三次元位置を測定するための座標変換演算に用いる上記
外部パラメータに相当する較正対象データの較正方法を
提供することである。さらに，第２の目的は上記較正方
法により較正された較正対象データを用いた測定対象物
の三次元位置測定方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために，本発明が採用する主たる手段は，その要旨と
するところが，並設された少くとも２台のカメラにより
測定対象物の三次元位置を測定するための座標変換演算
に用いる較正対象データの較正方法において，上記較正
対象データを入力し，上記較正対象データを較正するた
めの較正用対象物を上記カメラに対して上下，左右，前
後の各方向に所定距離ずらしたと仮定した時の上記較正
用対象物に形成された所定形状の特徴点の空間座標デー
タを入力し，上記較正対象データを用いて上記特徴点の
空間座標データをカメラ座標系での第１撮像面データに
変換し，上記カメラの対向位置に上記較正用対象物を設
置し，上記較正用対象物を上記カメラに対して前後方向
に移動させて，上記カメラに対して上下，左右，前後の
各方向に所定距離ずらした少くとも計４個の特徴点を該
カメラにより撮像してカメラ座標系での第２撮像面デー
タを求め，上記第１撮像面データと上記第２撮像面デー
タとを比較することにより上記較正対象データを較正す
ることを特徴とするカメラによる測定対象物の三次元位
置測定のための較正対象データの較正方法である。
るために，本発明が採用する主たる手段は，その要旨と
するところが，並設された少くとも２台のカメラにより
測定対象物の三次元位置を測定するための座標変換演算
に用いる較正対象データの較正方法において，上記較正
対象データを入力し，上記較正対象データを較正するた
めの較正用対象物を上記カメラに対して上下，左右，前
後の各方向に所定距離ずらしたと仮定した時の上記較正
用対象物に形成された所定形状の特徴点の空間座標デー
タを入力し，上記較正対象データを用いて上記特徴点の
空間座標データをカメラ座標系での第１撮像面データに
変換し，上記カメラの対向位置に上記較正用対象物を設
置し，上記較正用対象物を上記カメラに対して前後方向
に移動させて，上記カメラに対して上下，左右，前後の
各方向に所定距離ずらした少くとも計４個の特徴点を該
カメラにより撮像してカメラ座標系での第２撮像面デー
タを求め，上記第１撮像面データと上記第２撮像面デー
タとを比較することにより上記較正対象データを較正す
ることを特徴とするカメラによる測定対象物の三次元位
置測定のための較正対象データの較正方法である。
【０００６】また，上記第２の目的を達成するために，
本発明が採用する主たる手段は，その要旨とするところ
が，並設された少くとも２台のカメラにより測定対象物
の三次元位置を測定する三次元位置測定方法において，
上記測定対象物の三次元位置を測定するための座標変換
演算に用いる較正対象データを入力し，上記較正対象デ
ータを較正するための較正用対象物を上記カメラに対し
て上下，左右，前後の各方向に所定距離ずらしたと仮定
した時の上記較正用対象物に形成された所定形状の特徴
点の空間座標データを入力し，上記較正対象データを用
いて上記特徴点の空間座標データをカメラ座標系での第
１撮像面データに変換し，上記カメラの対向位置に上記
較正用対象物を設置し，上記較正用対象物を上記カメラ
に対して前後方向に移動させて，上記カメラに対して上
下，左右，前後の各方向に所定距離ずらした少くとも計
４個の特徴点を該カメラにより撮像してカメラ座標系で
の第２撮像面データを求め，上記第１撮像面データと上
記第２撮像面データとを比較することにより上記較正対
象データを較正し，上記カメラを上記測定対象物の対向
位置に設置し，上記カメラにより上記測定対象物を撮像
してカメラ座標系の第３撮像面データを求め，上記較正
後の較正対象データを用いて上記第３撮像面データを空
間座標データに逆変換することにより上記測定対象物の
三次元位置を求めるカメラによる測定対象物の三次元位
置測定方法である。
本発明が採用する主たる手段は，その要旨とするところ
が，並設された少くとも２台のカメラにより測定対象物
の三次元位置を測定する三次元位置測定方法において，
上記測定対象物の三次元位置を測定するための座標変換
演算に用いる較正対象データを入力し，上記較正対象デ
ータを較正するための較正用対象物を上記カメラに対し
て上下，左右，前後の各方向に所定距離ずらしたと仮定
した時の上記較正用対象物に形成された所定形状の特徴
点の空間座標データを入力し，上記較正対象データを用
いて上記特徴点の空間座標データをカメラ座標系での第
１撮像面データに変換し，上記カメラの対向位置に上記
較正用対象物を設置し，上記較正用対象物を上記カメラ
に対して前後方向に移動させて，上記カメラに対して上
下，左右，前後の各方向に所定距離ずらした少くとも計
４個の特徴点を該カメラにより撮像してカメラ座標系で
の第２撮像面データを求め，上記第１撮像面データと上
記第２撮像面データとを比較することにより上記較正対
象データを較正し，上記カメラを上記測定対象物の対向
位置に設置し，上記カメラにより上記測定対象物を撮像
してカメラ座標系の第３撮像面データを求め，上記較正
後の較正対象データを用いて上記第３撮像面データを空
間座標データに逆変換することにより上記測定対象物の
三次元位置を求めるカメラによる測定対象物の三次元位
置測定方法である。
【０００７】
【作用】本発明のカメラによる測定対象物の三次元位置
測定のための較正対象データの較正方法によれば，測定
対象物の三次元位置を測定するための座標変換演算に用
いる較正対象データを入力し，上記較正対象データを較
正するための較正用対象物を並設された少くとも２台の
カメラに対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ず
らしたと仮定した時の上記較正用対象物に形成された所
定形状の特徴点の空間座標データを入力し，上記較正対
象データを用いて座標変換演算を行うことにより上記特
徴点の空間座標データがカメラ座標系での第１撮像面デ
ータに変換される。次に上記カメラの対向位置に上記較
正用対象物を実際に設置し，上記較正用対象物を上記カ
メラに対して前後方向に実際に移動させて，上記カメラ
に対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ずらした
少くとも計４個の特徴点を該カメラにより撮像すること
によりカメラ座標系での第２撮像面データが求められ
る。上記第１撮像面データと上記第２撮像面データとを
比較することにより上記較正対象データが較正される。
その結果，ブラケット上に固定されたカメラの位置精度
に拘わらず，正確な較正対象データが得られる。
測定のための較正対象データの較正方法によれば，測定
対象物の三次元位置を測定するための座標変換演算に用
いる較正対象データを入力し，上記較正対象データを較
正するための較正用対象物を並設された少くとも２台の
カメラに対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ず
らしたと仮定した時の上記較正用対象物に形成された所
定形状の特徴点の空間座標データを入力し，上記較正対
象データを用いて座標変換演算を行うことにより上記特
徴点の空間座標データがカメラ座標系での第１撮像面デ
ータに変換される。次に上記カメラの対向位置に上記較
正用対象物を実際に設置し，上記較正用対象物を上記カ
メラに対して前後方向に実際に移動させて，上記カメラ
に対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ずらした
少くとも計４個の特徴点を該カメラにより撮像すること
によりカメラ座標系での第２撮像面データが求められ
る。上記第１撮像面データと上記第２撮像面データとを
比較することにより上記較正対象データが較正される。
その結果，ブラケット上に固定されたカメラの位置精度
に拘わらず，正確な較正対象データが得られる。
【０００８】また，本発明のカメラによる測定対象物の
三次元位置測定方法によれば，並設された少くとも２台
のカメラを測定対象物の対向位置に設置し，上記カメラ
により上記測定対象物を撮像することによりカメラ座標
系の第３撮像面データが求められる。上記較正方法によ
り較正された較正対象データを用いて上記第３撮像面デ
ータを空間座標データに逆変換することにより上記測定
対象物の三次元位置が求められる。その結果，ブラケッ
ト上に固定されたカメラの位置精度に拘わらず，測定対
象物の三次元位置測定を高精度かつ非接触にて行うこと
ができる。
三次元位置測定方法によれば，並設された少くとも２台
のカメラを測定対象物の対向位置に設置し，上記カメラ
により上記測定対象物を撮像することによりカメラ座標
系の第３撮像面データが求められる。上記較正方法によ
り較正された較正対象データを用いて上記第３撮像面デ
ータを空間座標データに逆変換することにより上記測定
対象物の三次元位置が求められる。その結果，ブラケッ
ト上に固定されたカメラの位置精度に拘わらず，測定対
象物の三次元位置測定を高精度かつ非接触にて行うこと
ができる。
【０００９】
【実施例】以下，添付図面を参照して，本発明を具体化
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本
発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係るカメラによる測定対
象物の三次元位置測定装置の概略構成を示す模式図，図
２はカメラ座標系と空間座標系との相関図（従来例と共
用），図３はステレオ視でのカメラ座標系と空間座標系
との相関図，図４はカメラと較正用対象物との相関図，
図５は本実施例の三次元位置測定装置による較正対象デ
ータの較正手順を示すフローチャート，図６は本実施例
の三次元位置測定装置による測定手順を示すフローチャ
ートである。また前記図７に示した従来のカメラによる
測定対象物の三次元位置測定装置の一例における概略構
成を示す模式図，図８の従来の測定装置による測定手順
を示すフローチャートと共通する要素には同一符号を使
用する。本実施例に係る較正対象データの較正原理につ
いて，以下図２，図３及び図４を参照して説明する。前
述の如く，図２に示すような空間座標系とカメラ座標系
との間では，座標変換演算式である前記，式が成り
立つ。この，式に含まれる各パラメータの内，所謂
内部パラメータｆ，（ｉo ，ｊo ），（ｎi ，ｎj ）は
カメラ固有のものであり，カメラの位置精度による設計
値からのずれは生じないので問題になることはない。こ
れに対し，所謂外部パラメータ（α，β，φ），
（ｃ1 ，ｃ2，ｃ3 ）はカメラの移動に伴い変化するも
のであるため，カメラの位置精度による影響を受けて設
計値からのずれを生じやすい。このずれを解消するため
には，測定対象物の計測に先立ち，空間座標系における
三次元位置が既知の点を計測することにより上記外部パ
ラメータを較正すればよい。
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本
発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係るカメラによる測定対
象物の三次元位置測定装置の概略構成を示す模式図，図
２はカメラ座標系と空間座標系との相関図（従来例と共
用），図３はステレオ視でのカメラ座標系と空間座標系
との相関図，図４はカメラと較正用対象物との相関図，
図５は本実施例の三次元位置測定装置による較正対象デ
ータの較正手順を示すフローチャート，図６は本実施例
の三次元位置測定装置による測定手順を示すフローチャ
ートである。また前記図７に示した従来のカメラによる
測定対象物の三次元位置測定装置の一例における概略構
成を示す模式図，図８の従来の測定装置による測定手順
を示すフローチャートと共通する要素には同一符号を使
用する。本実施例に係る較正対象データの較正原理につ
いて，以下図２，図３及び図４を参照して説明する。前
述の如く，図２に示すような空間座標系とカメラ座標系
との間では，座標変換演算式である前記，式が成り
立つ。この，式に含まれる各パラメータの内，所謂
内部パラメータｆ，（ｉo ，ｊo ），（ｎi ，ｎj ）は
カメラ固有のものであり，カメラの位置精度による設計
値からのずれは生じないので問題になることはない。こ
れに対し，所謂外部パラメータ（α，β，φ），
（ｃ1 ，ｃ2，ｃ3 ）はカメラの移動に伴い変化するも
のであるため，カメラの位置精度による影響を受けて設
計値からのずれを生じやすい。このずれを解消するため
には，測定対象物の計測に先立ち，空間座標系における
三次元位置が既知の点を計測することにより上記外部パ
ラメータを較正すればよい。
【００１０】ここで，前記，式において較正すべき
外部パラメータはａ11，ａ12，ａ13，ａ21，ａ22，
ａ23，ａ31，ａ32，ａ33，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 の計１２個
ある。しかし，図３に示す如く，実際の較正は２台のカ
メラによる所謂ステレオ視にて行われるため，各々のカ
メラについて個々の計測データが得られる。これに対応
して較正すべきパラメータは計２４個となる。従って，
上記較正のための既知の点（以下，特徴点と記す）はカ
メラに対して上下，左右，前後方向に所定距離ずらした
少くとも計４個が必要であることがわかる。図３の空間
座標系に設置された上記特徴点を含有する較正用対象物
１´の一例を図４に示す。図中，較正用対象物１´には
格子状に９個の小円形状の特徴点１ a ´，１b ´，…を
設けており，較正用対象物１´をカメラ（カメラ座標系
１，２）に対して前後させた位置，にて上記計測が
行われる。この時，計測される特徴点１a ´，１b ´，
…の配置は立体的な図形を構成することとなる。このよ
うにして得られた計測データは，上記，式から導か
れる以下の，式（最小２乗法の目的関数式）を用い
て計算することにより，上記外部パラメータ（ａ11，
…，ａ33，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ）を求めることができる。
外部パラメータはａ11，ａ12，ａ13，ａ21，ａ22，
ａ23，ａ31，ａ32，ａ33，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 の計１２個
ある。しかし，図３に示す如く，実際の較正は２台のカ
メラによる所謂ステレオ視にて行われるため，各々のカ
メラについて個々の計測データが得られる。これに対応
して較正すべきパラメータは計２４個となる。従って，
上記較正のための既知の点（以下，特徴点と記す）はカ
メラに対して上下，左右，前後方向に所定距離ずらした
少くとも計４個が必要であることがわかる。図３の空間
座標系に設置された上記特徴点を含有する較正用対象物
１´の一例を図４に示す。図中，較正用対象物１´には
格子状に９個の小円形状の特徴点１ a ´，１b ´，…を
設けており，較正用対象物１´をカメラ（カメラ座標系
１，２）に対して前後させた位置，にて上記計測が
行われる。この時，計測される特徴点１a ´，１b ´，
…の配置は立体的な図形を構成することとなる。このよ
うにして得られた計測データは，上記，式から導か
れる以下の，式（最小２乗法の目的関数式）を用い
て計算することにより，上記外部パラメータ（ａ11，
…，ａ33，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ）を求めることができる。
【数５】
【数６】 ここに，ｍ＝１，…，ｎ（ｎ：特徴点の数） （ｘm ，ｙm ，ｚm ）：空間座標データ （ｉum，ｊum）：カメラ座標系１における計測データ
（第２撮像面データに相当） （ｉdm，ｊdm）：カメラ座標系２における計測データ
（第２撮像面データに相当） （ｃu1，ｃu2，ｃu3）：カメラ座標系１の主点位置 （ｃd1，ｃd2，ｃd3）：カメラ座標系２の主点位置
（第２撮像面データに相当） （ｉdm，ｊdm）：カメラ座標系２における計測データ
（第２撮像面データに相当） （ｃu1，ｃu2，ｃu3）：カメラ座標系１の主点位置 （ｃd1，ｃd2，ｃd3）：カメラ座標系２の主点位置
【数７】
【数８】 である。
【００１１】次に，この原理を用いた本実施例の測定装
置Ａ´について図１を参照して説明する。図１に示す如
く，測定装置Ａ´は従来例と同様の測定対象物１，カメ
ラ２，２，ブラケット３，データ処理部５，及び演算部
６に加えて，カメラ２，２の光軸方向（図中のＹ方向）
に延長されてその一端がブラケット３に固定されたスラ
イド台４と，カメラ２，２に対向し，かつスライド台４
上を該カメラに対して前後方向に摺動自在に支持された
複数個の特徴点１a ´，１b ´，…を含有する較正用対
象物１´と，較正用対象物１´の特徴点１a ´，１
b ´，…をカメラ２，２により撮像して較正対象データ
を較正する較正部７とを設けている。この測定装置Ａ´
による較正対象データの較正手順を，図５を参照してス
テップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…の順に以下説明する。ま
ず，測定対象物１の三次元位置を測定するための座標変
換演算に用いられる較正対象データＴo が較正部７及び
較正部７を介して演算部６に入力される（Ｓ１）。この
較正対象データＴo は従来例における各パラメータＰo
と同様の設計値であり前記内部パラメータと外部パラメ
ータとからなるが，この内の外部パラメータについては
本実施例での較正対象となるためまず初期値として与え
られる。次に，既知である較正用対象物１´上の特徴点
１a ´，１b ´，…の空間座標データＤ1 が演算部６に
入力される（Ｓ２）。ここで，空間座標データＤ1 は較
正対象データＴo を用いてそれぞれカメラ座標系の第１
撮像面データＤc1に座標変換される（Ｓ３）。次に，カ
メラ２，２の第１の対向位置に較正用対象物１´を設
置する（Ｓ４）。この位置でカメラ２，２により特徴点
１a ´を実際に撮像して得られた画像データＤc2´をデ
ータ処理部５にて処理することによりカメラ座標系の第
２撮像面データＤc2(1a ´) が計測される（Ｓ５）。こ
の計測は較正用対象物１´上の他の特徴点１b ´，１c
´…についても行われ，全ての特徴点１a ´，１b ´，
…に対応した第２撮像面データＤc2(1a ´) ，Ｄc2(1b
´)，…が得られる（Ｓ６）。次に，較正用対象物１´
をカメラ２，２の第２の対向位置に実際に移動し（Ｓ
８），上記ステップＳ５，Ｓ６を繰返すことにより全て
の位置における特徴点１a ´，１b ´，…に対応した第
２撮像面データＤc2が得られる（Ｓ７）。第２撮像面デ
ータＤc2は較正部７に送られて，ここで演算部６より送
られた第１撮像面データＤc1と比較されることにより較
正対象データＴ o の較正がなされる。即ち，前記，
式を用いて両データ間の誤差が最小となるように各外部
パラメータ（αu ，βu ，φu ，αd ，βd ，φd ，ｃ
u1，ｃu2，ｃu3，ｃd1，ｃd2，ｃd3）が求められる（Ｓ
９）。
置Ａ´について図１を参照して説明する。図１に示す如
く，測定装置Ａ´は従来例と同様の測定対象物１，カメ
ラ２，２，ブラケット３，データ処理部５，及び演算部
６に加えて，カメラ２，２の光軸方向（図中のＹ方向）
に延長されてその一端がブラケット３に固定されたスラ
イド台４と，カメラ２，２に対向し，かつスライド台４
上を該カメラに対して前後方向に摺動自在に支持された
複数個の特徴点１a ´，１b ´，…を含有する較正用対
象物１´と，較正用対象物１´の特徴点１a ´，１
b ´，…をカメラ２，２により撮像して較正対象データ
を較正する較正部７とを設けている。この測定装置Ａ´
による較正対象データの較正手順を，図５を参照してス
テップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…の順に以下説明する。ま
ず，測定対象物１の三次元位置を測定するための座標変
換演算に用いられる較正対象データＴo が較正部７及び
較正部７を介して演算部６に入力される（Ｓ１）。この
較正対象データＴo は従来例における各パラメータＰo
と同様の設計値であり前記内部パラメータと外部パラメ
ータとからなるが，この内の外部パラメータについては
本実施例での較正対象となるためまず初期値として与え
られる。次に，既知である較正用対象物１´上の特徴点
１a ´，１b ´，…の空間座標データＤ1 が演算部６に
入力される（Ｓ２）。ここで，空間座標データＤ1 は較
正対象データＴo を用いてそれぞれカメラ座標系の第１
撮像面データＤc1に座標変換される（Ｓ３）。次に，カ
メラ２，２の第１の対向位置に較正用対象物１´を設
置する（Ｓ４）。この位置でカメラ２，２により特徴点
１a ´を実際に撮像して得られた画像データＤc2´をデ
ータ処理部５にて処理することによりカメラ座標系の第
２撮像面データＤc2(1a ´) が計測される（Ｓ５）。こ
の計測は較正用対象物１´上の他の特徴点１b ´，１c
´…についても行われ，全ての特徴点１a ´，１b ´，
…に対応した第２撮像面データＤc2(1a ´) ，Ｄc2(1b
´)，…が得られる（Ｓ６）。次に，較正用対象物１´
をカメラ２，２の第２の対向位置に実際に移動し（Ｓ
８），上記ステップＳ５，Ｓ６を繰返すことにより全て
の位置における特徴点１a ´，１b ´，…に対応した第
２撮像面データＤc2が得られる（Ｓ７）。第２撮像面デ
ータＤc2は較正部７に送られて，ここで演算部６より送
られた第１撮像面データＤc1と比較されることにより較
正対象データＴ o の較正がなされる。即ち，前記，
式を用いて両データ間の誤差が最小となるように各外部
パラメータ（αu ，βu ，φu ，αd ，βd ，φd ，ｃ
u1，ｃu2，ｃu3，ｃd1，ｃd2，ｃd3）が求められる（Ｓ
９）。
【００１２】上記較正方法により較正された較正対象デ
ータＴを用いて測定対象物１の三次元位置を測定する手
順については，従来例と同様であるため詳細説明は省略
するが，図６に示す如く，ステップＳ１０，Ｓ１１によ
り測定対象物１を計測して得られたカメラ座標系の第３
撮像面データＤc3をステップＳ１〜Ｓ９により較正され
た較正対象データＴを用いて空間座標データＤに逆変換
する（Ｓ１２）点が従来例と異なる。尚，本実施例では
既知の較正用対象物１´上の特徴点１a ´，１b ´，…
の空間座標データＤ1 の入力（Ｓ２）及び座標変換（Ｄ
1 →Ｄc1）（Ｓ３）をカメラ座標系の第２撮像面データ
Ｄc2の計測（Ｓ５）の前に一括して行っているが，実使
用に際しては上記Ｄ1 の入力（Ｓ２）及び座標変換（Ｓ
３）を上記Ｄc2の計測（Ｓ５）の後に一括又は分割して
行っても何ら支障はない。要は第１撮像面データＤc1と
第２撮像面データＤc2との比較による較正対象データの
較正（Ｔo →Ｔ）（Ｓ９）の前に終了していればよいの
である。また上記データ処理部５，演算部６及び較正部
７の機能を１台のコンピュータに集中しても何ら支障は
ない。
ータＴを用いて測定対象物１の三次元位置を測定する手
順については，従来例と同様であるため詳細説明は省略
するが，図６に示す如く，ステップＳ１０，Ｓ１１によ
り測定対象物１を計測して得られたカメラ座標系の第３
撮像面データＤc3をステップＳ１〜Ｓ９により較正され
た較正対象データＴを用いて空間座標データＤに逆変換
する（Ｓ１２）点が従来例と異なる。尚，本実施例では
既知の較正用対象物１´上の特徴点１a ´，１b ´，…
の空間座標データＤ1 の入力（Ｓ２）及び座標変換（Ｄ
1 →Ｄc1）（Ｓ３）をカメラ座標系の第２撮像面データ
Ｄc2の計測（Ｓ５）の前に一括して行っているが，実使
用に際しては上記Ｄ1 の入力（Ｓ２）及び座標変換（Ｓ
３）を上記Ｄc2の計測（Ｓ５）の後に一括又は分割して
行っても何ら支障はない。要は第１撮像面データＤc1と
第２撮像面データＤc2との比較による較正対象データの
較正（Ｔo →Ｔ）（Ｓ９）の前に終了していればよいの
である。また上記データ処理部５，演算部６及び較正部
７の機能を１台のコンピュータに集中しても何ら支障は
ない。
【００１３】以上のように本実施例によれば，２台のカ
メラ２，２により較正用対象物１´上の特徴点１a ´，
１b ´，…を計測することにより，測定対象物１の三次
元位置を測定するための座標変換演算に用いる較正対象
データＴo を精度よく較正できるため，ブラケット３上
に固定されたカメラ２，２の取付位置精度に拘らず，正
確な較正対象データＴが得られる。また，この較正対象
データＴを用いることにより測定対象物１の三次元位置
測定を高精度かつ非接触にて行うことができる。さら
に，本実施例による較正を施した２台のカメラを，例え
ばロボットの手首先端に搭載し，このカメラで測定対象
物上に設けられた上記較正用対象物におけるものと同等
の特徴点を計測することにより，上記測定対象物の三次
元位置を高精度かつ非接触にて計測することができる。
このように，本発明はロボットによる対象物の組立や加
工の工程等に応用することができる。
メラ２，２により較正用対象物１´上の特徴点１a ´，
１b ´，…を計測することにより，測定対象物１の三次
元位置を測定するための座標変換演算に用いる較正対象
データＴo を精度よく較正できるため，ブラケット３上
に固定されたカメラ２，２の取付位置精度に拘らず，正
確な較正対象データＴが得られる。また，この較正対象
データＴを用いることにより測定対象物１の三次元位置
測定を高精度かつ非接触にて行うことができる。さら
に，本実施例による較正を施した２台のカメラを，例え
ばロボットの手首先端に搭載し，このカメラで測定対象
物上に設けられた上記較正用対象物におけるものと同等
の特徴点を計測することにより，上記測定対象物の三次
元位置を高精度かつ非接触にて計測することができる。
このように，本発明はロボットによる対象物の組立や加
工の工程等に応用することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明に係るカメラによる測定対象物の
三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び
三次元位置測定方法は上記したように構成されているた
め，カメラの取付位置精度に拘らず，正確な較正対象デ
ータが得られる。また，この較正対象データを用いるこ
とにより測定対象物の三次元位置測定を高精度かつ非接
触にて行うことができる。
三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び
三次元位置測定方法は上記したように構成されているた
め，カメラの取付位置精度に拘らず，正確な較正対象デ
ータが得られる。また，この較正対象データを用いるこ
とにより測定対象物の三次元位置測定を高精度かつ非接
触にて行うことができる。
【図１】 本発明の一実施例に係るカメラによる測定対
象物の三次元位置測定装置の概略構成を示す模式図。
象物の三次元位置測定装置の概略構成を示す模式図。
【図２】 カメラ座標系と空間座標系との相関図（従来
例と共用）。
例と共用）。
【図３】 ステレオ視でのカメラ座標系と空間座標系と
の相関図。
の相関図。
【図４】 カメラと較正用対象物との相関図。
【図５】 本実施例の三次元位置測定装置による較正対
象データの較正手順を示すフローチャート。
象データの較正手順を示すフローチャート。
【図６】 本実施例の三次元位置測定装置による測定手
順を示すフローチャート。
順を示すフローチャート。
【図７】 従来のカメラによる測定対象物の三次元位置
測定装置の一例における概略構成を示す模式図。
測定装置の一例における概略構成を示す模式図。
【図８】 従来の測定装置による測定手順を示すフロー
チャート。
チャート。
Ａ´…測定装置 １…測定対象物 ２…カメラ ６…演算部 ７…較正部
Claims (2)
- 【請求項１】 並設された少くとも２台のカメラにより
測定対象物の三次元位置を測定するための座標変換演算
に用いる較正対象データの較正方法において，上記較正
対象データを入力し，上記較正対象データを較正するた
めの較正用対象物を上記カメラに対して上下，左右，前
後の各方向に所定距離ずらしたと仮定した時の上記較正
用対象物に形成された所定形状の特徴点の空間座標デー
タを入力し，上記較正対象データを用いて上記特徴点の
空間座標データをカメラ座標系での第１撮像面データに
変換し，上記カメラの対向位置に上記較正用対象物を設
置し，上記較正用対象物を上記カメラに対して前後方向
に移動させて，上記カメラに対して上下，左右，前後の
各方向に所定距離ずらした少くとも計４個の特徴点を該
カメラにより撮像してカメラ座標系での第２撮像面デー
タを求め，上記第１撮像面データと上記第２撮像面デー
タとを比較することにより上記較正対象データを較正す
ることを特徴とするカメラによる測定対象物の三次元位
置測定のための較正対象データの較正方法。 - 【請求項２】 並設された少くとも２台のカメラにより
測定対象物の三次元位置を測定する三次元位置測定方法
において，上記測定対象物の三次元位置を測定するため
の座標変換演算に用いる較正対象データを入力し，上記
較正対象データを較正するための較正用対象物を上記カ
メラに対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ずら
したと仮定した時の上記較正用対象物に形成された所定
形状の特徴点の空間座標データを入力し，上記較正対象
データを用いて上記特徴点の空間座標データをカメラ座
標系での第１撮像面データに変換し，上記カメラの対向
位置に上記較正用対象物を設置し，上記較正用対象物を
上記カメラに対して前後方向に移動させて，上記カメラ
に対して上下，左右，前後の各方向に所定距離ずらした
少くとも計４個の特徴点を該カメラにより撮像してカメ
ラ座標系での第２撮像面データを求め，上記第１撮像面
データと上記第２撮像面データとを比較することにより
上記較正対象データを較正し，上記カメラを上記測定対
象物の対向位置に設置し，上記カメラにより上記測定対
象物を撮像してカメラ座標系の第３撮像面データを求
め，上記較正後の較正対象データを用いて上記第３撮像
面データを空間座標データに逆変換することにより上記
測定対象物の三次元位置を求めるカメラによる測定対象
物の三次元位置測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049778A JPH05248819A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | カメラによる測定対象物の三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び三次元位置測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4049778A JPH05248819A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | カメラによる測定対象物の三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び三次元位置測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05248819A true JPH05248819A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12840634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4049778A Pending JPH05248819A (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | カメラによる測定対象物の三次元位置測定のための較正対象データの較正方法及び三次元位置測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05248819A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05314243A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-11-26 | Sony Corp | ３次元形状復元方法 |
| WO1998005922A1 (fr) * | 1996-08-07 | 1998-02-12 | Komatsu Ltd. | Technique d'etalonnage |
| JPH1062145A (ja) * | 1996-08-14 | 1998-03-06 | Meidensha Corp | カメラ姿勢の検出装置 |
| JP2002202122A (ja) * | 2001-01-05 | 2002-07-19 | Olympus Optical Co Ltd | ２次元距離画像センサのキャリブレーション方法 |
| JP2005140630A (ja) * | 2003-11-06 | 2005-06-02 | National Maritime Research Institute | ３次元画像計測用カメラ検定設備 |
| WO2008155961A1 (ja) * | 2007-06-21 | 2008-12-24 | Konica Minolta Holdings, Inc. | 測距装置 |
| JP2012057967A (ja) * | 2010-09-06 | 2012-03-22 | Nippon Signal Co Ltd:The | カメラ校正装置 |
| JP2013185931A (ja) * | 2012-03-07 | 2013-09-19 | Jvc Kenwood Corp | カメラ較正装置 |
| WO2019017328A1 (ja) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| WO2019216297A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| CN112974141A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-18 | 深圳市腾盛精密装备股份有限公司 | 一种点胶针头和3d传感器标定的方法 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP4049778A patent/JPH05248819A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05314243A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-11-26 | Sony Corp | ３次元形状復元方法 |
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| JP2012057967A (ja) * | 2010-09-06 | 2012-03-22 | Nippon Signal Co Ltd:The | カメラ校正装置 |
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| WO2019017328A1 (ja) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| JPWO2019017328A1 (ja) * | 2017-07-21 | 2020-07-02 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| WO2019216297A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| JPWO2019216297A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2021-04-22 | 日本電気株式会社 | 較正装置および較正方法 |
| CN112974141A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-18 | 深圳市腾盛精密装备股份有限公司 | 一种点胶针头和3d传感器标定的方法 |
| CN112974141B (zh) * | 2021-02-04 | 2022-04-15 | 深圳市腾盛精密装备股份有限公司 | 一种点胶针头和3d传感器标定的方法 |
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