JPH06131420A - 建設支援装置及び方法 - Google Patents

建設支援装置及び方法

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JPH06131420A
JPH06131420A JP4281315A JP28131592A JPH06131420A JP H06131420 A JPH06131420 A JP H06131420A JP 4281315 A JP4281315 A JP 4281315A JP 28131592 A JP28131592 A JP 28131592A JP H06131420 A JPH06131420 A JP H06131420A
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利幸 青木
Koji Kameshima
鉱二 亀島
Tomoyuki Hamada
朋之 浜田
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は建設物の建設を支援する装置に関し、
その設計作業を合理化することができる建設支援装置及
び方法を提供する。 【構成】推定情報記憶装置７、推定用撮像パラメータ設
定手段１４及び撮像パラメータ計測手段１１を設けて、
撮像パラメータの推定を行ない、撮像パラメータを精度
良く求め、建設作業に必要な精度の現在の建築物の構成
部品の位置・姿勢を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工場設備、建物等を建
設保守する装置及び方法に係わり、特に建設保守を計算
機で支援する建設支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力発電プラントや工場設備などのよ
うな大規模構造物の建設保守では、建築物の施工誤差が
大きいため、施工誤差がある値以内になるまで、建築物
の構成部品の計測、設計図の見直し、建築物の修正とい
う作業が繰り返し行なわれる。このため、建設物の構成
部品の位置と姿勢の計測では三角測量などの点計測が用
いられているため、設計作業に多くの人と時間が費やさ
れている。
【０００３】特開平2-209562号公報における従来技術に
は、現場を撮影した画像を用いて，現在の建築物の構成
部品の位置及び姿勢を画像上の物体と物体の予測画像を
照合する作業により、物体の位置及び姿勢を計測するこ
とが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平2-209562号公報
に記載された前記従来技術では、表示手段の画面上に建
築物の構成部品を描くための撮像パラメータの設定につ
いては何ら配慮されていないため、設計作業などに必要
な計測精度が得られない。この結果、設計作業に支障を
来たし、さらに合理化を図ることができないという問題
があった。
【０００５】本発明の目的は、設計作業を合理化するこ
とができる建設支援装置及び方法を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、計
測手段自体及び物体上の点の位置を計測する計測手段
と、前記物体を撮影する撮影手段と、前記物体の形状、
位置及び姿勢を記憶手段に入力する物体情報入力手段
と、前記物体の形状、位置及び姿勢、前記計測手段の位
置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮影手段の相対
位置、姿勢及び撮像倍率、表示手段の画面上における前
記撮影手段の光軸の位置を記憶する記憶手段と、前記計
測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮影
手段の相対位置及び姿勢、前記撮像倍率、前記表示手段
の画面上における前記撮影手段の光軸の位置を計算する
撮像パラメータ計算手段と、前記撮影手段により撮影さ
れると予測される前記物体の予測画像を生成する予測画
面生成手段と、前記撮影手段が撮影した映像と前記予測
画像とを重ね合わせて画面上に出力する表示手段と、前
記表示手段上での撮影画像の前記物体と前記予測画像の
前記物体との偏差量を検出し、前記偏差量を前記物体あ
るいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変化量に変換し、
前記変化量を前記記憶手段に転送する情報修正手段とを
備えることにより、達成される。
【０００７】また、本発明の上記目的は、対象物体を撮
影手段を用いて撮影し、撮影時の前記撮影手段の位置及
び姿勢を計測手段によって計測し、予め記憶物体に登録
された前記対象物体の設計情報と前記対象物体を表示画
面上に描くための撮像パラメータから予測画像を生成
し、表示手段の画面上に前記予測画像と前記対象物を撮
影手段で撮影した映像とを重ね合わせて出力し、情報修
正手段に入力された信号に合わせて前記表示手段の画面
上で移動する前記予測画像の前記対象物体と前記映像の
前記対象物体とを照合させることにより前記対象物体の
位置及び姿勢を計測し、前記計測された前記対象物体の
位置、姿勢及び前記設計情報をもとに、前記表示手段及
び物体情報入力手段を用いて設計を行なうことにより達
成される。
【０００８】
【作用】撮影手段は物体を撮影する。計測手段は撮影時
の計測手段及び物体上の点の位置を計測し、計測手段及
び点の位置を記憶手段に転送する。撮像パラメータ計算
手段は１０個の撮像倍率と各撮像倍率において映像の物
体と予測画像の物体が照合した時の計測手段に対する前
記撮影手段の相対位置より撮像パラメータを計算する。
照合と撮像パラメータの計算を繰り返し、２つの推定用
物体における計測手段に対する撮影手段の上下左右方向
相対位置の差が一致した時の撮像パラメータを記憶手段
に転送する。前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手
段に対する前記撮影手段の相対位置及び姿勢、前記撮像
倍率、前記表示手段の画面上における前記撮影手段の光
軸の位置を計算すると、予測画面生成手段は物体の位置
及び姿勢と撮像パラメータから物体の予測画像を生成す
る。表示手段は撮影手段が撮影した映像と予測画像とを
重ね合わせて画面上に出力する。情報修正手段は操作者
に入力された信号を検出し、その信号を物体あるいは撮
影手段の位置及び姿勢の変化量に変換し、この変化量を
記憶手段に転送する。操作者は情報修正手段に信号を入
力することにより、映像の物体と予測画像の物体とを重
ね合わせ物体の位置を計測する。物体情報入力手段は操
作者の指示により、物体の形状及び位置及び姿勢を記憶
手段に入力する。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の一実施例の構成を示すブロッ
ク図を示す。図１において、１は撮影に依存する撮像パ
ラメータを推定するとき照合する対象として用いる推定
用物体１である。ここでは、推定用物体１は長方形の板
状のものを用いる。但し、推定用物体１は形状が既知で
あり、物体上の点を計測することにより、物体の位置及
び姿勢が計算することが可能であれば、推定用物体１の
形状は長方形の板状のものに限らなくても良い。２は計
測する対象となる対象物体であり、例えば建築物の構成
部品などである。３は基準点であり、建設現場における
座標系の基準となる。
【００１０】本発明の実施例においては、物体情報記憶
手段４と、映像記憶手段５と、撮像パラメータ記憶手段
６と、推定情報記憶手段７と、一時記憶手段８と、前記
物体情報記憶手段４に接続された物体情報入力手段９
と、前記映像記憶手段５に接続された撮影手段１０と、
前記撮像パラメータ記憶手段６に接続された計測手段１
１と、前記物体情報記憶手段４及び前記計測手段１１に
接続された物体情報作成手段１２と、前記推定情報記憶
手段７に接続された撮像パラメータ計算手段１３と、前
記推定情報記憶手段７に接続された推定用撮像パラメー
タ設定手段１４と、前記一時記憶手段８に接続された予
測画像生成手段１５と、前記映像記憶手段５、前記計測
手段１１及び前記予測画像生成手段１５に接続された照
合表示手段１６と、前記一時記憶手段８に接続された情
報修正手段１７と、前記物体情報記憶手段４に接続され
た作業仕様作成手段１８とを備えている。
【００１１】ここで、撮像パラメータは計測手段１１の
位置及び姿勢、計測手段１１に対する撮影手段１０の相
対位置及び姿勢、撮像倍率および照合表示手段１６の画
面上における撮影手段１１の光軸の位置である。
【００１２】前述した物体情報記憶手段４は設計情報と
して建築物の構成部品２及び撮像パラメータの推定時に
使用する推定用物体１の位置、姿勢及び形状に関するデ
ータを格納している。ビデオテープやディスクなどの前
述した映像記憶手段５は映像データを格納し、建設現場
で撮影手段１０と計測手段１１だけを用いて撮影、計測
を行なう場合や映像を保存したい場合に撮影した映像を
保存する。
【００１３】前述した撮像パラメータ記憶手段６は撮像
パラメータを格納している。前述した推定情報記憶手段
７は撮像パラメータ推定時のデータを格納している。メ
モリなどの前述した一時記憶手段８は物体の位置、姿勢
及び形状と撮像パラメータを格納している。
【００１４】キーボードやマウスなどの前述した物体情
報入力手段９は設計情報として建築物の構成部品２の位
置及び姿勢及び形状を入力する。
【００１５】カメラなどの前述した撮影手段１０は建築
物の構成部品２及び推定用物体１を撮影し、映像記憶手
段５あるいは照合表示手段１６に映像を転送する。
【００１６】光波測量機などの前述した計測手段１１は
計測手段１１の位置、姿勢及び推定用物体１の各頂点の
位置を計測記録し、物体情報作成手段１２に推定用物体
１の各頂点の位置を、撮像パラメータ記憶手段６に計測
手段１１の位置及び姿勢を転送する。
【００１７】前述した物体情報作成手段１２は計測手段
１１からの推定用物体１の各頂点の位置より推定用物体
１の位置、姿勢及び形状を計算し、物体情報記憶手段４
に推定用物体１の位置、姿勢及び形状を転送する。
【００１８】前述した推定用撮像パラメータ設定手段１
４は撮像パラメータを設定し、撮像パラメータを推定情
報記憶手段７に転送する。ただし、撮像パラメータは操
作者の入力により作成されても構わない。
【００１９】前述した撮像パラメータ計算手段１３は推
定情報記憶手段７から１０個の撮像倍率、これらに対応
する１０個の計測手段１１に対する撮影手段１０の相対
位置、画面上における撮影手段１０の光軸の位置を得
て、計測手段１１に対する撮影手段１０の相対位置、撮
像倍率、画面上における撮影手段１０の光軸の位置の修
正量を計算し、その結果を推定情報記憶手段７に転送す
る。ただし、撮像倍率の数は２個以上であれば、１０個
と限らない。
【００２０】前述した予測画面生成手段１５は一時記憶
手段８から物体の形状、位置及び姿勢と撮像パラメータ
を得て、撮影手段１０により撮影されると予測される物
体の予測画像を生成する。この物体の予測画像を照合表
示手段１６に転送する。
【００２１】ディスプレイ等の前述した照合表示手段１
６は撮影手段１０あるいは撮影記憶手段からの映像と、
予測画像生成手段１５からの予測画像とを重ね合わせて
出力する。
【００２２】マウスなどの前述した情報修正手段１７は
操作者に移動されることにより、その移動量を検出し、
その移動量を計測手段１１に対する撮影手段１０の相対
位置及び姿勢あるいは対象物体２の位置及び姿勢の変化
量に変換し、この変化量を一時記憶手段８に転送する。
また、変化量に変換する計測手段１１に対する撮影手段
１０の相対位置及び姿勢あるいは対象物体２の位置及び
姿勢選択を操作者の指令により切り替える。
【００２３】前述した作業仕様作成手段１８は物体情報
記憶手段４から設計情報と計測で得られた物体の位置及
び姿勢を得て、これらの設計情報と計測で得られた物体
の位置及び姿勢をもとに作業指示書を作成する。
【００２４】図１において、作業仕様作成手段１８は工
作機、ロボット等の加工取付手段及び誘導手段に置き換
えても構わない。誘導装置は物体情報記憶手段４から設
計情報と計測で得られた物体の位置及び姿勢と操作者の
指示をもとに加工取付手段の動作情報を決定し、この動
作情報を加工取付手段に転送する。この加工取付手段は
誘導手段からの動作情報をもとに建築物の構成部品２の
加工取付を行なう。これらの手段は特公平 1-70803号公
報「誘導装置」、特開平1-112309号公報「ロボット指示
システム」に記載された構成を用いることにより実行で
きる。
【００２５】図１に示す本発明の一実施例では、撮影手
段１０、計測手段１１及び映像記憶手段５を本発明の装
置から切り離し、建設現場で撮影手段１０、計測手段１
１及び映像記憶手段５を用いて撮影計測を行なうことが
できる。この場合、オフィスにある残りの装置に計測手
段１１と映像記憶手段５を接続することにより、パター
ン照合による設計、撮像パラメータの推定、計測及び作
業仕様の作成の作業ができる。撮影手段１０、計測手段
１１及び映像手段の切り離しができることにより、建設
現場での装置の軽量化が図れるため、建設現場での作業
の迅速化が図れ、作業範囲が大きくなる。
【００２６】上述した本発明の一実施例の動作は、設
計、撮像パラメータの推定、計測及び作業仕様の作成を
行なうのもである。図１に示す本発明の一実施例では、
これらの４つの動作をそれぞれ独立に実行することがで
きる。
【００２７】上述した撮像パラメータ推定の手順につい
て図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２８】ステップ１：図３に示すように計測手段１
１に撮影手段１０を取付ける。このとき、計測手段１１
の計測光軸と撮影手段１０の光軸を平行にする。
【００２９】ステップ２：撮影手段１０の前方に二つの
推定用物体１を撮影手段１０からの距離を変えて配置す
る。
【００３０】ステップ３：撮影手段１０を用いて二つの
推定用物体１を撮影する。このとき、撮影手段１０は二
つの推定用物体１の映像ａを映像記憶手段５に転送し、
映像記憶手段５は二つの推定用物体１の映像ａを格納す
る。
【００３１】ステップ４：計測手段１１を用いて撮影時
の計測手段１１の位置及び姿勢ｂと２つの推定用物体１
の各頂点の位置ｃの計測を行なう。
【００３２】ステップ５：この計測手段１１の位置及び
姿勢ｂを撮像パラメータ記憶手段６に転送する。撮像パ
ラメータ記憶手段６はこの計測手段１１の位置及び姿勢
ｂを格納する。
【００３３】ステップ６：２つの推定用物体１の各頂点
の位置ｃを物体情報作成手段１２に転送する。物体情報
作成手段１２は２つの推定用物体１の各頂点の位置ｃよ
り二つの推定用物体１の形状、位置及び姿勢ｄを計算
し、２つの推定用物体１の形状、位置及び姿勢ｄを物体
情報記憶手段４に転送する。物体情報記憶手段４は二つ
の推定用物体１の形状、位置及び姿勢ｄを格納する。
【００３４】ステップ７：パターン照合により計測手段
１１に対する撮影手段１０の光軸周りの相対姿勢ｅ及び
撮像倍率の縦横比ｗを計測する。そこで、一時記憶手段
８から計測手段１１に対する撮影手段１０の光軸周りの
相対姿勢ｅ及び撮像倍率の縦横比ｗを推定情報記憶手段
７に転送する。推定情報記憶手段７は計測手段１１に対
する撮影手段１０の光軸周りの相対姿勢ｅ及び撮像倍率
の縦横比ｗを格納する。
【００３５】ステップ８：推定用撮像パラメータ設定手
段１４は画像上における撮影手段１０の光軸の位置の初
期値ｆを設定し、この画像上における撮影手段１０の光
軸の位置の初期値ｆを推定情報記憶手段７に転送する。
推定情報記憶手段７は画像上における撮影手段１０の光
軸の位置の初期値ｆを格納する。
【００３６】ステップ９：推定情報記憶手段７に格納さ
れている撮像倍率の縦横比ｗをもとに、推定用撮像パラ
メータ設定手段１４は異なる１０個の撮像倍率ｇを設定
し、この１０個の撮像倍率ｇを推定情報記憶手段７に転
送する。推定情報記憶手段７は１０個の撮像倍率ｇを格
納する。推定情報記憶手段７は１０個の撮像倍率ｇを含
む撮像パラメータｈを撮像パラメータ記憶手段６に転送
する。撮像パラメータ記憶手段６は１０個の撮像倍率ｇ
を含む撮像パラメータｈを格納する。ただし、撮像倍率
の数は２個以上であれば１０個と限らない。
【００３７】ステップ１０：パターン照合により２つの
推定用物体１と１０個の撮像倍率に関して計測手段１１
に対する撮影手段１０の相対位置ｉを計測する。推定情
報記憶手段７にこれらの１０個の撮像倍率に関して計測
手段１１に対する撮影手段１０の相対位置ｉを格納す
る。
【００３８】ステップ１１：撮像パラメータ計算手段１
３は推定情報記憶手段７から１０個の撮像倍率ｇ及びこ
れらの撮像倍率に対応する計測手段１１に対する撮影手
段１０の相対位置ｉを得て、撮像倍率ｊ、計測手段１１
に対する撮影手段１０の相対位置ｋ及び画面上における
撮影手段１０の光軸の位置の修正量ｌs（sは撮像パラメ
ータ計算の繰り返し回数を表している。）を計算し、こ
れらの結果を推定情報記憶手段７に転送する。推定情報
記憶手段７は撮像パラメータ計算手段１３からの撮像倍
率ｊ、計測手段１１に対する撮影手段１０の相対位置ｋ
及び画面上における撮影手段１０の光軸の位置の修正量
ｌsを格納する。
【００３９】ステップ１２：ステップ９からステップ１
１を２つの推定用物体１における計測手段１１に対する
撮影手段１０の上下左右方向相対位置の差がそれぞれ
０．５ｍｍ以内になるまで行なう。ただし、この０．５
ｍｍという値は変えても構わない。
【００４０】ステップ１３：推定情報記憶手段７は二つ
の推定用物体１における計測手段１１に対する撮影手段
１０の上下左右方向相対位置の差がそれぞれ０．５ｍｍ
以内になったときの撮像パラメータｅ，ｊ，ｋ，ｌ1＋
ｌ2＋．．．＋ｌΣ（Σは撮像パラメータ計算の最終繰
り返し回数を表している。）を撮像パラメータ記憶手段
６に転送する。撮像パラメータ記憶手段６はこの撮像パ
ラメータｅ，ｊ，ｋ，ｌ1＋ｌ2＋．．．＋ｌΣを格納す
る。
【００４１】計測の手順について図４を用いて説明す
る。
【００４２】ステップ１：２つの基準点３を設置する。
【００４３】ステップ２：対象物体２の前方に撮影手段
１０と計測手段１１とを組み合わせたものを２つ配置す
る。この時、撮影時の二つの撮影手段１０の光軸のなす
角を90度にすることが望ましい。
【００４４】ステップ３：２つの撮影手段１０を用いて
それぞれ対象物体２を撮影する。このとき、撮影手段１
０は映像ｍを映像記憶手段５に転送する。映像記憶手段
５はこの映像ｍを格納する。
【００４５】ステップ４：２つの計測手段１１を用いて
それぞれ撮影時の二つの基準点３に関する座標系に対す
る計測手段１１の位置及び姿勢ｎの計測を行なう。
【００４６】ステップ５：計測手段１１の位置及び姿勢
ｎを撮像パラメータ記憶手段６に転送する。このとき、
撮像パラメータ記憶手段６はこの計測手段１１の位置及
び姿勢ｎを格納する。
【００４７】ステップ６：パターン照合により対象物体
２の位置及び姿勢ｏを計測する。
【００４８】ステップ７：画像上の対象物体２と予測画
面上の対象物体２とが重なり合ったとき対象物体２の位
置及び姿勢ｏを一時記憶手段８から物体情報記憶手段４
に転送する。物体情報記憶手段４はこの対象物体２の位
置及び姿勢ｏを格納する。
【００４９】撮像パラメータ推定手順のステップ７及び
ステップ１０及び計測手順のステップ６におけるパター
ン照合の操作手順について、図５を用いて説明する。
【００５０】ステップ１：対象物体２の映像ａ（撮像パ
ラメータ推定の場合）、ｍ（計測の場合）を映像記憶手
段５から照合表示手段１６に転送する。照合表示手段１
６は対象物体２の映像ａを画面上に出力する。
【００５１】ステップ１：撮像パラメータｑ＝（ｂ，
ｐ）（撮像パラメータ推定手順のステップ７）、ｒ＝
（ｂ，ｅ，ｇ，ｋ，ｆ＋ｌ1＋ｌ2＋．．．）（撮像パラ
メータ推定手順のステップ１０）、ｓ＝（ｂ，ｅ，ｊ，
ｋ，ｆ＋ｌ1＋ｌ2＋．．．）（計測手順のステップ６）
を撮像パラメータ記憶手段６から選択する。このとき、
撮像パラメータ記憶手段６から撮像パラメータｑ，ｒ，
ｓを一時記憶手段８に転送する。一時記憶手段８は撮像
パラメータｑ，ｒ，ｓを格納する。
【００５２】ステップ３：物体の位置及び姿勢ｄ（撮像
パラメータ推定）、ｔ（計測）を物体情報記憶手段４か
ら選択する。このとき、物体情報記憶手段４から物体の
位置及び姿勢ｄ，ｔを一時記憶手段８に転送する。一時
記憶手段８は物体の位置及び姿勢ｄ，ｔを格納する。そ
こで、一時記憶手段８に物体の位置及び姿勢ｄ，ｔと撮
像パラメータｑ，ｒ，ｓが格納されたとき、物体の位置
及び姿勢ｄ，ｔと撮像パラメータｑ，ｒ，ｓを予測画面
生成手段１５に転送する。予測画面生成手段１５はこれ
らの物体の位置及び姿勢ｄ，ｔと撮像パラメータｑ，
ｒ，ｓから予測画面を生成する。予測画面生成手段１５
はこの予測画面ｕ1（３ケースとも含む）を照合表示手
段１６に転送する。照合表示手段１６はこの予測画面ｕ
1を画面上に出力する。
【００５３】ステップ４：操作者は照合表示手段１６の
画面上の映像ａ，ｍの推定用物体１と予測画面ｕの物体
を重ね合わせるように情報修正手段１７を移動させる。
このとき、情報修正手段１７はその移動量を検出し、そ
の移動量を計測手段１１に対する撮影手段１０の相対位
置及び姿勢ｋ，ｅあるいは対象物体２の位置及び姿勢
ｄ，ｔの変化量ｖω（ωはステップ４の繰り返し回数）
に変換する。変化させる計測手段１１に対する撮影手段
１０の相対位置及び姿勢ｋ，ｅ及び対象物体２の位置及
び姿勢は情報修正手段１７で指示することにより選択す
る。この変化量ｖwを一時記憶手段８に転送する。一時
記録手段８は変化量ｖwを足して格納する。一時記憶手
段８に格納されたとき物体の位置及び姿勢ｄ，ｔ＋ｖ1
＋ｖ2＋．．．と撮像パラメータｑ＋ｖ1＋ｖ
2＋．．．，ｒ＋ｖ1＋ｖ2＋．．．，ｓを予測画面生成
手段１５に転送する。予測画面生成手段１５は物体の位
置及び姿勢ｄ，ｔ＋ｖ1＋ｖ2＋．．．と撮像パラメータ
ｑ＋ｖ1＋ｖ2＋．．．，ｒ＋ｖ1＋ｖ2＋．．．，ｓから
予測画面ｕωを生成する。この予測画面を照合表示手段
１６に出力する。
【００５４】ステップ５：ステップ４を照合表示手段１
６の画面上における映像上の物体と予測画面上の物体と
が重なり合うまで行なう。
【００５５】ここで、ステップ４の操作により、操作者
が情報修正手段１７を移動させると、この移動量に対応
して照合表示手段１６の画面上における予測画面の物体
が移動する。これにより、操作者の意図するように予測
画像の物体を移動させることができる。また、照合表示
手段１６の画面上で建設現場で撮影した映像を予測画面
を重ね合わせることにより、建設現場に建築物の構成部
品２が設置された様子を即座に模擬できるため、設計作
業が合理化できる。また、建設現場に図１に示す本発明
を設置した場合、照合表示手段１６を見ながら建築物の
構成部品２の設置作業を行なえば、即座に設計どおりに
建築物の構成部品２を設置できる。また、作業仕様の作
成、ロボットによる組立加工作業のための建築物の構成
部品の位置情報を即座に提供することができるので、人
手が少なくてすむ。
【００５６】図１に示す本発明の建設支援装置では、推
定用物体１の映像ａを用いて撮像パラメータを求め、次
に計測を行ない、その計測値と物体の位置及び姿勢ｄを
比較し、誤差を求めることにより、現場持ち込み機器の
保守性を向上させることができる。また、撮影された映
像ｍの視野内物体を計測することができるため、改修工
事が容易に計画できる。
【００５７】施工誤差の大きい建設において、建設時の
構成部品の組立精度を確定して、設計者は予め組立誤差
を含んだ設計を行なう。これにより、設計者は施工誤差
の大きい建設に対しても設計作業を進めることができ
る。現場ではこの設計をもとに施工を行なう。施工後、
建設物の構成部品２を撮影手段１１で撮影する。設計者
は建設現場の映像ｍをもとに図１の建設支援装置を用い
て、建築物の構成部品２の位置及び姿勢を得、建築物の
状況を即座に知ることができる。これにより、築物の構
成部品２の情報をもとに精度の高い設計が即座に行なえ
る。このような手順で設計施工を行なうことにより、施
工誤差の大きい建設において効率良く建設作業を行なう
ことができる。
【００５８】図２に示す撮像パラメータ推定を行なうこ
とにより、建設作業に必要な精度の現在の建築物の構成
部品２の位置及び姿勢を提供することができる。
【００５９】建設現場では計測手段１１と撮影手段１０
を図３のように組み合わせて用いる。このように計測手
段１１と撮影手段１０を組み合わせることにより、撮影
手段１０の位置及び姿勢が求められる。このため、図２
に示す手順で撮像パラメータを一度求めれば、撮影ごと
に撮像パラメータを求める必要がなくなる。
【００６０】照合表示手段１６の画面表示の一実施例を
図６を用いて説明する。照合表示手段１６の画面上には
２つのウィンドウ６０１、情報修正手段１７で修正する
計測手段１１に対する撮影手段１０の相対位置及び姿勢
あるいは対象物体２の位置及び姿勢の切り換えボタン６
０２、情報修正手段１７の移動に合わせて照合表示手段
１６の画像上を移動するマーク６０３、対象物体２の位
置及び姿勢及び撮像パラメータの値６０４を表示する。
【００６１】ただし、切り換えボタン６０２、対象物体
２の位置及び姿勢及び撮像パラメータの値６０４は表示
しなくてもよい。
【００６２】撮像パラメータ推定時には２つのウィンド
ウ６０１にはそれぞれ二つの推定用物体１の映像ａと予
測画像ｕとが重ね合わせて出力される。
【００６３】この時、情報修正手段１７を移動させると
一方のウィンドウの予測画面の１つの推定用物体１のみ
が動く。移動させる推定用物体１の選択は情報修正手段
１７により行なう。計測時には２つのウィンドウ６０１
にはそれぞれ２つの撮影手段１０によって撮影した対象
物体２の映像ｍと予測画像ｕとが重ね合わせて出力され
る。この時、情報修正手段１７を移動させると２つのウ
ィンドウ６０１の予測画面ｕの対象物体２が同時に動
く。
【００６４】切り換えボタン６０２を表示する場合は、
照合表示手段１６と情報修正手段１７を接続させる。情
報修正手段１７で修正される計測手段１１に対する撮影
手段１０の相対位置及び姿勢あるいは対象物体２の位置
及び姿勢を切り換える場合、照合表示手段１６の画面上
の切り換えボタン６０２をマーク６０３で指示する。
【００６５】図７は本発明を構成する照合表示手段１６
の画面表示の他の実施例を示している。この画面上には
１つのウィンドウ７０１、情報修正手段１７で修正する
計測手段１１に対する撮影手段１０の位置及び姿勢の切
り換えボタン７０２、情報修正手段１７の移動に合わせ
て照合表示手段１６の画像上を移動するマーク７０３、
撮像パラメータの値７０４を表示する。
【００６６】ただし、切り換えボタン７０２、マーク７
０３、撮像パラメータの値７０４は表示しなくてもよ
い。この画面表示は撮像パラメータ推定時に用いられ
る。ウィンドウ７０４には２つあるいは１つの推定用物
体１の映像ａと予測画像ｕとが重ね合わせて出力され
る。
【００６７】切り換えボタン７０２を表示する場合は照
合手段１６と情報修正手段１７を接続させる。情報修正
手段１７で修正する計測手段１１に対する撮影手段１０
の相対位置及び姿勢を切り換える場合、切り換えボタン
７０２をマーク７０３で指示することにより切り換え
る。
【００６８】次に、設計の手順について説明する。設計
情報入力者は物体情報入力手段９を用いて計測情報とし
て建築物の構成部品２の形状、位置及び姿勢ｔを入力す
る。物体情報入力手段９はこの建築物の構成部品２の形
状、位置及び姿勢ｔを物体情報記憶手段４に転送する。
物体情報記憶手段４はこの建築物の構成部品２の形状、
位置及び姿勢ｔを格納する。また、必要に応じて、設計
情報入力者は照合表示手段１６に予測画像ｕ及び映像を
出力し、情報修正手段１７を操作することにより、測画
像ｕの物体を移動させ、設計を行なう。
【００６９】作業仕様作成手順について説明する。物体
情報記憶手段４から設計情報と計測で得られた物体の位
置及び姿勢を作業仕様作成手段１８に転送する。作業仕
様作成手段１８はこれらの設計情報と計測で得られた物
体の位置及び姿勢をもとに作業指示書を作成し、出力す
る。
【００７０】撮像パラメータ推定手順のステップ１１に
おける撮像パラメータの計算及びその原理を説明する。
【００７１】先ず、撮像プロセスの数理モデルの導出を
行う。
【００７２】カメラ（撮影手段）の位置及び姿勢は計測
毎に変化するため、図３に示すカメラと測量機（計測手
段）を組み合わせた装置を用いた。
【００７３】図３に示す撮像装置は次の過程を経て影像
を作り出す。先ず受光段階で像は幾何学的な変換を受け
る。この変換はレンズ及び受光素子の位置と大きさによ
って定まる。次に、像は電気的信号に変換され、ディス
プレイに表示される。この段階で、像には電気的変形が
発生する。本発明では、以上の像発生過程を次のように
モデル化する。
【００７４】この本装置では、構造上測量機中心とカメ
ラ中心とが異なる。この偏差（カメラオフセット）を用
いると、計測座標からカメラ座標への変換は次式で表さ
れる。
【００７５】
【数１】
【００７６】但し、α，β，γ，ｅmx，ｅmy，ｅmzはカ
メラオフセットである。本装置では、角度オフセット
（α，β）は０に設計してある。レンズが歪みを持たな
いとすると受光素子上の像は次式にしたがって作られる
ことになる。
【００７７】
【数２】
【００７８】ここで、ｃrx、及び、ｃryは、ｘ、ｙ方向
のレンズ倍率である。ここで、レンズに対する受光素子
のずれを考慮すると、受光素子の出力する像は次式で表
現できる。
【００７９】
【数３】
【００８０】ここに、ｅsx、ｅsyは受光素子のずれを表
すものである。受光素子の出力像は、光電変換及び電気
的変換を経てワークステーションのメモリーに格納され
る。このような変換において、画像の中心の変位および
倍率の変化が生じる。このような画像の歪みは次式で表
現することができる。
【００８１】
【数４】
【００８２】ここで、ｅix、ｅiyは受光素子中心と画像
中心とのずれを、ｃix、ｃiyは受光素子と画像との倍率
を表している。本装置の像はワークステーションのメモ
リー上に記憶され、同じメモリー上に生成されるワイヤ
フレーム像（予測画像）と照合される。ここで、ワイヤ
フレーム像はカメラにより撮影されると予想される物体
の予測画面である。したがって、ブラウン管の歪みは、
原理的に考慮する必要がない。以上をまとめると、次式
が得られる。
【００８３】
【数５】
【００８４】
【数６】
【００８５】ここに、 ｘ，ｙ，ｚ：測量機に固定された座標系に関する物体位
置 ｘm，ｙm，ｚm：カメラ座標系に関する物体位置 ｘi，ｙi：画面座標系に関する物体像（画像上の対象物
体）の位置 である。また、 ｅmx，ｅmy，ｅmz：測量機座標系に関するカメラの位置 α，β，γ：測量機座標系に関するカメラの姿勢 ｃx，ｃy：レンズ、光電変換、電気的変換を合わせた倍
率 ｅx，ｅy：画面座標系に関する光軸の変位 であり、いずれも撮像装置の組立設置状態に依存して変
化するパラメータである。建設保守作業環境では、撮像
装置の厳格な管理は実際的ではないことを考慮して、本
発明では、これらｅmx，ｅmy，ｅmz，α，β，γ，
ｃx，ｃy，ｅx，ｅyを未知パラメータとして扱う。
【００８６】さて、数５の未知パラメータ中のｅmx，ｅ
my，ｅmzは計測システムの保守条件に依存するため、精
度管理が容易でない。
【００８７】また、数６のｃx，ｃyは、映像の電気的変
位に依存するため、カメラとワークステーションの組み
合わせにより、ばらつきが生じると予想される。但し、
数５のα，β，γおよび数６のｅx，ｅyは、カメラ単体
の組立精度のみにより決定されるため、比較的に誤差が
小さいと考えられる。
【００８８】そこで、本発明では、α，βをｅx，ｅyに
含めて同定することにする。このα，βをｅx，ｅyに含
めたことによる誤差については、注意３．１で検討す
る。また、γについてはワイヤフレーム像を物体像とを
重ね合わせることにより求める。
【００８９】このように未知パラメータを整理した場合
には、撮像プロセスのモデルは次のように単純化され
る。
【００９０】
【数７】
【００９１】
【数８】
【００９２】この時、未知パラメータはθ＝（ｅmx，ｅ
my，ｅmz，ｃx，ｃy，ｅx，ｅy）となる。
【００９３】注意３．１ 通常の計測条件では、カメラ
光軸と測量器光軸とのずれ角は十分小さいと期待でき
る。このことに着目して、数５および数６のｅxを次式
で定義されるｅtxで置き換える。
【００９４】
【数９】
【００９５】但し、αはずれ角である。この時、画面中
心と画面端の間には、高々次式で表される測定誤差ｅｒ
αが現われる。
【００９６】
【数１０】
【００９７】ここで、θsはカメラの視野角を、ｚmはカ
メラと対象物体との距離である。今、θs＝２０度、ｚm
＝５０００ｍｍとし、θ＝０．１度としたとき、測定誤
差は０．２７ｍｍとなる。したがって、この置き換えに
よる誤差は、通常の建設系作業では許容範囲にあると考
えられる。
【００９８】数７および数８を用いると、撮像プロセス
をシミュレートすることができる。言い換えれば、数７
および数８を用いて生成される対象物のワイヤフレーム
像と物体像を重ね合わせることにより、対象物と撮像装
置の相対的な位置・姿勢が検出できることになる。本発
明では、このことを利用して、数７および数８の未知パ
ラメータを同定する。
【００９９】さて、対象物のワイヤフレーム像と物体像
を重ね合わせる時、次の２つの原理が成立する。
【０１００】（１）位置及び姿勢がの既知の物体像と、
同一条件で生成したワイヤフレーム像は一致する。
【０１０１】（２）カメラ位置及び姿勢の変化により、
ワイヤフレーム像と物体像のずれには特有のパターンが
生じる（図８参照）。
【０１０２】物体に対して、カメラの位置及び姿勢が変
化したとき、図８に示す用に移動形態に対応して特有の
画像の歪みが生じる。この歪みはオプティカルフローと
呼ばれる。オプティカルフローが入手できる場合には、
カメラの移動量ｆを逆算できる。
【０１０３】但し、ｚはオプティカルフローであり、ｕ
m，ｕrは画像及び物体モデルの拡散像を表す。また、γ
はゲインマトリクスである。
【０１０４】この原理に基づいて、撮像プロセスモデル
数７および数８を同定する方法を考察する。問題は、
ｘ、ｙ、ｚとｘi、ｙiを与えて（すなわち形状・位置・
姿勢が既知の物体像を用いて）、パラメータθ＝
（ｅmx，ｅmy，ｅmz，ｃx，ｃy，ｅx，ｅy）を求めるこ
とである。
【０１０５】さて、数７および数８は、ｘi、ｙiが未知
パラメータに非線形に依存することを示している。この
ような状況では、パラメータ推定が困難となる。実際パ
ラメータｅmxとｅx、ｅmyとｅyの変化に対してワイヤフ
レーム像は同傾向のずれを生じるために、照合時の切り
分けができない。そこで、本発明では、繰り返し計算に
より、各未知パラメータを分解しながら推定している。
【０１０６】本発明で導入したこの繰り返し計算の原理
を図９を用いて説明する。
【０１０７】図９には、簡単のためにｘ−ｚの関係のみ
が表示されている。繰り返し計算は以下のような手順で
実行する。先ず、ｅxに初期値０を与え、二つの推定用
物体を計測する。
【０１０８】但し、１つの推定用物体は近傍に、他方の
推定用物体は遠方に配置するものとする。この時各物体
像は次式で表される位置に現われるはずである。
【０１０９】
【数１１】
【０１１０】
【数１２】
【０１１１】ところで、ｃxとｅmx、ｃxとｅmzの間には
次の関係が成立する。
【０１１２】
【数１３】
【０１１３】
【数１４】
【０１１４】ただし、
【０１１５】
【数１５】
【０１１６】
【数１６】
【０１１７】
【数１７】
【０１１８】
【数１８】
【０１１９】である。
【０１２０】今、上記のように遠近２つの物体に関して
倍率ｃxを変化させながら照合操作を行なうと、数１３
および数１４は２本のグラフを作り出すことになる。さ
て、これらの２本のグラフの交点に対応する倍率ｃ
xは、初めに設定したｅxが真値の場合には一致するはず
である。換言すれば、ｃxの不一致はｅxの不一致を表し
ている。この点に着目して、ｃxが一致しない場合に
は、ｅxを次式にしたがって補正する。
【０１２１】
【数１９】
【０１２２】但し、ｚm1，ｚm2はカメラ中心から各モデ
ルまでの距離を、ｎはｅxを求める作業の繰返し回数を
表している。この補正されたｅxを用いて、数１１以下
を繰り返す。この繰り返しが収束する場合には、全ての
パラメータが推定されたことになる。
【０１２３】図１０は本発明の建設支援装置の他の実施
例を示すもので、この図において、図１と同符号のもの
は同一部分である。この実施例は図１に示す装置におけ
るパタ−ン照合を自動化したものである。この自動化
は、図１に示す装置において、予測画像生成手段１５と
一時記憶手段８との間を接続する画像処理装置９０を付
加することにより達成される。
【０１２４】画像処理装置９０は、撮影手段１０から直
接に、もしくは映像記憶手段５を経て間接的に入力され
る映像デ−タおよび予測画像生成手段１５の出力する予
測画像にもとづいて一時記憶手段８の内容（物体の位置
及び姿勢）を自動的に修正する。すなわち、この実施例
の装置においては、一時記憶手段８の物体位置及び姿勢
情報は情報修正手段１７（マウスなど）および画像処理
装置９０の双方により修正を受ける。このとき、画像処
理装置９０と情報修正手段１７を同時に動作させてもよ
い。すなわち、画像処理装置９０の出力する位置及び姿
勢修正量と情報修正手段１７の出力する位置姿勢修正量
とを加算し、一時記憶手段８の物体位置及び姿勢を修正
してもよい。
【０１２５】また、画像処理装置９０と情報修正手段１
７を選択的に動作させてもよい。すなわち、情報修正手
段１７の出力がある場合には（例えばボタンを押しなが
らマウスを移動させた場合など）情報修正手段１７の出
力のみを用いて、一時記憶手段８の物体位置及び姿勢を
修正し、情報修正手段１７の出力がない場合（例えばマ
ウスのボタンが押されていない場合など）には、画像処
理装置９０の出力のみにもとづいて、一時記憶手段８の
物体位置及び姿勢を修正してもよい。
【０１２６】前述した画像処理装置９０は、特徴パタ−
ン計算装置９１、ポテンシャル計算装置９２、第１画像
記憶装置９３、力計算装置９４、第２画像計算装置９
５、モ−メント計算装置９６および修正装置９７から構
成され、映像デ−タおよび予測画像にもとづいて物体の
位置及び姿勢の修正量を計算する。画像処理装置９０
は、図１０に示す原理にしたがって、映像デ−タと予測
画像を照合し、物体位置及び姿勢の修正量を計算する。
すなわち、図１３において、Ａは対象パターン、Ｂは参
照パターンであり、参照パターンＢは対象パターンＡに
対してずれている。対象パターンＡ、参照パターンＢを
２次元平面上の関数ａ（ｘ，ｙ）、ｂ（ｘ，ｙ）で表現
する。このとき
【０１２７】
【数２０】
【０１２８】で定義される２次元のポテンシャル場φ
（ｘ，ｙ）を考える。次に、このポテンシャル場に参照
パターンＢを置いた場合に、このパターンに作用する力
とモーメントの合力とを
【０１２９】
【数２１】
【０１３０】
【数２２】
【０１３１】
【数２３】
【０１３２】と定義する。ただし、Ｓは画像平面上の前
領域で（ｘ0，ｙ0）は参照パターンＢの重心位置であ
る。
【０１３３】上記ポテンシャル場φ（ｘ，ｙ）はちょう
ど対象パターンＡに電荷を与えた場合に生じる電場に似
た形となり、力Ｆｘ，ＦｙとモーメントＮとは、参照パ
ターンＢに対象パターンＡと逆の電荷を与えた場合に働
く力に似たものとなる。したがって、対象パターンＡと
対象パターンＢとがある程度重なっている状態では、Ｆ
ｘ，ＦｙとＮとは両パターンを完全に重ねるような方向
に働くことになる。そこで、参照パターンＢを（Ｆｘ，
Ｆｙ）の方向に（ｄｘ，ｄｙ）だけずらし、かつ重心ま
わりにＮの方向ｄθだけに回転させて、再びＦｘ，Ｆ
ｙ，Ｎを計算することを繰り返すと、対象パターンＡと
参照パターンＢとを重ね合わせできる。
【０１３４】図１０における特徴パタ−ン計算装置９１
は、特徴パタ−ンとして映像デ−タを微分してえられる
エッジパタ−ンを計算する。このように生成されたエッ
ジパタ−ンは予測画像生成手段１５が生成し、第２画像
記憶装置９５に記憶される予測画像に対応したものとな
っている。すなわち、図１に示す予測画像生成手段１５
が生成する予測画像は、一時記憶手段８に記憶されてい
る物体位置及び姿勢が真値の場合にはエッジパタ−ンに
一致する。
【０１３５】ポテンシャル計算装置９２は特徴パタ−ン
計算装置９１の出力（エッジパタ−ン）にもとづいてポ
テンシャル場を計算する。ポテンシャル計算装置９１の
ポテンシャル計算は、式（数２０）の解を正確に得るも
のであってもよいが、一般に多大の計算を要するので、
ここでは以下に示す差分演算により近似的に計算する。
【０１３６】
【数２４】
【０１３７】ここで、Ｕｔijは画素（ｉ，ｊ）のｔ回目
の繰り返し計算結果、ａijは入力エッジパターンの
（ｉ，ｊ）画素値、ｋは定数である。この計算は繰り返
し回数が多いほど式（数２０）の解に近づくが、少ない
繰り返し回数であっても、以下の処理を行なうのに十分
な近似を与える。また、カメラ１０から画像を連続的に
入力する場合、１つ前の画像に対する計算結果を初期値
とすると、繰り返し回数を節約することができる。図１
０に示す例では第１画像記憶装置９３にＵｔijを記憶し
ておき、ポテンシャル計算装置９２と第１画像記憶装置
９３との間のループにより繰り返し計算を行なう。
【０１３８】計算されたポテンシャル場は第１画像記憶
装置９３に記憶される。力計算装置９４およびモ−メン
ト計算装置９６は、それぞれ第１画像記憶装置９３に記
憶されているポテンシャル場と第２画像記憶装置９５に
記憶されている予測画像にもとづいて物体位置及び姿勢
の平行移動修正量および回転修正量を計算する。力計算
装置９４では次式によりｘ，ｙ方向の力を計算する。
【０１３９】
【数２５】
【０１４０】
【数２６】
【０１４１】
【数２７】
【０１４２】
【数２８】
【０１４３】一方、モーメント計算装置９６では次式に
よりモーメントを計算する。
【０１４４】
【数２９】
【０１４５】ここで、ｂijは参照パターンＢの（ｉ，
ｊ）画素値、ｉ0，ｊ0はＢの重心位置に相当する画素位
置である。
【０１４６】ところで、参照パターンＢがおおよそ画面
中心である場合は、上記のモーメント計算は以下のよう
に近似できる。すなわち、画面Ｓを図１２に示すように
Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4の４領域に分割し、それぞれの領域
で合計した力を
【０１４７】
【数３０】
【０１４８】として
【０１４９】
【数３１】
【０１５０】により近似できる。
【０１５１】なお、分割数は４領域に限らず、複数であ
れがよいが、余り多く分割しないでも、充分な近似精度
が得られるから、計算速度との兼ね合いで分割数を決め
ればよい。
【０１５２】修正装置９７は平行移動修正量および回転
修正量にもとづいて物体位置及び姿勢の修正量を計算す
る。
【０１５３】
【数３２】
【０１５４】つぎに、上述した画像処理装置９０の動作
を説明する。
【０１５５】まず、第１画像記憶装置９３には、Ｕｔij
＝０ポテンシャルをセットする。カメラ１０から対象物
体２の画像を入力し始めると、特徴パターン計算装置９
１はそのエッジパターンを対象パターンとして生成し、
ポテンシャル計算装置９２は繰り返し計算し、ポテンシ
ャル場を第１画像装置９３に出力する。一方、第２画像
記憶装置９５には初期物体位置および姿勢が書き込まれ
る。力計算装置９４およびモーメント計算装置９６は、
第１および第２画像記憶装置９３，９５内のデータによ
り、力とモーメントとを計算し、修正装置９７はその計
算結果に基づいて、物体位置および姿勢を修正する。
【０１５６】第２画像記憶装置９５には再び修正された
位置および姿勢により生成された参照パターンが書き込
まれる。この繰り返しにより、参照パターンは対象パタ
ーンである物体のエッジパターンに重なっていく。重ね
合わせが完了したことの判定は、例えば、上記繰り返し
処理において、過去回数の位置姿勢修正量の平均がほと
んど０になったかどうかによりなされる。
【０１５７】上記の説明において、カメラ１０の視点は
必ずしも物体の真上になくてもよく、斜め方向から見る
ことも可能である。この場合、物体の姿勢によっては対
象パターンと参照パターンとが合同とならないこともあ
るが、２つのパターンの間に働く力の定性的な方向が保
存されているので、重ね合わせできる。
【０１５８】図１３は本発明の建設支援装置の他の実施
例を示すもので、この実施例では、作業仕様作成手段１
８、物体情報入力手段９及び物体情報記憶手段４から構
成される対象定義手段を内蔵もしくは建設支援装置とネ
ットワ−ク接続したものである。ただし、ここでは、撮
像パラメ−タは同定済みであるとしている。
【０１５９】このように対象定義手段を構成することに
より、物体の位置及び姿勢の計測装置を更にコンパクト
化することができる。建設プロセスでは、しばしば同じ
撮像装置を用いてさまざまな物体を計測するため、この
ような構成でも十分利用可能である。
【０１６０】図１４は本発明の建設支援装置のさらに他
の実施例を示すもので、この実施例では、情報修正手段
１７と画像処理装置９０との協調により、対象モデルの
生成を効率良く、かつ的確に実行することができる。ま
た、生成された対象モデルの妥当性は照合表示手段１６
により常に表示される。
【０１６１】前述した対象モデル生成装置は、認識型コ
ンピュ−タとして構成することができる。このコンピュ
−タでは、対象モデルの修正に当たっては情報修正手段
１７が優先的に使用される。
【０１６２】このような操作性と可視性を兼備えたコン
ピュ−タを用いることは、建設のような複雑なプロセス
において信頼性と効率を両立させる上で大きな効果があ
る。
【０１６３】上述した実施例では、対象物体を建築物の
構成部品として述べてきたが、対象物体を車や電車など
の車両，船舶，飛行機，クレーンなどの荷役機器、圧延
機、圧縮機、タービンなどの機械装置、原子炉，ロボッ
ト，加工機などの作業機械、宇宙基地などの構成部品と
してもよい。上記の製品がＣＩＭシステムで生産されて
いる場合、本実施例の物体情報記憶手段４をＣＩＭシス
テムで管理されている製品のデータベースとすれば、本
実施例はＣＩＭシステムに組み込むことができる。ま
た、対象物体を磁気浮上コイルとして、磁気浮上コイル
敷設の合理化を図っても構わない。また、対象物体をエ
レベータとして、エレベータ設置及び更新の合理化を図
っても構わない。
【０１６４】例えば、物体を物流システムにおける積み
荷とすれば、図１に示す作業仕様作成手段１８はロボッ
ト等の積み荷運搬手段及び誘導手段に置き換えても構わ
ない。誘導装置は物体情報記憶手段４から設計情報と計
測で得られた物体の位置、姿勢及び操作者の指示をもと
に、積み荷運搬手段の動作情報を決定し、この動作情報
を積み荷運搬手段に転送する。この積み荷運搬手段は誘
導手段からの動作情報をもとにトラックの積み荷の積み
降ろしを行なうことができる。この作業は人が誘導手段
に積み荷の積み降ろしの命令をするだけで良い。このた
め、人は苛酷な作業から開放され、作業にかかる時間を
短縮することができる。
【０１６５】
【発明の効果】本発明によれば、撮像パラメータ推定を
行なうことにより、建設作業に必要な精度の現在の建築
物の構成部品の位置及び姿勢を提供することができる。
このため、照合表示手段の画面上で建設現場で撮影した
映像を予測画面を重ね合わせることにより、建設現場に
建築物の構成部品が設置された様子を即座に模擬できる
ため、設計作業を著しく合理化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一実施例の構成を示すブロック
線図である。
【図２】本発明の装置の一実施例における撮像パラメー
タ推定の手順を示すフロ−チャト図である。
【図３】本発明の装置の一実施例に用いられる計測手段
及び撮影手段を示す斜視図である。
【図４】本発明の装置の一実施例における計測の手順を
示すフロ−チャト図である。
【図５】本発明の装置の一実施例におけるパターン照合
の操作手順を示すフロ−チャト図である。
【図６】本発明の装置の一実施例に用いられる照合表示
手段の画面表示の一例を示す図である。
【図７】本発明の装置の一実施例に用いられる照合表示
手段の画面表示の他の例を示す図である。
【図８】本発明の装置の一実施例におけるオプティカル
フローの構成を示す図である。
【図９】本発明の装置の一実施例における同定プロセス
の原理を示す説明図である。
【図１０】本発明の装置の他の実施例の構成を示すブロ
ック線図である。
【図１１】本発明の装置の他の実施例に用いられる重ね
合わせの原理を説明する図である。
【図１２】本発明の装置の他の実施例に用いられるモ−
メントの近似計算方法を説明する図である。
【図１３】本発明の装置のさらに他の実施例の構成を示
すブロック線図である。
【図１４】本発明の装置の他の実施例の構成を示すブロ
ック線図である。
【符号の簡単な説明】
１…推定用物体、２…対象物体、３…基準点、４…物体
情報記憶手段、５…映像記憶手段、６…撮像パラメ−タ
記憶手段、７…推定情報記憶装置、８…一時記憶手段、
９…物体情報入力手段、１０…撮影手段、１１…計測手
段、１２…物体情報作成手段、１３…撮像パラメ−タ計
算手段、１４…推定用撮像パラメ−タ設定手段、１５…
予測画面生成手段、１６…照合表示手段、１７…情報修
正手段、１８…作業仕様作成手段。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】計測手段自体及び物体上の点の位置を計測
    する計測手段と、前記物体を撮影する撮影手段と、前記
    物体の形状、位置及び姿勢を記憶手段に入力する物体情
    報入力手段と、前記物体の形状、位置及び姿勢、前記計
    測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮影
    手段の相対位置、姿勢及び撮像倍率、表示手段の画面上
    における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する記憶手段
    と、前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対す
    る前記撮影手段の相対位置及び姿勢、前記撮像倍率、前
    記表示手段の画面上における前記撮影手段の光軸の位置
    を計算する撮像パラメータ計算手段と、前記撮影手段に
    より撮影されると予測される前記物体の予測画像を生成
    する予測画面生成手段と、前記撮影手段が撮影した映像
    と前記予測画像とを重ね合わせて画面上に出力する表示
    手段と、前記表示手段上での撮影画像の前記物体と前記
    予測画像の前記物体との偏差量を検出し、前記偏差量を
    前記物体あるいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変化量
    に変換し、前記変化量を前記記憶手段に転送する情報修
    正手段とを備えたことを特徴とする建設支援装置。
  2. 【請求項２】前記記憶手段から設計情報と前記計測手段
    で得られた物体の位置及び姿勢を得て、前記設計情報と
    前記物体の位置及び姿勢をもとに作業指示書を作成する
    作業仕様作成手段を備えたことを特徴とする請求項１に
    記載の建設支援装置。
  3. 【請求項３】物体の加工取付を行なう加工取付手段と、
    前記記憶手段から設計情報と計測で得られた物体の位置
    及び姿勢、操作者の指示をもとに前記加工取付手段の動
    作情報を決定し、前記動作情報を前記加工取付手段に転
    送する誘導装置とを備えたことを特徴とする請求項１に
    記載の建設支援装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の建設支援装置を用いて建
    設した構造物。
  5. 【請求項５】計測手段自体及び物体上の点の位置を計測
    する計測手段と、前記物体を撮影する撮影手段と、前記
    物体の形状、位置及び姿勢を記憶手段に入力する物体情
    報入力手段と、前記物体の形状、位置及び姿勢、前記計
    測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮影
    手段の相対位置及び姿勢、前記撮影手段における撮像倍
    率、表示手段の画面上における前記撮影手段の光軸の位
    置を記憶する記憶手段と、前記計測手段の位置及び姿
    勢、前記計測手段に対する前記撮影手段の相対位置及び
    姿勢、前記撮像倍率、前記表示手段の画面上における前
    記撮影手段の光軸の位置を計算する撮像パラメータ計算
    手段と、前記撮影手段により撮影されると予測される前
    記物体の予測画像を生成する予測画面生成手段と、前記
    撮影手段が撮影した映像と前記予測画像とを重ね合わせ
    て画面上に出力する表示手段と、操作者によって入力さ
    れた信号を検出し、前記信号を前記物体あるいは前記撮
    影手段の位置及び姿勢の変化量に変換し、前記変化量を
    前記記憶手段に転送する情報修正手段とを備えたことを
    特徴とする建設支援装置。
  6. 【請求項６】前記記憶手段から設計情報と計測で得られ
    た物体の位置及び姿勢を得て、前記設計情報と前記物体
    の位置及び姿勢をもとに作業指示書を作成する作業仕様
    作成手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の建
    設支援装置。
  7. 【請求項７】前記物体の加工取付を行なう加工取付手段
    と、前記記憶手段から設計情報と計測で得られた物体の
    位置及び姿勢、操作者の指示をもとに前記加工取付手段
    の動作情報を決定し、前記動作情報を前記加工取付手段
    に転送する誘導装置とを備えたことを特徴とする請求項
    ５に記載の建設支援装置。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の建設支援装置を用いて建
    設した構造物。
  9. 【請求項９】建設地点で使用し、計測手段自体及び物体
    上の点の位置を計測する計測手段と、建設地点で使用
    し、前記物体を撮影する撮影手段と、設計地点で使用
    し、前記物体の形状、位置及び姿勢を前記記憶手段に入
    力する物体情報入力手段と、設計地点で使用し、前記物
    体の形状、位置及び姿勢を記憶する記憶手段と、設計地
    点で使用し、前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手
    段に対する前記撮影手段の相対位置及び姿勢、設計地点
    で使用し、前記撮像倍率、前記表示手段の画面上におけ
    る前記撮影手段の光軸の位置を計算する撮像パラメータ
    計算手段と、設計地点で使用し、前記撮影手段により撮
    影されると予測される前記物体の予測画像を生成する予
    測画面生成手段と、設計地点で使用し、前記撮影手段が
    撮影した映像と前記予測画像とを重ね合わせて画面上に
    出力する表示手段と、設計地点で使用し、前記表示手段
    上での撮影画像の前記物体と前記予測画像の前記物体と
    の偏差量を検出し、前記偏差量を前記物体あるいは前記
    撮影手段の位置及び姿勢の変化量に変換し、前記変化量
    を前記記憶手段に転送する情報修正手段とを、前記撮影
    手段により撮影した映像を記憶する映像記憶手段、前記
    計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮
    影手段の相対位置及び姿勢、撮像倍率、表示手段の画面
    上における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する撮像パ
    ラメータ記憶手段を介して接続したことを特徴とする建
    設支援装置。
  10. 【請求項１０】物体の加工取付を行なう加工取付手段
    と、前記記憶手段から設計情報と計測で得られた物体の
    位置、姿勢及び操作者の指示をもとに前記加工取付手段
    の動作情報を決定し、前記動作情報を前記加工取付手段
    に転送する誘導装置とを備えたことを特徴とする請求項
    ９に記載の建設支援装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載の建設支援装置を用い
    て建設した構造物。
  12. 【請求項１２】対象物体を撮影手段を用いて撮影し、撮
    影時の前記撮影手段の位置及び姿勢を計測手段によって
    計測し、予め記憶手段に登録された前記対象物体の設計
    情報と前記対象物体を表示画面上に描くための撮像パラ
    メータから予測画像を生成し、表示手段の画面上に前記
    予測画像と前記対象物を撮影手段で撮影した映像とを重
    ね合わせて出力し、情報修正手段に入力された信号に合
    わせて前記表示手段の画面上で移動する前記予測画像の
    前記対象物体と前記映像の前記対象物体とを照合させる
    ことにより前記対象物体の位置及び姿勢を計測し、前記
    計測された前記対象物体の位置、姿勢及び前記設計情報
    をもとに、前記表示手段及び物体情報入力手段を用いて
    設計を行なうことを特徴とする建設支援方法。
  13. 【請求項１３】対象物体を撮影手段を用いて撮影し、撮
    影時の前記撮影手段の位置及び姿勢を計測手段によって
    計測し、予め記憶手段に登録された前記対象物体の設計
    情報と前記対象物体を表示画面上に描くための撮像パラ
    メータから予測画像を生成し、表示手段の画面上に前記
    予測画像と前記対象物を撮影手段で撮影した映像とを重
    ね合わせて出力し、情報修正手段に入力された信号に合
    わせて前記表示手段の画面上で移動する前記予測画像の
    前記対象物体と前記映像の前記対象物体とを照合させる
    ことにより、前記対象物体の位置及び姿勢を計測し、作
    業仕様作成手段を用いて前記対象物体の前記設計情報と
    前記計測で得られた前記対象物体の位置及び姿勢をもと
    に作業指示書を作成し、出力することを特徴とする建設
    支援方法。
  14. 【請求項１４】対象物体を撮影手段を用いて撮影し、撮
    影時の前記撮影手段の位置及び姿勢を計測手段によって
    計測し、予め記憶手段に登録された前記対象物体の設計
    情報と前記対象物体を表示画面上に描くための撮像パラ
    メータから予測画像を生成し、表示手段の画面上に前記
    予測画像と前記対象物を撮影手段で撮影した映像とを重
    ね合わせて出力し、情報修正手段に入力された信号に合
    わせて前記表示手段の画面上で移動する前記予測画像の
    前記対象物体と前記映像の前記対象物体とを照合させる
    ことにより、前記対象物体の位置及び姿勢を計測し、前
    記対象物体の設計情報と前記計測で得られた前記対象物
    体の位置及び姿勢をもとに加工取付手段の動作情報を誘
    導手段を用いて決定し、前記誘導手段からの前記動作情
    報をもとに前記加工取付手段を用いて建築物の構成部品
    の加工取付を行なうことを特徴とする建設支援方法。
  15. 【請求項１５】物体を撮影する撮影手段と、前記撮影手
    段により撮影されると予測される前記物体の予測画像を
    生成する予測画面生成手段と、前記撮影手段が撮影した
    映像と前記予測画像とを重ね合わせて画面上に出力する
    表示手段と、前記物体の形状及び位置及び姿勢、前記撮
    影手段の位置及び姿勢、撮像倍率、前記表示手段の画面
    上における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する記憶手
    段と、操作者に入力された信号を検出し、前記信号を前
    記物体あるいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変化量に
    変換し、前記変化量を前記記憶手段に転送する情報修正
    手段とを備えたことを特徴とする照合装置。
  16. 【請求項１６】物体を撮影手段を用いて撮影した映像と
    前記撮影手段により撮影されると予測される前記物体の
    予測画像とを重ね合わせて画面上に出力する表示手段に
    おいて、情報修正手段に信号を入力することにより、前
    記予測画像の前記物体が前記表示手段の画面上で移動す
    ることを特徴とする照合方法。
  17. 【請求項１７】物体を撮影手段を用いて撮影した映像と
    前記撮影手段により撮影されると予測される前記物体の
    予測画像とを重ね合わせて画面上に出力する表示手段に
    おいて、入力された信号を検出し、前記信号を前記物体
    あるいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変化量に変換す
    る情報修正手段に信号を入力することにより、前記予測
    画像の前記物体が前記表示手段の画面上で移動し、情報
    修正手段の指示により前記予測画像の前記物体の移動方
    向を切り替えることを特徴とする照合方法。
  18. 【請求項１８】物体を撮影した映像と撮影されると予測
    される物体の予測画像を重ねて画面上に表示し、前記予
    測画像が前記映像に一致するように物体情報を操作する
    ことにより物体の位置及び姿勢を計測する方法。
  19. 【請求項１９】カメラ、画像処理装置、対象モデル生成
    装置及び情報修正手段から構成され、対象モデル生成装
    置を情報修正手段出力を主、画像処理装置出力を従とし
    て制御するとともに、対象モデル生成装置出力にもとづ
    いて生成される予測画像をカメラ出力と合わせて照合表
    示することを特徴とする認識型コンピュ−タ。
  20. 【請求項２０】計測手段自体及び物体上の点の位置を計
    測する計測手段と、前記物体を撮影する撮影手段と、前
    記物体の形状、位置及び姿勢を記憶手段に入力する物体
    情報入力手段と、前記物体の形状、位置及び姿勢、前記
    計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮
    影手段の相対位置及び姿勢、撮像倍率、表示手段の画面
    上における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する記憶手
    段とを備えたことを特徴とする計測装置。
  21. 【請求項２１】計測手段自体及び物体上の点の位置を計
    測する計測手段と、前記物体を撮影する撮影手段と、前
    記物体の形状、位置及び姿勢を記憶手段に入力する物体
    情報入力手段と、前記物体の形状、位置及び姿勢、前記
    計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前記撮
    影手段の相対位置及び姿勢、撮像倍率、表示手段の画面
    上における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する記憶手
    段と、前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対
    する前記撮影手段の相対位置及び姿勢、前記撮像倍率、
    前記表示手段の画面上における前記撮影手段の光軸の位
    置を計算する撮像パラメータ計算手段と、前記撮影手段
    により撮影されると予測される前記物体の予測画像を生
    成する予測画面生成手段と、前記撮影手段が撮影した映
    像と前記予測画像とを重ね合わせて画面上に出力する表
    示手段と、前記表示手段上での撮影画像の前記物体と前
    記予測画像の前記物体との偏差量を検出し、前記偏差量
    を前記物体あるいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変化
    量に変換し、前記変化量を前記記憶手段に転送する情報
    修正手段と、荷の積み込み、積み降ろし、運搬を行なう
    積み荷運搬手段と、前記記憶手段から設計情報と計測で
    得られた物体の位置及び姿勢と操作者の指示をもとに前
    記積み荷運搬手段の動作情報を決定し、前記動作情報を
    前記積み荷運搬手段に転送する誘導装置とを備えたこと
    を特徴とする物流支援装置。
  22. 【請求項２２】計測手段自体及び物体上の点の位置を計
    測する計測手段と、前記物体を撮影する撮影手段と、前
    記物体の形状、位置及び姿勢を前記記憶手段に入力する
    物体情報入力手段と、前記物体の形状、位置及び姿勢、
    前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段に対する前
    記撮影手段の相対位置及び姿勢、撮像倍率、表示手段の
    画面上における前記撮影手段の光軸の位置を記憶する記
    憶手段と、前記計測手段の位置及び姿勢、前記計測手段
    に対する前記撮影手段の相対位置及び姿勢、前記撮像倍
    率、前記表示手段の画面上における前記撮影手段の光軸
    の位置を計算する撮像パラメータ計算手段と、前記撮影
    手段により撮影されると予測される前記物体の予測画像
    を生成する予測画面生成手段と、前記撮影手段が撮影し
    た映像と前記予測画像とを重ね合わせて画面上に出力す
    る表示手段と、前記表示手段上での撮影画像の前記物体
    と前記予測画像の前記物体との偏差量を検出し、記偏差
    量を前記物体あるいは前記撮影手段の位置及び姿勢の変
    化量に変換し、前記変化量を前記記憶手段に転送する情
    報修正手段と、作業現場を移動し、修理保守作業を行な
    う移動作業手段と、前記記憶手段から設計情報と計測で
    得られた物体の位置及び姿勢と操作者の指示をもとに前
    記移動作業手段の動作情報を決定し、前記動作情報を前
    記移動作業手段に転送する誘導装置とを備えたことを特
    徴とする極限作業支援装置。
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