JPH102722A - 三次元位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元位置計測におけるモデル化を容易に行
うことができ、計測時間を短縮することができる三次元
位置計測装置を提供することを課題とする。 【解決手段】 レーザ光の投射方向を二次元方向に制御
することができるレーザ１と、レーザ１から物体Ｓへの
レーザ光の投射方向（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）を検出する二次元受
光センサ２と、物体Ｓからの反射光の方向（Ｕ₂ ，
Ｖ₂ ）を検出する二次元受光センサ３と、これら検出し
た値に基づいて測定対象点の三次元位置を計算する演算
処理部４とを備えている。この装置では、四次元の計測
空間Ｕ₁ ，Ｖ₁，Ｕ₂ ，Ｖ₂ をＵ₁ ，Ｖ₁ に基づいて二
次元部分空間に分割し、分割された各空間毎にモデル化
を行っている。このため、モデル化を簡単に行うことが
でき、高精度に三次元位置を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体に対象点の位
置を２つの平面へのそれぞれの投影位置の平面座標から
三角測量の手法を用いて、対象点の三次元位置を求める
三次元位置計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元の位置を計測する方法とし
て、ステレオ視や光投影法等の光学的な方法が用いられ
ている。ステレオ視は、対象物の左右にカメラなどを設
けて、２つの撮影された像の位置ずれから三角測量を用
いて三次元の位置を計算するものである。

【０００３】また、光投影法は、光をＵ₁ −Ｖ₁ の平面
に投影して三次元空間におかれた点に照射し、この点か
らの反射光をＵ₂ −Ｖ₂ の平面に投影し、三角測量の原
理を用いて、それぞれの平面の投影位置（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）
（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）から三次元空間の三次元位置（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）を算出するものである。

【０００４】透視投影モデルと三角測量の原理に基づい
た方法として、例えば、文献「A Range Finder Using a
Two-dimensional Lens Actuator, T. Takahashi他著,
JAPAN-U.S.A. Simposium of Flexible Automation, 199
4 Proceeding」に示されているように、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
から（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）への透視投影の関係

【０００５】

【数１】 と、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）への透視投影の
関係

【０００６】

【数２】 の二つの関係から以下の式に基づいて（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）、
（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）から（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。

【０００７】

【数３】

【０００８】上述の方法は、投影平面上の位置を検出す
るために必要なレンズや受光センサの歪みや設置誤差等
に基づく非線形性は考慮されていないが、レンズや受光
センサの歪みや設置誤差等に基づく非線形をモデル化
し、パラメータを同定することにより補正して、上記の
方法を適用する方法も一般的に用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した方法が適用さ
れている従来の三次元位置計測装置では、計測精度を高
めるために非線形性を含めた厳密なモデル化が必要とな
るが、広い計測範囲において計測精度を高めるためのモ
デル化を行う事は困難である。その結果、不完全なモデ
ルを用いることになり、モデル化の誤差による測定誤差
が避けられない。仮にモデル化ができたとしても、複雑
なモデルを表現するために必要なパラメータの個数が増
大し、パラメータを精度良く固定することは難しい。さ
らに、複雑なモデルに基づいた演算が必要となるため、
計測時における（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）、（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）から三
次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出するための演算時間も長
くなる。

【００１０】ところで、二次元位置計測装置として、レ
ーザを水平方向に振るように投射し、その計測対象物か
らの反射光を検出することにより、水平方向と奥行き方
向の二次元位置計測を行う二次元位置計測装置がある。
その中の１つに、レーザの投射方向およびその反射方向
と計測対象点の水平および奥行き位置の対応関係から二
次元のテーブルを事前に作成しておき、計測時において
はレーザの投射方向および反射光の方向を検出し、検出
値に基づいて、作成したテーブルを検索することにより
計測対象点の水平および奥行き位置を求める二次元位置
計測装置がある。

【００１１】この二次元位置計測装置に適用されている
方法は、モデルを用いていないため、モデルの不完全性
による誤差が生じないという利点がある。しかしなが
ら、この方法を三次元位置計測に適用して三次元位置計
測装置を構成するには、（Ｕ₁，Ｖ₁ ，Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）の
四次元の情報から三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める四
次元のテーブルが必要となる。その結果、テーブルを保
持するための記憶容量が増大し、また、四次元テーブル
作成に要する時間も長くなるため、実現は困難であっ
た。

【００１２】そこで、本発明は、三次元位置計測におけ
るモデル化を簡単に行え、計測時間を短縮することがで
きる三次元位置計測装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の三次元位置計測装置は、光を第１の平面に
投影すると同時に三次元の物体に照射し、物体からの反
射光の第２の平面への投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）と、第１
の平面への投影位置（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）とから、三角測量と
所定の変換パラメータを用いて物体の光が照射された位
置の三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める三次元位置計測
装置において、レーザ光を第１の平面に投影すると同時
に物体に照射する光源と、第１の平面に投影されたレー
ザ光の投影位置（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）を検出する第１の平面位
置検出部と、物体からのレーザ光の反射光が第２の平面
に投影する投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）を検出する第２の平
面位置検出部と、予め与えられた複数の（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）
（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の組に基づいて、
（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）と（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の関係を表す数式モデ
ルの所定の変換パラメータを各（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）に対応し
て同定するパラメータ同定部と、パラメータ同定部によ
り同定された所定の変換パラメータを記憶するパラメー
タ記憶部と、第１の平面位置検出部により計測された投
影位置（Ｕ₁ ，Ｖ₁）に対応する変換パラメータをパラ
メータ記憶部から検索するパラメータ検索部と、パラメ
ータ検索部により検索された変換パラメータを数式モデ
ルに適用して、第２の平面位置検出部により計測された
投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）から三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
を算出する三次元位置演算部とを備える。

【００１４】ここで、数式モデルは、有理式 Ｘ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） Ｙ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） Ｚ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） ｎ，ｍ＝１，２，３，…とし、所定の変換パラメータを
この有理式の分母と分子の係数とすることが望ましい。

【００１５】また、予め与えられる複数の（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）は、複数の直線のうちのいずれか１つの直線上に位
置することが好ましい。また、予め与えられた複数の
（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）は、第１の平面においてＮ×Ｎ、Ｎ＝
１，２，…の格子状にとられていて、パラメータ記憶部
には、複数の（Ｕ₁，Ｖ₁ ）に対応して変換パラメータ
がＮ×Ｎの二次元テーブルとして記憶されていることが
好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して詳細に説明する。なお、説明において、
同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略す
る。

【００１７】図１は本発明の実施の形態の三次元位置計
測装置の構成の概略図である。図１に示すように、三次
元位置計測装置は、レーザ光の投射方向を二次元方向に
制御することができるレーザ１と、レーザ１から物体Ｓ
へのレーザ光の投射方向（Ｕ ₁ ，Ｖ₁ ）を検出する二次
元受光センサ２と、物体Ｓからの反射光の方向（Ｕ₂，
Ｖ₂ ）を検出する二次元受光センサ３と、二次元受光セ
ンサ２、３により検出された値を入力し、この値に基づ
いて物体Ｓの測定対象点の三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を
求める演算処理部４とを備えている。

【００１８】このような二次元レーザパターンを発生さ
せ、二次元受光センサを用いて反射光を検出する装置と
して、例えば、本願出願人による特開平６−３００５４
２号記載の二次元レーザパターン発生装置と観測装置を
用いることができる。この二次元レーザパターン発生装
置と観測装置を図２に示す。

【００１９】図２に示すように、二次元レーザパターン
発生装置は、レーザ光を発生する半導体レーザ５と、半
導体レーザ５からのレーザ光を回転ミラー７に集光する
集光レンズ６と、このレーザ光をθ_X 方向に偏向する回
転ミラー７と、回転ミラー７の像を回転ミラー１０の位
置に結像する共役光学系を構成するリレーレンズ８、９
と、結像された像をθ_y 方向に偏向する回転ミラー１０
と、回転ミラー１０により偏向されたレーザ光をＰＳＤ
素子１２に入射するビームスプリッタ１１と、入射した
レーザ光を検出するＰＳＤ(Position Sensing Device)
素子１２とを備えている。観測装置は、二次元レーザパ
ターンから物体に照射され、反射したレーザ光をＰＳＤ
素子１５に結像するレンズ１３と、半導体レーザ５の波
長をバンドパス帯域に有する光学フィルター１４と、入
射したレーザ光を検出するＰＳＤ素子１５とを備えてい
る。

【００２０】半導体レーザ５および集光レンズ６により
生成された平面波のレーザ光は、回転ミラー７によりθ
_X 方向に偏向され、２つのリレーレンズ８、９を通り、
回転ミラー１０によりθ_y 方向に偏向される。回転ミラ
ー１０で偏向されたレーザ光は、ビームスプリッタ１１
により分波されてＰＳＤ素子１２に入射し、入射位置が
ＰＳＤ素子１２により検出される。そして、物体Ｓに照
射されたレーザ光の反射光は、レンズ１３によりＰＳＤ
素子１５に入射し、入射位置がＰＳＤ素子１５により検
出される。

【００２１】次に、三次元位置計測装置の演算処理部４
の構成について説明する。図３は、三次元位置計測装置
の演算処理部４の構成を示すブロック図である。この三
次元位置計測装置では、図１に示す（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ，
Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）の４次元の計測空間を（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）に基
づいて複数の二次元部分空間に分割し、分割された各部
分空間毎に十分な精度が得られるような（Ｕ₂ ，
Ｖ₂ ），（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の関係を表すモデルを適用する
が、このモデルのパラメータは、パラメータ同定部１８
により同定される。そして、このパラメータ同定部１８
により同定されたパラメータはパラメータ記憶部１９に
記憶される。

【００２２】物体Ｓ上の対象点の三次元位置の計測時に
は、レーザ１からのレーザ光が物体Ｓに投射され、その
投射方向が受光センサ２により検出され、その検出値
（Ｕ₁，Ｖ₁ ）が平面位置検出部１６に入力される。そ
して、物体からの反射光が受光センサ３により検出さ
れ、その検出値（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）が平面位置検出部１７に
入力される。パラメータ検索部２０は、検出値（Ｕ₁ ，
Ｖ₁ ）に基づいて、パラメータ記憶部１９から（Ｕ₂ ，
Ｖ₂ ）と（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の関係を表すモデルのパラメー
タを検索する。そして、三次元位置演算部２１は、平面
位置検出部１７からの検出値（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）とパラメー
タ検索部２０により検索されたパラメータから（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）を計算し、この値を対象点の三次元位置として
出力する。

【００２３】次に、上記のような構成の三次元位置計測
装置による物体Ｓ上の対象点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の三次元位
置計測について説明する。最初に、モデルのパラメータ
の同定について説明する。まず、複数個のサンプルデー
タ（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）、（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の
組を用意する。Ｚ＝ｚ₀ の平面を用意し、レーザ１の投
射方向を（ ⁽ⁱ⁾Ｕ₁ ， ⁽ⁱ⁾Ｖ₁ ）に固定して用意した平
面にレーザを投射する。さらに、平面の位置ｚ₀ を順次
ｚ₁ ，ｚ₂，・・・，ｚ_j と変化させ、それぞれの位置
における平面からの反射光の方向を受光センサ３で

【００２４】

【数４】 として検出する。これにより（ ⁽ⁱ⁾Ｕ₁ ， ⁽ⁱ⁾Ｖ₁ ）に
対して

【００２５】

【数５】 を得ることができる。ここで、Ｚ＝ｚ_j の平面上のレー
ザの投影位置を

【００２６】

【数６】 とすると、レーザ投射方向を（ ⁽ⁱ⁾Ｕ₁ ， ⁽ⁱ⁾Ｖ₁ ）と
固定しているため、投影位置（４）は１つの直線 ⁽ⁱ⁾ｌ
上に存在する。従って、投影位置（４）のうち、最低２
点の

【００２７】

【数７】 を所定の方法で計測すれば、

【００２８】

【数８】 であることを用いて直線 ⁽ⁱ⁾ｌを決定することができ
る。直線 ⁽ⁱ⁾ｌが決定できれば、他の点を算出すること
ができる。こうして、（ ⁽ⁱ⁾Ｕ₁ ， ⁽ⁱ⁾Ｖ₁ ）に対し
て、以下の様な組を得ることができる。

【００２９】

【数９】 ここで、（ ⁽ⁱ⁾Ｕ₁ ， ⁽ⁱ⁾Ｖ₁ ）は、図４に示すように
Ｕ₁ −Ｖ₁ 平面でＮ×Ｎの格子点上にとらている。すな
わち、 Ｕ₁ 〔ｎ，ｍ〕＝ ^(n+Nx(m-1))Ｕ₁ ＝ ⁽¹⁾Ｕ₁ ＋Δｕ×
（ｎ−１） Ｖ₁ 〔ｎ，ｍ〕＝ ^(n+Nx(m-1))Ｖ₁ ＝ ⁽¹⁾Ｖ₁ ＋Δｖ×
（ｎ−１） ｎ，ｍ＝１，２，…，Ｎ 上となる。ここで、 ⁽¹⁾Ｕ₁ ， ⁽¹⁾Ｖ₁ はＵ₁ −Ｖ₁ 平
面において、Ｕ₁ 座標、Ｖ₁ 座標がそれぞれ最小点の格
子点の位置を表し、Δｕ、Δｖは格子点の幅を表す。ま
た、ｉ＝Ｎ² である。

【００３０】本実施の形態では、（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）から
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めるモデルとして、有理関数

【００３１】

【数１０】 を用いる。式（５）はＸに関する式だが、Ｙ，Ｚについ
ても同様に表すことができる。

【００３２】パラメータ同定部１８は、実測により得ら
れた上記の組を用いて、（ ^(k)Ｕ₁， ^(k)Ｖ₁ ）｛ｋ＝
１，２，…，ｊ｝に対して、有理関数のパラメータ ^(k)
ｐ＝〔 ^(k)ａ₂₀ ^(k) ａ₁₁ ^(k)ａ₀₂ ^(k)ａ₁₀ ^(k)
ａ₀₁ ^(k)ｂ₁₀ ^(k)ｂ₀₁ ^(k)ｂ₀₀ ^T を同定する。同
定の方法の一例として、以下のような最小二乗法を用い
ることができる。 ^(k)ｐ＝（ ^(k)Ａ^T ・ ^(k)Ａ）^{-1 (k)}Ａ^T ・ ^(k)ｂ ・・・（６） ただし、

【００３３】

【数１１】 である。

【００３４】以上、Ｘについて説明したが、Ｙ，Ｚに関
しても同様の方法によってパラメータを求める。以上の
ようにしてパラメータ同定部１８により求められたパラ
メータの組｛ ^(k)ｐ；ｋ＝１，２，…，Ｎ² ｝を、図５
に示すように、Ｎ×Ｎの二次元のテーブル ｐ〔ｎ，ｍ〕＝^(n+Nx(m-1)) ｐ； ｎ，ｍ＝１，…，
Ｎ として、パラメータ記憶部１９に記憶する。

【００３５】次に、物体Ｓ上の対象点の三次元位置を測
定する。レーザ１から物体Ｓ上の対象点にレーザ光が投
射され、その投射方向（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）が二次元受光セン
サ２により検出され、平面位置検出部１６に入力され
る。そして、物体Ｓからの反射光の方向（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）
が二次元受光センサ３により検出され、平面位置検出部
１７に入力される。

【００３６】パラメータ検索部２０は、平面位置検出部
１６に入力された検出値（Ｕ₁ ，Ｖ ₁ ）を用いて、（Ｕ
₁ 〔ｎ，ｍ〕，Ｖ₁ 〔ｎ，ｍ〕）｛ｎ，ｍ＝１，…，
Ｎ｝の中から（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）を囲む４点 Ｕ₀₀＝（Ｕ₁ 〔ｎ_S ，ｍ_S 〕，Ｖ₁ 〔ｎ_S ，ｍ_S 〕） Ｕ₁₀＝（Ｕ₁ 〔ｎ_S+1 ，ｍ_S 〕，Ｖ₁ 〔ｎ_S+1 ，
ｍ_S 〕） Ｕ₀₁＝（Ｕ₁ 〔ｎ_S ，ｍ_S+1 〕，Ｖ₁ 〔ｎ_S ，
ｍ_S+1 〕） Ｕ₁₁＝（Ｕ₁ 〔ｎ_S+1 ，ｍ_S+1 〕，Ｖ₁ 〔ｎ_S+1 ，ｍ
_S+1 〕） を選択する。図６に示すように、（Ｕ₁ 〔ｎ，ｍ〕，Ｖ
₁ 〔ｎ，ｍ〕）はＵ₁ −Ｖ₁ 平面に格子状にならんでい
るので、上述の４点を容易に見つけることができる。そ
して、検索されたＵ₀₀，Ｕ₁₀，Ｕ₀₁，Ｕ₁₁に対し、パラ
メータ記憶部１９からそれぞれに対応するパラメータｐ
₀₀，ｐ₁₀，ｐ₀₁，ｐ₁₁を検索する。

【００３７】次に、三次元位置演算部２１は、パラメー
タ検索部２０で検索されたｐ₀₀，ｐ ₁₀，ｐ₀₁，ｐ₁₁を式
（５）に適用して、二次元受光センサ３により検出され
平面位置検出部１７に入力された検出値（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）
をこの式に代入することにより、三次元位置候補χ₀₀，
χ₁₀，χ₀₁，χ₁₁ Ｘ₀₀＝ｆ p₀₀ (Ｕ₀₀) Ｙ₀₀＝ｆ p₀₀ (Ｕ₀₀) Ｚ₀₀＝
ｆ p₀₀ (Ｕ₀₀) Ｘ₀₁＝ｆ p₀₁ (Ｕ₀₁) Ｙ₀₀＝ｆ p₀₁ (Ｕ₀₁) Ｚ₀₀＝
ｆ p₀₁ (Ｕ₀₁) Ｘ₁₀＝ｆ p₁₀ (Ｕ₁₀) Ｙ₀₀＝ｆ p₁₀ (Ｕ₁₀) Ｚ₀₀＝
ｆ p₁₀ (Ｕ₁₀) Ｘ₁₁＝ｆ p₁₁ (Ｕ₁₁) Ｙ₀₀＝ｆ p₁₁ (Ｕ₁₁) Ｚ₀₀＝
ｆ p₁₁ (Ｕ₁₁) を計算する。ここで、三次元位置候補χ_kl＝〔Ｘ_kl，Ｙ
_kl，Ｚ_kl〕^T ｛k,l=0,1｝である。

【００３８】次に、三次元位置演算部２１は、パラメー
タ検索部２０により選択されたＵ₀₀，Ｕ₁₀，Ｕ₀₁，Ｕ₁₁
と平面位置検出部１７に入力された検出値（Ｕ₁ ，
Ｖ₁ ）の位置関係に基づき、三次元位置候補χ₀₀，
χ₁₀，χ₀₁，χ₁₁から三次元位置χ＝〔Ｘ Ｙ Ｚ〕^T
を計算し、これを三次元位置の計測値として出力する。
このように本実施の形態の三次元位置計測装置によれ
ば、二次元空間Ｕ₁ −Ｖ ₁ を部分空間に分割して、各空
間毎に精度を満足するモデル化を行っているので、モデ
ル化を簡単に行うことができ、高精度に測定を行うこと
ができる。その結果、必要なパラメータが少なくなり、
パラメータの同定も容易になる。更に、パラメータは二
次元空間（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）に基づいて分割した空間毎のパ
ラメータであるので、必要なパラメータテーブルは二次
元となる。これにより、必要な記憶容量が実現可能な範
囲内に収まり、パラメータの検索を高速に行うことがで
きる。

【００３９】また、パラメータの同定を行う際に用意す
るサンプル点として、直線上に位置する（Ｕ₁ ，
Ｖ₁ ）、（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を与えている
ので、直線上にあるという拘束条件を用いることによ
り、Ｚのみ測定できれば（Ｘ，Ｙ）に関して計算により
求めることができる。これにより、パラメータの同定に
要する時間と手間を少なくすることができる。

【００４０】なお、上述の実施の形態の演算処理部４と
して、メモリ、ディスプレイ等を備えた汎用のコンピュ
ータ装置を用いることができる。

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の三
次元位置計測装置によれば、４次元の計測空間を二次元
の部分空間に分割し、その分割空間毎のパラメータを決
定しているので、部分空間ごとの精度を満足する簡易な
モデルを用いることができ、複雑なモデルを持つ必要が
ない。これにより、パラメータの同定が容易になり、計
測時の演算時間も短くなる。また、パラメータ記憶部に
記憶するものは二次元に分割した空間ごとのパラメータ
であり、必要なパラメータテーブルの次元も二次元とな
るため、記憶容量は４次元のテーブルをつくる場合と比
べて約１／２乗倍となる。また、パラメータ同定の際に
は、直線上に位置するサンプルデータを複数組用意する
ことにより、サンプルデータの三次元位置（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）が決定しやすくなり、結果として、パラメータ同定
を簡略化することができる。よって、広い計測範囲で高
い計測精度を満たし且つ高速な計測速度で三次元位置計
測を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る三次元位置計測装置
の構成を示す概略図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る三次元位置計測装置
の二次元レーザパターン発生装置と、観測装置を示す構
成図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る三次元位置計測装置
の演算処理部の構成を示すブロック図である。

【図４】サンプル点（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）の位置を示す図であ
る。

【図５】２次元テーブルで表されるパラメータを示す図
である。

【図６】パラメータ検索部により検索される４個のパラ
メータを示す図である。

【符号の説明】

１…レーザ ２，３…二次元受光センサ ４…演算処理部 ５…半導体レーザ ６…集光レンズ ７，１０…回転ミラー ８，９…リレーレンズ １１…ビームスプリッタ １２，１５…ＰＳＤ素子 １３…レンズ １４…光学フィルタ １６，１７…平面位置検出部 １８…パラメータ同定部 １９…パラメータ記憶部 ２０…パラメータ検索部 ２１…三次元位置演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 透 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 酒井 洋 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を第１の平面に投影すると同時に三次
   元の物体に照射し、前記物体からの反射光の第２の平面
   への投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）と、前記第１の平面への投
   影位置（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）とから、三角測量と所定の変換パ
   ラメータを用いて前記物体の前記光が照射された位置の
   三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める三次元位置計測装置
   において、 レーザ光を前記第１の平面に投影すると同時に前記物体
   に照射する光源と、 前記第１の平面に投影された前記レーザ光の投影位置
   （Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）を検出する第１の平面位置検出部と、 前記物体からの前記レーザ光の反射光が前記第２の平面
   に投影する投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）を検出する第２の平
   面位置検出部と、 予め与えられた複数の（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）
   （Ｘ，Ｙ，Ｚ）の組に基づいて、（Ｕ₂ ，Ｖ₂ ）と
   （Ｘ，Ｙ，Ｚ）の関係を表す数式モデルの所定の変換パ
   ラメータを各（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）に対応して同定するパラメ
   ータ同定部と、 前記パラメータ同定部により同定された前記所定の変換
   パラメータを記憶するパラメータ記憶部と、 前記第１の平面位置検出部により計測された投影位置
   （Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）に対応する前記変換パラメータを前記パ
   ラメータ記憶部から検索するパラメータ検索部と、 前記パラメータ検索部により検索された前記変換パラメ
   ータを前記数式モデルに適用して、前記第２の平面位置
   検出部により計測された投影位置（Ｕ₂ ，Ｖ₂）から前
   記三次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する三次元位置演算
   部と、 を備えることを特徴とする三次元位置計測装置。
2. 【請求項２】 前記数式モデルは、有理式 Ｘ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） Ｙ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） Ｚ＝（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｍ次式）／（Ｕ₂ ，Ｖ₂ のｎ次式） ｎ，ｍ＝１，２，３，…であり、 前記所定の変換パラメータは、前記有理式の分母と分子
   の係数であることを特徴とする請求項１記載の三次元位
   置計測装置。
3. 【請求項３】 予め与えられた複数の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
   は、複数の直線のうちのいずれか１つの直線上に位置す
   ることを特徴とする請求項１記載の三次元位置計測装
   置。
4. 【請求項４】 予め与えられた複数の（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）
   は、前記第１の平面においてＮ×Ｎ、Ｎ＝１，２，…の
   格子状にとられていて、 前記パラメータ記憶部には、前記複数の（Ｕ₁ ，Ｖ₁ ）
   に対応して前記変換パラメータがＮ×Ｎの二次元テーブ
   ルとして記憶されていることを特徴とする請求項１また
   は請求項３記載の三次元位置計測装置。