JPH1089960A

JPH1089960A - 三次元画像計測方法

Info

Publication number: JPH1089960A
Application number: JP8265196A
Authority: JP
Inventors: Atsuyuki Matsumoto; 篤幸松本; Hideyuki Suwa; 秀行諏訪; Fumitaka Hayata; 文隆早田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JP3282516B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】計測装置の位置姿勢が変化しても、正確なＣ
ＡＤ図形の描画可能とする。【解決手段】計測対象とする物体を撮影した映像を取
得し、計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元
平面に投影した図形と撮影映像との照合により、計測対
象の三次元位置を計測する。計測対象のＣＡＤ図形形状
を計測対象の輸郭上の点の集合として表現し、三次元の
平行・回転移動量を直接与え、撮影映像との照合を行う
に際して、ＣＡＤ図形は各種座標変換を行い、ＣＡＤ図
面データをカメラの撮影過程が正確に模擬されるように
する。撮影映像に対し画像微分処埋を行い、得られた輪
郭濃淡画像上に、ＣＡＤ図形上の実数で示される各点に
おける計測対象の輪郭濃淡画像の濃度値を点の近傍画素
の濃度値から補間して求める。輪郭濃淡画像上に表示さ
れた点の二次元座標値における濃度値の総和が最大値と
なった否かで、ＣＡＤ図形と計測対象映像との一致不一
致を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラント建設分野に
おいて構造物などの三次元位置を計測する三次元計測方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラントの建設時に鉄骨やプラント内に
設置する機器などの位置出しや位置確認の際に用いられ
る三次元計測装置として、計測点にプリズムを必要とす
る光学式トータルステーションや、プリズムを必要とし
ない光学式ノンプリズムトータルステーションが従来か
ら用いられている。

【０００３】トータルステーションは、計測点までの距
離と水平角、鉛直角を計測した結果から三次元直交座標
系における点の三次元座標値を計算して求めている。こ
れは図６に示すように、既知の三次元座標原点（Ｘ₀，
Ｙ₀，Ｚ₀）に対して、トータルステーション１から測定
点２の座標点ｐi（ｘi，ｙi，ｚi）までの距離Ｒ、鉛直
角ＶＡ、水平角ＨＡを計測し、測定点２の三次元座標位
置を、

【０００４】

【数１】ｘi＝Ｒ・sin(ＶＡ)・sin(ＨＡ)−ｘ₀ ｙi＝Ｒ・sin(ＶＡ)・cos(ＨＡ)−ｙ₀ ｚi＝Ｒ・cos(ＶＡ)−ｚ₀ として求めるものである。

【０００５】プリズムを必要とする光学式トータルステ
ーションは距離の計測精度が１ｍｍ以下と高精度であ
り、一方、光学式ノンプリズムトータルステーションは
距離の計測精度が５ｍｍ〜ｌ０ｍｍと低精度である。

【０００６】その他に、写真測量による計測も行われて
いる（図７）。写真測量は、計測対象の付近に三次元座
標値が既知である基準点３を複数点配置し、計測対象４
と基準点３を異なる２ケ所以上の位置５からカメラで撮
影する。写真フィルム６、６に写った基準点３の二次元
座標値をデジタイザなどで計測し、基準点３の三次元座
標値と二次元座標値の対応から撮影時のカメラの撮影点
０₁、０₂の位置や向き、さらに、レンズ歪みなどのカメ
ラ光学系に関する定数を計算する。その後、写真に写っ
た計測対象点４の二次元座標値をデジタイザなどで計測
し、各写真フィルム６ごとに計測した計測対象点の複数
の二次元座標値と、前述の各写真を撮影した時のカメラ
位置、向き、カメラ光学系に関する定数を基に、計測対
象点の三次元座標値を計算で求める。

【０００７】さらに、計測対象をＣＣＤカメラなどで撮
影した映像と、計測対象のＣＡＤ図形との照合により三
次元計測を行う方法（図８）がある。これは、実三次元
空間に存在する計測対象と計測対象付近に配置した三次
元座標値が既知である複数の基準点を２ケ所以上の異な
る位置からＣＣＤカメラなどで撮影し、アナログ信号で
ある撮影映像信号を画像取り込み装置を介してデジタル
信号に変換し（通常１画面の映像信号を縦５１２画素×
横５１２画素のデジタル信号に変換する）、コンピュー
タに取り込み、デジタル信号に変換した基準点の二次元
座標値をデジタルサンプリングし、写真測量と同様の方
法で基準点の三次元座標値と二次元座標値の対応から撮
影時のカメラの位置や向き、さらに、レンズ歪みなどの
カメラ光学系に関する定数を計算し、三次元から二次元
への変換を定式化する。実三次元空間と等価なＣＡＤの
三次元座標空間をコンピュータ内に再現し、計測対象の
ＣＡＤ設計値を基にコンピュータ内に再現したＣＡＤの
三次元座標空間内に計測対象のＣＡＤモデルを配置し、
前述で求めたカメラの位置、向きの計算結果を基にコン
ピュータ内に再現したＣＡＤの三次元座標空間内にカメ
ラを配置し、前述で定式化した三次元から二次元への変
換を基に、コンピュータ内に再現したＣＡＤの三次元空
間内の計測対象ＣＡＤモデルを二次元平面に投影する。

【０００８】ここで得たＣＡＤモデルの二次元投影図を
実空間内の計測対象の撮影映像に重ね合わせて表示した
場合、計測対象の実位置や姿勢が設計ＣＡＤ図面データ
と等しければ計測対象の撮影映像とＣＡＤモデルの二次
元投影図は一致し、等しくなければ両者は一致しない
（図９）。

【０００９】計測対象の撮影映像とＣＡＤモデルの二次
元投影図とが一致しない場合、ＣＡＤモデルの二次元投
影図に対し、上下方同の移動量、左右方向の移動量、画
面内の回転移動量、拡大縮小量の合計４自由度による二
次元面内の移動量を与え、計測対象の撮影映像とＣＡＤ
モデルの二次元投影図とを一致させる。しかし、三次元
空間内での物体の移動可能な自由度は、三軸上の平行移
動と三軸回りの回転移動の合計６自由度となる。したが
って、二次元面内の４自由度の移動量からは三次元空間
内の６自由度の移動量を決定することはできない。

【００１０】そこで、計測対象を異なる２ケ所以上の位
置から撮影した複数の映像におけるＣＡＤモデルとの一
致から得た、複数の二次元面内の４自由度の移動量から
計測対象物体の６自由度の移動量を計算で求めている
（図１０）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術において、計測点にプリズムを必要とする光学式
トータルステーションで高所の計測点を計測する際に
は、梯子や足場を設置して計測点にプリズムを設置する
手間が必要となる。この手間を省くため、ノンプリズム
トータルステーションを用いたとしても、構造物の中心
位置や傾きを計測する場合は、複数の点の三次元座標値
を計測した結果から計算しなければならない問題があ
る。

【００１２】写真測量による計測では、計測点にプリズ
ムを設置する必要はないが、トータルステーションを用
いた場合と同様に点の三次元位置を計測する方法である
ため、構造物の中心位置や傾きを計測するためには、複
数点の三次元座標値の計測が必要となる。また、計測点
付近に基準点を配置し、基準点の三次元座標値を何らか
の方法で正確に計測しなければならず、撮影位置を変え
る度に、基準点の三次元座標値と二次元座標値の対応か
らカメラの位置や姿勢などを決定する作業を必要とす
る。さらに、計測点を２ケ所以上の異なる位置から撮影
した複数の写真において、計測点がどこに写っているか
を判断し対応付け（対応点探索）を正確に行う必要があ
る。この対応付けを誤ると、まったく異なる位置に存在
する点の三次元座標値を計測してしまうことになる。

【００１３】更に、計測対象物体の撮影映像とＣＡＤ図
形との照合による計測方法では、構造物の中心位置や傾
きをＣＡＤ図面データとの比較により直接計測が可能
で、対応点探索を必要としないが、写真測量と同様に計
測対象物体の付近に基準点を配置し、カメラの位置や向
きを変える度に基準点の三次元座標値と二次元座標値と
の対応からカメラの位置や姿勢などを決定する作業を必
要とする。

【００１４】このようなことから、ＣＣＤカメラを搭載
したトータルステーションを用い、基準点の三次元座標
値と二次元座標値との対応からトータルステーションに
搭載されたＣＣＤカメラの撮影位置と向き、レンズ歪み
などのカメラ光学系に関する定数を求めておき、求めた
レンズ歪みなどのカメラ光学系に関する定数を一定値と
考え、カメラを移動したり、向きを変えた場合は、ＣＡ
Ｄの三次元座標系の原点に相当する実空間内の点と、Ｃ
ＡＤの二次元座標軸に相当する実空間内の基準線上の点
にプリズムを設置し、三次元座標値をトータルステーシ
ョンで計測した結果から、ＣＣＤカメラの撮影位置と姿
勢を計算で求め、ＣＡＤモデルの三次元から二次元への
投影変換を行う方法も考えられる。

【００１５】しかし、上記ＣＣＤカメラを搭載したトー
タルステーションを用いた場合でも、従来方法ではカメ
ラの撮影過程が正確に模擬できていないため、課題の解
決には至っていない。さらに、計測精度において、計測
対象物体の６自由度の移動量は、複数の二次元面内の４
自由度の移動量から数値解析手法により近似的に求める
のが一般的であり、精度良く、二次元物体の位置と姿勢
を計測することができなかった。また、計測精度が向上
しないもう一つの理由として、ＣＣＤカメラによる計測
対象の撮影映像をデジタル信号に変換し、コンピュータ
に取り込む場合の分解能（デジタル信号の１画素に相当
する実空間寸法）以下の計測精度では計測できないとい
う課題があった。

【００１６】本発明は、上記従来の問題点に着目し、第
１に、計測対象の１枚の映像からでも計測対象物体の位
置と姿勢が計測できるようにすることを目的とする。第
２には、ビデオトータルステーションの位置や姿勢が変
化しても正確なＣＡＤ図形の描画ができるようにするこ
とを目的としている。第３にはＣＡＤ図形と計測対象物
体の映像との高精度な照合できるようにすることを目的
とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、計測対象のＣ
ＡＤ図形を輪郭上の点の集合として扱い、この三次元空
間の点集合を二次元平面に投影する過程を、ビデオトー
タルステーションの光軸方向を三次元座標軸の一軸とす
る座標系への線形変換と、ビデオトータルステーション
内蔵カメラのレンズ歪みなども考慮した非線形変換の組
合わせとしてモデル化し、点の集合であるＣＡＤ図形と
カメラで撮影した計測対象の実物映像との照合におい
て、実物映像の微分処埋映像上にＣＡＤ図形を重ね合わ
せ表示し、ＣＡＤ図形上の各点が表示された二次元実数
座標値上の微分映像の明るさ（濃度値）を付近の整数座
標値上の濃度値から補間して求め、ＣＡＤ図形を構成す
る各点の濃度値の総和を計算し、ＣＡＤ図形に三次元の
平行移動量と回転移動を加え、二次元平面に再投影する
という手順を繰り返し、濃度値の総和が最大値となった
時点で、ＣＡＤ図形と実物映像とが最も一致したと判断
し、それまでに加えた三次元の平行移動量と回転移動量
がＣＡＤ設計値と実物計測対象との位置及び姿勢のずれ
であるとして計測する方法である。

【００１８】すなわち、本発明に係る三次元画像計測方
法は、第１に、測距・測角機能を有するトータルステー
ションにカメラを搭載したビデオトータルステーション
を用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取得し、
計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元平面に
投影した図形と撮影した映像との照合により、計測対象
の三次元位置を計測する方法において、計測対象の三次
元ＣＡＤ図面データから、計測対象のＣＡＤ図形形状を
計測対象の輸郭上の点の集合として表現し、計測対象の
ＣＡＤ図面データに三次元の平行・回転移動量を直接与
えることで、ＣＡＤ図形の表示と移動を行うことを特徴
としている。

【００１９】第２に、測距・測角機能を有するトータル
ステーションにカメラを搭載したビデオトータルステー
ションを用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取
得し、計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元
平面に投影した図形と撮影した映像との照合により、計
測対象の三次元位置を計測する方法において、ＣＡＤ図
形を表示する際、計測対象のＣＡＤ図形形状を定義する
モデル座標系、計測対象のＣＡＤ上での位置と姿勢を定
義する設計座標系、ビデオトータルステーションの機械
点を原点とするビデオトータルステーション固有の機械
座標系、ビデオトータルステーションで計測対象を撮影
したときのビデオトータルステーションの向きを三次元
直交座標系の一軸とする視準座標系、ビデオトータルス
テーションに内蔵したカメラの光軸方向を三次元直交座
標系の一軸とするカメラ座標系への変換により、ＣＡＤ
図形上の各点の三次元位置を二次元平面に投影し、ＣＡ
Ｄ図形を表示することを特徴とするものである。

【００２０】第３には、測距・測角機能を有するトータ
ルステーションにカメラを搭載したビデオトータルステ
ーションを用い、計測対象とする物体を撮影した映像を
取得し、計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次
元平面に投影した図形と撮影した映像との照合により、
計測対象の三次元位置を計測する方法において、計測対
象を撮影した映像に対し画像微分処埋を行い、得られた
計測対象映像の輪郭濃淡画像上に、ＣＡＤ図形上の各点
の二次元投影後の座標値に基づき各点を表示し、点が表
示された二次元座標値における計測対象の輪郭濃淡画像
の濃度値を取得し、輪郭濃淡画像上に表示されたＣＡＤ
図形を構成するすべての点の二次元座標値における濃度
値の総和が最大値となった場合に、ＣＡＤ図形と計測対
象映像とが一致したと判断することを特徴とする。

【００２１】更に、第４には、測距・測角機能を有する
トータルステーションにカメラを搭載したビデオトータ
ルステーションを用い、計測対象とする物体を撮影した
映像を取得し、計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データ
を二次元平面に投影した図形と撮影した映像との照合に
より、計測対象の三次元位置を計測する方法において、
計測対象を撮影した映像に対し画像微分処埋を行い、得
られた計測対象映像の輪郭濃淡画像上に、ＣＡＤ図形上
の各点の二次元投影後の座標値に基づき各点を表示し、
点が表示された二次元座標値における計測対象の輪郭濃
淡画像の濃度値を点の近傍画素の濃度値から補間して求
めて取得し、輪郭濃淡画像上に表示されたＣＡＤ図形を
構成するすべての点の二次元座標値における濃度値の総
和が最大値となった場合に、ＣＡＤ図形と計測対象映像
とが一致したと判断することを特徴とするものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明に係る方法を化学プラント
の配管フランジを計測対象とした場合の具体的な実施形
態を図面を参照して詳細に説明する。この方法を実施す
るシステム構成は、図５に示すように、測距・測角機能
を有するトータルステーションにカメラを搭載したビデ
オトータルステーション１０、画像処理ボード１２を内
蔵したコンピュータ１４、モニタ１６、キーボード１８
などから構成されている。

【００２３】この実施の形態は、図１に示しているよう
に、計測対象を配管フランジ２０をターゲットを介する
ことなくビデオトータルステーション１０によりステレ
オ撮影して画像処理ボード１２に出力し、また予め設計
データとしてＣＡＤ図面データ２２を座標変換と二次元
化処理してビデオトータルステーション１０により撮影
したと同様な状態となるように処理して画像処理ボード
１２に出力し、撮影画像とＣＡＤ画像とをモニタ１６に
同時表示させるようにしている。そして、ＣＡＤ画像を
データ上の三次元空間内で平行移動および回転移動させ
てモニタ１６に表示しつつ、二次元平面での両画像が一
致するように画像濃度の最大値検出による作業によって
移動量を求めて実機の設計値からの偏位量を計測しよう
とするものである。

【００２４】ＣＡＤ図形を表示させ、配管フランジ２０
の撮影映像との比較をなすための処理を図２のフローチ
ャートに基づいて説明する。まず、計測対象のフランジ
２０に相応するＣＡＤ図形形状を定義しているモデル座
標系（Ｘmodel，Ｙmodel，Ｚmodel）をＣＡＤ図面デー
タから取得する（ステップ１００）。

【００２５】このＣＡＤ図形として表されているフラン
ジ２０のプラントにおける配置と姿勢を特定するため
に、設計座標系（ＸCAD，ＹCAD，ＺCAD）が定義される
（ステップ１１０）。これは計測対象のＣＡＤ図面上で
の位置と姿勢を定義するためのものであり、プラントの
特定の位置を原点とした直交座標系である。このため、
原点となるプラントの基準点上に一点、基準軸上にもう
一点とトータルステーション１０用のプリズムを設置す
る。したがって、プラントの基準点がＣＡＤの座標原点
に、基準線がＣＡＤのＸ軸またはＹ軸に相当する。

【００２６】次いで、計測器としてのビデオトータルス
テーション１０の設置位置を特定するために、計測対象
となるフランジを撮影できる位置にビデオトータルステ
ーションを設置し、機械座標系（ＸMET，ＹMET，ＺME
T）が定義される（ステップ１２０）。この機械座標系
において、先に設置した設計座標系（ＸCAD，ＹCAD，Ｚ
CAD）におけるプリズムの三次元座標値を計測する。こ
の計測により求められたプリズムの三次元座標値は、ト
ータルステーションの機械点を原点、鉛直上方をＺ軸、
２個のプリズムを結ぶ直線を水平面へ投影した水平線を
Ｘ軸とする三次元機械座標系（ＸMET，ＹMET，ＺMET）
において計測される。

【００２７】上記三次元機械座標系（ＸMET，ＹMET，Ｚ
MET）において計測された２個のプリズムの三次元座標
値からプラントの設計座標系（ＸCAD，ＹCAD，ＺCAD）
における卜一タルステーションの機械点の三次元位置が
求まり、計測対象のＣＡＤ図形を構成する各点を設計座
標系（ＸCAD，ＹCAD，ＺCAD）から機械座標系（ＸMET，
ＹMET，ＺMET）へと変換できる。すなわち、トータルス
テーション１０の機械点におけるＣＡＤ図形を特定する
ことができるのである。

【００２８】そして、トータルステーション１０に内蔵
したカメラの撮影視野に計測対象となるフランジ２０が
写るまでトータルステーション１０の鉛直角と水平角を
変化させる。これは実機フランジの撮影画像にＣＡＤ図
形の位置と姿勢を合わせるためであり、この時の鉛直角
と水平角の操作量から、機械座標系（ＸMET，ＹMET，Ｚ
MET）における、トータルステーション１０の光軸方向
をＸ軸とする視準座標系（Ｘeye，Ｙeye，Ｚeye）の傾
きが求まり、機械座標系（ＸMET，ＹMET，ＺMET）に変
換したＣＡＤ図形上の各点を視準座標系（Ｘeye，Ｙey
e，Ｚeye）へと座標変換できる（ステップ１３０）。

【００２９】この視準座標系（Ｘeye，Ｙeye，Ｚeye）
において、カメラの位置や向きは常に一定値であり、こ
こで、予め求めておいた視準座標系（Ｘeye，Ｙeye，Ｚ
eye）におけるカメラの位置と向き、レンズ歪み係数を
用いて透視投影変換を行うことでカメラ座標系（Ｘca
m，Ｙcam，Ｚcam）が定義でき（ステップ１４０）、こ
のカメラ座標系（Ｘcam，Ｙcam，Ｚcam）に変換したＣ
ＡＤ図形上の各点を二次元平面上の点に変換する（ステ
ップ１５０）。

【００３０】次に、カメラでフランジ２０を撮影した映
像を画像処埋ボード１２のフレームメモリーに取り込
み、微分処理によりフランジ輪郭映像を得る（ステップ
１６０）。画像処理ボード１２のフレームメモリーは横
５１２画素×縦５１２画素に分割されて、１画素毎に明
るさのレベル（濃度値）として２５６階調を有する。一
方、ＣＡＤ図形上の点は実数演算により二次元に投影さ
れるため、実数の二次元座標精度を有する。したがっ
て、ＣＡＤ図形を輪郭映像上に重ね合わせ表示するため
にはＣＡＤ図形の二次元座標精度を整数に切り拾てなけ
ればならない。

【００３１】そこで、ＣＡＤ図形上の各点が本来有する
実数での二次元座標値における濃度を、フレームメモリ
ー上の整数画素座標値の濃度値とその近傍８画素の濃度
値から補間して求めることで、映像の解像度を向上させ
たときと同等の効果が期待できる。このため、図４に示
すように、階調表示されている画素の配列方向に沿って
連続した輝度分布を演算して求め、ＣＡＤ図形上の各点
が本来有する実数での二次元座標値における濃度を補間
値として取得するようにしている（ステップ１７０）。

【００３２】このようにして求めたＣＡＤ図形上の各点
の補間濃度値の総和Ｘnを計算し（ステップ１８０）、
この計算した補間濃度値の総和Ｘnを前回の総和Ｘn-1と
比較し（ステップ１９０）、前回より総和が大きければ
ＣＡＤ図形の表示位置を更新（ステップ２００）し、Ｃ
ＡＤ図面データに三次元の平行移動量と回転移動量を加
える（ステップ２１０）。そして、更新するごとに補間
濃度値の総和Ｘnを更新前の総和Ｘn-1と比較し（ステッ
プ１９０）、更新値が前回値より小さくなった場合に、
補間濃度値が最大となる位置がＣＡＤ図形と実物映像と
が最も良く一致する位置となり、それまでに加えた三次
元の平行移動量と回転移動量がＣＡＤ図面データと実物
とのずれとして計測できる（ステップ２２０）。したが
って、ＣＡＤ図面データに計測したずれ量を加えた値が
計測対象物体の三次元位置と姿勢の計測結果となるの
で、これを三次元に変換して三次元座標値として出力す
ればよい（ステップ２３０）。

【００３３】なお、上記実施形態では、異なる２ケ所以
上の場所で撮影した計測対象物体の複数映像を用いて計
測した例を示したが、その他、ＣＡＤ図面データに三次
元の移動量を与えていること、ＣＡＤ図面データが大き
さの情報を有しているため奥行き方向のあいまいさが排
除できることから、１ケ所から撮影した単映像による計
測も可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＣＤカメラを搭載したビデオトータルステーションを
用いた場合に、計測対象物をＣＣＤカメラで撮影すると
ともに、ＣＡＤ図面データをカメラの撮影過程が正確に
模擬されるように座標変換してカメラ映像中に同時表示
し、映像が一致しない場合にＣＡＤ図面データをその三
次元空間上で位置移動させることを行いながら二次元映
像として表示し、二次元画像中にてＣＡＤ図形線上の撮
影映像画素の微分処理によって得られた輝度の総和を検
出し、この総和が最大となる位置を検出するようＣＡＤ
図面データの移動を繰返すことによって、計測対象物の
設計値とのずれを、高精度で検出することができる。特
に、請求項１に係る発明では、計測対象の１枚の映像か
らでも計測対象物休の位置と姿勢が計測可能となる。ま
た、第２の発明構成によれば、ビデオトータルステーシ
ョンの位置や向きが変化しても正確なＣＡＤ図形の描画
が可能となる。更に、第３、４の発明構成によれば、二
次元映像上の一致処理において、実数値としてのＣＡＤ
データは、画素単位に階調表示されている輪郭映像の補
間濃度値の大小によって求めるため、画素単位までが限
界であって計測精度を向上させることができ、ＣＡＤ図
形と計測対象の映像との高精度な照合が可能となる効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る三次元画像計測方法の構成ブロ
ック図である。

【図２】同三次元画像計測方法のフローチャートであ
る。

【図３】座標変換の説明図

【図４】輝度の補間処理の説明図である。

【図５】同システムの基本構成図である。

【図６】トータルステーションの計測原理図である。

【図７】写真測量の計測原埋図である。

【図８】撮影映像とＣＡＤ図形照合による計測方法図で
ある。

【図９】撮影映像とＣＡＤ図形照合による計測方法の原
理図である。

【図１０】二次元図形移動量と三次元図形移動量との関
係図である。

【符号の説明】

１０ビデオトータルステーション１２画像処理ボード１４コンピュータ１６モニタ１８キーボード２０配管フランジ２２ＣＡＤ図面データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測距・測角機能を有するトータルステー
ションにカメラを搭載したビデオトータルステーション
を用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取得し、
計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元平面に
投影した図形と撮影した映像との照合により、計測対象
の三次元位置を計測する方法において、計測対象の三次元ＣＡＤ図面データから、計測対象のＣ
ＡＤ図形形状を計測対象の輸郭上の点の集合として表現
し、計測対象のＣＡＤ図面データに三次元の平行・回転
移動量を直接与えることで、ＣＡＤ図形の表示と移動を
行って撮影映像との照合を行うことを特徴とする三次元
画像計測方法。
【請求項２】測距・測角機能を有するトータルステー
ションにカメラを搭載したビデオトータルステーション
を用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取得し、
計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元平面に
投影した図形と撮影した映像との照合により、計測対象
の三次元位置を計測する方法において、ＣＡＤ図形を表示する際、計測対象のＣＡＤ図形形状を
定義するモデル座標系、計測対象のＣＡＤ上での位置と
姿勢を定義する設計座標系、ビデオトータルステーショ
ンの機械点を原点とするビデオトータルステーション固
有の機械座標系、ビデオトータルステーションで計測対
象を撮影したときのビデオトータルステーションの向き
を三次元直交座標系の一軸とする視準座標系、ビデオト
ータルステーションに内蔵したカメラの光軸方向を三次
元直交座標系の一軸とするカメラ座標系への変換によ
り、ＣＡＤ図形上の各点の三次元位置を二次元平面に投
影し、ＣＡＤ図形を表示して撮影映像との照合を行うこ
とを特徴とする三次元画像計測方法。
【請求項３】測距・測角機能を有するトータルステー
ションにカメラを搭載したビデオトータルステーション
を用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取得し、
計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元平面に
投影した図形と撮影した映像との照合により、計測対象
の三次元位置を計測する方法において、計測対象を撮影した映像に対し画像微分処埋を行い、得
られた計測対象映像の輪郭濃淡画像上に、ＣＡＤ図形上
の各点の二次元投影後の座標値に基づき各点を表示し、
点が表示された二次元座標値における計測対象の輪郭濃
淡画像の濃度値を取得し、輪郭濃淡画像上に表示された
ＣＡＤ図形を構成するすべての点の二次元座標値におけ
る濃度値の総和が最大値となった場合に、ＣＡＤ図形と
計測対象映像とが一致したと判断することを特徴とする
三次元画像計測方法。
【請求項４】測距・測角機能を有するトータルステー
ションにカメラを搭載したビデオトータルステーション
を用い、計測対象とする物体を撮影した映像を取得し、
計測対象物体の三次元ＣＡＤ図面データを二次元平面に
投影した図形と撮影した映像との照合により、計測対象
の三次元位置を計測する方法において、計測対象を撮影した映像に対し画像微分処埋を行い、得
られた計測対象映像の輪郭濃淡画像上に、ＣＡＤ図形上
の各点の二次元投影後の座標値に基づき各点を表示し、
点が表示された二次元座標値における計測対象の輪郭濃
淡画像の濃度値を点の近傍画素の濃度値から補間して求
めて取得し、輪郭濃淡画像上に表示されたＣＡＤ図形を
構成するすべての点の二次元座標値における濃度値の総
和が最大値となった場合に、ＣＡＤ図形と計測対象映像
とが一致したと判断することを特徴とする三次元画像計
測方法。