JPH1123262A - 三次元位置計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被計測点の三次元位置を画像情報から求める
システムにおいて、被計測点の指示が簡単な動作で行え
るようにする。 【解決手段】 被計測点は、レーザポインタ１０で形成
される光点により指示される。この光点を含む領域を撮
影する各カメラ２０からの画像信号は、カメラ選択装置
５０内のカメラ切替器５２に入力され、このカメラ切替
器５２にて順番に選択されて出力される。この出力画像
信号は、カメラ識別信号発生器５３によって生成された
カメラ識別信号が付加された上で、ホストコンピュータ
３０に入力される。ホストコンピュータ３０は、入力さ
れた画像からカメラ識別信号を検出し、当該画像の撮影
元のカメラを特定する。そして１対の画像について、画
像内の光点位置と撮影元カメラの位置等のデータに基づ
き三角測量演算を行って被計測点の三次元位置を算出す
る。この構成では、オペレータは携帯型のレーザポイン
タ１０により簡単に被計測点を指示できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元位置計測シ
ステムに関し、特にビデオカメラなどで撮影された画像
に基づき対象の三次元的な位置を計測する三次元位置計
測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】対象物の三次元的な位置を画像情報に基
づき算出する方法は、様々な分野に応用されている。例
えば、産業用ロボットには、作業時の移動・位置決めな
どを行うために、対象物を含む領域の画像を撮影し、そ
の画像から対象物の三次元的な位置を算出するレンジフ
ァインダを搭載したものがある。

【０００３】画像から三次元位置情報を算出する方式に
は様々な方式があるが、能動的ステレオ法と呼ばれる方
式が信頼性の高いシステムとして知られている。能動的
ステレオ法は、対象物に対してレーザ光源からスポット
光を投影し、対象物上にできた光点を異なった角度から
ビデオカメラなどで捉え、ビデオカメラで捉えた画像内
での光点の位置と、レーザ光源やビデオカメラの位置、
姿勢（方向）の情報から、三角測量の原理で演算を行っ
て光点の三次元位置を求めるという方法である。

【０００４】この方法では、光点の三次元位置を特定す
るためには、ビデオカメラの位置、姿勢のみならず、レ
ーザ光源の位置、姿勢の情報が必要となる。このため従
来は、例えば、レーザ光源の位置を固定しておき、その
レーザ光源から出射されたレーザ光を回転ミラーで反射
し、回転ミラーの角度を調節することによりスポット光
を所望の対象物に向ける方式を採っていた。この方式で
は、レーザ光源は固定なのでその位置は既知であり、レ
ーザ光源の姿勢すなわちレーザ光の出射方向は、回転ミ
ラーの角度を検出することにより求めていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば、三次元位置計
測システムの応用例の一つとして、例えば倉庫内での荷
物の積み降ろし作業において、オペレータが積み降ろし
の対象とする荷物をスポット光で示し、このスポット光
の三次元位置を上述の方法で求めてロボットに教示し、
ロボットに積み降ろし作業を実行させるというシステム
が考えられる。

【０００６】ところが、上記従来の方式による三次元位
置計測システムは、回転ミラーの角度調節でスポット光
の投射方向を調節することにより三次元位置の計測対象
を指示する構成であるため、倉庫内にいるオペレータが
状況を見ながら随時積み降ろし対象を指示していくとい
うような運用が困難であった。すなわち、ミラーの角度
調節により所望の位置にスポット光を指向させるという
操作は、オペレータにとって直観的ではないためそもそ
も困難であり、特にオペレータが倉庫内を移動していろ
いろな場所から積み降ろし対象を指定しようとした場
合、オペレータはレーザ光源の位置や自分の現在位置な
どを考慮してミラーの角度を調節しなければならず、こ
れは極めて困難な操作となる。このように上記従来方式
では、オペレータによる位置計測対象の指定の操作が困
難であるという問題があった。

【０００７】また、上記従来方式では、レーザ光源の位
置が固定されてしまうため、位置計測可能な領域がその
レーザ光源の位置によりある程度限定されてしまうとい
う問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、オペレータが所望の位置計測対
象を直観的に簡単な動作で指示することができるととも
に、計測できる領域が限定されにくい三次元位置計測シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る三次元位置計測システムは、対象領
域内の被計測点を指し示す光点を形成するための携帯可
能な光ポインタと、互いに異なった位置に配置され、前
記対象領域を視野に収める複数のカメラと、前記各カメ
ラで撮影された画像から前記光点の位置をそれぞれ検出
し、この光点の検出位置と前記各カメラの配置位置の情
報とに基づき、前記被計測点の三次元位置を演算する位
置演算装置とを有する。

【００１０】この構成では、オペレータがレーザ光源な
どの光ポインタにより被計測点を指示し、これを位置、
姿勢などの配置位置の情報が既知の複数のカメラにて撮
影する。そして、複数のカメラのうちの２つずつの組合
せごとに、それら２つのカメラの画像における光点の位
置をそれぞれ求め、これら各画像内での光点の位置と各
カメラの配置位置情報とに基づき、三角測量の原理で光
点の三次元位置を算出する。したがって、この構成で
は、被計測点の三次元位置の算出に光ポインタ自体の配
置位置の情報が不要なので、オペレータが光ポインタを
携帯することができ、オペレータは、自由な場所から、
目標を指差す感覚で簡単に位置計測対象を指示すること
ができる。また、この構成では、光ポインタは自由に持
ち運びできるので、計測対象の領域が光ポインタの設置
位置によって制限されることはない。

【００１１】また、本発明の好適な態様では、前記複数
のカメラと位置演算装置との間に配設され、前記複数の
カメラから画像信号を受信し、前記複数のカメラからの
画像信号を所定周期ごとに順次選択して前記位置演算装
置に出力するカメラ切替器と、前記カメラ切替器で選択
された画像信号が前記複数のカメラのいずれに対応する
かを示すカメラ識別信号を生成する識別信号発生器とを
有し、前記位置演算装置は、前記カメラ識別信号に応じ
て、順次入力される画像信号が各々どのカメラからのも
のかをを判別し、この判別結果に基づき各画像における
光点の位置をカメラの位置と関連付けることにより前記
被計測点の三次元位置の演算を行う。

【００１２】複数のカメラの画像に対して三角測量の原
理を適用する場合、位置演算装置は、各画像がどのカメ
ラからのものかを特定する必要がある。そこで、この態
様では、各カメラと位置演算装置との間にカメラ切替器
を設け、位置演算装置に入力される画像を順次切り替え
ると共に、入力される画像に対応するカメラ識別信号を
識別信号発生器で生成して位置演算装置に与える構成を
採っている。このような構成によれば、位置演算装置
は、順次入力される画像がそれぞれどのカメラに対応す
るものかを検知することができる。

【００１３】また、本発明の更に好適な態様では、前記
カメラ識別信号は、前記カメラ切替器から出力される画
像信号の所定領域に付加されて前記位置演算装置に入力
され、前記位置演算装置は、入力された画像信号の所定
領域を検査して前記カメラ識別信号を抽出する。

【００１４】この構成では、カメラ識別信号が画像信号
内に重畳されるので、位置演算装置は、光ポインタによ
る光点を検出する際と同様の画像解析処理によりカメラ
識別信号を検出し、カメラを識別することができる。こ
の構成によれば、カメラ識別信号を取り入れるための特
別のインタフェースを位置演算装置に設ける必要がなく
なる。

【００１５】本発明の別の好適な態様では、前記位置演
算装置は、入力された画像において光点の有無を監視
し、光点を検出したことをトリガとして位置演算処理を
開始する。

【００１６】この構成では、光点の検出をトリガとして
位置演算装置が位置演算処理を開始するので、オペレー
タからの演算処理の開始指示を受け付けるインタフェー
スを位置演算装置に設ける必要がなくなる。

【００１７】また、更に好適な態様では、前記光ポイン
タは、可視光領域に含まれ、前記各カメラが感度を持た
ない第１の波長域の光を出力する第１の光源と、前記カ
メラが感度を持つ第２の波長域の光を出力する第２の光
源と、前記第１の光源の出力光と前記第２の光源の出力
光を同一光軸に沿って外部へ出力するための光学系と、
前記第１の光源及び第２の光源を個別にオン・オフする
ためのスイッチ機構とを有する。

【００１８】この構成では、第１の光源は可視光を発す
るので、オペレータは第１の光源の光により被計測点の
位置決めを行うことができる。ここで、各カメラは第１
の光源の光に感度がないので、位置決め操作中のカメラ
の画像には光点が現れず、したがって位置演算装置は位
置決め操作中には位置演算処理を開始しない。被計測点
の位置決めが完了すると、オペレータは第２の光源を点
灯することにより位置演算装置に演算処理の開始を指示
することができる。すなわち、第１の光源の出力光と第
２の光源の出力光とは同一光軸に沿って出力されるた
め、第２の光源による光点は、第１の光源による光点と
同じ位置に形成される。各カメラは、第２の光源の光に
感度を有するため、第２の光源が点灯されると各カメラ
の画像に光点が現れ、位置演算装置はこの光点を検出す
ると位置演算処理を開始する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００２０】［基本原理］まず、以下の各実施形態にお
ける三次元位置計測処理の基本原理を図１を参照して説
明する。

【００２１】各実施形態では、三次元位置を計測したい
点（被計測点という）Ｐに対し、光ポインタとしてのレ
ーザポインタ１０からレーザ光１００を投射し、光点を
形成する。そして、この光点を含む領域を基本的に２台
のカメラで撮像する。２台のカメラは固定配設されてお
り、それらの位置や姿勢（方向）は既知である。

【００２２】被計測点Ｐは、各カメラにて、それぞれカ
メラ画像面Ａ1 及びＡ2 内での光点像Ｐ1 及びＰ2 とし
て撮影される。それぞれのカメラ原点Ｏ1 及びＯ2 と光
点像Ｐ1 及びＰ2 を結ぶ直線Ｏ1 Ｐ1 及びＯ2 Ｐ2 の交
点が光点（被計測点）Ｐとなる。したがって、各カメラ
の位置及び姿勢が既知であれば、Ｏ1 Ｏ2 間の距離と、
直線Ｏ1 Ｐ1 及びＯ2 Ｐ2 の方向とを求めることがで
き、三角測量の原理に従って被計測点Ｐの三次元的な位
置座標を求めることができる。

【００２３】このシステムでは、２台のカメラの視野の
重複領域について、その領域内の各点の三次元位置を計
測することが可能である。また、このシステムでは、被
計測点Ｐの三次元位置の算出にレーザポインタ１０の位
置や姿勢などの情報は不要であり、レーザポインタ１０
は、基本的にはスポット光を投射する機能さえ有してい
ればよく、携帯型として自由に持ち運ぶことが可能であ
る。

【００２４】［実施形態１］本発明の実施形態のシステ
ム構成を図２に示す。

【００２５】このシステムは、被計測点を指し示すため
の光ポインタとしてレーザポインタ１０と、指し示され
た被計測点の画像を撮影する２台のカメラ２０−１及び
２０−２と、各カメラ２０−１及び２０−２で撮影され
た画像に基づき被計測点の三次元位置の算出処理を行う
位置演算装置としてのホストコンピュータ３０とから構
成される。

【００２６】レーザポインタ１０は携帯型であり、オペ
レータはこのレーザポインタ１０を手で持ち、指差すよ
うな感覚で被計測点を指し示すことができる。指し示さ
れた被計測点は、レーザ光により輝度の高い光点とな
る。

【００２７】また、レーザポインタ１０は、ケーブルを
介してホストコンピュータ３０のＩ／Ｏポート３４に接
続されている。レーザポインタ１０には、被計測点の位
置演算処理の開始をホストコンピュータ３０に対して指
示するためのスイッチが設けられており、オペレータが
このスイッチを押下すると、レーザポインタ１０から計
測トリガ信号が出力され、Ｉ／Ｏポート３４を介してホ
ストコンピュータ３０に入力される。なお、電波や赤外
線を利用し、計測トリガ信号をレーザポインタ１０から
ホストコンピュータ３０に非接触で伝送することも可能
である。

【００２８】２台のカメラ２０−１及び２０−２は、そ
れぞれ異なった位置に固定配置されており、共通の位置
計測対象領域を視野に収めている。オペレータが指示し
た被計測点がこの対象領域内であれば、本システムはそ
の点の位置を算出することができる。カメラ２０−１及
び２０−２としては、例えば一般的なＮＴＳＣ方式のビ
デオカメラを利用できる。カメラ２０−１及び２０−２
は、ケーブルを介してホストコンピュータ３０のビデオ
入力インタフェース３１−１及び３１−２にそれぞれ接
続されている。

【００２９】ホストコンピュータ３０は、ビデオ入力イ
ンタフェース３１−１及び３１−２から取り込まれた画
像データを格納する画像メモリ３２を有している。ホス
トコンピュータ３０は、位置演算ソフトウエア３３を実
行することにより、格納された画像データを処理して被
計測点の三次元位置の演算処理を行う。この位置演算処
理のために必要となる各カメラ２０−１及び２０−２の
位置及び姿勢などのパラメータは、予めホストコンピュ
ータ３０に登録されている。ホストコンピュータ３０と
しては、例えばパーソナルコンピュータやワークステー
ションを利用することができる。

【００３０】さて、所望の被計測点の三次元位置の測定
を行う場合には、まずオペレータがレーザポインタ１０
の光点により被計測点を指示し、計測開始スイッチを押
下する。すると、レーザポインタ１０から計測トリガ信
号がホストコンピュータ３０に送信される。ホストコン
ピュータ３０は、Ｉ／Ｏポート３４からのこの計測トリ
ガ信号の入力を検知すると、位置演算ソフトウエア３３
による位置計測演算を開始する。

【００３１】位置計測演算処理においては、ホストコン
ピュータ３０は、ビデオ入力インタフェース３１−１及
び３１−２を介して各カメラ２０−１及び２０−２から
それぞれ１フレーム（１／３０秒）の画像を取り込む。
すなわち、各カメラからの１フレーム分のビデオ信号
は、ビデオ入力インタフェース３１−１及び３１−２に
よってコンピュータ処理可能なデジタル画像データに変
換され、ホストコンピュータ３０内の画像メモリ３２に
格納される。ホストコンピュータ３０は、この画像メモ
リ３２に格納された２つのカメラの撮影画像からそれぞ
れ光点の位置を検出し、２つの画像における光点の位置
と各カメラの位置や姿勢の情報とに基づき前述した三角
測量演算処理を行うことにより、光点の三次元位置を算
出する。なお、三角測量演算を行うためには、画像メモ
リ３２に格納された画像データがどのカメラからのもの
かを特定する必要があるが、この実施形態では各カメラ
からの画像は別々のビデオ入力インタフェースから入力
されるので、どのビデオ入力インタフェースからの入力
画像かを識別することによりどのカメラの画像かを識別
することができる。

【００３２】この実施形態によれば、レーザポインタ１
０の位置や姿勢の情報を用いずに被計測点の三次元位置
を算出できるので、オペレータはレーザポインタ１０を
携帯し、自由に被計測点を指示することができる。ま
た、この実施形態によれば、レーザポインタは自由に持
ち運びできるので、レーザポインタを固定配置する場合
のように位置計測対象の領域がレーザポインタの配置位
置によって制限されるというようなことはない。

【００３３】［実施形態２］三角測量演算は基本的には
２つのカメラがあれば実現できるが、被計測点がカメラ
の死角に入った場合には位置を求めることができない。
この問題を解決する方法として、図３に示すようにカメ
ラ２０の数を３台以上に増やし、計測対象２００のどの
部分も最低２台のカメラ２０の視野２１０でカバーされ
るようにカメラを配置するという方法が考えられる。

【００３４】この場合、前記実施形態１のシステムで
は、カメラの数に合わせて、ホストコンピュータ３０に
ビデオ入力インタフェースを増設する必要がある。とこ
ろが、ホストコンピュータ３０として一般的なパーソナ
ルコンピュータやワークステーションを利用したシステ
ム構成の場合、増設できるビデオ入力インタフェースの
数に限りがある。一部の特殊なワークステーションであ
れば、かなりの数までビデオ入力インタフェースを増設
することが可能であるが、かなりのコストがかかる。

【００３５】これに対し、本実施形態は、カメラの台数
が増えてもビデオ入力インタフェースを増やす必要がな
いシステム構成である。以下、図４を参照して本実施形
態について説明する。なお、図４において、図２の構成
要素と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明
を省略する。

【００３６】図４に示すように、本実施形態では、カメ
ラ２０−１及び２０−２とホストコンピュータ３０との
間に、カメラ切替器４０を設けた。各カメラのビデオ信
号ケーブルはカメラ切替器４０に接続される。各カメラ
２０のビデオ信号のうちカメラ切替器４０のスイッチ４
１で選択されたもののみが、ホストコンピュータ３０の
ビデオ入力インタフェース３１に入力される。

【００３７】ホストコンピュータ３０は、位置演算ソフ
トウエア３３によって例えば１フレームごとにカメラ切
替信号を生成する。このカメラ切替信号は、Ｉ／Ｏポー
ト３５を介してカメラ切替器４０に入力される。このカ
メラ切替信号に従い、カメラ切替器４０のスイッチ４１
の接続先が順に切り替えられる。

【００３８】したがって、この構成では、ホストコンピ
ュータ３０からの指令によって、各カメラからの画像が
１フレームごとに順次ホストコンピュータ３０に取り込
まれる。ホストコンピュータ３０は、自らカメラ切替を
指令しているので、入力された画像とカメラとの対応関
係は確実に把握できる。

【００３９】この実施形態では、システムに接続するカ
メラの数がいくつに増えても、ホストコンピュータ３０
のビデオ入力インタフェース３１は一つでよい。

【００４０】［実施形態３］前記各実施形態では、ホス
トコンピュータ３０は、レーザポインタ１０からの計測
トリガ信号をＩ／Ｏポート３４から取り込んでいた。ま
た、実施形態２では、ホストコンピュータ３０は、カメ
ラ切替信号をＩ／Ｏポート３５からカメラ切替器４０に
出力していた。ところが、これらＩ／Ｏポートのハード
ウエアは、一般にコンピュータのアーキテクチャに依存
しているので、コンピュータの機種が変わるとコネクタ
を変えるなどのハードウエアの変更が必要となる場合が
ある。

【００４１】これに対し、以下では、このようなハード
ウエア上の制約をできる限り取り除くことができる実施
形態を説明する。

【００４２】図５は、この実施形態のシステム構成を示
す図である。図５の構成要素のうち、図２又は図４の構
成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００４３】この実施形態では、Ｎ台のカメラ２０−１
〜２０−Ｎとホストコンピュータ３０の間に、各カメラ
２０からのビデオ信号を順番に１つずつ選択してホスト
コンピュータ３０に供給するカメラ選択装置５０が設け
られる。

【００４４】カメラ選択装置５０には、画像入力元のカ
メラを切り替えるカメラ切替器５２が設けられ、各カメ
ラ２０−１〜２０−Ｎのビデオ信号ケーブルはこのカメ
ラ切替器５２に接続される。カメラ切替器５２は、タイ
ミング信号発生器５１が生成するタイミング信号に従っ
て、スイッチ５４の接続先を所定の順序で切り替えてい
く。タイミング信号発生器５１は、例えば１フレームの
時間間隔（すなわち１／３０秒）ごとにタイミング信号
を生成する。このタイミング信号は、カメラ切替器５２
の他に、カメラ識別信号発生器５３にも供給される。各
カメラ２０−１〜２０−Ｎには、タイミング信号発生器
５１から、垂直同期及び水平同期が供給される。このよ
うな構成により、各カメラ２０−１〜２０−Ｎの画像形
成周期とカメラ切替器５２のスイッチ切替周期との同期
がとられている。また、タイミング信号発生器５１は、
スイッチ５５に対して切り替えタイミング信号を供給す
る。図６は、カメラ切替器５２のスイッチの状態、各カ
メラのビデオフィールド、及びホストコンピュータ３０
に入力される画像の入力元カメラの番号の対応関係を示
している。本実施形態では、図６に示すように、１フレ
ームの先頭（すなわちｏｄｄフィールドの先頭）でカメ
ラ切替器５２のスイッチが所定の順序で切り替えられ
る。あるタイミングでは、カメラ切替器５２からはどれ
か一つのカメラのビデオ信号が出力される。これによ
り、ホストコンピュータ３０には、各カメラ２０−１〜
２０−Ｎのビデオ信号が、１／３０秒ごとに順に１フレ
ーム分ずつ入力されていく。

【００４５】また、カメラ識別信号発生器５３は、タイ
ミング信号発生器５１から供給されるタイミング信号に
基づきカメラ切替器５２によって選択されたカメラを判
別し、そのカメラを示すカメラ識別信号を出力する。す
なわち、カメラ識別信号発生器５３は、タイミング信号
発生器５１からタイミング信号が供給されるごとに、所
定の順序に従ってカメラ識別信号を変更し出力する。こ
のカメラ識別信号は、スイッチ５５によって、カメラ切
替器５２で選択されたビデオ信号と切り替わる。

【００４６】本実施形態では、図７に示すように、１フ
レームのビデオ信号のうち、画面３００の上端や下端な
どの水平走査線ｎ本分の領域を識別信号領域３２０と
し、この領域３２０内のｎ本の水平走査線３１０をカメ
ラの番号を表すカメラ識別信号に切り替える。図７の例
では、各カメラのカメラ識別信号は、１本の水平走査信
号をＮ個（すなわち接続されたカメラの台数と同じ数）
の区間に分割し、これら区間のうち当該カメラの番号に
対応した順番の区間を白レベルとし、その他の区間を黒
レベルとした信号である。図７には、カメラを６台接続
した場合において、カメラ番号２のカメラを表すカメラ
識別信号が示されている。このようなカメラ識別信号
が、識別信号領域３２０内のｎ本の水平走査信号にそれ
ぞれ表される。したがって、例えばカメラ選択装置５０
から出力されるビデオ信号を表示したとすれば、画面の
上端又は下端の識別信号領域の所定の箇所（すなわちカ
メラの番号に対応する区間の部分）が白く輝いている画
像が得られる。

【００４７】なお、図７の例では、カメラ識別信号にお
いてカメラの番号を表現するために、水平走査信号をＮ
個の区間に分割し各区間を各カメラに１対１で対応づけ
たが、これに限らず、例えば水平走査信号をｌｏｇ₂ Ｎ
個の区間に分割して各カメラの識別番号を２進コードで
表現するなど、他のコード表現方式を採用してもよい。

【００４８】このように、カメラ選択装置５０は、１フ
レームごとに、Ｎ台のカメラ２０のうちの１つを選択
し、このカメラのビデオ信号に対して当該カメラを表す
カメラ識別信号を付加して出力する。この出力ビデオ信
号は、ビデオ入力インタフェース３１を介してホストコ
ンピュータ３０内に入力される。すなわち、ビデオ入力
インタフェース３１は、ビデオ信号をデジタル画像デー
タに変換し、画像メモリ３２に格納する。

【００４９】ホストコンピュータ３０は、位置演算ソフ
トウエア３３のカメラ識別モジュール３３１を実行する
ことにより、画像メモリ３２に格納された画像の識別番
号領域からカメラ識別信号を検出し、これをデコードし
て当該画像を撮影したカメラの番号を求める。そして、
ホストコンピュータ３０は、その画像から光点を検出
し、その光点の画像内の位置座標を求め、この位置座標
データとカメラ識別モジュール３３１で求められたカメ
ラ番号とを対応づけて記憶する。ホストコンピュータ３
０は、このような処理を順次入力されてくる全カメラ分
の画像（すなわちＮ枚の画像）について繰り返し、「カ
メラ番号−光点位置座標」の対応データを収集する。こ
こで、あるカメラの画像から光点が検出されなかった場
合には、そのカメラのカメラ番号には、光点が検出され
なかった旨を示すコードが対応づけられる。ホストコン
ピュータ３０は、これら対応データに基づき、光点が検
出された画像の対（ペア）を求め、それら画像対につい
て三角測量演算を行うことにより被計測点の三次元位置
を算出する。この演算のために、ホストコンピュータ３
０には、各カメラの位置や姿勢を表すパラメータ情報を
当該カメラのカメラ番号に対応付けて登録されている。
ホストコンピュータ３０は、カメラ番号からカメラの位
置などのパラメータを検索し、これらパラメータと光点
位置座標を用いて三角測量演算を行う。なお、この処理
において、光点が検出された画像が３個以上あった場
合、すなわち三角測量演算を適用できる画像対が２組以
上できる場合には、各画像対ごとに三次元位置を求めて
もよいし、適当な１組の画像対だけについて三角測量演
算を行うようにしてもよい。

【００５０】このような構成によれば、カメラ識別信号
がカメラからのビデオ信号に重畳されるので、ホストコ
ンピュータ３０は、入力された画像を解析してカメラ識
別信号を検出することにより、その画像がどのカメラに
よって撮影されたかを識別することができ、これに基づ
き三角測量演算を実行することができる。すなわち、こ
の構成では、カメラ識別信号が画像情報としてホストコ
ンピュータ３０に供給されるので、ホストコンピュータ
３０のＩ／Ｏポートなどのハードウエアアーキテクチャ
に依存することなく、カメラ識別信号を送ることができ
る。

【００５１】次に、本実施形態における位置計測演算の
開始指示の方式について説明する。

【００５２】前述の各実施形態では、レーザポインタ１
０からケーブルなどを介してホストコンピュータ３０に
計測トリガ信号を送信し、位置計測演算の開始を指示し
ていた。これに対し、本実施形態では、レーザポインタ
１０からホストコンピュータ３０に対し電気的な制御信
号などを用いずに位置計測演算の開始を指示する。

【００５３】これを実現するため、本実施形態では、レ
ーザポインタ１０のレーザ光照射のオン／オフを位置計
測演算開始のタイミング制御に利用する。すなわち、本
実施形態では、ホストコンピュータ３０にて各カメラか
ら入力される画像を常時モニタし、レーザポインタ１０
のオンにより光点が形成されるとホストコンピュータ３
０が画像から光点を検知し、これをトリガとして三角測
量演算による位置計測演算処理を開始する。画像から光
点の検出は簡単な画像処理より可能であり、この処理は
位置演算ソフトウエア３３の光点モニタモジュール３３
２により実行される。

【００５４】ただし、この場合、レーザ光をオンすると
位置計測演算が自動的に開始されてしまうので、レーザ
光のオンは被計測点を確定した後に行う必要がある。し
たがって、オペレータは、レーザ光をオフにしたままレ
ーザポインタ１０を所望の被計測点に向けるという困難
な作業を行わなければならない。本実施形態では、この
ような問題を解決するために、レーザポインタ１０及び
各カメラ２０に対して次のような工夫を行った。

【００５５】図８は、本実施形態におけるレーザポイン
タ１０及びカメラ２０の特徴構成を示した図である。図
８において、レーザポインタ１０には、可視光領域のレ
ーザ光を発生する可視光レーザ素子１１と、赤外領域の
レーザ光を発生する赤外光レーザ素子１２とが、ハーフ
ミラー１３を利用して同一光軸上に配設されている。各
レーザ素子１１及び１２からの出射光は、ハーフミラー
１３により同一光軸に導かれ、コリメータレンズ１４を
介して外部に出力される。一方、カメラ２０には、可視
光をカットして赤外光のみを透過する赤外透過フィルタ
２１が装着されており、ＣＣＤなどからなる撮像素子２
２にはこのフィルタ２１を透過した赤外光のみが到達す
る。

【００５６】そして、この構成では、オペレータは、可
視光レーザ素子１１のレーザ光でできる光点によって被
計測点の位置決めを行う。ここで、カメラ２０は、赤外
透過フィルタ２１のために可視光に対する感度がないの
で、可視光レーザ素子１１のレーザ光で形成された光点
を検出することはない。したがって、被計測点の位置決
め操作中は、オペレータには光点が見えるが、カメラ２
０からホストコンピュータ３０に供給される画像には光
点が存在しないので、ホストコンピュータ３０が位置計
測演算を開始することはない。

【００５７】そして、被計測点Ｐの位置決めが完了した
段階で赤外光レーザ素子１２をオンすると、可視光レー
ザ素子１１の出射レーザ光と同一光軸に沿って赤外レー
ザ光が出力され、被計測点Ｐに赤外レーザ光による光点
が形成される。この段階で初めてカメラ２０の撮影画像
に光点が出現し、ホストコンピュータ３０は画像からこ
の光点を検出すると三角測量の原理に基づく位置演算処
理を開始する。

【００５８】図９は、この構成におけるレーザポインタ
１０の回路構成を概略的に示した図である。図９の構成
において、オペレータが主電源スイッチ１６をオンする
と、直流電源１５から可視光レーザ素子１１に電力が供
給され、可視レーザ光が出力される。オペレータはこの
可視レーザ光による光点を見ながら被計測点の位置決め
を行う。そして、位置決めが完了すると、オペレータは
更に計測開始スイッチ１７をオンする。すると、赤外光
レーザ素子１２に電力が供給され、赤外レーザ光が出力
される。

【００５９】図１０は、本実施形態におけるホストコン
ピュータ３０の全体的な処理手順を示すフローチャート
である。本実施形態では、システムを起動すると、各カ
メラ２０からビデオ信号が出力され、これらがカメラ選
択装置５０によって順番に選択されてホストコンピュー
タ３０に入力される。ホストコンピュータ３０は、光点
モニタモジュール３３２により、順番に入力されてくる
画像の中に光点が存在するか否かを判定する（Ｓ１
０）。このステップは、画像から光点が見つかるまで繰
り返される。ある時点の画像中から光点が検出される
と、ホストコンピュータ３０は、これ以降システムに接
続されている全カメラから画像を獲得し（Ｓ１２）、こ
れら各画像からカメラ識別信号及び光点の位置を検出す
る（Ｓ１４）。そして、このようにして得られた各画像
における光点位置のデータ群において、光点が存在する
画像対（ペア）ごとに三角測量演算を適用して、光点す
なわち被計測点の三次元的な位置座標を計算する（Ｓ１
６）。

【００６０】このように、本実施形態では、人間には見
えるがカメラには見えない光を被計測点の位置決め用の
光として用い、位置決めが完了した後にカメラに見える
実計測用の光を出力して位置計測を実行する。このよう
な構成によれば、レーザポインタ１０からホストコンピ
ュータ３０に対して特別の制御信号を送ることなく、ホ
ストコンピュータ３０に対して位置計測演算の開始を指
示することができると共に、オペレータは被計測点の位
置決めを視覚的に容易に行うことができる。

【００６１】また、本実施形態では、各カメラ２０は赤
外光のみに感度を持ち可視光に対して感度を持たないの
で、位置計測対象領域内を可視光で照明しても、その可
視光の反射による画像はカメラ２０では検出されない。

【００６２】例えば、カメラ２０で可視光画像を撮影
し、可視レーザ光で被計測点を指示する構成の場合、カ
メラ２０は、レーザ光の光点以外に環境光（一般的に可
視光である）による背景の画像も同時に撮影することに
なる。このため、背景に明るい点があった場合には、こ
の点を被計測点と誤判定してしまうおそれがある。これ
に対し、本実施形態では、カメラ２０で撮影される画像
は、赤外レーザ光による光点以外の背景部分がすべて真
っ暗となるので、赤外レーザ光による光点を、背景の影
響を受けずに正確に検出することができる。

【００６３】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、カメラの識別や位置演算開始のタイミングの検出を
すべて画像処理により行うことができるので、ホストコ
ンピュータ３０と、レーザポインタ１０やカメラ選択装
置５０との間に制御信号のための特別の伝送手段を設け
る必要がない。ホストコンピュータ３０は、ビデオ入力
インタフェース３１を一つ有しておればよく、この他に
特別のインタフェースは必要ない。したがって、本実施
形態のシステムは、一般的なパソコンやワークステーシ
ョンに対し、レーザポインタ１０、カメラ２０、及びカ
メラ選択装置５０を付加し、位置演算ソフトウエア３３
をインストールするだけで構築することができる。本実
施形態のシステム構成は、位置演算ソフトウエア３３が
実行できさえすれば、ホストコンピュータ３０の機種を
変更してもそのまま適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 各実施形態における被計測点の三次元位置の
計測原理を示す図である。

【図２】 実施形態１のシステム構成を示す図である。

【図３】 多数のカメラを配置して死角をなくす構成を
示す図である。

【図４】 実施形態２のシステム構成を示す図である。

【図５】 実施形態３のシステム構成を示す図である。

【図６】 実施形態３におけるカメラ切替のタイミング
を説明するための図である。

【図７】 カメラ識別信号の具体例を説明するための図
である。

【図８】 実施形態３におけるレーザポインタ１０及び
カメラ２０の特徴構成を示した図である。

【図９】 レーザポインタ１０の回路構成の一例を示し
た図である。

【図１０】 実施形態３におけるホストコンピュータ３
０の全体的な処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ レーザポインタ、２０−１〜２０−Ｎ カメラ、
３０ ホストコンピュータ、３１ ビデオ入力インタフ
ェース、３２ 画像メモリ、３３ 位置演算ソフトウエ
ア、３４，３５ Ｉ／Ｏポート、４０ カメラ切替器、
５０ カメラ選択装置、５１ タイミング信号発生器、
５２ カメラ切替器、５３ カメラ識別信号発生器、５
２，５５ スイッチ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象領域内の被計測点を指し示す光点を
   形成するための携帯可能な光ポインタと、 互いに異なった位置に配置され、前記対象領域を視野に
   収める複数のカメラと、 前記各カメラで撮影された画像から前記光点の位置をそ
   れぞれ検出し、この光点の検出位置と前記各カメラの配
   置位置の情報とに基づき、前記被計測点の三次元位置を
   演算する位置演算装置と、 を有することを特徴とする三次元位置計測システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元位置計測システ
   ムにおいて、 前記複数のカメラと位置演算装置との間に配設され、前
   記複数のカメラから画像信号を受信し、前記複数のカメ
   ラからの画像信号を所定周期ごとに順次選択して前記位
   置演算装置に出力するカメラ切替器と、 前記カメラ切替器で選択された画像信号が前記複数のカ
   メラのいずれに対応するかを示すカメラ識別信号を生成
   する識別信号発生器と、 を有し、前記位置演算装置は、前記カメラ識別信号に応
   じて、順次入力される画像信号が各々どのカメラからの
   ものかをを判別し、この判別結果に基づき各画像におけ
   る光点の位置をカメラの位置と関連付けることにより前
   記被計測点の三次元位置の演算を行うことを特徴とする
   三次元位置計測システム。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の三次元位置計測システ
   ムにおいて、 前記カメラ識別信号は、前記カメラ切替器から出力され
   る画像信号の所定領域に付加されて前記位置演算装置に
   入力され、 前記位置演算装置は、入力された画像信号の前記所定領
   域を検査して前記カメラ識別信号を抽出することを特徴
   とする三次元位置計測システム。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載のシステ
   ムにおいて、 前記位置演算装置は、入力された画像において光点の有
   無を監視し、光点を検出したことをトリガとして位置演
   算処理を開始することを特徴とする三次元位置計測シス
   テム。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のシステムにおいて、 前記光ポインタは、 可視光領域に含まれ、前記各カメラが感度を持たない第
   １の波長域の光を出力する第１の光源と、 前記カメラが感度を持つ第２の波長域の光を出力する第
   ２の光源と、 前記第１の光源の出力光と前記第２の光源の出力光を同
   一光軸に沿って外部へ出力するための光学系と、 前記第１の光源及び第２の光源を個別にオン・オフする
   ためのスイッチ機構と、 を有し、 前記第１の光源により被計測点の位置決めを可能とする
   とともに、前記第２の光源のスイッチにより前記位置演
   算装置に対して位置演算処理の開始を指示できるように
   したことを特徴とする三次元位置計測システム。