(57)【要約】【課題】  対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる位置計測システム、プログラム、標識セットおよび位置計測用の対象物を提供する。【解決手段】  位置計測システムは、対象物１に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の平面との交点が他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セット２と、標識セット２を撮像する２次元撮像素子１２を有するカメラ１３と、カメラ１３で撮像した標識セットの画像に基づいて対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算する演算装置１４とを備える。【選択図】図１
2010216969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セットと、前記標識セットを撮像する２次元撮像素子を有するカメラと、前記カメラで撮像した前記標識セットの画像に基づいて前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算する演算装置とを備えた位置計測システム。
【請求項２】
前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第４の基本標識を有し、前記第２および第４の基本標識が対象物上の低い位置に配置され、前記第１および第３の基本標識が、前記第２および第４の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第２、第３および第４の基本標識で第１の三角形を形成し、前記第１、第２および第４の基本標識で第２の三角形を形成するように前記各基本標識が配置される請求項１記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第５の基本標識を有し、前記第２、第３および第５の基本標識が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、前記第１および第４の基本標識が、前記第２、第３および第５の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第１および第４の基本標識を結ぶ線が前記第２、第３および第５の基本標識で形成される三角形と３次元的に交差するように前記各基本標識が配置される請求項１記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第６の基本標識を有し、前記第２、第３、第５および第６の基本標識が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、前記第１および第４の基本標識が、前記第２、第３、第５および第６の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第１および第４の基本標識を結ぶ線が前記第２、第３、第５および第６の基本標識で形成される四辺形と３次元的に交差するように前記各基本標識が配置される請求項１記載の位置計測システム。
【請求項５】
コンピュータに、対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セットを２次元撮像素子を有するカメラで撮像した画像情報を取り込む手順、前記他の３つ以上の基本標識の画像情報から前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算して複数の解を得る手順、前記複数の解に基づいて前記平面から離れて配置される基本標識の位置をそれぞれ計算し複数の計算値を得る手順、前記複数の計算値と前記平面から離れて配置される基本標識の画像情報から得られる実際値とを比較する手順、前記複数の計算値のうち前記実際値に近い計算値に対応する解を正解として前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を求める手順を実行させるためのプログラム。
【請求項６】
位置関係の分かっている３つ以上の基本標識と、前記３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する、位置関係の分かっている少なくとも一つの基本標識とを備えた標識セット。
【請求項７】
請求項６記載の標識セットが取り付けられた位置計測用の対象物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置計測システム、プログラム、標識セットおよび位置計測用の対象物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から発光点や光の反射点等の基本標識の３次元位置を計測する手段として、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を一つのカメラで撮像することにより、その３次元位置を計測する技術が開示されている。この技術は、レンズの球面収差を利用して、点光源をリング像に変換し、そのリング像のサイズから光源までの距離を計測し、リング像の中心位置から光源が存在する方向を決定することで、光源の３次元座標を計測するものである。また、特許文献２には、対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる技術が開示されている。この技術は、例えば矩形状のカードの頂点に配置した複数のＬＥＤ光源からの光により光リング像を形成し、この光リング像を撮像素子により検出し、その検出情報および各光源の位置関係に基づいて各光源の位置を計測するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１２３２８号公報
【特許文献２】特開２００８−５８２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる位置計測システム、プログラム、標識セットおよび位置計測用の対象物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の位置計測システム、プログラム、標識セットおよび位置計測用の対象物を提供する。
（１）対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セットと、前記標識セットを撮像する２次元撮像素子を有するカメラと、前記カメラで撮像した前記標識セットの画像に基づいて前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算する演算装置とを備えた位置計測システム。
（２）前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第４の基本標識を有し、前記第２および第４の基本標識が対象物上の低い位置に配置され、前記第１および第３の基本標識が、前記第２および第４の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第２、第３および第４の基本標識で第１の三角形を形成し、前記第１、第２および第４の基本標識で第２の三角形を形成するように前記各基本標識が配置される上記（１）記載の位置計測システム。
（３）前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第５の基本標識を有し、前記第２、第３および第５の基本標識が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、前記第１および第４の基本標識が、前記第２、第３および第５の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第１および第４の基本標識を結ぶ線が前記第２、第３および第５の基本標識で形成される三角形と３次元的に交差するように前記各基本標識が配置される上記（１）記載の位置計測システム。
（４）前記標識セットが前記対象物上で時計回りに第１〜第６の基本標識を有し、前記第２、第３、第５および第６の基本標識が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、前記第１および第４の基本標識が、前記第２、第３、第５および第６の基本標識よりも高い位置に配置され、前記第１および第４の基本標識を結ぶ線が前記第２、第３、第５および第６の基本標識で形成される四辺形と３次元的に交差するように前記各基本標識が配置される上記（１）記載の位置計測システム。
（５）コンピュータに、対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セットを２次元撮像素子を有するカメラで撮像した画像情報を取り込む手順、前記他の３つ以上の基本標識の画像情報から前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算して複数の解を得る手順、前記複数の解に基づいて前記平面から離れて配置される基本標識の位置をそれぞれ計算し複数の計算値を得る手順、前記複数の計算値と前記平面から離れて配置される基本標識の画像情報から得られる実際値とを比較する手順、前記複数の計算値のうち前記実際値に近い計算値に対応する解を正解として前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を求める手順を実行させるためのプログラム。
（６）位置関係の分かっている３つ以上の基本標識と、前記３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する、位置関係の分かっている少なくとも一つの基本標識とを備えた標識セット。
（７）上記（６）記載の標識セットが取り付けられた位置計測用の対象物。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の位置計測システムによれば、対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる。
請求項２に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ高い位置に配置される基本標識の平面からの高さを大きくすることができる。
請求項３に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ位置計測のために用いる基本標識の選択の自由度を大きくすることができる。
請求項４に記載の位置計測システムによれば、本構成を有しないものに比べ位置計測のために用いる基本標識の選択の自由度を大きくすることができる。
請求項５に記載のプログラムによれば、対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる。
請求項６に記載の標識セットによれば、対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる。
請求項７に記載の位置計測用の対象物によれば、対象物に取り付けられる位置計測のための標識セットがカメラと正対する場合でも、対象物の位置計測の精度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】４つの基本標識を有する標識セットの３次元位置の演算方法の一例を説明するための図である。
【図２】４つの基本標識を有する標識セットが取り付けられた位置計測用の対象物の一例を示す図である。
【図３】４つの基本標識の配置の一例を示す図である。
【図４】図２に示す対象物に取り付けられた標識セットの面とカメラの画像面のなす角度が小さい場合の一例を説明するための図である。
【図５】本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。
【図６】図５の実施例で用いることができる標識セットの一例を示す図である。
【図７】標識セットの他の例を示す図である。
【図８】標識セットのさらに他の例を示す図である。
【図９】演算装置としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いた場合の一例を示すブロック図である。
【図１０】コンピュータにより実行される手順の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る位置計測システムの一実施例を説明するが、その前に、この種の位置計測システムの計測方法の一例と、計測対象がカメラと正対する場合の状況について説明する。
図１は、４つの基本標識を有する標識セットの３次元位置の演算方法の一例を説明するための図である。図示のように、３つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３は同一平面上にあり、１つの基本標識ａ４がその平面上から垂直に高さｈだけ離隔した地点にある場合の一例を示す図である。基本標識ａ４は、図２に示すように、例えばカードや基板等の平板状の位置計測用の対象物１に取り付けられた標識セット２の平面上から突出する突出部３の先端に設けられる。この突出部３の位置と高さｈは既知で、例えば３つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３の重心に置くことができるが、これに限定されない。図１において、基本標識ａ１，ａ２，ａ３の画像面１０上の画像位置ｃ１，ｃ２，ｃ３とカメラの光学中心２０との関係から、カメラ座標系における基本標識位置の方向ベクトルｄｉ（ｉ＝１，２，３）を算出する。ｄｉは規格化した単位ベクトルとする。高い位置の基本標識ａ４の画像位置ｃ４は算出した複数の解の中から正解を求めるために使用される。これについては後述する。
【０００９】
基本標識ａ１，ａ２，ａ３の空間の位置ベクトルをｐ１，ｐ２，ｐ３とすると、これらはｄｉの延長線上に存在するので、その係数をｔ１，ｔ２，ｔ３として、
p1=t1・d1
p2=t2・d2      式３
p3=t3・d3
で表すことができる。
【００１０】
三角形の形状は最初からわかっており、その長さを各々
p1p2=L1
p2p3=L2        式４
p3p1=L3
とすると次式が得られる。式中「^」は累乗を表す。
(t1x1-t2x2)^2+(t1y1-t2y2)^2+(t1z1-t2z2)^2=L1^2
(t2x2-t3x3)^2+(t2y2-t3y3)^2+(t2z2-t3z3)^2=L2^2      式５
(t3x3-t1x1)^2+(t3y3-t1y1)^2+(t3z3-t1z1)^2=L3^2
【００１１】
整理すると
t1^2-2t1t2(x1x2+y1y2+z1z2)+t2^2-L1^2=0
t2^2-2t2t3(x2x3+y2y3+z2z3)+t3^2-L2^2=0      式６
t3^2-2t3t1(x3x1+y3y1+z3z1)+t1^2-L3^2=0
が得られ、次式となる。式中「sqrt」は平方根を表す。
t1=A1・t2±sqrt((A1^2-1)・t2^2+L1^2)
t2=A2・t3±sqrt((A2^2-1)・t3^2+L2^2)      式７
t3=A3・t1±sqrt((A3^2-1)・t1^2+L3^2)
ここで、A1,A2,A3は次式のとおりである。
A1=x1x2+y1y2+z1z2
A2=x2x3+y2y3+z2z3             式８
A3=x3x1+y3y1+z3z1
【００１２】
実数解を持つために、式７の平方根の中が正になる。
t1≦ sqrt(L3^2/(1-A3^2))
t2≦ sqrt(L1^2/(1-A1^2))      式９
t3≦ sqrt(L2^2/(1-A2^2))
【００１３】
この条件を満たす実数ｔ１、ｔ２、ｔ３を順次、式７に代入し、式７が成立するすべてのｔ１，ｔ２，ｔ３を算出する。次に上記の式３からｐ１，ｐ２，ｐ３を、即ち、基本標識の３次元位置を算出する。
上述の計算方法に従って実際に計測した結果を以下の表に示す。表１は、基本標識ａｉ（ｉ＝１〜３）の座標系を示す。
【００１４】
【表１】
2010216969.tif 000003
【００１５】
表１中の基本標識ａ１，ａ２，ａ３は、図３に示すように、ａ２を直角の頂点とし、ａ１，ａ３が他の２つの頂点となる直角二等辺三角形を形成する。即ち、標識座標系において、
a1=(50,0,0)
a2=(0,0,0)
a3=(0,50,0)
となる。これは線分ａ１ａ２とａ２ａ３の長さが５０ｍｍであることを意味する。
【００１６】
これをある空間位置に配置し、カメラで撮像した。この時のａｉの画像点の位置を表２に示す。この画像は通常のカメラの画像を左右反転させているので注意を要する。カメラとしては、６４０画素×４８０画素のＣＭＯＳセンサを搭載した１３９４カメラ（ＩＥＥＥ１３９４でＰＣと接続可能なデジタルカメラ）を使用した。
【００１７】
【表２】
2010216969.tif 000004
【００１８】
この画像点の位置を用いて式３〜式９から解を求めると、基本標識の空間位置として二つの解Ｑ１，Ｑ２がカメラ座標の値として得られる。これらを表３と表４に示す。
【００１９】
【表３】
2010216969.tif 000005
【００２０】
【表４】
2010216969.tif 000006
【００２１】
表３，４に示すように第１の解Ｑ１と第２の解Ｑ２の２つが得られるが、そのどちらが正解であるかは不明である。そこで、３つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３の位置する平面上から離隔した地点にある基本標識ａ４の画像面１０における画像位置ｃ４を用いて次のようにして正解を求める。まず、上記の２つの解の基本標識ａ１，ａ２，ａ３の位置から位置関係の分かっている基本標識ａ４のそれぞれの位置を計算する。この計算値とカメラで撮影した基本標識ａ４の画像面上の位置の実際値とを比較し、この実際値に近い方の計算値に対応する解を正解とする。この場合において、標識セットの面（基本標識ａ１，ａ２，ａ３の位置する平面）がカメラ光軸付近で正対した場合、すなわち標識セット面と画像面とのなす角度が小さく、例えば両面のなす角度が５度未満の場合には、計測精度が落ちる。このように正対すると、高さのある基本標識ａ４の画像位置の変化量が小さく、２つ以上存在する計算値の内どちらが正解かを識別しにくくなる。
【００２２】
図４は、図２に示す対象物に取り付けられた標識セットの面とカメラの画像面のなす角度が小さい場合の一例を説明するための図である。本例のシステムは、図示のように、対象物１に取り付けられる位置関係の分かっている３つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３を有する標識セット２と、標識セット２を撮像するレンズ１１および２次元撮像素子１２を有するカメラ１３と、カメラ１３で撮像した標識セット２の画像に基づいて対象物１の位置および角度の少なくとも一方を演算する演算装置１４とを備える。演算装置１４は上述のように演算を行う。演算部１４の構成例については後述する。本図に示すカメラ１３の位置は仮想的なものであり、実際の位置関係は図１と同様にカメラの光学中心２０に対し２次元撮像素子１２の素子面を画像面１０として示す。図４に示すように、標識セット２の３つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３は同一平面上にあり、１つの基本標識ａ４がその平面上から垂直に高さｈだけ離隔した地点にある。いま画像面１０と基本標識ａ１，ａ２，ａ３の位置する平面とのなす角度がθ１、両面の角度が０とθ１のときのカメラの光学中心２０から基本標識ａ４を見たときの角度をγ、基本標識ａ４とカメラの光学中心２０間の距離をＬとすると、ｔａｎγ＝ｈ・ｓｉｎθ１／Ｌの関係が成り立つ。この関係から、両面のなす角度θ１が小さいと、高さのある基本標識ａ４の変化量も小さく、したがって画像面１０におけるその画像位置の変化量も小さくなる。
【００２３】
図５は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。図６は、図５の実施例で用いることができる標識セットの一例を示す図である。本実施例の説明の前に標識セットについて説明する。図６に示すように、標識セット２は、位置計測用の対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を有し、そのうち基本標識ａ１が他の３つの基本標識ａ２，ａ３，ａ４の位置する平面６１から離れて配置され、この基本標識ａ１から平面６１に下ろした垂線の平面６１との交点６２は、他の３つの基本標識ａ２，ａ３，ａ４により形成される三角形６３の外側に位置する。この関係は、上記において基本標識ａ１をａ３に代えても同様である。このように図６の標識セット２は、対象物上で時計回りに４つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を有し、２つの基本標識ａ２，ａ４が対象物上の低い位置に配置され、残りの２つの基本標識ａ１，ａ３が、先の基本標識ａ２，ａ４よりも高い位置に配置され、基本標識ａ２，ａ３，ａ４で第１の三角形を形成し、基本標識ａ１，ａ２，ａ４で第２の三角形を形成するように各基本標識が配置される。なお、本例では基本標識ａ１とａ３をともに基本標識ａ２，ａ４よりも高い位置に配置しているが、高い位置に配置する基本標識は少なくとも一つあればよい。また、図６中の各基本標識を結ぶ枠組みは理解を容易とするために記載したもので実際にはなく、平面６１から離れて配置される基本標識ａ１、ａ３は例えば図２に示すように対象物１上から突出する突出部の先端に設けられる。以下同様である。
【００２４】
図５に戻って説明すると、本実施例では、図６に示す標識セット２と、この標識セット２を撮像する２次元撮像素子１２を有するカメラ１３と、カメラ１３で撮像した標識セット２の画像に基づいて対象物１の位置および角度の少なくとも一方を演算する演算装置１４とを備える。演算装置１４は上述のように演算を行う。本図に示すカメラ１３の位置は仮想的なものであり、実際の位置関係は図１と同様にカメラの光学中心２０に対し２次元撮像素子１２の素子面を画像面１０として示す。図５に示すように、標識セット２は、四角形の一方の対角の２つの基本標識ａ２，ａ４が対象物１上の低い位置に配置され、他方の対角の２つの基本標識ａ１，ａ３が対象物１の平面上から垂直に高さｈだけ離隔した高い位置に配置される。いまカメラの画像面１０と基本標識ａ２，ａ４の位置する対象物１の平面とのなす角度がθ１、平面上から垂直に高さｈだけ離隔した基本標識ａ１，ａ３と対象物１の中心部を結ぶ線と対象物１の平面とのなす角度をθ２、画像面１０と対象物１の平面とのなす角度が０とθ１のときのカメラの光学中心２０から基本標識ａ１を見たときの角度をγ、基本標識ａ１とカメラの光学中心２０間の距離をＬとすると、ｔａｎγ＝ｈ・ｓｉｎ（θ１＋θ２）／Ｌの関係が成り立つ。この関係から、両面のなす角度θ１が小さい場合でも、高さのある基本標識ａ１により形成される角度θ２を用いて、カメラの画像面１０となす角度が（θ１＋θ２）の平面をつくることができる。本実施例では、高さのある基本標識ａ１により角度θ２が確保されるので、基本標識ａ１の変化量が大きくすることができ、したがって画像面１０における画像位置の変化量も大きくすることができる。角度θ２は計測精度との関係から例えば５度以上とすることが好ましい。この事情は基本標識ａ１の対角に配置される高さのある基本標識ａ３についても同様である。
【００２５】
このように、標識セット２は、カメラの画像面１０に対して正対しない基本標識の組をつくることができる。したがって、例えば、図６の基本標識ａ２，ａ３，ａ４で形成される三角形６３が画像面１０に正対する時、別の基本標識ａ１，ａ３，ａ４で形成される三角形は画像面１０に正対しない。つまり、両方同時に正対することがない。図６の高い位置にある基本標識ａ１から基本標識ａ２，ａ３，ａ４の位置する平面６１に下ろした垂線の足が、基本標識ａ２，ａ３，ａ４で形成される三角形６３の外側に出ていることで、上記の両三角形がカメラの画像面１０に対して同時に正対することがない基本標識の配置構造が作ることができる。図６において、平面６１からの基本標識ａ１との高さｈは従来の約２倍高くなる。
【００２６】
図７は、標識セットの他の例を示す図である。本例の標識セット２は、対象物上で時計回りに５つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５を有し、そのうち基本標識ａ２，ａ３，ａ５が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、基本標識ａ１，ａ４が、基本標識ａ２，ａ３，ａ５よりも高い位置に配置され、基本標識ａ１，ａ４を結ぶ線が基本標識ａ２，ａ３，ａ５で形成される三角形と３次元的に交差するように各基本標識が配置される。図示のように、高い位置に配置される基本標識ａ１，ａ４から基本標識ａ２，ａ３，ａ５の位置する平面に下ろした垂線の前記平面との交点は、基本標識ａ２，ａ３，ａ５により形成される三角形の外側に位置する。本例の場合、例えば基本標識ａ２，ａ３，ａ５の位置する平面と画像面１０のなす角度が小さいときでも、高い位置に配置される基本標識ａ１またはａ４で生成される図５に示すような角度θ２を用いることができるので、両面のなす角度を（θ１＋θ２）とすることができる。また本例でも、高い位置の基本標識ａ１，ａ４と低い位置の基本標識ａ２，ａ３，ａ５とを組み合わせて、図６の場合と同様に三角形を形成してもよい。
【００２７】
図８は、標識セットのさらに他の例を示す図である。本例の標識セット２は、対象物上で時計回りに６つの基本標識ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６を有し、そのうち基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６が対象物上の低い位置にそれぞれ配置され、基本標識ａ１，ａ４が、基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６よりも高い位置に配置され、基本標識ａ１，ａ４を結ぶ線が基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６で形成される四辺形と３次元的に交差するように各基本標識が配置される。図示のように、高い位置に配置される基本標識ａ１，ａ４から基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６の位置する平面に下ろした垂線の前記平面との交点は、基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６により形成される四辺形の外側に位置する。本例の場合も、例えば基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６の位置する平面と画像面１０のなす角度が小さいときでも、高い位置に配置される基本標識ａ１またはａ４で生成される図５に示すような角度θ２を用いることができるので、両面のなす角度を（θ１＋θ２）とすることができる。また本例でも、高い位置の基本標識ａ１，ａ４と低い位置の基本標識ａ２，ａ３，ａ５，ａ６とを組み合わせて、図６の場合と同様に三角形を形成してもよい。
【００２８】
上記実施例において、標識セットを構成する各基本標識は、例えばＬＥＤ等の光源を用いることができる。この場合、光源の発光を制御する図示しない発光制御装置が対象物１に配置される。また、上述の光源の代わりに再帰反射板を用い、その再帰反射板を照明するための照明装置を備えるようにしてもよい。また基本標識は、ＬＥＤ等の光源や再帰反射板に限定されず、これ以外のものを用いてもよい。さらに、カメラ１３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等を搭載したデジタルカメラが用いられるが、これに限定されない。演算装置１４は、カメラ１３の図示しない通信手段と有線あるいは無線で接続され、カメラ１３と通信できるように構成される。演算装置１４は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータが用いられるが、これに限定されない。
【００２９】
図９は、演算装置としてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いた場合の一例を示すブロック図である。ここで用いられる標識セットは、対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置するものである。演算装置１４は、この標識セットを２次元撮像素子を有するカメラで撮像した画像情報を入力する入力部４１と、入力した画像情報に基づいて前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算する演算部（ＣＰＵ）４２と、演算した前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を例えばモニタ等の表示装置に出力する出力部４３とを備える。演算部４２には記憶部４４が接続され、両者間で情報の授受が行われる。記憶部４４は演算部４２で実行されるプログラムやそこで用いられる各種情報を格納するものであり、内部メモリとして構成することができるが、これに限定されず、外部に接続した記憶装置でもよい。
【００３０】
以上の手順は、コンピュータに次のプログラムを実行させることで実施することができる。図１０はコンピュータにより実行される手順の一例を示すフロー図である。すなわち、このプログラムは、コンピュータに、対象物に取り付けられる位置関係の分かっている４つ以上の基本標識を有し、前記基本標識のうち少なくとも一つの基本標識が他の３つ以上の基本標識の位置する平面から離れて配置され、前記平面から離れて配置される基本標識から前記平面に下ろした垂線の前記平面との交点が前記他の３つ以上の基本標識により形成される多角形の外側に位置する標識セットを２次元撮像素子を有するカメラで撮像した画像情報を取り込む手順（ステップ５１）、前記他の３つ以上の基本標識の画像情報から前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を演算して複数の解を得る手順（ステップ５２）、前記複数の解に基づいて前記平面から離れて配置される基本標識の位置をそれぞれ計算し複数の計算値を得る手順（ステップ５３）、前記複数の計算値と前記平面から離れて配置される基本標識の画像情報から得られる実際値とを比較する手順（ステップ５４）、前記複数の計算値のうち前記実際値に近い計算値に対応する解を正解として前記対象物の３次元位置および角度の少なくとも一方を求める手順（ステップ５５）を実行させるためのものである。本例では、プログラムを演算装置の記憶部に格納した実施形態として説明したが、このプログラムをＣＤＲＯＭ等の記憶媒体に格納して又は通信手段によって提供することも可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  対象物
２  標識セット
３  突出部
１０  カメラの画像面
１１  レンズ
１２  ２次元撮像素子
１３  カメラ
１４  演算装置
２０  カメラの光学中心
【図１】
2010216969.tif 000007
【図２】
2010216969.tif 000008
【図３】
2010216969.tif 000009
【図４】
2010216969.tif 000010
【図５】
2010216969.tif 000011
【図６】
2010216969.tif 000012
【図７】
2010216969.tif 000013
【図８】
2010216969.tif 000014
【図９】
2010216969.tif 000015
【図１０】
2010216969.tif 000016