(57)【要約】【課題】校正治具上の特徴部を、照明条件に依存せず安定的に精度よく検出できると共に、低コストで取り扱いが容易な画像計測システムにおけるキャリブレーション用の校正治具を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による校正治具１０ａは、画像計測システム１００におけるキャリブレーション用の校正治具において、上面１８を有する本体１４と、キャリブレーションの基準となる特徴部２０ａであって、上面１８に隣接して本体１４に凹状に形成される特徴部２０ａとを具備し、特徴部２０ａは、上面１８に交差する方向へ延びる側面２４ａと、側面２４ａに交差する方向へ延びる底面２６ａとを有し、底面２６ａが、上面１８が示す光の反射率よりも、同じ光に対して低い反射率を示すこと、を特徴とする。【選択図】図１
2010139329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像計測システムにおけるキャリブレーション用の校正治具において、
上面を有する本体と、
キャリブレーションの基準となる特徴部であって、前記上面に隣接して前記本体に凹状に形成される特徴部とを具備し、
前記特徴部は、前記上面に交差する方向へ延びる側面と、該側面に交差する方向へ延びる底面とを有し、該底面が、前記上面が示す光の反射率よりも、同じ光に対して低い反射率を示すこと、
を特徴とする校正治具。
【請求項２】
前記本体は、前記上面の反対側の下面を有し、前記特徴部は、前記上面と前記下面との双方に開口するように前記本体に形成される貫通穴と、前記本体とは別の閉塞部材であって、前記下面に取り付けられて該貫通穴の一方の開口を塞ぐ閉塞部材とを備え、該貫通穴の内周面が前記側面を形成すると共に、該閉塞部材の表面が前記底面を形成する、請求項１に記載の校正治具。
【請求項３】
前記特徴部は、前記本体に凹設される有底凹部と、前記本体とは別の底部材であって、該有底凹部の中に配置される底部材とを備え、該有底凹部の内周面が前記側面を形成すると共に、該底部材の表面が前記底面を形成する、請求項１に記載の校正治具。
【請求項４】
前記本体の前記上面は、少なくとも前記特徴部に隣接する領域に平坦部分を有し、前記特徴部の前記側面は、前記上面の前記平坦部分に直交する方向へ延び、前記特徴部の前記底面は、前記側面に直交する方向へ延びる、請求項１から３の何れか一項に記載の校正治具。
【請求項５】
前記本体の前記上面は、少なくとも前記特徴部に隣接する領域に平坦部分を有し、前記特徴部は、前記上面の前記平坦部分に平行な断面における開口面積が、前記上面から前記底面に向かうに従って増加する形状を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の校正治具。
【請求項６】
カメラと、該カメラによって撮像されるキャリブレーション用の校正治具とを具備する画像計測システムにおいて、
前記校正治具が、請求項１から５の何れか一項に記載の校正治具であることを特徴とする画像計測システム。
【請求項７】
前記校正治具の前記特徴部の形状および寸法と、キャリブレーションのために前記特徴部に対し予め定められる前記カメラの光軸の角度とが、前記カメラが前記特徴部を撮像したときに前記側面が撮像されないことを条件として設定されている、請求項６に記載の画像計測システム。
【請求項８】
前記校正治具の前記特徴部の形状および寸法と、キャリブレーションのために前記特徴部に対し予め定められる前記カメラの光軸の角度とが、前記カメラが前記特徴部を撮像したときに前記底面が撮像されないことを条件として設定されている、請求項６に記載の画像計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラを用いた画像計測システムにおけるキャリブレーション用の校正治具に関する。特に、本発明は、カメラの内部パラメータやロボットの機構パラメータ等をキャリブレーションするためにカメラにより撮像される校正治具およびその校正治具を備えた画像計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業界の様々な分野においてカメラを用いた画像計測システムが利用されている。このような画像計測システムにおいては、対象物をカメラにより撮像し、撮像した計測画像を画像処理装置等により画像処理して、その対象物の位置、形状、寸法または角度を計測する。また、計測にカメラを用いるためには、計測する前に操作者が校正治具を用いてカメラをキャリブレーション（校正）する必要がある。通常、画像計測システムは、校正治具上に設けられた特徴部（任意の図形や模様を含む、以下同じ）をカメラにより撮像し、撮像した計測画像から特徴部の輪郭や位置等を検出し、その検出結果を基にキャリブレーションを行う。キャリブレーションする従来技術として、例えば、非特許文献１においては、校正治具を用いてカメラの内部パラメータ（カメラレンズの焦点距離、レンズ歪およびレンズ中心等）をキャリブレーションする方法が開示されている。また、特許文献１においては、校正治具を用いてカメラを含む視覚センサのセンサ座標系を設定する方法が開示されている。
【０００３】
一方、近年において、カメラを用いた画像計測システムはロボットシステムをキャリブレーションするための計測装置としても利用されている。例えば、特許文献２においては、カメラを用いたロボットの機構パラメータをキャリブレーションする計測装置が開示されている。特許文献３においては、ロボットのアーム先端周辺に装着した受光デバイス（カメラ）を用いて、被測定ターゲットを計測する計測装置が開示されている。特許文献４においては、カメラを用いてロボットのＴＣＰ（ツール先端点：Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）の位置を計測する計測装置が開示されている。
【０００４】
上記のようにカメラを用いてキャリブレーションする場合、校正治具上に設けられた特徴部の形状または位置の精度と照明条件に対するロバスト性とがキャリブレーションの結果に直接的に影響する。例えば、特許文献４に開示された計測装置のように、ロボットのツール先端点の位置を正確に計測するためには、特徴部であるマークがロボットのツール先端点とツールの基部とに精度よく配置または形成されている必要がある。
【０００５】
従来において、特徴部は塗料を校正治具上に印刷または着色することにより形成されていた。しかしながら、塗料を校正治具上に精度よく印刷または着色することは困難であった。また、塗料を着色して特徴部を形成すると、形成方法によっては塗料の表面が滑らかになり特徴部が外光を反射するため、画像計測システムは特徴部を安定的に検出することができなかった。また、塗料は温度により変質する場合や有機溶剤により融解する場合があり、また塗料の使用が禁止されている場所がある等、種々の使用上の制限がある。そのため、塗料により特徴部を形成する場合、その塗料の使用上の制限を考慮する必要があった。
【０００６】
そこで、特徴部を校正治具上に精度よく配置または形成するために、様々な校正治具が開発されている。例えば、特許文献５においては、クロム等の蒸着物質が特徴部であるパターンとしてガラス等の透明基板に蒸着されている倍率校正プレートが開示されている。特許文献６においては、特徴部である線分が着色インクにより金属板に描かれた校正用ゲージが開示されている。特許文献７においては、特徴部である所定パターンの模様が液晶パネルを用いて表示されるキャリブレーション装置が開示されている。特許文献８においては、凹部を有する位置決め部材と、位置決め部材の凹部に保持される真球のマーク体とを備える校正治具が開示されている。特許文献９においては、相対的に高い輝度で撮像される複数の反射シートを計測部分に貼付け、その周りに無反射シートを設けた写真測量用ターゲットが開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】Ｒｏｇｅｒ  Ｙ．  Ｔｓａｉ，  ”Ａｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｎｄ  Ａｃｃｕｒａｔｅ  Ｃａｍｅｒａ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ３Ｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｖｉｓｉｏｎ”，  ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，  Ｍｉａｍｉ  Ｂｅａｃｈ，  ＦＬ，  １９８６，  ｐａｇｅｓ  ３６４−３７４
【特許文献１】特許第３３９４２７８号
【特許文献２】特開２００８−１２６０４号公報
【特許文献３】特許第４０２１４１３号
【特許文献４】特開２００５−３００２３０号公報
【特許文献５】特許第３４０９９３１号
【特許文献６】特許第３４７７１３９号
【特許文献７】特許第３５１２０９２号
【特許文献８】特許第３５７５１６５号
【特許文献９】特許第３７３７９１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記に示した従来の方法には次のような課題があった。特許文献５に開示された倍率校正プレートの場合、クロム等の蒸着物質を精度よく蒸着させることが困難であった。また、特許文献６に開示された校正用ゲージにおいては、線分を着色インクにより金属板に精度よく描くことが困難であった。また、塗料と同様に、着色インクの表面が滑らかになり外光を反射する場合があった。そのため、照明条件によっては反射光により特徴部と周囲とを区別することができず、画像計測システムは特徴部を安定的に検出することができないという課題があった。
【０００９】
特許文献７に開示されたキャリブレーション装置においては、高価な液晶パネルが必要になるため製造コストが高くなるという課題があった。特許文献８に開示された校正治具においては、特徴部である真球のマークを精度よく製造または加工することが必要であり、校正治具の製造コストが高くなるという課題があった。特許文献９に開示された写真測量用ターゲットにおいては、複数の反射シートを精度よく貼り付けることが困難であった。
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、校正治具上の特徴部を照明条件に依存せず安定的に精度よく検出できると共に、低コストで取り扱いが容易な画像計測システムにおけるキャリブレーション用の校正治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、画像計測システムにおけるキャリブレーション用の校正治具において、上面を有する本体と、キャリブレーションの基準となる特徴部であって、前記上面に隣接して前記本体に凹状に形成される特徴部とを具備し、前記特徴部は、前記上面に交差する方向へ延びる側面と、該側面に交差する方向へ延びる底面とを有し、該底面が、前記上面が示す光の反射率よりも、同じ光に対して低い反射率を示すことを特徴とする校正治具を提供する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記本体は、前記上面の反対側の下面を有し、前記特徴部は、前記上面と前記下面との双方に開口するように前記本体に形成される貫通穴と、前記本体とは別の閉塞部材であって、前記下面に取り付けられて該貫通穴の一方の開口を塞ぐ閉塞部材とを備え、該貫通穴の内周面が前記側面を形成すると共に、該閉塞部材の表面が前記底面を形成する、校正治具を提供する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の校正治具において、前記特徴部は、前記本体に凹設される有底凹部と、前記本体とは別の底部材であって、該有底凹部の中に配置される底部材とを備え、該有底凹部の内周面が前記側面を形成すると共に、該底部材の表面が前記底面を形成する、校正治具を提供する。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の校正治具において、前記本体の前記上面は、少なくとも前記特徴部に隣接する領域に平坦部分を有し、前記特徴部の前記側面は、前記上面の前記平坦部分に直交する方向へ延び、前記特徴部の前記底面は、前記側面に直交する方向へ延びる、校正治具を提供する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の校正治具において、前記本体の前記上面は、少なくとも前記特徴部に隣接する領域に平坦部分を有し、前記特徴部は、前記上面の前記平坦部分に平行な断面における開口面積が、前記上面から前記底面に向かうに従って増加する形状を有する、校正治具を提供する。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、カメラと、該カメラによって撮像されるキャリブレーション用の校正治具とを具備する画像計測システムにおいて、前記校正治具が、請求項１から５の何れか一項に記載の校正治具であることを特徴とする画像計測システムを提供する。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画像計測システムにおいて、前記校正治具の前記特徴部の形状および寸法と、キャリブレーションのために前記特徴部に対し予め定められる前記カメラの光軸の角度とが、前記カメラが前記特徴部を撮像したときに前記側面が撮像されないことを条件として設定されている、画像計測システムを提供する。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の画像計測システムにおいて、前記校正治具の前記特徴部の形状および寸法と、キャリブレーションのために前記特徴部に対し予め定められる前記カメラの光軸の角度とが、前記カメラが前記特徴部を撮像したときに前記底面が撮像されないことを条件として設定されている、画像計測システムを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の校正治具によれば、凹状に形成された特徴部の底面は反射率が低いので特徴部に入射した光は、特徴部の外部に向けて反射され難い。底面から反射される光が減少するので、底面の輝度は本体の上面の輝度より低くなる。また、底面が光を反射し難いので、特徴部の側面が外部に向けて反射する光も減少する。そのため、特徴部の輝度は本体の上面の輝度より低くなる。また、特徴部は凹状に形成されているので、光が本体の垂直方向から入射する場合を除いて、特徴部の側面が障害となり光が底面に直接的に入射することがない。そのため、直接光によるグレアの発生により底部の輝度が高くなることが少ない。このように、特徴部は光が反射され難い構造を有しているので、特徴部は輝度の低い状態が維持される。そのため、画像計測システムは、特徴部を照明条件に依存することなく安定的に検出することが可能になる。また、従来のように塗料を用いると光の反射により輪郭が不明確となる場合があったが、本発明では輝度の差により特徴部を検出するので、反射により特徴部の輪郭が不明確となることがない。従って、画像計測システムは特徴部を精度よく検出可能になる。また、従来のように塗料を使用しないため、校正治具の使用上の制限がなくなり取り扱いが容易になる。さらに、特徴部は本体の上面を機械加工により彫り込むことで容易に精度よく形成することができる。
【００２０】
特徴部が、本体に形成された貫通穴と、閉塞部材によって形成されるようにすれば、特徴部を具備する校正治具を容易に作製することができる。また、特徴部が貫通穴の場合、特別な形状加工を必要としない別の閉塞部材を使用することが可能であるので、塗料などを使用して特徴部毎の着色作業を必要としない。そのため、校正治具の作製時間を短縮し、低い加工コストにより校正治具を作製することができる。
【００２１】
特徴部が、有底凹部と有底凹部の中に配置された底部材とを備え、有底凹部の中に配置された底部材が底面を形成するようにすれば、本体の上面の反射率より低い反射率を示す底面を有する特徴部を容易に作製することができる。また、有底凹部は、本体の上面を彫り込むことにより、本体の底部を残して凹設されている。そのため、特徴部が例えば環状や市松模様であり、本体の上面において、特徴部により分断され周辺に連結しない部分（以下、非凹部と呼ぶ）がある場合においても、本体の底部により非凹部は周辺に連結するので、校正治具は非凹部の形状や位置を維持することが可能になる。
【００２２】
特徴部の側面が、上面の平坦部分に直行する方向に延びるようにすれば、特徴部の側面が傾斜した特徴部と比較して、特徴部を容易に加工することができる。そのため、校正治具をより低いコストにより作製することができる。
【００２３】
また、前述のようにカメラが本発明の校正治具を撮像した計測画像には、特徴部の開口縁を輪郭にする範囲内に特徴部の側面および底面が記録されている。特徴部が、その開口面積が上面から底面に向かうに従って増加する形状を有するようにすれば、カメラから特徴部を撮像した場合、特徴部の開口縁を通じて底面が撮像される面積が増加する。すなわち、計測画像には、特徴部の開口縁を輪郭にする範囲内において、本体の上面の輝度との差がより大きい輝度を有する面積が増加する。特徴部の輝度と本体の上面の輝度との差が大きいほど、特徴部の輪郭が明確になるので、画像計測システムは特徴部をより精度よく検出することが可能になる。
【００２４】
画像計測システムが、本発明の校正治具を具備すれば、校正治具に設けられた特徴部を照明条件に依存することなく安定的に計測することが可能になる。
【００２５】
本発明の画像計測システムにより、カメラが特徴部を撮像したときに側面が撮像されず、底面のみが計測画像に記録されるようにすれば、計測画像には底面を示す単一の輝度のみが記録されるので、計測画像を処理するプログラムが容易になると共に、画像計測システムは特徴部を検出するのに必要な時間を短縮させることができる。
【００２６】
本発明の画像計測システムにより、カメラが特徴部を撮像したときに底面が撮像されず、側面のみが計測画像に記録されるようにすれば、計測画像には側面を示す単一の輝度のみが記録されるので、計測画像を処理するプログラムが容易になると共に、画像計測システムは特徴部を検出するのに必要な時間を短縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第一の実施形態）
以下、添付図面を参照して本発明に係る第一の実施形態について説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
【００２８】
図１（ａ）は、第一の実施形態に基づく校正治具１０ａとその校正治具１０ａを撮像するカメラ４０とを備えた画像計測システム１００を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った、校正治具１０ａ上の特徴部２０ａを示す断面図である。
【００２９】
まず、図１（ａ）を用いて、カメラ４０を用いた画像計測システム１００について説明する。画像計測システム１００は、凹状に形成された特徴部２０ａを備える校正治具１０ａと、校正治具１０ａを撮像するカメラ４０と、カメラ４０に接続されカメラ４０が撮像した計測画像を処理して特徴部２０ａ検出する画像処理部６０とから構成されている。
【００３０】
画像計測システム１００のカメラ４０はＣＣＤカメラであり、カメラ４０は撮像により二次元画像を受光面（ＣＣＤアレイ面上）により検出する機能を持つ。カメラ４０は、撮像した二次元画像を計測画像として画像処理部６０に出力する。また、カメラ４０は、校正治具１０ａを撮像可能な位置に配置されており、例えばロボットの先端部、壁または天井等により支持され固定されている。カメラ４０は、その撮像方向を校正治具１０ａの特徴部２０ａに向けて配置されており、特徴部２０ａを撮像することが可能になっている。さらに、カメラ４０は特徴部２０ａを真上方向からだけでなく、斜め方向からも撮像することができる。
【００３１】
画像処理部６０は、カメラ４０に有線接続により接続して、カメラ４０の外部に配置されている。画像処理部６０は、カメラ４０が撮像した特徴部２０ａの計測画像を処理して、処理結果を基に特徴部２０ａの位置や形状等を検出する。検出した特徴部を基準として、画像計測システムの操作者はカメラの内部パラメータやロボットの機構パラメータ等をキャリブレーション（校正）する。特徴部を基準としてキャリブレーションする方法は、従来の方法と同様であるので、故にその説明は省略する。また、画像処理部６０はＣＰＵ、データメモリおよびインタフェイス等を備えた周知のものでよく、故にその詳細な説明は省略する。
【００３２】
次に、第一の実施形態に基づく校正治具１０ａについて説明する。図１（ａ）に示すように、校正治具１０ａは、上面１８を有するプレート１４（本体）と、上面１８の反対側の下面２９に取り付けられた、プレート１４とは別の部材であってプレート１４の上面の反射率より低い反射率の低反射材料からなるシート１６（閉塞部材）とにより構成されている。また、複数の特徴部２０ａがプレート１４の上面１８に隣接して、プレート１４に凹状に形成され、それぞれの特徴部２０ａの開口部２２ａは所定の形状を有している。例えば、図１（ａ）に示された校正治具１０ａの特徴部２０ａのそれぞれは、円形の開口部２２ａを有しており、特徴部２０ａを縦４列横４行に並べて、全体として一つに組み合わされた模様が形成されている。特徴部２０ａの開口部２２ａの形状は円形に限られず、三角や四角の図形またはその図形を組み合わせた模様であっても構わない。
【００３３】
次に、特徴部２０ａの構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、第一の実施形態に基づく校正治具１０ａの各特徴部２０ａは、プレート１４の上面１８と下面２９との双方に開口するようにプレート１４に形成される貫通穴２８と、貫通穴２８の下面側の開口を塞ぐシート１６とから構成されている。すなわち、貫通穴２８の上面側の開口は、特徴部２０ａの開口部２２ａに対応し、貫通穴２８の内周面が特徴部２０ａの側面２４ａに対応する。また、貫通穴２８により露出したシート１６の表面が、特徴部２０ａの底面２６ａに対応する。底面２６ａは低反射材料のシート１６から形成されるので、底面２６ａの反射率はプレート１４の上面１８が示す光の反射率よりも低くなる。なお、第一の実施形態において、シート１６は黒色スポンジをシート状に切断して作製されている。
【００３４】
また、図１（ｂ）に示すように、プレート１４の上面１８は、特徴部２０ａに隣接する領域に平坦部分３０を有しており、特徴部２０ａの側面２４ａは、上面１８の平坦部分３０に直交する方向へ延びている。また、特徴部２０ａの底面２６ａは側面２４ａに直交する方向へ延びている。
【００３５】
次に、特徴部２０ａの検出方法について図１（ｂ）から図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は第一の実施形態に基づく校正治具１０ａと、校正治具１０ａを撮像するカメラ４０との位置関係を示す断面図であり、図２（ｂ）はカメラ４０により撮像された校正治具１０ａの計測画像４５ａの一部を示す図である。
【００３６】
まず、特徴部２０ａの輝度が、その周辺のプレート１４の上面１８の輝度より低くなることについて説明する。図１（ｂ）に示すように、校正治具１０ａの外部から入射した外光５０ａは、プレート１４の上面１８によって反射される。一方、開口部２２ａから特徴部２０ａの内部に入射した外光５０ｂは、側面２４ａにより反射されて、底面２６ａに入射する。通常であれば、外光５０ｂは底面２６ａにより反射されるが、底面２６ａは低反射材料からなるシート１６であるので、底面２６ａに入射した外光５０ｂは反射され難い。従って、底面２６から反射される光が減少するので、底面２６の輝度はプレート１４の上面１８の輝度より低くなる。
【００３７】
また、底面２６ａが光を反射し難いので、側面２４ａが外部に反射する光も減少する。そのため、側面２４ａの輝度もプレート１４の上面１８の輝度より低くなる。ただし、側面２４ａはプレート１４の上面１８や対向する側面からの拡散光による輝度の上昇もあるので、底面２６ａほど輝度は低くならない。底面２６ａと側面２４ａとの輝度が低いので、特徴部２０ａ（開口部２２ａの内側）の輝度はその周辺のプレート１４の上面１８の輝度よりも低くなる。すなわち、特徴部２０はプレート１４の上面１８より暗く撮像されることになる。
【００３８】
次に、カメラ４０により撮像される計測画像の具体例について、図２（ａ）および図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）に示すように、カメラ４０は特徴部２０ａの斜め上方に位置されている。そのため、図２（ｂ）に示すように、カメラ４０が撮像した計測画像４５ａには、特徴部２０ａの開口部２２ａが楕円形として記録される。また、カメラ４０は開口部２２ａを通じて特徴部２０ａの内部を撮像する。そのため、カメラ４０が撮像する特徴部２０ａの内部は、図２（ａ）に示すように、遠位側カメラ視線４１ａと近位側カメラ視線４２ａとにより囲まれた範囲（特徴部内撮像範囲４４ａ）に含まれる特徴部２０ａの内部になる。なお、遠位側カメラ視線４１ａは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から遠くに位置する開口部２２ａ上の地点Ｅ１とを結ぶカメラ４０の視線であって、図２（ａ）に示された破線ＦＥ１であり、近位側カメラ視線４２ａは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から近くに位置する開口部２２ａ上の地点Ｅ２とを結ぶカメラ４０の視線の延長線であって、図２（ａ）に示された破線ＦＱである。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、特徴部内撮像範囲４４ａには側面２４ａの一部と底面２６ａの一部とが含まれている。そのため、カメラ４０は特徴部２０ａを撮像した場合、開口部２２ａを輪郭とする範囲内に、側面２４ａを示す輝度と底面２６ａを示す輝度とが計測画像４５ａに記録される。画像計測システム１００の画像処理部６０は、計測画像４５ａを処理する際、二つの異なる輝度を基にして処理すれば、特徴部２０ａの位置や輪郭等を検出することができる。
【００４０】
また、特徴部２０ａは凹状に形成されているので、特徴部２０ａの底面２６ａに入射される光の多くは、側面２４ａからの反射によるものとなる。光がプレート１４の垂直方向から入射する場合を除いて、特徴部２０ａの側面２４ａが障害となり、光が底面２６ａに直接的に入射することが少ない。そのため、直接光によるグレアの発生により底部２６ａの輝度が高くなることが少ない。このように特徴部２０ａは光が反射され難い構造を有しているので、特徴部２０ａは輝度の低い状態が維持される。そのため、画像計測システム１００は特徴部２０ａを、照明条件に依存することなく、安定的に検出することができる。
【００４１】
第一の実施形態に基づく校正治具１０ａによれば、凹状に形成された特徴部２０ａの底面２６ａは反射率が低いので特徴部２０ａに入射した光は、特徴部２０ａの外部に向けて反射され難い。底面２６ａから反射される光が減少するので、底面２６ａの輝度はプレート１４の上面１８の輝度より低くなる。また、底面２６ａが光を反射し難いので、側面２４ａが外部に向けて反射する光も減少する。そのため、特徴部２０ａの輝度はプレート１４の上面１８の輝度より低くなる。また、特徴部２０ａは凹状に形成されているので、光がプレート１４の垂直方向から入射する場合を除いて、特徴部２０ａの側面２４ａが障害となり光が底面２６ａに直接的に入射することがない。そのため、直接光によるグレアの発生により底部２６ａ輝度が高くなることが少ない。このように、特徴部２０ａは光が反射され難い構造を有しているので、特徴部２０ａは輝度の低い状態が維持される。そのため、画像計測システム１００は、特徴部２０ａを照明条件に依存することなく安定的に検出することが可能になる。また、従来のように塗料を用いると光の反射により輪郭が不明確となる場合があったが、本発明では輝度の差により特徴部を検出するので、反射により特徴部２０ａの輪郭が不明確となることがない。従って、画像計測システム１００は特徴部２０ａを精度よく検出可能になる。また、従来のように塗料を使用しないため、校正治具１０ａの使用上の制限がなくなり取り扱いが容易となる。さらに、校正治具１０ａの本体の上面１８と特徴部２０ａを構成する側面２４ａとを同一の材料により形成することができると共に同一の表面処理を施すことができる。さらに、特徴部２０ａはプレート１４の上面１８を機械加工により彫り込むことで容易に精度よく形成することができ、例えば、特許文献７に記載されたキャリブレーション装置のように高価な液晶パネルを必要としない。そのため、低い加工コストにより校正治具１０ａを作製することができる。
【００４２】
また、キャリブレーションの対象によって、事前に校正治具上の特徴部とキャリブレーション対象との相対位置関係を高精度に把握する必要がある。例えば、図８（ａ）に示すように、カメラ４０を含むカメラシステム１１０においてカメラの内部パラメータ等をキャリブレーションする場合、校正治具１０ａ上の特徴部２０ａとカメラ４０が装着された支持具１１１との相対位置および相対姿勢が指定値になるように、特徴部２０ａを配置する必要がある。また、図８（ｂ）に示すようにロボット１２０の機構パラメータをキャリブレーションする場合、校正治具１０ａ上の特徴部２０ａとロボットベース１２１との相対位置および相対姿勢が指定値になるように特徴部２０ａを配置する必要がある。このような場合に、一般的に図８（ｃ）に示すように校正治具１０ａ上に位置決め用の基準点（以下、位置決め基準３１と呼ぶ）を設け、位置決め基準３１を用いてカメラシステム１１０の支持具１１１やロボット１２０のロボットベース１２１に校正治具１０ａを配置する。この位置決め基準３１の具体的手段として突き当て面、インロー、位置決めピン、位置決めピン用穴等が挙げられ、これらは主に工作機械を用いて加工される。校正治具上の特徴部を位置決め基準３１と別の装置、例えば印刷装置を用いて加工すると、特徴部と位置決め基準３１との相対位置精度の低下や加工コストの増加などの課題がある。本発明の校正治具１０ａによれば、校正治具１０ａの特徴部２０ａと位置決め基準３１とを機械加工により形成することができる。さらに特徴部２０ａと位置決め基準３１とが同一形状の穴である場合、同じ工作機械を用いて同時に形成することができ、特徴部２０ａと位置決め基準３１との精度の高い位置関係が実現される。
【００４３】
次に、特徴部２０ａの別例について図３を用いて説明する。図３は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った校正治具１０ａ上の特徴部２０ａの別例である特徴部２１ａを示す断面図である。特徴部２０ａと特徴部２１ａとは側面の形状および底面の面積の点で異なっている。
【００４４】
図１（ｂ）に示された特徴部２０ａの側面２４ａは、プレート１４の上面１８の平坦部分３０に直交する方向へ延びて形成されていた。図３に示す特徴部２１ａの側面２５ａは、側面２５ａとプレート１４の上面とのなす角度Φ（以下、開口部の開き角度Φと呼ぶ）が鈍角になるよう形成されている。すなわち、特徴部２１ａは、上面１８の平坦部分３０に平行な断面における開口面積が、上面１８から底面２７ａに向かう（図３のＧ方向）に従って増加する形状を有している。従って、図３に示すように特徴部２１ａの縦断面は台形状になり、底面２７ａの面積は開口部２２ａの面積より広くなる。
【００４５】
図２（ｂ）に示したように、本発明の校正治具を用いる画像計測システム１００は、輝度に基づいて特徴部を検出している。そのため、プレート１４の上面１８の輝度と特徴部の輝度と差が大きいほど、特徴部の輪郭が明確になり、画像計測システム１００は特徴部を精度よく検出することができた。図１に示す特徴部２０ａの底面２６ａと比較して、特徴部２１ａの底面２７ａは拡大されるので、カメラ４０から特徴部２１ａを撮像した場合、特徴部２１ａの開口部２２ａを通じてカメラ４０より撮像される底面２７ａの面積が増加する。すなわち、計測画像には、特徴部２１ａの開口部２２ａを輪郭にする範囲内において、プレート１４の上面の輝度との差がより大きい輝度を有する面積（図２（ａ）の黒色の部分）が増加する。すなわち、特徴部２１ａの輪郭が明確になるので、画像計測システム１００は特徴部２１ａをより精度よく検出することができる。
【００４６】
（第二の実施形態）
図４（ａ）は第二の実施形態に基づく校正治具の一例を示す斜視図であり、図４（ｂ）は第二の実施形態に基づく校正治具の別例を示す斜視図である。図５（ａ）は、図４（ａ）に示す校正治具１０ｂの特徴部２０ｂを示す、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図５（ｂ）は特徴部２０ｂの別例である特徴部２１ｂを示す、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００４７】
図４（ａ）から図５（ｂ）を用いて、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態に基づく校正治具１０ｂ、１０ｃは、第一の実施形態に基づく校正治具１０ａと比較して、凹部の形成方法が異なっている。
【００４８】
まず、第二の実施形態の校正治具に形成された特徴部について説明する。図４（ａ）に示す校正治具１０ｂのプレート１４上には、環状の開口部２２ｂを有する複数の特徴部２０ｂが形成されている。そのため、校正治具１０ｂは、プレート１４の上面１８において、特徴部２０ｂにより分断され周辺に連結していない部分（非凹部１５、図４（ａ）の環内の白色の部分）を有している。
【００４９】
一方、図４（ｂ）に示す校正治具１０ｃのプレート１４上には、矩形の開口部２２ｃを有する複数の特徴部２０ｃにより、市松模様が形成されている。そのため、校正治具１０ｃは、図４（ａ）の校正治具１０ｂと同様に、周囲に連結していない非凹部１５を有している。校正治具１０ｂ、１０ｃは非凹部１５を有しているので、第一の実施形態の校正治具１０ａと同様に、プレート１４の貫通穴によりそれぞれの特徴部２０ｂ、２０ｃを形成すると、非凹部１５はプレート１４から分離されてしまうので、校正治具１０ｂ、１０ｃは非凹部１５を精度よく固定することができない。
【００５０】
そこで、図５（ａ）に示すように、特徴部２０ｂを、プレート１４に凹設される有底凹部３１と、プレート１４とは別の部材であって有底凹部３１の中に配置される低反射層１７とから構成した。そして、有底凹部３１の開口が特徴部２０ｂの開口部２２ｂとなり、有底凹部３１の内周面が特徴部２０ｂの側面２４ｂを形成し、低反射層１７の表面が特徴部２０ｂの底面２６ｂを形成するようにした。特徴部２０ｂにおいて、特徴部２０ｂの側面２４ｂは、図１の特徴部２０ａと同様に、プレート１４の上面１８の平坦領域３０に直交する方向へ延びて形成されている。すなわち側面２４ｂは上面１８に対して垂直になるよう形成されている。また、特徴部２０ｂの底面２６ｂは、プレート１４の上面の反射率より低い反射率の低反射材料が充填された低反射層１７（底部材）により形成されている。低反射層１７により、特徴部２０ｂの底面２６ｂの反射率は、プレート１４の上面１８が示す光の反射率より低くなる。なお、第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、低反射材料としてプレート１４の材料とは異なる黒色スポンジを用いている。従って、底面２６ｂは、黒色スポンジが充填された低反射層１７により形成される。
【００５１】
特徴部２０ｂは、プレート１４を貫通させることなく形成されているので、非凹部１５は、プレート１４の底部１９において連結された状態になっている。従って、校正治具１０ｂは、非凹部１５を精度よく固定することができる。校正治具１０ｃの場合も同様に、プレート１４を貫通しない程度に、プレート１４の底部を残して特徴部２０ｃが形成される。非凹部１５はプレート１４の底部において連結されるので、校正治具１０ｃは非凹部１５を精度よく固定することができる。
【００５２】
次に、図５（ｂ）を用いて特徴部２０ｂの別例である特徴部２１ｂについて説明する。図５（ａ）に示された第二の実施形態に基づく校正治具１０ｂは、特徴部２０ｂの側面２４ｂがプレート１４の上面１８の平坦部分３０に直交する方向へ延びるよう形成されていた。一方、図５（ｂ）に示される校正治具１０ｂの特徴部２１ｂは、プレート１４の上面１８の平坦部分３０に対して側面２５ｂを傾斜させて形成されている。すなわち、特徴部２１ｂは、上面１８の平坦部分３０に平行な断面における開口面積が、上面１８から底面２７ｂに向かう（図５（ｂ）のＧ方向）に従って増加する形状を有している。その結果として、特徴部２１ｂの縦断面は台形状になり、底面２７ｂの面積は、開口部２２ｂの開口面積より大きくなる。このように特徴部２１ｂを形成することで、図３に示した特徴部２１ａと同様に、計測画像に記録された特徴部２１ｂの開口部２２ｂを輪郭にする範囲内において、カメラ４０により底面２７ｂが撮像される面積が増加する。従って、画像計測システム１００は特徴部２１ｂをより精度よく検出することができる。
【００５３】
なお、前述のように、特徴部２１ｂの底面２７ｂの面積は、特徴部２１ｂの開口部２２ｂの面積よりも広い。そのため、低反射層１７の低反射材料を開口部２２ｂから挿入することができるよう、低反射材料は変形可能な材料である必要がある。特徴部２１ｂの底面２７ｂは、図５（ａ）に示す特徴部２０ｂと同様に、黒色スポンジが充填された低反射層１７により形成される。
【００５４】
（第三の実施形態）
図６（ａ）は、第三の実施形態に基づく校正治具１０ｄとカメラ４０との位置関係を示す画像計測システム１００の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図６（ｃ）はカメラ４０により撮像された校正治具１０ｄの計測画像４５ｄの一部を示す図である。図６（ａ）から図６（ｃ）を用いて、第三の実施形態について説明する。
【００５５】
第三の実施形態の基づく校正治具１０ｄは、校正治具１０ｄの特徴部２１ｄの形状および寸法が、画像計測システム１００において、キャリブレーションのために特徴部２１ｄに対して予め定められているカメラ４０の光軸の角度により、カメラ４０が特徴部２１ｄを撮像したときに、特徴部２１ｄの側面２５ｄが撮像されないよう設定されていることを特徴とする。特徴部２１ｄの構成については、図３に示す第一の実施形態に基づく校正治具１０ａの特徴部２１ａと同様であるので、その説明は省略する。
【００５６】
図２（ｂ）に示すように、カメラの位置と校正治具との相対位置によって、カメラにより撮像された計測画像には、凹部の側面と底面との両方が記録される場合がある。そのため、画像計測システムは二つの異なる輝度を基にして計測画像を処理して、特徴部を検出している。画像計測システムは、二つの異なる輝度を基にして処理することも可能であるが、単一の輝度を基にして処理した方が、アルゴリズムやプログラムを簡易なものとすることができる。また、アルゴリズムやプログラムが簡易なものとなれば、画像計測システムは特徴部の検出に必要な処理時間を短縮することができる。そのため、第三の実施形態に基づく校正治具１０ｄの特徴部２１ｄは、その寸法や形状を、カメラ４０ｄにより側面ｄが撮像されないように形成されている。そのため、カメラ４０ｄが撮像した計測画像４５ｄには、底面２７ｄを示す単一の輝度のみが記録されるようになる。
【００５７】
特徴部２１ｄの側面２４ｄがカメラ４０に撮像されないよう、特徴部２１ｄの寸法を定める方法について説明する。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、カメラ４０は、特徴部２１ｄを斜め上方から撮像しており、カメラ４０は開口部２２ｄを通じて特徴部２１ｄの内部を撮像するよう位置されている。図６（ｂ）に示すよう、カメラ４０は遠位側カメラ視線４１ｄおよび近位側カメラ視線４２ｄにより囲まれた範囲内（特徴部内撮像範囲４４ｄ）に含まれる特徴部２１ｄの内部を撮像する。なお、遠位側カメラ視線４１ｄは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から遠くに位置する開口部２２ｄ上の地点Ｅ１とを結ぶカメラ４０の視線の延長線であって、図６（ｂ）に示された破線ＦＰであり、近位側カメラ視線４２ｄは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から近くに位置する開口部２２ｄ上の地点Ｅ２とを結ぶカメラ４０の視線の延長線であって、図６（ｂ）に示された破線ＦＱである。また、図６（ａ）に示すように、地点Ｅ２は開口部２２ｄ上の地点Ｅ１とカメラ４０の位置Ｆとを結ぶ遠位側カメラ視線４１ｄの水平成分が、開口部２２ｄと交差する地点である。特徴部内撮像範囲４４ｄ内に特徴部２１ｄの側面２５ｄが含まれず、底面２７ｄのみが含まれていれば、カメラ４０は側面２５ｄを撮像せず、底面２７ｄのみを撮像することになる。
【００５８】
校正治具１０ｄの特徴部２１ｄの形状について説明する。図６（ｂ）に示すように、校正治具１０ｄの特徴部２１ｄは、上面１８の平坦部分３０に平行な断面における開口面積が、上面１８から底面２７ｄに向かう（図６（ｂ）のＧ方向）に従って増加する形状を有している。また、上面１８と側面２５ｄのなす角度Φを次のように定める。まず、特徴部２１ｄの開口部２２ｄ上の全ての地点において、遠位側カメラ視線４１ｄとプレート１４の上面１８とがなす角度θを求め、その角度θの最大値θｍａｘを求める。カメラ４０の位置Ｆから、最も遠い開口部２２ｄ上の点Ｅｍａｘより最大値θｍａｘを求めてもよい。最大値θｍａｘ以上となるよう、上面１８と側面２５ｄのなす角度Φを定めて側面２５ｄを形成すれば、側面２５ｄは特徴部内撮像範囲４４ｄ内に含まれない。従って、側面２５ｄはカメラ４０により撮像されず、底面２７ｄのみが撮像される。すなわち、図６（ｃ）に示すように、カメラ４０が撮像した計測画像４５ｄには、特徴部２１ｄの開口部２２ｄを輪郭にする範囲内において、底面２７ｄを示す単一の輝度のみが記録されるようになる。
【００５９】
図６（ｂ）に示す開口部の開き角度Φは式１により求められる。
Φ  ≧  θｍａｘ          （式１）
ただし、θｍａｘは、式２で求められる。
θｍａｘ  ＝  １８０ｄｅｇ−ｔａｎ−１（Ｚｃ／Ｒｍａｘ）        （式２）
ここで、Ｚｃは画像システム毎に変化する変数であり、プレート１４の上面１８からカメラ４０の位置Ｆまでの高さであり、Ｒｍａｘは、カメラ４０から最も遠い位置にある特徴部２１ｄの開口部２２ｄ上の点Ｅｍａｘとカメラ４０の位置Ｆとを結ぶ線分の水平成分の長さである。開口部２２ｄの形状が円形の場合、点Ｅｍａｘはカメラ４０の位置Ｆと開口部２２ｄの中心を結ぶ直線の水平成分に一致する直線上にある。
【００６０】
また、カメラ４０の光軸４３ｄとプレート１４の上面１８とがなす角度α、特徴部２１ｄの開口部２２ｄの開口幅、光軸４３ｄと開口部２２ｄの交点より、角度θの最大値θｍａｘを求め、開口部の開き角度Φを定めてもよい。
【００６１】
第三の実施形態に基づく校正治具１０ｄを用いることにより、計測画像４５には底面２７ｄを示す単一の輝度が記録される。従って、画像計測システム１００は、簡易なアルゴリズムまたはプログラムにより画像処理することができると共に、特徴部２１ｄを検出するのに必要な時間を短縮させることができる。
【００６２】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）において、カメラ４０は特徴部２１ｄの斜め上方に位置されていたが、カメラ４０は特徴部２１ｄの真上に位置されていても構わない。特徴部２１ｄの縦断面は台形状であり、側面２５ｄは外側に広がるよう開口部２２ｄから傾斜している。そのため、カメラ４０が特徴部２１ｄの真上から撮像しても、計測画像４５ｄには側面２５ｄを示す輝度は記録されず、開口部２２ｄを輪郭にする範囲内において、底面２７ｄを示す輝度のみが記録される。従って、カメラ４０が真上に位置されていても、前述したカメラ４０が斜め上方に位置された場合と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（第四の実施形態）
図７（ａ）は、第四の実施形態に基づく校正治具１０ｅとカメラ４０との位置関係を示す画像計測システム１００の平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、図７（ｃ）はカメラ４０により撮像された校正治具１０ｅの計測画像４５ｅの一部を示す図である。図７（ａ）から図７（ｃ）を用いて、第四の実施形態について説明する。
【００６４】
第四の実施形態に基づく校正治具１０ｅは、校正治具１０ｅの特徴部２０ｅの形状および寸法が、画像計測システム１００において、キャリブレーションのために特徴部２０ｅに対して予め定められているカメラ４０の光軸の角度により、カメラ４０が特徴部２０ｅを撮像したときに、特徴部２０ｅの底面２６ｅが撮像されないよう設定されていることを特徴とする。特徴部２０ｅの構成については図１に示す第一の実施形態に基づく校正治具１０ａの特徴部２０ａと同様であるので、その説明は省略する。
【００６５】
第一の実施形態の特徴部２０ａのように、通常、画像計測システムは二種類の異なった輝度を基にして、特徴部を検出する。また、第三の実施形態の特徴部２１ｄように側面を傾斜させて形成すれば、側面がカメラに撮像されないようにすること可能である。しかしながら、遠位側カメラ視線とプレートの上面とがなす傾斜角θが大きくなると、開口部の開き角度Φがさらに大きくなるので、特徴部の加工が困難になる。
【００６６】
そこで、第四の実施形態に基づく校正治具１０ｅの特徴部２０ｅは、その側面２４ｅをプレート１４の上面１８の平坦部分３０に直交する方向へ延びるよう、すなわち上面１８に垂直になるよう形成して、特徴部２０ｅの加工を容易にしている。さらに、特徴部２０ｅは、カメラ４０により底面２６ｅが撮像されないよう、特徴部２０ｅの十分な深さを定めて定めて形成されている。側面２４ｅは底面２６ｅと比較して、プレート１４の上面との輝度の差は小さい。しかしながら、単一の輝度のみが計測画像に記録されることにより、画像計測システム１００は、簡易なアルゴリズムまたはプログラムにより画像処理することができると共に、特徴部２０ｅを検出するのに必要な時間を短縮させることができる。
【００６７】
底面２６ｅがカメラ４０に撮像されないよう、特徴部２０ｅの寸法を定める方法について説明する。図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、カメラ４０は特徴部２０ｅを斜め上方から撮像しており、カメラ４０は特徴部２０ｅの開口部２２ｅを通じて特徴部２０ｅの内部を撮像する。第三の実施形態において説明した特徴部内撮像範囲４４ｄと同様に、図７（ｂ）に示すよう、カメラ４０は遠位側カメラ視線４１ｅと近位側カメラ視線４２ｅとにより囲まれた範囲内（特徴部内撮像範囲４４ｅ）の特徴点２０ｅを撮像する。なお、遠位側カメラ視線４１ｅは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から遠くに位置する開口部２２ｅ上の地点Ｅ１とを結ぶカメラ４０の図７（ｂ）に示された破線ＦＥ１であり、近位側カメラ視線４２ｅは、カメラ４０の位置Ｆとカメラ４０から近くに位置する開口部２２ｄ上の地点Ｅ２とを結ぶカメラ４０の視線の延長線であって、図７（ｂ）に示された破線ＦＳである。なお、地点Ｅ２は、図７（ａ）に示すように、開口部２２ｅ上の地点Ｅ１とカメラ４０の位置Ｆとを結ぶ遠位側カメラ視線４１ｅの水平成分が、開口部２２ｅと交差する地点である。
【００６８】
特徴部内撮像範囲４４ｅの範囲内に、特徴部２０ｅの底面２６ｅが含まれず側面２４ｅのみが含まれていれば、カメラ４０は、特徴部２０ｅの開口部２２ｅを通じて側面２４ｅのみを撮像することになる。側面２４ｅのみが含まれることを満たす特徴部２０ｅの深さＨｈは、次の手順で求めることができる。まず、カメラ４０のプレート１４の上面からの高さＺｃと、カメラ４０の位置Ｆおよび地点Ｅ２を結ぶ線分の水平成分Ｒｃとの比率Ｇを求める。次に、比率Ｇに等しくなるよう、底面２６ｅがカメラ４０より撮像されない深さの下限値Ｈｃを地点Ｅ１および地点Ｅ２を結ぶ距離Ｄｈから比率Ｇを用いて求める。最終的に、特徴部２０ｅの開口部２２ｅ上の全ての地点で深さの下限値Ｈｃを求め、特徴部２０ｅの深さＨｈを、求めた深さの下限値Ｈｃの最大値Ｈｃｍａｘ以上になるように定める。すなわち、特徴部２０ｅの深さＨｈは式３により求められる。
Ｈｈ  ≧  Ｈｃｍａｘ              （式３）
但し、Ｈｃｍａｘは、式４により求められる深さの下限値Ｈｃの最大値である。
Ｈｃ＝（Ｚｃ／Ｒｃ）×Ｄｈ        （式４）
ここで、Ｈｈは特徴部２０ｅの深さであり、Ｚｃはプレート１４の上面からカメラ４０までの高さであり、Ｒｃはカメラ４０の位置Ｆと開口部２２ｄ上の地点Ｅ２とを結ぶ線分の水平成分であり、Ｄｈは地点Ｅ１および地点Ｅ２を結ぶ距離である。また、開口部２２ｅの形状が円形の場合、地点Ｅ１および地点Ｅ２がカメラ４０の位置Ｆと開口部２２ｅの中心とを結ぶ直線の水平成分に一致する直線上にあるとき、深さの下限値Ｈｃは最大値Ｈｃｍａｘになる。
【００６９】
また、カメラ４０の光軸４３ｅとプレート１４の上面１８とがなす角度α、特徴部２０ｅの開口部２２ｅの開口幅Ｄｈ、光軸４３ｄと開口部２２ｄの交点より、近位側カメラ視線４２ｅとプレート１４の上面１８とがなす角度βを求め、式３の（Ｚｃ／Ｒｃ）をｔａｎβとして深さの下限値Ｈｃの最大値Ｈｃｍａｘを求めてもよい。
【００７０】
このように、特徴部２０ｅの深さＨｈを定めることによって、図７（ｃ）に示すように、カメラ４０により撮像される計測画像４５ｅには、特徴部２０ｅの開口部２２ｅを輪郭にする範囲内において、側面２４ｅを示す輝度のみが記録されるようになる。そのため、画像計測システム１００は、側面２４ｅの単一の輝度のみを画像処理することにより、特徴部２０ｅを検出することができる。第三の実施形態と同様に、画像処理をするためのプログラムが容易になると共に、画像計測システム１００は、特徴部２０ｅを検出する時間を短縮させることが可能になる。また、特徴部２０ｅの側面２４ｅは、プレート１４の上面１８の平坦部分３０に直交する方向へ延びるよう形成されているので、側面が傾斜した場合と比較して特徴部２０ｅを容易に加工することができる。そのため、校正治具１０ｅをより低い加工コストにより作製することができる。
【００７１】
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明した。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態において、低反射材料からなるシートは、黒色スポンジをシート状に切断して作製されたが、シートは低反射材料である黒色プラスチックや黒染めされた金属の板を切断して作製されても構わない。また、シートは反射しない無反射材料により作製されても構わない。また、計測の安定性をより向上させるため、プレート上の特徴部となる凹部を機械加工によって堀込んでから、鏡面反射するプレートの上面や加工部分に対して拡散反射するよう表面処理を実施しても構わない。同様に、第二の実施形態において、低反射材料である黒色スポンジが有底凹部の中に配置されていたが、低反射材料である黒色プラスチックなどが有底凹部の中に配置されても構わない。また、無反射材料が有底凹部の中に配置されてもよい。また、有底凹部の底面が低反射になるよう底面が加工されても構わない。また、本発明に係る校正治具はキャリブレーション用の校正治具に限らず、凹状に形成された特徴部をカメラが撮像するワークに設けることにより、ワークの位置を安定的にかつ精度よく計測することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】（ａ）本発明に係る校正治具とその校正治具を撮像するカメラとを備えた画像計測システムを示す斜視図であり、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った、校正治具上の特徴部を示す断面図である。
【図２】（ａ）第一の実施形態に基づく校正治具と、校正治具を撮像するカメラとの位置関係を示す断面図であり、図２（ｂ）はカメラにより撮像された校正治具の計測画像の一部を示す図である。
【図３】図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った、校正治具上の特徴部の別例を示す断面図である。
【図４】（ａ）第二の実施形態に基づく校正治具の一例を示す斜視図であり、（ｂ）第二の実施形態に基づく校正治具の別例を示す斜視図である。
【図５】（ａ）図４（ａ）に示す校正治具上の特徴部を示す図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、（ｂ）特徴部の別例を示す図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】（ａ）第三の実施形態に基づく校正治具と、校正治具を撮像するカメラとの位置関係を示す画像計測システムの平面図であり、（ｂ）図６（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、（ｃ）カメラにより撮像された校正治具の計測画像の一部を示す図である。
【図７】（ａ）第三の実施形態に基づく校正治具と、校正治具を撮像するカメラとの位置関係を示す画像計測システムの平面図であり、（ｂ）図７（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、（ｃ）カメラにより撮像された校正治具の計測画像を示す図である。
【図８】（ａ）校正治具を取付けたカメラシステムを示す斜視図であり、（ｂ）校正治具を取り付けたロボットを示す斜視図であり、（ｃ）位置決め基準が形成された校正治具を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ    校正治具
１４    プレート
１５    非凹部
１６    シート
１７    低反射層
１８    上面
１９    底部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｅ    特徴部
２１ａ、２１ｂ、２１ｄ    特徴部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ    開口部
２４ａ、２４ｂ、２４ｅ    側面
２５ａ、２５ｂ、２５ｄ    側面
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｅ    底面
２７ａ、２７ｂ、２７ｄ    底面
２８    貫通穴
２９    下面
３０    平坦部分
３１    位置決め基準
４０    カメラ
４１ａ、４１ｄ、４１ｅ    遠位側カメラ視線
４２ａ、４２ｄ、４２ｅ    近位側カメラ視線
４４ａ、４４ｄ、４４ｅ    特徴部内撮像範囲
４５ａ、４５ｄ、４５ｅ    計測画像
５０ａ、５０ｂ    外光
６０    画像処理部
１００    画像計測システム
１１０    カメラシステム
１２０    ロボット
１２１    ロボットベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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