(57)【要約】【課題】  測定対象物及び該測定対象物の面上に配置された基準長を示す基準尺を含む１つの画像から前記測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定装置を提供する。【解決手段】  直方体形状の測定対象物１及び該測定対象物１の面上に予め配置された基準長を示す基準尺２を含む画像を撮像する撮像手段２０と、該撮像手段２０により撮像された前記画像から前記測定対象物１の頂点及び前記基準尺２を抽出する画像処理手段と、抽出された前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物１の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺２を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物１の各辺の寸法を算出する寸法算出手段と、を備える寸法測定装置１００。【選択図】図１
2010008352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定方法において、
前記測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に基準長を示す基準尺を配置し、
前記測定対象物及び前記基準尺の全体が収まり、且つ、前記測定対象物の２つ以上の面が写るように撮影して、１つの画像を生成し、
生成した前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準尺を抽出し、
抽出した前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、
前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、
該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出することを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
前記基準尺は、各マーカ間の距離が既知である２つ以上のマーカを備えていることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定方法。
【請求項３】
前記基準尺は、寸法が既知のパターンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の寸法測定方法。
【請求項４】
直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定方法において、
前記測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に寸法が既知の基準パターンを投影し、
前記測定対象物及び前記基準パターンの全体が収まり、且つ、前記測定対象物の２つ以上の面が写るように撮影して、１つの画像を生成し、
生成した前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準パターンを抽出し、
抽出した前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、
前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、
該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出することを特徴とする寸法測定方法。
【請求項５】
直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定装置において、
前記測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に予め配置された基準長を示す基準尺を含む画像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準尺を抽出する画像処理手段と、
抽出された前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出する寸法算出手段と、を備えることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項６】
前記基準尺は、各マーカ間の距離が既知である２つ以上のマーカを備えていることを特徴とする請求項５に記載の寸法測定装置。
【請求項７】
前記基準尺は、寸法が既知のパターンを備えていることを特徴とする請求項５に記載の寸法測定装置。
【請求項８】
直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定装置において、
寸法が既知の基準パターンを投影する投影手段と、
前記測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に前記投影手段により投影された前記基準パターンを含む画像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準パターンを抽出する画像処理手段と、
抽出された前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出する寸法算出手段と、を備えることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項９】
前記投影手段は、複数のレーザ光を平行に照射することを特徴とする請求項８に記載の寸法測定装置。
【請求項１０】
請求項５乃至９のいずれかに記載の寸法測定装置において、
前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示された前記画像から前記測定対象物を指定する指定手段と、を備えることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラであることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の寸法測定装置。
【請求項１２】
前記撮像手段は、ＣＣＤカメラであって、該ＣＣＤカメラは、１次元バーコード及び／又は２次元バーコードを読取る機能を有することを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかに記載の寸法測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物を撮像した画像から測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定方法及び寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宅配便等で荷物を送る場合、その配送料金は、当該荷物の重量と共に荷物の長さ、幅、高さを合計した値により決定される場合が多い。そのために、通常の宅配便等の荷物の配送を受付ける業務においては、荷物の長さ、幅、高さの寸法を測定するために、巻尺や定規等を使用して、３方向の長さを測定している。しかしながら、巻尺や定規等を使用する場合、３方向の長さを手作業で測定しなければならないため、測定作業に時間を要するという問題がある。
【０００３】
そこで、上記の問題を解決するために、特許文献１では、予め一辺の長さが既知の正方形のコードを備えた表示媒体が面上に印刷された荷物を前記表示媒体が印刷された面を含む方向から撮影した第１の画像及び前記荷物の他の面を含む方向から撮影した第２の画像から荷物の立体寸法を算出する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、予め長さ方向、幅方向、高さ方向の３方向の長さが既知の立体形状のマーカを寸法測定の対象となる貨物の角に取り付け、マーカが取り付けられている貨物の角を含む画像を撮影し、前記マーカの長さに基づいて貨物の各辺の寸法を求めている。
【特許文献１】特開２００３−３０３２２２号公報
【特許文献２】特開２００２−２８６４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、荷物の寸法を測定するために、表示媒体が印刷された面及び他の面を撮影した２つの画像が必要となる。そのため、カメラを移動させて２回撮影を行うか、予め２台のカメラを設置しておく必要がある。また、測定精度を上げるために、夫々の面の真正面から撮影する必要がある。更に又、正方形のコードを備えた表示媒体を予め荷物に印刷しておかなければならないという手数を要する。
【０００６】
特許文献２では、貨物の各辺の寸法を測定するために、マーカは、長さ、幅、高さの三方向の長さが既知である必要がある。また、マーカは、貨物の角に合わせて取り付けられる必要がある。そのため、マーカを配置する位置は、限定されることになり、マーカの位置がずれた場合には、貨物の各辺の正確な寸法を測定することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような種々の課題を解決することを目的としてなされたものであって、測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に配置された基準長を示す基準尺を含む１つの画像から前記測定対象物の各辺の寸法を測定することができる寸法測定方法及び寸法測定装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る寸法測定方法は、直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定方法において、前記測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に基準長を示す基準尺を配置し、前記測定対象物及び前記基準尺の全体が収まり、且つ、前記測定対象物の２つ以上の面が写るように撮影して、１つの画像を生成し、生成した前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準尺を抽出し、抽出した前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出することを特徴としている。
【０００９】
また、基準尺として、各マーカ間の距離が既知である２つ以上のマーカを備えているもの又は寸法が既知のパターンを備えているものを用いることができる。
【００１０】
また、本発明に係る寸法測定方法は、直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定方法において、前記測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に寸法が既知の基準パターンを投影し、前記測定対象物及び前記基準パターンの全体が収まり、且つ、前記測定対象物の２つ以上の面が写るように撮影して、１つの画像を生成し、生成した前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準パターンを抽出し、抽出した前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出することを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る寸法測定装置は、直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定装置において、前記測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に予め配置された基準長を示す基準尺を含む画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準尺を抽出する画像処理手段と、抽出された前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出する寸法算出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
また、基準尺として、各マーカ間の距離が既知である２つ以上のマーカを備えているもの又は寸法が既知のパターンを備えているものを用いることができる。
【００１３】
また、本発明に係る寸法測定装置は、直方体形状の測定対象物の各辺の寸法を測定する寸法測定装置において、寸法が既知の基準パターンを投影する投影手段と、前記測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に前記投影手段により投影された前記基準パターンを含む画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された前記画像から前記測定対象物の頂点及び前記基準パターンを抽出する画像処理手段と、抽出された前記頂点の前記画像平面上における２次元座標から前記測定対象物の３次元空間における位置・姿勢及び寸法のパラメータを求め、前記基準尺を用いて、実空間における距離と前記３次元空間における距離との比率である空間のスケールを求め、該空間のスケール及び前記パラメータに基づいて、前記測定対象物の各辺の寸法を算出する寸法算出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
また、前記投影手段として、複数のレーザ光を平行に照射するものを用いることができる。
【００１５】
また、前記寸法測定装置において、前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示された前記画像から前記測定対象物を指定する指定手段と、を更に備えることもできる。
【００１６】
また、前記撮像手段として、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラを用いることができる。また、ＣＣＤカメラは、１次元バーコード及び／又は２次元バーコードを読取る機能を有することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る寸法測定方法では、宅配便等の荷物の配送料金を決定するために、荷物の各辺の寸法を測定する際、当該荷物が直方体形状の測定対象物であれば、荷物の面上又は荷物の面の延長平面上に基準長を示す基準尺を配置し、荷物及び前記基準尺の全体が収まり、且つ、前記荷物の２つ以上の面が写るように撮影した１つの画像から、前記荷物の各辺の寸法を測定することができる。そのため、荷物の長さ方向、幅方向、高さ方向に関して、それぞれ一方向ずつ測定する必要がなく、１つの画像から荷物の各辺の寸法を測定することができるので、作業効率を格段に向上させることができる。また、基準尺は、荷物の面上又は荷物の面の延長平面上であれば、どのような方向に配置しても良いので、基準尺の配置位置等を気にすることなく、簡易な作業で荷物の各辺の寸法を測定することができ、作業効率の向上を図ることができる。
【００１８】
また、基準尺が、各マーカ間の距離が既知である２つ以上のマーカを備えるものであれば、各マーカ間の距離を利用することにより、測定対象物の各辺の寸法を測定することができる。
【００１９】
また、基準尺は、寸法が既知のパターンを備えるものでも良く、例えば、宅配物の送り状等のように寸法が予め決まっているものをパターンとして利用することにより、測定対象物の各辺の寸法を測定することもできるので、より作業効率を向上させることができる。
【００２０】
また、寸法が既知の基準パターンを測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に投影する場合も、基準尺を配置する場合と同様に、測定対象物及び前記基準パターンの全体が収まり、且つ、前記測定対象物の２つ以上の面が写るように撮影した１つの画像から、前記測定対象物の各辺の寸法を測定することができるので、寸法測定の作業効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る寸法測定装置によれば、撮像手段により測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に予め配置された基準尺を含む画像を撮像すれば、測定対象物の各辺の寸法を算出することができるので、寸法測定の作業を効率良く行うことができる。
【００２２】
また、本発明に係る寸法測定装置によれば、撮像手段により測定対象物及び該測定対象物の面上又は該測定対象物の面の延長平面上に投影手段により投影された前記基準パターンを含む画像を撮像すれば、測定対象物の各辺の寸法を算出することができるので、寸法測定の作業を効率良く行うことができる。
【００２３】
また、前記寸法測定装置において、前記撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段と、該表示手段に表示された前記画像から前記測定対象物を指定する指定手段と、を更に備えることにより、画像を撮像する環境や背景等の影響により画像処理手段による測定対象物の抽出が行えない場合でも、測定者が表示手段に表示された画像から測定対象物を指定することができる。これにより、測定者が測定対象物を判断できる程度の画像であれば、画像処理手段により測定対象物の頂点が抽出できなかった場合でも、測定対象物の各辺の寸法を算出することが可能になる。
【００２４】
また、撮像手段として、１次元バーコード及び／又は２次元バーコードを読取る機能を有するＣＣＤカメラを用いることにより、例えば、１次元バーコード又は２次元バーコードに測定対象物に関する情報を予め格納し、該測定対象物に貼付しておけば、ＣＣＤカメラからその情報を読取ることで、測定対象物の種類等を把握することも可能となる。また、ＣＣＤカメラの撮像機能を共有することにより、ハード機能を単純化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る寸法測定方法及び寸法測定装置について、図面に基づき説明する。本発明の第１の実施形態に係る寸法測定装置１００は、測定対象物となる略直方体形状の荷物１の各辺の寸法を測定するためのものであり、図１に示すように、荷物１を撮像するための撮像手段２０と、該撮像手段２０に接続されたコンピュータ３０を備えている。
【００２６】
図２に示すように、コンピュータ３０は、制御部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３１、入出力インタフェース３２、画像処理部（画像処理手段）３３、操作部３４、表示部３５、画像メモリ３６、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３７、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）３８等を備えたものであって、各部３１〜３８はバス３９を介して通信可能に接続されている。
【００２７】
撮像手段２０は、測定対象物となる荷物１等の画像を撮像するものであり、ＣＣＤカメラ２０により構成されている。具体的には、２次元にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）画素が配置されたＣＣＤセンサを用いたデジタルカメラ或いはデジタルビデオカメラ等から成る。ＣＣＤカメラ２０で撮像された画像は、入出力インタフェース３２を介してコンピュータ３０に自動的に取込まれ、画像処理部３３に出力される。尚、撮像手段２０は、ＣＣＤカメラ２０に限定されるものではなく、ＣＭＯＳカメラ或いはその他の撮像素子を備えるものを用いることも可能である。
【００２８】
制御部３１は、ＲＯＭ３８に予め格納されている制御プログラムに従って寸法測定装置１００を構成する各部の動作の制御や後述する画像処理部３３での所定の画像処理により得られる画像処理データ及びＲＡＭ３８に予め格納されているデータに基づいて、荷物１の各辺の寸法を算出する処理（寸法算出手段３１ａ）等を行う。
【００２９】
入出力インタフェース３２は、各種データのやり取り等を行うためのものであり、ＣＣＤカメラ２０で撮像された画像等は、この入出力インタフェース３２を介して、コンピュータ３０に取込まれる。
【００３０】
画像処理部３３は、ＣＣＤカメラ２０から出力された画像に対して所定の画像処理を行う。ＣＣＤカメラ２０は、レンズ歪み等の各種の幾何学的な歪みにより生じる画像のゆがみ等、一定固有の特性を有しており、これらの特性を校正するための内部パラメータがＲＡＭ３７に格納されている。画像処理部３３では、計測精度を向上させるために、ＣＣＤカメラ２０から出力された画像に対して、ＣＣＤカメラ２０の内部パラメータに基づいて、レンズ歪みの補正処理を行った画像処理データ等を生成する。
【００３１】
操作部３４は、各種の設定等を行うためのものであり、例えば、後述する図１に示す基準尺２の長さのデータ等をＲＡＭ３７に書込む作業等の所定の入力を行うことができる。表示部３５は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）又はＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイ等の表示装置から構成されており、ＣＣＤカメラ２０により撮像された画像や荷物１の各辺の寸法を算出した結果等を表示する。
【００３２】
画像メモリ３６は、ＣＣＤカメラ２０により撮像された画像や画像処理部３３にて画像処理された画像処理データ等を格納する。
【００３３】
ＲＡＭ３７は、寸法測定装置１００の処理動作に用いる設定データや動作データ等の各種データを読出し及び書込み可能な状態で格納するメモリであり、例えば、ＣＣＤカメラ２０の内部パラメータや寸法を算出する際に用いる基準尺２の長さを示すデータ等を格納している。
【００３４】
ＲＯＭ３８は、制御部３１により寸法測定装置１００を構成する各部の動作を制御するための各種プログラムを格納するメモリであり、荷物１の各辺の寸法を算出するためのプログラム等を格納している。
【００３５】
本実施形態に係る寸法測定方法は、このような寸法測定装置１００によって、測定対象となる荷物１の各辺の寸法を測定するものである。尚、荷物１は、図１に示すように立方体を含む直方体形状で形成されるものである。
【００３６】
まず、荷物１の各辺の寸法を測定する際、測定者は、図１に示すように、荷物１の上面４に２つのマーカ３をそれぞれ両端付近に備える基準尺２を配置する。この際、測定者は、基準尺２を上面４の辺と平行になるように配置する必要はなく、図１に示すように上面４上の任意の位置に基準尺２を配置することができる。以下、寸法測定装置１００を用いて実行される寸法測定方法の流れについて図４のフローチャートを用いて説明する。尚、寸法測定装置１００が行う以下の処理動作は、ＲＯＭ３８に格納されるプログラムに基づいて、制御部３１が発行する命令に従って、行われるものである。
【００３７】
Ｓ１では、測定者は、ＣＣＤカメラ２０により荷物１及び上面４に配置された基準尺２の全体が収まり、且つ、荷物１の少なくとも２つの面が写る方向から撮像する。尚、撮像された画像は、表示部３５で確認することができ、撮像された画像に荷物１の全体が収まってない場合や荷物１の面が１つしか写っていない場合等は、再びＣＣＤカメラ２０により画像を撮像する。
【００３８】
図３に示すように、ＣＣＤカメラ２０により撮像された画像が、荷物１及び上面４に配置された基準尺２の全体が収まり、且つ、荷物１の２つ以上の面を含むものであれば、その画像をコンピュータ３０の画像処理部３３に出力する。尚、ここでは、図３に示すように、荷物１の上面４、正面５、側面６の３つの面を含む画像を例に説明する。
【００３９】
次に、Ｓ２では、画像処理部３３が、図５に示すようにＣＣＤカメラ２０で撮像された画像から背景部分と荷物１の境界線、荷物１の内部輪郭線、及び基準尺２に備えられた２つのマーカ３の射影点Ｑ１，Ｑ２を抽出する。そして、画像処理部３３は、抽出された境界線及び内部輪郭線のそれぞれの交点を抽出することにより荷物１の頂点Ｐ１〜Ｐ７を抽出する。尚、図５では、画像平面Ｉに射影された荷物１の７個の頂点Ｐ１〜Ｐ７全てを抽出した例を示しているが、全ての頂点を抽出する必要はなく、後述するように画像の主点座標及びＣＣＤカメラの焦点距離が分かっている場合には、荷物１の１つの面に属する３個の頂点と他の面に属する１個の頂点を合わせた４個の頂点のみを抽出すれば良い。
【００４０】
そして、Ｓ３では、Ｓ２で抽出された荷物１の頂点Ｐ１〜Ｐ７の２次元座標を基に制御部３１の寸法算出手段３１ａが、図３に示す荷物１の３次元空間における３次元位置・姿勢及び寸法等のパラメータを算出する。
【００４１】
具体的に寸法算出手段３１ａでは、図３に示すように、ワールド座標系の原点（０，０，０）を荷物１の中心に設定し、荷物１の長さ方向、幅方向、高さ方向にそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を設定する。そして、荷物１の長さを２Ｌ、幅を２Ｗ、高さを２Ｈと設定すると、３次元空間における荷物１の８個の頂点は、図３に示すようにそれぞれ（Ｌ，Ｗ，Ｈ）、（−Ｌ，Ｗ，Ｈ）、（Ｌ，−Ｗ，Ｈ）、（−Ｌ，−Ｗ，Ｈ）、（Ｌ，Ｗ，−Ｈ）、（Ｌ，−Ｗ，−Ｈ）、（−Ｌ，Ｗ，−Ｈ）、（−Ｌ，−Ｗ，−Ｈ）の３次元座標として表される。
【００４２】
そして、ＣＣＤカメラ２０と荷物１との間を回転行列Ｒと並進ベクトルｔで座標変換できるとすると、荷物１の頂点が画像平面Ｉ上に射影したときの画像座標、つまり画像平面Ｉ上のＰ１〜Ｐ７の２次元座標ui，νiは、数式（１）に示す射影方程式で表される。但し、数式（１）におけるｎは画像平面Ｉ上における荷物１の頂点の数、ｆはＣＣＤカメラ２０の焦点距離、ｕ０，ν０は画像の主点座標、ＸiはL，W，Hで表される荷物１の頂点座標ベクトル、ｔ１，ｔ２，ｔ３は並進ベクトルｔ＝［ｔ１，ｔ２，ｔ３］Ｔの３成分、ｒ１，ｒ２，ｒ３は回転行列Ｒ＝［ｒ１，ｒ２，ｒ３］Ｔの３個の行ベクトルである。尚、頂点座標Ｘi，並進ベクトルｔ，回転行列Rは、それぞれ荷物１の寸法を表すパラメータ、荷物１の３次元位置を表すパラメータ、荷物１の姿勢を表すパラメータである。
【数１】
2010008352.tif 000003
【００４３】
数式（１）における未知パラメータは、焦点距離ｆ、画像の主点座標ｕ０，ν０、荷物１の頂点座標ベクトルＸiに含まれる３個のパラメータＬ，Ｗ，Ｈ、ＣＣＤカメラと荷物の間の変換を表す並進ベクトルｔ及び回転行列Ｒの６個のパラメータである。つまり、数式（１）には、合計１２個の未知パラメータが含まれている。一方、数式（１）により、画像平面Ｉ上に射影された荷物１の１個の頂点につき２個の射影方程式が得られる。従って、荷物１の６個の頂点を用いれば、計１２個の射影方程式が得られるので、この射影方程式を解くことにより、１２個の未知パラメータの解を得ることができる。
【００４４】
尚、上記では、未知パラメータを１２個としているが、画像の主点座標ｕ０，ν０が、既知の場合には、未知パラメータは１０個になる。また、焦点距離ｆが既知である場合には、未知パラメータは９個に減るが、３次元空間における距離に対する実空間における距離の比率である空間のスケールを任意とすることができるので、独立変数は８個になる。その場合は、荷物１の４個の頂点の座標を用いることにより、８個の射影方程式が得られるので、この射影方程式を解くことにより８個の未知パラメータの解を得ることが可能である。但し、荷物１の１つの面に属する４個の頂点だけでは、求まらない寸法があるため、少なくとも荷物１の１つの面に属する３頂点と他の面に属する１頂点を合わせた４頂点の座標を用いることが必要である。
【００４５】
また、数式（１）を変形すると、数式（２）が得られる。但し、ｓｉは、荷物１の各頂点の奥行を示す未知パラメータである。数式（２）の頂点座標Ｘｉに数式（１）の射影方程式を解くことにより得られたＬ，Ｗ，Ｈをそれぞれ代入することにより、ｓｉを直接解くことができる。尚、数式（３）の逆射影誤差Ｃを最小化する方法で未知パラメータを求めることもできる。
【数２】
2010008352.tif 000004
【数３】
2010008352.tif 000005
【００４６】
数式（１）、（２）、（３）においては、３次元空間における距離に対する実空間における距離の比率である空間のスケールは決定できない。なぜなら、数式（１）の分子と分母をともに拡大又は縮小しても、画像平面Ｉに射影された画像座標は変わらないためである。従って、空間のスケールを別途求める必要がある。そこで、Ｓ４では、空間のスケールを求める。具体的にＳ４では、寸法算出手段３１ａは、Ｓ３で得られた荷物１の頂点の３次元座標から、荷物１の各面の方程式を求める。例えば、荷物１の座標系における上面と底面の平面方程式は、それぞれ数式（４）のように表される。また、厚みＴを有する基準尺２が配置される場合、平面方程式は数式（５）のように表される。尚、基準尺２が用紙等の非常に薄い素材から成る場合には、Ｔ＝０として扱うこともできるが、ここでは、基準尺２の厚みＴは分かっているものとして説明する。
【数４】
2010008352.tif 000006
【数５】
2010008352.tif 000007
【００４７】
数式（５）をカメラ座標系Ｘｃに変化すると、数式（６）のように表される。但し、ｃは回転行列Ｒの３列目のベクトルを表している。
【数６】
2010008352.tif 000008
【００４８】
そして、図６に示すように、焦点Ｆと２つのマーカ３の画像平面Ｉ上の射影点Ｑ１（ｑ１u，ｑ１ν）、Ｑ２（ｑ２u，ｑ２ν）とを結ぶ２本の直線ｌ１，ｌ２を引き、３次元空間における荷物１の上面４との交点Ｒ１，Ｒ２を求めることにより、マーカ３のそれぞれの３次元座標を得る。この場合、カメラ座標系Ｘｃでは、焦点と画像平面I上の１点を結ぶ直線の式は、数式（７）で表される。但し、ｓは未知のパラメータである。従って、２本の直線ｌ１，ｌ２の式は、以下の数式（８）のように表される。但し、ｓｑ１，ｓｑ２は未知のパラメータである。そして、この数式（８）と数式（６）に示す荷物１の上面４の平面を表す方程式ｃT（Xｃ−ｔ）＝H＋Tから３次元空間におけるマーカ３のそれぞれの３次元座標が求められる。このようにして求められたマーカ３のそれぞれの３次元座標からマーカ３間の距離ｄを求める。そして、予めＲＡＭ３７に格納されている実空間におけるマーカ３間の距離Ｄとの比率（Ｄ／ｄ）を計算することにより空間のスケールを算出する。
【数７】
2010008352.tif 000009
【数８】
2010008352.tif 000010
【００４９】
Ｓ５では、Ｓ４で得られた空間のスケール（Ｄ／ｄ）を全ての３次元座標に乗ずることにより、実空間上の寸法における荷物１の各頂点の３次元座標及び各辺の寸法を算出する。
【００５０】
Ｓ６では、Ｓ５で得られた荷物１の各辺の寸法を表示部３５に出力する。このようにして、寸法測定装置１００は、ＣＣＤカメラ２０により撮像された１つの画像から荷物１の各辺の寸法を算出することができる。これにより、寸法測定装置１００を用いれば、宅配便等の配送料金を決定するために、荷物１の各辺の寸法を測定する際、荷物１の長さ方向、幅方向、高さ方向に関して、それぞれ一方向ずつ測定する必要がなく、１つの画像から荷物１の各辺の寸法を測定することができるので、作業効率を格段に向上させることができる。尚、ここでは、図３に示すように、荷物１の上面４、正面５、側面６の３つの面を含む画像を例に説明したが、基準尺２が配置されている上面４を含む２つの面が写っている画像であれば、荷物１の頂点を６個抽出することできるので、荷物１の各辺の寸法を算出することは可能である。
【００５１】
以上の説明では、ＣＣＤカメラ２０により撮像された画像から自動的に測定対象物である荷物１の各辺の寸法を算出する流れについて示したが、図４に示す画像処理部３３によるＳ２での処理において、撮像された画像から画像処理部３３が、荷物１の頂点を抽出できなかった場合には、表示部３５に撮像された画像を表示するとともに、操作部３４から測定対象物の頂点を指定する構成を採るようにしても良い。
【００５２】
この場合、Ｓ２の処理において、画像処理部３３による荷物１の頂点の抽出ができないと判断した場合には、ＣＣＤカメラ２０により撮像された画像を表示部３５に表示する。そして、表示部３５に表示された画像から測定対象物である荷物１の頂点を測定者が、操作部３４により指定する。具体的には、例えば、画像処理部３３による荷物１の頂点の抽出ができないと判断された場合は、表示部３５に表示された画像上にポインタを表示するように設定する。そして、測定者は、ポインタをマウス（登録商標）等のポインティングデバイスにより操作し、荷物１の頂点にポインタを合わせて指定する。これにより、荷物１の頂点を示す指定信号が生成される。
【００５３】
測定者は、荷物１の各辺の寸法を算出するのに必要な数の頂点を指定し終えると、操作部３４により指定の終了を決定する。このようにして得られた画像上の荷物１の頂点を示す指定信号は、画像処理部３３へ送られる。そして、画像処理部３３は、送られた指定信号が示す画像上の点を荷物１の頂点と判断する。これにより、荷物１の頂点が抽出されたものと判断され、その後、図４に示すＳ３以降の処理を行う。尚、画像処理手段３３が、荷物１の上面４に配置される基準パターン２に備えられたマーカ２の射影点Ｑ１，Ｑ２も抽出できない場合には、操作部３４によりマーカ２の射影点Ｑ１，Ｑ２も指定できるように構成しても良い。
【００５４】
以上のような構成を備えることにより、例えば、撮像する環境の影響により画像処理部３３が、撮像された画像から荷物１の頂点を抽出できなかった場合でも、測定者が表示部３５に表示された画像から荷物１の頂点を操作部３４により指定することで、荷物１の各辺の寸法を算出することが可能になる。尚、画像処理部３３が、荷物１の頂点を抽出できた場合には、操作部３４による指定を省くように構成しても構わない。また、画像処理部３３が、荷物１の頂点を抽出できなかった場合には、その旨を表示部３５に表示したり、不図示のスピーカー等によりエラーを報知するように構成することもできる。
【００５５】
本実施形態では、各マーカ３間の距離ｄが既知のマーカ３を２つ備えた基準尺２を利用した場合を示しているが、基準尺２は、寸法が既知である四角形や三角形等のパターンを備えたものでも良い。また、パターンとして、例えば、図７に示すように、宅配便等の荷物に貼付される大きさが規定された長方形状の送り状７等を利用することも可能である。その場合には、基準尺２を配置する作業を省くこともできるので、より効率よく測定を行うことができる。
【００５６】
この場合、Ｓ２の処理において、画像処理部３３は、送り状７を抽出することになる。そして、Ｓ４の処理において、送り状７の大きさが既知であることを用いて、空間のスケールを求める。
【００５７】
また、本実施形態では、基準尺２を荷物１の上面４に配置した例について説明したが、基準尺２は荷物１の正面５、側面６、又は荷物１が載置されている平面上に配置した場合でも同様に荷物１の各辺の寸法を算出することができる。例えば、荷物１が載置されている平面上に基準尺２を配置した場合、荷物１の底面と基準尺２が配置される平面とは、ほぼ同一平面上とみなすことができるので、S４の処理において基準尺２が配置される平面の平面方程式として数式（６）に示すｃT（Xｃ−ｔ）＝T−Hを用いれば良い。
【００５８】
また、測定対象物は、荷物１のような直方体形状のものを複数積み重ねたもの或いは複数並べて配置したものであっても良い。この場合も、以上説明した方法と同様の方法により直方体形状の荷物１が複数組み合わさって構成される測定対象物の各辺の寸法を測定することが可能である。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る寸法測定装置１００ａについて説明する。図８に示すように、寸法測定装置１００ａの外観は、ハンディターミナル型のものであり、人の手で掴むことができる程度の大きさを有して形成されている。寸法測定装置１００ａは、先端部分に撮像手段として、ＣＣＤカメラ２０ａ（不図示）を搭載している。従って、測定者は、図８に示すように寸法測定装置１００ａの先端を測定対象物である荷物１の方向に向けて撮影する。
【００６０】
また、寸法測定装置１００ａの外部には、操作部３４及び表示部３５が設けられている。操作部３４には、ＣＣＤカメラ２０ａの撮像開始ボタンや所定の設定を行うための複数の操作ボタンが設けられている。また、表示部３５は、ＣＣＤカメラ２０ａで撮像した画像や寸法測定の結果等を表示するためのものであり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成されている。
【００６１】
また更に、ＣＣＤカメラ２０ａには、図８に示す荷物１の正面５に貼付されている１次元バーコード８や２次元バーコード９を読取る機能を有している。従って、荷物１の各辺の寸法を測定するための撮像とは別に、ＣＣＤカメラ２０ａは、ＣＣＤカメラ方式により、これらの１次元バーコード８或いは２次元バーコード９を読取ることができる。これにより、ＣＣＤカメラ２０の撮像機能を共有することで、ハード機能を単純化することができる。
【００６２】
１次元バーコード８や２次元バーコード９は、荷物１に関する色々な情報を含ませることが可能である。従って、ＣＣＤカメラ２０ａからバーコード８，９を読取ることにより、容易に荷物１に関する情報を把握することができるので、荷物１の管理等が行い易くなる。また、バーコード８，９から読取ったデータは、表示部３５に表示させるようにしても良い。
【００６３】
図９は、寸法測定装置１００ａの構成の一例を示しており、寸法測定装置１００ａは、ＣＣＤカメラ２０ａ、制御部３１、入出力インタフェース３２、画像処理部３３、操作部３４、表示部３５、画像メモリ３６、ＲＡＭ３７、ＲＯＭ３８等を備えている。
【００６４】
尚、上記各部の機能については、第１の実施形態と同様の機能を有するものであるので、ここでは、詳細な説明は省略する。また、荷物１の各辺の寸法を算出する処理についても第１の実施形態と同様の処理を行うものである。
【００６５】
本発明の第３の実施形態に係る寸法測定装置１００ｂは、図１０に示すように、荷物１を撮像するための撮像手段（ＣＣＤカメラ）２０及び基準パターン１０を投影する投影手段４０とを備えた複合装置５０と、該複合装置５０に接続されたコンピュータ３０から構成されている。尚、コンピュータ３０については、図１１に示すように、第１の実施形態と同様の構成から成るものであるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００６６】
投影手段４０は、測定対象物となる荷物１の面上に基準パターン１０を投影するためのレーザ光照射部（不図示）と荷物１の面上からの反射光を受光する受光部（不図示）を備えている。尚、基準パターン１０を投影する位置は、荷物１の面の延長平面上でも良い。また、本実施形態では、スポット状の基準パターン１０を投影する例を示しているが、基準パターン１０の形状は、これに限定されるものではない。
【００６７】
寸法測定装置１００ｂでは、操作部３４からを入力された操作に基づいて、制御部３１から投影手段４０に対して基準パターン１０を投影するための制御信号が送られる。これにより、図１０に示すように、投影手段４０は、荷物１の面上に基準パターン１０を投影する。尚、予め投影手段４０が、基準パターン１０を投影しておき、測定者が荷物１を移動させることにより、荷物１の面上に基準パターン１０が投影されるようにしても良い。
【００６８】
投影手段４０が基準パターン１０を投影する角度θは、予め操作部３４で設定することができるので、図１０に示す角度θは既知である。そして、投影手段４０から荷物１の上面４に投影された基準パターン１０までの距離Ａ，Ｂは、レーザ光照射部から投影された基準パターン１０の荷物１からの反射光を受光部で受光するまでの時間からそれぞれ計測することができる。従って、基準パターン１０間の距離Ｄ１は、数式（９）から求めることができる。このようにして、得られた距離Ｄ１は、ＲＡＭ３７に格納され、荷物１の各辺の寸法を算出する際に利用される。尚、図１０では、基準パターン１０を上面４に対して、斜めから投影する場合を示しているが、投影手段４０を上面４と平行になるように設置した場合には、距離Ａ，Ｂは等しいものとして扱うことができる。
【数９】
2010008352.tif 000011
【００６９】
以下、寸法測定装置１００ｂを用いて、荷物１の各辺の寸法を測定する寸法測定方法について説明するが、第１の実施形態と重複する処理については、詳細な説明は省略する。
【００７０】
まず、測定者は、荷物１の各辺の寸法を算出するために、ＣＣＤカメラ２０により荷物１及び基準パターン１０の全体が収まり、且つ、荷物１の少なくとも２つの面が写る方向から撮像することにより、図１２に示すような画像が得られる。得られた画像は、入出力インタフェース３２を介して、画像処理部３３に出力される。そして、画像処理部３３では、第１の実施形態と同様に画像から荷物１の頂点及び基準パターン１０を抽出する。
【００７１】
抽出された荷物１の頂点の２次元座標を基に寸法算出手段３１ａでは、荷物１の３次元位置・姿勢及び寸法等のパラメータを算出する。そして、寸法算出手段３１ａは、荷物１の頂点の３次元座標から、荷物１の各面の方程式を求める。投影手段４０の基準パターン１０を用いた場合は、基準パターン１０の厚みを考慮する必要はないので、荷物１の上面４の平面方程式である数式（６）のTを０としたｃT（Xｃ−ｔ）＝Hを用いる。
【００７２】
そして、図１２に示すＣＣＤカメラ２０の焦点Ｆと２つの基準パターン１０の画像平面Ｉ上の射影点とを結ぶ２本の直線を引き、３次元空間における荷物１の上面４との交点を求めることにより、基準パターン１０のそれぞれの３次元座標を得ることができる。このようにして得られた基準パターン１０のそれぞれの３次元座標から基準パターン１０間の距離ｄ１を求める。そして、予めＲＡＭ３７に格納されている実際の基準パターン１０間の距離Ｄ１との比率（Ｄ１／ｄ１）を計算することにより空間のスケールを算出する。
【００７３】
そして、得られた空間のスケール（Ｄ１／ｄ１）を全ての３次元座標に乗ずることにより、実空間上の寸法における荷物１の各頂点の３次元座標及び各辺の寸法を算出し、その結果を表示部３５に出力する。
【００７４】
尚、投影手段４０は、上記の構成に限定されるものではなく、図１３に示すように、投影手段４０（４０ａ）と、CCDカメラ２０をそれぞれ分けて設けても良く、投影手段４０を天井等に固定しておいても良い。また、図１３に示すように、投影手段４０ａが、平行にレーザ光A，Bを照射する２本のレーザポインタ４１を備えるものであれば、投影手段４０ａを荷物１の上面４に向けて照射することにより、予めレーザ光Ａ，Ｂの間隔D２が分かっている場合、その間隔D２を利用することにより、荷物１の各辺の寸法を算出することができる。従って、この場合には、受光部等を設けなくても良い。また、図１３では、平行な２本のレーザ光Ａ，Ｂが照射される場合を示しているが、レーザ光の数は、これに限定されるものでなく、夫々のレーザ光の間の距離が分かっていれば、３本以上のレーザ光を照射しても良い。
【００７５】
また、図１４に示すように、第２の実施形態に示したようなハンディターミナル型の寸法測定装置１００ｃに平行なレーザ光Ａ，Ｂを照射するレーザポインタ（不図示）を備えるように構成しても良い。この場合、寸法測定装置１００ｃの先端部に備えられるＣＣＤカメラ（不図示）の両隣に平行にレーザ光Ａ，Ｂを照射するレーザポインタ等を備えるのが好適である。これにより、ＣＣＤカメラで撮像する方向と同一の方向に対してレーザ光Ａ，Ｂを照射することができる。この場合も図１３と同様に、レーザ光Ａ，Ｂ間の距離D２を利用することにより荷物１の各辺の寸法を算出することができる。また、ここでは、上面４にレーザ光Ａ，Ｂが照射された場合を例にしているが、レーザ光Ａ，Ｂは、夫々異なる面に照射されても良い。
【００７６】
また、図１５に示すように、投影手段４０ｂとして、投影する距離に関係なく、一定の長さ寸法D３を有するライン１０ｂ等を基準パターンとして投影するものを使用することも可能である。この場合、図１５に示すように、投影手段４０ｂをライン１０ｂが投影される荷物１の上面４と平行になるように設定することにより、上面４上には投影手段４０と上面４までの距離に関係なく、一定の長さ寸法D３を有するライン１０ｂが投影されることになる。従って、ライン１０ｂが投影された上面４を含む荷物１をＣＣＤカメラ２０により撮像することにより、以上説明した方法と同様の方法により、荷物１の各辺の寸法を算出することができる。また、基準パターンとして、ライン１０ｂの代わりに、投影する距離に関係なく一定の直径を有するサークル或いは一定の長さ寸法を有するクロスライン等を投影しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る寸法測定装置の一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る寸法測定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】測定対象物の画像平面への射影を説明するための模式図である。
【図４】寸法測定装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】画像平面から測定対象物の頂点及びマーカを抽出する様子を示す模式図である。
【図６】空間スケールの求め方を説明するための模式図である。
【図７】測定対象物の画像平面への射影を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る寸法測定装置の一例を示す概略説明図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る寸法測定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る寸法測定装置の一例を示す概略説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る寸法測定装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】測定対象物の画像平面への射影を説明するための模式図である。
【図１３】平行するレーザ光を照射する投影手段を備えた寸法測定装置の一例を示す概略説明図である。
【図１４】平行するレーザ光を照射する投影手段を備えた寸法測定装置の他の一例を示す概略説明図である。
【図１５】基準パターンの例を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１                            荷物（測定対象物）
２                            基準尺
３                            マーカ
４                            上面
５                            正面
６                            側面
７                            送り状（パターン）
８                            １次元バーコード
９                            ２次元バーコード
１０、１０ａ、１０ｂ          基準パターン
２０、２０ａ                  撮像手段（ＣＣＤカメラ）
３０                          コンピュータ
３３                          画像処理部（画像処理手段）
３１ａ                        寸法算出手段
４０、４０ａ、４０ｂ          投影手段
４１                          レーザポインタ
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ    寸法測定装置
Ｉ                            画像平面
【図１】
2010008352.tif 000012
【図２】
2010008352.tif 000013
【図３】
2010008352.tif 000014
【図４】
2010008352.tif 000015
【図５】
2010008352.tif 000016
【図６】
2010008352.tif 000017
【図７】
2010008352.tif 000018
【図８】
2010008352.tif 000019
【図９】
2010008352.tif 000020
【図１０】
2010008352.tif 000021
【図１１】
2010008352.tif 000022
【図１２】
2010008352.tif 000023
【図１３】
2010008352.tif 000024
【図１４】
2010008352.tif 000025
【図１５】
2010008352.tif 000026