(57)【要約】【課題】異なる露光時間の撮像においても２次元座標の算出を精度よく行うことができる写真計測用ターゲットを提供することを目的とする。【解決手段】円形状で入射光を反射する第一領域１と、第一領域１の外周と第一領域１の直径よりも大きい円の外周とに囲まれた領域であり第一領域１の表面反射率よりも低い表面反射率の第二領域２と、第二領域２の外周側の領域であり第一領域１の表面反射率と異なりかつ第二領域２の表面反射率よりも高い表面反射率で入射光を反射する第三領域３とを備えた写真計測用ターゲットとする。【選択図】      図１
2014066538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形状で、第一の表面反射率で入射光を反射する第一領域と、
前記第一領域の外周と前記第一領域の外周円の直径よりも大きくかつ前記外周円と同一中心の円とに囲まれた領域であり、前記第一の表面反射率よりも低い第二の表面反射率で前記入射光を反射する第二領域と、
前記第二領域の外周側の領域であり、前記第一の表面反射率と異なりかつ前記第二の表面反射率よりも高い第三の表面反射率で前記入射光を反射する第三領域と、
を備えたことを特徴とする写真計測用ターゲット。
【請求項２】
前記第一領域の表面反射率は、前記第三領域の表面反射率よりも高いことを特徴とする請求項１記載の写真計測用ターゲット。
【請求項３】
前記第一領域の表面反射率は、前記第三領域の表面反射率よりも低いことを特徴とする請求項１記載の写真計測用ターゲット。
【請求項４】
計測対象物に写真計測用ターゲットを貼付する第一工程と、
第一の撮像位置において前記写真計測用ターゲットが視野に含まれるように第一の露光時間で撮像する第一の撮像条件、前記第一の撮像位置と異なる第二の撮像位置において前記写真計測用ターゲットが視野に含まれるように前記第一の露光時間で撮像する第二の撮像条件、第三の撮像位置において前記写真計測用ターゲットが視野に含まれるように前記第一の露光時間と異なる第二の露光時間で撮像する第三の撮像条件、及び前記第三の撮像位置と異なる第四の撮像位置において前記写真計測用ターゲットが視野に含まれるように前記第二の露光時間で撮像する第四の撮像条件で前記計測対象物の写真を撮像する第二工程と、
前記計測対象物の前記写真に基づいて、前記計測対象物における３次元位置を計測したい計測点の座標を算出する第三工程と、
を備えたことを特徴とする写真計測方法。
【請求項５】
前記第三工程は、
前記第一及び第二の撮像条件で撮像された第一組の写真によって定まる第一の座標系における前記写真計測用ターゲットの座標を前記第一組の写真に基づいて算出し、前記第三及び第四の撮像条件で撮像された第二組の写真によって定まる第二の座標系における前記写真計測用ターゲットの座標を前記第二組の写真に基づいて算出する工程と、
前記計測対象物における３次元位置を計測したい計測点ごとに、前記第一組の写真又は前記第二組の写真のいずれか一方の一組の写真を選択する工程と、
前記計測点ごとに、選択した一組の写真に対応する前記第一又は第二の座標系における前記計測点の座標を算出する工程とを備えた、
ことを特徴とする請求項４に記載の写真計測方法。
【請求項６】
前記第三工程は、
前記第一の座標系における前記写真計測用ターゲットの各座標と前記第二の座標系における前記写真計測用ターゲットの座標に基づいて、前記第一又は第二の座標系のいずれか一方の座標系における座標から他方の座標系における座標へと変換する変換パラメータを算出する工程をさらに備え、
前記第三工程後において、前記変換パラメータに基づいて、前記第三工程において算出した前記計測点の座標を前記第一又は第二の座標系のいずれか一方の座標系における座標に統一する第四工程を備えた、
ことを特徴とする請求項５に記載の写真計測方法。
【請求項７】
前記第三工程における一組の写真の選択は、
前記第二工程で撮像された写真上における前記計測点の周辺での輝度値に基づいて決定される、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の写真計測方法。
【請求項８】
前記第一工程において少なくとも６個以上の前記写真計測用ターゲットを貼付する、
ことを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の写真計測方法。
【請求項９】
前記写真計測用ターゲットは、請求項１ないし３のいずれか１項にかかる写真計測用ターゲットであることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１項に記載の写真計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、写真計測に用いる写真計測用ターゲット及び写真計測用ターゲットを用いた写真計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造物の３次元計測を行う手法として、写真計測技術が広く知られている（例えば、非特許文献１）。この写真計測技術によれば、高解像度のカメラを用いて多方向から計測対象物の画像を撮影し、各方向から撮影された画像に演算処理を加えることで、撮影時のカメラ位置、及び角度等の外部標定要素を算出した上で計測対象物の計測点の３次元座標を算出することができる。このような写真計測技術においては、撮影された画像上における計測点の２次元座標を精度よく検出する必要があるが、計測対象物の表面反射率は様々である等の理由から、２次元座標の算出精度が低下する場合があった。そこで、計測対象物に２次元座標を精度よく算出することができる写真計測用ターゲットを用いて写真計測を行なうことで、計測点の算出精度を向上させることができる。
【０００３】
従来の写真計測用ターゲットでは、照明光の入射角になるべく依存せずに写真計測用ターゲットの２次元座標を算出できるようにするため、入射光を乱反射させる塗料で円形状のマークを描き、その周辺部を表面反射率が低く入射光を吸収する（つや消しの黒などの）塗料が塗られた領域で囲む構成としている。このような構成により、円形状のマークとその周辺部とのコントラストを大きくできることから、円形状のマークとその周辺部との円形の境界を容易に検出することができるため、円形の境界の中心位置を写真計測用ターゲットの２次元座標とすれば写真計測用ターゲットの２次元座標の算出精度を向上させることができる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３９９４１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】（社）日本写真測量学会発行「解析写真測量  改訂版」昭和５８年発行、平成元年改訂、平成９年改訂
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような写真計測用ターゲットを用いて写真計測を行なう場合において、計測対象物の計測点に写真計測用ターゲットを貼付すれば容易に計測点の位置を算出することができるが、計測対象物の計測点として直方体の頂点位置やボルト穴の中心位置の３次元座標を計測したいときには、直方体の頂点やボルト穴に写真計測用ターゲットを貼付することができない。そのため、他の貼付可能位置に計測用ターゲットを貼付し、写真計測用ターゲットの位置から撮影時のカメラの位置、及び角度等の外部標定要素を算出した後に計測対象物の計測点の位置を算出することで、計測点から外部標定要素を算出して計測点の位置を算出する場合よりも計測精度を向上させることができる。
【０００７】
しかしながら、計測対象物の表面反射率は様々なため、カメラの撮像感度、すなわち露光時間を単一の条件で計測を行なうと撮像輝度のバラつきが大きくなり適切なコントラストで撮像されない部分が生じてしまう場合がある。その結果、計測対象物の計測点の２次元座標を精度よく算出することができず、計測精度が低下することとなる。そのため、カメラの露光時間を複数の条件にして計測対象物を撮像することが計測精度の低下に対して有効となるが、従来の写真計測用ターゲットでは、円形状のマークとその周辺部との境界のみからしか写真計測用ターゲットの中心位置を算出することができないため、異なる露光時間での撮像に対して精度よく中心位置を算出することができないという問題が生じることがあった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、異なる露光時間の撮像に対しても中心位置の算出を精度よく行うことができる写真計測用ターゲット及び異なる露光時間での撮像により計測精度を向上させることができる写真計測方法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】
【０００９】
本発明にかかる写真計測用ターゲットは、円形状で入射光を反射する第一領域と、第一領域の外周と第一領域の外周円の直径よりも大きくかつ外周円と同一中心の円とに囲まれた領域であり第一領域の表面反射率よりも低い表面反射率の第二領域と、第二領域の外周側の領域であり第一領域の表面反射率と異なりかつ第二領域の表面反射率よりも高い表面反射率で入射光を反射する第三領域とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる写真計測方法は、計測対象物に写真計測用ターゲットを貼付する第一工程と、第一の撮像位置において写真計測用ターゲットが視野に含まれるように第一の露光時間で撮像する第一の撮像条件、第一の撮像位置と異なる第二の撮像位置において写真計測用ターゲットが視野に含まれるように第一の露光時間で撮像する第二の撮像条件、第三の撮像位置において写真計測用ターゲットが視野に含まれるように第一の露光時間と異なる第二の露光時間で撮像する第三の撮像条件、及び第三の撮像位置と異なる第四の撮像位置において写真計測用ターゲットが視野に含まれるように第二の露光時間で撮像する第四の撮像条件で計測対象物の写真を撮像する第二工程と、計測対象物の写真に基づいて計測対象物における３次元位置を計測したい計測点の座標を算出する第三工程とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる写真計測用ターゲットによれば、第一領域と第二領域との境界又は第二領域と第一領域とは異なる表面反射率の第三領域との境界のいずれか一方の境界から写真計測用ターゲットの中心位置を算出することができるため、写真計測用ターゲットの中心位置を算出することができる露光時間のダイナミックレンジが広がるので、異なる露光時間の撮像に対しても写真計測用ターゲットの中心位置を精度よく算出することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる写真計測方法によれば、異なる撮像位置から第一の露光時間及び第二の露光時間で撮像を行い、第一の露光時間及び第二の露光時間で撮像された写真に基づいて計測対象物の計測点の位置である座標を算出するため、露光時間がより適切な写真から位置算出を行うことができるので、計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲットを示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲットが撮像された写真の輝度プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる写真計測方法の計測対象物を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる写真計測方法のフローチャート図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる写真計測方法の計測対象物に写真計測用ターゲットが貼付された様子を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲットと計測対象物とが撮像された写真の輝度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲットの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００を示す平面図である。
【００１５】
図１において、写真計測用ターゲット１００は、第一領域１、第二領域２、及び第三領域３から構成される。第一領域１は、円形状の領域であり、入射光を比較的高い第一の表面反射率で反射する塗料で塗装された領域である。第二領域２は、第一領域１の外周側の領域であり、第一領域１の外周と第一領域１の外周円よりも直径が大きく同一中心の円とで囲まれた領域である。また、第二領域２は、つや消しの黒等の塗料が塗装された領域であり、表面反射率が極めて低い第二の表面反射率で入射光を反射するように構成される。第三領域３は、第二領域２の外周側の領域であり、第二領域２の外周と第二領域２の外周円よりも直径が大きく同一中心の円とで囲まれた領域である。また、第三領域３は、入射光を第一の表面反射率よりも低いが第二の表面反射率よりも高い第三の表面反射率で反射する塗料で塗装された領域である。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００の作用、効果について説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかる写真計測用ターゲットが撮像された写真の輝度プロファイルを示す図である。すなわち、図２（ａ）は写真計測用ターゲット１００の構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は所定の露光時間ｔ１で写真計測用ターゲット１００を撮像した場合の図２（ａ）における一点鎖線Ｐ１Ｐ２上の撮像輝度値を示す図であり、図２（ｃ）は所定の露光時間ｔ２で写真計測用ターゲット１００を撮像した場合の図２（ａ）における一点鎖線Ｐ１Ｐ２上の撮像輝度値を示す図である。なお、一点鎖線Ｐ１Ｐ２上において写真計測用ターゲット１００以外の領域の撮像輝度値は、写真の背景部分の撮像輝度値であり、写真計測用ターゲット１００の撮像輝度値と比較して極めて小さいものとする。
【００１７】
実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００は、ＣＣＤカメラ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｃａｍｅｒａ）等のカメラ（図示せず）によって写真計測用ターゲット１００を撮像した際に、撮像された写真上においてその位置を精度よく算出することができるものである。写真上での位置の算出は、微分エッジ検出法等のエッジ抽出処理によって写真計測用ターゲット１００の第一領域１と第二領域２との境界又は第三領域３と第二領域２との境界を検出し、検出した円形状の境界からその中心を算出しその中心を写真計測用ターゲット１００の位置とすることで行うことができる。なお、円形状の境界の検出は、エッジ抽出処理により境界上の点を複数検出し、検出された点に対して最小二乗法による回帰演算を行うことで、回帰円を算出することで可能である。ここで、精度よく写真計測用ターゲット１００の位置を算出するには、いずれかの境界を正確に抽出することが重要である。
【００１８】
エッジ抽出処理には、公知技術である微分エッジ検出（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｅｄｇｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）法を用いることにより、サブピクセルレベルの位置検出が可能である。ただし、エッジ部分の輝度勾配がガウシアン分布であることを前提とし、勾配方向の２次導関数のゼロ交差を検出するため、カメラの露光時間が輝度勾配を正確に捉える露光時間として撮像することが必要となる。すなわち、露光時間が必要以上に長ければ、撮像輝度が飽和してしまいエッジ部分の輝度勾配を捉えることができず、逆に露光時間が短すぎてもエッジ部分の輝度差が小さくなり、これも検出精度を低下させる要因となる。このような場合、いずれかの境界を精度よく検出することができないため、写真計測用ターゲットの位置算出についても計測精度が低下してしまう。
【００１９】
図２（ｂ）において、写真計測用ターゲット１００を露光時間ｔ１の条件で撮像すると、第一の表面反射率は写真計測用ターゲット１００の他の領域に比べて比較的高いため第一領域１の撮像輝度値は大きくなり、第二の表面反射率は第一の表面反射率の値に比べて極めて低いため第二領域２の撮像輝度値は小さくなる。従って、第一領域１と第二領域２との境界における撮像輝度値の差であるコントラストが大きくなる。一方、第三の表面反射率は第二の表面反射率よりも高いため、第三領域３の撮像輝度値は第二領域２の撮像輝度値よりも大きくなるが、第三の表面反射率は第一の表面反射率よりも低いため第三領域３の撮像輝度値は第一領域１の撮像輝度値よりも小さくなる。そのため、第三領域３と第二領域２との境界におけるコントラストは第一領域１と第二領域２との境界におけるコントラストよりも小さくなる。よって、露光時間ｔ１で撮像された写真では、よりコントラストの大きい第一領域１と第二領域２との境界の検出を行い、検出された円形状の境界の中心を写真計測用ターゲット１００の位置とすることにより、写真計測用ターゲット１００の位置を精度よく算出することができる。
【００２０】
図２（ｃ）において、写真計測用ターゲット１００を露光時間ｔ１よりも長い露光時間ｔ２の条件で撮像すると、露光時間の増加により各領域における撮像輝度値が増加する。その結果、表面反射率が写真計測用ターゲット１００の他の領域に比べて比較的高い第一領域１の撮像輝度値は必要以上に大きくなってしまい飽和してしまう。一方、第三の表面反射率は第一の表面反射率よりも低いため、露光時間が増加したことにより第三領域３の撮像輝度値は大きくなるが飽和していない。また、第二の表面反射率は極めて低いため、第二領域２の撮像輝度値は露光時間ｔ２においても小さい値となる。そのため、撮像輝度値のコントラストが十分大きい第三領域３と第二領域２との境界を検出し、検出した境界の中心を写真計測用ターゲット１００の位置とすることにより、写真計測用ターゲット１００の位置を精度よく算出することができる。
【００２１】
このように本実施の形態にかかる写真計測用ターゲット１００は、異なる露光時間での撮像に対しても、第一領域１と第二領域２との境界又は第三領域３と第二領域２との境界の中から、撮像輝度値が飽和しておらずコントラストが十分に大きい境界を選択することにより、いずれかの境界を精度よく検出することができる。そして、検出された円形状の境界の中心を写真計測用ターゲット１００の位置とすることにより写真計測用ターゲット１００の位置を精度よく算出することができる。つまり、写真計測用ターゲット１００の中心位置を算出することができる露光時間のダイナミックレンジが広いため、異なる露光時間の撮像に対しても精度よく写真計測用ターゲット１００の位置を算出することができる。
【００２２】
次に、実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００を用いた写真計測方法について、図３ないし図６を用いて説明する。図３は実施の形態１にかかる写真の計測対象物１０を示す斜視図である。図４は実施の形態１にかかる写真計測方法の各工程を示すフローチャート図である。図５は実施の形態１にかかる写真計測方法を説明するための斜視図であり、計測対象物１０に写真計測用ターゲット１００が貼付された様子が示されている。図６は実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００と計測対象物とが撮像された写真の輝度プロファイルを示す図である。
【００２３】
実施の形態１にかかる写真計測方法は、異なる撮像位置から撮像した複数の写真から計測対象物における所定の計測点の３次元位置を算出することにより、計測対象物の寸法等の３次元構造を計測することができるものである。以下においては、簡易な構造である第一構造体４及び第二構造体５を備えた計測対象物１０の計測を行なう場合を例にして実施の形態１にかかる写真計測方法について説明する。
【００２４】
図３に計測対象物１０の構造を示す。図３において、計測対象物１０は、複数のボルト穴７を有するベース板６と、ベース板６上に配置された直方体形状の第一構造体４及び第二構造体５から構成される。また、第一構造体４と第二構造体５は異なる表面反射率で入射光を反射し、第一構造体４の表面反射率が第二構造体５の表面反射率よりも高いものとする。この計測対象物１０について、各ボルト穴７の相対位置や各構造体の寸法等を計測したいとすると、各ボルト穴７の３次元位置や構造体５及び構造体６の各頂点の３次元位置を計測する必要がある。そこで、ボルト穴７及び構造体５並びに構造体６の各頂点を計測点として、写真計測を行なう。
【００２５】
図４において、実施の形態１にかかる写真計測方法の工程をフローチャートで示す。当該写真計測方法は、ステップＳ１からステップＳ６までの６工程から構成される。ステップＳ１においては、計測対象物に６個の写真計測用ターゲット１００を貼付する。図５において、計測対象物１０に写真計測用ターゲット１００を貼付した様子を示す。写真計測用ターゲット１００は、計測するカメラの撮影位置及び角度を考慮して、６個の写真計測用ターゲットと各計測点すべてが撮像する写真に含まれるような位置に貼付する。
【００２６】
ステップＳ２においては、視差をつけるために互いに離れた２箇所の撮像位置から撮像するとともに、異なる露光時間ｔ１、ｔ２（ｔ１はｔ２よりも小さい露光時間とする。）の２条件で撮像を行う。すなわち、露光時間ｔ１及びｔ２それぞれに対して異なる撮像位置で２枚の写真を撮像するため、合計４枚の写真を撮像することとなる。また、撮像するにあたって各撮像位置でのカメラの撮像角度は、計測対象物上の写真計測用ターゲット１００と各計測点とがすべて視野に含まれる角度として撮像を行う。そして、撮像された写真に対して、レンズ歪補正処理を行う。ここで、簡易に計測を行なうためにカメラを固定せずに撮像することとすれば、同一の撮像位置で撮像した２枚の写真についても厳密にはその撮像位置や撮像角度は異なっている。よって、４枚のすべて異なる撮像位置及び撮像角度で撮影されたものとして扱う必要がある。また、そもそも全く異なる４つの撮像位置から撮像することとしても、写真計測用ターゲット１００と各計測対象点が視野に含まれる撮像位置であれば構わない。
【００２７】
続いて、ステップＳ２で撮像した４枚の写真に対して、同一の露光時間で撮像された２枚の写真を組として、各組の写真ごとにステップＳ３及びＳ４の処理を行う。ここでは、露光時間ｔ１で撮像された１組の写真からステップＳ３及びステップＳ４を先に行うこととするが、露光時間ｔ２で撮像された１組の写真から先に行うこととしても構わない。なお、以下においては、露光時間ｔ１で異なる撮像位置及び撮像角度で撮像された２枚の写真を「第一組の写真」と呼び、露光時間ｔ２で異なる撮像位置及び撮像角度で撮像された２枚の写真を「第二組の写真」と呼ぶ。
【００２８】
ステップＳ３においては、まず、第一組の写真の画像データから、６個の写真計測用ターゲット１００の写真上における２次元座標（以下、「写真座標」と呼ぶ。）を算出する。写真計測用ターゲット１００の写真座標は、上述したように、露光時間ｔ１で撮像された第一組の写真においてはエッジ抽出処理により第一領域１と第二領域２との境界を検出し、検出された円形状の境界の中心を写真計測用ターゲット１００の位置として求める。次に、第一組の写真上における計測対象物の計測点の写真座標をエッジ抽出処理により算出する。さらに、エッジ抽出処理を行う際に、抽出した計測点のエッジ近傍の撮像輝度値の最大値及び最小値を保存する。
【００２９】
次にステップＳ４においては、まず、露光時間ｔ１におけるモデル座標系として、例えば第一組の写真のいずれか一方の写真の投影中心を原点とし、当該原点から当該写真の投影面に垂直な線をｚ軸とし、当該原点と他方の写真の投影中心とを結ぶ線をｘ軸とする直交座標系を露光時間ｔ１のモデル座標系とする。次に、第一組の写真上に写っている写真計測用ターゲット１００の写真座標に基づいて、いわゆる相互標定によって、モデル座標系におけるそれぞれの写真を撮像した際のカメラの位置と角度の相対関係である相対的な外部標定要素を算出する。なお、相対的な外部標定要素の算出は、２枚の写真上に写っている６個の写真計測用ターゲット１００が同一であること、すなわちモデル座標系における３次元座標（以下、「モデル座標」と呼ぶ。）が同一であることを条件にして計算を行えばよい。そして、算出した外部標定要素と写真計測用ターゲット１００の写真座標に基づいて、当該モデル座標系における６個の写真計測用ターゲット１００のモデル座標を算出する。
【００３０】
同様にして、第二組の写真についてもステップＳ３及びＳ４を繰り返し行うことで、第二組の写真からも露光時間ｔ２におけるモデル座標系を設定し、露光時間ｔ２におけるモデル座標系における６個の写真計測用ターゲット１００のモデル座標を算出する。
【００３１】
ステップＳ５においては、ステップＳ４で算出した露光時間ｔ１及びｔ２における写真計測用ターゲット１００のそれぞれのモデル座標に対して接続標定を行うことにより、任意の点についての露光時間ｔ２におけるモデル座標系上の座標を露光時間ｔ１におけるモデル座標系における座標に変換する変換パラメータ（並進、傾き、縮尺比）を算出する。
【００３２】
ステップＳ６においては、露光時間ｔ１のモデル座標系又は露光時間ｔ２のモデル座標系のいずれかのモデル座標系を計測対象物１０の計測点ごとに選択し、選択したモデル座標系における計測対象物１０の計測点のモデル座標を算出する。モデル座標系の選択は、ステップＳ３において保存した各計測点の近傍における撮像輝度値の最大値及び最小値に基づいて行う。具体的には、露光時間ｔ１で撮影された写真と露光時間ｔ２で撮像された写真とを比較し、撮像輝度値の最大値が飽和しておらず、撮像輝度値の最大値と最小値の差であるコントラストがより大きい露光時間を選定し、その露光時間のモデル座標系を選択する。そして、選択したモデル座標系における計測点のモデル座標を算出する。これを各計測点に対して繰り返し行い、すべての計測点について露光時間ｔ１又はｔ２のいずれか一方のモデル座標系におけるモデル座標を算出する。その後、各計測点のうち露光時間ｔ２におけるモデル座標系におけるモデル座標を算出したものについては、ステップＳ５において算出した変換パラメータを用いて、露光時間ｔ２のモデル座標系におけるモデル座標を露光時間ｔ１のモデル座標系におけるモデル座標に変換することで座標系を統一する。
【００３３】
以下、ステップＳ６について、図６を用いて簡易な場合を例にして説明する。図６（ａ）は写真計測用ターゲット１００と第一構造体４及び第二構造体５の構成を示す平面図である。図６（ｂ）は所定の露光時間ｔ１で写真計測用ターゲット１００と第一構造体４及び第二構造体５とを撮像した場合の図６（ａ）における一点鎖線Ｐ１Ｐ２上又はＰ３Ｐ４上の撮像輝度値を示す図である。さらに、図６（ｃ）は所定の露光時間ｔ２で写真計測用ターゲット１００と第一構造体４及び第二構造体５とを撮像した場合の図６（ａ）における一点鎖線Ｐ１Ｐ２上又はＰ３Ｐ４上の撮像輝度値を示す図である。
【００３４】
ここでは、第一構造体４と第二構造体５との図６（ａ）における下側の各頂点の座標を算出したいものとする。すなわち、この各頂点が計測対象物の計測点となる。なお、ステップＳ５までは、上述の通りにすでに行ったものとする。なお、一点鎖線Ｐ１Ｐ２上及びＰ３Ｐ４上において写真計測用ターゲット１００又は各構造体以外の領域の撮像輝度値は、写真の背景部分の撮像輝度値であり、写真計測用ターゲット１００及び各構造体の撮像輝度値と比較して極めて小さいものとする。
【００３５】
まず、第一構造体４の頂点のモデル座標の算出について説明する。図６において、第一構造体４の頂点の近傍では、露光時間ｔ２で撮像した場合には撮像輝度値の最大値が飽和輝度レベルに達しており飽和しているが、露光時間ｔ１で撮像した場合には撮像輝度値の最大値が飽和せずコントラストが大きくなっている。そのため、ステップＳ３での計測対象物１０の計測点の写真座標の算出において第二組の写真それぞれに対して行ったエッジ抽出処理は、計測点である第一構造体４の頂点近傍の撮像輝度値が飽和しているため、輝度勾配を正確にとらえることができず、検出精度が低下している。一方、露光時間ｔ１で撮像した場合には飽和することなく撮像輝度値のコントラストが大きいため、ステップＳ３で算出した第一組の写真における第二構造体５の頂点の写真座標については誤差がより小さく検出精度が高い。よって、第一構造体４の頂点については、露光時間ｔ１で撮像された第一組の写真における第一構造体４の写真座標と外部標定要素に基づいて、露光時間ｔ１のモデル座標系におけるモデル座標を算出する。
【００３６】
次に、第二構造体５の頂点のモデル座標の算出について説明する。図６において、第二構造体５の表面反射率は第一構造体４の表面反射率よりも低いため、第二構造体５の頂点の近傍では、露光時間ｔ１及びｔ２で撮像したいずれの場合においても撮像輝度値の最大値が飽和輝度レベルに達しておらず飽和していない。しかし、露光時間ｔ１で撮像した場合には撮像輝度値のコントラストが小さいため、ステップＳ３での計測対象物１０の計測点の写真座標の算出において第一組の写真それぞれに対して行ったエッジ抽出処理の検出精度が低下していると予想される。その結果、第一組の写真における第二構造体５の頂点の写真座標は誤差を大きく含むものとなっている。一方、露光時間ｔ２で撮像した場合には露光時間ｔ１で撮像した場合よりも撮像輝度値のコントラストが大きいため、第二組の写真における第二構造体５の頂点の写真座標については誤差がより小さく検出精度が高い。よって、露光時間ｔ２で撮像された第二組の写真における第二構造体５の写真座標と外部標定要素に基づいて、露光時間ｔ２におけるモデル座標系におけるモデル座標を算出する。そして、ステップＳ５において算出した変換パラメータを用いて、第二構造体５の頂点の露光時間ｔ２のモデル座標系におけるモデル座標を露光時間ｔ１のモデル座標系におけるモデル座標に変換する。
【００３７】
以上の工程により、第一構造体４及び第二構造体５のいずれの頂点についても、同一のモデル座標系における座標を算出することができる。その結果、第一構造体４又は第二構造体５それぞれの寸法や形状のみならず、第一構造体４と第二構造体５との相対的な位置関係等も算出することができる。
【００３８】
実施の形態１にかかる写真計測方法では、以上のように、異なる露光時間で撮像を行い、露光時間ごとにモデル座標系を設定するとともに一のモデル座標系から他のモデル座標系への変換パラメータを算出する。そして、計測点ごとに最適な露光時間でのモデル座標系におけるモデル座標を算出した上で、変換パラメータを用いてモデル座標系を統一することで計測点の位置を算出する。その結果、表面反射率が異なる構造体を備える計測対象部１０に対しても、計測点ごとに異なる露光時間で撮像したいずれかの写真を選択して位置の算出を行うことができるため、計測点の位置を精度よく算出することができる。
【００３９】
また、実施の形態１にかかる写真計測方法では、実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００を用いることで、異なる露光時間で撮像された写真においても精度よく写真計測用ターゲット１００の写真座標を算出することができ、誤差の少ない写真座標から外部標定要素を算出し計測点の位置を算出することとなるため、計測精度を向上させることができる。
【００４０】
なお、第一の表面反射率及び第三の表面反射率は、写真計測を行なう計測対象物の表面反射率に基づいて決定し、露光時間ｔ１及びｔ２は写真計測用ターゲットの各表面反射率を基準に決定するとよい。例えば、上述の実施の形態１において、写真計測用ターゲット１００の第一の表面反射率は計測対象物１０の第一構造体４が入射光を反射する表面反射率と同程度とし、第三の表面反射率は第二構造体５が入射光を反射する表面反射率と同程度とする。一方、第二の表面反射率は、他の領域とのコントストが大きくなるように、極力低い表面反射率となるように決定する。そして、表面反射率を決定した写真計測用ターゲット１００を撮像し、各領域の撮像輝度値が飽和せず、かつ、第一領域１と第二領域２との境界又は第三領域３と第二領域２との境界のコントラストが大きくなる２つの露光時間を露光時間ｔ１及びｔ２として定める。
【００４１】
このようにして各パラメータを決定することで、露光時間ｔ１及びｔ２のいずれの写真においても写真計測用ターゲット１００及び計測対象物の計測点の写真座標を精度よく算出することができ、計測精度を向上させることができる。
【００４２】
なお、実施の形態１にかかる写真計測方法では、ステップＳ３及びＳ４の工程を露光時間ｔ１及びｔ２で撮像した写真ごとに繰り返し行うこととしたが、一度のステップＳ３で露光時間ｔ１及びｔ２で撮像したすべての写真について写真計測用ターゲット１００及び計測対象物１０の計測点の写真座標の算出を行い、一度のステップＳ４で露光時間ｔ１及びｔ２のそれぞれの座標系における写真計測用ターゲット１００のモデル座標の算出を行うこととしてもよい。
【００４３】
また、実施の形態１にかかる写真計測方法では、ステップＳ５において露光時間ｔ２の座標系の座標から露光時間ｔ１の座標系の座標への変換パラメータを算出することとしたが、露光時間ｔ１の座標系の座標から露光時間ｔ２の座標系の座標への変換パラメータを算出することとしてもよい。かかる場合、ステップＳ６において、露光時間ｔ１のモデル座標系における座標を算出した計測点について、変換パラメータを用いて、露光時間ｔ２の座標系における座標を算出し、座標系を統一することとすればよい。なお、変換パラメータの算出はステップＳ６の以前に行うこととしているが、ステップＳ６において座標系を統一する以前に変換パラメータを算出しておけばよいため、ステップＳ６において各計測点のいずれかのモデル座標系におけるモデル座標を算出した後に変換パラメータを算出することとしてもよい。
【００４４】
また、実施の形態１にかかる写真計測方法では６個の写真計測用ターゲットを用いることしたが、本発明は６個以上の写真計測用ターゲットであればよくこれに限定されものではない。なお、計測対象物上において所定の位置を基準点として、当該基準点から相対的な外部標定要素を算出することで計測点の座標を算出する場合等には、写真計測用ターゲットを少なくとも１個以上であって６個以下としてもよい。ただし、外部標定要素を算出するための基準点は、その位置を精度よく算出することが求められるため、精度よく位置を算出することができる写真計測用ターゲットの位置を基準点として外部標定要素を算出することで、写真計測全体の計測精度を向上させることができるのは言うまでもない。
【００４５】
また、実施の形態１にかかる写真計測方法では異なる露光時間ｔ１及びｔ２で撮像を行うことしたが、本発明はこれに限定されものではなく、露光時間ｔ１、ｔ２、及びｔ３等の異なる３つ以上の露光時間で撮像することとしてもよい。かかる場合には、露光時間の数に対応して、写真計測用ターゲットの領域を増やすことで計測精度をより効果的に向上させることができる。例えば、第三領域３の外周側に異なる表面反射率の第四領域や第五領域を設けることで第四領域と第五領域との新たな境界を形成することとし、新たに追加した露光時間ｔ３でその境界を精度よく算出できるように第四領域及び第五領域の表面反射率又は露光時間ｔ３を調整すればよい。
【００４６】
実施の形態２．
なお、実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００では、写真計測用ターゲット１００の第一の表面反射率は第三の表面反射率よりも高いものとしたが、表面反射率の設定を逆として、第一の表面反射率は第三の表面反射率よりも低いものとしてもよい。かかる場合、露光時間ｔ１で撮像された写真からは第一領域１と第二領域２との境界を検出し、露光時間ｔ２で撮像された写真からは第三領域３と第二領域２との境界を検出することとすれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
ただし、撮像した画像から写真計測用ターゲット１００の写真座標を算出するにあったては、あらかじめ写真計測用ターゲット１００が画像上のどの辺りに写っているのか探索する必要がある。その際、第一の表面反射率を第三の表面反射率よりも高いものとした実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００であれば、いずれの露光時間においても第一領域１の撮像輝度値は他の領域よりも高い値となるので、画像を２値化することにより第二領域２に囲まれた一定の大きさの第一領域１を孤立点として容易に探索することができる。この点においては、実施の形態２では第一の表面反射率が第三の表面反射率よりも低いため、露光時間によっては第一領域１を２値化した画像から探索することが困難となる場合があり、実施の形態１と同様の作用効果が得られるものではない。
【００４８】
実施の形態３．
なお、実施の形態１にかかる写真計測用ターゲット１００では、第三領域３の外周を他の領域と同心円の形状としたが、第二領域２と第三領域３と境界を明瞭に識別することができればよく、第三領域３の外形は任意の形状でよい。
【００４９】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  第一領域
２  第二領域
３  第三領域
４  第一構造体
５  第二構造体
６  ベース板
７  ボルト穴
１０  計測対象物
１００  計測用ターゲット
【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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