(57)【要約】【課題】人手による作業を極力排除し、非接触で高速かつ高精度に大型高温物体の三次元計測を行うことを可能にする。【解決手段】計測対象物を撮像して近赤外画像およびカラー画像を得るマルチスペクトルカメラ１と、このマルチスペクトルカメラ１により複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出手段１１と、この輪郭抽出手段１１によりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定手段１２とを有し、マルチスペクトルカメラ１により撮像され、輪郭抽出手段１１により近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について、輪郭推定手段１２により確信度が算出され、複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭が推定される。【選択図】  図２
2006153654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物を撮像して近赤外画像およびカラー画像を得る撮像手段と、
この撮像手段により複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から前記計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出手段と、
この輪郭抽出手段によりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して前記複数の視点からそれぞれ見た前記計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定手段と
を有する三次元計測装置。
【請求項２】
前記輪郭推定手段により推定された前記複数の視点からそれぞれ見た前記計測対象物の真の輪郭から計測点の三次元空間座標を算出する計測点座標算出手段を有する請求項１記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記輪郭推定手段により推定された前記複数の視点からそれぞれ見た前記計測対象物の真の輪郭に基づいて前記計測対象物の物理量を算出する手段を有する請求項１または２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記計測点座標算出手段により算出された前記計測点の三次元空間座標に基づいて前記計測対象物の物理量を算出する手段を有する請求項２または３に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
前記物理量は、前記計測対象物の三次元空間座標、寸法または形状である請求項３または４に記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記寸法は、前記計測対象物の長さ、幅、断面形状、軸の偏芯または曲がりの寸法である請求項５記載の三次元計測装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、可視光から近赤外までの感光範囲を有するマルチスペクトルカメラにより撮像するものである請求項１から６のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項８】
前記輪郭抽出手段は、ハフ変換により前記輪郭を構成する各線分を抽出するものである請求項１から７のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項９】
前記撮像手段により撮像され得られた近赤外画像の強度値変化とカラー画像の強度値変化とを比較することにより前記計測対象物の温度を算出し、この算出した温度により前記計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化を補正する形状補正手段を有する請求項１から８のいずれかに記載の三次元計測装置。
【請求項１０】
コンピュータを、
計測対象物を撮像して近赤外画像およびカラー画像を得る撮像手段により複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から前記計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出手段と、
この輪郭抽出手段によりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して前記複数の視点からそれぞれ見た前記計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定手段と
して機能させるための三次元計測プログラム。
【請求項１１】
計測対象物を複数の視点からそれぞれ撮像して近赤外画像およびカラー画像を得る撮像ステップと、
この撮像ステップにより複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から前記計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出ステップと、
この輪郭抽出ステップによりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して前記複数の視点からそれぞれ見た前記計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定ステップと
を含む三次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の輪郭、三次元空間座標、寸法または形状を非接触で計測する三次元計測装置、三次元計測プログラムおよび三次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラント、船舶や鉄鋼製造等の主要設備の心臓部に使用される大型鍛鋼品は、大型自由鍛造プレスを用い、最終機械加工寸法に所定の鍛造余肉を付加した寸法で成形される。したがって、鍛造成形時には、鍛造品の長さ、幅、断面形状、軸の偏芯や曲がりなどの寸法の計測が必要である。しかしながら、このときの鍛造品の温度は、鍛造成形に必要な６００℃〜１２００℃程度の高温状態であるため、正確に各寸法を計測することには困難が伴う。
【０００３】
このような計測では、通常、作業員が計測対象物の大体の寸法を目視した後、測定が必要と思われる部位を接触式の専用工具を用いて測定している。測定されたデータはオフラインで計算され、必要な断面形状や偏芯などが求められる。しかし、人手による接触式の専用工具を用いた計測では、計測精度が低いうえ、一回の計測で限られた点の計測しかできないので、計測に時間がかかる。また、高温物体に作業員が近付かないといけないので、計測条件が悪く、安全面も良くない。
【０００４】
そこで、大型、高温物体の計測のために、非接触式のレーザ光投影計測に基づく方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。しかし、レーザ光投影による計測方法では、１回の計測で、投影された１ポイントもしくは１スライドしか計測できないので、大型物体の全体の計測には、時間がかかる。また、計測物体の横方向と縦方向の寸法を同時に計測するためには、複雑なレーザ投光制御装置が必要となり、計測精度を確保することが困難である。
【０００５】
また、非接触式の三次元計測方法として、画像計測がある。画像計測は、複数台のカメラを用いて、計測対象物の２枚以上の写真を撮像し、三角測量などの原理により、コンピュータ上で計測点の三次元座標を算出する方法である。しかし、大型高温物体の場合、物体周辺の空気が高温の影響を受けて光を歪ませるので、写真画像から物体の輪郭や特定の計測点を取得することが困難である。この悪影響は計測対象物が大型であればあるほど顕著に表れ、一般的な三次元画像計測方法は計測精度が低い。
【０００６】
また、画像計測では、計測の精度を向上するために計測対象物にターゲットを設け、カメラによりターゲットの位置を撮像し、撮像画像におけるターゲットの位置を解析することにより、三次元座標を算出する方法がある（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、鍛造成形品などの製造中の高温物体にターゲットを設けることは困難であり、この方法は高温物体へ対応することができない。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−３０１５０７号公報（段落０００４，０００５、図１０，１１）
【特許文献２】特開２００３−２０７３２１号公報
【特許文献３】特開平８−２５４４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、人手による作業を極力排除し、非接触で高速かつ高精度に大型高温物体の三次元計測を行うことが可能な三次元計測装置、三次元計測プログラムおよび三次元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】
本発明の三次元計測装置は、計測対象物を撮像して近赤外画像およびカラー画像を得る撮像手段と、この撮像手段により複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出手段と、この輪郭抽出手段によりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定手段とを有するものである。
【００１０】
また、本発明の三次元計測方法は、計測対象物を複数の視点からそれぞれ撮像して近赤外画像およびカラー画像を得る撮像ステップと、この撮像ステップにより複数の視点からそれぞれ撮像され得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出する輪郭抽出ステップと、この輪郭抽出ステップによりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭を推定する輪郭推定ステップとを含む。
【００１１】
本発明の三次元計測装置および三次元計測方法では、計測対象物を複数の視点からそれぞれ撮像して、物体の色や環境光色の影響を受けにくく、物体の温度変化が反映される近赤外画像と、物体の形状が反映されるカラー画像とを得て、これらの近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度が算出され、複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭が推定される。すなわち、物体の色や環境光色の影響を受けることなく、また、物体の温度変化が反映される近赤外画像と物体の温度変化の影響を受けにくいカラー画像とから物体の温度変化の悪影響を軽減した真の輪郭が推定される。
【００１２】
また、本発明の三次元計測装置は、輪郭推定手段により推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭から計測点の三次元空間座標を算出する計測点座標算出手段を有するものとすることができる。また、これに関連して、本発明の三次元計測方法の場合、輪郭推定ステップにより推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭から計測点の三次元空間座標を算出する計測点座標算出ステップを含む。これにより、物体の色や環境光色の影響を受けることなく、物体の温度変化の悪影響を軽減して推定した真の輪郭から計測点の三次元空間座標が高精度に得られる。
【００１３】
また、本発明の三次元計測装置は、輪郭推定手段により推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭に基づいて計測対象物の物理量を算出する手段を有するものとすることができる。また、これに関連して、本発明の三次元計測方法の場合、輪郭推定ステップにより推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭に基づいて計測対象物の物理量を算出するステップを含む。これにより、物体の色や環境光色の影響を受けることなく、物体の温度変化の悪影響を軽減して推定した真の輪郭から計測対象物の物理量が高精度に得られる。なお、ここで得られる物理量は、例えば、計測対象物の三次元空間座標、寸法や形状等である。また、寸法は、例えば、計測対象物の長さ、幅、断面形状、軸の偏芯や曲がり等の寸法である。
【００１４】
ここで、本発明の三次元計測装置に係る撮像手段は、可視光から近赤外までの感光範囲を有するマルチスペクトルカメラにより撮像するものであることが望ましい。これに関連して、本発明の三次元計測方法に係る撮像ステップは、可視光から近赤外までの感光範囲を有するマルチスペクトルカメラにより撮像することが望ましい。マルチスペクトルカメラにより計測対象物を撮像することで、計測対象物の形状、色分布およびおおよその温度分布のイメージを同時に撮像することができる。
【００１５】
また、本発明の三次元計測装置に係る輪郭抽出手段は、ハフ変換により輪郭を構成する各線分を抽出するものであることが望ましい。また、これに関連して、本発明の三次元計測方法に係る輪郭抽出ステップは、ハフ変換により輪郭を構成する各線分を抽出することが望ましい。近赤外画像およびカラー画像から計測対象物の輪郭を抽出する際、輪郭線の凹凸をなくすためにフィルタ処理すると輪郭線自体の形状が変化してしまうが、輪郭に接する線分が通る点を原点にしたハフ変換を行って輪郭を構成する各線分を抽出することで、より高精度な輪郭を抽出することができる。
【００１６】
また、本発明の三次元計測装置は、撮像手段により撮像され得られた近赤外画像の強度値変化とカラー画像の強度値変化とを比較することにより計測対象物の温度を算出し、この算出した温度により計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化を補正する形状補正手段を有することが望ましい。また、これに関連して、本発明の三次元計測方法の場合は、撮像ステップにより撮像され得られた近赤外画像の強度値変化とカラー画像の強度値変化とを比較することにより計測対象物の温度を算出し、この算出した温度により計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化を補正する形状補正ステップを含むことが望ましい。これにより、計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化の影響を排除したより高精度な輪郭が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
（１）計測対象物を複数の視点からそれぞれ撮像して近赤外画像およびカラー画像を得て、得られた計測対象物の近赤外画像およびカラー画像から計測対象物の輪郭をそれぞれ抽出し、抽出された輪郭の各点について確信度を算出して複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭を推定する構成により、物体の色や環境光色の影響を受けることなく、物体の温度変化の悪影響を軽減した真の輪郭が推定され、計測精度の高い計測対象物の輪郭を得ることが可能となる。また、１回の撮像で計測対象物の広い範囲の近赤外画像およびカラー画像を得ることができるので、レーザ光投影による計測方法と比較して高速である。
【００１８】
（２）推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭から計測点の三次元空間座標を算出する構成によって、より高精度な計測点の三次元空間座標が得られる。この得られた計測点の三次元空間座標を用いることで、より高精度な計測対象物の物理量を算出することが可能となる。
【００１９】
（３）推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物の真の輪郭に基づいて計測対象物の物理量を算出する構成によって、より高精度な計測対象物の三次元空間座標、寸法や形状等の物理量、さらに寸法に関しては計測対象物の長さ、幅、断面形状、軸の偏芯や曲がり等の寸法が得られる。
【００２０】
（４）計測対象物を可視光から近赤外までの感光範囲を有するマルチスペクトルカメラにより撮像する構成によって、計測対象物の形状、色分布およびおおよその温度分布のイメージを同時に撮像することができる。これにより、近赤外画像およびカラー画像を得るためにそれぞれ異なるカメラを使用する必要がなく、このマルチスペクトルカメラのみで計測対象物の計測を行うことが可能となる。
【００２１】
（５）ハフ変換により輪郭を構成する各線分を抽出する構成によって、より高精度な輪郭を抽出することができる。また、この高精度な輪郭を元に、より高精度な計測点の三次元空間座標や、計測対象物の物理量等を算出することが可能となる。
【００２２】
（６）撮像され得られた近赤外画像の強度値変化とカラー画像の強度値変化とを比較することにより計測対象物の温度を算出し、この算出した温度により計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化を補正する構成によって、計測対象物の熱膨張による輪郭の形状変化の影響を排除したより高精度な輪郭が得られる。また、この高精度な輪郭を元に、より高精度な計測点の三次元空間座標や、計測対象物の物理量等を算出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図、図２は図１の三次元計測装置の詳細な構成を示すブロック図である。なお、以下の説明においては、温度が６００〜１２００℃、長さ１０ｍ、直径３ｍ程度の鍛造物を計測対象物Ａとした場合の例を示す。
【００２４】
図１において、本発明の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置は、計測対象物Ａを撮像する撮像手段としてのマルチスペクトルカメラ１と、このマルチスペクトルカメラ１により撮像した画像データを処理するコンピュータ２と、マルチスペクトルカメラ１により撮像した画像データをコンピュータ２へ伝送するデータ伝送ケーブル３とから構成される。
【００２５】
マルチスペクトルカメラ１は、計測対象物Ａから離れたところに設置される。マルチスペクトルカメラ１は、可視光から近赤外までの感光範囲を有し、非接触で計測対象物Ａを撮像して近赤外画像およびカラー画像を得るものである。マルチスペクトルカメラ１により撮像された近赤外画像およびカラー画像の各画像データは、随時データ伝送ケーブル３を介してコンピュータ２へ伝送される。
【００２６】
コンピュータ２は、図示しない三次元計測プログラムの実行により、図２に示すように、マルチスペクトルカメラ１から伝送された近赤外画像およびカラー画像の各画像データを記憶する記憶手段１０と、記憶手段１０から近赤外画像およびカラー画像を取得して計測対象物Ａの輪郭を抽出する輪郭抽出手段１１と、輪郭抽出手段１１により抽出された輪郭から計測対象物Ａの真の輪郭を推定する輪郭推定手段１２として機能する。
【００２７】
また、コンピュータ２は、前述の三次元計測プログラムの実行により、記憶手段１０から近赤外画像およびカラー画像を取得して計測対象物Ａの温度を算出し、この算出した温度により計測対象物Ａの熱膨張による輪郭の形状変化を補正する形状補正手段１３と、輪郭推定手段１２により推定された真の輪郭から計測点の三次元座標を算出する計測点座標算出手段１４と、輪郭推定手段１２により推定された真の輪郭に基づいて計測対象物Ａの物理量を算出する物理量算出手段１５と、輪郭推定手段１２、計測点座標算出手段１４および物理量算出手段１５による処理結果を出力する出力手段１６として機能する。
【００２８】
記憶手段１０は、マルチスペクトルカメラ１により撮像され、データ伝送ケーブル３により伝送されたそれぞれ複数の近赤外画像およびカラー画像を記憶するものである。なお、本実施形態においては、マルチスペクトルカメラ１は固定して、計測対象物Ａを回転させることにより、計測対象物Ａを複数の視点から撮像するが、このとき記憶手段１０には同時に撮像された近赤外画像とカラー画像とが関連付けられて記憶される。
【００２９】
輪郭抽出手段１１は、マルチスペクトルカメラ１により複数の視点からそれぞれ撮像され、記憶手段１０に記憶された近赤外画像およびカラー画像を取得して、計測対象物Ａの輪郭をそれぞれ抽出する。輪郭推定手段１２は、輪郭抽出手段１１によりそれぞれ近赤外画像およびカラー画像から抽出された輪郭の各点について確信度を算出して複数の視点からそれぞれ見た計測対象物Ａの真の輪郭を推定する。輪郭抽出手段１１および輪郭推定手段１２による処理の詳細については後述する。
【００３０】
形状補正手段１３は、マルチスペクトルカメラ１により撮像され、記憶手段１０に記憶された近赤外画像およびカラー画像を取得して、これらの近赤外画像の強度値変化とカラー画像の強度値変化とを比較することにより計測対象物Ａの温度を算出する。さらに、形状補正手段１３は、この算出した温度により計測対象物Ａの熱膨張による輪郭の形状変化を補正する。
【００３１】
計測点座標算出手段１４は、輪郭推定手段１２により推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物Ａの真の輪郭から計測点の三次元空間座標を算出する。物理量算出手段１５は、輪郭推定手段１２により推定された複数の視点からそれぞれ見た計測対象物Ａの真の輪郭に基づいて計測対象物Ａの物理量を算出する。また、物理量算出手段１５は、計測点座標算出手段１４により算出された計測点の三次元空間座標に基づいて計測対象物Ａの物理量を算出することも可能である。なお、物理量算出手段１５により算出可能な物理量は、計測対象物Ａの三次元空間座標、寸法や形状等である。また、寸法については、計測対象物Ａの長さ、幅、断面形状、軸の偏芯または曲がりの寸法を算出可能である。
【００３２】
出力手段１６は、輪郭推定手段１２、計測点座標算出手段１４および物理量算出手段１５による処理結果を、コンピュータ２のディスプレイ４、コンピュータ２に接続されたプリンタ（図示せず。）や外部記憶装置（図示せず。）等に出力する。なお、図示していないが、出力手段１６には、マルチスペクトルカメラ１により撮像され、記憶手段１０に記憶された近赤外画像およびカラー画像を出力することも可能である。
【００３３】
以下、上記構成の三次元計測装置による処理について、図３および図４のフロー図に基づいて説明する。図３は図１の三次元計測装置による処理のフロー図、図４は図２の輪郭抽出手段１１による処理のフロー図である。
【００３４】
三次元計測にあたっては、まず三次元計測装置のパラメータの初期化（図３のステップＳ１０１）を行い、計測に必要な撮像回数すなわち計測対象物Ａの回転回数を設定する。パラメータの初期化は、計測対象物Ａの概ねの寸法および所在位置により、マルチスペクトルカメラ１のズームやフォーカスを調節することである。
【００３５】
次に、計測対象物Ａの撮像（ステップＳ１０２）を行い、データ伝送ケーブル３を通じて、撮像した画像をコンピュータ２に送る（ステップＳ１０３）。コンピュータ２では、すべての角度の必要な画像を全部撮像したかどうかを判断（ステップＳ１０４）し、もしまだ完了していないのであれば、計測対象物Ａを指定角度に回転（ステップＳ１０５）させて、次の角度の画像を撮像（ステップＳ１０２）し、ステップＳ１０２とＳ１０３の操作を繰り返す。もしすべての撮像が完了したら、次の処理へ進む。
【００３６】
次に、各画像における計測対象物Ａの輪郭を抽出する（ステップＳ１０６）。この計測対象物Ａの輪郭の抽出方法のアルゴリズムが図４である。
【００３７】
まず、近赤外画像を用いて、計測対象物Ａの輪郭ＥIRを抽出する（ステップＳ２０１）。その後、注目点近傍の局所領域において抽出された輪郭ＥIRが本当の輪郭である確信度ＡIRを求める（ステップＳ２０２）。確信度ＡIRは、下記の手順により求められる。
【００３８】
（１）局所領域において最小二乗法により抽出される輪郭の近似曲線を求める。
（２）ステップＳ２０１で抽出された輪郭ＥIRと（１）で求めた近似曲線との平均偏差ｅを求める。
（３）この領域で抽出された輪郭の画素総数ＰNを計算する。
（４）次式により、確信度ＡIRを求める。
【数１】
2006153654.tif 000003
但し、ｋ1とｋ2は定数である。
【００３９】
続いて、ＡIRの大きさにより判断を行う（ステップＳ２０３）。もし、ＡIRが十分大きければ、ＥIRを本物の輪郭Ｅとする（ステップＳ２０４）。そうでなければ、カラー画像を用いて、計測対象物Ａの輪郭ＥCを抽出（ステップＳ２０５）し、ＥCが本当の輪郭である確信度ＡCを求める（ステップＳ２０６）。もし、ＡCが十分大きければ（ステップＳ２０７）、ＥCを本物の輪郭Ｅとする（ステップＳ２０８）。そうでなければ、ＥIRとＥCを総合的に考量し、計測対象物Ａの輪郭Ｅを推定する（ステップＳ２０９）。
【００４０】
なお、ＥIRとＥCを総合的に考量とは、例えば次のような基準で評価する。
Ａ＝９０％、Ｂ＝７０％、Ｃ＝５０％としたとき、
（１）ＥIR＞Ａであれば、ＥIRを正しい輪郭とする。
（２）ＥIR＞ＢかつＥC＞Ｂであれば、ＥIRを正しい輪郭とする。
（３）ＥIR＞ＢかつＥC＞Ｃであれば、ＥIRを輪郭候補とする。
（４）ＥIR＜ＣかつＥC＜Ｃであれば、ＥIRは輪郭ではないとする。
【００４１】
なお、ステップＳ１０５において計測対象物Ａを回転させる際、その空間的な位置が変化する可能性がある。この場合、各画像における計測対象物Ａの位置ずれの修正（ステップＳ１０７）が必要となる。修正は、ディスプレイ４の画面上の回転しない参照点を選んで、計測対象物Ａ上の計測点と参照点との空間的位置関係により、各画像における座標を修正する。この座標修正方法のアルゴリズムが図５である。
【００４２】
まず、計測対象物Ａの一番大きい部分を選んで、調整基準部分とする（ステップＳ３０１）。続いて、調整基準部分の一番上の部分の輪郭すなわち上部輪郭、および一番下の部分の輪郭すなわち下部輪郭を、それぞれハフ変換の方法に基づき、抽出する（ステップＳ３０２）。
【００４３】
最小二乗法を用いて、上部および下部の輪郭をそれぞれ、下記のような直線で近似する（ステップＳ３０３）。
上部輪郭を近似する直線：
【数２】
2006153654.tif 000004
下部輪郭を近似する直線：
【数３】
2006153654.tif 000005
【００４４】
次式により、調整基準部分の中心線を求める（ステップＳ３０４）。
【数４】
2006153654.tif 000006
【００４５】
各視点で撮影された画像の調整基準部分の中心線の位置の差を最小化するために、各画像に対し、平行移動や回転の操作を加える（ステップＳ３０５）。これにより各視点で撮影された画像における計測対象物Ａの傾きが調整される。
【００４６】
次に、各視点で撮影された画像における計測対象物Ａの左右の位置ずれを調整する。左右の位置ずれを調整するために、まず調整基準部分の中心線と異なる方向の輪郭を選択し、左右方向の基準輪郭とする（ステップＳ３０６）。続いて、各視点で撮影した画像の左右方向の基準輪郭の位置の差を最小化するために、各画像に対し、平行移動の操作を加える（ステップＳ３０７）。
【００４７】
図３に戻って、計測点すなわち抽出された計測対象物Ａの輪郭およびユーザによって指定された計測点の各角度の画像の座標から、計測点の三次元空間座標を計算する（ステップＳ１０８）。そして、計測対象物Ａの温度により、計測点の三次元空間座標値を補正することにより、熱膨張により生じた計測対象物Ａの寸法変化を補正する（ステップＳ１０９）。具体的には、例えば画像撮像時の計測対象物Ａの温度を近赤外画像における画素の強度により推定し、推定された温度と室温との差により、寸法補正係数を算出し、高温状態の計測寸法より常温状態の寸法を算出する。
【００４８】
そして、計測対象物Ａの各部分の中心線Ｌi（ｉ＝１、２、…）を求める（ステップＳ１１０）。具体的には、図６に示すように、例えば加工物体としての計測対象物Ａの全体的な偏芯などを計測するために、まずＬiの重み付き最小二乗法により、計測対象物Ａ全体の加工中心線Ｌを求め、Ｘ軸とする。次に、各視点から撮影された画像に基づき、該当視点方向にある計測対象物Ａの各部分の中心を求め、実際の中心線２０とする。そして、実際の中心線と加工中心線Ｌとを比較し、指定された計測点ｘの偏芯δxを求める。
【００４９】
また、断面形状測定の要求がある場合、指定された断面の形状を出力する（ステップＳ１１１）。具体的には、例えば図７に示すように、指定された計測点Ｐ（ｉ，ｊ）に対して、ステップＳ１１０で算出された中心線を法線とする平面を引き、各角度の画像の輪郭との交点をＭnとし、三次元空間上で、Ｍnをスプライン曲線で連結し、断面形状を算出し、断面図３１を出力する。
【００５０】
また、直線距離計測の要求がある場合、ユーザが計測しようとする点ｘ1およびｘ2を、コンピュータ２のディスプレイ４に表示された計測対象物Ａの画像上で、ポインティングデバイスなどで指定する。計測結果は自動的に算出され、出力される（ステップＳ１１２）。
【００５１】
また、図７に示すように、計測された断面図と設計された断面図３０との比較を行い、設計円心Ｏに対し実際の中心位置Ｏ’(計測点ＭNの最大内接円の円心)を求め、最大偏芯方向角α、最大偏芯量δ、指定方向での余肉Ｕ、最大余肉Ｕmax、最小余肉Ｕminなどを算出する。
【００５２】
すべての計測結果はコンピュータ１のディスプレイ４の画面上で表示される（ステップＳ１１３）とともに、ユーザの要求に応じて、テキストファイルや図面ファイルとして出力する（ステップＳ１１４）ことができる。
【００５３】
（実施の形態２）
図８は本発明の第２の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図である。第２実施形態においては、計測対象物Ａとしての大型物体に対して、計測精度を向上し、計測時間を短縮するために、第１実施形態における三次元計測装置に局所領域用のマルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂ，５ｃを数台増設した構成である。
【００５４】
本実施形態においては、この増設したマルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂ，５ｃにより、局所領域の細かい画像を撮像する。マルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂ，５ｃにより撮像された画像は、データ伝送ケーブル６ａ，６ｂ，６ｃにより画像データ伝送処理装置７に伝送され、データ伝送ケーブル８によりコンピュータ２まで伝送される。また、局所領域の細かい画像とマルチスペクトルカメラ１により撮像した計測対象物Ａの全体画像を用いて、計測対象物Ａの高解像度画像を合成する。
【００５５】
この画像合成は、中心線対応・特徴点合わせ手法により行う。中心線対応とは、局所領域が画像から算出された局所領域の中心線を、全体画像から算出された計測対象物の中心線の対応部分に対応させる方法である。特徴点合わせとは局所画像にあるいくつかの特徴点と全体画像にある対応する特徴点との誤差を、最小化するよう、局所画像と全体画像との位置あわせを行う方法である。
【００５６】
（実施の形態３）
図９は本発明の第３の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図である。第３実施形態においては、計測対象物Ａとしての大型物体に対して、計測精度を向上し、計測時間を短縮すると同時に、カメラの台数を削減し、設備コストを節約する。このため、第１実施形態における三次元計測装置のマルチスペクトルカメラ１に代えて、局所領域用のマルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂを数台設置した構成である。
【００５７】
本実施形態においては、マルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂにより、局所領域の細かい画像を撮像する。マルチスペクトルカメラ５ａ，５ｂにより撮像された画像は、データ伝送ケーブル６ａ，６ｂにより画像データ伝送処理装置７に伝送され、データ伝送ケーブル８によりコンピュータ２まで伝送される。また、局所領域の細かい画像を用いて、計測対象物Ａの高解像度画像を合成する。
【００５８】
この画像合成は、各局所領域の細かい画像のうち、重複して撮像された部分の位置合わせ手法により行う。高精度の合成画像を得るために、各局所領域の細かい画像を撮像する際、一定の重複領域を設ける。各重複領域の空間座標を一致させるために、各局所領域の細かい画像を回転、平行移動、拡大縮小などする操作を加え、位置を調節する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の三次元計測装置および三次元計測方法は、物体の輪郭、三次元空間座標、寸法または形状を非接触で計測する装置および方法として有用である。特に、寸法が数ｍから数十ｍに及ぶ大型物体の計測や、温度が数百℃から一千℃以上に及ぶ高温物体の計測に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図である。
【図２】図１の三次元計測装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の三次元計測装置による処理のフロー図である。
【図４】図３の輪郭抽出処理（ステップＳ１０６）の詳細を示すフロー図である。
【図５】図３の空間位置ずれ調整処理（ステップＳ１０７）の詳細を示すフロー図である。
【図６】図１の三次元計測装置による計測対象物の形状計算のイメージ図である。
【図７】図１の三次元計測装置による計測対象物の指定された断面計測のイメージ図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における大型高温物体の三次元計測装置の全体構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，５ａ，５ｂ，５ｃ  マルチスペクトルカメラ
２  コンピュータ
３，６ａ，６ｂ，６ｃ，８  データ伝送ケーブル
４  ディスプレイ
７  画像データ伝送処理装置
【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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【図９】
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