(57)【要約】      （修正有）【課題】被計測体の定性的形状情報のみで、寸法計測を可能とする。【解決手段】被計測体２００と、前記被計測体の直線部を指定する被計測部指定手段２と、前記被計測体を撮像する撮像手段１と、前記撮像手段と前記被計測体上の被計測点との距離を計測する距離計測手段４と、撮像された画像に基づいて、直線成分を検出する直線検出手段１０３０と前記直線検出手段により検出された直線と前記被計測部指定手段により指定された直線部との交点座標を特定する交点座標特定手段とを有した画像処理手段１０と前記画像処理手段により特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算手段１１０と、前記姿勢演算手段により算出した姿勢パラメータと前記距離計測手段により検出された距離とに基づいて、前記被計測直線の寸法を演算する寸法演算手段１２０とを備えている。【選択図】  図１
2006317418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測体の撮像画像に基づいて寸法計測する画像計測装置であって、
１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体と、
前記直線部を指定する基準線が設けられた被計測部指定手段と、
前記被計測部指定手段により前記直線部を指定した状態で前記被計測体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段と前記被計測体上の被計測点との距離を計測する距離計測手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基づいて、直線成分を検出する直線検出手段と前記直線検出手段により検出された直線と前記被計測部指定手段により指定された直線部との交点座標を特定する交点座標特定手段とを有した画像処理手段と、
前記画像処理手段により特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算手段と、
前記姿勢演算手段により算出した姿勢パラメータと前記距離計測手段により検出された距離とに基づいて、前記被計測直線の寸法を演算する寸法演算手段とを備えたことを特徴とする画像計測装置。
【請求項２】
２つの異なる視点から撮像された１対の撮像画像に基づいて、被計測体の寸法計測する画像計測装置であって、
１対の平行直線部と該平行直線部と直交する被計測直線部とを有する被計測体と、
前記被計測直線部を指定する基準線が設けられた被計測部指定手段と、
前記被計測部指定手段により指定された前記被計測直線部の一方の端部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段と前記被計測体上の被計測点との距離を計測する距離計測手段と、
前記撮像手段により撮像された画像に基づいて、検出された直線成分と前記被計測部指定手段により指定された被計測直線との交点座標を特定する画像処理手段と、
前記画像処理手段により特定された交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算手段と、
前記姿勢演算手段及び前記距離計測手段により算出された姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算手段と、
前記寸法演算手段により演算された交点間寸法値に基づいて、前記１対の撮像画像間の対応点を特定するマッチング処理手段を備えたことを特徴とする画像計測装置。
【請求項３】
撮像された画像に基づいて、被計測体の平面姿勢を計測する画像計測装置であって、
１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体と、
前記被計測体の計測部を撮像レンズの光軸で指示できる被計測部指定手段と、
前記被計測部指定手段により指示された前記被計測体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得された撮像画像に基づいて、前記光軸に一致させた撮像面の中心を原点として被計測体を特徴付ける交点座標を算出する画像処理手段と
前記画像処理手段により得られた交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段とを備えたことを特徴とする被計測体の平面姿勢を計測する画像計測装置。
【請求項４】
前記被計測部指定手段は、撮像画像座標系のＸ軸及びＹ軸に一致させた横及び縦基準線を備え、前記基準線により被計測直線部を指定し、前記画像座標系の原点は被計測体上を指示する指示点に対応することを特徴とする請求項１または２記載の画像計測装置。
【請求項５】
被計測部指定手段は、前記撮像面の中心に対応した位置に十字状基準線の中心が設けられたファインダーを備えていることを特徴とする請求項３記載の画像計測装置。
【請求項６】
前記被計測部指定手段は、被計測上の指示点近傍を指示する可視化レーザーを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像計測装置。
【請求項７】
前記撮像手段により撮像された画像は、２つの異なる視点のそれぞれにおいて、被計測部指定手段により前記被計測直線部の端部のそれぞれを指定して、寸法計測の始点及び終点に対応した１対の撮像画像であることを特徴とする請求項２記載の画像計測装置。
【請求項８】
前記距離計測手段の被計測点は、２つの異なる視点のそれぞれにおいて、被計測部指定手段により指定された指示点または前記被計測直線部の端部の近傍であることを特徴とする請求項２または４記載の画像計測装置。
【請求項９】
前記画像処理手段は、エッジ処理するエッジ処理手段と、
前記エッジ処理された画像から直線を検出する直線検出手段と、
前記直線検出手段により検出された直線と前記被計測指定手段により指定された被計測直線と交わる交点座標を特定する交点座標特定手段とを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像計測装置。
【請求項１０】
前記姿勢演算手段は、消失点を用いた透視射影演算方法により姿勢パラメータを演算することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像計測装置。
【請求項１１】
前記姿勢パラメータは、撮像画像座標系の被計測体を特徴付ける２個の端点座標とＸ軸またはＹ軸のいずれか一方と交わる２個の交点座標により算出されることを特徴とする請求項１０記載の画像計測装置。
【請求項１２】
平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体を被計測部指定手段により前記直線部を指定した状態で、撮像された撮像画像に基づいて被計測体の寸法を計測する画像計測方法であって、
距離計測手段により撮像手段と被計測点との距離を計測するステップと、
撮像手段により取得した画像上の直線成分を検出し、検出された直線と前記指定された直線部との交点座標を特定する交点座標特定する画像処理ステップと、
前記画像処理ステップにより特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算ステップと、
前記姿勢演算ステップ及び前記距離計測ステップにより算出した姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算ステップと、
を含むことを特徴とする画像計測方法。
【請求項１３】
平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体を被計測部指定手段により前記被計測直線部の一端を指定した状態で、２つの異なる視点から撮像した１対の撮像画像に基づいて前記被計測体の寸法を計測する画像計測方法であって、
距離計測手段により撮像手段と被計測点との距離を計測するステップと、
撮像手段により取得した撮像画像上の直線成分を検出し、検出された直線と前記指定された被計測直線との交点座標を特定する交点座標特定する画像処理ステップと、
前記画像処理ステップにより特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算ステップと、
前記姿勢演算ステップ及び前記距離計測ステップにより算出した姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算ステップと、
前記寸法演算ステップにより演算された交点間寸法値に基づいて、前記１対の撮像画像間の対応点を特定するマッチング処理ステップとを含むことを特徴とする画像計測方法。
【請求項１４】
１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体の計測部を撮像レンズの光軸で指示した状態で撮像された画像に基づいて、被計測体の平面の姿勢を計測する画像計測方法であって、
前記撮像手段により取得された撮像画像に基づいて、撮像面の中心を原点として被計測体を特徴付ける交点座標を算出する画像処理ステップと
前記画像処理ステップにより得られた交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算ステップとを含むことを特徴とする被計測体の平面の姿勢を計測する画像計測方法。
【請求項１５】
前記画像処理ステップは、エッジ処理するエッジ処理ステップと、
前記エッジ処理された画像から直線を検出する直線検出ステップと、
前記直線検出ステップにより検出された直線と前記被計測指定手段により指定された被計測直線と交わる交点座標を特定する交点座標特定ステップとを含むことを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の画像計測方法。
【請求項１６】
前記姿勢演算ステップは、消失点を用いた透視射影演算方法により姿勢パラメータを演算することを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の画像計測方法。
【請求項１７】
前記姿勢演算ステップは、撮像画像座標系の被計測体を特徴付ける２個の端点座標とＸ軸またはＹ軸のいずれか一方と交わる２個の交点により算出されることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の画像計測方法。
【請求項１８】
請求項１２から１７のいずれかに記載の画像計測方法の処理手順を制御部に実行させるための計測処理プログラム。
【請求項１９】
請求項１２から１７のいずれかに記載の画像計測方法の処理手順を制御部に実行させるための計測処理プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体・形状の寸法を撮像画像に基づいて計測する画像計測装置、画像計測方法及び計測処理プログラムが記録された記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、3次元物体形状の画像計測方法として、各種のレンジファインダー計測法やステレオ写真計測法が知られている。ステレオ画像計測は、同一の被写体を異なる２つの視点から撮像し、視点間の視差により三角測量の原理に基づいて被計測点の位置を計測する方法、例えば、特許文献１がある。
【０００３】
近年、デジタルカメラが普及し、測量分野においても手軽に利用されるようになってきている。デジタルカメラにより撮像された画像に基づいて物体形状の寸法を計測すると例として、特許文献２、３、４がある。特許文献２は、パルス変調されたレーザー光を被写体に照射し、その反射光を受光して距離を計測する測距部、方位センサ、傾斜角センサなどを備えた構成で計測点間の斜距離、水平角など通常の測量装置が有する測距装置を提案している。また、特許文献３は、予め寸法が既知の基準矩形体を被計測体とともに撮像し、一旦撮像された画像をパーソナルコンピュータに取り込み、計測したい箇所を入力指定して実寸法を得るという提案である。特許文献４は、オートフォーカス機能を用いての物体寸法計測可能とするデジタルカメラの例である。被測定点となる被写体中の２つのエッジをフォーカスエリア内に含まれるように撮像された画像に基づいて物体間の寸法を得るという提案である。
【０００４】
また、特許文献５は、単眼カメラで矩形平面に対する撮像面の姿勢パラメータの算出方法及び矩形平面上に指示した点の座標位置を検出するという提案である。実空間内における３つの姿勢パラメータは、矩形形状を特徴付ける４個直角部の点から算出できるというものである。
【特許文献１】特許２００４−１７０２７７号公報
【特許文献２】特許２００１−１２４５４４号公報
【特許文献３】特許２００４−２１２１４２号公報
【特許文献４】特開平９−１３３５１６号公報
【特許文献５】特許２００１−１４８０２５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、上記従来例には以下のような課題がある。
ステレオ写真計測法は、左右の視線方向を決める際、右画像の中に見えている点が、左画像のどこに対応しているのか、いわゆる対応点決定（マッチング処理））が非常に困難であり、対応点の決定にあいまいさが残るという問題がある。また、煩雑な計算処理をしなければならず、装置が大型化し、コストも高くなるという問題も生じる。
【０００６】
特許文献１は、ステレオ写真法の対応点付けの困難さをレーザー測距による距離データの評価関数の設定を行わなければならず、精密に３次元計測は実現できても装置が大型化し煩雑な演算を行う必要がある。
【０００７】
特許文献２は、撮像手段には姿勢センサを設ける必要があるのでコストが高くなると言う欠点がある。さらに、測定値はモニターに表示された画像上で２つの測定点を指示することによって、寸法を算出する方法であるので、小さいモニターでは指示する作業が煩わしいという問題が生じる。
【０００８】
特許文献３は、実寸法が既知の基準体を被写体とともに撮像することが必要で、危険な場所や手の届かないところの測定は不可能である。さらに、撮像した画像は一旦メディアに記録しておき、あとで撮像画像に基づいてディスプレイを見ながらコンピュータ処理する方法であるので、リアルタイムに寸法を得ることが出来ないという問題がある。
【０００９】
特許文献４は、２枚の撮像画像を取得した画像間で他の画像のフォーカスエリアに相当する領域をパターンマッチング検索することによって領域を抽出する際、被検索画像との焦点距離補正している工夫をしている。しかしながら、これら２枚の撮像画像は、同一視点撮像したことが前提になっており、実用的に耐えうる寸法精度を得ることは出来ないという問題がある。
【００１０】
特許文献５は、矩形面上の指示位置の座標を算出するために、撮像画像の矩形を特徴付ける直角部を有する４個の座標値から姿勢パラメータを算出しているので、物品形状を画像計測する時には４点全て撮像することはできないという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、計測基準体や煩雑な演算を必要とせず、被計測体の定性的形状情報のみで、演算負荷のない“その場”寸法計測を可能とする小型で安価な画像計測装置、画像計測方法、計測処理プログラム及び記録媒体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、本発明の請求項１は、被計測体の撮像画像に基づいて寸法計測する画像計測装置であって、１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体と、前記直線部を指定する基準線が設けられた被計測部指定手段と、前記被計測部指定手段により前記直線部を指定した状態で前記被計測体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記被計測体上の被計測点との距離を計測する距離計測手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基づいて直線成分を検出する直線検出手段と前記直線検出手段により検出された直線と前記被計測部指定手段により指定された直線部との交点座標を特定する交点座標特定手段とを有した画像処理手段と、前記画像処理手段により特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算手段と、前記姿勢演算手段により算出した姿勢パラメータと前記距離計測手段により検出された距離とに基づいて、前記被計測直線の寸法を演算する寸法演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２は、２つの異なる視点から撮像した１対の撮像画像に基づいて、被計測体の寸法計測する画像計測装置であって、１対の平行直線部と該平行直線部と直交する被計測直線部とを有する被計測体と、前記被計測直線部を指定する基準線が設けられた被計測部指定手段と、前記被計測部指定手段により指定された前記被計測直線部の一方を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記被計測体上の被計測点との距離を計測する距離計測手段と、前記撮像手段により撮像された画像に基づいて、検出された直線成分と前記被計測部指定手段により指定された被計測直線との交点座標を特定する画像処理手段と、前記画像処理手段により特定された交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算手段と、前記姿勢演算手段及び前記距離計測手段によりそれぞれ算出した第１及び第２の画像に対応する姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算手段と、前記寸法演算手段により演算された交点間寸法値に基づいて、前記第１及び第２の画像間の対応点を特定するマッチング処理手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３は、撮像された画像に基づいて、被計測体の平面姿勢を計測する画像計測装置であって、１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体と、前記被計測体の計測部を撮像レンズの光軸で指示できる被計測部指定手段と、前記被計測部指定手段により指示された前記被計測体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得された撮像画像に基づいて、前記光軸に一致させた撮像面の中心を原点として被計測体を特徴付ける交点座標を算出する画像処理手段と、前記画像処理手段により得られた交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１２は、平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体を被計測部指定手段により前記直線部を指定した状態で、撮像された撮像画像に基づいて被計測体の寸法を計測する画像計測方法であって、距離計測手段により撮像手段と被計測点との距離を計測するステップと、撮像手段により取得した画像上の直線成分を検出し、検出された直線と前記指定された直線部との交点座標を特定する交点座標特定する画像処理ステップと、前記画像処理ステップにより特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算ステップと、前記姿勢演算ステップ及び前記距離計測ステップによりそれぞれ算出した画像に対応する姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１３は、平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体を被計測部指定手段により前記被計測直線部の一端を指定した状態で、異なる２つの視点から撮像した１対の撮像画像に基づいて前記被計測体の寸法を計測する画像計測方法であって、
距離計測手段により撮像手段と被計測点との距離を計測するステップと、撮像手段により取得した第１及び第２の画像上の直線成分を検出し、検出された直線と前記指定された被計測直線との交点座標を特定する交点座標特定する画像処理ステップと、前記画像処理ステップにより特定された交点座標に基づいて、前記被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを算出する姿勢演算ステップと、前記姿勢演算ステップ及び前記距離計測ステップによりそれぞれ算出した第１及び第２の画像に対応する姿勢パラメータと距離データとに基づいて、前記被計測直線上の交点間寸法を演算する寸法演算ステップと、前記寸法演算ステップにより演算された交点間寸法値に基づいて、前記第１及び第２の画像間の対応点を特定するマッチング処理ステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１４は、１対の平行直線部と該平行直線部と直交する直線部とを有する被計測体の計測部を撮像レンズの光軸で指示した状態で撮像された画像に基づいて、被計測体の平面の姿勢を計測する画像計測方法であって、前記撮像手段により取得された撮像画像に基づいて、撮像面の中心を原点として被計測体を特徴付ける交点座標を算出する画像処理ステップと前記画像処理ステップにより得られた交点座標に基づいて、被計測体を特徴付ける平面を形成し、前記撮像面に対する前記平面の姿勢パラメータを演算する姿勢演算ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１、１２によれば、単眼カメラの１回の距離撮像動作で被計測対の交点寸法の取得を可能にしたので被計測体の寸法計測に基準体が不要となった。また、計測した寸法は、撮像した画像上に表示されるので、その場で再生表示する簡単に寸法を計測することが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項２、１３によれば、異なった２つの視点（撮像位置）のそれぞれにおいて、ファインダー上の基準線により被計測部の端部を指定して２枚の撮像画像を得るようにしたので、従来できなかった単眼カメラによる寸法計測が可能となった。さらに、従来の物品形状計測ではモニター表示させて計測場所を指示することしかできなかったが、撮像位置の制約はなく、任意な場所から計測したい２点を指示、撮影するだけで寸法計測できるので、“その場で”、手軽な寸法計測が実現可能となる。
【００２０】
さらに、マッチング処理として、２つの異なる撮像画像間の対応点として被計測直線上の交点間寸法を用いたので、精度の高く簡単なマッチング処理でよいため処理時間の迅速化が図れる。
【００２１】
本発明の請求項３、１４によれば、撮像手段のパラメータと撮像画像データのみで撮像面に対する被計測体の姿勢を簡単に検出できるため、姿勢検出センサや大きな演算処理能力が不要となる。被計測体形状も完全な矩形でなくとも矩形を特徴付ける２個の座標のみで被計測体の姿勢を算出できるので、広範な利用が期待できる。
【００２２】
本発明の請求項１、２及び３によれば、画像計測処理プログラムが組み込まれた画像処理手段と計測演算手段とが一体化された構成としたので、簡単な演算処理で低価格な装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本実施に係わる画像計測装置を用いて物品形状を測定するシステム構成斜視図である。１００は画像計測装置本体であり、２００は計測対象となる被計測体である。また、寸法計測する直線部Ｑ1Ｑ2（被計測直線ｄと呼ぶ）は、寸法Ｄである。またＱ1Ｑ2Ｑ3Ｑ4及びＱkは同一平面上にあるとみなす。また、画像計測装置本体１００に設けられた撮像手段１は、２つの異なる視点、撮像位置PsとPfからそれぞれ被計測体の被計測直線の端部近傍Ｐs0、Pf0（以後、指示点と呼ぶ）に向けて撮像する。Ｌs、Ｌfは、それぞれ撮像レンズの中心から撮像面と被計測体との上の計測点（以後、被計測点と呼ぶ）までの距離である。なお、図中の被計測点は、撮影レンズ光軸と被計測体との交点である指示点Ｐs0，Ｐf0と一致させてある。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係わる画像計測装置の構成ブロック図である。画像計測装置本体１００は、撮像手段１、画像処理手段１０、計測演算手段１１及びそれらを制御する制御部９から構成されている。撮像手段１は撮影レンズ光学系１０１、撮像素子（ＣＣＤ）１０２、素子駆動部１０３、被計測指定部２とから構成されている。撮像レンズ１０１の光軸は、撮像素子の中心、すなわち画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の原点Ｏｍになるよう設定されている。
【００２５】
被計測部指定手段２は、指示点を指定すると共に被計測体直線部の端部を指定するものであり、具体的には、十字状基準線がファインダー上に設けられている。十字状基準線の中心は、撮像画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の原点になるように構成され、計測する際、この基準線の中心により被計測体上に指示点が指定される。また、この十字状基準線の横線は撮像画像座標のＸ軸、縦線は撮像画像座標のＹ軸にそれぞれ対応するように設けられており、この横線、縦線により被計測直線の端部が指定される。なお、本実施の形態の被計測部指定手段は、十字基準線の全てを用いて被計測端部を特定したが、本実施の形態の被計測部指定手段である十字状のＸ、Ｙ基準線のいずれか一方のみを用いて、１対の辺または被計測直線と交差した点からの最隣接の交点が被計測直線の端部を特定する方法、単に指示点の最隣接の交点が被計測直線の端部であると特定する方法であっても良い。
【００２６】
また、被計測部指定手段２には、操作者が被計測体のどこを指示しているかがわかるように可視化レーザーを補助手段として備えても良い。ＣＣＤ撮像素子１０２は撮像素子駆動回路１０３により制御され、の動ＣＣＤ素子から読み出された撮像画像信号は、Ａ／Ｄ変換され、画像メモリ３に一旦記憶される。距離計測手段４は、撮像手段から被計測体上の計測点までの距離を計測する機能である。具体的には、レーザー測距計やデジタルカメラのオートフォーカスによる距離計測である。距離計測手段４により計測された距離データは、撮像データに対応付けて距離データメモリ５に記憶される。なお、図１では、撮像面もしくは撮像レンズ中心から被計測点までの距離を計測できるように、すなわち、撮像レンズの光軸と一致させて計測するように距離計測手段を配置してある。しかしながら、レンズ光軸に一致させて距離計測できない場合には、距離計測手段と撮像レンズや撮像面などの寸法配置や距離計測方向を予め決めておく必要がある。
【００２７】
主メモリ６は、撮像画像、撮像画像と対応付けられた距離計測データ、姿勢パラメータなど各種計算結果などを記憶する。また、これらの計測データはＰＣカードやスティックメモリなどのリムーバブルメモリ７に記憶することもできる。なお、リムーバルメモリに記億された計測処理プログラムは、読み出して主メモリに記憶させておく場合もある。
【００２８】
制御部（ＣＰＵ）９は、画像計測装置全体を制御し、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Read Access Memory）を備えている。ＲＯＭには制御部の動作制御プログラム、画像処理プログラム及び計測処理プログラムなどが記憶されている。ＲＡＭでは各種プログラムを一時的に記憶する。
【００２９】
画像処理手段１０は、撮像手段により取得された撮像画像をＡ／Ｄ変換してデジタル化し、濃淡画像を得る２値化処理部１０１０、さらに濃淡画像を微分処理し、濃度変化が大きいところをエッジ部とするエッジ処理部１０２０、エッジ部を用いてハフ変換処理して直線成分を検出する直線検出部１０３０、これら直線間によって形成される交点を検出し、交点座標を算出する交点座標特定手段１０４０とから構成される。この交点座標特定手段では、被計測部指定手段により指定された被計測直線の端部の一方を特定すると共に、２回の指定動作によって得られた撮像画像に基づいて、被計測直線の横寸法計測か縦寸法計測かを決める動作も行う。
計測演算手段１１は、姿勢演算手段１１０と寸法演算手段１２０とマッチング処理手段１３０とから構成される。
【００３０】
姿勢演算手段１１０は、被計測体形状を特徴付けるＱ1、Ｑ2の対応点ｑ1、ｑ2で形成される被計測平面上の指示点において、撮像面に対する被計測体平面の姿勢パラメータβ、ψ、γを算出する。
【００３１】
寸法演算手段１２０は、姿勢演算手段により算出された姿勢パラメータγ、ψと被計測体形状を特徴付ける交点座標と撮像時に取得された距離データとに基づいて、実空間内の被計測直線上の交点間寸法を算出する。この手段において、取得された１枚の撮像画像の交点座標に基づいて、実空間内の交点間寸法は算出できるが、特殊な形状をもつ被計測体の計測の場合に限られる。本実施の形態では、操作者が指定した２点（始点及び終点）間の寸法を計測できるように拡張している。そのため１枚の撮像画像だけでは被計測直線両端部の一方のみしか指定されておらず、もう一方の端部はどの交点かは確定できず、計測終点とするもう１枚の撮像画像が必要となるのである。従って、この寸法演算手段では異なる視点から撮像された始点及び終点の撮像画像をそれぞれの距離データに基づいて、実空間内の被計測直線上の交点間寸法をそれぞれ算出する。
【００３２】
前述した特殊な形状もつ被計測体計測とは、例えば、被計測体として単純な直方体の１辺の長さを計測する場合である。この計測する一辺が撮像された画像を濃淡画像処理することにより、被計測直線部を特徴付ける交点は２点のみしか存在しないので、簡単に実空間内の実寸法の計測が可能となる。
【００３３】
マッチング処理手段１２０は、異なる視点から撮像した２枚の撮像画像について、寸法演算手段により算出された被計測直線上の交点間実寸法から交点列データを作成する。この交点列データ間の対応点を探索処理し、寸法計測のための始点、終点を確定する処理である。具体的には、始点撮像画像では、被計測直線の寸法計測の始点である一端は指定されるが、終点である他端はどの交点かは不明である。また、終点撮像画像では、被計測直線の終点である一端は指定されるが、始点であった他端は被計測直線上のどの交点か不明である。それぞれの撮像画像の被計測直線上の始点及び終点が、それぞれどの交点に対応するかを確定することにより被計測直線間の寸法が算出できるのである。
【００３４】
表示手段１２は、計測された寸法データを表示するものである。なお、デジタルカメラのモニターであれば、再生された画像上に計測した直線をカラーにより重畳表示させるようにしても良い。
【００３５】
次に、本発明の最良の実施形態に係わる画像計測装置の基本計測原理について簡単に説明する。
図３は実空間（Ｘe−Ｙe−Ｚe座標系）内に置かれた被計測体と撮像画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）上の被計測体像との射影変換を説明する図である。図では、実空間のＹe-Ｚe座標系で示し、撮像画像上のＹ−Ｚ座標系と一致させてある。Ｘe軸は紙面に垂直方向にある。Ｚe軸は撮像レンズの光軸とし、撮像面の中心（撮像画像座標系の原点Ｏm）を通る。また、撮影レンズの光軸との交点を透視点Ｏとする。
【００３６】
計測対象物体（以下、被計測体と呼ぶ）は長さＤ(=Ｑ1Ｑ2)を有し、撮像レンズの中点から距離Ｌ、撮像面１０２に対して角度γ傾いた位置に置かれている。なお、この傾き角度γは姿勢パラメータの１つである。実際には撮像面の前面位置には撮像レンズ光学系１０１が置かれ、撮像面には２次元平面の倒立像が結像する構成となっているが、ここでは説明し易くするために便宜上、ＣＣＤ撮像面の後方焦点の位置に配置する構成としてある。以後、この位置を等価位置、この等価位置にある等価撮像面を単に撮像面と呼ぶ。
【００３７】
焦点距離fの位置におかれた等価被計測体Ｑ*1Ｑ*2の物点Ｑ*1、Ｑ*2は、透視点ＯとしてのＹ軸面上の撮像面上に像点ｑ1(y1,f)， ｑ2(y2,f)として投影される。像点ｑ1， ｑ2は、それぞれ被計測体のＱ1、Ｑ2に対応している。すなわち、幾何学的な対応付けを行うことにより被計測体の物点と撮像面上の像点との関係を求めることができる。すなわち幾何学的対応付けによる透視射影変換方法である。
等価位置におけるＱ*1，Ｑ*2における座標は、次式で表される。
【００３８】
【数１】
2006317418.tif 000003
【００３９】
ここで撮像面上の像q1,q2と被計測体の実寸法Ｑ1、Ｑ2との関係について説明する。
まず、等価位置における被計測体の寸法Ｑ*1Ｑ*2は、数１式を用いて、次式で算出される。
【００４０】
【数２】
2006317418.tif 000004
【００４１】
従って、被計測体である被計測直線の実寸法Ｄは、撮像レンズの光軸と被計測体とが交わる指示点Ｐsを原点としているので、相似関係からＬ／ｆを乗することによって算出でき、次式で表される。
【００４２】
【数３】
2006317418.tif 000005
【００４３】
以上のことから姿勢パラメータγとレンズ中心（又は撮像面）から被計測点までの距離Ｌを検出できれば、容易に実寸法を算出することができる。
次に、図４に基づいて、本実施の形態に係わる画像計測装置の基本動作について説明する。
【００４４】
ステップＳ１は、被計測点と被計測直線両端部を指定する照準操作である。被計測体平面上の一対の平行辺ｈ1、ｈ2と直交する被計測直線ｄの寸法Ｄを計測するためには、直線の両端（始点と終点）を指定しなければならない。カメラファインダーに表示される十字基準線の中心点が、撮像画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の原点、すなわち撮像レンズの光軸と一致する構成としてある。この十字基準線が、前述した被計測部指定手段である。被計測直線の一端部を指示する照準操作は、この十字基準線の中心点を被計測直線の一端部の近傍に指示する操作であり、この操作により被計測体平面上の指示点Ｐs0、Ｐf0が特定される。また、十字線の横線は撮像画像座標系のＸ軸、十字基準線の縦線はＹ軸に一致させてあるので、この十字線の横基準線により一対の辺ｈ1、ｈ2が指定され、縦線基準線により被計測直線ｄが指定される。図６の撮像画像の如く、被計測部指定手段により被計測直線の端部が指定されていることがわかる。なお、図６については後述詳細に説明する。
【００４５】
ステップＳ２で距離計測手段により距離計測され、距離データメモリに保存される。このステップとほぼ同時にステップ３で撮像画像が取得され、画像メモリに一時的に記録される。なお、ステップ２のカメラ付属のオートフォーカス機能を用いる場合、オートフォーカスにより被計測点までの焦点合わせを行うことにより、撮像面から被計測点までの距離計測データを取得する方法であるのでステップS２はステップS３に含まれる動作となる。
【００４６】
ステップＳ４は、取得した撮像画像に基づいて交点座標を特定する一連の画像処理を行う。
次に、図５に基づいて、画像処理手段の動作について説明する。
ステップＳ１０は取得された撮像画像を２値化処理し、濃淡画像を得る。ステップＳ１１では濃淡画像を微分処理してエッジ部を検出するエッジ処理を行い、ステップＳ１２では得られたエッジ部からハフ変換により直線を検出する。ステップＳ１３では、被計測体以外で検出された直線成分や不要な画像をノイズとして除去処理を行う。ステップＳ１４では、検出された直線間の交点の中で、被計測部指定手段により指定された直線ｄ、直線ｈと交わる全ての点（被計測直線の端点を含む）の座標を算出し、特定する。
【００４７】
次のステップS１５では、被計測直線両端のそれぞれの端部、すなわち計測始点及び計測終点を特定する。
図６は、異なる撮像位置Ｐs、Ｐfから被計測直線ｄの両端部を含めて撮像された（ａ）始点撮像画像、（ｂ）終点撮像画像である。これらの配置関係は後述する図１０に示した。
【００４８】
また、図６（ａ）は被計測部指定手段であるＸ、Ｙ基準線により、被計測直線の一方の端部Q1を特定する始点撮像動作により取得した撮像画像（始点撮像画像と呼ぶ）である。
計測始点を特定するために撮像画像座標系(Ｘ−Ｙ座標系)の原点Ｏｍである撮像面の中心を被計測直線の一端である端部Ｑ1の近傍Ｐs0を指示する。このとき、基準線となる撮像画像座標系のＸ軸は被計測直線（ｄ）と、Ｙ軸は計測端部稜線（ｈ1）とそれぞれ交差する。すなわち、被計測直線の一端である端部Ｑ1は、操作者が撮像画像座標系の第２象限におくように指示されることにより、始点となる端部Ｑ1に対応する端点ｑ１sを特定することができる。この始点撮像画像には計測終点は撮像されているが特定はされていない。次に、始点撮像動作と同様に計測終点を特定する終点撮像動作が行われ、図６（ｂ）終点撮像画像を取得する。すなわち、被計測部指定手段により、撮像面中心を被計測直線の他端である端部Ｑ2の近傍点Ｐf0に指示する。その時、端部Ｑ2は、操作者が撮像画像座標系の第１象限におくように指示されることにより、終点となる端部Ｑ2に対応する端点ｑ2sを特定することができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では被計測部指定手段としてＸ、Ｙ基準線を用いて、被計測直線部の始点となる一端を第２象限、終点となる他端を第１象限となるよう特定したが、被計測部指定手段としてＸ、Ｙ基準線のいずれか一方のみを用いて端点を特定する方法であっても良い。
【００５０】
また、このステップＳ１５において、被計測部指定手段により指定された始点および終点の撮像画像で特定された端点の位置関係を比較判断して、横寸法計測か、縦寸法計測かを決める動作も行う。図６では、１回目の指定動作で得られた始点撮像画像において、被計測直線の一方の端部を第２象限、２回目の指定動作で得られた終点撮像画像において、被計測直線の他方の端部を第１象限にあるので横寸法を計測するということが判断される。もしこの２回目の指定動作で被計測直線の端を第３象限に指定すれば、縦寸法を計測するということが判断される。
【００５１】
ステップS１７では、被計測部指定手段により特定された範囲にある端点の個数を判別し、被計測直線の端部とは関係ない交点は全て除去する。例えば始点として画像座標の第２象限の範囲にて特定された端点はｑ１であるので、端点ｑ1と関係ない交点は全て除去される。
【００５２】
なお、被計測部指定手段により特定する範囲の決める方法として、画像座標系の原点に近い交点を指定しても良い。例えば、最隣接にある交点のみを指定する方法または第２隣接の交点までを指定する方法などがある。
【００５３】
また、個数判別は、被計測直線の端部が２重構造を有する物品形状では、エッジ処理された撮像画像上の指定された象限内の端点が２個存在する場合があるので、それに対応するために行う処理である。例えば、指示点Ps、Ｐfから最隣接交点を端点とする以外にも、第２隣接交点がある場合、濃淡画像上で最隣接交点と比較判断して関係あれば端点候補する。
【００５４】
なお、本実施の形態の画像処理において、図１のように、被計測直線が物品の１辺の稜線それ自体である物品形状である場合、被計測直線の両端を含んで撮像された１枚のステップS10撮像画像を二値化処理した濃淡画像に基づいて、両端部（始点、終点）を判別して交点座標を決めることもできる。
【００５５】
次に図４に戻り、ステップＳ５は、各視点Ｐs、Ｐfで撮像された始点撮像画像、終点撮像画像のそれぞれについて、算出された交点座標に基づいて姿勢演算処理を行い、それぞれの姿勢パラメータを算出する。
【００５６】
ここで、本実施の形態における被計測体である３次元実空間内の平行な１対の辺を有する平面体についての姿勢パラメータ算出方法について説明する。
撮像面に対する被計測平面体の姿勢は、Ｚ軸回りの角度β、Ｙ軸回りの角度ψ、Ｘ軸回りの角度γ、の３つのパラメータにより決めることができる。これらの座標系はいずれも時計回りを正方向としている。
【００５７】
図７は姿勢演算手段の動作フロー図である。
計測直線部指定手段により指定された交点座標を取得する。例えば、始点撮像画像の場合では、被計測体を特徴づける直線ｄ及びh1上に存在する交点座標である。
【００５８】
姿勢パラメータ算出に用いる交点座標４個必要であるが、その１個は、図６の撮像画像の被計測部基準線により指定された直線ｄとｈ1と交わる点ｑ１である。２個は本実施の形態のように横寸法計測の場合にはＸ軸と交わる点ｑ01、ｑ02である。残りの１個は、指定された交点の最隣接交点ｑ1のｑk、または、辺ｈ1と１対の平行辺をなすh2と被計測直線端部に対応する交点ｑ2である。これらは被計測直線の両端部であり、交点Ｑkに対応すると点ｑkは、実空間においてｄとｈkとが直交している、すなわちｈkがｈ1と平行であるので姿勢パラメータ算出する指定された交点ｑ1の最隣接交点として用いることができる。
【００５９】
また、交点ｑ2は、被計測直線の端点Q1（q1）のもう一方の端点Ｑ2に対応する端点q2である。本実施の形態では、画像処理時において濃淡エッジ処理により被計測直線の両端部検出は図５のステップＳ１０及びS１１で行われるので、交点ｑ２は被計測直線の端部として確定することができる。また、これら被計測体を特徴づける交点により形成される平面（被計測平面）が特定される。
【００６０】
ステップＳ３１は、消失点算出するステップで、本実施の形態では横寸法計測であるのでＹ軸方向の消失点を算出する。なお、本実施の形態の被計測体は、X軸方向での消失点は存在しない。
【００６１】
図８は姿勢パラメータ算出に用いる撮像画像である。ここでは説明し易いように、交点ｑ１，ｑ２を用いた。なお、始点及び終点撮像画像ともに同じ処理を行うので、図中には始点、終点を表す添え字は割愛してある。
【００６２】
このステップでは、１対の平行辺ｈ1とｈ2とで形成される消失点を算出する。辺ｈ1とｈ2とを延長して消失点ＶＰtの座標を算出し、撮像画像座標の原点とこの消失点とを結んだ直線（消失直線と呼ぶ）がY軸とのなす角度β度とする。
【００６３】
ステップＳ３２では、Ｚ軸回りの回転姿勢パラメータ角度βを消失点から算出する。
図９は、Ｘ−Ｙ座標系をＸ‘−Ｙ’座標系に回転座標変換した後の撮像画像である。この消失直線をＹ軸に一致するまで撮像画像座標の原点を中心に元撮像画像座標系を回転する。この角度がＺ軸回りの回転姿勢パラメータ角度βである。この回転操作により実空間内の被計測体面の辺ｈ1、ｈ2は、Ｙ‘軸と平行、被計測直線dはＸ’軸に平行になるように配置されたことになる。図では、ｑ１（x1,y1）はq'(ｘ'1，ｙ'1)、ｑ2（x2,y2）はq'(ｘ'2，ｙ'2)、に変換される。また回転変換後のＸ軸との交点をｑ'5(0,Y'5)、ｑ‘6(X'、0)とする。さらに、辺ｄとＹ軸との交点をｑ't（０，ｙ’ｔ）とする。なお、回転座標変換前に撮像画像座標系のＸ軸との交点q01,q02は、変換後は使用せず、変換後の撮像画像座標系のＸ‘軸との交点ｑ'5(0,Y'5)、ｑ‘6(X'、0)を用いている。
ステップＳ３３は、被計測体平面のＸ軸及びＹ軸回りの回転姿勢パラメータ角度ψ、γを算出するステップである。
【００６４】
図１０は、異なる撮像位置Ｐs、Ｐfを透視点として、実空間内における被計測直線上の物点（Ｑ）を始点及び終点撮像面に透視射影した時の像点（ｑ）との対応関係を示す図である。Ｘe−Ｚe座標系の２次元配置図で示した。
【００６５】
実空間の被計測体のＱ1Ｑ2は、撮像面上のｑs1ｑs2にそれぞれ対応する。撮像画像座標系（Ｘ−Ｙ座標系）の原点は被計測体平面上の指示点Ｐsoに対応する。また、Ｑkは撮像画像処理して、エッジ点（交点）として検出された点であり、撮像面上のqkに対応する。
【００６６】
図１１は、撮像面に対する被計測体面の姿勢パラメータ算出するための３次元透視射影変換を説明する図である。
図１１（ａ）（ｂ）に示した実空間内に置かれた被計測体平面及び撮像面を等価位置に置き、をそれぞれＹ−Ｚ座標投影平面（Ｘ＝０）、Ｘ−Ｚ座標投影平面（Ｙ＝０）に正投影した図である。図中の実空間の座標系はＸ−Ｙ−Ｚ座標系のＸ軸，Ｙ軸は、画像座標系のＸ‘軸、Ｙ’軸に一致させ、Ｚ軸は光軸と一致させてある。また、座標系Ｘ−Ｚ座標系の原点Ｏmと透視点Ｏの距離は、撮像レンズの焦点距離ｆの等価位置である。さらに、被計測体の斜線部分は、撮像された部分を示している。
【００６７】
撮像画像座標系における各交点座標ｑ‘1（ｘ'1，ｙ'1），ｑ’2（ｘ'2，ｙ'2）また、撮像画像上でのＸ軸との交点座標Ｑ5（ｘ'5，０），Ｑ6（ｘ'6，０）と対応する、等価面上の実空間内のへ被計測平面の１対の辺ｈ1ｈ2ならびに被計測直線ｄとの交点座標Ｑ*1（Ｘ*1，Ｙ*1，Ｚ*1）、Ｑ*2（Ｘ*2，Ｙ*2，Ｚ*2）、Ｑ*5（X*5，０，Ｚ*5），Ｑ*6（Ｘ*6，０，Ｚ*6）、Ｑ*t（０，Ｙ*t０，Ｚ*t）の対応付けを行った。
それぞれ次式で表される。
【００６８】
【数４】
2006317418.tif 000006
【００６９】
ここで、Ｙ−Ｚ投影面及びＸ−Ｚ投影面の点Ｑ*1、点Ｑ*5に着目して、姿勢パラメータγに関するの関係式が算出できる。
【００７０】
【数５】
2006317418.tif 000007
【００７１】
同様に、のＹ−Ｚ投影面及びＸ−Ｚ投影面の点のＱ*6に着目して、次式が算出できる。
【００７２】
【数６】
2006317418.tif 000008
【００７３】
数式５と数式６からわかるように、Ｘ軸回りの姿勢パラメータγは、ｑ1とｑ5またはｑ2とｑ6のそれぞれ２つ座標値と焦点距離の表現でγを算出できる。
次に、Q*2に着目して、Ｘ−Ｚ投影面、Ｙ−Ｚ投影面におけるＺ*2の座標は次式で表される。
【００７４】
【数７】
2006317418.tif 000009
【００７５】
数式７は次の関係にある。
【００７６】
【数８】
2006317418.tif 000010
【００７７】
従って、姿勢パラメータψは、姿勢パラメータγを含んだ次式が導かれる。
【００７８】
【数９】
2006317418.tif 000011
【００７９】
数式５または数式６によりγが算出されれば、ψは数式９より算出できる。
以上のことから、焦点距離が既知の撮像手段により２つの端部を含めた１対の平行辺を撮像できれば、撮像面の座標値のみから撮像面に対する被計測体平面の姿勢ψ及びγを算出でき、しかも簡単な関係式で表されることがわかる。
【００８０】
次に、数式５、６、９を用いて、始点画像ｑs、終点画像ｑfのそれぞれについての姿勢パラメータ（γs，ψs）、（γf，ψf）を算出する。
ステップＳ３４は、始点画像及び終点画像における姿勢パラメータを算出した結果をそれぞれの撮像画像に対応させて姿勢パラメータを記憶しておく。
【００８１】
本実施の形態の手順では横寸法計測に関して姿勢パラメータを算出したが、縦寸法計測であっても同様な方法で算出が可能であることはいうまでもない。
図４に戻り、ステップＳ６は、始点画像及び終点画像において、それぞれの被計測直線上の交点座標データを実空間座標に補正変換し、交点間寸法を算出するステップである。
【００８２】
図１２は、寸法演算手段の動作フロー図である。
ステップＳ４０では、被計測直線Ｑ1Ｑ2上に存在する交点のみの座標を取得する。
ステップＳ４１は、図４のステップＳ５で算出された姿勢パラメータに基づいて、等価位置での交点間寸法を算出する。
【００８３】
このステップでは、まだ被計測直線の両端部Ｑ１とＱ２は、まだ特定されていないので、実空間内の被計測直線Ｄは算出することはできないが、始点及び終点撮像画像で取得された交点座標、姿勢パラメータ及び距離データを用いて、被計測直線上の交点間の実寸法は算出することはできる。このステップでは、後述するステップ４４のマッチング処理のために、始点及び終点撮像画像の被計測直線上の交点間寸法をそれぞれ算出する。
【００８４】
ここで、実空間内の交点間の寸法演算方法について説明する。
実空間内における交点間の寸法算出方法は、端点間の実寸法と同じであるので、ここでは被計測直線の端点Ｑ1Ｑ2の実寸法Ｄの算出方法について説明する。
まず実空間の透視点Ｏから撮像面を焦点距離ｆの等価位置における寸法Ｑ1Ｑ2を算出する。
数式４のＱ*1座標とＱ*2座標を用いて、Ｑ*1Ｑ*2は、次式で表される。
【００８５】
【数１０】
2006317418.tif 000012
【００８６】
【数１１】
2006317418.tif 000013
【００８７】
なお、姿勢パラメータγ＝０の時は、次式で等価位置での被計測直線寸法を算出できる。
【００８８】
【数１２】
2006317418.tif 000014
【００８９】
また、姿勢パラメータψ＝０の時は、次式で等価位置での被計測直線寸法を算出できる。
【００９０】
【数１３】
2006317418.tif 000015
【００９１】
次に、数式５、数式９及び数式１１を基に、始点画像、終点画像のそれぞれにおける被計測直線の実寸法Ｄを算出する。
始点画像及ぶ終点画像において、等価位置での寸法は、それぞれ次式で表わされる。
【００９２】
【数１４】
2006317418.tif 000016
【００９３】
次のステップＳ４２は、ステップＳ３で取得された距離データ、すなわち、始点画像、終点画像それぞれを撮像した時の撮像レンズ中心から被計測点までの距離Ｌ1、Ｌ2に基づき、等価位置で得られた寸法Ｄ*s、Ｄ*fを撮像倍率補正して実空間内の寸法に補正する処理である。実空間内の被計測直線寸法と撮像面上の被計測直線像とは、撮像倍率ｍs、ｍfとすると、次式の関係がある。
【００９４】
【数１５】
2006317418.tif 000017
【００９５】
従って、数６式，数式１３と数式１５とを用いて、始点撮像画像おける実空間内における被計測直線の交点間寸法Ｄsは、次式で表せる。
【００９６】
【数１６】
2006317418.tif 000018
【００９７】
以上、被計測直線のＱ1とＱ2端点間の実寸法Ｄsを算出したが、実空間内の交点間寸法ｄiであっても、平面上に存在する交点であれば、同様な式で算出できることは明らかである。例えば、最隣接交点をＱ1(x1,y1)、Ｑ2(x2,y2)とすれば、最隣接交点間寸法ｄ12(i=12)は、数式１６と全く同じ式となる。
【００９８】
被計測直線上に端点間に交点が存在しない場合には、始点及び終点撮像に基づいて、算出された実空間内の交点間寸法が、Ｄs=Ｄfとなり実寸法Ｄは確定する。
なお、撮像素子としてＣＣＤを用いて寸法を算出する際には、画像座標系の交点座標は画素数換算となるので縦横の画素サイズが必要となることはいうまでもない。
【００９９】
本実施の形態では、横寸法計測について説明したが、縦寸法計測についても同様に算出できることは明らかである。
また、本実施の形態では始点画像、終点画像の焦点距離は同じとして寸法算出したが、異なる焦点距離であってもよい。
【０１００】
数式１６の寸法算出式よれば、実空間内における被計測直線上の隣接交点間寸法ｄi、端点間寸法ｄは、撮像画像上の交点座標、焦点距離ｆ及び距離データＬとから算出できることがわかる。
【０１０１】
また、始点画像１枚の全交点間寸法が算出できているので、この撮像画像をメディアに記録し、再生画像を表示させ、Ｑ2をマウスやペン入力により特定指示することにより、端点間Ｑ1Ｑ2寸法Ｄは求めることはできる。
【０１０２】
次に、ステップＳ４４では、被計測直線寸法Ｄを算出するために、始点及び終点撮像画像のそれぞれにおいて算出された被計測直線上の交点間寸法（交点列データと呼ぶ）を用いて、被計測直線の両端部に対応する２端点（始点、終点）を特定にするマッチング処理を行う。マッチング処理は、それぞれ視点の異なる位置から撮像された始点及び終点画像の２枚の画像間における対応点の探索をそれぞれの指定された被計測直線上において行う処理である。
【０１０３】
図１３は、本実施の形態の図１の物品形状を撮像して取得された始点及び終点撮像画像の被計測直線上の交点列データである。
図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ始点及び終点画像から得られたＳｉ及びＦj交点列データであり、図１３（ｃ）は、マッチング処理後確定された被計測直線Ｑ1Ｑ2の交点列データである。
【０１０４】
被計測直線上の交点、交点間寸法は、始点撮像画像ではSi(i=0,1,2)、ｄsi（i＝0,1,2）、終点画像ではＦj(j=0,1,2)、ｄfj（j=0,1,2）で示した。
図（ａ）のＳi交点列データでは、端点Ｓ0は被計測部指定手段によりＱ1と特定されているが、他端のＱ2が特定されていない。図（ｂ）のＦj交点列データでは、端点Ｆ0はＱ2と特定されているが、他端のＱ1が特定されていない。２つの撮像画像ともに被計測直線の両端部を撮像しているので、Ｓi交点列データを基準にして、Ｆj交点列データの端点Ｆ0についてＳi交点列データのＳ2、Ｓ1と順次比較し、寸法の一致度を評価して特定すればよい。本実施の形態では、３点の交点しかないので簡単に被計測直線Ｄの端点Ｆ0が、Ｓi交点列データの交点Ｓ２に対応することがわかり、被計測直線の両端部を特定できる。
【０１０５】
ステップＳ４５では、被計測直線両端部の端点座標Ｑ1及びＱ2が確定されたので、実寸法Ｄは、数１６式を用いて簡単に算出できる。
図１４は、始点及び終点撮像画像の被計測直線上の交点数が異なり、多くの交点が存在する時の一般化したマッチング処理手段の動作フローであり、図１５はその時の交点列データである。
【０１０６】
ステップＳ５０は、始点及び終点撮像画像のそれぞれにおいて複数の交点寸法列データを作成するステップである。寸法演算処理にて算出された各撮像画像の被計測直線上の交点（端点を含む）の個数及び交点間寸法に基づいて、始点及び終点画像それぞれの交点をラベリングして交点列データＳi、Ｆjを作成する。図１５（ａ），（ｂ）は、始点及び終点撮像におけるラベリングされた交点列データを説明する図である。始点画像において、交点Ｓ0は、始点として特定された端点ｑ１であり、実空間の被計測直線の端部Ｑ1に対応する。交点数はｍ個、交点間寸法はｄsi（i=１,・・・,m）である。この交点列データでは終点は不明である。同様に図（ｂ）の終点画像において、交点Ｆ0は、終点として特定された端点ｑ2であり、実空間内の被計測直線の端部Ｑ2に対応する。交点数はｎ個、交点間寸法はｄfｊ（j=１,・・・,ｎ）である。
【０１０７】
図１４のマッチング処理の動作フローは、Ｆj交点列データのＦ0Ｆ1（ｄｆ1）データをSi交点列データの後列データＳm-1Ｓm（ｄsm）から順次、寸法差を比較判断する処理であり、Ｓi交点列データ上において終点を探索する動作の例である。
【０１０８】
ステップＳ５３では終点列寸法データを取得し、ステップＳ５５では始点列寸法データＳm-1Ｓm（ｄsm）を取得する。次のステップS５６では、これら隣接交点間寸法のｄf1とｄsmとを寸法差を算出し、ステップS５７の繰り返し処理により、列データＦ0Ｆ1（df1）は８i交点列データの全てに対して寸法差を算出する。ステップＳ５８では、これらの寸法差データに基づいて、Ｓi交点列データに対する交点（端点）Ｆ0の一致度の判断を行い、一致度が高いと判断されれば、ステップＳ６０をへてステップＳ５２に戻り、次の列データＦ1Ｆ2（df2）を取得して同様な処理が繰り返し行われる。また、ステップＳ５８で一致度が低いと判断されれば、Ｓi交点列データには交点F0は存在しないと判断され、ステップS５９の計測不可表示され終了する。なお、ステップＳ６０では、Ｓi列データとＦj列データとの比較であるため、｜ｍ−ｎ｜＋１回の繰り返し処理で全ての寸法比較が終了し、次のステップＳ６１で、Si交点列データ上における端点Ｆ0が特定される。従って、これらＳ0Ｆ0に対応する実空間内における被計測直線の両端Ｑ1Ｑ2が特定することができる。
【０１０９】
ステップＳ５８における寸法差の一致度の評価は、計測誤差を勘案して経験的な値を設定して行う。また、ステップＳ５５での比較結果を一時的にメモリに記憶しておき、ステップＳ５８で取得された寸法差で総合的に評価し、得られた最隣接交点間寸法の組み合わせの中で最も一致している判断された列データを選択するようにしてもよい。
【０１１０】
以上説明したマッチング処理は、寸法差比較としたが、交点数が少なくまた交点数が同じである場合などは、何番目に対応するかわかればよいので厳密な寸法比較は必ずしも行う必要はない。
【０１１１】
最終的に被計測寸法Ｄを算出するにあたり、始点撮像画像または終点撮像画像のいずれかを一方を用いることになるが、その選択基準は、焦点距離が異なる場合はより長い焦点距離で撮像した撮像画像を用い、姿勢パラメータβ、γ、ψについてはより小さい角度にて撮像した撮像画像を用いることが望ましい。
【０１１２】
また、本実施の形態では、撮像範囲内に収まる被計測体の寸法計測を始点及び終点の２回の撮像動作により計測する例であったが、この動作を繰り返すことにより、撮像範囲に収まらない長尺形状を有する被計測体に対しても適用は可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上のように、本発明の画像計測装置は、１対の平行辺とその平行辺に直交する辺によって形成される平面であれば、３次元的位置関係が未知の被計測体であっても、姿勢パラメータ演算や物寸法計測演算などが煩雑な演算が不要で簡単に算出できるため、高価な測量機器を使用しなくても誰もが低価格で短時間に物体計測を可能とするので幅広い普及が期待できる。
さらに本実施の形態では、汎用のデジタルカメラ１台を用いて、“その場で”しかも非接触で寸法計測が行えるため、建築現場や危険な場所にある物体の形状計測など広範な用途が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本実施の形態に係わる画像計測装置の構成概念図である。
【図２】本実施の形態に係わる画像計測装置の構成ブロック図である。
【図３】本実施の形態に係わる計測原理を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係わる画像計測装置の基本動作フロー図である。
【図５】本実施の形態に係わる画像計測装置の画像処理の動作フロー図である。
【図６】異なる視点位置から撮像された始点び終点撮像画像を説明する図デル。
【図７】本実施の形態に係わる画像計測装置の姿勢演算手段の動作フロー図である。
【図８】回転座標変換前の消失点を説明する撮像画像図である。
【図９】回転座標変換後の撮像画像を説明する図である。
【図１０】実空間における被計測体と２つの撮像画像との対応関係を説明する図である。
【図１１】（ａ）Ｙ−Ｚ平面、（ｂ）Ｘ−Ｚ平面に正投影された３次元透視射影図である。
【図１２】本実施の形態に係わる画像計測装置の寸法計測手段の動作フロー図である。
【図１３】マッチング処理を説明するための図１に基づく交点列データ模式図である。
【図１４】本実施の形態に係わる画像計測装置のマッチング処理手段の動作フロー図である。
【図１５】マッチング処理を説明するための一般的な交点列データ模式図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  撮像手段
２  被計測部指定手段
４  距離計測手段
１０  画像処理手段
１１計測演算手段
１１０姿勢演算手段
１２０寸法演算手段
１３０マッチング処理手段
１００  画像計測装置本体
２００  被計測体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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