(57)【要約】【課題】測定支援設備を作成することなく、異なる人間が撮像しても一定の精度を保持し、文化財に接触させずに計測装置を移動させ、過去に測定した際と同一の環境を再現して文化財を撮像することができる対象物計測制御装置を提供する。【解決手段】本発明の対象物計測制御装置は、計測装置が取り付けられたロボットのアームを制御しつつ、計測装置により対象物の計測を行なう装置であり、三次元形状取得装置の取得した三次元形状情報から、計測する対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得部と、三次元形状に対応し、ロボットの制御を行なうロボット座標系において、対象物から所定の距離で計測装置を移動させる計測装置移動面を生成する計測装置移動面生成部と、計測装置移動面上を計測装置が移動するように、アームの動きを制御するロボット制御部と、計測装置移動面の予め設定された計測位置で計測装置に計測を行なわせる計測装置制御部とを備える。【選択図】図１
2018165655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測装置が取り付けられたロボットのアームを制御しつつ、前記計測装置により対象物の計測を行なう対象物計測制御装置であり、
三次元形状取得装置の取得した三次元形状情報から、計測する対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得部と、
前記三次元形状に対応し、前記ロボットの制御を行なうロボット座標系において、前記対象物から所定の距離で計測装置を移動させる計測装置移動面を生成する計測装置移動面生成部と、
前記計測装置移動面上を前記計測装置が移動するように、前記アームの動きを制御するロボット制御部と、
前記計測装置移動面における予め設定された計測位置で前記計測装置に計測を行なわせる計測装置制御部と
を備えることを特徴とする対象物計測制御装置。
【請求項２】
前記計測装置移動面生成部が、前記対象物が三次元形状の立体物の場合、前記計測装置移動面を前記立体物が包含される立体形状として生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の対象物計測制御装置。
【請求項３】
前記計測装置移動面生成部が、前記対象物が二次元形状の平面物の場合、前記計測装置移動面を前記平面物が包含される平面形状として生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の対象物計測制御装置。
【請求項４】
前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面と前記対象物との最近接した領域の距離を前記計測装置の焦点距離を超える値に設定する
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の対象物計測制御装置。
【請求項５】
前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面を、前記対象物と前記計測装置の焦点距離分離した位置に生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の対象物計測制御装置。
【請求項６】
前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面における前記計測位置に、前記対象物の表面の法線情報を付加する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の対象物計測制御装置。
【請求項７】
前記ロボット制御部が、前記計測装置移動面における前記計測装置において、前記計測装置の計測方向を、前記法線情報と合わせて、前記計測装置移動面を移動させる
ことを特徴とする請求項６に記載の対象物計測制御装置。
【請求項８】
計測装置が取り付けられたロボットのアームを制御しつつ、前記計測装置により対象物の計測を行なう対象物計測制御方法であり、
三次元形状取得部が、三次元形状取得装置の取得した三次元形状情報から、計測する対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得過程と、
計測装置移動面生成部が、前記三次元形状に対応し、前記ロボットの制御を行なうロボット座標系において、前記対象物から所定の距離で計測装置を移動させる計測装置移動面を生成する計測装置移動面生成過程と、
ロボット制御部が、前記計測装置移動面上を前記計測装置が移動するように、前記アームの動きを制御するロボット制御過程と、
計測装置制御部が、前記計測装置移動面における予め設定された計測位置で前記計測装置に計測を行なわせる計測装置制御過程と
を含むことを特徴とする対象物計測制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の三次元形状モデル及び二次元形状モデルの生成に用いる撮像画像を撮像する際、撮像する撮像装置を制御する対象物計測制御装置及び対象物計測制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、文化財の現在の状態の撮像画像のデータをデジタル化して保存することが行なわれている。
上述した文化財には、古代の壁画や絵画などの平面形状をしたもの、壺や仏像などの三次元形状をしたものなどがある。
例えば、三次元形状をした壺や仏像などの文化財を対象物として、三次元形状モデルとしてデジタル化する場合、ＭＶＳ（multi view stereo）を用いる場合など、複数の撮像画像を所定の角度及び距離の各々で撮像する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このため、対象物を撮像する際、三次元形状の対象物の周囲において、撮像装置を移動させるため、所定の距離にて撮像装置を移動させる撮像支援設備を作成する。
そして、作成した撮像支援設備に撮像装置を取り付け、所定の角度及び所定の距離となるように、順次、撮像装置を対象物の周囲を移動させつつ、三次元形状モデルを形成する際に用いる対象物の複数枚の撮像画像を撮像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０１４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、撮像する対象物が文化財などの場合、個々の対象物が同一の形状をしておらず、形状の異なる対象物を撮像する毎に、新たな撮像支援設備を作成する必要があり、費用がかさむことになる。
また、撮像支援設備を作成して撮像する際、人間が撮像支援設備における撮像装置の位置を調整し、対象物の撮像を行なう必要がある。このため、撮像する人間の個体差により、撮像された撮像画像の品質が異なる。特に、撮像になれていない撮像者が撮像した場合、撮像画像の品質が低く、上記対象物の三次元形状を再生することができない場合がある。
【０００６】
また、撮像になれていない撮像者だけでなく、文化財の撮像に慣れている撮像者でも、撮像装置や撮像支援設備を対象物に接触させ、対象物である文化財を破損させてしまう危険性を常に伴う。
さらに、文化財の劣化の程度を判定するため、例えば、１０年や２０年前の過去に撮像した撮像画像と比較しようとしても、撮像支援設備は、一般に計測した後に一旦解体されてしまうため、どんなに文化財の撮像に慣れた撮像者でも、過去に撮像した際と同一の撮像環境を再現しようとしても、同一の撮像支援設備を再構築する際、対象物に対して同一位置に設置することが困難であるため、同一の撮像環境下において文化財を撮像することは困難である。
上述した説明は、対象物の計測の一例である撮像に関しているが、対象物の色の測定あるいは高精度な三次元形状の取得など、対象物の計測全般においても、撮像と同様の問題を有している。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、計測（例えば、撮像）支援設備を作成することなく、異なる計測者が対象物である文化財を計測しても一定の精度を保持し、文化財に接触させずに計測装置を移動させ、過去に計測した際と同一の環境を再現して文化財を計測することができる対象物計測制御装置及び対象物計測制御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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の対象物計測制御装置は、計測装置が取り付けられたロボットのアームを制御しつつ、前記計測装置により対象物の計測を行なう対象物計測制御装置であり、三次元形状取得装置の取得した三次元形状情報から、計測する対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得部と、前記三次元形状に対応し、前記ロボットの制御を行なうロボット座標系において、前記対象物から所定の距離で計測装置を移動させる計測装置移動面を生成する計測装置移動面生成部と、前記計測装置移動面上を前記計測装置が移動するように、前記アームの動きを制御するロボット制御部と、前記計測装置移動面における予め設定された計測位置で前記計測装置に計測を行なわせる計測装置制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の対象物計測制御装置は、前記計測装置移動面生成部が、前記対象物が三次元形状の立体物の場合、前記計測装置移動面を前記立体物が包含される円筒形状などの立体形状として生成することを特徴とする。
本発明の対象物計測制御装置は、前記計測装置移動面生成部が、前記対象物が二次元形状の平面物の場合、前記計測装置移動面を前記平面物が包含される平面形状（例えば、矩形状）として生成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の対象物計測制御装置は、前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面と前記対象物との最近接した領域の距離を前記計測装置の焦点距離を超える値に設定することを特徴とする。
【００１１】
本発明の対象物計測制御装置は、前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面を、前記対象物と前記計測装置の焦点距離分離した位置に生成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の対象物計測制御装置は、前記計測装置移動面生成部が、前記計測装置移動面における前記計測位置に、前記対象物の表面の法線情報を付加することを特徴とする。
【００１３】
本発明の対象物計測制御装置は、前記ロボット制御部が、前記計測装置移動面における前記計測装置において、前記計測装置の計測方向を、前記法線情報と合わせて、前記計測装置移動面を移動させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の対象物計測制御方法は、計測装置が取り付けられたロボットのアームを制御しつつ、前記計測装置により対象物の計測を行なう対象物計測制御方法であり、三次元形状取得部が、三次元形状取得装置の取得した三次元形状情報から、計測する対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得過程と、計測装置移動面生成部が、前記三次元形状に対応し、前記ロボットの制御を行なうロボット座標系において、前記対象物から所定の距離で計測装置を移動させる計測装置移動面を生成する計測装置移動面生成過程と、ロボット制御部が、前記計測装置移動面上を前記計測装置が移動するように、前記アームの動きを制御するロボット制御過程と、計測装置制御部が、前記計測装置移動面における予め設定された計測位置で前記計測装置に計測を行なわせる計測装置制御過程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、計測（例えば、撮像）支援設備を作成することなく、異なる計測者が対象物である文化財を計測しても一定の精度を保持し、文化財に接触させずに計測装置を移動させ、過去に計測した際と同一の環境を再現して文化財を計測することができる対象物計測制御装置及び対象物計測制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態である対象物計測制御装置を用いた対象物計測制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示される対象物計測システムのシステム構成を説明する概念図である。
【図３】三次元形状モデルの三次元形状に対応して生成された計測装置移動面を説明する概念図である。
【図４】二次元画像の二次元形状に対応して生成された計測装置移動面を説明する概念図である。
【図５】計測装置移動面記憶部１８における計測装置移動面データテーブルの構成例を示す図である。
【図６】計測データ記憶部１９における計測データテーブルの構成例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による対象物計測制御装置１の対象物の計測データの取得処理の動作例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態による対象物計測制御装置１の対象物の計測データの取得処理の他の動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態による対象物計測制御装置の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である対象物計測制御装置を用いた対象物計測制御システムの構成例を示すブロック図である。図１において、対象物計測制御システムは、対象物計測制御装置１、三次元形状取得装置２、ロボット３及び計測装置４の各々を備えている。
対象物計測制御装置１は、キャリブレーション部１１、三次元形状取得部１２、計測装置移動面生成部１３、ロボット制御部１４、計測制御部１５、表示部１６、三次元形状記憶部１７、計測装置移動面記憶部１８及び計測データ記憶部１９の各々を備えている。
【００１８】
図２は、図１に示される対象物計測システムのシステム構成を説明する概念図である。
ロボット３は、例えば、ロボットベース３＿２にアーム３＿１が取り付けられた構造をしており、アーム３＿１の先端のブラケット３＿３に、三次元形状取得装置２と計測装置４との各々が取り付けられている。
ロボットベース３＿２におけるロボットテーブル３＿４上に、計測対象の対象物（三次元形状の立体物）が配置され、計測装置４により対象物の計測が行なわれる。また、ロボットテーブル３＿４上に搭載できない大きさの対象物である場合、あるいは壁画などの持ち運びができない対象物である場合、ロボットベース３＿２を対象物の近傍に配置し、この対象物の計測を行なう。
【００１９】
計測装置４は、例えば、静止画像を撮像する撮像装置（スチルカメラ）、動画像を撮像する動画像撮像装置（ムービカメラ）、高精度な三次元計測装置、色計測装置（濃度計、色差計、分光色彩照度計など）の各々がある。本実施形態においては、計測装置４は、対象物の静止画像を撮像する撮像装置として説明する。
【００２０】
対象物計測制御装置１は、ロボット３のアーム３＿１を駆動させることで、ロボットテーブル３＿４上あるいはロボットベース３＿２近傍に配置された対象物に対する計測装置４の計測位置及び計測方向の相対的な調整、計測装置４の計測処理の制御を行なう。対象物計測制御装置１は、ロボット座標系１００（三次元空間座標）において、アーム３＿１の制御を行ない、計測装置４の計測の制御を行ない、計測装置４が計測した対象物の計測データを取得する。
【００２１】
図１に戻り、三次元形状取得装置２は、対象物計測制御装置１が計測する対象物の三次元形状を示す情報である三次元形状情報を、対象物（以下、文化財として説明）から取得し、対象物計測制御装置１に対して出力する。本実施形態においては、例えば、簡易に対象物の三次元形状を示す三次元点群が得られる（計測を行なう対象物の三次元点群による形状情報を取得する）三次元スキャナーを用いているが、対象物の三次元形状の情報が得られれば、いずれの三次元形状取得装置を用いてもよい。
【００２２】
キャリブレーション部１１は、ロボットテーブル３＿４上に配置されたキャリブレーションツールの三次元形状を示す三次元形状情報を、三次元形状取得装置２により取得する。例えば、上記三次元スキャナーにおいて、三次元形状情報は、三次元形状を示す三次元点群である。キャリブレーション部１１は、アーム３＿１に取り付けられている三次元形状取得装置２のロボット座標系１００の位置が判っているため、キャリブレーションツールで取得した三次元点群を用い、三次元形状取得装置２の座標系である取得三次元座標を、ロボット座標系１００に変換する座標系変換行列を生成する（キャリブレ-ション処理）。
【００２３】
三次元形状取得部１２は、ロボットテーブル３＿４上あるいはロボットベース３＿２近傍に配置された対象物の三次元形状を示す三次元形状情報を、三次元形状取得装置２により取得する。そして、三次元形状取得部１２は、取得した三次元形状情報（三次元点群）を、キャリブレーション部１１の生成した座標変換行列により、三次元点群における点各々を取得三次元座標系からロボット座標系１００の座標値に変換する。ここで、三次元形状取得部１２は、対象物が二次元形状であっても、ロボット座標系１００の三次元空間における二次元形状モデルの三次元座標を示す三次元点群として、対象物の三次元形状情報を求める。三次元形状取得部１２は、求めた三次元点群における各々の点の座標値を、対象物の識別情報及び取得した日時を付加し、三次元形状記憶部１７に書き込んで記憶させる。
【００２４】
計測装置移動面生成部１３は、対象物が三次元形状である場合、三次元形状記憶部１７から対象物の三次元形状を示す三次元点群を読み出し、ロボット座標系１００における対象物の三次元形状モデルを生成する。そして、計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系１００において、上記三次元形状モデルが包含される、計測者が設定したシリンダに基づき、計測を行なう際に計測装置を移動させる円筒形状などの立体形状の計測装置移動面を生成する。計測装置移動面生成部１３は、生成した計測装置移動面を、計測装置移動面記憶部１８の計測装置移動面データテーブルに書き込んで記憶させる。
【００２５】
図３は、三次元形状モデルの三次元形状に対応して生成された計測装置移動面を説明する概念図である。図３（ａ）において、ロボット座標系１００における計測装置移動面は、対象物の三次元形状モデル５００を包含するように生成される。計測装置移動面生成部１３は、計測者が表示装置（不図示）に表示されている三次元形状モデル５００の点群を囲む矩形状などの平面形状の枠を形成することにより、この平面形状の枠に含まれる３次元の点群を包含するシリンダ（円筒）を形成する。そして、計測装置移動面生成部１３は、計測者が入力する距離ｄに基づき、このシリンダの中心軸と同一の中心軸を有し、シリンダの半径より距離ｄだけ大きい半径の円筒として計測装置移動面を生成する。この距離ｄは、三次元形状モデル５００と、計測装置移動面２００の内面との最近接している位置の距離である。この距離ｄは、計測装置４が撮像装置である場合、例えば焦点距離である。また、対象物の三次元形状の凹凸の差に対応させ、対象物の三次元形状モデルを高い精度で作成するための撮像画像が撮像できる、距離ｄを計測者が入力する距離Δｄずつ調整した半径の複数の計測装置移動面を生成するように、計測装置移動面生成部１３を構成してもよい。
【００２６】
また、図３（ｂ）においては、計測装置４が移動する計測装置移動面２００における計測位置すなわち撮像位置が示されている。計測装置移動面２００には、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の各々は、計測装置移動面２００上にあり、ロボット座標系１００における対象物を撮像して撮像画像を取得する座標値である。また、計測ベクトル３０１Ｎ、計測ベクトル３０２Ｎ、計測ベクトル３０３Ｎ、計測ベクトル３０４Ｎ、計測ベクトル３０５Ｎ、…の各々は、上記計測位置それぞれにおける計測方向を示すベクトルである。本実施形態の場合、計測ベクトル３０１Ｎ、計測ベクトル３０２Ｎ、計測ベクトル３０３Ｎ、計測ベクトル３０４Ｎ、計測ベクトル３０５Ｎ、…の各々は、円筒の中心軸に対して垂直な方向（言い換えると、円筒の中心軸からの半径方向）である。すなわち、計測装置移動面生成部１３は計測装置移動面２００における測定位置における法線方向に計測ベクトルを設定する。
【００２７】
また、撮像画像３０１、撮像画像３０２、撮像画像３０３、撮像画像３０４、撮像画像３０５、…の各々は、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…それぞれで撮像した撮像画像である。すなわち、計測装置移動面２００は、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の各々の集合体で構成されている。計測装置移動面生成部１３は、計測装置移動面２００における計測位置それぞれの間隔を、撮像する撮像画像の解像度及び焦点距離の各々により設定する。
【００２８】
また、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の各々は、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の各々において、所定の間隔（距離）Δｘ、間隔Δｙ、間隔Δｚ（不図示）それぞれ離れて設定される。また、計測位置における計測方向は、計測装置移動面生成部１３が計測位置の法線ベクトルを求め、この法線ベクトルに平行なベクトルとして求める。計測装置移動面２００の円筒の直径が小さくなるほど、円筒の表面の曲率が大きくなるため、撮像画像を撮像する場合、曲率の大きさに合わせて、間隔Δｘを調整する必要がある。例えば、対象物を高精度で撮像するためには、曲率が大きくなるに従い、間隔Δｘを小さく設定する。この間隔Δｘ及び間隔Δｙの各々を、撮像画像の解像度と計測装置４の焦点距離とから、計測装置移動面生成部１３が求める構成としてもよい。
【００２９】
図３においては、一例として、計測データ識別情報が計測装置移動面記憶部１８の撮像移動面データテーブルの最上段のレコードから、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の順番に記載されている。このため、ロボット制御部１４は、上記撮像移動面データテーブルを参照した際、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の順番に計測装置４が撮像を行なえるように、アーム３＿１の移動の制御（図における矢印方向）を行なう。この計測データ識別情報の計測装置移動面記憶部１８の撮像移動面データテーブルにおける配置順は、任意に変更することができる。
【００３０】
図１に戻り、計測装置移動面生成部１３は、対象物が二次元形状である場合、三次元形状記憶部１７から対象物の三次元形状を示す三次元点群を読み出し、ロボット座標系１００における対象物の二次元形状モデルを生成する。そして、計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系１００において、上記二次元形状モデルが包含される矩形状などの平面形状の計測装置移動面を生成する。計測装置移動面生成部１３は、生成した計測装置移動面を、計測装置移動面記憶部１８の計測装置移動面データテーブルに書き込んで記憶させる。
【００３１】
図４は、二次元画像の二次元形状に対応して生成された計測装置移動面を説明する概念図である。図４（ａ）において、ロボット座標系１００における計測装置移動面は、対象物の二次元形状モデル６００を平面視において包含するように生成される。計測装置移動面生成部１３は、計測者が三次元点群の３点を選択すると、その３点を含む平面を二次元形状モデル６００とする。そして、計測装置移動面生成部１３は、計測者が入力する距離ｄに基づき、ロボット座標系１００において、二次元形状モデルの平面に対して平行な矩形状などの平面形状の計測装置移動面２００を生成する。この距離ｄは、図３（ａ）の場合と同様に、二次元形状モデル６００と、計測装置移動面２００との最近接している位置の距離である。この距離ｄは、計測装置４が撮像装置である場合、例えば焦点距離である。
【００３２】
また、図４（ｂ）は、上記図４（ａ）における計測装置４が移動する計測装置移動面２００における計測位置すなわち撮像位置を、二次元座標系（ｘ軸及びｙ軸からなる座標系）において示している。計測装置移動面２００には、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の各々は、計測装置移動面２００上にあり、ロボット座標系１００における対象物を撮像して撮像画像を取得する座標値である。ここで、撮像画像３０１、撮像画像３０２、撮像画像３０３、撮像画像３０４、撮像画像３０５、…の各々は、それぞれｘ軸に平行な辺の長さがｘ１であり、ｙ軸に平行な辺の長さがｙ１である。この各撮像画像の寸法（ｘ１，ｙ１）は、計測装置４の撮像する撮像画像の解像度及び焦点距離の各々の条件により、撮像する作業者により任意に設定される。
【００３３】
また、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の各々は、ｘ軸方向及びｙ軸方向の各々において、所定の間隔（距離）Δｘ、間隔Δｙそれぞれ離れて設定される。また、計測位置における計測方向は、計測装置移動面生成部１３が計測位置の法線ベクトルを求め、この法線ベクトルに平行なベクトルとして求める。また、対象物の表面の凹凸の差が大きければ、高精度で撮像するためには、凹凸の差が大きくなるに従い、距離ｄを変化させた計測装置移動面を生成し、かつ間隔Δｘ及び間隔Δｙの各々を小さくして撮像画像の撮像を行なう。この間隔Δｘ及び間隔Δｙの各々は、撮像画像の解像度と計測装置４の焦点距離とから、計測装置移動面生成部１３が求める構成としてもよい。
【００３４】
図４においては、一例として、計測データ識別情報が計測装置移動面記憶部１８の撮像移動面データテーブルの最上段のレコードから、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の順番に記載されている。このため、ロボット制御部１４は、上記撮像移動面データテーブルを参照した際、計測位置２０１、計測位置２０２、計測位置２０３、計測位置２０４、計測位置２０５、…の順番に計測装置４が撮像を行なえるように、アーム３＿１の移動の制御（図における矢印方向）を行なう。この計測データ識別情報の計測装置移動面記憶部１８の撮像移動面データテーブルにおける配置順は、任意に変更することができる。
【００３５】
図５は、計測装置移動面記憶部１８における計測装置移動面データテーブルの構成例を示す図である。図５の計測装置移動面データテーブルの各レコードにおいて、計測データ識別情報と、この計測データ識別情報に対応した計測データを取得する計測位置及び計測方向（計測ベクトル）の各々とが書き込まれて記憶される。計測データ識別情報は、計測装置移動面上で取得する計測データの各々を識別する識別情報である。計測位置は、同一のレコードにおける計測データ識別情報に対応する計測データ、撮像画像を撮像する位置を示している。計測方向は、同一のレコードの計測位置における計測の方向を示す計測ベクトルである。
【００３６】
図１に戻り、ロボット制御部１４は、例えば、計測装置移動面記憶部１８の計測装置移動面データテーブルを参照し、計測装置移動面テーブルにおける計測データ識別情報の記載順に、順次、計測位置及び計測方向を読み出す。そして、ロボット制御部１４は、計測装置４の撮像軸を計測装置移動面２００における測定位置に移動させ、撮像軸の方向を測定方向とする制御信号を、ロボット３に対して送信する。これにより、ロボット３は、アーム３＿１を駆動制御し、計測装置４の撮像軸を、ロボット座標系１００において、測定移動面における測定位置に移動させ、当該測定位置における測定方向に合わせる。
【００３７】
例えば、ロボット制御部１４は、図３（ｂ）における測定位置の各々において設定された測定方向となるように制御し、計測装置移動面データテーブルの記載順に、矢印に従って順次、測定位置を移動させるよう、アーム３＿１の制御（移動及び姿勢の制御）を行なう。そして、ロボット制御部１４は、ロボット３から、測定移動面における測定位置に計測装置４の撮像軸が移動し、所定の測定方向に撮像軸を調整したことを示す制御終了信号が供給されると、この制御終了信号を計測制御部１５に対して出力する。
【００３８】
計測制御部１５は、ロボット制御部１４から制御終了信号が供給されると、計測装置４を制御して、測定移動面における現在の測定位置及び測定方向の撮像画像を撮像する。そして、計測制御部１５は、対象物の撮像画像を撮像した後、測定データ識別情報に対応付けて、撮像した撮像画像を計測データ記憶部１９に書き込んで記憶させる。
【００３９】
図６は、計測データ記憶部１９における計測データテーブルの構成例を示す図である。図６の計測データテーブルの各レコードにおいて、計測データ識別情報と、この計測データ識別情報に対応した計測データインデックスとの各々が書き込まれて記憶される。計測データ識別情報は、計測装置移動面上で取得する計測データの各々を識別する識別情報である。計測データインデックスは、計測データ、すなわち撮像画像のデータが記憶されている、計測データ記憶部１９におけるアドレスを示している。計測制御部１５は、撮像した撮像画像の計測データ識別情報と、この計測データ識別情報に対応する撮像画像を書き込んだ計測データ記憶部１９のアドレスと、を計測データテーブルに書き込んで記憶させる。
【００４０】
図１に戻り、表示部１６は、例えば、液晶パネルを備えた表示装置である。
三次元形状記憶部１７には、三次元形状取得部１２が取得した、計測データを取得する対象物の三次元形状情報（三次元形状モデルあるいは二次元形状モデルの形状情報）が書き込まれて記憶される。
計測装置移動面記憶部１８は、計測装置移動面における計測位置及び計測方向の各々が示された計測装置移動面データテーブルが書き込まれて記憶される。
計測データ記憶部１９は、計測データテーブルが書き込まれて記憶され、また計測データがこの計測データテーブルに示された計測データインデックスの示すアドレスに書き込まれて記憶される。
【００４１】
図７は、本発明の一実施形態による対象物計測制御装置１の対象物の計測データの取得処理の動作例を示すフローチャートである。この図７は、対象物が立体形状の場合の処理を説明するフローチャートである。
ステップＳ１：
キャリブレーション部１１は、三次元形状取得装置２から、ロボットテーブル３＿４上に配置されたキャリブレーションツールの三次元空間における三次元形状モデルの三次元座標を示す三次元点群を入力する。
そして、キャリブレーション部１１は、三次元形状取得装置２の取得三次元座標系から、ロボット３がアーム３＿１を制御するロボット座標系に座標変換する座標変換行列を生成する。キャリブレーション部１１は、生成した座標変換行列を三次元形状取得部１２に対して供給する。
【００４２】
ステップＳ２：
三次元形状取得部１２は、三次元形状取得装置２から、ロボットテーブル３＿４上あるいはロボットベース３＿２近傍に配置された対象物（例えば、文化財の仏像や壺など）の三次元空間における三次元形状モデルの三次元座標を示す三次元点群を入力する。
そして、三次元形状取得部１２は、入力した三次元点群の各々の点の座標値を、座標変換行列を用いて、取得三次元座標系からロボット座標系に座標変換し、対象物の識別情報及び取得した日時を添付し、三次元形状記憶部１７に書き込んで記憶させる。
【００４３】
ステップＳ３：
計測装置移動面生成部１３は、三次元形状記憶部１７から対象物の三次元形状を示す三次元点群のデータを読み出す。
そして、計測装置移動面生成部１３は、三次元形状データから、対象物の三次元形状をロボット座標系において再現した三次元形状モデルを生成する。
計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系における三次元形状モデルを、表示装置に対して表示する。このとき、計測者は、表示装置において二次元画像で表示されている三次元点群の対象物の部分を、マウスなどを用いて矩形で囲む。また、計測者は、距離ｄの数値を入力する。
これにより、計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系において、計測者の矩形で囲まれた三次元点群を、対象物の三次元形状モデルの三次元座標を示す三次元点群として判定し、この矩形で囲まれた三次元点群を包含するシリンダを形成する。
【００４４】
そして、計測装置移動面生成部１３は、上記シリンダの半径より距離ｄ大きい半径の円筒形状などの立体形状を生成し、この円筒形状などの立体形状を対象物の三次元形状モデルを包含する計測装置移動面とする。計測装置移動面生成部１３は、生成した計測装置移動面のデータを、計測装置移動面記憶部１８に書き込んで記憶させる。
また、計測装置移動面生成部１３は、計測装置４の撮像する撮像画像の解像度及び焦点距離の各々に基づき、計測装置移動面における計測位置及び計測方向の各々を、取得する計測データの計測データ識別情報を付加し、計測装置移動面記憶部１８の計測移動面データテーブルに書き込んで設定する。
【００４５】
ステップＳ４：
ロボット制御部１４は、計測装置移動面記憶部１８の計測移動面データテーブルに記載された順番に、計測データ識別情報、計測位置及び計測方向の各々を読み出す。
そして、ロボット制御部１４は、読み出した計測位置に計測装置４が位置するように、かつ計測装置４の撮像軸が計測方向となるように、ロボット３のアーム３＿１を制御する。
ロボット制御部１４は、計測装置４が計測位置に移動し、計測装置４の撮像軸が計測方向に制御されたことを、ロボット３から通知されると、制御終了情報を計測制御部１５へ出力する。
【００４６】
ステップＳ５：
計測制御部１５は、ロボット制御部１４から制御終了情報が供給されると、計測装置４を制御して対象物を撮像し、撮像画像を取得する。
そして、計測制御部１５は、取得した撮像画像のデータを計測データ記憶部１９に書き込んで記憶させる。計測制御部１５は、計測データ記憶部１９の計測データテーブルに対し、測定位置に対応する計測データ識別情報と、撮像画像のデータを書き込んだ計測データ記憶部１９におけるアドレスとを書き込んで記憶させる。
計測制御部１５は、撮像画像の撮像が終了したことを示す撮像終了情報を、ロボット制御部１４へ出力する。
【００４７】
ステップＳ６：
ロボット制御部１４は、計測装置移動面記憶部１８の計測移動面データテーブルを参照し、この計測移動面データテーブルの最後に記載されている計測データ識別情報の計測位置及び計測方向の処理が終了したか否か、すなわち全ての計測位置における処理が終了したか否かの判定を行なう。このとき、ロボット制御部１４は、全ての計測位置における処理が終了した場合、処理を終了する。一方、ロボット制御部１４は、全ての計測位置における処理が終了していない場合、処理をステップＳ４へ進める。
【００４８】
図８は、本発明の一実施形態による対象物計測制御装置１の対象物の計測データの取得処理の他の動作例を示すフローチャートである。この図８は、対象物が平面形状の場合の処理を説明するフローチャートである。
ステップＳ１’：
キャリブレーション部１１は、三次元形状取得装置２から、ロボットテーブル３＿４上に配置されたキャリブレーションツールの三次元空間における三次元形状の三次元座標を示す三次元点群を入力する。
そして、キャリブレーション部１１は、三次元形状取得装置２の取得三次元座標系から、ロボット３がアーム３＿１を制御するロボット座標系に座標変換する座標変換行列を生成する。キャリブレーション部１１は、生成した座標変換行列を三次元形状取得部１２に対して供給する。
【００４９】
ステップＳ２’：
三次元形状取得部１２は、三次元形状取得装置２から、ロボットテーブル３＿４上あるいはロボットベース３＿２近傍に配置された対象物（例えば、文化財の壁画など）の三次元空間における二次元形状モデルの三次元座標を示す三次元点群を入力する。
そして、三次元形状取得部１２は、入力した三次元点群の各々の点の座標値を、座標変換行列を用いて、取得三次元座標系からロボット座標系に座標変換し、対象物の識別情報及び取得した日時を添付し、三次元形状記憶部１７に書き込んで記憶させる。
【００５０】
ステップＳ３’：
計測装置移動面生成部１３は、三次元形状記憶部１７から対象物の二次元形状モデルを示す三次元点群のデータを読み出す。
そして、計測装置移動面生成部１３は、三次元形状データから、対象物の二次元形状をロボット座標系において再現した二次元形状モデルを生成する。
計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系における二次元形状モデルの三次元座標値を示す三次元点群を、表示装置に対して表示する。このとき、計測者は、表示装置において二次元画像で表示されている三次元点群において３点を選択する。これにより、計測装置移動面生成部１３は、三次元点群においてこの３点が含まれる平面を対象物の二次元形状モデルと判定し、この二次元形状を表示する。また、計測者は、距離ｄの数値を入力する。
これにより、計測装置移動面生成部１３は、ロボット座標系において、対象物の二次元形状を囲む矩形を形成する。
【００５１】
そして、計測装置移動面生成部１３は、二次元形状の面と距離ｄ離れた、二次元形状の前面の位置に二次元平面を生成する。この二次元平面は、対象物の二次元形状モデルを平面視で包含する計測装置移動面となる。計測装置移動面生成部１３は、生成した計測装置移動面のデータを、計測装置移動面記憶部１８に書き込んで記憶させる。
また、計測装置移動面生成部１３は、計測装置４の撮像する撮像画像の解像度及び焦点距離の各々に基づき、計測装置移動面における計測位置及び計測方向の各々を、取得する計測データの計測データ識別情報を付加し、計測装置移動面記憶部１８の計測移動面データテーブルに書き込んで設定する。
【００５２】
また、ステップＳ４、ステップＳ５及びステップＳ６の各々は、すでに説明した図７のフローチャートと同様の処理であるため、説明を省略する。
上述した図７及び図８の各々のフローチャートのように、対象物が立体形状と平面形状とでは、計測装置移動面を生成するフローが異なる。このため、計測者が計測装置移動面を生成する際、対象物が立体形状であるか、あるいは平面形状であるかを、表示装置の表示により選択する。これにより、対象物計測制御装置１は、図７のフローチャート及び図８のフローチャートのいずれかの処理を選択し、計測装置移動面を生成する。
【００５３】
上述したように、本実施形態によれば、ロボット３のアーム３＿１に三次元形状取得装置２及び計測装置４の各々を取り付け、対象物の二次元形状または三次元形状を取得した後、この二次元形状または三次元形状に基づいて、対象物の撮像（計測）を行なう際に、計測装置４の計測位置及び計測方向が示された計測装置移動面を生成し、この計測装置移動面により、アーム３＿１を制御するため、異なる人間が撮像しても一定の精度を保持し、文化財に接触させずに計測装置４を移動させることができる。したがって、本実施形態によれば、文化財の撮像を行なったことがない素人でも、慣れた人間と同様の品質の撮像画像を撮像することができる。
また、本実施形態によれば、ロボット３のアーム３＿１により、対象物に対して相対的に計測装置４を移動させるため、測定支援設備を作成する必要がない。
また、本実施形態によれば、対象物毎に、計測装置移動面を残しておくことにより、過去に撮像（測定）した際と同一の環境を再現して文化財を撮像することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、対象物が立体形状の場合、対象物の三次元形状に対して円筒形状などの立体形状の計測装置移動面を生成し、ロボットのアームを駆動制御することにより、計測装置移動面上において計測装置４が撮像画像を撮像する計測位置及び計測方向を制御している。
しかしながら、対象物の三次元形状モデル表面の形状の相似形であり、三次元形状モデル表面から所定の距離ｄを有する曲面として、計測装置移動面生成部１３が計測装置移動面を生成するようにしてもよい。このとき、計測装置移動面において計測位置が設定され、この計測位置における計測装置移動面の法線ベクトルを求め、この法線ベクトルに平行なベクトルとして計測方向が設定される。
これにより、対象物の撮像を含めた測定処理の精度を向上させることができる。
【００５５】
本実施形態においては、ロボット３が一つのアーム３＿１を有し、計測装置４を駆動させ、計測装置４が対象物の測定処理を行なっているが、ロボット制御部１４が複数のアームを制御するように構成してもよい。
例えば、アーム３＿１には計測装置４が取り付けられ、アーム３＿５には照明装置（不図示）が取り付けられている構成としてもよい。この照明装置は、計測装置４が測定する領域に所定の特性の照明光を照射する。これにより、照明装置の照明光下において計測装置４が対象物の形状、色、質感などの測定を行なうことができ、計測装置４の計測における照明環境を一定とすることができる。この場合、計測装置移動面生成部１３が、ロボット座標系における測定装置４の測定位置毎に対応させ、すなわち計測データ識別情報に対応させ、照明装置の照明位置及び照明方向を、図５の計測移動面データテーブルと同様な構成である照明装置データテーブルを作成する。
【００５６】
そして、ロボット制御部１４がこの照明装置データテーブルを参照し、対象物に照明光を照射する照明装置の照明位置及び照射方向の制御を行なう。この際、照明光の特性（波長、強度など）についても、照明装置データテーブルに対応付けて、計測装置移動面記憶部１８に記憶させておく。これにより、例えば、計測移動面データテーブル及び照明装置データテーブルを用いることで、対象物としての文化財の経年劣化を、常に同一の測定環境により測定することができ、高い精度で劣化の程度を評価することができる。
【００５７】
なお、本発明における図１の対象物計測制御装置１の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより対象物を計測するため、ロボットのアームを駆動制御し、計測装置により対象物を計測する処理を行なってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５８】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００５９】
ここまで、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態はあくまで一例であり、本発明は上述した実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
また、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせを含む。
【符号の説明】
【００６０】
１…対象物計測制御装置
２…三次元形状取得装置
３…ロボット
３＿１…アーム
３＿２…ロボットベース
３＿３…ブラケット
３＿４…ロボットテーブル
４…計測装置
１１…キャリブレーション部
１２…三次元形状取得部
１３…計測装置移動面生成部
１４…ロボット制御部
１５…計測制御部
１６…表示部
１７…三次元形状記憶部
１８…計測装置移動面記憶部
１９…計測データ記憶部
１００…ロボット座標系
２００…計測装置移動面
５００…三次元形状モデル
【図１】
2018165655.tif 000003
【図２】
2018165655.tif 000004
【図３】
2018165655.tif 000005
【図４】
2018165655.tif 000006
【図５】
2018165655.tif 000007
【図６】
2018165655.tif 000008
【図７】
2018165655.tif 000009
【図８】
2018165655.tif 000010