(57)【要約】【課題】画像処理による三次元計測の対象となる広範囲に亘る計測対象物の撮像を行うために設置された複数台のカメラについて、それぞれのカメラの位置と姿勢を検出することができるカメラ位置姿勢検出装置を提供する。【解決手段】測量対象であるプリズム３を３つ以上備えるカメラ位置姿勢検出手段と、カメラ位置姿勢検出手段にカメラ１１を設置することが可能なカメラ固定手段と、カメラ固定手段に設置されるカメラ１１とを備え、プリズム３は、測量器１２によって位置を計測され、プリズム３の位置データからカメラ１１の座標系を求めることでカメラ１１の位置と姿勢を検出した。【選択図】図１
2008107085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測量対象であるプリズムを３つ以上備えるカメラ位置姿勢検出手段と、
前記カメラ位置姿勢検出手段にカメラを設置することが可能なカメラ固定手段と、
前記カメラ固定手段に設置されるカメラと
を備え、
前記プリズムは、測量器によって位置を計測され、前記プリズムの位置データからカメラの座標系を求めることでカメラの位置と姿勢を検出する
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、Ｔ字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置したＴ字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記Ｔ字型ジグのＴ字の交差部にカメラを設置することが可能なＴ字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、十字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置した十字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記十字型ジグの十字の交差部にカメラを設置することが可能な十字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ位置姿勢検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元計測の対象となる計測対象物を設置する作業台に特別なテーブルを設置し、そのテーブルを撮像した画像を処理することにより、計測対象物を撮像するカメラの位置と姿勢を計測する方法が知られている。この方法は、作業台に特別なテーブルを設置し、そのテーブルを撮像した画像を処理してカメラの位置と姿勢を計測していることから、テーブルを設置してテーブルを含めた計測対象物の画像を撮像するだけで良く、手軽に高精度なカメラの位置と姿勢のデータを得ることができる。このような技術の一例が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、カメラに測量器をジグで固定し、測量器の位置姿勢データとカメラ固定ジグの設計データからカメラの位置と姿勢を検出する方法が知られている。この方法は、カメラに測量器をジグで固定し、測量器の位置姿勢データとカメラ固定ジグの設計データから、撮像場所におけるカメラの位置と姿勢のデータを高精度に得ることができることから、カメラと測量器のセットを持ち運びながら広範囲に亘る計測対象物を撮像する場合に有利である。このような技術の一例が下記非特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特願平８−２１３９５９号公報
【非特許文献１】藤原信行、外６名、「ステレオ画像を使用する地形形状システム」、電学論、２００２、Ｃ，１２２巻、６号、ｐ９５０−９５５
【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、上記特許文献１に開示される方法では、計測対象物は作業台に載置できる程度のサイズでなければならず、広範囲に亘る計測対象物に対応するためには、広範囲にテーブルを設置する必要があるため、現実的な方法とは言えない。また、テーブルを設置するため、一旦計測対象物を計測場所から退避させる必要があるが、それができない場合、テーブルを設置することができないため、カメラの位置と姿勢のデータを得ることができない。
【０００６】
また、上記非特許文献１に開示される方法では、複数台のカメラを設置して広範囲に亘る計測対象物を定点観測するような用途においては、カメラと測量器のセットがカメラの設置場所ごとに複数必要となるため、測量器が高価なこともあり大幅なコスト高となってしまう。
【０００７】
これらのことから、本発明は、画像処理による三次元計測の対象となる広範囲に亘る計測対象物の撮像を行うために設置された複数台のカメラについて、それぞれのカメラの位置と姿勢を検出することができるカメラ位置姿勢検出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】
上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に対応）に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、
測量対象であるプリズムを３つ以上備えるカメラ位置姿勢検出手段と、
前記カメラ位置姿勢検出手段にカメラを設置することが可能なカメラ固定手段と、
前記カメラ固定手段に設置されるカメラと
を備え、
前記プリズムは、測量器によって位置を計測され、前記プリズムの位置データからカメラの座標系を求めることでカメラの位置と姿勢を検出する
ことを特徴とする。
【０００９】
上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に対応）に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、第１の発明に係るカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、Ｔ字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置したＴ字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記Ｔ字型ジグのＴ字の交差部にカメラを設置することが可能なＴ字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とする。
【００１０】
上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に対応）に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、第１の発明に係るカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、十字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置した十字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記十字型ジグの十字の交差部にカメラを設置することが可能な十字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、広範囲の空間に複数台設置したカメラの位置と姿勢の検出を行うことができる。また、特別なテーブルを計測対象物に設置する必要がないため、カメラの位置と姿勢の検出のために、計測対象物を一旦退避させる必要がない。さらに、カメラの位置と姿勢を検出するため、それぞれのカメラに高価な測量器等を取付ける必要が無く、安価なプリズム付きのジグをカメラごとに用意するだけでよいため、カメラの位置と姿勢を検出するためのコストを低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係るカメラ位置姿勢検出装置の実施例について、図１から図６を用いて説明する。図１はＴ字型カメラ固定ジグの斜視図、図２は測量器によりプリズムの位置を計測する図、図３はＴ字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図、図４は十字型カメラ固定ジグの斜視図、図５は十字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図、図６は複数台のカメラにより広範囲な計測対象物を撮像する図である。
【実施例１】
【００１３】
本実施例は、図６に示すように、三次元計測の対象となる広範囲に亘る計測対象物１０の撮像を行うために設置された複数台のカメラ１１について、それぞれのカメラ１１の位置と姿勢を検出することが可能なカメラ位置姿勢検出装置１（図１，３参照）を提供することを目的としている。
【００１４】
図１に示すように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置１では、カメラ１１の位置と姿勢を検出するため、Ｔ字型のジグ（以下、Ｔ字型ジグ２という）を用い、Ｔ字型ジグ２（カメラ位置姿勢検出手段）の棒の先端にプリズム３を設置し、Ｔ字型ジグ２のＴ字の交差点ｐ０にカメラ１１を設置するＴ字型カメラ固定ジグ４（カメラ固定手段）を設置する。カメラ１１はＴ字型カメラ固定ジグ４に設置する。
【００１５】
図２に示すように、測量器１２によってＴ字型ジグ２の棒の先端に設置されたプリズム３の位置を計測する。図３に示すように、測量器１２（図２参照）による計測により、各プリズム３の位置がｐ１、ｐ２、ｐ３として求められ、これらｐ１、ｐ２、ｐ３とＴ字型ジグ２の設計データとに基きＴ字型ジグ２のＴ字の交差点ｐ０の位置を求める。また、図３中にΣｃで示すように、カメラ１１の座標系であるカメラ座標系Σｃを予め設定してお
く。
【００１６】
まず、カメラ１１の姿勢をカメラ座標系Σｃの各座標軸の方向ベクトルを計算すること
により求める。カメラ座標系ΣｃのＸ軸の方向ベクトルは、点ｐ２から点ｐ１への方向ベ
クトルとして求められ、各成分を次式（数１）により計算される。ここで、ＬXは点ｐ２から点ｐ１までの距離である。
（数１）
［Ｘ１−Ｘ２  Ｙ１−Ｙ２  Ｚ１−Ｚ２］T／Ｌｘ
【００１７】
また、カメラ座標系ΣｃのＹ軸の方向ベクトルは、交差点ｐ０から点ｐ３への方向ベク
トルとして求められ、各成分を次式（数２）により計算される。ここで、Ｌｙは交差点ｐ０から点ｐ３までの距離である。
（数２）
［Ｘ３−Ｘ０  Ｙ３−Ｙ０  Ｚ３−Ｚ０］T／Ｌｙ
【００１８】
さらに、カメラ座標系ΣｃのＺ軸の方向ベクトルを、Ｘ軸の方向ベクトルからＹ軸の方
向ベクトルへの外積として求める。
最後に、カメラ１１の位置を、カメラ座標系Σｃの原点位置Ｏを計算することで求める
。これは、Ｔ字型ジグ２のＴ字の交差点ｐ０に対して、Ｔ字型カメラ固定ジグ４の設計データより得られるＴ字型ジグ２の交差点ｐ０からカメラ座標系Σｃの原点位置Ｏまでのオ
フセット位置データＶOFFを加算することで計算する。
以上の手順により、カメラ１１の位置と姿勢を検出する。
【００１９】
このように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置１によれば、Ｔ字型ジグ２にＴ字型カメラ固定ジグ４と共にカメラ１１を設置することにより、カメラ１１の位置計測のための測量器１２（図２参照）を１台用意するのみで、広範囲に複数台設置されたカメラ１１の位置と姿勢の検出を低コストで実現することができる。
【実施例２】
【００２０】
図４に示すように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置１では、実施例１に示したカメラ位置姿勢検出装置１においてＴ字型ジグ４（図１参照）を用いる替わりに、十字型のジグ（以下、十字型ジグ５という）の棒の先端にプリズム３を設置する。また、十字型ジグ５（カメラ位置姿勢検出手段）の十字の交差点ｐ０にカメラ１１を設置する十字型カメラ固定ジグ６（カメラ固定手段）を用意して、カメラ１１をこの十字型カメラ固定ジグ６に設置する。
【００２１】
そして、測量器１２（図２参照）により十字型ジグ５の棒の先端に設置されたプリズム３の位置を計測することでカメラ１１の位置と姿勢を検出する。なお、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置１は、十字型ジグ５と十字型カメラ固定ジグ６を用いること以外は、実施例１に示したカメラ位置姿勢検出装置１とほぼ同様である。
【００２２】
図５に示すように、各プリズム３の位置をｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４とし、十字型ジグ５の十字の交差点ｐ０とする。また、図５中にΣｃで示すように、カメラ座標系Σｃを予め
設定しておく。
【００２３】
まず、カメラ１１の姿勢をカメラ座標系Σｃの各座標軸の方向ベクトルを計算すること
で求める。カメラ座標系ΣｃのＸ軸の方向ベクトルは次の３つの組み合わせのいずれかに
より求めることができる。
（１）点ｐ２から点ｐ１への方向ベクトルとして求める。
（２）交差点ｐ０から点ｐ１への方向ベクトルとして求める。
（３）点ｐ２から交差点ｐ０への方向ベクトルとして求める。
【００２４】
また、カメラ座標系ΣｃのＹ軸の方向ベクトルは次の３つの組み合わせのいずれかによ
り求めることができる。
（１）点ｐ４から点ｐ３への方向ベクトルとして求める。
（２）交差点ｐ０から点ｐ３への方向ベクトルとして求める。
（３）点ｐ４から交差点ｐ０への方向ベクトルとして求める。
【００２５】
さらに、カメラ座標系ΣｃのＺ軸の方向ベクトルを、Ｘ軸の方向ベクトルからＹ軸の方
向ベクトルへの外積として求める。
最後に、カメラ１１の位置をカメラ座標系Σｃの原点位置Ｏを計算することで求める。
これは、十字型ジグ５の交差点ｐ０に対して、十字型カメラ固定ジグ６の設計データより得られる十字型ジグ５の交差点ｐ０からカメラ座標系Σｃの原点位置Ｏまでのオフセット
位置データＶOFFを加算することで計算する。
以上の手順により、カメラ１１の位置と姿勢を検出する。
【００２６】
このように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置１によれば、実施例１に示したカメラ位置姿勢検出装置１の効果に加え、プリズム３の１つが測量器１２（図２参照）から計測しにくい場所にあった場合でも、残りの３つのプリズム３を使ってカメラ１１の位置と姿勢を検出することができる。すなわち、方向ベクトルを上述したように３つの組み合わせのいずれかにより求めることができるため、十字型カメラ固定ジグ６を含めたカメラ１１の設置における自由度を大きくすることができる。また、全てのプリズム３の位置が計測できた場合、方向ベクトルを求める２点間の距離を大きく取ることができるため、より高精度なカメラ１１の位置と姿勢を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｔ字型カメラ固定ジグの斜視図である。
【図２】測量器によりプリズムの位置を計測する図である。
【図３】Ｔ字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図である。
【図４】十字型カメラ固定ジグの斜視図である。
【図５】十字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図である。
【図６】複数台のカメラにより広範囲な計測対象物を撮像する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  カメラ位置姿勢検出装置
２  Ｔ字型ジグ
３  プリズム
４  Ｔ字型カメラ固定ジグ
５  十字型ジグ
６  十字型カメラ固定ジグ
１０  計測対象物
１１  カメラ
１２  測量器
【図１】
2008107085.tif 000003
【図２】
2008107085.tif 000004
【図３】
2008107085.tif 000005
【図４】
2008107085.tif 000006
【図５】
2008107085.tif 000007
【図６】
2008107085.tif 000008