(57)【要約】【課題】  対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる位置計測システムを提供する。【解決手段】  位置計測システムは、互いの位置関係が判明している４個のＬＥＤ光源１〜４と、各光源からの光を透過して球面収差により光リング像１１を形成する光学レンズ系１２と、光学レンズ系１２により形成された光リング像１１を検出するイメージセンサ１３と、イメージセンサ１３により検出された光リング像１１の検出情報および各光源の位置関係に基づいて各光源の位置を計測する演算装置１４とを備える。ＬＥＤ光源１〜４は、同一平面上に存在し、矩形部材としてのカード５の４つの頂点位置にそれぞれ配置される。【選択図】  図１
2008058204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの位置関係が判明している４個以上の光源と、前記各光源からの光を透過して球面収差により光リング像を形成する光学レンズ系と、前記光学レンズ系により形成された光リング像を検出する撮像素子と、前記撮像素子により検出された光リング像の検出情報および前記各光源の位置関係に基づいて前記各光源の位置を計測する演算装置とを備えたことを特徴とする位置計測システム。
【請求項２】
前記光源が同一平面上に存在する４個の光源であり、前記各光源が矩形部材の４つの頂点位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項３】
前記光リング像が、円形状または楕円形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の位置計測システム。
【請求項４】
前記レンズ系が半球レンズを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項５】
前記レンズ系が、球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置計測システム。
【請求項６】
前記４個以上の光源が１つの部材に配置され、前記部材が対象物に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項７】
前記４個以上の光源がそれぞれ複数の部材に配置され、前記複数の部材がそれぞれ識別番号を有し、前記識別番号毎に前記部材に配置された光源の発光を制御することを特徴とする請求項１に記載の位置計測システム。
【請求項８】
前記部材に前記識別番号用の１つまたは複数の光源が配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られることを特徴とする請求項７に記載の位置計測システム。
【請求項９】
前記部材が矩形状であり、前記４個以上の光源が前記矩形状の部材の頂点にそれぞれ配置され、前記識別番号用の１つまたは複数の光源が前記矩形状の部材の領域内に配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られることを特徴とする請求項７に記載の位置計測システム。
【請求項１０】
前記光源の代わりに再帰反射板を備え、かつ前記再帰反射板を照明するための照明装置を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の３次元位置や対象物が向いている方向を簡便な方法で計測する位置計測システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光体（あるいは輝度の高い対象物）の３次元位置を計測する手段としては、デジタルカメラ２台で発光体を撮影し、カメラ２台間の距離を基線とした三角測量の原理で発光体の座標を算出する方法がよく用いられる。また、発光体の位置計測を高精度に行う方法として光干渉法がよく用いられる。代表的な光干渉法としては、レーザ光源から出た光をビームスプリッターなどを用いて２つに分割し、その一方を対象物に照射し、他方を参照光としてミラーに照射して元の光路に戻し、対象物からの反射光と参照光とを重ね合わせて干渉させる方法がある。
【０００３】
特許文献１には、ＬＥＤ光源を一つのカメラで撮像することにより、その３次元位置を計測する技術が開示されている。この技術は、レンズの球面収差を利用して、点光源をリング像に変換し、そのリング像のサイズから光源までの距離を計測し、リング像の中心位置から光源が存在する方向を決定することで、光源の３次元座標を計測するものである。
【特許文献１】特開２００４−２１２３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の位置計測システムにおいては、簡単な構成で対象物の位置や方向を精度よく計測可能であることが望まれる。
本発明の目的は、対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる位置計測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的は、互いの位置関係が判明している４個以上の光源と、前記各光源からの光を透過して球面収差により光リング像を形成する光学レンズ系と、前記光学レンズ系により形成された光リング像を検出する撮像素子と、前記撮像素子により検出された光リング像の検出情報および前記各光源の位置関係に基づいて前記各光源の位置を計測する演算装置とを備えた位置計測システムにより達成される。
【０００６】
ここで、前記光源は同一平面上に存在する４個の光源であり、前記各光源は矩形部材の４つの頂点位置にそれぞれ配置することができる。前記光リング像は、円形状または楕円形状を有することができる。前記レンズ系は半球レンズを備えることができ、また球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズを備えることができる。前記４個以上の光源は１つの部材に配置され、前記部材は対象物に搭載することができる。
【０００７】
また、前記４個以上の光源はそれぞれ複数の部材に配置され、前記複数の部材がそれぞれ識別番号を有し、前記識別番号毎に前記部材に配置された光源の発光を制御することができる。前記部材に前記識別番号用の１つまたは複数の光源が配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られるようにすることができる。前記部材は矩形状であり、前記４個以上の光源が前記矩形状の部材の頂点にそれぞれ配置され、前記識別番号用の１つまたは複数の光源が前記矩形状の部材の領域内に配置され、前記識別番号用の光源の配置位置から識別番号が読み取られるようにすることができる。前記光源の代わりに再帰反射板を備え、かつ前記再帰反射板を照明するための照明装置を備えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、対象物の位置や方向を簡易かつ高精度に測定することができる位置計測システムを得ることができる。本発明では、精度よく測定できる距離範囲が比較的短いという従来の問題は解消され、光源位置が比較的遠い場合でも精度よく測定することができる。光源を少なくとも４つ備えることで、４つの光源の３次元位置と回転角度を簡易に高精度に測定することができ、また対象物の位置制御や動線解析を精度よく行うことができる。位置測定の対象物をポインターとすることで、本位置計測システムを指示位置入力装置などに利用することができる。イメージセンサを球面収差の大きなレンズの焦点位置よりレンズ側に設置することで、４個の点光源を４個のリング像に変換でき、比較的距離の遠い光源の位置と角度を簡易に精度良く計測することができる。また、焦点合わせの必要がないので低コスト、高速撮影が可能となる。対象物が多数個であっても、対象物のＩＤ番号毎に識別しながら簡易に３次元位置を計測することができる。４個以上のＬＥＤ光源を長方形カード等の部材に配置するだけで、複数の部材がある場合でも、それらの位置とＩＤ番号の両方を算出でき、ＩＤ番号を識別しながら簡易に前記部材を搭載した対象物の位置を計測できる。対象物が移動してもＩＤ番号は判明するので、なにが何処に移動しているかを簡易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。図示のように、本位置計測システムは、互いの位置関係が判明している４個のＬＥＤ光源１〜４と、各光源からの光を透過して球面収差により光リング像１１を形成する光学レンズ系１２と、光学レンズ系１２により形成された光リング像１１を検出する撮像素子としてのイメージセンサ１３と、イメージセンサ１３により検出された光リング像１１の検出情報および各光源の位置関係に基づいて各光源の位置を計測する演算装置１４とを備える。
【００１０】
ここで、ＬＥＤ光源１〜４は、同一平面上に存在し、矩形部材としてのカード５の４つの頂点位置にそれぞれ配置される。光源１〜４の位置Ｍ１〜Ｍ４は、図示のようにマーカー座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）の原点をｐ０として、それぞれ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）、（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）で示される。光学レンズ系１２は、図示のように、球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズを備えるが、これに限定されることなく、例えば１つの半球レンズを備えて構成することもでき、またこれ以外のレンズを用いてもよい。本願における「光学レンズ系」は１つまたは複数の光学レンズを含むものとして用いられる。イメージセンサ１３はＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成することができる。カメラ１０は、光学レンズ系１２とイメージセンサ１３を含んで構成される。カメラ座標系は図示のように（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示される。演算装置１４は、例えばパソコン（ＰＣ）等のコンピュータを用いることができる。
【００１１】
図２は、図１の実施例で用いるＬＥＤ光源搭載カードの一例を示す図である。図示のように、カード５は、４つのＬＥＤ光源１〜４（発光波長９００ｎｍ）を、長辺の長さＬ１、短辺の長さＬ２の長方形カードの四隅（頂点位置）に配置する。即ち、ＬＥＤ光源１〜４の座標はそれぞれ時計周りに（６３，０，０）、（６３．５，７９．５，０）、（０，７９．５，０）、（０，０，０）となる。ここで、単位はｍｍである。ＬＥＤ光源１〜４は、発光制御装置６により発光が制御される。
【００１２】
カメラ１０は、見かけ上は通常のカメラと同じようであるが、光学レンズ系とイメージセンサの位置に工夫がある。光学レンズ系１２には球面収差の大きなレンズとして、半径２２ｍｍの半球レンズ２個を互いに球面側を向かい合わせた構造のレンズを使用した。イメージセンサ１３は光学レンズ系１２の焦点位置よりも光源側に配置した。また、イメージセンサ１３には１２ｍｍ×１４ｍｍサイズのＣＭＯＳセンサ（１２８０画素×９６０画素）を使用した。イメージセンサ１３の前面には８５０ｎｍより長波長だけを透過するフィルター（図示しない）を設置した。これによりＬＥＤ光源からの光が光学レンズ系１２の球面収差によりリング形状に集光されて形成された光リング像１１をイメージセンサ１３で撮像することができる。
【００１３】
図３は、光学レンズ系による光リング像の形成の様子を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズを用いる場合、（ｃ）、（ｄ）は１つの半球レンズを用いる場合を示す。
【００１４】
２つの半球レンズを用いる場合、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源３０から発せられた光線は、球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズ１２ａ，１２ｂを備えた光学レンズ系１２によって集光され、イメージセンサ１３上に図３（ｂ）に示すような光リング像１１を形成する。その原理は次のとおりである。図３（ａ）において、光源３０から放射された光は、図の光線の軌跡に示すように半球レンズ１２ａの第１面である平面に入射する。ここで光はスネルの法則に従って屈折する。次に光は半球レンズ１２ａの球面形状の第２面に到達し、屈折する。続いて光は半球レンズ１２ｂの球面形状の第１面に入射し、屈折する。さらに光は半球レンズ１２ｂの第２面である平面に到達し、屈折する。このようにして半球レンズ１２ａ，１２ｂを通過した光は、イメージセンサ１３上において、最初はある方向に進み、途中で折り返して逆方向に進む挙動を示す。これをイメージセンサの２次元平面で考えると、光の折り返し点で図３（ｂ）に示すような光密度が高い光集中領域である光リング像１１が形成される。光リング像１１は例えば円形状または楕円形状を有する。
【００１５】
１つの半球レンズを用いる場合、図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤ光源３０から発せられた光線は、１つの半球レンズ１２ｃを備えた光学レンズ系１２によって集光され、イメージセンサ１３上に図３（ｄ）に示すような光リング像１１を形成する。その原理は上記の場合と同様に次のとおりである。図３（ｃ）において、光源３０から放射された光は、図の光線の軌跡に示すように半球レンズ１２ｃの第１面である平面に入射する。ここで光はスネルの法則に従って屈折する。次に光は半球レンズ１２ｃの球面形状の第２面に到達し、屈折する。このようにして半球レンズ１２ｃを通過した光は、イメージセンサ１３上において、最初はある方向に進み、途中で折り返して逆方向に進む挙動を示す。これをイメージセンサの２次元平面で考えると、光の折り返し点で図３（ｄ）に示すような光密度が高い光集中領域である光リング像１１が形成される。
以上の原理の詳細は前述の特許文献１に記載のとおりである。
【００１６】
図４（ａ）〜（ｆ）は、ＬＥＤ光源搭載カードとカメラ間の距離を変えて撮像した光リング像の例を示す図である。本例では、４つのＬＥＤ光源を備えたカード５とカメラ（イメージセンサ）間の距離を１．３ｍ、２ｍ、３ｍと変えて撮像した。この図の中でリング像は四角枠で囲まれ、かつ番号が振ってあるが、四角枠はリング像を検出した事を示しおり、番号は検出した順番を示している。検出した順番は取り立てて意味はない。実際のＬＥＤ光源の発光部はサブｍｍサイズと小さいが、レンズの球面収差を利用することで、図４に示すように、比較的大きな光リング像として撮像できた。点光源をサイズの大きなリング像として撮像できるので、光源が存在する方向を高精度に決めることができる。
【００１７】
４つのＬＥＤ光源の位置は、以下の計算手順により高精度に計測することができる。
まず、センサ座標系とマーカー座標系の関係を示す。実空間の３次元座標点Ｍがカメラ（イメージセンサ）の２次元画像上の点ｍに射影されるとすると、次式のように表される。以下において、Ｃはカメラ行列、Ｐはカメラの内部行列、Ｒは回転行列、ｔは並進ベクトルである。
【００１８】
【数１】
2008058204.tif 000003
【００１９】
同一平面上にない６点（例えば、サイコロの２面上に存在するコーナーの６点など）を観測して、カメラ行列Ｃを得る（カメラキャリブレーション）。カメラ行列Ｃは次式のようにＰとＲ，ｔに展開される。
【００２０】
【数２】
2008058204.tif 000004
【００２１】
センサ座標系とカメラ座標系の関係を次に示す。
【００２２】
【数３】
2008058204.tif 000005
【００２３】
未知数Ｘ，Ｙ，Ｚはｈのみの関数である。
【００２４】
【数４】
2008058204.tif 000006
【００２５】
光源１と光源２間の距離Ｍ１２と光源４と光源３間の距離Ｍ４３は、平行で長さが等しいことにより次式がなりたつ。
【００２６】
【数５】
2008058204.tif 000007
【００２７】
【数６】
2008058204.tif 000008
【００２８】
Ｍ１２は一辺の長さがＬ１であるので次式がなりたつ。
【００２９】
【数７】
2008058204.tif 000009
【００３０】
このｈ１を式（１３）、式（１１−２）、式（９−３）に代入して、ｈ２、ｈ３、ｈ４を求めることができる。よって、式（３）から、３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が得られる。
【００３１】
通常の結像レンズを搭載したカメラであれば点光源は点像として撮像されるので像サイズが非常に小さく、このＬＥＤの場合でいえば、１画素〜数画素以下の画像サイズとなる。これに対し、球面収差の大きなレンズを利用して点光源をリング像とすると、リング像サイズは大きくなる。しかも、このリング像は最外周部が最も光強度が高いという特徴があり、鮮明なリング像が常に撮像できることになる。また、各リング像はそのエッジ部だけで約２００画素程度の画素が関与して撮像されている。このようにエッジ部に多数の画素が関与するために、リング像の中心位置を高精度に検出することが可能となる。即ち、光源ＬＥＤが存在する方向を高精度に決定することができる。
【００３２】
図５は、４つのＬＥＤ光源の３次元位置を算出した結果の一例を示すグラフである。図中において、原点（０，０，０）はカメラ位置である。番号１，２はカード・カメラ間距離１．３ｍ、番号３〜７はカード・カメラ間距離２．０ｍ、番号８〜１３はカード・カメラ間距離３．０ｍ、番号１４はカード・カメラ間距離４．３ｍの場合に、上記の計算方法から算出した３次元位置を示すものである。図５中で各番号の３次元座標は次のとおりである。番号１（0.1725, 0.0020, 1.3333）、番号２（0.3456, -0.2794, 1.2707）、番号３（0.6149, -0.4452, 1.9548）、番号４（0.0282, -0.4736, 1.9880）、番号５（-0.5803, -0.4745, 1.9205）、番号６（-0.5533, -0.0579, 1.9917）、番号７（0.5888, -0.0307, 2.0050）、番号８（0.8480, -0.0729, 2.9134）、番号９（0.8489, -0.6437, 2.8608）、番号１０（-0.0240, -0.6761, 2.8798）、番号１１（-0.8893, -0.6778, 2.7827）、番号１２（-0.8766, -0.1066, 2.8209）、番号１３（-0.0716, -0.0952, 2.9791）、番号１４（0.3607, -0.3296, 4.3865）。以上の座標値の単位はｍ、図５の各軸表示の数値の単位はｍｍである。このグラフから、実際に設置した光源位置と算出した光源の３次元座標がほぼ一致することが確認できた。
【００３３】
このように、位置関係をあらかじめ測定した４つの光源を矩形部材に搭載して対象物に設置し、これらの光源の光をレンズの球面収差を用いてそれぞれリング像に変換して、それらのリング像の位置から各光源が存在する方向を高精度に決定し、その情報に基づいて各光源（すなわち対象物）の位置や回転方向を算出することができる。対象物は、物であれば特に限定されず、物品、人、動物、植物等も含む。
上記の実施例では長方形カードの頂点にＬＥＤ光源を配置し、長辺と短辺の位置をあらかじめ決定することでＬＥＤ光源とリング像との対応を取ったが、正方形の頂点にＬＥＤを配置することでも同様に光源の３次元位置を測定できる。その場合には、光源とリング像との対応関係をとる必要がなくなり、隣の光源との距離は常に一定のＬであるとすることができるので、どのような回転角度であっても簡易に光源位置および方向を計測することが可能となる。
【００３４】
本実施例では、同一平面内にＬＥＤ光源を４個配置して、その位置を算出したが、５個以上のｎ個の光源を配置しても計算できることはいうまでもなく、その場合にはｎ個から４個を取り出す組み合わせを作り、各組み合わせから各々のカード位置を計算し、全ての組み合わせの平均値を取ることで、位置精度を向上させることができる。
【００３５】
本実施例では、同一平面内に光源を４個配置して、その位置を算出したが、同一平面上にない光源の場合であれば、６個の光源を配置することで、上記と同様にして、カードの位置と方向を算出できる。その手順を次に説明する。
【００３６】
ＬＥＤ光源が６点以上設置される場合には、カードは平面である必要がなく、立体的な位置にＬＥＤを設置してもその位置と方向を計測することができる。３次元座標点Ｍ（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）がカメラの２次元画像上の点Ｓ（ｕ，ｖ）に射影されるとすると、次式のように表される。以下において、Ｃはカメラ行列、Ｐはカメラの内部行列、Ｒは回転行列、ｔは並進ベクトルである。式（１）を変形すると次のようになる。
【００３７】
【数８】
2008058204.tif 000010
【００３８】
式（１９）をＣｉについて整理すると次のようになる。
【００３９】
【数９】
2008058204.tif 000011
【００４０】
未知数Ｃｉは１１個あるので、既知のＸを６点撮像すれば、その解が得られる。転置行列をかけて正方行列とし、逆行列を利用するとＣｉが得られる。即ち、式（２）の左辺が得られることになる。
【００４１】
【数１０】
2008058204.tif 000012
【００４２】
式（２）の右辺第１式である内部パラメータ行列Ｐは以下で表される。
【００４３】
【数１１】
2008058204.tif 000013
【００４４】
ここで、ｆは焦点距離、Ｓｕ，Ｓｖはそれぞれ水平方向、垂直方向の有効画素サイズ、Ｏｕ，Ｏｖは画素中心位置、θはセンサのｕ座標とｖ座標のなす角度である。
式（８）を式（２）に代入することで、式（２）の右辺第１式を算出することができる。即ち、回転行列Ｒと平行移動ベクトルｔを算出することができる。
【００４５】
【数１２】
2008058204.tif 000014
【００４６】
カードの距離は平行移動ベクトルｔの値から、カードの方向は回転行列Ｒから求めることができる。
【００４７】
（実施例２）
図６は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、再帰反射板を用いて対象物の位置を計測するものである。本実施例は、実施例１における光源の代わりに再帰反射板６１〜６４を備え、かつ再帰反射板６１〜６４を照明するための照明装置６５を備える点で上記実施例１と異なるが、その他の構成および動作については実施例１と同様である。本実施例では、再帰反射板６１〜６４は直径１ｃｍの円形に切断し、これを４個正方形の部材（カード）６０の４隅に貼り付ける。照明装置６５は、光学レンズ系１２およびイメージセンサ１３を備えたカメラ１０のすぐ横に配置される。本例の照明装置６５は多数のＬＥＤを配列して構成されるが、これに限定されずＬＥＤ以外の光源を用いてもよい。位置計測時に、照明装置６５からカード６０の方向に光を放射させる。再帰反射板６１〜６４は到着した光を、その光が来た方向に反射する性質を持つので、比較的強い光をカメラ１０の方向に反射する。そのため再帰反射板６１〜６４はＬＥＤ光源と同様の役割を果たし、実施例１で説明したのと同様の方法により、再帰反射板の３次元位置を計測することができる。
【００４８】
（実施例３）
図７は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、複数の矩形部材（カード）の四隅にそれぞれ４個のＬＥＤ光源を配置し、各カードのＬＥＤ光源の発光を順次制御することで複数のカードの位置を計測するものである。各カードはそれぞれ識別番号（ＩＤ番号）を有し、ＩＤ番号毎に各カードに配置された光源の発光を制御する。本実施例では、図示のように、カメラ１０に接続された発光信号送信装置７１を備える。複数のカード７１，７２は、それぞれＩＤ番号としてＩＤ−１，ＩＤ−２を持ち、発光信号送信装置７１からの無線信号を受信する受信器７４，７５と、受信器７４，７５からの信号によりＬＥＤ光源１１〜１４，２１〜２４を発光させる発光制御装置７６，７７とを備える。発光信号送信装置７１は、イメージセンサ１３の撮像フレームに同期して、発光させるべきカードのＩＤ番号を無線で送信する。受信器７４または７５は、発光信号送信装置７１からの信号を受信し、発光制御装置７６または７７により当該カードのＬＥＤ光源を発光させる。この場合、カメラ（イメージセンサ）の撮像フレームに同期してＩＤ番号順に４個のＬＥＤを同時に発光させる。カメラによる撮像イメージは、前述の図４と同様な画像となる。これに基づいてＩＤ番号ごとにＬＥＤ光源の３次元位置を計測する。多数個のカードに対してもフレームごとにその３次元位置を計測することができる。その計測方法は実施例１の場合と同様に行うことができる。
【００４９】
（実施例４）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。本実施例は、位置計測用のＬＥＤ光源とは別のＬＥＤ光源の配置位置をＩＤ番号とするものである。本実施例では、図８（ａ）に示すように、矩形部材（長方形カード）８０の四隅に配置した位置計測用の４個のＬＥＤ光源８１〜８４と、その長方形内にＩＤ番号用の２個のＬＥＤ光源８５，８６とを配置する。この２個のＬＥＤ光源８５，８６が四隅の４個のＬＥＤ光源８１〜８４に対して、どの位置に存在するかをイメージセンサ画像から算出し、カード８０のＩＤ番号を読み取る。本実施例の長方形カード８０は、図８（ａ）のように、四隅以外の領域の２１箇所にＩＤ番号用のＬＥＤ光源を取り付けることができるようにした。このようにＬＥＤ光源を設置してＩＤ番号とすると、その識別可能なＩＤ番号の総数は、２１Ｃ２＝２１０となり、２１０番までＩＤを付与することができる。
【００５０】
図８（ｂ）は、このカード８０を対象物８７に添付し、半径２２ｍｍの半球レンズの光学レンズ系１２およびイメージセンサ１３を搭載したカメラ１０で撮像する例を示す。ここで、カード８０は縦１２０ｍｍ、横８０ｍｍの長方形であり、その四隅に位置計測用のＬＥＤ光源８１〜８４が配置され、ＩＤ番号用のＬＥＤ光源８５，８６は長辺の２等分点に配置されている。
【００５１】
図９は、図８の位置計測システムにより撮像された画像を示す図である。図９の画像から分かるように、位置計測用のリング像は最外周に存在するので、先ず、このリング像を抽出し、カード８０の位置と方向を実施例１と同様な方法により算出する。この場合、カード８０は中心位置（ｘ，ｙ，ｚ）が（１５，４，４９０）となり、ｘ−ｙ平面で右に２６度回転していることが判明した（ｙ−ｚ、ｚ−ｘ平面での回転角度はゼロ）。次に、位置計測用のリング像の内側に存在するＩＤ番号用のリング像を抽出し、この位置がカードのどの位置に存在するかを実施例１と同様な方法による画像処理から求める。この画像処理はＰＣ等で構成される演算装置１４で行われる。この位置計測により、ＩＤ番号用のＬＥＤ光源８５，８６がカード長辺の２等分点に位置することが算出でき、ＩＤ番号を特定することができる。予め演算装置１４内にＩＤ番号とカードとの関係を格納しておき、一計測により得たＩＤ番号に対応するカードを特定することができる。このように、ＬＥＤ光源のカード内の位置に応じてＩＤ番号を付与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、対象物の３次元位置や対象物が向いている方向を簡便な方法で計測する位置計測システムに関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る位置計測システムの一実施例を示す図である。
【図２】図１の実施例で用いるＬＥＤ光源搭載カードの一例を示す図である。
【図３】光学レンズ系による光リング像の形成の様子を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は球面側を向かい合わせに配置した２つの半球レンズを用いる場合、（ｃ）、（ｄ）は１つの半球レンズを用いる場合を示す。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、ＬＥＤ光源搭載カードとカメラ間の距離を変えて撮像した光リング像の例を示す図である。
【図５】４つのＬＥＤ光源の３次元位置を算出した結果の一例を示すグラフである。
【図６】本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る位置計測システムの他の実施例を示す図である。
【図９】図８の位置計測システムにより撮像された画像を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１〜４  光源
５，６０  矩形部材（カード）
６  発光制御装置
１０  カメラ
１１  光リング像
１２  光学レンズ系
１３  イメージセンサ
１４  演算装置
６１〜６４  再帰反射板
６５  照明装置
７１  発光信号送信装置
７４  受信器
【図１】
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【図２】
2008058204.tif 000016
【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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