(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間における、基準装置（５）に対する移動計測装置（６）の位置（５５）を求めるための追跡方法であって、
前記内部空間の壁（３）における光の点（８）の移動パターンを生成するために照射方向（４１）を変化させるべく予め定めた手順により、少なくとも１つの光線（４０）を有する光線束を、前記基準装置（５）の少なくとも１つの軸（２９）周りに繰り返し回転または揺動させる工程と、
前記移動計測装置（６）のカメラ（１７）の撮影方向（１８）を一定に維持しながら、前記内部空間の前記壁（３）の一連の画像（９）を記録する工程であって、前記一連の画像（９）には、移動する前記光の点（８）の１つが、少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）で撮像される工程と、
前記少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の画像座標（ｘ１，ｙ１；ｘ２，ｙ２；ｘ３，ｙ３）を求める工程と、
１つの時点に、前記少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）のうちの１つで、前記一連の画像（９）の１つに前記光の点（８）を撮像し、撮像されたそれぞれの前記光の点（８）を生成した前記光線（４０）の少なくとも３つの照射方向（４１）を、それぞれの前記画像（９）が記録された時点に基づき求める工程と、
求められた前記少なくとも３つの照射方向（４１）における、前記壁（３）までの前記基準装置（５）の前記軸（２９）の少なくとも３つの距離（ｄ１，ｄ２，ｄ３）を、参照データベース（５２）に保管されている、前記基準装置（５）を起点とした計測方向（４４）における前記壁（３）までの距離の計測結果に基づき求める工程と、
前記少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）の前記画像座標（ｘ１，ｙ１；ｘ２，ｙ２；ｘ３，ｙ３）、前記少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対応する前記照射方向（４１）、及び前記少なくとも３つの異なる画像点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）に対応する前記照射方向（４１）における前記壁（３）までの前記基準装置（５）のそれぞれの距離（ｄ１，ｄ２，ｄ３）に基づき、前記移動計測装置（６）の位置（５５）を求める工程と
を備えることを特徴とする追跡方法。
【請求項２】
初期設定段階では、
少なくとも１つの計測用光線（４５）を、予め定めた手順で変化する計測方向（４４）に向け、少なくとも１つの軸（２９）周りに回転または揺動させ、
前記計測用光線（４５）の遅延時間及び干渉の少なくとも一方の計測結果に基づき、前記計測方向（４４）のそれぞれにおける前記壁（３）までの前記軸（２９）の距離（ｄ）を求め、
前記計測方向（４４）と、前記計測方向（４４）に対応して求めた前記軸（２９）の前記距離（ｄ）とを前記参照データベース（５２）に保管し、
追跡段階では、
前記光線（４０）の照射方向（４１）における距離（ｄ）を、前記照射方向（４１）に合致する前記計測方向（４４）を用いて前記参照データベース（５２）から求め、或いは前記照射方向（４１）に対する前記計測方向（４４）の偏差に応じ、前記参照データベース（５２）に保管されている距離（ｄ）の加重平均により求める
ことを特徴とする請求項１に記載の追跡方法。
【請求項３】
前記初期設定段階の際には、第１の角速度で前記計測用光線（４５）を回転または揺動させ、前記追跡段階の際には、前記第１の角速度より大きい第２の角速度で前記少なくとも１つの光線（４０）を有する前記光線束を回転または揺動させることを特徴とする請求項２に記載の追跡方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光線（４０）を有する前記光線束を回転または揺動させる手順は、前記計測用光線（４５）を回転または揺動させる手順と同一であることを特徴とする請求項２または３に記載の追跡方法。
【請求項５】
前記光線束を、単一の軸（２９）周りに回転または揺動させ、前記光線束は、前記単一の軸（２９）を含む平面において互いに傾斜した少なくとも２つの光線（４０，５７）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の追跡方法。
【請求項６】
前記光線束は、単一の光線（４０）からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の追跡方法。
【請求項７】
前記一連の画像（９）のうち、第１の画像（９）が第１の時点で記録され、第２の画像（９）が前記第１の時点とは異なる第２の時点で記録されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の追跡方法。
【請求項８】
前記第１の時点は、前記移動パターンを生成する前記光の点（８）の１つが、前記画像（９）の一縁部に位置する画像点（Ｐ１）で撮像されるように調整され、
前記第２の時点は、前記移動パターンを生成する前記光の点（８）の１つが、前記画像（９）の前記一縁部とは別の縁部に位置する画像点（Ｐ３）で撮像されるように調整される
ことを特徴とする請求項７に記載の追跡方法。
【請求項９】
前記移動計測装置（７１）は、前記壁（３）に平面図の画像を投影するように構成されており、
前記移動計測装置（７１）が、前記平面図を有するデータベース（５４）に、自身の撮影方向（１８）及び位置（５５）を伝送し、前記データベース（５４）が、関連する前記平面図の画像部分を求めて、前記移動計測装置（７１）に伝送する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の追跡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部空間における位置を求めるために用いる追跡方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、内部空間における位置を求めるための追跡方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の追跡方法は、内部空間における、基準装置に対する移動計測装置の位置を求めるものである。追跡システムは、基準装置と移動計測装置とを有し、前記基準装置に対する前記移動計測装置の位置が求められる。前記基準装置は、前記内部空間の壁における光の点の移動パターンを生成するために照射方向を変化させるべく予め定めた手順により、少なくとも１つの光線を有する光線束を、前記基準装置の少なくとも１つの軸周りに回転または揺動させる。前記移動計測装置のカメラが、一定の撮影方向で前記内部空間の前記壁の一連の画像を記録し、前記一連の画像には、移動する前記光の点の１つが、少なくとも３つの異なる画像点で撮像され、前記少なくとも３つの異なる画像点の画像座標を求める。１つの時点に、前記少なくとも３つの異なる画像点のうちの１つで、前記一連の画像の１つに前記光の点を撮像し、撮像されたそれぞれの前記光の点を生成した前記光線の少なくとも３つの照射方向を、それぞれの前記画像が記録された時点に基づき求める。求められた前記少なくとも３つの照射方向における、前記壁までの前記基準装置の前記軸の少なくとも３つの距離を、参照データベースに保管されている、前記基準装置を起点とした計測方向における前記壁までの距離の計測結果に基づき求める。前記少なくとも３つの画像点の前記画像座標、前記少なくとも３つの画像点に対応する前記照射方向、及び前記少なくとも３つの画像点に対応する前記照射方向における前記壁までの前記基準装置のそれぞれの距離に基づき、前記移動計測装置の位置を求める。
【０００４】
前記光線束は、単一の光線であってもよいし、互いに一定の角度差で傾斜した複数の光線で形成してもよい。前記一連の画像は、単一の画像であってもよいし、同一の撮影方向で得られた複数の画像であってもよい。一連の複数の画像の場合、それぞれが１つの光線の光の点を様々な画像点で表すものとするか、或いはそれぞれが様々な光線の光の点を様々な画像点で表すものとすることができる。
【０００５】
計測方向における距離の計測は、光学式の距離計測ユニットの計測用光線を用いて行うのが好ましい。追跡方法は、追跡段階とは別に、初期設定段階を有していてもよい。初期設定段階では、少なくとも１つの計測用光線を、予め定められた手順で変化する計測方向に向け、少なくとも１つの軸周りに回転または揺動させる。前記計測用光線の遅延時間及び干渉の少なくとも一方の計測結果に基づき、前記計測方向のそれぞれにおける前記壁までの前記軸の距離を求める。前記計測方向と、前記計測方向に対応して求めた前記軸の前記距離とは、前記参照データベースに保管するようにしてもよい。追跡段階では、前記光線の照射方向における距離を、前記照射方向に合致する前記計測方向を用いて前記参照データベースから求め、或いは前記照射方向に対する前記計測方向の偏差に応じ、前記参照データベースに保管されている距離の加重平均により求める。
【０００６】
一態様として、前記初期設定段階の際には、第１の角速度で前記計測用光線を回転または揺動させ、前記追跡段階の際には、前記第１の角速度より大きい第２の角速度で前記少なくとも１つの光線を有する前記光線束を回転または揺動させる。
【０００７】
一態様として、前記少なくとも１つの光線を有する前記光線束を回転または揺動させる手順は、前記計測用光線を回転または揺動させる手順と同一である。
【０００８】
一態様として、前記光線束を、単一の軸周りに回転または揺動させ、前記光線束は、前記単一の軸を含む平面において互いに傾斜した少なくとも２つの光線を有する。前記基準装置は、例えば、垂直な軸周りに光線束を動かし、この動きと時間間隔とにより水平方向の解像を得る。垂直方向の解像は、様々な仰角に向く光線により得られる。垂直方向の分解能は、光線の数によって制限され、時間計測によって制限を受ける水平平面における分解能よりも大幅に低下したものとなる。但し、一般的な内部空間の構造物の場合、水平方向に比べ、垂直方向における変化の方が比較的少ない。
【０００９】
一態様として、前記一連の画像のうち、第１の画像が第１の時点で記録され、第２の画像が前記第１の時点とは異なる第２の時点で記録される。前記第１の時点は、前記移動パターンを生成する前記光の点の１つが、前記画像の一縁部に位置する画像点で撮像されるように調整され、前記第２の時点は、前記移動パターンを生成する前記光の点の１つが、前記画像の前記一縁部とは別の縁部に位置する画像点で撮像されるように調整されてもよい。
【００１０】
以下では、例示的な実施形態及び図面に基づき、本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】追跡システムを示す図である。
【図２】追跡システムの位置標識を示す図である。
【図３】移動計測装置を示す図である。
【図４】移動計測装置が撮影した画像を示す図である。
【図５】基準装置を示す図である。
【図６】基準装置を示す図である。
【図７】図４に示す画像に対応する、追跡システムを有した内部空間を示す図である。
【図８】一連の２つの画像を重ね合わせて示す図である。
【図９】追跡システムを有した内部空間を示す図である。
【図１０】図９の内部空間に関し、一連の３つの画像を重ね合わせて示す図である。
【図１１】基準装置を示す図である。
【図１２】基準装置を示す図である。
【図１３】移動計測装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
特に示さない限り、同様の部材または機能的に同じ部材については、同じ参照符号を図面中に用いる。
【００１３】
追跡システム１は、壁３上にある部位２の位置の計測に用いることができる。一用途として、ディスプレイ４を用い、部位２の空間座標が使用者に通知される。例えば、この位置は、追跡システム１の基準装置５や、壁３上に予め指し示した部位２に関連付けて示すことができる。もう１つの用途では、壁３上に指し示した部位２に対応する位置が、平面図に示される。この場合、指し示した部位２の周辺の平面図が、壁３に直接投影される。壁３は、建物の内側のあらゆる面を示すものであって、天井や床の他、ドアや窓など、内部空間を取り囲む可動部材も、これに含まれる。
【００１４】
図１に示す追跡システム１は、静止した基準装置５、移動計測装置６、及び位置標識７を備えている。使用者は、位置標識７を用い、壁３上の任意の部位２を指し示すことが可能である。基準装置５により、移動する光の点８が壁３上に投射され、ある時点で、移動計測装置６が、この光の点８に対する、指し示された部位２の相対位置を撮影する。静止した基準装置５は、この時点における壁３上の光の点８によって定まる絶対位置を求め、この絶対位置から、基準装置５の座標系における、指し示された部位２の絶対位置を求めることが可能となる。
【００１５】
例示した追跡システム１は、内部空間における、基準装置５に対する移動計測装置６の位置を求めることができる。このような目的のため、移動計測装置６は、移動して壁３上の３つ以上の異なる部位にある光の点８を、短い時間間隔で、画像９に撮像する。光の点８が撮像された時点は、壁３上における光の点８のそれぞれの位置の座標を、基準装置５に問い合わせるために用いられる。画像９に基づく位置の三角測量によって、移動計測装置６の位置が求められる。
【００１６】
位置標識７は、例えば、使用者が物理的に壁３に保持するためのハンドル１１を有したプレート１０であってもよい。プレート１０は、使用者が壁３上の部位２に位置させるための小径の視認孔１２を有する。プレート１０には、光学式の位置マーク１３が設けられている。位置マーク１３は、例えば、あるパターンで配置された複数の発光ダイオードで形成してもよい。更に、位置標識７は、ディスプレイ４と、例えば操作ボタンなどの複数の操作部材１４とを備えていてもよい。使用者は、操作部材１４を介し、位置標識７の位置の確認を求めるようにしてもよい。ディスプレイ４には、現在の位置が表示される。また、この現在位置は、基準座標系１５の原点とすることも可能であり、これにより、壁３上における２つの部位２の距離の計測を簡単に行うことが可能となる。
【００１７】
これに代わる位置標識は、例えばレーザポインタなどの手持ち式の発光ポインタを基本構成とする。使用者は、確認すべき部位を、発光ポインタで指し示す。従って、位置標識上の位置マークは、壁上に光ポインタで示された光のマークになる。また、このような位置標識にも、ディスプレイ及び操作部材を設けることが可能である。
【００１８】
移動計測装置６は、内部空間内で、三脚１６に設置するようにしてもよい（図３）。移動計測装置６の位置は、基準装置５とは異なる位置とするのが好ましい（図１）。移動計測装置６は、撮影方向１８において壁３の画像を記録するカメラ１７を有する。撮影方向１８は、カメラ１７の光軸と同軸となっている。カメラ１７の視野１９により、追跡システム１で認識しうる壁区域２０が規定され、この壁区域２０内にある位置標識７の位置マーク１３が、追跡システム１によって検知される。壁区域２０は、光の点８が移動可能となってなければならない。光の点８は、カメラ１７の視野１９に対し、周期的に出たり入ったりするようにしてもよい。使用者は、カメラ１７のレンズ２１や壁３までのカメラ１７の距離２２により、公知の方法で、視野１９の大きさ、即ち壁区域２０の大きさを変更する。三脚１６を用いる場合には、カメラ１７が概ね水平方向に向けられていると考えることができる。固定的な配置に代え、例えばヘルメットに装着して、使用者がカメラ１７を持ち運ぶようにしてもよい。この場合、移動計測装置６及びそのカメラ１７の位置が全く不明であることから、壁３上の位置や及び内部空間内における位置を求めるためには、更に多くの計測データが必要となる。以下に説明する追跡方法では、壁区域２０の複数の画像９が必要となる場合がある。撮影方向１８、即ち壁区域２０は、一連の画像９に関し同一でなければならない。一連の画像９は、わずかな時間内に連続的に記録可能であるので、手持ち式の移動計測装置６や、ヘルメット装着式のものに特有の動きは、問題とはならない。
【００１９】
使用者が適正に移動計測装置６を設置すると、光の点８は、少なくとも一時的に、カメラ１７の視野１９内に存在する。基準装置５の説明によって更に明らかになるが、光の点８は、多くの場合に視野１９の外にあるが、周期的に視野１９内に入って同じ部位に位置する。カメラ１７は、壁区域２０の画像９を連続的に記録する。カメラ１７はトリガ２３を有しており、このトリガ２３により、画像９を記録する時点が確定する。トリガ２３により、例えば、移動計測装置６の内部にある固定クロック発振器２４を用い、１０ｍｓ毎に画像９を記録することができる。トリガ２３の作動により画像９が記録される時点は、直接的に検知してもよいし、適切な方法によって後で求めることもできる。また、トリガ２３にコントローラを設け、次に光の点８が視野１９内に現れる時点を推定し、その時点でトリガ２３を作動させるようにしてもよい。もう１つの実施形態では、無線インタフェース２５を介し、基準装置５からトリガ２３が遠隔操作される。
【００２０】
光の点８は、画像９のいくつかにおいて、画像点Ｐで撮像される（図４）。光の点８が画像９に撮像されたか否かが、画像分析ユニット２６によって判定される。光の点８は、周囲に比べて高い輝度レベル、特定の色、及び壁区域２０における標準的な構造物に比べて小さいサイズによって特徴づけられる。画像分析ユニット２６は、例えばカラーフィルタを用い、特定の色以外の色を除去し、コントラストフィルタを用い、概ね同様の輝度の面の部分を排除する。フィルタ処理された画像９の画像点は、閾値と比較される。閾値を上回る画像点Ｐが、光の点８と関連付けられる。光の点８を有していない画像９、及びそれらに関連するデータは廃棄される。
【００２１】
画像９に撮像された光の点８を用い、画像分析ユニット２６は、画像点Ｐの画像座標ｘ１，ｙ１を求める。画像座標は、例えば、一般的なラスタ化された画像９における、画像点Ｐの列及び行によって示される。ラスタは、例えば、ＣＣＤチップ２７の光電セルのグリッド配列に対応している。隣接する画素の強度分布を分析することにより、画像座標ｘ１，ｙ１の分解能を高めることができる。
【００２２】
画像点Ｐ及び画像座標ｘ１，ｙ１により、その時点で光の点８を捉えているカメラ１７の（撮像の）方向２８が得られる。画像座標ｘ１，ｙ１の検知結果は、カメラ１７を基準とする座標系、即ち移動計測装置６の座標系における光の点８の位置を示すものとなる。
【００２３】
画像９において、画像分析ユニット２６は、位置標識７の位置マーク１３を検出する。発光式とするのが好ましい位置マーク１３は、その色、形状などに基づき、対応するフィルタを用いることで、画像９内で強調することができる。位置マーク１３の画像座標が求められ、既に判っている位置マーク１３の配置に基づき、視認孔１２、即ち視認孔１２で指し示された部位２の画像座標ｘ０，ｙ０を演算することができる。これに代えて、例えば発光ポインタによって強調した部位２について、当該部位２の画像座標ｘ０，ｙ０を直接求めることも可能である。
【００２４】
画像分析ユニット２６の機能は、移動計測装置６内で実現することが可能である。この機能は、マイクロプロセッサによって実行されるルーチンによって実現するようにしてもよい。
【００２５】
基準装置５は、固定された位置に設置される。基準装置５の一例として、図５に側面図が、また図６に上面図が示されている。基準装置５によって、追跡システム１の座標系が規定され、以下では、この座標系を基準座標系１５とする。基準座標系１５は、例えば部屋の平面図などの大本の座標系と対比することができる。例えば、使用者が、位置を計測して手入力することが可能である。これに代えて、使用者が、壁３上の基準位置に位置標識７を保持し、この基準位置を追跡システム１に計測させ、計測した基準位置を基準座標系１５の原点とすることができる。更なる較正処理を行うことも可能である。以下では、説明を簡略化するため、基準座標系１５の原点を、基準装置５の位置に設定し、基準座標系１５の軸２９が垂直、即ち重力方向に平行であるものとし、基準座標系１５の零方向３０は、水平面において、例えば北など、基本となる既知の方向を向くものとする。以下では、基準座標を、水平方向３１の角度、垂直方向３２の角度、及び原点、即ち基準装置５の位置までの距離を用い、球座標として示すものとする。
【００２６】
基準装置５は三脚３３を有する。三脚３３は、基準装置５を安定した状態で設置するために用いられる。即ち、例示した三脚３３は、平坦でない地面に簡単に設置を行うのに適している。単一のスタンドや、４本以上の脚を有するなど、別の構造のものを用いることも可能である。
【００２７】
基準装置５は、三脚３３の上に設けられたスイベル台３４を有し、このスイベル台３４は、軸２９の周り、または２つの軸周りに、回転または揺動可能となっている。スイベル台３４の向きは、１つの変動軸についての角度、または２つの変動軸についての２つの角度によって示される。技術的理由から、変動軸に直交する平面において、零方向３０に対し、それぞれの角度を求めるのが好ましい。例示したスイベル台３４は、垂直な軸２９周りにのみ回転可能な回転式プレートである。その方向は、固定された仰角ｂと、変化する水平角ａとを有している。例示したスイベル台３４は、軸２９周りの一方向にのみ回転する。別の構成として、或いは基準装置５の機構として、スイベル台３４は、２つの角度限界値の間、例えば９０°の範囲で、軸２９周りに周期的に正転と反転とを繰り返すようにすることも可能である。
【００２８】
駆動機構３５が、制御によってスイベル台３４を回転または揺動させる。駆動機構３５は、例えば電動モータとギヤユニットとを備える。スイベル台３４は、基準座標系１５におけるスイベル台３４の向きを検知するエンコーダ３６を有する。１軸回転式のスイベル台３４の場合、エンコーダ３６は１つの角度を記録し、２軸回転式のスイベル台３４の場合、エンコーダ３６は、２つの角度を演算して方向を求める。エンコーダ３６は、様々な構成で具現化することができる。例えば、角度センサ、磁気式のインクリメンタルロータリエンコーダ、光学式の格子円盤型ロータリエンコーダ、等間隔目盛３７を設けた誘導式の検知円盤型エンコーダなどがある。エンコーダのもう１つの例は、回転制御されたモータ及びタイマに基づくものであり、回転数と時間とから角度が演算される。エンコーダ３６は、零方向３０を用いて較正が行われる。エンコーダ３６の較正は、例えば、零方向３０に対応して特定の零マーク３８をスイベル台３４に設け、スイベル台３４が回転する度に繰り返すようにしてもよい。
【００２９】
基準装置５は、光線用の光源３９を有する。この光源３９は、低拡散性の平行光線である光線４０を発する。光源３９は、例えばレーザダイオードを有したレーザ光源であるのが好ましい。光線４０は、壁３上に光の点８を生成する。この光の点８は十分に小さく、例えば３ｍｍ未満の径とすることで、十分な間隔分解能を確保する。光の点８の形状は、円形または楕円形とするのが一般的である。例えば回折格子などの適切な光学機器を用いることにより、光線４０の断面の形状を様々な形状とし、光の点８の形状を、例えば菱形状、十字状、またはリング状などにすることも可能である。光の点８は、赤外線領域の不可視光線による点とするのが好ましい。
【００３０】
光線４０の照射方向４１は、スイベル台３４によって定められる。構成を簡略化するため、光線４０は軸２９を起点として発せられるものとして説明を行う。照射方向４１は、２つの角度によって示され、以下では、これら２つの角度を、水平角ａ及び仰角ｂとするが、これらに限定されるものではない。スイベル台３４の移動により光線４０も移動し、光線４０を移動させることにより、予め定められた手順で水平角ａ及び仰角ｂの少なくとも一方を変化させる。照射方向４１は、駆動機構３５を用い、予め定めた手順で繰り返し変更される。照射方向４１は、例えば回転式プレートの回転角速度を一定にすることにより、予め定められた一定の繰り返し頻度で繰り返し変化するのが好ましい。
【００３１】
一実施形態において、光源３９は、スイベル台３４上に配置される（図１）。また、光線４０は、例えば導光装置などの光学装置４２により案内するようにしてもよい。光学装置４２の照射開口は、スイベル台３４によって動くようになっている。別の実施形態（図５及び図６）では、光線４０の向きを変えるための、ビームスプリッタ４２、ミラー、または類似する光学的装置が、スイベル台３４に配置されている。三脚３３上に設置された光源３９は、ビームスプリッタ４２内に光線４０を照射する。例示したビームスプリッタ４２は、軸２９に対して傾斜した照射方向４１に光線４０を発する。光線４０の仰角ｂは一定である。スイベル台３４を軸２９周りに回転させると、光線４０も軸２９周りに回転し、光線４０の水平角ａが、スイベル台３４と同じ角速度で変化する。回転する光線４０は、円錐体を描く。平坦な壁３上では、この円錐体との交差によって生じる放物線に沿って、光の点８が移動する。光線４０の照射方向４１とスイベル台３４の向きとは、仰角ｂだけ相違しているが、この仰角ｂは、基準装置５において予め一定値に規定されているので、スイベル台３４の方向から照射方向４１を演算したり、またはその逆に照射方向４１からスイベル台３４の方向を演算したりすることは容易である。以下では、光線４０の照射方向４１とスイベル台３４の向きとを同義に取り扱うものとする。２軸回転式のスイベル台の場合も、その向きと照射方向４１とは同義とする。
【００３２】
また、基準装置５は、計測方向４４における壁３３までの基準装置５の距離ｄを求める距離計測ユニット４３を備える。距離計測ユニット４３は、例えば、計測方向４４に計測用光線４５が照射され、その反射光が計測方向４４から入射する際の、遅延時間の計測結果と干渉の計測結果との組み合わせに基づいて、距離の検出を行う。距離計測ユニット４３は、例えばレーザダイオードなどからなる光源を自身が備えていてもよい。計測用光線４５の調整は、例えばレーザダイオードへの供給電流を介して行うようにしてもよい。距離計測ユニット４３は、光源３９の光線４０を用い、例えば、電気・光学変調器または音響・光学変調器により、遅延時間の計測及び干渉の計測を行うべく、周波数及び振幅の少なくとも一方を調整するようにしてもよい。反射された計測用光線４５がもとの光線と干渉することで生じるビート信号が、光検出器によって記録される。距離計測ユニット４３は、計測用光線４５が通過した絶対パス長、即ち距離ｄを、ビート信号から求める。十分な計測精度を得るには、計測に約０．１秒を要する。上述した距離計測ユニット４３は、別の形式の光学式距離計測ユニットとすることもできる。
【００３３】
計測方向４４は、スイベル台３４の向きによって予め定められる。例えば、計測用光線４５は、スイベル台３４上に設けられたビームスプリッタ内に導入される。これに代え、スイベル台３４上に距離計測ユニット４３を設けてもよい。計測方向４４は、スイベル台３４が回転または揺動する際に変化する。例示した回転式プレートの場合、基準装置５の距離ｄは、様々な水平角ａの計測方向４４において求めることができる。この例では、計測方向４４が、一定の仰角ｂとなるように、垂直方向の軸２９に対して傾斜している。本実施形態において、仰角ｂは、ビームスプリッタ４２によって予め定められる。スイベル台３４が回転すると、計測方向４４は円錐を描く。計測方向４４とスイベル台３４の向きとの関係は明確であるので、以下では両者を同義に取り扱うものとする。
【００３４】
例示した実施形態において、光線４０及び計測用光線４５は、別個に生成される。このため、照射方向４１と計測方向４４とは、例えば平行な状態でわずかにずれている可能性がある。このようなずれは、構造上の事項として把握されるものであって、角度及び距離を演算する際に補正することができる。また、光線４０と計測用光線４５とは、例えば逆方向（図示せず）など、互いに明らかに相違する方向に照射されるようにしてもよい。スイベル台３４は、光線４０の照射方向４１が、もとの向きの計測方向４４と一致または平行となるように、補正のための補足的な向きに回転させてもよい。このような補正は、基準装置５が取りうる計測方向４４毎に適用される。また、もとの向きと補足的な向きとの組み合わせは、いずれも把握されて保管される。これらの組み合わせに応じ、例えば距離の計測の際に、計測方向４４の向きを、これに対応する光線４０の向きに対して補正するような制御を行うことも可能である。別の実施形態では、計測用光線４５に対し、別個の光源３９を設けず、光線４０は、距離計測ユニット４３に組み込まれる。距離計測ユニット４３は、距離の計測の際だけ、または継続的に光線４０に対する調整を行い、この光線を計測用光線４５として用いるようにしてもよい。この場合、光線４０及び計測用光線４５は、同軸状となる。光線４０と計測用光線４５とを最終的に同軸状に配置することが可能であり、或いは適切な手段によって再現することが可能であるので、以下では、照射方向４１と計測方向４４とが一致するものとする。
【００３５】
基準装置５は、自立した状態で、部屋の中に設置される。光線４０、即ち光の点８は、追跡対象の位置標識７が置かれた壁区域２０を横切って移動する。このとき、部屋の中にある別の物体の陰になる可能性があることに留意する必要がある。基準装置５は、移動し続ける光の点８を、壁３上に投射する。光線４０の移動手順は、スイベル台３４及び駆動機構３５によって予め規定されている。回転式プレートを用いた好ましい実施形態で、駆動機構３５の回転速度を一定とした場合、水平角ａは、一定割合で変化し、一巡すると再び同じ動きを繰り返す。光の点８によって壁３上に描かれる線は、壁３の形状及び向きに応じたものとなる。
【００３６】
光線４０の動きと画像９の記録とは、対応付けユニット４６によって同期化され、ある時点で記録された画像９について、これに対応する光線４０の照射方向４１を求めることができるようになっている。
【００３７】
対応付けユニット４６は、光線４０の一定の角速度と、移動計測装置６内の固定クロック発振器２４とに基づき作動する。基準装置５は、一定の角速度で回転式プレートを回転させる。回転式プレートの零マーク３８がエンコーダ３６を通過すると、即ち光線４０が零方向３０に向くと、直ちに、基準装置５が無線モジュール４７を介して同期信号を発信する。この同期信号により、移動計測装置６のカウンタ４８がリセットされる。固定クロック発振器２４は、カメラ１７のトリガ２３を作動させ、カウンタ４８をインクリメントする。この結果、角速度と、最後に同期信号が発せられてからカウンタ４８によって計測された時間間隔との積によって、照射方向４１の水平角ａが求められる。
【００３８】
例示した対応付けユニット４６は、トリガ信号を繰り返しエンコーダ３６及びカメラ１７に送信する主クロック発振器４９を用いる。トリガ信号の送信は、無線方式で行うのが好ましい。このトリガ信号に応答し、エンコーダ３６は、スイベル台３４の向き、即ち光線４０の照射方向４１を求める。求めた照射方向４１は、対応付けユニット４６に送られる。対応付けユニット４６の、例えばＦＩＦＯ形式の第１シフトレジスタ５０が、照射方向４１を保管する。また、このトリガ信号に応答し、カメラ１７が画像９の記録を行う。トリガ信号の発生頻度により、画像９の記録頻度が定まる。主クロック発振器４９は、基準装置５、移動計測装置６、または別個のコントロールユニットに設けることができる。画像９は、第１シフトレジスタ５０と同じ長さを有した第２シフトレジスタ５１に保管される。また、画像分析ユニット２６は、画像９の代わりに、撮像した光の点８の画像座標ｘ１，ｙ１を、第２シフトレジスタ５１に保管することもできる。照射方向４１と画像９とは、第１シフトレジスタ５０及び第２シフトレジスタ５１の双方の、同じインデックスが付された保管場所にある。このインデックスは、その画像９が記録された時点を示すものである。要求があると、対応付けユニット４６は、例えば、最も古いインデックスの照射方向４１と画像座標ｘ１，ｙ１とを出力した後、このインデックスを削除する。画像９の保管及び分析には、エンコーダ３６による読み込みよりも長い時間を要するのが一般的であり、このことを、これら別個に設けられたシフトレジスタによって補う。更に、これにより、以前の画像９の分析が完了する前に、画像９を記録することも可能となる。対応付けユニット４６は、照射方向４１の角速度が変化したときに、使用するようにしてもよい。
【００３９】
対応付けユニット４６は、イベント駆動型の制御方式で作動させることも可能である。例えば、移動計測装置６は、最新の照射方向４１に関し、これに対応する計測方向４４における計測結果ｄがある場合に限り、画像９を記録する。初期設定段階の際には、複数の別個の計測方向４４で距離の計測が行われる。得られた距離ｄと、これに対応する計測方向４４とは、参照データベース５２に保管される。追跡段階の際には、エンコーダ３６がスイベル台３４の向きを継続的に計測する。対応付けユニット４６は、最新の照射方向４１を、参照データベース５２に保管されている計測方向４４と対比する。対応付けユニット４６は、これらに合致するものがあると、トリガ信号をカメラ１７のトリガ２３に送信し、これに応答して、カメラ１７が画像９を記録する。最新の照射方向４１、即ち最新の計測方向４４と距離ｄとが、第１シフトレジスタ５０に取り込まれるようにしてもよい。画像分析ユニット２６は、光の点８の画像座標ｘ１，ｙ１を求め、第２シフトレジスタ５１に書き込む。
【００４０】
以下では、基本的な追跡段階について説明するが、この追跡段階では、前述した移動計測装置６及び基準装置５を用い、壁３上に位置標識７で指し示す部位２の位置５３が求められる。この追跡方法においては、壁が平坦で垂直であると仮定している。使用者は、移動計測装置６のカメラ１７を水平に、即ちカメラ１７の撮影方向１８が水平面にあるようにする。更に、指し示されている部位２が、カメラ１７の視野１９内に入るように、即ちカメラ１７の各画像９内に現れるように向きを調整する。基準装置５は、移動計測装置６から距離を置いて部屋の中に設置される。
【００４１】
基準装置５は、一定の角速度で、回転式プレートを回転させる。移動計測装置６は、例えば１０ｍｓの間隔で継続的に画像９を記録する。記録された画像９の数は、カウンタによってカウントされ、基準装置５が、光線４０の零方向３０に対応する同期信号を発すると、このカウンタがリセットされる。画像分析ユニット２６が、画像点Ｐで撮像された光の点８を、最新の画像９内に検出すると、そのときのカウンタ値が記録される。従って、このカウンタ値は、この画像９が記録された時点ｔに相当するものとなる。
【００４２】
画像分析ユニット２６は、画像９において撮像された光の点８である画像点Ｐの画像座標ｘ１，ｙ１を求める。また、同じ画像９において、画像分析ユニット２６は、指し示された部位２が撮像された画像点Ｓ及びその画像座標ｘ０，ｙ０を求める。部位２に対応する画像座標ｘ０，ｙ０は、別の画像９でも求めることが可能であり、そのために、いずれの画像９も、同じ撮影方向１８で記録する必要がある。画像分析ユニット２６は、画像９において、光の点８を撮像した点である画像点Ｐと、部位２を撮像した点である画像点Ｓとの距離ｒを求める（例えば、ｒ＝||ｘ１−ｘ０，ｙ１−ｙ０||）。距離ｒが閾値に達していない場合、即ち画像点Ｐと画像点Ｓとが近接していて、壁３上の実際の光の点８も、指し示された部位２に近い場合、その画像９が更なる処理のために選択される。一方、そうでない場合には、その画像９が廃棄され、画像９における距離ｒが閾値より小さくなるまで、画像９の記録が行われる。壁３が垂直で、光線４０が垂直な軸２９周りにのみ回転する場合、画像点Ｐと画像点Ｓとの水平方向の距離ｄ＝ｘ１−ｘ０のみが、閾値との比較対象となる。
【００４３】
カウンタ値、またはクロック信号の間隔とカウンタ値との積として求めた時間間隔ｔが基準装置５に伝達される。基準装置５の対応付けユニット４６は、この時間間隔ｔから、一定の角速度に基づいて、スイベル台３４の向き、即ち零方向３０に対する水平角ａを演算する。スイベル台３４の向きによって特定される光線４０の照射方向４１は、撮像された光の点８の画像点に対応付けされる。
【００４４】
対応付けユニット４６は、照射方向４１における壁３までの基準装置５の距離ｄを求める。対応付けユニット４６は、様々な計測方向４４における壁３までの基準装置５の距離ｄが保管されている参照データベース５２にアクセスする。参照データベース５２は、基準装置５の設置後直ちに、初期設定段階において、対応する距離計測値がロードされるのが好ましい。例えば、対応付けユニット４６は、照射方向４１に対して最も偏差が小さい計測方向４４について、参照データベース５２をサーチし、該当する距離ｄを採用する。これに代え、照射方向４１に近い計測方向４４を使用者が選択するようにしてもよい（図７）。照射方向４１の距離ｄは、これに近似する２つの計測方向４４における距離ｄ１と距離ｄ２とから、補間によって求めてもよい。壁３が平坦で垂直であるとした場合、異なる水平角ａを有した２つの計測方向４４は、指定した照射方向４１における距離ｄに十分に高い精度をもたらすものとなる。計測方向４４は、移動計測装置６の視野１９の外側にあってもよい。
【００４５】
例示した実施形態では、基準座標系１５における光の点８の座標は、距離ｄと、水平角ａ及び一定の仰角ｂから得られる照射方向４１とにより、正確に求めることができる。光の点８は、指し示された部位２に近接しているので、少なくとも水平角ａに関し、光の点８の距離ｄと当該水平角ａとが、指し示された部位２に対して採用される。垂直な壁３の場合には、光線４０の垂直方向の画像座標ｙ１、光線４０の水平角ａ、距離ｄ、及び光線４０の一定の仰角ｂに基づき、更なる計測を行うことなく、指し示された部位２の仰角ｂを演算することが可能である。求められた部位２の座標は、実用的な目的から、建築業界で一般的なデカルト座標で、使用者に対して表示される。
【００４６】
以下では、壁３上に指し示された部位２に対する有用な追跡段階について説明するが、基本的な追跡段階に関して既に説明したものと同様の部分については、説明を簡略化している。ここでも、壁３は、垂直で概ね平坦であるものとする。基準装置５は、一定の角速度で、垂直な軸２９周りに光線４０を回転させる。移動計測装置６は、例えば同期信号を用い、光線４０の回転に同期して作動する。
【００４７】
カメラ１７は、壁３上の２つの異なる位置で、光の点８を撮影する。このとき、カメラ１７の撮影方向１８は一定に維持される。カメラ１７は、例えば短かい露光時間で複数の画像９を記録することができる。この露光時間は、拡散する環境光に比べて強力に集中させて明るくした光の点８を用い、良好な信号雑音比を得るため、１ｍｓの範囲内にある。トリガ２３により、画像９が記録された時点が画像９毎に定まる。画像分析ユニット２６は、これら画像９の中から、光の点８が第１画像点Ｐ１で撮像されている第１の画像９を探し出す。そして、この第１の画像９が記録された時点ｔ１が、第１画像点Ｐ１に対応付けられる。更に、画像分析ユニット２６は、複数の画像９の中から、光の点８が第２画像点Ｐ２で撮像されている第２の画像９を探し出す。第２画像点Ｐ２は、第１画像点Ｐ１とは相違したものでなければならない。もしそうでない場合には、画像分析ユニット２６が適切な第２の画像９を、もう１つ探し出す。第２の画像９が記録された時点ｔ２が、第２画像点Ｐ２に対応付けられる。カメラ１７による画像９の記録、及び光の点８を用いた画像９の探索は、順次実施してもよいし、並行して実施してもよい。図８は、一例として重ね合わせた第１の画像９と第２の画像９とを示している。
【００４８】
カメラ１７は、画像分析ユニット２６が、画像９において、第１画像点Ｐ１で撮像された光の点８を検知するまで（第１の時点ｔ１）、画像９を記録する。カメラ１７は、第１の時点から短い時間間隔をおいた第２の時点ｔ２で画像９を撮像し、光の点８が第２画像点Ｐ２で撮像される。この短い時間間隔は、スイベル台３４のわずかな回転に相当するものであり、光の点８は、カメラ１７の視野１９の範囲内に残っている。また、カメラ１７は、上述した時間間隔にほぼ相当する露光時間適用することもできる。この場合、光の点８は、画像９内に線を描き、その両端部分が、上述した第１画像点Ｐ１及び第２画像点Ｐ２に相当する。従って、第２の時点ｔ２は、露光時間の終了時点となる。
【００４９】
画像分析ユニット２６は、第１画像点Ｐ１の画像座標ｘ１，ｙ１及び第２画像点Ｐ２の画像座標ｘ２，ｙ２を求める。更に、画像点Ｓについては、指し示された部位２が画像９に撮像されている点の画像座標ｘ０，ｙ０が求められる。投射された光の点８に対する、指し示された部位２の相対位置ｒ（ｒｘ，ｒｙ）を求めることが可能である（例えば、ｒｘ＝ｘ０−ｘ１／ｘ２−ｘ１）。壁３が概ね平坦である場合、画像９における、画像点Ｓに対する第１画像点Ｐ１及び第２画像点Ｐ２の相対位置は、壁３上の指し示された部位２に対する光の点８の相対位置に等しくなる。
【００５０】
対応付けユニット４６は、２つの時点ｔ１，ｔ２における、光線４０の照射方向４１、及び当該照射方向４１における壁３までの距離ｄをそれぞれ求め、従って、第１の時点ｔ１及び第２の時点ｔ２での基準座標系１５における光の点８の絶対位置を、それぞれ求める。指し示された部位２の相対位置は、光の点８の絶対位置を用い、絶対位置に変換することができる。求められた絶対位置は、使用者に対して表示される。
【００５１】
移動計測装置６は、イベント駆動型の制御方式で画像９を記録するのが好ましい。移動計測装置６は、第１の時点ｔ１で、光の点８が画像９の左縁部に撮像され、第２の時点ｔ２で、光の点８が画像９の右縁部に撮像されるように、画像９の記録を最適化する。カメラ１７は、初めに、光の点８が第１の画像９内に撮像されるまで、所定の時点で繰り返し画像９を記録する。時点ｔ０において、この画像９が記録される。スイベル台３４の既知の回転周期Ｔで、基準装置５は、光線４０の向きを同じ照射方向４１に戻すことになる。移動計測装置６は、第１の時点ｔ１で画像を記録した後、次の画像を、回転周期Ｔよりも幾分短い時間間隔で記録する。画像９において、次に撮像された光の点８は、右縁部または左縁部の方にずれる。時点ｔ０は、光の点８が、画像縁部から所望の距離、例えば画像幅の２０％未満の距離で記録されるまで、複数回にわたって繰り返し適用される。第１の画像９が記録され、これに対応する第１の時点ｔ１が定まる。光の点８は、第１の時点ｔ１の後に、回転周期Ｔより長い時間間隔で画像を記録することにより、反対側の縁部に向けて位置をずらすようにしてもよい。次の時点は、光の点８が、反対側の画像の縁部まで所望の距離で撮像されるまで、複数回にわたって繰り返し適用される。第２の画像９が記録され、これに対応する第２の時点ｔ２が定まる。画像９の左側縁部または右側縁部にある第１画像点Ｐ１及び第２画像点Ｐ２で、それぞれ光の点８が撮像された第１の時点ｔ１及び第２の時点ｔ２に基づき、対応付けユニット４６は、第１の時点ｔ１及び第２の時点ｔ２で壁３上の光の点８が撮像されたときの、基準装置５からの照射方向４１を求める。
【００５２】
特定のそれぞれの計測方向４４における距離ｄは、初期設定段階のときに計測され、参照データベース５２に保管されるのが好ましい。初期設定段階は、例えば、基準装置５を新たな位置に設置した後、直ちに実行される。更に、この初期設定段階は、一定の時間間隔で繰り返してもよいし、使用者が手動で実行させるようにしてもよい。
【００５３】
初期設定段階の際には、追跡段階と同様の手順により、スイベル台３４を回転または揺動させるのが好ましい。例示したスイベル台３４は、垂直な軸２９周りにのみ回転する。但し、スイベル台３４は、追跡段階よりもゆっくりと回転する。
【００５４】
スイベル台３４の向きは、例えば、０．５°〜２°の増し分で段階的に変化する。スイベル台３４は、段階的に回転する毎に静止させることが可能である。距離計測ユニット４３は、スイベル台３４の向きを変えることで得られる非連続的な個々の計測方向４４における壁３までの距離ｄを計測する。これに代え、例えばスイベル台３４を毎秒１０°未満の角速度でゆっくりと連続的に動かすようにしてもよい。この場合、距離計測ユニット４３は、予め定められた時間間隔で壁３までの距離ｄを計測することにより、非連続的な個々の計測方向４４における距離ｄを得る。いずれの場合においても、それぞれの向きは、エンコーダ３６によって求めるのが好ましい。それぞれの向きに関し、対応付けユニット４６は、計測方向４４を求め、計測した距離ｄと共に、参照データベース５２に保管する。計測には多くの時間を要するので、それぞれの方向付けは、距離計測の際に１回だけとするのが好ましい。初期設定段階は、例えば軸２９周りに光線４０を１回転させると終了する。
【００５５】
初期設定段階では、角度変位の割合が、０．２Ｈｚを下回るものとなる。２ｍから５０ｍの範囲の距離についての、光学式距離計測装置の計測周期は、技術的に制限される。追跡システム１は、初期設定段階の後、追跡段階に切り換えられる。このとき、スイベル台３４の角速度は大幅に増大したものとなる。追跡段階において、スイベル台３４は、角度変位の割合が１０Ｈｚを上回る角速度で、軸２９周りに回転する。移動計測装置６が手動方式の場合には、特に高い角速度が必要となる。
【００５６】
初期設定段階は、定期的に繰り返してもよい。更に、追跡段階を中断して行うことも可能である。
【００５７】
使用者または移動計測装置６が、計測方向４４における距離の計測を求める場合には、もう１つの方法が用いられる。このような目的のため、基準装置５は、初期設定段階に切り換えられる。スイベル台３４が回転し、指定の計測方向４４となったときに、エンコーダ３６がトリガ信号を発信する。距離計測用として、計測用光線４５が計測方向４４に照射される。計測した距離ｄは、参照データベース５２に保管される。このように個別に計測を行うのに要する労力は、比較的大きなものとなる。第１に、スイベル台３４を低い各速度に減速する必要があり、使用者は、光学システムが安定するまで待たなければならない。更に、エンコーダ３６を用い、既存の計測方向４４に関する値を得る場合に比べ、特定の計測方向４４についての作業を新たに始める方が、長い時間を要するものとなる。
【００５８】
また、初期設定段階は、完全に省略することも可能である。例えば、内部空間の平面図がデータベース５４に保管されている。使用者は、ある位置に基準装置５を設置し、基準装置５の零方向３０を合わせる。位置及び零方向３０は、基準装置５に取り込まれる。対応付けユニット４６は、平面図における様々な照射方向４１の距離を計測し、それらを追跡段階用として参照データベース５２に保管する。この初期設定段階は、既存の平面図と実際の内部空間との間に十分な相関関係がある場合に、当該既存の平面図に対してのみ機能する。
【００５９】
追跡段階では、内部空間にある移動計測装置６の絶対位置が求められる。この絶対位置は、基準装置５から移動計測装置６までのベクトル５５によって示される。追跡段階は、移動計測装置６の同一の視野１８内での、壁３上の少なくとも３つの異なる部位２における光の点８の検出に基づくものである。説明を簡略化するため、以下では、平坦で垂直な壁について説明する。但し、追跡段階は、このことを必須とするものではなく、壁は、垂直方向に対して傾斜していてもよい。
【００６０】
例示する基準装置５は、一定の角速度で、垂直な軸２９周りにスイベル台３４を回転させる。光線４０の照射方向４１は、一定の繰り返し頻度で変化する。水平角ａが、この角速度で変化し、仰角ｂは一定に維持される。
【００６１】
移動計測装置６は、例えば三脚１６の上に、水平に向くように設置される。カメラ１７は、同じ視野１８内で３つの異なる撮像の方向２８にある光の点８を、３つの異なる画像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で撮像する。これら一連の３つの画像９は、１つの画像９に重ね合わせ、図１０に示されている。これらの画像９は、複数回の露光により、１つの画像９にまとめて記録したものとすることも可能である。これら一連の画像は、同一の撮影方向１８によるものであって、光の点８が撮像されていればよいので、必ずしも複数の画像９としなくてもよい。
【００６２】
移動計測装置６は、光の点８が撮像された点が３つの画像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３であることを検知するため、イベント駆動型の制御方式で画像９の記録を行うようにするのが好ましく、これら光の点８は、視野１９に大きく分散しているのが好ましい。例えば、移動計測装置６は、画像９の両縁部に位置する画像点Ｐ１及び画像点Ｐ３、並びに画像９の中央部分近傍に位置する画像点Ｐ２のそれぞれで光の点８が撮像されるように、画像９を順次記録する際の時間間隔を適宜調整することができる。また、画像９の記録は、照射方向４１が、参照データベース５２に保管されている計測方向４４と合致する時点に限定して行うことも可能である。これに対応するトリガ信号は、基準装置５から送出するようにしてもよい。このようにすることは、例えば洗面台などのような突出物があるなどして、壁が平坦でない場合に、特に有用である。
【００６３】
移動計測装置６は、光の点８が、３つの画像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３でそれぞれ撮像された３つの時点ｔ１，ｔ２，ｔ３を記録する。対応付けユニット４６は、これら３つの時点ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける照射方向４１を求める。例示する実施形態において、照射方向４１は、３つの画像点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれに対し、順に増大していく水平角ａ１，ａ２，ａ３を有している。更に、対応付けユニット４６は、例えば参照データベース５２を参照することにより、それぞれの照射方向４１における壁３までの基準装置５の距離ｄ１，ｄ２，ｄ３を求める。これにより、壁３上における光の点８の、基準装置５に対する座標Ｋ１（ａ１，ｄ１），Ｋ２（ａ２，ｄ２），Ｋ３（ａ３，ｄ３）が判り、それらは、容易に画像点Ｐ１（ｘ１，ｙ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２），Ｐ３（ｘ３，ｙ３）に対応付けることができる。基準装置５に対するカメラ１７または移動計測装置６の相対位置、即ちベクトル５５は、少なくとも水平面において、正確に求めることができる。例えば、ベクトル５５は、三角法の関係に基づいて演算することができる。
【００６４】
カメラ１７の位置の検出は、以下のような考え方によるものである。壁３上における２つの光の点８の距離ｄは、対応する２つの画像点Ｐ１，Ｐ２の確定した距離ｄに変換される。確定した距離ｄは、壁３までのカメラ１７の距離２２、及び壁３に向く撮影方向１８という２つの変数に依存する。従って、これら変数、即ち距離２２及び撮影方向１８を求めるには、２組の光の点８があればよい。これら２組の光の点８は、１つの光の点８を共用することもできる。カメラ１７が水平に向けられていなければ、カメラ１７の垂直方向の向きを求めるために、３組目の光の点８として、第４の光の点８が必要になる。この場合、これら４つの画像点は、１つの直線上になくてもよい。
【００６５】
図１１は、更に改善した基準装置５６を示している。基準装置５６は、上述した基準装置５の特徴を全て採用しており、図５と図１１とでは、それらに同じ参照符号を用いている。
【００６６】
スイベル台３４は、垂直な軸２９周りにのみ回転または揺動可能となっているのが好ましい。
【００６７】
基準装置５６は、互いに異なる２つの照射方向４１，５８に向けて、２つの光線４０，５７を照射する。これらの照射方向４１，５８は、仰角ｂ及び仰角ｃが相違しているのが好ましい。これに代え、２つの光線４０，５７を互いに平行とすると共に、垂直な軸２９に沿って２０ｃｍ以上離すようにしてもよい。第１の光線４０は、壁３上に第１の光の点８を生成し、第２の光線５７は、壁３上に第２の光の点５９を生成する。第１の光の点８は、垂直方向において、第２の光の点５９からずれた位置にある。２つの光線４０，５７は、同じ光源３９によって生成するのが好ましい。この場合、１つの光線が、ビームスプリッタ６０により、２つの光線４０，５７に分離される。
【００６８】
また、基準装置５６は、２つの計測用光線４５，６１も生成する。第１の計測用光線４５は、計測方向４４に照射され、当該計測方向４４から受光されるのが好ましく、この計測方向４４は、第１の光線４０の照射方向４１と同じであるのが好ましい。第１の光線４０の照射方向４１と第１の計測用光線４５の計測方向４４とは、例えば一定の水平角ａだけずらすこともできる。スイベル台３４は、それぞれの計測方向４４で光線４０が照射されるように、回転または揺動させることができる。照射方向４１と計測方向４４とは、関連する計測誤差が許容範囲内である限り、わずかなずれを有していてもよい。第２の計測用光線６１は、第２の光線５７に対し、第１の光線４０に対する第１の計測用光線４５の関係と同様の関係にある。第２の計測用方向６２は、仰角ｃを有するのが好ましい。第１の計測方向４４における距離ｄは、第２の計測方向６２における距離ｅとは異なるのが一般的である。
【００６９】
基準装置５６は、切換式シャッタ６４を有していてもよいが、この切換式シャッタ６４は、ビームスプリッタ６０の射出側に設けるのが好ましい。切換式シャッタ６４は、第１の計測用光線４５と第２の計測用光線６１とを別個に遮断することが可能である。例示した切換式シャッタ６４は、２つの揺動フラップを有していてもよい。好ましい実施形態では、液晶表示素子を基本構成とし、個別に遮光できるようにした２つのガラスプレートを用いる。切換式シャッタ６４により、単一の距離計測ユニット４３を用いて距離を計測することが可能となる。距離の計測作業の際、切換パルスを受ける度に、一方のガラスプレートのみが透明になることにより、第１の計測用光線４５及び第２の計測用光線６１の一方のみが照射され、他方が遮断される。距離の計測は、初期設定段階において行われる。スイベル台３４は、低い角速度で、垂直の軸２９周りに第１の計測用光線４５及び第２の計測用光線６１を移動させる。
【００７０】
例えば、第１の周期では、上側の第２の計測用光線６１が遮断され、第２の周期では、下側の第１の計測用光線４５が遮断される。切換式シャッタ６４は、例えば、エンコーダ３６によって零方向３０が検出されることで同期信号が生じると、透明になるガラスプレートを切り換えるようにしてもよい。
【００７１】
切換式シャッタ６４は、１以上の光線４０，５７を一時的に遮断するために使用することもできる。追跡段階では、初めに、全てのガラスプレートが透明になっていること、即ち全ての光線４０，５７が壁３に照射され、互いに位置のずれた複数の光の点８，５９を生成するのが好ましい。画像９内に光の点８，５９を検知すると、投射されている光の点８に対応する光線４０を検知するため、１以上の光線４０，５７を遮断するように、移動計測装置６が要求することができる。例えば、スイベル台３４のちょうど１回転の周期の後に、もう１つの画像９が記録され、光の点８がまだ画像９内に撮像されているか否かのチェックを行う。このとき、遮断された光線４０に対応する光の点８は、画像９の中に見出すことができなくなる。
【００７２】
例示した基準装置５６は、２つの光線４０，５７と、２つの計測用光線４５，６１とを有している。光線４０，５７の数と、計測用光線４５，６１の数とは同じであるが、２つに限定されるものではなく、様々な仰角ｂ，ｃを有した８つまでの光線４０とするのが妥当である。ビームスプリッタ６０は、光源３９及び距離計測ユニット４３から光線４０及び計測用光線４５を生成するための、簡易な例であるが、これに代えて、複数の光源と複数の距離計測ユニットとを用いることも可能である。
【００７３】
図１２は、改善した基準装置６５を示している。基準装置６５は、前述した基準装置５の特徴を全て採用しており、図５と図１２とでは、それらに同じ参照符号を用いている。基準装置６５は、基準装置５６と組み合わせることも可能である。
【００７４】
スイベル台３４は、垂直な軸２９周りにのみ回転または揺動可能とするのが好ましい。
【００７５】
基準装置６５は、２つの光線４０，６６を、少なくとも水平角ａが相違する２つの異なる照射方向４１，６７に向け、同時に照射することができる。これら照射方向４１，６７の角度差ｄａは一定であり、第１の照射方向４１が判れば、第２の照射方向６７も正確に求めることができ、その逆も同様である。従って、基準装置６５は、壁３上に、第１の光の点８を生成すると共に、そこから水平方向にずれた位置に、第２の光の点６８を生成する。角度差ｄａは、基準装置６５及び移動計測装置６の設置の際に、両方の光の点８，６８が、画像９内に同時に撮像されるように選定するのが好ましい。角度差ｄａは、視野１９の水平角の５０％〜８０％の範囲内とするのが好ましい。
【００７６】
基準装置６５は、第１の計測方向４４に照射され、当該第１の計測方向４４から受光されるのが好ましい第１の計測用光線４５を有する。第１の計測方向４４は、第１の照射方向４１と組み合わされ、両者は同一直線上にあるのが好ましい。第１の照射方向４１と第１の計測方向４４とは、一定の角度だけ相違している場合もあるが、それぞれの計測方向４４に向けて光線４０を照射するように、相違する角度の分だけスイベル台３４を調整することができる。
【００７７】
２つの照射方向４１，６７が同じ仰角ｂを有する場合は、第２の計測用光線６９を省略してもよい。スイベル台３４は、第２の照射方向６７と組み合わされる第２の計測方向６３における距離の計測を行うため、角度差の分だけ回転させるだけでよい。２つ、またはそれ以上の計測用光線４５，６９を用いる場合には、切換式シャッタ６４が設けられる。この切換式シャッタ６４により、計測用光線４５及び計測用光線６９のうちの一方のみが通過し、他方が遮断されるようにすることが可能となる。制御パルスを用い、２つの計測用光線４５，６９のいずれを通過させるかを選択することが可能である。
【００７８】
追跡段階の際には、移動計測装置６が、それぞれ異なる画像点Ｐ１，Ｐ２にある２つの光の点８，６８を一度に検知することが可能となっている。最初、カメラ１７は、画像内に２つの光の点８のうちの一方のみを撮像することになるのが一般的である。その後の各画像は、回転周期Ｔよりも短い時間間隔で記録することができる。これにより、光の点８は、画像中で、画像縁部に向けて移動していく。第１の光の点８が画像から外れる前に、第２の光の点６８が画像内に出現しない場合には、時間間隔を回転周期Ｔより長くする。第１の光の点８が画像の縁部に向けて移動していくと、第２の光の点６８が画像内に出現する。画像９が時点ｔで撮像され、このとき、第１の光の点８が第１画像点Ｐ１で撮像されると共に、第２の光の点６８が第２画像点Ｐ２で撮像される。
【００７９】
画像９が記録された時点ｔに基づき、２つの照射方向４１，６７が確定する。対応付けユニット４６は、時点ｔにおける、例えば水平角ａ１など、第１の光線４０の第１の照射方向４１を求める。第２の光線６６の第２の照射方向６７は、既に判っている一定の角度差ｄａを第１の照射方向４１に加え、例えば水平角ａ２＝ａ１＋ｄａにより求められる。
【００８０】
対応付けユニット４６は、参照データベース５２から読み出すことにより、第１の照射方向４１及び第２の照射方向６７に対応付けられた距離ｄ１，ｄ２を求める。
【００８１】
次に、演算ユニット７０が、基準装置６５から移動計測装置６までのベクトル５５を求める。
【００８２】
移動計測装置７１は、プロジェクタ７２を有していてもよい。移動計測装置７１は、特に図３に示すような、前述の移動計測装置６の特徴を全て採用している。移動計測装置７１は、これまでに述べた追跡方法の１つにより、自身の位置５５及び撮影方向１８を求める。
【００８３】
プロジェクタ７２は、カメラ１７に固定されている機器である。従って、カメラ１７に対するプロジェクタ７２の位置及び投影方向７３は判っている。投影方向７３と撮影方向１８とは、互いに平行であるのが好ましい。プロジェクタ７２は、壁３上に平面図を投影する。移動計測装置７１は、自身の無線インタフェース２５を介し、この平面図が保管されているデータベース７４と通信する。移動計測装置７１は、自身の位置５５と撮影方向１８とを送信する。データベース７４は、投影方向７３に関して、表示しようとする平面図の部位と傾きとを演算し、その平面図の画像データを移動計測装置７１に転送する。例えば、この平面図は、配管、アンカ、貫通孔などを、壁３のどの位置に配置するかを示すものであってもよい。使用者は、投影された平面図を、実際の壁３と対比させることができる。
【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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