(57)【要約】【課題】簡単な作業で、大型構造物の計測ができる画像計測方法及び画像計測装置を提供する。【解決手段】計測対象物である圧力容器１００をカメラ２で撮像して撮像画像を取得し、その撮像画像をカメラパラメータに基づいて補正し、補正した計測用画像から計測対象であるボルト孔１０１と同一平面上に存在する基準円１５０を抽出し、その基準円１５０からカメラ２の撮像位置を推定し、上記計測用画像から２つのボルト孔１０１を検出して、この検出した情報と撮像位置の情報に基づいて、２つのボルト孔１０１間の距離を算出する。【選択図】図３
2012032173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の計測対象が存在する計測対象物を撮像手段で撮像して撮像画像を得るステップと、
前記撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して計測用画像とするステップと、
前記計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得するステップと、
前記校正基準情報から前記撮像手段の撮像位置を推定して撮像位置情報を取得するステップと、
前記計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得するステップと、
前記撮像位置情報と前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出するステップと、を含むことを特徴とする画像計測方法。
【請求項２】
複数の計測対象が存在する計測対象物を、互いに所定距離だけ間隔をあけた第１及び第２の撮像位置から撮像手段で撮像して第１及び第２の撮像画像を得るステップと、
前記第１及び第２の撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して、それぞれ第１及び第２の計測用画像とするステップと、
前記第１及び第２の計測用画像から、前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出し、それぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得するステップと、
前記第１及び第２の校正基準情報から前記第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得するステップと、
前記第１及び第２の撮像位置情報から前記校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を取得するステップと、
前記真の校正基準情報に基づいて前記第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得するステップと、
前記第１又は第２の計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得するステップと、
前記真の撮像位置情報とこれに対応する前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出するステップと、を含むことを特徴とする画像計測方法。
【請求項３】
複数の計測対象が存在する計測対象物の画像を撮像して撮像画像を得る撮像手段と、
前記撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正し計測用画像とする補正部と、
前記計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得する基準情報取得部と、
前記校正基準情報から前記撮像手段の撮像位置を推定して撮像位置情報を取得する位置推定部と、
前記計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部と、
前記撮像位置情報と前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部と、を備えることを特徴とする画像計測装置。
【請求項４】
複数の計測対象が存在する計測対象物の画像を、互いに所定距離だけ間隔をあけた第１及び第２の撮像位置から撮像して第１及び第２の撮像画像を得る撮像手段と、
前記第１及び第２の撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して、それぞれ第１及び第２の計測用画像とする補正部と、
前記第１及び第２の計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出し、それぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得する基準情報取得部と、
前記第１及び第２の校正基準情報から前記第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得する位置推定部と、
前記第１及び第２の撮像位置情報から前記校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を取得する真基準情報取得部と、
前記真の校正基準情報に基づいて前記第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得する真位置推定部と、
前記第１又は第２の計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部と、
前記真の撮像位置情報とこれに対応する前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部と、を備えることを特徴とする画像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型構造物に存在する複数の計測対象をカメラで撮像し、その撮像した画像から複数の計測対象間の距離を計測する画像計測方法及び画像計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、構造物に存在する計測対象をカメラで撮像して、その撮像した画像から計測対象の寸法を計測することが行われている。そのような例として、特許文献１には、橋梁等の構造物の部材に設けられたボルト孔の位置を計測するための計測方法が記載されている。この計測方法では、計測対象である構造物の部材を、所定位置に置いておき、位置決め可能な走査機構に取り付けられたカメラを、設計上のボルト孔の中心位置に移動させて画像を撮像し、それを画像処理してボルト孔の抽出を行う。そして、抽出したボルト孔の中心位置と設計上のボルト孔の中心位置との偏差を計算し、この偏差と、部材が置かれた位置の情報とを合成することで、実際のボルト孔の中心位置を計測する。
【０００３】
特許文献２には、計測対象を計測するために用いるものとして、当該計測対象と共に写し込む計測用治具が記載されている。同文献に記載に記載された計測方法では、基準点を備える計測用治具を、計測対象である２つのパイプの連結部分の前に設置し、複数台のカメラでその連結部分と計測用治具を撮像する。そして、連結部分と計測用治具の基準点が写り込んだ画像を解析することで、連結部分のひび割れの長さ等を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００１−１２９０８号公報
【特許文献２】特許第３８３９８３７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、特許文献１に記載の計測方法では、計測対象である構造物の部材を所定位置に置き、さらに、走査機構に取り付けられたカメラを、設計上のボルト孔の中心位置に移動させる必要があるため、非常に手間がかかる上に、計測対象が持ち運びできない大型構造物の場合には当該計測方法を使用することができない。また、特許文献２に記載の計測方法においても、計測用治具を計測対象と同じ画像に写し込む必要があるため、計測用治具を設置できない大型構造物に対しては、当該計測方法を使用することができない。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、簡単な作業で、大型構造物の計測ができる画像計測方法及び画像計測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】
【０００７】
上記目的を達成するため、次の技術的手段を講じた。
即ち、本発明の画像計測方法は、複数の計測対象が存在する計測対象物を撮像手段で撮像して撮像画像を得るステップと、前記撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して計測用画像とするステップと、前記計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得するステップと、前記校正基準情報から前記撮像手段の撮像位置を推定して撮像位置情報を取得するステップと、前記計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得するステップと、前記撮像位置情報と前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
上記本発明の画像計測方法では、計測対象を撮像手段で撮像した撮像画像を補正して計測用画像とし、この計測用画像から校正基準を抽出して校正基準情報を取得し、その校正基準情報から撮像位置を推定して撮像位置情報とする。そして、計測用画像から検出した複数の計測対象の各々の計測対象情報と、推定した上記の撮像位置情報とに基づいて複数の計測対象間の距離を算出する。つまり、この画像計測方法によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。従って、簡単な作業で、大型構造物の計測をすることができる。
【０００９】
本発明の画像計測方法は、複数の計測対象が存在する計測対象物を、互いに所定距離だけ間隔をあけた第１及び第２の撮像位置から撮像手段で撮像して第１及び第２の撮像画像を得るステップと、前記第１及び第２の撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して、それぞれ第１及び第２の計測用画像とするステップと、前記第１及び第２の計測用画像から、前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出し、それぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得するステップと、前記第１及び第２の校正基準情報から前記第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得するステップと、前記第１及び第２の撮像位置情報から前記校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を取得するステップと、前記真の校正基準情報に基づいて前記第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得するステップと、前記第１又は第２の計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得するステップと、前記真の撮像位置情報とこれに対応する前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
上記本発明の画像計測方法では、計測対象を撮像手段で撮像した第１及び第２の撮像画像を補正して第１及び第２の計測用画像とし、これら計測用画像から校正基準を抽出して第１及び第２の校正基準情報を取得し、それら校正基準情報から撮像位置を推定して第１及び第２の撮像位置情報とする。そして、それら第１及び第２の撮像位置情報から校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を取得し、この真の校正基準情報に基づいて真の撮像位置情報を再推定し、上記の第１及び第２の計測用画像から検出した複数の計測対象の各々の計測対象情報と、推定した真の撮像位置情報とに基づいて複数の計測対象間の距離を算出する。つまり、この画像計測方法によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。これにより、簡単な作業で、大型構造物の計測をすることができる。さらに、校正基準の寸法が未知であっても、複数の計測対象間の距離が計測できるため、利便性が高い。
【００１１】
本発明の画像計測装置は、複数の計測対象が存在する計測対象物の画像を撮像して撮像画像を得る撮像手段と、前記撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正し計測用画像とする補正部と、前記計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得する基準情報取得部と、前記校正基準情報から前記撮像手段の撮像位置を推定して撮像位置情報を取得する位置推定部と、前記計測用画像から前記複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部と、前記撮像位置情報と前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
上記本発明の画像計測装置では、計測対象を撮像手段で撮像した撮像画像が補正されて計測用画像とされ、この計測用画像から校正基準が抽出されて、校正基準情報が取得され、その校正基準情報から撮像位置が推定されて、撮像位置情報が取得される。そして、計測用画像から検出された複数の計測対象の各々の計測対象情報と、推定された上記の撮像位置情報とに基づいて複数の計測対象間の距離が算出される。つまり、この画像計測装置によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。従って、簡単な作業で、大型構造物の計測をすることができる。
【００１３】
本発明の画像計測装置は、複数の計測対象が存在する計測対象物の画像を、互いに所定距離だけ間隔をあけた第１及び第２の撮像位置から撮像して第１及び第２の撮像画像を得る撮像手段と、前記第１及び第２の撮像画像を前記撮像手段に固有のパラメータに基づいて補正して、それぞれ第１及び第２の計測用画像とする補正部と、前記第１及び第２の計測用画像から前記複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出し、それぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得する基準情報取得部と、前記第１及び第２の校正基準情報から前記第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得する位置推定部と、前記第１及び第２の撮像位置情報から前記校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を得る真基準情報取得部と、前記真の校正基準情報に基づいて前記第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得する真位置推定部と、前記第１又は第２の計測用画像から前記複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部と、前記真の撮像位置情報とこれに対応する前記複数の計測対象情報に基づいて、前記複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部と、を備えることを特徴とするものである。
【００１４】
上記本発明の画像計測装置では、計測対象を撮像手段で撮像した第１及び第２の撮像画像が補正されて第１及び第２の計測用画像とされ、これら計測用画像から校正基準が抽出されて、第１及び第２の校正基準情報が取得され、それら校正基準情報から撮像位置が推定されて、第１及び第２の撮像位置情報が取得される。そして、それら第１及び第２の撮像位置情報から校正基準の寸法が算出されて、真の校正基準情報が取得され、この真の校正基準情報に基づいて真の撮像位置情報が再推定され、上記の第１及び第２の計測用画像から検出した複数の計測対象の各々の計測対象情報と、推定した真の撮像位置情報とに基づいて複数の計測対象間の距離が算出される。つまり、この画像計測方法によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。これにより、簡単な作業で、大型構造物の計測をすることができる。さらに、校正基準の寸法が未知であっても、複数の計測対象間の距離が計測できるため、利便性が高い。
【発明の効果】
【００１５】
上記の通り、本発明によれば、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できるので、簡単な作業で、大型構造物の計測をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像計測装置の概略構成図と、計測対象物を表す概念図である。
【図２】圧力容器の２つのボルト孔間を計測する状態を表す模式図である。
【図３】画像計測装置により実行される画像計測方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】基準円を抽出する手順を説明するための図であり、計測用画像におけるボルト孔の画像を示している。
【図５】本発明の他の画像計測方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】カメラを平行移動させて撮像を行う状態を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像計測装置１の概略構成図と、計測対象物１００を表す概念図である。この画像計測装置１は、計測対象物１００に存在する複数の計測対象１０１間の距離を計測するためのものであり、計測対象物１００の画像を撮像する撮像手段としてのカメラ２と、カメラ２で撮像した撮像画像等の処理を行う制御ユニット３と、プログラムやデータ等を記憶するメモリ４と、撮像画像やデータ等を表示するためのモニタ画面を有する表示部５と、データ等を入力するための操作部６とで主に構成されており、カメラ２で撮像された画像データが制御ユニット３で演算処理されることで、複数の計測対象１０１間の寸法が計測される。
【００１８】
カメラ２は、撮像素子とレンズを含む光学系により構成されており、例えば、当該カメラ２によって撮像された撮像データは、表示部５に撮像画像として表示される。制御ユニット３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等から構成されており、当該ＣＰＵは、操作部６から入力される操作信号に応じて、メモリ４に記憶されている各種のプログラムを読み出し、各種の処理部の処理動作を実行する。メモリ４は、不揮発性の半導体メモリやハードディスク等によって構成されており、各種の処理部を実行するためのプログラムや各種のパラメータ等を記憶している。表示部５は、ＬＣＤにより構成されており、制御ユニット３から入力される表示データに基づいて撮像画面等の各種の画面を表示する。操作部６は、数字入力用キー、カーソルキー、及び各種の機能キー等を備えたキーボードや、マウス等を備えており、キーボードに対するキー操作やマウス操作によって入力された操作信号が制御ユニット３に入力される。また、操作部６は、例えば、表示部５に表示された撮像画像において距離計測用の補助線を描画するために用いられる。
【００１９】
以下、画像計測装置１で実行される画像計測方法によって、Ｂ．Ｃ．Ｄ．（Bolt Circle Diameter）が約４１００ｍｍとされた大型の圧力容器１００（計測対象物）の２つのボルト孔１０１（複数の計測対象）間の距離が計測される例で説明する。図２は、圧力容器１００の２つのボルト孔１０１間を計測する状態を表す模式図であり、図３は、画像計測装置１により実行される画像計測方法の手順を示すフローチャートである。なお、上記のＢ．Ｃ．Ｄ．とは、複数のボルト孔１０１のうち対向する２つのボルト孔１０１、１０１の各中心間の距離をいう（図２参照）。
【００２０】
最初に、カメラ校正を行う（カメラ校正：ステップ２００）。カメラ校正とは、カメラに固有のカメラパラメータ（パラメータ）を推定するための処理であり、本実施形態では平面上の点列を用いて校正を行うＺｈａｎｇの手法によって、当該カメラパラメータを推定した。カメラパラメータの種類を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2012032173.tif 000003
【００２２】
次に、計測対象である複数のボルト孔１０１が存在する圧力容器１００をカメラ２で撮像して撮像画像を得る（計測対象の撮像：ステップ２０１）。図２に示すように、圧力容器１００の前方の所定位置に置かれたカメラ２で、当該圧力容器１００の２つのボルト孔１０１が存在する計測面１００ａの撮像を行い、撮像画像を得る。ここでは、カメラ２を圧力容器１００の計測面１００ａに正対させる必要はなく、当該計測面１００ａに対して斜め方向からの撮像が可能である。
【００２３】
撮像された撮像画像を、推定したカメラパラメータに基づいて収差補正して計測用画像とする（収差補正：ステップ２０２）。制御ユニット３のＣＰＵは、撮像された撮像画像を、カメラパラメータに基づいて収差補正し、計測用画像を取得する補正部として機能し、当該補正部によって上記ステップ２０２の処理が実行される。具体的には、カメラ校正で求めた歪み係数を使用して、撮像画像の収差歪みを補正する。歪みのモデルとして、レンズの半径方向の歪みと円周方向の歪みを表す数式１が使用される。なお、数式１のｒは光学中心からの距離であり、（ｘ、ｙ）は理想平面上の点であり、r^2 = x^2 + y^2 、同様に、r^2 = x^2 + y^2（r、x、yのオーバーラインを省略する）となる。
【００２４】
【数１】
2012032173.tif 000004
【００２５】
ステップ２０２で取得された計測用画像から、２つのボルト孔１０１と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得する（基準円の抽出：ステップ２０３）。制御ユニット３のＣＰＵは、計測用画像から複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出して校正基準情報を取得する基準情報取得部として機能し、当該基準情報取得部によって上記ステップ２０３の処理が実行される。本実施形態では、計測用画像における圧力容器１００の内周部１００ｂ（図２参照）によって表された円を、校正基準である基準円１５０とした。基準円１５０の抽出のため、以下の処理が実行される。なお、校正基準は、２つのボルト孔１０１と同一平面上に存在していればよく、計測用画像における圧力容器１００の外周部１００ｃによって表された円を、校正基準である基準円としてもよい。
【００２６】
図４は、基準円１５０を抽出する手順を説明するための図であり、計測用画像における圧力容器１００の内周部１００ｂの画像を示している。計測用画像上の内周部１００ｂに基準円１５０を抽出するための補助円１１０を描画し、その周囲を探索することで、内周部画像とその背景画像との境界部分である基準円のエッジ１１１を検出する。検出したエッジ１１１の集合に対して、最も近い楕円１１２を当てはめ、校正基準情報である楕円のパラメータを求める。より具体的には、操作部６のマウスを用いて、表示部５に表示された計測用画像上の内周部１００ｂの周形状からなる補助円１１０の中心点と半径を指定し、当該計測用画像上に当該補助円１１０を描画する（補助円描画）。続いて、補助円１１０の周囲に存在するエッジ１１１をマウスで探索して検出する（エッジ検出）。最後に、検出されたエッジ１１１の集合に対して、最も近い楕円１１２を当てはめて（楕円フィッティング）、楕円１１２のパラメータを求める。
【００２７】
エッジ検出による計測用画像上の点列から、楕円の方程式であるｘ２＋Ａｘｙ＋Ｂｙ２＋Ｃｘ＋Ｄｙ＋Ｅ＝０を満たす変数Ａ〜Ｅを最小自乗法によって求め、それらの変数より、次の数式２、数式３、及び数式４を用いて楕円のパラメータである中心座標（Ｘｅ、Ｙｅ）、傾き（θ）、軸の長さ（ａ、ｂ）を求める。
【００２８】
【数２】
2012032173.tif 000005
【数３】
2012032173.tif 000006
【数４】
2012032173.tif 000007
【００２９】
ステップ２０３で取得された校正基準情報である楕円の各パラメータから、カメラの撮像位置を推定して撮像位置情報を取得する（撮像位置の推定：ステップ２０４）。制御ユニット３のＣＰＵは、校正基準情報である楕円のパラメータからカメラ２の撮像位置を推定して撮像位置情報を取得する位置推定部として機能し、当該位置推定部によって上記ステップ２０４の処理が実行される。
【００３０】
中心座標（Ｘｅ、Ｙｅ）、傾き（θ）、軸の長さ（ａ、ｂ）で示される楕円上の点列ｐｉ（ｘｉ、ｙｉ）が、実空間上で半径Ｒの真円となるカメラ２の撮像位置を推定する。撮像位置情報は、平行移動（ｍｍ）：Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ、回転（°）：α、βで表される（図２参照）。この推定には、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法等の非線形最適化の手法を用いる。
【００３１】
上記の計測用画像から計測対象である２つのボルト孔１０１を検出して２つの計測対象情報を取得する（ボルト孔の抽出：ステップ２０５）。制御ユニット３のＣＰＵは、計測用画像から複数の計測対象を検出して複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部として機能し、当該計測対象情報取得部によって上記ステップ２０５の処理が実行される。２つのボルト孔１０１の抽出は、ステップ２０３の基準円１５０の抽出と同様に行い、当該２つのボルト孔１０１の中心座標を求める。
【００３２】
撮像位置情報である、平行移動（ｍｍ）：Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ、回転（°）：α、βと、複数の計測対象情報である、ボルト孔１０１の中心座標に基づいて、２つのボルト孔１０１間の距離を算出する（ボルト孔間の距離の算出：ステップ２０６）。制御ユニット３のＣＰＵは、撮像位置情報と複数の計測対象情報に基づいて、複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部として機能し、当該距離算出部によって上記ステップ２０６の処理が実行される。
【００３３】
計測用画像上の２つのボルト孔１０１の中心座標を実空間上に投影し、当該２つのボルト孔１０１の空間座標を求める。まず、数式５により画像座標（ｕ、ｖ）（オーバーラインを省略する）を理想平面上の座標（ｘ、ｙ）（オーバーラインを省略する）に変換する。変数の定義については、表１を参照。
【００３４】
【数５】
2012032173.tif 000008
【００３５】
次に、数式６で理想平面上の座標（ｘ、ｙ）（オーバーラインを省略する）から、レンズ歪みが加わる前の座標（ｘ、ｙ）を求める。
【数６】
2012032173.tif 000009
【００３６】
理想平面からＺＷ＝０の世界座標平面に投影し、空間座標（ＸＷ、ＹＷ、０）を求める。ここでピンホールカメラモデルでは、空間上の点を仮想画像平面上の点に変換するために、まず、空間上の点Ｐの座標を世界座標ＰＷ（ＸＷ、ＹＷ、ＺＷ）から、カメラの光学中心を原点とするカメラ座標ＰＣ（ＸＣ、ＹＣ、ＺＣ）に変換する。この変換は剛体変換（ｘｙｚ３軸の回転Ｒ＋平行移動Ｔ）であり、数式７で表すことができる。
【数７】
2012032173.tif 000010
【００３７】
空間上の点ＰＣ（ＸＣ、ＹＣ、ＺＣ）をＺＣ＝１の理想平面に透視投影することで、理想平面上の座標である点ｐｉ（ｘ、ｙ）を求める。その関係式を数式８に示す。
【数８】
2012032173.tif 000011
【００３８】
数式７より、
【数９】
2012032173.tif 000012
【００３９】
数式９で、ＺＷ＝０として、ＺＣを求める。
【数１０】
2012032173.tif 000013
【００４０】
数式８より、ＺＣからＸＣ、ＹＣを求める。
【数１１】
2012032173.tif 000014
【００４１】
数式７にＸＣ、ＹＣを代入した数式１２及数式１３により、空間座標である（ＸＷ、ＹＷ）が求められる。
【数１２】
2012032173.tif 000015
【数１３】
2012032173.tif 000016
【００４２】
２つのボルト孔１０１の空間座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を上述のようにして求め、当該２つのボルト孔１０１間の距離を、次の数式１４で示される三平方の定理により算出する。
【数１４】
2012032173.tif 000017
【００４３】
上記本実施形態の画像計測装置１及び画像計測方法では、計測対象である２つのボルト孔１０１が存在する圧力容器１００をカメラ２で撮像した撮像画像を補正して計測用画像とし、この計測用画像から例えば基準円１５０等の校正基準を抽出して校正基準情報を取得し、その校正基準情報から撮像位置を推定して撮像位置情報とする。そして、計測用画像から検出した２つのボルト孔１０１の各々の計測対象情報と、推定した上記の撮像位置情報とに基づいて２つのボルト孔１０１間の距離を算出する。つまり、この画像計測装置及び画像計測方法によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。従って、計測対象物が本実施形態のように非常に大きい大型構造物であり、計測対象に計測装置を設置できないような場合であっても、本実施形態の画像計測装置１及び画像計測方法を使用することにより、簡単な作業で計測を行うことができる。
【００４４】
また、カメラ２を圧力容器１００（計測対象物）の計測面１００ａに正対させる必要がないため、例えば狭い作業場における斜め方向からの計測が可能となり、計測のための作業性を向上させることができる。さらに、計測対象１０１と基準円（校正基準）１５０を撮像するだけなので、計測のための作業時間を大幅に短縮することができる。計測対象間に突起物が存在するような場合であっても計測が可能とされるため、多様な計測対象へ適用することができる。
【００４５】
上記実施形態の画像計測装置及び画像計測方法は、校正基準（基準円）の寸法が予め判明している場合に使用されるが、校正基準の寸法が未知の場合には、次に示す画像計測装置及び画像計測方法が使用される。図５は、本発明の他の画像計測方法の手順を示すフローチャートである。この画像計測方法を実行するための画像計測装置の全体構成は、上記実施形態の画像計測装置１と同様であり、制御ユニットのＣＰＵによって機能される複数の処理部のみが異なっている。以下、図５に示す画像計測方法が実行されることを、図１及び図３も参照しながら詳細に説明する。
【００４６】
まず、上記実施形態と同様にしてカメラ校正を行う（カメラ校正：ステップ２２０）。具体的な処理は、上記実施形態と同様である。次に、複数の計測対象が存在する計測対象物を、互いに所定距離だけ間隔をあけた第１及び第２の撮像位置からカメラで撮像して第１及び第２の撮像画像を得る（計測対象の撮像（１）：ステップ２２１、計測対象の撮像（２）：２２２）。それには、まず、圧力容器１００の前方の所定位置に置かれたカメラ２で、当該圧力容器１００の２つのボルト孔１０１が存在する計測面１００ａの撮像を行い、第１の撮像画像を得る。その後、カメラ２を、(X2,Y2,Z2)=(X1+L,Y1,Z1)となるように一定距離Ｌだけ平行移動させて、このカメラ２を圧力容器１００の前方の所定位置に置き、当該圧力容器の２つのボルト孔１０１が存在する計測面１００ａの撮像を行い、第２の撮像画像を得る（図６参照）。なお、ここでは、カメラ２を圧力容器１００の計測面１００ａに正対させる必要はなく、当該計測面１００ａに対して斜め方向からの撮像が可能である。また、カメラ２を移動させる際に、本実施形態のように当該カメラ２を平行移動させることにより、当該カメラ２の姿勢が適正なものであるか否かを容易に判断することができる。
【００４７】
撮像された第１及び第２の撮像画像をカメラ２の上記カメラパラメータに基づいて収差補正して、それぞれ第１及び第２の計測用画像とする（収差補正（１）：ステップ２２３、収差補正（２）：ステップ２２４）。制御ユニット３のＣＰＵは、撮像された第１及び第２の撮像画像を、カメラパラメータに基づいて収差補正し、計測用画像を取得する補正部として機能し、当該補正部によって上記ステップ２２３及びステップ２２４の処理が実行される。具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０２と同様である。
【００４８】
ステップ２２３及びステップ２２４で取得された第１及び第２の計測用画像から２つのボルト孔１０１と同一平面上に存在する基準円１５０を抽出してそれぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得する（基準円の抽出（１）：ステップ２２５、基準円の抽出（２）：ステップ２２６）。制御ユニット３のＣＰＵは、第１及び第２の計測用画像から複数の計測対象と同一平面上に存在する校正基準を抽出してそれぞれ第１及び第２の校正基準情報を取得する基準情報取得部として機能し、当該基準情報取得部によって上記ステップ２２５及びステップ２２６の処理が実行される。上記実施形態と同様に、計測用画像における圧力容器１００の内周部１００ｂ（図２参照）によって表された円を、校正基準である基準円１５０とし、その基準円１５０の抽出を行う。具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０３と同様である。
【００４９】
第１及び第２の校正基準情報から第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得する（撮像位置の推定（１）：ステップ２２７、撮像位置の推定（２）：ステップ２２８）。制御ユニット３のＣＰＵは、第１及び第２の校正基準情報から第１及び第２の撮像位置を推定して、それぞれ第１及び第２の撮像位置情報を取得する位置推定部として機能し、当該位置推定部によって上記ステップ２２７及びステップ２２８の処理が実行される。
【００５０】
ここで、基準円１５０の半径は未知であるため、当該基準円１５０の半径Ｒに仮の数値（設計値、目分量の値）でＲ′を設定し、第１の計測用画像に対する第１の撮像位置、及び第２の計測用画像に対する第２の撮像位置を推定する。これにより、基準円１５０の中心を原点とする座標系に対する第１及び第２の撮像位置（Ｐ１、Ｐ２）が求まる。各撮像位置を推定する具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０４と同様である。
【００５１】
基準円１５０の半径Ｒ′は、上述のように仮の値であるため、真の値である半径Ｒとの比例分だけ縮尺がずれている。そのため、第１及び第２の撮像位置情報から基準円１５０の寸法（半径Ｒ）を算出して真の校正基準情報を取得する（縮尺修正：ステップ２２９）。制御ユニット３のＣＰＵは、第１及び第２の撮像位置情報から校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を得る真基準情報取得部として機能し、当該真基準情報取得部によって上記ステップ２２９の処理が実行される。
【００５２】
第１及び第２の撮像位置（Ｐ１、Ｐ２）間の推定距離Ｌ′は次の数式１５で求められる。
【数１５】
2012032173.tif 000018
【００５３】
数式１５で求めたＬ′と移動距離Ｌの比例に基づき、数式１６により基準円１５０の半径Ｒを算出する。
【数１６】
2012032173.tif 000019
【００５４】
算出した基準円１５０の半径Ｒ（真の校正基準情報）に基づいて第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得する（撮像位置の再推定：ステップ２３０）。制御ユニット３のＣＰＵは、真の校正基準情報に基づいて第１又は第２の撮像位置を再推定し、当該撮像位置の真の撮像位置情報を取得する真位置推定部として機能し、当該真位置推定部によって上記ステップ２３０の処理が実行される。具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０４と同様である。
【００５５】
第１又は第２の計測用画像から計測対象である２つのボルト孔１０１を検出して複数の計測対象情報を取得する（ボルト孔の抽出：ステップ２３１）。制御ユニット３のＣＰＵは、第１又は第２の計測用画像から複数の計測対象情報を取得する計測対象情報取得部として機能し、当該計測対象情報取得部によって上記ステップ２３１の処理が実行される。具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０５と同様である。
【００５６】
上記の真の撮像位置情報とこれに対応する複数の計測対象情報に基づいて、２つのボルト孔１０１間の距離を算出する（ボルト孔間の距離の算出：ステップ２３２）。制御ユニット３のＣＰＵは、真の撮像位置情報とこれに対応する複数の計測対象情報に基づいて、複数の計測対象間の距離を算出する距離算出部として機能し、当該距離算出部によって上記ステップ２３２の処理が実行され、２つのボルト孔１０１間の距離が算出される。具体的な処理は、上記実施形態のステップ２０６と同様である。
【００５７】
上記の画像計測装置及び画像計測方法では、計測対象である２つのボルト孔１０１が存在する圧力容器１００をカメラ２で撮像した第１及び第２の撮像画像を補正して第１及び第２の計測用画像とし、これら計測用画像から例えば基準円１５０等の校正基準を抽出して第１及び第２の校正基準情報を取得し、それら校正基準情報から撮像位置を推定して第１及び第２の撮像位置情報とする。そして、それら第１及び第２の撮像位置情報から校正基準の寸法を算出して真の校正基準情報を取得し、この真の校正基準情報に基づいて真の撮像位置情報を再推定し、上記の第１及び第２の計測用画像から検出した２つのボルト孔の各々の計測対象情報と、推定した真の撮像位置情報とに基づいて２つのボルト孔間の距離を算出する。つまり、この画像計測装置及び画像計測方法によれば、計測対象を移動させることや、測定治具を必要とせず、撮像した計測対象の画像を画像処理するだけで、複数の計測対象間の距離を計測できる。従って、計測対象物が非常に大きい大型構造物であり、計測対象に計測装置を設置できないような場合であっても、本実施形態の画像計測装置１及び画像計測方法を使用することにより、簡単な作業で計測を実施することができる。それに加え、校正基準の寸法が未知であっても、複数の計測対象間の距離が計測できるため、利便性が高い。
【００５８】
また、カメラ２を圧力容器１００（計測対象物）の計測面１００ａに正対させる必要がないため、例えば狭い作業場における斜め方向からの計測が可能となり、計測のための作業性を向上させることができる。さらに、計測対象１０１と基準円（校正基準）１５０を撮像するだけなので、計測のための作業時間を大幅に短縮することができる。計測対象間に突起物が存在するような場合であっても計測が可能とされるため、多様な計測対象へ適用することができる。
【実施例】
【００５９】
大型構造物である図３の圧力容器１００に存在する２つのボルト孔１０１間を上記実施形態の画像計測装置１によって計測した。圧力容器１００の各ボルト孔１０１間の寸法、及びＢ．Ｃ．Ｄ．は、予め寸法検査によって計測済みである。なお、本発明はこの具体例によって限定されるものではない。
【００６０】
その結果、２つのボルト孔１０１間の寸法の計測では、検査値：８１６ｍｍに対して、計測値：８１５〜８１７ｍｍとされ、Ｂ．Ｃ．Ｄの計測では、検査値：４１８４ｍｍに対して、計測値：４１８２〜４１８６ｍｍであった。
【００６１】
上記で開示した実施形態及び実施例は、本発明に係る画像計測装置及び画像計測方法を例示したものであり、画像計測装置の全体構成を変更することや、フローチャートで示した計測方法に他のステップを含ませることができる。また、計測対象物及び計測対象は、圧力容器やそのボルト孔に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示されるものであり、当該本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１    画像計測装置
２    カメラ
３    制御ユニット
６    操作部
１００  圧力容器
１００ａ  計測面
１００ｂ  内周部
１０１  ボルト孔
１５０  基準円
【図１】
2012032173.tif 000020
【図２】
2012032173.tif 000021
【図３】
2012032173.tif 000022
【図５】
2012032173.tif 000023
【図６】
2012032173.tif 000024
【図４】
2012032173.tif 000025