(57)【要約】【課題】カメラキャリブレーションを簡易にかつその実施時間を大幅に短縮して精度よく行うことができ、高精度の画像計測に寄与することのできる３次元パターンを提供する。【解決手段】この３次元パターンＰ１は、同一の垂直面Ｂ１内において、中央に基準面として高さが最小の面１を有し、この基準面１の周囲に基準面１から周囲に向けて放射状に、基準面１よりも高さが増す複数の面２が形成される。そして、これら中央の基準面１及び周囲の各面２にそれぞれ、中央の基準面１の中心点を基準として、３次元座標が既知な特徴点３が規則的に付けられる。【選択図】図１
2013231900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラを用いた３次元画像計測に必要なカメラパラメータを計測するためのカメラキャリブレーション用３次元パターンであって、
同一の垂直面内又は水平面内に複数の面が段差を付けて形成され、
前記複数の面にそれぞれ、任意の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点を具備する、
ことを特徴とするカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項２】
同一の垂直面内又は水平面内において、中央を含む任意の位置に基準面として高さが最小又は最大の面を有し、前記基準面の周囲に前記基準面から周囲に向けて放射状に、前記基準面よりも高さが増す又は減る１つ又は複数の面が形成される請求項１に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項３】
基準面の周囲の複数の面は前記基準面から周方向に離れるに従って高さが増す又は減る請求項２に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項４】
同一の垂直面内又は水平面内の４隅に高さが最大又は最小の面が形成される請求項３に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項５】
同一の垂直面内又は水平面内において、一側部又は一端部に高さが最小の基準面を有し、前記基準面から他側部方向又は他端部方向に向けて並列に、前記基準面よりも高さが増す一つ又は複数の面が形成される請求項１に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項６】
基準面に並列の複数の面は前記基準面から他側部方向又は他端部方向に離れるに従って高さが増す請求項５に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項７】
同一の垂直面内又は水平面内において、縦方向又は横方向の中央に高さが最小又は最大の基準面を有し、前記基準面から外側に向けて並列に、前記基準面よりも高さが増す又は減る一つ又は複数の面が形成される請求項１に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項８】
基準面の外側に並列の複数の面は前記基準面から外側に離れるに従って突出する高さが増す又は減る請求項７に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項９】
複数の面は階段状に形成される請求項１乃至８のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１０】
複数の面の全部又は一部は同一の垂直面又は水平面に対して平行又は非平行に形成される請求項１乃至９のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１１】
複数の面の全部又は一部は平面状又は非平面状に形成される請求項１乃至１０のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１２】
複数の面の段差部は全部又は一部が同一の垂直面又は水平面に対して直角又は非直角に形成される請求項１乃至１１のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１３】
特徴点は複数の面に規則的に又は不規則に配置される請求項１乃至１２のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１４】
複数の面は直方体状若しくは立方体状のブロック又は矩形状のボードの一面に形成されてなる請求項１乃至１３のいずれかに記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【請求項１５】
複数の面が所定の位置で切り離し可能に、ブロック又はボードが複数の小ブロック又は小ボードに分割可能に形成され、複数の面が２次元的に又は３次元的に拡張収縮可能に構成される請求項１乃至１４に記載のカメラキャリブレーション用３次元パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラを用いた３次元画像計測に必要なカメラキャリブレーションに使用するカメラキャリブレーション用３次元パターンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、カメラを用いて、３次元空間における対象物体の形状などを認識する画像計測が行われている。この種の画像計測では、対象物体の３次元座標を撮影画像中の画像座標を用いて計測することになる。
この３次元座標と撮影画像により得られる画像座標との関係は次のとおりである。
【数１】
2013231900.tif 000003
【数２】
2013231900.tif 000004
以上により、透視投影行列あるいは画像の歪みパラメータを含めた１２個のパラメータを求めることができれば、画像中の画像座標から対象物体の３次元的な情報を得ることができる。
この透視投影行列あるいは１２個のパラメータを得る作業がカメラキャリブレーションと呼ばれている。
【０００３】
既述のとおり、画像計測において、カメラ座標系と世界座標系の関係を表す外部パラメータと、カメラ座標系と画像座標系の関係を表す内部パラメータを求めることは必要不可欠である。この外部パラメータ及び内部パラメータは、カメラの寸法や設置位置の情報に基づいてカメラの位置と姿勢を測定したりレンズの焦点距離を実測したりすることによって求めることができるが、このような方法では正確な測定が困難で、また、多くの時間を必要とするため、実際の運用では、市松模様などのキャリブレーションパターンを正面に有するキャリブレーションボードなどをカメラにより撮影し、その格子点を特徴点として３次元座標とその点を２次元画像に投影した点の座標を求め、このような特徴点を用いて算出する。
【０００４】
このようなキャリブレーションパターンを用いたカメラキャリブレーションは、従来から、各種のものが提案されており、３次元パターンを用いた手法と、２次元パターンを用いた手法が周知である。
【０００５】
３次元パターンは、例えば、特許文献１などに例示されている。このパターンは、図１７に示すように、ｘーｙ平面、ｙーｚ平面及びｚーｘ平面からなり、各平面に座標位置が既知の目印が付けられている。
このような３次元パターンを用いたカメラキャリブレーションは、例えば、非特許文献１により提案されている。この文献１の手法では、３次元情報が既知な３次元パターンを撮影画像の一部に入るように１枚の画像を撮影し、ある点を基準とした３次元座標と撮影画像中の２次元座標とを関連させる透視投影行列を算出することでカメラパラメータを求める。この手法の場合、カメラの外部パラメータと内部パラメータとを１回の撮影で求めることができる。
【０００６】
２次元パターンは、例えば、特許文献２などに例示されている。このパターンは、図１８に示すように、交互にマス目内の色が反転するように配色された格子状の平面パターンで、この場合は、白と黒とのマス目を交互に格子状に並べた市松模様のパターンになっている。
このような２次元パターンを用いたカメラキャリブレーションは、例えば、非特許文献２により提案されている。この文献２の手法では、２次元パターンをカメラで多方向から撮影し、カメラと２次元パターンとの間の位置関係と計算上に模擬されたカメラモデルの情報から計算上の画像を計算し、実際に撮影した現実の画像と計算上の画像内に写っている２次元パターンの位置を比較し、両者の位置の変位量を評価対象とし変位量の二乗和が最小となるようにカメラの内部パラメータに対して非線形最適化を行い、最適値を求める。この手法の場合、画像の歪みを補正するパラメータの演算が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−  ８２９４１公報
【特許文献２】特開２０１２−    ７９８０公報
【非特許文献１】奥富正富，“「ディジタル画像処理”，  ＣＧ−ＡＲＴＳ協会，２００６
【非特許文献２】Z.Zhang, "A flexible new technique for camera calibration", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22(11):1330-1334, 2000.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＣＣＤカメラなどの光学レンズを用いたデジタルカメラによって撮影された画像には、レンズの歪曲収差による歪みがあり、画像周辺ほど歪みが大きいことが知られている。これに対して、上記従来の３次元パターンを用いた方法では、画像に発生する歪みを補正することができないため、結果として、画像計測の精度が劣化する恐れがある、という問題がある。また、上記従来の２次元パターンを用いる方法では、画像の歪みを補正することができるものの、複数の画像を取得する必要があるために、画像の取得処理に多くの時間を要する、という問題がある。
【０００９】
そこで、本願発明者は、１回のみの撮影でよい利点を有する３次元パターンに着目し、この３次元パターンと画像の歪みの補正について鋭意研究を重ねた結果、画像の歪みを補正できる構造を有する３次元パターンを見出し、本発明を提案するに至った。
本発明は、この種のカメラキャリブレーション用３次元パターンにおいて、カメラキャリブレーションを簡易にかつその実施時間を大幅に短縮して精度よく行うことができ、高精度の画像計測に寄与すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、カメラを用いた３次元画像計測に必要なカメラパラメータを計測するためのカメラキャリブレーション用３次元パターンであって、同一の垂直面内又は水平面内に複数の面が段差を付けて形成され、前記複数の面にそれぞれ、任意の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点を具備する、ことを要旨とする。
【００１１】
また、この３次元パターンは次のように具体化される。
（１）同一の垂直面内又は水平面内において、中央を含む任意の位置に基準面として高さが最小又は最大の面を有し、前記基準面の周囲に前記基準面から周囲に向けて放射状に、前記基準面よりも高さが増す又は減る１つ又は複数の面が形成される。
この場合、基準面の周囲の複数の面は前記基準面から周方向に離れるに従って高さが増す又は減ることが好ましい。
また、この場合、同一の垂直面内又は水平面内の４隅に高さが最大又は最小の面が形成されることが好ましい。
（２）同一の垂直面内又は水平面内において、一側部又は一端部に高さが最小の基準面を有し、前記基準面から他側部方向又は他端部方向に向けて並列に、前記基準面よりも高さが増す一つ又は複数の面が形成される。
この場合、基準面に並列の複数の面は前記基準面から他側部方向又は他端部方向に離れるに従って高さが増すことが好ましい。
（３）同一の垂直面内又は水平面内において、縦方向又は横方向の中央に高さが最小又は最大の基準面を有し、前記基準面から外側に向けて並列に、前記基準面よりも高さが増す又は減る一つ又は複数の面が形成される。
この場合、基準面の外側に並列の複数の面は前記基準面から外側に離れるに従って突出する高さが増す又は減ることが好ましい。
（４）複数の面は階段状に形成される。
（５）複数の面の全部又は一部は同一の垂直面又は水平面に対して平行又は非平行に形成される。
（６）複数の面の全部又は一部は平面状又は非平面状に形成される。
（７）複数の面の段差部は全部又は一部が同一の垂直面又は水平面に対して直角又は非直角に形成される。
（８）特徴点は複数の面に規則的に又は不規則に配置される。
（９）複数の面は直方体状若しくは立方体状のブロック又は矩形状のボードの一面に形成されてなる。
（１０）複数の面が所定の位置で切り離し可能に、ブロック又はボードが複数の小ブロック又は小ボードに分割可能に形成され、複数の面が２次元的に又は３次元的に拡張収縮可能に構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のカメラキャリブレーション用３次元パターンでは、同一の垂直面内又は水平面内に複数の面が段差を付けて形成され、複数の面にそれぞれ、任意の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点を具備するので、この３次元パターンに対してカメラによる１回の撮影で、同一の垂直面内又は水平面内の高さの異なる各面から特徴点を抽出することにより、特徴点の３次元座標とそれに対応する２次元画像上の座標を多数求めることができ、これにより、カメラキャリブレーションを簡易にかつその実施時間を大幅に短縮して、精度よく行うことができ、高精度の３次元画像計測に寄与することができる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による第１の実施の形態におけるカメラキャリブレーション用３次元パターンを示す図
【図２】同３次元パターンに採用される特徴点を示す図（（ａ）は正面から見た図（ｂ）はパターンの中心から各特徴点までの距離と特徴点の高さの関係を示す図）
【図３】同３次元パターンに採用される特徴点がカメラ撮影された場合の、四隅の特徴点の画像の状況を示す図
【図４】同３次元パターンを用いたカメラキャリブレーションを示す図
【図５】同３次元パターンの第１の変更例を示す図
【図６】同３次元パターンの第２の変更例を示す図
【図７】同３次元パターンの第３の変更例を示す図
【図８】同３次元パターンの第４の変更例を示す図
【図９】同３次元パターンの第５の変更例を示す図
【図１０】同３次元パターンの第６の変更例を示す図
【図１１】同３次元パターンの第７の変更例を示す図
【図１２】同３次元パターンの第８の変更例を示す図
【図１３】本発明による第２の実施の形態におけるカメラキャリブレーション用３次元パターンを示す図
【図１４】本発明による第３の実施の形態におけるカメラキャリブレーション用３次元パターンを示す図
【図１５】各実施の形態において３次元パターンに採用される特徴点の変更例を示す図
【図１６】各実施の形態において３次元パターンに採用される複数の面の変更例を示す図（（ａ）は複数の面を収縮させた状態を示す図（ｂ）は複数の面を拡張させた状態を示す図）
【図１７】従来のカメラキャリブレーションに用いる３次元パターンの一例を示す図
【図１８】従来のカメラキャリブレーションに用いる２次元パターンの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
図１乃至図１６にそれぞれ、カメラを用いた３次元画像計測に必要なカメラパラメータを計測するためのカメラキャリブレーション用３次元パターン（以下、単に３次元パターンという。）を例示している。
これらの３次元パターンは、いずれも、同一の垂直面内又は水平面内に複数の面１、２が段差を付けて形成され、複数の面１、２にそれぞれ、任意の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点３を具備する、ことを基本とする。
【００１５】
また、これらの３次元パターンはそれぞれ、３次元画像計測の対象となる物体の計測対象領域と同等の大きさ（縦、横の寸法）を有する直方体状のブロック又は矩形状のボードの一面に複数の面が形成されてなる。この場合、このブロック又はボードは温度変化による膨張や収縮の少ない材料で形成されることが望ましく、ここでは、温度変化による膨張や収縮の少ない直方体状のブロックＢが採用され、このブロックの垂直面をなす正面の矩形状の一面Ｂ１内に複数の段部が凹凸状に形成されて、これら段部の先端が複数の面１、２をなす。なお、このブロックＢの背面他、他の面は平面状になっている。以下の説明では、正面の一面Ｂ１を同一の垂直面Ｂ１という。
【００１６】
図１に第１の実施の形態を示している。図１に示すように、この３次元パターンＰ１では、特に、同一の垂直面Ｂ１内において、中央に基準面として高さが最小の面１を有し、この基準面１の周囲に基準面１から周囲に向けて放射状に、基準面１よりも高さが増す複数の面、ここでは４つの面２（２１、２２、２３、２４）が形成される。
この場合、中央の基準面１は矩形状に形成され、この基準面１の周囲に３つの面２１、２２、２３がそれぞれ基準面１の周囲に沿って矩形の枠状に、かつ基準面１から周方向に離れるに従って高さが増す階段状に形成され、同一の垂直面Ｂ１内の４隅に当たる３段目の面２３の４隅に高さが最大の面２４が各４隅内に矩形状に形成される。
また、この場合、中央の基準面１及び４つの面２１、２２、２３、２４は全部が同一の垂直面Ｂ１に対して平行でかつ平面状に形成される。また、これら４つの面２１、２２、２３、２４の段差部（各面２１、２２、２３、２４の内則面２１Ｓ、２２Ｓ、２３Ｓ、２４Ｓ）は全部が同一の垂直面Ｂ１に対して直角に形成される。
このようにして複数の面１、２がそれぞれ、正面視で、他の面を遮蔽しない、つまり、段差の大きい面がその有する高さにより段差の小さい面を遮蔽しない段差構造の３次元形状に構成される。
そして、これら中央の基準面１及び周囲の各面２１、２２、２３、２４にそれぞれ、任意の面、この場合、中央の基準面１の中心点を基準として３次元座標が既知な特徴点３が規則的に付けられる。この場合、特徴点３は市松模様で表され、ここでは一つの正方形の枠内に白と黒の二色の正方形を交互に配した複数の小さなチェックパターン図がそれぞれ、中央の基準面１の中心に１箇所、周囲の１段目から３段目及び４断面の各面２１、２２、２３、２４上に中央の平面１１の中心を対称中心として対称的に複数個所、同一の垂直面Ｂ１全体として見ると縦方向及び横方向に複数の配列で規則的に付され、これら市松模様の格子点をそれぞれ、特徴点１３とする。この特徴点３は６個以上あればよいが、図示のとおり、できる限り多い方が好ましい。
このようにして複数の特徴点３である市松模様がそれぞれ、異なる高さで付設される。図２に示すように、中央の市松模様の奥行方向の高さが最も小さくなる。任意の２つの市松模様の奥行方向の高さを比較すると、中央から放射方向に距離が大きくなるほど、市松模様の高さが大きくなる。この条件をすべての市松模様が満たす。この条件を満足すると、この３次元パターンＰ１の四隅の高さが一番高くなり、このようなパターンを撮影すると、図３に示すように、パターンの四隅が放射状に突出したような画像になる。このような場合でも、パターンの四隅の市松模様が画像中に入るような高さを持つように、パターンの高さを制限する。
【００１７】
図４にこの３次元パターンＰ１を用いたカメラキャリブレーションを示している。図４に示すように、この３次元パターンを用いたカメラキャリブレーションでも、一般に行われている手法と同様に、ＣＣＤカメラＣを撮影現場に架台などを介して固定し、このＣＣＤカメラＣの正面前方に３次元パターン、この場合、例えば３次元パターンＰ１を設置する。
このようにして、まず、３次元パターンＰ１の同一の垂直面Ｂ１全体をＣＣＤカメラＣで１回のみ撮影して２次元画像データを生成する。次いで、この生成された２次元画像データに基づいてこの３次元パターンＰ１の特徴点３、すなわち市松模様の各格子点を抽出して、これらの２次元座標をそれぞれ算出する。この場合、３次元パターンＰ１は、既述のとおり、同一の垂直面Ｂ１の中央に基準面として高さが最小の面１を有し、この基準面１の周囲に基準面１から周囲に向けて放射状に、基準面１よりも高さが増す、中央の面１に対して段差を付けた４つの面２（２１、２２、２３、２４）を備えた３次元形状で、これら中央及び周囲の各面１、２（２１、２２、２３、２４）にそれぞれ、中央の面１を基準として、３次元座標が既知な特徴点３を付けているので、この３次元パターンＰ１の同一の面Ｂ１に対してＣＣＤカメラＣによる１回の撮影で、同一の垂直面Ｂ１上の３次元形状、すなわち、高さの異なる各面１、２（２１、２２、２３、２４）から多くの特徴点３を抽出することができ、特徴点３の３次元座標とそれに対応する２次元画像上の座標を多数求めることができる。この場合、同じ面上にない少なくとも６個の特徴点３の画像座標を求めればよいが、できるだけ多い方が精度のよいキャリブレーションを行うことができることは言うまでもない。そして、この算出した各特徴点３の２次元座標と、予め分かっている世界座標系における３次元位置、すなわち、３次元パターンＰ１の設置空間内における各特徴点３の３次元座標とを基に、レーンバーグ・マーカート法を利用した非線形最小二乗法プログラムを使用して、このＣＣＤカメラＣの内部、外部の各パラメータと画像の歪みを補正するパラメータを演算し、推定する。このようにして得られたパラメータはＣＣＤカメラＣや画像解析用のコンピュータに保存される。
通常、３次元画像計測では、ＣＣＤカメラなどのカメラで対象物体が撮影され、この撮影画像の３次元解析がこのカメラの各パラメータを基に行われる。この画像計測を、先の例えば３次元パターンＰ１を用いてカメラキャリブレーションを行ったＣＣＤカメラＣを使って行うと、このカメラＣの内部、外部の各パラメータと画像の歪みを補正するパラメータを基に画像の歪みが大幅に減少し、歪みの少ない正確な対象物体の撮影画像を得ることができ、この撮影画像から対象物体についての正確な３次元解析を実施することが可能となる。
【００１８】
以上説明したように、この３次元パターンＰ１では、同一の垂直面Ｂ１内に複数の面１、２（２１、２２、２３、２４）が段差を付けて形成され、この場合、特に、中央に基準面として高さが最小の面１を有し、この基準面の周囲に基準面１から周囲に向けて放射状に、基準面１よりも高さが段階的に増す４つの面２１、２２、２３、２４が形成されてなる３次元形状として構成され、中央の基準面１及び周囲の各面２１、２２、２３、２４にそれぞれ、中央の基準面１を基準として、３次元座標が既知な特徴点３が付けられるので、この３次元パターンＰ１に対してカメラによる１回の撮影で、同一の垂直面Ｂ１内で高さの異なる各面１、２１、２２、２３、２４から多くの特徴点３を抽出して、特徴点３の３次元座標とそれに対応する２次元画像上の座標を多数求めることができ、これらの座標を利用して、カメラの内部、外部パラメータと画像の歪みを補正するパラメータを可及的に少ない誤差で推定することができる。
したがって、この３次元パターンＰ１によれば、カメラキャリブレーションを簡易にかつその実施時間を大幅に短縮して、精度よく行うことができ、高精度の３次元画像計測に寄与することができる。
なお、この場合、中央の面１を基準として、各面１、２１、２２、２３、２４に特徴点３を設けたが、中央の面１以外の他の面２を基準として、特徴点３を設けてもよい。
また、この場合、同一の垂直面内において、中央を含む任意の位置に基準面として高さが最小の面を有し、この基準面の周囲に当該基準面から周囲に向けて放射状に、当該基準面よりも高さが増す１つの面が形成されて、任意の面を基準として、各面に３次元座標が既知な特徴点が付されてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００１９】
図５−図１２にこの３次元パターンの変形例を示している。
【００２０】
図５に第１の変形例を示している。図５に示すように、この３次元パターンＰ１−１の場合、中央の面１が矩形状に形成され、この中央の面１の周囲に沿って周囲の面２が矩形の枠状にかつ当該中央から周囲に向けて２段の階段状に形成されて、この周囲の面２の内側の面２１が中央の面１よりも所定の高さだけ高く突出され、外側の面２２が内側の面２１よりも所定の高さだけ高く突出される。このようにして同一の垂直面Ｂ１の最外周は面全体が同じ高さで、同一の垂直面Ｂ１内で最も高い突出高さになっている。
【００２１】
図６に第２の変形例を示している。図６に示すように、この３次元パターンＰ１−２の場合、全体として第１の例の３次元パターンＰ１−１と概ね同じ構成を備えており、第１の例の次元パターンＰ１−１と異なるのは、中央の面１、周囲の内側及び外側の各面２１、２２の四隅の角部にＲ（アール）が付けられて丸く（円弧状に）なっている点である。
【００２２】
図７に第３の変形例を示している。図７に示すように、この３次元パターンＰ１−３の場合、中央の面１が矩形状に形成され、この中央の面１の周囲に沿って周囲の面２が矩形の枠状にかつ当該中央から周囲に向けて２段の階段状に形成され、この周囲の面２の内側の面２１が中央の面１よりも所定の高さだけ高く突出され、外側の面２２が内側の面２１よりも所定の高さだけ高く突出されるとともに、外側の面２２のうち４隅がすべて断面鉤形の凸状の面２４で同一の垂直面Ｂ１内で最も高く、また、これら断面鉤形の凸状の面２４の間が断面矩形の凸状の面２３で同一の垂直面Ｂ１内で内側の面２１よりも高く断面鉤形の凸状の面２４よりも低く形成されて、この周囲の面２の外側の面２２のうち断面矩形の凸状の面２３がそれぞれ内側の面１よりも所定の高さだけ高く突出し、断面鉤形の凸状の面２４がそれぞれ断面矩形の凸状の面２３よりも所定の高さだけ高く突出される。このようにして同一の垂直面Ｂ１の最外周は、４隅にある凸状の各面２４が同一の垂直面Ｂ１内で最も高い同じ突出高さを有し、当該４隅にある凸状の各面２４の間の各面２３が当該４隅にある凸状の各面２４の突出高さよりも低く、同一の垂直面Ｂ１内の他の面よりも高い突出高さになっている。
【００２３】
図８に第４の変形例を示している。図８に示すように、この３次元パターンＰ１−４の場合、全体として第３の例の３次元パターンＰ１−３と概ね同じ構成を備えており、第３の例の３次元パターンＰ１−３と異なるのは、中央の面１、周囲の内側及び外側の各面２１、２２の四隅の角部にＲ（アール）が付けられて丸く（円弧状に）なっている点である。
【００２４】
図９に第５の変形例を示している。図９に示すように、この３次元パターンＰ１−５の場合、中央の面１が同一の垂直面Ｂ１内の中央に十字形に形成されて、同一の垂直面Ｂ１内の横方向中央で縦方向に矩形状に延びる縦方向の面１１と縦方向中央で横方向に矩形状に延びる横方向の面１２との組み合わせからなる。この場合、縦方向、横方向の各面１１、１２は同一の垂直面Ｂ１の縁部まで延ばされる。また、縦方向の面１１は横方向の面１２よりも幅広になっている。このような中央の面１の周囲に沿って周囲の面２が矩形状にかつ当該中央から周囲に向けて２段の階段状に形成される。この周囲の面２の内側の面２５はそれぞれ、断面矩形状の面で、中央の面１よりも所定の高さだけ高く突出され、外側の面２６はそれぞれ、断面鉤形の面で、内側の面２１よりも所定の高さだけ高く突出される。このようにして同一の垂直面Ｂ１の最外周は全体が同じ高さで、同一の垂直面Ｂ１内で最も高い突出高さになっている。
【００２５】
図１０に第６の変形例を示している。図１０に示すように、この３次元パターンＰ１−６の場合、全体として第５の例の３次元パターンＰ１−５と概ね同じ構成を備えており、第５の例の３次元パターンＰ１−５と異なるのは、中央の平面１１、１２、周囲の内側及び外側の各面２５、２６の四隅の角部にＲ（アール）が付けられて丸く（円弧状に）なっている点である。
【００２６】
図１１に第７の変形例を示している。図１１に示すように、この３次元パターンＰ１−７の場合、中央の面１が同一の垂直面Ｂ１内の中央に十字形に形成されて、同一の垂直面Ｂ１内の横方向中央で縦方向に矩形状に延びる縦方向の面１３と縦方向中央で横方向に矩形状に延びる横方向の面１４との組み合わせからなる。この場合、縦方向、横方向の各面１３、１４は同一の垂直面Ｂ１において周囲の面の所定の位置まで、ここでは、後述する内側の面２７を貫通し、内側、外側の各面２７、２８間の境界まで延ばされる。また、この場合、縦方向の面１３は横方向の面１４よりも幅広になっている。このような中央の面１の周囲に沿って周囲の面２が矩形状にかつ当該中央から周囲に向けて２段の階段状に形成される。この場合、周囲の面２の内側の面２７はそれぞれ、断面矩形状の面で、中央の面１よりも所定の高さだけ高く突出され、外側の面２８は全体が同じ高さの一連の面で、内側の面２３よりも所定の高さだけ高く突出される。このようにして同一の垂直面Ｂ１の最外周は全体が同じ高さで、同一の垂直面Ｂ１内で最も高い突出高さになっている。
【００２７】
図１２に第８の変形例を示している。図１２に示すように、この３次元パターンＰ１−８の場合、全体として第７の例の３次元パターンＰ１−７と概ね同じ構成を備えており、第７の例の３次元パターンＰ１−７と異なるのは、中央の平面１３、１４、周囲の内側及び外側の各面２７、２８の四隅の角部にＲ（アール）が付けられて丸く（円弧状に）なっている点である。
【００２８】
このようにして同一の垂直面Ｂ１内に複数の面１、２がそれぞれ、正面視で、他の面を遮蔽しない、つまり、段差の大きい面がその有する高さにより段差の小さい面を遮蔽しない段差構造の３次元形状に構成されて、各面１、２に特徴点３が付される。このようにしても、これら３次元パターンＰ１−Ｐ８をそれぞれ、第１の実施の形態と同様に使用して、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２９】
図１３に第２の実施の形態を示している。図１３に示すように、この３次元パターンＰ２では、特に、第１の実施の形態とは反対に、同一の垂直面Ｂ１内において、中央に基準面として高さが最大の面１を有し、この基準面１の周囲に基準面１から周囲に向けて放射状に、基準面１よりも高さが減る複数の面２（この場合、３つの面２１、２２、２３）が階段状に形成される。なお、この場合、同一の垂直面Ｂ１内の４隅に高さが最小の面が形成されてもよい。そして、これらの面１、２１、２２、２３にそれぞれ、中央の面１を基準として、３次元座標が既知な特徴点３が付けられる。
このようにして同一の垂直面Ｂ１内に複数の面１、２１、２２、２３がそれぞれ、正面視で、他の面を遮蔽しない、つまり、段差の大きい面がその有する高さにより段差の小さい面を遮蔽しない段差構造の３次元形状に構成されて、各面１、２１、２２、２３に特徴点３が付される。このようにしても、この３次元パターンＰ２を、第１の実施の形態と同様に使用して、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、この場合、中央の面を基準として、各面に特徴点を設けたが、中央の面以外の他の面を基準として、特徴点を設けてもよい。
また、この場合、同一の垂直面内において、中央を含む任意の位置に基準面として高さが最大の面を有し、この基準面の周囲に当該基準面から周囲に向けて放射状に、当該基準面よりも高さが減る１つの面が形成されて、任意の面を基準として、各面に３次元座標が既知な特徴点１３が付されてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
図１４に第３の実施の形態を示している。図１４に示すように、この３次元パターンＰ３では、特に、同一の垂直面Ｂ１内において、一側部に高さが最小の基準面１を有し、この基準面１から他側部方向に向けて並列に、基準面１から他側部方向に離れるに従って基準面１よりも高さが増す複数の面２（２１、２２、２３、２４、２５、２６）が形成される。そして、これらの面１、２１、２２、２３、２４、２５、２６にそれぞれ、一側部の基準面１を基準として、３次元座標が既知な特徴点３が付けられる。
このようにして同一の垂直面Ｂ１内に複数の面１、２１、２２、２３、２４、２５、２６がそれぞれ、正面視で、他の面を遮蔽しない、つまり、段差の大きい面がその有する高さにより段差の小さい面を遮蔽しない段差構造の３次元形状に構成されて、各面１、２１、２２、２３、２４、２５、２６に特徴点３が付される。このようにしても、この３次元パターンＰ３を、第１の実施の形態と同様に使用して、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、この場合、一側部の基準面を基準として、各面に特徴点を設けたが、一側部の面以外の他の面を基準として、特徴点を設けてもよい。
また、この場合、同一の垂直面内において、一端部に高さが最小の基準面を有し、この基準面から他端部方向に向けて並列に、当該基準面から他端部方向に離れるに従って当該基準面よりも高さが増す複数の面が形成されて、これらの面にそれぞれ、一端部の基準面又は他の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点が付けられてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、他の実施の形態としては、図示を省略するが、同一の垂直面内において、縦方向又は横方向の中央に高さが最小又は最大の基準面を有し、当該基準面から外側に向けて並列に、当該基準面から外側に離れるに従って当該基準面よりも突出する高さが増す又は減る複数の面が形成されて、当該基準面又は他の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点が付けられてもよい。このようにして同一の垂直面内に複数の面がそれぞれ、正面視で、他の面を遮蔽しない、つまり、段差の大きい面がその有する高さにより段差の小さい面を遮蔽しない段差構造の３次元形状に構成されて、各面に特徴点が付されてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。
また、この場合、同一の垂直面内において、縦方向又は横方向の中央に高さが最小又は最大の基準面を有し、当該基準面から外側に向けて並列に、当該基準面よりも高さが増す又は減る一つの面が形成されて、当該基準面又は他の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点が付けられてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を得することができる。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、複数の面の全部が同一の垂直面に対して平行に形成されるものとして例示したが、複数の面の全部又は一部が同一の垂直面に対して平行又は非平行（例えば、斜めに）に形成されてもよい。
また、上記各実施の形態では、複数の面の全部が平面状に形成されるものとして例示したが、複数の面の全部又は一部が平面状又は非平面状（例えば、曲面状、凹凸状など）に形成されてもよい。
さらに、上記各実施の形態では、複数の面の段差部の全部が同一の垂直面に対して直角に形成されるものとして例示したが、複数の面の段差部の全部又は一部が同一の垂直面に対して直角又は非直角（例えば、斜め）に形成されてもよい。段差部が斜めに形成された場合、この斜めの段差部に特徴点が付されてもよい。
またさらに、各面の外形をそれぞれ略矩形状としたが、各面の外形を円形や楕円形としたり、三角形や五角形などの他の多角形としたりすることも可能である。
またさらに、上記各実施の形態では、複数の面にそれぞれ、特徴点が規則的に配置されるものとして例示しているが、図１５に示すように、特徴点３は複数の面１、２にそれぞれ、上下左右非対称にするなど不規則に配置されてもよい。
このようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、上記各実施の形態では、３次元パターンが直方体状若しくは立方体状のブロック又は矩形状のボードの一面に形成されて構成されるものとして例示したが、図１６に示すように、複数の面１、２が所定の位置で切り離し可能に、ブロック又はボードが複数の小ブロック（又は小ボード）ＳＢに分割可能に形成され、各小ブロック（又は小ボード）ＳＢがロッドパーツなどの連結部材４を介して連結組み立てされるようにして、複数の面１、２が２次元的に又は３次元的に拡張収縮可能に構成されてもよい。なお、この場合に、各小ブロック（又は小ボード）ＳＢの切り離し面は直線であっても曲線であってもよく、連結部材４の配置方向も任意である。但し、再構成した後の市松模様の３次元座標は既知になるようにする。このようにすることで、画像計測の対象物が大きくなった場合でも、共通の３次元パターンを同様にして使用することができ、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００３４】
また、上記各実施の形態では、各３次元パターンは、いずれも、同一の垂直面内、すなわち直方体状のブロック又は矩形状のボードの垂直面内に複数の面が段差を付けて形成されるものとして例示したが、直方体状のブロック又は矩形状のボードの水平面内など同一の水平面内に複数の面が段差を付けて形成されて、３次元座標が既知な特徴点が付けられてもよく、このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、各３次元パターンは、全体が１つの直方体状のブロック又はボードで、その一面に複数の面が形成されてなるものとしたが、この場合に、全体の外形を円形や楕円形としたり三角形や五角形などの他の多角形としたりすることも可能である。
このようにしても上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００３５】
この３次元パターンは、さらに様々なデザインに変更の余地があるが、この場合に、この３次元パターンの既述の基本の構成、すなわち、同一の垂直面内又は水平面内に複数の面が段差を付けて形成され、複数の面がそれぞれ、正面視又は平面視で、他の面を遮蔽しない段差構造で構成されて、各面に、任意の面を基準として、３次元座標が既知な特徴点を具備する限り、上記各実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｐ１−Ｐ３  ３次元パターン
Ｂ  ブロック
ＳＢ  小ブロック
Ｂ１  正面の一面（同一の垂直面）
１  中央の面（中央の基準面）
１１  縦方向の面
１２  横方向の面
１３  縦方向の面
１４  横方向の面
２  面
２１  内側の面
２２  外側の面
２３  断面矩形の凸状の面
２４  断面鉤形の凸状の面
２５  内側の面
２６  外側の面
２７  内側の面
２８  外側の面
３  特徴点
４  連結部材
Ｃ  ＣＣＤカメラ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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