(57)【要約】【課題】２台のカメラの配置と向きを調整し、該２台のカメラの配置変更に伴う較正作業を必要としないステレオ画像撮影装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明に係るステレオ画像撮影装置１は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されて被撮影物１００を撮影するカメラ１１及びカメラ１２と、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐ内でカメラ１１及びカメラ１２を回動させるカメラ回動機構２１と、被撮影物１００との距離LSを測定する距離計２３と、距離計２３で測定された距離LSに基づいてカメラ回動機構２１を制御する制御装置３０とを有し、制御装置３０はカメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMに基づいてカメラ１１及びカメラ１２の方向角を演算する方向角演算部４１と、該方向角に基づいてカメラ回動機構２１の駆動制御を行う駆動制御部４３を備えたことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被撮影物のステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影装置であって、
前記被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、
該２台のカメラの向きを、前記二等辺三角形を含む平面内で回動させるカメラ回動機構と、
前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、
該距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、
該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えたステレオ画像撮影装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算し、
該演算された焦点距離に基づいて前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節手段を有することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮影装置。
【請求項３】
前記距離計は、前記二等辺三角形の底辺の中点に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステレオ画像撮影装置。
【請求項４】
前記２台のカメラが前記二等辺三角形の底辺の両端に配置されていることを確認するカメラ配置確認手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステレオ画像撮影装置。
【請求項５】
前記焦点調節手段で演算された前記２台のカメラの焦点距離と、前記方向角演算部で演算された方向角とを前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のステレオ画像撮影装置。
【請求項６】
前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角を計測する回転角計測器、及び／又は、
前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を計測する傾斜角計測器を有し、
前記回転角と前記傾斜角を前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得部をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のステレオ画像撮影装置。
【請求項７】
２台のカメラで被撮影物のステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影方法であって、
被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に前記２台のカメラを配置すると共に前記被撮影物との距離を測定する距離計を配置する機器配置工程と、
前記距離計によって該距離計と前記被撮影物との距離を測定する距離測定工程と、
該距離測定工程で測定された距離と前記距離計と前記２台のカメラの位置関係に基づいて前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記底辺とのなす方向角を演算する方向角演算工程と、
該方向角に基づいて前記カメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラの向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えたことを特徴とするステレオ画像撮影方法。
【請求項８】
前記距離計で測定された距離から前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算する焦点距離演算工程と、
該焦点距離演算工程で演算された焦点距離に基づいて、前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節工程を有し、
前記方向角演算工程で演算された方向角と前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離を前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のステレオ画像撮影方法。
【請求項９】
前記回転角計測器により計測された前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角、及び／又は、前記傾斜角計測器により計測された前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を、前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載のステレオ画像撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ画像を撮影する装置及び方法に関し、特に、被撮影物の３次元形状を測定するステレオ画像解析に用いるステレオ画像を撮影する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステレオ画像解析法は、左右２台のカメラにより撮影された一対の画像（以下、「ステレオ画像」という）に記録された視差を利用する３点測量の原理により、被撮影物までの距離や被撮影物の３次元形状を求める手法である。この手法において求められる距離や３次元形状の精度は、２台のカメラにより撮影されたステレオ画像の品質に大きく影響される。
ステレオ画像解析法において品質の良いステレオ画像とは、通常のカメラで撮影された画像と同様に、焦点が合っており、必要十分な明るさ（照度）で撮影されたものであるが、良好な品質のステレオ画像を得るためには、レンズの焦点と照度（絞り）を適切に調整することに加えて、左右の２台のカメラの光軸の向き（方向角）を適切に調整することが要求される。
そのため、ステレオ画像解析法により被撮影物までの距離や表面形状を精度良く測定するためには、左右２台のカメラ配置を決定した後に、カメラの焦点、絞り及び方向角を変化させて、最良なステレオ画像が得られるようにカメラの配置や光学的特性を調整することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像解析法を適用した測定の多くは、試験装置に設置された試験片をカメラで撮影して得られた画像を基に実施される。この場合、カメラの光学的特性の調整作業は撮影前の１回で済ませることが可能であり、一旦カメラを配置して調整作業を行った後は、試験片を交換してもカメラの調整作業を行わずに撮影することが可能である。
【０００５】
これに対して、ステレオ画像解析法による測定の場合、例えば車体剛性試験における車体の変形挙動の測定においては、ステレオ画像の撮影範囲に比べて測定対象である車体が大きいため、一連の剛性試験を行うには２台のカメラの配置を何度も変更して車体全体のステレオ画像を撮影することが要求される。
そして、ステレオ画像解析法においては、２台のカメラの配置を変更する度に左右両カメラの調整作業が必要となり、測定工程全体の中に占めるカメラ調整作業の比率が高くなり、作業効率が悪いという問題がある。
さらに２台のカメラの配置を変更する度に、２台のカメラの配置状況（左右２台のカメラ間の距離、相対角度、測定対象までの距離）やカメラ固有の光学的特性値を特定し、形状・寸法やレイアウトが定まった較正板（キャリブレーションプレート）を撮影することによってステレオ画像解析を行うための較正（キャリブレーション）作業を行う必要がある。
【０００６】
特許文献１には、２台のカメラを備えたステレオカメラを設置したステーの中心位置に旋回軸を設け、駆動モーターによりカメラ系全体を物体に向けて旋回し、ステレオ画像を撮像する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、２台のカメラ全体を物体に向けてステレオ画像を撮像するものの、２台のカメラの位置はステー上において固定されたままであり、各カメラの相対角度や測定対象までの距離が異なっている。
そのため、２台のカメラ全体の向きを変える度にステレオ画像解析に必要な較正作業が必要となり、又、最適なステレオ画像を得るためにはカメラの配置状況を変更して撮影する必要があるため、ステレオ画像解析法における作業効率の向上は得られない。
【０００７】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、２台のカメラの配置とカメラレンズの光軸の向きの調整を効率よく行うことができ、又、カメラ配置の変更に伴うステレオ画像解析に必要な較正作業を、較正板を撮影することなく行えるステレオ画像撮影装置及び方法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】
（１）本発明に係るステレオ画像撮影装置は、被撮影物のステレオ画像を撮影するものであって、前記被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、該２台のカメラの向きを、前記二等辺三角形を含む平面内で回動させるカメラ回動機構と、前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、該距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記制御装置は、前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算し、該演算された焦点距離に基づいて前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節手段を有することを特徴とするものである。
【００１０】
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記距離計は、前記二等辺三角形の底辺の中点に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記２台のカメラが前記二等辺三角形の底辺の両端に配置されていることを確認するカメラ配置確認手段を有することを特徴とするものである。
【００１２】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記焦点調節手段で演算された前記２台のカメラの焦点距離と、前記方向角演算部で演算された方向角とを前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
（６）上記（５）に記載のものにおいて、前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角を計測する回転角計測器、及び／又は、前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を計測する傾斜角計測器を有し、前記回転角と前記傾斜角を前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
（７）本発明に係るステレオ画像撮影方法は、２台のカメラで被撮影物のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に前記２台のカメラを配置すると共に前記被撮影物との距離を測定する距離計を配置する機器配置工程と、前記距離計によって該距離計と前記被撮影物との距離を測定する距離測定工程と、該距離測定工程で測定された距離と前記距離計と前記２台のカメラの位置関係に基づいて前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記底辺とのなす方向角を演算する方向角演算工程と、該方向角に基づいて前記カメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラの向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
（８）上記（７）に記載のものにおいて、前記距離計で測定された距離から前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算する焦点距離演算工程と、該焦点距離演算工程で演算された焦点距離に基づいて、前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節工程を有し、前記方向角演算工程で演算された方向角と前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離を前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とするものである。
（９）上記（８）に記載のものにおいて、前記回転角計測器により計測された前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角、及び／又は、前記傾斜角計測器により計測された前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を、前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、前記二等辺三角形を含む平面内で前記２台のカメラの向きを回動させるカメラ回動機構と、前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、該距離計で測定された距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と、前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えることにより、２台のカメラの配置とカメラレンズの光軸の向きの調整を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係るステレオ画像撮影装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本実施の形態に係るカメラの回転角及び傾斜角の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態に係るステレオ画像撮影装置１は、図１に示すように、２台のカメラ１１及びカメラ１２を用いて被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置された２台のカメラ１１及びカメラ１２と、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐ内でカメラ１１及びカメラ１２をそれぞれ回転させるカメラ回動機構２１と、カメラ１１及びカメラ１２の向きと焦点を制御する制御装置３０を備えている。
以下、図１及び図２に基づいて、ステレオ画像撮影装置１の各構成及び機能について詳細に説明する。
【００１９】
＜カメラ＞
カメラ１１及びカメラ１２は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されて被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであり、CCDセンサー等の撮像素子とカメラレンズを備えたデジタルカメラを用いることができる。
カメラ１１及びカメラ１２によりステレオ画像を撮影するには、カメラ１１とカメラ１２を同期して連続撮影又は動画撮影できる機構を備えたものが好ましい。
【００２０】
カメラ１１及びカメラ１２に搭載されるカメラレンズは、撮影対象や撮影環境、カメラ１１及びカメラ１２が有する撮像素子の規格によりカメラレンズ自体の口径や焦点距離等が適切に選択されたものであり、焦点距離に基づいて焦点を調節する焦点調節機構を有するものが望ましい。
【００２１】
固定台座１３及び固定台座１４は二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２を配置するためのものであり、固定レール１５上において直線移動可能で指定箇所に固定することができるものである。
固定レール１５は、カメラ１１及びカメラ１２を所定の位置に配置するものであり、固定レール１５全体を被撮影物１００の方に向けて設置する。
又、固定レール１５は、カメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを計測するため、固定台座１３及び固定台座１４の位置情報を検出するエンコーダ等を組み込んだものが好ましい。
【００２２】
カメラ配置確認手段１７は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２が配置し、カメラ１１とカメラ１２の中点Ｍにて該底辺に直交する直交線上に被撮影物１００が配置していることを確認するものである。
カメラ配置確認手段１７の一例としては、固定レール１５上のカメラ１１とカメラ１２の中点Ｍに配置され、カメラ１１とカメラ１２を結ぶ直線に直交する方向にレーザー光を出射するレーザー光源等がある。
【００２３】
この場合、該レーザー光源から射出されたレーザー光が被撮影物１００に照射されていれば、カメラ１１とカメラ１２の配置は、被撮影物１００におけるレーザー光の照射点を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端であることが確認される。
又、後述する距離計２３にレーザー距離計を用いた場合、該レーザー距離計に備えられているレーザー光源から出射されるレーザー光によりカメラ１１とカメラ１２の配置を確認しても良い。
【００２４】
＜カメラ回動機構＞
カメラ回動機構２１は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されたカメラ１１及びカメラ１２の光軸が被撮影物１００の表面で交差するように、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐ内でカメラ１１及びカメラ１２を回動させるものである。
【００２５】
カメラ１１及びカメラ１２それぞれの光軸が被撮影物１００に向くように回動させるため、カメラ回動機構２１はパルスモーター（ステッピングモーター）又はサーボ機構付きモーターならびに方向角を検出するセンサーを備えることが好ましい。
さらに、カメラ回動機構２１は、カメラ１１、１２をモーターにより回転させる駆動ギア（図示なし）にロック機構を備えることが望ましい。
【００２６】
＜距離計＞
距離計２３は、被撮影物１００との距離LSを測定するものであり、赤外線式や超音波式等の非接触式の測定手段であれば測定方式は問わない。
距離計２３によって測定された距離LSに基づいて、後述の方向角演算部４１がカメラ１１及びカメラ１２の方向角β1、β2を求める。
図１に示すように、距離計２３はカメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍの位置に配置することが望ましい。
ただし、距離計２３と、カメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）を予め設定しておけば、距離計２３は任意の位置に配置しても良い。
【００２７】
＜制御装置＞
制御装置３０は、カメラ１１及びカメラ１２それぞれの方向角β1、β2と焦点を統合制御するものであって、カメラ１１及びカメラ１２をそれぞれ被撮影物１００の方向に向ける方向角制御部４０と、カメラ１１及びカメラ１２の焦点を調節する焦点調節手段５０を備えている。
【００２８】
＜方向角制御部＞
方向角制御部４０は、カメラ１１及びカメラ１２の方向角β1及びβ2を演算する方向角演算部４１と、カメラ回動機構２１の駆動制御を行う駆動制御部４３とを備えている。
【００２９】
≪方向角演算部≫
方向角演算部４１は、カメラ１１とカメラ１２の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMに基づいて、カメラ１１とカメラ１２の方向角β1、β2を式（１）の関係から演算するものである。
tanβ1＝tanβ2＝LC/LM  ・・・（１）
【００３０】
図１に示すように、距離計２３がカメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍに設置されている場合、中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMは距離計２３で測定された距離LSである（LS＝LM）。
距離計２３がカメラ１１とカメラ１２の間であって中点Ｍではなく、任意の位置に配置されている場合、当該任意の位置にて距離計２３が測定した距離LSと、距離計２３と中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）から、中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMを求めれば良い。すなわち、以下の式（２）から求めることができる。
LS＝（LM2−xi2）0.5・・・（２）
【００３１】
カメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されている場合、カメラ１２の方向角β2はカメラ１１の方向角β1と等しい（β2＝β1）。この場合、二等辺三角形Ｔの頂角はβ＝β1＋β2＝2β1である。
【００３２】
≪駆動制御部≫
駆動制御部４３は、方向角演算部４１で演算された方向角β1及びβ2に基づいてカメラ１１及びカメラ１２それぞれの光軸が被撮影物１００に向くようにカメラ回動機構２１の駆動制御を行う。
具体的には、カメラ回動機構２１が検出する角度に基づいて、カメラ１１及びカメラ１２のそれぞれの光軸の向きが方向角演算部４１で演算された方向角β1、β2となるように、フィードバック制御等による自動制御によりカメラ回動機構２１を駆動する。
【００３３】
なお、カメラ１１及びカメラ１２のそれぞれの向きが方向角演算部４１で演算された方向角β1及びβ2に駆動制御されてステレオ画像撮影を行う際、撮影中のハンチングを防止するため、駆動制御部４３はカメラ回動機構２１の自動制御及び駆動は行わないことが望ましい。
さらに、ステレオ画像の撮影中、カメラ回動機構２１が備えるロック機構によりカメラ１１及びカメラ１２は回転しないように固定され、駆動制御部４３は、カメラ回動機構２１により検出されるカメラ１１及びカメラ１２の方向角を出力して監視可能にすることが好ましい。
【００３４】
＜焦点調節手段＞
焦点調節手段５０は、カメラ１１及びカメラ１２と被撮影物１００との焦点距離Lfを演算する焦点距離演算部５１と、カメラ１１及びカメラ１２の焦点を調節する焦点調節機構５３を備える。
【００３５】
≪焦点距離演算部≫
焦点距離演算部５１は、カメラ１１とカメラ１２の間のカメラ間距離2LCと、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMから、カメラ１１又はカメラ１２と被撮影物１００の距離Lを求め、距離Lに基づいて焦点距離Lfを演算するものである。
【００３６】
≪焦点調節機構≫
焦点調節機構５３は、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfに基づいてカメラ１１及びカメラ１２に装着されているカメラレンズの焦点を調節するものであり、該カメラレンズ自体が備える焦点調節機構を用いることができる。この場合、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfが、前記カメラレンズが備える前記焦点調節機構に外部信号として与えられる。
【００３７】
市販されているカメラレンズには、超音波又は赤外線を被撮影物に照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により被撮影物までの距離L（図１参照）を検出し、焦点合わせを自動化する機構を有するものがある。上記のような焦点合わせ機構を備えるカメラレンズをカメラ１１及びカメラ１２に装着してステレオ画像を撮影する場合、２台のカメラ１１とカメラ１２がそれぞれが異なった焦点距離Lfに調節されてしまう恐れがあり、ステレオ画像解析法により測定対象である被撮影物の３次元形状を求めるためには、カメラ１１とカメラ１２の焦点距離Lfが変更されるたびに較正板を使用した較正作業を行う必要が生じる。
【００３８】
これに対し、本実施の形態のように、二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置された２台のカメラ１１及びカメラ１２の焦点を、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfに基づいて焦点調節機構５３により調節した場合、カメラ１１とカメラ１２の配置状況は幾何学的な関係から求めることができるため、ステレオ画像解析に必要な較正情報を得る較正板を撮影する作業を省くことが可能となる。
【００３９】
以上より、上記構成を備えたステレオ画像撮影装置１を用いることで、２台のカメラ１１及びカメラ１２の配置に手間を要せず、品質の良いステレオ画像を簡便に撮影することができる。
さらに、ステレオ画像撮影装置１を用いて撮影されたステレオ画像のステレオ画像解析を行う場合においては、図１に示すように、較正情報取得部６０及び補正情報取得部７０をさらに備えることが望ましい。
【００４０】
＜較正情報取得部＞
較正情報取得部６０は、ステレオ画像解析を行う際の較正作業に用いる２台のカメラ１１及びカメラ１２の方向角と、被撮影物１００との焦点距離を取得するものである。
較正情報取得部６０で取得するカメラ１１及びカメラ１２の方向角は、方向角演算部４１で演算された方向角β1、β2である。
又、較正情報取得部６０で取得するカメラ１１及びカメラ１２の焦点距離は、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfである。
【００４１】
これらの方向角β1、β2及び焦点距離Lfをカメラ１１とカメラ１２の配置を変更した時に較正情報として取得しておけば、２台のカメラ１１とカメラ１２の配置を変更する度に較正板を用いた較正作業を行わなくても、ステレオ画像解析において必要となる較正情報を幾何学的な関係から求めることができる。
【００４２】
＜補正情報取得部＞
補正情報取得部７０は、ステレオ画像解析を行う際に、カメラ１１及びカメラ１２を配置した際の傾きに由来する誤差を補正するための情報を取得するものであり、図２に示すように、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐとカメラ１１又はカメラ１２の撮像面の水平軸とのなす回転角αを計測する回転角計測器７１、及び／又は、平面Ｐとカメラ１１又はカメラ１２の光軸とのなす傾斜角γを計測する傾斜角計測器７３を有する。
【００４３】
回転角計測器７１と傾斜角計測器７３には、２軸の傾斜を検出可能な半導体傾斜センサーを用いることができる。当該半導体傾斜センサーは特定用途向け半導体として、サイズ□10mm×厚み4mm程度、分解能0.025度の精度を有するものが市販されており、このような半導体傾斜センサーを用いることで回転角αと傾斜角γを簡便かつ精度良く同時に計測することができる。
【００４４】
次に、上記のように構成されたステレオ画像撮影装置１を用いてステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影方法について、図１及び図２に基づいて以下に説明する。
【００４５】
本実施の形態に係るステレオ画像撮影方法は、２台のカメラ１１及びカメラ１２により被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２を配置すると共に、被撮影物１００との距離LSを求める距離計２３を配置する機器配置工程と、距離計２３によって被撮影物１００との間の距離LSを測定する距離測定工程と、該距離測定工程で測定された距離LSと、距離計２３とカメラ１１及びカメラ１２の位置関係に基づいてカメラ１１又はカメラ１２の方向角β１及びβ２を演算する方向角演算工程と、方向角β1及びβ2に基づいてカメラ１１及びカメラ１２の光軸が被撮影物１００において交差するようにカメラ１１とカメラ１２の向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えている。
【００４６】
＜機器配置工程＞
機器配置工程は、２台のカメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの両端に位置するよう配置すると共に、距離計２３を配置する工程である。
【００４７】
２台のカメラ１１及びカメラ１２は、それぞれ固定台座１３及び固定台座１４を用いて固定レール１５上に固定する。そして、固定レール１５全体を被撮影物１００の方に向けて固定レール１５を設置する。
固定レール１５の位置と向きは、カメラ配置確認手段１７を用いて、カメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする三角形Ｔの底辺の両端に位置する配置となるように調整する。
【００４８】
カメラ配置確認手段１７としては、例えば、固定レール１５上のカメラ１１とカメラ１２の中間位置に載置したレーザー光源を用いることができ、２台のカメラ１１とカメラ１２を結ぶ直線に直交する方向に前記レーザー光源からレーザー光を出射し、該レーザー光がカメラ１１とカメラ１２による被撮影物１００の撮影中心に照射されるように固定レール１５全体の位置及び向きを調整すれば、カメラ１１とカメラ１２は二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されたものとなる。
【００４９】
カメラ配置を確認する他の方法としては、カメラ１１とカメラ１２により撮影された画像の撮影範囲を比較するものがある。
カメラ１１とカメラ１２の撮影範囲が同一である場合、カメラ１１とカメラ１２は被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置され、カメラ１１とカメラ１２の光軸は被撮影物１００の表面で交差しているものと確認できる。
【００５０】
カメラ１１とカメラ１２を配置し、固定レール１５に組み込んだエンコーダ等により得られる固定台座１３及び固定台座１４の位置情報を用いてカメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを計測する。カメラ１１とカメラ１２を固定レール１５上において位置を変更する必要が少ない場合、前記エンコーダ等による位置情報の検出手段は備えずに、カメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを手動で計測しても良く、若しくは、予め定めたカメラ間距離2LCとなるように固定台座１３及び固定台座１４を固定レール１５に固定しても良い。
【００５１】
距離計２３は、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍに相当する固定レール１５上に配置することが望ましいが、中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）が分かるのであれば任意の位置に配置しても良い。
【００５２】
＜距離測定工程＞
距離測定工程は、距離計２３と被撮影物１００との距離LSを測定する工程であり、距離計２３には赤外線式や超音波式等の非接触式の測定方式を用いることができる。
【００５３】
＜方向角演算工程＞
方向角演算工程は、カメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍと被撮影物１００との距離LMと、カメラ１１又はカメラ１２と中点Ｍとの間の距離LCを用いて、上記式（１）により、カメラ１１とカメラ１２の光軸が被撮影物１００に向き、双方の光軸が交差する方向角β1、β2を演算する工程である。
前記機器配置工程において、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍに対応する固定レール１５上の位置に距離計２３を配置した場合、LS＝LMである。一方、距離計２３を任意の位置に配置した場合、距離計２３で測定された距離LSと、中点Ｍと距離計２３との位置ベクトルxiから、中点Ｍから被撮影物までの距離LMを求める。
【００５４】
＜カメラ向き調整工程＞
カメラ向き調整工程は、前記方向角演算工程で演算されたカメラ１１とカメラ１２の方向角β1、β2に基づいて、カメラ１１とカメラ１２の光軸が被撮影物１００に向くように、カメラ１１とカメラ１２の向きを調整する工程である。
具体的には、方向角制御部４０に備えられている駆動制御部４３により、カメラ回動機構２１の駆動制御を行う。
そして、カメラ１１とカメラ１２の向きは、それぞれの撮影中心が距離計２３の測定ポイントと一致するように調整する。若しくは、カメラ配置確認手段１７にレーザー光源を使用した際には、レーザー光の照射ポイントとカメラ１１とカメラ１２の撮影中心が一致するように調整してもよい。
【００５５】
カメラ１１及びカメラ１２が前記方向角演算工程で演算された方向角に調整され、ステレオ画像の撮影を行う際には、ハンチング防止のため、カメラ１１とカメラ１２の向きが変わらないようにロック機構により固定し、カメラ回動機構２１により検出された方向角の監視のみを行うことが望ましい。
【００５６】
＜焦点距離演算工程＞
焦点距離演算工程は、前記距離測定工程で測定した被撮影物１００との距離LSに基づいて求められる二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMと、カメラ１１とカメラ１２の間のカメラ間距離2LCとから求められたカメラ１１又はカメラ１２と被撮影物１００の距離Lに基づいて、各カメラに備えられているカメラレンズの焦点距離Lfを演算するものである。
【００５７】
＜焦点調節工程＞
焦点調節工程は、前記焦点距離演算工程で演算されたカメラ１１及びカメラ１２の焦点距離Lfに基づいて各カメラの焦点を調節するものである。
該焦点調節工程としては、カメラレンズ自体が備えている焦点調節機構に前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離Lfを入力し、カメラレンズの焦点を調節するものでよい。
【００５８】
さらに、本発明に係るステレオ画像撮影方法は、以下に説明する較正情報取得工程と補正情報取得工程をさらに備えることにより、ステレオ画像解析における較正板の撮影に要する作業の省略及びステレオ画像データの補正を行うことが可能となる。
【００５９】
＜較正情報取得工程＞
較正情報取得工程は、前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離Lfと、前記方向角演算工程で演算された方向角β1及びβ2を、ステレオ画像解析における較正情報として取得する工程である。
【００６０】
＜補正情報取得工程＞
補正情報取得工程は、図２に示すように、カメラ１１とカメラ１２が底辺の両端に配置する二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐと、カメラ１１及びカメラ１２の撮像面の水平線とのなす角度（回転角α）、及び／又は、平面Ｐとカメラ１１及びカメラ１２の光軸とのなす角度（傾斜角γ）を測定し、該回転角αと該傾斜角γをカメラ１１及びカメラ１２で撮影されたステレオ画像の補正情報として取得する工程である。
前記回転角αと前記傾斜角γの測定には、例えば、カメラ１１及びカメラ１２に２軸傾斜センサーを取り付け、該傾斜センサーの出力を取得すればよい。
【００６１】
以上、本実施の形態に係るステレオ画像解析装置及びステレオ画像解析方法によれば、２台のカメラの配置状況の変更に伴う較正板を用いた較正作業を必要とせず、２台のカメラと被撮影物の配置を容易に調整することができるため、ステレオ画像解析に用いられるステレオ画像の撮影工程を大幅に減らすこととができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  ステレオ画像撮影装置
１１  カメラ
１２  カメラ
１３  固定台座
１４  固定台座
１５  固定レール
１７  カメラ配置確認手段
２１  カメラ回動機構
２３  距離計
３０  制御装置
４０  方向角制御部
４１  方向角演算部
４３  駆動制御部
５０  焦点調節手段
５１  焦点距離演算部
５３  焦点調節機構
６０  較正情報取得部
７０  補正情報取得部
７１  回転角計測器
７３  傾斜角計測器
【図１】
2016218254.tif 000003
【図２】
2016218254.tif 000004