(57)【要約】【課題】複数の撮像装置が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置の位置、及び各撮像装置の光軸方向に基づいて、計測対象物の３次元空間内の位置を算出する位置計測装置及び位置計測方法において、各撮像装置が撮像した画像中から当該画像を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光を確実に抽出する。【解決手段】位置計測装置１は、複数の撮像装置１０,２０と画像処理装置７０とを有する。各撮像装置は、照射光を球体８１〜８６（計測対象物）に向けて照射するように配置された光源１２Ａ,２２Ａを有し、各光源からの照射光はそれぞれ異なる色に設定されている。画像処理装置は、各撮像装置が撮像したそれぞれの画像に撮像されている球体の表面からの反射光であってそれぞれの画像を撮像した撮像装置自身の照射光の色の反射光の位置と、各撮像装置の位置と、各撮像装置の光軸Ｊ１０,Ｊ２０方向と、に基づいて、球体の位置を算出する。【選択図】図１
2017053761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像装置を用いて、光を反射する単数または複数の計測対象物の３次元空間内における位置を計測する位置計測装置であって、
前記３次元空間内に配置されて互いの相対的な位置、及び互いの相対的な姿勢である光軸方向、とが予めわかっている複数の前記撮像装置と、
複数の前記撮像装置にて撮像した画像に基づいて、それぞれの前記計測対象物の前記３次元空間内における位置を算出する画像処理装置と、を有し、
複数の前記撮像装置のそれぞれは、照射光を前記計測対象物に向けて照射するように配置された光源を有し、
複数の前記撮像装置のそれぞれの前記光源からの前記照射光の色は、それぞれ異なる色に設定されており、
前記画像処理装置は、
複数の前記撮像装置のそれぞれが撮像したそれぞれの画像に撮像されている前記計測対象物の表面からの反射光であってそれぞれの前記画像を撮像した前記撮像装置自身の前記照射光の色の前記反射光の位置と、それぞれの前記撮像装置の位置と、それぞれの前記撮像装置の光軸方向と、に基づいて、前記計測対象物の前記３次元空間内の位置を算出する位置計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置計測装置であって、
前記画像処理装置は、
複数の前記撮像装置が撮像したそれぞれの前記画像において、それぞれの前記画像を撮像した前記撮像装置自身の前記照射光の色の前記反射光を選別して抽出するように設定されている位置計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置計測装置であって、
前記計測対象物は球体である位置計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の位置計測装置であって、
複数の前記撮像装置が２台である場合、一方の前記撮像装置の前記照射光の色は赤色に設定され、他方の前記撮像装置の前記照射光の色は緑色に設定されている位置計測装置。
【請求項５】
複数の撮像装置を用いて、光を反射する単数または複数の計測対象物の３次元空間内における位置を計測する位置計測方法であって、
前記３次元空間内に配置されて互いの相対的な位置、及び互いの相対的な姿勢である光軸方向、とが予めわかっている複数の前記撮像装置であって、照射光を前記計測対象物に向けて照射するように配置された光源を有するとともに、複数の前記撮像装置のそれぞれの前記光源からの前記照射光の色が、それぞれ異なる色に設定されている前記撮像装置と、
複数の前記撮像装置にて撮像したそれぞれの画像に基づいて、それぞれの前記計測対象物の前記３次元空間内における位置を算出する画像処理装置と、を用い、
前記撮像装置を用いて前記計測対象物を撮像して画像を取得する撮像ステップと、
前記画像処理装置を用いて、前記撮像ステップにて取得した画像の中から対象とする球体の領域であって当該画像を撮像した前記撮像装置自身からの照射光に対する反射光を含む領域である反射光領域を抽出する反射光領域抽出ステップと、
前記画像処理装置を用いて、抽出した反射光領域内における各画素のＲＧＢ値に基づいて、所定色の画素領域を抽出する有効色領域抽出ステップと、
前記画像処理装置を用いて、抽出した有効色領域内における前記所定色の各画素の輝度に基づいて、所定輝度以上の輝度を有する画素領域を抽出する有効輝度領域抽出ステップと、
前記画像処理装置を用いて、抽出した有効輝度領域内における輝度重心の位置を算出する輝度重心位置算出ステップと、
前記画像処理装置を用いて、算出した輝度重心の位置と、当該画像を撮像した撮像装置の位置と、当該撮像装置の光軸方向と、に基づいて、当該撮像装置の位置に対して、前記３次元空間内において対象とした計測対象物の中心が存在する方向である対象物中心方向を算出する対象物中心方向算出ステップと、
の各ステップをそれぞれの前記撮像装置からの画像に基づいて、前記計測対象物に対して行い、
前記画像処理装置を用いて、前記計測対象物に対して、それぞれの前記撮像装置からの前記対象物中心方向に基づいて、前記計測対象物の、前記３次元空間内における位置を算出する位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を反射する計測対象物の３次元空間内における位置を計測する位置計測装置及び位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受といった、球体（玉）を用いた軸受では、複数の球体が内輪と外輪とを相対回転可能に支持している。各球体は、内輪と外輪との間で自転しながら周方向に公転する。このときの各球体の挙動の解析は、回転時に発生する騒音の解析等、軸受を設計するうえで非常に重要である。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、２台の撮像装置（第１撮像装置と第２撮像装置）を用いて、回転動作中の深溝玉軸受の球体の３次元空間内の位置を計測する球体位置測定装置が開示されている。２台の撮像装置のそれぞれは、深溝玉軸受の方向に向けられており、各撮像装置の光軸の延長線上の交点の近傍に深溝玉軸受が配置されている。また各撮像装置は、自身の光軸に中心を有する円環状のリング照明をそれぞれ有している。そして各撮像装置が撮像した画像中には、自身の撮像装置に設けられているリング照明からの反射光と、他方の撮像装置に設けられているリング照明からの反射光と、が映りこんでいる。画像処理装置は、第１撮像装置が撮像した第１画像に映りこんでいる２つのリング照明の反射光の中から、第１撮像装置のリング照明からの反射光を抽出して、第１撮像装置から見た球体の位置を特定している。また画像処理装置は、第２撮像装置が撮像した第２画像に映りこんでいる２つのリング照明の反射光の中から、第２撮像装置のリング照明からの反射光を抽出して、第２撮像装置から見た球体の位置を特定している。そして画像処理装置は、第１画像から特定された球体の位置と、第２画像から特定された球体の位置と、に基づいて、３次元空間内における球体の位置を特定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０３１６３８号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５５４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、２つのリング照明の反射光が映りこんでいる画像の中から、一方の反射光を抽出する具体的な方法が開示されていない。つまり、第１撮像装置の第１画像から、第１撮像装置のリング照明からの反射光を抽出する具体的な方法、及び、第２撮像装置の第２画像から、第２撮像装置のリング照明からの反射光を抽出する具体的な方法、が開示されていない。
【０００６】
本発明の課題は、複数の撮像装置が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置の位置、及び各撮像装置の光軸方向に基づいて、計測対象物の３次元空間内の位置を算出する位置計測装置及び位置計測方法において、各撮像装置が撮像した画像中から当該画像を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光を確実に抽出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の位置計測装置及び位置計測方法はつぎの手段をとる。
【０００８】
本発明の第１の発明は、複数の撮像装置を用いて、光を反射する単数または複数の計測対象物の３次元空間内における位置を計測する位置計測装置であって、３次元空間内に配置されて互いの相対的な位置、及び互いの相対的な姿勢である光軸方向、とが予めわかっている複数の撮像装置と、複数の撮像装置にて撮像した画像に基づいて、それぞれの計測対象物の３次元空間内における位置を算出する画像処理装置と、を有する。複数の撮像装置のそれぞれは、照射光を計測対象物に向けて照射するように配置された光源を有し、複数の撮像装置のそれぞれの光源からの照射光の色は、それぞれ異なる色に設定されている。画像処理装置は、複数の撮像装置のそれぞれが撮像したそれぞれの画像に撮像されている計測対象物の表面からの反射光であってそれぞれの画像を撮像した撮像装置自身の照射光の色の反射光の位置と、それぞれの撮像装置の位置と、それぞれの撮像装置の光軸方向と、に基づいて、計測対象物の３次元空間内の位置を算出する。
【０００９】
上述の構成においては、複数の撮像装置の照射光が、それぞれ異なる色に設定されている。このことから、画像処理装置においては、各画像から抽出対象の反射光（各々を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光）を抽出する際に、当該反射光を探索するエリアが広く設定されて当該エリア内に他の撮像装置からの照射光に対する反射光が映りこんでいても、抽出対象の反射光と他の反射光との誤認識を回避できる。そのため、画像処理装置においては、抽出対象の反射光を探索するエリアを広く設定でき、これによって、抽出対象の反射光を抽出し損ねることが防止される。したがって、画像処理装置は、各画像において各々を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を、誤認識したり抽出し損ねたりすることもなく、当該反射光を確実に抽出できる。この結果、複数の撮像装置が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置の位置、及び各撮像装置の光軸方向、から算出される計測対象物の位置の推定精度が向上する。
【００１０】
本発明の第２の発明は、上述した第１の発明に記載の位置計測装置であって、画像処理装置は、複数の撮像装置が撮像したそれぞれの画像において、それぞれの画像を撮像した撮像装置自身の照射光の色の反射光を選別して抽出するように設定されている。
【００１１】
この構成によれば、画像処理装置においては、各画像から抽出対象の反射光（各々を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光）を抽出する際に、当該反射光を探索するエリアが広く設定されて当該エリア内に他の撮像装置を含んだ様々な照明設備からの照射光に対する反射光が映りこんでいても、抽出対象の反射光と他の反射光との誤認識を回避できる。そのため、画像処理装置においては、抽出対象の反射光を探索するエリアを広く設定でき、これによって、抽出対象の反射光を抽出し損ねることが防止される。したがって、画像処理装置は、各画像において各々を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を、誤認識したり抽出し損ねたりすることもなく、当該反射光を確実に抽出できる。
【００１２】
本発明の第３の発明は、上述した第１または第２の発明に記載の位置計測装置であって、計測対象物は球体である。
【００１３】
この構成によれば、例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受といった球体を用いた軸受における球体の挙動を解析できる。
【００１４】
本発明の第４の発明は、上述した第１〜第３の発明いずれか一つに記載の位置計測装置であって、複数の撮像装置が２台である場合、一方の撮像装置の照射光の色は赤色に設定され、他方の撮像装置の照射光の色は緑色に設定されている。
【００１５】
この構成によれば、画像処理装置においては、各画像において各々を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を識別するのが容易である。
【００１６】
本発明の第５の発明は、複数の撮像装置を用いて、光を反射する単数または複数の計測対象物の３次元空間内における位置を計測する位置計測方法であって、３次元空間内に配置されて互いの相対的な位置、及び互いの相対的な姿勢である光軸方向、とが予めわかっている複数の撮像装置であって、照射光を計測対象物に向けて照射するように配置された光源を有するとともに、複数の撮像装置のそれぞれの光源からの照射光の色が、それぞれ異なる色に設定されている撮像装置と、複数の撮像装置にて撮像したそれぞれの画像に基づいて、それぞれの計測対象物の３次元空間内における位置を算出する画像処理装置と、を用いる。そして、位置計測方法では、撮像装置を用いて計測対象物を撮像して画像を取得する撮像ステップと、画像処理装置を用いて、撮像ステップにて取得した画像の中から対象とする球体の領域であって当該画像を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を含む領域である反射光領域を抽出する反射光領域抽出ステップと、画像処理装置を用いて、抽出した反射光領域内における各画素のＲＧＢ値に基づいて、所定色の画素領域を抽出する有効色領域抽出ステップと、画像処理装置を用いて、抽出した有効色領域内における所定色の各画素の輝度に基づいて、所定輝度以上の輝度を有する画素領域を抽出する有効輝度領域抽出ステップと、画像処理装置を用いて、抽出した有効輝度領域内における輝度重心の位置を算出する輝度重心位置算出ステップと、画像処理装置を用いて、算出した輝度重心の位置と、当該画像を撮像した撮像装置の位置と、当該撮像装置の光軸方向と、に基づいて、当該撮像装置の位置に対して、３次元空間内において対象とした計測対象物の中心が存在する方向である対象物中心方向を算出する対象物中心方向算出ステップと、の各ステップをそれぞれの撮像装置からの画像に基づいて、計測対象物に対して行う。そして、画像処理装置を用いて、計測対象物に対して、それぞれの撮像装置からの対象物中心方向に基づいて、計測対象物の、３次元空間内における位置を算出する。
【００１７】
上述の構成においては、複数の撮像装置の照射光が、それぞれ異なる色に設定されている。そして、有効色領域抽出ステップにおいて、画像処理装置は、各画像から所定色の画素領域を抽出する。そのため、この有効色領域抽出ステップにおいて、画像処理装置は、各画像から抽出対象の反射光（各々を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光）を選別して抽出できる。したがって、画像処理装置においては、各画像から抽出対象の反射光を抽出する際に、当該反射光を探索するエリアが広く設定されて当該エリア内に他の撮像装置からの照射光に対する反射光が映りこんでいてもいても、抽出対象の反射光と他の反射光との誤認識を回避できる。そのため、画像処理装置においては、抽出対象の反射光を探索するエリアを広く設定でき、これによって、抽出対象の反射光を抽出し損ねることが防止される。したがって、画像処理装置は、各画像において各々を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を、誤認識したり抽出し損ねたりすることもなく、当該反射光を確実に抽出できる。この結果、複数の撮像装置が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置の位置、及び各撮像装置の光軸方向、から算出される計測対象物の位置の推定精度が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の撮像装置が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置の位置、及び各撮像装置の光軸方向に基づいて、計測対象物の３次元空間内の位置を算出する位置計測装置において、各撮像装置が撮像した画像中から当該画像を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光を確実に抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】位置計測装置の全体構成を説明する図である。
【図２】撮像装置の構成と、照射光及び反射光を説明する図である。
【図３】図１における左側の撮像装置から、計測対象物である複数の球体を含む物体を撮像した画像の例を説明する図である。
【図４】図１における右側の撮像装置から、計測対象物である複数の球体を含む物体を撮像した画像の例を説明する図である。
【図５】画像処理装置の処理手順の例を説明するフローチャートである。
【図６】図１における左側の撮像装置にて計測対象物を撮像した画像の例を説明する図である。
【図７】図６の画像の中から、計測対象の球体の反射光を含む反射光領域ＡＲ１を抽出した例を説明する図である。
【図８】図７の画像において、所定色の領域である有効色領域ＢＢ１を抽出した例を説明する図である。
【図９】図８に示す有効色領域ＢＢ１を拡大した例を表した図である。
【図１０】図９に示す有効色領域において、所定色の第１段階輝度以上の輝度の領域である有効輝度領域ＡＡ１を抽出した例を説明する図である。
【図１１】図１０に示す有効輝度領域ＡＡ１から求めた仮輝度重心Ｇ１の例を説明する図である。
【図１２】所定色の第２段階輝度以上の輝度の領域である有効輝度領域ＡＡ２及び有効輝度領域ＡＡ２から求めた仮輝度重心Ｇ２、所定色の第３段階輝度以上の輝度の領域である有効輝度領域ＡＡ３及び有効輝度領域ＡＡ３から求めた仮輝度重心Ｇ３、及び仮輝度重心Ｇ１と仮輝度重心Ｇ２と仮輝度重心Ｇ３から求めた輝度重心Ｇａｖ１１の例を説明する図である。
【図１３】図６の画像に対して、各球体の輝度重心Ｇａｖ１１〜Ｇａｖ１６の位置を求めた状態の例を説明する図である。
【図１４】図６の画像と同時刻において、図１における右側の撮像装置にて計測対象物を撮像した画像を用いて、各球体の輝度重心Ｇａｖ２１〜Ｇａｖ２６の位置を求めた状態の例を説明する図である。
【図１５】図１に対して、３次元空間内における球体の位置を特定する様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。
●［位置計測装置の全体構成（図１）と、撮像装置の構造（図２）］
図１に示す例は、計測対象物である光を反射する球体８１〜８６を含む計測対象ユニット８０と、３次元空間内における球体８１〜８６の位置を計測する位置計測装置１の全体構成を示している。なお、計測対象ユニット８０における撮像装置１０、２０に対向する側の保持器は取り外されている。
【００２１】
計測対象ユニット８０は、図１の例では深溝玉軸受であり、外輪８０Ａと内輪８０Ｂと、外輪８０Ａと内輪８０Ｂとの間に形成された空間に収容された球体８１〜８６を有しており、基台９０に取り付けられている。また球体８１〜８６は、光を反射する鋼球であり、撮像装置１０、２０に対向している側に対して反対の側に設けられた保持器（図示省略）にて、それぞれの間隔が一定に保持されている。また、例えば内輪８０Ｂには回転する駆動軸が挿通され、外輪８０Ａに対して内輪８０Ｂが相対的に回転させられている。従って、球体８１〜８６は、自転しながら周方向に公転している。そして位置計測装置１は、自転しながら公転している球体８１〜８６の、３次元空間内における位置を計測する。そして計測された結果は、球体８１〜８６の挙動の解析に利用され、深溝玉軸受の設計に利用される。
【００２２】
位置計測装置１は、撮像装置１０（撮像手段）及び撮像装置２０（撮像手段）と、画像処理装置７０（画像処理手段）とにて構成されている。なお、撮像装置の数は２台に限定されず、複数であればよい。また、撮像装置１０、２０の位置、及び姿勢（光軸の方向）は、厳密な位置及び厳密な方向を必要とせず、撮像装置１０と撮像装置２０の互いの相対的な位置及び互いの相対的な姿勢（光軸の方向）が、予めわかっていればよい。例えば、同一パターン図が描かれたキャリブレーションプレートを用いて、互いの相対的な位置及び互いの相対的な姿勢を求めることができる。なお、撮像装置の光軸とは、当該撮像装置内のレンズの中心と焦点とを通る直線であり、３次元空間内における撮像装置の姿勢とは、３次元空間内において当該撮像装置の光軸の向けられた方向を指す。
【００２３】
撮像装置１０は、図２に示すように、レンズ部１１、光源部１２、撮像部１３にて構成されている。レンズ部１１にはテレセントリックレンズ１１Ａが収容されており、光源部１２には光源１２Ａとハーフミラー１２Ｂが収容されており、撮像部１３には撮像素子１３Ｂや絞り１３Ａ等が収容されている。
【００２４】
ハーフミラー１２Ｂは、入射された光の一部を反射するとともに残りの光を透過する。そしてハーフミラー１２Ｂは、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に配置されているとともに撮像装置１０の光軸Ｊ１０に対して所定の角度で配置されて、光源１２Ａからの光の一部を照射光として光軸Ｊ１０に沿う方向に向けて反射する。なお、ハーフミラー１２Ｂは、計測対象物からの光（光軸Ｊ１０に平行な平行光）の一部を、撮像部１３に向けて透過する。
【００２５】
光源１２Ａは、例えばＬＥＤ照明やレーザ光であり、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に平行な照射光１２Ｓを、計測対象物に向けて照射するように配置されている。この場合、光源１２Ａは、計測対象物から取り込んだ平行光と干渉しないように光軸Ｊ１０から離れた位置に配置され、ハーフミラー１２Ｂにて反射された照射光が、光軸Ｊ１０に平行な平行光である照射光１２Ｓとなるように、位置が調整されている。また、光源１２Ａから照射する光の色はいずれの色でも良い。本実施の形態では、撮像装置１０の光源１２Ａから照射する光の色は、赤色の波長の光に設定されているものとする。照射光の色を赤色とした場合、後述する撮像素子１３Ｂには、赤色の光の感度が他の色の光の感度よりも高いものを使用することが、より好ましい。なお、撮像装置２０においては、光源２２Ａ（図１参照）から照射する光の色が、撮像装置１０の光源１２Ａとは異なる色に設定されている。本実施の形態では、光源２２Ａから照射する光の色が、緑色の波長の光に設定されている。照射光の色を緑色とした場合、撮像素子２３Ｂには、緑色の光の感度が他の色の光の感度よりも高いものを使用することが、より好ましい。
【００２６】
テレセントリックレンズ１１Ａは、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に配置され、例えば複数のレンズ群にて構成されている。そしてテレセントリックレンズ１１Ａは、計測対象物のどこからの光であっても光軸Ｊ１０に平行な光束を取り込む。従って、図２に示すように、光軸Ｊ１０に平行な照射光１２Ｓに対する球体８１の反射光Ｒ８１は、光軸Ｊ１０に平行である。そしてテレセントリックレンズ１１Ａは、この光軸Ｊ１０に平行な反射光Ｒ８１を、球体８１からの反射光Ｒ８１として取り込む。従って、撮像装置１０から見て、反射光Ｒ８１の方向の延長上に球体８１の中心８１Ｃが存在が存在する。以上のテレセントリックレンズ１１Ａとハーフミラー１２Ｂと光源１２Ａにて、撮像装置１０の光軸Ｊ１０と同軸で光を照射して正反射された画像を取得することができる、いわゆる同軸落射照明を構成している。
【００２７】
撮像部１３には、ＣＣＤ等の複数の画素からなる撮像素子１３Ｂや、絞り１３Ａ等が収容されている。そして撮像装置１０は、画像処理装置７０からの制御信号に基づいて、撮像素子１３Ｂを用いて撮像した画像を作成し、作成した画像を画像処理装置７０に出力する。なお、撮像装置２０の構造等については、撮像装置１０と同様であるので説明を省略する。撮像装置１０、２０は、球体の挙動の解析をするためには、例えば１００［ｆｐ］以上のフレームレートで画像を撮像可能な、いわゆるハイスピードカメラであることが好ましい。
【００２８】
画像処理装置７０は、例えばパーソナルコンピュータであり、撮像装置１０、２０に制御信号を出力して撮像装置１０、２０を同期させて画像を撮像し、撮像した画像を取り込む。そして撮像装置１０、２０から取り込んだ画像と、３次元空間内における撮像装置１０、２０の位置と、撮像装置１０、２０の光軸の方向と、に基づいて、３次元空間内における球体８１〜８６のそれぞれの中心の位置を求める。またハイスピードカメラを用いて、時刻に対応させた画像を連続して撮像し、時刻毎の画像から求めた球体８１〜８６の３次元空間内の位置を求めることで、球体８１〜８６の挙動（各球体の中心の移動の軌跡）を求めることができる。
【００２９】
なお、画像処理装置７０は、撮像装置１０、２０が撮像した画像において、予め設定された所定の色の画素領域を抽出できるように設定されている。詳細には、画像処理装置７０は、撮像装置１０が撮像した画像に関して、当該撮像装置１０の照射光の色である赤色に対応する所定色範囲（例えば、Ｒ＝２２５〜２５５、Ｇ＝任意の値、Ｂ＝任意の値）の画素領域を抽出できるように設定されている。また、画像処理装置７０は、撮像装置２０が撮像した画像に関して、当該撮像装置２０の照射光の色である緑色に対応する所定色範囲（例えば、Ｒ＝任意の値、Ｇ＝２２５〜２５５、Ｂ＝任意の値）の画素領域を抽出できるように設定されている。なお、画像から所定の色の画素領域を抽出するための所定色範囲の設定は、後述する画像処理装置７０の処理手順のステップＳ０１０にて行われる。
【００３０】
●［撮像した画像の例（図３、図４）］
図３は、時刻ｔ１において、図１に示した計測対象ユニット８０を撮像装置１０にて撮像した画像Ｆ１［ｔ１］の例を示している。計測対象である球体８１〜８６は、全ての輪郭が撮像されている必要は無く、撮像装置１０からの照射光に対する反射光Ｒ８１〜Ｒ８６（この場合、赤色の反射光）が写り込んでいればよい。従って、球体８１〜８６の縁部が外輪８０Ａや内輪８０Ｂに隠れてしまっていても構わない。なお、球体８１〜８６の表面には、撮像装置２０からの照射光に対する反射光Ｄ８１〜Ｄ８６（この場合、緑色の反射光）が写り込んでいる場合がある。図３の例では、各球体８１〜８６の反射光において、向かって左側に位置している反射光が、撮像装置１０からの照射光に対する反射光Ｒ８１〜Ｒ８６であり、向かって右側に位置している反射光は撮像装置２０からの照射光に対する反射光Ｄ８１〜Ｄ８６である。また、画像Ｆ１［ｔ１］におけるｕ軸は、撮像装置１０の光軸Ｊ１０に直交する軸であり、ｖ軸は、光軸Ｊ１０とｕ軸との双方に直交する軸である。また、画像Ｆ１［ｔ１］中において、球体８１〜８６のそれぞれに写り込んでいる反射光Ｒ８１〜Ｒ８６は、球体８１〜８６のそれぞれの中心と重なっている。すなわち、撮像装置１０から見て、反射光Ｒ８１〜Ｒ８６のそれぞれの先に球体８１〜８６のそれぞれの中心が有ることになる。
【００３１】
また図４は、時刻ｔ１において、図１に示した計測対象ユニット８０を撮像装置２０にて撮像した画像Ｆ２［ｔ１］の例を示している。図３に示す画像Ｆ１［ｔ１］に対して、計測対象ユニット８０の傾斜状態と、反射光の位置が異なっている。球体８１〜８６には、撮像装置１０からの照射光に対する反射光Ｄ８１〜Ｄ８６（この場合、赤色の反射光）が写り込んでいる場合がある。図４の例では、各球体８１〜８６の反射光において、向かって右側に位置している反射光が、撮像装置２０からの照射光に対する反射光Ｒ８１〜Ｒ８６（この場合、緑色の反射光）であり、向かって左側に位置している反射光は撮像装置１０からの照射光に対する反射光Ｄ８１〜Ｄ８６である。また、画像Ｆ２［ｔ１］におけるｕ軸は、撮像装置２０の光軸Ｊ２０に直交する軸であり、ｖ軸は、光軸Ｊ２０とｕ軸との双方に直交する軸である。また、画像Ｆ２［ｔ１］中において、球体８１〜８６のそれぞれに写り込んでいる反射光Ｒ８１〜Ｒ８６は、球体８１〜８６のそれぞれの中心と重なっている。すなわち、撮像装置２０から見て、反射光Ｒ８１〜Ｒ８６のそれぞれの先に球体８１〜８６のそれぞれの中心が有ることになる。
【００３２】
既に説明したとおり、撮像装置１０からの照射光の色と、撮像装置２０からの照射光の色と、は異なる。本実施の形態では、撮像装置１０からの照射光が赤色に設定され、撮像装置２０からの照射光の色が緑色に設定されている。したがって、画像処理装置７０は、撮像装置１０にて撮像した画像Ｆ１［ｔ１］（図３）内において、撮像装置１０から照射光に対する反射光（赤色）を容易に選別して抽出することができ、撮像装置２０にて撮像した画像Ｆ２［ｔ１］（図４）内において、撮像装置２０からの照射光に対する反射光（緑色）を容易に選別して抽出することができる。
【００３３】
以下、取り込んだ画像と、３次元空間内における撮像装置１０、２０の位置と、撮像装置１０、２０の光軸の方向と、に基づいて、３次元空間内における球体８１〜８６のそれぞれの中心の位置を求める処理手順の詳細について説明する。
【００３４】
●［画像処理装置７０の処理手順（図５）と、各処理の処理内容の具体的な例（図６〜図１４）と、３次元空間内における球体の位置の特定方法（図１５）］
次に図５に示すフローチャートを用いて、画像処理装置７０の処理手順について説明する。作業者が画像処理装置７０を起動すると、画像処理装置７０は、ステップＳ０１０へと処理を進める。
【００３５】
ステップＳ０１０にて画像処理装置７０は、作業者からの各種の入力待ち状態となり、作業者からの各種の入力が完了すると、ステップＳ０１５に進む。例えば作業者からの入力には、画像数（ｒ）、撮像装置の数（ｈ）、計測対象の球体の数（ｍ）、輝度の段階（ｎ）、３次元空間内における各撮像装置の位置と姿勢（光軸方向）、有効色範囲、段階輝度ＲＧＢ、がある。
・画像数（ｒ）：撮像装置１０、２０の連続撮像回数であり、時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（ｒ）の間に撮像された回数に相当する。例えば１００［ｆｐ］の撮像スピードの撮像装置に対してｒ＝２００と設定した場合、撮像装置は、０．０１［ｓｅｃ］毎に２００枚の画像を撮像する。各画像は、時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（２００）のそれぞれのタイミングで撮像される。
・撮像装置の数（ｈ）：撮像装置の数であり、図１の例では撮像装置１０と撮像装置２０の２台であるので、ｈ＝２が設定される。
・計測対象の球体の数（ｍ）：計測対象の球体の数であり、図１の例では、球体８１〜球体８６を計測する場合、ｍ＝６が設定される。
・輝度の段階（ｎ）：撮像装置が撮像した画像から、反射光の領域の中心を求める際の、輝度の閾値の段階の数である。以下の例では、ｎ＝３に設定した例で説明する。
・３次元空間内における各撮像装置の位置と姿勢（光軸方向）：各撮像装置は、互いの相対的な位置及び互いの相対的な姿勢（光軸方向）がわかっているので、例えば３次元空間内において、撮像装置１０の位置を基準位置に設定すれば、撮像装置２０の位置が確定する。また、３次元空間内における撮像装置１０の姿勢（光軸方向）を基準姿勢に設定すれば、撮像装置２０の姿勢（光軸方向）が確定する。これらの位置に相当する座標等を入力する。
・有効色範囲：撮像装置が撮像した画像から、所定の色の領域を抽出するためのＲＧＢ値の範囲の設定である。ｈ台ある撮像装置のそれぞれの画像に関して設定される。以下の例では、一番目の撮像装置である撮像装置１０（図１参照）が撮像した画像に関して、有効色範囲は、Ｒ＝２２５〜２５５、Ｇ＝＊、Ｂ＝＊、に設定されたものとする。なお、「＊」は、範囲指定が不要で任意の値でよいことを示す。２番目の撮像装置である撮像装置２０（図１参照）が撮像した画像に関して、有効色範囲は、Ｒ＝＊、Ｇ＝２２５〜２５５、Ｂ＝＊、に設定されたものとする。
・段階輝度ＲＧＢ：ｎ段階（本実施の形態の例ではｎ＝３）に設定された輝度の、それぞれの段階の閾値の設定であり、ＲＧＢの値にて設定される。なお、段階輝度ＲＧＢは、各段階の輝度が、第１段階輝度の明るさ＜第２段階輝度の明るさ＜第３段階輝度の明るさ・・・となるように設定される。また、段階輝度ＲＧＢは、ｈ台ある撮像装置のそれぞれの画像に関して設定される。以下の例では、一番目の撮像装置である撮像装置１０（図１参照）が撮像した画像に関して、第１段階の輝度の閾値である第１段階輝度ＲＧＢがＲ＝２２５に、第２段階の輝度の閾値である第２段階輝度ＲＧＢがＲ＝２３５に、第３段階の輝度の閾値である第３段階輝度ＲＧＢがＲ＝２４５に、設定されたものとする。各段階輝度ＲＧＢにおいて、Ｇ及びＢは任意の値である。二番目の撮像装置である撮像装置２０（図１参照）が撮像した画像に関して、第１段階の輝度の閾値である第１段階輝度ＲＧＢはＧ＝２２５に、第２段階の輝度の閾値である第２段階輝度ＲＧＢはＧ＝２３５に、第３段階の輝度の閾値である第３段階輝度ＲＧＢはＧ＝２４５に、設定されたものとする。各段階輝度ＲＧＢにおいて、Ｒ及びＢは任意の値である。
【００３６】
ステップＳ０１５にて画像処理装置７０は、時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（ｒ）のそれぞれのタイミングで、撮像装置１０、２０を同期させながら撮像し、時刻ｔ（１）における撮像装置１０の画像及び撮像装置２０の画像〜時刻ｔ（ｒ）における撮像装置１０の画像及び撮像装置２０の画像、を取り込み、ステップＳ０２０に進む。このステップＳ０１５の処理が、撮像ステップに相当する。
【００３７】
ステップＳ０２０にて画像処理装置７０は、時刻に対応させた変数ｓに１を代入して（時刻ｔ（１）を設定して）、ステップＳ０２５に進む。本実施の形態では、例えばｓ＝１の場合は時刻ｔ（１）を表し、ｓ＝２の場合は時刻ｔ（２）を表し、ｓ＝ｒの場合は時刻ｔ（ｒ）を表している。
【００３８】
ステップＳ０２５にて画像処理装置７０は、撮像装置に対応させた変数ｋに１を代入して（撮像装置１０を設定して）、ステップＳ０３０に進む。本実施の形態では、例えばｋ＝１の場合は撮像装置１０を表し、ｋ＝２の場合は撮像装置２０を表している。
【００３９】
ステップＳ０３０にて画像処理装置７０は、球体に対応させた変数ｊに１を代入して（球体８１を設定して）、ステップＳ０３５に進む。本実施の形態では、ｊ＝１の場合は球体８１を表し、ｊ＝２〜６のそれぞれの場合は球体８２〜８６のそれぞれを表している。
【００４０】
ステップＳ０３５にて画像処理装置７０は、輝度の段階に対応させた変数ｉに１を代入して（第１段階輝度を設定して）、ステップＳ０４０に進む。本実施の形態では、例えばｉ＝１の場合は第１段階輝度を表し、ｉ＝２の場合は第２段階輝度を表し、ｉ＝３の場合は第３段階輝度を表している。
【００４１】
ステップＳ０４０にて画像処理装置７０は、時刻ｔ（ｓ）におけるｋ番目の撮像装置からの画像Ｆ（ｋ）［ｔ（ｓ）］の中から、ｊ番目の球体の領域であってｋ番目の撮像装置からの照射光に対する反射光を含む領域である反射光領域ＡＲ（ｊ）を抽出し、ステップＳ０４２に進む。例えばｓ＝１、ｋ＝１の場合の画像Ｆ（ｋ）［ｔ（ｓ）］であって図６に示す画像Ｆ１［ｔ１］である場合、画像処理装置７０は、ｊ＝１の場合は球体８１における反射光Ｒ８１を含む反射光領域ＡＲ１を抽出する。抽出された反射光領域ＡＲ１においては、各画素が、それぞれのＲＧＢ値を有している。このステップＳ０４０の処理が、反射光領域抽出ステップに相当する。
【００４２】
なお、反射光領域ＡＲ（ｊ）は、複数の撮像装置からの照射光に対する反射光を含んだ広い領域に設定されている。図７は、反射光領域ＡＲ１の例を拡大して表している。図７に示すように、反射光領域ＡＲ１には、撮像装置１０（図１参照）からの照射光に対する反射光Ｒ８１に加え、撮像装置２０（図１参照）からの照射光に対する反射光Ｄ８１が含まれている。また、反射光領域ＡＲ１には、位置計測装置１が設置された部屋にある照明設備であって、撮像装置１０、２０以外の照明設備からの照射光に対する反射光ＱＱＲが映りこんでいる場合もある。なお図６では、撮像装置１０、２０以外の照明設備からの照射光に対する反射光ＱＱＲが省略されている。反射光領域ＡＲ（ｊ）は、ｊ番目の球体の外形全体を含んだ広い領域に設定してもよい。
【００４３】
ステップＳ０４２にて画像処理装置７０は、反射光領域ＡＲ（ｊ）の中から、ｋ番目の撮像装置に対応する有効色範囲のＲＧＢ値の画素によって構成される有効色領域ＢＢ（ｊ）を抽出する。図８の例においては、反射光領域ＡＲ１から、Ｒ＝２２５〜２５５の範囲のＲＧＢ値を有する画素の領域である有効色領域ＢＢ１が抽出されている。これによって、反射光領域ＡＲ１の中から、抽出対象の反射光領域（ここではｋ＝１の撮像装置１０の照射光に対する反射光Ｒ８１領域）のみが抽出され、図７に示した他の反射光Ｄ８１、ＱＱＲが消失する。このステップＳ０４２の処理が、有効色領域抽出ステップに相当する。画像処理装置７０は、ステップＳ０４２の後、ステップＳ０４５に進む。
【００４４】
ステップＳ０４５にて画像処理装置７０は、抽出した有効色領域ＢＢ（ｊ）の中から、第（ｉ）段階輝度ＲＧＢ以上の輝度を有する画素によって構成される領域である有効輝度領域ＡＡ（ｉ）を抽出する。図９の例に示すように、有効色領域ＢＢ１には、異なる輝度の画素が含まれている。図９において、各画素における輝度の違いは、ドット密度の違いよって表されている。この異なる輝度を有する画素の中から、図１０の例（ｉ＝１の場合）においては、第１段階輝度ＲＧＢ以上の輝度を有する有効輝度領域ＡＡ１が抽出されている。この場合、有効輝度領域ＡＡ１は、Ｒ≧２２５のＲＧＢ値を有する画素の領域である。ステップＳ０４５の処理が、有効輝度領域抽出ステップに相当する。画像処理装置７０は、ステップＳ０４５の後、ステップＳ０５０に進む。
【００４５】
ステップＳ０５０にて画像処理装置７０は、抽出した有効輝度領域ＡＡ（ｉ）内における輝度の重心の位置となる仮輝度重心Ｇ（ｉ）［ｕ（ｉ）、ｖ（ｉ）］の位置を求め、ステップＳ０５５に進む。なお、仮輝度重心を求める方法は特に限定せず、既存の方法を含めて、種々の方法を用いることができる。例えば図１１の例（ｉ＝１の場合）は、有効輝度領域ＡＡ１内の各画素の位置と各画素の輝度に基づいて、仮輝度重心Ｇ１［ｕ（１）、ｖ（１）］の位置を求めた例を示している。このステップＳ０５０の処理、及び後述するステップＳ０６５の処理が、輝度重心位置算出ステップに相当する。
【００４６】
ステップＳ０５５にて画像処理装置７０は、変数ｉにｉ＋１を代入して（次の段階の輝度を設定して）、ステップＳ０６０に進む。
【００４７】
ステップＳ０６０にて画像処理装置７０は、変数ｉがｎより大きいか否かを判定し、変数ｉがｎより大きい場合（全段階の輝度の計測が終了した場合）はステップＳ０６５に進み、変数ｉがｎ以下である場合はステップＳ０４０に戻る。例えばステップＳ０１０にて輝度段階（ｎ）に「３」が設定された場合、かつｊ＝１の場合、ｉ＝１から３まで、ステップＳ０４０〜ステップＳ０５０を繰り返し、図６に示す反射光領域ＡＲ１の中から、図１２に示すように、有効輝度領域ＡＡ１及び仮輝度重心Ｇ１［ｕ（１）、ｖ（１）］、有効輝度領域ＡＡ２及び仮輝度重心Ｇ２［ｕ（２）、ｖ（２）］、有効輝度領域ＡＡ３及び仮輝度重心Ｇ３［ｕ（３）、ｖ（３）］、を求める。なお、ｉ＝２の場合に抽出される第２段階輝度ＲＧＢ以上の輝度を有する有効輝度領域ＡＡ２は、Ｒ≧２３５のＲＧＢ値を有する画素の領域である。また、ｉ＝３の場合に抽出される第３段階輝度ＲＧＢ以上の輝度を有する有効輝度領域ＡＡ３は、Ｒ≧２４５のＲＧＢ値を有する画素の領域である。
【００４８】
ステップＳ０６５に進んだ場合、画像処理装置７０は、仮輝度重心Ｇ（ｉ）［ｕ（ｉ）、ｖ（ｉ）］（ｉ＝１〜ｎ）に基づいて、輝度重心Ｇａｖ（ｋ）（ｊ）［ｕ（ａｖ（ｋ）（ｊ））、ｖ（ａｖ（ｋ）（ｊ））］を求めてステップＳ０７０に進む。例えばｊ＝１、ｉ＝１〜３の場合、図１２に示すように、仮輝度重心Ｇ１［ｕ１、ｖ１］、仮輝度重心Ｇ２［ｕ２、ｖ２］、仮輝度重心Ｇ３［ｕ３、ｖ３］の位置に基づいて、輝度重心Ｇａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］の位置を求める。例えば輝度重心Ｇａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］の位置は、ｎ個のＧ（ｎ）［ｕ（ｎ）、ｖ（ｎ）］の位置の平均となる位置であり、ｎ＝３の場合、ｕ（ａｖ１１）＝（ｕ１＋ｕ２＋ｕ３）＊１／３であり、ｖ（ａｖ１１）＝（ｖ１＋ｖ２＋ｖ３）＊１／３である。このようにして、輝度重心Ｇａｖ（ｋ）（ｊ）［ｕ（ａｖ（ｋ）（ｊ））、ｖ（ａｖ（ｋ）（ｊ））］の位置を確定する。
【００４９】
以上により、まずｓ＝１、ｋ＝１、ｊ＝１の場合にて、ｉ＝１〜３まで実行した場合では、時刻ｔ（１）（ｓ＝１）における１番目の撮像装置１０（ｋ＝１）からの画像Ｆ１［ｔ１］の中から、１番目の球体（ｊ＝１）の輝度重心Ｇａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］が求められる（図１３参照）。従って、図６の画像Ｆ１［ｔ１］における球体８１の反射光Ｒ８１の位置は、輝度重心Ｇａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］であり、図６の画像Ｆ１［ｔ１］中において光軸Ｊ１０［ｕ（Ｊ１０）、ｖ（Ｊ１０）］の位置に対して、ｕ軸方向にΔｕ１１（図１３参照）、ｖ軸方向にΔｖ１１（図１３参照）だけ離れた位置であることがわかる。
【００５０】
ステップＳ０７０にて画像処理装置７０は、変数ｊにｊ＋１を代入して（次の球体を設定して）、ステップＳ０７５に進む。
【００５１】
ステップＳ０７５にて画像処理装置７０は、変数ｊがｍより大きいか否かを判定し、変数ｊがｍより大きい場合（全球体の計測が終了した場合）はステップＳ０８０に進み、変数ｊがｍ以下である場合はステップＳ０３５に戻り、ｉ＝１から３までステップＳ０４０からステップＳ０５０を繰り返し、次の球体（ｊ）に対して、輝度重心Ｇａｖ（ｋ）（ｊ）［ｕ（ａｖ（ｋ）（ｊ））、ｖ（ａｖ（ｋ）（ｊ））］を求める。そして、ｓ＝１、ｋ＝１の場合、ｊ＝１〜６まで繰り返すことで、図１３に示すように、時刻ｔ１における撮像装置１０からの画像Ｆ１［ｔ１］中において、球体８１の表面の反射光Ｒ８１の位置であるＧａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］を求め、また、球体８２の表面の反射光Ｒ８２の位置であるＧａｖ１２［ｕ（ａｖ１２）、ｖ（ａｖ１２）］を求める。また、球体８３の表面の反射光Ｒ８３の位置であるＧａｖ１３［ｕ（ａｖ１３）、ｖ（ａｖ１３）］を求め、また、球体８４の表面の反射光Ｒ８４の位置であるＧａｖ１４［ｕ（ａｖ１４）、ｖ（ａｖ１４）］を求める。また、球体８５の表面の反射光Ｒ８５の位置であるＧａｖ１５［ｕ（ａｖ１５）、ｖ（ａｖ１５）］を求め、また、球体８６の表面の反射光Ｒ８６の位置であるＧａｖ１６［ｕ（ａｖ１６）、ｖ（ａｖ１６）］を求める。
【００５２】
ステップＳ０８０に進んだ場合、画像処理装置７０は、変数ｋにｋ＋１を代入して（次の撮像装置の画像を設定して）、ステップＳ０８５に進む。
【００５３】
ステップＳ０８５にて画像処理装置７０は、変数ｋがｈより大きいか否かを判定し、変数ｋがｈより大きい場合（時刻ｔ（ｓ）における全撮像装置からの画像の処理が終了した場合）はステップＳ０９０に進み、変数ｋがｈ以下である場合はステップＳ０３０に戻り、次の撮像装置（この場合、撮像装置２０）からの画像に対して、輝度重心Ｇａｖ（ｋ）（ｊ）［ｕ（ａｖ（ｋ）（ｊ））、ｖ（ａｖ（ｋ）（ｊ））］を求める。そして時刻ｔ１において、ｋ＝２の場合、図１４に示すように、時刻ｔ１における撮像装置２０からの画像Ｆ２［ｔ１］中において、球体８１の表面の反射光Ｒ８１の位置であるＧａｖ２１［ｕ（ａｖ２１）、ｖ（ａｖ２１）］を求め、また、球体８２の表面の反射光Ｒ８２の位置であるＧａｖ２２［ｕ（ａｖ２２）、ｖ（ａｖ２２）］を求める。また、球体８３の表面の反射光Ｒ８３の位置であるＧａｖ２３［ｕ（ａｖ２３）、ｖ（ａｖ２３）］を求め、また、球体８４の表面の反射光Ｒ８４の位置であるＧａｖ２４［ｕ（ａｖ２４）、ｖ（ａｖ２４）］を求める。また、球体８５の表面の反射光Ｒ８５の位置であるＧａｖ２５［ｕ（ａｖ２５）、ｖ（ａｖ２５）］を求め、また、球体８６の表面の反射光Ｒ８６の位置であるＧａｖ２６［ｕ（ａｖ２６）、ｖ（ａｖ２６）］を求める。なお、ｋ＝２の場合、ステップＳ０４２においては、Ｇ＝２２５〜２５５の範囲のＲＧＢ値を有する画素の領域である有効色領域ＢＢ（ｊ）が反射光領域ＡＲ（ｊ）から抽出される。また、ｋ＝２の場合、ステップＳ０４５においては、Ｇ≧２２５のＲＧＢ値を有する画素の領域が有効輝度領域ＡＡ１として抽出され、Ｇ≧２３５のＲＧＢ値を有する画素の領域が有効輝度領域ＡＡ２として抽出され、Ｇ≧２４５のＲＧＢ値を有する画素の領域が有効輝度領域ＡＡ３として抽出される。
【００５４】
ステップＳ０９０にて画像処理装置７０は、変数ｓにｓ＋１を代入して（次の時刻の画像を設定して）、ステップＳ０９５に進む。
【００５５】
ステップＳ０９５にて画像処理装置７０は、変数ｓがｒより大きいか否かを判定し、変数ｓがｒより大きい場合（時刻ｔ（１）〜時刻ｔ（ｒ）までの処理が全て終了した場合）はステップＳ１００に進み、変数ｓがｒ以下である場合はステップＳ０２５に戻り、次の時刻における画像に対して、上記の処理を繰り返す。以上の処理により、時刻ｔ（１）における撮像装置１０からの画像Ｆ１［ｔ１］及び撮像装置２０からの画像Ｆ２［ｔ１］〜時刻ｔ（ｒ）における撮像装置１０からの画像Ｆ１［ｔ（ｒ）］及び撮像装置２０からの画像Ｆ２［ｔ（ｒ）］の、各画像のそれぞれにて、輝度重心Ｇａｖ（ｋ）（ｊ）［ｕ（ａｖ（ｋ）（ｊ）、ｖ（ａｖ（ｋ）（ｊ）））］の位置を求める。
【００５６】
ステップＳ１００にて画像処理装置７０は、各時刻において、各撮像装置から見た各球体に対して、球体中心方向仮想直線（対象物中心方向）を求め、ステップＳ１０５に進む。例えば図１５の例では、時刻ｔ１における撮像装置１０からの画像Ｆ１［ｔ１］から求めた球体８１の輝度重心Ｇａｖ１１［ｕ（ａｖ１１）、ｖ（ａｖ１１）］を通るとともに光軸Ｊ１０に平行な直線を、時刻ｔ１における球体８１に対する撮像装置１０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ａ［ｔ１］として求めている。同様に、時刻ｔ１における撮像装置２０からの画像Ｆ２［ｔ１］から求めた球体８１の輝度重心Ｇａｖ２１［ｕ（ａｖ２１）、ｖ（ａｖ２１）］を通るとともに光軸Ｊ２０に平行な直線を、時刻ｔ１における球体８１に対する撮像装置２０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ｂ［ｔ１］として求めている。３次元空間内における撮像装置１０の位置と姿勢（光軸方向）、及び撮像装置２０の位置と姿勢（光軸方向）は、予めステップＳ０１０にて入力されているので、３次元空間内における球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ａ［ｔ１］、球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ｂ［ｔ１］の位置は確定する。このステップＳ１００の処理が、対象物中心方向算出ステップに相当する。
【００５７】
同様にして、時刻ｔ１における球体８２について、撮像装置１０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８２Ａ［ｔ１］、撮像装置２０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８２Ｂ［ｔ１］を求める（図示省略）。このように、時刻ｔ１〜時刻ｔ（ｒ）のそれぞれの時刻において、球体８１について撮像装置１０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ａ［ｔ＊］、及び撮像装置２０からの球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ｂ［ｔ＊］を求める。同様に、球体８２について球体中心方向仮想直線Ｊ８２Ａ［ｔ＊］、及び球体中心方向仮想直線Ｊ８２Ｂ［ｔ＊］を求め、また、球体８３について球体中心方向仮想直線Ｊ８３Ａ［ｔ＊］、及び球体中心方向仮想直線Ｊ８３Ｂ［ｔ＊］を求める。また、球体８４について球体中心方向仮想直線Ｊ８４Ａ［ｔ＊］、及び球体中心方向仮想直線Ｊ８４Ｂ［ｔ＊］を求め、また、球体８５について球体中心方向仮想直線Ｊ８５Ａ［ｔ＊］、及び球体中心方向仮想直線Ｊ８５Ｂ［ｔ＊］を求める。また、球体８６について球体中心方向仮想直線Ｊ８６Ａ［ｔ＊］、及び球体中心方向仮想直線Ｊ８６Ｂ［ｔ＊］を求める。
【００５８】
ステップＳ１０５にて画像処理装置７０は、求めた球体中心方向仮想直線に基づいて、各時刻に対応させて、３次元空間内における各球体の位置（座標）を算出し、ステップＳ１１０に進む。例えば図１５に示すように、時刻ｔ１における球体８１の中心を求める際は、時刻ｔ１における球体８１の球体中心方向仮想直線Ｊ８１Ａ［ｔ１］と、時刻ｔ１における球体８１の球体中心方向想直線Ｊ８１Ｂ［ｔ１］と、の交点となる位置、あるいは双方の直線までの距離の和が最小となる位置であるＰ81［Ｘ81（ｔ１）、Ｙ81（ｔ１）、Ｚ81（ｔ１）］を、３次元空間内において時刻ｔ１における球体８１の位置（座標）として求める。このようにして、時刻ｔ１〜時刻ｔ（ｒ）のそれぞれの時刻における、球体８１〜球体８６のそれぞれの３次元空間内の位置を求める。
【００５９】
ステップＳ１１０にて画像処理装置７０は、時刻ｔ１〜時刻ｔ（ｒ）のそれぞれの時刻における、球体８１〜球体８６のそれぞれの３次元空間内の位置に基づいて、３次元空間内における球体８１〜球体８６のそれぞれの移動の軌跡を求め、表示画面に表示し、処理を終了する。
【００６０】
以上、位置計測装置１においては、各撮像装置１０、２０の照射光が、それぞれ異なる色に設定されている。さらに、画像処理装置７０は、各撮像装置１０、２０が撮像した各画像において、各画像を撮像した撮像装置自身の照射光の色の反射光を選別して抽出するように設定されている。この構成によれば、画像処理装置７０においては、各画像から抽出対象の反射光（各々を撮像した撮像装置自身の照射光に対する反射光）を抽出する際に、当該反射光を探索するエリアが広く設定されて当該エリア内に他の撮像装置を含んだ様々な照明設備からの照射光に対する反射光が映りこんでいてもいても、抽出対象の反射光と他の反射光との誤認識を回避できる。そのため、画像処理装置７０においては、抽出対象の反射光を探索するエリアが広く設定でき、これによって、抽出対象の反射光を抽出し損ねることが防止される。したがって、画像処理装置７０は、各画像において各々を撮像した撮像装置自身からの照射光に対する反射光を、誤認識したり抽出し損ねたりすることもなく、当該反射光を確実に抽出できる。この結果、各撮像装置１０、２０が撮像した画像中の反射光の位置、各撮像装置１０、２０の位置、及び各撮像装置１０、２０の光軸方向、から算出される計測対象物の位置の推定精度が向上する。
【００６１】
位置計測装置１の構成、構造、形状、処理手順等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば撮像装置の数は２台に限定されず、３台以上の撮像装置を用いてもよい。各撮像装置の光源からの照射光の色は、赤及び緑に限定されず、各撮像装置の照射光の色が互いに異なれば、何色でもよい。なお、撮像装置の照射光は、撮像装置の光軸に平行な平行光でなくてもよい。撮像装置の照射光をリング照明によって構成してもよい。また、照射光に対する反射光を取り込むレンズは、テレセントリックレンズに限定されるものではない。なお、テレセントリックレンズと平行光との組み合わせを採用しない場合には、本実施の形態の処理手順とは異なる処理手順にて球体の位置が算出される。
【００６２】
本実施の形態の説明では、３次元空間内における深溝玉軸受の球体の位置を求める例を説明したが、計測対象物である球体（光を反射する球体）は、深溝玉軸受の球体に限定されず、種々の球体に適用することが可能である。また計測する球体の数は、単数でも複数でもよい。また計測対象の球体は、時間とともに移動する球体であっても、静止した球体であってもよく、３次元空間内に在る球体の位置を計測することができる。また、計測対象物は、球体に限定されず、光を反射するものであれば、いかなる形状のものであってもよい。
【００６３】
本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１        位置計測装置
１０、２０    撮像装置（撮像手段）
１１      レンズ部
１１Ａ    テレセントリックレンズ
１２      光源部
１２Ａ、２２Ａ    光源
１２Ｂ    ハーフミラー
１２Ｓ    照射光
１３      撮像部
１３Ａ    絞り
１３Ｂ、２３Ｂ    撮像素子
７０      画像処理装置（画像処理手段）
８０      計測対象ユニット
８０Ａ    外輪
８０Ｂ    内輪
８１〜８６    球体（計測対象物）
８１Ｃ、８２Ｃ    （球体の）中心
ＡＡ１〜ＡＡ３    有効輝度領域
ＡＲ１    反射光領域
ＢＢ１    有効色領域
Ｆ１［ｔ１］、Ｆ２［ｔ１］    （時刻ｔ１における）画像
Ｇ１〜Ｇ３    仮輝度重心
Ｇａｖ１１〜Ｇａｖ１６、Ｇａｖ２１〜Ｇａｖ２６    輝度重心
Ｊ１０、Ｊ２０    光軸
Ｊ８１Ａ［ｔ１］、Ｊ８１Ｂ［ｔ１］    球体中心方向仮想直線
Ｒ８１〜Ｒ８６    反射光
【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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