(57)【要約】      （修正有）【課題】計測精度を向上させることが可能な画像計測システムを提供する。【解決手段】画像計測システム１は、計測マーカー３と、計測マーカー３に対して励起電磁波Ｒを照射可能な照射装置４と、被計測物２を含む画像を取得するカメラ５Ａ，５Ｂと、照射装置４とカメラ５Ａ，５Ｂの動作を制御する機器制御部１１と、備える。計測マーカー３は、球面部を有する球体部と、球面部の全面に設けられて、励起電磁波Ｒの照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を有する。機器制御部１１は、励起電磁波Ｒが計測マーカー３に照射される第１の期間Ｐ１と励起電磁波Ｒが計測マーカー３に照射されない第２の期間Ｐ２とを有するように照射装置４を制御すると共に、第２の期間Ｐ２において画像を取得するようにカメラ５Ａ，５Ｂを制御する。【選択図】図１
2017040496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物を含む画像を利用して前記被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測システムに用いられる計測マーカーであって、
球面部を有する球体部と、
前記球面部の全面に設けられて、励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を備える計測マーカー。
【請求項２】
被計測物を含む画像を利用して前記被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測システムであって、
前記被計測物に取り付けられる計測マーカーと、
前記計測マーカーに対して励起電磁波を照射可能な照射部と、
前記計測マーカーが取り付けられた前記被計測物を含む前記画像を取得する撮像部と、
前記照射部と前記撮像部の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記計測マーカーは、球面部を有する球体部と、前記球面部の全面に設けられて、前記励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を有し、
前記制御部は、前記励起電磁波が前記計測マーカーに照射される第１の期間と前記励起電磁波が前記計測マーカーに照射されない第２の期間とを有するように前記照射部を制御すると共に、前記第２の期間において前記画像を取得するように前記撮像部を制御する、画像計測システム。
【請求項３】
被計測物を含む画像を利用して前記被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測方法であって、
前記被計測物に計測マーカーを取り付ける第１の工程と、
前記計測マーカーに対して励起電磁波の照射を開始する第２の工程と、
前記励起電磁波の照射を停止する第３の工程と、
前記励起電磁波の照射を停止させた後に、前記計測マーカーが取り付けられた前記被計測物を含む前記画像を取得する第４の工程と、
前記画像における前記計測マーカーの座標を取得する第５の工程と、
を有し、
前記計測マーカーは、球面部を有する球体部と、前記球面部の全面に設けられて、前記励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を含む、画像計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測マーカー、画像計測システム及び画像計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被計測物を互いに異なる方向から撮像した複数の画像を利用して、被計測物の位置情報や形状情報を取得する画像計測システムが知られている。このような計測システムでは、被計測物に設定される計測点を利用してステレオ処理などの演算を行うことにより、必要な情報を取得する。計測点を精度よく検出するために、被計測物には特許文献１に示されるような計測用マーカーが取り付けられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
計測マーカーを利用した画像計測システムは、例えば、人間や物体の動きを記録するようなモーションキャプチャに利用されている。このような画像計測システムは、人間や物体の動きだけでなくそれらの形状に関する情報の取得にも利用されつつある。このような技術の分野においては、更なる計測精度の向上が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、計測精度を向上させることが可能な計測マーカー、画像計測システム及び画像計測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】
【０００６】
本発明の一形態は、被計測物を含む画像を利用して被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測システムに用いられる計測マーカーである。計測マーカーは、球面部を有する球体部と、球面部の全面に設けられて、励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を備える。
【０００７】
この計測マーカーでは、光発生部が球面部の全面に設けられている。そうすると、計測マーカーの形状精度は球体部の形状精度に基づく。従って、形状精度の高い球体部を利用することにより計測マーカーの形状精度を高めることができる。また、この計測マーカーの光発生部は、励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる。すなわち、計測マーカーに対してなんらの電磁波を照射していない状態でも計測マーカーから光が発生されるので、電磁波を照射していない状態でも計測マーカーを含む画像を取得できる。さらに、計測マーカーに対してなんらの電磁波を照射していない状態では、計測マーカー及び背景において反射が生じないので、画像中における計測マーカーと背景とのコントラストが高まる。従って、この計測マーカーは、形状精度を高めることが可能であり、且つ、計測マーカーと背景とのコントラストを高めることが可能であるので、画像における計測マーカーの中心位置を精度良く検出でき、ひいては被計測物に関する位置情報及び形状情報の計測精度が向上される。
【０００８】
本発明の別の形態は、被計測物を含む画像を利用して被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測システムである。画像計測システムは、被計測物に取り付けられる計測マーカーと、計測マーカーに対して励起電磁波を照射可能な照射部と、計測マーカーが取り付けられた被計測物を含む画像を取得する撮像部と、照射部と撮像部の動作を制御する制御部と、を備える。計測マーカーは、球面部を有する球体部と、球面部の全面に設けられて、励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を有する。制御部は、励起電磁波が計測マーカーに照射される第１の期間と励起電磁波が計測マーカーに照射されない第２の期間とを有するように照射部を制御すると共に、第２の期間において画像を取得するように撮像部を制御する。
【０００９】
この画像計測システムは、計測マーカーを備えている。計測マーカーは、球体部と球面部の全面に設けられた光発生部とを備えた構成であるので、計測マーカーの形状精度は球体部の形状精度に基づく。従って、形状精度の高い球体部を利用することにより計測マーカーの形状精度を高めることができる。また、この計測システムは、照射部から励起電磁波が計測マーカーに照射される第１の期間と、励起電磁波が計測マーカーに照射されない第２の期間とを有するように制御部によって制御される。この計測マーカーの光発生部は、励起電磁波が計測マーカーに照射されない第２の期間でも発光が持続する燐光を発生させる。すなわち、計測マーカーに対してなんらの電磁波を照射していない状態（第２の期間）でも計測マーカーから光が発生されるので第２の期間でも計測マーカーを含む画像を取得できる。さらに、第２の期間では、計測マーカー及び背景からの反射が生じないので、画像において自発光する計測マーカーと背景とのコントラストが高まる。従って、この画像計測システムは、計測マーカーの形状精度を高めることが可能であり、且つ、計測マーカーと背景とのコントラストを高めることが可能であるので、計測マーカーの中心位置を精度良く検出でき、ひいては被計測物に関する位置情報及び形状情報の計測精度が向上する。
【００１０】
本発明のさらに別の形態は、被計測物を含む画像を利用して被計測物に関する位置情報及び形状情報を取得する画像計測方法である。画像計測方法は、被計測物に計測マーカーを取り付ける第１の工程と、計測マーカーに対して励起電磁波の照射を開始する第２の工程と、励起電磁波の照射を停止する第３の工程と、励起電磁波の照射を停止させた後に、計測マーカーが取り付けられた被計測物を含む画像を取得する第４の工程と、画像における計測マーカーの座標を取得する第５の工程と、を有する。計測マーカーは、球面部を有する球体部と、球面部の全面に設けられて、励起電磁波の照射を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部と、を含む。
【００１１】
この画像計測方法は、上述した画像計測システムと同様に、計測マーカーの形状精度を高めることが可能であり、且つ、計測マーカーと背景とのコントラストを高めることが可能であるので、計測マーカーの中心位置を精度良く検出でき、ひいては被計測物に関する位置情報及び形状情報の計測精度が向上する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、計測精度を向上させることが可能な計測マーカー及び画像計測システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る画像計測システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る計測マーカーの構成を示す図である。
【図３】照射装置とカメラとの動作タイミングを示す図である。
【図４】計測マーカーの発光特性の一例を示す図である。
【図５】実験例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一形態に係る画像計測システム１の構成を示す。画像計測システム１は、被計測物２の形状又は動作に関する情報を取得する。画像計測システム１は、計測マーカー３と、照射装置（照射部）４と、カメラ（撮像部）５Ａ，５Ｂと、座標取得装置６と、を有する。データ処理装置７は、計測マーカー３の三次元座標を利用して、被計測物２に関する位置情報及び形状情報を取得する。
【００１６】
被計測物２は、三次元形状を有する立体物であり、暗室１０内に収容されている。被計測物２には、複数の計測マーカー３が取り付けられている。本実施形態では、回転ベース上に被計測物２が載置され、回転ベースを回転させつつカメラ５Ａ，５Ｂを利用して複数の画像が取得される。これら複数の画像を利用して、被計測物２の三次元形状に関する情報が取得される。なお、被計測物２は、二次元形状を有するものであってもよい。
【００１７】
計測マーカー３は、被計測物２に対して複数取り付けられている。図２に示されるように、計測マーカー３は、真球に近い外形形状を有する球体である。例えば、日本工業規格（ＪＩＳ−Ｂ−１５０１：２００９）に規定される真球度によれば、計測マーカー３の真球度は、１００マイクロメートル以下であり、好ましくは７０マイクロメートル以下である。計測マーカー３は、球面部８ａを有する球体部８と、球面部８ａの全面に設けられて、励起電磁波を停止した後も発光が持続する燐光を発生させる光発生部９と、を有する。
【００１８】
球体部８は、直径が１インチの鋼球であり、極めて高い真球度を有する。球体部８の真球度は、一例として１マイクロメートル以下である。なお、球体部８の大きさは特に制限はなく、直径が１インチよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。また、球体部８は、鋼球に限定されることはなく、真球度の高い球体を球体部８としてもよい。例えば、球体部８は、光学用ガラスや樹脂球体であってもよい。
【００１９】
球体部８の球面部８ａには、光発生部９が設けられている。光発生部９は、球面部８ａを全面に亘って覆う薄膜形状を呈し、燐光材料からなる。光発生部９に紫外線や可視光といった励起電磁波を照射すると、光発生部９のエネルギー状態が励起状態となり、励起三重項状態から基底一重項状態への禁制遷移の際に光が発せられる。この燐光の発生は、励起電磁波の照射を停止した後も、所定の時間だけ継続する。燐光材料には、例えば、夜光塗料スプレー（アサヒペン製）を用いてもよい。光発生部９は、燐光材料が噴霧、塗布、また蒸着等されることにより、球面部８ａ上に設けられる。この光発生部９を設ける場合には、球面部８ａ上における燐光材料の厚さがより均一になる手段を用いることが好ましい。
【００２０】
図１に示されるように、照射装置４は、被計測物２に対して励起電磁波Ｒを照射する。具体的には、被計測物２に取り付けられた計測マーカー３に対して励起電磁波Ｒを照射する。この照射装置４は、計測マーカー３の光発生部９にエネルギーを与えることにより励起状態にする。従って、照射装置４から照射される励起電磁波Ｒは、光発生部９を形成する燐光材料に対応している。従って、励起電磁波Ｒは、可視光、紫外線であることができる。ここで、光発生部９を励起させるためには、励起電磁波Ｒの波長が燐光の波長に対して短いという条件が必要である。例えば、光発生部９から緑色の燐光（波長：４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）が発せられる場合には、この波長より短い波長を有する励起電磁波Ｒが選択される。
【００２１】
カメラ５Ａ，５Ｂは、少なくとも２台設けられる。カメラ５Ａ，５Ｂは、被計測物２を異なる位置から撮像する。カメラ５Ａ，５Ｂには、計測マーカー３から発せられる燐光を検出可能な画像センサが用いられている。
【００２２】
座標取得装置６は、照射装置４及びカメラ５Ａ，５Ｂの動作を制御すると共に、カメラ５Ａ，５Ｂから出力される画像を処理して計測マーカー３の三次元座標を取得する。座標取得装置６は、機器制御部（制御部）１１と、画像処理部１２とを有する。機器制御部１１は、照射装置４及びカメラ５Ａ，５Ｂの動作を制御する。機器制御部１１は、照射装置４を制御する照射制御部１１ａと、カメラ５Ａ，５Ｂを制御するカメラ制御部１１ｂと、照射装置４とカメラ５Ａ，５Ｂとの動作タイミングを制御する同期部１１ｃと、を有する。同期部１１ｃは、照射装置４からの励起電磁波Ｒの照射を停止させている期間に、カメラ５Ａ，５Ｂに画像を取得させる。
【００２３】
図３は、照射装置４とカメラ５Ａ，５Ｂとの動作タイミングを示すタイミングチャートである。グラフＧ１は照射装置４の動作を示し、グラフＧ２はカメラ５Ａ，５Ｂのタイミングを示す。グラフＧ１、Ｇ２に示されるように、機器制御部１１は、まず、照射装置４から励起電磁波Ｒの照射を開始する（ＯＮ）。この照射期間（第１の期間Ｐ１）は、例えば、２秒間である。続いて、機器制御部１１は、照射装置４の照射を停止する（ＯＦＦ）。この照射を停止した期間（第２の期間Ｐ２）に、カメラ５Ａ，５Ｂを動作（ＯＮ）させて画像を取得する。第２の期間Ｐ２は、例えば、４秒間である。なお、第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２は、上記に限定されない。例えば、第１の期間Ｐ１を１０秒間とし第２の期間Ｐ２を２秒間としてもよい。また、第１の期間Ｐ１を２８秒間とし第２の期間Ｐ２を２秒間としてもよい。この第２の期間Ｐ２は、光発生部９を構成する燐光材料の発光特性に対応している。例えば、図４は、燐光材料が夜光塗料スプレー（アサヒペン製）であるときの、燐光の光強度と経過時間との関係を示している。図４に示された例では、励起電磁波Ｒの停止直後の光強度を１としたとき、励起電磁波Ｒの停止から１０秒経過後には光強度が０．５程度に低下している。この場合には、第２の期間Ｐ２は１０秒以下に設定されて、この１０秒の期間内に撮像が行われる。
【００２４】
図１に示されるように、画像処理部１２は、カメラ５Ａ，５Ｂによって取得された画像を利用して、計測マーカー３の三次元座標を取得する。画像処理部１２は、画像取得部１２ａと、中心検出部１２ｂと、座標取得部１２ｃとを有する。
【００２５】
画像取得部１２ａは、カメラ５Ａ，５Ｂ及び中心検出部１２ｂに対して接続されている。画像取得部１２ａは、カメラ５Ａ，５Ｂから画像を取得し、取得した画像を中心検出部１２ｂに出力する。
【００２６】
中心検出部１２ｂは、画像取得部１２ａ及び座標取得部１２ｃに対して接続されている。中心検出部１２ｂは、画像に含まれた計測マーカー３の中心位置を検出する。ここでいう中心位置とは、画像上における二次元位置をいう。中心検出部１２ｂは、検出した計測マーカー３の中心位置に関する情報を座標取得部１２ｃに出力する。
【００２７】
座標取得部１２ｃは、中心検出部１２ｂに対して接続されている。座標取得部１２ｃは、中心検出部１２ｂから出力された計測マーカー３の中心位置に関する情報を利用して、計測マーカー３の座標を取得する。ここでいう座標とは、被計測物２が存在する空間における三次元位置をいう。
【００２８】
データ処理装置７は、座標取得部１２ｃから出力された計測マーカー３の三次元座標を利用して、被計測物２の位置情報及び形状情報を取得する。
【００２９】
続いて、画像計測システム１を利用した画像計測方法について説明する。まず、被計測物２に計測マーカー３を取り付ける（第１の工程）。次に、計測マーカー３を取り付けた被計測物２に対して励起電磁波Ｒの照射を開始する（第２の工程）。この励起電磁波Ｒの照射により、計測マーカー３の光発生部９が励起状態となり燐光の発光が開始される。次に、励起電磁波Ｒの照射を停止し（第３の工程）、直ちにカメラ５Ａ，５Ｂにより画像が取得される（第４の工程）。励起電磁波Ｒの照射停止から撮像までのタイミングは、光発生部９を構成する燐光材料の発光特性に対応する。続いて、画像中における計測マーカー３の中心座標を取得する（第５の工程）。例えば、中心検出部１２ｂは、画像中において計測マーカー３と背景との境界を検出する。そして、中心検出部１２ｂは、画素の組で示される境界と関数との残差が最小となる円の中心位置を取得する。なお、境界の検出は、上記のとおりピクセル精度（整数値表現）であってもよいし、サブピクセル精度（小数値表現）であってもよい。サブピクセル精度を用いた場合には、中心位置の検出精度をより高めることができる。続いて、計測マーカー３の三次元座標を取得する。座標取得部１２ｃは、カメラ５Ａの画像から取得された計測マーカー３の座標と、カメラ５Ｂの画像から取得された計測マーカー３の座標とを利用して、ステレオ法に基づいて計測マーカー３の三次元座標を取得する。最後に、データ処理装置７は、座標取得部１２ｃから出力された計測マーカー３の三次元座標を利用して、被計測物２の位置情報及び形状情報を取得する。
【００３０】
次に、画像計測システム１における計測精度について説明しつつ、本実施形態に係る計測マーカー３、画像計測システム１及び画像計測方法の作用効果について説明する。
【００３１】
画像計測システムを利用した三次元座標の画像計測は、モーションキャプチャシステムに代表されるように、三次元空間における位置や姿勢の計測に用いられている。この技術分野においては、更なる計測精度の向上が望まれている。ここで三次元座標は、画像における計測マーカーの座標を利用して取得している。そうすると、画像計測システムの計測精度を向上させるためには、画像における計測マーカーの座標の検出精度を高める必要がある。計測マーカーの座標は、画像から計測マーカーと背景との境界を検出し、環状の境界を利用してその中心位置を取得することにより得られる。そうすると、中心位置の取得精度を高めるためには、画像から計測マーカーと背景との境界を精度よく検出する必要がある。境界の検出精度には、計測マーカーそのものの形状精度と、画像における計測マーカーと背景とのコントラストとが影響を及ぼす。すなわち、境界の検出精度を高めるためには、計測マーカーの形状精度を高めると共に、計測マーカー３と背景とのコントラストを高める必要がある。
【００３２】
計測マーカーの形状精度を高めることを目的として、ベアリング用鋼球といった形状精度の高い球体を利用する場合がある。しかし、形状精度の高い球体は、強い鏡面反射を生じさせるおそれがある。鏡面反射は、計測マーカーと背景とのコントラストの低下を招く。また、計測マーカーから発せられた光が鏡面反射成分を含む場合には、輝度分布が複雑になるので画像処理に用いることが難しい。
【００３３】
一方、コントラストを高めることを目的として、再帰性反射材を利用した球体マーカーと、暗幕や黒色スーツなどによる背景コントロールとを組み合わせたシステムがある。また、高輝度ＬＥＤを内蔵することにより背景とのコントラストを高めることを狙った計測マーカーも存在する。しかし、これらのシステムやマーカーは、計測マーカーの形状精度を高めることが難しく、一例として真球度が１００マイクロメートル以上である。また、計測マーカー自身が発光することにより、高コントラスト化を図る技術も知られている（例えば、特開２００６−３４１０号公報、特開２００４−３５９１７７公報）。しかし、発光源を含めた構造をマーカー内部に配置することになるので、製作が容易でなく、またマーカーの形状精度を低下させるおそれもある。さらに、小型化が困難であり、電源が必要になる。
【００３４】
従って、画像計測システムを利用した三次元座標の画像計測において、検出精度を高めるためには、計測マーカーの形状精度を高め、且つ、画像における計測マーカーと背景とのコントラストを高める必要がある。しかし、従来、この二個の要因を両立させて、検出精度を高めることを可能としたシステムは存在しなかった。
【００３５】
本実施形態に係る計測マーカー３は、球体部８と球面部８ａの全面に設けられた光発生部９とを備えた構成であるので、計測マーカー３の形状精度は球体部８の形状精度に基づく。従って、形状精度の高い球体部８を利用することにより計測マーカー３の形状精度を高めることができる。また、この画像計測システム１は、照射装置４から励起電磁波Ｒが計測マーカー３に照射される第１の期間Ｐ１と、励起電磁波Ｒが計測マーカー３に照射されない第２の期間Ｐ２とを有するように機器制御部１１によって制御される。この計測マーカー３の光発生部９は、励起電磁波Ｒが計測マーカー３に照射されない第２の期間Ｐ２でも発光が持続する燐光を発生させる。すなわち、計測マーカー３に対してなんらの励起電磁波Ｒを照射していない状態（第２の期間Ｐ２）でも計測マーカー３から光が発生されるので第２の期間Ｐ２でも計測マーカー３を含む画像を取得できる。さらに、第２の期間Ｐ２では、計測マーカー３及び背景からの反射が生じないので、計測マーカー３と背景とのコントラストが高まる。従って、この画像計測システム１及び画像計測方法は、計測マーカー３の形状精度を高めることが可能であり、且つ、計測マーカー３と背景とのコントラストが高めることが可能である。このため、画像における計測マーカー３の中心位置を精度良く検出でき、ひいては被計測物２に関する位置情報及び形状情報の計測精度が向上する。
【００３６】
また、本実施形態に係る計測マーカー３は、球体内部に発光機構を配置する必要がないので、小型化が容易であり、発光のための電源を必要としない。さらに、計測マーカー３を容易に製造することが可能である。
【００３７】
なお、上述した実施形態は本発明に係る計測マーカー、画像計測システム及び画像計測方法の一例を示すものである。本発明に係る計測マーカー、画像計測システム及び画像計測方法は、実施形態に係る計測マーカー、画像計測システム及び画像計測方法に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る計測マーカー、画像計測システム及び画像計測方法を変形し又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３８】
例えば、この画像計測システム１は、ゲーム、映画、ロボット、工作機械の位置決めに利用することが可能であり、高い計測精度が要求される分野に好適に利用される。特に、工作機械といった機械システムは、姿勢、位置、運動軌跡を計測する場合に高精度（例えばマイクロメートルオーダー）の計測が必要である。画像計測システム１は、高精度の計測が可能であるので、このような機械システムに対して好適に適用可能である。
【００３９】
上述した画像計測システム１は、第２の期間Ｐ２において、カメラ５Ａ，５Ｂを動作させて画像を取得した。例えば、画像計測システム１は、カメラ５Ａ，５Ｂは第１の期間Ｐ１及び第２の期間Ｐ２を通して動作させた状態で、照射装置４を点滅させる。そして、照射装置４が消灯されたタイミングの画像を切り出して、三次元座標を取得する構成であってもよい。
【００４０】
上述した画像計測システム１では、画像の取得時には照射装置４は消灯されていた。しかし、画像計測システム１では、照射装置４の点灯状態において画像を取得することも可能である。
【００４１】
〔実験例〕
図５は、種々の計測マーカーにおける輝度分布を示す。この図５は、まず、計測マーカーを撮像し画像をグレースケール化する。続いて、計測マーカーの球中心を通る水平方向の直径に沿った画素の一列を検出する。そして、それら複数の画素のそれぞれにおける輝度値をプロットすることにより得られた。図５において、グラフＧ３は比較例１に係る計測マーカーの輝度分布であり、グラフＧ４は比較例２に係る計測マーカーの輝度分布であり、グラフＧ５は本実験例に係る計測マーカー３の輝度分布である。
【００４２】
比較例１の計測マーカーは、直径が１インチであり、真球度が１マイクロメートルである鋼製の反射式マーカーである。光源は白色リングライトであり、カメラの光軸上において計測マーカーから５００ミリメートルだけ離れた位置に配置した。背景には、低反射の黒色テープを利用した。グラフＧ３を参照すると、比較例１の計測マーカーでは、計測マーカーの中心近傍において鏡面反射が発生していることがわかる。このような輝度分布によれば、計測マーカーと背景の境界を検出することが困難であるので、計測マーカーの外縁を利用した中心位置の演算には不向きである。
【００４３】
比較例２の計測マーカーは、直径が１インチであり、真球度が１５マイクロメートルであるＰＴＦＥ製の反射式マーカーである。光源は白色リングライトであり、カメラの光軸上において計測マーカーから５００ミリメートルだけ離れた位置に配置した。背景には、低反射の黒色テープを利用した。グラフＧ４を参照すると、ＰＴＥＦ製の反射式マーカーは、比較例１の計測マーカーに比べて鏡面反射が比較的小さい。従って、反射が最も強い中心付近から外縁に向かってなだらかに輝度が減少するような輝度分布を有する。このような輝度分布によれば、比較例１の計測マーカーよりも容易に計測マーカーと背景の境界を検出することができる。しかし、なだらかに輝度が減少するような輝度分布であるため、境界を精度良く検出することは困難である。また、グラフＧ４における計測マーカーの外側の領域Ａ２における輝度分布に注目する。この領域Ａ２における輝度は、背景からの反射があることを示している。反射式の計測マーカーでは、反射光を生じさせる光を常に照射している。従って、背景に反射を抑制する構成（例えば黒色の布を配置する）を採用したとしても、完全にゼロにすることはできない。
【００４４】
本実験例に係る計測マーカー３は、直径が１インチである。照射装置４はＵＶリングライトであり、カメラの光軸上において計測マーカー３から５００ミリメートルだけ離れた位置に配置した。背景には、低反射の黒色テープを利用した。ここで本実施形態の計測マーカー３に関するグラフＧ５に注目する。このグラフＧ５によれば、計測マーカー３における領域Ａ１では輝度分布が比較的フラットである。換言すると、比較例１，２の計測マーカーで生じていた球体中心部近傍の鏡面反射成分が存在しない。また、計測マーカー３と背景との境界において輝度が急激に変化している。すなわち、計測マーカー３と背景との境界（エッジ部）における輝度勾配が大きい。このような輝度分布によれば、計測マーカー３と背景との境界を容易且つ精度よく検出することができる。さらに、計測マーカー３の外側の領域Ａ２における輝度分布に注目する。この領域Ａ２における輝度は、ゼロであり背景からの反射がないことを示している。画像計測システム１では、画像取得時に励起電磁波Ｒは照射されていない。従って、背景からの反射も原理的に生じない。そうすると、背景と計測マーカー３との輝度差が大きくなるので、高コントラスト化がなされていることがわかる。また、多方向から計測マーカー３を撮像する場合には、カメラ５Ａ，５Ｂの視線方向によって背景が変化する。従って、背景の状態が変化するので、背景光の強度も変化するおそれがある。しかし、本実験例に係る計測マーカー３を利用した計測では、そもそも背景からの反射が原理的に生じないので、背景光の強度変化も防止される。従って、計測マーカー３と背景との境界をより精度よく検出することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…画像計測システム、２…被計測物、３…計測マーカー、４…照射装置（照射部）、５Ａ，５Ｂ…カメラ（撮像部）、６…座標取得装置、７…データ処理装置、８…球体部、８ａ…球面部、９…光発生部、１０…暗室、１１…機器制御部（制御部）、１１ａ…照射制御部、１１ｂ…カメラ制御部、１１ｃ…同期部、１２…画像処理部、１２ａ…画像取得部、１２ｂ…中心検出部、１２ｃ…座標取得部、Ｐ１…第１の期間、Ｐ２…第２の期間、Ｒ…励起電磁波。
【図１】
2017040496.tif 000003
【図２】
2017040496.tif 000004
【図３】
2017040496.tif 000005
【図４】
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【図５】
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