JPH1163952A - 三次元形状計測用ターゲットおよび視準面の傾き測定方法 - Google Patents
三次元形状計測用ターゲットおよび視準面の傾き測定方法Info
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- JPH1163952A JPH1163952A JP22538797A JP22538797A JPH1163952A JP H1163952 A JPH1163952 A JP H1163952A JP 22538797 A JP22538797 A JP 22538797A JP 22538797 A JP22538797 A JP 22538797A JP H1163952 A JPH1163952 A JP H1163952A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構造物の三次元計測に使用される、視準面の
方向と傾斜角の計測精度が高ターゲットと、これを用い
て高精度に測点座標を計測する方法を提供する。 【解決手段】 視準用マーク図形１をターゲットの視準
面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を視準面２に平
行でかつ高さｈの異なる別の視準面４上に記したことを
特徴とする三次元形状計測用ターゲット。このターゲッ
トの視準用マーク図形１と傾斜角測定用マーク図形３の
画像を画像処理装置１２で画像解析することによって、
視準用マーク図形の図心Ｐと傾斜角測定用マーク図形の
図心Ｑをそれぞれ求め、２つのマーク図形の図心の画像
座標平面における座標値の差と視準面と傾斜測定面の既
知の高低差ｈから、ターゲットの視準面の傾きの方向と
傾きの絶対量を同時に求める視準面の傾き測定方法。
方向と傾斜角の計測精度が高ターゲットと、これを用い
て高精度に測点座標を計測する方法を提供する。 【解決手段】 視準用マーク図形１をターゲットの視準
面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を視準面２に平
行でかつ高さｈの異なる別の視準面４上に記したことを
特徴とする三次元形状計測用ターゲット。このターゲッ
トの視準用マーク図形１と傾斜角測定用マーク図形３の
画像を画像処理装置１２で画像解析することによって、
視準用マーク図形の図心Ｐと傾斜角測定用マーク図形の
図心Ｑをそれぞれ求め、２つのマーク図形の図心の画像
座標平面における座標値の差と視準面と傾斜測定面の既
知の高低差ｈから、ターゲットの視準面の傾きの方向と
傾きの絶対量を同時に求める視準面の傾き測定方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車，航空機，
アンテナ等の工作物の工業用計測および土木，建築構造
物ならびに船舶等の大型構造物の三次元形状計測とその
計測値の解析を行う三次元形状計測解析システムに用い
られる三次元形状計測用ターゲットに関するものであ
る。
アンテナ等の工作物の工業用計測および土木，建築構造
物ならびに船舶等の大型構造物の三次元形状計測とその
計測値の解析を行う三次元形状計測解析システムに用い
られる三次元形状計測用ターゲットに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車，航空機，アンテナおよび橋梁，
建築鉄骨，船用，その他大型鋼構造物を構成する部材の
三次元形状の正確な計測データを得ることは、形状寸法
性能の保証および組立，据え付け作業の保証という点で
重要なことである。従来の三次元形状の計測において
は、人間がレンズを覗き、計測対象物上の測点を見つ
け、当該測点を視準し、前方交会法による三角測量や光
波距離計を用いた測距，測角法によって、計測対象測点
の三次元座標値を求めてきた。
建築鉄骨，船用，その他大型鋼構造物を構成する部材の
三次元形状の正確な計測データを得ることは、形状寸法
性能の保証および組立，据え付け作業の保証という点で
重要なことである。従来の三次元形状の計測において
は、人間がレンズを覗き、計測対象物上の測点を見つ
け、当該測点を視準し、前方交会法による三角測量や光
波距離計を用いた測距，測角法によって、計測対象測点
の三次元座標値を求めてきた。
【０００３】しかし、これらの計測法は視準作業を人間
の視覚によって行っていたため、作業が煩雑で時間を要
し能率が悪く計測精度を低下させる要因となっていた。
の視覚によって行っていたため、作業が煩雑で時間を要
し能率が悪く計測精度を低下させる要因となっていた。
【０００４】このような欠点を解消するには、視準作業
を自動化することが考えられ、一部では、反射ターゲッ
トとＣＣＤカメラを搭載した光波測距測角機を用いた自
動視準方式の計測システムも開発されている。
を自動化することが考えられ、一部では、反射ターゲッ
トとＣＣＤカメラを搭載した光波測距測角機を用いた自
動視準方式の計測システムも開発されている。
【０００５】これらの従来の三次元形状計測システムで
は、計測対象物上の測点の計測において、ある位置に設
置された計測機によって測点を直接視準できない場合に
は、測点から偏位させてターゲットを設置する必要があ
る。
は、計測対象物上の測点の計測において、ある位置に設
置された計測機によって測点を直接視準できない場合に
は、測点から偏位させてターゲットを設置する必要があ
る。
【０００６】この場合、一個のターゲットを視準してタ
ーゲット中心の三次元座標値を求めただけでは、測点の
三次元座標値すなわち計測対象物の実形状を正確に求め
ることができない。従来はこの問題点を解決するため
に、例えば、計測機から視準できるターゲットの中心を
結んだ延長線上に測点が位置するように２個のターゲッ
トを配置し、それぞれのターゲットの中心を計測して、
測点の位置を求める方法が採用されていた。しかし、こ
の方法は、１測点に対して２個のターゲットを視準する
必要があり、視準および画像処理に時間を要するうえ
に、測点へのターゲット取り付け作業が煩雑で能率が悪
いという問題があった。
ーゲット中心の三次元座標値を求めただけでは、測点の
三次元座標値すなわち計測対象物の実形状を正確に求め
ることができない。従来はこの問題点を解決するため
に、例えば、計測機から視準できるターゲットの中心を
結んだ延長線上に測点が位置するように２個のターゲッ
トを配置し、それぞれのターゲットの中心を計測して、
測点の位置を求める方法が採用されていた。しかし、こ
の方法は、１測点に対して２個のターゲットを視準する
必要があり、視準および画像処理に時間を要するうえ
に、測点へのターゲット取り付け作業が煩雑で能率が悪
いという問題があった。
【０００７】発明者等はこの問題に対し、測点から偏位
して設置された１個のターゲットのみを視準し、その視
準面に記されたマーク図形を画像解析することにより、
偏位したターゲットの視準点の三次元座標値から測点の
三次元座標値を求める方法を、特願平０６−２７２５４
１号および特願平０７−０５８６９０号で提示してい
る。これらの方法では、１個のターゲットを視準して視
準点の三次元座標値から測点の三次元座標値を求めるた
めにはマークの配された視準面の傾きを求める必要があ
るため、例えば、特願平０６−２７２５４１号において
は、真円のマークが配されたターゲットの視準面が傾い
ていれば撮像されたマークが楕円に見えることを利用し
て視準面の傾きを求めている。
して設置された１個のターゲットのみを視準し、その視
準面に記されたマーク図形を画像解析することにより、
偏位したターゲットの視準点の三次元座標値から測点の
三次元座標値を求める方法を、特願平０６−２７２５４
１号および特願平０７−０５８６９０号で提示してい
る。これらの方法では、１個のターゲットを視準して視
準点の三次元座標値から測点の三次元座標値を求めるた
めにはマークの配された視準面の傾きを求める必要があ
るため、例えば、特願平０６−２７２５４１号において
は、真円のマークが配されたターゲットの視準面が傾い
ていれば撮像されたマークが楕円に見えることを利用し
て視準面の傾きを求めている。
【０００８】また、特願平０９−０１８９７３号におい
てはターゲットの視準面上の３点を測距測角して視準面
の傾きを求める方法を提示している。
てはターゲットの視準面上の３点を測距測角して視準面
の傾きを求める方法を提示している。
【０００９】これらの計測法においては、マイクロプリ
ズムから成る視準面上に視準用マーク図形を配したタイ
プの反射ターゲットを用いている。
ズムから成る視準面上に視準用マーク図形を配したタイ
プの反射ターゲットを用いている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前記の特願平０７−２
５８５３８号によれば、撮像され画像処理された円また
は楕円画像を解析することによってかなりの高精度で画
像中心を求めることができる。しかしながら、視準面上
の真円を撮像して得られた楕円画像から視準面の傾きを
求める方法は、ＣＣＤカメラの画素数が有限である以
上、画像処理装置およびコンピュータによる画像処理に
よってターゲットに記されたマーク図形の楕円画像から
視準面の傾きを精度良く検出するには限界があった。
５８５３８号によれば、撮像され画像処理された円また
は楕円画像を解析することによってかなりの高精度で画
像中心を求めることができる。しかしながら、視準面上
の真円を撮像して得られた楕円画像から視準面の傾きを
求める方法は、ＣＣＤカメラの画素数が有限である以
上、画像処理装置およびコンピュータによる画像処理に
よってターゲットに記されたマーク図形の楕円画像から
視準面の傾きを精度良く検出するには限界があった。
【００１１】例えば、計測機の視準方向に対してターゲ
ットの視準面がほぼ直交した状態にある１５ｍ先のター
ゲットの視準面上に配された直径５０ｍｍの真円のマー
クを倍率３０倍の望遠鏡を通して撮像して得られた楕円
画像を、有効画素数が５００×５００の画像処理装置で
解析したとき、その楕円画像の短径が長径にくらべて１
画素の誤差を含むとすると視準面の傾きは約８°の誤差
となる。このように計測機の視準方向に対してターゲッ
トがわずかに傾斜している場合には、楕円の長径短径の
比からターゲットの視準面の傾きを精度良く求めること
は難しかった。特に傾きが小さい場合には精度が悪くな
るという課題があった。
ットの視準面がほぼ直交した状態にある１５ｍ先のター
ゲットの視準面上に配された直径５０ｍｍの真円のマー
クを倍率３０倍の望遠鏡を通して撮像して得られた楕円
画像を、有効画素数が５００×５００の画像処理装置で
解析したとき、その楕円画像の短径が長径にくらべて１
画素の誤差を含むとすると視準面の傾きは約８°の誤差
となる。このように計測機の視準方向に対してターゲッ
トがわずかに傾斜している場合には、楕円の長径短径の
比からターゲットの視準面の傾きを精度良く求めること
は難しかった。特に傾きが小さい場合には精度が悪くな
るという課題があった。
【００１２】また、特願平０９−０１８９７３号に示す
ターゲット面上の３点を測距測角して視準面の傾きを求
める方法では、１測点に対して最低３回の測距測角と１
回の画像処理が必要であり、１測点の計測に長い時間を
要するといった課題があった。 さらに、撮像装置によ
って撮像されたターゲット像を含む一般画像の画像処理
において、ターゲット領域内の複数のマーク図形を背景
から明瞭に識別して的確に検出することが困難な場合が
あった。
ターゲット面上の３点を測距測角して視準面の傾きを求
める方法では、１測点に対して最低３回の測距測角と１
回の画像処理が必要であり、１測点の計測に長い時間を
要するといった課題があった。 さらに、撮像装置によ
って撮像されたターゲット像を含む一般画像の画像処理
において、ターゲット領域内の複数のマーク図形を背景
から明瞭に識別して的確に検出することが困難な場合が
あった。
【００１３】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、計測機によって撮像されたマーク画像を画像
解析して、ターゲットの基準面の傾きを精度良く求める
ために使用されるターゲットと、このターゲットを用い
て視準面の方向と傾斜角を精度良くかつ迅速に求める方
法を提供することを目的とする。
のであり、計測機によって撮像されたマーク画像を画像
解析して、ターゲットの基準面の傾きを精度良く求める
ために使用されるターゲットと、このターゲットを用い
て視準面の方向と傾斜角を精度良くかつ迅速に求める方
法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解消
する手段として以下の構成を要旨としたものである。 （１）すなわち、本発明は、撮像装置を搭載した計測機
１１と、撮像されたターゲットの画像処理を行う画像処
理装置１２と、解析コンピュータ１３で構成された計測
装置を用いて、計測対象物２０上の測点に設けた三次元
形状計測用ターゲット１０を視準して各測点の三次元座
標値を計測する三次元形状計測に用いる前記三次元形状
計測用ターゲットにおいて、視準用マーク図形１をター
ゲットの視準面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を
視準面２に平行でかつ高さｈの異なる別の視準面４上に
記したことを特徴とする。
する手段として以下の構成を要旨としたものである。 （１）すなわち、本発明は、撮像装置を搭載した計測機
１１と、撮像されたターゲットの画像処理を行う画像処
理装置１２と、解析コンピュータ１３で構成された計測
装置を用いて、計測対象物２０上の測点に設けた三次元
形状計測用ターゲット１０を視準して各測点の三次元座
標値を計測する三次元形状計測に用いる前記三次元形状
計測用ターゲットにおいて、視準用マーク図形１をター
ゲットの視準面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を
視準面２に平行でかつ高さｈの異なる別の視準面４上に
記したことを特徴とする。
【００１５】上記の三次元形状計測用ターゲットは、視
準面として反射型を用い、視準用マーク図形１を記した
視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記した視準面
４を、測定傾斜範囲２β内で視準方向から見えないよう
な形状の間隔保持材５ａで平行に保持すること、およ
び、ターゲットの外周にターゲット領域を示す枠６を記
し、視準面２の視準用マーク図形１に基線７を記して自
動視準可能とすることができる。
準面として反射型を用い、視準用マーク図形１を記した
視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記した視準面
４を、測定傾斜範囲２β内で視準方向から見えないよう
な形状の間隔保持材５ａで平行に保持すること、およ
び、ターゲットの外周にターゲット領域を示す枠６を記
し、視準面２の視準用マーク図形１に基線７を記して自
動視準可能とすることができる。
【００１６】（２）本発明のターゲットを用いて三次元
形状計測を行なうにおいて、視準面の傾きの方向と傾斜
角を測定する方法として、視準用マーク図形１と傾斜角
測定用マーク図形３の画像を画像処理装置１２で画像解
析することによって、視準用マーク図形の図心Ｐと傾斜
角測定用マーク図形の図心Ｑをそれぞれ求め、２つのマ
ーク図形の図心の画像座標平面における座標値の差と視
準面と傾斜測定面の既知の高低差ｈから、ターゲットの
視準面の方向と傾きの絶対量を同時に求める。
形状計測を行なうにおいて、視準面の傾きの方向と傾斜
角を測定する方法として、視準用マーク図形１と傾斜角
測定用マーク図形３の画像を画像処理装置１２で画像解
析することによって、視準用マーク図形の図心Ｐと傾斜
角測定用マーク図形の図心Ｑをそれぞれ求め、２つのマ
ーク図形の図心の画像座標平面における座標値の差と視
準面と傾斜測定面の既知の高低差ｈから、ターゲットの
視準面の方向と傾きの絶対量を同時に求める。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明では、１個のターゲットに
２面の視準面を設け、視準用マーク図形１を一方の視準
面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を視準面２に平
行でかつ高さの異なる他方の視準面４上に記した構成に
して、撮像装置によって撮像されたそれぞれのマーク図
形の画像から２つの図形の図心を画像解析により求め、
それぞれの図心の座標値の差と２つ視準面の既知の高低
差ｈから傾きの方向と大きさを求める。
２面の視準面を設け、視準用マーク図形１を一方の視準
面２に記し、傾斜角測定用マーク図形３を視準面２に平
行でかつ高さの異なる他方の視準面４上に記した構成に
して、撮像装置によって撮像されたそれぞれのマーク図
形の画像から２つの図形の図心を画像解析により求め、
それぞれの図心の座標値の差と２つ視準面の既知の高低
差ｈから傾きの方向と大きさを求める。
【００１８】この方法で求められたそれぞれの図心の座
標値の差と、視準面の傾きの方向と大きさを用いて、測
定しようとする測点から偏位して設けられたターゲット
の中心点と測点の三次元的なずれ量が求められ、さらに
撮像されたターゲット像のマーク図形から画像解析によ
って求められた測点の方向とターゲットのオフセット量
をもとに演算を行って測点の三次元座標値が求められ
る。なお、具体的な座標変換の計算式についてはここで
は省略するが、詳しく知りたい場合は特願平０６−２７
２５４１号に開示されているためこれを参照されたい。
標値の差と、視準面の傾きの方向と大きさを用いて、測
定しようとする測点から偏位して設けられたターゲット
の中心点と測点の三次元的なずれ量が求められ、さらに
撮像されたターゲット像のマーク図形から画像解析によ
って求められた測点の方向とターゲットのオフセット量
をもとに演算を行って測点の三次元座標値が求められ
る。なお、具体的な座標変換の計算式についてはここで
は省略するが、詳しく知りたい場合は特願平０６−２７
２５４１号に開示されているためこれを参照されたい。
【００１９】本発明のターゲットにマイクロプリズム等
からなる反射型のターゲットを用いると、視準する測定
面が自然光または人工照明光を反射して明るく輝き、背
景から浮き出るのでターゲット領域を明瞭に識別するこ
とができる。ただし、この場合、視準用マーク図形１を
記した視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記した
視準面４を結ぶ胴部５が視野に入ると、この胴部５は光
線の反射がないため図５の（ａ）に示す画像が、２値化
画像処理した際、図５の（ｂ）に示すように胴部５をマ
ーク図形と誤認する恐れがある。従って、この対策とし
て視準面２と視準面４を結ぶ胴部５は、測定傾斜範囲内
２βで視準方向から見えないように、例えばテーパー材
や細径ロッドの間隔保持材を用いて、図６の（ａ）およ
び（ｂ）に示すように平行に保持することとした。
からなる反射型のターゲットを用いると、視準する測定
面が自然光または人工照明光を反射して明るく輝き、背
景から浮き出るのでターゲット領域を明瞭に識別するこ
とができる。ただし、この場合、視準用マーク図形１を
記した視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記した
視準面４を結ぶ胴部５が視野に入ると、この胴部５は光
線の反射がないため図５の（ａ）に示す画像が、２値化
画像処理した際、図５の（ｂ）に示すように胴部５をマ
ーク図形と誤認する恐れがある。従って、この対策とし
て視準面２と視準面４を結ぶ胴部５は、測定傾斜範囲内
２βで視準方向から見えないように、例えばテーパー材
や細径ロッドの間隔保持材を用いて、図６の（ａ）およ
び（ｂ）に示すように平行に保持することとした。
【００２０】図６の（ｃ）は、図６の（ａ）および
（ｂ）のタ−ゲットを撮影した画像を２値化画像処理し
たものであり、視準用マーク図形１と、傾斜角測走用マ
ーク図形３のみ画像として捉えている。
（ｂ）のタ−ゲットを撮影した画像を２値化画像処理し
たものであり、視準用マーク図形１と、傾斜角測走用マ
ーク図形３のみ画像として捉えている。
【００２１】さらに、図７に示すようにターゲットの外
周にターゲット領域を示す枠６を記し、視準面２の視準
用マーク図形１に基線７を記して自動視準可能とするこ
とができる。
周にターゲット領域を示す枠６を記し、視準面２の視準
用マーク図形１に基線７を記して自動視準可能とするこ
とができる。
【００２２】前記の枠６は、自動的に走査するＣＣＤカ
メラが捉えた枠の形状からターゲットを自動的に認識す
るため設け、また、基線７は測点の方向を認識させるた
めに設けるものである。以下、本発明の実施例を図を参
照して説明する。
メラが捉えた枠の形状からターゲットを自動的に認識す
るため設け、また、基線７は測点の方向を認識させるた
めに設けるものである。以下、本発明の実施例を図を参
照して説明する。
【００２３】
【実施例】図１は、本発明の三次元形状計測用ターゲッ
トを適用する大型構造物の三次元座標自動計測解析シス
テムの全体構成を示す図であり、計測対象物２０上の各
測点に設けられた計測用ターゲット１０と、ＣＣＤカメ
ラ搭載の計測機１１と、計測機のＣＣＤカメラ部から得
られた画像を解析する画像処理装置１２と、計測機の制
御、座標変換等の解析および計測結果の記憶を行うプロ
グラムが稼働するモニタ付きコンピュータ１３等の装置
で構成される。
トを適用する大型構造物の三次元座標自動計測解析シス
テムの全体構成を示す図であり、計測対象物２０上の各
測点に設けられた計測用ターゲット１０と、ＣＣＤカメ
ラ搭載の計測機１１と、計測機のＣＣＤカメラ部から得
られた画像を解析する画像処理装置１２と、計測機の制
御、座標変換等の解析および計測結果の記憶を行うプロ
グラムが稼働するモニタ付きコンピュータ１３等の装置
で構成される。
【００２４】ターゲット１０の視準面には、視準面２と
高いコントラストで視準用マーク図形１、また傾斜測定
面４には傾斜測定面４と高いコントラストで傾斜角測定
マーク図形３が配されている。マーク図形１，３は、撮
像装置であるＣＣＤカメラで撮像され画像信号として利
用されるもので、それぞれのマーク図形は、視準距離，
撮像装置の有効画素数および視野角に応じて適当な大き
さのものを用いる。また、ターゲット１０の視準面の一
部には、光波距離計による計測システムでは、例えば、
マイクロプリズムを視準面２の素材とした反射シートを
用いる必要がある。
高いコントラストで視準用マーク図形１、また傾斜測定
面４には傾斜測定面４と高いコントラストで傾斜角測定
マーク図形３が配されている。マーク図形１，３は、撮
像装置であるＣＣＤカメラで撮像され画像信号として利
用されるもので、それぞれのマーク図形は、視準距離，
撮像装置の有効画素数および視野角に応じて適当な大き
さのものを用いる。また、ターゲット１０の視準面の一
部には、光波距離計による計測システムでは、例えば、
マイクロプリズムを視準面２の素材とした反射シートを
用いる必要がある。
【００２５】さらに、ターゲットの全体または一部を用
途に応じて着色すると、カラーＣＣＤカメラを用いたタ
ーゲットの検出及び識別に便利である。
途に応じて着色すると、カラーＣＣＤカメラを用いたタ
ーゲットの検出及び識別に便利である。
【００２６】本発明のターゲットは、高さの異なる平行
な視準面２と傾斜測定面４を設け、視準面２に対して視
準用マーク図形１を、傾斜測定面４に傾斜角測定用マー
ク図形３を記す必要がある。
な視準面２と傾斜測定面４を設け、視準面２に対して視
準用マーク図形１を、傾斜測定面４に傾斜角測定用マー
ク図形３を記す必要がある。
【００２７】図２の（ａ）は、本発明のターゲット１０
の一実施例の正面図であり、（ｂ）はその側面図であ
る。本ターゲットにおいて、白色，黄色などの明るい地
のターゲットの視準面２の中央に、黒色，褐色などで視
準面２に対して高いコントラストを持つ真円の視準用マ
ーク図形１を記してあり、視準面と間隔ｈをおいた後方
の平行な面に同様な地の傾斜測定面４を設けて、視準用
マーク図形１より大きい同心円を記して傾斜角測定用マ
ーク図形３としている。
の一実施例の正面図であり、（ｂ）はその側面図であ
る。本ターゲットにおいて、白色，黄色などの明るい地
のターゲットの視準面２の中央に、黒色，褐色などで視
準面２に対して高いコントラストを持つ真円の視準用マ
ーク図形１を記してあり、視準面と間隔ｈをおいた後方
の平行な面に同様な地の傾斜測定面４を設けて、視準用
マーク図形１より大きい同心円を記して傾斜角測定用マ
ーク図形３としている。
【００２８】このターゲットのマーク図形の寸法は、倍
率３０倍の望遠鏡部を持つＣＣＤカメラで計測し有効画
素数５００×５００程度の画像処理ユニットで解析する
場合には、視準用マーク図形１の大きさは、視準距離１
０ｍで使用されるターゲットであれば２０ｍｍφの円、
またマーク面の間隔（高低差）ｈは１０ｍｍ、視準距離
３０ｍで使用されるターゲットであれば６０ｍｍφの
円、マーク面の高低差は３０ｍｍ程度が適正である。
率３０倍の望遠鏡部を持つＣＣＤカメラで計測し有効画
素数５００×５００程度の画像処理ユニットで解析する
場合には、視準用マーク図形１の大きさは、視準距離１
０ｍで使用されるターゲットであれば２０ｍｍφの円、
またマーク面の間隔（高低差）ｈは１０ｍｍ、視準距離
３０ｍで使用されるターゲットであれば６０ｍｍφの
円、マーク面の高低差は３０ｍｍ程度が適正である。
【００２９】なおこの実施例は特殊なターゲットを用い
ていないため視準面２と間隔ｈをおいて傾斜測定面４と
平行に連結する間隔保持材５ａの胴部５は、視準面２と
同じサイズの円筒状としているが、反射ターゲットを使
用した場合は、前項で述べたように２値化処理過程で胴
部５が黒と判定されて視準用または傾斜角測定用マーク
図形の一部として誤認される可能性があるため、胴部５
が見えないようにするのが望ましく、視準用マーク図形
１を記した視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記
した視準面４を、測定傾斜範囲２β内で視準方向から見
えないような形状の間隔保持材５ａで平行に保持する。
ていないため視準面２と間隔ｈをおいて傾斜測定面４と
平行に連結する間隔保持材５ａの胴部５は、視準面２と
同じサイズの円筒状としているが、反射ターゲットを使
用した場合は、前項で述べたように２値化処理過程で胴
部５が黒と判定されて視準用または傾斜角測定用マーク
図形の一部として誤認される可能性があるため、胴部５
が見えないようにするのが望ましく、視準用マーク図形
１を記した視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３を記
した視準面４を、測定傾斜範囲２β内で視準方向から見
えないような形状の間隔保持材５ａで平行に保持する。
【００３０】また、ＣＣＤカメラを自動的に走査させて
ターゲットを自動視準する場合は、ＣＣＤカメラ部によ
り取り込まれたターゲットを含む一般画像からターゲッ
ト画像を背景と明瞭に区別して浮き出させるために、例
えば、マイクロプリズムの素材にマーク図形を記したシ
ートタイプの反射ターゲットを使用し、視準面２と傾斜
角測定面４に視準用または視準角測定用マーク図形を記
す他に、ターゲット画像を背景画像から明瞭に識別させ
るためにターゲット外周に高いコントラストを持つよう
な枠６を記し、さらに、視準用マーク図形１に基線７を
記した図７に示すものを用いる。
ターゲットを自動視準する場合は、ＣＣＤカメラ部によ
り取り込まれたターゲットを含む一般画像からターゲッ
ト画像を背景と明瞭に区別して浮き出させるために、例
えば、マイクロプリズムの素材にマーク図形を記したシ
ートタイプの反射ターゲットを使用し、視準面２と傾斜
角測定面４に視準用または視準角測定用マーク図形を記
す他に、ターゲット画像を背景画像から明瞭に識別させ
るためにターゲット外周に高いコントラストを持つよう
な枠６を記し、さらに、視準用マーク図形１に基線７を
記した図７に示すものを用いる。
【００３１】次に、図３と図４を用いて、本発明のター
ゲットを用いて視準軸に対するターゲットの傾斜角を計
測する方法を説明する。図３はターゲット１０がカメラ
の視準軸に対して傾いている場合のターゲット画像を、
画像処理装置で２値化処理した視準用と傾斜角測定用マ
ーク図形である。ターゲットが視準軸に対して角度を持
つ場合、画像平面座標系ｏ‐ｘ，ｙにおける視準用マー
ク図形１の中心（ｘｓ，ｙｓ）Ｐを原点として傾斜計測
用マーク図形３の中心（ｘｄ，ｙｄ）Ｑを結んだ線分の
方向が、ターゲットの視準面の最大傾斜の方向を示すの
で、ｙ軸と視準面の最大傾斜方向とのなす角度αとの関
係は、式（１）で表される。
ゲットを用いて視準軸に対するターゲットの傾斜角を計
測する方法を説明する。図３はターゲット１０がカメラ
の視準軸に対して傾いている場合のターゲット画像を、
画像処理装置で２値化処理した視準用と傾斜角測定用マ
ーク図形である。ターゲットが視準軸に対して角度を持
つ場合、画像平面座標系ｏ‐ｘ，ｙにおける視準用マー
ク図形１の中心（ｘｓ，ｙｓ）Ｐを原点として傾斜計測
用マーク図形３の中心（ｘｄ，ｙｄ）Ｑを結んだ線分の
方向が、ターゲットの視準面の最大傾斜の方向を示すの
で、ｙ軸と視準面の最大傾斜方向とのなす角度αとの関
係は、式（１）で表される。
【００３２】 ｓｉｎα＝（ｘｄ−ｘｓ）／（ｙｄ−ｙｓ） ・・・（１） また、画像座標平面におけるＰＱ間の距離を２つのマー
ク平面の高低差ｈで除した値が、視準面の傾きの量、す
なわち視準軸８と視準面のなす角度θ、は式（２）とな
る。
ク平面の高低差ｈで除した値が、視準面の傾きの量、す
なわち視準軸８と視準面のなす角度θ、は式（２）とな
る。
【００３３】 θ＝±ａｒｃｔａｎ｛√〔（ｘｄ−ｘｓ）2＋（ｙｄ−ｙｆ）2〕／ｈ｝ ・・・（２） 上式（２）において、図４の（ａ）のように視準軸８に
対する視準面２の傾きθの正負を定義すれば、視準用マ
ーク図形の中心Ｐを原点として線分ＰＱ方向に座標軸Ｓ
を図３のように設定した場合、図４の（ｂ）に示すよう
に、視準用マ−ク図形１の中心Ｐに対して傾斜計測用マ
ーク図形の中心Ｑが正負のどちら側にあるかで、視準面
の傾きθの符号を決定できる。
対する視準面２の傾きθの正負を定義すれば、視準用マ
ーク図形の中心Ｐを原点として線分ＰＱ方向に座標軸Ｓ
を図３のように設定した場合、図４の（ｂ）に示すよう
に、視準用マ−ク図形１の中心Ｐに対して傾斜計測用マ
ーク図形の中心Ｑが正負のどちら側にあるかで、視準面
の傾きθの符号を決定できる。
【００３４】本発明のターゲットを用いて視準面の傾き
θを計測し解析した場合、画像解析で求められる楕円中
心位置の精度をδｓとすると、これに対応する視準面の
傾きの精度Δθは式（３）で表される。
θを計測し解析した場合、画像解析で求められる楕円中
心位置の精度をδｓとすると、これに対応する視準面の
傾きの精度Δθは式（３）で表される。
【００３５】 Δθ＝２δｓ／ｈ ・・・（３） 例えば、３０ｍ先の直径６０ｍｍの真円のマークを倍率
３０倍の望遠鏡を通して撮像し有効画素数が５００×５
００の画像処理ユニットで解析した場合には、長径が約
５０画素の楕円の画素となるが、その中心位置精度の標
準偏差は0.2画素程度であり、このとき１画素が１ｍｍ
であることを考慮すれば、中心位置精度の標準偏差は0.
2mmとなる。従って、２つのマーク平面の高低差を３０
ｍｍとすれば、傾きの精度の標準偏差は0.3/100となり
角度に換算すると0.8°となり、従来法に較べて１桁改
善されたことになる。
３０倍の望遠鏡を通して撮像し有効画素数が５００×５
００の画像処理ユニットで解析した場合には、長径が約
５０画素の楕円の画素となるが、その中心位置精度の標
準偏差は0.2画素程度であり、このとき１画素が１ｍｍ
であることを考慮すれば、中心位置精度の標準偏差は0.
2mmとなる。従って、２つのマーク平面の高低差を３０
ｍｍとすれば、傾きの精度の標準偏差は0.3/100となり
角度に換算すると0.8°となり、従来法に較べて１桁改
善されたことになる。
【００３６】
【発明の効果】本発明のターゲットとこれを用いた視準
面の傾き測定法によれば、計測対象物上の測点から偏位
させた位置にターゲットを設置しても安定的に、迅速
に、かつ高い精度で視準軸に対する視準面の傾きが測定
できる。この結果、視準面の傾きから演算によって撮像
装置を搭載した計測システムによる三次元形状計測を高
精度に行うことができる。
面の傾き測定法によれば、計測対象物上の測点から偏位
させた位置にターゲットを設置しても安定的に、迅速
に、かつ高い精度で視準軸に対する視準面の傾きが測定
できる。この結果、視準面の傾きから演算によって撮像
装置を搭載した計測システムによる三次元形状計測を高
精度に行うことができる。
【００３７】また、ターゲットを自動視準する際、背景
からターゲット領域を明瞭に識別できるとともに、ター
ゲット領域内にある視準用及び傾斜測定用のマーク図形
を的確に検出することができる。
からターゲット領域を明瞭に識別できるとともに、ター
ゲット領域内にある視準用及び傾斜測定用のマーク図形
を的確に検出することができる。
【図１】 本発明によるターゲットを使用した大型構造
物の計測定システムの全体構成を示すブロック図であ
る。
物の計測定システムの全体構成を示すブロック図であ
る。
【図２】 （ａ）は本発明の一実施例により視準面上に
真円の視準用マーク図形１と傾斜測定面に同心円の傾斜
角測定用マーク図形３を配置したターゲット１０を示す
正面図、（ｂ）はその側面図である。
真円の視準用マーク図形１と傾斜測定面に同心円の傾斜
角測定用マーク図形３を配置したターゲット１０を示す
正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】 図２のターゲット１０が視準軸に対して傾斜
している場合の視準用及び傾斜測定用マーク図形および
３の画像を示す平面図である。
している場合の視準用及び傾斜測定用マーク図形および
３の画像を示す平面図である。
【図４】 （ａ）は、図２のターゲット１０が計測機１
１の視準軸８に対してθの角度を持つ場合の、ターゲッ
ト１０の平面図、（ｂ）は視準線８に沿って見たタ−ゲ
ット１０上の視準用マ−ク図形１の形状を示す正面図で
ある。
１の視準軸８に対してθの角度を持つ場合の、ターゲッ
ト１０の平面図、（ｂ）は視準線８に沿って見たタ−ゲ
ット１０上の視準用マ−ク図形１の形状を示す正面図で
ある。
【図５】 （ａ）は図２のターゲット１０が視準軸に対
して傾斜している場合の撮影画像を示す平面図、（ｂ）
は該撮影画像を２値化した２値画像を示す平面図であ
る。
して傾斜している場合の撮影画像を示す平面図、（ｂ）
は該撮影画像を２値化した２値画像を示す平面図であ
る。
【図６】 （ａ）は視準面と傾斜測定面との間の胴部５
にテーパーをつけた本発明の一実施例の側面図、（ｂ）
は視準面と傾斜測定面との間を細径ロッドで接続した本
発明のもう１つの実施例の側面図、（ｃ）は（ａ）およ
び（ｂ）に示すタ−ゲットの撮影画像を２値化した２値
画像を示す平面図である。
にテーパーをつけた本発明の一実施例の側面図、（ｂ）
は視準面と傾斜測定面との間を細径ロッドで接続した本
発明のもう１つの実施例の側面図、（ｃ）は（ａ）およ
び（ｂ）に示すタ−ゲットの撮影画像を２値化した２値
画像を示す平面図である。
【図７】 本発明のもう１つの実施例の自動視準用のタ
ーゲットの斜視図である。
ーゲットの斜視図である。
１：視準用マーク図形 ２：視準
面 ３：傾斜角測定用マーク図形 ４：傾斜
測定面 ５：胴部 ５ａ：間隔
保持材 ６：枠 ７：基線 ８：計測機の視準軸 １０：ター
ゲット １１：計測機 １２：画
像処理装置 １３：コンピュータ ２０：計
測対象物 Ｐ：視準用マーク図形１の画像中心 Ｑ：傾斜角測定用マーク図形３の画像中心 Ｌ：長軸 Ｌｓ：視準用マーク図形画像の長軸 ｄ：傾斜角測定用マーク図形画像の長軸 Ｓ：マーク図形画像の短軸 ２β：測
定傾斜範囲
面 ３：傾斜角測定用マーク図形 ４：傾斜
測定面 ５：胴部 ５ａ：間隔
保持材 ６：枠 ７：基線 ８：計測機の視準軸 １０：ター
ゲット １１：計測機 １２：画
像処理装置 １３：コンピュータ ２０：計
測対象物 Ｐ：視準用マーク図形１の画像中心 Ｑ：傾斜角測定用マーク図形３の画像中心 Ｌ：長軸 Ｌｓ：視準用マーク図形画像の長軸 ｄ：傾斜角測定用マーク図形画像の長軸 Ｓ：マーク図形画像の短軸 ２β：測
定傾斜範囲
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０６Ｆ 17/00 Ｇ０６Ｆ 15/20 Ｄ Ｇ０６Ｔ 7/00 15/62 ４１５
Claims (4)
- 【請求項１】撮像装置を搭載した計測機１１と、撮像さ
れたターゲットの画像処理を行う画像処理装置１２と、
解析コンピュータ１３で構成された計測装置を用いて、
計測対象物２０上の測点に設けた三次元形状計測用ター
ゲット１０を視準して各測点の三次元座標値を計測する
三次元形状計測に用いる前記三次元形状計測用ターゲッ
トにおいて、 視準用マーク図形１をターゲットの視準面２に記し、傾
斜角測定用マーク図形３を視準面２に平行でかつ高さｈ
の異なる別の視準面４上に記したことを特徴とする三次
元形状計測用ターゲット。 - 【請求項２】視準面として反射型を用い、視準用マーク
図形１を記した視準面２と、傾斜角測定用マーク図形３
を記した視準面４を、測定傾斜範囲２β内で視準方向か
ら見えないような形状の間隔保持材５ａで平行に保持し
たことを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測用タ
ーゲット。 - 【請求項３】ターゲットの外周にターゲット領域を示す
枠６を記し、視準面２の視準用マーク図形１に基線７を
記して自動視準可能としたことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載の三次元形状計測用ターゲット。 - 【請求項４】視準用マーク図形１と傾斜角測定用マーク
図形３の画像を画像処理装置１２で画像解析することに
よって、視準用マーク図形の図心Ｐと傾斜角測定用マー
ク図形の図心Ｑをそれぞれ求め、２つのマーク図形の図
心の画像座標平面における座標値の差と視準面と傾斜測
定面の既知の高低差ｈから、ターゲットの視準面の傾き
の方向と傾きの絶対量を同時に求めることを特徴とす
る、請求項１，請求項２又は請求項３記載の三次元形状
計測用ターゲットを用いた視準面の傾き測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22538797A JPH1163952A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 三次元形状計測用ターゲットおよび視準面の傾き測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22538797A JPH1163952A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 三次元形状計測用ターゲットおよび視準面の傾き測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1163952A true JPH1163952A (ja) | 1999-03-05 |
Family
ID=16828571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22538797A Withdrawn JPH1163952A (ja) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | 三次元形状計測用ターゲットおよび視準面の傾き測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1163952A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241442A3 (de) * | 2001-03-14 | 2002-11-27 | Boochs, Frank | Verfahren zur Bestimmung der Lage von Messbildern eines Objektes relativ zum Objekt |
| JP2009069157A (ja) * | 2008-09-22 | 2009-04-02 | Topcon Corp | 校正用三次元フィールド、校正用三次元フィールドの撮影方法 |
| JP2010530253A (ja) * | 2007-05-14 | 2010-09-09 | ヴァリアン メディカル システムズ インコーポレイテッド | マーカーシステムおよびその使用方法 |
| JP2010223909A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 位置・姿勢認識方法、部品把持方法、部品配置方法、部品組立方法、位置・姿勢認識装置、部品把持装置、部品配置装置、および部品組立装置 |
| JP2010249799A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-11-04 | Ngk Insulators Ltd | ハニカム構造体の検査方法 |
| CN102589458A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-07-18 | 上海一成汽车检测设备科技有限公司 | 汽车底盘钣金检测系统及其方法 |
| CN102749210A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-24 | 深圳市元征科技股份有限公司 | 三维四轮定位仪测量方法 |
| CN103759637A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-30 | 河南科技大学 | 一种辅助测量靶标 |
| CN104764437A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-08 | 中国北方车辆研究所 | 一种利用电子视频测量装甲车体倾斜的方法 |
| JP2015150666A (ja) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社Ihi | ロボットの遠隔操作システムと方法 |
| JP2016145790A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-12 | 株式会社トプコン | 三次元位置計測システム |
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| JP2016206130A (ja) * | 2015-04-28 | 2016-12-08 | 株式会社トプコン | 三次元位置計測システム |
| JP2016206129A (ja) * | 2015-04-28 | 2016-12-08 | 株式会社トプコン | 三次元位置計測システム |
| CN107907110A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 长江三峡勘测研究院有限公司（武汉） | 一种基于无人机的结构面产状及性状的多角度识别方法 |
| WO2019151182A1 (ja) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | 株式会社エンプラス | マーカ |
-
1997
- 1997-08-21 JP JP22538797A patent/JPH1163952A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241442A3 (de) * | 2001-03-14 | 2002-11-27 | Boochs, Frank | Verfahren zur Bestimmung der Lage von Messbildern eines Objektes relativ zum Objekt |
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| CN102749210B (zh) * | 2012-07-03 | 2015-09-23 | 深圳市元征科技股份有限公司 | 三维四轮定位仪测量方法 |
| CN102749210A (zh) * | 2012-07-03 | 2012-10-24 | 深圳市元征科技股份有限公司 | 三维四轮定位仪测量方法 |
| CN103759637A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-30 | 河南科技大学 | 一种辅助测量靶标 |
| JP2015150666A (ja) * | 2014-02-18 | 2015-08-24 | 株式会社Ihi | ロボットの遠隔操作システムと方法 |
| JP2016145791A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-12 | 株式会社トプコン | 三次元位置計測システム |
| JP2016145790A (ja) * | 2015-01-28 | 2016-08-12 | 株式会社トプコン | 三次元位置計測システム |
| CN104764437A (zh) * | 2015-04-09 | 2015-07-08 | 中国北方车辆研究所 | 一种利用电子视频测量装甲车体倾斜的方法 |
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| CN107907110A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-04-13 | 长江三峡勘测研究院有限公司（武汉） | 一种基于无人机的结构面产状及性状的多角度识别方法 |
| CN107907110B (zh) * | 2017-11-09 | 2020-09-01 | 长江三峡勘测研究院有限公司（武汉） | 一种基于无人机的结构面产状及性状的多角度识别方法 |
| WO2019151182A1 (ja) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | 株式会社エンプラス | マーカ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041102 |