JP2002372411A - 物体情報取得方法および物体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない構成機器でなおかつ手間がかからず容
易に被測定物の位置等の物体情報を取得できる手段の提
供を課題とする。 【解決手段】 被測定物を撮像するＣＣＤ２と、該ＣＣ
Ｄ２及び被測定物間に位置するピンホール３ａ，３ｂ
と、これらピンホール３ａ，３ｂそれぞれを通過する光
を遮断または許可するシャッタとを有するピンホールシ
ャッタ３を用いて、被測定物の位置や形状等の物体情報
を取得する方法であって、各ピンホール３ａ，３ｂを通
してＣＣＤ２上に投影された各画像間の視差Ｙ＿Ａ，Ｙ
＿Ｂを計測する視差計測工程と、これら視差Ｙ＿Ａ，Ｙ
＿Ｂ、各ピンホール３ａ，３ｂ間の距離寸法ｅ、ピンホ
ールシャッタ３及びＣＣＤ２間の間隔寸法ｄによって物
体情報を求める解析工程とを有する物体情報取得方法を
採用した。また、この物体情報取得方法を適用した物体
情報取得装置を採用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物を撮像
し、この撮像データに基づいて被測定物の位置や形状等
の物体情報を取得する、物体情報取得方法及び物体情報
取得装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被測定物の水平方向及び垂直方向の大き
さと、奥行き方向の位置とを計測する方法としては、例
えば下記（１），（２）に示すものがある。なお、ここ
で言う奥行き方向とは、観察者（カメラ等の測定器）か
ら被測定物を見る方向を示し、また水平方向とは、前記
奥行き方向に直交する水平線方向を示し、また垂直方向
とは、前記奥行き方向及び前記水平方向が含まれる水平
面に対して垂直上方の方向を示すものとする。 （１）水平方向及び垂直方向の大きさについては、ＣＣ
Ｄカメラで撮像した画像データに基づいて計測し、奥行
き方向の位置については、音波・電波・レーザの反射時
間で計測する方法。 （２）２つのＣＣＤカメラを用いて三次元的な位置を計
測する方法。この方法における各ＣＣＤカメラの配置と
しては、大きく下記の２通りがある。 （２−１）被測定物の正面と真上とに配置する方法。 （２−２）被測定物の正面に、２台のＣＣＤカメラを互
いに所定間隔をあけて配置する方法（この方法では、両
ＣＣＤカメラで撮像した画像データと、これらＣＣＤカ
メラ間の視差角等を用いて計測を行う）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記説明の
従来の測定方法では、測定に要する装置数が比較的多い
上に、機器配置精度が計測精度に大きく影響する恐れが
あるため、装置の設置に手間と時間がかかりやすいとい
う問題を有していた。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、少ない機器でなおかつ手間がかからず容易に被
測定物の位置等の物体情報を取得できる手段の提供を目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明
の請求項１に記載の物体情報取得方法は、被測定物を撮
像する受像面と、該受像面及び前記被測定物間に位置す
る少なくとも２箇所の光透過部と、これら光透過部それ
ぞれを通過する光を遮断または許可するシャッタとを用
いて前記被測定物の位置や形状等の物体情報を取得する
方法であって、前記各光透過部を通して前記受像面上に
投影された各画像間の視差を計測する視差計測工程と、
前記視差、前記各光透過部間の距離寸法、前記光透過部
及び前記受像面間の間隔寸法により前記物体情報を求め
る解析工程とを有することを特徴とする。上記請求項１
に記載の物体情報取得方法によれば、従来のように複数
台の測定器（例えば２台のＣＣＤカメラ）を用いる必要
がなく、少ない機器構成で測定することができるように
なる。

【０００６】請求項２に記載の物体情報取得方法は、請
求項１に記載の物体情報取得方法において、前記視差を
ｓ、前記各光透過部間の距離寸法をｅ、前記各光透過部
及び前記受像面間の間隔寸法をｄとした場合に、前記各
光透過部から前記被測定物までの距離寸法ｘを、ｘ＝ｅ
・ｄ／（ｓ−ｅ）の数式により算出することを特徴とす
る。上記請求項２に記載の物体情報取得方法によれば、
上記数式に各値を代入するだけの単純な計算処理にて、
被測定物の位置を正確に求めることができる。

【０００７】請求項３に記載の物体情報取得方法は、請
求項１または２に記載の物体情報取得方法において、複
数の前記被測定物それぞれについて、前記各光透過部か
ら前記被測定物までの距離寸法を取得した後、これら被
測定物のうち、前記距離寸法が所定条件を満足するもの
を残し、その他を取り除くことで、特定の被測定物を他
の被測定物より選別することを特徴とする。上記請求項
３に記載の物体情報取得方法によれば、特定の距離寸法
に位置する被測定物のみを他の被測定物（背景）より分
離して画像表示することができる。

【０００８】請求項４に記載の物体情報取得方法は、請
求項１〜３の何れかに記載の物体情報取得方法におい
て、前記各光透過部から前記被測定物までの距離寸法
を、前記被測定物の外表面に沿った各点毎に求めること
で、前記被測定物の三次元立体形状を取得することを特
徴とする。上記請求項４に記載の物体情報取得方法によ
れば、被測定物上の各点までの距離寸法を求めた後、こ
れらを統合することで、被測定物表面の凹凸形状を把握
することができる。

【０００９】請求項５に記載の物体情報取得方法は、請
求項１〜４の何れかに記載の物体情報取得方法におい
て、前記各光透過部から前記被測定物までの距離寸法を
時間刻みで求め、単位時間あたりの前記距離寸法の変化
により前記被測定物の移動速度を求めることを特徴とす
る。上記請求項５に記載の物体情報取得方法によれば、
所定時間刻み毎に被測定物までの距離寸法を測定し、こ
れを前記所定時間刻みで割り算することにより、容易に
被測定物の移動速度を求めることができる。

【００１０】請求項６に記載の物体情報取得方法は、請
求項１〜５の何れかに記載の物体情報取得方法におい
て、前記各光透過部及び前記受像面間の各光経路をそれ
ぞれ折曲させ、前記各光経路を延長させることを特徴と
する。上記請求項６に記載の物体情報取得方法によれ
ば、例えば１対の光透過部により被測定物までの距離ｘ
を求めることを考えた場合、これら光透過部間の距離寸
法をｅ、これら光透過部から受像面までの距離寸法を
ｄ、受像面上における視差をｓとすると、前記距離ｘ
は、ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ−ｅ）の数式により求めることが
できる。このとき、本発明のように各光透過部及び受像
面間の光経路を延長することにより、前記距離寸法ｄを
見かけ上、長くすることができるようになる。

【００１１】請求項７に記載の物体情報取得方法は、請
求項１〜６の何れかに記載の物体情報取得方法におい
て、前記受像面を複数に分割することを特徴とする。上
記請求項７に記載の物体情報取得方法によれば、視差の
拡大による測定精度の向上を考えた場合、受像面を１面
で構成する場合に比較して、本発明のように受像面を複
数分割して互いに離間させた方が、広い視差を比較的狭
い受像面でカバーすることができるようになる。

【００１２】請求項８に記載の物体情報取得装置は、被
測定物を撮像して前記被測定物の位置や形状等の物体情
報を取得する装置であって、前記被測定物を撮像する受
像面と、該受像面及び前記被測定物間に位置する少なく
とも２箇所の光透過部と、これら光透過部それぞれを通
過する光を遮断または許可するシャッタとが備えられて
いることを特徴とする。上記請求項８に記載の物体情報
取得装置によれば、従来のように複数台の測定器（例え
ば２台のＣＣＤカメラ）を用いる必要がなく、少ない機
器構成で測定することができるようになる。

【００１３】請求項９に記載の物体情報取得装置は、請
求項７に記載の物体情報取得装置において、前記各光透
過部及び前記受像面間に、これら光透過部から受像面に
向かう光経路を折曲させる光経路折曲体が設けられてい
ることを特徴とする。上記請求項９に記載の物体情報取
得装置によれば、各光透過部から受像面に向かう光は、
光経路折曲体によりその経路が折曲され、直線的に受像
面に達する場合に比較して光経路を長くすることができ
る。例えば１対の光透過部により被測定物までの距離ｘ
を求めることを考えた場合、これら光透過部間の距離寸
法をｅ、これら光透過部から受像面までの距離寸法を
ｄ、受像面上における視差をｓとすると、前記距離ｘ
は、ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ−ｅ）の数式により求めることが
できる。このとき、本発明のように前記光経路を延長す
ることにより、前記距離寸法ｄを見かけ上、長くするこ
とができるようになる。

【００１４】請求項１０に記載の物体情報取得装置は、
請求項８または９に記載の物体情報取得装置において、
前記受像面が、複数に分割されていることを特徴とす
る。上記請求項１０に記載の物体情報取得装置によれ
ば、視差の拡大による測定精度の向上を考えた場合、受
像面を１面で構成する場合に比較して、本発明のように
受像面を複数分割して互いに離間させた方が、広い視差
を比較的狭い受像面でカバーすることができるようにな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明は、被測定物を撮像し、こ
の撮像データに基づいて被測定物の位置や形状等の物体
情報を取得する物体情報取得方法、及び、これを適用し
た物体情報取得装置に関するものであり、その一実施形
態を図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこ
れのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。

【００１６】なお、図１は、本実施形態の物体情報取得
方法を適用した物体情報取得装置の一実施形態を示す説
明図である。また、図２及び図３は、同物体情報取得方
法の原理を説明する図であり、ピンホールシャッタの両
ピンホールを含む水平断面で見た場合の視図である。ま
た、図４は、同物体情報取得方法の原理を説明する斜視
図である。また、図５は、同物体情報取得方法を適用し
た同物体情報取得装置のピンホールシャッタの代わり
に、レンズ及びシャッタを採用した場合の変形例であ
り、両レンズを含む水平断面で見た場合の視図である。
また、図６は、同物体情報取得方法を適用した同物体情
報取得装置に、光経路折曲体を採用した場合の変形例で
あり、両ピンホールを含む水平断面で見た場合の視図で
ある。

【００１７】図１に示すように、本実施形態の物体情報
取得装置は、ＣＣＤカメラ１と、該ＣＣＤカメラ１で撮
像された画像を取り込んで解析する画像解析装置（図示
せず）とを備えて概略構成されている。そして、この物
体情報取得装置によれば、１台のＣＣＤカメラ１で撮像
された画像Ｐに基づいて、同図に示す被測定物Ａ，Ｂ，
Ｃの位置や三次元立体形状等を求めることが可能となっ
ている。なお、以降の説明においては、同図に示すよう
に、ＣＣＤカメラ１から被測定物Ａ〜Ｃを見る方向を奥
行き方向、またこの奥行き方向に直交する水平線方向を
水平方向、また前記奥行き方向及び前記水平方向が含ま
れる水平面に対して垂直上方の方向を垂直方向として設
定するものとする。

【００１８】図２に示すように、ＣＣＤカメラ１内に
は、前記被測定物Ａ〜Ｃを撮像する受像面であるＣＣＤ
２と、該ＣＣＤ２と平行かつ前記被測定物Ａ〜Ｃとの間
に位置するピンホールシャッタ３とが備えられている。
そして、このピンホールシャッタ３には、互いに距離寸
法ｅの間隔を有する２箇所の（一対の）光透過部である
ピンホール３ａ，３ｂと、これらピンホール３ａ，３ｂ
を排他的に開閉することで、通過する光を遮断又は許可
するシャッタ（図示せず）とが備えられている。すなわ
ち、このシャッタは、ピンホール３ａが開いている時に
は他方のピンホール３ｂを閉じ、逆に、ピンホール３ａ
が閉じている時にはピンホール３ｂを開く動作をするよ
うになっている。なお、同図の符号ｄは、各ピンホール
３ａ，３ｂ（ピンホールシャッタ３）及びＣＣＤ２間の
間隔寸法を示している。

【００１９】したがって、例えば前記奥行き方向の位置
が異なるポイントα，βをＣＣＤカメラ１で撮像した場
合、そのＣＣＤ２に投影される画像（点）は、ポイント
α，βの奥行き位置に応じて視差が生じることとなる。
すなわち、前記シャッタを作動させてピンホール３ａを
開くとともにピンホール３ｂを閉じると、ポイントαの
像はＣＣＤ２上の受像点α１に投影され、またポイント
βの像はＣＣＤ２上の受像点β１に投影される。一方、
前記シャッタを作動させてピンホール３ｂを開くととも
にピンホール３ａを閉じると、ポイントαの像はＣＣＤ
２上の受像点α２に投影され、またポイントβの像はＣ
ＣＤ２上の受像点β２に投影される。このように、ピン
ホール３ａ，３ｂのどちらを開くかによってＣＣＤ２上
における受像点の位置が移動し、この移動距離が視差Ｙ
＿Ａ，Ｙ＿Ｂとして求められることとなる。

【００２０】そして、これら視差Ｙ＿Ａ，Ｙ＿Ｂは、そ
れぞれ、ポイントα，βの奥行き位置（ＣＣＤ２からの
奥行き方向の距離寸法）に応じて長くなったり短くなっ
たり変化するので、この視差Ｙ＿Ａ，Ｙ＿Ｂ、各ピンホ
ール３ａ，３ｂ間の距離寸法ｅ、ピンホールシャッタ３
及びＣＣＤ２間の間隔寸法ｄを用いることで、ポイント
α，βまでの奥行き方向の距離Ｘ＿Ａ，Ｘ＿Ｂを簡単な
計算処理により求めることができるようになる。

【００２１】この計算処理の方法の詳細について、図３
を参照しながら以下に説明を続ける。なお、説明を簡単
にするために、同図に示す単一のポイントγ（座標
（ｘ，ｙ））の位置測定（ピンホールシャッタ３からの
奥行き方向距離の測定）を行う場合を想定して説明を行
うものとする。ここで、座標の設定においては、両ピン
ホール３ａ，３ｂ間の中間位置を通ってかつＣＣＤ２及
びピンホールシャッタ３に直交する方向（奥行き方向）
の軸線をＸ軸とし、このＸ軸に直交してかつピンホール
３ａ，３ｂを通る軸線をＹ軸として設定する。また、こ
の座標系においては、Ｘ軸とＹ軸が交差する点を原点Ｏ
（０，０）とし、この原点Ｏよりも紙面右側ではＸ座標
が正で、紙面左側ではＸ座標が負となる。同様に、原点
Ｏよりも紙面上方ではＹ座標が正かつ紙面下方ではＹ座
標が負となる。なお、同図において、符号ｙ１，ｙ２
は、ピンホール３ａ，３ｂをそれぞれ通過してＣＣＤ２
上に投影されたポイントγの像である。

【００２２】同図において、ピンホール３ａを中心とし
た左右に仮想三角形△１，△２を考えた場合、これらは
互いに相似関係にあるため下式（１）が成立する。 （ｙ１−ｅ／２）／ｄ＝（ｅ／２−ｙ）／ｘ ・・・（１） 同様に、ピンホール３ｂを中心とした左右に仮想三角形
△３，△４を考えた場合、これらも互いに相似関係にあ
るため下式（２）が成立する。 （−ｅ／２−ｙ２）／ｄ＝（ｅ／２＋ｙ）／ｘ ・・・（２） したがって、これら２つの式（１），（２）から、ポイ
ントγ（ｘ，ｙ）までの距離ｘは下式（３）で表され
る。 ｘ＝ｅ・ｄ／（ｙ１−ｙ２−ｅ） ・・・（３） ここで、視差ｙ１−ｙ２＝ｓとすると、下式（４）が求
まる。 ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ−ｅ） ・・・（４）

【００２３】よって、上記数式（４）において、両ピン
ホール３ａ，３ｂ間の距離寸法ｅと、ピンホールシャッ
タ３とＣＣＤ２間の間隔寸法ｄは既知であるため、測定
された視差ｓを代入することで、簡単にポイントγまで
の距離ｘを求めることができる。

【００２４】ＣＣＤ２に必要な分解能を検討するため、
上記数式（４）を視差ｓについて表した式は下式（５）
で表される。 ｓ＝ｅ＋ｅ・ｄ／ｘ ・・・（５） 説明を簡単にするため、両ピンホール３ａ，３ｂ間の距
離寸法ｅを２０mm、ピンホールシャッタ３とＣＣＤ２間
の間隔寸法ｄを２０mm、ポイントγ（ｘ，ｙ）までの距
離ｘを１０，０００mmとすると、視差ｓは２０．０４０
０mmとなる。また距離ｘの許容する測長誤差を−５％〜
＋５％とすると、例えば距離１０，５００mmに対する視
差ｓｅｒは２０．０３８１mmとなり、また視差は、｜ｓ
−ｓｅｒ｜＝０．００１９mmとなる。

【００２５】したがって、両ピンホール３ａ，３ｂ間の
距離寸法ｅを２０mm、ピンホールシャッタ３とＣＣＤ２
間の間隔寸法ｄを２０mm、ポイントγ（ｘ，ｙ）までの
距離ｘを１０，０００mmとし、距離ｘの許容する測長誤
差を−５％〜＋５％とした場合、ＣＣＤに求められる分
解能は０．００１９mm/pixelとなる。これを一般的な式
にした場合、下式（６）で表される。 ｜ｓ−ｓｅｒ｜＝ｅ・ｄ｛ｃ／｛ｘ・（１＋ｃ）｝｝ ・・・（６）

【００２６】式（６）においてｃは許容誤差率であり、
例えば５％であればｃ＝０．０５となる。式（６）から
も解るようにｅ・ｄが２倍になれば｜ｓ−ｓｅｒ｜も２
倍となり、すなわちＣＣＤ２が要するピクセル数が半分
で良いこととなる。すなわち、長い焦点距離、広い距離
寸法ｅほど、所要ピクセル数を減らすことができるよう
になる。一方、測長距離ｘもピクセル数に影響し、測長
距離ｘが２倍で同じ測長精度を得ようとすると、所要ピ
クセル数は２倍となる。

【００２７】以上説明の物体情報取得装置による物体情
報取得方法について、図１に示す被測定物Ａ，Ｂ，Ｃの
位置及び三次元立体形状をＣＣＤカメラ１により求める
場合を例として以下に説明を行う。この物体情報取得方
法は、大きく分けて視差計測工程と解析工程とによって
行われる。

【００２８】まず、視差計測工程では、各ピンホール３
ａ，３ｂを通してＣＣＤ２（受像面）上に投影された各
被測定物Ａ〜Ｃの画像間の視差を計測する。すなわち、
前記シャッタによりピンホール３ａ，３ｂを排他的に開
閉させることで、各被測定物Ａ〜Ｃそれぞれの、ＣＣＤ
カメラ１側を向いた表面上の各測定点（各被測定物Ａ〜
Ｃの表面が、仮想した測定点の集まりで構成されている
と想定した場合の各点）毎に、ＣＣＤ２上における２つ
の受像点ｙ１，ｙ２を得る。そして、各測定点毎に受像
点ｙ１，ｙ２の視差（ｙ１−ｙ２）を得る。

【００２９】この視差計測工程に続く解析工程では、視
差ｓ＝（ｙ１−ｙ２）、各ピンホール３ａ，３ｂ間の距
離寸法ｅ、ピンホールシャッタ３及びＣＣＤ２間の間隔
寸法ｄにより各被測定物Ａ，Ｂ，Ｃの位置及び三次元立
体形状をそれぞれ求める。すなわち、前記視差ｓ、各ピ
ンホール３ａ，３ｂ間の距離寸法ｅ、ピンホールシャッ
タ３及びＣＣＤ２間の間隔寸法ｄが求まっているので、
これらを上記数式（４）に代入することで、ピンホール
シャッタ３から各被測定物Ａ〜Ｃまでの距離寸法ｘが算
出される。そして、このピンホールシャッタ３から各被
測定物Ａ〜Ｃまでの距離寸法ｘを、各被測定物Ａ〜Ｃの
各外表面に沿った各測定点毎に算出して互いにつなぎ合
わせることで、各被測定物Ａ〜Ｃの三次元立体形状が図
１の右下図のように求まる。このようにして、各被測定
物Ａ〜Ｃ外周面のうち、ＣＣＤカメラ１側を向いた半面
の形状及びＣＣＤカメラ１からの距離を求めることがで
きる。

【００３０】なお、図１の右下図では、各被測定物Ａ〜
Ｃの三次元立体形状のうち、前記垂直方向に直交する水
平面による一断面部分のみを表しているため単純な曲線
となっているが、実際には、この曲線を前記垂直方向の
全て（各被測定物Ａ〜Ｃの高さ方向全長）に渡って測定
できるため、ＣＣＤカメラ１側を向いた半面全ての三次
元立体形状を取得することができる。

【００３１】これを図４で説明すると、例えば被測定物
Ａの頂部の計測点γ１と底部の計測点γ２といった高さ
の異なる計測点を測定することを考えた場合、これら計
測点γ１，γ２は、ＣＣＤ２上においても高さの異なる
像となり、それぞれラインＬ１，Ｌ２上の点として計測
することができる。この場合、ピンホールシャッタ３か
ら計測点γ１までの距離は、計測点γ１及びラインＬ１
上の各受像点で形成される三角形において求められ、ま
た、ピンホールシャッタ３から計測点γ２までの距離
は、計測点γ２及びラインＬ２上の各受像点で形成され
る三角形において求められることとなるが、このときの
ピンホールシャッタ３からＣＣＤ２に至るまでの光経路
の長さは、前記間隔寸法ｄよりも長いものとなる（図２
の説明では、ピンホール３ａ，３ｂを含む水平断面で考
えているため、前記光経路と前記間隔寸法ｄとが等しく
なっている）。

【００３２】しかしながら、この場合においても、ＣＣ
Ｄ２上の各受像点高さに応じて前記間隔寸法ｄを補正す
るか、もしくは、ピンホールシャッタ３として、これを
側面視した場合に各ピンホール３ａ，３ｂから等距離な
凹形の受像面を持つＣＣＤ（図示せず）を採用すること
で前記間隔寸法ｄを一定のまま、正確に計測を行うこと
が可能となる。

【００３３】なお、以上の物体情報取得方法では、各被
測定物Ａ〜Ｃの位置及び三次元立体形状を物体情報とし
て得るものとしているが、これに限らず、その他の用途
にも適用可能である。すなわち、例えば各被測定物Ａ〜
Ｃそれぞれについて、上述の方法によりピンホールシャ
ッタ３からの距離寸法を取得した後、これら被測定物Ａ
〜Ｃのうち、前記距離寸法が所定条件を満足するものを
残し、その他を取り除くことで、特定の被測定物を他の
被測定物より選別する、画像三次元分離方法として使用
することが可能である。例えば、各被測定物Ａ〜Ｃを含
む画像（図１の左下参照）から最もＣＣＤカメラ１に近
いものを他より分離して画像表示したい場合には、上述
の方法によって各被測定物Ａ〜Ｃまでの距離を測定した
後、ＣＣＤカメラ１に一番近い被測定物Ａのみを残して
その他の被測定物Ｂ，Ｃを削除することで達成すること
が可能となる。したがって、この方法によれば、特定の
距離寸法に位置する被測定物のみを他の被測定物（背
景）より分離して取り出すことが可能となる。

【００３４】また、各被測定物Ａ〜Ｃが移動物体である
場合には、ＣＣＤカメラ１から（ピンホールシャッタ３
から）各被測定物Ａ〜Ｃまでの距離寸法を時間刻みで求
め、単位時間あたりの前記距離寸法の変化により、各被
測定物Ａ〜Ｃの奥行き方向の移動速度を求めることも可
能である。この方法によれば、極めて簡単な機器構成で
ありながらも、被測定物の移動速度といった複雑な情報
まで把握することが可能となる。勿論、このようにして
求められた移動速度をさらに時間微分することにより加
速度を求めることも可能である。

【００３５】以上説明の本実施形態の物体情報取得装置
は、ＣＣＤカメラ１に、被測定物Ａ〜Ｃを撮像するＣＣ
Ｄ２と、該ＣＣＤ２と被測定物Ａ〜Ｃとの間に位置する
ピンホールシャッタ３とを備え、ピンホールシャッタ３
に、互いに所定間隔ｅを有する２箇所のピンホール３
ａ，３ｂと、これらピンホール３ａ，３ｂを排他的に開
閉する前記シャッタとを備えた構成を採用した。そし
て、これを用いた物体情報取得方法は、ＣＣＤ２及びピ
ンホールシャッタ３を用いて、各ピンホール３ａ，３ｂ
を通してＣＣＤ２上に投影された各画像間の視差ｓを計
測する視差計測工程と、前記視差ｓ、各ピンホール３
ａ，３ｂ間の距離寸法ｅ、ピンホールシャッタ３及びＣ
ＣＤ２間の間隔寸法ｄによって物体情報を求める解析工
程とにより物体情報を取得する方法を採用した。

【００３６】上記物体情報取得装置及び物体情報取得方
法によれば、従来のように複数台もの測定器（例えば複
数台のＣＣＤカメラ）を用いずとも、受像面（ＣＣＤ
２）及びピンホールシャッタ３を備えた少なくとも１台
の測定器（例えばＣＣＤカメラ１など）で測定ができる
ので、測定に要する構成機器数を減らすことが可能とな
る。これにより、少ない構成機器でなおかつ手間がかか
らず容易に被測定物Ａ〜Ｃの位置等の物体情報を取得す
ることが可能となる。また、従来と比較した場合、本発
明の物体情報取得装置及び物体情報取得方法は、装置
（例えばＣＣＤカメラ１）の配置精度に対して高い配置
精度が要求されない点からも、手間がかからず容易に物
体情報を取得することが可能となっている。さらには、
従来では同時に測定できる被測定物が１体のみに限られ
たり、三次元立体形状までは求めるのが困難であったの
に対して、本発明では、同時に多数の被測定物を測定で
きたり、それぞれの三次元立体形状まで取得することが
可能という極めて優れたものとなってる。

【００３７】また、本実施形態の物体情報取得方法は、
視差をｓ、各ピンホール３ａ，３ｂ間の距離寸法をｅ、
ピンホールシャッタ３及びＣＣＤ２間の間隔寸法をｄと
した場合に、ピンホールシャッタ３から被測定物Ａ〜Ｃ
までの距離寸法ｘを、ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ−ｅ）の数式よ
り算出する方法を採用した。この方法によれば、単純な
計算処理にて被測定物Ａ〜Ｃの位置を正確に求めること
が可能となる。

【００３８】また、本実施形態の物体情報取得方法は、
被測定物Ａ〜Ｃまでの距離寸法を、この被測定物Ａ〜Ｃ
の外表面に沿った各測定点毎に求めることで、被測定物
Ａ〜Ｃの三次元立体形状を取得する方法も採用可能とし
ている。この方法によれば、ピンホールシャッタ３と受
像面（ＣＣＤ２）という極めて簡単な機器構成でありな
がらも、被測定物Ａ〜Ｃの三次元立体形状といった複雑
な情報まで把握することが可能となる。

【００３９】なお、以上説明の本実施形態の物体情報取
得方法及び物体情報取得装置では、ピンホールシャッタ
３には２箇所のピンホール３ａ，３ｂを形成するものと
したが、これに限らず、３箇所以上設けてこれらを排他
的に開閉させる構成及び方法も採用可能である。

【００４０】また、本実施形態では、光透過部としてピ
ンホール３ａ，３ｂを有するピンホールシャッタ３を採
用したが、これに限らず、例えば図５に示すように、光
透過部として一対のレンズ３ｃ，３ｄと、これらレンズ
３ｃ，３ｄそれぞれを通る光を遮断または許可する一対
のシャッタ３ｅ，３ｆとを有するレンズ付きシャッタ３
Ａを採用することも可能である。この場合においても、
その測定方法は上記実施形態と同様である。この変形例
は、レンズ３ｃ，３ｄを採用している関係上、前記ピン
ホール３ａ，３ｂを採用する場合よりも集光率が良くな
るので、暗い場所での測定に適している。

【００４１】また、上記実施形態では、ＣＣＤ２は被測
定物からの受光を直線的に行うものとしたが、これに限
らず、例えば図６の変形例に示す構成も可能である。す
なわち、この変形例では、各ピンホール３ａ，３ｂ（光
透過部）及びＣＣＤ２（受像面）間に、これらピンホー
ル３ａ，３ｂからＣＣＤ２に向かう光経路Ｌを複数回折
曲させる複数枚の反射鏡５（光経路折曲体）を設けるこ
とにより、この光経路Ｌを延長する構成を採用してい
る。なお、同図では、説明のためにピンホール３ｂ側を
通る光経路Ｌのみを図示している。

【００４２】この変形例によれば、各ピンホール３ａ，
３ｂからＣＣＤ２に向かう光は、各反射鏡５によりその
光経路Ｌが折曲され、直線的にＣＣＤ２に達する場合に
比較して光経路Ｌを長くすることができる。例えば被測
定物上のポイントαまでの距離ｘを求めることを考えた
場合、ピンホール３ａ，３ｂ間の距離寸法をｅ、これら
ピンホール３ａ，３ｂからＣＣＤ２までの距離寸法を
ｄ、受像面上における視差をｓ（図示せず）とすると、
前記距離ｘは、上記数式（４）により求めることができ
る。このとき、本変形例のように光経路Ｌを延長するこ
とにより、距離寸法ｄを見かけ上、長くすることができ
るようになる。したがって、各光経路Ｌを折曲させない
場合に比較して前記視差ｓを大きくとれるので、測定精
度の向上を得ることが可能となる。なお、この場合にお
いても、各ピンホール３ａ，３ｂの代わりに前記レンズ
３ｃ，３ｄを備えた前記レンズ付きシャッタ３Ａを用い
ることも可能である。

【００４３】また、上記実施形態及びその各種変形例で
は、１枚のＣＣＤ２を用いるものとしたが、これに限ら
ず、１枚のＣＣＤ２（受像面）を複数枚のＣＣＤに分割
する構成（図示省略）も採用可能である。前記視差ｓの
拡大による測定精度の向上を考えた場合、ＣＣＤを１面
で構成する場合に比較して、本変形例のようにＣＣＤ２
を複数分割して互いに離間させて測定した方が、広い視
差ｓを比較的狭い面積のＣＣＤでカバーすることができ
るようになる（この場合、シャッタを排他的に動作させ
る必要はない）。したがって、比較的小さなＣＣＤを採
用できるようになるので、装置コストを安価に抑えるこ
とが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の物体情報取得
方法は、受像面及び光透過部及びシャッタを用いて、各
光透過部を通して受像面上に投影された各画像間の視差
を計測する視差計測工程と、前記視差、各光透過部間の
距離寸法、光透過部及び受像面間の間隔寸法により物体
情報を求める解析工程とにより、物体情報を取得する方
法を採用した。この方法によれば、従来のように複数台
の測定器を用いずとも、受像面及び光透過部及びシャッ
タを備えた少なくとも１台の測定器で測定ができるの
で、測定に要する構成機器数を減らすことが可能とな
る。これにより、少ない構成機器でなおかつ手間がかか
らず容易に被測定物の位置等の物体情報を取得すること
が可能となる。

【００４５】また、請求項２に記載の物体情報取得方法
は、視差をｓ、各光透過部間の距離寸法をｅ、各光透過
部及び受像面間の間隔寸法をｄとした場合に、各光透過
部から被測定物までの距離寸法ｘを、ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ
−ｅ）の数式により算出する方法を採用した。この方法
によれば、単純な計算処理にて被測定物の位置を正確に
求めることが可能となる。

【００４６】また、請求項３に記載の物体情報取得方法
は、複数の被測定物それぞれについて距離寸法を取得し
た後、これら被測定物のうち、距離寸法が所定条件を満
足するものを残し、その他を取り除くことで、特定の被
測定物を他の被測定物より選別する方法を採用した。こ
の方法によれば、特定の距離寸法に位置する被測定物の
みを他の被測定物（背景）より分離して取り出すことが
可能となる。

【００４７】また、請求項４に記載の物体情報取得方法
は、被測定物までの距離寸法を、この被測定物の外表面
に沿った各点毎に求めることで、被測定物の三次元立体
形状を取得する方法を採用した。この方法によれば、極
めて簡単な機器構成でありながらも、被測定物の三次元
立体形状といった複雑な情報まで把握することが可能と
なる。

【００４８】また、請求項５に記載の物体情報取得方法
は、被測定物までの距離寸法を時間刻みで求め、単位時
間あたりの距離寸法の変化により被測定物の移動速度を
求める方法を採用した。この方法によれば、極めて簡単
な機器構成でありながらも、被測定物の移動速度といっ
た複雑な情報まで把握することが可能となる。

【００４９】本発明の請求項６に記載の物体情報取得方
法は、各光透過部及び受像面間の各光経路をそれぞれ折
曲させて延長する方法を採用した。この方法によれば、
各光経路を折曲させない場合に比較して視差を大きくと
れるので、測定精度の向上を得ることが可能となる。

【００５０】本発明の請求項７に記載の物体情報取得方
法は、受像面を複数に分割する方法を採用した。視差の
拡大による測定精度の向上を考えた場合、受像面を１面
で構成する場合に比較して、本発明のように受像面を複
数分割して互いに離間させた方が、広い視差を比較的狭
い受像面でカバーすることが可能となる。

【００５１】本発明の請求項８に記載の物体情報取得装
置は、被測定物を撮像する受像面と、該受像面及び前記
被測定物間に位置する少なくとも２箇所の光透過部と、
これら光透過部それぞれを通過する光を遮断または許可
するシャッタとを備えた構成を採用した。この構成によ
れば、上記請求項１と同様の効果を得ることが可能とな
る。すなわち、従来のように複数台の測定器を用いずと
も、受像面及び光透過部及びシャッタを備えた少なくと
も１台の測定器で測定ができるので、測定に要する構成
機器数を減らすことが可能となる。これにより、少ない
構成機器でなおかつ手間がかからず容易に被測定物の位
置等の物体情報を取得することが可能となる。

【００５２】本発明の請求項９に記載の物体情報取得装
置は、各光透過部及び受像面間に、光経路を折曲させる
光経路折曲体を設ける構成を採用した。この構成によれ
ば、各光経路を折曲させない場合に比較して視差を大き
くとれるので、測定精度の向上を得ることが可能とな
る。

【００５３】本発明の請求項１０に記載の物体情報取得
装置は、その受像面が複数分割されている構成を採用し
た。視差の拡大による測定精度の向上を考えた場合、受
像面を１面で構成する場合に比較して、本発明のように
受像面を複数分割して互いに離間させた方が、広い視差
を比較的狭い受像面でカバーすることができる。したが
って、例えば受像面としてＣＣＤを採用した場合、比較
的小さなＣＣＤを使用できるようになるので、装置コス
トを安価に抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の物体情報取得方法を適用した物体情
報取得装置の一実施形態を示す説明図である。

【図２】 同物体情報取得方法の原理を説明する図であ
り、ピンホールシャッタの両ピンホールを含む水平断面
で見た場合の視図である。

【図３】 同物体情報取得方法の原理を説明する図であ
り、ピンホールシャッタの両ピンホールを含む水平断面
で見た場合の視図である。

【図４】 同物体情報取得方法の原理を説明する斜視図
である。

【図５】 同物体情報取得方法を適用した同物体情報取
得装置のピンホールシャッタの代わりに、レンズ及びシ
ャッタを採用した場合の変形例であり、両レンズを含む
水平断面で見た場合の視図である。

【図６】 同物体情報取得方法を適用した同物体情報取
得装置に、光経路折曲体を採用した場合の変形例であ
り、両ピンホールを含む水平断面で見た場合の視図であ
る。

【符号の説明】

２・・・ＣＣＤ（受像面） ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ・・・ピンホール，レンズ（光透
過部） ３ｅ，３ｆ・・・シャッタ ５・・・反射鏡（光経路折曲体） Ａ，Ｂ，Ｃ・・・被測定物 ｄ・・・光透過部及び受像面間の間隔寸法 ｅ・・・各光透過部間の距離寸法 Ｌ・・・光経路 ｘ・・・各光透過部から被測定物までの距離寸法

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を撮像する受像面と、該受像
   面及び前記被測定物間に位置する少なくとも２箇所の光
   透過部と、これら光透過部それぞれを通過する光を遮断
   または許可するシャッタとを用いて前記被測定物の位置
   や形状等の物体情報を取得する方法であって、 前記各光透過部を通して前記受像面上に投影された各画
   像間の視差を計測する視差計測工程と、 前記視差、前記各光透過部間の距離寸法、前記光透過部
   及び前記受像面間の間隔寸法により前記物体情報を求め
   る解析工程とを有することを特徴とする物体情報取得方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の物体情報取得方法に
   おいて、 前記視差をｓ、前記各光透過部間の距離寸法をｅ、前記
   各光透過部及び前記受像面間の間隔寸法をｄとした場合
   に、前記各光透過部から前記被測定物までの距離寸法ｘ
   を、 ｘ＝ｅ・ｄ／（ｓ−ｅ） の数式により算出することを特徴とする物体情報取得方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の物体情報取
   得方法において、 複数の前記被測定物それぞれについて、前記各光透過部
   から前記被測定物までの距離寸法を取得した後、 これら被測定物のうち、前記距離寸法が所定条件を満足
   するものを残し、その他を取り除くことで、特定の被測
   定物を他の被測定物より選別することを特徴とする物体
   情報取得方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかに記載の物体情
   報取得方法において、 前記各光透過部から前記被測定物までの距離寸法を、前
   記被測定物の外表面に沿った各点毎に求めることで、前
   記被測定物の三次元立体形状を取得することを特徴とす
   る物体情報取得方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかに記載の物体情
   報取得方法において、 前記各光透過部から前記被測定物までの距離寸法を時間
   刻みで求め、単位時間あたりの前記距離寸法の変化によ
   り前記被測定物の移動速度を求めることを特徴とする物
   体情報取得方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかに記載の物体情
   報取得方法において、 前記各光透過部及び前記受像面間の各光経路をそれぞれ
   折曲させ、前記各光経路を延長させることを特徴とする
   物体情報取得方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかに記載の物体情
   報取得方法において、 前記受像面を複数に分割することを特徴とする物体情報
   取得方法。
8. 【請求項８】 被測定物を撮像して前記被測定物の位
   置や形状等の物体情報を取得する装置であって、 前記被測定物を撮像する受像面と、該受像面及び前記被
   測定物間に位置する少なくとも２箇所の光透過部と、こ
   れら光透過部それぞれを通過する光を遮断または許可す
   るシャッタとが備えられていることを特徴とする物体情
   報取得装置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の物体情報取得装置に
   おいて、 前記各光透過部及び前記受像面間には、これら光透過部
   から受像面に向かう光経路を折曲させる光経路折曲体が
   設けられていることを特徴とする物体情報取得装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９に記載の物体情報
    取得装置において、 前記受像面は、複数に分割されていることを特徴とする
    物体情報取得装置。