JP6043974B2 - 三次元位置測定装置、三次元測定装置及び三次元位置測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、三次元空間に配置された複数の発光装置を備えた識別対象物の位置を、発光装置を撮像する複数のカメラによって測定する三次元位置測定装置、それを使用した三次元測定装置、及びそれらに使用される三次元位置測定プログラムに関する。

三次元空間に配置された識別対象物、例えば非接触式又は接触式の測定プローブの三次元座標と姿勢を、複数のカメラで捉えた画像によって測定する三次元測定装置が知られている。この種の三次元測定装置では、識別対象物である測定プローブに、測定プローブが測定する被測定対象を検知する検知装置と、検知装置と位置関係が固定された複数の発光装置とを備え、複数のカメラから取得された画像によって発光装置の撮像方向に直交する水平方向の位置と、鉛直方向の位置とを検出し、複数のカメラの視差によって発光装置の奥行き方向の位置を検出することによって測定プローブの三次元座標位置と姿勢とを算出する（特許文献１）。

特開２０１２−５７９９６号

この様な三次元位置測定装置においては、識別対象物の奥行き方向の位置を複数のカメラの視差によって検出している。従って、被測定対象がカメラから離れるごとに複数のカメラから取得される発光装置の位置が近付いてしまい、測定精度が落ちてしまうという問題があった。また、上述した従来の三次元測定装置では、各発光装置の三次元座標値を復元した上で対象物の位置及び姿勢を算出するようにしているので、全てのカメラから見える発光装置のみが三次元座標値を復元可能であり、識別対象物の位置、姿勢などの自由度が制限されるという問題があった。

本発明はこの様な点に鑑みなされたもので、測定精度を改善すると共に識別対象物の配置自由度が高い三次元測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る三次元位置測定装置は、識別対象物に設けられ相互の位置関係が固定された複数の発光装置と、発光装置を第１方向から撮像して発光装置の前記第１方向と直交する第１の水平方向及び鉛直方向の位置を検出する第１のカメラユニットと、発光装置を第２方向から撮像して第１の方向と平行な第２の水平方向位置を検出する第２のカメラユニットと、検出された発光装置の第１水平方向の位置と予め測定された前記第１のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における第１水平方向の位置との誤差、発光装置の鉛直方向の位置と予め測定された第１のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における鉛直方向の位置との誤差及び発光装置の前記第２水平方向の位置と予め測定された第２のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における第１水平方向の位置との誤差を最小にする発光装置の回転量及び平行移動量を非線形最小二乗法で算出し、算出された発光装置の回転量及び平行移動量から、識別対象物の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出する演算装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る三次元位置測定装置によれば、第１及び第２の水平方向位置を、視差によってではなくそれぞれ異なるカメラユニットによって取得している為、奥行き方向の測定精度を改善させることが可能である。また、本発明によれば、複数のカメラユニットによって発光装置の三次元座標値を復元するのではなく、それぞれのカメラユニットの射影行列を介して三次元座標から二次元座標に変換された発光装置の位置と、検出された位置情報とを比較する。従って、各発光装置の三次元座標値を復元する場合と異なり、発光装置が一部のカメラによって撮像されなかった場合においても識別対象物の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出することが可能となり、識別対象物の位置、姿勢などの自由度が向上する。

また、本発明の一実施形態に係る三次元位置測定装置において、第１のカメラユニットは、第１の保持部に保持された第１のカメラ及び第２のカメラを有し、第２のカメラユニットは、第２の保持部に保持された第３のカメラを有し、第１及び第３のカメラは、発光装置の画像を鉛直方向に集約した水平方向に延びる一次元画像情報を取得し、第２のカメラは、発光装置の画像を水平方向に集約した鉛直方向に延びる一次元画像情報を取得する。

また、本発明の他の実施形態に係る三次元位置測定装置において、演算装置は、既知の測定位置にあるマーカを予め撮像することによって第１及び第２のカメラユニットの相対的な位置関係を求める。

また、本発明に係る三次元測定装置は、上述した三次元位置測定装置と、識別対象物である測定プローブとを備え、前記測定プローブは、被測定対象を検知する検知装置を備え、上述した発光装置は、検知装置との位置関係が固定されて測定プローブに設けられていることを特徴とする。

本発明に係る三次元位置測定プログラムは、識別対象物に設けられ相互の位置関係が固定された複数の発光装置と、発光装置を第１方向から撮像して前記発光装置の第１方向と直交する第１の水平方向及び鉛直方向の位置を検出する第１のカメラユニットと、発光装置を第２方向から撮像して第１の方向と平行な第２の水平方向の位置を検出する第２のカメラユニットと、検出された発光装置の第１の水平方向の位置、鉛直方向の位置及び第２の水平方向の位置に基づいて識別対象物の位置を検出する演算装置とを備えた三次元位置測定装置を用いて識別対象の三次元位置を検出するプログラムであって、検出された発光装置の第１水平方向の位置と予め測定された第１のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における第１水平方向の位置との誤差、発光装置の鉛直方向の位置と予め測定された第１のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における鉛直方向の位置との誤差及び発光装置の第２水平方向の位置と予め測定された第２のカメラユニットの射影行列により変換された発光装置の任意の回転量及び平行移動量における第１水平方向の位置との誤差を最小にする発光装置の回転量及び平行移動量を非線形最小二乗法で算出するステップと、算出された発光装置の回転量及び平行移動量から、識別対象物の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出するステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、測定精度を改善すると共に識別対象物の配置自由度が高い三次元測定装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す斜視図である。 同三次元測定装置の斜視図及び正面図である。 同三次元測定装置の測定プローブを示す斜視図である。 同三次元測定装置のカメラの内部構造の一例を表す図である。 比較例に係る三次元測定装置の三次元位置測定方法を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の三次元位置測定方法を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態に係るマーカの外観を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る三次元位置測定プログラムの構成を示すブロック図である。 同三次元位置測定プログラムの動作を説明するためのフローチャートである。 同三次元位置測定プログラムの仮想プローブ位置検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す斜視図である。

［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態に係る三次元位置測定装置及びそれを備えた三次元測定装置について詳細に説明する。

［全体構成］
図１は本実施形態に係る三次元測定装置の斜視図である。本実施形態に係る三次元測定装置は、被測定対象を検知するプローブ１と、プローブ１を撮像し、識別対象物として識別する第１のカメラユニットＣＵ１と、第１のカメラユニットＣＵ１と独立に形成され、第１のカメラユニットＣＵ１と異なる角度からプローブ１を撮像し、識別対象物として識別する第２のカメラユニットＣＵ２と、プローブ１、第１のカメラユニットＣＵ１及び第２のカメラユニットＣＵ２を駆動制御する演算装置７と、入力装置８と出力装置９とを備える。

図２（ａ）は、上記三次元測定装置の第１及び第２のカメラユニットＣＵ１，ＣＵ２の位置関係を示す平面図、図２（ｂ）は同じく正面図である。図示のように、本実施形態では、カメラユニットＣＵ１，ＣＵ２が、それらの光軸がほぼ直交する位置関係で配置されている。

プローブ１は、図３に示す通り、被測定対象１００を検知する検知装置１１と、検知装置１１と位置関係が固定された複数の発光装置１２とを備える。検知装置１１としては接触式のプローブや、非接触式の、例えばレーザプローブ等が適用可能であり、図３においてはレーザプローブを適用した例を示している。本実施形態において、検知装置１１は被測定対象１００表面にレーザを照射するレーザ照射部１１１と、被測定対象１００表面に照射されたレーザを撮像するレーザ撮像部１１２とを有する。また、発光装置１２としては、例えば図３に示す様な複数のＬＥＤを備えたものが適用可能である。ＬＥＤは演算装置７からの指令に応じて一つずつ順番に点灯する。本実施形態に係るレーザプローブは、検知装置１１の取り付けられた方向を前面とすると、前面上部、前面下部、両側面、背面上部及び背面下部にそれぞれ数個ずつＬＥＤが配置されて発光装置１２を構成している。

第１のカメラユニットＣＵ１は、発光装置１２をｙ方向（第１方向）から撮像して発光装置のｙ方向と直交するｘ方向（第１の水平方向）の位置を検出する第１の撮像装置２、発光装置１２をｙ方向（第１方向）から撮像して発光装置のｙ方向と直交するｚ方向（鉛直方向）の位置を検出する第２の撮像装置３及び第１の撮像装置２と第２の撮像装置３を保持する保持部５を有する。保持部５は、三脚５１と三脚５１によって支持されるレール状の基体５２を有している。基体５２上には、基体５２の長手方向に第１の撮像装置２及び第３の撮像装置３が、それぞれのレンズを測定空間に向けて、かつ基体５２の長手方向に移動可能に配置されている。また、基体５２はリニアエンコーダ５３を有しており、これによって第１の撮像装置２及び第３の撮像装置３の基体５２の長手方向における位置を測定している。

撮像装置２及び３はそれぞれカメラ２１、３１と、カメラ２１、３１を保持し、基体５２上に可動自在に装着される可動台２２、３２とを有している。カメラ２１及び３１は可動台２２及び３２上に水平面内で回転可能に装着されている。また、可動台２２及び３２は図示しないロータリーエンコーダを有しており、カメラ２１及び３１の基準位置からの角度を測定している。カメラ２１，３１の移動、回転は、個別に手動で行うことも可能であるが、電動等の動力により演算装置７からの制御に基づき一括して行うことも可能である。

第２のカメラユニットＣＵ２は、発光装置１２をｘ方向（第２方向）から撮像してｙ方向の位置を検出する第３の撮像装置４及び第３の撮像装置４を保持する保持部６を有する。保持部６は、三脚６１と三脚６１によって支持されるレール状の基体６２を有している。基体６２上には、基体６２の長手方向に第２の撮像装置４が、それぞれのレンズを測定空間に向けて、かつ基体６２の長手方向に移動可能に配置されている。また、基体６２はリニアエンコーダ６３を有しており、これによって第２の撮像装置４の基体６２の長手方向における位置を測定している。

撮像装置４はカメラ４１と、４１を保持し、基体６２上に可動自在に装着される可動台４２とを有している。カメラ４１は可動台４２上に水平面内で回転可能に装着されている。また、可動台４２は図示しないロータリーエンコーダを有しており、カメラ４１の基準位置からの角度を測定している。カメラ４１の移動、回転は、個別に手動で行うことも可能であるが、電動等の動力により演算手段７からの制御に基づいて行うことも可能である。

本実施形態では、第１のカメラ２１によってｘ方向の、第２のカメラ３１によってｚ方向の、第３のカメラ４１によってｙ方向の一次元画像を撮像するのに用いられ、これら３つの一次元画像情報によりプローブ１の三次元座標値が算出されるようになっている。これにより大幅な情報量の削減が可能である。

図４は、本実施形態に係る画像測定装置における第１のカメラ２１の内部構造の一例を表す図である。なお、図４（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示している。カメラ２１はアナモルフィックレンズ２１１及びラインＣＣＤ（以下、ＬＣＣＤ）センサ２１２を有している。アナモルフィックレンズ２１１は、シリンドリカル面Ｃ１〜Ｃ５を有し、被測定対象の画像を鉛直方向に集約する。鉛直方向に集約された被測定対象の画像はＬＣＣＤセンサ２１２の受光部において、水平方向に延びる一次元画像情報として取得される。

なお、第３のカメラ４１も同様の構成であるが、第２のカメラ３１は被測定対象の画像を水平方向に集約し、鉛直方向に延びる一次元画像情報を取得するように、光学系（アナモルフィックレンズ２１１及びＬＣＣＤセンサ２１２）が、光軸を中心として９０°回転させた状態で配置されている。

［三次元位置測定方法］
次に、本発明の第１実施形態に係る三次元測定装置の三次元位置測定方法について、比較例と対比して説明する。図５は、比較例に係る三次元位置測定方法を示すための概略図であり、図５（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図を示している。比較例に係る三次元位置測定方法においては、カメラ２０及び４０によってＬＥＤのｘ方向位置を検出し、カメラ３０によってＬＥＤのｚ方向位置を検出し、ＬＥＤのｙ方向位置はカメラ２０及びカメラ４０によって検出されたＬＥＤのｘ方向位置の差、カメラ２０及びカメラ３０の距離、撮像方向等に基づいた演算処理によって検出していた。従って、ＬＥＤがカメラ２０及びカメラ４０から遠ざかるとカメラ２０及びカメラ４０で検出されるＬＥＤのｘ方向位置が近付き、カメラ２０及びカメラ４０の解像度がｘ方向位置の差に対して無視できない領域に近づき、測定精度の劣化を招いてしまう。

図６は、本実施形態に係る三次元位置測定方法を示すための概略図であり、図６（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図を示している。本実施形態においては、第１のカメラ２１によってＬＥＤのｘ方向位置を、第３のカメラ４１によってＬＥＤのｙ方向位置を、第２のカメラ３１によってＬＥＤのｚ方向位置を検出する。即ち、比較例と異なり、ｙ方向の位置を直接撮像によって求める。この様な方法によれば、カメラ４１の解像度が問題となることは無く、ｙ方向の測定精度が飛躍的に改善される。尚、第１のカメラ２１の撮像方向及び第２のカメラ４１の撮像方向がなす角度θは９０°に設定された時に最も高精度な測定が可能である。

［キャリブレーション］
次に、本実施形態に係る三次元測定装置のキャリブレーションの方法について説明する。本実施形態に係る三次元測定装置においては、測定に先立って予めキャリブレーションを行い、カメラ２１〜４１の位置関係やレンズパラメータ等に応じて各カメラ２１〜４１の射影行列Ｐの取得・校正を行う。

射影行列Ｐの取得・校正は、以下のように行う。即ち、例えば図７に示す様な複数のＬＥＤを有するマーカ１０１を既知の位置に既知の姿勢で設置してＬＥＤを順次発光させ、カメラ２１〜４１によってＬＥＤの位置を検出する。次に、演算装置７によって以下の計算を行う。まず、カメラ２１〜４１によって取得された平面画像の水平方向をｕ、垂直方向をｖ、ＬＥＤの三次元座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、数１〜数４が成り立つ。

演算装置７は、歪みパラメータをｋ、歪みパラメータｋの初期値をｋ＝０、画像中心をｋｃｘ，ｋｃｙとして、数５及び数６によって表される評価関数Ｃが最小となる様な射影行列Ｐ、歪みパラメータｋ及び画像中心ｋｃｘ、ｋｃｙを非線形最適化によって求める。


次に、数１中、Ａ，Ｒ，Ｔを、下記数７〜数９によって表し、数１にＡ，Ｒ，Ｔを代入してカメラ２１〜４１のＲ及びＴを算出する。

［三次元位置測定プログラム］
次に、本発明の第１実施形態に係る三次元位置測定プログラムについて説明する。本実施形態に係る三次元位置測定プログラムは、第１のカメラ２１によって取得された発光装置１２のｘ方向の位置と、第１のカメラ２１の射影行列Ｐにより変換された発光装置１２の任意の回転量及び平行移動量におけるｘ方向の位置との誤差、第２のカメラ３１によって取得された発光装置１２のｚ方向の位置と第２のカメラ３１の射影行列Ｐにより変換された発光装置１２の任意の回転量及び平行移動量におけるｚ方向の位置との誤差及び第３のカメラ４１によって取得された発光装置１２のｙ方向の位置と第３のカメラの射影行列Ｐにより変換された発光装置１２の任意の回転量及び平行移動量におけるｙ方向の位置との誤差を最小にする発光装置１２の回転量及び平行移動量を非線形最小二乗法で算出するステップと、算出された発光装置１２の回転量及び平行移動量から、測定プローブ１の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出するステップとを演算装置７に実行させる。

図８は本実施形態に係る三次元位置測定プログラムの構成を示すブロック図、図９は動作を示すフローチャートである。本発明に係る三次元位置測定プログラムは、演算装置７及び演算装置７に接続された記憶装置１０によって、以下の機能を実現する。即ち、ステップＳ１において、ＬＥＤ指定部７１は発光装置１２の有する複数のＬＥＤのうちの一つを指定して発光させ、カメラ２１〜４１は、ＬＥＤから照射された光を撮像して画像Ｓ（ｎ）（ＬＥＤ位置）を出力する。ステップＳ２において、仮想プローブ位置初期値算出部７２は、カメラ２１〜４１から出力された画像Ｓ（ｎ）（ＬＥＤ位置）からプローブ１の位置を概算し、仮想プローブ位置初期値Ｒｉ，Ｔｉとして出力する。ステップＳ３において、仮想プローブ位置検出部７４は、ＬＥＤ指定部７１から指定されたＬＥＤの基準位置における座標Ｍｏｄｅｌ（ｎ）を、仮想プローブ位置初期値算出部７２から仮想プローブ位置初期値Ｒｉ，Ｔｉを、設定部７３から射影行列Ｐを入力し、仮想プローブ位置Ｒ，Ｔを算出する。ステップＳ４において、ワーク位置検出部７５は仮想プローブ位置Ｒ，Ｔを入力し、ワーク位置を検出して出力装置９に出力する。

次に、本実施形態に係る三次元位置測定プログラムの各ステップについて詳細に説明する。ステップＳ１においてＬＥＤ指定部７１は、発光装置１２の有する複数のＬＥＤのうちの一つを指定して発光させる。本実施形態では発光装置１２がＮ個のＬＥＤを有するが、ＬＥＤ指定部７１は、Ｎ個中ｎ番目のＬＥＤのみを指定して順次発光させる。また、Ｎ個のＬＥＤにはそれぞれ基準値からの位置座標Ｍｏｄｅｌ（１）〜Ｍｏｄｅｌ（Ｎ）が割り振られており、指定されたｎ番目のＬＥＤに対応した位置座標Ｍｏｄｅｌ（ｎ）が順次出力される。

ステップＳ２において、仮想プローブ位置初期値算出部７２は、カメラ２１〜４１から出力された画像Ｓ（ｎ）（ＬＥＤ位置）からプローブ１の位置を概算し、仮想プローブ位置初期値Ｒｉ，Ｔｉとして出力する。尚、仮想プローブ位置初期値は、プローブ１の初期値からの回転（姿勢）を示す回転量Ｒの概算値Ｒｉと、プローブ１の初期値からの平行移動量を示す移動量Ｔの概算値Ｔｉとによって表される。

仮想プローブ位置初期値Ｒｉ，Ｔｉの概算には種々の方法が適用可能であるが、本実施形態においては、取得された一部のＬＥＤの位置座標について重心を計算して回転量初期値Ｒｉを、取得された全てのＬＥＤの位置座標について重心を計算して移動量初期値Ｔｉを算出する。例えば、発光装置１２の前面上部、前面下部、背面上部及び背面下部にそれぞれ配置されたＬＥＤや、両側面にそれぞれ配置されたＬＥＤの重心位置に基づいて回転量初期値Ｒｉを算出し、取得された全てのＬＥＤの重心位置を移動量初期値Ｔｉとすることが考えられる。

次に、ステップＳ３における仮想プローブ位置検出部７４の動作について説明する。図１０は、仮想プローブ位置検出部７４の構成を示すブロック図である。回転＆移動部７４１は、仮想プローブ位置初期値Ｒｉ，Ｔｉに基づいて座標Ｍｏｄｅｌ（ｎ）を回転させ、平行移動させて三次元仮想ＬＥＤ位置（ｎ）として出力する。補正＆二次元化部７４２は、射影行列Ｐに基づいて三次元仮想ＬＥＤ位置（ｎ）を、カメラ２１〜４１によって撮像した場合に得られるであろう二次元座標を、二次元仮想ＬＥＤ位置（ｎ）として出力する。比較部７４３は、画像Ｓ（ｎ）（ＬＥＤ位置）と二次元仮想ＬＥＤ位置（ｎ）とを比較して、ＬＥＤ位置誤差Ｅ（ｎ）を出力する。二乗＆積算部７４４は、ＬＥＤ位置誤差Ｅ（ｎ）を自乗し、得られたＬＥＤ位置誤差Ｅ（ｎ）の自乗値を積算して、プローブ位置誤差Ｅ（Ｒ，Ｔ）として出力する。仮想プローブ位置調整部７４５は、プローブ位置誤差Ｅ（Ｒ，Ｔ）が最小値となるように仮想プローブ位置Ｒ，Ｔを調整して出力する。

プローブ位置誤差Ｅ（Ｒ，Ｔ）は、数１０によって表す事が可能である。

尚、数１０において、Ｎ１〜Ｎ３はそれぞれカメラ２１〜４１によって取得されたＬＥＤ位置座標の数を、Ｓ１ｉ〜Ｓ３ｉはそれぞれカメラ２１〜４１によって取得された画像Ｓ（ｉ）（ＬＥＤ位置）を、Ｐ１〜Ｐ３は、それぞれカメラ２１〜４１の射影行列Ｐを表している。尚、仮想プローブ位置Ｒ，Ｔの調整方法としては種々の方法が適用可能であるが、本実施形態においては、非線形最小二乗法を用いている。

ステップＳ４において、ワーク位置検出部７５は仮想プローブ位置Ｒ，Ｔを入力し、ワーク位置を検出して出力装置９に出力する。ワーク位置の検出は、例えば検知装置１１が接触式のプローブである場合には仮想プローブ位置Ｒ，Ｔの基準位置とスタイラス等の位置関係によって算出可能であり、非接触式のレーザプローブ等であった場合には検出されたワーク表面の座標データ等を仮想プローブ位置Ｒ，Ｔに基づいて移動させればよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る三次元測定装置について詳細に説明する。第１実施形態においては、カメラ２１〜カメラ４１によって、それぞれ一次元画像を撮像していたが、当然二次元画像を撮像するカメラを適用することも可能である。図１１は、本実施形態に係る三次元測定装置の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る三次元測定装置は基本的には第１の実施形態に係る三次元測定装置と同様に構成されているが、本実施形態に係る三次元測定装置は、発光装置１２のｘ方向及びｚ方向の位置を検出する第１のカメラ２１’と、発光装置１２のｙ方向及びｚ方向の位置を検出する第２のカメラ３１’とを備えている。この様な構成によっても、第１の実施形態と同様の測定精度で発光装置１２のｙ方向位置を検出することが可能である。尚、第１の実施形態においてはプローブ位置誤差Ｅ（Ｒ，Ｔ）は、数１によって表されていたが、本実施形態においては、数１１のように表す事が可能である。

［その他の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態においては、カメラユニットＣＵ１及びＣＵ２を独立に構成していたが、例えば基体５２をＬ字型に形成すれば、一体形成することも可能であるし、カメラ２１〜４１を、例えば測定室の壁に固定することも可能である。また、リニアエンコーダ５３、６３や、可動台２２〜４２のロータリーエンコーダ等は当然省略可能である。

１…プローブ、２…第１の撮像装置、３…第２の撮像装置、４…第３の撮像装置、５、６…保持部、７…演算装置、８…入力装置、９…出力装置。

Claims (5)

1. 識別対象物に設けられ相互の位置関係が固定された複数の発光装置と、
   前記発光装置を第１方向から撮像して前記発光装置の前記第１方向と直交する第１水平方向の位置を示す第１画像情報、及び、前記発光装置の鉛直方向の位置を示す第２画像情報を取得する第１のカメラユニットと、
   前記発光装置を第２方向から撮像して前記第１方向と平行な第２水平方向の位置を示す第３画像情報を取得する第２のカメラユニットと、
   前記第１画像情報における前記発光装置の前記第１水平方向の位置と予め測定された前記第１のカメラユニットの射影行列により変換された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記第１水平方向の位置との誤差、前記第２画像情報における前記発光装置の前記鉛直方向の位置と予め測定された前記第１のカメラユニットの射影行列により変換された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記鉛直方向の位置との誤差、及び、前記第３画像情報における前記発光装置の前記第２水平方向の位置と予め測定された前記第２のカメラユニットの射影行列により変換された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記第２水平方向の位置との誤差を最小にする前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量を非線形最小二乗法で算出し、算出された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量から、前記識別対象物の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出する演算装置と
   を備えたことを特徴とする三次元位置測定装置。
2. 前記第１のカメラユニットは、第１の保持部に保持された第１のカメラ及び第２のカメラを有し、
   前記第２のカメラユニットは、第２の保持部に保持された第３のカメラを有し、
   前記第１及び第３のカメラは、前記発光装置の画像を鉛直方向に集約した水平方向に延びる一次元画像情報を取得し、
   前記第２のカメラは、前記発光装置の画像を水平方向に集約した鉛直方向に延びる一次元画像情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元位置測定装置。
3. 前記演算装置は、既知の測定位置にあるマーカを予め撮像することによって前記第１及び第２のカメラユニットの相対的な位置関係を求めることを特徴とする請求項１又は２記載の三次元位置測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元位置測定装置と、
   前記識別対象物である測定プローブとを備え、
   前記測定プローブは、被測定対象を検知する検知装置を備え、
   前記発光装置は、前記検知装置との位置関係が固定されて前記測定プローブに設けられている
   ことを特徴とする三次元測定装置。
5. 識別対象物に設けられ相互の位置関係が固定された複数の発光装置と、前記発光装置を第１方向から撮像して前記発光装置の前記第１方向と直交する第１水平方向の位置を示す第１画像情報、及び、前記発光装置の鉛直方向の位置を示す第２画像情報を取得する第１のカメラユニットと、前記発光装置を第２方向から撮像して前記第１方向と平行な第２水平方向の位置を示す第３画像情報を取得する第２のカメラユニットと、前記発光装置の前記第１水平方向の位置を示す第１画像情報、前記鉛直方向の位置を示す第２画像情報、及び、前記第２水平方向の位置を示す第３画像情報に基づいて前記識別対象物の位置を検出する演算装置とを備えた三次元位置測定装置を用いて前記識別対象物の三次元位置を検出するプログラムであって、
   前記第１画像情報における前記発光装置の前記第１水平方向の位置と予め測定された前記第１のカメラユニットの射影行列により変換された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記第１水平方向の位置との誤差、前記第２画像情報における前記発光装置の前記鉛直方向の位置と予め測定された前記第１のカメラユニットの射影行列により変換された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記鉛直方向の位置との誤差、及び、前記第３画像情報における前記発光装置の前記第２水平方向の位置と予め測定された前記第２のカメラユニットの射影行列により変換された識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量における前記発光装置の前記第２水平方向の位置との誤差を最小にする前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量を非線形最小二乗法で算出するステップと、
   算出された前記識別対象物の仮想的な回転量及び平行移動量から、前記識別対象物の三次元空間上の回転量及び平行移動量を算出するステップと
   をコンピュータに実行させる三次元位置測定プログラム。