JP7224833B2 - 距離計測装置及び位置算出システム - Google Patents
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Description
また、位置算出システムは、仰角計測センサや高さ計測センサの代わりに距離計測装置を1組追加し、計3組の距離計測装置を備えてもよい。
本発明によれば、計測対象の移動により計測対象と計測基準対象との位置関係が変化しても、その距離を常に計測することができる。さらに、本発明によれば、距離の計測にレーザセンサを用いるので、計測結果が紐状体の揺れや撓みの影響を受けにくく、精度を向上させることができる。
[距離計測装置の概略]
図1を参照し、第1実施形態に係る距離計測装置1の概略について説明する。
図1に示すように、距離計測装置1は、撮影カメラ(計測対象)Tに取り付けたレーザセンサ装置10を用いて、撮影カメラTと計測基準位置(計測基準対象)Aとの距離を計測するものである。
各図面では、水平方向をX軸、垂直方向をY軸、奥行き方向をZ軸として図示した。また、図1では、レーザセンサ装置10が出射するレーザ光を破線で図示した。
以下、距離計測装置1の構成について説明する。
距離計測装置1は、レーザセンサ装置10と、ワイヤ巻取・巻出装置20と、ワイヤ30とを備える。
レーザセンサ装置10は、撮影カメラTと計測基準位置Aとの距離を計測するものである。このレーザセンサ装置10は、プレート11と、自在継手(第1従動部)12と、円盤部材(センサ取付用部材)13と、レーザセンサ14とを備える。
なお、レーザセンサ装置10は、プレート11を用いずに、自在継手12を撮影カメラTに直接取り付けてもよい。
T字部120は、円盤部材13の裏面中心に一端を固定した固定軸120aと、固定軸120aの他端に直交するように設けた腕部120bとを有する。また、T字部120は、腕部120bの両端がジョイント121の第1分岐部121aを貫通して回転自在に支持される。これにより、T字部120は、腕部120bを軸として、一軸方向に所定角度の範囲で従動するように回転可能となる。
これにより、ジョイント121は、T字部120と直交する軸方向で、突起部121dを軸として、所定角度の範囲で従動するように回転可能となる。
固定部材122は、プレート11の下面に固定する円盤部122bと、この円盤部122bに離間して平行に設けた挟持部122aとを有する。そして、固定部材122は、挟持部122aに、所定角度の範囲で従動するようにジョイント121が取り付けられる。
なお、自在継手12は、図3の構造に限定されないことは言うまでもない。
なお、自在継手12は、ワイヤ30の先端に設けた係合フックと、円盤部材13の表面中心に設けた係合リングとを係合させることで、円盤部材13からワイヤ30が脱着自在となるように接続してもよい(不図示)。
ワイヤ巻取・巻出装置20は、ワイヤ30の巻き取り及び巻き出しを行うものであり、巻取・巻出機構21と、自在継手(第2従動部)22と、レーザ反射板23とを備える。
第1プーリ215は、ワイヤ30を巻き取り及び巻き出しするためのプーリである。この第1プーリ215は、筐体210の内部に収容され、第2プーリ216と回転面が同一平面上となるように、回転軸212aで支持される。
第2プーリ216は、筐体210の外部から第1プーリ215にワイヤ30を誘導するためのプーリである。この第2プーリ216は、第1プーリ215とX軸方向で並ぶように、回転軸212bで支持される。
基台217は、撮影フロアに接する土台部分である。この基台217は、筐体210の下面に設けた2枚の平行板である。
T字部220は、後記するレーザ反射板23の挿通孔231に対向して形成され、ワイヤ30が挿通するように形成される。このT字部220は、ワイヤ30を挿通できるように円筒状に形成したこと以外、図2のT字部120と同様の構造である。
ジョイント221は、T字部220に接続され、ワイヤ30が挿通するように形成される。このジョイント221は、ワイヤ30を挿通できるように円筒状に形成し、後端側が回転軸212bで支持される。また、ジョイント221は、第2プーリ216とX軸方向で並ぶように配置される。これにより、ジョイント221の内部を挿通したワイヤ30は、第2プーリ216により貫通穴210bの方向に誘導され、第1プーリ215により巻き取り又は巻き出しされる。他の点、ジョイント221は、図2のジョイント121と同様の構造である。
ワイヤ30は、撮影カメラTとワイヤ巻取・巻出装置20とを結ぶ紐状素材である。このワイヤ30は、一端を撮影カメラT(正確には円盤部材13)に結んでいる。また、ワイヤ30は、撮影カメラTの移動に伴って、巻取・巻出機構21に巻き取られたり、巻取・巻出機構21から巻き出しされたりする。
距離計測装置1では、図4に示すように、破線の位置から実線の位置まで撮影カメラTが移動すると、自在継手12を介して取り付けられた円盤部材13も移動する。また、距離計測装置1では、円盤部材13に接続したワイヤ30が、レーザ反射板23の挿通孔231(図3)を介して、計測基準位置Aに配置された巻取・巻出機構21により巻き取り又は巻き出しされる。そして、距離計測装置1では、巻き取り又は巻き出しされたワイヤ30の張力を巻取・巻出機構21が保つので、撮影カメラTが移動しても、レーザセンサ14と反射面230とが常に正対した姿勢を維持する。従って、距離計測装置1では、撮影カメラTの移動により撮影カメラTと計測基準位置Aとの位置関係が変化しても、その距離を常に計測することができる。このとき、距離計測装置1は、距離の計測にレーザセンサ14を用いるので、計測結果がワイヤ30の揺れや撓みの影響を受けにくく、精度を向上させることができる。
車輪付きの特殊なペデスタルで計測する既存手法では、車輪が撮影スタジオのフロア面を滑ると誤差が蓄積するという問題がある。また、天井に配置した赤外線センサを用いる既存手法では、天井に設置した照明との干渉や、装置が高価であるといった問題がある。さらに、ステレオカメラを用いて画像解析で計測する既存手法では、事前のキャリブレーションに手間がかかり、撮影カメラを遮る障害物によるオクルージョンなどの問題がある。これら既存手法と比べ、距離計測装置1は、専用の機材を導入する必要がなく、既存の設備に簡単な改修を施すだけで、安値に導入できる。この距離計測装置1を導入することで、安価にバーチャルスタジオを構築することが可能となり、映像表現の幅を拡張することができる。
[位置算出システムの構成]
図5を参照し、第2実施形態に係る位置算出システム100の構成について説明する。
位置算出システム100は、距離計測装置1A及び距離計測装置1Bの2組を用いて、2方向で距離を計測し、三点測量(三角測量)の原理で撮影カメラTの空間位置を算出するものである。図5に示すように、位置算出システム100は、距離計測装置1A及び距離計測装置1Bと、クレーン(支持機構)40と、仰角計測センサ50と、位置算出装置60とを備える。
レーザセンサ装置10A及びレーザセンサ装置10Bは、同一の撮影カメラTに取り付けられている。そして、レーザセンサ装置10A及びレーザセンサ装置10Bは、無線通信又は有線通信により、それぞれが計測した距離を位置算出装置60に送信する。
また、ワイヤ巻取・巻出装置20Aを計測基準位置Aに配置する一方、ワイヤ巻取・巻出装置20Bを計測基準位置Bに配置するため、計測基準位置A及び計測基準位置Bが異なる。
他の点、距離計測装置1A及び距離計測装置1Bは、第1実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
アーム41は、撮影カメラTを所定の位置に移動させるものである。また、アーム41は、一方の先端に撮影カメラTが水平を保つように載置されており、中央より後端側で三脚42に支持される。このアーム41は、その長さや方向を変化させることで、撮影カメラTを所望の位置に移動させることができる。
三脚42は、アーム41を支持するものである。例えば、三脚42は、アーム41の後端側を支持する据え置き式三脚である。なお、三脚42は、据え置き式三脚に限定されず、撮影スタジオのフロア面を前後左右に移動可能な移動式三脚としてもよい(不図示)。
図6を参照し、位置算出装置60の構成について説明する。
位置算出装置60は、撮影カメラTの空間位置を算出するものであり、例えば、撮影カメラTの後方に配置する。図6に示すように、位置算出装置60は、高さ算出手段61と、平面位置算出手段62と、空間位置出力手段63とを備える。
平面位置算出手段62は、三点測量により、距離計測装置1A及び距離計測装置1Bより受信した距離DA及び距離DBから、撮影カメラTの平面位置を算出するものである。そして、平面位置算出手段62は、算出した撮影カメラTの平面位置を空間位置出力手段63に出力する。
空間位置出力手段63は、高さ算出手段61から入力された撮影カメラTの高さHと、平面位置算出手段62から入力された撮影カメラTの平面位置とを、撮影カメラTの空間位置として出力するものである。
図7及び図8を参照し、撮影カメラTの空間位置の算出について具体的に説明する。
まず、高さ算出手段61には、パラメータとして、アーム41の長さLと、三脚42の高さH0とを予め設定する。図5に示すように、アーム41の長さLは、アーム41の先端から仰角計測センサ50を取り付けた回転軸までの長さを表す。また、三脚42の高さH0は、撮影スタジオのフロア面から仰角計測センサ50を取り付けた回転軸までの高さを表す。
H=Lsinθ+H0 …式(1)
φA=arcsin(H/DA) …式(2)
DA´=DAcosφA …式(3)
図9を参照し、位置算出システム100の動作について説明する。
図9に示すように、位置算出システム100では、パラメータとして、アーム41の長さL、三脚42の高さH0、及び、距離DABを予め設定する(ステップS1)。
仰角計測センサ50は、アーム41の仰角θを計測する(ステップS3)。
以上のように、本実施形態に係る位置算出システム100では、ワイヤ30の揺れや撓みの影響を受けにくい距離計測装置1A及び距離計測装置1Bを用いるので、精度を向上させることができる。さらに、位置算出システム100は、第1実施形態と同様、専用の機材を導入する必要がなく、既存の設備に簡単な改修を施すだけで、安値に導入できる。
[位置算出システムの構成]
図10を参照し、第3実施形態に係る位置算出システム100Aの構成について、第2実施形態と異なる点を説明する。
図5の位置算出システム100は、仰角計測センサ50で計測した仰角θから撮影カメラTの高さHを求める。これに対し、図10の位置算出システム100Aは、高さ計測センサ70で撮影カメラTの高さHを計測する点が異なっている。
三脚42Aは、車輪を備えており、撮影スタジオのフロア面を前後左右に移動可能な移動式三脚である。なお、三脚42Aは、移動式三脚に限定されず、据え置き式三脚としてもよい(不図示)。
他の点、クレーン40Aは、第2実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
図11を参照し、位置算出装置80の構成について説明する。
位置算出装置80は、撮影カメラTの位置を算出するものであり、図11に示すように、平面位置算出手段81と、空間位置出力手段82とを備える。
他の点、平面位置算出手段81は、第2実施形態と同様のため、これ以上の説明を省略する。
図12を参照し、位置算出システム100Aの動作について説明する。
図12に示すように、位置算出システム100Aでは、パラメータとして、距離DABを予め設定する(ステップS10)。
高さ計測センサ70は、撮影カメラTの高さHを計測する(ステップS12)。
空間位置出力手段63は、ステップS12で計測した撮影カメラTの高さHと、ステップS13で算出した撮影カメラTの平面位置とを、撮影カメラTの空間位置として出力する(ステップS14)。
以上のように、本実施形態に係る位置算出システム100Aは、第2実施形態と同様、精度を向上させることができる。さらに、位置算出システム100Aは、第2実施形態と同様、専用の機材を導入する必要がなく、既存の設備に簡単な改修を施すだけで、安値に導入できる。
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した第2実施形態及び第3実施形態では、撮影カメラの空間位置を三点測量により算出することとして説明したが、三点測量の手法はこれに限定されない。
前記した第2実施形態及び第3実施形態では、撮影カメラの後方に位置算出装置を配置することとして説明したが、その配置位置はこれに限定されない。
前記した各実施形態では、計測対象が撮影カメラであることとして説明したが、これに限定されない。
前記した各実施形態では、紐状体がワイヤであることとして説明したが、これに限定されない。紐状体は、計測対象と巻取・巻出機構と間で張力を保てる紐状素材であればよい。例えば、紐状体としては、糸、ロープ、チェーンがあげられる。
この他、本発明は、各種操作器、身体障害者用の車イスや移動ロボットを計測対象として、これらの計測にも利用することができる。
1A 距離計測装置(第1距離計測装置)
1B 距離計測装置(第2距離計測装置)
1C 距離計測装置(第3距離計測装置)
10 レーザセンサ装置
11 プレート
12 自在継手(第1従動部)
13 円盤部材(センサ取付用部材)
14,14A,14B レーザセンサ
20,20A,20B,20C ワイヤ巻取・巻出装置
21 巻取・巻出機構
22 自在継手(第2従動部)
23 レーザ反射板
30 ワイヤ(紐状体)
40,40A クレーン(支持機構)
41 アーム(支持アーム)
42,42A 三脚(支持脚)
50 仰角計測センサ
60 位置算出装置
61 高さ算出手段
62 平面位置算出手段
63 空間位置出力手段
70 高さ計測センサ
80 位置算出装置
81 平面位置算出手段
82 空間位置出力手段
90 位置算出装置
100,100A,100B,100C 位置算出システム
T 撮影カメラ(計測対象)
A,B,C 計測基準位置(計測基準対象)
Claims (6)
- 移動する計測対象と予め設定した計測基準対象との距離を計測する距離計測装置であって、
第1従動部を介して前記計測対象に取り付けたセンサ取付用部材と、
前記センサ取付用部材に取り付けたレーザセンサと、
前記計測基準対象に配置され、前記センサ取付用部材に接続した紐状体が張力を保つように、前記計測対象の移動に伴って前記紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、
前記紐状体が挿通する挿通孔を有し、第2従動部を介して前記巻取・巻出機構に取り付けたレーザ反射板と、を備え、
前記レーザ反射板と前記レーザセンサが正対する姿勢を維持し、
前記レーザセンサは、前記レーザ反射板にレーザ光を照射し、前記レーザ反射板からの反射光により前記距離を計測することを特徴とする距離計測装置。 - 前記第1従動部及び前記第2従動部は、前記計測対象と前記計測基準対象とを接続する角度が自由に変化する自在継手であることを特徴とする請求項1に記載の距離計測装置。
- 前記第2従動部は、
前記レーザ反射板の挿通孔に対向して形成され、前記紐状体が挿通するT字部と、
前記T字部に接続され、前記紐状体が挿通するジョイントと、を備え、
前記T字部は、所定角度の範囲で一軸方向に従動し、
前記ジョイントは、前記T字部と直交する軸方向において、所定角度の範囲で従動することを特徴とする請求項2に記載の距離計測装置。 - 請求項1から請求項3の何れか一項に記載された距離計測装置である第1距離計測装置及び第2距離計測装置と、
計測対象を支持して所定の位置に移動させる支持アーム、及び、前記支持アームを支持する支持脚を有する支持機構と、
前記支持アームの仰角を計測する仰角計測センサと、
三角関数により、予め設定した前記支持アームの長さ及び前記支持脚の高さと前記仰角計測センサが計測した支持アームの仰角とから前記計測対象の高さを算出し、三点測量により、前記第1距離計測装置及び前記第2距離計測装置が算出した距離から前記計測対象の平面位置を算出する位置算出装置と、を備え、
前記第1距離計測装置及び前記第2距離計測装置は、同一の前記計測対象に取り付けられ、前記第1距離計測装置と前記第2距離計測装置とが、それぞれ異なる計測基準対象に配置されたことを特徴とする位置算出システム。 - 請求項1から請求項3の何れか一項に記載された距離計測装置である第1距離計測装置及び第2距離計測装置と、
前記計測対象の高さを計測する高さ計測センサと、
三点測量により、前記第1距離計測装置及び前記第2距離計測装置が算出した距離から前記計測対象の平面位置を算出する位置算出装置と、を備え、
前記第1距離計測装置及び前記第2距離計測装置は、同一の前記計測対象に取り付けられ、前記第1距離計測装置と前記第2距離計測装置とが、それぞれ異なる計測基準対象に配置されたことを特徴とする位置算出システム。 - 請求項1から請求項3の何れか一項に記載された距離計測装置である第1距離計測装置、第2距離計測装置及び第3距離計測装置と、
三点測量により、前記第1距離計測装置、前記第2距離計測装置及び前記第3距離計測装置が算出した距離から前記計測対象の空間位置を算出する位置算出装置と、を備え、
前記第1距離計測装置、前記第2距離計測装置及び前記第3距離計測装置は、同一の前記計測対象に取り付けられ、前記第1距離計測装置と前記第2距離計測装置と前記第3距離計測装置とが、互いに異なる計測基準対象に配置されたことを特徴とする位置算出システム。
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