JP7224833B2 - 距離計測装置及び位置算出システム - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 （１）「一般社団法人映像情報メディア学会」から２０１８年８月１５日に発行された刊行物「映像情報メディア学会 ２０１８年 年次大会予稿集」において発表 （２）「一般社団法人映像情報メディア学会」が２０１８年８月２９日～３１日に開催した「映像情報メディア学会 ２０１８年 年次大会」において２０１８年８月３１日に発表

本発明は、計測対象までの距離を計測する距離計測装置、及び、計測した距離から計測対象の位置を算出する位置算出システムに関する。

従来より、番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成することが広く行われている。この合成に際して、撮影カメラのカメラデータを生成するため、撮影カメラの位置を計測する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の手法は、撮影カメラに結んだワイヤの張力を一定に保ち、そのワイヤの長さや方向を計測し、計測した長さや方向に基づいて撮影カメラの位置を求めるものである。

特開２０１３－９２４４１号公報（特許第５９４１２６１号公報）

しかし、前記した従来技術では、計測結果がワイヤの揺れや撓みの影響を受けやすく、精度が低いという問題がある。

そこで、本発明は、高精度な距離計測装置及び位置算出システムを提供することを課題とする。

前記した課題に鑑みて、本発明に係る距離計測装置は、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従動部を介して計測対象に取り付けたセンサ取付用部材と、センサ取付用部材に取り付けたレーザセンサと、計測基準対象に配置され、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、計測対象の移動に伴って紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、紐状体が挿通する挿通孔を有し、第２従動部を介して巻取・巻出機構に取り付けたレーザ反射板と、を備え、レーザ反射板とレーザセンサが正対する姿勢を維持し、レーザセンサは、レーザ反射板にレーザ光を照射し、レーザ反射板からの反射光により距離を計測する構成とした。

かかる距離計測装置によれば、計測対象が移動すると、第１従動部を介して取り付けたセンサ取付用部材も移動する。また、距離計測装置では、センサ取付用部材に接続した紐状体が、レーザ反射板の挿通孔を介して、所定の計測基準対象に配置された巻取・巻出機構により巻き取り又は巻き出しされる。そして、距離計測装置では、巻き取り又は巻き出しされた紐状体が張力を保つので、計測対象が移動しても、レーザセンサと反射面とが常に正対した姿勢を維持する。従って、距離計測装置では、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。このとき、距離計測装置は、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なる。

また、前記した課題に鑑みて、本発明に係る位置算出システムは、本発明に係る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、支持アームを支持する支持脚を有する支持機構と、支持アームの仰角を計測する仰角計測センサと、位置算出装置とを備える構成とした。

かかる位置算出システムによれば、位置算出装置が、三角関数により、予め設定したアームの長さ及び三脚の高さと仰角計測センサが計測したアームの仰角とから計測対象の高さを算出し、三点測量により、第１距離計測装置及び第２距離計測装置が算出した距離から計測対象の平面位置を算出する。

前記したように、第１距離計測装置及び第２距離計測装置は、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。このとき、第１距離計測装置及び第２距離計測装置は、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なる。

なお、位置算出システムは、仰角計測センサの代わりに、計測対象の高さを計測する高さ計測センサを備えてもよい。
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、以下のような優れた効果を奏する。
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。

第１実施形態に係る距離計測装置の側面図である。 図１のレーザセンサ装置の拡大図である。 図１のワイヤ巻取・巻出装置の拡大図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 第１実施形態において、レーザセンサ及びレーザ反射板の姿勢を説明する説明図である。 第２実施形態に係る位置算出システムの側面図である。 第２実施形態に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態において、撮影カメラの高さの算出方法を説明する説明図である。 第２実施形態において、三点測量による撮影カメラの平面位置の算出方法を説明する説明図である。 第２実施形態に係る位置算出システムの動作を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る位置算出システムの側面図である。 第３実施形態に係る位置算出装置の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係る位置算出システムの動作を示すフローチャートである。 変形例に係る位置算出システムの側面図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称および符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。さらに、各図において示す方向は、構成要素間の相対的な位置を示し、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

（第1実施形態）
［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。

なお、計測基準位置Ａとは、距離を計測するときの基準位置のことであり、後記するワイヤ巻取・巻出装置２０を配置する位置である。例えば、計測基準位置Ａは、撮影スタジオのフロア上の任意位置に設定できる。

撮影カメラＴは、テレビ番組等の撮影映像を撮影する一般的なカメラであり、例えば、撮影スタジオ内を移動可能な三脚Ｔａに搭載する。カメラマンは、三脚Ｔａに搭載した撮影カメラＴを前後左右に移動させながら撮影を行う。また、カメラマンは、三脚Ｔａを伸縮させて、撮影カメラＴを上下に移動させることもできる。

ここで、撮影カメラＴの移動に伴って、撮影カメラＴに取り付けたレーザセンサ装置１０と計測基準位置Ａとの位置関係が変化する。一方、レーザセンサ装置１０が高精度に距離を計測するには、レーザセンサ装置１０が計測基準位置Ａを向いていることが好ましい。そこで、距離計測装置１は、レーザセンサ装置１０に結んだワイヤ（紐状体）３０の張力を一定に保つことで、機械的にレーザセンサ装置１０の向きを計測基準位置Ａに追随させることとした。

［距離計測装置の構成］
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＞
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。

プレート１１は、撮影カメラＴを載置する平板部材である。このプレート１１は、上面に撮影カメラＴを載置し、下面の端に自在継手１２が取り付けられている。例えば、プレート１１としては、アルミの平板を用いることができる。
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。

自在継手１２は、任意の方向に向くユニバーサルジョイントである。図２に示すように、自在継手１２は、撮影カメラＴと計測基準位置Ａとを接続する角度が自由に変化するように、Ｔ字部１２０と、ジョイント１２１と、固定部材１２２とを備える。
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。

ジョイント１２１は、コの字状に分岐した第１分岐部１２１ａと、第１分岐部１２１ａに設けた胴軸部１２１ｂと、胴軸部１２１ｂの他端に設けた第２分岐部１２１ｃとを有する。また、ジョイント１２１は、第１分岐部１２１ａ及び第２分岐部１２１ｃを胴軸部１２１ｂに取り付ける方向が直交する。そして、ジョイント１２１は、固定部材１２２の挟持部１２２ａにＺ軸方向で貫通する突起部１２１ｄにより、第２分岐部１２１ｃが回転自在に支持される。
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。

円盤部材１３は、表面中心にワイヤ３０の先端を接続し、このワイヤ３０の近傍にレーザセンサ１４を取り付ける（固定する）ものである。また、円盤部材１３は、自在継手１２を介して、撮影カメラＴ（正確にはプレート１１）に取り付けられる。
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）。

レーザセンサ１４は、レーザ光により距離を計測する一般的な測距センサである。このレーザセンサ１４は、後記するレーザ反射板２３にレーザ光を照射し、レーザ反射板２３からの反射光により、撮影カメラＴと計測基準位置Ａとの間の距離を計測する。

以上の構成により、レーザセンサ装置１０は、ワイヤ３０が引っ張られて張力を保つと、レーザ反射板２３とレーザセンサ１４が正対する姿勢を維持できる。

＜ワイヤ巻取・巻出装置＞
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。

巻取・巻出機構２１は、円盤部材１３に接続したワイヤ３０を一定の張力で保ち、撮影カメラＴの移動に伴ってワイヤ３０の巻き取り及び巻き出しを行うものである。この巻取・巻出機構２１は、計測基準位置Ａに予め配置する。図３に示すように、巻取・巻出機構２１は、筐体２１０と、軸受２１１ａと、軸受２１１ｂと、回転軸２１２ａと、回転軸２１２ｂと、支持棒２１３と、定張力ばね２１４と、第１プーリ２１５と、第２プーリ２１６と、基台２１７とを備える。

筐体２１０は、略直方体であり、後記する自在継手２２を配置するために、直方体内の一部領域に仕切板２１０ａを設ける。仕切板２１０ａは、筐体２１０の内部にある第１プーリ２１５にワイヤ３０を到達させるため、貫通穴２１０ｂを有する。また、筐体２１０は、側面中央部に軸受２１１ａが設けられ、回転軸２１２ａを支持する。また、筐体２１０は、仕切板２１０ａをＺ軸方向に挿通する軸受２１１ｂを有し、この軸受２１１ｂで回転軸２１２ｂを支持する。また、筐体２１０は、側面右側において、回転軸２１２ａと同一高さで、定張力ばね２１４の支持棒２１３を固定する。

定張力ばね２１４は、板ばねを８の字状にして、回転軸２１２ａ及び支持棒２１３に巻き付けたものである。つまり、定張力ばね２１４は、筐体２１０の内部に収容され、両端を回転軸２１２ａ及び支持棒２１３に連結し、回転軸２１２ａの巻き取り方向でワイヤ３０に張力を与える。また、定張力ばね２１４は、回転軸２１２ａ上で第１プーリ２１５と隣り合うように配置される。ここで、定張力ばね２１４は、Ｚ軸方向の両端側に円盤が設けられ、この円盤が第１プーリ２１５の側板に接するので、回転軸２１２ａ上でＺ軸方向の移動が制限される。
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。

自在継手２２は、任意の方向に向くユニバーサルジョイントである。図３に示すように、自在継手２２は、仕切板２１０ａに配置されている。また、自在継手２２は、撮影カメラＴと計測基準位置Ａとを接続する角度が自由に変化するように、Ｔ字部２２０と、ジョイント２２１とを備える。
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。

レーザ反射板２３は、レーザ光を反射するものである。例えば、レーザ反射板２３は、レーザ光を反射する反射面２３０にコーティングや鏡面加工を施してもよい。また、レーザ反射板２３は、ワイヤ３０を挿通できるように、この反射面２３０の中心に板厚方向に挿通孔２３１を設ける。このレーザ反射板２３は、円盤部材１３と同様、自在継手２２を介して、巻取・巻出機構２１に取り付けられる。

以上の構成により、ワイヤ巻取・巻出装置２０は、ワイヤ３０が引っ張られて張力を保つと、レーザ反射板２３とレーザセンサ１４が正対する姿勢を維持できる。

＜ワイヤ＞
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。

［作用・効果］
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。

ここで、撮影カメラＴの計測を行う既存手法と比較したときの距離計測装置１の利点について簡単に述べる。
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。

（第２実施形態）
［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１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂ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１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂ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。

距離計測装置（第１距離計測装置）１_Ａは、レーザセンサ装置１０_Ａと、ワイヤ巻取・巻出装置２０_Ａと、ワイヤ３０_Ａとを備える。また、距離計測装置（第２距離計測装置）１_Ｂは、レーザセンサ装置１０_Ｂと、ワイヤ巻取・巻出装置２０_Ｂと、ワイヤ３０_Ｂとを備える。
レーザセンサ装置１０_Ａ及びレーザセンサ装置１０_Ｂ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１０_Ａ及びレーザセンサ装置１０_Ｂ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２０_Ａを計測基準位置Ａに配置する一方、ワイヤ巻取・巻出装置２０_Ｂ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１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂ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。

なお、図５では、図面を見やすくするため、レーザセンサ装置１０_Ａ及びレーザセンサ装置１０_Ｂを離して図示したが、計測誤差を低減するため、近傍に取り付けることが好ましい。例えば、レーザセンサ装置１０_Ａ及びレーザセンサ装置１０_Ｂは、プレート１１の下面前方でＺ軸方向に並ぶように取り付けられる（図８）。また、レーザセンサ装置１０_Ａ及びレーザセンサ装置１０_Ｂの間隔が、それぞれが計測する距離に比べて大幅に短いため、その間隔を無視することとする。

クレーン４０は、撮影カメラＴを支持し、所望の位置に移動させるものであり、アーム（支持アーム）４１と、三脚（支持脚）４２とを備える。本実施形態では、クレーン４０は、撮影スタジオのフロア面に据え置かれていることとする。
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）。

仰角計測センサ５０は、アーム４１の回転軸に取り付けられた、アーム４１の仰角を計測する回転角センサ（例えば、ロータリーエンコーダ）である。すなわち、仰角計測センサ５０は、撮影スタジオのフロア面（水平面）に対するアーム４１の角度を計測する。そして、仰角計測センサ５０は、無線通信又は有線通信により、計測したアーム４１の仰角を位置算出装置６０に送信する。

［位置算出装置の構成］
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。

高さ算出手段６１は、三角関数により、予め設定したアーム４１の長さＬ及び三脚４２の高さＨ_０と、仰角計測センサ５０から受信したアーム４１の仰角θとから、撮影カメラＴの高さＨを算出するものである。そして、高さ算出手段６１は、算出した撮影カメラＴの高さＨを平面位置算出手段６２及び空間位置出力手段６３に出力する。
平面位置算出手段６２は、三点測量により、距離計測装置１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂより受信した距離Ｄ_Ａ及び距離Ｄ_Ｂ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。

＜空間位置の算出＞
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Ｈ_０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Ｈ_０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。

図７に示すように、高さ算出手段６１は、以下の式（１）を用いて、アーム４１の長さＬと、三脚４２の高さＨ_０と、アーム４１の仰角θとから、撮影カメラＴの高さＨを算出する。
Ｈ＝Ｌｓｉｎθ＋Ｈ_０ …式（１）

次に、平面位置算出手段６２は、距離Ｄ_Ａの水平方向成分を求めるため、逆三角関数を用いて、レーザセンサ１４_Ａの照射角φ_Ａを算出する。ここで、照射角φ_Ａとは、撮影スタジオのフロア面（水平面）に対する、レーザセンサ１４_Ａが照射したレーザ光の角度を表す。具体的には、平面位置算出手段６２は、以下の式（２）を用いて、撮影カメラＴの高さＨと、距離Ｄ_Ａとから、照射角φ_Ａを算出する。
φ_Ａ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｈ／Ｄ_Ａ） …式（２）

次に、平面位置算出手段６２は、距離計測装置１Ａが計測した距離Ｄ_Ａに高さ成分も含まれるため、三角関数を用いて、距離Ｄ_Ａの水平方向成分である水平距離Ｄ_Ａ´を算出する。具体的には、平面位置算出手段６２は、以下の式（３）を用いて、距離Ｄ_Ａと、照射角φ_Ａとから、水平距離Ｄ_Ａ´を算出する。
Ｄ_Ａ´＝Ｄ_Ａｃｏｓφ_Ａ …式（３）

なお、平面位置算出手段６２は、照射角φ_Ａと同様に照射角φ_Ｂを式（２）により算出し、水平距離Ｄ_Ａ´と同様に水平距離Ｄ_Ｂ´も式（３）により算出する（図７不図示）。

図８に示すように、平面位置算出手段６２には、パラメータとして、計測基準位置Ａと計測基準位置Ｂとの距離Ｄ_ＡＢを予め設定する。この距離Ｄ_ＡＢは、ワイヤ巻取・巻出装置２０_Ａ及びワイヤ巻取・巻出装置２０_Ｂの設置時に予め測定すればよい。そして、平面位置算出手段６２は、三点測量により、撮影カメラＴ、計測基準位置Ａ及び計測基準位置Ｂの３点の距離から、撮影スタジオのフロア面上で撮影カメラＴの位置を算出する。つまり、平面位置算出手段６２は、三点測量により、水平距離Ｄ_Ａ´、水平距離Ｄ_Ｂ´及び距離Ｄ_ＡＢの３辺の長さから、撮影カメラＴの平面位置を算出する。

なお、図７及び図８では、説明を簡易にするために、自在継手１２、レーザセンサ１４やレーザ反射板２３の大きさや取付位置のずれを無視しているが、より正確に撮影カメラＴの空間位置を算出するため、これらを反映してもよい。

［位置算出システムの動作］
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Ｈ_０、及び、距離Ｄ_ＡＢを予め設定する（ステップＳ１）。

レーザセンサ１４_Ａは、撮影カメラＴと計測基準位置Ａとの距離Ｄ_Ａを計測する。また、レーザセンサ１４_Ｂは、撮影カメラＴと計測基準位置Ｂとの距離Ｄ_Ｂを計測する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、距離Ｄ_Ａ及び距離Ｄ_Ｂを同時に計測することとして説明したが、距離Ｄ_Ａ又は距離Ｄ_Ｂの一方を先に計測してもよい。
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）。

高さ算出手段６１は、ステップＳ１で設定したアーム４１の長さＬ及び三脚４２の高さＨ_０と、ステップＳ３で計測したアーム４１の仰角θとから、撮影カメラＴの高さＨを算出する。具体的には、高さ算出手段６１は、前記式（１）を用いて、撮影カメラＴの高さＨを算出する（ステップＳ４）。

平面位置算出手段６２は、ステップＳ２で計測した距離Ｄ_Ａ及び距離Ｄ_Ｂから、撮影カメラＴの平面位置を算出する。具体的には、平面位置算出手段６２は、前記式（２）を用いて、照射角φ_Ａ及び照射角φ_Ｂを算出する。そして、平面位置算出手段６２は、前記式（３）を用いて、水平距離Ｄ_Ａ´及び水平距離Ｄ_Ｂ´を算出する。さらに、平面位置算出手段６２は、三点測量を用いて、水平距離Ｄ_Ａ´、水平距離Ｄ_Ｂ´及び距離Ｄ_ＡＢの３辺の長さから、撮影カメラＴの平面位置を算出する（ステップＳ５）。

空間位置出力手段６３は、ステップＳ４で算出した撮影カメラＴの高さＨと、ステップＳ５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Ｓ６）。

［作用・効果］
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１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂ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。

（第３実施形態）
［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。

図１０に示すように、位置算出システム１００Ａは、距離計測装置１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂと、クレーン（支持機構）４０Ａと、高さ計測センサ７０と、位置算出装置８０とを備える。この距離計測装置１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂは、第２実施形態と同様のため、説明を省略する。

クレーン４０Ａは、撮影カメラＴを支持し、所望の位置に移動させるものであり、アーム４１と、三脚４２Ａとを備える。つまり、クレーン４０Ａは、図５の仰角計測センサ５０を備えていない。
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。

高さ計測センサ７０は、撮影カメラＴの高さＨを計測するセンサであり、プレート１１の下面中央に固定すればよい。例えば、高さ計測センサ７０としては、レーザセンサ、赤外線センサ、超音波センサ等の一般的な測距センサを利用できる。そして、高さ計測センサ７０は、無線通信又は有線通信により、計測した撮影カメラＴの高さＨを位置算出装置８０に送信する。

［位置算出装置の構成］
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。

平面位置算出手段８１は、距離計測装置１_Ａ及び距離計測装置１_Ｂより受信した距離Ｄ_Ａ及び距離Ｄ_Ｂから、三点測量により、撮影カメラＴの平面位置を算出するものである。ここで、平面位置算出手段８１は、高さ計測センサ７０から撮影カメラＴの高さＨを受信するので、撮影カメラＴの高さＨを算出する必要がない。
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。

空間位置出力手段８２は、高さ計測センサ７０から受信した撮影カメラＴの高さＨと、平面位置算出手段８１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。

［位置算出システムの動作］
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Ｄ_ＡＢを予め設定する（ステップＳ１０）。

レーザセンサ１４_Ａは、撮影カメラＴと計測基準位置Ａとの距離Ｄ_Ａを計測する。また、レーザセンサ１４_Ｂは、撮影カメラＴと計測基準位置Ｂとの距離Ｄ_Ｂを計測する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１１の処理は、図９のステップＳ２の処理と同様である。
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）。

平面位置算出手段６２は、ステップＳ１１で計測した距離Ｄ_Ａ及び距離Ｄ_Ｂから、撮影カメラＴの平面位置を算出する（ステップＳ１３）なお、ステップＳ１３の処理は、図９のステップＳ５の処理と同様である。
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）。

［作用・効果］
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。

（変形例）
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、撮影カメラを三脚に載置することとして説明したが、これに限定されない。例えば、撮影カメラは、カメラマンが肩に載せて撮影を行う一般的な肩載式のカメラであってもよい。
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、巻取・巻出機構が定張力ばねを用いることとして説明したが、これに限定されない。巻取・巻出機構は、ワイヤの張力を保つと共に、ワイヤを巻き取り及び巻き出し可能な機構であればよい。
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。

前記した各実施形態では、第１従動部及び第２従動部が自在継手（ユニバーサルジョイント）であることとして説明したが、これに限定されない。第１従動部及び第２従動部は、レーザセンサを任意の方向に動かせるものであればよい。例えば、第１従動部及び第２従動部としては、ボールジョイントやフレキシブルジョイントがあげられる。

前記した第２実施形態及び第３実施形態では、位置算出システムが距離計測装置を２組備え、仰角計測センサや高さ計測センサを併用することとして説明したが、これに限定されない。図１３に示すように、位置算出システム１００Ｂは、仰角計測センサや高さ計測センサの代わりに１組の距離計測装置（第３距離計測装置）１_Ｃを追加し、計３組の距離計測装置１_Ａ～１_Ｃを備えてもよい。この場合、距離計測装置１_Ａ～１_Ｃは、同一の撮影カメラＴに取り付けられる。一方、距離計測装置１_Ａ～１_Ｃの計測基準位置Ａ～Ｃが互いに異なっている。これにより、位置算出システム１００Ｂ（位置算出装置９０）は、三点測量により、距離計測装置１_Ａ～１_Ｃが計測した距離から、撮影カメラＴの空間位置を算出できる。

本発明は、テレビジョン番組制作や映画制作で利用することができる。特に、本発明は、バーチャルスタジオ番組、ドラマ番組又はスポーツ中継において、映像にコンピュータグラフィックスを合成するなどのプロセスを高精度、効率的に行うことを可能とする。
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。

１ 距離計測装置
１_Ａ 距離計測装置（第１距離計測装置）
１_Ｂ 距離計測装置（第２距離計測装置）
１_Ｃ 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）
１４，１４_Ａ，１４_Ｂ レーザセンサ
２０，２０_Ａ，２０_Ｂ，２０_Ｃ 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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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