JPH10221018A - 三次元測定方法 - Google Patents

三次元測定方法

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JPH10221018A
JPH10221018A JP2540897A JP2540897A JPH10221018A JP H10221018 A JPH10221018 A JP H10221018A JP 2540897 A JP2540897 A JP 2540897A JP 2540897 A JP2540897 A JP 2540897A JP H10221018 A JPH10221018 A JP H10221018A
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信二 大木
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勝彦 上野
Hirohisa Hashimoto
博久 橋元
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KANSAI SYST PROD KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高層、大規模等の建築物の壁面の寸法、面積
などの測定は非常に困難である。これを任意の距離を隔
てた位置から測定できる装置を開発するものである。 【解決手段】 レーザー発振装置からの光線の照射方向
を1つは固定とし、他の2つは水平または垂直方向に回
動自在としたもので、先ずは何れのレーザーポインター
も並行にして被測定物にレーザーポイントを照射し、次
いで、回動側レーザーポインターを回動させて固定側レ
ーザーポイントに一致させ、そのときの回動角度をコン
ピュータに取り入れて三角測量法による計算から距離、
面積等を知り、また、CCDカメラにより得られる撮像
に対する基準寸法を計算して記憶し、あるいは、その撮
像に表示させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、建築物、工作物
等、あらゆる立体、平面体の表面寸法及びその面積を測
定する三次元測定方法に関するものである。例えば高層
建築物の壁面など通常の手段によっては測定の困難な場
所の寸法測定に適するものである。
【0002】
【従来の技術】 自動車のボディーのような立体形状を
有する被測定物、すなわち、ワークの表面形状やその寸
法を測定するために、そのワークを測定台上に固定し、
三次元方向に可動な測定針(スタイラス)を該ワーク表
面に触針させてその座標を読み取り計測するいわゆる三
次元測定機が使用されている。このような三次元測定機
のワーク台に載置できるワークの大きさには限界があ
り、対象物は限定されるものである。
【0003】 大型ワークの測定にCCDカメラを使用
する方法が特開平5−26639号に開示されている。
その方法は図5に示すように、位置決め保持治具B上の
被測定物Aの周囲、或いは被測定物上の少なくとも4カ
所に基準点部材Cを付設すると共に、2点の距離DEが
既知のリファレンスバーFを付設しておき、3脚31、
33上の2台以上のCCDカメラ30、32によって撮
像するものであって、その画像データによる測定点の位
置算出時、まず、この画像データ中の上記各基準点部材
およびリファレンスバーの2点の、2台以上のCCDカ
メラの光軸に対する水平方向および垂直方向の角度、並
びに、リファレンスバーの2点の距離から、2台以上の
CCDカメラの絶対的な位置を画像処理装置付きコンピ
ュータ34で算出し、この後、このデータを基準として
測定点の位置を算出し、この各測定点のデータを三角測
量法で演算することによりワークAの三次元寸法を測定
するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 上記のように、2台
以上のCCDカメラを設置し、かつ、ワーク上またはそ
の近辺にレファレンスバーを付設することによって、三
次元測定が可能ではあるが、レファレンスとなるものを
被写体に取り付けるのが困難な測定物があり、また、簡
易な測定装置によって大型の被測定物を計測したい場合
などに適用できないものである。例えば、建物の外壁の
寸法測定、巨大看板の面積測定等である。
【0005】
【課題を解決するための手段】 被測定物の表面に所定
間隔を隔てて固定側および可動側の2個のレーザースポ
ット光を平行(および垂直)に照射し、次いで、可動側
のレーザー光の照射ポイントを固定側のレーザーによる
被測定物上の照射ポイントに合わせて、そのために振っ
た角度θを知り、さらに、その位置から可動側のレーザ
ー光源を逆方向に2θ回動させて照射し、このときの被
測定物上に形成される照射ポイントと固定側の照射ポイ
ント間の距離を前記平行照射による固定側、可動側の2
点の照射ポイント間の距離との比から求め、これと前記
の照射角度θとによってレーザー光源から被測定物まで
の距離と、光源に対する被測定物の傾斜角度を計測し、
次いで垂直(または水平)方向についても同様の操作を
行ない垂直方向の傾きを計測し、CCDカメラによる撮
像上の水平、垂直方向の基準スケールをコンピュータに
よって計算、記憶、撮像上に描写すると共に長さ、面積
等の計算をし、あるいは被測定物を撮像記録し、後に計
測することを可能にしたものである。
【0006】
【作用】 このような装置並びに測定方法、すなわち、
既知の間隔寸法を有するレーザーの平行光線を被測定物
に照射し、次いでその一方を他の光点に重ね合わせて角
度を知る方法によって距離を計測し、CCDカメラによ
る撮像の基準スケールを作成をすることによって、いか
に大きな被測定物に対しても簡易に寸法、面積、凹凸な
どが計測でき、撮像からも寸法測定が可能になる。ま
た、被測定物は遠近にかかわらず対象とすることが可能
である。
【0007】
【発明の実施の形態】 以下に、本発明の実施形態につ
いて説明する。図1は、本発明に係る測定装置の概略構
成図、図2は被測定物にレーザー光を照射した状態を示
す概略図であり、図3は計測方法を示した概略図であ
り、図4は計測手順のフローチャート、図5は先願に係
る三次元測定装置の概要を示したものである。
【0008】 本発明に係る寸法測定装置の本体1は、
レーザー発生装置に接続された固定側レーザーポインタ
ー2と、その光源2に対して所定距離を隔て、かつ、首
部3rにおいて垂直方向に首振り可能なレーザーポイン
ター3と、同様に光源2に対して所定距離を隔て、か
つ、首部4rにおいて水平方向に首振り可能なレーザー
ポインター4からなるレーザー装置L、CCDカメラユ
ニット5、コンピュータ6、そのモニタ装置8およびビ
デオ装置7からなるものである。
【0009】 コンピュータ6にはソフトとしてビデオ
キャプチャーおよびレーザーポインターの制御機能、画
像入力および画像解析機能、三角測量法等のソフトウェ
アを内蔵して作動するものであり、ビデオキャプチャー
デバイスドライバーによって画像データがコンピュータ
に保存され、レーザーポインターや画像モニタ8がコン
トロールされることになる。また、CCDカメラ5によ
って取り込まれた画像データは前記のビデオに取り込ま
れ、モニタに再生することが可能であり、モニター画面
に表示される撮像上において任意の2点間をプローブ
(図示していない)でクリックすることによりその間の
寸法を、あるいは面積を計算することも可能なプログラ
ムが装着されている。図1においては、このようなコン
ピュータ6とCCDカメラ5とを一体として示している
が、別体として構成してもよい。このコンピュータのレ
ーザーポインター制御機能によりそれぞれの光源の首振
りが可能であり、その角度の情報が三角測量法の計算に
使用されることになる。
【0010】 なお、モニター画面上で被測定物に照射
されるレーザー光線の照射ポイントを確認しながらレー
ザーポインターの回動を手動で操作することも可能であ
り、あるいはコンピュータに角度情報を入力することに
よって回動させてもよい。このような、コンピュータに
各種の情報や処理の指示をインプットするためのキーボ
ードを接続することが必要であるが、モニター画面上の
所定個所をクリックすることによって指示するタイプの
コンピュータで別体の入力装置を省略してもよい。
【0011】 上記の測定装置を用いての測定方法の一
例を図面にしたがって説明する。図2においてAは被測
定物としての建造物であり、本発明に係る測定装置1は
被測定物の正面の適宜の位置及び距離に三脚9に支持さ
れて設置される。通常は、被測定物の測定対象部分がC
CDカメラ5に一枚の撮像として収まる位置に設置する
ことが望ましいが、特に測定精度を高める必要のある場
合には本装置1を被測定物Aに接近させ、部分的に何箇
所かを撮像し測定することも可能であることは当然であ
る。いずれの場合にも後記の基準スケールは各撮像につ
いて作成することが必要である。
【0012】 まず、レーザーを発振し、被測定面に固
定側レーザーポインター2と既知の間隔にある水平(ま
たは垂直)側レーザーポインター3を平行に照射して被
測定物上にレーザーポイント2a、3aを形成し、これ
をCCDカメラにより撮影してビデオキャプチャーによ
りコンピュータに保存される。このモニタ画面8上にあ
る映像において、そのレーザーポイント2a、3a間の
画素(ピクセル)数p1が前記の既知の間隔に相当する
ものであり、これをコンピュータは認識し、記憶する。
次いで、レーザー光源3の首部3rを回動して照射角度
を変え、そのレーザーポイント3bを固定側レーザー光
源のレーザーポイント2aに重ね合わせる。この操作に
必要とした首振り角度θはコンピュータに記憶される。
このθと、固定側レーザー2と可動側レーザー3との既
知の間隔Bとによって三角測量法等を用いレーザーポイ
ンター2からレーザーポイントまでの距離laが計算さ
れる。
【0013】 次に、レーザーポインター3を逆方向
(照射ポイント2aから離れる方向)に、かつ、前記θ
の2倍の角度に回動して照射を行い、レーザーポイント
3cを形成する。前記のレーザーポイント3a(または
2a)とこの3cとの間の画素数p2(またはp1+p
2)がコンピュータに記憶される。この場合、被測定物
Aの測定面がレーザーポインター2に対して直角に対向
しているならばレーザーポイント3a、3c間の画素数
p2と前記のレーザーポイント2a、3a間の画素数p
1は同数になる。もし、同数でなければレーザー装置お
よびCCDカメラが被測定物面に対して直角に対向して
いないことを意味する。その傾き角度を数値的に修正す
るためにコンピュータは2a、3a間、3a、3c(ま
たは2a、3c)間の画素数p1、p2の比と既知の距
離Bからp2の距離Cを計算し、次いで、そのCとレー
ザーポインター3の首振り角度θ(又は90ーθ)から
装置1より3C間での距離lbが計算される。さらに、
lbとlaとの差から被測定物のレーザー光源に対する
傾斜角度を知り、モニター画面ないしCCDカメラによ
る撮像上の基準寸法を計算し、撮像における基準スケー
ルを確定するのである。そのスケールは撮像上に表示
し、あるいは寸法、面積などの計算の基準としてコンピ
ュータに記憶される。
【0014】 次いで、垂直(または水平)方向の測定
がなされる。固定側レーザーポインター2と垂直方向に
所定間隔を隔てて装着した垂直側レーザーポインター4
により、前記の水平側の測定手法、手順により測定す
る。これによって、垂直、水平方向の基準スケールが作
成される。
【0015】 作成された水平方向、垂直方向の基準ス
ケールを使用し、コンピュータのモニター画面にある撮
像の二点をクリック(指示)して長さを、また、2点な
いし4点をクリックして面積を計算することがソフトウ
ェア上可能であり、また、その撮像を紙面上にコピーし
て基準スケールを用いて計測することも可能である。以
上の測定手順の概要をフローチャートとして示したもの
が図4である。
【0016】 フローチャートの左欄は上記のレーザー
光線およびCCDカメラ等の操作手順を示したものであ
り、中欄と右欄は撮像からの測長、面積計算等を示した
ものである。
【0017】 CCDカメラ5の対物レンズ5aの位置
は任意でよいが、レンズ収差を考慮して被測定物の測定
部分がモニター画面の中心に捕らえられることが、測定
精度を保つためには有効であることは当然である。
【0018】
【発明の効果】 以上の操作によって、カメラまたは光
源からの距離を知ることができるのもであり、したがっ
て、被測定物の三次元形状測定にも使用し得ることは勿
論である。基準となるスケールをモニター画面上に表示
することによって寸法を視覚的に捕らえることも可能で
ある。
【0019】 CCDカメラとコンピュータ装置にレー
ザー光線照射用のポインター3台を平行にまたは角度調
節自在に装着したことにより三次元計測が簡単な操作に
よって行うことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る二次元測定器の外観を示す斜視図
である。
【図2】本発明に係る二次元測定器を用いて建物の壁面
の寸法、面積を計測する方法を示す斜視図である。
【図3】寸法計測のためのレーザー光線照射方向を示し
た平面図である。
【図4】計測手順の概要を示すフローチャート図であ
る。
【図5】従来タイプの三次元測定装置の斜視図である。
【符号の説明】
1 寸法測定装置本体 2 固定側レーザーポインター 3 垂直側レーザーポインター 4 水平側レーザーポインター 5 CCDカメラユニット 6 コンピュータ 7 ビデオ装置 8 モニタ画面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597017982 上野 勝彦 大阪府河内長野市河合寺714番地 (71)出願人 395019328 シーエスケイ大阪システム株式会社 大阪府大阪市北区梅田1丁目1番3−1900 号 (72)発明者 角田 智晃 大阪府大阪市此花区島屋4丁目2番7− 312号有限会社プロポート内 (72)発明者 宮本 行雄 大阪府大阪市此花区島屋4丁目2番7− 312号関西システムプロダクト株式会社内 (72)発明者 大木 信二 大阪府大阪市浪速区日本橋東2丁目9番16 号日本エルエスアイカード株式会社内 (72)発明者 上野 勝彦 大阪府河内長野市河合寺714番地 (72)発明者 橋元 博久 大阪市中央区城見1丁目3番7号松下IM Pビル17Fシーエスケイ大阪システム株式 会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれレーザー光発信装置に接続され
    た位置固定のレーザーポインターと、そのポインターか
    ら水平及び垂直方向に所定距離を隔て、かつ、前記の固
    定のレーザーに対して水平又は垂直方向に角度可変に装
    着されたレーザーポインターと、そのレーザーポインタ
    ーの照射角度コントロールをし、かつ、画像処理機能を
    有するコンピュータとCCDカメラからなることに特徴
    を有する三次元寸法測定装置。
  2. 【請求項2】 被測定物の表面に、二体のレーザーポイ
    ンターにより平行かつ所定間隔でもってレーザーポイン
    トを照射形成し、次いで、一のレーザーポイントを他の
    レーザーによるレーザーポイントに重ね合わせて、その
    ために回動した角度θを知り、さらに、そのレーザーポ
    インターを逆方向に2θ回動させて照射することによっ
    て、被測定物のレーザーポインターから距離とレーザー
    ポインターに対する傾斜角度を計測し、CCDカメラに
    よる撮像についての基準スケールを作成することに特徴
    を有する三次元寸法測定方法。
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