JP3803750B2

JP3803750B2 - 体積計測方法及び体積計測プログラム

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Publication number: JP3803750B2
Application number: JP2002046610A
Authority: JP
Inventors: 康之内田; 馨大崎
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003247805A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ視点から放射状に投射して投射対象までの距離を計測する３次元計測センサを用いて体積を計測する体積計測方法、及び、センサ視点から投射対象に対し放射状に投射する３次元計測センサから得られる投射画像に基づいて計測される前記投射対象の３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させる体積計測プログラムに関するものである。
特に、建設機械や産業用ロボットの様な作業用アームがある場合には作業計画のプランニングや作業遂行量等の計測に、また、無人の移動車両に搭載した場合には、障害物までの空間の体積と自分の体積を比較することで自律航行するための指令値の導出に有用である。なお、本明細書において、体積とは、計測対象等の物体の体積の他に、投射領域等の空間の体積（容積）を含むものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、図１０（ａ）に示すように、計測値から得られた座標（ｘ，ｙ，ｚ）をｘｙ平面に投影して隣接する座標との間で領域を区切って底面とし、これが高さｚを持つ角柱であるとして全ての座標について体積を積算する手法や、同図（ｂ）に示すように、隣接する座標を相互に結んで対象物の表面を覆うように三角形を構成し、それらを投影した角柱を作り体積を積算する手法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す様な方法では、空間の体積を計測することができず、例えば、土木事業等での掘削作業において、掘削して形成された穴の容積を計測することができない。この場合、上述した図９に示す従来の計測方法では、掘削した土砂の体積を計測するしかなく、掘削土が毎回異なる場所に捨てられる場合は、その場所の分、複数台の計測機器が必要となり、計測効率を悪化させる原因となっていた。
【０００４】
また、図１０に示す様な方法では、計測する座標が多くなるほど相互の位置関係から隣接点を探索し境界線を求めるための計算量が急激に増大するという問題がある。したがって、高性能の計測機器が必要となり、コストが増大する原因となっていた。
【０００５】
更に、図１１に示すように、円錐台又は角錐台を逆さにしたような物体Ｗでは、単純に各座標ａ，ｂ，ｃ，ｄを水平面に投影すると、座標ａ，ｂから投影された微小柱体Ａ，Ｂは正確に体積を算出できるが、座標ｃ，ｄから投影された微小柱体Ｃ，Ｄにおいては、物体Ｗの内外のどちらに存在するか区別なく体積を計算されてしまうこととなる。このため、この積算誤差の出現を回避するために、計測した点に関し、どの領域が物体Ｗの表面なのかを認識する必要があり、面の方向などの判別をするという複雑な処理が必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解消するため、空間体積の計測を実現するとともに、土木事業等における掘削作業の作業効率の向上を図ることを目的としている。また、体積計測処理の高速化及び低コスト化の実現を図ることにある。更に、計測対象Ｗの体積計測の高精度化を図ることにある。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の体積計測方法は、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射して得られる投射画像から前記投射対象Ｐの３次元データを計測する３次元計測センサ１０を用いて体積を計測する体積計測方法であって、
前記３次元計測センサ１０から得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点Ｏから前記投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した前記投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び前記微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出するデータ導出ステップと、
前記センサ視点Ｏを頂点とし前記投射距離Ｒ_ijを高さとし前記微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを計測する要素体積計測ステップと、前記要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、前記センサ視点Ｏから前記投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡの総体積Ｖを計測する総体積計測ステップと、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の体積計測方法は、請求項１記載の体積計測方法において、前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に前記計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、前記計測対象Ｗの体積を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする。
【０００９】
更に、請求項３記載の体積計測方法は、請求項１記載の体積計測方法において、過去に計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の体積計測プログラムは、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射する３次元計測センサ１０から得られる投射画像に基づいて計測される前記投射対象Ｐの３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させる体積計測プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記３次元計測センサ１０から得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点Ｏから前記投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した前記投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び前記微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出するデータ導出手段３、
前記センサ視点Ｏを頂点とし前記投射距離Ｒ_ijを高さとし前記微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを計測する要素体積計測手段４、
前記要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、前記センサ視点Ｏから前記投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡの総体積Ｖを計測する総体積計測手段５、
として機能させることを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項５記載の体積計測プログラムは、請求項４記載の体積計測プログラムにおいて、前記コンピュータを、更に、
前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に前記計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、前記計測対象Ｗの体積を計測する比較計測手段７として機能させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の体積計測プログラムは、請求項４記載の体積計測プログラムにおいて、前記コンピュータを、更に、
過去に計測した前記投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測手段７として機能させることを特徴とする。
【００１３】
上記発明によれば、投射領域ＰＡの空間体積の計測が実現することができる。また、投射領域ＰＡ内の体積変化量が計測可能となるため、作業アームを用いた掘削作業、搬送作業等に適用することが可能である。更に、投射領域ＰＡ内に存在する計測対象Ｗの体積の計測が可能となるため、無人の移動車両における自立走行に適用することができる。
【００１４】
また、計測対象Ｗの体積計測においては、複数台の３次元計測センサ１０の各投射対象Ｐを予め設定された仮想平面とし、その投射領域ＰＡを任意の閉空間とする。そして、各閉空間が重複せず、かつ、連続して接合するように、計測対象Ｗの周囲に複数台の３次元計測センサ１０を配置する。そして、各センサに基づいて計測された各体積を合計することで、計測対象Ｗの体積を計測することができる。これにより、計測対象Ｗの複雑な形状を認識する必要なく、正確な体積が計測することができる。この３次元計測センサ１０の数は、好ましくは３台以上であり、また、各センサ毎の仮想平面を表す平面方程式を同一とすることにより、それぞれ計測対象Ｗを中心としてその周囲に等間隔に配置することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の体積計測プログラムの実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。体積計測プログラムは、ＲＯＭ，ＨＤＤ，ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納されており、不図示のコンピュータに接続されることで、３次元計測センサ１０から計測される３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させるプログラムである。この体積計測プログラムは、コンピュータを、後述する各手段３，４，５，７として機能させるプログラムである。
【００１６】
３次元計測センサ１０は、例えばステレオビジョン、レーザーレンジファインダー等、センサ視点Ｏから投射対象Ｐに対し放射状に投射して得られる投射画像から投射対象Ｐの３次元データを計測するセンサである。この３次元計測センサ１０は、コンピュータに接続されており、図２に示すように、計測された投射対象Ｐの各計測地点の３次元座標データは、図１に示す３次元データメモリ２に格納される。
【００１７】
データ導出手段３は、３次元計測センサ１０から得られた３次元データに基づいて、図２に示すように、センサ視点Ｏから投射画像内の注目画素（ｉ，ｊ）を投影した投影対象Ｐ上の微小投影面Ｆ_ijまでの投射距離Ｒ_ij及び微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを導出する。
【００１８】
要素体積計測手段４は、図２に示すように、導出されたデータに基づいて、センサ視点Ｏを頂点とし、投射距離Ｒ_ijを高さとし、微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijの体積( 以下、要素体積Ｖ_ijと呼ぶ) を計測する。
【００１９】
総体積計測手段５は、要素体積Ｖ_ijを総ての微小投影面Ｆ_ijにまで積分して、即ち、各微小錐体Ｃ_ijの要素体積Ｖ_ijを積算し、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡにおける総体積Ｖを計測することとなる。これにより、隣接する微小錐体Ｃ_ij同士が占める領域が空間内で重なり合うことなく隙間なく定義されるので、距離に応じた半径と広がり角度に基づき球体の一部の体積として計測可能であり、それらの積算により容易に投射対象面Ｐまでの体積を計測することが可能となる。
【００２０】
比較計測手段７は、投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けずに計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、前記投射領域ＰＡ内に計測対象Ｗを設けて同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、計測対象Ｗの体積を計測する。また、過去に計測した投射領域ＰＡの総体積Ｖと、同一センサ視点Ｏから同一方向に投射して計測した現在の投射領域ＰＡの総体積Ｖと、を比較して、その体積変化量を計測する。
【００２１】
図２（ａ）〜（ｃ）は、３次元計測センサ１０として、ステレオビジョンを適用した場合の原理図であり、複数台のセンサ１０により同一被写体（計測対象Ｗ）を写したときに、その位置関係により生じる像のずれから３次元データを算出するステレオビジョンに適用した場合の例を示したものである。また図３は、そのフローチャートである。
【００２２】
ステレオビジョン１０では、得られた距離画像はＣＣＤの画素毎に輝度値で距離画像が表示されているので、基準カメラのＣＣＤの画素配列に基づき計算すると考えられる。まず、得られた距離画像から得られる３次元座標計測データ（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）を読み込む（ＳＰ１）。
【００２３】
次に読み込んだ各３次元座標計測データ（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）を、３次元データメモリ２から各画素ごとに抽出する（ＳＰ２〜ＳＰ８）。
【００２４】
次に、ステレオビジョン１０では、抽出した画素（ｉ，ｊ）の３次元座標計測データは極座標ではないので（ＳＰ８−ＮＯ）、極座標に変換する（ＳＰ９）。すなわち、図２に示すように基準カメラ位置Ｏをセンサ視点Ｏとする。そして、図２（ｂ）に示すように、ＸＺ平面において、Ｚ軸と、センサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）中心を結ぶ線分と、のなす角をθとする。また、図２（ｃ）に示すように、ＹＺ平面において、Ｚ軸と、センサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）中心を結ぶ線分と、のなす角をφとする。θ及びφは下記式（１）により求めることができる。なお、ここではθ（φ）は注目画素（ｉ，ｊ）の中心までの角度であるためｉ（ｊ）に対して１／２画素分を引いて（あるいは足して）いる。またｐは注目画素（ｉ，ｊ）の画素幅又は画素高さ、ｆは焦点距離である。
【００２５】
【数１】

【００２６】
また、投射距離Ｒ_ijは、センサ視点Ｏから、注目画素（ｉ，ｊ）から投影された微小投影面Ｆ_ijまでの距離であり、複数のカメラにおける同一注目画素（ｉ，ｊ）の視差値が距離Ｒ_ijとして計測される。これにより、注目画素（ｉ，ｊ）から投影された微小投影面Ｆ_ijの座標（Ｘ_ij，Ｙ_ij，Ｚ_ij）が、極座標（Ｒ_ij，θ_ij，φ_ij）に変換される。
【００２７】
次に、投影対象Ｐにおける各注目画素（ｉ，ｊ）からの微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijを計測する（ＳＰ１０）。ここで、センサ視点Ｏから見て注目画素（ｉ，ｊ）の幅ｐ（Ｘ方向）に相当する角度をΔθ、注目画素（ｉ，ｊ）の高さｐ（Ｙ方向）に相当する角度をΔφとする。注目画素（ｉ，ｊ）の幅（高さ）に相当する角度は下記式（２）により求めることができる。
【００２８】
【数２】

【００２９】
この注目画素（ｉ，ｊ）に映っている範囲が投射距離Ｒ_ijを持つものとすると、この部分の体積は半径Ｒ_ijの球のうちセンサ視点Ｏと注目画素（ｉ，ｊ）の縁を結ぶ延長線により区切られた部分であると考えることができる。したがって、投影対象Ｐにおける各注目画素（ｉ，ｊ）からの微小投影面Ｆ_ijの微小投影面積Ｓ_ijは、半径Ｒ_ijの球の表面積（４πＲ_ij ²）に対して表面積（Ｒ_ijΔθ_i・Ｒ_ijΔφ_j）となる。
【００３０】
次に、センサ視点Ｏを頂点とし、注目画素（ｉ，ｊ）を通過する投射距離Ｒ_ijを高さとし、注目画素（ｉ，ｊ）か投影された微小投影面Ｆ_ijを底面とする微小錐体Ｃ_ijを作成する。この微小錐体Ｃ_ijの体積（要素体積）Ｖ_ijは、下記式（３）によって求められる（ＳＰ１１）。
【００３１】
【数３】

【００３２】
これを全画素について積み上げることにより、即ち、下記式（４）により、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの空間（投射領域ＰＡ）について体積Ｖが計測される（ＳＰ１２）。
【００３３】
【数４】

【００３４】
計測された総体積Ｖは、総体積データメモリ６に格納される（ＳＰ１３）。なお、上述の例は３次元計測センサ１０としてステレオビジョンを適用した例であるが、レーザレンジファインダを適用した場合、レーザレンジファインダから得られる３次元座標計測データは、極座標であるため（ＳＰ８−ＹＥＳ）、極座標変換をする必要はない。
【００３５】
なお、本手法はカメラから見た投射対象Ｐ又は物体（計測対象Ｗ）までの空間体積（投射領域ＰＡ）を求めるものであり、投射対象Ｐの体積や、センサ視点Ｏから投射対象Ｐまでの投射領域ＰＡ内に存在する計測対象Ｗの体積を直接求めることはできない。しかし、カメラ位置が固定されているような場合には計測した空間体積の変化は計測対象Ｗの体積変化に等しくなる。
【００３６】
そこで、図４及び図５を用いて、計測対象Ｗの体積を計測する例について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、３次元計測センサ１０を固定し、投射対象Ｐとしての床面に向けて投射する。これにより、同図（ａ）中、点線で示されている投射領域ＰＡの空間体積Ｖが計測される（ＳＰ１〜ＳＰ１５）。
【００３７】
次に、同図（ｂ）に示すように、同一投射領域ＰＡ内における床面に計測対象Ｗを載置する。そして、床面及び計測対象Ｗの表面を投射対象Ｐ’とすることで、ＳＰ１〜ＳＰ１３の処理により、同図（ｂ）中、点線で示されている投射領域ＰＡ’の空間体積Ｖ’を計測する（ＳＰ２０）。同図（ａ）及び同図（ｂ）における投射領域ＰＡ，ＰＡ’の総体積Ｖ，Ｖ’を総体積データメモリ６から読み出す（ＳＰ２１）。そして、両総体積Ｖ，Ｖ’の差分を取ることで、計測対象Ｗの体積（Ｖ−Ｖ’）が計測される（ＳＰ２２）。
【００３８】
また図５〜図７を用いて、掘削や盛土作業における作業量の計測に適用する場合について説明する。図６に示すように、３次元計測センサ１０及び体積計測プログラムは、パワーショベル機１１に搭載されている。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、平らな地形では、その地面を投射対象Ｐとして、センサ視点Ｏから地面までの３次元空間である投射領域ＰＡ（図中点線の範囲）の空間体積Ｖを計測する。
【００４０】
次に、同図（ｂ）に示すように、所定量の土を掘削して穴１２（１２ａ）を形成した場合、投射対象Ｐａは、穴１２ａの底面及び内周壁並びに地面となり、同図（ａ）の投射領域ＰＡに比べ、同図（ｂ）の投射領域ＰＡａが掘削土の掘削量分体積が増加して（図中点線の範囲）、空間体積Ｖａが計測される。
【００４１】
この状態から更に掘削して穴１２ｂを形成すると、同図（ｃ）に示すように、投射対象Ｐｂは、穴１２ａの底面及び内周壁，穴１２ｂの底面及び内周壁，並びに地面となり、同図（ｂ）の投射領域ＰＡａに比べ、同図（ｃ）の投射領域ＰＡｂが掘削土の掘削量分体積が増加して（図中点線の範囲）、空間体積Ｖｂが計測される。
【００４２】
したがって、同図（ｂ）での掘削体積を計測する場合は、同図（ａ）と同図（ｂ）との空間体積Ｖ，Ｖａを比較してその差分（Ｖ−Ｖａ）をとることで計測される。また、同図（ｃ）での掘削体積を計測する場合は、同図（ａ）と同図（ｃ）との空間体積Ｖ，Ｖｂを比較してその差分（Ｖ−Ｖｂ）をとることで計測される。更に、同図（ｂ）から同図（ｃ）への掘削体積を計測する場合は、同図（ｂ）と同図（ｃ）との空間体積Ｖａ，Ｖｂを比較してその差分（Ｖａ−Ｖｂ）をとることで計測される。
【００４３】
これにより、掘削作業中に掘削土の体積を把握することができ、目標とする掘削体積まで正確に掘削することが可能となる。
【００４４】
次に、他の例について説明する。本例は、図８に示すように、複数（図では２台）の３次元計測センサ１０（１０ａ，１０ｂ）を計測対象Ｗの周囲に、計測対象Ｗから放射状に等角度で固定配置して計測対象Ｗの体積を計測する例である。
【００４５】
本例の３次元計測センサ１０は、平面方程式を用いて仮想的に投影対象面ＰＩを定義する。すなわち、センサ視点Ｏから仮想投影対象面ＰＩまでをセンサ１０の最大投射距離Ｒmax として予め設定しておき、実際に計測した投射距離Ｒ_ijが、最大投射距離Ｒmax を越えると、最大投射距離Ｒmax に変換処理する。これにより、各３次元計測センサ１０ａ，１０ｂの最大計測空間体積を設定し、投影領域ＰＡをＰＡ１とＰＡ２に分割するようにしている。
【００４６】
従って、図８（ａ）に示すように、床面に計測対象Ｗが載置されていない場合、一方の３次元計測センサ１０ａの投射対象Ｐ１は、投射された床面と床面から仮想的に垂設する仮想投影対象面ＰＩとなり、空間体積Ｖ１が計測される。同様に、他方の３次元計測センサ１０ｂの投射対象Ｐ２は、投射された床面と床面から仮想的に垂設する仮想投影対象面ＰＩとなり、空間体積Ｖ２が計測される。
【００４７】
そして、図８（ｂ）に示すような、円錐台又は角錐台を逆さにした計測対象Ｗを、両投射領域ＰＡ１，ＰＡ２に渡るように床面に載置する。そして、この計測対象Ｗに向けて両センサ１０ａ，１０ｂから投射すると、空間体積Ｖ１’及びＶ２’が計測される。そして、一方のセンサ１０ａ側では、空間体積Ｖ１と空間体積Ｖ１’の差分により、仮想投射対象面ｐＩを境界にして、計測対象Ｗの略右半部Ｗａの体積（Ｖ１−Ｖ１’）が計測される。同様に他方のセンサ１０ｂ側で空間体積Ｖ２と空間体積Ｖ２’の差分により、仮想投射対象面ＰＩを境界にして、計測対象Ｗの略左半部Ｗｂの体積（Ｖ２−Ｖ２’）が計測される。この略右半部の体積と略左半部の体積を合計することで、計測対象Ｗの体積Ｖを計測することが可能となる。
【００４８】
これにより、計測対象Ｗの周囲から死角のない状態で複数の計測を行うときに、各視野を基準点の位置関係から重複することのないように閉空間で構成し合成することとなるので、複雑な物体認識を必要とせず計測対象Ｗの体積を計算することが可能となる。
【００４９】
図８では、３次元計測センサ１０を２台用いた場合について説明したが、図９に示すように、３台用いてもよい。この場合、各センサの仮想投射対象面ＰＩ、すなわち平面方程式を各センサ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにつき２面定義することで、投射領域ＰＡａ，ＰＡｂ，ＰＡｃ及びその空間体積を３分割することができ、各投射領域ＰＡに渡るように計測対象Ｗを載置することで、三方から計測対象Ｗに投射して体積を計測し、これらを合計することで、上記と同様に計測対象Ｗの体積を計測することが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、計測する座標が多くなっても相互の位置関係から隣接点を探索し境界線を求める必要がなく、センサに応じた規則性のある配列情報に基づいて、順次必要な体積を計算できるので、行程が少なくアルゴリズムも簡素化することができる。また、計測地点の増加による処理速度の低下を回避でき、逆に計測地点数を多くすることが可能となり、計算精度の向上、リアルタイム性の向上も図れる。
【００５１】
また、複雑な形状をした物体についても、各計測地点について計測対象の内外のどちらに存在する点かの区別、どの領域が計測対象の表面なのかの認識や、面の方向などの判別が必要なく、アルゴリズムの簡素化と処理速度の向上が図れる。
【００５２】
また、実時間処理の可能性から、時々刻々と変化する環境の中で、実時間で判断しなければならない、遠隔操縦や自動化を図った作業機に関する作業プランニングや高速移動を可能とする無人車両等のナビゲーション等への適用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の体積計測プログラムを示す概略ブロック構成図である。
【図２】本発明の体積計測プログラムにおける体積計測原理を示す図である。
【図３】本発明の体積計測プログラムを示すフローチャートである。
【図４】平面上にある計測対象の体積算出方法の一例を示した図である。
【図５】計測対象の体積計測を示すフローチャートである。
【図６】本発明の体積計測プログラムをパワーショベル機に搭載した例を示す図である。
【図７】本発明の体積計測プログラムをパワーショベル機に搭載したときの掘削体積を計測する概略図である。
【図８】平面上にある計測対象の体積算出方法の他の例を示した図である。
【図９】平面上にある計測対象の体積算出方法の応用例を示した図である。
【図１０】従来の計算手法における計測点の扱い方を示した図である。
【図１１】対象物が複雑な形状の時に生じる問題点を示した図である。
１…体積計測プログラム
３…データ導出手段
４…要素体積計測手段
５…総体積計測手段
７…比較計測手段
１０…３次元計測センサ
（ｉ，ｊ）…注目画素
Ｃ_ij…微小錐体
Ｆ_ij…微小投影面
Ｏ…センサ視点
Ｐ…投射対象
ＰＡ…投射領域
Ｒ_ij…投射距離
Ｓ_ij…微小投影面積
Ｖ…総体積
Ｖ_ij…要素体積

Claims

センサ視点から投射対象に対し放射状に投射して得られる投射画像から前記投射対象の３次元データを計測する３次元計測センサを用いて体積を計測する体積計測方法であって、
前記３次元計測センサから得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点から前記投射画像内の注目画素を投影した前記投影対象上の微小投影面までの投射距離及び前記微小投影面の微小投影面積を導出するデータ導出ステップと、
前記センサ視点を頂点とし前記投射距離を高さとし前記微小投影面を底面とする微小錐体の要素体積を計測する要素体積計測ステップと、
前記要素体積を総ての微小投影面にまで積分して、前記センサ視点から前記投射対象までの投射領域の総体積を計測する総体積計測ステップと、
を具備することを特徴とする体積計測方法。
前記投射領域内に計測対象を設けずに計測した前記投射領域の総体積と、前記投射領域内に前記計測対象を設けて同一センサ視点から同一方向に投射して計測した投射領域の総体積と、を比較して、前記計測対象の体積を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする請求項１記載の体積計測方法。
過去に計測した前記投射領域の総体積と、同一センサ視点から同一方向に投射して計測した現在の投射領域の総体積と、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測ステップを具備することを特徴とする請求項１記載の体積計測方法。
センサ視点から投射対象に対し放射状に投射する３次元計測センサから得られる投射画像に基づいて計測される前記投射対象の３次元データを用いて、コンピュータに体積を計測させる体積計測プログラムであって、
前記コンピュータを、
前記３次元計測センサから得られた前記３次元データに基づいて、前記センサ視点から前記投射画像内の注目画素を投影した前記投影対象上の微小投影面までの投射距離及び前記微小投影面の微小投影面積を導出するデータ導出手段、
前記センサ視点を頂点とし前記投射距離を高さとし前記微小投影面を底面とする微小錐体の要素体積を計測する要素体積計測手段、
前記要素体積を総ての微小投影面にまで積分して、前記センサ視点から前記投射対象までの投射領域の総体積を計測する総体積計測手段、
として機能させることを特徴とする体積計測プログラム。
前記コンピュータを、更に、
前記投射領域内に計測対象を設けずに計測した前記投射領域の総体積と、前記投射領域内に前記計測対象を設けて同一センサ視点から同一方向に投射して計測した投射領域の総体積と、を比較して、前記計測対象の体積を計測する比較計測手段として機能させることを特徴とする請求項４記載の体積計測プログラム。
前記コンピュータを、更に、
過去に計測した前記投射領域の総体積と、同一センサ視点から同一方向に投射して計測した現在の投射領域の総体積と、を比較して、その体積変化量を計測する比較計測手段として機能させることを特徴とする請求項４記載の体積計測プログラム。