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特許6041641寸法推定装置、寸法推定プログラムおよび寸法推定方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6041641

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】寸法推定装置、寸法推定プログラムおよび寸法推定方法

(51)【国際特許分類】

G01B 11/02 20060101AFI20161206BHJP

G06T 1/00 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

G01B11/02 H

G06T1/00 315

【請求項の数】23

【全頁数】49

(21)【出願番号】特願2012-262394(P2012-262394)

(22)【出願日】2012年11月30日

(65)【公開番号】特開2014-109440(P2014-109440A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年10月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】591102095

【氏名又は名称】三菱スペース・ソフトウエア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099461

【弁理士】

【氏名又は名称】溝井章司

(74)【代理人】

【識別番号】100122035

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺敏雄

(72)【発明者】

【氏名】青木佳史

【審査官】岸智史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０−００８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４−２１９２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０−２６６２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２−１９４００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００３９１６７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 T. Shakunaga and H. Kaneko，Shape from angles under perspective projection，Proceedings of International Conference on Computer Vision 1988，IEEE，１９８８年，pp. 671-678

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ１１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成する基準線分情報生成部と、
前記基準線分情報生成部によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出する基準軸ベクトル算出部と、
前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出するリファレンス線分ベクトル算出部と、
前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出する計測線分ベクトル算出部と、
前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出部によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出部によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する計測線分長算出部と
を備えることを特徴とする寸法推定装置。

【請求項2】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、
前記対象画像が撮像された位置を示す座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の一方の端点Ｐ_ｓへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｓを算出し、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の他方の端点Ｐ_ｅへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｅを算出し、
前記単位ベクトルＶ_ｓと、前記単位ベクトルＶ_ｅと、前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項１記載の寸法推定装置。

【請求項3】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の前記端点Ｐ_ｓへのベクトルＶ_ｓｔ_ｓを得るための媒介変数ｔ_ｓを、前記３つの基準軸ベクトルのうちいずれかの基準軸ベクトルを用いて算出し、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の前記端点Ｐ_ｅへのベクトルＶ_ｅｔ_ｅを得るための媒介変数ｔ_ｅを、前記いずれかの基準軸ベクトルを用いて算出し、
前記ベクトルＶ_ｓｔ_ｓと前記ベクトルＶ_ｅｔ_ｅとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項２記載の寸法推定装置。

【請求項4】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、以下の式（１０１）を計算して前記リファレンス線分ベクトルＬ_ｒを算出する、ことを特徴とする請求項３記載の寸法推定装置。

【数101】

【請求項5】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｚを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０２）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｓと前記媒介変数ｔ_ｅとを算出する、ことを特徴とする請求項４記載の寸法推定装置。

【数102】

【請求項6】

前記計測線分ベクトル算出部は、
前記対象画像が撮像された位置を示す座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の一方の端点Ｐ_ｍｓへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｍｓを算出し、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の他方の端点Ｐ_ｍｅへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｍｅを算出し、
前記単位ベクトルＶ_ｍｓと、前記単位ベクトルＶ_ｍｅと、前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルとを用いて、前記計測線分ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の寸法推定装置。

【請求項7】

前記計測線分ベクトル算出部は、
前記座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の前記端点Ｐ_ｍｓへのベクトルＶ_ｍｓｔ_ｍｓを得るための媒介変数ｔ_ｍｓを、前記３つの基準軸ベクトルのうちいずれかの基準軸ベクトルを用いて算出し、
前記座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の前記端点Ｐ_ｍｅへのベクトルＶ_ｍｅｔ_ｍｅを得るための媒介変数ｔ_ｍｅを、前記いずれかの基準軸ベクトルを用いて算出し、
前記ベクトルＶ_ｍｓｔ_ｍｓと前記ベクトルＶ_ｍｅｔ_ｍｅとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する
ことを特徴とする請求項６記載の寸法推定装置。

【請求項8】

前記計測線分ベクトル算出部は、以下の式（１０３）を計算して前記計測線分ベクトルＬ_ｍを算出する、ことを特徴とする請求項７記載の寸法推定装置。

【数103】

【請求項9】

前記計測線分ベクトル算出部は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｘを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０４）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｍｓと前記媒介変数ｔ_ｍｅとを算出する、ことを特徴とする請求項８記載の寸法推定装置。

【数104】

【請求項10】

前記計測線分長算出部は、前記リファレンス線分ベクトルに対する前記計測線分ベクトルの大きさの比率に前記リファレンス線分の既知の長さを乗じた値を前記計測線分の長さとして算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の寸法推定装置。

【請求項11】

前記基準軸ベクトル算出部は、
前記基準線分情報と前記撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを表す３つの単位ベクトルであって、ＦＰＭ（ＦｉｒｓｔＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇ）座標系またはＳＰＭ（ＳｅｃｏｎｄＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇ）座標系の３つの単位ベクトルを算出し、
ＦＰＭ座標系またはＳＰＭ座標系の前記３つの単位ベクトルを用いて、ワールド座標系の３つのベクトルを前記３つの基準軸ベクトルとして算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の寸法推定装置。

【請求項12】

対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成する基準線分情報生成処理と、
前記基準線分情報生成処理によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出する基準軸ベクトル算出処理と、
前記基準軸ベクトル算出処理によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出するリファレンス線分ベクトル算出処理と、
前記基準軸ベクトル算出処理によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出する計測線分ベクトル算出処理と、
前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出処理によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出処理によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する計測線分長算出処理と
をコンピュータに実行させるための寸法推定プログラム。

【請求項13】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、
前記対象画像が撮像された位置を示す座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の一方の端点Ｐ_ｓへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｓを算出する処理と、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の他方の端点Ｐ_ｅへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｅを算出する処理と、
前記単位ベクトルＶ_ｓと、前記単位ベクトルＶ_ｅと、前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する処理とを含む
ことを特徴とする請求項１２記載の寸法推定プログラム。

【請求項14】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の前記端点Ｐ_ｓへのベクトルＶ_ｓｔ_ｓを得るための媒介変数ｔ_ｓを、前記３つの基準軸ベクトルのうちいずれかの基準軸ベクトルを用いて算出する処理と、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の前記端点Ｐ_ｅへのベクトルＶ_ｅｔ_ｅを得るための媒介変数ｔ_ｅを、前記いずれかの基準軸ベクトルを用いて算出する処理と、
前記ベクトルＶ_ｓｔ_ｓと前記ベクトルＶ_ｅｔ_ｅとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する処理とを含む
ことを特徴とする請求項１３記載の寸法推定プログラム。

【請求項15】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、以下の式（１０１）を計算して前記リファレンス線分ベクトルＬ_ｒを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１４記載の寸法推定プログラム。

【数105】

【請求項16】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｚを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０２）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｓと前記媒介変数ｔ_ｅとを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１５記載の寸法推定プログラム。

【数106】

【請求項17】

前記計測線分ベクトル算出処理は、
前記対象画像が撮像された位置を示す座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の一方の端点Ｐ_ｍｓへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｍｓを算出する処理と、
前記座標点Ｐ_ｃから前記リファレンス線分の他方の端点Ｐ_ｍｅへの向きを有する単位ベクトルＶ_ｍｅを算出する処理と、
前記単位ベクトルＶ_ｍｓと、前記単位ベクトルＶ_ｍｅと、前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルとを用いて、前記計測線分ベクトルを算出する処理とを含む
ことを特徴とする請求項１２から請求項１６のいずれかに記載の寸法推定プログラム。

【請求項18】

前記計測線分ベクトル算出処理は、
前記座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の前記端点Ｐ_ｍｓへのベクトルＶ_ｍｓｔ_ｍｓを得るための媒介変数ｔ_ｍｓを、前記３つの基準軸ベクトルのうちいずれかの基準軸ベクトルを用いて算出する処理と、
前記座標点Ｐ_ｃから前記計測線分の前記端点Ｐ_ｍｅへのベクトルＶ_ｍｅｔ_ｍｅを得るための媒介変数ｔ_ｍｅを、前記いずれかの基準軸ベクトルを用いて算出する処理と、
前記ベクトルＶ_ｍｓｔ_ｍｓと前記ベクトルＶ_ｍｅｔ_ｍｅとを用いて、前記リファレンス線分ベクトルを算出する処理とを含む
ことを特徴とする請求項１７記載の寸法推定プログラム。

【請求項19】

前記計測線分ベクトル算出処理は、以下の式（１０３）を計算して前記計測線分ベクトルＬ_ｍを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１８記載の寸法推定プログラム。

【数107】

【請求項20】

前記計測線分ベクトル算出処理は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｘを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０４）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｍｓと前記媒介変数ｔ_ｍｅとを算出する処理を含む、ことを特徴とする請求項１９記載の寸法推定プログラム。

【数108】

【請求項21】

前記計測線分長算出処理は、前記リファレンス線分ベクトルに対する前記計測線分ベクトルの大きさの比率に前記リファレンス線分の既知の長さを乗じた値を前記計測線分の長さとして算出する処理を含む
ことを特徴とする請求項１２から請求項２０のいずれかに記載の寸法推定プログラム。

【請求項22】

前記基準軸ベクトル算出処理は、
前記基準線分情報と前記撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを表す３つの単位ベクトルであって、ＦＰＭ（ＦｉｒｓｔＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇ）座標系またはＳＰＭ（ＳｅｃｏｎｄＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇ）座標系の３つの単位ベクトルを算出する処理と、
ＦＰＭ座標系またはＳＰＭ座標系の前記３つの単位ベクトルを用いて、ワールド座標系の３つのベクトルを前記３つの基準軸ベクトルとして算出する処理とを含む
ことを特徴とする請求項１２から請求項２１のいずれかに記載の寸法推定プログラム。

【請求項23】

基準線分情報生成部が、対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成し、
基準軸ベクトル算出部が、前記基準線分情報生成部によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出し、
リファレンス線分ベクトル算出部が、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出し、
計測線分ベクトル算出部が、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出し、
計測線分長算出部が、前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出部によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出部によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する
ことを特徴とする寸法推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、写真に映っている被写体の寸法を計測するための寸法推定装置、寸法推定プログラムおよび寸法推定方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

写真に映った被写体の寸法を計測する方法としてステレオ計測が知られている。ステレオ計測とは、被写体を異なる方向から撮影し、撮影時の視差を利用して三角測量の原理で被写体の寸法を計測する方法である。
しかし、海上の不審船などを監視する監視業務のように監視対象を撮影する回数または角度が限定される場合、適当な視差を確保しながら監視対象を異なる方向から撮影することができない。そのため、ステレオ計測によって監視対象の正確な寸法を計測することは困難である。

【0003】

また、大きさが既知である比較部分を含んだ被写体が写真に映っている場合、被写体の計測部分と比較部分との大きさを比較することによって、被写体の計測部分の寸法を計測することができる。
但し、被写体が斜め方向から撮影されている場合、被写体の手前側の部分と奥側の部分とで写真に映る大きさが異なるため、被写体の計測部分の寸法を正確に計測することができない。

【0004】

図３６は、従来の寸法計測方法の概要図である。
例えば、被写体の円部分の直径「２メートル」が既知であるものとする（図３６の（ａ））。ここで、被写体は正面から撮像されているものとする（図３６の（ｂ））。
この場合、被写体の円部分の画素数「２０」と被写体の高さ方向の画素数「４０」との比率「２（＝４０／２０）」と、被写体の円部分の直径「２メートル」とを用いて、被写体の高さ「４メートル（＝２×２メートル）」を算出することができる（図３６の（ｃ）（ｄ））。
同様に、被写体の円部分の画素数「２０」と被写体の幅方向の画素数「１２０」との比率「６（＝１２０／２０）」と、被写体の円部分の直径「２メートル」とを用いて、被写体の幅「１２メートル（＝６×２メートル）」を算出することができる（図３６の（ｃ）（ｄ））。
但し、被写体が斜め方向から撮像されている場合（図３６の（ｅ））、被写体の手前側の部分ｄ２と奥側の部分ｄ１とで写真に映る大きさが異なるため、被写体の高さまたは幅を正確に計測することができない。

【0005】

非特許文献１には、斜め方向から撮影された被写体が映っている１枚の写真から被写体が映っている向きを表す三次元の姿勢ベクトルを算出する方法が開示されている。
しかし、被写体が映っている向きを表す三次元の姿勢ベクトルに基づいて被写体の寸法を計測する方法は開示も示唆もされていない。

【0006】

特許文献１には、視覚に基づく三次元位置および姿勢の認識方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平７−９８２１４号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｔ．Ｓｈａｋｕｎａｇａ，Ｈ．Ｋａｎｅｋｏ， ‘Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅａｎｇｌｅｔｒａｎｓｆｏｒｍ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｏｒｓｈａｐｅｆｒｏｍａｎｇｌｅｓ’，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＶｉｓｉｏｎ，ｖｏｌ．３，ｎｏ．３，ｐｐ．２３９−２５４，１９８９．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、例えば、対象物を斜め方向から撮像した対象画像を用いて対象物の寸法を正確に計測できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の寸法推定装置は、
対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成する基準線分情報生成部と、
前記基準線分情報生成部によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出する基準軸ベクトル算出部と、
前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出するリファレンス線分ベクトル算出部と、
前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出する計測線分ベクトル算出部と、
前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出部によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出部によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する計測線分長算出部とを備える。

【0011】

【0012】

【0013】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、以下の式（１０１）を計算して前記リファレンス線分ベクトルＬ_ｒを算出する。

【0014】

【数1】

【0015】

前記リファレンス線分ベクトル算出部は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｚを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０２）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｓと前記媒介変数ｔ_ｅとを算出する。

【0016】

【数2】

【0017】

【0018】

【0019】

前記計測線分ベクトル算出部は、以下の式（１０３）を計算して前記計測線分ベクトルＬ_ｍを算出する。

【0020】

【数3】

【0021】

前記計測線分ベクトル算出部は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｘを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０４）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｍｓと前記媒介変数ｔ_ｍｅとを算出する。

【0022】

【数4】

【0023】

前記計測線分長算出部は、前記リファレンス線分ベクトルに対する前記計測線分ベクトルの大きさの比率に前記リファレンス線分の既知の長さを乗じた値を前記計測線分の長さとして算出する。

【0024】

【0025】

本発明の寸法推定プログラムは、
対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成する基準線分情報生成処理と、
前記基準線分情報生成処理によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出する基準軸ベクトル算出処理と、
前記基準軸ベクトル算出処理によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出するリファレンス線分ベクトル算出処理と、
前記基準軸ベクトル算出処理によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出する計測線分ベクトル算出処理と、
前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出処理によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出処理によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する計測線分長算出処理と
をコンピュータに実行させる。

【0026】

【0027】

【0028】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、以下の式（１０１）を計算して前記リファレンス線分ベクトルＬ_ｒを算出する処理を含む。

【0029】

【数5】

【0030】

前記リファレンス線分ベクトル算出処理は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｚを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０２）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｓと前記媒介変数ｔ_ｅとを算出する処理を含む。

【0031】

【数6】

【0032】

【0033】

【0034】

前記計測線分ベクトル算出処理は、以下の式（１０３）を計算して前記計測線分ベクトルＬ_ｍを算出する処理を含む。

【0035】

【数7】

【0036】

前記計測線分ベクトル算出処理は、前記３つの基準軸ベクトルの原点Ｐ_０の座標値を用いると共に基準軸ベクトルＯｘを前記いずれかの基準軸ベクトルとして用いて以下の式（１０４）を計算し、前記媒介変数ｔ_ｍｓと前記媒介変数ｔ_ｍｅとを算出する処理を含む。

【0037】

【数8】

【0038】

前記計測線分長算出処理は、前記リファレンス線分ベクトルに対する前記計測線分ベクトルの大きさの比率に前記リファレンス線分の既知の長さを乗じた値を前記計測線分の長さとして算出する処理を含む。

【0039】

【0040】

本発明の寸法推定方法は、
基準線分情報生成部が、対象物を斜め方向から撮像した対象画像に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報を生成し、
基準軸ベクトル算出部が、前記基準線分情報生成部によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータとに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトルを算出し、
リファレンス線分ベクトル算出部が、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトルとして算出し、
計測線分ベクトル算出部が、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出し、
計測線分長算出部が、前記リファレンス線分の既知の長さと、前記リファレンス線分ベクトル算出部によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出部によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さを算出する。

【発明の効果】

【0041】

本発明によれば、例えば、対象物を斜め方向から撮像した対象画像を用いて対象物の寸法を正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】実施の形態１における画像寸法推定装置１００の機能構成図である。

【図2】実施の形態１における画像寸法推定方法を示すフローチャートである。

【図3】実施の形態１における写真画像１０１の一例を示す図である。

【図4】実施の形態１における姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］の一例を示す図である。

【図5】実施の形態１における姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］の一例を示す図である。

【図6】実施の形態１における撮影パラメータ１３９の関係図である。

【図7】実施の形態１における撮影パラメータ設定処理（Ｓ１３０）の一例を示すフローチャートである。

【図8】実施の形態１におけるリファレンス設定部１５０の構成図である。

【図9】実施の形態１におけるリファレンス設定処理（Ｓ１５０）を示すフローチャートである。

【図10】実施の形態１における基準軸ベクトル投影処理（Ｓ１５１）の概要図である。

【図11】実施の形態１における基準軸ベクトル移動処理（Ｓ１５３）の概要図である。

【図12】実施の形態１におけるリファレンス線分設定処理（Ｓ１５４）の概要図である。

【図13】実施の形態１におけるリファレンス線分設定処理（Ｓ１５５）の概要図である。

【図14】実施の形態１におけるリファレンス線分ベクトル算出処理（Ｓ１５６）の概要図である。

【図15】実施の形態１における寸法推定部１６０の構成図である。

【図16】実施の形態１における寸法推定処理（Ｓ１６０）を示すフローチャートである。

【図17】実施の形態１におけるＳ１６１からＳ１６５の概要図である。

【図18】実施の形態１におけるＳ１６６の概要図である。

【図19】実施の形態１における基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）を示すフローチャートである。

【図20】実施の形態１における基準軸ベクトル算出処理［ＦＰＭ座標系］（Ｓ１４２）を示すフローチャートである。

【図21】実施の形態１における端点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ａ）の概要図である。

【図22】実施の形態１における交点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｂ）の概要図である。

【図23】実施の形態１におけるＦＰＭ座標面算出処理（Ｓ１４２Ｃ）の概要図である。

【図24】実施の形態１におけるＦＰＭ座標面ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｄ）の概要図である。

【図25】実施の形態１におけるＦＰＭ座標系の単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｅ）の概要図である。

【図26】実施の形態１における被写体座標系の基準軸ベクトルの関係図である。

【図27】実施の形態１における基準軸ベクトル算出処理［ＳＰＭ座標系］（Ｓ１４３）を示すフローチャートである。

【図28】実施の形態１における交点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４３Ａ）の概要図である。

【図29】実施の形態１におけるＳＰＭ座標面算出処理（Ｓ１４３Ｂ）の概要図である。

【図30】実施の形態１における姿勢基準軸投影処理（Ｓ１４３Ｃ）の概要図である。

【図31】実施の形態１におけるＳＰＭ座標系の単位ベクトル算出処理（Ｓ１４３Ｄ）の概要図である。

【図32】実施の形態１におけるＳＰＭ座標面内の姿勢基準軸の関係図である。

【図33】実施の形態１における基準原点算出処理（Ｓ１４３Ｆ）の概要図である。

【図34】実施の形態１における画像寸法推定装置１００のハードウェア資源の一例を示す図である。

【図35】実施の形態１における被写体１０２の三次元モデルを表す図である。

【図36】従来の寸法計測方法の概要図である。

【発明を実施するための形態】

【0043】

実施の形態１．
被写体を斜め方向から撮像した一枚の画像を用いて被写体の寸法を正確に計測する形態について説明する。

【0044】

図１は、実施の形態１における画像寸法推定装置１００の機能構成図である。
実施の形態１における画像寸法推定装置１００の機能構成について、図１に基づいて説明する。

【0045】

画像寸法推定装置１００（寸法推定装置の一例）は、写真画像表示部１１０、姿勢基準軸設定部１２０（基準線分情報生成部の一例）、撮影パラメータ設定部１３０、基準軸ベクトル推定部１４０（基準軸ベクトル算出部の一例）、リファレンス設定部１５０（リファレンス線分ベクトル算出部の一例）、寸法推定部１６０（計測線分ベクトル算出部、計測線分長算出部の一例）および推定結果出力部１７０を備える。
また、画像寸法推定装置１００は、写真画像データベース１８０、装置記憶部１９０および入力機器１０９を備える。

【0046】

写真画像表示部１１０は、入力機器１０９を用いて入力される写真画像１０１をディスプレイに表示する。
姿勢基準軸設定部１２０は、写真画像１０１に映っている被写体の姿勢基準軸を写真画像１０１の二次元の座標値を用いて示す姿勢基準軸データ１２９を生成する。
撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１を撮影した際にカメラに設定された撮影パラメータ１３９を取得する。
基準軸ベクトル推定部１４０は、姿勢基準軸データ１２９と撮影パラメータ１３９とを用いて、写真画像１０１に映っている被写体の姿勢を表す三次元の基準軸ベクトル１４９を算出する。
リファレンス設定部１５０は、基準軸ベクトル１４９を用いて、写真画像１０１に映っている被写体のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分を表す三次元のリファレンス線分ベクトル１５９ａを算出する。また、リファレンス設定部１５０は、リファレンス線分の既知の長さとしてリファレンス線分長１５９ｂを取得する。
寸法推定部１６０は、基準軸ベクトル１４９とリファレンス線分ベクトル１５９ａとリファレンス線分長１５９ｂとを用いて、写真画像１０１に映っている被写体のうち長さが未知の線分である計測線分の長さを示す計測線分長１６９を算出する。
推定結果出力部１７０は、計測線分長１６９を出力する。

【0047】

写真画像データベース１８０は、写真画像１０１と計測線分長１６９とを対応付けて記憶するデータベースである。

【0048】

装置記憶部１９０は、画像寸法推定装置１００で使用するデータを記憶する。
例えば、写真画像１０１、姿勢基準軸データ１２９、撮影パラメータ１３９、基準軸ベクトル１４９、リファレンス線分ベクトル１５９ａ、リファレンス線分長１５９ｂおよび計測線分長１６９は、装置記憶部１９０に記憶されるデータの一例である。

【0049】

図２は、実施の形態１における画像寸法推定方法を示すフローチャートである。
実施の形態１における画像寸法推定方法について、図２に基づいて説明する。

【0050】

Ｓ１１０において、利用者は、キーボードまたはマウスなどの入力機器１０９を用いて写真画像１０１を指定する。
写真画像表示部１１０は、利用者の指定に従って、ＣＤドライブまたはスキャナなどの入力機器１０９から写真画像１０１を取得する。例えば、写真画像表示部１１０は、ＣＤドライブに挿入されたＣＤ（コンパクトディスク）から写真画像１０１を読み出す。または、写真画像表示部１１０は、写真画像１０１を読み取ったスキャナから写真画像１０１を受け取る。但し、写真画像表示部１１０は、ＣＤドライブまたはスキャナ以外の入力機器１０９から写真画像１０１を取得しても構わない。
写真画像表示部１１０は、取得した写真画像１０１をディスプレイに表示する。
図３は、実施の形態１における写真画像１０１の一例を示す図である。
図３に示すように、写真画像１０１は、被写体１０２を斜めの方向から撮像して得られた画像である。
Ｓ１１０の後、処理はＳ１２０に進む。

【0051】

Ｓ１２０において、利用者は、入力機器１０９を用いて、写真画像１０１に映っている被写体１０２の姿勢を表す３つの線分を被写体１０２の姿勢基準軸として指定する。
被写体１０２の姿勢を表す３つの線分とは、被写体１０２の幅方向を表す線分と、被写体１０２の奥行き方向を表す線分と、被写体１０２の高さ方向を表す線分との３つの線分のことである。
姿勢基準軸設定部１２０は、指定された姿勢基準軸を写真画像１０１の二次元の座標値を用いて特定し、姿勢基準軸を表す姿勢基準軸データ１２９を生成する。写真画像１０１の二次元の座標値とは、写真画像１０１の横方向の座標値および写真画像１０１の縦方向の座標値である。
図４、図５は、実施の形態１における姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］の一例を示す図である。
図４に示すように、利用者は、マウスを操作することによってマウスカーソル１０９ａを移動し、被写体１０２の高さ方向の辺に沿った線分ｌｘと、被写体１０２の奥行き方向の辺に沿った線分ｌｙと、被写体１０２の幅方向の辺に沿った線分ｌｚとを指定する。但し、利用者は、マウス以外の入力機器１０９（例えば、キーボード）を用いて３つの線分ｌｘ、ｌｙ、ｌｚを指定しても構わない。
例えば、姿勢基準軸設定部１２０は、線分ｌｘの両端の二次元の座標値と、線分ｌｙの両端の二次元の座標値と、線分ｌｚの両端の二次元の座標値とを特定し、特定した各座標値を含んだデータを姿勢基準軸データ１２９として生成する。
利用者は、図４に示すように１点で交わっている３つの線分ｌｘ、ｌｙ、ｌｚを指定してもよいし、図５に示すように１点で交わっていない３つの線分ｌｘ、ｌｙ、ｌｚを指定してもよい。
Ｓ１２０の後、処理はＳ１３０に進む。
但し、Ｓ１２０はＳ１３０の後に実行してもよいし、Ｓ１３０と並行して実行しても構わない。

【0052】

Ｓ１３０において、撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１を撮像したカメラの焦点距離、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）の縦方向のサイズまたはレンズの縦方向の視野角などを撮影パラメータ１３９として取得する。ＣＣＤはイメージセンサの一例である。
以下、ＣＣＤの縦方向のサイズを縦方向ＣＣＤサイズという。また、レンズの縦方向の視野角を縦方向視野角という。
図６は、実施の形態１における撮影パラメータ１３９の関係図である。焦点距離、縦方向ＣＣＤサイズおよび縦方向視野角は、図６に示すような関係にある。
撮影パラメータ設定部１３０は、焦点距離、縦方向ＣＣＤサイズまたは縦方向視野角に相当する他の撮影パラメータ１３９を取得しても構わない。

【0053】

図７は、実施の形態１における撮影パラメータ設定処理（Ｓ１３０）の一例を示すフローチャートである。
実施の形態１における撮影パラメータ設定処理（Ｓ１３０）について、図７に基づいて説明する。

【0054】

Ｓ１３１において、撮影パラメータ設定部１３０は、撮影パラメータ１３９に関する付加情報が写真画像１０１に付加されているか否かを判定する。
例えば、Ｅｘｉｆ（Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅｉｍａｇｅｆｉｌｅｆｏｒｍａｔ）は、写真画像１０１に付加される付加情報の一例である。
写真画像１０１に付加情報が付加されている場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１３２に進む。
写真画像１０１に付加情報が付加されていない場合（ＮＯ）、処理はＳ１３６ａに進む。

【0055】

Ｓ１３２において、撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１の付加情報に焦点距離が含まれているか否かを判定する。
写真画像１０１の付加情報に焦点距離が含まれている場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１３３ａに進む。
写真画像１０１の付加情報に焦点距離が含まれていない場合（ＮＯ）、処理はＳ１３３ｂに進む。

【0056】

Ｓ１３３ａにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１の付加情報から焦点距離を取得する。
Ｓ１３３ａの後、処理はＳ１３４に進む。

【0057】

Ｓ１３３ｂにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、焦点距離の入力を要求するメッセージをディスプレイに表示する。
そして、利用者は入力機器１０９を用いて焦点距離を入力し、撮影パラメータ設定部１３０は入力された焦点距離を取得する。
Ｓ１３３ｂの後、処理はＳ１３４に進む。

【0058】

Ｓ１３４において、撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１の付加情報に縦方向ＣＣＤサイズが含まれているか否かを判定する。
写真画像１０１の付加情報に縦方向ＣＣＤサイズが含まれている場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１３５ａに進む。
写真画像１０１の付加情報に縦方向ＣＣＤサイズが含まれていない場合（ＮＯ）、処理はＳ１３５ｂに進む。

【0059】

Ｓ１３５ａにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、写真画像１０１の付加情報から縦方向ＣＣＤサイズを取得する。
Ｓ１３５ａの後、処理はＳ１３７に進む。

【0060】

Ｓ１３５ｂにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、縦方向ＣＣＤサイズの入力を要求するメッセージをディスプレイに表示する。
そして、利用者は入力機器１０９を用いて縦方向ＣＣＤサイズを入力し、撮影パラメータ設定部１３０は入力された縦方向ＣＣＤサイズを取得する。
但し、写真画像１０１の付加情報に焦点距離が含まれる場合、撮影パラメータ設定部１３０は、焦点距離に基づいて縦方向ＣＣＤサイズを算出してもよい。例えば、焦点距離が３５ｍｍ換算の値である場合、縦方向ＣＣＤサイズは３５ｍｍである（ｍｍ：ミリメートル）。
Ｓ１３５ｂの後、処理はＳ１３７に進む。

【0061】

Ｓ１３６ａにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、Ｓ１３５ｂと同様に、利用者によって入力された縦方向ＣＣＤサイズを取得する。
Ｓ１３６ａの後、処理はＳ１３６ｂに進む。

【0062】

Ｓ１３６ｂにおいて、撮影パラメータ設定部１３０は、Ｓ１３３ｂと同様に、利用者によって入力された焦点距離を取得する。
Ｓ１３６ｂの後、処理はＳ１３７に進む。

【0063】

Ｓ１３７において、撮影パラメータ設定部１３０は、縦方向ＣＣＤサイズと焦点距離とを用いて、縦方向視野角を算出する。
例えば、撮影パラメータ設定部１３０は、以下の式（１）を計算することによって縦方向視野角を算出する。

【0064】

【数9】

【0065】

但し、写真画像１０１の付加情報に縦方向視野角が含まれる場合、撮影パラメータ設定部１３０は写真画像１０１の付加情報から縦方向視野角を取得してもよい。また、撮影パラメータ設定部１３０は、縦方向視野角の入力を要求するメッセージを表示し、利用者によって入力された縦方向視野角を取得してもよい。
Ｓ１３７により、撮影パラメータ設定処理（Ｓ１３０）は終了する。

【0066】

図２に戻り、画像寸法推定方法の説明を続ける。
Ｓ１３０の後、処理はＳ１４０に進む。

【0067】

Ｓ１４０において、基準軸ベクトル推定部１４０は、Ｓ１２０で生成された姿勢基準軸データ１２９と、Ｓ１３０で取得された撮影パラメータ１３９とを用いて、写真画像１０１に映っている被写体１０２の姿勢を表す基準軸ベクトル１４９を算出する。基準軸ベクトル１４９とは、被写体１０２の姿勢を表す三次元のベクトル値である。
例えば、基準軸ベクトル推定部１４０は、非特許文献１に開示されている技術を適用して基準軸ベクトル１４９を算出する。
非特許文献１の技術を利用する基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）については、別途説明する。
Ｓ１４０の後、処理はＳ１５０に進む。

【0068】

Ｓ１５０において、リファレンス設定部１５０は、基準軸ベクトル１４９を用いて、写真画像１０１に映っている被写体１０２のリファレンス線分を表すリファレンス線分ベクトル１５９ａを算出する。リファレンス線分とは、被写体１０２のうち長さが既知である線分である。例えば、リファレンス線分は利用者によって指定される。
さらに、リファレンス設定部１５０は、リファレンス線分の長さ（リファレンス線分長１５９ｂ）を取得する。

【0069】

リファレンス設定部１５０およびリファレンス設定処理（Ｓ１５０）の詳細について、以下に説明する。

【0070】

図８は、実施の形態１におけるリファレンス設定部１５０の構成図である。
実施の形態１におけるリファレンス設定部１５０の構成について、図８に基づいて説明する。

【0071】

リファレンス設定部１５０は、基準軸ベクトル投影部１５１、リファレンス線分設定部１５２、リファレンス線分ベクトル算出部１５３（リファレンス線分ベクトル算出部の一例）およびリファレンス線分長取得部１５４を備える。
基準軸ベクトル投影部１５１は、写真画像１０１に映っている被写体１０２に基準軸ベクトル１４９を投影して表示する。
リファレンス線分設定部１５２は、リファレンス線分の情報を取得し、写真画像１０１に映っている被写体１０２にリファレンス線分を描画する。
リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、被写体１０２に投影された基準軸ベクトル１４９を用いて、リファレンス線分ベクトル１５９ａを算出する。
リファレンス線分長取得部１５４は、既知であるリファレンス線分長１５９ｂを取得する。

【0072】

図９は、実施の形態１におけるリファレンス設定処理（Ｓ１５０）を示すフローチャートである。
実施の形態１におけるリファレンス設定処理（Ｓ１５０）について、図９に基づいて説明する。

【0073】

Ｓ１５１において、基準軸ベクトル投影部１５１は、写真画像１０１に映っている被写体１０２に、基準軸ベクトル１４９を投影して表示する（図１０参照）。
写真画像１０１への投影とは、三次元の基準軸ベクトル１４９を写真画像面の二次元のベクトルに変換することである。写真画像面とは、カメラから焦点距離だけ離れた座標点を含んでカメラの視線方向と直交する平面である。また、写真画像面に被写体１０２を投影した画像が写真画像１０１に相当する。
例えば、基準軸ベクトル投影部１５１は、被写体１０２の３つの線分（姿勢基準軸）の交点、またはいずれかの線分の端点に基準軸ベクトル１４９を投影する。
以下、基準軸ベクトル１４９を表す３つのベクトル［Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ］のうち２つのベクトル（例えば、ＯｙとＯｚ）が成す平面を「基準平面」という。
また、被写体１０２のうち大きさが分かっている部分を「リファレンス」という。
図１０は、実施の形態１における基準軸ベクトル投影処理（Ｓ１５１）の概要図である。図１０の「Ｐ_０」は基準軸ベクトル１４９の原点を示している。
Ｓ１５１の後、処理はＳ１５２に進む。

【0074】

Ｓ１５２において、利用者は、被写体１０２のうち大きさが分かっているリファレンスに基準軸ベクトル１４９が投影されているか否かを判定する。
基準軸ベクトル１４９がリファレンスに投影されている場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１５６に進む。
基準軸ベクトル１４９がリファレンスに投影されていない場合、つまり、基準軸ベクトル１４９がリファレンス以外の部分に投影されている場合（ＮＯ）、処理はＳ１５３に進む。

【0075】

Ｓ１５３において、利用者は、マウスを操作し、マウスカーソル１０９ａを用いて基準軸ベクトル１４９を被写体１０２のリファレンスに移動させる。但し、利用者は、マウス以外の入力機器１０９（例えば、キーボード）を用いて、基準軸ベクトル１４９を移動させても構わない。
基準軸ベクトル投影部１５１は、利用者による基準軸ベクトル１４９の移動に従って、基準軸ベクトル１４９を被写体１０２のリファレンスに投影して表示する。

【0076】

図１１は、実施の形態１における基準軸ベクトル移動処理（Ｓ１５３）の概要図である。
例えば、利用者は、図１１の（１）（２）に示す手順で、基準軸ベクトル１４９を被写体１０２のリファレンスに移動させる。移動前の基準軸ベクトル１４９を点線で記し、移動後の基準軸ベクトル１４９を実線で記す。
（１）利用者は、基準平面（Ｏｙ−Ｏｚ平面）内で基準軸ベクトル１４９を移動させる。
基準軸ベクトル投影部１５１は、基準平面内の移動先に基準軸ベクトル１４９を投影する。
（２）利用者は、基準平面と直交する法線ベクトル（Ｏｘ）の方向に基準軸ベクトル１４９を移動させる。
基準軸ベクトル投影部１５１は、移動先のリファレンスに基準軸ベクトル１４９を投影する。
以下、リファレンスに移動後の基準軸ベクトル１４９が表す基準平面（Ｏｙ−Ｏｚ平面）を「リファレンス平面」という。
Ｓ１５３（図９）の後、処理はＳ１５４に進む。

【0077】

Ｓ１５４において、利用者は、マウスを操作し、マウスカーソル１０９ａを用いて被写体１０２のリファレンスにリファレンス線分を指定する。リファレンス線分とは、リファレンスのうち長さが既知である線分である。利用者は、マウス以外の入力機器１０９を利用してリファレンス線分を指定しても構わない。
リファレンス線分設定部１５２は、利用者の指定に従ってリファレンス線分を描画する（図１２参照）。
図１２は、実施の形態１におけるリファレンス線分設定処理（Ｓ１５４）の概要図である。
Ｓ１５４の後、処理はＳ１５６に進む。

【0078】

Ｓ１５５において、利用者は、Ｓ１５４と同様に、被写体１０２のリファレンスにリファレンス線分を指定する。
リファレンス線分設定部１５２は、利用者の指定に従ってリファレンス線分を描画する（図１３参照）。
図１３は、実施の形態１におけるリファレンス線分設定処理（Ｓ１５５）の概要図である。
Ｓ１５５の後、処理はＳ１５６に進む。

【0079】

Ｓ１５６において、リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、基準軸ベクトル１４９を用いてリファレンス線分ベクトル１５９ａを算出する。
リファレンス線分ベクトル１５９ａは、リファレンス線分を表す三次元のベクトル値である。

【0080】

図１４は、実施の形態１におけるリファレンス線分ベクトル算出処理（Ｓ１５６）の概要図である。
例えば、リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、図１４の（１）（２）に示す手順で、リファレンス線分ベクトルＬｒを算出する。
（１）リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）内のリファレンス線分の端点Ｐｓおよび端点Ｐｅの座標値を取得する。
そして、リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、カメラの中心点Ｐｃから端点Ｐｓまたは端点Ｐｅへの向きを示す単位ベクトルＶｓおよび単位ベクトルＶｅを算出する。カメラの中心点Ｐｃは、写真画像１０１を撮像したときのカメラの位置を示す座標点、つまり、写真画像１０１が撮像された位置を示す座標点である。
（２）リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、単位ベクトルＶｓおよび単位ベクトルＶｅを用いてリファレンス線分ベクトルＬｒを算出する。
リファレンス線分ベクトルＬｒは、以下の各式を用いて算出することができる。

【0081】

リファレンスが成すリファレンス平面Γｒは、以下の式（２）で表すことができる。

【0082】

【数10】

【0083】

カメラの座標点Ｐｃとリファレンス線分の端点Ｐｓとを通る直線ｌｓは、単位ベクトルＶｓを用いて、以下の式（３ｓ）で表すことができる。
同様に、カメラの座標点Ｐｃとリファレンス線分の端点Ｐｅとを通る直線ｌｅは、単位ベクトルＶｅを用いて、以下の式（３ｅ）で表すことができる。

【0084】

【数11】

【0085】

上記の直線ｌｓの式（３ｓ）をｘｙｚ成分に分解すると以下の式（４ｓ）が得られる。
同様に、上記の直線ｌｅの式（３ｅ）をｘｙｚ成分に分解すると以下の式（４ｅ）が得られる。

【0086】

【数12】

【0087】

上記の直線ｌｓの分解式（４ｓ）を上記のリファレンス平面Γｒの式（２）に代入して展開すると、以下の式（５ｓ）が得られる。
同様に、直線ｌｅの分解式（４ｅ）を上記のリファレンス平面Γｒの式（２）に代入して展開すると、以下の式（５ｅ）が得られる。

【0088】

【数13】

【0089】

但し、上記の式（５ｓ）（５ｅ）において、リファレンス平面ΓｒがＯｘ−Ｏｙ平面でなく、Ｏｘ−Ｏｚ平面である場合、基準軸ベクトルＯｚ（ｘ_ｏｚ，ｙ_ｏｚ，ｚ_ｏｚ）は基準軸ベクトルＯｙ（ｘ_ｏｙ，ｙ_ｏｙ，ｚ_ｏｙ）に置き換わる。
同様に、リファレンス平面がＯｙ−Ｏｚ平面である場合、基準軸ベクトルＯｚ（ｘ_ｏｚ，ｙ_ｏｚ，ｚ_ｏｚ）は基準軸ベクトルＯｘ（ｘ_ｏｘ，ｙ_ｏｘ，ｚ_ｏｘ）に置き換わる。

【0090】

リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、上記の式（５ｓ）を計算して媒介変数ｔ_ｓを算出し、上記の式（５ｅ）を計算して媒介変数ｔ_ｅを算出する。

【0091】

媒介変数ｔ_ｓは端点Ｐｓを得るための変数値である。つまり、媒介変数ｔ_ｓはカメラの中心点Ｐｃから端点ＰｓへのベクトルＶ_ｓｔ_ｓを得るための変数値である。
同様に、媒介変数ｔ_ｅは端点Ｐｅを得るための変数値である。つまり、媒介変数ｔ_ｅはカメラの中心点Ｐｃから端点ＰｅへのベクトルＶ_ｅｔ_ｅを得るための変数値である。

【0092】

リファレンス線分ベクトル算出部１５３は、媒介変数値ｔ_ｓと媒介変数値ｔ_ｅとを以下の式（６）に代入し、リファレンス線分ベクトルＬｒを算出する。

【0093】

【数14】

【0094】

上記のＳ１５６により、リファレンス線分ベクトル１５９ａ（Ｌｒ）が算出される。
Ｓ１５６（図９）の後、処理はＳ１５７に進む。

【0095】

Ｓ１５７において、利用者は、入力機器１０９を用いて、既知であるリファレンス線分長１５９ｂを入力する。
リファレンス線分長取得部１５４は、入力されたリファレンス線分長１５９ｂを取得する。
Ｓ１５７の後、リファレンス設定処理（Ｓ１５０）は終了する。

【0096】

図２に戻り、画像寸法推定方法の説明を続ける。
リファレンス設定処理（Ｓ１５０）の後、処理はＳ１６０に進む。

【0097】

Ｓ１６０において、寸法推定部１６０は、リファレンス設定処理（Ｓ１５０）と同様に、基準軸ベクトル１４９を用いて計測線分ベクトルを算出する。
そして、寸法推定部１６０は、計測線分ベクトルと、リファレンス線分ベクトル１５９ａと、リファレンス線分長１５９ｂとを用いて、計測線分長１６９を算出する。
計測線分ベクトルとは、計測線分を表す三次元のベクトル値である。計測線分とは、被写体１０２のうち長さが未知である線分、つまり、計測する対象部分の線分である。例えば、計測線分は利用者によって指定される。

【0098】

寸法推定部１６０および寸法推定処理（Ｓ１６０）の詳細について、以下に説明する。

【0099】

図１５は、実施の形態１における寸法推定部１６０の構成図である。
実施の形態１における寸法推定部１６０の構成について、図１５に基づいて説明する。

【0100】

寸法推定部１６０は、基準軸ベクトル投影部１６１、計測線分設定部１６２、計測線分ベクトル算出部１６３（計測線分ベクトル算出部の一例）および計測線分長算出部１６４（計測線分長算出部の一例）を備える。
基準軸ベクトル投影部１６１は、写真画像１０１に映っている被写体１０２に基準軸ベクトル１４９を投影して表示する。
計測線分設定部１６２は、計測線分の情報を取得し、写真画像１０１に映っている被写体１０２に計測線分を描画する。
計測線分ベクトル算出部１６３は、被写体１０２に投影された基準軸ベクトル１４９を用いて、計測線分ベクトルを算出する。
計測線分長算出部１６４は、計測線分ベクトルと、リファレンス線分ベクトル１５９ａと、リファレンス線分長１５９ｂとを用いて、計測線分長１６９を算出する。

【0101】

図１６は、実施の形態１における寸法推定処理（Ｓ１６０）を示すフローチャートである。
実施の形態１における寸法推定処理（Ｓ１６０）について、図１６に基づいて説明する。

【0102】

寸法推定処理（Ｓ１６０）のＳ１６１からＳ１６６は、リファレンス設定処理（Ｓ１５０）（図９参照）のＳ１５１からＳ１５６と同様である。
つまり、Ｓ１５１からＳ１５６の「リファレンス」を「計測部分」に置き換え、「リファレンス平面」を「計測平面」に置き換え、「リファレンス線分」を「計測線分」に置き換えた処理がＳ１６１からＳ１６６である。

【0103】

図１７は、実施の形態１におけるＳ１６１からＳ１６５の概要図である。
Ｓ１６１からＳ１６５の処理概要を図１７に示す。図１７はＳ１５１からＳ１５５の概要図（図１１から図１３）に相当する。
基準軸ベクトル投影部１６１は、写真画像１０１に映っている被写体１０２に基準軸ベクトル１４９を投影して表示する（Ｓ１６１）。
基準軸ベクトル１４９が被写体１０２の計測部分に投影されていない場合（Ｓ１６２：ＹＥＳ）、基準軸ベクトル投影部１６１は、基準軸ベクトル１４９を被写体１０２の計測部分に移動する（Ｓ１６３）。
計測線分設定部１６２は、利用者の指定に従って計測線分を描画する（Ｓ１６４、Ｓ１６５）。

【0104】

図１８は、実施の形態１におけるＳ１６６の概要図である。
Ｓ１６６の処理概要を図１８に示す。図１８はＳ１５６の概要図（図１４）に相当する。
計測線分ベクトル算出部１６３は、計測部分に投影された基準軸ベクトル１４９を用いて、計測線分ベクトルＬｍを算出する（Ｓ１６６）。

【0105】

つまり、計測線分ベクトル算出部１６３は、カメラの中心点Ｐｃから計測線分の端点Ｐｍｓへの単位ベクトルＶｍｓと、カメラの中心点Ｐｃから計測線分の端点Ｐｍｅへの単位ベクトルＶｍｅとを算出する。
また、計測線分ベクトル算出部１６３は、以下の式（７ｓ）を計算して媒介変数ｔ_ｍｓを算出し、以下の式（７ｅ）を計算して媒介変数ｔ_ｍｅを算出する。
そして、計測線分ベクトル算出部１６３は、媒介変数ｔ_ｍｓと媒介変数ｔ_ｍｅとを用いて以下の式（７ｍ）を計算し、計測線分ベクトルＬｍを算出する。

【0106】

【数15】

【0107】

但し、上記の式（７ｓ）（７ｅ）において、計測平面ΓｍがＯｙ−Ｏｚ平面でなく、Ｏｘ−Ｏｚ平面である場合、基準軸ベクトルＯｘ（ｘ_ｏｘ，ｙ_ｏｘ，ｚ_ｏｘ）は基準軸ベクトルＯｙ（ｘ_ｏｙ，ｙ_ｏｙ，ｚ_ｏｙ）に置き換わる。
同様に、リファレンス平面がＯｘ−Ｏｙ平面である場合、基準軸ベクトルＯｘ（ｘ_ｏｘ，ｙ_ｏｘ，ｚ_ｏｘ）は基準軸ベクトルＯｚ（ｘ_ｏｚ，ｙ_ｏｚ，ｚ_ｏｚ）に置き換わる。

【0108】

媒介変数ｔ_ｍｓは端点Ｐｍｓを得るための変数値である。つまり、媒介変数ｔ_ｍｓはカメラの中心点Ｐｃから端点ＰｍｓへのベクトルＶ_ｍｓｔ_ｍｓを得るための変数値である。
同様に、媒介変数ｔ_ｍｅは端点Ｐｍｅを得るための変数値である。つまり、媒介変数ｔ_ｍｅはカメラの中心点Ｐｃから端点ＰｍｅへのベクトルＶ_ｍｅｔ_ｍｅを得るための変数値である。

【0109】

Ｓ１６７（図１６参照）において、計測線分長算出部１６４は、Ｓ１６６で算出した計測線分ベクトルと、リファレンス設定部１５０によって算出されたリファレンス線分ベクトル１５９ａと、リファレンス設定部１５０によって取得されたリファレンス線分長１５９ｂとを用いて、計測線分長１６９を算出する。

【0110】

以下に、計測線分長ｌ_{ｍ＿ｔｒｕｅ}を算出するための式（８）を示す。
以下の式（８）において、「Ｌｍ」は計測線分ベクトルであり、「Ｌｒ」はリファレンス線分ベクトル１５９ａであり、「ｌ_{ｒ＿ｔｒｕｅ}」はリファレンス線分長１５９ｂである。

【0111】

【数16】

【0112】

つまり、計測線分長算出部１６４は、リファレンス線分ベクトルに対する計測線分ベクトルの大きさの比率をリファレンス線分長に乗じた値を計測線分長１６９として算出する。
Ｓ１６７の後、寸法推定処理（Ｓ１６０）は終了する。

【0113】

図２に戻り、画像寸法推定方法の説明を続ける。
寸法推定処理（Ｓ１６０）の後、処理はＳ１７０に進む。

【0114】

Ｓ１７０において、推定結果出力部１７０は、Ｓ１６０で算出された計測線分長１６９を出力する。
例えば、推定結果出力部１７０は、計測線分長１６９をディスプレイ９１１に表示する。
また、推定結果出力部１７０は、計測線分長１６９と写真画像１０１（計測線分または計測線分ベクトルなどの情報を含む）とを対応付けて写真画像データベース１８０に記憶する。
計測部分は新たなリファレンスとして利用することができ、計測線分長１６９は新たな既知のリファレンス線分長として利用することができる。

【0115】

次に、非特許文献１の技術を利用する基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）について説明する。

【0116】

図１９は、実施の形態１における基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）を示すフローチャートである。
実施の形態１における基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）について、図１９に基づいて説明する。

【0117】

Ｓ１４１において、基準軸ベクトル推定部１４０は、姿勢基準軸データ１２９に基づいて、被写体１０２の姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］が図４のように一点で交わっているか、または図５のように一点で交わっていないか判定する。
姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］が一点で交わる場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１４２に進む。
姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］が一点で交わらない場合（ＮＯ）、処理はＳ１４３に進む。

【0118】

Ｓ１４２において、基準軸ベクトル推定部１４０は、非特許文献１で定義されたＦＰＭ座標系を用いて基準軸ベクトル１４９を算出する。
ＦＰＭはＦｉｒｓｔＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇの略である。
基準軸ベクトル算出処理［ＦＰＭ座標系］（Ｓ１４２）の詳細については別途説明する。
Ｓ１４２の後、基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）は終了する。

【0119】

Ｓ１４３において、基準軸ベクトル推定部１４０は、非特許文献１で定義されたＳＰＭ座標系を用いて基準軸ベクトル１４９を算出する。
ＳＰＭはＳｅｃｏｎｄＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＭｏｖｉｎｇの略である。
基準軸ベクトル推定処理［ＳＰＭ座標系］（Ｓ１４３）の詳細については別途説明する。
Ｓ１４３の後、基準軸ベクトル推定処理（Ｓ１４０）は終了する。

【0120】

図２０は、実施の形態１における基準軸ベクトル算出処理［ＦＰＭ座標系］（Ｓ１４２）を示すフローチャートである。
ＦＰＭ座標系を用いる基準軸ベクトル算出処理（Ｓ１４２）について、図２０に基づいて説明する。

【0121】

Ｓ１４２Ａにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）内の姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］の端点への単位ベクトル［Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ］を算出する（図２１参照）。
以下、単位ベクトル［Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ］を「端点単位ベクトル」という。
図２１は、実施の形態１における端点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ａ）の概要図である。
Ｓ１４２Ａの後、処理はＳ１４２Ｂに進む。

【0122】

Ｓ１４２Ｂにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）内の姿勢基準軸の交点ｌ_０への単位ベクトルＥｃを算出する（図２２参照）。
以下、単位ベクトルＥｃを「交点単位ベクトル」という。
図２２は、実施の形態１における交点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｂ）の概要図である。
Ｓ１４２Ｂの後、処理はＳ１４２Ｃに進む。

【0123】

Ｓ１４２Ｃにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから交点単位ベクトルＥｃの方向に焦点距離ｆだけ離れた座標点Ｐｆを算出する（図２３の（１）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、座標点Ｐｆを含んで交点単位ベクトルＥｃと直交する平面ｌｖ（Ｅｃ）を算出する（図２３の（２）参照）。つまり、交点単位ベクトルＥｃは平面ｌｖ（Ｅｃ）の法線ベクトルになる。
以下、平面ｌｖ（Ｅｃ）を「ＦＰＭ座標面」という。また、座標点Ｐｆを「ＦＰＭ座標原点」という。
図２３は、実施の形態１におけるＦＰＭ座標面算出処理（Ｓ１４２Ｃ）の概要図である。
Ｓ１４２Ｃの後、処理はＳ１４２Ｄに進む。

【0124】

Ｓ１４２Ｄにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、端点単位ベクトル［Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ］を含んだ直線とＦＰＭ座標面ｌｖ（Ｅｃ）との交点［Ｐｘ’，Ｐｙ’，Ｐｚ’］を算出する（図２４の（１）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、ＦＰＭ座標原点Ｐｆから交点［Ｐｘ’，Ｐｙ’，Ｐｚ’］へのベクトル［Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ］を算出する（図２４の（２）参照）。
以下、ベクトル［Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ］を「ＦＰＭ座標面ベクトル」という。
図２４は、実施の形態１におけるＦＰＭ座標面ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｄ）の概要図である。
Ｓ１４２Ｄの後、処理はＳ１４２Ｅに進む。

【0125】

Ｓ１４２Ｅにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、ＦＰＭ座標面ベクトル［Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ］のいずれかのベクトル（例えば、Ｇｘ）を選択する。
基準軸ベクトル推定部１４０は、選択したＦＰＭ座標面ベクトル（Ｇｘ）の単位ベクトルＥａ（＝Ｇｘ／｜Ｇｘ｜）を算出する（図２５参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、交点単位ベクトルＥｃと単位ベクトルＥａとの外積ベクトルＥｂ（＝Ｅｃ×Ｅａ）を算出する（図２５参照）。
単位べクトルＥａはＦＰＭ座標系のＡ軸の単位ベクトルであり、外積ベクトルＥｂはＦＰＭ座標系のＢ軸の単位ベクトルであり、交点単位ベクトルＥｃはＦＰＭ座標系のＣ軸の単位ベクトルである。単位ベクトル［Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃ］は「正規直交基底」ともいう。
図２５は、実施の形態１におけるＦＰＭ座標系の単位ベクトル算出処理（Ｓ１４２Ｅ）の概要図である。
Ｓ１４２Ｅの後、処理はＳ１４２Ｆに進む。

【0126】

Ｓ１４２Ｆにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、ＦＰＭ座標面ベクトル［Ｇｘ，Ｇｙ，Ｇｚ］を用いて、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］を算出する。
被写体座標系とは被写体１０２に設定したローカル座標系である。また、基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］は、被写体座標系の単位ベクトル（正規直交基底）である。
図２６は、実施の形態１における被写体座標系の基準軸ベクトルの関係図である。
図２６において、ＧｚとＧｙとが成す見かけの角度Δβ、ＧｘとＧｙとが成す見かけの角度β_２およびＧｘとＧｚとが成す見かけの角度β_１は、以下の式（１１）で表すことができる。

【0127】

【数17】

【0128】

さらに、Ｅ１とＥ２とが成す実際の角度ΔαのｔａｎΔαは、Ｅ３とＦＰＭ座標系のＣ軸とが成す角度ψとを用いて、以下の式（１２）で表すことができる。

【0129】

【数18】

【0130】

ここで、被写体１０２の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２］が成す角度Δαは９０度であるから、上記の式（１２）は、以下の式（１３）に展開することができる。

【0131】

【数19】

【0132】

そして、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］は、上記の式（１１）と式（１３）との関係により、以下の式（１４）で表すことができる。
以下の式（１４）において、α_１はＥ３とＥ１とが成す実際の角度であり、α_２はＥ３とＥ２とが成す実際の角度である。

【0133】

【数20】

【0134】

Ｓ１４２Ｆ（図２０）の後、処理はＳ１４２Ｇに進む。

【0135】

Ｓ１４２Ｇにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］をワールド座標系の基準軸ベクトル［Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ，Ｏ_ｚ］に変換するための変換行列Ｍ_ｈを算出する。変換行列Ｍ_ｈは以下の式（１５）を用いて表すことができる。

【0136】

【数21】

【0137】

上記の式（１５）で用いている符号の意味は以下の通りである。
（ｘ_Ｅａ，ｙ_Ｅａ，ｚ_Ｅａ）は、ＦＰＭ座標系のＡ軸の単位ベクトルＥａ（図２５参照）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ｘ_Ｅｂ，ｙ_Ｅｂ，ｚ_Ｅｂ）は、ＦＰＭ座標系のＢ軸の単位ベクトルＥｂ（図２５参照）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ｘ_Ｅｃ，ｙ_Ｅｃ，ｚ_Ｅｃ）は、ＦＰＭ座標系のＣ軸の単位ベクトルＥｃ（図２５参照）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ１，ｂ_Ｅ１，ｃ_Ｅ１）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ１（図２６参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ２，ｂ_Ｅ２，ｃ_Ｅ２）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ２（図２６参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ３，ｂ_Ｅ３，ｃ_Ｅ３）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ３（図２６参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。

【0138】

そして、基準軸ベクトル推定部１４０は、上記の変換行列Ｈ_ｈを用いて、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］をワールド座標系の基準軸ベクトル［Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ，Ｏ_ｚ］に変換し、ワールド座標系の基準軸ベクトル［Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ，Ｏ_ｚ］を被写体１０２の基準軸ベクトル１４９として出力する。
以下に、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］をワールド座標系の基準軸ベクトル［Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ，Ｏ_ｚ］に変換するための式（１６）を示す。

【0139】

【数22】

【0140】

Ｓ１４２Ｇにより、基準軸ベクトル算出処理［ＦＰＭ座標系］（Ｓ１４２）は終了する。

【0141】

図２７は、実施の形態１における基準軸ベクトル算出処理［ＳＰＭ座標系］（Ｓ１４３）を示すフローチャートである。
ＳＰＭ座標系を用いる基準軸ベクトル算出処理（Ｓ１４３）について、図２７に基づいて説明する。

【0142】

Ｓ１４３Ａにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）内の姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］から２つの姿勢基準軸（例えば、ｌｘとｌｙ）を選択する。
基準軸ベクトル推定部１４０は、選択した２つの姿勢基準軸（ｌｘ，ｌｙ）の延長上の交点Ｐｘｙを算出する（図２８の（１）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから交点Ｐｘｙへの単位ベクトルＥｘｙを算出する（図２８の（２）参照）。以下、単位ベクトルＥｘｙを「交点単位ベクトル」という。
図２８は、実施の形態１における交点単位ベクトル算出処理（Ｓ１４３Ａ）の概要図である。
Ｓ１４３Ａの後、処理はＳ１４３Ｂに進む。

【0143】

Ｓ１４３Ｂにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから交点単位ベクトルＥｘｙの方向に焦点距離ｆだけ離れた座標点Ｐｆを算出する（図２９の（１）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、座標点Ｐｆを含んで交点単位ベクトルＥｘｙと直交する平面ｌｖ（Ｅｃ）を算出する（図２９の（２）参照）。つまり、交点単位ベクトルＥｘｙは平面ｌｖ（Ｅｃ）の法線ベクトルになる。
以下、平面ｌｖ（Ｅｃ）を「ＳＰＭ座標面」という。また、座標点Ｐｆを「ＳＰＭ座標原点」という。
図２９は、実施の形態１におけるＳＰＭ座標面算出処理（Ｓ１４３Ｂ）の概要図である。
Ｓ１４３Ｂの後、処理はＳ１４３Ｃに進む。

【0144】

Ｓ１４３Ｃにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、姿勢基準軸［ｌｘ，ｌｙ，ｌｚ］を写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）からＳＰＭ座標面ｌｖ（Ｅｃ）に投影する（図３０参照）。
以下、ＳＰＭ座標面ｌｖ（Ｅｃ）に投影した姿勢基準軸を［ｌｘ’，ｌｙ’，ｌｚ’］と記す。
図３０は、実施の形態１における姿勢基準軸投影処理（Ｓ１４３Ｃ）の概要図である。
Ｓ１４３Ｃの後、処理はＳ１４３Ｄに進む。

【0145】

Ｓ１４３Ｄにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、ＳＰＭ座標面ｌｖ（Ｅｃ）に投影した姿勢基準軸［ｌｘ’，ｌｙ’，ｌｚ’］のうち、Ｓ１４３Ａで選択した姿勢基準軸（ｌｘ，ｌｙ）を投影後の姿勢基準軸（ｌｘ’，ｌｙ’）を選択する。
基準軸ベクトル推定部１４０は、選択した姿勢基準軸（ｌｘ’，ｌｙ’）が成す角の二等分線をＳＰＭ座標系のＳ軸に決定する（図３１の（１）参照）。
さらに、基準軸ベクトル推定部１４０は、ＳＰＭ座標面ｌｖ（Ｅｃ）の法線ベクトルＥｘｙをＳＰＭ座標面のＣ軸に決定し、Ｓ軸とＣ軸とに直交する軸をＳＰＭ座標系のＴ軸に決定する（図３１の（１）参照）。
そして、基準軸ベクトル推定部１４０は、ＳＰＭ座標系のＳ軸の単位ベクトルＥｓと、Ｔ軸の単位ベクトルＥｔと、Ｃ軸の単位ベクトルＥｃとを算出する（図３１の（２）参照）。
図３１は、実施の形態１におけるＳＰＭ座標系の単位ベクトル算出処理（Ｓ１４３Ｄ）の概要図である。

【0146】

以下に、ＳＰＭ座標系の単位ベクトル［Ｅｓ，Ｅｔ，Ｅｃ］を算出する式（２１）を示す。
以下の式（２１）で用いている「Ｇｘ’」は姿勢基準軸ｌｘ’と同じ向きを有する単位ベクトルである。また、「Ｇｙ’」は姿勢基準軸ｌｙ’と同じ向きを有する単位ベクトルである。

【0147】

【数23】

【0148】

Ｓ１４３Ｄの後、処理はＳ１４３Ｅに進む。

【0149】

Ｓ１４３Ｅにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、以下のように、ＳＰＭ座標面内の姿勢基準軸［ｌｘ’，ｌｙ’，ｌｚ’］を用いて被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］を算出する。
被写体座標系とは被写体１０２に設定したローカル座標系である。また、基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］は、被写体座標系の単位ベクトル（正規直交基底）である。

【0150】

図３２は、実施の形態１におけるＳＰＭ座標面内の姿勢基準軸の関係図である。
図３２に示すＰＡＴ曲線は非特許文献１で定義されている曲線である。ＰＡＴはＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅＡｎｇｌｅＴｒａｎｓｆｏｒｍの略である。
ＰＡＴ曲線は、ｌｘ’とｌｙ’とが成す角度Δβと焦点距離ｆとを用いて、以下の式（２２）で表すことができる。

【0151】

【数24】

【0152】

また、ｌｚ’を含んだ直線の式は、変数γおよび変数δを用いて以下の式（２３）で表すことができる。

【0153】

【数25】

【0154】

ＰＡＴ曲線と直線ｌｚ’との交点Ｐ１の極座標値は、上記の式（２２）と上記の式（２３）とを用いて、以下の式（２４）で算出することができる。

【0155】

【数26】

【0156】

また、ＰＡＴ曲線と直線ｌｚ’との交点Ｐ１の極座標値は、ＰｆからＰ１までの直線の長さａと、ＰｆからＰ１までの直線とＳ軸とが成す角度ηとを用いて、（ａｃｏｓη，ａｓｉｎη）で表すことができる。

【0157】

ここで、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］は、以下の式（２５）で表すことができる。

【0158】

【数27】

【0159】

基準軸ベクトル推定部１４０は、上記の式（２５）を計算することにより、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］を算出する。
Ｓ１４３Ｅ（図２７）の後、処理はＳ１４３Ｆに進む。

【0160】

Ｓ１４３Ｆにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、写真画像面ｌｖ（Ｅｚ）から基準点ｌ_０を選択する。例えば、基準軸ベクトル推定部１４０は、姿勢基準軸ｌｘの端点を基準点ｌ_０として選択する（図３３の（１）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、カメラの中心点Ｐｃから基準点ｌ_０への単位ベクトルＥ_０を算出する（図３３の（２）参照）。
基準軸ベクトル推定部１４０は、単位ベクトルＥ_０を用いて、カメラの中心点Ｐｃから基準点ｌ_０への方向に焦点距離ｆだけ離れた座標点Ｐ_０を算出する（図３３の（２）参照）。
以下、座標点Ｐ_０を「基準原点」という。
図３３は、実施の形態１における基準原点算出処理（Ｓ１４３Ｆ）の概要図である。
Ｓ１４３Ｆの後、処理はＳ１４３Ｇに進む。

【0161】

Ｓ１４３Ｇにおいて、基準軸ベクトル推定部１４０は、被写体座標系の基準軸ベクトル［Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３］をワールド座標系の基準軸ベクトル［Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ，Ｏ_ｚ］に変換するための変換行列Ｍ_ｈを算出する。変換行列Ｍ_ｈは以下の式（２６）で表すことができる。

【0162】

【数28】

【0163】

上記の式（２６）で用いている符号の意味は以下の通りである。
（ｘ_ｐ０，ｙ_ｐ０，ｚ_ｐ０）は、基準原点Ｐ_０（図３３の（２）参照）をワールド座標系（ｘ，ｙ，ｚ）で表した座標値である。
（ｘ_Ｅｓ，ｙ_Ｅｓ，ｚ_Ｅｓ）は、ＳＰＭ座標系のＳ軸の単位ベクトルＥｓ（図３１の（２）参照）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ｘ_Ｅｔ，ｙ_Ｅｔ，ｚ_Ｅｔ）は、ＦＰＭ座標系のＴ軸の単位ベクトルＥｔ（図３１の（２）参照）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ｘ_Ｅｃ，ｙ_Ｅｃ，ｚ_Ｅｃ）は、ＦＰＭ座標系のＣ軸の単位ベクトルＥｃ（＝Ｅｘｙ）をワールド座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ１，ｂ_Ｅ１，ｃ_Ｅ１）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ１（式（２５）参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ２，ｂ_Ｅ２，ｃ_Ｅ２）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ２（式（２５）参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。
（ａ_Ｅ３，ｂ_Ｅ３，ｃ_Ｅ３）は、被写体座標系の基準軸ベクトルＥ３（式（２５）参照）をＦＰＭ座標系で表したベクトル値である。

【0164】

【0165】

【数29】

【0166】

Ｓ１４３Ｇにより、基準軸ベクトル算出処理［ＳＰＭ座標系］（Ｓ１４３）は終了する。

【0167】

図３４は、実施の形態１における画像寸法推定装置１００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図３４において、画像寸法推定装置１００（コンピュータの一例）は、ＣＰＵ９０１（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ９０１は、バス９０２を介してＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０４、通信ボード９０５（通信装置）、ディスプレイ９１１（表示装置）、キーボード９１２、マウス９１３、ドライブ９１４、磁気ディスク装置９２０などのハードウェアデバイスと接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ドライブ９１４は、ＦＤ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＤｉｓｋ）、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）などの記憶媒体を読み書きする装置である。
ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０４、磁気ディスク装置９２０およびドライブ９１４は記憶装置の一例である。キーボード９１２、マウス９１３および通信ボード９０５は入力装置の一例である。ディスプレイ９１１および通信ボード９０５は出力装置の一例である。

【0168】

通信ボード９０５は、有線または無線で、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、電話回線などの通信網に接続している。

【0169】

磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２２、ファイル群９２３が記憶されている。

【0170】

プログラム群９２２には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが含まれる。プログラム（例えば、寸法推定プログラム）は、ＣＰＵ９０１により読み出され実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものであり、また「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。

【0171】

ファイル群９２３には、実施の形態において説明する「〜部」で使用される各種データ（入力、出力、判定結果、計算結果、処理結果など）が含まれる。

【0172】

実施の形態において構成図およびフローチャートに含まれている矢印は主としてデータや信号の入出力を示す。
フローチャートなどに基づいて説明する実施の形態の処理はＣＰＵ９０１、記憶装置、入力装置、出力装置などのハードウェアを用いて実行される。

【0173】

実施の形態において「〜部」として説明するものは「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで実装されても構わない。

【0174】

実施の形態１により、被写体１０２を斜めの方向から映している一枚の写真画像１０１を用いて、被写体１０２の正しい寸法を計測することができる。
例えば、海上を撮像した写真画像１０１に被写体として不審船が映っている場合、実施の形態１により不審船の寸法を計測することができる。この場合、不審船に取り付けられている浮き輪をリファレンスとして使用することができる。船に搭載される浮き輪は一般的に規格化され、大きさが決まっているためである。
さらに、各国で使用されている船の寸法を含んだデータベースを用意しておき、計測した不審船の寸法とデータベースに記録された寸法とを比較することにより、不審船がどの国の船であるかを特定することもできる。
但し、船は被写体１０２の一例であり、浮き輪はリファレンスの一例である。つまり、実施の形態１によって船以外の被写体１０２の寸法を計測してもよいし、浮き輪以外のリファレンスを利用してもよい。

【0175】

また、被写体１０２（例えば、本）の各部分の寸法を算出することにより、被写体１０２の三次元モデルを生成することができる（図３５の（１）参照）。
さらに、被写体１０２の三次元モデルを用いて、異なる方向から見た被写体１０２を表示することができる（図３５の（２）から（５）参照）。
なお、被写体１０２の三次元モデルに写真画像１０１の画素をテクスチャとして張り付けることにより、被写体１０２の三次元モデルをより鮮明に描くことができる。
図３５は、実施の形態１における被写体１０２の三次元モデルを表す図である。

【0176】

実施の形態１において、例えば、以下のような寸法推定装置（１００）について説明した。括弧内に対応する構成の符号または名称を記す。
前記寸法推定装置は、基準線分情報生成部（１２０）と、基準軸ベクトル算出部（１４０）と、リファレンス線分ベクトル算出部（１５３）と、計測線分ベクトル算出部（１６３）と、計測線分長算出部（１６４）とを備える。
前記基準線分情報生成部は、対象物（１０２）を斜め方向から撮像した対象画像（１０１）に映っている前記対象物の幅方向と高さ方向と奥行き方向とに沿う３つの基準線分を前記対象画像の二次元の座標値を用いて表す基準線分情報（１２９）を生成する。
前記基準軸ベクトル算出部は、前記基準線分情報生成部によって生成された前記基準線分情報と、前記対象画像の撮像パラメータ（撮影パラメータ）とに基づいて、前記対象物の前記幅方向と前記高さ方向と前記奥行き方向とを三次元のベクトル値を用いて表す３つの基準軸ベクトル（１４９）を算出する。
前記リファレンス線分ベクトル算出部は、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが既知の線分であるリファレンス線分のベクトル値を、リファレンス線分ベクトル（１５９ａ）として算出する。
前記計測線分ベクトル算出部は、前記基準軸ベクトル算出部によって算出された前記３つの基準軸ベクトルのうち少なくともいずれかの基準軸ベクトルを用いて、前記対象画像に映っている前記対象物のうち長さが未知の線分である計測線分のベクトル値を、計測線分ベクトルとして算出する。
前記計測線分長算出部は、前記リファレンス線分の既知の長さ（１５９ｂ）と、前記リファレンス線分ベクトル算出部によって算出された前記リファレンス線分ベクトルと、前記計測線分ベクトル算出部によって算出された前記計測線分ベクトルとを用いて、前記計測線分の長さ（１６９）を算出する。

【符号の説明】

【0177】

１００画像寸法推定装置、１０１写真画像、１０２被写体、１０９入力機器、１０９ａマウスカーソル、１１０写真画像表示部、１２０姿勢基準軸設定部、１２９姿勢基準軸データ、１３０撮影パラメータ設定部、１３９撮影パラメータ、１４０基準軸ベクトル推定部、１４９基準軸ベクトル、１５０リファレンス設定部、１５１基準軸ベクトル投影部、１５２リファレンス線分設定部、１５３リファレンス線分ベクトル算出部、１５４リファレンス線分長取得部、１５９ａリファレンス線分ベクトル、１５９ｂリファレンス線分長、１６０寸法推定部、１６１基準軸ベクトル投影部、１６２計測線分設定部、１６３計測線分ベクトル算出部、１６４計測線分長算出部、１６９計測線分長、１７０推定結果出力部、１８０写真画像データベース、１９０装置記憶部、９０１ＣＰＵ、９０２バス、９０３ＲＯＭ、９０４ＲＡＭ、９０５通信ボード、９１１ディスプレイ、９１２キーボード、９１３マウス、９１４ドライブ、９２０磁気ディスク装置、９２１ＯＳ、９２２プログラム群、９２３ファイル群。

【図1】