特許 6167135 三次元位置計測方法、測量方法、三次元位置計測装置及び三次元位置計測プログラム

(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】6167135

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】三次元位置計測方法、測量方法、三次元位置計測装置及び三次元位置計測プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20170710BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20170710BHJP

   G01B 11/03 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   G06T1/00 315

   G01B11/00 A

   G01B11/03 H

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-113709(P2015-113709)

(22)【出願日】2015年6月4日

(65)【公開番号】特開2016-224015(P2016-224015A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2015年6月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(73)【特許権者】

【識別番号】504454060

【氏名又は名称】株式会社アプライド・ビジョン・システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】池田 雄一

(72)【発明者】

【氏名】坂上 肇

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕信

(72)【発明者】

【氏名】水口 祐司

【審査官】 三好 貴大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２４２４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２０２１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４５１４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｃ ３／００− ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像を利用して、三次元空間中の計測点の三次元位置を計測する三次元位置計測方法であって、
前記三次元空間中の複数の基準点が写る２枚の前記パノラマ画像を前記撮像装置によって撮像する撮像工程と、
前記パノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得工程と、
前記基準点二次元位置取得工程によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開工程と、
前記展開工程によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出工程と、
前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得工程と、
前記三次元位置算出工程によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得工程によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出工程と、を備えることを特徴とする三次元位置計測方法。

【請求項2】

前記撮像装置によって撮像される前記パノラマ画像が全方位のパノラマ画像であることを特徴とする請求項１に記載の三次元位置計測方法。

【請求項3】

前記撮像工程において、前記基準点が前記三次元空間中で同一平面上に配置された状態でこれら基準点を前記パノラマ画像に写すことを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元位置計測方法。

【請求項4】

前記撮像工程において、前記基準点がマーカーとして平板に記された状態でこれら基準点を前記パノラマ画像に写すことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の三次元位置計測方法。

【請求項5】

前記撮像工程において、寸法と形状が既知の部材上に定められた点を前記基準点として、これら基準点を前記パノラマ画像に写すことを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元位置計測方法。

【請求項6】

前記三次元位置算出工程によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離をＬ_LRとし、前記撮像装置の焦点距離をｆとし、前記取得工程によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置の座標を（Ｘ_LS，Ｙ_LS）、（Ｘ_RS，Ｙ_RS）とし、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、前記計測点三次元位置算出工程において次式に従って、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の三次元位置計測方法。

【数1】

【請求項7】

請求項１から６の何れか一項に記載された三次元位置計測方法によって複数の計測点の三次元位置を計測し、これら計測点の三次元位置からこれら計測点間の距離、平面形状の面積又は立体形状の体積を算出することを特徴とする測量方法。

【請求項8】

演算処理装置を備え、三次元空間中の複数の基準点が写るように撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像を利用して、前記三次元空間中の計測点の三次元位置を計測する三次元位置計測装置であって、
前記演算処理装置が、
前記パノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得処理と、
前記基準点二次元位置取得処理によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開処理と、
前記展開処理によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出処理と、
前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得処理と、
前記三次元位置算出処理によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得処理によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出処理と、を実行することを特徴とする三次元位置計測装置。

【請求項9】

三次元空間中の計測点の三次元位置を計測するための三次元位置計測プログラムであって、
コンピュータに、
前記三次元空間中の複数の基準点が写るように撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得処理と、
前記基準点二次元位置取得処理によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開処理と、
前記展開処理によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出処理と、
前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得処理と、
前記三次元位置算出処理によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得処理によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出処理と、を実行させるための三次元位置計測プログラム。

【請求項10】

前記三次元位置算出処理によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離をＬ_LRとし、前記撮像装置の焦点距離をｆとし、前記取得処理によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置の座標を（Ｘ_LS，Ｙ_LS）、（Ｘ_RS，Ｙ_RS）とし、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とすると、前記計測点三次元位置算出処理において次式に従って、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出することを特徴とする請求項９に記載の三次元位置計測プログラム。

【数2】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元位置計測方法、測量方法、三次元位置計測装置及び三次元位置計測プログラムに関し、特に三次元空間中の計測点の位置を計測するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

建物、構造物等の製造、改築、改良、修理等にあたって、三次元空間中の計測対象の寸法（二点間の距離）を事前に計測する必要がある。寸法の計測には、コンベックス、光波測距儀等の計測機器を利用するのが一般的である。

【0003】

また、いわゆるステレオカメラの原理を利用して、三次元空間中の任意の位置を計測することもある。例えば特許文献１には、上下２箇所で撮影した２枚のパノラマ画像の間で互いに対応する点を画像処理技術により特定し、これら対応点に相当する三次元空間中の計測点を計算する技術が開示されている。なお、特許文献１には、一方のパノラマ画像中の対応点と他方のパノラマ画像中の対応点を対応付ける点は詳細に記載されているが、それ以外については詳細には開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−３２５８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、コンベックスを利用して寸法を計測する場合、手作業によってコンベックスを計測箇所に固定しなければならない。また、光波測距儀を利用して寸法を計測する場合も、手作業によって光波測距儀を設置し、その設置箇所と所定の箇所までの距離を光波測距儀によって計測しなければならない。よって、コンベックス及び光波測距儀では、作業者の手が届かない範囲にある計測対象の寸法を測定することができない。

【0006】

画像によって計測する場合は、計測対象の付近に基準となる大きさや形状が既知である基準点を含む治具を設置して、計測点の位置をその治具と比較して計測する手段があるが、手が届かない場所では治具を設置すること自体が困難な場合が多く測定することができない。

【0007】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものである。本発明が解決しようとする課題は、作業者の手が届かない範囲にある測定対象の位置を特定できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以上の課題を解決するべく、撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像を利用して、三次元空間中の計測点の三次元位置を計測する三次元位置計測方法であって、前記三次元空間中の複数の基準点が写る２枚の前記パノラマ画像を前記撮像装置によって撮像する撮像工程と、前記パノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得工程と、前記基準点二次元位置取得工程によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開工程と、前記展開工程によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出工程と、前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得工程と、前記三次元位置算出工程によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得工程によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出工程と、を備える。

【0009】

以上の課題を解決するべく、演算処理装置を備え、三次元空間中の複数の基準点が写るように撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像を利用して、前記三次元空間中の計測点の三次元位置を計測する三次元位置計測装置であって、前記演算処理装置が、前記パノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得処理と、前記基準点二次元位置取得処理によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開処理と、前記展開処理によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出処理と、前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得処理と、前記三次元位置算出処理によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得処理によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出処理と、を実行する。

【0010】

以上の課題を解決するために、三次元空間中の計測点の三次元位置を計測するための三次元位置計測プログラムは、コンピュータに、前記三次元空間中の複数の基準点が写るように撮像装置によって異なる２箇所の撮影点で撮像された２枚のパノラマ画像に設定された画像座標系における前記基準点の二次元位置を取得する基準点二次元位置取得処理と、前記基準点二次元位置取得処理によって取得された前記画像座標系における前記基準点の二次元位置を、前記撮影点を基準として前記三次元空間に設定されたカメラ座標系における前記基準点の三次元位置に展開する展開処理と、前記展開処理によって展開された前記カメラ座標系における前記基準点の三次元位置と、前記三次元空間中の前記基準点を基準として設定されたワールド座標系における前記基準点の三次元位置とに基づいて、前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置を算出する三次元位置算出処理と、前記画像座標系における前記計測点の二次元位置を前記パノラマ画像上での前記計測点の二次元位置として取得する取得処理と、前記三次元位置算出処理によって算出された前記ワールド座標系における前記撮影点の三次元位置から定まる前記撮影点間の距離と、前記撮像装置の焦点距離と、前記取得処理によって取得された前記画像座標系における前記計測点の二次元位置とに基づいて、前記カメラ座標系における前記計測点の三次元位置を算出する計測点三次元位置算出処理と、を実行させるためのものである。

【0011】

以上によれば、三次元空間中の計測点に作業者の手が届かなくても、パノラマ画像は広い範囲（例えば全方位）を同時に撮影したものであるので、計測点とは全く異なる場所にある基準点（例えば、寸法や形状が既知の部材上に定められた点やマーカー等）をパノラマ画像に含めるようにして、異なる２箇所の撮影点でパノラマ画像を撮影すれば、作業者の手が届かない範囲内にある計測点の三次元位置を算出して特定することができる。もちろん、作業者の手が届かない範囲のみならず、作業者の手が届く範囲内に計測点があっても、その計測点の三次元位置を算出して特定することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、手の届く範囲にある計測点のみならず、手の届かない範囲にある計測点の位置も計測することができるとともに、複数の計測点の位置から線の距離、平面形状の面積及び立体形状の体積を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】三次元空間中の計測点の位置を計測する様子を示した図面である。

【図2】計測点の位置の計測に利用する基準盤の斜視図である。

【図3】全方位撮像装置の側面図である。

【図4】パノラマ画像を示した図面である。

【図5】三次元計測装置のブロック図である。

【図6】計測方法の工程図である。

【図7】撮影点の位置を算出する処理のフローチャートである。

【図8】ワールド座標系における左側撮影点の座標を算出する処理のフローチャートである。

【図9】カメラ座標系における計測点の座標を算出する処理のフローチャートである。

【図10】カメラ座標系における計測点の座標を算出する原理を示した図面である。

【図11】変形例における撮像装置の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているので、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

【0015】

・三次元位置計測方法の概要について
図１は、基準盤１０、全方位撮像装置３０及び三次元位置計測装置５０を用いて、現実の三次元空間の中の計測点Ｐ，Ｑの位置を計測する様子を示している。この三次元位置計測方法では、三次元空間中の基準盤１０を画像に写（映）すようにして全方位撮像装置３０によって異なる二箇所で全方位（例えば水平方向に３６０°、垂直方向に１８０°）の撮影をし、取得した２個の全方位画像（全天球画像）及びそれらを展開したパノラマ画像（正距円筒画像）を利用して二箇所の撮影点間の距離を三次元位置計測装置５０によって算出し、それらパノラマ画像の中の計測点Ｐ，Ｑの位置から三次元空間中の計測点Ｐ，Ｑの位置を三次元位置計測装置５０によって算出する。

【0016】

また、三次元位置計測方法は、各種の測量に利用することができる。つまり、計測した２点以上の計測点（少なくとも計測点Ｐ，Ｑ）の位置を利用して、線の長さ（２点の計測点間の距離）、平面形状（例えば、正三角形、直角三角形、二等辺三角形、三角形、正方形、長方形、台形、四角形、多角形、円形、楕円形等）の面積及び立体形状（例えば、三面体、立方体、直方体、四面体、球体等）の体積を公知の公式・定理により計算することもできる。例えば、計測した２点以上の計測点の位置を利用して、部屋９０の天井高、長さ、幅、奥行き等を計測したり、部屋９０の壁面９３、窓枠９４、ドア枠９５等の高さ、幅などを計測したり、部屋９０の床面９１、天井面９２、壁面９３、窓枠９４、ドア枠９５等の面積を計測したり、部屋９０の体積を計測したりすることができる。
ここで、基準盤１０、全方位撮像装置３０及び三次元位置計測装置５０のセットが三次元位置計測システムである。

【0017】

・基準盤及びワールド座標系について
図２は基準盤１０の斜視図である。
図２に示すように、基準盤１０は平板１１及び４個のマーカーＡ〜Ｄを備える。平板１１が矩形状の板材であり、平板１１の一方の平面にマーカーＡ〜Ｄが記されているので、これらマーカーＡ〜Ｄが同一平面上にある。マーカーＡ〜Ｄは基準点であって、マーカーＡ〜Ｄの位置及びこれらの相対的な位置関係（各マーカーＡ〜Ｄ間の距離）が既知である。つまり、三次元空間中の任意の三次元位置を表す直交座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗ（以下、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗという。）におけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＷＡ，Ｙ_ＷＡ，Ｚ_ＷＡ）、マーカーＢの座標（Ｘ_ＷＢ，Ｙ_ＷＢ，Ｚ_ＷＢ）、マーカーＣの座標（Ｘ_ＷＣ，Ｙ_ＷＣ，Ｚ_ＷＣ）及びマーカーＤの座標（Ｘ_ＷＤ，Ｙ_ＷＤ，Ｚ_ＷＤ）が定数として設定されている。例えば、これらマーカーＡ〜Ｄを頂点とした四角形が長方形に設計され、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗの原点がその長方形の重心に設定され、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷのＸ_Ｗ軸及びＹ_Ｗ軸が平板１１に対して平行に設定され、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷのＺ_Ｗ軸が平板１１に対して直角に設定され、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標がそれぞれ（−ａ，ｂ，０）、（−ａ，−ｂ，０）、（ａ，−ｂ，０）、（ａ，ｂ，０）に設定されている（但し、ａ，ｂともに正数である）。

【0018】

マーカーＡ〜Ｄの座標が定数として設定されているので、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷがマーカーＡ〜Ｄの位置を基準として三次元空間に設定されたものである。そして、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標が三次元位置計測装置５０による計測点Ｐ，Ｑの位置の計測・算出（詳細には後述）に利用される。ここで、マーカーＡ〜Ｄが面積を有するので、マーカーＡ〜Ｄの座標（基準点の座標）とは、マーカーＡ〜Ｄに設定された所定の代表点（例えば、中心点）の座標のことをいう。なお、平板１１に対してワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗの原点の位置及び座標軸の向きは適宜変更してもよいが、原点の位置及び座標軸の向きが変更されることで、マーカーＡ〜Ｄの座標（定数）も適宜変更される。

【0019】

マーカーＡ〜Ｄのサイズ（寸法）は既知である。例えば、マーカーＡ〜Ｄが円環状であり、これらの直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１ [mm]が既知の定数として設定されている。なお、マーカーＡ〜Ｄの形状は円環状に限らず、例えば四角形（例えば長方形又は正方形）であってもよい。

【0020】

基準盤１０の向きの識別が可能なように、マーカーＡ〜Ｄを頂点とした四角形は長方形であることが好ましいが、他の四角形（例えば、正方形、台形）であってもよい。マーカーＡ〜Ｄの識別が可能なように、マーカーＡ〜Ｄの色彩、模様、形状等が異なることが好ましい。

【0021】

・全方位撮像装置について
図３は全方位撮像装置３０の側面図である。
図３に示すように全方位撮像装置３０は筐体３１、レンズ光学系３２，３３、固体撮像素子３４，３５、シャッターボタン３６、コントローラユニット３７及び記録媒体３８を備える。

【0022】

レンズ光学系３２，３３は広角レンズ、超広角レンズ又は魚眼レンズであり、好ましくは、画角が１８０°以上の円周魚眼レンズである。レンズ光学系３２，３３は、光学的特性が同じものである。レンズ光学系３２が筐体３１の前面側に設けられ、レンズ光学系３３が筐体３１の後面側に設けられている。レンズ光学系３２，３３は、互いに逆向きとなるように且つそれぞれの光軸が合致するように、筐体３１に組み付けられている。

【0023】

固体撮像素子３４，３５はエリア型の撮像素子であり、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。固体撮像素子３４，３５が筐体３１の内部に組み付けられ、固体撮像素子３４がレンズ光学系３２の結像面に配置され、固体撮像素子３５がレンズ光学系３２の結像面に配置される。

【0024】

コントローラユニット３７が筐体３１の内部に組み付けられ、シャッターボタン３６が筐体３１の後面に設けられている。記録媒体３８は外部半導体メモリであり、筐体３１に対して着脱可能である。なお、記録媒体３８がコントローラユニット３７に組み込まれた内蔵メモリであってもよい。

【0025】

作業者がシャッターボタン３６を押下すると、コントローラユニット３７によって固体撮像素子３４，３５が駆動されて、固体撮像素子３４，３５によって撮像（光電変換）された画像が固体撮像素子３４，３５からコントローラユニット３７に転送される。コントローラユニット３７は、固体撮像素子３４，３５から入力した撮像画像を合成するとともに各種補正処理（例えば、傾き補正や歪み補正等）をすることによって、全方位（例えば立体角が４π [sr]）の画像を生成する。更に、コントローラユニット３７は、全方位画像を平面の直交座標系（以下、画像座標系Ｘ_ＳＹ_Ｓという。）に座標変換（マッピング）することによって、パノラマ画像を生成する。そして、コントローラユニット３７は、生成した全方位画像及びパノラマ画像を記録媒体３８に記録する。ここで、パノラマ画像とは、水平方向に広い画像をいい、コントローラユニット３７によって生成されたパノラマ画像は、水平方向に３６０°の範囲、垂直方向に１８０°の範囲の全方位の画像である。

【0026】

全方位撮像装置３０としては、例えば株式会社リコー製の全天球カメラ（登録商標：THETA）を利用することができる。

【0027】

・画像座標系及びカメラ座標系について
図４は、全方位撮像装置３０によって生成されたパノラマ画像の概略図である。
パノラマ画像には画像座標系Ｘ_ＳＹ_Ｓが設定されており、パノラマ画像中の任意のピクセルの二次元位置が画像座標系Ｘ_ＳＹ_Ｓの座標で表される。ここで、画像座標系Ｘ_ＳＹ_ＳのＸ_Ｓ軸がパノラマ画像の横方向に対して平行に設定され、画像座標系Ｘ_ＳＹ_ＳのＹ_Ｓ軸がパノラマ画像の縦方向に対して平行に設定される。また、コントローラユニット３７には傾斜センサーが設けられており、全方位撮像装置３０が傾いた状態で全方位画像を撮影しても、全方位撮像装置３０を中心として俯仰角０°の全周像がＸ_Ｓ軸に平行な中心線に沿ってパノラマ画像に写るように、コントローラユニット３７によって傾き補正処理が実行される。従って、三次元空間における俯仰角はパノラマ画像のＹ_Ｓ座標から換算され、三次元空間における水平角はパノラマ画像のＸ_Ｓ座標から換算される。

【0028】

上述のように全方位撮像装置３０によって異なる二箇所で撮影するが、二箇所の撮影点のうち左側（レンズ光学系３２の光軸方向に見て左側をいう。）の撮影点（以下、左側撮影点という。）での撮影によって生成された左側パノラマ画像に設定される画像座標系Ｘ_ＳＹ_Ｓを左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳと表記し、左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳのＸ_Ｓ軸、Ｙ_Ｓ軸をそれぞれＸ_ＬＳ軸、Ｙ_ＬＳ軸と表記する。また、他方の撮影点（以下、右側撮影点という。）での撮影によって生成された右側パノラマ画像に設定される画像座標系Ｘ_ＳＹ_Ｓを右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳと表記し、右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳのＸ_Ｓ軸、Ｙ_Ｓ軸をそれぞれＸ_ＲＳ軸、Ｙ_ＲＳ軸と表記する。

【0029】

図１に示すように、三次元空間中の任意の三次元位置は、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗのほかに、左側撮影点を原点とした直交座標系（以下、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣという）の座標によっても表される。同様に、三次元空間中の任意の三次元位置は、右側撮影点を原点とした直交座標系（以下、右側カメラ座標系Ｘ_ＲＣＹ_ＲＣＺ_ＲＣという）によっても表される。

【0030】

左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣのＸ_ＬＣ軸が左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳのＸ_ＬＳ軸に対して平行に設定され、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣのＹ_ＬＣ軸が左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳのＹ_ＬＳ軸に対して平行に設定され、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣのＺ_ＬＣ軸が左側パノラマ画像に対して平行に設定される。右側カメラ座標系Ｘ_ＲＣＹ_ＲＣＺ_ＲＣのＸ_ＲＣ軸・Ｙ_ＲＣ軸・Ｚ_ＲＣ軸、右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳのＸ_ＲＳ軸・Ｙ_ＲＳ軸及び右側パノラマ画像の関係についても同様である。

【0031】

また、上述のようにコントローラユニット３７によって傾き補正が行われるので、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣのＸ_ＬＣ軸・Ｚ_ＬＣ軸及び右側カメラ座標系Ｘ_ＲＣＹ_ＲＣＺ_ＲＣのＸ_ＲＣ軸・Ｚ_ＲＣ軸は三次元空間における水平面に対して平行である。

【0032】

・三次元位置計測装置について
三次元位置計測装置５０は、デスクトップ型、ノートブック型又はタブレット型のパーソナルコンピュータである。図５に示すように、三次元位置計測装置５０は演算処理装置５１、記憶部５２、入力部５３、表示部５４、リーダライタ５５及びインターフェース５８等を備える。演算処理装置５１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。記憶部５２は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。入力部５３は、スイッチ、キーボード、ポインティングデバイス等の入力装置である。表示部５４は、画面表示を行うディスプレイである。

【0033】

インターフェース５８は、有線又は無線によって全方位撮像装置３０とデータの送受を行うためのインターフェースである。例えば、インターフェース５８は、ＵＳＢインターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェース又は無線ＬＡＮインターフェースである。

【0034】

リーダライタ５５には、全方位撮像装置３０から取り外された記録媒体３８が接続可能である。リーダライタ５５は、接続された記録媒体３８の読み書きが可能なものである。具体的には、リーダライタ５５は、記録媒体３８に記録された全方位画像及びパノラマ画像を読み取って、それら全方位画像及びパノラマ画像を演算処理装置５１に転送する。演算処理装置５１は、転送された全方位画像及びパノラマ画像を記憶部５２に記録する。ここで、記憶部５２に記録された左側全方位画像５６Ｌ、左側パノラマ画像５７Ｌは、それぞれ、左側撮影点における撮影によって生成された全方位画像、パノラマ画像である。記憶部５２に記録された右側全方位画像５６Ｒ、右側パノラマ画像５７Ｒは、それぞれ、右側撮影点における撮影によって生成された全方位画像、パノラマ画像である。

【0035】

記憶部５２には、演算処理装置５１によって実行可能なプログラム５２ａが格納されている。このプログラム５２ａには、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標が定数として組み込まれている。更に、マーカーＡ〜Ｄのサイズ（直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１）もプログラム５２ａに組み込まれている。更に、全方位撮像装置３０の焦点距離ｆ [mm]もプログラム５２ａに組み込まれている。なお、プログラム５２ａは、演算処理装置５１のＲＯＭに格納されていてもよい。

【0036】

・計測方法の詳細及び演算処理装置の処理について
図６を参照して、計測点Ｐ，Ｑの位置の計測方法及び演算処理装置５１の処理の流れについて説明する。ここで、図６は、計測点Ｐ，Ｑの位置の計測工程を示したものである。
まず、作業者が三次元空間中に基準盤１０を配置する（ステップＳ１）。マーカーＡ〜Ｄの位置がワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗの座標として設定されているので、基準盤１０が三次元空間中に配置されることによって、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗが三次元空間に定義される。

【0037】

次に、作業者が基準盤１０から離れた位置に全方位撮像装置３０を配置するとともに、全方位撮像装置３０のレンズ光学系３２を基準盤１０のマーカーＡ〜Ｄに向ける。そして、シャッターボタン３６を押下することにより全方位撮像装置３０によって基準盤１０のマーカーＡ〜Ｄを撮影する（ステップＳ２）。そうすると、全方位撮像装置３０の固体撮像素子３４，３５によって撮像画像が生成され、コントローラユニット３７によって全方位画像及びパノラマ画像が生成され、全方位画像及びパノラマ画像が記録媒体３８に記録される。

【0038】

次に、作業者が全方位撮像装置３０の位置を変更して、全方位撮像装置３０のレンズ光学系３２を基準盤１０のマーカーＡ〜Ｄに向けた状態でマーカーＡ〜Ｄを全方位撮像装置３０によって再度撮影する（ステップＳ３）。これにより、新たな全方位画像及びパノラマ画像が記録媒体３８に記録される。ここで、２回の撮影にわたって、基準盤１０の位置及び向きを変更しない。なお、２台の全方位撮像装置３０を用いて、ステップＳ２，ステップＳ３の撮影を別々の全方位撮像装置３０によって行ってもよい。

【0039】

１回目の撮影の際のレンズ光学系３２の光軸と、２回目の撮影の際のレンズ光学系３２の光軸を互いに平行することが好ましいが、必ずしも平行にする必要はない。また、１回目の撮影点と２回目の撮影点を同一水平面上に配置することが好ましいが、これら撮影点が上下にずれていてもよい。

【0040】

次に、全方位撮像装置３０から取り外した記録媒体３８をリーダライタ５５に接続して、２回の撮影によって生成された全方位画像及びパノラマ画像を記録媒体３８から演算処理装置５１の記憶部５２に保存する（ステップＳ４）。こうして、画像５６Ｌ，５７Ｌ，５６Ｒ，５７Ｌ（図５参照）が記憶部５２に記録される。なお、これら画像５６Ｒ，５７Ｒ，５６Ｌ，５７Ｌがインターフェース５８を通じて全方位撮像装置３０から演算処理装置５１に転送されて、演算処理装置５１によって記憶部５２に記録されてもよい。

【0041】

次に、作業者が入力部５３を操作すると、撮影点三次元位置算出処理がプログラム５２ａに基づいて演算処理装置５１によって実行される（ステップＳ５）。撮影点三次元位置算出処理は、左側撮影点及び右側撮影点の三次元位置を算出処理である。撮影点三次元位置算出処理により算出される左側撮影点の三次元位置は、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにより表された座標（Ｘ_ＷＬ，Ｙ_ＷＬ，Ｚ_ＷＬ）であり、撮影点三次元位置算出処理により算出される右側撮影点の三次元位置は、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにより表された座標（Ｘ_ＷＲ，Ｙ_ＷＲ，Ｚ_ＷＲ）である。撮影点三次元位置算出処理の詳細については後述する（図７及び図８参照）。

【0042】

次に、作業者が入力部５３を操作すると、計測点座標算出処理がプログラム５２ａに基づいて演算処理装置５１によって実行される（ステップＳ６）。計測点座標算出処理は、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣ又は右側カメラ座標系Ｘ_ＲＣＹ_ＲＣＺ_ＲＣにおける計測点の座標を算出する処理である。計測点座標算出処理の詳細については後述する（図９及び図１０参照）。

【0043】

次に、長さ・面積・体積の算出処理がプログラム５２ａに基づいて演算処理装置５１によって実行される（ステップＳ７）。この算出処理は、ステップＳ６で算出された複数の計測点の座標を利用して、線の長さ、平面形状の面積及び立体形状の体積を公知の公式・定理により算出する処理である。

【0044】

次に、結果出力処理がプログラム５２ａに基づいて演算処理装置５１によって実行される（ステップＳ８）。この結果出力処理は、ステップＳ６やステップＳ７の算出結果を表示部５４に出力する処理である。なお、ステップＳ６やステップＳ７の算出結果が演算処理装置５１によって記憶部５２に記録されてもよい。

【0045】

続いて、ステップＳ５における左側撮影点の三次元位置（ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにより表された座標）の算出処理について、図７を参照して具体的に説明する。なお、右側撮影点の三次元位置（ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにより表された座標）の算出処理は左側撮影点の座標の計算処理と同様であるので、その説明は省略する。

【0046】

まず、演算処理装置５１が記憶部５２から左側パノラマ画像５７Ｌを読み込む（ステップＳ１１）。なお、演算処理装置５１がリーダライタ５５を通じて記録媒体３８から左側パノラマ画像５７Ｌを読み込んでもよい。

【0047】

次に、演算処理装置５１が公知の画像処理（例えば、エッジ検出処理等の特徴抽出処理）によって左側パノラマ画像５７Ｌ中のマーカーＡ〜Ｄを認識する。そして、演算処理装置５１が、左側パノラマ画像５７Ｌ中のマーカーＡ〜Ｄのサイズ、より具体的には最大直径Ｒ_ＡＳ，Ｒ_ＢＳ，Ｒ_ＣＳ，Ｒ_ＤＳ[pixel]を検出して取得する（ステップＳ１２）。ここで、基準盤１０がレンズ光学系３２の光軸に直交しない場合、マーカーＡ〜Ｄが扁平した状態で左側パノラマ画像５７Ｌに写っている。

【0048】

次に、演算処理装置５１が左側パノラマ画像５７Ｌ上でのマーカーＡ〜Ｄの二次元位置を検出して取得する（ステップＳ１３：基準点二次元位置取得処理）。ここで、検出されたマーカーＡ〜Ｄの二次元位置は左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳで表され、それぞれの座標を（Ｘ_ＬＳＡ，Ｙ_ＬＳＡ）、（Ｘ_ＬＳＢ，Ｙ_ＬＳＢ）、（Ｘ_ＬＳＣ，Ｙ_ＬＳＣ）、（Ｘ_ＬＳＤ，Ｙ_ＬＳＤ）とする。

【0049】

なお、マーカーＡ〜Ｄの最大直径Ｒ_ＡＳ，Ｒ_ＢＳ，Ｒ_ＣＳ，Ｒ_ＤＳ及び座標（Ｘ_ＬＳＡ，Ｙ_ＬＳＡ）、（Ｘ_ＬＳＢ，Ｙ_ＬＳＢ）、（Ｘ_ＬＳＣ，Ｙ_ＬＳＣ）、（Ｘ_ＬＳＤ，Ｙ_ＬＳＤ）の取得（ステップＳ１２，Ｓ１３）は、画像処理によるものではなく、手動入力によるものでもよい。つまり、左側パノラマ画像５７Ｌが表示部５４に表示された状態で、作業者が入力部５３を操作して、表示部５４に表示されたマーカーＡ〜Ｄを指定することによって、演算処理装置５１がマーカーＡ〜Ｄの座標（Ｘ_ＬＳＡ，Ｙ_ＬＳＡ）、（Ｘ_ＬＳＢ，Ｙ_ＬＳＢ）、（Ｘ_ＬＳＣ，Ｙ_ＬＳＣ）、（Ｘ_ＬＳＤ，Ｙ_ＬＳＤ）を取得する（ステップＳ１３）。また、作業者が入力部５３を操作して、マーカーＡ〜Ｄの最大直径Ｒ_ＡＳ，Ｒ_ＢＳ，Ｒ_ＣＳ，Ｒ_ＤＳを入力することによって、演算処理装置５１がそれら最大直径Ｒ_ＡＳ，Ｒ_ＢＳ，Ｒ_ＣＳ，Ｒ_ＤＳを取得する（ステップＳ１２）。

【0050】

次に、演算処理装置５１が、左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＬＳＡ，Ｙ_ＬＳＡ）を左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＬＣＡ，Ｙ_ＬＣＡ，Ｚ_ＬＣＡ）に展開する（展開処理）。具体的には、演算処理装置５１が、マーカーＡの座標（Ｘ_ＬＳＡ，Ｙ_ＬＳＡ）、直径Ｒ_Ａ１及び最大直径Ｒ_ＡＳ並びに焦点距離ｆから、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＬＣＡ，Ｙ_ＬＣＡ，Ｚ_ＬＣＡ）を算出する（ステップＳ１４）。

【0051】

ここで、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣで表された三次元空間における水平角は左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳのＸ_ＬＳ座標から換算され、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣで表された三次元空間における俯仰角は左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳのＹ_ＬＳ座標から換算されるので、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＬＣＡ，Ｙ_ＬＣＡ，Ｚ_ＬＣＡ）は次式の通りである。

【0052】

【数1】

【0053】

同様にして、演算処理装置５１が、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＢの座標（Ｘ_ＬＣＢ，Ｙ_ＬＣＢ，Ｚ_ＬＣＢ）、マーカーＣの座標（Ｘ_ＬＣＣ，Ｙ_ＬＣＣ，Ｚ_ＬＣＣ）及びマーカーＤの座標（Ｘ_ＬＣＤ，Ｙ_ＬＣＤ，Ｚ_ＬＣＤ）を算出する（ステップＳ１４）。

【0054】

ここで、マーカーＡ〜Ｄの直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１及び全方位撮像装置３０の焦点距離ｆが定数としてプログラム５２ａに組み込まれ、ステップＳ１４の算出に際して、演算処理装置５１がプログラム５２ａから直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１及び焦点距離ｆを取得する。それに対して、作業者が入力部５３を操作することによって直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１及び焦点距離ｆを入力し、これにより演算処理装置５１が直径Ｒ_Ａ１，Ｒ_Ｂ１，Ｒ_Ｃ１，Ｒ_Ｄ１及び焦点距離ｆを取得するものとしてもよい。また、焦点距離ｆが画像５６Ｌ，５７Ｌ，５６Ｒ，５７Ｌのメタデータとして画像５６Ｌ，５７Ｌ，５６Ｒ，５７Ｌに含まれ、演算処理装置５１が画像５６Ｌ，５７Ｌ，５６Ｒ，５７Ｌから焦点距離ｆを取得するものとしてもよい。

【0055】

ステップＳ１４の後、演算処理装置５１が、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＬＣＡ，Ｙ_ＬＣＡ，Ｚ_ＬＣＡ）、マーカーＢの座標（Ｘ_ＬＣＢ，Ｙ_ＬＣＢ，Ｚ_ＬＣＢ）、マーカーＣの座標（Ｘ_ＬＣＣ，Ｙ_ＬＣＣ，Ｚ_ＬＣＣ）及びマーカーＤの座標（Ｘ_ＬＣＤ，Ｙ_ＬＣＤ，Ｚ_ＬＣＤ）と、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡの座標（Ｘ_ＷＡ，Ｙ_ＷＡ，Ｚ_ＷＡ）、マーカーＢの座標（Ｘ_ＷＢ，Ｙ_ＷＢ，Ｚ_ＷＢ）、マーカーＣの座標（Ｘ_ＷＣ，Ｙ_ＷＣ，Ｚ_ＷＣ）及びマーカーＤの座標（Ｘ_ＷＤ，Ｙ_ＷＤ，Ｚ_ＷＤ）とを利用して、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおける左側撮影点の座標及び撮影向き（但し、傾き補正されたもの）を算出する（ステップＳ１５：三次元位置算出処理）。ここで、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗを左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣに座標変換するための座標系変換行列の各要素がワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおける左側撮影点の座標及び撮影向きによって定められるので、演算処理装置５１が次の座標系変換式（１）を利用して左側撮影点の位置及び撮影向きを総当り的に算出する。

【0056】

【数2】

【0057】

詳細には、ステップＳ１５の処理の流れを示したフローチャート（図８）を参照して説明する。まず、演算処理装置５１が、左側撮影点の座標についての複数の候補（以下、撮影点候補という）の座標をワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにより所定間隔で指定する（ステップＳ２１）。撮影点候補の座標は座標系変換行列の要素を構成する。

【0058】

次に、演算処理装置５１が、撮影点候補ごとに、撮影向きについての候補のベクトル（以下、撮影向き候補ベクトルという）を算出する。つまり、撮影点候補ごとに、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標とワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標と撮影点候補の座標を変換式（１）に当てはめることによって、座標系変換行列の要素を構成する撮影向き候補ベクトルを算出する（ステップＳ２２）。ここで、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標はプログラム５２ａに定数として組み込まれたものである。但し、作業者が入力部５３を操作して、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標を入力するものとしてもよいし、マーカーＡ〜Ｄ間の距離を入力することによってマーカーＡ〜Ｄの座標が演算処理装置５１によって算出されてもよい。

【0059】

なお、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_ＷにおけるマーカーＡ〜Ｄの座標と、撮影点候補の座標とから撮影向き候補ベクトルを算出する計算方法については、参考文献（金谷健一 『画像理解 −３次元認識の数理−』 森北出版, 1990年, pp. 40-78. ）に詳細に記載されている。

【0060】

次に、演算処理装置５１が、撮影点候補ごとに、撮影点候補からマーカーＡまでのベクトルと撮影向き候補ベクトルの外積と、撮影点候補からマーカーＢまでのベクトルと撮影向き候補ベクトルの外積と、撮影点候補からマーカーＣまでのベクトルと撮影向き候補ベクトルの外積と、撮影点候補からマーカーＤまでのベクトルと撮影向き候補ベクトルの外積とを算出し、これら外積の絶対値の総和（以下、評価値という。）を算出する（ステップＳ２３）。ここで挙げたベクトルは何れもワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおけるものである。

【0061】

次に、演算処理装置５１は、撮影点候補ごとの評価値を比較し、最小の評価値をとる撮影点候補を選択する（ステップＳ２４）。その選択した撮影点候補の座標とそれに対応する撮影向き候補ベクトルがワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおける左側撮影点の座標（Ｘ_ＷＬ，Ｙ_ＷＬ，Ｚ_ＷＬ）及び撮影向きのベクトルである。

【0062】

なお、上述のステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理を複数回繰り返し実行し、最後のステップＳ２４の処理で選択された撮影点候補及び撮影向き候補ベクトルがワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおける左側撮影点の座標及び撮影向きとしてもよい。この場合、次の回のステップＳ２１において指定される撮影点候補の間隔は前の回のステップＳ２１において指定される撮影点候補の間隔よりも狭く設定され、次の回のステップＳ２１において指定される撮影点候補は前の回のステップＳ２４において選択された撮影点候補の周辺のものである。ステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理を複数回繰り返し実行することによって、左側撮影点の座標及び撮影向きのベクトルをより正確に求めることができるとともに、撮影点候補の総数の削減を図ることができる（ステップＳ２１〜ステップＳ２４の処理を１回のみで左側撮影点の座標及び撮影向きのベクトルをより正確に求めるには、これら撮影点候補の間隔を短く設定して、広範に多くの撮影点候補を設定する必要があるので、結果として撮影点候補の総数が増えてしまう）。

【0063】

続いて、図９及び図１０を参照して、図６に示すステップＳ２の計測点座標算出処理について詳細に説明する。ここで、図９は計測点座標算出処理のフローチャートであり、図１０は計測点算出処理の原理の説明図である。

【0064】

図１０に示すように、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣで表された三次元空間中の任意の点Ｍの座標を（Ｘ_ＬＣ，Ｙ_ＬＣ，Ｚ_ＬＣ）とする。また、任意点Ｍが左側パノラマ画像５７Ｌに写った場合、左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳにおける任意点Ｍの座標を（Ｘ_ＬＳ，Ｙ_ＬＳ）とする。また、任意点Ｍが右側パノラマ画像５７Ｒに写った場合、右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳにおける任意点Ｍの座標を（Ｘ_ＲＳ，Ｙ_ＲＳ）とする。そして、左側撮影点から右側撮影点までの距離をＬ_ＬＲとすると、距離Ｌ_ＬＲはこれらの座標（Ｘ_ＷＬ，Ｙ_ＷＬ，Ｚ_ＷＬ）、（Ｘ_ＷＲ，Ｙ_ＷＲ，Ｚ_ＷＲ）から求まる（式（２）参照)。

【0065】

【数3】

【0066】

こうした場合、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおける任意点Ｍの座標（Ｘ_ＬＣ，Ｙ_ＬＣ，Ｚ_ＬＣ）は次式（３）〜（５）により求まる。

【0067】

【数4】

【0068】

従って、左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳ及び右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳにおける計測点Ｐ，Ｑの座標を特定すれば、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣで表された三次元空間中の計測点Ｐ，Ｑの座標を式（３）〜（５）により算出することができる。そこで、演算処理装置５１が図９に示すような計測点座標算出処理を実行する。

【0069】

まず、演算処理装置５１が左側パノラマ画像５７Ｌ及び右側パノラマ画像５７Ｒを表示部５４に表示する（ステップＳ３１）。
次に、作業者が入力部５３を操作して、表示部５４に表示された左側パノラマ画像５７Ｌ上での任意の位置を指定することによって計測点Ｐの座標を入力すると、演算処理装置５１が左側パノラマ画像５７Ｌ上の計測点Ｐの二次元位置（左側画像座標系Ｘ_ＬＳＹ_ＬＳにより表された座標）を取得する（ステップＳ３２：取得処理）。同様に、作業者が右側パノラマ画像５７Ｒ上での任意の位置を指定することによって計測点Ｐの座標を入力すると、演算処理装置５１が右側パノラマ画像５７Ｒ上の計測点Ｐの二次元位置（右側画像座標系Ｘ_ＲＳＹ_ＲＳにより表された座標）を取得する（ステップＳ３３：取得処理）。
次に、演算処理装置５１が式（３）〜（５）を利用して左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおける計測点Ｐの座標を算出する（ステップＳ３４：計測点位置算出処理）。なお、右側カメラ座標系Ｘ_ＲＣＹ_ＲＣＺ_ＲＣにおける計測点Ｐの座標を算出するものとしてもよい。

【0070】

同様にして、作業者がパノラマ画像５７Ｌ，５７Ｒ上での計測点Ｑの座標を入力すると、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおける計測点Ｑの座標が演算処理装置５１によって算出される。そして、次式（６）のように、左側カメラ座標系Ｘ_ＬＣＹ_ＬＣＺ_ＬＣにおける計測点Ｐの座標（Ｘ_ＬＣＰ，Ｙ_ＬＣＰ，Ｚ_ＬＣＰ）及び計測点Ｑの座標（Ｘ_ＬＣＱ，Ｙ_ＬＣＱ，Ｚ_ＬＣＱ）から計測点Ｐ，Ｑ間の距離Ｌ_ＰＱが演算処理装置５１によって算出される（図６のステップＳ７参照）。

【0071】

【数5】

【0072】

また、計測点Ｐ，Ｑの座標（Ｘ_ＬＣＰ，Ｙ_ＬＣＰ，Ｚ_ＬＣＰ），（Ｘ_ＬＣＱ，Ｙ_ＬＣＱ，Ｚ_ＬＣＱ）やこれらの間の距離Ｌ_ＰＱが演算処理装置５１によって表示部５４に表示される（図６のステップＳ８参照）。

【0073】

・効果
以上の実施形態には次のような効果がある。
（１） 計測点Ｐ，Ｑが手の届く範囲や手の届かない範囲の何れにあっても、計測点Ｐ，Ｑの位置をカメラ座標系の座標として計測することができる。計測点Ｐ，Ｑが手の届かない範囲にある場合、脚立や足場等の計測補助具を設置しなくても済む。計測者の人数が少なくても、たとえ一人であっても、計測点Ｐ，Ｑの位置を計測することができる。

【0074】

（２） 基準盤１０を配置して、２回の撮影を行うだけで、計測点Ｐ，Ｑの位置を簡易且つ簡便に行うことができる。

【0075】

（３） 全方位撮像装置３０が全方位の画像を撮像するものであるので、計測点Ｐ，Ｑがどのような位置・方位にあっても、計測点Ｐ，Ｑがパノラマ画像に写りさえすれば、計測点Ｐ，Ｑの位置を計測することができる。特に、部屋９０等の密閉空間内にある対象点の位置を計測するのに有効的である。

【0076】

・変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を上記実施形態に限定して解釈するためのものではない。本発明の実施形態はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明の範囲にはその等価物も含まれる。以下に、上記実施形態から変更した点について幾つか例を挙げて説明する。

【0077】

上記実施形態では、全方位画像及びパノラマ画像がコントローラユニット３７によって生成されたが、演算処理装置５１によって生成されてもよい。つまり、全方位撮像装置３０の固体撮像素子３４，３５によって撮像された画像が演算処理装置５１に転送されて、演算処理装置５１がそれらの撮像画像を合成して全方位画像を生成し、その全方位画像をパノラマ画像に座標変換してもよい。この場合、プログラム５２ａが、全方位画像生成処理及びパノラマ画像生成処理を演算処理装置５１に実行させる。

【0078】

上述の実施の形態では、全方位撮像装置３０は、前側のレンズ光学系３２及び固体撮像素子３４と、後ろ側のレンズ光学系３３及び固体撮像素子３５とが共通の筐体３１に組み付けられたものである。それに対して、図１１に示すように、前側のレンズ光学系３２及び固体撮像素子３４と後ろ側のレンズ光学系３３及び固体撮像素子３５とが別々の筐体３１Ａ，３１Ｂに組み込まれ、これらレンズ光学系３２，３３が反対向きなるようにこれら筐体３１Ａ，３１Ｂが配置されてもよい。この場合、前後の固体撮像素子３４，３５によって撮像された画像が演算処理装置５１に転送されて、演算処理装置５１がプログラム５２ａに従ってそれらの撮像画像を合成して全方位画像を生成するとともに、その全方位画像をパノラマ画像に座標変換する。全方位画像及びパノラマ画像の生成に際しては、カメラキャリブレーションにより取得された内部パラメータ（焦点距離等）が利用される。

【0079】

上述の実施の形態では、基準盤１０を使用して、基準盤１０のマーカーＡ〜Ｄを全方位撮像装置３０によって撮影した。それに対して、マーカーＡ〜Ｄ以外の４点の基準点を全方位撮像装置３０によって撮影してもよい。例えば、寸法と形状が既知の部材上に定められた四つ以上の点を基準点として、その部材及びそれら基準点を全方位撮像装置３０によって撮影してもよい。この場合、これら基準点が同一平面上にあることが好ましい。部材の寸法と形状が既知であるので、その部材上に定められた四つ以上の基準点の相対的な位置関係（距離）が予め既知である。そして、ワールド座標系Ｘ_ＷＹ_ＷＺ_Ｗにおけるこれら基準点の座標がプログラム５２ａに予め組み込まれているか、作業者の入力部５３の操作により手動入力される。例えば、基準点としては、寸法及び形状が既知の矩形状窓枠の四隅の点、寸法及び形状が既知の矩形状ドア枠の四隅の点、寸法及び形状が既知の矩形状壁面の四隅の点等を利用することができる。

【0080】

上述の実施の形態では、平板１１に４個のマーカーＡ〜Ｄが付されていたが、５個以上のマーカーが平板１１に付されていてもよい。

【符号の説明】

【0081】

１０…基準盤， １１…平板， ３０…全方位撮像装置， ３１…筐体， ３１Ａ…筐体， ３１Ｂ…筐体， ３２…レンズ光学系， ３３…レンズ光学系， ３４…固体撮像素子， ３５…固体撮像素子， ３６…シャッターボタン， ３７…コントローラユニット， ３８…記録媒体， ５０…三次元位置計測装置， ５１…演算処理装置， ５２…記憶部， ５２ａ…プログラム， ５３…入力部， ５４…表示部， ５５…リーダライタ， ５６Ｌ…左側全方位画像， ５６Ｒ…右側全方位画像， ５７Ｌ…左側パノラマ画像， ５７Ｒ…右側パノラマ画像， ５８…インターフェース， ９０…部屋， ９１…床面， ９２…天井面， ９３…壁面， ９４…窓枠， ９５…ドア枠， Ａ…マーカー（基準点）， Ｂ…マーカー（基準点）， Ｃ…マーカー（基準点）， Ｄ…マーカー（基準点）， Ｐ…計測点， Ｑ…計測点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】