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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】
(24)【登録日】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】システム
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240702BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 H
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020113692
(22)【出願日】2020-07-01
(65)【公開番号】P2022012114
(43)【公開日】2022-01-17
【審査請求日】2023-05-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】武智 太郎
【審査官】仲野 一秀
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１５９３８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５３７１９０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｇ０６Ｔ ７／００－７／９０
Ｇ０１Ｃ ３／００－３／３２
Ｇ０１Ｃ １／００－１／１４
５／００－１５／１４
Ｇ０１Ｓ ７／４８－７／５１
１７／００－１７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
空間の平面の少なくとも３つの点に配置され、当該各点からの光の発信により、測定対象としての仮想的な平面を形成する複数の光の発信器と、
互いに異なる第１、第２のポジションから前記測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーと、
前記センサーにより測定された測定データを処理するデータ処理装置と、を備え、
前記データ処理装置は、
前記測定対象の互いに法線ベクトルが異なる３つ以上の平面の測定データを前記センサーから取得し、取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの座標系を前記第１のポジションのセンサーの座標系に統合する変換式を算出する制御部を備えるシステム。
【請求項2】
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、異なるセンサーである請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、同一のセンサーである請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１のポジションのセンサーの視野と、前記第２のポジションのセンサーの視野とは、被っていない請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項5】
前記センサーは、互いに異なる３以上のポジションから測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーである請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項6】
前記制御部は、前記取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの３次元の各軸を前記第２のポジションのセンサーの各軸に合わせるために回転する回転パラメーターと、前記第２のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点を前記第１のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点に平行移動するための平行移動パラメーターと、を算出し、算出した回転パラメーター及び平行移動パラメーターから前記変換式を算出する請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、システムに関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象物をセンサーで測定することにより、測定対象物の位置を測定する技術が知られている。例えば、被測定物（測定対象物）を複数の異なる方向から撮影し、複数の画像データのテクスチャ同士の幾何学的位置関係を求めることによって、被測定物の形状データの位置決めを行う３次元データ処理装置が知られている（特許文献１参照）。
【0003】
また、被写体（測定対象物）に関連付けられた複数のマーカーを用いて当該被写体を撮影し、予め設定された被写体及び複数のマーカーの３次元座標と、撮影画像の複数のマーカーの２次元座標とから、被写体の２次元座標を算出する撮影対象物標識システムが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－９７６８８号公報
【文献】特開２００７－１６４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数の（３次元）センサーを用いて測定対象物を測定する場合に、当該複数のセンサーの座標系を統合する要請がある。また、特許文献１の３次元データ処理装置では、撮影位置が所定範囲以上重複（視野が被っている）必要があり、広範囲測定可能な系への適用が困難であった。また、特許文献２の撮影対象物標識システムでは、複数のマーカーの３次元座標を事前に精度よく測定しておく必要があるため、広範囲測定可能な系への適用が困難であった。
【0006】
本発明の課題は、広範囲測定可能な系においても、複数の異なるポジションでの測定の座標系を容易に統合することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明のシステムは、
空間の平面の少なくとも３つの点に配置され、当該各点からの光の発信により、測定対象としての仮想的な平面を形成する複数の光の発信器と、
互いに異なる第１、第２のポジションから前記測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーと、
前記センサーにより測定された測定データを処理するデータ処理装置と、を備え、
前記データ処理装置は、
前記測定対象の互いに法線ベクトルが異なる３つ以上の平面の測定データを前記センサーから取得し、取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの座標系を前記第１のポジションのセンサーの座標系に統合する変換式を算出する制御部を備える。
空間の平面の少なくとも３つの点に配置され、当該各点からの光の発信により、測定対象としての仮想的な平面を形成する複数の光の発信器と、
互いに異なる第１、第２のポジションから前記測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーと、
前記センサーにより測定された測定データを処理するデータ処理装置と、を備え、
前記データ処理装置は、
前記測定対象の互いに法線ベクトルが異なる３つ以上の平面の測定データを前記センサーから取得し、取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの座標系を前記第１のポジションのセンサーの座標系に統合する変換式を算出する制御部を備える。
【0008】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、異なるセンサーである。
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、異なるセンサーである。
【0009】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のシステムにおいて、
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、同一のセンサーである。
前記第１のポジションのセンサーと、前記第２のポジションのセンサーとは、同一のセンサーである。
【0010】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記第１のポジションのセンサーの視野と、前記第２のポジションのセンサーの視野とは、被っていない。
前記第１のポジションのセンサーの視野と、前記第２のポジションのセンサーの視野とは、被っていない。
【0011】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記センサーは、互いに異なる３以上のポジションから測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーである。
前記センサーは、互いに異なる３以上のポジションから測定対象の３次元座標を測定可能なセンサーである。
【0016】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステムにおいて、
前記制御部は、前記取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの３次元の各軸を前記第２のポジションのセンサーの各軸に合わせるために回転する回転パラメーターと、前記第２のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点を前記第１のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点に平行移動するための平行移動パラメーターと、を算出し、算出した回転パラメーター及び平行移動パラメーターから前記変換式を算出する。
前記制御部は、前記取得した測定データから、前記第２のポジションのセンサーの３次元の各軸を前記第２のポジションのセンサーの各軸に合わせるために回転する回転パラメーターと、前記第２のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点を前記第１のポジションのセンサーの３次元の座標系の原点に平行移動するための平行移動パラメーターと、を算出し、算出した回転パラメーター及び平行移動パラメーターから前記変換式を算出する。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、広範囲測定可能な系においても、複数の異なるポジションでの測定の座標系を容易に統合できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施の形態のデータ処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態のセンサーと測定対象物との配置例を示す図である。
【図3】変換式算出処理を示すフローチャートである。
【図4】（ａ）は、実施の形態の視野が被った状態のセンサーと、姿勢が変化された測定対象物と、を示す図である。（ｂ）は、実施の形態の視野が被っていない状態のセンサーと、姿勢が変化された測定対象物と、を示す図である。
【図5】第１の変形例のセンサーと、姿勢が変化された測定対象物と、を示す図である。
【図6】第２の変形例のセンサーと、固定された測定対象物と、を示す図である。
【図7】第３の変形例のセンサーと、姿勢が変化された測定対象物と、を示す図である。
【図8】第４の変形例のセンサーと、固定された測定対象物と、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
添付図面を参照して本発明に係る実施の形態、第１～第４の変形例を順に詳細に説明する。なお、本発明は、図示例に限定されるものではない。
【0022】
（実施の形態）
図１～図４を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。まず、図１、図２を参照して、本実施の形態の装置構成を説明する。図１は、本実施の形態のデータ処理装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態のセンサー２０Ａ，２０Ｂと測定対象物Ｍ１との配置例を示す図である。
図１～図４を参照して、本発明に係る実施の形態を説明する。まず、図１、図２を参照して、本実施の形態の装置構成を説明する。図１は、本実施の形態のデータ処理装置１０の機能構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態のセンサー２０Ａ，２０Ｂと測定対象物Ｍ１との配置例を示す図である。
【0023】
本実施の形態のデータ処理装置１０は、センサー群２０のセンサーから取得した測定データを用いて、２つのセンサーの測定データの座標を統合するデータ処理を行う情報処理装置である。
【0024】
図１に示すように、データ処理装置１０は、制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、測定データＩ／Ｆ（InterFace）部１４と、記憶部１５と、操作部１６と、表示部１７と、通信部１８と、を備える。センサー群２０は、センサー２０Ａ，２０Ｂを有する。
【0025】
ＣＰＵ１１は、データ処理装置１０の各部の処理動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されている各種処理プログラムを読み出してＲＡＭ１３に展開し、展開したプログラムとの協働により各種処理を行う。
【0026】
ＲＯＭ１２は、各種データの読み出しが可能な記憶部であり、各種処理プログラムや、当該プログラムの実行に必要なパラメーターやファイルなどのデータを記憶している。ＲＯＭ１２は、後述する変換式算出処理を実行するための変換式算出プログラムが記憶されている。
【0027】
ＲＡＭ１３は、ＣＰＵ１１により実行制御される各種処理において、ＲＯＭ１２から読み出された各種プログラムや、入力データ、出力データ、パラメーターなどのデータを一時的に記憶するワークエリアを形成する。
【0028】
測定データＩ／Ｆ部１４は、ケーブルを介して接続されたセンサー２０Ａ，２０Ｂとの間でデータ通信を行うインターフェースであり、センサー２０Ａ，２０Ｂから測定データを取得する。
【0029】
記憶部１５は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）や不揮発性の半導体メモリーなどにより構成され、各種データを読み出し及び書き込み可能に記憶する。
【0030】
操作部１６は、カーソルキー、文字入力キー及び各種機能キーなどを有するキーボードと、マウスなどのポインティングデバイスを備え、キーボードに対するキー操作やマウスなどへの位置操作により入力された操作情報をＣＰＵ１１に出力する。また、操作部１６は、表示部１７の表示画面に積層されたタッチパネルを含み、操作者の指などによるタッチ操作の位置に応じた操作情報をＣＰＵ１１に出力する構成としてもよい。
【0031】
表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイなどのモニターを備え、ＣＰＵ１１から入力される表示情報の指示に従って、各種画面をモニターに表示する。
【0032】
通信部１８は、ネットワークインターフェースなどにより構成され、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、インターネットなどの通信ネットワークを介して接続された外部機器との間でデータの送受信を行う。
【0033】
センサー２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、３次元センサーであり、測定対象物までの距離を測定し、測定対象物の表面平面を示す３次元座標の測定データを出力する。この３次元センサーは、例えば、ステレオカメラ法のセンサーや、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、ミリ波レーダーなどの飛行時間法（ＴＯＦ：Time of Flight Method）のセンサー、アクティブステレオ法のセンサーなどで構成される。
【0034】
ステレオカメラのセンサーは、互いに位置が異なる２つのカメラ部を有し、各カメラ部で撮影された画像データを比較することにより、測定対象物である被写体までの距離、位置を測定する。ＬＩＤＡＲの測距センサーは、パルス状に発光するレーザーを照射するレーザー照射部と、レーザー照射に対する散乱光を測定する受光部とを有し、レーザーの照射から散乱光受信までの時間に対応する測定対象物までの距離、位置を測定する。ミリ波レーダーの測距センサーは、ミリ波の信号を生成するシンセサイザー、ミリ波の信号に応じた電波を送信するＴＸ（Transmitter）アンテナ、この電波が測定対象物により反射され戻ってきた電波を受信するＲＸ（Receiver）アンテナを有し、電波の送信から受信までの時間に対応する測定対象物までの距離、位置を測定する。アクティブステレオ法の測距センサーは、ステレオカメラの１つのカメラ部をスポット光、スリット光、マルチパターン光などの光の投影部に置き換えたものであり、対象に投影された光を１つのカメラ部で撮像して検出し、光が投影された箇所までの距離、位置を測定する。なお、上記各種センサーの測定データ生成の情報処理の少なくとも一部をＣＰＵ１１が行う構成としてもよい。
【0035】
図２に示すように、センサー２０Ａ，２０Ｂを用いて測定対象物Ｍ１の位置を測定する場合を説明する。測定対象物Ｍ１は、平板状の基準平面板とする。
【0036】
センサー２０Ａ，２０Ｂは、互いに異なるポジション（位置、姿勢）に配置され、それぞれ独自の（独立した）３次元の座標系を有する。センサー２０Ａの座標系において、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を、原点Ｏa、ｘa軸、ｙa軸、ｚa軸とする。センサー２０Ｂの座標系において、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を、原点Ｏb、ｘb軸、ｙb軸、ｚb軸とする。図２上では、センサー２０Ａ，２０Ｂのｙa軸と、ｙb軸とが平行の場合を図示しているが、これに限定されるものではない。また、センサー２０Ａ，２０Ｂは、センサー２０Ａの光軸（ｚa軸）の延長上の測定対象物Ｍ１の表面の法線ベクトルと、センサー２０Ｂの光軸（ｚb軸）の延長上の測定対象物Ｍ１の表面の法線ベクトルとが、異なるように配置されている。
【0037】
センサー２０Ａの測定データは、センサー２０Ａの座標系における測定対象物Ｍ１の表面の点の座標データ（ｘa，ｙa，ｚa）となる。センサー２０Ｂの測定データは、センサー２０Ｂの座標系における測定対象物Ｍ１の表面の点の座標データ（ｘb，ｙb，ｚb）となる。
【0038】
ここで、センサー２０Ｂの座標系は、ｘb軸まわりに回転角θx、ｙb軸まわりに回転角θy、ｚb軸まわりに回転角θz回転させ、ｘa軸方向にｐx、y軸方向にｐy、z軸方向にｐz（ベクトルｐ＝（ｐx，ｐy，ｐz））平行移動させることで、センサー２０Ａの座標系と同一の座標系に変換することができる。ここで、回転角θxは、ｘb軸を中心としてｙb軸をｚb軸に向ける方向を正とする。回転角θyは、ｙb軸を中心としてｚb軸をｘb軸に向ける方向を正とする。回転角θzは、ｘb軸をｙb軸に向ける方向を正とする。本実施の形態では、この６つのパラメーター（回転パラメーターθx，θy，θz、平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzとする）を簡単に求めるための手法を提案する。
【0039】
つぎに、図３、図４を参照して、データ処理装置１０の動作を説明する。図３は、変換式算出処理を示すフローチャートである。図４（ａ）は、本実施の形態の視野が被った状態のセンサー２０Ａ，２０Ｂと、姿勢が変化された測定対象物Ｍ１と、を示す図である。図４（ｂ）は、本実施の形態の視野が被っていない状態のセンサー２０Ａ，２０Ｂと、姿勢が変化された測定対象物Ｍ１と、を示す図である。
【0040】
図３を参照して、データ処理装置１０で実行される変換式算出処理を説明する。変換式算出処理は、センサー２０Ａ，２０Ｂにより測定対象物を測定して、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを算出し、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzにより、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に変換するための変換式を算出する処理である。
【0041】
ここでは、図４（ａ）に示すように、例えば、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢとが領域ＡＲ１で被るように、センサー２０Ａ，２０Ｂが配置されているものとする。また、少なくとも、視野ＦＡ，ＦＢ（領域ＡＲ１）内に測定対象物Ｍ１の同一の平面表面が含まれるように配置された測定対象物Ｍ１の姿勢が姿勢ＰＯ１，ＰＯ２，ＰＯ３に変化され、それぞれの姿勢で、測定データが測定されるものとする。このように、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを求めるために、センサー２０Ａ，２０Ｂのポジションを固定して、３つ以上の姿勢での測定対象物Ｍ１の測定が必要になる。
【0042】
なお、図４（ｂ）に示すように、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢとが被らないように、センサー２０Ａ，２０Ｂが配置されているものとしてもよい。
【0043】
データ処理装置１０において、例えば、操作部１６を介して操作者から変換式算出処理の実行指示が入力されたことをトリガーとして、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶された変換式算出プログラムに従い、変換式算出処理を実行する。
【0044】
図３に示すように、まず、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂに対して初期化を行う（ステップＳ１１）。そして、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂの初期化が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２）。初期化が終了していない場合（ステップＳ１２；ＮＯ）、ステップＳ１１に移行される。
【0045】
初期化が終了した場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、測定データＩ／Ｆ部１４を介して、センサー２０Ａからある姿勢の測定対象物Ｍ１の平面表面の測定データ（ｘai，ｙai，ｚai）（変数ｉ＝１，２，…）を取得し、センサー２０Ｂから同じ姿勢の測定対象物Ｍ１の平面表面の測定データ（ｘbi，ｙbi，ｚbi）を取得する（ステップＳ１３）。初めてステップＳ１３を通る場合は、ｉ＝１となる。また、測定データ（ｘai，ｙai，ｚai）は、測定対象物Ｍ１の平面表面のｚa軸上の交点（０，０，ｚai）を含む当該平面表面の複数の点の３次元座標データとする。測定データ（ｘbi，ｙbi，ｚbi）は、測定対象物Ｍ１の平面表面上の複数の点の３次元座標データとする。
【0046】
そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１３で取得された測定データ（ｘai，ｙai，ｚai）から最小二乗法により平面Ｐaiを算出し、同じく取得された測定データ（ｘbi，ｙbi，ｚbi）から最小二乗法により平面Ｐbiを算出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、測定データ（ｘai，ｙai，ｚai）に対応する平面Ｐaiと、測定データ（ｘbi，ｙbi，ｚbi）に対応する平面Ｐbiとは、次式（１）、（２）により表される（ただし、ここではｉを省略している）。
ただし、ｔ：式（１）の平面上のｘa軸方向の任意のｘ座標、ｓ：式（１）の平面上のｙa軸方向の任意のｙ座標、ｄｚax：ｘa軸方向の１増加に対するｚa増加量（ｚaのｘa軸方向の偏微分）、ｄｚay：ｙa軸方向の１増加に対するｚa増加量（ｚaのｙa軸方向の偏微分）、ｔ’：式（２）の平面上のｘb軸方向の任意のｘ座標、ｓ’：式（２）の平面上のｙb軸方向の任意のｙ座標、ｄｚbxi：ｘb軸方向の１増加に対するｚb増加量（ｚbのｘb軸方向の偏微分）、ｄｚbyi：ｙb軸方向の１増加に対するｚb増加量（ｚbのｙb軸方向の偏微分）である。
【数1】
【0047】
そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１４で算出された平面Ｐaiの法線ベクトルｖaiと、平面Ｐbiの法線ベクトルｖbiと、を算出し、互いに相違な法線ベクトルｖai，ｖbiの平面表面が所定数（予め設定された３以上の値）あるか否かを判別する（ステップＳ１５）。
【0048】
互いに相違な法線ベクトルｖai，ｖbiの平面表面が所定数ない場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、ＣＰＵ１１は、測定対象物Ｍ１の姿勢を変更指示するメッセージを表示部１７に表示し、変数ｉを１インクリメントし（ステップＳ１６）、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１６に対応して、操作者は、測定対象物Ｍ１の姿勢を変更する。
【0049】
互いに相違な法線ベクトルｖai，ｖbiの平面表面が所定数ある場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、互いに相違な３つ以上の法線ベクトルｖai，ｖbiを用いて、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを算出する（ステップＳ１７）。
【0050】
ステップＳ１７における回転パラメーターθx，θy，θzの算出方法を説明する。まず、回転行列Ｒx：ｘb軸周りの回転（回転角θx）、回転行列Ｒy：ｙb軸周りの回転（回転角θy）、回転行列Ｒz：ｚb軸周りの回転（回転角θz）とし、数式を見やすくするためθx＝θ、θy＝φ、θz＝ψとする。Ｒx，Ｒy，Ｒzによる回転は、次式（３）を用いて、次式（４）で表される。
【数2】
【0051】
全ての法線ベクトルｖai，ｖbiのうち、互いに相違な法線ベクトルｖai，ｖbiを、それぞれ、法線ベクトルｖa1，ｖa2，…，ｖan(ｎは任意の自然数)、法線ベクトルｖb1，ｖb2，…，ｖbn、とすると、次式（５）の関係となる。
（ｖa1ｖa2…ｖan）＝ＲxＲyＲz（ｖb1ｖb2…ｖbn） …（５）
（ｖa1ｖa2…ｖan）＝ＲxＲyＲz（ｖb1ｖb2…ｖbn） …（５）
【0052】
式（５）において、Ａ＝ＲxＲyＲzＢ，Ｒ＝ＲxＲyＲzとすると、ｎ＝３のときは、Ｂ＝Ｒ-1Ａを用いて、次式（６）により、θ，φ，ψ＝回転パラメーターθx，θy，θzが算出される。
Ｒ＝ＡＢ-1 …（６）
例えば、測定対象物Ｍ１の姿勢ＰＯ１，ＰＯ２，ＰＯ３に対応する３組の法線ベクトルに対応する変数ｉ（ｎ＝３）に対応する式（６）から、回転パラメーターθx，θy，θzが算出される。
Ｒ＝ＡＢ-1 …（６）
例えば、測定対象物Ｍ１の姿勢ＰＯ１，ＰＯ２，ＰＯ３に対応する３組の法線ベクトルに対応する変数ｉ（ｎ＝３）に対応する式（６）から、回転パラメーターθx，θy，θzが算出される。
【0053】
ｎ＞３のときは、式（５）において、一般化逆行列（ＲTＲ）-1ＲT（ただし、ＲTはＲの転置行列）を用いて、次式（７）により、最小二乗法でＲxＲyＲzの誤差を小さくして、θ，φ，ψ＝回転パラメーターθx，θy，θzが算出される。
Ｂ＝（ＲTＲ）-1ＲTＡ …（７）
Ｂ＝（ＲTＲ）-1ＲTＡ …（７）
【0054】
また、ステップＳ１７における平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzの算出方法を説明する。まず、センサー２０Ａの原点Ｏaからセンサー２０Ｂの原点Ｏbまでの位置ベクトルｐ＝（ｐx，ｐy，ｐz）とする。すると、次式（８）が成り立つ。
【数3】
【0055】
式（８）で、ｔ＝－ｐx－ｒxb，ｓ＝－ｐy－ｒybとすれば、次式（９）となる。
－ｄｚax（ｐx＋ｒxb）－ｄｚay（ｐy＋ｒyb）＋ｒzb＋ｐz＝ｚa …（９）
ここで、－ｄｚax，ｒxb，ｄｚay，ｒyb，ｒzb，ｚaは、既知の値である。このため、測定対象物Ｍ１の３つ以上の姿勢に対する変数ｉに対応する３つの式（９）を解くことにより、平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzが算出される。
－ｄｚax（ｐx＋ｒxb）－ｄｚay（ｐy＋ｒyb）＋ｒzb＋ｐz＝ｚa …（９）
ここで、－ｄｚax，ｒxb，ｄｚay，ｒyb，ｒzb，ｚaは、既知の値である。このため、測定対象物Ｍ１の３つ以上の姿勢に対する変数ｉに対応する３つの式（９）を解くことにより、平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzが算出される。
【0056】
そして、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で算出された回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを用いて、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合（変換）するための変換式を算出して記憶部１５に記憶し（ステップＳ１８）、変換式算出処理を終了する。ステップＳ１８の変換式は、変換前のセンサー２０Ｂの座標系の３次元座標位置（ｘB，ｙB，ｚB）、変換後のセンサー２０Ａの座標系の３次元座標位置（ｘA，ｙA，ｚA）を用いて、次式（１０）で表される。
【数4】
【0057】
以上、本実施の形態によれば、データ処理装置１０は、互いに異なるポジションから測定対象物Ｍ１の３次元座標を測定可能なセンサー２０Ａ，２０Ｂにより測定された測定データを処理する。データ処理装置１０は、測定対象物Ｍ１の互いに法線ベクトルが異なる３つ以上の平面の測定データをセンサー２０Ａ，２０Ｂから取得し、取得した測定データから、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式を算出するＣＰＵ１１を備える。このため、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合することにより、広範囲測定可能な系においても、複数の異なるポジションでの測定の座標系を容易に統合できる。
【0058】
また、互いに異なるポジションのセンサー２０Ａとセンサー２０Ｂとは、異なるセンサーである。このため、センサー２０Ａ，２０Ｂのポジションを固定して測定対象物Ｍ１の表面平面を容易に測定できる。
【0059】
また、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢとは、被っている。なお、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢとは、被っていない構成としてもよい。この被っていない構成では、広範囲測定可能な系においても、複数の異なるポジションでの測定の座標系を容易に統合できる。
【0060】
また、測定対象は、物理的な表面平面を有する測定対象物Ｍ１である。このため、測定対象物Ｍ１を容易に測定できる。
【0061】
また、測定対象物Ｍ１は、姿勢の変化が可能である。センサー２０Ａ，２０Ｂは、測定対象物Ｍ１の姿勢が変化（姿勢ＰＯ１，ＰＯ２，ＰＯ３）された状態の複数の平面を測定する。このため、測定対象物Ｍ１の姿勢の変化をすることにより、測定対象物Ｍ１の複数の平面を容易に測定できる。
【0062】
また、ＣＰＵ１１は、取得した測定データから、センサー２０Ｂの３次元の各軸をセンサー２０Ａの各軸に合わせるために回転する回転パラメーターθx，θy，θzと、センサー２０Ｂの３次元の座標系の原点をセンサー２０Ａの３次元の座標系の原点に平行移動するための平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzと、を算出し、算出した回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzから変換式を算出する。このため、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式を容易かつ正確に算出できる。
【0063】
【0064】
上記実施の形態では、データ処理装置１０において、センサー群２０が２つのセンサー２０Ａ，２０Ｂを有する構成としたが、本変形例では、データ処理装置１０のセンサー群２０が３つのセンサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを有する構成とする。なお、センサー群２０が４つ以上のセンサーを有する構成としてもよい。本変形例のデータ処理装置１０において、上記実施の形態のデータ処理装置１０と同じ部分に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0065】
センサー２０Ｃは、センサー２０Ａ，２０Ｂと同様の３次元測定センサーとし、センサー２０Ａ，２０Ｂと互いに異なるポジションに配置されているものとする。
【0066】
つぎに、データ処理装置１０の動作を説明する。図５に示すように、例えば、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢと、センサー２０Ｃの視野ＦＣとが被らないように、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが配置されているものとする。また、少なくとも、視野ＦＡ，ＦＢ，ＦＣ内に測定対象物Ｍ１の同一の平面表面が含まれるように、測定対象物Ｍ１の姿勢が姿勢ＰＯ１，ＰＯ２，ＰＯ３に変化され、それぞれの姿勢の平面表面が測定されるものとする。このように、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを求めるために、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの位置を固定して、測定対象物Ｍ１の３つ以上の姿勢の平面表面の測定がなされる。なお、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢと、センサー２０Ｃの視野ＦＣとが、同一の領域で被る構成としてもよい。
【0067】
本変形例においても、データ処理装置１０において、変換式算出処理と同様の処理が実行される。本変形例では、例えば、ある１つのセンサーの座標系を他の１つのセンサーの座標系に統合する変換式（ここでは、例えば、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式、センサー２０Ｃの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式）を算出する。
【0068】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを初期化する。ステップＳ１２では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの初期化が終了したか否かを判別する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより、ある姿勢の測定対象物Ｍ１の平面表面の測定データを取得する。ステップＳ１４では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの測定データから平面の法線ベクトルを算出する。ステップＳ１５では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂの測定データに対応する法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルが相違する平面表面が所定数あり、かつ、センサー２０Ａ，２０Ｃの測定データに対応する法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルが相違する平面表面が所定数あるか否かを判別する。
【0069】
ステップＳ１７では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合するための回転パラメーター及び平行移動パラメーターと、センサー２０Ｃの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合するための回転パラメーター及び平行移動パラメーターと、を算出する。ステップＳ１８では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で算出された回転パラメーター及び平行移動パラメーターを用いて、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式と、センサー２０Ｃの座標系をセンサー２０Ａの座標系に統合する変換式と、を算出し記憶部１５に記憶する。
【0070】
以上、本変形例によれば、センサー群２０は、互いに異なる３以上のポジションから測定対象の３次元座標を測定可能なセンサー２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを有する。このため、第２のポジションのセンサーの座標系を第１のポジションのセンサーの座標系に統合する変換式を複数組（ここでは２組）算出できる。
【0071】
【0072】
上記実施の形態では、データ処理装置１０において、測定対象物Ｍ１の姿勢を３つ以上変化させて測定する構成としたが、本変形例では、データ処理装置１０を用いて、測定対象物Ｍ２の姿勢を固定して測定する構成とする。本変形例のデータ処理装置１０において、上記実施の形態のデータ処理装置１０と同じ部分に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0073】
つぎに、データ処理装置１０の動作を説明する。図６に示すように、例えば、センサー２０Ａの視野ＦＡと、センサー２０Ｂの視野ＦＢとが領域ＡＲ１で被るように、センサー２０Ａ，２０Ｂが配置されているものとする。また、測定対象物Ｍ２は、領域ＡＲ１内に配置された状態で、センサー２０Ａ，２０Ｂから同時に測定が可能な３つ以上の平面表面を有する構成とする。測定対象物Ｍ２の３つ以上の平面表面は、それぞれ、互いに識別可能であり、例えば、各平面表面の識別情報として、平面表面の色、平面の周囲の形状が異なっているものとする。また、センサー２０Ａ，２０Ｂは、測定対象物Ｍ２の各平面表面の識別情報を取得可能であるものとする。
【0074】
このように、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを求めるために、センサー２０Ａ，２０Ｂのポジションを固定して、同じく姿勢が固定された測定対象物Ｍ２の３つ以上の平面表面の測定がなされる。
【0075】
本変形例においても、データ処理装置１０において、変換式算出処理と同様の処理が実行される。本変形例でも、例えば、センサー２０Ｂの座標系をセンサー２０Ａの座標系に変換する変換式を算出するものとする。
【0076】
ステップＳ１１，Ｓ１２は、上記実施の形態と同様である。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂにより、測定対象物Ｍ２のある平面表面の測定データを取得する。ステップＳ１５では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａ，２０Ｂの測定データに対応する法線ベクトルが相違な測定対象物Ｍ２の平面表面が所定数あるか否かを判別する。ステップＳ１６では、ＣＰＵ１１は、測定対象物Ｍ２の未測定の平面表面を選択し、ステップＳ１３で当該選択された平面表面の測定データが取得される。ステップＳ１７，Ｓ１８は、上記実施の形態と同様である。
【0077】
以上、本変形例によれば、測定対象物Ｍ２は、１つの姿勢で測定可能な３つ以上の平面表面を有する。センサー２０Ａと、センサー２０Ｂとは、測定対象物Ｍ２の１つの姿勢の３つ以上の平面を測定する。このため、測定対象物Ｍ２の姿勢を変化する構成が不要となり、測定対象物Ｍ２の３つ以上の平面表面を容易に測定できる。
【0078】
【0079】
上記実施の形態では、データ処理装置１０において、センサー群２０が２つのセンサー２０Ａ，２０Ｂを有する構成としたが、本変形例では、データ処理装置１０のセンサー群２０が１つのセンサー２０Ａを有する構成とする。本変形例のデータ処理装置１０において、上記実施の形態のデータ処理装置１０と同じ部分に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0080】
また、センサー２０Ａは、ポジション（位置及び姿勢）が変更可能である。データ処理装置１０は、ＣＰＵ１１の制御に従って、センサー２０Ａのポジションを変更するポジション変更部（図示略）を備える。
【0081】
つぎに、データ処理装置１０の動作を説明する。図７に示すように、例えば、センサー２０ＡのポジションＰＯ４での視野ＦＡ４と、センサー２０ＡのポジションＰＯ５での視野ＦＡ５と、が被らないように、センサー２０Ａが配置され、ポジションが変更されるものとする。なお、センサー２０ＡのポジションＰＯ４での視野ＦＡ４と、センサー２０ＡのポジションＰＯ５での視野ＦＡ５とが、所定の領域で被るように、センサー２０Ａが配置され、ポジション変更される構成としてもよい。
【0082】
このように、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを求めるために、センサー２０Ａのポジションを変更して、姿勢が変化される測定対象物Ｍ１の３つ以上の平面表面の測定がなされる。
【0083】
本変形例においても、データ処理装置１０において、変換式算出処理と同様の処理が実行される。本変形例では、例えば、センサー２０ＡのポジションＰＯ５の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ４の座標系に変換する変換式を算出するものとする。
【0084】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａを初期化する。ステップＳ１２では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａの初期化が終了したか否かを判別する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、ポジション変更部によりセンサー２０Ａをあるポジション（例えば、ポジションＰＯ４）に変更し、センサー２０Ａにより、ある姿勢の測定対象物Ｍ１の平面表面の測定データを取得し、ポジション変更部によりセンサー２０Ａを異なるポジション（例えば、ポジションＰＯ５）に変更し、センサー２０Ａにより、当該姿勢の測定対象物Ｍ１の平面表面の測定データを取得する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１３で取得されたセンサー２０ＡのポジションＰＯ４の測定データから平面表面の法線ベクトルを算出し、同じくセンサー２０ＡのポジションＰＯ５の測定データから平面表面の法線ベクトルを算出する。
【0085】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１１は、センサー２０ＡのポジションＰＯ４，ＰＯ５の測定データに対応する法線ベクトルが相違な平面表面が所定数あるか否かを判別する。ステップＳ１６は、上記実施の形態のステップＳ１６と同様である。ステップＳ１７では、ＣＰＵ１１は、センサー２０ＡのポジションＰＯ５の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ４の座標系に変換するための回転パラメーター及び平行移動パラメーターを算出する。ステップＳ１８では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で算出された回転パラメーター及び平行移動パラメーターを用いて、センサー２０ＡのポジションＰＯ５の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ４の座標系に変換する変換式を算出し記憶部１５に記憶する。
【0086】
以上、本変形例によれば、２つの互いに異なるポジションのセンサーは、同一のセンサー２０Ａである。このため、データ処理装置１０のセンサー群２０の構成を簡単にすることができる。
【0087】
【0088】
上記実施の形態では、データ処理装置１０において、センサー群２０が２つのセンサー２０Ａ，２０Ｂを有し、測定対象物Ｍ１の姿勢を３つ以上変化させて測定する構成としたが、本変形例では、センサー群２０が１つのセンサー２０Ａを有し、測定対象物Ｍ２の姿勢を固定して測定する構成とする。本変形例のデータ処理装置１０において、上記実施の形態のデータ処理装置１０と同じ部分に同じ符号を付して、その説明を省略する。
【0089】
また、センサー２０Ａは、ポジション（位置及び姿勢）が変更可能である。データ処理装置１０は、ＣＰＵ１１の制御に従って、センサー２０Ａのポジションを変更するポジション変更部（図示略）を備える。
【0090】
つぎに、データ処理装置１０の動作を説明する。図８に示すように、例えば、センサー２０ＡのポジションＰＯ６での視野ＦＡ６と、センサー２０ＡのポジションＰＯ７での視野ＦＡ７と、が領域ＡＲ１で被るように、センサー２０Ａが配置され、ポジションが変更されるものとする。
【0091】
このように、回転パラメーターθx，θy，θz及び平行移動パラメーターｐx，ｐy，ｐzを求めるために、センサー２０Ａのポジションを変更して、固定される測定対象物Ｍ２の３つ以上の平面表面の測定がなされる。
【0092】
本変形例においても、データ処理装置１０において、変換式算出処理と同様の処理が実行される。本変形例では、例えば、センサー２０ＡのポジションＰＯ７の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ６の座標系に変換する変換式を算出するものとする。
【0093】
ステップＳ１１では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａを初期化する。ステップＳ１２では、ＣＰＵ１１は、センサー２０Ａの初期化が終了したか否かを判別する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、ポジション変更部によりセンサー２０Ａをあるポジション（例えば、ポジションＰＯ６）に移動し、センサー２０Ａにより、測定対象物Ｍ２のある平面表面の測定データを取得し、ポジション変更部によりセンサー２０Ａを異なるポジション（例えば、ポジションＰＯ７）に変更し、センサー２０Ａにより、測定対象物Ｍ２の当該平面表面の測定データを取得する。ステップＳ１３では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１３で取得されたセンサー２０ＡのポジションＰＯ６の測定データから平面表面の法線ベクトルを算出し、同じくセンサー２０ＡのポジションＰＯ７の測定データから平面表面の法線ベクトルを算出する。
【0094】
ステップＳ１５では、ＣＰＵ１１は、センサー２０ＡのポジションＰＯ６，ＰＯ７の測定データに対応する法線ベクトルが相違な平面表面が、所定数あるか否かを判別する。ステップＳ１６では、ＣＰＵ１１は、測定対象物Ｍ２の未測定の平面表面を選択し、ステップＳ１３で当該選択された平面表面の測定データが取得される。ステップＳ１７では、ＣＰＵ１１は、センサー２０ＡのポジションＰＯ７の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ６の座標系に変換するための回転パラメーター及び平行移動パラメーターを算出する。ステップＳ１８では、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１７で算出された回転パラメーター及び平行移動パラメーターを用いて、センサー２０ＡのポジションＰＯ７の座標系をセンサー２０ＡのポジションＰＯ６の座標系に変換する変換式を算出し記憶部１５に記憶する。
【0095】
以上、本変形例によれば、第３の変形例と同様に、データ処理装置１０のセンサー群２０の構成を簡単にすることができ、かつ第２の変形例と同様に、測定対象物Ｍ２の姿勢を変化する構成が不要となり、測定対象物Ｍ２の３つ以上の平面表面を容易に測定できる。
【0096】
なお、上記実施の形態及び各変形例における記述は、本発明に係る好適なデータ処理装置、データ処理方法及びプログラムの一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態及び各変形例の少なくとも２つを適宜組み合わせる構成としてもよい。
【0097】
また、上記実施の形態及び各変形例では、測定対象として、物理的な平面を有する測定対象物Ｍ１，Ｍ２を測定する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、測定対象として、仮想的な平面を有する測定対象物や、仮想的な平面を構成する装置としてもよい。仮想的な平面としては、例えば、空間の平面の少なくとも３つの点に光の発信器を配置した測定対象物や、複数の光の発信器を制御して平面を形成可能な装置であり、それらの点を含む平面をセンサーで測定する構成である。
【0098】
また、以上の実施の形態におけるデータ処理装置１０を構成する各部の細部構成及び細部動作に関して本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0099】
１０ データ処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 測定データＩ／Ｆ部
１５ 記憶部
１６ 操作部
１７ 表示部
１８ 通信部
２０ センサー群
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ センサー
Ｍ１，Ｍ２ 測定対象物
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 測定データＩ／Ｆ部
１５ 記憶部
１６ 操作部
１７ 表示部
１８ 通信部
２０ センサー群
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ センサー
Ｍ１，Ｍ２ 測定対象物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】