単眼ビデオカメラによるリアルタイム3次元計測/1画像からの3次元計測

近距離の写真計測に用いられるシステムは、下のようにカメラ２台を固定し、予めその位置と方向を調べておいて、三角法で対象物の位置を測定するステレオカメラ方式が主流でした。

アイティーティー社製ステレオカメラ		ビデオカメラ1台

しかし、この方式はカメラ位置のキャリブレーションや撮影の同期などシステムが複雑になり、撮影範囲も狭く、高価であるという欠点をもっています。 また、カメラ１台で計測できれば、そのほうが便利なことはいうまでもありません。

フォトカルクのビデオカメラバージョンは、１台のカメラで撮影できるので費用がかかりません。また、プローブやターゲットを用いない場合は、他に特に必要なものはありません。

      


・　計測に必要なもの
�@カメラ
�A測定対象物上または基準として用いる位置（寸法）の分かった点が３つ以上

・特徴
寸法や相対位置の判った点をもとに、単眼カメラでその3次元座標を取得します。 基準点は、３点（直線上または、カメラとの相対関係の判っているもの）、 ４点以上（平面状になくても良い）を用いることが出来ます。 基準点の分布の範囲が広く、点数の多いほど、精度は向上します。 一般に、基準は平面上の４点で、四角形を構成しなくてはなりませんが、 SingleView3Dは、3点以上の任意の点を基準として用いることが出来ます。 尚、３点を用いる手法は特許として出願中です。

適用事例

1.測量

5点プレートを2つ置き、画像を1枚撮影します。5点プレートの3次元位置が計算され、ターゲット間距離を計測できます。（下の図の場合 ターゲット間距離＝6205mm）

   フォトカルク　ツービューのように2枚の画像の撮影角度(60°〜90°)を確保する必要がなく、画像1枚で距離を計測できます。5点プレートの設置は同一平面上という制約はなく任意の位置に置き、距離計測が可能です。

2.位置計測

基準となる点を物体に取り付けると、その３次元位置がリアルタイムで得られます。
プローブとして用いることで、３次元測定器として使用出来ます。

移動するプローブの先端の座標を取得し、軌跡として表示します。

3点位置計測

既知の3つの点があれば、その3点がある物体をカメラ1台で撮影し3次元座標を計測できます。
3点のある物体は複数個使用可能です。


3点のある物体の例（3点プローブ)



[用途]
・三次元計測
・ロボット、自動機、など動きのある物の位置計測

下のムービーは実際に、1台のカメラの撮影により3次元座標の計測を行っている様子です。
3つの点が取り付けられた2つのプローブをカメラで撮影しています。画面上側に表示されている座標値はそれぞれのプローブの先端座標です。

資料>>>3D model SingleView3D.pdf

物体の形状の情報を読み込み、画像上の対応する場所をクリックすると3次元座標を取得できます。





3次元座標を基に立体を計算し、ポリゴンを作成します。





画像貼り付けソフトでポリゴンに画像を貼り付けます。





3Dモデルが完成します。

＊特許出願中

1枚の画像で3次元計測が出来る訳

画像1枚では絶対に3次元の寸法は判らないと思われている人が、ほとんどだと思います。ここで、簡単にどうして判るのかを示しましょう。
例えば、木を撮影して、その高さを調べたいときには、図のように何か寸法の判るものを一緒に撮影します。カメラも木も地面に対して真直ぐな面にあるとすると、画像上の スケールの寸法を測ることで、実際の木の高さが計算出来ます。

　木の高さ＝画像上の木の高さ寸法÷カメラの焦点距離×スケールの画像上の寸法

になります。
このように、画像の中に、寸法の判ったものを取り込むことで、それ以外のものの寸法や位置を計算することが出来ます。 実際には、カメラの方向が、地面と平行になっているとは限りませんので、その関係を知ることが必要になります。
フォトカルクSingleViewは、基準ﾌﾟﾚｰﾄなどの冶具をもとにそれらの関係を計算することで、一つの画像で、3次元の計算が行えるようになっています。 ただし、基準面をもとにした計算になりますので、２．５次元までの測定になります。
SingleView３Dの場合も同様、3次元の計算を行いますが、こちらは全く新しい考え方で、既知の寸法をもとに、それらの3次元座標を求めることができます。 従って、動くものの位置が測定出来ますし、基準冶具を２箇所におくことで、１画 像で３次元寸法を得ることも可能です。当社テストでは、市販の１２００万画素のカメラで１/１０,０００近い寸法精度を得ています。