JP6847712B2 - ３次元位置計測システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、計測対象の３次元位置を計測する３次元位置計測システム及び方法に関する。

航空機では、その安全のため、「着氷」を防止しており、そのため、主翼では、エンジンからの暖気（ブリード）を利用した防氷システムが一般に用いられている。しかしながら、エンジンから分岐する暖気供給量はエンジン燃費に直結する。航空機の安全性能と燃費性能を両立するためには、暖気供給量を適正に設定することが必要となるが、低減させすぎると、蒸発しきれず残る水分が固定翼に付着する氷、いわゆる、ランバックアイスが発生する。これは、航空機の安全性を考慮すると、注意が必要であり、防氷システムの暖機供給量の最適化には、ランバックアイスの高さ、形状を適切に評価することが必要となる。

特開２００９−２７０９１５号公報

上記着氷を評価するための性能評価試験の１つとして、着氷風洞試験がある。当該試験は、通常の風洞試験と同様に閉鎖された風路に水滴を噴射し、試験断面として設置された供試体に積雪する氷の大きさ、形状を評価する試験である。

氷の形状を評価する場合、着氷の途中で通風を停止し、残った氷を切断して、型取する方法がある。この方法は、単純明快な方法であるが、用意された断面のみしか計測できない、氷が解け始める前に計測する必要がある、通風中の形状は計測できないなどの問題がある。また、近年では、通風停止後に残った氷を３次元計測器（例えば、３次元レーザトラッカなど）により実測する方法が通例である。この方法は、精度が高く、また、計測場所を限ることもないが、計測に非常に時間がかかる、氷が解け始める前に計測する必要がある、通風中の形状は計測できないなどの問題がある。このように、３次元計測器により実測する方法であっても、試験効率の低下や計測中の氷の熔解を伴う。

なお、脱落が発生する前の氷の高さを計測し、脱落直前の高さを予測（線形に外挿）することで、評価すべき高さを推定するなどの方法が考えられるが、この手法では、脱落直前の瞬間を見誤ることにより、航空機の安全性能に影響がある氷を見逃す可能性がある。また、見逃しを恐れて、設計上、過度な高さを推定することにより、航空機性能を過小評価する可能性があるため、これも適切ではない。また、そもそも、通風停止時の温度上昇や風速変動程度で脱落してしまうような条件の氷の形状は、上述した方法では計測できない。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、特殊な環境下でも、計測対象を高精度で効率良く計測することができる３次元位置計測システム及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る３次元位置計測システムは、
対象物を異なる方向から撮影する複数の撮影手段と、
前記複数の撮影手段で撮影した画像を取得し、前記画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する処理手段とを有し、
前記処理手段は、
前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、前記設置位置の各々において、前記複数の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の基準格子画像として取得する計測前画像取得部と、
前記計測時に、前記複数の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の計測画像として取得する計測時画像取得部と、
１の前記撮影手段にて異なる前記設置位置で撮影された２つの前記基準格子画像と、それに対応する該撮影手段で撮影された１の前記計測画像と、により、該撮影手段から前記計測対象点への視線となる直線を前記複数の撮影手段毎に算出する直線算出部と、
複数の前記直線に基づき前記計測対象点の３次元位置を算出する３次元位置算出部と、
を有することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る３次元位置計測システムは、
対象物を互いに異なる方向から撮影する第１及び第２の撮影手段と、
前記第１及び第２の撮影手段で撮影した画像を取得し、前記画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する処理手段とを有し、
前記処理手段は、
前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、一端側から他端側へ順に１〜ｎ番目とする前記設置位置の各々において、前記第１及び第２の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の基準格子画像として取得する計測前画像取得部と、
前記計測時に、前記第１及び第２の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の計測画像として取得する計測時画像取得部と、
ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像の各々に前記第１の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第１の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第１の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第１の対象点座標とｊ番目の前記第１の対象点座標とを通る第１の直線を算出する第１直線算出部と、
ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像の各々に前記第２の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第２の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第２の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第２の対象点座標とｊ番目の前記第２の対象点座標とを通る第２の直線を算出する第２直線算出部と、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離又は前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記第２の直線を設定する直線設定部と、
前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線と前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出し、当該３次元座標を前記計測対象点の３次元位置とする３次元位置算出部とを有する
ことを特徴とする。
但し、ｎは２以上の自然数、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。

上記課題を解決する第３の発明に係る３次元位置計測システムは、
上記第２の発明に記載の３次元位置計測システムにおいて、
前記処理手段は、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離を算出する距離算出部と、
複数の前記距離の中から最小値を算出する最小値算出部とを有し、
前記直線設定部は、
前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｉ＝ｋ及びｊ＝ｋ＋１として、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを各々算出し、
前記距離算出部を用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを最短で結ぶ線分のｋ番目の前記距離を各々算出し、
前記最小値算出部を用いて、１〜ｎ−１番目の前記距離の中から最小値となるｍ番目の前記距離を算出し、
前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線として、ｍ番目の前記第１の直線とｍ番目の前記第２の直線を設定する
ことを特徴とする。
但し、ｍ＝１〜ｎ−１の自然数である。

上記課題を解決する第４の発明に係る３次元位置計測システムは、
上記第２の発明に記載の３次元位置計測システムにおいて、
前記処理手段は、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出する中点座標算出部を有し、
前記直線設定部は、
前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、ｉ＝１及びｊ＝ｎとして、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを各々算出し、
前記中点座標算出部を用いて、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを最短で結ぶ初期の前記線分を求め、初期の前記線分の中点の３次元座標を算出し、
前記計測対象点の推定位置となる初期の前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点を挟んで前記計測対象点に最も近い２つの前記設置位置で撮影したｍ番目とｍ＋１番目の前記第１及び第２の基準格子画像を選択し、
前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、ｉ＝ｍ及びｊ＝ｍ＋１として、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線を各々算出する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る３次元位置計測システムは、
上記第１〜第４のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測システムにおいて、
前記対象物に所定のパターン映像を投影する投影手段を有し、
前記処理手段は、前記パターン映像に基づいて、同一の前記計測対象点を前記第１の計測画像中と前記第２の計測画像中で特定する対象点特定部を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る３次元位置計測システムは、
上記第２〜第５のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測システムにおいて、
前記格子定規は、前記基準格子を表裏両方の表面に有し、
前記第１の撮影手段は前記格子定規の一方の表面を撮影する位置に設置され、前記第２の撮影手段は前記格子定規の他方の表面を撮影する位置に設置されている
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る３次元位置計測システムは、
上記第１〜第６のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測システムにおいて、
前記対象物は、航空機の翼の風洞模型であり、
前記計測対象点は、前記風洞模型に対する着氷風洞試験において、前記風洞模型の表面に付着する氷の頂点である
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係る３次元位置計測方法は、
複数の撮影手段を用いて、対象物を異なる方向から撮影し、撮影した画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する３次元位置計測方法において、
前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、前記設置位置の各々において、前記複数の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の基準格子画像として取得する計測前画像取得工程と、
前記計測時に、前記複数の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の計測画像として取得する計測時画像取得工程と、
１の前記撮影手段にて異なる前記設置位置で撮影された２つの前記基準格子画像と、それに対応する該撮影手段で撮影された１の前記計測画像と、により、該撮影手段から前記計測対象点への視線となる直線を前記複数の撮影手段毎に算出する直線算出工程と、
複数の前記直線に基づき前記計測対象点の３次元位置を算出する３次元位置算出工程と、
を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第９の発明に係る３次元位置計測方法は、
第１及び第２の撮影手段を用いて、対象物を互いに異なる方向から撮影し、撮影した画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する３次元位置計測方法において、
前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、一端側から他端側へ順に１〜ｎ番目とする前記設置位置の各々において、前記第１及び第２の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の基準格子画像として取得する計測前画像取得工程と、
前記計測時に、前記第１及び第２の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の計測画像として取得する計測時画像取得工程と、
ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像の各々に前記第１の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第１の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第１の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第１の対象点座標とｊ番目の前記第１の対象点座標とを通る第１の直線を算出する第１直線算出工程と、
ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像の各々に前記第２の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第２の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第２の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第２の対象点座標とｊ番目の前記第２の対象点座標とを通る第２の直線を算出する第２直線算出工程と、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離又は前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記第２の直線を設定する直線設定工程と、
前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線と前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出し、当該３次元座標を前記計測対象点の３次元位置とする３次元位置算出工程とを有する
ことを特徴とする。
但し、ｎは２以上の自然数、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。

上記課題を解決する第１０の発明に係る３次元位置計測方法は、
上記第９の発明に記載の３次元位置計測方法において、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離を算出する距離算出工程と、
複数の前記距離の中から最小値を算出する最小値算出工程とを有し、
前記直線設定工程は、
前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｉ＝ｋ及びｊ＝ｋ＋１として、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを各々算出し、
前記距離算出工程を用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを最短で結ぶ線分のｋ番目の前記距離を各々算出し、
前記最小値算出工程を用いて、１〜ｎ−１番目の前記距離の中から最小値となるｍ番目
の前記距離を算出し、
前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線として、ｍ番目の前記第１の直線とｍ番目の前記第２の直線を設定する
ことを特徴とする。
但し、ｍ＝１〜ｎ−１の自然数である。

上記課題を解決する第１１の発明に係る３次元位置計測方法は、
上記第９の発明に記載の３次元位置計測方法において、
前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出する中点座標算出工程を有し、
前記直線設定工程は、
前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用い、ｉ＝１及びｊ＝ｎとして、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを各々算出し、
前記中点座標算出工程を用いて、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを最短で結ぶ初期の前記線分を求め、初期の前記線分の中点の３次元座標を算出し、
前記計測対象点の推定位置となる初期の前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点を挟んで前記計測対象点に最も近い２つの前記設置位置で撮影したｍ番目とｍ＋１番目の前記第１及び第２の基準格子画像を選択し、
前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用いて、ｉ＝ｍ及びｊ＝ｍ＋１として、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線を各々算出する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第１２の発明に係る３次元位置計測方法は、
上記第８〜第１１のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測方法において、
前記対象物に所定のパターン映像を投影する投影手段を用い、前記パターン映像に基づいて、同一の前記計測対象点を前記第１の計測画像中と前記第２の計測画像中で特定する対象点特定工程を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第１３の発明に係る３次元位置計測方法は、
上記第９〜第１２のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測方法において、
前記格子定規は、前記基準格子を表裏両方の表面に有し、
前記第１の撮影手段は前記格子定規の一方の表面を撮影する位置に設置され、前記第２の撮影手段は前記格子定規の他方の表面を撮影する位置に設置されている
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第１４の発明に係る３次元位置計測方法は、
上記第８〜第１３のいずれか１つの発明に記載の３次元位置計測方法において、
前記対象物は、航空機の翼の風洞模型であり、
前記計測対象点は、前記風洞模型に対する着氷風洞試験において、前記風洞模型の表面に付着する氷の頂点である
ことを特徴とする。

本発明によれば、特殊な環境下でも、計測対象を高精度で効率良く計測することができる。例えば、着氷風洞試験で計測を行う場合には、通風を停止することなく、着氷する氷の高さや形状をリアルタイムかつ高精度で計測することができ、また、任意の場所の氷を計測することができる。その結果、従来と比較して、計測効率が大幅に向上する。

（ａ）は、本発明に係る３次元位置計測システムの実施形態の一例（実施例１）を示すブロック図であり、（ｂ）は、その画像取得部を示すブロック図であり、（ｃ）は、その画像解析部を示すブロック図である。 図１に示した３次元位置計測システムで実施する基準格子画像の取得方法を示すフローチャートである。 （ａ）は、図２に示した基準格子画像の取得方法で使用する格子定規を示す正面図であり、（ｂ）は、図２に示した基準格子画像の取得方法において、撮影される格子定規の設置手順を説明する斜視図である。 取得した複数の基準格子画像の基準格子から構成される３次元格子を示す斜視図である。 図１に示した３次元位置計測システムで実施する３次元位置計測方法を示すフローチャートである。 図５に示した３次元位置計測方法を説明する斜視図である。 （ａ）は、図６に示した風洞模型の表面に着氷した氷の模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した氷にグリッドパターンを投影した場合の模式図である。 図５に示した３次元位置計測方法において、計測対象点の撮影を説明する図である。 図５に示した３次元位置計測方法において、２つの基準格子への計測対象点のトレースを説明する図である。 図５に示した３次元位置計測方法において、２つのカメラから計測対象点への２つの直線と１〜ｎ番目の基準格子との関係を説明する図である。 図５に示した３次元位置計測方法において、２つの基準格子から求めた２つの直線の交点（線分の中点）を説明する図である。 （ａ）は、本発明に係る３次元位置計測システムの実施形態の他の一例（実施例２）を示すブロック図であり、（ｂ）は、その画像取得部を示すブロック図であり、（ｃ）は、その画像解析部を示すブロック図である。 図１２に示した３次元位置計測システムで実施する３次元位置計測方法を示すフローチャートの前半である。 図１２に示した３次元位置計測システムで実施する３次元位置計測方法を示すフローチャートの後半である。

以降、本発明に係る３次元位置計測システム及び方法の実施形態について、図１〜図１４を参照して、説明を行う。

［実施例１］
まず、図１を参照して、本実施例の３次元位置計測システムの構成を説明する。ここで、図１（ａ）は、本実施例の３次元位置計測システムを示すブロック図であり、図１（ｂ）は、その画像取得部を示すブロック図であり、図１（ｃ）は、その画像解析部を示すブロック図である。

本実施例の３次元位置計測システムは、第１カメラ１１Ａ（第１の撮影手段）、第２カメラ１１Ｂ（第２の撮影手段）、パターン投影装置１２（投影手段）、データ処理装置２０（処理手段）、出力装置３０を有している。

第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂは、計測対象をステレオ視するカメラであり、例えば、後述の図３（ｂ）に示すように、計測対象を互いに異なる方向から撮影している。第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで撮影した画像は、データ処理装置２０に送信される。

パターン投影装置１２は、プロジェクタなどの装置であり、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂによるステレオ視において、同一の計測対象点を特定するために、所定のパターンを計測対象に投影している。例えば、後述の図６に示すように、格子状のグリッドパターンＶを計測対象に投影している。グリッドパターンＶを投影する場合には、隣り合う線同士の色を互いに変えれば、同一の計測対象点の特定がより容易になる。なお、投影するパターンは、同一の計測対象点の特定ができれば、必ずしも、グリッドパターンＶである必要はなく、他のパターンや模様でも良い。

データ処理装置２０は、例えば、コンピュータなどの装置であり、装置構成としては、演算装置、記憶装置、入出力装置などからなり（図示省略）、機能構成としては、画像取得部２１、画像解析部２２Ａ、記憶部２３を有している。

データ処理装置２０において、画像取得部２１は、計測前画像取得部２１１（計測前画像取得工程）、計測時画像取得部２１２（計測時画像取得工程）を有している。画像取得部２１の各部については、後述の図２及び図５に示すフローチャートと共に説明するが、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで撮影した画像を取得することで、後述する基準格子画像や計測画像の取得を行っている。

また、画像解析部２２Ａは、対象点特定部２２１（対象点特定工程）、第１直線算出部２２２（第１直線算出工程）、第２直線算出部２２３（第２直線算出工程）、直線設定部２２４（直線設定工程）、距離算出部２２５（距離算出工程）、最小値算出部２２６（最小値算出工程）、３次元位置算出部２２８（３次元位置算出工程）を有している。画像解析部２２Ａの各部についても、後述の図５に示すフローチャートと共に説明するが、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂから取得した基準格子画像や計測画像を処理することにより、計測対象点の３次元位置の計測を実施している。なお、特許請求の範囲の記載において、線算出部は、上記第１直線算出部２２２及び第２直線算出部２２３と対応し、線算出工程は、上記第１直線算出工程及び第２直線算出工程と対応している。

また、記憶部２３は、画像解析部２２Ａで実施する計測対象点の３次元位置の計測のための画像解析プログラムや後述する基準格子画像のデータを記憶している。

出力装置３０は、例えば、画像や情報を表示するディスプレイなどの装置であり、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで撮影した画像や画像解析により得られた計測対象点の３次元位置を表示している。更に、出力装置３０として、画像や情報を印刷するプリンタなどの装置があっても良い。

次に、第１カメラ１１Ａ、第２カメラ１１Ｂ及びパターン投影装置１２の配置について、後述する図３及び図６を参照して説明する。第１カメラ１１Ａ、第２カメラ１１Ｂ及びパターン投影装置１２の配置は、後述する基準格子画像の取得時も、計測対象点の３次元位置の計測時も同じである。

風洞試験室（図示省略）の内側には、航空機の主翼の一部を試験断面として模型化した風洞模型Ｍが配置されている。第１カメラ１１Ａ、第２カメラ１１Ｂ及びパターン投影装置１２は、風洞試験室の外側に配置されており、風洞試験室の窓（窓ガラス）を介して、風洞模型Ｍの計測対象の領域を撮影したり、パターンを投影したりしている。

上述したように、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂは、互いに異なる方向から撮影しており、例えば、第１カメラ１１Ａは風洞試験室の側壁の窓から、第２カメラ１１Ｂは風洞試験室の天井の窓から撮影している。パターン投影装置１２は、計測対象の領域にパターンを投影できれば、第１カメラ１１Ａ又は第２カメラ１１Ｂと同じ窓でも良いし、これらとは別の窓でも良い。このような配置により、後述する基準格子画像の取得や計測対象点の３次元位置の計測が行われている。

［基準格子画像の取得］
計測対象点の３次元位置の計測の前に、基準格子画像の取得が行われる。

本実施例の３次元位置計測システムにおける基準格子画像の取得方法について、図１と共に、図２〜図４も参照して説明する。ここで、図２は、図１に示した３次元位置計測システムで実施する基準格子画像の取得方法を示すフローチャートである。また、図３（ａ）は、図２に示した基準格子画像の取得方法で使用する格子定規を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図２に示した基準格子画像の取得方法において、撮影される格子定規の設置手順を説明する斜視図である。また、図４は、取得した複数の基準格子画像の基準格子から構成される３次元格子を示す斜視図である。

基準格子画像の取得には、図３（ａ）に示す格子定規４１を使用する。格子定規４１の表面には、目盛となる基準格子４１ａが形成されており、基準格子４１ａは、予め定めた一定間隔の縦線及び横線から構成されている。この基準格子４１ａは、格子定規４１の一方の表面のみにあっても良いが、より広角での撮影のためには、表裏両方の表面にあった方が良い。この場合、第１カメラ１１Ａを格子定規４１の一方の表面を撮影する位置に設置し、第２カメラ１１Ｂを格子定規４１の他方の表面を撮影する位置に設置すれば良い。

格子定規４１の表裏両方の表面に基準格子４１ａを形成する場合には、例えば、表側において、各縦線及び各横線を形成し、各縦線及び各横線の交点４１ｂの位置に貫通孔を形成し、裏側において、形成した貫通孔を基準にして、各縦線及び各横線を形成することで、格子定規４１の表裏で基準格子４１ａの各縦線及び各横線の位置を同じにしている。形成した貫通孔には、撮影時に交点４１ｂが認識され易いように、例えば、石膏などの目立つ物を詰めるようにしても良い。

また、風洞模型Ｍの表面には、設置位置を変える際に格子定規４１を設置し易いように、各々の設置位置を示す設置位置線４２が形成されている。ここでは、設置位置線４２の一例として、格子状の線が形成されているが、格子定規４１は、図３（ｂ）に示すように、一方向（例えば、図中に示す横方向）に順に移動させるので、設置位置線４２は縦方向の線のみで形成されていても良い。

そして、設置位置線４２の各々の設置位置には、後述する図１０に示すように、一端側から他端側へ順に１〜ｎ番目と順番が付されている。また、各々の設置位置は、風洞実験室の原点からの３次元座標が既知である。なお、ｎは２以上の自然数であり、計測対象の領域の大きさなどに応じて、予め規定されている。

上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、設置位置線４２の各々の設置位置は３次元座標が既知であるので、各々の設置位置における格子定規４１の基準格子４１ａの各縦線、各横線及び各交点４１ｂは、その３次元座標が既知又は容易に算出可能である。このことを利用して、後述する計測対象点の３次元位置の計測が行われている。

また、風洞模型Ｍの表面には、格子定規４１の上端及び下端を支えるガイド４３が設けられている。このガイド４３は、基準格子画像の取得時のみ取り付け、計測対象点の３次元位置の計測時には取り外す。

図３（ａ）に示した格子定規４１を用い、図３（ｂ）に示すように、風洞模型Ｍの表面において、格子定規４１の設置位置を変えながら、各々の設置位置において、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで撮影を行い、基準格子画像の取得が行われる。基準格子画像の取得の具体的な手順について、以下、図２に示すフローチャートを参照して説明する。なお、基準格子画像の取得の際には、通風前の通常の環境下で、つまり、通風も水滴の噴射も行われない環境下で行われる。

（ステップＳ１）
格子定規４１を設置位置線４２の１番目の設置位置に設置する。例えば、格子定規４１は、その表面が風洞実験室の３次元座標のＹＺ平面に平行になるように配置されている。この場合、設置位置線４２の２〜ｎ番目の設置位置に設置する場合には、格子定規４１をＸ軸方向に平行に移動すれば良い。例えば、図３（ｂ）では、格子定規４１が移動する横方向がＸ軸方向となる。

（ステップＳ２）
第１カメラ１１Ａで、設置位置線４２の１番目の設置位置の格子定規４１を撮影する。そして、撮影した格子定規４１の画像を１番目の第１の基準格子画像として計測前画像取得部２１１で取得し、記憶部２３へ記憶する。この１番目の第１の基準格子画像には、設置位置線４２の１番目の設置位置における格子定規４１の基準格子４１ａが撮影されている。

（ステップＳ３）
第１カメラ１１Ａと同様に、第２カメラ１１Ｂで、設置位置線４２の１番目の設置位置の格子定規４１を撮影する。そして、撮影した格子定規４１の画像を１番目の第２の基準格子画像として計測前画像取得部２１１で取得し、記憶部２３へ記憶する。この１番目の第２の基準格子画像には、設置位置線４２の１番目の設置位置における格子定規４１の基準格子４１ａが撮影されている。

なお、格子定規４１の表裏両方の表面に基準格子４１ａが形成されており、第１カメラ１１Ａが格子定規４１の一方の表面を撮影し、第２カメラ１１Ｂが格子定規４１の他方の表面を撮影する場合には、取得した第１の基準格子画像と第２の基準格子画像と間において、格子定規４１の厚さ分の座標を補正するようにすれば、計測誤差を抑制することができる。

（ステップＳ４）
上述したステップＳ１〜Ｓ３と同様に、格子定規４１を設置位置線４２の２〜ｎ番目の設置位置に順に設置し、２〜ｎ番目の設置位置の各々において、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで格子定規４１を各々撮影し、撮影した格子定規４１の画像を２〜ｎ番目の第１及び第２の基準格子画像として計測前画像取得部２１１で各々取得し、記憶部２３へ各々記憶する。

上述した手順により、格子定規４１を設置位置線４２の１番目からｎ番目までの設置位置に順次設置しながら、各々の設置位置において、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで撮影し、撮影した画像を１〜ｎ番目の第１及び第２の基準格子画像として取得し、記憶部２３へ記憶することになる。

この結果、取得した１〜ｎ番目の第１及び第２の基準格子画像により、これらの画像中に撮影された基準格子４１ａを基準格子ＢＧ₁〜ＢＧ_nとすると、基準格子ＢＧ₁〜ＢＧ_nからなる３次元格子群Ｇを風洞模型Ｍの表面の空間上に擬似的に作成することになる（図４及び図１０参照）。３次元格子群Ｇを構成する基準格子ＢＧ₁〜ＢＧ_nは、３次元座標を示す３次元の定規の役割を果たすことになり、２つの基準格子ＢＧ_i及びＢＧ_jを用いて、計測対象点を内挿補間することにより、計測対象点の３次元位置を求めることができる。

なお、ここでは、上述した構成の格子定規４１を用いたが、３次元座標が既知であれば、他の格子状の物も使用可能であり、例えば、格子その物も使用可能である。

［計測対象の３次元位置計測］
基準格子画像の取得後、着氷風洞試験が行われ、計測対象の３次元位置の計測が行われることになる。

本実施例の３次元位置計測システムにおける３次元位置計測方法について、図１と共に、図５〜図１１も参照して説明する。ここで、図５は、図１に示した３次元位置計測システムで実施する３次元位置計測方法を示すフローチャートである。また、図６は、図５に示した３次元位置計測方法を説明する斜視図である。また、図７（ａ）は、図６に示した風洞模型の表面に着氷した氷の模式図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した氷にグリッドパターンを投影した場合の模式図である。

また、図８〜図１１は、図５に示した３次元位置計測方法を説明する図であり、図８は、計測対象点の撮影を説明する図、図９は、２つの基準格子への計測対象点のトレースを説明する図、図１０は、各カメラから計測対象点への２つの直線と１〜ｎ番目の基準格子との関係を説明する図、図１１は、２つの基準格子から求めた２つの直線の交点（線分の中点）を説明する図である。

着氷風洞試験では、通風が開始され、その風路に水滴が噴射される。そのような環境下において、計測対象の３次元位置を計測する際には、図６に示すように、２つの第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで着氷の様子を捉える。この際、風洞模型Ｍの計測対象の領域にパターン投影装置１２からグリッドパターンＶを投影しており、第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂは、投影されたグリッドパターンＶと共に、風洞模型Ｍの表面に付着する氷、即ち、ランバックアイスＲを撮影する。なお、図中の黒く塗りつぶした部分がランバックアイスである。

氷は半透明、無地であり、また、氷の表層は平坦であるので、そのままでは、氷上の計測対象点、例えば、着氷した氷の頂点を特定することは難しい。特に、ステレオ視の場合、同一の計測対象点を第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで各々特定する必要があるが、上述した理由により、各々のカメラで同一の計測対象点を特定することが難しい。そこで、本実施例では、パターン投影装置１２からグリッドパターンＶを投影することで、いわゆる、プロジェクションマッピングを行うことで、氷上の計測対象点の特定を可能としている。

例えば、図７（ａ）に示すようなランバックアイスＲが風洞模型Ｍの表面に付着したとする。氷は半透明、無地であり、その表層は平坦であるので、計測対象点Ｔを第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで各々特定することは難しい。本実施例では、上述したように、パターン投影装置１２からグリッドパターンＶを投影しているので、図７（ｂ）に示すように、グリッドパターンＶの縦線及び横線を目安にして、計測対象点Ｔを第１カメラ１１Ａ及び第２カメラ１１Ｂで各々特定するが可能になる。

このように、通風及び水滴の噴射が行われる着氷風洞試験では、図６に示すように、風洞模型Ｍの計測対象の領域にグリッドパターンＶを投影するパターン投影装置１２も用いて、計測対象の３次元位置の計測が行われる。計測対象の３次元位置の計測の具体的な手順について、以下、図５に示すフローチャートと共に、図８〜図１１も参照して説明する。

（ステップＳ１１）
第１カメラ１１Ａで、風洞模型Ｍの計測対象点Ｔを含む領域を撮影し、撮影した画像を第１の計測画像として計測時画像取得部２１２で取得し、取得した第１の計測画像中の計測対象点Ｔを対象点特定部２２１で特定する。

図８を参照して、ステップＳ１１を説明する。第１カメラ１１Ａで撮影した画像は、第１の計測画像ＩＡとして取得される。風洞模型Ｍの表面に付着したランバックアイスＲの計測対象点Ｔは、投影されたグリッドパターンＶにより、その位置が特定可能である。例えば、ランバックアイスＲの高さを計測したい場合には、ランバックアイスＲの頂点を計測対象点Ｔとすれば良い。そして、第１の計測画像ＩＡにおいて、特定した計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）が求まる。なお、第１の計測画像ＩＡにおいて、原点Ｏ_A-pix、横軸Ｘ_A-pix、縦軸Ｙ_A-pixである。

（ステップＳ１２）
１番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₁上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合、ステップＳ１１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）を１番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₁に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を１番目の第１の対象点座標Ｐ_A1（Ｘ_A1，Ｙ_A1，Ｚ_A1）として算出することができる。

図９を参照して、ステップＳ１２を説明する。１番目の第１の基準格子画像とステップＳ１１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、１番目の基準格子ＢＧ₁上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＡ１参照）。上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、格子定規４１の設置位置は３次元座標が既知であるので、１番目の基準格子ＢＧ₁の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できる。この１番目の基準格子ＢＧ₁に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_A1（Ｘ_A1，Ｙ_A1，Ｚ_A1）を算出することができる。

（ステップＳ１３）
２番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₂上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ１１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）を２番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₂に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を２番目の第１の対象点座標Ｐ_A2（Ｘ_A2，Ｙ_A2，Ｚ_A2）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ１３を説明する。２番目の第１の基準格子画像とステップＳ１１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、２番目の基準格子ＢＧ₂上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＡ２参照）。上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、格子定規４１の設置位置は３次元座標が既知であるので、２番目の基準格子ＢＧ₂の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できる。この２番目の基準格子ＢＧ₂に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_A2（Ｘ_A2，Ｙ_A2，Ｚ_A2）を算出することができる。

（ステップＳ１４）
上述したステップＳ１２及びＳ１３により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_A1と対象点座標Ｐ_A2が求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_A1と対象点座標Ｐ_A2を通る１番目の第１の直線Ｌ_A1,2を算出する（図１１参照）。この第１の直線Ｌ_A1,2は、第１カメラ１１Ａから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線と１番目の基準格子ＢＧ₁の交点が対象点座標Ｐ_A1となり、視線となる直線と２番目の基準格子ＢＧ₂の交点が対象点座標Ｐ_A2となる（図１０参照）。このように、互いに隣接する位置となる１番目の基準格子ＢＧ₁と２番目の基準格子ＢＧ₂とを用いて、第１の直線Ｌ_A1,2を算出している。

上述したステップＳ１２〜Ｓ１４が第１直線算出部２２２で実施される。この第１直線算出部２２２は、サブルーチンとして機能し、その場合、ｉ番目とｊ番目の第１の基準格子画像と第１の計測画像ＩＡとに基づいて、ｉ番目とｊ番目の第１の対象点座標を算出し、ｉ番目の第１の対象点座標とｊ番目の第１の対象点座標とを通る第１の直線を算出する。ここで、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。従って、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４では、ｉ＝１、ｊ＝２として、第１の直線Ｌ_A1,2を算出している。

（ステップＳ１５）
第１カメラ１１Ａと同様に、第２カメラ１１Ｂで、風洞模型Ｍの計測対象点Ｔを含む領域を撮影し、撮影した画像を第２の計測画像として計測時画像取得部２１２で取得し、取得した第２の計測画像中の計測対象点Ｔを対象点特定部２２１で特定する。

再び、図８を参照して、ステップＳ１５を説明する。第２カメラ１１Ｂで撮影した画像は、第２の計測画像ＩＢとして取得される。風洞模型Ｍの表面に付着したランバックアイスＲの計測対象点Ｔは、投影されたグリッドパターンＶにより、その位置が特定可能である。つまり、第１カメラ１１Ａで特定した位置と同じ位置が、第２カメラ１１Ｂで特定可能である。そして、第２の計測画像ＩＢにおいて、特定した計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）が求まる。なお、第２の計測画像ＩＢにおいて、原点Ｏ_B-pix、横軸Ｘ_B-pix、縦軸Ｙ_B-pixである。

（ステップＳ１６）
１番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₁上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合、ステップＳ１５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）を１番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₁に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を１番目の第２の対象点座標Ｐ_B1（Ｘ_B1，Ｙ_B1，Ｚ_B1）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ１６を説明する。１番目の第２の基準格子画像とステップＳ１５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、１番目の基準格子ＢＧ₁上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＢ１参照）。上述したように、１番目の基準格子ＢＧ₁の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、この１番目の基準格子ＢＧ₁に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_B1（Ｘ_B1，Ｙ_B1，Ｚ_B1）を算出することができる。

（ステップＳ１７）
２番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₂上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ１５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）を２番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₂に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を２番目の第２の対象点座標Ｐ_B2（Ｘ_B2，Ｙ_B2，Ｚ_B2）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ１７を説明する。２番目の第２の基準格子画像とステップＳ１５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、２番目の基準格子ＢＧ₂上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＢ２参照）。上述したように、２番目の基準格子ＢＧ₂の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、この２番目の基準格子ＢＧ₂に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_B2（Ｘ_B2，Ｙ_B2，Ｚ_B2）を算出することができる。

（ステップＳ１８）
上述したステップＳ１６及びＳ１７により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_B1と対象点座標Ｐ_B2が求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_B1と対象点座標Ｐ_B2を通る１番目の第２の直線Ｌ_B1,2を算出する（図１１参照）。この第２の直線Ｌ_B1,2は、第２カメラ１１Ｂから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線と１番目の基準格子ＢＧ₁の交点が対象点座標Ｐ_B1となり、視線となる直線と２番目の基準格子ＢＧ₂の交点が対象点座標Ｐ_B2となる（図１０参照）。このように、互いに隣接する位置となる１番目の基準格子ＢＧ₁と２番目の基準格子ＢＧ₂とを用いて、第２の直線Ｌ_B1,2を算出している。

上述したステップＳ１６〜Ｓ１８が第２直線算出部２２３で実施される。この第２直線算出部２２３も、サブルーチンとして機能し、その場合、ｉ番目とｊ番目の第２の基準格子画像と第２の計測画像ＩＢとに基づいて、ｉ番目とｊ番目の第２の対象点座標を算出し、ｉ番目の第２の対象点座標とｊ番目の第２の対象点座標とを通る第２の直線を算出する。ここでも、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。従って、上述したステップＳ１６〜Ｓ１８では、ｉ＝１、ｊ＝２として、第２の直線Ｌ_B1,2を算出している。

そして、上述したステップＳ１１〜Ｓ１８により、１番目の基準格子ＢＧ₁と２番目の基準格子ＢＧ₂の間において、１番目の第１の直線Ｌ_A1,2と第２の直線Ｌ_B1,2が算出されることになる。

（ステップＳ１９）
１番目の基準格子ＢＧ₁と２番目の基準格子ＢＧ₂の間において、１番目の第１の直線Ｌ_A1,2と第２の直線Ｌ_B1,2とを結ぶ最短の線分の距離である最小距離ｈ_1,2を距離算出部２２５で算出する。

（ステップＳ２０）
２〜ｎ番目の第１及び第２の基準格子画像についても、上述したステップＳ１１〜Ｓ１９と同様の手順を行って、２〜ｎ−１番目の第１の直線Ｌ_Ak,k+1と第２の直線Ｌ_Bk,k+1を各々算出する。そして、２番目の基準格子ＢＧ₂と３番目の基準格子ＢＧ₃の間、３番目の基準格子ＢＧ₃と４番目の基準格子ＢＧ₄の間、・・・、ｎ−１番目の基準格子ＢＧ_n-1とｎ番目の基準格子ＢＧ_nの間においても、各々、２〜ｎ−１番目の最小距離ｈ_k,k+1を算出する。なお、ここでのｋは、２〜ｎ−１の自然数である。

つまり、ステップＳ１１〜Ｓ２０では、１〜ｎ−１の自然数ｋの全てにおいて、第１直線算出部２２２と第２直線算出部２２３とを用いて、ｉ＝ｋ及びｊ＝ｋ＋１として、ｋ番目の第１の直線Ｌ_Ak,k+1とｋ番目の第２の直線Ｌ_Bk,k+1とを各々算出し、そして、距離算出部２２５を用いて、ｋ番目の第１の直線Ｌ_Ak,k+1とｋ番目の第２の直線Ｌ_Bk,k+1とを最短で結ぶ線分のｋ番目の最小距離ｈ_k,k+1を各々算出している。

（ステップＳ２１）
１〜ｎ−１番目の最小距離ｈ_1,2 〜ｈ_n-1,nの中から、これらの最小値となるｍ番目の最小距離ｈ_m,m+1を最小値算出部２２６で算出する。これは、計測対象点Ｔがｍ番目の基準格子ＢＧ_mとｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1と間に存在することを意味する。ここで、ｍ＝１〜ｎ−１の自然数である。

上述したステップＳ１１〜Ｓ２１が直線設定部２２４で実施される。つまり、直線設定部２２４では、ｋ＝１〜ｎ−１とすると、第１直線算出部２２２と第２直線算出部２２３とで算出した１〜ｎ−１番目の第１の直線Ｌ_Ak,k+1と第２の直線Ｌ_Bk,k+1の中から、距離算出部２２５及び最小値算出部２２６を経て算出した最小値となる最小距離ｈ_m,m+1に基づいて、計測対象点Ｔの算出に最適な第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1とを設定している。

（ステップＳ２２）
計測対象点Ｔの算出に最適な第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1に基づいて、第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1を結ぶ最短の線分（最小距離ｈ_m,m+1）の中点の３次元座標（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T）を３次元位置算出部２２８で算出する。この３次元座標（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T）が、求める計測対象点Ｔの３次元位置となる。

なお、理想的には、最小距離ｈ_m,m+1は「０」となり、その場合、第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1は交差し、この交点が求める計測対象点Ｔとなる。しかしながら、誤差やレンズの歪みなどのカメラパラーメータの影響により、第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1は、厳密には、直線ではなく、曲線となり、最小距離ｈ_m,m+1が「０」となることは少ない。

そのため、第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1を結ぶ最短の線分の中点を、求める計測対象点Ｔとしている。この場合、最小となる最小距離ｈ_m,m+1を有する第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1を選択することは、計測対象点Ｔを挟んで計測対象点Ｔに最も近い２つの基準格子ＢＧ_mと基準格子ＢＧ_m+1を選択することになる。つまり、計測対象点Ｔは、計測対象点Ｔを挟んで計測対象点Ｔに最も近い２つの基準格子ＢＧ_mと基準格子ＢＧ_m+1とを用いて、内挿補間により求められた内挿点となる。そのため、最も精度よく位置を算出することができ、位置精度の向上を図ることができる。

従来、風洞模型に対する着氷風洞試験では、風洞通風中の着氷形状を計測することはできなかった。着氷風洞試験で着氷形状を計測するためには、風洞通風中に風洞試験室の外からステレオ視を行えば良いのだが、風洞試験室の窓を介して、つまり、密度媒体の異なる窓ガラスを透過して行うため、一般的なステレオ視では、カメラパラメータ（レンズ歪曲など）の影響を見積もらなければならず、計測精度を担保することが困難であった。

これに対して、本実施例の３次元位置計測システムは、一般的なステレオ視による方法ではなく、計測前に作成された複数の基準格子ＢＧ₁〜ＢＧ_nを用いて、計測対象点Ｔを内挿補間することにより求めている。従って、本実施例の３次元位置計測システムを用いることにより、特殊な環境下、例えば、風洞試験室での着氷風洞試験で着氷を計測する場合でも、着氷の高さ、形状を高精度で計測することが可能となる。また、閉鎖された風洞内に設置された風洞模型において、任意の場所かつ時々刻々と変化する氷の形状を高精度でリアルタイムに計測することが可能となる。また、従来のように、通風停止作業や形状取得のための計測時間がなくなり、試験効率が大幅に向上する。

［実施例２］
図１２（ａ）は、本実施例の３次元位置計測システムを示すブロック図であり、図１２（ｂ）は、その画像取得部を示すブロック図であり、図１２（ｃ）は、その画像解析部を示すブロック図である。また、図１３〜図１４は、図１２に示した３次元位置計測システムで実施する３次元位置計測方法を示すフローチャートであり、図１３は、その前半、図１４は、その後半である。

本実施例の３次元位置計測システムは、画像解析部２２Ｂを除き、図１に示した実施例１の３次元位置計測システムと同等の構成で良い。従って、同等の構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例の３次元位置計測システムにおいて、画像解析部２２Ｂは、対象点特定部２２１、第１直線算出部２２２、第２直線算出部２２３、直線設定部２２４、中点座標算出部２２７（中点座標算出工程）、３次元位置算出部２２８を有している。つまり、実施例１の３次元位置計測システムの画像解析部２２Ａにおける距離算出部２２５及び最小値算出部２２６に代えて、中点座標算出部２２７を備えている。この画像解析部２２Ｂの各部については、後述の図１３及び図１４に示すフローチャートと共に説明する。

また、本実施例の３次元位置計測方法で用いる基準格子画像の取得方法は、実施例１で説明した方法で良いので、基準格子画像の取得方法についても、その説明を省略する。

［計測対象の３次元位置計測］
実施例１と同様に、基準格子画像の取得後、着氷風洞試験が行われ、計測対象の３次元位置の計測が行われる。

本実施例の３次元位置計測システムにおける３次元位置計測方法について、図１２と共に、図１３及び図１４、そして、上述した図８〜図１１も参照して説明を行う。なお、本実施例の３次元位置計測方法において、着氷風洞試験については、実施例１の図６及び図７で説明した通りであるので、着氷風洞試験についても、その説明を省略する。

（ステップＳ３１）
第１カメラ１１Ａで、風洞模型Ｍの計測対象点Ｔを含む領域を撮影し、撮影した画像を第１の計測画像として計測時画像取得部２１２で取得し、取得した第１の計測画像中の計測対象点Ｔを対象点特定部２２１で特定する。

上述した図８を参照して、ステップＳ３１を説明する。第１カメラ１１Ａで撮影した画像は、第１の計測画像ＩＡとして取得される。風洞模型Ｍの表面に付着したランバックアイスＲの計測対象点Ｔは、投影されたグリッドパターンＶにより、その位置が特定可能である。そして、第１の計測画像ＩＡにおいて、特定した計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）が求まる。

（ステップＳ３２）
１番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₁上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合、ステップＳ３１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）を１番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₁に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第１の対象点座標Ｐ_A1（Ｘ_A1，Ｙ_A1，Ｚ_A1）として算出することができる。

上述した図９を参照して、ステップＳ３２を説明する。１番目の第１の基準格子画像とステップＳ３１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、１番目の基準格子ＢＧ₁上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＡ１参照）。上述したように、１番目の基準格子ＢＧ₁の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、この１番目の基準格子ＢＧ₁に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_A1（Ｘ_A1，Ｙ_A1，Ｚ_A1）を算出することができる。

（ステップＳ３３）
ｎ番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_n上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ３１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をｎ番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_nに対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第１の対象点座標Ｐ_An（Ｘ_A2，Ｙ_An，Ｚ_An）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ３３を説明する。但し、ここでは、図９中の「２」を「ｎ」に読み替える。ｎ番目の第１の基準格子画像とステップＳ３１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、ｎ番目の基準格子ＢＧ_n上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる。上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、格子定規４１の設置位置は３次元座標が既知であるので、ｎ番目の基準格子ＢＧ_nの各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できる。このｎ番目の基準格子ＢＧ_nに基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_An（Ｘ_A2，Ｙ_An，Ｚ_An）を算出することができる。

（ステップＳ３４）
上述したステップＳ３２及びＳ３３により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_A1と対象点座標Ｐ_Anが求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_A1と対象点座標Ｐ_Anを通る第１の直線Ｌ_A1,nを算出する（図１１参照）。但し、ここでは、図１１中の「２」を「ｎ」に読み替える。第１の直線Ｌ_A1,nは、第１カメラ１１Ａから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線と１番目の基準格子ＢＧ₁の交点が対象点座標Ｐ_A1となり、視線となる直線とｎ番目の基準格子ＢＧ_nの交点が対象点座標Ｐ_Anとなる（図１０参照）。このように、両端の位置となる１番目の基準格子ＢＧ₁とｎ番目の基準格子ＢＧ_nとを用いて、第１の直線Ｌ_A1,nを算出している。

上述したステップＳ３２〜Ｓ３４が第１直線算出部２２２で実施される。サブルーチンとして機能する第１直線算出部２２２は、上述したステップＳ３２〜Ｓ３４では、ｉ＝１、ｊ＝ｎとして、第１の直線Ｌ_A1,nを算出している。

（ステップＳ３５）
第１カメラ１１Ａと同様に、第２カメラ１１Ｂで、風洞模型Ｍの計測対象点Ｔを含む領域を撮影し、撮影した画像を第２の計測画像として計測時画像取得部２１２で取得し、取得した第２の計測画像中の計測対象点Ｔを対象点特定部２２１で特定する。

再び、図８を参照して、ステップＳ３５を説明する。第２カメラ１１Ｂで撮影した画像は、第２の計測画像ＩＢとして取得される。風洞模型Ｍの表面に付着したランバックアイスＲの計測対象点Ｔは、投影されたグリッドパターンＶにより、その位置が特定可能である。つまり、第１カメラ１１Ａで特定した位置と同じ位置が、第２カメラ１１Ｂで特定可能である。そして、第２の計測画像ＩＢにおいて、特定した計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）が求まる。

（ステップＳ３６）
１番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ₁上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合、ステップＳ３５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）を１番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ₁に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第２の対象点座標Ｐ_B1（Ｘ_B1，Ｙ_B1，Ｚ_B1）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ３６を説明する。１番目の第２の基準格子画像とステップＳ３５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、１番目の基準格子ＢＧ₁上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる（トレース画像ＴＢ１参照）。上述したように、１番目の基準格子ＢＧ₁の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、この１番目の基準格子ＢＧ₁に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_B1（Ｘ_B1，Ｙ_B1，Ｚ_B1）を算出することができる。

（ステップＳ３７）
ｎ番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_n上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ３５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をｎ番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_nに対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を２番目の第２の対象点座標Ｐ_Bn（Ｘ_Bn，Ｙ_Bn，Ｚ_Bn）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ３７を説明する。但し、ここでは、図９中の「２」を「ｎ」に読み替える。ｎ番目の第２の基準格子画像とステップＳ３５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、ｎ番目の基準格子ＢＧ_n上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる。上述したように、ｎ番目の基準格子ＢＧ_nの各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、このｎ番目の基準格子ＢＧ_nに基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_Bn（Ｘ_Bn，Ｙ_Bn，Ｚ_Bn）を算出することができる。

（ステップＳ３８）
上述したステップＳ３６及びＳ３７により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_B1と対象点座標Ｐ_Bnが求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_B1と対象点座標Ｐ_Bnを通る第２の直線Ｌ_B1,nを算出する（図１１参照）。但し、ここでは、図１１中の「２」を「ｎ」に読み替える。第２の直線Ｌ_B1,nは、第２カメラ１１Ｂから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線と１番目の基準格子ＢＧ₁の交点が対象点座標Ｐ_B1となり、視線となる直線とｎ番目の基準格子ＢＧ_nの交点が対象点座標Ｐ_Bnとなる（図１０参照）。このように、両端の位置となる１番目の基準格子ＢＧ₁とｎ番目の基準格子ＢＧ_nとを用いて、第２の直線Ｌ_B1,nを算出している。

上述したステップＳ３６〜Ｓ３８が第２直線算出部２２３で実施される。サブルーチンとして機能する第２直線算出部２２３は、上述したステップＳ３６〜Ｓ３８では、ｉ＝１、ｊ＝ｎとして、第２の直線Ｌ_B1,nを算出している。

そして、上述したステップＳ３１〜Ｓ３８により、１番目の基準格子ＢＧ₁とｎ番目の基準格子ＢＧ_nの間において、第１の直線Ｌ_A1,nと第２の直線Ｌ_B1,nが算出されることになる。

（ステップＳ３９）
１番目の基準格子ＢＧ₁とｎ番目の基準格子ＢＧ_nの間において、第１の直線Ｌ_A1,nと第２の直線Ｌ_B1,nとを結ぶ最短の線分を求め、求めた線分の中点の３次元座標を中点座標算出部２２７で算出する。このようにして、１番目の基準格子ＢＧ₁とｎ番目の基準格子ＢＧ_nから、つまり、両端の２つの基準格子ＢＧ₁と基準格子ＢＧ_nから、初期の２つの直線となる第１の直線Ｌ_A1,n及び第２の直線Ｌ_B1,nを求め、第１の直線Ｌ_A1,nと第２の直線Ｌ_B1,nとを結ぶ最短の線分の中点の３次元座標を求めており、これが、計測対象点Ｔの初期の推定位置となる。

（ステップＳ４０）
ステップＳ３９で求めた線分の中点の３次元座標に基づいて、この中点、即ち、初期の推定位置となる計測対象点Ｔを挟んで計測対象点Ｔに最も近い位置となる２つの設置位置で撮影した格子定規４１の画像として、ｍ番目とｍ＋１番目の第１及び第２の基準格子画像を求めている。つまり、ｍ番目の基準格子ＢＧ_mとｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1を求めている。

（ステップＳ４１）
ｍ番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_m上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合、ステップＳ３１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をｍ番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_mに対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第１の対象点座標Ｐ_Am（Ｘ_Am，Ｙ_Am，Ｚ_Am）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ４１を説明する。但し、ここでは、図９中の「１」を「ｍ」に読み替える。ｍ番目の第１の基準格子画像とステップＳ３１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、ｍ番目の基準格子ＢＧ_m上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる。上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、格子定規４１の設置位置は３次元座標が既知であるので、ｍ番目の基準格子ＢＧ_mの各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できる。このｍ番目の基準格子ＢＧ_mに基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_Am（Ｘ_Am，Ｙ_Am，Ｚ_Am）を算出することができる。

（ステップＳ４２）
ｍ＋１番目の第１の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_m+1上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ３１で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をｍ＋１番目の第１の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_m+1に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第１の対象点座標Ｐ_Am+1（Ｘ_Am+1，Ｙ_Am+1，Ｚ_Am+1）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ４２を説明する。但し、ここでは、図９中の「２」を「ｍ＋１」に読み替える。ｍ＋１番目の第１の基準格子画像とステップＳ３１で撮影した第１の計測画像ＩＡとを重ね合わせることにより、ｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,A,t、ｙ_pix,A,t）をトレースすることができる。上述したように、格子定規４１の基準格子４１ａは目盛の役割を果たし、格子定規４１の設置位置は３次元座標が既知であるので、ｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できる。このｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_Am+1（Ｘ_Am+1，Ｙ_Am+1，Ｚ_Am+1）を算出することができる。

（ステップＳ４３）
上述したステップＳ４１及びＳ４２により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_Amと対象点座標Ｐ_Am+1が求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_Amと対象点座標Ｐ_Am+1を通る第１の直線Ｌ_Am,m+1を算出する（図１１参照）。但し、ここでは、図１１中の「１」を「ｍ」に、「２」を「ｍ＋１」に読み替える。第１の直線Ｌ_Am,m+1は、第１カメラ１１Ａから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線とｍ番目の基準格子ＢＧ_mの交点が対象点座標Ｐ_Amとなり、視線となる直線とｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1の交点が対象点座標Ｐ_Am+1となる（図１０参照）。このように、計測対象点Ｔを挟んで計測対象点Ｔに最も近いｍ番目の基準格子ＢＧ_mとｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1とを用いて、計測対象点Ｔの算出に最適な第１の直線Ｌ_Am,m+1を算出している。

上述したステップＳ４１〜Ｓ４３が第１直線算出部２２２で実施される。サブルーチンとして機能する第１直線算出部２２２は、上述したステップＳ４１〜Ｓ４３では、ｉ＝ｍ、ｊ＝ｍ＋１として、第１の直線Ｌ_Am,m+1を算出している。

（ステップＳ４４）
ｍ番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_m上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ３５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をｍ番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_mに対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第２の対象点座標Ｐ_Bm（Ｘ_Bm，Ｙ_Bm，Ｚ_Bm）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ４４を説明する。但し、ここでは、図９中の「１」を「ｍ」に読み替える。ｍ番目の第２の基準格子画像とステップＳ３５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、ｍ番目の基準格子ＢＧ_m上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる。上述したように、ｍ番目の基準格子ＢＧ_mの各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、このｍ番目の基準格子ＢＧ_mに基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_Bm（Ｘ_Bm，Ｙ_Bm，Ｚ_Bm）を算出することができる。

（ステップＳ４５）
ｍ＋１番目の第２の基準格子画像中に撮影された格子定規４１の基準格子４１ａである基準格子ＢＧ_m+1上に、計測対象点Ｔが存在すると仮定する。その場合も、ステップＳ３５で求めた計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をｍ＋１番目の第２の基準格子画像中にトレースすることで、当該画像中の基準格子ＢＧ_m+1に対する計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの３次元座標を第２の対象点座標Ｐ_Bm+1（Ｘ_Bm+1，Ｙ_Bm+1，Ｚ_Bm+1）として算出することができる。

再び、図９を参照して、ステップＳ４５を説明する。但し、ここでは、図９中の「２」を「ｍ＋１」に読み替える。ｍ＋１番目の第２の基準格子画像とステップＳ３５で撮影した第２の計測画像ＩＢとを重ね合わせることにより、ｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1上に計測対象点Ｔのピクセル座標（ｘ_pix,B,t、ｙ_pix,B,t）をトレースすることができる。上述したように、ｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1の各線、各交点の３次元座標は既知又は容易に算出できるので、このｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1に基づいて、仮定された計測対象点Ｔの対象点座標Ｐ_Bm+1（Ｘ_Bm+1，Ｙ_Bm+1，Ｚ_Bm+1）を算出することができる。

（ステップＳ４６）
上述したステップＳ４４及びＳ４５により、３次元空間上の２点となる対象点座標Ｐ_Bmと対象点座標Ｐ_Bm+1が求められるので、これらを用いて、対象点座標Ｐ_Bmと対象点座標Ｐ_Bm+1を通る第２の直線Ｌ_Bm,m+1を算出する（図１１参照）。但し、ここでは、図１１中の「１」を「ｍ」に、「２」を「ｍ＋１」に読み替える。第２の直線Ｌ_Bm,m+1は、第２カメラ１１Ｂから計測対象点Ｔへの視線となる直線であり、言い換えれば、視線となる直線とｍ番目の基準格子ＢＧ_mの交点が対象点座標Ｐ_Bmとなり、視線となる直線とｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1の交点が対象点座標Ｐ_Bm+1となる（図１０参照）。このように、計測対象点Ｔを挟んで計測対象点Ｔに最も近いｍ番目の基準格子ＢＧ_mとｍ＋１番目の基準格子ＢＧ_m+1とを用いて、計測対象点Ｔの算出に最適な第２の直線Ｌ_Bm,m+1を算出している。

上述したステップＳ４４〜Ｓ４６が第２直線算出部２２３で実施される。サブルーチンとして機能する第２直線算出部２２３は、上述したステップＳ４４〜Ｓ４６では、ｉ＝ｍ、ｊ＝ｍ＋１として、第２の直線Ｌ_Bm,m+1を算出している。

そして、上述したステップＳ３１〜Ｓ４６が直線設定部２２４で実施される。つまり、直線設定部２２４では、第１直線算出部２２２と第２直線算出部２２３とを用いて、ｉ＝１及びｊ＝ｎとして、初期の第１の直線Ｌ_A1,nと初期の第２の直線Ｌ_B1,nとを各々算出し、中点座標算出部２２７を用いて、初期の第１の直線Ｌ_A1,nと初期の第２の直線Ｌ_B1,nとを最短で結ぶ初期の線分を求め、初期の線分の中点の３次元座標を算出している。そして、計測対象点Ｔの推定位置となる初期の線分の中点の３次元座標に基づいて、計測対象点をＴ挟んで計測対象点Ｔに最も近い２つの設置位置で撮影したｍ番目とｍ＋１番目の第１及び第２の基準格子画像を選択し、再び、第１直線算出部２２２と第２直線算出部２２３とを用いて、ｉ＝ｍ及びｊ＝ｍ＋１として、計測対象点Ｔの算出に最適な第１の直線Ｌ_Am,m+1と第２の直線Ｌ_Bm,m+1とを各々算出している。

（ステップＳ４７）
ステップＳ４３で算出した第１の直線Ｌ_Am,m+1とステップＳ４６で算出した第２のＬ_Bm,m+1を結ぶ最短の線分の中点の３次元座標（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T）を３次元位置算出部２２８で算出する。この３次元座標（Ｘ_T，Ｙ_T，Ｚ_T）が、求める計測対象点Ｔの３次元位置となる。

本実施例でも、計測前に作成された複数の基準格子ＢＧ₁〜ＢＧ_nを用いており、計測対象点Ｔは、計測対象点Ｔを挟んで最近傍の位置となる２つの基準格子ＢＧ_mと基準格子ＢＧ_m+1とを用いて、内挿補間により求められた内挿点となる。そのため、最も精度よく位置を算出することができ、位置精度の向上を図ることができる。従って、本実施例の３次元位置計測システムを用いることにより、実施例１と同様に、特殊な環境下、例えば、風洞試験室での着氷風洞試験で着氷を計測する場合でも、計測対象を高精度で効率良くリアルタイムで計測することができる。

なお、上記各実施例では、２つのカメラで撮影した画像により算出した２つの直線から計測対象点の３次元位置を算出する例を示したが、本発明は、これに限らず、３つ以上のカメラで撮影して計測対象点の３次元位置を算出しても良い。

本発明は、計測対象の３次元計測に適用されるものであり、特に、特殊な環境下における計測に好適なものであり、例えば、航空機などの着氷風洞試験の際の着氷位置の計測に適用可能である。

１１Ａ 第１カメラ
１１Ｂ 第２カメラ
１２ パターン投影装置
２０ データ処理装置
２１ 画像取得部
２１１ 計測前画像取得部
２１２ 計測時画像取得部
２２Ａ、２２Ｂ 画像解析部
２２１ 対象点特定部
２２２ 第１直線算出部
２２３ 第２直線算出部
２２４ 直線設定部
２２５ 距離算出部
２２６ 最小値算出部
２２７ 中点座標算出部
２２８ ３次元位置算出部
４１ 格子定規
４１ａ 基準格子

Claims (14)

1. 対象物を異なる方向から撮影する複数の撮影手段と、
   前記複数の撮影手段で撮影した画像を取得し、前記画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する処理手段とを有し、
   前記処理手段は、
   前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、前記設置位置の各々において、前記複数の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の基準格子画像として取得する計測前画像取得部と、
   前記計測時に、前記複数の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の計測画像として取得する計測時画像取得部と、
   １の前記撮影手段にて異なる前記設置位置で撮影された２つの前記基準格子画像と、それに対応する該撮影手段で撮影された１の前記計測画像と、により、該撮影手段から前記計測対象点への視線となる直線を前記複数の撮影手段毎に算出する直線算出部と、
   複数の前記直線に基づき前記計測対象点の３次元位置を算出する３次元位置算出部と、
   を有することを特徴とする３次元位置計測システム。
2. 対象物を互いに異なる方向から撮影する第１及び第２の撮影手段と、
   前記第１及び第２の撮影手段で撮影した画像を取得し、前記画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する処理手段とを有し、
   前記処理手段は、
   前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、一端側から他端側へ順に１〜ｎ番目とする前記設置位置の各々において、前記第１及び第２の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の基準格子画像として取得する計測前画像取得部と、
   前記計測時に、前記第１及び第２の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の計測画像として取得する計測時画像取得部と、
   ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像の各々に前記第１の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第１の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第１の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第１の対象点座標とｊ番目の前記第１の対象点座標とを通る第１の直線を算出する第１直線算出部と、
   ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像の各々に前記第２の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第２の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第２の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第２の対象点座標とｊ番目の前記第２の対象点座標とを通る第２の直線を算出する第２直線算出部と、
   前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離又は前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記第２の直線を設定する直線設定部と、
   前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線と前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出し、当該３次元座標を前記計測対象点の３次元位置とする３次元位置算出部とを有することを特徴とする３次元位置計測システム。
   但し、ｎは２以上の自然数、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。
3. 請求項２に記載の３次元位置計測システムにおいて、
   前記処理手段は、
   前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離を算出する距離算出部と、
   複数の前記距離の中から最小値を算出する最小値算出部とを有し、
   前記直線設定部は、
   前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｉ＝ｋ及びｊ＝ｋ＋１として、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを各々算出し、
   前記距離算出部を用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを最短で結ぶ線分のｋ番目の前記距離を各々算出し、
   前記最小値算出部を用いて、１〜ｎ−１番目の前記距離の中から最小値となるｍ番目の前記距離を算出し、
   前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線として、ｍ番目の前記第１の直線とｍ番目の前記第２の直線を設定することを特徴とする３次元位置計測システム。
   但し、ｍ＝１〜ｎ−１の自然数である。
4. 請求項２に記載の３次元位置計測システムにおいて、
   前記処理手段は、
   前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出する中点座標算出部を有し、
   前記直線設定部は、
   前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、ｉ＝１及びｊ＝ｎとして、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを各々算出し、
   前記中点座標算出部を用いて、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを最短で結ぶ初期の前記線分を求め、初期の前記線分の中点の３次元座標を算出し、
   前記計測対象点の推定位置となる初期の前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点を挟んで前記計測対象点に最も近い２つの前記設置位置で撮影したｍ番目とｍ＋１番目の前記第１及び第２の基準格子画像を選択し、
   前記第１直線算出部と前記第２直線算出部とを用いて、ｉ＝ｍ及びｊ＝ｍ＋１として、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線を各々算出することを特徴とする３次元位置計測システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の３次元位置計測システムにおいて、
   前記対象物に所定のパターン映像を投影する投影手段を有し、
   前記処理手段は、前記パターン映像に基づいて、同一の前記計測対象点を前記第１の計測画像中と前記第２の計測画像中で特定する対象点特定部を有することを特徴とする３次元位置計測システム。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１つに記載の３次元位置計測システムにおいて、
   前記格子定規は、前記基準格子を表裏両方の表面に有し、
   前記第１の撮影手段は前記格子定規の一方の表面を撮影する位置に設置され、前記第２の撮影手段は前記格子定規の他方の表面を撮影する位置に設置されていることを特徴とする３次元位置計測システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の３次元位置計測システムにおいて、
   前記対象物は、航空機の翼の風洞模型であり、
   前記計測対象点は、前記風洞模型に対する着氷風洞試験において、前記風洞模型の表面に付着する氷の頂点であることを特徴とする３次元位置計測システム。
8. 複数の撮影手段を用いて、対象物を異なる方向から撮影し、撮影した画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する３次元位置計測方法において、
   前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、前記設置位置の各々において、前記複数の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の基準格子画像として取得する計測前画像取得工程と、
   前記計測時に、前記複数の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を前記複数の撮影手段毎に複数の計測画像として取得する計測時画像取得工程と、
   １の前記撮影手段にて異なる前記設置位置で撮影された２つの前記基準格子画像と、それに対応する該撮影手段で撮影された１の前記計測画像と、により、該撮影手段から前記計測対象点への視線となる直線を前記複数の撮影手段毎に算出する直線算出工程と、
   複数の前記直線に基づき前記計測対象点の３次元位置を算出する３次元位置算出工程と、
   を有することを特徴とする３次元位置計測方法。
9. 第１及び第２の撮影手段を用いて、対象物を互いに異なる方向から撮影し、撮影した画像の処理により、計測対象点の３次元位置を計測する３次元位置計測方法において、
   前記計測の前に、目盛となる基準格子を表面に有する格子定規を、前記対象物の表面上の３次元座標が既知である複数の設置位置に設置しながら、一端側から他端側へ順に１〜ｎ番目とする前記設置位置の各々において、前記第１及び第２の撮影手段で前記格子定規を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の基準格子画像として取得する計測前画像取得工程と、
   前記計測時に、前記第１及び第２の撮影手段で前記計測対象点を各々撮影し、撮影した前記画像を各々第１及び第２の計測画像として取得する計測時画像取得工程と、
   ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像の各々に前記第１の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第１の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第１の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第１の対象点座標とｊ番目の前記第１の対象点座標とを通る第１の直線を算出する第１直線算出工程と、
   ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像の各々に前記第２の計測画像を重ね合わせ、ｉ番目とｊ番目の前記第１の基準格子画像中の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子に対する前記第２の計測画像中の前記計測対象点の位置に基づいて、ｉ番目とｊ番目の前記第２の基準格子画像中の前記基準格子上に前記計測対象点があると仮定した場合の前記計測対象点の３次元座標を各々ｉ番目とｊ番目の第２の対象点座標として算出すると共に、ｉ番目の前記第２の対象点座標とｊ番目の前記第２の対象点座標とを通る第２の直線を算出する第２直線算出工程と、
   前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離又は前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記第２の直線を設定する直線設定工程と、
   前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線と前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出し、当該３次元座標を前記計測対象点の３次元位置とする３次元位置算出工程とを有することを特徴とする３次元位置計測方法。
   但し、ｎは２以上の自然数、ｉ＝１〜ｎの自然数、ｊ＝１〜ｎの自然数、ｉ≠ｊである。
10. 請求項９に記載の３次元位置計測方法において、
    前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分の距離を算出する距離算出工程と、
    複数の前記距離の中から最小値を算出する最小値算出工程とを有し、
    前記直線設定工程は、
    前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｉ＝ｋ及びｊ＝ｋ＋１として、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを各々算出し、
    前記距離算出工程を用いて、１〜ｎ−１の自然数であるｋの全てにおいて、ｋ番目の前記第１の直線とｋ番目の前記第２の直線とを最短で結ぶ線分のｋ番目の前記距離を各々算出し、
    前記最小値算出工程を用いて、１〜ｎ−１番目の前記距離の中から最小値となるｍ番目の前記距離を算出し、
    前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線として、ｍ番目の前記第１の直線とｍ番目の前記第２の直線を設定することを特徴とする３次元位置計測方法。
    但し、ｍ＝１〜ｎ−１の自然数である。
11. 請求項９に記載の３次元位置計測方法において、
    前記第１の直線と前記第２の直線とを最短で結ぶ線分を求め、当該線分の中点の３次元座標を算出する中点座標算出工程を有し、
    前記直線設定工程は、
    前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用い、ｉ＝１及びｊ＝ｎとして、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを各々算出し、
    前記中点座標算出工程を用いて、初期の前記第１の直線と初期の前記第２の直線とを最短で結ぶ初期の前記線分を求め、初期の前記線分の中点の３次元座標を算出し、
    前記計測対象点の推定位置となる初期の前記線分の中点の３次元座標に基づいて、前記計測対象点を挟んで前記計測対象点に最も近い２つの前記設置位置で撮影したｍ番目とｍ＋１番目の前記第１及び第２の基準格子画像を選択し、
    前記第１直線算出工程と前記第２直線算出工程とを用いて、ｉ＝ｍ及びｊ＝ｍ＋１として、前記計測対象点の算出に最適な前記第１の直線及び前記計測対象点の算出に最適な前記第２の直線を各々算出することを特徴とする３次元位置計測方法。
12. 請求項８から請求項１１のいずれか１つに記載の３次元位置計測方法において、
    前記対象物に所定のパターン映像を投影する投影手段を用い、前記パターン映像に基づいて、同一の前記計測対象点を前記第１の計測画像中と前記第２の計測画像中で特定する対象点特定工程を有することを特徴とする３次元位置計測方法。
13. 請求項９から請求項１２のいずれか１つに記載の３次元位置計測方法において、
    前記格子定規は、前記基準格子を表裏両方の表面に有し、
    前記第１の撮影手段は前記格子定規の一方の表面を撮影する位置に設置され、前記第２の撮影手段は前記格子定規の他方の表面を撮影する位置に設置されていることを特徴とする３次元位置計測方法。
14. 請求項８から請求項１３のいずれか１つに記載の３次元位置計測方法において、
    前記対象物は、航空機の翼の風洞模型であり、
    前記計測対象点は、前記風洞模型に対する着氷風洞試験において、前記風洞模型の表面に付着する氷の頂点であることを特徴とする３次元位置計測方法。

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