変位計測装置
【課題】本発明の課題は、計測点の変位を精度良く算出できる変位計測装置を得ることである。
【解決手段】撮像素子に撮影した複数の計測対象物１０の変位前後の画像から任意の計測点３ａの変位量を算出する変位計測装置１において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部１３を備え、画像処理部１３は画像の複数の計測点３ａから任意の一の計測点を基準点１２として選択する基準点選択手段２４と、基準点１２に基づいて各計測点３ａの変位量を算出する変位量算出手段２５とを備え、基準点選択手段２４は先に撮影した画像の計測点３ａの座標値と後から撮影した画像の計測点３ａの座標値の変化量から基準点１２を選択しており、任意の計測点３ａの座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、かかる計測点３ａを基準点１２としている。
【解決手段】撮像素子に撮影した複数の計測対象物１０の変位前後の画像から任意の計測点３ａの変位量を算出する変位計測装置１において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部１３を備え、画像処理部１３は画像の複数の計測点３ａから任意の一の計測点を基準点１２として選択する基準点選択手段２４と、基準点１２に基づいて各計測点３ａの変位量を算出する変位量算出手段２５とを備え、基準点選択手段２４は先に撮影した画像の計測点３ａの座標値と後から撮影した画像の計測点３ａの座標値の変化量から基準点１２を選択しており、任意の計測点３ａの座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、かかる計測点３ａを基準点１２としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、計測対象物の変位を計測する変位計測装置において、変位前後で変位しない複数の固定点を含むように写真画像を撮影し、固定点を基準点として計測対象物の変位を求める技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の従来技術では、計測対象物に固定の基準点を設置する必要があるので、計測対象物自身が変位するような場合には、基準点を設置することが難しく、計測点の変位を精度良く算出できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、計測点の変位を精度良く算出できる変位計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、撮像素子に撮影した複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部を備え、画像処理部は画像の複数の計測点から任意の一の計測点を基準点として選択する基準点選択手段と、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出する変位量算出手段とを備え、基準点選択手段は先に撮影した画像の計測点の座標値と後から撮影した画像の計測点の座標値の変化量から基準点を選択しており、任意の計測点の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、係る計測点を基準点とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、撮影部は計測対象物に対して撮影方向の異なる２つ以上の地点に設置しており、一方の撮影部で撮影した画像と、他方の撮影部で撮影した画像とを合成して３次元画像を得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、計測対象物には予め設置した標的を設けており、標的を計測点としていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、標的は反射部を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載の発明において、反射部は撮影部と標的との間の距離に応じて面積を変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、画像処理部は反射部の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、画像処理部は重心位置算出部で得た重心位置から計測点の座標を特定することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載された発明は、請求項６に記載の発明において、画像処理部は撮像素子の１ピクセル以下のサブピクセル単位で計測点の座標を算出するサブピクセル算出部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、基準点選択手段により任意の計測点の変化前後の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合は、係る計測点を基準点とし、係る基準点に基づいて各計測点の変位量を算出するので、固定の基準点を設置しなくて済む。従って、固定の基準点を設置し難い計測対象物であっても、容易に計測点の変位量を算出できる。
【００１４】
撮影部で撮影した画像の処理により計測点の変位量を算出しているので、標尺等の測定器具を要さず、現場での測定時間を短縮化できる。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、撮影方向の異なる２以上の地点から測定対象物を撮影した画像を合成して３次元画像を得るので、計測点の３次元における変位量を容易に算出することができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、計測対象物に設けた標的を計測点としているので、画像上で計測点を容易に把握することができ、計測点の変位量を精度良く算出することができる。
【００１７】
請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、標的は反射部を備えているので、画像における反射板の領域が他の領域よりも高い輝度値を示すことで、計測点の位置を精度良く特定することができる。
【００１８】
請求項５に記載された発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、撮影部と計測点との距離に応じて反射部の面積を変更しているので、例えば撮影部と計測点との距離が長い場合に反射板の面積を大きくすることで、表示部に表示される反射部の画素数が多くなり、計測点の座標を精度良く計測できる。
【００１９】
請求項６に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、重心位置算出部により反射部の重心位置を算出して計測点の座標を特定しているので、計測点の変位量を精度良く算出できる。
【００２０】
請求項７に記載された発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、サブピクセル算出部によりサブピクセル単位で計測点の座標を算出するので、計測点の座標を更に精度良く算出でき、計測点の変位量を更に精度良く算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る変位計測装置の全体を示す制御ブロック図、図２は計測対象物を撮影しているようすを示す斜視図、図３は図２に示す計測対象物を撮影部の位置を変えて撮影した画像をそれぞれ示す図、図４は１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせを説明する図であり、２点鎖線で抜き出して示す（ａ）は変位前後の基準点の位置を説明する図、（ｂ）は変位前後の計測点位置を説明する図、図５は図２に示す標的を拡大して示す正面図、図６はデジタルカメラの外部標定方法を説明する概略図、図７は複数の撮影画像から３次元座標を算出する方法を説明する図、図８は反射シールの重心点座標を算出する方法を説明する図、図９は計測対象物の画像認識を説明する図であり、（ａ）は通常のピクセルでの画像認識を説明する図、（ｂ）はサブピクセルでの画像認識を説明する図、図１０は誤差楕円を用いた基準点の選定を示す図、図１１は本発明に係る変位計測装置の計測の流れを説明するフローチャート、図１２は本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、奥行き方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフ、図１３は本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、水平垂直方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【００２２】
本実施の形態に係る変位計測装置１は、擁壁等の計測対象物１０の変位を計測するものであり、図１に示すように計測対象物１０を撮像素子に撮影するデジタルカメラ（撮影部）７と、デジタルカメラ７で撮影したが画像を処理するコンピュータ９とを備える。図２に示すように、デジタルカメラ（撮影部）７を用いて計測対象物１０を複数回撮影し、変位前後の同じ点に設けられた計測点の３次元座標を算出し、座標値の移動量から変位量を算出する。
【００２３】
標的３は計測対象物１０に複数設置しており、図５に示すように、黒色の標的基板３ｃ（縦２１０ｍｍ×横２１０ｍｍ）に反射シール（反射部）３ｂを貼り付けている。反射シール３ｂは円形状であり、円の中心が変位を計測する計測点３ａとなっている。
【００２４】
反射シール３ｂの直径はデジタルカメラ７で撮影した画像において５ピクセル以上になるようにデジタルカメラ７と標的３との間の距離に応じて面積を変更している。反射シール３ｂの直径Ｄが５ピクセル以上になる基準を下記の表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
デジタルカメラ７はＵＳＢケーブル等を通じてコンピュータ９に接続できるようにしており、デジタルカメラ７で撮影した画像データはコンピュータ９に取り込んで、記憶部１７に保存する。
【００２７】
コンピュータ９は、デジタルカメラ７で取り込んだ画像を解析処理する画像処理部１３と、取り込んだ画像を画面上に表示する表示部１５と、デジタルカメラ７から取り込んだ画像や画像処理部１３で処理された各データを記憶する記憶部１７とを備えている。
【００２８】
画像処理部１３は、デジタルカメラ７で撮影した変位前後の画像を合成する画像合成部２１と、デジタルカメラ７で撮影した複数枚の画像を合成して計測点３ａの３次元座標を算出する３次元座標算出部２３と、画像の複数の計測点３ａから任意の一の計測点３ａを基準点４として選択する基準点選択部（基準点選択手段）２４と、測定点３ａの変位量を算出する変位量算出部２５と、反射シール３ｂの重心位置を算出する重心位置算出部２７と、１ピクセル以下のサブピクセル単位で測定点３ａの座標を算出するサブピクセル算出部２９を備えている。
【００２９】
画像合成部１９ではデジタルカメラ７で撮影した１回目の撮影画像と、同じデジタルカメラ７で撮影した２回目の撮影画像とをアフィン変換によって重ね合わせる。アフィン変換によって１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせることによって、図４（ａ）に示す基準点４に基づいて、図４（ｂ）に抜き出して示す変位前後の測定点３ａの座標値を算出する。
【００３０】
デジタルカメラ７の撮影位置（Ｏ1、Ｏ2）は、図６に示すように、計測対象物１０以外の位置に設けた基準点を基準として算出する。デジタルカメラ７の撮影方向（デジタルカメラ７の３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対する傾き）は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の基準線を任意に設置して、角度計測器を用いて算出している。尚、デジタルカメラ７の撮影位置はＧＰＳを用いて算出しても良い。
【００３１】
図３に示すように、３次元座標算出部２３は、計測対象物１０を左側から撮影した第１画像３１と、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３と、デジタルカメラ７の撮影位置（レンズ中心位置（Ｏ1、Ｏ2））及び撮影方向の情報から計測点３ａの３次元座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
【００３２】
即ち、図７に示すように計測対象物１０を左側から撮影した第１画像３１には計測点３ａの２次元座標値ｐ1（ｘ1、ｙ1）が写り、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３には計測点３ａの２次元座標値ｐ2（ｘ2、ｙ2）が写る。そして、第１画像３１の２次元座標値ｐ1（ｘ1、ｙ1）、第２画像３３の２次元座標値ｐ2（ｘ2、ｙ2）、左側から撮影した第１画像３１のデジタルカメラ７のレンズ中心位置Ｏ1及び撮影方向、右側から撮影した第２画像３３のデジタルカメラ７のレンズ中心位置Ｏ2及び撮影方向からフリーネットワーク（自由網）調整法を用いて計測点３ａの３次元座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出している。
【００３３】
尚、フリーネットワーク調整法では、２次元画像iに計測点ｊに写っている場合、下記式（１）の条件式を解くことで計測点ｊの３次元座標Ｐを求める。下記式（１）中、（ｘ0、ｙ0、ｚ0）はカメラの座標値を示すパラメータ、（ω、φ、κ）は撮影時の角度を示すパラメータである。また、Δｘi及びΔｙiは系統誤差を表し、中心投影の条件を妨げる要因となるもので、レンズ収差を表す係数と主点位置のズレを表す補正値からなる。
【００３４】
【数１】
・・・（１）
上記式（１）は非線形であるため、各未知数をテーラー展開することで方程式を線形化する。線形化した方程式を下記式（２）に示す。
【００３５】
【数２】
・・・（２）
【００３６】
図４に示すように、変位量算出部２５では１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせたときに表示される、変位前の計測点３ａの３次元座標Ｐ1（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）と、変位後の計測点３ａの３次元座標Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）との差を求めることで計測点３ａの変位量を算出している。
【００３７】
重心位置算出部２７では計測点３ａの重心位置を算出する。図８に示すように重心位置の算出は、先ず反射シール３ｂの周囲を枠３ｄで取り囲んで計算領域を指定する。そして計算領域内の輝度値をヒストグラムとして生成し、ヒストグラムにおいて高輝度の輝度値を有する画素を特定する。その後、公知の大津モデル式を使用して閾値を設定し、閾値以上の輝度値を示す画素にグレースケール値を掛け算して重心点を算出する。尚、計算領域内の任意点（ｘ、ｙ）のグレースケール値をＷ、画素数をｎとした場合、重心点（ｘ0、ｙ0）は、ｘ0＝Σ（ｘ×Ｗ）／ｎ、ｙ0＝Σ（ｙ×Ｗ）／ｎでそれぞれ算出する。
【００３８】
サブピクセル算出部２９は１ピクセル以下のサブピクセル単位で測定対象の座標を算出する。例えば、画像中に図９（a）に示すような測定対象Ｓが映っていた場合、測定対象Ｓは４つのピクセルＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４全体で認識される。即ち、測定対象Ｓが存在する４つのピクセルＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４全部のピクセルが「１」と認識される。
【００３９】
サブピクセル算出部２９では、ピクセルを複数のサブピクセルに分割（４分割）でき、図９（ｂ）に示すように、測定対象Ｓは４つのサブピクセルＴ１３、Ｔ２４、Ｔ３１、Ｔ４２で認識される。即ち、４つのサブピクセルＴ１３、Ｔ２４、Ｔ３１、Ｔ４２は「１」と認識され、その他のサブピクセル（Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４、Ｔ４１、Ｔ４３、Ｔ４４）は「０」と認識される。
【００４０】
基準点選択部２４では、変位前の計測点３ａの３次元座標Ｐ1（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）と、変位後の測定点３ａの３次元座標Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）の移動量を算出し、移動量が所定量より小さい場合に、係る計測点を変位量算出のための基準点としている。
【００４１】
尚、基準点選択部２４では図１０に示すように変位誤差楕球を用いた統計手法により、計測点を基準点として選択するか否か判断している。即ち、図１０中、４０ａ、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａは変位前の計測点の座標位置を示しており、４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂは変位後の計測点の座標位置を示している。そして各計測点において変位誤差楕球Ｗ1〜Ｗ5を生成している。変位誤差楕球は所定の確率で計測点３ａが所定の領域内に存在するか否かを示している。まず、基準点を検知し、検知した基準点に対する計測点が変位誤差楕球の領域外にある場合（図１０中４０ｂ）、基準点選択部２４により、その基準点は選択しない。一方、基準点に対する変位後の計測点が変位誤差楕球の領域内にある場合（図１０中、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ）は基準点選択部２４により、その基準点を採用して選択する。
【００４２】
次に、上記した構成に基づき、本実施の形態の作用を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。現場では先ず、測定対象物１０の複数箇所に標的３を設置する。次いで、測定対象物１０から所定距離だけ離れた位置であって、測定対象物１０に対して撮影方向が異なる２つの撮影位置からデジタルカメラ７で撮影する。撮影した各画像はコンピュータ９の記憶部１７に保存する。尚、デジタルカメラ７のキャリブレーションの精度を高めるため、各撮影位置においてカメラの向きをレンズの周方向に約９０度ずつずらして合計４枚の画像を撮影している（ステップＳ１）。
【００４３】
記憶部１７に保存された左側から撮影した第１画像３１と、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３から、フリーネットワーク調整法を用いて各計測点３ａの３次元座標を求める（ステップＳ２）。尚、計測点３ａの座標はコンピュータ９の表示部１５に表示された画像を用いて、重心位置算出部２７が標的３の反射シール３ｂの重心位置を算出することで求める。以上のステップで１回目の撮影が終了する。
【００４４】
次に２回目の撮影を行う。２回目の撮影は上述の１回目のステップで説明した方法と同様の方法で左右の画像を撮影し、撮影した各画像は記憶部１７に保存する。そして左右の画像からフリーネットワーク調整法を用いて各計測点３ａの３次元座標を求める。
【００４５】
次のステップＳ３では、撮影した画像が１回目（エポックＩ）であるか否か判断され、１回目でない場合は次のステップＳ４に進み、２回目に撮影した画像の計測精度が１回目に撮影した画像の計測精度と同じであるか否か判断される。計測精度が同じであるか否かは、例えば１回目の撮影と２回目の撮影においてデジタルカメラ７のキャリブレーションの精度が同じであったか否かで判断する。
【００４６】
次のステップＳ５では１回目に撮影した画像と２回目に撮影した画像とを比較して、計測対象物１０が全体的に変位したか否か判断する。計測対象物１０が全体的に変位したか否かは、計測点全点の座標をベクトル形式で表し、２回の計測での座標ベクトルの値に有意差があったか否かで判断する。計測対象物１０に全体的な変位があると判断された場合、次のステップＳ６に進み、計測対象物１０に全体的な変位がないと判断された場合、ステップＳ１１に進む。
【００４７】
ステップＳ６では、エポック１で求めた計測点の全点の重心座標と、エポック２で求めた計測点の全点の重心座標と重ね合わせて、重心座標が同じ値であるか（等確率変位）否か判断する。計測点の全点の重心座標が同じ値でない場合は、次のステップＳ７に進む。ステップＳ７では、基準点選択部２４において計測点３ａを基準点として選択するか否か判断し、計測点３ａを基準点とする場合、次のステップＳ８に進み、ステップＳ２において全体重心座標系で計算した座標値を基準点に基づく相対基準点座標系に変換する。ステップＳ９ではエポック１で求めた各計測点の３次元座標値と、エポック２で求めた各計測点の３次元座標値とから変位差を算出し、ステップＳ１０において各計測点が移動したか否か判断し、ステップＳ１１において算出結果を出力する。そして次のステップＳ１２において計測を継続する場合はステップＳ１に戻る。計測を継続しない場合はステップを終了する。
【００４８】
本実施の形態では、基準点選択手段２４が任意の計測点３ａの座標値の移動量が所定量より小さいと判断した場合は、係る計測点３ａを基準点とし、係る基準点に基づいて各計測点の変位量を算出するので、固定の基準点を設置し難い計測対象物１０であっても、容易に計測点３ａの変位量を算出できる。
【００４９】
デジタルカメラ７で撮影した画像の処理により計測点３ａの変位量を算出しているので、標尺等の測定器具を要さず、現場での測定時間を短縮化できる。
【００５０】
計測対象物１０を撮影方向から異なる２つの地点で撮影した画像を合成して３次元画像を得るので、計測点３aの３次元における変位量を容易に算出することができる。
【００５１】
計測対象物１０に設けた標的３を計測点３ａとしているので、画像上で計測点３ａを容易に把握することができ、計測点３ａの変位量を精度良く算出することができる。
【００５２】
標的３には反射シール３ｂを備えているので、コンピュータ９の表示部１５に表示される画像において、反射シール３ｂの領域が他の領域よりも高い輝度値を示すことで、測定点３ａの位置を精度良く特定することができる。
【００５３】
デジタルカメラ７の位置と測定点３ａとの距離に応じて反射シール３ｂの面積を変更しているので、例えばデジタルカメラ７の位置と測定点３ａとの距離が長い場合に反射シール３ｂの面積を大きくすることで、表示部１５に表示される反射シール３ｂの画素数が多くなり、測定点３ａの座標を精度良く測定できる。
【００５４】
重心位置算出部２７により反射シール３ｂの重心位置を算出して測定点３ａの座標を特定しているので、測定点３ａの変位量を精度良く算出できる。
【００５５】
サブピクセル算出部２９によりサブピクセル単位で測定点３ａの座標を算出するので、測定点３ａの座標を更に精度良く算出でき、測定点３ａの変位量を更に精度良く算出できる。
【００５６】
次に、本実施の形態に係る変位計測装置の変位量の精度について実験を行ったのでその結果について説明する。
【００５７】
（実験例）
本実験例では、測定対象物１０に設置した標的２を実際に移動させ、実測値と本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値との相関関係について実験した。その結果を図１４の表に示す。図１４は移動量の実測値と変位計測装置で求めた計測値とを表に示したものである。図１２は図１４の表に基づいて奥行き（Ｚ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフ、図１３は図１４の表に基づいて水平垂直方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【００５８】
図１２に示すように、奥行き（Ｚ）方向の移動量の計測値（図１２に示す□印、○印、×印、◇印、△印、●印、■印）は、実測値（図１２に示す実線）のほぼ線上に位置し、本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値と実測値との間に高い相関関係が見られた。
【００５９】
図１３に示すように、水平垂直（ＸＹ）方向の移動量の計測値（図１３に示す□印、○印、×印、◇印、△印、●印、■印）は、実測値（図１３に示す実線）のほぼ線上に位置し、本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値と実測値との間に高い相関関係が見られた。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば本実施の形態では、測定対象物１０を２つの方向から撮影したが、これに限定されず、３以上の方向から測定対象物１０を撮影しても良い。
【００６１】
本実施の形態では、計測点３ａを標的３内に設けたが、これに限定されず、標的を設けずに測定対象物１０の特徴点を計測点としても良い。
【００６２】
また、標的３には反射シール３ｂを設けることに限らず、周囲との関係で、その部分の濃淡が明確になっているものでも良い。また、測定点は突起等の特徴的な部分としても良い。
【００６３】
測定対象物１０は、ダム、橋梁、トンネル、高架橋であっても良いし、山の斜面を観測して地滑りを計測するものであっても良い。
【００６４】
撮影部７はデジタルカメラに限らず、一眼レフカメラであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る変位計測装置の全体を示す制御ブロック図である。
【図２】計測対象物を撮影しているようすを示す斜視図である。
【図３】図２に示す計測対象物を撮影部の位置を変えて撮影した画像をそれぞれ示す図である。
【図４】１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせを説明する図であり、２点鎖線で抜き出して示す（ａ）は変位前後の基準点の位置を説明する図、（ｂ）は変位前後の計測点位置を説明する図である。
【図５】図２に示す標的を拡大して示す正面図である。
【図６】デジタルカメラの外部標定方法を説明する概略図である。
【図７】複数枚の撮影画像から３次元座標を算出する方法を説明する図である。
【図８】反射シールの重心点座標を算出する方法を説明する図である。
【図９】計測対象物の画像認識を説明する図であり、（ａ）は通常のピクセルでの画像認識を説明する図、（ｂ）はサブピクセルでの画像認識を説明する図である。
【図１０】誤差楕円を用いた基準点の選定を示す図である。
【図１１】本発明に係る変位計測装置の計測の流れを説明するフローチャートである。
【図１２】本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、奥行き（Ｚ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、水平垂直（ＸＹ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る変位計測装置の計測値と移動量の実測値とを表に示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 変位測定装置
３ 標的
３ａ 計測点
３ｂ 反射シール
７ デジタルカメラ（撮影部）
１０ 計測対象物
１２ 基準点
１３ 画像処理部
２１ 画像合成部
２３ ３次元座標算出部
２４ 基準点選択部
２５ 変位量算出部
２７ 重心位置算出部
２９ サブピクセル算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、計測対象物の変位を計測する変位計測装置において、変位前後で変位しない複数の固定点を含むように写真画像を撮影し、固定点を基準点として計測対象物の変位を求める技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の従来技術では、計測対象物に固定の基準点を設置する必要があるので、計測対象物自身が変位するような場合には、基準点を設置することが難しく、計測点の変位を精度良く算出できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、計測点の変位を精度良く算出できる変位計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、撮像素子に撮影した複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部を備え、画像処理部は画像の複数の計測点から任意の一の計測点を基準点として選択する基準点選択手段と、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出する変位量算出手段とを備え、基準点選択手段は先に撮影した画像の計測点の座標値と後から撮影した画像の計測点の座標値の変化量から基準点を選択しており、任意の計測点の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、係る計測点を基準点とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、撮影部は計測対象物に対して撮影方向の異なる２つ以上の地点に設置しており、一方の撮影部で撮影した画像と、他方の撮影部で撮影した画像とを合成して３次元画像を得ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、計測対象物には予め設置した標的を設けており、標的を計測点としていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、標的は反射部を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載の発明において、反射部は撮影部と標的との間の距離に応じて面積を変更することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、画像処理部は反射部の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、画像処理部は重心位置算出部で得た重心位置から計測点の座標を特定することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載された発明は、請求項６に記載の発明において、画像処理部は撮像素子の１ピクセル以下のサブピクセル単位で計測点の座標を算出するサブピクセル算出部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、基準点選択手段により任意の計測点の変化前後の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合は、係る計測点を基準点とし、係る基準点に基づいて各計測点の変位量を算出するので、固定の基準点を設置しなくて済む。従って、固定の基準点を設置し難い計測対象物であっても、容易に計測点の変位量を算出できる。
【００１４】
撮影部で撮影した画像の処理により計測点の変位量を算出しているので、標尺等の測定器具を要さず、現場での測定時間を短縮化できる。
【００１５】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、撮影方向の異なる２以上の地点から測定対象物を撮影した画像を合成して３次元画像を得るので、計測点の３次元における変位量を容易に算出することができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、計測対象物に設けた標的を計測点としているので、画像上で計測点を容易に把握することができ、計測点の変位量を精度良く算出することができる。
【００１７】
請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、標的は反射部を備えているので、画像における反射板の領域が他の領域よりも高い輝度値を示すことで、計測点の位置を精度良く特定することができる。
【００１８】
請求項５に記載された発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、撮影部と計測点との距離に応じて反射部の面積を変更しているので、例えば撮影部と計測点との距離が長い場合に反射板の面積を大きくすることで、表示部に表示される反射部の画素数が多くなり、計測点の座標を精度良く計測できる。
【００１９】
請求項６に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、重心位置算出部により反射部の重心位置を算出して計測点の座標を特定しているので、計測点の変位量を精度良く算出できる。
【００２０】
請求項７に記載された発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、サブピクセル算出部によりサブピクセル単位で計測点の座標を算出するので、計測点の座標を更に精度良く算出でき、計測点の変位量を更に精度良く算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る変位計測装置の全体を示す制御ブロック図、図２は計測対象物を撮影しているようすを示す斜視図、図３は図２に示す計測対象物を撮影部の位置を変えて撮影した画像をそれぞれ示す図、図４は１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせを説明する図であり、２点鎖線で抜き出して示す（ａ）は変位前後の基準点の位置を説明する図、（ｂ）は変位前後の計測点位置を説明する図、図５は図２に示す標的を拡大して示す正面図、図６はデジタルカメラの外部標定方法を説明する概略図、図７は複数の撮影画像から３次元座標を算出する方法を説明する図、図８は反射シールの重心点座標を算出する方法を説明する図、図９は計測対象物の画像認識を説明する図であり、（ａ）は通常のピクセルでの画像認識を説明する図、（ｂ）はサブピクセルでの画像認識を説明する図、図１０は誤差楕円を用いた基準点の選定を示す図、図１１は本発明に係る変位計測装置の計測の流れを説明するフローチャート、図１２は本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、奥行き方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフ、図１３は本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、水平垂直方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【００２２】
本実施の形態に係る変位計測装置１は、擁壁等の計測対象物１０の変位を計測するものであり、図１に示すように計測対象物１０を撮像素子に撮影するデジタルカメラ（撮影部）７と、デジタルカメラ７で撮影したが画像を処理するコンピュータ９とを備える。図２に示すように、デジタルカメラ（撮影部）７を用いて計測対象物１０を複数回撮影し、変位前後の同じ点に設けられた計測点の３次元座標を算出し、座標値の移動量から変位量を算出する。
【００２３】
標的３は計測対象物１０に複数設置しており、図５に示すように、黒色の標的基板３ｃ（縦２１０ｍｍ×横２１０ｍｍ）に反射シール（反射部）３ｂを貼り付けている。反射シール３ｂは円形状であり、円の中心が変位を計測する計測点３ａとなっている。
【００２４】
反射シール３ｂの直径はデジタルカメラ７で撮影した画像において５ピクセル以上になるようにデジタルカメラ７と標的３との間の距離に応じて面積を変更している。反射シール３ｂの直径Ｄが５ピクセル以上になる基準を下記の表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】
デジタルカメラ７はＵＳＢケーブル等を通じてコンピュータ９に接続できるようにしており、デジタルカメラ７で撮影した画像データはコンピュータ９に取り込んで、記憶部１７に保存する。
【００２７】
コンピュータ９は、デジタルカメラ７で取り込んだ画像を解析処理する画像処理部１３と、取り込んだ画像を画面上に表示する表示部１５と、デジタルカメラ７から取り込んだ画像や画像処理部１３で処理された各データを記憶する記憶部１７とを備えている。
【００２８】
画像処理部１３は、デジタルカメラ７で撮影した変位前後の画像を合成する画像合成部２１と、デジタルカメラ７で撮影した複数枚の画像を合成して計測点３ａの３次元座標を算出する３次元座標算出部２３と、画像の複数の計測点３ａから任意の一の計測点３ａを基準点４として選択する基準点選択部（基準点選択手段）２４と、測定点３ａの変位量を算出する変位量算出部２５と、反射シール３ｂの重心位置を算出する重心位置算出部２７と、１ピクセル以下のサブピクセル単位で測定点３ａの座標を算出するサブピクセル算出部２９を備えている。
【００２９】
画像合成部１９ではデジタルカメラ７で撮影した１回目の撮影画像と、同じデジタルカメラ７で撮影した２回目の撮影画像とをアフィン変換によって重ね合わせる。アフィン変換によって１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせることによって、図４（ａ）に示す基準点４に基づいて、図４（ｂ）に抜き出して示す変位前後の測定点３ａの座標値を算出する。
【００３０】
デジタルカメラ７の撮影位置（Ｏ1、Ｏ2）は、図６に示すように、計測対象物１０以外の位置に設けた基準点を基準として算出する。デジタルカメラ７の撮影方向（デジタルカメラ７の３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対する傾き）は、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の基準線を任意に設置して、角度計測器を用いて算出している。尚、デジタルカメラ７の撮影位置はＧＰＳを用いて算出しても良い。
【００３１】
図３に示すように、３次元座標算出部２３は、計測対象物１０を左側から撮影した第１画像３１と、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３と、デジタルカメラ７の撮影位置（レンズ中心位置（Ｏ1、Ｏ2））及び撮影方向の情報から計測点３ａの３次元座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
【００３２】
即ち、図７に示すように計測対象物１０を左側から撮影した第１画像３１には計測点３ａの２次元座標値ｐ1（ｘ1、ｙ1）が写り、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３には計測点３ａの２次元座標値ｐ2（ｘ2、ｙ2）が写る。そして、第１画像３１の２次元座標値ｐ1（ｘ1、ｙ1）、第２画像３３の２次元座標値ｐ2（ｘ2、ｙ2）、左側から撮影した第１画像３１のデジタルカメラ７のレンズ中心位置Ｏ1及び撮影方向、右側から撮影した第２画像３３のデジタルカメラ７のレンズ中心位置Ｏ2及び撮影方向からフリーネットワーク（自由網）調整法を用いて計測点３ａの３次元座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出している。
【００３３】
尚、フリーネットワーク調整法では、２次元画像iに計測点ｊに写っている場合、下記式（１）の条件式を解くことで計測点ｊの３次元座標Ｐを求める。下記式（１）中、（ｘ0、ｙ0、ｚ0）はカメラの座標値を示すパラメータ、（ω、φ、κ）は撮影時の角度を示すパラメータである。また、Δｘi及びΔｙiは系統誤差を表し、中心投影の条件を妨げる要因となるもので、レンズ収差を表す係数と主点位置のズレを表す補正値からなる。
【００３４】
【数１】
・・・（１）
上記式（１）は非線形であるため、各未知数をテーラー展開することで方程式を線形化する。線形化した方程式を下記式（２）に示す。
【００３５】
【数２】
・・・（２）
【００３６】
図４に示すように、変位量算出部２５では１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせたときに表示される、変位前の計測点３ａの３次元座標Ｐ1（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）と、変位後の計測点３ａの３次元座標Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）との差を求めることで計測点３ａの変位量を算出している。
【００３７】
重心位置算出部２７では計測点３ａの重心位置を算出する。図８に示すように重心位置の算出は、先ず反射シール３ｂの周囲を枠３ｄで取り囲んで計算領域を指定する。そして計算領域内の輝度値をヒストグラムとして生成し、ヒストグラムにおいて高輝度の輝度値を有する画素を特定する。その後、公知の大津モデル式を使用して閾値を設定し、閾値以上の輝度値を示す画素にグレースケール値を掛け算して重心点を算出する。尚、計算領域内の任意点（ｘ、ｙ）のグレースケール値をＷ、画素数をｎとした場合、重心点（ｘ0、ｙ0）は、ｘ0＝Σ（ｘ×Ｗ）／ｎ、ｙ0＝Σ（ｙ×Ｗ）／ｎでそれぞれ算出する。
【００３８】
サブピクセル算出部２９は１ピクセル以下のサブピクセル単位で測定対象の座標を算出する。例えば、画像中に図９（a）に示すような測定対象Ｓが映っていた場合、測定対象Ｓは４つのピクセルＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４全体で認識される。即ち、測定対象Ｓが存在する４つのピクセルＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４全部のピクセルが「１」と認識される。
【００３９】
サブピクセル算出部２９では、ピクセルを複数のサブピクセルに分割（４分割）でき、図９（ｂ）に示すように、測定対象Ｓは４つのサブピクセルＴ１３、Ｔ２４、Ｔ３１、Ｔ４２で認識される。即ち、４つのサブピクセルＴ１３、Ｔ２４、Ｔ３１、Ｔ４２は「１」と認識され、その他のサブピクセル（Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１４、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４、Ｔ４１、Ｔ４３、Ｔ４４）は「０」と認識される。
【００４０】
基準点選択部２４では、変位前の計測点３ａの３次元座標Ｐ1（Ｘ1、Ｙ1、Ｚ1）と、変位後の測定点３ａの３次元座標Ｐ2（Ｘ2、Ｙ2、Ｚ2）の移動量を算出し、移動量が所定量より小さい場合に、係る計測点を変位量算出のための基準点としている。
【００４１】
尚、基準点選択部２４では図１０に示すように変位誤差楕球を用いた統計手法により、計測点を基準点として選択するか否か判断している。即ち、図１０中、４０ａ、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａは変位前の計測点の座標位置を示しており、４０ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂは変位後の計測点の座標位置を示している。そして各計測点において変位誤差楕球Ｗ1〜Ｗ5を生成している。変位誤差楕球は所定の確率で計測点３ａが所定の領域内に存在するか否かを示している。まず、基準点を検知し、検知した基準点に対する計測点が変位誤差楕球の領域外にある場合（図１０中４０ｂ）、基準点選択部２４により、その基準点は選択しない。一方、基準点に対する変位後の計測点が変位誤差楕球の領域内にある場合（図１０中、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ）は基準点選択部２４により、その基準点を採用して選択する。
【００４２】
次に、上記した構成に基づき、本実施の形態の作用を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。現場では先ず、測定対象物１０の複数箇所に標的３を設置する。次いで、測定対象物１０から所定距離だけ離れた位置であって、測定対象物１０に対して撮影方向が異なる２つの撮影位置からデジタルカメラ７で撮影する。撮影した各画像はコンピュータ９の記憶部１７に保存する。尚、デジタルカメラ７のキャリブレーションの精度を高めるため、各撮影位置においてカメラの向きをレンズの周方向に約９０度ずつずらして合計４枚の画像を撮影している（ステップＳ１）。
【００４３】
記憶部１７に保存された左側から撮影した第１画像３１と、計測対象物１０を右側から撮影した第２画像３３から、フリーネットワーク調整法を用いて各計測点３ａの３次元座標を求める（ステップＳ２）。尚、計測点３ａの座標はコンピュータ９の表示部１５に表示された画像を用いて、重心位置算出部２７が標的３の反射シール３ｂの重心位置を算出することで求める。以上のステップで１回目の撮影が終了する。
【００４４】
次に２回目の撮影を行う。２回目の撮影は上述の１回目のステップで説明した方法と同様の方法で左右の画像を撮影し、撮影した各画像は記憶部１７に保存する。そして左右の画像からフリーネットワーク調整法を用いて各計測点３ａの３次元座標を求める。
【００４５】
次のステップＳ３では、撮影した画像が１回目（エポックＩ）であるか否か判断され、１回目でない場合は次のステップＳ４に進み、２回目に撮影した画像の計測精度が１回目に撮影した画像の計測精度と同じであるか否か判断される。計測精度が同じであるか否かは、例えば１回目の撮影と２回目の撮影においてデジタルカメラ７のキャリブレーションの精度が同じであったか否かで判断する。
【００４６】
次のステップＳ５では１回目に撮影した画像と２回目に撮影した画像とを比較して、計測対象物１０が全体的に変位したか否か判断する。計測対象物１０が全体的に変位したか否かは、計測点全点の座標をベクトル形式で表し、２回の計測での座標ベクトルの値に有意差があったか否かで判断する。計測対象物１０に全体的な変位があると判断された場合、次のステップＳ６に進み、計測対象物１０に全体的な変位がないと判断された場合、ステップＳ１１に進む。
【００４７】
ステップＳ６では、エポック１で求めた計測点の全点の重心座標と、エポック２で求めた計測点の全点の重心座標と重ね合わせて、重心座標が同じ値であるか（等確率変位）否か判断する。計測点の全点の重心座標が同じ値でない場合は、次のステップＳ７に進む。ステップＳ７では、基準点選択部２４において計測点３ａを基準点として選択するか否か判断し、計測点３ａを基準点とする場合、次のステップＳ８に進み、ステップＳ２において全体重心座標系で計算した座標値を基準点に基づく相対基準点座標系に変換する。ステップＳ９ではエポック１で求めた各計測点の３次元座標値と、エポック２で求めた各計測点の３次元座標値とから変位差を算出し、ステップＳ１０において各計測点が移動したか否か判断し、ステップＳ１１において算出結果を出力する。そして次のステップＳ１２において計測を継続する場合はステップＳ１に戻る。計測を継続しない場合はステップを終了する。
【００４８】
本実施の形態では、基準点選択手段２４が任意の計測点３ａの座標値の移動量が所定量より小さいと判断した場合は、係る計測点３ａを基準点とし、係る基準点に基づいて各計測点の変位量を算出するので、固定の基準点を設置し難い計測対象物１０であっても、容易に計測点３ａの変位量を算出できる。
【００４９】
デジタルカメラ７で撮影した画像の処理により計測点３ａの変位量を算出しているので、標尺等の測定器具を要さず、現場での測定時間を短縮化できる。
【００５０】
計測対象物１０を撮影方向から異なる２つの地点で撮影した画像を合成して３次元画像を得るので、計測点３aの３次元における変位量を容易に算出することができる。
【００５１】
計測対象物１０に設けた標的３を計測点３ａとしているので、画像上で計測点３ａを容易に把握することができ、計測点３ａの変位量を精度良く算出することができる。
【００５２】
標的３には反射シール３ｂを備えているので、コンピュータ９の表示部１５に表示される画像において、反射シール３ｂの領域が他の領域よりも高い輝度値を示すことで、測定点３ａの位置を精度良く特定することができる。
【００５３】
デジタルカメラ７の位置と測定点３ａとの距離に応じて反射シール３ｂの面積を変更しているので、例えばデジタルカメラ７の位置と測定点３ａとの距離が長い場合に反射シール３ｂの面積を大きくすることで、表示部１５に表示される反射シール３ｂの画素数が多くなり、測定点３ａの座標を精度良く測定できる。
【００５４】
重心位置算出部２７により反射シール３ｂの重心位置を算出して測定点３ａの座標を特定しているので、測定点３ａの変位量を精度良く算出できる。
【００５５】
サブピクセル算出部２９によりサブピクセル単位で測定点３ａの座標を算出するので、測定点３ａの座標を更に精度良く算出でき、測定点３ａの変位量を更に精度良く算出できる。
【００５６】
次に、本実施の形態に係る変位計測装置の変位量の精度について実験を行ったのでその結果について説明する。
【００５７】
（実験例）
本実験例では、測定対象物１０に設置した標的２を実際に移動させ、実測値と本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値との相関関係について実験した。その結果を図１４の表に示す。図１４は移動量の実測値と変位計測装置で求めた計測値とを表に示したものである。図１２は図１４の表に基づいて奥行き（Ｚ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフ、図１３は図１４の表に基づいて水平垂直方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【００５８】
図１２に示すように、奥行き（Ｚ）方向の移動量の計測値（図１２に示す□印、○印、×印、◇印、△印、●印、■印）は、実測値（図１２に示す実線）のほぼ線上に位置し、本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値と実測値との間に高い相関関係が見られた。
【００５９】
図１３に示すように、水平垂直（ＸＹ）方向の移動量の計測値（図１３に示す□印、○印、×印、◇印、△印、●印、■印）は、実測値（図１３に示す実線）のほぼ線上に位置し、本発明の変位計測装置１で算出した変位の計測値と実測値との間に高い相関関係が見られた。
【００６０】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば本実施の形態では、測定対象物１０を２つの方向から撮影したが、これに限定されず、３以上の方向から測定対象物１０を撮影しても良い。
【００６１】
本実施の形態では、計測点３ａを標的３内に設けたが、これに限定されず、標的を設けずに測定対象物１０の特徴点を計測点としても良い。
【００６２】
また、標的３には反射シール３ｂを設けることに限らず、周囲との関係で、その部分の濃淡が明確になっているものでも良い。また、測定点は突起等の特徴的な部分としても良い。
【００６３】
測定対象物１０は、ダム、橋梁、トンネル、高架橋であっても良いし、山の斜面を観測して地滑りを計測するものであっても良い。
【００６４】
撮影部７はデジタルカメラに限らず、一眼レフカメラであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係る変位計測装置の全体を示す制御ブロック図である。
【図２】計測対象物を撮影しているようすを示す斜視図である。
【図３】図２に示す計測対象物を撮影部の位置を変えて撮影した画像をそれぞれ示す図である。
【図４】１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせを説明する図であり、２点鎖線で抜き出して示す（ａ）は変位前後の基準点の位置を説明する図、（ｂ）は変位前後の計測点位置を説明する図である。
【図５】図２に示す標的を拡大して示す正面図である。
【図６】デジタルカメラの外部標定方法を説明する概略図である。
【図７】複数枚の撮影画像から３次元座標を算出する方法を説明する図である。
【図８】反射シールの重心点座標を算出する方法を説明する図である。
【図９】計測対象物の画像認識を説明する図であり、（ａ）は通常のピクセルでの画像認識を説明する図、（ｂ）はサブピクセルでの画像認識を説明する図である。
【図１０】誤差楕円を用いた基準点の選定を示す図である。
【図１１】本発明に係る変位計測装置の計測の流れを説明するフローチャートである。
【図１２】本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、奥行き（Ｚ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る変位計測装置の計測結果を示し、水平垂直（ＸＹ）方向の移動量の実測値と計測値との相関関係を示すグラフである。
【図１４】本発明に係る変位計測装置の計測値と移動量の実測値とを表に示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 変位測定装置
３ 標的
３ａ 計測点
３ｂ 反射シール
７ デジタルカメラ（撮影部）
１０ 計測対象物
１２ 基準点
１３ 画像処理部
２１ 画像合成部
２３ ３次元座標算出部
２４ 基準点選択部
２５ 変位量算出部
２７ 重心位置算出部
２９ サブピクセル算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子に撮影した複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部を備え、画像処理部は画像の複数の計測点から任意の一の計測点を基準点として選択する基準点選択手段と、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出する変位量算出手段とを備え、基準点選択手段は先に撮影した画像の計測点の座標値と後から撮影した画像の計測点の座標値の変化量から基準点を選択しており、任意の計測点の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、かかる計測点を基準点とすることを特徴とする変位計測装置。
【請求項２】
撮影部は計測対象物に対して撮影方向の異なる２つ以上の地点に設置しており、一方の撮影部で撮影した画像と、他方の撮影部で撮影した画像とを合成して３次元画像を得ることを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項３】
計測対象物には予め設置した標的を設けており、標的を計測点としていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位計測装置。
【請求項４】
標的は反射部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の変位計測装置。
【請求項５】
反射部は撮影部と標的との間の距離に応じて面積を変更することを特徴とする請求項４に記載の変位計測装置。
【請求項６】
画像処理部は反射部の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、画像処理部は重心位置算出部で得た重心位置から計測点の座標を特定することを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項７】
画像処理部は撮像素子の１ピクセル以下のサブピクセル単位で計測点の座標を算出するサブピクセル算出部を備えることを特徴とする請求項６に記載の変位計測装置。
【請求項１】
撮像素子に撮影した複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置において、撮像素子に撮影した画像を処理する画像処理部を備え、画像処理部は画像の複数の計測点から任意の一の計測点を基準点として選択する基準点選択手段と、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出する変位量算出手段とを備え、基準点選択手段は先に撮影した画像の計測点の座標値と後から撮影した画像の計測点の座標値の変化量から基準点を選択しており、任意の計測点の座標値の変化量が所定量より小さいと判断した場合、かかる計測点を基準点とすることを特徴とする変位計測装置。
【請求項２】
撮影部は計測対象物に対して撮影方向の異なる２つ以上の地点に設置しており、一方の撮影部で撮影した画像と、他方の撮影部で撮影した画像とを合成して３次元画像を得ることを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項３】
計測対象物には予め設置した標的を設けており、標的を計測点としていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変位計測装置。
【請求項４】
標的は反射部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の変位計測装置。
【請求項５】
反射部は撮影部と標的との間の距離に応じて面積を変更することを特徴とする請求項４に記載の変位計測装置。
【請求項６】
画像処理部は反射部の重心位置を算出する重心位置算出部を備え、画像処理部は重心位置算出部で得た重心位置から計測点の座標を特定することを特徴とする請求項１に記載の変位計測装置。
【請求項７】
画像処理部は撮像素子の１ピクセル以下のサブピクセル単位で計測点の座標を算出するサブピクセル算出部を備えることを特徴とする請求項６に記載の変位計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２１６１５８（Ｐ２００８−２１６１５８Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５６５３５（Ｐ２００７−５６５３５）
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（５９９１４３４３８）株式会社ベーシックエンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月７日（２００７．３．７）
【出願人】（５９９１４３４３８）株式会社ベーシックエンジニアリング (4)
【Ｆターム（参考）】
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