変位量測定装置及び変位量測定方法
【課題】撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定するときに、測定対象に対するピントに関わらず変位量を正確に測定する。
【解決手段】標識８０の撮影画像から、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出し、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と中心Ｃ間の中点位置Ｍを算出する。一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する。予め取得した標識８０の基準撮影画像に基づく基準中点位置Ｍ１と所定時間後の中点位置Ｍ２とを比較し、基準中点位置Ｍ１に対する中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を算出する。算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算し、標識８０の変位量を測定する。
【解決手段】標識８０の撮影画像から、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出し、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と中心Ｃ間の中点位置Ｍを算出する。一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する。予め取得した標識８０の基準撮影画像に基づく基準中点位置Ｍ１と所定時間後の中点位置Ｍ２とを比較し、基準中点位置Ｍ１に対する中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を算出する。算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算し、標識８０の変位量を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき、測定対象の変位量を測定する変位量測定装置及び変位量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の測定対象を撮影して撮影画像を画像処理し、測定対象の動きや変位を測定することが行われている。この画像による測定では、他の方式の測定に比べて、広範囲に亘る、かつ、複数の測定対象の変位量を一度に測定できる。また、このような変位量を測定する装置として、複数の固定カメラで撮影した画像を用いて、３次元的に変位量を求める装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、従来から、１つのカメラで撮影した測定対象の画像により、測定対象の変位量を２次元的に求める変位量測定装置も使用されている。この変位量測定装置では、測定対象の撮影画像上における変位量を実際の３次元空間（実空間）の変位量に換算するため、測定対象の変位量の測定精度は、撮影画像上における変位量測定と換算の精度に直結して各精度に左右される。これに対し、例えば、測定対象として大きさが既知の標識を使用し、変位量を把握したい場所や物に標識を取り付けて、その撮影画像から標識を判別等することで、充分な変位量の測定精度を確保できる。
【０００４】
図９は、標識を使用した変位量の測定例を説明するための模式図であり、図９Ａは標識の正面図、図９Ｂ、Ｃは標識の撮影画像を画素を表す升目とともに示す図である。
この標識９０（図９Ａ参照）には、矩形状の表面（撮影面）の中央部に、周辺の黒色部を背景にして、白色からなる所定径（ここでは直径３０ｍｍ）の円形標示９１が設けられている。
【０００５】
変位量の測定時には、予め標識９０の初期画像（図９Ｂ参照）を撮影し、この画像を基準撮影画像として所定時間（期間）後の標識９０の撮影画像（図９Ｃ参照）と比較し、標識９０の変位量を画像上で測定する。その際、撮影画像から円形標示９１の直径（画素数）を検出し、実際の直径と画素数から、撮影画像の１画素と実空間の距離との対応関係を算出する。ここでは、円形標示９１の直径（３０ｍｍ）が撮影画像では３画素であるため、直径を画素数で割ることで１画素に対応する距離（３０ｍｍ÷３画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。これより、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数（１０ｍｍ／画素）を取得する。また、基準撮影画像に対して所定時間後の撮影画像では、円形標示９１の中心が下方に２画素分変位しており、この変位量と換算係数とを掛けて、実空間での標識９０の変位量（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）が算出される。
【０００６】
このように、標識９０を使用すると、撮影画像から測定対象を正確に認識できる。また、直径が既知の円形標示９１の画像に基づき、撮影画像上の変位量の測定と換算係数の算出とを行うことで、それらの各精度、及び、実空間における変位量の測定精度を向上できる。しかしながら、この場合には、カメラの撮影領域内に複数の標識９０を設置すると、設置状況によっては、カメラの被写界深度により、一部の標識９０にのみピントが合い、他の標識９０に対するピントがずれることがある。その結果、標識９０がぼけて撮影されて、撮影画像で円形標示９１が不鮮明になり、変位量の測定精度に影響が生じる虞がある。
【０００７】
図１０は、ピントがずれた標識９０の画像例を示す図である。
標識９０は、ピントが合わずに撮影されると、円形標示９１（図１０Ａ参照）の輪郭がぼやけて識別し難くなり、正しい直径を検出するのが困難になる。即ち、撮影画像によっては、正しく認識（図１０Ｂ参照）されたときの円形標示９１の輪郭Ｒに比べて、輪郭Ｒが小さく（図１０Ｃ参照）、又は、大きく（図１０Ｄ参照）認識されて、円形標示９１の直径の検出精度が低下することがある。
【０００８】
図１１は、円形標示９１が小さく認識されたときの変位量の測定例を説明するための模式図である。
この場合には、標識９０の基準撮影画像（図１１Ａ参照）と所定時間後の撮影画像（図１１Ｂ参照）を比較して、円形標示９１の中心の変位量は２画素であると判別される。ただし、円形標示９１は、輪郭Ｒが小さく認識されて、直径が正しい直径（３画素）よりも小さい２．５画素として検出され、変位量の換算係数がより大きく算出（３０ｍｍ÷２．５画素＝１２ｍｍ／画素）される。その結果、実空間における標識９０の変位量（１２ｍｍ／画素×２画素＝２４ｍｍ）は、実際の変位量（２０ｍｍ）よりも大きな値に換算される。
【０００９】
以上のように、この標識９０では、標識９０の設置状況や撮影条件によっては、撮影画像から円形標示９１の輪郭Ｒを正しく認識できずに、円形標示９１の直径と変位量の換算係数の精度が変動して、正確に変位量を測定するのが難しくなる虞がある。従って、標識９０に対するピントに関わらず、測定対象の変位量を正確に測定して一層の精度向上を図る観点から、更なる改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−７７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであって、その目的は、撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定するときに、測定対象に対するピントに関わらず変位量を正確に測定し、変位量の測定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する手段と、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める手段と、一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する手段と、算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する手段と、中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する工程と、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める工程と、一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する工程と、算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する工程と、中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定するときに、測定対象に対するピントに関わらず変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の変位量測定装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のカメラによる撮影画像を示す図である。
【図３】本実施形態の標識の変位量の測定について説明するための模式図である。
【図４】画素の輝度情報を利用して円形標示の中心を算出する原理を説明する図である。
【図５】ピントがずれた標識の変位量の測定について説明するための模式図である。
【図６】本実施形態の変位量測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図７】本実施形態の変位量測定装置による初期設定の手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の変位量測定装置による変位量測定の手順を示すフローチャートである。
【図９】標識を使用した変位量の測定例を説明するための模式図である。
【図１０】ピントがずれた標識の画像例を示す図である。
【図１１】円形標示が小さく認識されたときの変位量の測定例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の変位量測定装置と変位量測定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の変位量測定装置及び測定方法は、１つのカメラにより変位量の測定対象を撮影し、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置、及び、この変位量測定装置における変位量測定方法である。以下では、測定対象として所定の標示を有する標識を使用し、複数の標識を、それぞれ変位量を把握したい場所や物等の対象物に貼り付けや固定、又は描く等して設け、それらを同時に撮影する場合を例に採り説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の変位量測定装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。
変位量測定装置１は、図示のように、標識８０の撮影装置であるカメラ２と、カメラ２による撮影画像を処理する画像処理装置１０とを備えている。カメラ２は、変位量を測定したい領域（ここでは橋Ｂ）に向けて、その全体が撮影範囲内に入るように設置され、橋Ｂを含む領域を撮影して、撮影画像を有線又は無線で接続された画像処理装置１０に出力する。また、ここでは、標識８０は、予め、橋Ｂの上面の両側部に沿って所定間隔で複数配置され、それぞれ標示８１が設けられた撮影面をカメラ２の方向に向けて設置される。
【００１７】
図２は、図１のカメラ２による撮影画像を示す図である。
カメラ２で撮影すると、図示のように、橋Ｂとともに、複数の標識８０がカメラ２からの距離に応じた大きさで各位置に撮影される。この変位量測定装置１では、予め撮影した標識８０の基準となる撮影画像を基準撮影画像（初期画像）とし、所定時間（期間）後に撮影された画像を基準撮影画像と比較する。これにより、基準撮影画像における標識８０の基準（初期）位置に対して、比較する撮影画像における標識８０の位置がどれだけ動いたかを検出し、各標識８０及び、その設置位置の橋Ｂの変位量を画像上で測定する。
【００１８】
図３は、標識８０の変位量の測定について説明するための模式図であり、図３Ａは標識８０の正面図、図３Ｂは、１つの標識８０を含む範囲を抜き出して画素を表す升目とともに示す基準撮影画像である。また、図３Ｃは、基準撮影画像の撮影から所定時間が経過した現在の撮影画像であり、図３Ｂと同じ標識８０を図３Ｂと同じ範囲の画像で示している。
標識８０（図３Ａ参照）には、矩形状の撮影面に、周辺の黒色部を背景にして、白色からなる一対の図形標示８１が互いに離間して設けられている。一対の図形標示８１は、円形や正多角形等の中心Ｃが特定可能な標示であり、互いの中心Ｃ間の距離（中心間距離）が所定距離に設定されている。ここでは、一対の図形標示８１は同じ所定径の円形標示８１からなり、直径が３０ｍｍ、中心間距離が５０ｍｍに設定され、標識８０の幅方向の中央部に上下に並べて設けられている。
【００１９】
本実施形態では、一対の円形標示８１の中間点を標識８０の位置とし、各撮影画像の対応する標識８０同士を比較して、その位置の変化から変位量を測定する。そのため、撮影画像から標識８０を判別して、一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出し、中心Ｃ同士を結んだ線上の中点を求めて、検出された中心Ｃ間の撮影画像上における中点位置Ｍ（図では、黒色の標識８０中に仮想的に白い×印で示しており、×印の中央の交点が中点位置Ｍである）を算出する。このように算出される基準撮影画像（図３Ｂ参照）の基準中点位置Ｍ１と、所定時間後の撮影画像（図３Ｃ参照）の中点位置Ｍ２とを比較し、それらの差から、中点位置Ｍ２（標識８０）の撮影画像上の変位量を取得する。ここでは、所定時間後の中点位置Ｍ２は、基準中点位置Ｍ１に対して下方に２画素分変位しており、変位量は２画素になっている。
【００２０】
また、一対の中心Ｃ間の撮影画像上における間隔（画素数）を検出して、撮影画像から一対の円形標示８１の中心間距離を求め、この中心間距離を表す画素数と実際の中心間距離から、撮影画像の１画素と実空間の距離との対応関係を算出する。ここでは、一対の円形標示８１の中心間距離（５０ｍｍ）が撮影画像では５画素であるため、中心間距離を画素数で割ることで１画素に対応する距離（５０ｍｍ÷５画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。これより、中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数（１０ｍｍ／画素）を取得する。この換算係数と中点位置Ｍ２の変位量とを掛けて、撮影画像上の中点位置Ｍ２の変位量を実空間での変位量（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）に換算し、実空間での標識８０の変位量を２０ｍｍと測定する。
【００２１】
ここで、本実施形態では、標識８０の撮影画像に基づき、画像を構成する各画素の輝度情報を加味して円形標示８１の中心Ｃを算出し、中心間距離と中点位置Ｍ２の変位量を画素単位未満で正確に算出する。
図４は、画素の輝度情報を利用して円形標示８１の中心Ｃを算出する原理を説明する図であり、図３よりも大きく撮影された標識８０の１つの円形標示８１を含む上側部分を抜き出して、その付近の撮影画像を模式的に示している。また、図４Ａは、標識８０と円形標示８１の輪郭が画素を示す升目に一致した状態を示し、図４Ｂは、図４Ａの標識８０が変位して各輪郭が升目の上に懸かった状態を示している。
【００２２】
円形標示８１（図４Ａ参照）の中心Ｃの付近にＸＹ座標の原点を設けて、横方向のＸ軸と縦方向のＹ軸を、それぞれ画素内を通るように設定すると、円形標示８１内の各画素の位置がＸＹ座標により（ｘ、ｙ）で表される。その際、各画素の座標は、原点で両座標が０であり、各座標軸に沿って画素を単位に−２、−１、０、１、２等となる。また、各座標の画素の輝度値を、白を１、黒を０として、０〜１に正規化された値Ｗで表すと、円形標示８１の中心Ｃは、ＸＹ座標や値Ｗを基に、次の計算式（数１）により座標が算出される。
【００２３】
【数１】
【００２４】
ここでは、中心Ｃの座標が（０．５、０．５）となる図４Ａに示す円形標示８１に対し、標識８０が０．３画素下方に変位した図４Ｂに示す円形標示８１の中心Ｃについて、具体的に座標を算出する例を説明する。なお、標識８０の変位に伴い、標識８０と円形標示８１の輪郭部分は、一部が画素内に位置することになり、その画素内における割合に応じて、輪郭部分の画素が白と黒の間の色（灰色）となって現れ、各輝度値が０〜１の間の値Ｗになる。図４Ｂでは、輪郭部分の割合が少なく、白側の色の画素（Ｗ＝０．７）に複数の点を付し、輪郭部分の割合が多く、黒側の色の画素（Ｗ＝０．３）に斜線でハッチングを付して、それぞれ白色の画素（Ｗ＝１）と区別して示す。図４Ｂに示す円形標示８１を計算式（数１）に適用すると、中心Ｃの座標は次の（数２）に示すように算出される。
【００２５】
【数２】
【００２６】
その結果、図４Ｂに示す円形標示８１の中心座標は（０．５、０．２）であり、図４Ａに示す円形標示８１の中心座標（０．５、０．５）に対して、Ｙ軸方向に−０．３画素（下方へ０．３画素）の変位となり、正しい結果が得られている。
【００２７】
このように、本実施形態では、円形標示８１の撮影画像から画像を構成する画素の輝度を測定し、画素の位置座標に各画素の測定した輝度情報の重みを付けて、円形標示８１の画像の位置座標上での中心位置（座標）を算出（以下、サブピクセル処理という）する。このサブピクセル処理を一対の円形標示８１に対して行い、標識８０に設けられた一対の円形標示８１の中心Ｃをそれぞれ検出する。また、これら中心Ｃの位置や座標に基づき、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と、両中心Ｃ間の撮影画像上における中点位置Ｍを算出する。これにより、撮影画像（図３参照）に基づき、中心間距離と中点位置Ｍを画素単位未満で正確に求めて、精度の高い中点位置Ｍ２の変位量と、その実空間の変位量への換算係数を上記のように取得し、実空間での標識８０の変位量を精度よく測定する。
【００２８】
変位量測定装置１は、カメラ２による撮影画像（図２参照）に基づき、画像処理装置１０（図１参照）により画像処理して、複数の標識８０を判別し、各円形標示８１の中心位置を算出して一対の中心Ｃを検出し、それぞれの標識８０の変位量を測定する。また、この変位量測定装置１は、一部又は全部の標識８０に対するピントが合わずに、標識８０がぼけて撮影され、円形標示８１が不鮮明（図１０参照）になったときでも、ピントが合う標識８０に対してと同様に変位量を測定する。即ち、変位量測定装置１は、ピントに関わらず、円形標示８１が撮影された部分の画素の輝度情報に基づき、上記したサブピクセル処理により円形標示８１の中心位置を算出する。その際、撮影画像で円形標示８１の輪郭がぼやけて正しく認識できない状態でも、円形標示８１のぼやけた部分を含む各画素の輝度を取得し、輝度を重みにして中心位置を算出する。これにより、一対の円形標示８１の中心Ｃを正確に検出する。
【００２９】
図５は、ピントがずれた標識８０の変位量の測定について説明するための模式図であり、図５Ａは、１つの標識８０を含む範囲を抜き出して画素を表す升目とともに示す基準撮影画像である。また、図５Ｂは、基準撮影画像の撮影から所定時間が経過した撮影画像であり、図５Ａと同じ標識８０を図５Ａと同じ範囲の画像で示している。
【００３０】
変位量測定装置１は、画像処理装置１０により、各撮影画像に基づきサブピクセル処理を行い、標識８０に設けられた円形標示８１内で中心位置を算出し、図示のように、一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出する。この検出した中心Ｃの位置（座標）から中心Ｃ間の中点位置Ｍを算出し、基準撮影画像（図５Ａ参照）の基準中点位置Ｍ１と、所定時間後の撮影画像（図５Ｂ参照）の中点位置Ｍ２とを比較し、中点位置Ｍ２（標識８０）の変位量を取得する。ここでは、撮影画像上で、基準中点位置Ｍ１に対して、中点位置Ｍ２が下方に２画素分変位しており、所定時間後の中点位置Ｍ２の変位量は２画素であると判定される。
【００３１】
また、中心Ｃの各位置から、一対の円形標示８１の撮影画像上における中心間距離を求めて、この中心間距離を表す画素数と実際の中心間距離から、上記した換算係数を算出する。ここでは、一対の円形標示８１の中心間距離（５０ｍｍ）が撮影画像では５画素であり、これらから、１画素に対応する距離である換算係数（５０ｍｍ÷５画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。この換算係数により中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を換算して、実空間での中点位置Ｍ２の変位量を算出（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）する。このように、ピントが合っていない標識８０に対しても、円形標示８１の輪郭によらずに、一対の円形標示８１の中心Ｃを正確に検出して、標識８０の変位量を精度よく測定する。
【００３２】
図６は、以上説明した変位量測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。
変位量測定装置１は、図示のように、カメラ２と画像処理装置１０に加えて、画像処理装置１０の操作に使用し、変位量測定に関する設定や条件等を入力する入力装置３と、画像や情報を表示する表示装置（図示せず）とを備えている。カメラ２は、画像を撮影するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等からなり、画像処理装置１０により制御されて、橋Ｂとともに複数の標識８０を所定の間隔やタイミングで撮影し、撮影画像を電気信号に変換等して画像データを画像処理装置１０へ出力する。
【００３３】
画像処理装置１０は、全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、ＣＰＵ２０がアクセスするデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３０、及び制御や各処理のためのプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）（図示せず）等を備えたコンピュータから構成されている。また、画像処理装置１０は、カメラ２及び入力装置３と接続するためのインタフェース１１を備え、インタフェース１１を介して、画像データや入力信号を含む各種データを送受信する。画像処理装置１０は、ＣＰＵ２０で所定のプログラムを実行することで、カメラ２から取得する撮影画像を画像処理等して、変位量測定に関する上記した各処理を行う。そのため、画像処理装置１０は、ＣＰＵ２０による機能実現手段として、標識探索部２１と、標識探索部２１の一部の機能を担う前処理部２１Ａ、座標算出部２１Ｂ、及び変位量算出部２１Ｃとを有する。
【００３４】
ＲＡＭ３０には、カメラ２から取得する画像を記憶する取得画像領域３１と、変位量の測定に関する基準データや途中データを記憶する測定用データ領域３２と、変位量の測定等に必要な各種設定値を記憶する各種設定値領域３３とが設けられている。また、測定用データ領域３２には、各標識８０の変位量測定の基準となる基準位置３２Ａ（例えば、最初に取得した初期位置）と、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数３２Ｂと、画像処理や変位量の測定時に使用する各種閾値３２Ｃが記憶されている。なお、各種閾値３２Ｃとしては、例えば、撮影画像から標識８０を判別する閾値や、標識８０から一対の円形標示８１を判別する閾値、或いは、標識８０の変位量の測定値と比較して変位の有無や変位の上限値を越えた否かを判定するための変位量の閾値が記憶される。
【００３５】
次に、本実施形態の変位量測定装置１により、測定対象である標識８０の変位量を測定する処理や手順の流れについて説明する。
図７は、変位量測定装置１による初期設定の手順を示すフローチャートである。
この変位量測定装置１では、標識８０の変位量の測定開始前に、変位量の測定に必要なデータを予め取得して測定のための初期設定を行う。初期設定開始に伴い、図示のように、まず、カメラ２により、複数の標識８０が設置された橋Ｂを撮影し、変位量測定の基準となる基準位置の標識８０が撮影された基準撮影画像を取得して（Ｓ１０１）、取得画像領域３１に記憶する。
【００３６】
また、前処理部２１Ａにより基準撮影画像に対して前処理を行い（Ｓ１０２）、画像の修正等の画像処理を施すとともに、基準撮影画像の画素毎に輝度を測定する。次に、標識探索部２１により、基準撮影画像から複数の標識８０を判別して各位置を検索し（Ｓ１０３）、各標識８０について、その撮影画像から一対の円形標示８１の部分（ぼやけた輪郭部分を含む）を判別して、サブピクセル処理を順に行う（Ｓ１０４）。サブピクセル処理時には、座標算出部２１Ｂにより、円形標示８１を構成する画素の位置座標に各画素の輝度情報の重みを付けて、上記のように円形標示８１の中心Ｃの座標を算出する。
【００３７】
標識探索部２１は、このようにして、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを基準撮影画像から検出した後、中心Ｃ間の中点位置Ｍ（基準中点位置Ｍ１）（ここでは座標）を算出して求める（Ｓ１０５）。また、標識探索部２１は、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離（ここでは画素数）を求め、中心間距離と、一対の円形標示８１の実空間の中心間距離から、変位量算出部２１Ｃにより、上記した換算係数を算出する（Ｓ１０６）。その後、中心Ｃ間の基準中点位置Ｍ１を標識８０の基準位置として測定用データ領域３２に記憶するとともに、換算係数も測定用データ領域３２に記憶する（Ｓ１０７）。画像処理装置１０は、標識探索部２１により、以上の処理を標識８０の数だけ繰り返し（Ｓ１０８、ＮＯ）、複数の標識８０の全ての処理が終了したときに（Ｓ１０８、ＹＥＳ）、初期設定を終了して変位量の測定開始まで待機する。
【００３８】
図８は、変位量測定装置１による変位量測定の手順を示すフローチャートである。
変位量測定装置１は、図示のように、変位量の測定開始に伴い、まず、カメラ２により、基準撮影画像と同じカメラアングルで橋Ｂを撮影し、複数の標識８０が撮影された撮影画像を取得して（Ｓ２０１）、取得画像領域３１に記憶する。また、取得した現在の撮影画像に対して前処理を行い（Ｓ２０２）、画像の修正等の画像処理を施すとともに、撮影画像の画素毎に輝度を測定する。次に、基準撮影画像と同様に、撮影画像から複数の標識８０を判別して各位置を検索し（Ｓ２０３）、各標識８０について、その撮影画像から一対の円形標示８１の部分を判別して、サブピクセル処理を順に行う（Ｓ２０４）。これにより、円形標示８１の中心Ｃの座標を算出して、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを撮影画像から検出し、中心Ｃ間の中点位置Ｍ２を算出して求める（Ｓ２０５）。
【００３９】
続いて、この中点位置Ｍ２を標識８０の現在位置として、測定用データ領域３２に記憶された同じ標識８０の基準位置と比較して、標識８０の変位量を算出する（Ｓ２０６）。具体的には、変位量算出部２１Ｃにより、撮影画像から算出された中点位置Ｍ２と、上記のように予め取得した標識８０の基準撮影画像に基づく基準中点位置Ｍ１とを比較する。また、中点位置Ｍ１、Ｍ２の比較結果に基づき、基準中点位置Ｍ１に対する算出された中点位置Ｍ１の撮影画像上の変位量を算出し、測定用データ領域３２から、測定対象の標識８０の換算係数を取得する。次に、これら変位量と換算係数とを掛け合わせることで、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する。
【００４０】
このように、画像処理装置１０は、変位量算出部２１Ｃにより、中点位置Ｍ１、Ｍ２の比較結果と、一対の円形標示８１の中心間距離（ここでは、中心間距離から算出した換算係数）に基づき、標識８０の変位量を算出する。続いて、画像処理装置１０は、以上の処理を標識８０の数だけ繰り返し（Ｓ２０７、ＮＯ）、複数の標識８０の全ての処理が終了したときに（Ｓ２０７、ＹＥＳ）、変位量の測定処理を続行するか否かを判断する。その結果、処理を続行するときは（Ｓ２０８、ＹＥＳ）、所定時間後に撮影した次の撮影画像を取得して各標識８０の変位量を順次測定し、処理を続行しないときは（Ｓ２０８、ＮＯ）、変位量の測定を終了する。
【００４１】
ここで、上記のように、円形標示８１の直径や面積は、標識８０に対するピントによっては、撮影画像で円形標示８１がぼやけて不鮮明になり、その輪郭が正しく認識できずに、正確に検出や算出するのが困難になることがある。これに対し、円形標示８１の中心Ｃは、円形標示８１の輪郭がぼやけたときでも、撮影画像から比較的正確に検出でき、標識８０に対するピントの状態に関わらず精度よく特定できる。そこで、この変位量測定装置１では、円形標示８１の直径や面積ではなく、標識８０に設けた一対の円形標示８１の中心Ｃを撮影画像から検出し、両中心Ｃを使用して標識８０の変位量を測定している。
【００４２】
その際、本実施形態では、標識８０の各撮影画像から両中心Ｃ間の中点位置Ｍ１、Ｍ２を算出して比較し、かつ、両中心Ｃから中心間距離を求めて、比較結果と中心間距離に基づき標識８０の変位量を算出する。このように、正確に検出可能な中心Ｃに基づいて変位量を算出するため、中心Ｃの検出精度に応じて、標識８０の実空間の変位量を精度よく測定できる。また、中点位置Ｍ１、Ｍ２を比較するときに、標識８０の正確に対応する位置同士を比較できるため、標識８０の撮影画像上の変位量を正確に算出する等して、比較結果に基づく変位量の算出精度を向上できる。更に、両中心Ｃから、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心距離も精度よく求められ、中心間距離から正確な変位量の変換係数も算出できるため、標識８０の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に精度よく換算できる。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、撮影画像に基づき標識８０の変位量を測定するときに、標識８０に対するピントに関わらず変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度を向上させることができる。これに伴い、種々の設置状況や撮影条件で標識８０の変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度の変動を抑制できる。また、複数の標識８０を設置したときに、カメラの被写界深度の影響でピントがずれた標識８０が生じても、そのような標識８０の変位量を、ピントが合う標識８０の変位量と同程度の精度で測定できる。その結果、変位量測定装置１の利用範囲や分野を広げて、変位量測定装置１を様々な用途に活用できる。
【００４４】
なお、ここでは、図形標示８１の形状として円形を例に説明したが、図形標示８１は、正多角形（例えば八角形や十角形等）や楕円形等、中心Ｃが特定可能な円形以外の形状の標示であってもよい。ただし、図形標示８１を円形標示にすると、対称性が高く中心Ｃの特定も容易であり、中心Ｃの検出精度も高くなるため、図形標示８１には円形標示を使用するのが、より望ましい。また、図形標示８１の中心Ｃは、撮影画像における図形標示８１の大きさや画像の状態等によっては、上記したサブピクセル処理以外の処理により検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・変位量測定装置、２・・・カメラ、３・・・入力装置、１０・・・画像処理装置、１１・・・インタフェース、２０・・・ＣＰＵ、２１・・・標識探索部、２１Ａ・・・前処理部、２１Ｂ・・・座標算出部、２１Ｃ・・・変位量算出部、３０・・・ＲＡＭ、３１・・・取得画像領域、３２・・・測定用データ領域、３２Ａ・・・基準位置、３２Ｂ・・・換算係数、３２Ｃ・・・各種閾値、３３・・・各種設定値領域、８０・・・標識、８１・・・図形（円形）標示、Ｂ・・・橋、Ｃ・・・中心、Ｍ・・・中点位置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき、測定対象の変位量を測定する変位量測定装置及び変位量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の測定対象を撮影して撮影画像を画像処理し、測定対象の動きや変位を測定することが行われている。この画像による測定では、他の方式の測定に比べて、広範囲に亘る、かつ、複数の測定対象の変位量を一度に測定できる。また、このような変位量を測定する装置として、複数の固定カメラで撮影した画像を用いて、３次元的に変位量を求める装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、従来から、１つのカメラで撮影した測定対象の画像により、測定対象の変位量を２次元的に求める変位量測定装置も使用されている。この変位量測定装置では、測定対象の撮影画像上における変位量を実際の３次元空間（実空間）の変位量に換算するため、測定対象の変位量の測定精度は、撮影画像上における変位量測定と換算の精度に直結して各精度に左右される。これに対し、例えば、測定対象として大きさが既知の標識を使用し、変位量を把握したい場所や物に標識を取り付けて、その撮影画像から標識を判別等することで、充分な変位量の測定精度を確保できる。
【０００４】
図９は、標識を使用した変位量の測定例を説明するための模式図であり、図９Ａは標識の正面図、図９Ｂ、Ｃは標識の撮影画像を画素を表す升目とともに示す図である。
この標識９０（図９Ａ参照）には、矩形状の表面（撮影面）の中央部に、周辺の黒色部を背景にして、白色からなる所定径（ここでは直径３０ｍｍ）の円形標示９１が設けられている。
【０００５】
変位量の測定時には、予め標識９０の初期画像（図９Ｂ参照）を撮影し、この画像を基準撮影画像として所定時間（期間）後の標識９０の撮影画像（図９Ｃ参照）と比較し、標識９０の変位量を画像上で測定する。その際、撮影画像から円形標示９１の直径（画素数）を検出し、実際の直径と画素数から、撮影画像の１画素と実空間の距離との対応関係を算出する。ここでは、円形標示９１の直径（３０ｍｍ）が撮影画像では３画素であるため、直径を画素数で割ることで１画素に対応する距離（３０ｍｍ÷３画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。これより、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数（１０ｍｍ／画素）を取得する。また、基準撮影画像に対して所定時間後の撮影画像では、円形標示９１の中心が下方に２画素分変位しており、この変位量と換算係数とを掛けて、実空間での標識９０の変位量（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）が算出される。
【０００６】
このように、標識９０を使用すると、撮影画像から測定対象を正確に認識できる。また、直径が既知の円形標示９１の画像に基づき、撮影画像上の変位量の測定と換算係数の算出とを行うことで、それらの各精度、及び、実空間における変位量の測定精度を向上できる。しかしながら、この場合には、カメラの撮影領域内に複数の標識９０を設置すると、設置状況によっては、カメラの被写界深度により、一部の標識９０にのみピントが合い、他の標識９０に対するピントがずれることがある。その結果、標識９０がぼけて撮影されて、撮影画像で円形標示９１が不鮮明になり、変位量の測定精度に影響が生じる虞がある。
【０００７】
図１０は、ピントがずれた標識９０の画像例を示す図である。
標識９０は、ピントが合わずに撮影されると、円形標示９１（図１０Ａ参照）の輪郭がぼやけて識別し難くなり、正しい直径を検出するのが困難になる。即ち、撮影画像によっては、正しく認識（図１０Ｂ参照）されたときの円形標示９１の輪郭Ｒに比べて、輪郭Ｒが小さく（図１０Ｃ参照）、又は、大きく（図１０Ｄ参照）認識されて、円形標示９１の直径の検出精度が低下することがある。
【０００８】
図１１は、円形標示９１が小さく認識されたときの変位量の測定例を説明するための模式図である。
この場合には、標識９０の基準撮影画像（図１１Ａ参照）と所定時間後の撮影画像（図１１Ｂ参照）を比較して、円形標示９１の中心の変位量は２画素であると判別される。ただし、円形標示９１は、輪郭Ｒが小さく認識されて、直径が正しい直径（３画素）よりも小さい２．５画素として検出され、変位量の換算係数がより大きく算出（３０ｍｍ÷２．５画素＝１２ｍｍ／画素）される。その結果、実空間における標識９０の変位量（１２ｍｍ／画素×２画素＝２４ｍｍ）は、実際の変位量（２０ｍｍ）よりも大きな値に換算される。
【０００９】
以上のように、この標識９０では、標識９０の設置状況や撮影条件によっては、撮影画像から円形標示９１の輪郭Ｒを正しく認識できずに、円形標示９１の直径と変位量の換算係数の精度が変動して、正確に変位量を測定するのが難しくなる虞がある。従って、標識９０に対するピントに関わらず、測定対象の変位量を正確に測定して一層の精度向上を図る観点から、更なる改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−７７３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであって、その目的は、撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定するときに、測定対象に対するピントに関わらず変位量を正確に測定し、変位量の測定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する手段と、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める手段と、一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する手段と、算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する手段と、中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する工程と、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める工程と、一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する工程と、算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する工程と、中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定するときに、測定対象に対するピントに関わらず変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の変位量測定装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のカメラによる撮影画像を示す図である。
【図３】本実施形態の標識の変位量の測定について説明するための模式図である。
【図４】画素の輝度情報を利用して円形標示の中心を算出する原理を説明する図である。
【図５】ピントがずれた標識の変位量の測定について説明するための模式図である。
【図６】本実施形態の変位量測定装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図７】本実施形態の変位量測定装置による初期設定の手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の変位量測定装置による変位量測定の手順を示すフローチャートである。
【図９】標識を使用した変位量の測定例を説明するための模式図である。
【図１０】ピントがずれた標識の画像例を示す図である。
【図１１】円形標示が小さく認識されたときの変位量の測定例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の変位量測定装置と変位量測定方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態の変位量測定装置及び測定方法は、１つのカメラにより変位量の測定対象を撮影し、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置、及び、この変位量測定装置における変位量測定方法である。以下では、測定対象として所定の標示を有する標識を使用し、複数の標識を、それぞれ変位量を把握したい場所や物等の対象物に貼り付けや固定、又は描く等して設け、それらを同時に撮影する場合を例に採り説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の変位量測定装置の概略構成を模式的に示す斜視図である。
変位量測定装置１は、図示のように、標識８０の撮影装置であるカメラ２と、カメラ２による撮影画像を処理する画像処理装置１０とを備えている。カメラ２は、変位量を測定したい領域（ここでは橋Ｂ）に向けて、その全体が撮影範囲内に入るように設置され、橋Ｂを含む領域を撮影して、撮影画像を有線又は無線で接続された画像処理装置１０に出力する。また、ここでは、標識８０は、予め、橋Ｂの上面の両側部に沿って所定間隔で複数配置され、それぞれ標示８１が設けられた撮影面をカメラ２の方向に向けて設置される。
【００１７】
図２は、図１のカメラ２による撮影画像を示す図である。
カメラ２で撮影すると、図示のように、橋Ｂとともに、複数の標識８０がカメラ２からの距離に応じた大きさで各位置に撮影される。この変位量測定装置１では、予め撮影した標識８０の基準となる撮影画像を基準撮影画像（初期画像）とし、所定時間（期間）後に撮影された画像を基準撮影画像と比較する。これにより、基準撮影画像における標識８０の基準（初期）位置に対して、比較する撮影画像における標識８０の位置がどれだけ動いたかを検出し、各標識８０及び、その設置位置の橋Ｂの変位量を画像上で測定する。
【００１８】
図３は、標識８０の変位量の測定について説明するための模式図であり、図３Ａは標識８０の正面図、図３Ｂは、１つの標識８０を含む範囲を抜き出して画素を表す升目とともに示す基準撮影画像である。また、図３Ｃは、基準撮影画像の撮影から所定時間が経過した現在の撮影画像であり、図３Ｂと同じ標識８０を図３Ｂと同じ範囲の画像で示している。
標識８０（図３Ａ参照）には、矩形状の撮影面に、周辺の黒色部を背景にして、白色からなる一対の図形標示８１が互いに離間して設けられている。一対の図形標示８１は、円形や正多角形等の中心Ｃが特定可能な標示であり、互いの中心Ｃ間の距離（中心間距離）が所定距離に設定されている。ここでは、一対の図形標示８１は同じ所定径の円形標示８１からなり、直径が３０ｍｍ、中心間距離が５０ｍｍに設定され、標識８０の幅方向の中央部に上下に並べて設けられている。
【００１９】
本実施形態では、一対の円形標示８１の中間点を標識８０の位置とし、各撮影画像の対応する標識８０同士を比較して、その位置の変化から変位量を測定する。そのため、撮影画像から標識８０を判別して、一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出し、中心Ｃ同士を結んだ線上の中点を求めて、検出された中心Ｃ間の撮影画像上における中点位置Ｍ（図では、黒色の標識８０中に仮想的に白い×印で示しており、×印の中央の交点が中点位置Ｍである）を算出する。このように算出される基準撮影画像（図３Ｂ参照）の基準中点位置Ｍ１と、所定時間後の撮影画像（図３Ｃ参照）の中点位置Ｍ２とを比較し、それらの差から、中点位置Ｍ２（標識８０）の撮影画像上の変位量を取得する。ここでは、所定時間後の中点位置Ｍ２は、基準中点位置Ｍ１に対して下方に２画素分変位しており、変位量は２画素になっている。
【００２０】
また、一対の中心Ｃ間の撮影画像上における間隔（画素数）を検出して、撮影画像から一対の円形標示８１の中心間距離を求め、この中心間距離を表す画素数と実際の中心間距離から、撮影画像の１画素と実空間の距離との対応関係を算出する。ここでは、一対の円形標示８１の中心間距離（５０ｍｍ）が撮影画像では５画素であるため、中心間距離を画素数で割ることで１画素に対応する距離（５０ｍｍ÷５画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。これより、中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数（１０ｍｍ／画素）を取得する。この換算係数と中点位置Ｍ２の変位量とを掛けて、撮影画像上の中点位置Ｍ２の変位量を実空間での変位量（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）に換算し、実空間での標識８０の変位量を２０ｍｍと測定する。
【００２１】
ここで、本実施形態では、標識８０の撮影画像に基づき、画像を構成する各画素の輝度情報を加味して円形標示８１の中心Ｃを算出し、中心間距離と中点位置Ｍ２の変位量を画素単位未満で正確に算出する。
図４は、画素の輝度情報を利用して円形標示８１の中心Ｃを算出する原理を説明する図であり、図３よりも大きく撮影された標識８０の１つの円形標示８１を含む上側部分を抜き出して、その付近の撮影画像を模式的に示している。また、図４Ａは、標識８０と円形標示８１の輪郭が画素を示す升目に一致した状態を示し、図４Ｂは、図４Ａの標識８０が変位して各輪郭が升目の上に懸かった状態を示している。
【００２２】
円形標示８１（図４Ａ参照）の中心Ｃの付近にＸＹ座標の原点を設けて、横方向のＸ軸と縦方向のＹ軸を、それぞれ画素内を通るように設定すると、円形標示８１内の各画素の位置がＸＹ座標により（ｘ、ｙ）で表される。その際、各画素の座標は、原点で両座標が０であり、各座標軸に沿って画素を単位に−２、−１、０、１、２等となる。また、各座標の画素の輝度値を、白を１、黒を０として、０〜１に正規化された値Ｗで表すと、円形標示８１の中心Ｃは、ＸＹ座標や値Ｗを基に、次の計算式（数１）により座標が算出される。
【００２３】
【数１】
【００２４】
ここでは、中心Ｃの座標が（０．５、０．５）となる図４Ａに示す円形標示８１に対し、標識８０が０．３画素下方に変位した図４Ｂに示す円形標示８１の中心Ｃについて、具体的に座標を算出する例を説明する。なお、標識８０の変位に伴い、標識８０と円形標示８１の輪郭部分は、一部が画素内に位置することになり、その画素内における割合に応じて、輪郭部分の画素が白と黒の間の色（灰色）となって現れ、各輝度値が０〜１の間の値Ｗになる。図４Ｂでは、輪郭部分の割合が少なく、白側の色の画素（Ｗ＝０．７）に複数の点を付し、輪郭部分の割合が多く、黒側の色の画素（Ｗ＝０．３）に斜線でハッチングを付して、それぞれ白色の画素（Ｗ＝１）と区別して示す。図４Ｂに示す円形標示８１を計算式（数１）に適用すると、中心Ｃの座標は次の（数２）に示すように算出される。
【００２５】
【数２】
【００２６】
その結果、図４Ｂに示す円形標示８１の中心座標は（０．５、０．２）であり、図４Ａに示す円形標示８１の中心座標（０．５、０．５）に対して、Ｙ軸方向に−０．３画素（下方へ０．３画素）の変位となり、正しい結果が得られている。
【００２７】
このように、本実施形態では、円形標示８１の撮影画像から画像を構成する画素の輝度を測定し、画素の位置座標に各画素の測定した輝度情報の重みを付けて、円形標示８１の画像の位置座標上での中心位置（座標）を算出（以下、サブピクセル処理という）する。このサブピクセル処理を一対の円形標示８１に対して行い、標識８０に設けられた一対の円形標示８１の中心Ｃをそれぞれ検出する。また、これら中心Ｃの位置や座標に基づき、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離と、両中心Ｃ間の撮影画像上における中点位置Ｍを算出する。これにより、撮影画像（図３参照）に基づき、中心間距離と中点位置Ｍを画素単位未満で正確に求めて、精度の高い中点位置Ｍ２の変位量と、その実空間の変位量への換算係数を上記のように取得し、実空間での標識８０の変位量を精度よく測定する。
【００２８】
変位量測定装置１は、カメラ２による撮影画像（図２参照）に基づき、画像処理装置１０（図１参照）により画像処理して、複数の標識８０を判別し、各円形標示８１の中心位置を算出して一対の中心Ｃを検出し、それぞれの標識８０の変位量を測定する。また、この変位量測定装置１は、一部又は全部の標識８０に対するピントが合わずに、標識８０がぼけて撮影され、円形標示８１が不鮮明（図１０参照）になったときでも、ピントが合う標識８０に対してと同様に変位量を測定する。即ち、変位量測定装置１は、ピントに関わらず、円形標示８１が撮影された部分の画素の輝度情報に基づき、上記したサブピクセル処理により円形標示８１の中心位置を算出する。その際、撮影画像で円形標示８１の輪郭がぼやけて正しく認識できない状態でも、円形標示８１のぼやけた部分を含む各画素の輝度を取得し、輝度を重みにして中心位置を算出する。これにより、一対の円形標示８１の中心Ｃを正確に検出する。
【００２９】
図５は、ピントがずれた標識８０の変位量の測定について説明するための模式図であり、図５Ａは、１つの標識８０を含む範囲を抜き出して画素を表す升目とともに示す基準撮影画像である。また、図５Ｂは、基準撮影画像の撮影から所定時間が経過した撮影画像であり、図５Ａと同じ標識８０を図５Ａと同じ範囲の画像で示している。
【００３０】
変位量測定装置１は、画像処理装置１０により、各撮影画像に基づきサブピクセル処理を行い、標識８０に設けられた円形標示８１内で中心位置を算出し、図示のように、一対の円形標示８１の各中心Ｃを検出する。この検出した中心Ｃの位置（座標）から中心Ｃ間の中点位置Ｍを算出し、基準撮影画像（図５Ａ参照）の基準中点位置Ｍ１と、所定時間後の撮影画像（図５Ｂ参照）の中点位置Ｍ２とを比較し、中点位置Ｍ２（標識８０）の変位量を取得する。ここでは、撮影画像上で、基準中点位置Ｍ１に対して、中点位置Ｍ２が下方に２画素分変位しており、所定時間後の中点位置Ｍ２の変位量は２画素であると判定される。
【００３１】
また、中心Ｃの各位置から、一対の円形標示８１の撮影画像上における中心間距離を求めて、この中心間距離を表す画素数と実際の中心間距離から、上記した換算係数を算出する。ここでは、一対の円形標示８１の中心間距離（５０ｍｍ）が撮影画像では５画素であり、これらから、１画素に対応する距離である換算係数（５０ｍｍ÷５画素＝１０ｍｍ／画素）が算出される。この換算係数により中点位置Ｍ２の撮影画像上の変位量を換算して、実空間での中点位置Ｍ２の変位量を算出（１０ｍｍ／画素×２画素＝２０ｍｍ）する。このように、ピントが合っていない標識８０に対しても、円形標示８１の輪郭によらずに、一対の円形標示８１の中心Ｃを正確に検出して、標識８０の変位量を精度よく測定する。
【００３２】
図６は、以上説明した変位量測定装置１の概略構成を示す機能ブロック図である。
変位量測定装置１は、図示のように、カメラ２と画像処理装置１０に加えて、画像処理装置１０の操作に使用し、変位量測定に関する設定や条件等を入力する入力装置３と、画像や情報を表示する表示装置（図示せず）とを備えている。カメラ２は、画像を撮影するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等からなり、画像処理装置１０により制御されて、橋Ｂとともに複数の標識８０を所定の間隔やタイミングで撮影し、撮影画像を電気信号に変換等して画像データを画像処理装置１０へ出力する。
【００３３】
画像処理装置１０は、全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、ＣＰＵ２０がアクセスするデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３０、及び制御や各処理のためのプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）（図示せず）等を備えたコンピュータから構成されている。また、画像処理装置１０は、カメラ２及び入力装置３と接続するためのインタフェース１１を備え、インタフェース１１を介して、画像データや入力信号を含む各種データを送受信する。画像処理装置１０は、ＣＰＵ２０で所定のプログラムを実行することで、カメラ２から取得する撮影画像を画像処理等して、変位量測定に関する上記した各処理を行う。そのため、画像処理装置１０は、ＣＰＵ２０による機能実現手段として、標識探索部２１と、標識探索部２１の一部の機能を担う前処理部２１Ａ、座標算出部２１Ｂ、及び変位量算出部２１Ｃとを有する。
【００３４】
ＲＡＭ３０には、カメラ２から取得する画像を記憶する取得画像領域３１と、変位量の測定に関する基準データや途中データを記憶する測定用データ領域３２と、変位量の測定等に必要な各種設定値を記憶する各種設定値領域３３とが設けられている。また、測定用データ領域３２には、各標識８０の変位量測定の基準となる基準位置３２Ａ（例えば、最初に取得した初期位置）と、撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算するための換算係数３２Ｂと、画像処理や変位量の測定時に使用する各種閾値３２Ｃが記憶されている。なお、各種閾値３２Ｃとしては、例えば、撮影画像から標識８０を判別する閾値や、標識８０から一対の円形標示８１を判別する閾値、或いは、標識８０の変位量の測定値と比較して変位の有無や変位の上限値を越えた否かを判定するための変位量の閾値が記憶される。
【００３５】
次に、本実施形態の変位量測定装置１により、測定対象である標識８０の変位量を測定する処理や手順の流れについて説明する。
図７は、変位量測定装置１による初期設定の手順を示すフローチャートである。
この変位量測定装置１では、標識８０の変位量の測定開始前に、変位量の測定に必要なデータを予め取得して測定のための初期設定を行う。初期設定開始に伴い、図示のように、まず、カメラ２により、複数の標識８０が設置された橋Ｂを撮影し、変位量測定の基準となる基準位置の標識８０が撮影された基準撮影画像を取得して（Ｓ１０１）、取得画像領域３１に記憶する。
【００３６】
また、前処理部２１Ａにより基準撮影画像に対して前処理を行い（Ｓ１０２）、画像の修正等の画像処理を施すとともに、基準撮影画像の画素毎に輝度を測定する。次に、標識探索部２１により、基準撮影画像から複数の標識８０を判別して各位置を検索し（Ｓ１０３）、各標識８０について、その撮影画像から一対の円形標示８１の部分（ぼやけた輪郭部分を含む）を判別して、サブピクセル処理を順に行う（Ｓ１０４）。サブピクセル処理時には、座標算出部２１Ｂにより、円形標示８１を構成する画素の位置座標に各画素の輝度情報の重みを付けて、上記のように円形標示８１の中心Ｃの座標を算出する。
【００３７】
標識探索部２１は、このようにして、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを基準撮影画像から検出した後、中心Ｃ間の中点位置Ｍ（基準中点位置Ｍ１）（ここでは座標）を算出して求める（Ｓ１０５）。また、標識探索部２１は、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心間距離（ここでは画素数）を求め、中心間距離と、一対の円形標示８１の実空間の中心間距離から、変位量算出部２１Ｃにより、上記した換算係数を算出する（Ｓ１０６）。その後、中心Ｃ間の基準中点位置Ｍ１を標識８０の基準位置として測定用データ領域３２に記憶するとともに、換算係数も測定用データ領域３２に記憶する（Ｓ１０７）。画像処理装置１０は、標識探索部２１により、以上の処理を標識８０の数だけ繰り返し（Ｓ１０８、ＮＯ）、複数の標識８０の全ての処理が終了したときに（Ｓ１０８、ＹＥＳ）、初期設定を終了して変位量の測定開始まで待機する。
【００３８】
図８は、変位量測定装置１による変位量測定の手順を示すフローチャートである。
変位量測定装置１は、図示のように、変位量の測定開始に伴い、まず、カメラ２により、基準撮影画像と同じカメラアングルで橋Ｂを撮影し、複数の標識８０が撮影された撮影画像を取得して（Ｓ２０１）、取得画像領域３１に記憶する。また、取得した現在の撮影画像に対して前処理を行い（Ｓ２０２）、画像の修正等の画像処理を施すとともに、撮影画像の画素毎に輝度を測定する。次に、基準撮影画像と同様に、撮影画像から複数の標識８０を判別して各位置を検索し（Ｓ２０３）、各標識８０について、その撮影画像から一対の円形標示８１の部分を判別して、サブピクセル処理を順に行う（Ｓ２０４）。これにより、円形標示８１の中心Ｃの座標を算出して、標識８０に設けた一対の円形標示８１の各中心Ｃを撮影画像から検出し、中心Ｃ間の中点位置Ｍ２を算出して求める（Ｓ２０５）。
【００３９】
続いて、この中点位置Ｍ２を標識８０の現在位置として、測定用データ領域３２に記憶された同じ標識８０の基準位置と比較して、標識８０の変位量を算出する（Ｓ２０６）。具体的には、変位量算出部２１Ｃにより、撮影画像から算出された中点位置Ｍ２と、上記のように予め取得した標識８０の基準撮影画像に基づく基準中点位置Ｍ１とを比較する。また、中点位置Ｍ１、Ｍ２の比較結果に基づき、基準中点位置Ｍ１に対する算出された中点位置Ｍ１の撮影画像上の変位量を算出し、測定用データ領域３２から、測定対象の標識８０の換算係数を取得する。次に、これら変位量と換算係数とを掛け合わせることで、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する。
【００４０】
このように、画像処理装置１０は、変位量算出部２１Ｃにより、中点位置Ｍ１、Ｍ２の比較結果と、一対の円形標示８１の中心間距離（ここでは、中心間距離から算出した換算係数）に基づき、標識８０の変位量を算出する。続いて、画像処理装置１０は、以上の処理を標識８０の数だけ繰り返し（Ｓ２０７、ＮＯ）、複数の標識８０の全ての処理が終了したときに（Ｓ２０７、ＹＥＳ）、変位量の測定処理を続行するか否かを判断する。その結果、処理を続行するときは（Ｓ２０８、ＹＥＳ）、所定時間後に撮影した次の撮影画像を取得して各標識８０の変位量を順次測定し、処理を続行しないときは（Ｓ２０８、ＮＯ）、変位量の測定を終了する。
【００４１】
ここで、上記のように、円形標示８１の直径や面積は、標識８０に対するピントによっては、撮影画像で円形標示８１がぼやけて不鮮明になり、その輪郭が正しく認識できずに、正確に検出や算出するのが困難になることがある。これに対し、円形標示８１の中心Ｃは、円形標示８１の輪郭がぼやけたときでも、撮影画像から比較的正確に検出でき、標識８０に対するピントの状態に関わらず精度よく特定できる。そこで、この変位量測定装置１では、円形標示８１の直径や面積ではなく、標識８０に設けた一対の円形標示８１の中心Ｃを撮影画像から検出し、両中心Ｃを使用して標識８０の変位量を測定している。
【００４２】
その際、本実施形態では、標識８０の各撮影画像から両中心Ｃ間の中点位置Ｍ１、Ｍ２を算出して比較し、かつ、両中心Ｃから中心間距離を求めて、比較結果と中心間距離に基づき標識８０の変位量を算出する。このように、正確に検出可能な中心Ｃに基づいて変位量を算出するため、中心Ｃの検出精度に応じて、標識８０の実空間の変位量を精度よく測定できる。また、中点位置Ｍ１、Ｍ２を比較するときに、標識８０の正確に対応する位置同士を比較できるため、標識８０の撮影画像上の変位量を正確に算出する等して、比較結果に基づく変位量の算出精度を向上できる。更に、両中心Ｃから、一対の円形標示８１の撮影画像上の中心距離も精度よく求められ、中心間距離から正確な変位量の変換係数も算出できるため、標識８０の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に精度よく換算できる。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、撮影画像に基づき標識８０の変位量を測定するときに、標識８０に対するピントに関わらず変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度を向上させることができる。これに伴い、種々の設置状況や撮影条件で標識８０の変位量を正確に測定でき、変位量の測定精度の変動を抑制できる。また、複数の標識８０を設置したときに、カメラの被写界深度の影響でピントがずれた標識８０が生じても、そのような標識８０の変位量を、ピントが合う標識８０の変位量と同程度の精度で測定できる。その結果、変位量測定装置１の利用範囲や分野を広げて、変位量測定装置１を様々な用途に活用できる。
【００４４】
なお、ここでは、図形標示８１の形状として円形を例に説明したが、図形標示８１は、正多角形（例えば八角形や十角形等）や楕円形等、中心Ｃが特定可能な円形以外の形状の標示であってもよい。ただし、図形標示８１を円形標示にすると、対称性が高く中心Ｃの特定も容易であり、中心Ｃの検出精度も高くなるため、図形標示８１には円形標示を使用するのが、より望ましい。また、図形標示８１の中心Ｃは、撮影画像における図形標示８１の大きさや画像の状態等によっては、上記したサブピクセル処理以外の処理により検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・変位量測定装置、２・・・カメラ、３・・・入力装置、１０・・・画像処理装置、１１・・・インタフェース、２０・・・ＣＰＵ、２１・・・標識探索部、２１Ａ・・・前処理部、２１Ｂ・・・座標算出部、２１Ｃ・・・変位量算出部、３０・・・ＲＡＭ、３１・・・取得画像領域、３２・・・測定用データ領域、３２Ａ・・・基準位置、３２Ｂ・・・換算係数、３２Ｃ・・・各種閾値、３３・・・各種設定値領域、８０・・・標識、８１・・・図形（円形）標示、Ｂ・・・橋、Ｃ・・・中心、Ｍ・・・中点位置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、
測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する手段と、
一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める手段と、
一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する手段と、
算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する手段と、
中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する手段と、
を備えたことを特徴とする変位量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された変位量測定装置において、
変位量を算出する手段が、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、中点位置の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する手段と、基準中点位置に対する算出された中点位置の撮影画像上の変位量を算出する手段と、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する手段と、を有することを特徴とする変位量測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された変位量測定装置において、
測定対象の図形標示が円形標示であることを特徴とする変位量測定装置。
【請求項４】
測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、
測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する工程と、
一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める工程と、
一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する工程と、
算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する工程と、
中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する工程と、
を有することを特徴とする変位量測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載された変位量測定方法において、
変位量を算出する工程が、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、中点位置の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する工程と、基準中点位置に対する算出された中点位置の撮影画像上の変位量を算出する工程と、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する工程と、を有することを特徴とする変位量測定方法。
【請求項１】
測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、
測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する手段と、
一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める手段と、
一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する手段と、
算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する手段と、
中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する手段と、
を備えたことを特徴とする変位量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された変位量測定装置において、
変位量を算出する手段が、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、中点位置の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する手段と、基準中点位置に対する算出された中点位置の撮影画像上の変位量を算出する手段と、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する手段と、を有することを特徴とする変位量測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された変位量測定装置において、
測定対象の図形標示が円形標示であることを特徴とする変位量測定装置。
【請求項４】
測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、
測定対象に設けた中心が特定可能な一対の図形標示の各中心を撮影画像から検出する工程と、
一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離を求める工程と、
一対の図形標示の中心間の中点位置を算出する工程と、
算出された中点位置と予め取得した測定対象の基準撮影画像に基づく基準中点位置とを比較する工程と、
中点位置の比較結果と中心間距離に基づき測定対象の変位量を算出する工程と、
を有することを特徴とする変位量測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載された変位量測定方法において、
変位量を算出する工程が、一対の図形標示の撮影画像上の中心間距離と実空間の中心間距離から、中点位置の撮影画像上の変位量を実空間の変位量に換算する換算係数を算出する工程と、基準中点位置に対する算出された中点位置の撮影画像上の変位量を算出する工程と、算出された変位量を換算係数に基づき実空間の変位量に換算する工程と、を有することを特徴とする変位量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６９７９７（Ｐ２０１１−６９７９７Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２３２０６（Ｐ２００９−２２３２０６）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３０４０２０４９８）サクサ株式会社 (678)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（３０４０２０４９８）サクサ株式会社 (678)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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