大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法
【課題】 より大規模な構造物をより精密に、かつ、より容易に計測すること。
【解決手段】 計測対象物６に取り付けられる複数のマーカ２、３、５と、互いに異なる複数位置８−１〜８−４から計測対象物６の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置８−１〜８−４に独立に画像のうちのマーカ２、３、５が映し出される位置に基づいて計測対象物６の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体６１とを備えている。マーカ２、３、５は、その複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカ２と、第１マーカ２と異なる位置に配置される複数の第２マーカ３とから形成される。大規模構造物計測装置１は、第２マーカ３を設けることにより、第１マーカ２のみを設けることより正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【解決手段】 計測対象物６に取り付けられる複数のマーカ２、３、５と、互いに異なる複数位置８−１〜８−４から計測対象物６の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置８−１〜８−４に独立に画像のうちのマーカ２、３、５が映し出される位置に基づいて計測対象物６の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体６１とを備えている。マーカ２、３、５は、その複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカ２と、第１マーカ２と異なる位置に配置される複数の第２マーカ３とから形成される。大規模構造物計測装置１は、第２マーカ３を設けることにより、第１マーカ２のみを設けることより正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法に関し、特に、画像を用いて被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を用いて被写体の大きさを計測するフォトグラメトリが知られている。そのフォトグラメトリは、互いに異なる複数の地点から被写体を撮像し、その画像に基づいてその撮影位置に独立に被写体上の各点相互の距離・角度を算出し、これを数値や図面で表現する方法である。このようなフォトグラメトリを実行するソフトウェアとしては、アメリカＧｅｏｄｅｔｉｃＳｅｒｖｉｃｅｓ社製の製品である「Ｖ−Ｓｔａｒ」、カナダＥｏｓＳｙｓｔｅｍｓ社製の製品である「ＰｈｏｔｏＭｏｄｅｌｅｒＰｒｏ．」が例示される。
【０００３】
橋梁に例示される１０ｍを越える大規模構造物は、そのフォトグラメトリにより計測するときに、その大規模構造物の全体を映し出す画像が用いられ、または、その大規模構造物を複数の部分に分割して、その境界部分をオーバーラップしてその各部分を映し出す多数の画像が用いられる。その大規模構造物の全体を映し出す画像が用いられるときに、その大規模構造物の計測対象点は、画像に精密に映し出されないで、精密に計測されないことがある。その大規模構造物の分割された各部分を映し出す画像が用いられるときに、撮像される画像の枚数が多数になり、その画像を撮像することに手間がかかる。フォトグラメトリにより１０ｍを越える大規模構造物をより精密に、かつ、より容易に計測することが望まれている。
【０００４】
特開平１０−２０６１３１号公報には、ロボットハンドの姿勢を変えることなく、前方向と上下左右方向の被計測物の計測を高精度に行うことができ、これによって安価な構成で、かつ計測時間の短縮を図ることのできる立体形状計測装置が開示されている。その立体形状計測装置は、投光手段と撮像手段とよりなる三次元視覚センサが前方向とその前方向に直交する横方向とに向けてそれぞれ一組ずつ配されるとともに、前後方向軸回りに回動自在に構成される計測子を備えることを特徴としている。
【０００５】
特許２５１２１３２号公報には、建築又は土木現場において、ターゲットの捕捉が人手を要さずに容易にでき、特に任意に移動する物体や、この物体が巨大（例えばドームの開閉式天井等）であって多数の任意に変位する測点を繰返し測定する場合において、人手を要することなくしかも容易に測定することのできる建築又は土木現場用三次元位置測定装置が開示されている。その建築又は土木現場用三次元位置測定装置は、建築又は土木現場で使用される三次元位置測定装置において、中心部分に向けた光線の反射光の輝度が高いターゲットである球体または楕円体の再帰性反射体と、少なくとも該反射体の対向する中心部分を照射する照射装置と、該照射装置近傍部に各光軸が該照射光軸と平行となるように設けられた光波距離計及びテレビカメラと、該テレビカメラの水平角高度角の検出及び該検出信号の出力機能とテレビカメラの姿勢制御機能を備えた該テレビカメラ支承用の雲台と、該テレビカメラに接続された画像処理装置と、前記照射装置、光波距離計、雲台並びに画像処理装置に接続されたマイクロコンピュータとを有してなることを特徴としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０６１３１号公報
【特許文献２】特許２５１２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、より大規模な構造物をより精密に、かつ、より容易に計測する大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて計測対象物（６）の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、その複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカ（２）と、第１マーカ（２）と異なる位置に配置される複数の第２マーカ（３）とから形成される。大規模構造物計測装置（１）は、第２マーカ（３）を設けることにより、第１マーカ（２）のみを設けることより正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１０】
マーカ（２、３、５）は、球形を形成している球形ターゲット（１４、１５、３３）と、計測対象物（６）から離れた位置に球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持する留め具（１１、１２、１３、３１、３２）とを備えていることが好ましい。すなわち、マーカ（２、３、５）は、球形ターゲット（１４、１５、３３）が複数位置（８−１〜８−４）から見えるように、球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持することができる。さらに、球形ターゲット（１４、１５、３３）は、球形を形成していることにより、その複数位置（８−１〜８−４）から見える形が等しく、好ましい。このため、大規模構造物計測装置（１）は、より正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１１】
球形ターゲット（１４、１５、３３）は、表面に反射塗料が塗装されていることが好ましい。このとき、カメラは、ストロボを備えているときに、球形ターゲット（１４、１５、３３）の像をより確実に撮像することができる。
【００１２】
マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている外挿マーカ（２）を含んでいることが好ましい。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１３】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成している。このとき、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１４】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、球形を形成している球形ターゲット（１４、１５、３３）と、計測対象物（６）から離れた位置に球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持する留め具（１１、１２、１３、３１、３２）とを備えている。すなわち、マーカ（２、３、５）は、球形ターゲット（１４、１５、３３）が複数位置（８−１〜８−４）から見えるように、球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持することができる。さらに、球形ターゲット（１４、１５、３３）は、球形を形成していることにより、その複数位置（８−１〜８−４）から見える形が等しく、好ましい。このため、大規模構造物計測装置（１）は、より正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１５】
球形ターゲット（１４、１５、３３）は、表面に反射塗料が塗装されている。ことが好ましい。このとき、カメラは、ストロボを備えているときに、球形ターゲット（１４、１５、３３）の像をより確実に撮像することができ、好ましい。
【００１６】
マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている外挿マーカ（２）を含んでいることが好ましい。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１７】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成している。このとき、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１８】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている。外挿マーカ（２）を含んでいる。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１９】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成し、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００２０】
計測対象物（６）は、複数の物体から形成されることが好ましい。すなわち、大規模構造物計測装置（１）は、複数の物体を１度に測量するときに好適である。
【００２１】
本発明による大規模構造物計測方法は、カメラを用いて計測対象物（６）と概ね等しい大きさの範囲に分散配置される補正用マーカ（５１−１〜５１−ｍ）を互いに異なる複数の位置から複数の補正用画像にそれぞれ撮像するステップ（Ｓ１、Ｓ２）と、複数の補正用画像に基づいてカメラの歪曲収差を補正する補正計数を算出するステップ（Ｓ３）と、カメラを用いて計測対象物（６）を複数の位置から複数の計測用画像にそれぞれ撮像するステップ（Ｓ１１、Ｓ１２）と、補正計数を用いて計測用画像を他の計測用画像に補正し、その複数位置（８−１〜８−４）に独立に他の計測用画像に基づいて計測対象物（６）の計測対象点の３次元位置関係を算出するステップ（Ｓ１３、Ｓ１４）とを備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法は、より大規模な構造物をより精密に、かつ、より容易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面を参照して、本発明による大規模構造物計測装置の実施の形態を記載する。その大規模構造物計測装置１は、図１に示されているように、標準器７と複数の第１マーカ２と複数の第２マーカ３と複数の第３マーカ５とを備えている。標準器７は、既知の長さの棒状に形成されている。測量対象物６としては、１０ｍ以上の大規模構造物が例示される。そのような大規模構造物としては、橋梁の部品、建築物が例示される。その橋梁の部品としては、鈑桁、箱桁、床版が例示される。その建築物としては、ＬＮＧタンク、水門が例示される。標準器７の長さは、測量対象物６と概ね同じ長さであり、測量対象物６が１０ｍ〜２０ｍ程度の鈑桁であるときに、１０ｍである。
【００２４】
第１マーカ２は、それぞれ、測量対象物６に取り付けられ、測量対象物６の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物６または測量対象物６以外のものに取り付けられ、測量対象物６の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。標準器７は、測量対象物６の脇に配置されている。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。
【００２５】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図示されていないデジタルカメラを備えている。そのデジタルカメラは、レンズとＣＣＤとを備え、レンズを介して被写体から放射される光をＣＣＤの感光面に結像させ、その感光面に結像される画像を電気信号として外部に出力する。そのデジタルカメラは、ストロボを備えている。そのストロボは、そのデジタルカメラが被写体の画像を撮影するときに、その被写体に光を照射する。
【００２６】
そのデジタルカメラは、ユーザに手持ちされて移動し、複数の位置８−１〜８−４から測量対象物６の全体を映す画像を撮影する。その画像は、複数の位置８−１〜８−４のうちの１つの位置に対して複数が撮影される。測量対象物６の中心と複数の位置８−１〜８−４とは、概ね１つの平面上に配置されている。測量対象物６の中心と位置８−２とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−１とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−３とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−２とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−４とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−３とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−１とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−４とを結ぶ線分に概ね垂直である。
【００２７】
図２は、第１マーカ２を示している。第１マーカ２は、留め具１１と支柱１２と指示棒１３と球形ターゲット１４と球形ターゲット１５とを備えている。留め具１１は、マグネットから形成され、磁力により測量対象物６に吸い付いて固着している。なお、留め具１１は、測量対象物６が磁性体から形成されていないときに、測量対象物６の一部を挟んで固着するクランプから形成されることもできる。
【００２８】
支柱１２は、第１支柱１６と第２支柱１７とユニバーサル機構１９とを備えている。第１支柱１６は、一端が固定具１８を介して留め具１１に固定され、他端がユニバーサル機構１９に固定されている。第２支柱１７は、一端がユニバーサル機構１９に固定され、他端が固定具２０を介して指示棒１３に固定されている。ユニバーサル機構１９は、任意の角度で二軸を連結する継ぎ手であり、第１支柱１６と第２支柱１７とを連結している。すなわち、支柱１２は、指示棒１３を留め具１１に支持している。
【００２９】
支持棒１３は、直線状に形成され、その一端がとがって計測ポイント２１を形成している。計測ポイント２１は、測量対象物６の計測対象点にあてがわれて配置される。球形ターゲット１４は、直径が３０ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。その反射塗料は、光が入射した方向にその反射光を反射する。そのような反射塗料としては、ガラスビーズを含有する塗料が例示される。球形ターゲット１４は、支持棒１３の計測ポイント２１と反対側の端に配置されている。球形ターゲット１５は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。なお、球形ターゲット１５は、直径を適宜変更することもできる。たとえば、球形ターゲット１５の直径は、測量対象物６が１０ｍより大きいときに、測量対象物６に比して大きくすることが好ましい。球形ターゲット１５は、球形ターゲット１５の中心とが計測ポイント２１と球形ターゲット１４の中心とを所定の比に内分する点に配置されるように、支持棒１３の概ね中央に配置されている。すなわち、測量対象物６の計測対象点は、球形ターゲット１４の中心と球形ターゲット１５の中心とを所定の比に外分した点に配置される。
【００３０】
図３は、第２マーカ３を示している。第２マーカ３は、留め具３１と支柱３２と球形ターゲット３３とを備えている。留め具３１は、マグネットから形成され、磁力により測量対象物６に吸い付いて固着している。なお、留め具３１は、測量対象物６が磁性体から形成されていないときに、測量対象物６の一部を挟んで固着するクランプから形成されることもできる。支柱１２は、直径が３ｍｍであり、長さが２００ｍｍであるステンレス製の棒から形成されている。支柱１２は、一端が留め具３１に固定され、他端が球形ターゲット３３に固定されている。球形ターゲット３３は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。
【００３１】
図４は、標準器７を示している。標準器７は、複数の部品４１−１〜４１−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）から形成されている。複数の部品４１−１〜４１−ｎは、それぞれ、長さが概ね等しい。たとえば、標準器７は、長さが１０ｍであるときに、５つの部品４１−１〜４１−５から形成され、その部品４１−１〜４１−５は、それぞれ、長さが２ｍである。部品４１−１は、一端に第３マーカ５が配置され、他端に部品４１−２の一端が接続されている。部品４１−ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ−１）は、一端に部品４１−（ｉ−１）の一端が接続され、他端に部品４１−（ｉ＋１）の一端が接続されている。部品４１−１は、一端に部品４１−（ｎ−１）の一端が接続され、他端に第３マーカ５が配置されている。標準器７は、さらに、支え４２を備えている。支え４２は、部品４１−１〜４１−ｎの長さ以下の間隔ごとに地盤に配置され、標準器７をその地盤に支持している。
【００３２】
複数の部品４１−１〜４１−ｎは、測量対象物６と熱膨張係数が概ね同じ材料から形成されている。このとき、標準器７は、測量対象物６と同様に外気温により伸縮する。このため、大規模構造物計測装置１は、このような標準器７を用いて測量対象物６を計測するときに、温度補正する必要がなく、測量対象物６をより容易に計測することができる。
【００３３】
第３マーカ５は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている球形ターゲットから形成されている。その球形ターゲットは、中心が標準器７の端と一致するように、部品４１−１の一端に配置され、部品４１−ｎの一端に配置されている。
【００３４】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図５に示されているように、複数の第４マーカ５１−１〜５１−ｍ（ｍ＝２，３，４，…）と大型歪曲補正板５２とを備えている。各第４マーカ５１−ｊ（ｊ＝１，２，３，…，ｍ）は、つや消しシール台紙と反射塗料と粘着剤とから形成されている。そのつや消しシール台紙は、長方形状のシートであり、表は光沢がない黒色をしている。その反射塗料は、そのつや消しシール台紙の表に直径が２５ｍｍの円を描いている。その粘着剤は、つや消しシール台紙の裏に塗布され、つや消しシール台紙と大型歪曲補正板５２とを接着している。
【００３５】
第４マーカ５１−１〜５１−ｍは、大型歪曲補正板５２に概ね均等に分散されて配置されている。大型歪曲補正板５２としては、測量対象物６を製造する工場建家の壁面が例示される。第４マーカ５１−１〜５１−ｍが大型歪曲補正板５２に分散される範囲５３は、測量対象物６の大きさと概ね等しい。すなわち、第４マーカ５１−１〜５１−ｍは、測量対象物６が約１０ｍであるときに、最も離れた２つの第４マーカの距離が約１０ｍになるように、大型歪曲補正板５２に概ね均等に分散されて配置される。
【００３６】
なお、このような第４マーカ５１−ｊは、測定対象物６に貼りつけられることもできる。すなわち、第４マーカ５１−ｊは、測定対象物６の測量対象点が複数の位置８−１〜８−４のうちの２つ場所の位置から見えるときに、第１マーカ２の代わりに、反射塗料が描く円の中心がその測量対象点に一致するように貼りつけられる。さらに、第４マーカ５１−ｊは、第２マーカ３の代わりに、測定対象物６の複数の位置８−１〜８−４のうちの２つ以上の場所から見える位置に貼りつけられる。
【００３７】
大規模構造物計測装置１は、さらに、大規模構造物計測装置本体６１を備えている。大規模構造物計測装置本体６１は、情報処理装置（コンピュータ）であり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と出力装置とを備えている。大規模構造物計測装置本体６１は、図６に示されているように、コンピュータプログラムである画像収集部６２と画像処理部６３と歪曲収差補正部６４とマーカ位置関係算出部６５とがインストールされている。
【００３８】
画像収集部６２は、入力装置を介してデジタルカメラにより撮像された画像を収集する。その画像は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍを撮像した複数の歪曲収差補正用画像と測量対象物６を撮像した複数の計測用画像とから形成される。画像処理部６３は、画像収集部６２により収集された画像を画像処理して、その画像のなかで球形ターゲットの位置が映し出される位置を算出する。
【００３９】
歪曲収差補正部６４は、その歪曲収差補正用画像に基づいて撮影に用いられたデジタルカメラの歪曲収差を補正する補正係数を算出する。デジタルカメラは、一般に、被写体から放射される光がレンズを介してＣＣＤの感光面に結像するときに、その結像した画像が理想的に結像した画像と比べて歪む歪曲収差を有している。このため、その複数の歪曲収差補正用画像に映し出される第４マーカ５１−１〜５１−ｍの位置に基づいて、デジタルカメラの撮影位置に独立に第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出するときに矛盾が生じる。すなわち、歪曲収差補正部６４は、様々な値を用いてその歪曲収差補正用画像を他の画像に変換し、その変換された画像を用いて第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出する。歪曲収差補正部６４は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を矛盾が生じないように算出することができる画像に変換するときに用いられた値をその補正係数として算出する。
【００４０】
マーカ位置関係算出部６５は、歪曲収差補正部６４により算出された補正係数を用いて、画像処理部６３により算出された球形ターゲットの画像のなかでの位置を補正する。マーカ位置関係算出部６５は、その補正された球形ターゲットの画像のなかでの位置に基づいて、球形ターゲットの３次元位置関係をデジタルカメラの撮影位置に独立に算出する。マーカ位置関係算出部６５は、さらに、球形ターゲットのうちの距離が既知であるものに基づいて、球形ターゲットの相互の距離を算出し、これを数値で表現する。
【００４１】
本発明による大規模構造物計測方法の実施の形態は、大規模構造物計測装置１を用いて実行され、歪曲収差補正する動作と測量対象物６の大きさを計測する動作とを備えている。
【００４２】
図７は、歪曲収差補正する動作を示している。ユーザは、まず、測量対象物６の大きさと概ね等しい範囲に第４マーカ５１−１〜５１−ｍが概ね均等に分散するように、大型歪曲補正板５２に複数の第４マーカ５１−１〜５１−ｍを貼り付ける（ステップＳ１）。ユーザは、デジタルカメラを用いて、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの全部を映し出す複数の歪曲収差補正用画像を互いに異なる複数の位置から撮像する（ステップＳ２）。ユーザは、その歪曲収差補正用画像を大規模構造物計測装置本体６１に入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、その歪曲収差補正用画像に基づいて撮影に用いられたデジタルカメラの歪曲収差を補正する補正係数を算出する（ステップＳ３）。
【００４３】
デジタルカメラは、一般に、被写体から放射される光がレンズを介してＣＣＤの感光面に結像するときに、その結像した画像が理想的に結像した画像と比べて歪む歪曲収差を有している。このため、大規模構造物計測装置本体６１は、その複数の歪曲収差補正用画像に映し出される第４マーカ５１−１〜５１−ｍの位置に基づいて、デジタルカメラの撮影位置に独立に第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出するときに矛盾が生じる。
【００４４】
すなわち、大規模構造物計測装置本体６１は、様々な値を用いてその歪曲収差補正用画像を他の画像に変換し、その変換された画像を用いて第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出する。大規模構造物計測装置本体６１は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を矛盾が生じないように算出することができる画像に変換するときに用いられた値をその補正係数として算出する。
【００４５】
図８は、測量対象物６の大きさを計測する動作を示している。ユーザは、まず、部品４１−１〜４１−ｎを標準器７に組み立て、測量対象物６の脇に設置する。ユーザは、さらに、第１マーカ２が測量対象物６の計測対称点を指示するように、第１マーカ２を測量対象物６に取り付ける。ユーザは、さらに、第３マーカ５が標準器７の両端を指示するように、第３マーカ５を標準器７に取り付ける。ユーザは、さらに、第１マーカ２と第２マーカ３と第３マーカ５とが均一に分散するように、第２マーカ３を配置する（ステップＳ１１）。
【００４６】
ユーザは、デジタルカメラを用いて、測量対象物６の全部を映し出す複数の計測用画像を互いに異なる複数の位置８−１〜８−４から撮像し（ステップＳ１２）、その計測用画像を大規模構造物計測装置本体６１に入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、歪曲収差補正する動作により算出された補正係数を用いてその計測用画像を変換し、変換された画像に基づいて第１マーカ２と第２マーカ３と第３マーカ５との３次元位置関係をデジタルカメラの撮影位置に独立に算出する（ステップＳ１３）。大規模構造物計測装置本体６１は、さらに、第３マーカ５が指示する標準器７の長さに基づいて、第１マーカ２が指示する各計測対象点の相互の距離を算出し（ステップＳ１４）、これを数値で表現する。
【００４７】
このような大規模構造物計測方法によれば、境界部分をオーバーラップして大規模構造物の複数の部分を映し出す画像を用いることより少ない枚数の画像を用いてその大規模構造物を測量することができ、より容易にその大規模構造物を測量することができる。さらに、その大規模構造物の全体を映し出す画像がその大規模構造物の計測対象点をより精密に指示することができる。このため、大規模構造物計測装置１は、より精密に大規模構造物を測量することができる。
【００４８】
図９は、計測対象物の他の配置を示している。その計測対象物は、複数の計測対象物７６−１〜７６−３から形成されている。計測対象物７６−１〜７６−３は、それぞれ、鋼鉄から形成され、板状に形成される橋梁の部品である床版である。計測対象物７６−１〜７６−３は、地盤の上に積み重ねられて配置されている。標準器７は、計測対象物７６−１〜７６−３の脇に配置されている。第１マーカ２は、それぞれ、計測対象物７６−１〜７６−３に取り付けられ、測量対象物７６−１〜７６−３の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物７６−１〜７６−３または測量対象物７６−１〜７６−３以外のものに取り付けられ、測量対象物７６−１〜７６−３の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。このような配置によれば、大規模構造物計測装置１は、複数の計測対象物７６−１〜７６−３を１度に測量することができ、好ましい。
【００４９】
図１０は、計測対象物のさらに他の配置を示している。その計測対象物は、計測対象物８６−１〜８６−２は、それぞれ、鋼鉄から形成され、板状に形成される橋梁の部品である床版である。計測対象物８６−１〜８６−２は、地盤の上に積み重ねられないで並べて配置されている。標準器７は、計測対象物８６−２の上に配置されている。第１マーカ２は、それぞれ、計測対象物８６−１〜８６−２に取り付けられ、測量対象物８６−１〜８６−２の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物８６−１〜８６−２または測量対象物８６−１〜８６−２以外のものに取り付けられ、測量対象物８６−１〜８６−２の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。このような配置によれば、大規模構造物計測装置１は、複数の計測対象物８６−１〜８６−２を１度に測量することができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による大規模構造物計測装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１マーカを示す平面図である。
【図３】図３は、第２マーカを示す平面図である。
【図４】図４は、標準器を示す平面図である。
【図５】図５は、第４マーカを示す平面図である。
【図６】図６は、大規模構造物計測装置本体を示すブロック図である。
【図７】図７は、歪曲収差補正する動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、計測対象物の大きさを計測する動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、計測対象物の他の配置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、計測対象物のさらに他の配置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ：大規模構造物計測装置
２ ：第１マーカ
３ ：第２マーカ
５ ：第３マーカ
６ ：測量対象物
７ ：標準器
８−１〜８−４：位置
１１：留め具
１２：支柱
１３：指示棒
１４：球形ターゲット
１５：球形ターゲット
１６：第１支柱
１７：第２支柱
１８：固定具
１９：ユニバーサル機構
２０：固定具
２１：計測ポイント
３１：留め具
３２：支柱
３３：球形ターゲット
４１−１〜４１−ｎ：複数の部品
４２：支え
５１−１〜５１−ｍ：第４マーカ
５２：大型歪曲補正板
５３：範囲
６１：大規模構造物計測装置本体
６２：画像収集部
６３：画像処理部
６４：歪曲収差補正部
６５：マーカ位置関係算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法に関し、特に、画像を用いて被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を用いて被写体の大きさを計測するフォトグラメトリが知られている。そのフォトグラメトリは、互いに異なる複数の地点から被写体を撮像し、その画像に基づいてその撮影位置に独立に被写体上の各点相互の距離・角度を算出し、これを数値や図面で表現する方法である。このようなフォトグラメトリを実行するソフトウェアとしては、アメリカＧｅｏｄｅｔｉｃＳｅｒｖｉｃｅｓ社製の製品である「Ｖ−Ｓｔａｒ」、カナダＥｏｓＳｙｓｔｅｍｓ社製の製品である「ＰｈｏｔｏＭｏｄｅｌｅｒＰｒｏ．」が例示される。
【０００３】
橋梁に例示される１０ｍを越える大規模構造物は、そのフォトグラメトリにより計測するときに、その大規模構造物の全体を映し出す画像が用いられ、または、その大規模構造物を複数の部分に分割して、その境界部分をオーバーラップしてその各部分を映し出す多数の画像が用いられる。その大規模構造物の全体を映し出す画像が用いられるときに、その大規模構造物の計測対象点は、画像に精密に映し出されないで、精密に計測されないことがある。その大規模構造物の分割された各部分を映し出す画像が用いられるときに、撮像される画像の枚数が多数になり、その画像を撮像することに手間がかかる。フォトグラメトリにより１０ｍを越える大規模構造物をより精密に、かつ、より容易に計測することが望まれている。
【０００４】
特開平１０−２０６１３１号公報には、ロボットハンドの姿勢を変えることなく、前方向と上下左右方向の被計測物の計測を高精度に行うことができ、これによって安価な構成で、かつ計測時間の短縮を図ることのできる立体形状計測装置が開示されている。その立体形状計測装置は、投光手段と撮像手段とよりなる三次元視覚センサが前方向とその前方向に直交する横方向とに向けてそれぞれ一組ずつ配されるとともに、前後方向軸回りに回動自在に構成される計測子を備えることを特徴としている。
【０００５】
特許２５１２１３２号公報には、建築又は土木現場において、ターゲットの捕捉が人手を要さずに容易にでき、特に任意に移動する物体や、この物体が巨大（例えばドームの開閉式天井等）であって多数の任意に変位する測点を繰返し測定する場合において、人手を要することなくしかも容易に測定することのできる建築又は土木現場用三次元位置測定装置が開示されている。その建築又は土木現場用三次元位置測定装置は、建築又は土木現場で使用される三次元位置測定装置において、中心部分に向けた光線の反射光の輝度が高いターゲットである球体または楕円体の再帰性反射体と、少なくとも該反射体の対向する中心部分を照射する照射装置と、該照射装置近傍部に各光軸が該照射光軸と平行となるように設けられた光波距離計及びテレビカメラと、該テレビカメラの水平角高度角の検出及び該検出信号の出力機能とテレビカメラの姿勢制御機能を備えた該テレビカメラ支承用の雲台と、該テレビカメラに接続された画像処理装置と、前記照射装置、光波距離計、雲台並びに画像処理装置に接続されたマイクロコンピュータとを有してなることを特徴としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０６１３１号公報
【特許文献２】特許２５１２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、より大規模な構造物をより精密に、かつ、より容易に計測する大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて計測対象物（６）の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、その複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカ（２）と、第１マーカ（２）と異なる位置に配置される複数の第２マーカ（３）とから形成される。大規模構造物計測装置（１）は、第２マーカ（３）を設けることにより、第１マーカ（２）のみを設けることより正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１０】
マーカ（２、３、５）は、球形を形成している球形ターゲット（１４、１５、３３）と、計測対象物（６）から離れた位置に球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持する留め具（１１、１２、１３、３１、３２）とを備えていることが好ましい。すなわち、マーカ（２、３、５）は、球形ターゲット（１４、１５、３３）が複数位置（８−１〜８−４）から見えるように、球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持することができる。さらに、球形ターゲット（１４、１５、３３）は、球形を形成していることにより、その複数位置（８−１〜８−４）から見える形が等しく、好ましい。このため、大規模構造物計測装置（１）は、より正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１１】
球形ターゲット（１４、１５、３３）は、表面に反射塗料が塗装されていることが好ましい。このとき、カメラは、ストロボを備えているときに、球形ターゲット（１４、１５、３３）の像をより確実に撮像することができる。
【００１２】
マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている外挿マーカ（２）を含んでいることが好ましい。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１３】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成している。このとき、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１４】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、球形を形成している球形ターゲット（１４、１５、３３）と、計測対象物（６）から離れた位置に球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持する留め具（１１、１２、１３、３１、３２）とを備えている。すなわち、マーカ（２、３、５）は、球形ターゲット（１４、１５、３３）が複数位置（８−１〜８−４）から見えるように、球形ターゲット（１４、１５、３３）を支持することができる。さらに、球形ターゲット（１４、１５、３３）は、球形を形成していることにより、その複数位置（８−１〜８−４）から見える形が等しく、好ましい。このため、大規模構造物計測装置（１）は、より正確に、かつ、より容易に測量対象点の３次元位置関係を算出することができる。
【００１５】
球形ターゲット（１４、１５、３３）は、表面に反射塗料が塗装されている。ことが好ましい。このとき、カメラは、ストロボを備えているときに、球形ターゲット（１４、１５、３３）の像をより確実に撮像することができ、好ましい。
【００１６】
マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている外挿マーカ（２）を含んでいることが好ましい。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１７】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成している。このとき、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１８】
本発明による大規模構造物計測装置（１）は、計測対象物（６）に取り付けられる複数のマーカ（２、３、５）と、互いに異なる複数位置（８−１〜８−４）から計測対象物（６）の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、複数位置（８−１〜８−４）に独立に画像のうちのマーカ（２、３、５）が映し出される位置に基づいて複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体（６１）とを備えている。マーカ（２、３、５）は、第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とを備えている。外挿マーカ（２）を含んでいる。外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の位置と第２ターゲット（１５）の位置とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００１９】
第１ターゲット（１４）と第２ターゲット（１５）とは、それぞれ、球形を形成し、外挿マーカ（２）は、第１ターゲット（１４）の中心と第２ターゲット（１５）の中心とを所定の比に外分する点が測量対象点に配置されるように、計測対象物（６）に取り付けられる。このような外挿マーカ（２）によれば、複数位置（８−１〜８−４）から見難い位置の測量対象点の位置をより精密に計測することができる。
【００２０】
計測対象物（６）は、複数の物体から形成されることが好ましい。すなわち、大規模構造物計測装置（１）は、複数の物体を１度に測量するときに好適である。
【００２１】
本発明による大規模構造物計測方法は、カメラを用いて計測対象物（６）と概ね等しい大きさの範囲に分散配置される補正用マーカ（５１−１〜５１−ｍ）を互いに異なる複数の位置から複数の補正用画像にそれぞれ撮像するステップ（Ｓ１、Ｓ２）と、複数の補正用画像に基づいてカメラの歪曲収差を補正する補正計数を算出するステップ（Ｓ３）と、カメラを用いて計測対象物（６）を複数の位置から複数の計測用画像にそれぞれ撮像するステップ（Ｓ１１、Ｓ１２）と、補正計数を用いて計測用画像を他の計測用画像に補正し、その複数位置（８−１〜８−４）に独立に他の計測用画像に基づいて計測対象物（６）の計測対象点の３次元位置関係を算出するステップ（Ｓ１３、Ｓ１４）とを備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明による大規模構造物計測装置及び大規模構造物計測方法は、より大規模な構造物をより精密に、かつ、より容易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図面を参照して、本発明による大規模構造物計測装置の実施の形態を記載する。その大規模構造物計測装置１は、図１に示されているように、標準器７と複数の第１マーカ２と複数の第２マーカ３と複数の第３マーカ５とを備えている。標準器７は、既知の長さの棒状に形成されている。測量対象物６としては、１０ｍ以上の大規模構造物が例示される。そのような大規模構造物としては、橋梁の部品、建築物が例示される。その橋梁の部品としては、鈑桁、箱桁、床版が例示される。その建築物としては、ＬＮＧタンク、水門が例示される。標準器７の長さは、測量対象物６と概ね同じ長さであり、測量対象物６が１０ｍ〜２０ｍ程度の鈑桁であるときに、１０ｍである。
【００２４】
第１マーカ２は、それぞれ、測量対象物６に取り付けられ、測量対象物６の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物６または測量対象物６以外のものに取り付けられ、測量対象物６の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。標準器７は、測量対象物６の脇に配置されている。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。
【００２５】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図示されていないデジタルカメラを備えている。そのデジタルカメラは、レンズとＣＣＤとを備え、レンズを介して被写体から放射される光をＣＣＤの感光面に結像させ、その感光面に結像される画像を電気信号として外部に出力する。そのデジタルカメラは、ストロボを備えている。そのストロボは、そのデジタルカメラが被写体の画像を撮影するときに、その被写体に光を照射する。
【００２６】
そのデジタルカメラは、ユーザに手持ちされて移動し、複数の位置８−１〜８−４から測量対象物６の全体を映す画像を撮影する。その画像は、複数の位置８−１〜８−４のうちの１つの位置に対して複数が撮影される。測量対象物６の中心と複数の位置８−１〜８−４とは、概ね１つの平面上に配置されている。測量対象物６の中心と位置８−２とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−１とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−３とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−２とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−４とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−３とを結ぶ線分に概ね垂直である。測量対象物６の中心と位置８−１とを結ぶ線分は、測量対象物６の中心と位置８−４とを結ぶ線分に概ね垂直である。
【００２７】
図２は、第１マーカ２を示している。第１マーカ２は、留め具１１と支柱１２と指示棒１３と球形ターゲット１４と球形ターゲット１５とを備えている。留め具１１は、マグネットから形成され、磁力により測量対象物６に吸い付いて固着している。なお、留め具１１は、測量対象物６が磁性体から形成されていないときに、測量対象物６の一部を挟んで固着するクランプから形成されることもできる。
【００２８】
支柱１２は、第１支柱１６と第２支柱１７とユニバーサル機構１９とを備えている。第１支柱１６は、一端が固定具１８を介して留め具１１に固定され、他端がユニバーサル機構１９に固定されている。第２支柱１７は、一端がユニバーサル機構１９に固定され、他端が固定具２０を介して指示棒１３に固定されている。ユニバーサル機構１９は、任意の角度で二軸を連結する継ぎ手であり、第１支柱１６と第２支柱１７とを連結している。すなわち、支柱１２は、指示棒１３を留め具１１に支持している。
【００２９】
支持棒１３は、直線状に形成され、その一端がとがって計測ポイント２１を形成している。計測ポイント２１は、測量対象物６の計測対象点にあてがわれて配置される。球形ターゲット１４は、直径が３０ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。その反射塗料は、光が入射した方向にその反射光を反射する。そのような反射塗料としては、ガラスビーズを含有する塗料が例示される。球形ターゲット１４は、支持棒１３の計測ポイント２１と反対側の端に配置されている。球形ターゲット１５は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。なお、球形ターゲット１５は、直径を適宜変更することもできる。たとえば、球形ターゲット１５の直径は、測量対象物６が１０ｍより大きいときに、測量対象物６に比して大きくすることが好ましい。球形ターゲット１５は、球形ターゲット１５の中心とが計測ポイント２１と球形ターゲット１４の中心とを所定の比に内分する点に配置されるように、支持棒１３の概ね中央に配置されている。すなわち、測量対象物６の計測対象点は、球形ターゲット１４の中心と球形ターゲット１５の中心とを所定の比に外分した点に配置される。
【００３０】
図３は、第２マーカ３を示している。第２マーカ３は、留め具３１と支柱３２と球形ターゲット３３とを備えている。留め具３１は、マグネットから形成され、磁力により測量対象物６に吸い付いて固着している。なお、留め具３１は、測量対象物６が磁性体から形成されていないときに、測量対象物６の一部を挟んで固着するクランプから形成されることもできる。支柱１２は、直径が３ｍｍであり、長さが２００ｍｍであるステンレス製の棒から形成されている。支柱１２は、一端が留め具３１に固定され、他端が球形ターゲット３３に固定されている。球形ターゲット３３は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている。
【００３１】
図４は、標準器７を示している。標準器７は、複数の部品４１−１〜４１−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）から形成されている。複数の部品４１−１〜４１−ｎは、それぞれ、長さが概ね等しい。たとえば、標準器７は、長さが１０ｍであるときに、５つの部品４１−１〜４１−５から形成され、その部品４１−１〜４１−５は、それぞれ、長さが２ｍである。部品４１−１は、一端に第３マーカ５が配置され、他端に部品４１−２の一端が接続されている。部品４１−ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ−１）は、一端に部品４１−（ｉ−１）の一端が接続され、他端に部品４１−（ｉ＋１）の一端が接続されている。部品４１−１は、一端に部品４１−（ｎ−１）の一端が接続され、他端に第３マーカ５が配置されている。標準器７は、さらに、支え４２を備えている。支え４２は、部品４１−１〜４１−ｎの長さ以下の間隔ごとに地盤に配置され、標準器７をその地盤に支持している。
【００３２】
複数の部品４１−１〜４１−ｎは、測量対象物６と熱膨張係数が概ね同じ材料から形成されている。このとき、標準器７は、測量対象物６と同様に外気温により伸縮する。このため、大規模構造物計測装置１は、このような標準器７を用いて測量対象物６を計測するときに、温度補正する必要がなく、測量対象物６をより容易に計測することができる。
【００３３】
第３マーカ５は、直径が２５ｍｍである球形を形成し、表面に反射塗料が塗布されている球形ターゲットから形成されている。その球形ターゲットは、中心が標準器７の端と一致するように、部品４１−１の一端に配置され、部品４１−ｎの一端に配置されている。
【００３４】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図５に示されているように、複数の第４マーカ５１−１〜５１−ｍ（ｍ＝２，３，４，…）と大型歪曲補正板５２とを備えている。各第４マーカ５１−ｊ（ｊ＝１，２，３，…，ｍ）は、つや消しシール台紙と反射塗料と粘着剤とから形成されている。そのつや消しシール台紙は、長方形状のシートであり、表は光沢がない黒色をしている。その反射塗料は、そのつや消しシール台紙の表に直径が２５ｍｍの円を描いている。その粘着剤は、つや消しシール台紙の裏に塗布され、つや消しシール台紙と大型歪曲補正板５２とを接着している。
【００３５】
第４マーカ５１−１〜５１−ｍは、大型歪曲補正板５２に概ね均等に分散されて配置されている。大型歪曲補正板５２としては、測量対象物６を製造する工場建家の壁面が例示される。第４マーカ５１−１〜５１−ｍが大型歪曲補正板５２に分散される範囲５３は、測量対象物６の大きさと概ね等しい。すなわち、第４マーカ５１−１〜５１−ｍは、測量対象物６が約１０ｍであるときに、最も離れた２つの第４マーカの距離が約１０ｍになるように、大型歪曲補正板５２に概ね均等に分散されて配置される。
【００３６】
なお、このような第４マーカ５１−ｊは、測定対象物６に貼りつけられることもできる。すなわち、第４マーカ５１−ｊは、測定対象物６の測量対象点が複数の位置８−１〜８−４のうちの２つ場所の位置から見えるときに、第１マーカ２の代わりに、反射塗料が描く円の中心がその測量対象点に一致するように貼りつけられる。さらに、第４マーカ５１−ｊは、第２マーカ３の代わりに、測定対象物６の複数の位置８−１〜８−４のうちの２つ以上の場所から見える位置に貼りつけられる。
【００３７】
大規模構造物計測装置１は、さらに、大規模構造物計測装置本体６１を備えている。大規模構造物計測装置本体６１は、情報処理装置（コンピュータ）であり、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置と出力装置とを備えている。大規模構造物計測装置本体６１は、図６に示されているように、コンピュータプログラムである画像収集部６２と画像処理部６３と歪曲収差補正部６４とマーカ位置関係算出部６５とがインストールされている。
【００３８】
画像収集部６２は、入力装置を介してデジタルカメラにより撮像された画像を収集する。その画像は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍを撮像した複数の歪曲収差補正用画像と測量対象物６を撮像した複数の計測用画像とから形成される。画像処理部６３は、画像収集部６２により収集された画像を画像処理して、その画像のなかで球形ターゲットの位置が映し出される位置を算出する。
【００３９】
歪曲収差補正部６４は、その歪曲収差補正用画像に基づいて撮影に用いられたデジタルカメラの歪曲収差を補正する補正係数を算出する。デジタルカメラは、一般に、被写体から放射される光がレンズを介してＣＣＤの感光面に結像するときに、その結像した画像が理想的に結像した画像と比べて歪む歪曲収差を有している。このため、その複数の歪曲収差補正用画像に映し出される第４マーカ５１−１〜５１−ｍの位置に基づいて、デジタルカメラの撮影位置に独立に第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出するときに矛盾が生じる。すなわち、歪曲収差補正部６４は、様々な値を用いてその歪曲収差補正用画像を他の画像に変換し、その変換された画像を用いて第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出する。歪曲収差補正部６４は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を矛盾が生じないように算出することができる画像に変換するときに用いられた値をその補正係数として算出する。
【００４０】
マーカ位置関係算出部６５は、歪曲収差補正部６４により算出された補正係数を用いて、画像処理部６３により算出された球形ターゲットの画像のなかでの位置を補正する。マーカ位置関係算出部６５は、その補正された球形ターゲットの画像のなかでの位置に基づいて、球形ターゲットの３次元位置関係をデジタルカメラの撮影位置に独立に算出する。マーカ位置関係算出部６５は、さらに、球形ターゲットのうちの距離が既知であるものに基づいて、球形ターゲットの相互の距離を算出し、これを数値で表現する。
【００４１】
本発明による大規模構造物計測方法の実施の形態は、大規模構造物計測装置１を用いて実行され、歪曲収差補正する動作と測量対象物６の大きさを計測する動作とを備えている。
【００４２】
図７は、歪曲収差補正する動作を示している。ユーザは、まず、測量対象物６の大きさと概ね等しい範囲に第４マーカ５１−１〜５１−ｍが概ね均等に分散するように、大型歪曲補正板５２に複数の第４マーカ５１−１〜５１−ｍを貼り付ける（ステップＳ１）。ユーザは、デジタルカメラを用いて、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの全部を映し出す複数の歪曲収差補正用画像を互いに異なる複数の位置から撮像する（ステップＳ２）。ユーザは、その歪曲収差補正用画像を大規模構造物計測装置本体６１に入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、その歪曲収差補正用画像に基づいて撮影に用いられたデジタルカメラの歪曲収差を補正する補正係数を算出する（ステップＳ３）。
【００４３】
デジタルカメラは、一般に、被写体から放射される光がレンズを介してＣＣＤの感光面に結像するときに、その結像した画像が理想的に結像した画像と比べて歪む歪曲収差を有している。このため、大規模構造物計測装置本体６１は、その複数の歪曲収差補正用画像に映し出される第４マーカ５１−１〜５１−ｍの位置に基づいて、デジタルカメラの撮影位置に独立に第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出するときに矛盾が生じる。
【００４４】
すなわち、大規模構造物計測装置本体６１は、様々な値を用いてその歪曲収差補正用画像を他の画像に変換し、その変換された画像を用いて第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を算出する。大規模構造物計測装置本体６１は、第４マーカ５１−１〜５１−ｍの３次元位置関係を矛盾が生じないように算出することができる画像に変換するときに用いられた値をその補正係数として算出する。
【００４５】
図８は、測量対象物６の大きさを計測する動作を示している。ユーザは、まず、部品４１−１〜４１−ｎを標準器７に組み立て、測量対象物６の脇に設置する。ユーザは、さらに、第１マーカ２が測量対象物６の計測対称点を指示するように、第１マーカ２を測量対象物６に取り付ける。ユーザは、さらに、第３マーカ５が標準器７の両端を指示するように、第３マーカ５を標準器７に取り付ける。ユーザは、さらに、第１マーカ２と第２マーカ３と第３マーカ５とが均一に分散するように、第２マーカ３を配置する（ステップＳ１１）。
【００４６】
ユーザは、デジタルカメラを用いて、測量対象物６の全部を映し出す複数の計測用画像を互いに異なる複数の位置８−１〜８−４から撮像し（ステップＳ１２）、その計測用画像を大規模構造物計測装置本体６１に入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、歪曲収差補正する動作により算出された補正係数を用いてその計測用画像を変換し、変換された画像に基づいて第１マーカ２と第２マーカ３と第３マーカ５との３次元位置関係をデジタルカメラの撮影位置に独立に算出する（ステップＳ１３）。大規模構造物計測装置本体６１は、さらに、第３マーカ５が指示する標準器７の長さに基づいて、第１マーカ２が指示する各計測対象点の相互の距離を算出し（ステップＳ１４）、これを数値で表現する。
【００４７】
このような大規模構造物計測方法によれば、境界部分をオーバーラップして大規模構造物の複数の部分を映し出す画像を用いることより少ない枚数の画像を用いてその大規模構造物を測量することができ、より容易にその大規模構造物を測量することができる。さらに、その大規模構造物の全体を映し出す画像がその大規模構造物の計測対象点をより精密に指示することができる。このため、大規模構造物計測装置１は、より精密に大規模構造物を測量することができる。
【００４８】
図９は、計測対象物の他の配置を示している。その計測対象物は、複数の計測対象物７６−１〜７６−３から形成されている。計測対象物７６−１〜７６−３は、それぞれ、鋼鉄から形成され、板状に形成される橋梁の部品である床版である。計測対象物７６−１〜７６−３は、地盤の上に積み重ねられて配置されている。標準器７は、計測対象物７６−１〜７６−３の脇に配置されている。第１マーカ２は、それぞれ、計測対象物７６−１〜７６−３に取り付けられ、測量対象物７６−１〜７６−３の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物７６−１〜７６−３または測量対象物７６−１〜７６−３以外のものに取り付けられ、測量対象物７６−１〜７６−３の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。このような配置によれば、大規模構造物計測装置１は、複数の計測対象物７６−１〜７６−３を１度に測量することができ、好ましい。
【００４９】
図１０は、計測対象物のさらに他の配置を示している。その計測対象物は、計測対象物８６−１〜８６−２は、それぞれ、鋼鉄から形成され、板状に形成される橋梁の部品である床版である。計測対象物８６−１〜８６−２は、地盤の上に積み重ねられないで並べて配置されている。標準器７は、計測対象物８６−２の上に配置されている。第１マーカ２は、それぞれ、計測対象物８６−１〜８６−２に取り付けられ、測量対象物８６−１〜８６−２の複数の測量対象点を指示している。第２マーカ３は、それぞれ、測量対象物８６−１〜８６−２または測量対象物８６−１〜８６−２以外のものに取り付けられ、測量対象物８６−１〜８６−２の測量対象点以外の点を指示している。第２マーカ３は、１０個以上が好ましい。第３マーカ５は、それぞれ、標準器７に取り付けられ、標準器７の両端を指示している。このような配置によれば、大規模構造物計測装置１は、複数の計測対象物８６−１〜８６−２を１度に測量することができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明による大規模構造物計測装置の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１マーカを示す平面図である。
【図３】図３は、第２マーカを示す平面図である。
【図４】図４は、標準器を示す平面図である。
【図５】図５は、第４マーカを示す平面図である。
【図６】図６は、大規模構造物計測装置本体を示すブロック図である。
【図７】図７は、歪曲収差補正する動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、計測対象物の大きさを計測する動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、計測対象物の他の配置を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、計測対象物のさらに他の配置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ：大規模構造物計測装置
２ ：第１マーカ
３ ：第２マーカ
５ ：第３マーカ
６ ：測量対象物
７ ：標準器
８−１〜８−４：位置
１１：留め具
１２：支柱
１３：指示棒
１４：球形ターゲット
１５：球形ターゲット
１６：第１支柱
１７：第２支柱
１８：固定具
１９：ユニバーサル機構
２０：固定具
２１：計測ポイント
３１：留め具
３２：支柱
３３：球形ターゲット
４１−１〜４１−ｎ：複数の部品
４２：支え
５１−１〜５１−ｍ：第４マーカ
５２：大型歪曲補正板
５３：範囲
６１：大規模構造物計測装置本体
６２：画像収集部
６３：画像処理部
６４：歪曲収差補正部
６５：マーカ位置関係算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記計測対象物の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、
前記複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカと、
前記第１マーカと異なる位置に配置される複数の第２マーカとから形成される
大規模構造物計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記マーカは、
球形を形成している球形ターゲットと、
前記計測対象物から離れた位置に前記球形ターゲットを支持する留め具とを備える
大規模構造物計測装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記球形ターゲットは、表面に反射塗料が塗装されている
大規模構造物計測装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項６】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、
球形を形成している球形ターゲットと、
前記計測対象物から離れた位置に前記球形ターゲットを支持する留め具とを備える
大規模構造物計測装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記球形ターゲットは、表面に反射塗料が塗装されている
大規模構造物計測装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７のいずれかにおいて、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１０】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記計測対象物は、複数の物体から形成される
大規模構造物計測装置。
【請求項１３】
カメラを用いて計測対象物と概ね等しい大きさの範囲に分散配置される補正用マーカを互いに異なる複数の位置から複数の補正用画像にそれぞれ撮像するステップと、
前記複数の補正用画像に基づいて前記カメラの歪曲収差を補正する補正計数を算出するステップと、
前記カメラを用いて前記計測対象物を複数位置から複数の計測用画像にそれぞれ撮像するステップと、
前記補正計数を用いて前記計測用画像を他の計測用画像に補正し、前記複数位置に独立に前記他の計測用画像に基づいて前記計測対象物の計測対象点の３次元位置関係を算出するステップ
とを具備する大規模構造物計測方法。
【請求項１】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記計測対象物の複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、
前記複数の測量対象点をそれぞれ指示する複数の第１マーカと、
前記第１マーカと異なる位置に配置される複数の第２マーカとから形成される
大規模構造物計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記マーカは、
球形を形成している球形ターゲットと、
前記計測対象物から離れた位置に前記球形ターゲットを支持する留め具とを備える
大規模構造物計測装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記球形ターゲットは、表面に反射塗料が塗装されている
大規模構造物計測装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項６】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、
球形を形成している球形ターゲットと、
前記計測対象物から離れた位置に前記球形ターゲットを支持する留め具とを備える
大規模構造物計測装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記球形ターゲットは、表面に反射塗料が塗装されている
大規模構造物計測装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７のいずれかにおいて、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１０】
計測対象物に取り付けられる複数のマーカと、
互いに異なる複数位置から前記計測対象物の全体を映し出す複数の画像にそれぞれ撮像するカメラと、
前記複数位置に独立に前記画像のうちの前記マーカが映し出される位置に基づいて前記複数の測量対象点の３次元位置関係を算出する計測装置本体とを具備し、
前記マーカは、第１ターゲットと第２ターゲットとを備える外挿マーカを含み、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの位置と前記第２ターゲットの位置とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第１ターゲットと前記第２ターゲットとは、それぞれ、球形を形成し、
前記外挿マーカは、前記第１ターゲットの中心と前記第２ターゲットの中心とを所定の比に外分する点が前記測量対象点に配置されるように、前記計測対象物に取り付けられる
大規模構造物計測装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記計測対象物は、複数の物体から形成される
大規模構造物計測装置。
【請求項１３】
カメラを用いて計測対象物と概ね等しい大きさの範囲に分散配置される補正用マーカを互いに異なる複数の位置から複数の補正用画像にそれぞれ撮像するステップと、
前記複数の補正用画像に基づいて前記カメラの歪曲収差を補正する補正計数を算出するステップと、
前記カメラを用いて前記計測対象物を複数位置から複数の計測用画像にそれぞれ撮像するステップと、
前記補正計数を用いて前記計測用画像を他の計測用画像に補正し、前記複数位置に独立に前記他の計測用画像に基づいて前記計測対象物の計測対象点の３次元位置関係を算出するステップ
とを具備する大規模構造物計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１１９００５（Ｐ２００６−１１９００５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３０７７０６（Ｐ２００４−３０７７０６）
【出願日】平成１６年１０月２２日（２００４．１０．２２）
【出願人】（０００２３６０８９）菱日エンジニアリング株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２２日（２００４．１０．２２）
【出願人】（０００２３６０８９）菱日エンジニアリング株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
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