対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラム
【課題】 監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変動を容易に監視することが可能な対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムを提供する。
【解決手段】 対象物監視システム１は、トンネルＴの切羽Ｋに設置された複数のマーカ２と、このマーカ２を含む撮像範囲Ａを撮像する撮像装置３と、この撮像装置３で撮像された画像を処理する画像処理装置４と、画像処理装置４での処理結果を出力する出力装置５と、画像処理装置４に接続され、画像や処理結果などを記憶するデータ記憶装置６と、画像処理装置４に命令などを入力するための入力装置７と、から構成されている。
【解決手段】 対象物監視システム１は、トンネルＴの切羽Ｋに設置された複数のマーカ２と、このマーカ２を含む撮像範囲Ａを撮像する撮像装置３と、この撮像装置３で撮像された画像を処理する画像処理装置４と、画像処理装置４での処理結果を出力する出力装置５と、画像処理装置４に接続され、画像や処理結果などを記憶するデータ記憶装置６と、画像処理装置４に命令などを入力するための入力装置７と、から構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムに関し、さらに詳しくは、切羽や法面などの工事対象物を撮像した画像を用いて対象物の変動を監視する対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル切羽や法面、あるいは取り壊し中の建物などの工事対象物は、万一崩壊した場合に甚大な被害が発生するおそれがあるため、対象物の状態を常に監視して、崩壊のおそれがある場合には、対策工を施したり人員を退避させたりなど、適切な処置をとらなければならない。
【０００３】
従来、トンネル切羽の監視方法（トンネル崩壊予知方法）としては、例えば特許文献１が開示されている。かかるトンネル切羽の監視方法によれば、切羽の地盤内に鋼棒の先端を固定し、その鋼棒の露出端に地中変位ターゲットを取り付け、また、切羽の表面に表面変位ターゲットを取り付け、レーザ変位測定器によって地中変位ターゲットと表面変位ターゲットの移動量の差を測定することにより、切羽地盤の変位速度が測定される。
【０００４】
また、他のトンネル切羽の監視方法（トンネル切羽変位警報方法）としては、例えば特許文献２が開示されている。かかる方法によれば、トンネル切羽に設定された複数の観測点における各変位量をレーザ測距により測定し、該変位量に基づいて地山崩落などの危険発生を示す兆候が現れたか否かを判定することにより、当該判定結果に応答して作業者に警報が発せられる。
【特許文献１】特開平９−２８７９４８号公報（段落０００７〜００１４、図１）
【特許文献２】特開２００１−１９４１１２号公報（段落００２３〜００２７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のトンネル切羽の監視方法は、監視対象物である切羽（地山）を削孔して鋼棒を設置するため、手間と費用がかかるという問題があった。
【０００６】
また、従来のトンネル切羽の監視方法は、レーザ測定器を用いることから、レーザ測定器を観測点にいちいち向け直さなければならず、手間がかかる。そのため、監視範囲が大きくなると、計測作業に時間がかかり、作業時間の増大、判断の遅延を招くこととなる。また、監視作業を自動化するには大掛かりなレーザ測定器の自動制御装置が必要となり、コストの増大を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変動を容易に監視することが可能な対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る対象物監視システムは、監視対象物の監視範囲内に設置された複数のマーカと、前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、前記画像処理装置は、前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出部と、前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出部と、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出部と、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る対象物監視方法は、前記した対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、前記基準距離算出部によって、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出ステップと、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、前記現在距離算出部によって、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出ステップと、前記距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出ステップと、前記距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、まず、撮像装置によって所定の時間間隔で監視範囲が撮像される。ここで、説明の都合上、撮像装置によって撮像される画像データのうち、監視の基準となる画像データを基準画像データと定義するとともに、当該基準画像データよりも後に撮像された画像を現在画像データと定義する。
【００１１】
次に、画像処理装置では、基準画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、基準マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには番号を割当てるのが好ましい。
【００１２】
次に、基準画像データから抽出された各マーカ間の距離（以下、「基準距離」という。）が、基準距離算出部によって算出される。各マーカ間の基準距離は、例えば画像処理装置に接続されたデータ記憶装置に、両端のマーカと対応付けて記憶するのが好ましい。
【００１３】
次に、現在画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、現在マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには、基準画像データから抽出されたマーカの番号に対応する番号を割当てるのが好ましい。
【００１４】
次に、現在画像データから抽出された各マーカ間の距離（以下、「現在距離」という。）が、現在距離算出部によって算出される。各マーカ間の現在距離は、両端のマーカと対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００１５】
次に、距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量が算出される。
【００１６】
そして、距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号が送信される。
すなわち、かかる構成によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変化を察知し、各マーカ間の距離の変化量に応じて所定の信号を出力装置に出力することができる。
【００１７】
ここで、マーカは、対象物の表面の中で他の部分と識別できる部分であればどのようなものでもよく、対象物自体の特徴点でもよいし、対象物の表面に後から取り付けたり、着色したものでもよい。対象物の表面に取り付けるものとしては、例えば対象物と区別しやすい色・形状のもの（ターゲット板等）や、道路標識用の反射シートやプリズムなどの反射板や、特定色の発光体（電球、ＬＥＤ等）等を用いることができる。また、着色する場合には、赤、青、緑など、対象物と区別しやすい色を用いるのが好ましい。
【００１８】
また、撮像装置は、画像を電子データとして取り込むことができるＣＣＤ撮像素子を備えるデジタルカメラなどを用いるのが好ましい。また、撮像範囲を撮像する時間間隔については、現場の状況に合わせて適宜設定するのが好ましい。
【００１９】
また、出力装置は、処理結果を人間に伝達できるものであれば、映像、音声など出力方法を問わない。出力装置としては、例えば、ディスプレイやプリンタ、あるいは警報装置などを用いるのが好ましい。
【００２０】
また、データ記憶装置は、公知の記憶装置を適宜用いることが可能であり、例えばＲＡＭなどのメモリ装置、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、ＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体、ハードディスク装置、などを用いるのが好ましい。
【００２１】
また、基準画像データからマーカを抽出する方法としては、公知の画像処理方法を用いることができる。例えば、特定の色彩、輝度、明度等に基づいて基準画像データをフィルタ処理することにより、マーカを抽出することができる。
【００２２】
また、各マーカ間の距離は、例えば抽出された各マーカの画像の面積重心点（図心）を求め、当該面積重心点の座標に基づいて算出するのが好ましい。なお、各マーカ間の距離は、現実の距離ではなく画像データ上の距離（間隔）を用いることができる。
【００２３】
また、基準画像データから抽出したマーカと、現在画像データから抽出したマーカとを対応させる手法としては、例えば、両者の座標を比較して最も近い座標同士を対応させてもよいし、抽出したマーカの画像の色や形状に基づいて対応させてもよいし、これら複数の手法を組み合わせて対応関係を判断してもよい。
【００２４】
また、出力装置に送信される所定の信号としては、例えば、警報装置に警報を発生させる警報発令信号やディスプレイに表示する処理結果を含んだ信号などが好ましい。また、閾値を段階的に設定して、各段階にあわせて信号を設定してもよい。
【００２５】
また、本発明に係る対象物監視システムの画像処理装置は、前記基準画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を基準線分画像として抽出する基準線分画像抽出部と、前記現在画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を現在線分画像として抽出する現在線分画像抽出部と、前記基準線分画像と前記現在線分画像とを比較して相異点を検出する相異点検出部と、を備えて構成するのがよい。
【００２６】
かかる構成によれば、基準線分画像抽出部によって、基準画像データから、各マーカ間を結ぶ線分上の画像が基準線分画像として抽出される。また、現在線分画像抽出部によって、現在画像データから、各マーカ間を結ぶ線分上の画像が現在線分画像として抽出される。そして、相異点検出部によって、基準線分画像と現在線分画像とが比較され、両者の相異点が検出される。これにより、監視対象物の変化発生箇所を特定することができる。
【００２７】
また、前記画像処理装置は、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、前記各マーカの変位量が閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えて構成するのがよい。
【００２８】
かかる構成によれば、基準画像データから抽出された各マーカの基準座標が基準座標算出部によって算出され、現在画像データから抽出された各マーカの現在座標が現在座標抽出手段によって算出され、基準座標と現在座標との差分から各マーカの変位量が座標変位量算出部によって算出され、当該各マーカの変位量が閾値以上である場合に、座標変位量判定部によって、出力装置に所定の信号が送信される。そのため、例えば、監視対象物全体（あるいは監視範囲全体）が変位したことにより、各マーカ間の距離が変化しなかった場合でも、各マーカの座標の変位に基づいて、監視対象物の変化を検出し、出力装置に信号を送信することができる。
【００２９】
また、各マーカの座標は、例えば抽出された各マーカの画像の面積重心点（図心）を求めることにより算出するのが好ましい。なお、各マーカの座標は、現実の座標ではなく、画像データ上の座標を用いることができる。
【００３０】
また、本発明に係る対象物監視システムは、前記複数のマーカのうちの少なくとも一つを不動点に設置するのが好ましい。
【００３１】
かかる構成によれば、監視対象物と撮像装置とが一緒に移動（変位）した場合でも、複数のマーカのうちの少なくとも一つが不動点に設置されていることから、不動点マーカと他のマーカとの距離の変化、あるいは、不動点の座標の変化に基づいて、監視対象物の変化を検出し、出力装置に信号を送信することができる。
【００３２】
また、本発明に係る対象物監視システムは、異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備え、一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれるように構成するのが好ましい。
【００３３】
かかる構成によれば、異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備えることから、より広い範囲を監視することができる。そのうえ、一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれることから、異なる監視範囲を関連付けながら監視することができる。そのため、監視範囲間の隙間をなくし、監視漏れを防止することができる。また、一方の監視範囲に前記した不動マーカを設けることで、他方の監視範囲のマーカと不動マーカとを関連付けることができる。そのため、他方の監視範囲（監視対象物）と撮像装置が一緒に変位した場合でも、当該変位を検出することができる。
【００３４】
また、本発明にかかる対象物監視プログラムは、監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出手段、前記撮像装置によって撮像された現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出手段、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出手段、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定手段、として機能させることを特徴とする。
【００３５】
かかるプログラムによれば、コンピュータを用いて、対象物監視システムに係る画像処理装置を容易に構成することができる。
【００３６】
また、本発明に係る対象物監視システムは、監視対象物の監視範囲内に設置された少なくとも１つのマーカと、前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、前記画像処理装置は、前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る対象物監視方法は、前記した対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を前記基準座標算出部によって算出する基準座標算出ステップと、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を前記現在座標算出部によって算出する現在座標算出ステップと、前記座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出ステップと、前記座標変位量判定部によって、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００３８】
かかる構成によれば、まず、撮像装置によって所定の時間間隔で監視範囲が撮像される。
【００３９】
次に、画像処理装置では、基準画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、基準マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには番号を割当てるのが好ましい。
【００４０】
次に、基準画像データから抽出された各マーカの基準座標が基準座標算出部によって算出される。各マーカの基準座標は、各マーカに対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００４１】
次に、現在画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、現在マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには、基準画像データから抽出されたマーカの番号に対応する番号を割当てるのが好ましい。
【００４２】
次に、現在画像データから抽出された各マーカの現在座標が現在座標算出部によって算出される。各マーカの現在座標は、各マーカに対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００４３】
次に、座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量が算出される。
【００４４】
そして、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、座標変位量判定部によって、前記出力装置に所定の信号が送信される。
すなわち、かかる構成によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物に設置したマーカの変位を察知し、各マーカの座標の変位量に応じて所定の信号を出力装置に出力することができる。なお、各マーカの変位量のうち、幾つのマーカが閾値を超えた場合に信号を送信するかは、現場の状況に応じて適宜設定すればよく、一つでもよいし、複数でもよい。
【００４５】
なお、本発明にかかる対象物監視プログラムは、監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出手段、前記撮像装置によって撮像された前記監視範囲の現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出手段、前記各マーカ間の基準座標と現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出手段、前記各マーカの変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定手段、として機能させることを特徴とする。
【００４６】
かかるプログラムによれば、コンピュータを用いて、対象物監視システムに係る画像処理装置を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変動を容易に監視することが可能な対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムを提供することができる。そのため、レーザ測定器を用いる必要がなく、監視作業の自動化が容易になり、コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４９】
［第１実施形態］
（対象物監視システム１の構成）
図１は、第１実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した斜視図である。図２は、第１実施形態に係る対象物監視システムの主要な構成を示したブロック図である。
第１実施形態に係る対象物監視システム１は、監視対象物であるトンネルＴの切羽Ｋを撮像し、その画像に基づいて切羽Ｋの変動を検出して警報などを発するシステムである。
第１実施形態に係る対象物監視システム１は、図１に示すように、トンネルＴの切羽Ｋに設置された複数のマーカ２と、このマーカ２を含む撮像範囲Ａを撮像する撮像装置３と、この撮像装置３で撮像された画像を処理する画像処理装置４と、画像処理装置４での処理結果を出力する出力装置５と、画像処理装置４に接続され、画像や処理結果などを記憶するデータ記憶装置６と、画像処理装置４に命令などを入力するための入力装置７と、から構成されている。
【００５０】
（マーカ２）
マーカ２は、切羽Ｋの表面に設けられた監視の基準となるマークである。本実施形態では、切羽Ｋの地山の色と区別可能な色彩の塗料（例えば緑色の塗料）を切羽Ｋに塗布することにより設けられている。
なお、マーカ２は、このような塗料に限られるものではなく、例えば、ターゲット板や反射板、ＬＥＤランプなどを地山に設置してもよい。
【００５１】
マーカ２は、図１に示すように、撮像装置３の撮像範囲Ａ内に複数設置する。これにより、マーカ２同士の間の距離が計測可能となる。マーカ２の設置間隔は、切羽Ｋの状態に合わせて適宜調節する。例えば、切羽Ｋの地山に断層やクラックのような変位し易い箇所があれば、その付近にマーカ２を多く配置してもよい。
【００５２】
（撮像装置３）
撮像装置３は、切羽Ｋの画像を撮像する装置であり、例えばデジタルカメラなどで構成されている。撮像装置３は、所定の時間間隔で切羽Ｋを撮像できるように構成されている。具体的には、タイマー機能を備えて構成するか、画像処理装置４からの命令によって所定のタイミングで撮像するように構成するのが好ましい。これにより、撮像装置３は、監視の基準となる基準画像と、監視の対象となる現在画像を撮像することができる。
撮像装置３は画像処理装置４に接続されており、撮像された画像は、基準画像データまたは現在画像データとして画像処理装置４に送信される。
【００５３】
（画像処理装置４）
画像処理装置４は、撮像装置３によって撮像された画像を処理して切羽Ｋの変化を検出する装置であり、例えば所定のプログラムを備えるコンピュータによって構成されている。
画像処理装置４は、図２に示すように、基準画像データからマーカ２を抽出する基準マーカ抽出部４０１と、抽出したマーカ２の基準座標を算出する基準座標算出部４０２と、算出された基準座標に基づいて各マーカ２間の基準距離を算出する基準距離算出部４０３と、現在画像データからマーカ２を抽出する現在マーカ抽出部４０４と、抽出されたマーカ２の現在座標を算出する現在座標算出部４０５と、現在座標に基づいて各マーカ２間の現在距離を算出する現在距離算出部４０６と、基準距離と現在距離とに基づいて距離変化量を算出する距離変化量算出部４０７と、マーカ２間の距離の変化量に基づいて監視対象物の変化を判定する距離変化量判定部４０８と、基準画像データから各マーカ２間の基準線分画像を抽出する基準線分画像抽出部４０９と、現在画像データから各マーカ２間の現在線分画像を抽出する現在線分画像抽出部４１０と、基準線分画像と現在線分画像の相異点を検出する相異点検出部４１１と、から構成されている。
画像処理手段の各機能ブロックの機能については、後に説明する対象物監視方法のフローの中で詳細に説明する。
【００５４】
画像処理装置４は、図１に示すように、データ記憶装置６に接続されており、撮像装置３で撮像された基準画像データおよび現在画像データや、画像処理装置４で処理した処理画像および処理データをデータ記憶装置６に保存可能になっている。
【００５５】
（出力装置５）
出力装置５は、画像処理装置４の処理結果に応じて、例えば警報や画像を出力する装置であり、本実施形態では、図２に示すように、ディスプレイ５０１と警報装置５０２とから構成されている。
【００５６】
（データ記憶装置６）
データ記憶装置６は、撮像装置３で撮像された画像や、画像処理装置４で処理された画像およびデータを記憶する装置であり、例えばＲＡＭなどのメモリ装置やハードディスク装置などから構成されている。
データ記憶装置６は、図２に示すように、画像に関するデータを記憶する画像記憶部６０１と、各マーカの座標に関するデータを記憶する座標記憶部６０２と、各マーカ間の距離に関するデータを記憶する距離記憶部６０３とを備えている。各記憶部については後に詳しく説明する。
【００５７】
（入力装置７）
入力装置７は、画像処理装置４に所定の命令を入力する装置であり、例えばキーボードやマウスなどから構成されている。対象物監視システム１の操作者は、ディスプレイ５０１に表示される画面の指示にしたがって、当該入力装置７から画像処理装置４に命令を入力することができる。
【００５８】
（対象物監視システム１を利用した対象物監視方法）
つづいて、対象物監視システム１を利用した対象物監視方法について説明する。
図３は、第１実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。図４は、基準画像データの処理の流れを模式的に示した図である。図５は、データ記憶部の内容を模式的に示した図であり、（ａ）は座標記憶部、（ｂ）は距離記憶部を示す。図６は、現在画像データの処理の流れを模式的に示した図である。図７は、線分画像の抽出および相異点の検出について説明するための図である。
以下、図１〜７を適宜参照して詳細に説明する。
【００５９】
（事前準備）
事前準備として、図１に示すように、トンネルＴの切羽Ｋに複数のマーカ２を設置するとともに、撮像範囲Ａ内にマーカ２がすべて入るように撮像装置３を設置する。そして、所定の時間間隔で撮像範囲Ａを撮像するように設定する。本実施形態では５分間隔とする。
【００６０】
（基準画像撮像ステップＳ１）
対象物監視システム１が実行されると、はじめに、撮像装置３によって撮像範囲Ａが撮像され、基準画像データＧ１（図４（ａ）参照）が生成される。基準画像データＧ１には、図４（ａ）に示すように、切羽Ｋとマーカ２とが撮像されている。
撮像された基準画像データＧ１は、画像処理装置４の基準マーカ抽出部４０１に送信されるとともに、データ記憶装置６の画像記憶部６０１に記憶される。
【００６１】
（基準マーカ抽出ステップＳ２）
基準画像データＧ１が基準マーカ抽出部４０１に送信されると、基準マーカ抽出部４０１は、基準画像データＧ１を例えばフィルタリング処理して、基準画像データＧ１の中からマーカ２を抽出する。
【００６２】
具体的には、例えば、マーカ２が切羽Ｋに塗布された塗料（例えば緑色）である場合には、入力装置７を介して画像処理装置４にマーカ２の色彩に関する情報を入力しておく。そして、基準マーカ抽出部４０１は、かかる色彩に関する情報に基づいて基準画像データＧ１から緑色の色彩を有する画素のみを抽出し、基準マーカ抽出画像データＧ２（図４（ｂ）参照）を生成する。すなわち、基準マーカ抽出画像データＧ２は、各マーカ２とそれ以外の部分に２値化されたデータとなる。また、基準マーカ抽出部４０１によって、抽出された画素の集団、すなわちマーカ２の画像毎に番号ｎ（Ｎｏ．１〜６）が割当てられる（図４（ｃ）参照）。なお、本実施形態では、Ｘ座標の小さいものから順に番号ｎを割当てることとし、Ｘ座標が同じ場合にはＹ座標の小さいものを優先するようにした。
【００６３】
（基準座標算出ステップＳ３）
基準マーカ抽出画像データＧ２が生成されると、基準座標算出部４０２は、当該基準マーカ抽出画像データＧ２に基づいて、各マーカ２の基準座標を算出する。
【００６４】
具体的には、基準座標算出部４０２は、基準マーカ抽出画像データＧ２の各マーカ２の画像について、図４（ｄ）に示すように、画像の左下隅を座標（０，０）として面積重心点（図心）を算出する。各マーカ２の面積重心点（Ｘn，Ｙn）は、下記の計算式によって計算される。
Ｘn＝ＳYn／Ａn
Ｙn＝ＳXn／Ａn
ここで、Ｘnはｎ番目のマーカ２の面積重心点のＸ座標、Ｙnはｎ番目のマーカ２の面積重心点のＹ座標、Ａnはｎ番目のマーカ２の面積、ＳYnはｎ番目のマーカ２のＹ軸に関する断面１次モーメント、ＳXnはｎ番目のマーカ２のＸ軸に関する断面１次モーメント、である。
算出された各マーカ２の基準座標は、図５（ａ）に示すように、各マーカ２の番号ｎ及び撮像時間と関連付けられて座標記憶部６０２の基準座標記憶テーブルＴ1に記憶される。
【００６５】
なお、本実施形態においては、撮像されたマーカ２の面積重心点（図心）を求めてマーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）としたが、これに限られるものではなく、他の方法によってマーカ２の座標を定めてもよい。
他の方法の詳細については後に詳しく説明する。
【００６６】
（基準距離算出ステップＳ４）
基準距離算出部４０３は、算出された基準座標に基づいて、各マーカ２同士の間の距離を算出する。このとき、基準距離算出部４０３は、図４（ｅ）に示すように、各マーカ２同士を結ぶ線分Ａ〜Ｉを定義し、かかる線分Ａ〜Ｉを距離記憶部６０３の線分記憶テーブルＴ4に記憶する（図５（ｂ）参照）。なお、本実施形態においては、線分同士が交差しないように線分を定義することで線分の数を削減し、計算の効率を向上させている。
【００６７】
そして、基準距離算出部４０３は、線分の両端のマーカ２の基準座標に基づいて、当該線分Ａ〜Ｉの長さ、すなわち両端のマーカ２間の基準距離を算出する。
具体的には、各線分の長さＬA〜Iは、下式によって計算される。
ＬA＝〔（Ｘ2−Ｘ1）2＋（Ｙ2−Ｙ1）2〕0.5
ＬB＝〔（Ｘ3−Ｘ1）2＋（Ｙ3−Ｙ1）2〕0.5
・・・
ＬI＝〔（Ｘ6−Ｘ5）2＋（Ｙ6−Ｙ5）2〕0.5
計算された基準距離は、各線分Ａ〜Ｉに関連付けられて、図５（ｂ）に示すように、距離記憶部６０３の基準距離記憶テーブルＴ5に記憶される。
【００６８】
（基準線分画像抽出ステップＳ５）
基準線分画像抽出部４０９は、基準画像データＧ１の中から、基準距離算出ステップＳ４で定義した線分Ａ〜Ｉと重なる部分の画像を、基準線分画像データとして抽出する。具体的には、図７（ａ）に示すように、各線分Ａ〜Ｉに沿って、所定の幅の範囲にある画素のデータを抽出する。
抽出したデータは、各線分Ａ〜Ｉと関連付けて、基準線分画像として画像記憶部６０１に記憶される。
【００６９】
（現在画像撮像ステップＳ６）
そして、基準画像の撮像から所定時間（本実施形態では５分）が経過すると、撮像装置３によって撮像範囲Ａ（図１参照）が撮像され、現在画像データＧ３（図６（ａ）参照）が生成される。現在画像データＧ３には、図４（ｂ）に示すように、切羽Ｋと、マーカ２と、が撮像されている。なお、切羽ＫにクラックＣが生じた場合には、クラックＣも撮像されることとなる。
撮像された現在画像データＧ３は、画像処理装置４の現在マーカ抽出部４０４に送信されるとともに、データ記憶装置６の画像記憶部６０１に記憶される。
【００７０】
（現在マーカ抽出ステップＳ７）
現在画像データＧ３が現在マーカ抽出部４０４に送信されると、現在マーカ抽出部４０４は、現在画像データＧ３を例えばフィルタリング処理してマーカ２の画像を抽出し、現在マーカ抽出画像データＧ４（図６（ｂ）参照）を生成する。なお、マーカ２の具体的な抽出方法は、基準マーカ抽出ステップＳ２の説明と重複するため省略する。
【００７１】
ここで、現在マーカ抽出部４０４は、図６（ｃ）に示すように、現在画像データＧ３から抽出された各マーカ２の画像に対して、基準マーカ抽出ステップＳ２で割当てた番号ｎに対応した番号ｎを割当てる。具体的には、想定される各マーカ２の変位量（管理基準値など）よりも各マーカ同士の間隔を十分大きくしておけば、基準マーカ抽出部４０１と同じ基準で番号ｎを割当てることにより、各マーカ２に対して、基準マーカ抽出ステップＳ２で割当てた番号ｎに対応した番号ｎを割当てることができる。
【００７２】
（現在座標算出ステップＳ８）
現在マーカ抽出画像データＧ４が生成されると、現在座標算出部４０５は、当該現在マーカ抽出画像データＧ４に基づいて、各マーカ２の現在座標を算出する。具体的には、基準座標算出ステップＳ３と同様にして、現在マーカ抽出画像データＧ４内の各マーカ２の面積重心点の座標（Ｘn’，Ｙn’）、（Ｘn”，Ｙn”）、…を算出する。算出した座標は、図５（ａ）に示すように、各マーカ２の番号および撮像時間と関連付けられて、座標記憶部６０２の現在座標記憶テーブルＴ2に現在座標として記憶される。
なお、本実施形態では、現在座標記憶テーブルＴ2は、複数の現在座標を順次記憶可能に構成されているが、これに限られるものではなく、現在画像データＧ３が撮像されて現在座標が算出されるごとに、上書き更新するようにしてもよい。
【００７３】
（現在距離算出ステップＳ９）
現在距離算出部４０６は、現在座標に基づいて、各マーカ２間の現在距離、すなわち各線分Ａ〜Ｉの長さＬA〜I’、ＬA〜I”を算出する。算出された現在距離は、図５（ｂ）に示すように、距離記憶部６０３の現在距離記憶テーブルＴ6に記憶される。
【００７４】
（現在線分画像抽出ステップＳ１０）
現在線分画像抽出部４１０は、現在画像データＧ３の中から、線分Ａ〜Ｉと重なる部分の画像を、現在線分画像データとして抽出する。具体的には、図７（ａ）に示すように、各線分Ａ〜Ｉに沿って、所定の幅の範囲にある画素のデータを抽出する。
抽出したデータは、各線分Ａ〜Ｉと関連付けて、現在線分画像として画像記憶部６０１に記憶される。
【００７５】
（距離変化量算出ステップＳ１１）
距離変化量算出部４０７は、距離記憶部６０３に記憶された基準距離と現在距離とに基づいて、各マーカ２間の距離の変化量（以下、「距離変化量」という。）を算出する。算出された距離変化量は、距離記憶部６０３の距離変化量記憶テーブルＴ7に記憶される。
【００７６】
（距離変化量判定ステップＳ１２）
距離変化量判定部４０８は、距離変化量算出ステップＳ１１で算出された各マーカ２間の距離の変化量に基づいて、対象物が変化したか否かを判定する。具体的には、距離変化量判定部４０８は、各マーカ２間の距離の変化量のうち少なくとも一つが、予め設定された閾値以上であるか否かを、以下の判定式により判定する。
距離変化量＝｜現在距離−基準距離｜≧閾値
ここで、閾値は、各種工事の安全基準、地山（対象物）の状態、工事の重要度、過去の工事の経験などを踏まえて適宜設定するのがよい。
【００７７】
そして、距離変化量が閾値未満である場合は、ステップＳ６にもどって監視作業（Ｓ６〜Ｓ１２）を繰り返す。
【００７８】
（線分画像相異点検出ステップＳ１３）
一方、距離変化量が閾値以上である場合は、相異点検出部４１１は、基準線分画像と現在線分画像とを比較して相異点を検出する。
例えば、図７（ｃ）に示すように、距離変化量が閾値以上となった現在線分画像ＰE”と、これに対応する基準線分画像ＰEとを読み出し、一方の端部から順に両者の画像（画素値）を比較していく。一般に、クラックＣが発生した部分は、暗い線状の画像となるから、基準線分画像と現在線分画像の画素値が異なることとなり、相異点Ｑが検出されることとなる。そして、このような比較を、距離変化量が閾値以上となったすべての現在線分画像に対して行っていく。
【００７９】
（相異点表示ステップＳ１４）
相異点検出部４１１は、検出した相異点Ｑの画像および端部からの距離ｄに関する情報を含む信号をディスプレイ５０１に送信する。ディスプレイ５０１には、検出した相異点Ｑの画像および端部からの距離ｄが表示される。これにより、操作者は相異点Ｑの状態および位置を把握することができる。このとき、各線分画像から検出された相異点Ｑをつなぐことにより、どのような方向にクラックＣが発生したかを把握することができる。
【００８０】
（警報装置作動ステップＳ１５）
また、距離変化量判定部４０８は、距離変化量が所定の閾値以上であると判断した場合に、警報装置５０２に対して警報発令信号を送信する。これにより、警報装置５０２から警報が発せられ、作業員の退避など、所定の対策がなされることとなる。
【００８１】
このように、第１実施形態に係る対象物監視システム１によれば、対象物を撮像した画像を用いて対象物の変化を検出することができる。
また、第１実施形態に係る対象物監視システム１によれば、線分画像を用いて、対象物の変化点を特定することができる。すなわち、第１実施形態に係る対象物監視システムによれば、基準画像の一部と現在画像の一部を比較するだけで、画像全体を比較することなく、対象物の変化点を特定できる。
【００８２】
なお、第１実施形態においては、画像処理装置４に、基準線分画像抽出部４０９と、現在線分画像抽出部４１０と、相異点検出部４１１と、を備えるように構成したが、これらを省略してもよい。かかる構成でも、各マーカ２間の距離の変化量に基づいて、対象物の変化を検出することができる。
【００８３】
［第２実施形態］
（対象物監視システム１０の構成）
図８は、第２実施形態に係る対象物監視システムの主な構成を示したブロック図である。
第２実施形態に係る対象物監視システム１０は、基準線分画像抽出部４０９、現在線分画像抽出部４１０、相異点検出部４１１（図２参照）、に替えて、座標変位量算出部４１２と座標変位量判定部４１３とを備えている点が、第１実施形態に係る対象物監視システム１と異なっている。
【００８４】
座標変位量算出部４１２は、基準座標算出部４０２で算出された各マーカ２の基準座標（Ｘn，Ｙn）と、現在座標算出部４０５で算出された各マーカ２の現在座標（Ｘn’，Ｙn’）と、に基づいて、各マーカ２の座標変位量を算出するものである。
各マーカ２の座標変位量Ｈnは、下式によって算出される。
Ｈn＝〔（Ｘn−Ｘn’）2＋（Ｙn−Ｙn’）2〕0.5
【００８５】
算出された各マーカ２の座標変位量は、各マーカ２と関連付けられて、座標記憶部６０２の座標変位量記憶テーブルＴ3（図５（ａ）参照）に記憶される。
【００８６】
座標変位量判定部４１３は、座標変位量算出部４１２で算出された座標変位量Ｈnのうち少なくとも一つが、予め設定された閾値（座標の変位量の閾値）以上であるか否かを判定するものである。
【００８７】
座標変位量判定部４１３は、座標変位量Ｈnが閾値以上である場合に、例えば座標変位量Ｈnが閾値以上となったマーカ２の番号をディスプレイ５０１に表示したり、警報発令信号を警報装置５０２に送信したりするように構成されている。
【００８８】
すなわち、例えば、撮像範囲Ａ全体が変位した場合には、各マーカ２間の距離は変化しないため、距離変化量判定部４０８では、対象物である切羽Ｋの変化を検出することができないが、座標変位量算出部４１２と座標変位量判定部４１３とを組み合わせることにより、仮に撮像範囲Ａ全体が変位した場合であっても、各マーカ２の座標の変位量に基づいて、切羽Ｋの変化を検出して、警報などを発することができる。
【００８９】
（対象物監視システム１０を利用した対象物監視方法）
次に、対象物監視システム１０を利用した対象物監視方法について説明する。
図９は、第２実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
ここで、図９に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図３に示した対象物管理方法のステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ６〜Ｓ９およびステップＳ１１、ステップＳ１２と同一であるため、詳細な説明は省略する。
以下、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４について説明する。
【００９０】
（座標変位量算出ステップＳ１１１）
距離変化量判定ステップＳ１１０において各マーカ２間の距離の変化量が閾値未満である場合（ステップＳ１１０、ＮＯ）には、座標変位量算出部４１２は、各マーカ２の基準座標と現在座標に基づいて、各マーカ２の座標の変位量を算出する。
【００９１】
（座標変位量判定ステップＳ１１２）
つぎに、座標変位量判定部４１３は、座標変位量算出部４１２で算出された各マーカ２の座標の変位量が、予め設定された閾値（座標の変位量の閾値）以上であるか否かを判定する。
【００９２】
そして、各マーカ２の座標の変位量が予め設定された閾値未満である場合（ステップＳ１１２、ＮＯ）には、ステップＳ１０５に戻って監視作業を繰り返す。
【００９３】
（変位点表示ステップＳ１１３）
一方、各マーカ２の座標の変位量が予め設定された閾値以上である場合（ステップＳ１１２、ＹＥＳ）には、座標変位量判定部４１３は、座標の変位量が閾値以上となったマーカ２の座標（あるいは画像）をディスプレイ５０１に表示する。
すなわち、座標変位量判定部４１３によって切羽Ｋの変位が検出される。
【００９４】
（警報装置作動ステップＳ１４）
そして、座標変位量判定部４１３は、警報装置５０２に対して警報発令信号を送信する。これにより、警報装置５０２から警報が発せられ、作業員の退避など、所定の対策がなされることとなる。
なお、各マーカ２間の距離の変化量が閾値（距離の変化量の閾値）以上である場合（ステップＳ１１０、ＹＥＳ）、にも、距離変化量判定部４０８によって、警報装置５０２に対して警報発令信号が送信され、警報が発せられることとなる。
【００９５】
このように、第２実施形態に係る対象物監視システム１０および対象物監視方法によれば、切羽Ｋなどの対象物が全体的に変動（変位）した場合でも、その変動を検出することができる。
【００９６】
［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した図である。
第３実施形態に係る対象物監視システム２０は、図１０に示すように、第２実施形態に係る対象物監視システム１０の構成に、不動マーカＦＭを付加したものである。
第２実施形態に係る対象物監視システムでは、仮に、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所が一緒に変動してしまうと、切羽Ｋと撮像装置３の相対変化量が０となるため、切羽Ｋの変動を検出することができない。第３実施形態は、このような場合に備えて、不動点にマーカ２を設置し、撮像範囲Ａ内に不動マーカＦＭを設けることにより、上記のような場合でも切羽Ｋの変動を検出可能にするものである。
【００９７】
不動マーカＦＭは、他のマーカ２と同じ特徴（例えば色彩など）を備えるマーカであり、トンネルＴ内の不動点に設置されている。そのため、不動マーカＦＭは変移しない。
ここで、不動点は、監視対象物（本実施形態では切羽Ｋ）の変動と無関係な部分に設置するのが好ましい。
【００９８】
図１１は、第３実施形態に係る対象物監視システムによって撮像・抽出されたマーカ２の画像であり、（ａ）は基準時、（ｂ）は監視時の画像である。
はじめに、撮像装置３によって撮像範囲Ａを撮像すると、図１１（ａ）に示すような位置関係で７つのマーカ２が撮像される。かかる画像は、画像処理装置４によって解析されて、各マーカ２の座標やマーカ２同士の距離などが算出される。なお、マーカ２の抽出、座標および距離の算出方法は第２実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００９９】
つぎに、所定時間が経過するまでの間に、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所とが一緒に変動すると、図１１（ｂ）に示すように、不動マーカＦＭ以外のマーカ２と撮像範囲Ａとの相対的な位置関係は変化しない。しかし、不動マーカＦＭは不動点に設置されているため、現在画像データにおいては、当該不動マーカＦＭだけが撮像範囲Ａの中で変移して撮像されることとなる。
【０１００】
かかる不動マーカＦＭと他のマーカ２との距離の変化および不動マーカＦＭの座標の変位は、距離変化量算出部４０７および距離変化量判定部４０８、並びに、座標変位量算出部４１２および座標変位量判定部４１３（図８参照）によって検出することができる。そのため、かかる対象物監視システム２０によれば、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所とが一緒に変動した場合でも、切羽Ｋの変動を検出することができる。
【０１０１】
［第４実施形態］
図１２は、第４実施形態に係る対象物監視システムの概略構成を示した図面である。
第４実施形態に係る対象物監視システム３０は、２台の撮像装置３Ａ，３Ｂを用いて２つの撮像範囲Ａ1，Ａ2を監視するように構成されている点が、前記した第３実施形態と異なっている。
【０１０２】
対象物監視システム３０は、２台の撮像装置３Ａ，３Ｂを備えており、撮像装置３Ａによって撮像範囲Ａ1が撮像され、撮像装置３Ｂによって撮像範囲Ａ2が撮像されるようになっている。
なお、画像処理装置４、出力装置５、データ記憶装置６、入力装置７については、前記した第３実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
撮像範囲Ａ1，Ａ2には、図１２に示すように、１１個のマーカ２が設置されており、そのうちの一つ（Ｎｏ．１１）は不動点に設置された不動マーカＦＭとなっている。また、撮像範囲Ａ1と撮像範囲Ａ2とは、一部が重複しており、その重複部分には、Ｎｏ．５とＮｏ．６のマーカ２が設置されている。
【０１０４】
かかる構成によれば、不動マーカＦＭは撮像範囲Ａ1内に設置されているため、撮像装置３Ｂで撮像した画像には写らないが、Ｎｏ．５とＮｏ．６のマーカ２を介して、不動マーカＦＭと撮像範囲Ａ2内のマーカ２との関係を検知することができる。そのため、撮像範囲毎に不動マーカＦＭを設置しなくても、撮像装置３と撮像範囲Ａとが一緒に変動したことを検出することができる。
【０１０５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【０１０６】
前記各実施形態においては、対象物監視システムをトンネルＴの切羽Ｋの監視に適用したが、これに限られるものではなく、例えば、崩落の危険がある法面の監視や、取り壊し作業中の建物の監視などに適用することもできるのはいうまでもない。
【０１０７】
また、前記各実施形態においては、マーカ２として緑色の塗料を対象物に塗布することとしたが、これに限られるものではなく、例えばターゲット板や反射板、さらには電球などの発光体を設置してもよい。かかる場合には、色彩に基づいてマーカ２を抽出するのではなく、例えば画素値の輝度に基づいてマーカ２を抽出するのが好ましい。
【０１０８】
また、監視対象物をはっきりと撮像するために、対象物監視システムに照明装置を設けるように構成してもよい。
【０１０９】
また、第２実施形態に係る対象物監視システム１０においては、抽出した各マーカ２の間の距離の変化量に基づいて、対象物の変動を検出するとともに、補助的に、各マーカ２の座標の変位に基づいて対象物の変動を検出するように構成したが、これに限られるものではなく、はじめから、各マーカ２の座標の変位に基づいて対象物の変動を検出するように構成してもよい。
すなわち、図８に示す対象物監視システム１０の構成において、基準距離算出部４０３、現在距離算出部４０６、距離変化量算出部４０７、距離変化量判定部４０８を省略してもよい。
【０１１０】
かかる構成によれば、基準座標算出部４０２で算出した各マーカ２の基準座標と、現在座標算出部４０５で算出した各マーカ２の現在座標と、に基づいて、座標変位量算出部４１２が各マーカ２の座標の変位量を算出し、座標変位量判定部４１３によって対象物の変動が判定（検出）されることとなる。さらには、かかる構成と不動マーカＦＭ（図１０参照）とを組み合わせてもよい。
【０１１１】
また、第１実施形態においては、マーカ２の座標を面積重心点としたが、これに限られるものではなく、次のような方法により求めた点をマーカ２の座標としてもよい。
例えば、図１３（ａ）に示すように、基準マーカ抽出画像データＧ２あるいは現在マーカ抽出画像データＧ４（図４、図６参照）に撮像された各マーカ２の画像について、Ｘ座標の最大値Ｘmaxと最小値Ｘmin、および、Ｙ座標の最大値Ｙmaxと最小値Ｙminを抽出し、その中間点をマーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）としてもよい。
この場合の計算式は下式のようになる。
Ｘｎ＝（Ｘmin＋Ｘmax）／２
Ｙｎ＝（Ｙmin＋Ｙmax）／２
【０１１２】
また、その他の方法としては、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、基準マーカ抽出画像データＧ２あるいは現在マーカ抽出画像データＧ４（図４、図６参照）に撮像されたマーカ２を構成するドット数Ｄnをカウントし、当該ドット数Ｄnを水平方向および垂直方向にそれぞれ１／２に分割する水平ラインＬHおよび垂直ラインＬVを求め、そのラインのＸ座標およびＹ座標を当該マーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）とする方法が考えられる。
なお、これらの方法は一例であり、マーカ２の座標を求める方法はこれらに限られるものではないことはいうまでもない。
【０１１３】
なお、上述した画像処理装置における一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータ、などによって実現することができる。当該プログラムは、ネットワークや記録媒体を介してインストールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】第１実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る対象物監視システムの主要な構成を示したブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
【図４】基準画像データの処理の流れを模式的に示した図である。
【図５】データ記憶部の内容を模式的に示した図であり、（ａ）は座標記憶部、（ｂ）は距離記憶部を示す。
【図６】現在画像データの処理の流れを模式的に示した図である。
【図７】線分画像の抽出および相異点の検出について説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係る対象物監視システムの主な構成を示したブロック図である。
【図９】第２実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
【図１０】第３実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した図である。
【図１１】第３実施形態に係る対象物監視システムによって撮像・抽出されたマーカ２の画像であり、（ａ）は基準時、（ｂ）は監視時の画像である。
【図１２】第４実施形態に係る対象物監視システムの概略構成を示した図面である。
【図１３】マーカの座標の算出方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 対象物監視システム
２ マーカ
３ 撮像装置（撮像手段）
４ 画像処理装置（画像処理手段）
４０１ 基準マーカ抽出部（基準マーカ抽出手段）
４０２ 基準座標算出部（基準座標算出手段）
４０３ 基準距離算出部（基準距離算出手段）
４０４ 現在マーカ抽出部（現在マーカ抽出手段）
４０５ 現在座標算出部（現在座標算出手段）
４０６ 現在距離算出部（現在距離算出手段）
４０７ 距離変化量算出部（距離変化量算出手段）
４０８ 距離変化量判定部（距離変化量判定手段）
４０９ 基準線分画像抽出部（基準線分画像抽出手段）
４１０ 現在線分画像抽出部（現在線分画像抽出手段）
４１１ 相異点検出部（相異点検出手段）
５ 出力装置（出力手段）
６ データ記憶装置（データ記憶手段）
７ 入力装置
Ａ 撮像範囲
Ｋ 切羽
Ｔ トンネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムに関し、さらに詳しくは、切羽や法面などの工事対象物を撮像した画像を用いて対象物の変動を監視する対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル切羽や法面、あるいは取り壊し中の建物などの工事対象物は、万一崩壊した場合に甚大な被害が発生するおそれがあるため、対象物の状態を常に監視して、崩壊のおそれがある場合には、対策工を施したり人員を退避させたりなど、適切な処置をとらなければならない。
【０００３】
従来、トンネル切羽の監視方法（トンネル崩壊予知方法）としては、例えば特許文献１が開示されている。かかるトンネル切羽の監視方法によれば、切羽の地盤内に鋼棒の先端を固定し、その鋼棒の露出端に地中変位ターゲットを取り付け、また、切羽の表面に表面変位ターゲットを取り付け、レーザ変位測定器によって地中変位ターゲットと表面変位ターゲットの移動量の差を測定することにより、切羽地盤の変位速度が測定される。
【０００４】
また、他のトンネル切羽の監視方法（トンネル切羽変位警報方法）としては、例えば特許文献２が開示されている。かかる方法によれば、トンネル切羽に設定された複数の観測点における各変位量をレーザ測距により測定し、該変位量に基づいて地山崩落などの危険発生を示す兆候が現れたか否かを判定することにより、当該判定結果に応答して作業者に警報が発せられる。
【特許文献１】特開平９−２８７９４８号公報（段落０００７〜００１４、図１）
【特許文献２】特開２００１−１９４１１２号公報（段落００２３〜００２７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のトンネル切羽の監視方法は、監視対象物である切羽（地山）を削孔して鋼棒を設置するため、手間と費用がかかるという問題があった。
【０００６】
また、従来のトンネル切羽の監視方法は、レーザ測定器を用いることから、レーザ測定器を観測点にいちいち向け直さなければならず、手間がかかる。そのため、監視範囲が大きくなると、計測作業に時間がかかり、作業時間の増大、判断の遅延を招くこととなる。また、監視作業を自動化するには大掛かりなレーザ測定器の自動制御装置が必要となり、コストの増大を招くこととなる。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変動を容易に監視することが可能な対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る対象物監視システムは、監視対象物の監視範囲内に設置された複数のマーカと、前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、前記画像処理装置は、前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出部と、前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出部と、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出部と、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る対象物監視方法は、前記した対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、前記基準距離算出部によって、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出ステップと、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、前記現在距離算出部によって、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出ステップと、前記距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出ステップと、前記距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、まず、撮像装置によって所定の時間間隔で監視範囲が撮像される。ここで、説明の都合上、撮像装置によって撮像される画像データのうち、監視の基準となる画像データを基準画像データと定義するとともに、当該基準画像データよりも後に撮像された画像を現在画像データと定義する。
【００１１】
次に、画像処理装置では、基準画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、基準マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには番号を割当てるのが好ましい。
【００１２】
次に、基準画像データから抽出された各マーカ間の距離（以下、「基準距離」という。）が、基準距離算出部によって算出される。各マーカ間の基準距離は、例えば画像処理装置に接続されたデータ記憶装置に、両端のマーカと対応付けて記憶するのが好ましい。
【００１３】
次に、現在画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、現在マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには、基準画像データから抽出されたマーカの番号に対応する番号を割当てるのが好ましい。
【００１４】
次に、現在画像データから抽出された各マーカ間の距離（以下、「現在距離」という。）が、現在距離算出部によって算出される。各マーカ間の現在距離は、両端のマーカと対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００１５】
次に、距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量が算出される。
【００１６】
そして、距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号が送信される。
すなわち、かかる構成によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変化を察知し、各マーカ間の距離の変化量に応じて所定の信号を出力装置に出力することができる。
【００１７】
ここで、マーカは、対象物の表面の中で他の部分と識別できる部分であればどのようなものでもよく、対象物自体の特徴点でもよいし、対象物の表面に後から取り付けたり、着色したものでもよい。対象物の表面に取り付けるものとしては、例えば対象物と区別しやすい色・形状のもの（ターゲット板等）や、道路標識用の反射シートやプリズムなどの反射板や、特定色の発光体（電球、ＬＥＤ等）等を用いることができる。また、着色する場合には、赤、青、緑など、対象物と区別しやすい色を用いるのが好ましい。
【００１８】
また、撮像装置は、画像を電子データとして取り込むことができるＣＣＤ撮像素子を備えるデジタルカメラなどを用いるのが好ましい。また、撮像範囲を撮像する時間間隔については、現場の状況に合わせて適宜設定するのが好ましい。
【００１９】
また、出力装置は、処理結果を人間に伝達できるものであれば、映像、音声など出力方法を問わない。出力装置としては、例えば、ディスプレイやプリンタ、あるいは警報装置などを用いるのが好ましい。
【００２０】
また、データ記憶装置は、公知の記憶装置を適宜用いることが可能であり、例えばＲＡＭなどのメモリ装置、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、ＣＤやＤＶＤなどの光記録媒体、ハードディスク装置、などを用いるのが好ましい。
【００２１】
また、基準画像データからマーカを抽出する方法としては、公知の画像処理方法を用いることができる。例えば、特定の色彩、輝度、明度等に基づいて基準画像データをフィルタ処理することにより、マーカを抽出することができる。
【００２２】
また、各マーカ間の距離は、例えば抽出された各マーカの画像の面積重心点（図心）を求め、当該面積重心点の座標に基づいて算出するのが好ましい。なお、各マーカ間の距離は、現実の距離ではなく画像データ上の距離（間隔）を用いることができる。
【００２３】
また、基準画像データから抽出したマーカと、現在画像データから抽出したマーカとを対応させる手法としては、例えば、両者の座標を比較して最も近い座標同士を対応させてもよいし、抽出したマーカの画像の色や形状に基づいて対応させてもよいし、これら複数の手法を組み合わせて対応関係を判断してもよい。
【００２４】
また、出力装置に送信される所定の信号としては、例えば、警報装置に警報を発生させる警報発令信号やディスプレイに表示する処理結果を含んだ信号などが好ましい。また、閾値を段階的に設定して、各段階にあわせて信号を設定してもよい。
【００２５】
また、本発明に係る対象物監視システムの画像処理装置は、前記基準画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を基準線分画像として抽出する基準線分画像抽出部と、前記現在画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を現在線分画像として抽出する現在線分画像抽出部と、前記基準線分画像と前記現在線分画像とを比較して相異点を検出する相異点検出部と、を備えて構成するのがよい。
【００２６】
かかる構成によれば、基準線分画像抽出部によって、基準画像データから、各マーカ間を結ぶ線分上の画像が基準線分画像として抽出される。また、現在線分画像抽出部によって、現在画像データから、各マーカ間を結ぶ線分上の画像が現在線分画像として抽出される。そして、相異点検出部によって、基準線分画像と現在線分画像とが比較され、両者の相異点が検出される。これにより、監視対象物の変化発生箇所を特定することができる。
【００２７】
また、前記画像処理装置は、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、前記各マーカの変位量が閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えて構成するのがよい。
【００２８】
かかる構成によれば、基準画像データから抽出された各マーカの基準座標が基準座標算出部によって算出され、現在画像データから抽出された各マーカの現在座標が現在座標抽出手段によって算出され、基準座標と現在座標との差分から各マーカの変位量が座標変位量算出部によって算出され、当該各マーカの変位量が閾値以上である場合に、座標変位量判定部によって、出力装置に所定の信号が送信される。そのため、例えば、監視対象物全体（あるいは監視範囲全体）が変位したことにより、各マーカ間の距離が変化しなかった場合でも、各マーカの座標の変位に基づいて、監視対象物の変化を検出し、出力装置に信号を送信することができる。
【００２９】
また、各マーカの座標は、例えば抽出された各マーカの画像の面積重心点（図心）を求めることにより算出するのが好ましい。なお、各マーカの座標は、現実の座標ではなく、画像データ上の座標を用いることができる。
【００３０】
また、本発明に係る対象物監視システムは、前記複数のマーカのうちの少なくとも一つを不動点に設置するのが好ましい。
【００３１】
かかる構成によれば、監視対象物と撮像装置とが一緒に移動（変位）した場合でも、複数のマーカのうちの少なくとも一つが不動点に設置されていることから、不動点マーカと他のマーカとの距離の変化、あるいは、不動点の座標の変化に基づいて、監視対象物の変化を検出し、出力装置に信号を送信することができる。
【００３２】
また、本発明に係る対象物監視システムは、異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備え、一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれるように構成するのが好ましい。
【００３３】
かかる構成によれば、異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備えることから、より広い範囲を監視することができる。そのうえ、一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれることから、異なる監視範囲を関連付けながら監視することができる。そのため、監視範囲間の隙間をなくし、監視漏れを防止することができる。また、一方の監視範囲に前記した不動マーカを設けることで、他方の監視範囲のマーカと不動マーカとを関連付けることができる。そのため、他方の監視範囲（監視対象物）と撮像装置が一緒に変位した場合でも、当該変位を検出することができる。
【００３４】
また、本発明にかかる対象物監視プログラムは、監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出手段、前記撮像装置によって撮像された現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出手段、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出手段、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定手段、として機能させることを特徴とする。
【００３５】
かかるプログラムによれば、コンピュータを用いて、対象物監視システムに係る画像処理装置を容易に構成することができる。
【００３６】
また、本発明に係る対象物監視システムは、監視対象物の監視範囲内に設置された少なくとも１つのマーカと、前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、前記画像処理装置は、前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る対象物監視方法は、前記した対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を前記基準座標算出部によって算出する基準座標算出ステップと、前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を前記現在座標算出部によって算出する現在座標算出ステップと、前記座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出ステップと、前記座標変位量判定部によって、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００３８】
かかる構成によれば、まず、撮像装置によって所定の時間間隔で監視範囲が撮像される。
【００３９】
次に、画像処理装置では、基準画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、基準マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには番号を割当てるのが好ましい。
【００４０】
次に、基準画像データから抽出された各マーカの基準座標が基準座標算出部によって算出される。各マーカの基準座標は、各マーカに対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００４１】
次に、現在画像データの中から、監視範囲内に設置されたマーカの画像が、現在マーカ抽出部によって抽出される。抽出された各マーカには、基準画像データから抽出されたマーカの番号に対応する番号を割当てるのが好ましい。
【００４２】
次に、現在画像データから抽出された各マーカの現在座標が現在座標算出部によって算出される。各マーカの現在座標は、各マーカに対応付けてデータ記憶装置に記憶するのが好ましい。
【００４３】
次に、座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量が算出される。
【００４４】
そして、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、座標変位量判定部によって、前記出力装置に所定の信号が送信される。
すなわち、かかる構成によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物に設置したマーカの変位を察知し、各マーカの座標の変位量に応じて所定の信号を出力装置に出力することができる。なお、各マーカの変位量のうち、幾つのマーカが閾値を超えた場合に信号を送信するかは、現場の状況に応じて適宜設定すればよく、一つでもよいし、複数でもよい。
【００４５】
なお、本発明にかかる対象物監視プログラムは、監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出手段、前記撮像装置によって撮像された前記監視範囲の現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出手段、前記各マーカ間の基準座標と現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出手段、前記各マーカの変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定手段、として機能させることを特徴とする。
【００４６】
かかるプログラムによれば、コンピュータを用いて、対象物監視システムに係る画像処理装置を容易に構成することができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、監視範囲を撮像した画像を用いて監視対象物の変動を容易に監視することが可能な対象物監視システム、対象物監視方法および対象物監視プログラムを提供することができる。そのため、レーザ測定器を用いる必要がなく、監視作業の自動化が容易になり、コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４９】
［第１実施形態］
（対象物監視システム１の構成）
図１は、第１実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した斜視図である。図２は、第１実施形態に係る対象物監視システムの主要な構成を示したブロック図である。
第１実施形態に係る対象物監視システム１は、監視対象物であるトンネルＴの切羽Ｋを撮像し、その画像に基づいて切羽Ｋの変動を検出して警報などを発するシステムである。
第１実施形態に係る対象物監視システム１は、図１に示すように、トンネルＴの切羽Ｋに設置された複数のマーカ２と、このマーカ２を含む撮像範囲Ａを撮像する撮像装置３と、この撮像装置３で撮像された画像を処理する画像処理装置４と、画像処理装置４での処理結果を出力する出力装置５と、画像処理装置４に接続され、画像や処理結果などを記憶するデータ記憶装置６と、画像処理装置４に命令などを入力するための入力装置７と、から構成されている。
【００５０】
（マーカ２）
マーカ２は、切羽Ｋの表面に設けられた監視の基準となるマークである。本実施形態では、切羽Ｋの地山の色と区別可能な色彩の塗料（例えば緑色の塗料）を切羽Ｋに塗布することにより設けられている。
なお、マーカ２は、このような塗料に限られるものではなく、例えば、ターゲット板や反射板、ＬＥＤランプなどを地山に設置してもよい。
【００５１】
マーカ２は、図１に示すように、撮像装置３の撮像範囲Ａ内に複数設置する。これにより、マーカ２同士の間の距離が計測可能となる。マーカ２の設置間隔は、切羽Ｋの状態に合わせて適宜調節する。例えば、切羽Ｋの地山に断層やクラックのような変位し易い箇所があれば、その付近にマーカ２を多く配置してもよい。
【００５２】
（撮像装置３）
撮像装置３は、切羽Ｋの画像を撮像する装置であり、例えばデジタルカメラなどで構成されている。撮像装置３は、所定の時間間隔で切羽Ｋを撮像できるように構成されている。具体的には、タイマー機能を備えて構成するか、画像処理装置４からの命令によって所定のタイミングで撮像するように構成するのが好ましい。これにより、撮像装置３は、監視の基準となる基準画像と、監視の対象となる現在画像を撮像することができる。
撮像装置３は画像処理装置４に接続されており、撮像された画像は、基準画像データまたは現在画像データとして画像処理装置４に送信される。
【００５３】
（画像処理装置４）
画像処理装置４は、撮像装置３によって撮像された画像を処理して切羽Ｋの変化を検出する装置であり、例えば所定のプログラムを備えるコンピュータによって構成されている。
画像処理装置４は、図２に示すように、基準画像データからマーカ２を抽出する基準マーカ抽出部４０１と、抽出したマーカ２の基準座標を算出する基準座標算出部４０２と、算出された基準座標に基づいて各マーカ２間の基準距離を算出する基準距離算出部４０３と、現在画像データからマーカ２を抽出する現在マーカ抽出部４０４と、抽出されたマーカ２の現在座標を算出する現在座標算出部４０５と、現在座標に基づいて各マーカ２間の現在距離を算出する現在距離算出部４０６と、基準距離と現在距離とに基づいて距離変化量を算出する距離変化量算出部４０７と、マーカ２間の距離の変化量に基づいて監視対象物の変化を判定する距離変化量判定部４０８と、基準画像データから各マーカ２間の基準線分画像を抽出する基準線分画像抽出部４０９と、現在画像データから各マーカ２間の現在線分画像を抽出する現在線分画像抽出部４１０と、基準線分画像と現在線分画像の相異点を検出する相異点検出部４１１と、から構成されている。
画像処理手段の各機能ブロックの機能については、後に説明する対象物監視方法のフローの中で詳細に説明する。
【００５４】
画像処理装置４は、図１に示すように、データ記憶装置６に接続されており、撮像装置３で撮像された基準画像データおよび現在画像データや、画像処理装置４で処理した処理画像および処理データをデータ記憶装置６に保存可能になっている。
【００５５】
（出力装置５）
出力装置５は、画像処理装置４の処理結果に応じて、例えば警報や画像を出力する装置であり、本実施形態では、図２に示すように、ディスプレイ５０１と警報装置５０２とから構成されている。
【００５６】
（データ記憶装置６）
データ記憶装置６は、撮像装置３で撮像された画像や、画像処理装置４で処理された画像およびデータを記憶する装置であり、例えばＲＡＭなどのメモリ装置やハードディスク装置などから構成されている。
データ記憶装置６は、図２に示すように、画像に関するデータを記憶する画像記憶部６０１と、各マーカの座標に関するデータを記憶する座標記憶部６０２と、各マーカ間の距離に関するデータを記憶する距離記憶部６０３とを備えている。各記憶部については後に詳しく説明する。
【００５７】
（入力装置７）
入力装置７は、画像処理装置４に所定の命令を入力する装置であり、例えばキーボードやマウスなどから構成されている。対象物監視システム１の操作者は、ディスプレイ５０１に表示される画面の指示にしたがって、当該入力装置７から画像処理装置４に命令を入力することができる。
【００５８】
（対象物監視システム１を利用した対象物監視方法）
つづいて、対象物監視システム１を利用した対象物監視方法について説明する。
図３は、第１実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。図４は、基準画像データの処理の流れを模式的に示した図である。図５は、データ記憶部の内容を模式的に示した図であり、（ａ）は座標記憶部、（ｂ）は距離記憶部を示す。図６は、現在画像データの処理の流れを模式的に示した図である。図７は、線分画像の抽出および相異点の検出について説明するための図である。
以下、図１〜７を適宜参照して詳細に説明する。
【００５９】
（事前準備）
事前準備として、図１に示すように、トンネルＴの切羽Ｋに複数のマーカ２を設置するとともに、撮像範囲Ａ内にマーカ２がすべて入るように撮像装置３を設置する。そして、所定の時間間隔で撮像範囲Ａを撮像するように設定する。本実施形態では５分間隔とする。
【００６０】
（基準画像撮像ステップＳ１）
対象物監視システム１が実行されると、はじめに、撮像装置３によって撮像範囲Ａが撮像され、基準画像データＧ１（図４（ａ）参照）が生成される。基準画像データＧ１には、図４（ａ）に示すように、切羽Ｋとマーカ２とが撮像されている。
撮像された基準画像データＧ１は、画像処理装置４の基準マーカ抽出部４０１に送信されるとともに、データ記憶装置６の画像記憶部６０１に記憶される。
【００６１】
（基準マーカ抽出ステップＳ２）
基準画像データＧ１が基準マーカ抽出部４０１に送信されると、基準マーカ抽出部４０１は、基準画像データＧ１を例えばフィルタリング処理して、基準画像データＧ１の中からマーカ２を抽出する。
【００６２】
具体的には、例えば、マーカ２が切羽Ｋに塗布された塗料（例えば緑色）である場合には、入力装置７を介して画像処理装置４にマーカ２の色彩に関する情報を入力しておく。そして、基準マーカ抽出部４０１は、かかる色彩に関する情報に基づいて基準画像データＧ１から緑色の色彩を有する画素のみを抽出し、基準マーカ抽出画像データＧ２（図４（ｂ）参照）を生成する。すなわち、基準マーカ抽出画像データＧ２は、各マーカ２とそれ以外の部分に２値化されたデータとなる。また、基準マーカ抽出部４０１によって、抽出された画素の集団、すなわちマーカ２の画像毎に番号ｎ（Ｎｏ．１〜６）が割当てられる（図４（ｃ）参照）。なお、本実施形態では、Ｘ座標の小さいものから順に番号ｎを割当てることとし、Ｘ座標が同じ場合にはＹ座標の小さいものを優先するようにした。
【００６３】
（基準座標算出ステップＳ３）
基準マーカ抽出画像データＧ２が生成されると、基準座標算出部４０２は、当該基準マーカ抽出画像データＧ２に基づいて、各マーカ２の基準座標を算出する。
【００６４】
具体的には、基準座標算出部４０２は、基準マーカ抽出画像データＧ２の各マーカ２の画像について、図４（ｄ）に示すように、画像の左下隅を座標（０，０）として面積重心点（図心）を算出する。各マーカ２の面積重心点（Ｘn，Ｙn）は、下記の計算式によって計算される。
Ｘn＝ＳYn／Ａn
Ｙn＝ＳXn／Ａn
ここで、Ｘnはｎ番目のマーカ２の面積重心点のＸ座標、Ｙnはｎ番目のマーカ２の面積重心点のＹ座標、Ａnはｎ番目のマーカ２の面積、ＳYnはｎ番目のマーカ２のＹ軸に関する断面１次モーメント、ＳXnはｎ番目のマーカ２のＸ軸に関する断面１次モーメント、である。
算出された各マーカ２の基準座標は、図５（ａ）に示すように、各マーカ２の番号ｎ及び撮像時間と関連付けられて座標記憶部６０２の基準座標記憶テーブルＴ1に記憶される。
【００６５】
なお、本実施形態においては、撮像されたマーカ２の面積重心点（図心）を求めてマーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）としたが、これに限られるものではなく、他の方法によってマーカ２の座標を定めてもよい。
他の方法の詳細については後に詳しく説明する。
【００６６】
（基準距離算出ステップＳ４）
基準距離算出部４０３は、算出された基準座標に基づいて、各マーカ２同士の間の距離を算出する。このとき、基準距離算出部４０３は、図４（ｅ）に示すように、各マーカ２同士を結ぶ線分Ａ〜Ｉを定義し、かかる線分Ａ〜Ｉを距離記憶部６０３の線分記憶テーブルＴ4に記憶する（図５（ｂ）参照）。なお、本実施形態においては、線分同士が交差しないように線分を定義することで線分の数を削減し、計算の効率を向上させている。
【００６７】
そして、基準距離算出部４０３は、線分の両端のマーカ２の基準座標に基づいて、当該線分Ａ〜Ｉの長さ、すなわち両端のマーカ２間の基準距離を算出する。
具体的には、各線分の長さＬA〜Iは、下式によって計算される。
ＬA＝〔（Ｘ2−Ｘ1）2＋（Ｙ2−Ｙ1）2〕0.5
ＬB＝〔（Ｘ3−Ｘ1）2＋（Ｙ3−Ｙ1）2〕0.5
・・・
ＬI＝〔（Ｘ6−Ｘ5）2＋（Ｙ6−Ｙ5）2〕0.5
計算された基準距離は、各線分Ａ〜Ｉに関連付けられて、図５（ｂ）に示すように、距離記憶部６０３の基準距離記憶テーブルＴ5に記憶される。
【００６８】
（基準線分画像抽出ステップＳ５）
基準線分画像抽出部４０９は、基準画像データＧ１の中から、基準距離算出ステップＳ４で定義した線分Ａ〜Ｉと重なる部分の画像を、基準線分画像データとして抽出する。具体的には、図７（ａ）に示すように、各線分Ａ〜Ｉに沿って、所定の幅の範囲にある画素のデータを抽出する。
抽出したデータは、各線分Ａ〜Ｉと関連付けて、基準線分画像として画像記憶部６０１に記憶される。
【００６９】
（現在画像撮像ステップＳ６）
そして、基準画像の撮像から所定時間（本実施形態では５分）が経過すると、撮像装置３によって撮像範囲Ａ（図１参照）が撮像され、現在画像データＧ３（図６（ａ）参照）が生成される。現在画像データＧ３には、図４（ｂ）に示すように、切羽Ｋと、マーカ２と、が撮像されている。なお、切羽ＫにクラックＣが生じた場合には、クラックＣも撮像されることとなる。
撮像された現在画像データＧ３は、画像処理装置４の現在マーカ抽出部４０４に送信されるとともに、データ記憶装置６の画像記憶部６０１に記憶される。
【００７０】
（現在マーカ抽出ステップＳ７）
現在画像データＧ３が現在マーカ抽出部４０４に送信されると、現在マーカ抽出部４０４は、現在画像データＧ３を例えばフィルタリング処理してマーカ２の画像を抽出し、現在マーカ抽出画像データＧ４（図６（ｂ）参照）を生成する。なお、マーカ２の具体的な抽出方法は、基準マーカ抽出ステップＳ２の説明と重複するため省略する。
【００７１】
ここで、現在マーカ抽出部４０４は、図６（ｃ）に示すように、現在画像データＧ３から抽出された各マーカ２の画像に対して、基準マーカ抽出ステップＳ２で割当てた番号ｎに対応した番号ｎを割当てる。具体的には、想定される各マーカ２の変位量（管理基準値など）よりも各マーカ同士の間隔を十分大きくしておけば、基準マーカ抽出部４０１と同じ基準で番号ｎを割当てることにより、各マーカ２に対して、基準マーカ抽出ステップＳ２で割当てた番号ｎに対応した番号ｎを割当てることができる。
【００７２】
（現在座標算出ステップＳ８）
現在マーカ抽出画像データＧ４が生成されると、現在座標算出部４０５は、当該現在マーカ抽出画像データＧ４に基づいて、各マーカ２の現在座標を算出する。具体的には、基準座標算出ステップＳ３と同様にして、現在マーカ抽出画像データＧ４内の各マーカ２の面積重心点の座標（Ｘn’，Ｙn’）、（Ｘn”，Ｙn”）、…を算出する。算出した座標は、図５（ａ）に示すように、各マーカ２の番号および撮像時間と関連付けられて、座標記憶部６０２の現在座標記憶テーブルＴ2に現在座標として記憶される。
なお、本実施形態では、現在座標記憶テーブルＴ2は、複数の現在座標を順次記憶可能に構成されているが、これに限られるものではなく、現在画像データＧ３が撮像されて現在座標が算出されるごとに、上書き更新するようにしてもよい。
【００７３】
（現在距離算出ステップＳ９）
現在距離算出部４０６は、現在座標に基づいて、各マーカ２間の現在距離、すなわち各線分Ａ〜Ｉの長さＬA〜I’、ＬA〜I”を算出する。算出された現在距離は、図５（ｂ）に示すように、距離記憶部６０３の現在距離記憶テーブルＴ6に記憶される。
【００７４】
（現在線分画像抽出ステップＳ１０）
現在線分画像抽出部４１０は、現在画像データＧ３の中から、線分Ａ〜Ｉと重なる部分の画像を、現在線分画像データとして抽出する。具体的には、図７（ａ）に示すように、各線分Ａ〜Ｉに沿って、所定の幅の範囲にある画素のデータを抽出する。
抽出したデータは、各線分Ａ〜Ｉと関連付けて、現在線分画像として画像記憶部６０１に記憶される。
【００７５】
（距離変化量算出ステップＳ１１）
距離変化量算出部４０７は、距離記憶部６０３に記憶された基準距離と現在距離とに基づいて、各マーカ２間の距離の変化量（以下、「距離変化量」という。）を算出する。算出された距離変化量は、距離記憶部６０３の距離変化量記憶テーブルＴ7に記憶される。
【００７６】
（距離変化量判定ステップＳ１２）
距離変化量判定部４０８は、距離変化量算出ステップＳ１１で算出された各マーカ２間の距離の変化量に基づいて、対象物が変化したか否かを判定する。具体的には、距離変化量判定部４０８は、各マーカ２間の距離の変化量のうち少なくとも一つが、予め設定された閾値以上であるか否かを、以下の判定式により判定する。
距離変化量＝｜現在距離−基準距離｜≧閾値
ここで、閾値は、各種工事の安全基準、地山（対象物）の状態、工事の重要度、過去の工事の経験などを踏まえて適宜設定するのがよい。
【００７７】
そして、距離変化量が閾値未満である場合は、ステップＳ６にもどって監視作業（Ｓ６〜Ｓ１２）を繰り返す。
【００７８】
（線分画像相異点検出ステップＳ１３）
一方、距離変化量が閾値以上である場合は、相異点検出部４１１は、基準線分画像と現在線分画像とを比較して相異点を検出する。
例えば、図７（ｃ）に示すように、距離変化量が閾値以上となった現在線分画像ＰE”と、これに対応する基準線分画像ＰEとを読み出し、一方の端部から順に両者の画像（画素値）を比較していく。一般に、クラックＣが発生した部分は、暗い線状の画像となるから、基準線分画像と現在線分画像の画素値が異なることとなり、相異点Ｑが検出されることとなる。そして、このような比較を、距離変化量が閾値以上となったすべての現在線分画像に対して行っていく。
【００７９】
（相異点表示ステップＳ１４）
相異点検出部４１１は、検出した相異点Ｑの画像および端部からの距離ｄに関する情報を含む信号をディスプレイ５０１に送信する。ディスプレイ５０１には、検出した相異点Ｑの画像および端部からの距離ｄが表示される。これにより、操作者は相異点Ｑの状態および位置を把握することができる。このとき、各線分画像から検出された相異点Ｑをつなぐことにより、どのような方向にクラックＣが発生したかを把握することができる。
【００８０】
（警報装置作動ステップＳ１５）
また、距離変化量判定部４０８は、距離変化量が所定の閾値以上であると判断した場合に、警報装置５０２に対して警報発令信号を送信する。これにより、警報装置５０２から警報が発せられ、作業員の退避など、所定の対策がなされることとなる。
【００８１】
このように、第１実施形態に係る対象物監視システム１によれば、対象物を撮像した画像を用いて対象物の変化を検出することができる。
また、第１実施形態に係る対象物監視システム１によれば、線分画像を用いて、対象物の変化点を特定することができる。すなわち、第１実施形態に係る対象物監視システムによれば、基準画像の一部と現在画像の一部を比較するだけで、画像全体を比較することなく、対象物の変化点を特定できる。
【００８２】
なお、第１実施形態においては、画像処理装置４に、基準線分画像抽出部４０９と、現在線分画像抽出部４１０と、相異点検出部４１１と、を備えるように構成したが、これらを省略してもよい。かかる構成でも、各マーカ２間の距離の変化量に基づいて、対象物の変化を検出することができる。
【００８３】
［第２実施形態］
（対象物監視システム１０の構成）
図８は、第２実施形態に係る対象物監視システムの主な構成を示したブロック図である。
第２実施形態に係る対象物監視システム１０は、基準線分画像抽出部４０９、現在線分画像抽出部４１０、相異点検出部４１１（図２参照）、に替えて、座標変位量算出部４１２と座標変位量判定部４１３とを備えている点が、第１実施形態に係る対象物監視システム１と異なっている。
【００８４】
座標変位量算出部４１２は、基準座標算出部４０２で算出された各マーカ２の基準座標（Ｘn，Ｙn）と、現在座標算出部４０５で算出された各マーカ２の現在座標（Ｘn’，Ｙn’）と、に基づいて、各マーカ２の座標変位量を算出するものである。
各マーカ２の座標変位量Ｈnは、下式によって算出される。
Ｈn＝〔（Ｘn−Ｘn’）2＋（Ｙn−Ｙn’）2〕0.5
【００８５】
算出された各マーカ２の座標変位量は、各マーカ２と関連付けられて、座標記憶部６０２の座標変位量記憶テーブルＴ3（図５（ａ）参照）に記憶される。
【００８６】
座標変位量判定部４１３は、座標変位量算出部４１２で算出された座標変位量Ｈnのうち少なくとも一つが、予め設定された閾値（座標の変位量の閾値）以上であるか否かを判定するものである。
【００８７】
座標変位量判定部４１３は、座標変位量Ｈnが閾値以上である場合に、例えば座標変位量Ｈnが閾値以上となったマーカ２の番号をディスプレイ５０１に表示したり、警報発令信号を警報装置５０２に送信したりするように構成されている。
【００８８】
すなわち、例えば、撮像範囲Ａ全体が変位した場合には、各マーカ２間の距離は変化しないため、距離変化量判定部４０８では、対象物である切羽Ｋの変化を検出することができないが、座標変位量算出部４１２と座標変位量判定部４１３とを組み合わせることにより、仮に撮像範囲Ａ全体が変位した場合であっても、各マーカ２の座標の変位量に基づいて、切羽Ｋの変化を検出して、警報などを発することができる。
【００８９】
（対象物監視システム１０を利用した対象物監視方法）
次に、対象物監視システム１０を利用した対象物監視方法について説明する。
図９は、第２実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
ここで、図９に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図３に示した対象物管理方法のステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ６〜Ｓ９およびステップＳ１１、ステップＳ１２と同一であるため、詳細な説明は省略する。
以下、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４について説明する。
【００９０】
（座標変位量算出ステップＳ１１１）
距離変化量判定ステップＳ１１０において各マーカ２間の距離の変化量が閾値未満である場合（ステップＳ１１０、ＮＯ）には、座標変位量算出部４１２は、各マーカ２の基準座標と現在座標に基づいて、各マーカ２の座標の変位量を算出する。
【００９１】
（座標変位量判定ステップＳ１１２）
つぎに、座標変位量判定部４１３は、座標変位量算出部４１２で算出された各マーカ２の座標の変位量が、予め設定された閾値（座標の変位量の閾値）以上であるか否かを判定する。
【００９２】
そして、各マーカ２の座標の変位量が予め設定された閾値未満である場合（ステップＳ１１２、ＮＯ）には、ステップＳ１０５に戻って監視作業を繰り返す。
【００９３】
（変位点表示ステップＳ１１３）
一方、各マーカ２の座標の変位量が予め設定された閾値以上である場合（ステップＳ１１２、ＹＥＳ）には、座標変位量判定部４１３は、座標の変位量が閾値以上となったマーカ２の座標（あるいは画像）をディスプレイ５０１に表示する。
すなわち、座標変位量判定部４１３によって切羽Ｋの変位が検出される。
【００９４】
（警報装置作動ステップＳ１４）
そして、座標変位量判定部４１３は、警報装置５０２に対して警報発令信号を送信する。これにより、警報装置５０２から警報が発せられ、作業員の退避など、所定の対策がなされることとなる。
なお、各マーカ２間の距離の変化量が閾値（距離の変化量の閾値）以上である場合（ステップＳ１１０、ＹＥＳ）、にも、距離変化量判定部４０８によって、警報装置５０２に対して警報発令信号が送信され、警報が発せられることとなる。
【００９５】
このように、第２実施形態に係る対象物監視システム１０および対象物監視方法によれば、切羽Ｋなどの対象物が全体的に変動（変位）した場合でも、その変動を検出することができる。
【００９６】
［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した図である。
第３実施形態に係る対象物監視システム２０は、図１０に示すように、第２実施形態に係る対象物監視システム１０の構成に、不動マーカＦＭを付加したものである。
第２実施形態に係る対象物監視システムでは、仮に、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所が一緒に変動してしまうと、切羽Ｋと撮像装置３の相対変化量が０となるため、切羽Ｋの変動を検出することができない。第３実施形態は、このような場合に備えて、不動点にマーカ２を設置し、撮像範囲Ａ内に不動マーカＦＭを設けることにより、上記のような場合でも切羽Ｋの変動を検出可能にするものである。
【００９７】
不動マーカＦＭは、他のマーカ２と同じ特徴（例えば色彩など）を備えるマーカであり、トンネルＴ内の不動点に設置されている。そのため、不動マーカＦＭは変移しない。
ここで、不動点は、監視対象物（本実施形態では切羽Ｋ）の変動と無関係な部分に設置するのが好ましい。
【００９８】
図１１は、第３実施形態に係る対象物監視システムによって撮像・抽出されたマーカ２の画像であり、（ａ）は基準時、（ｂ）は監視時の画像である。
はじめに、撮像装置３によって撮像範囲Ａを撮像すると、図１１（ａ）に示すような位置関係で７つのマーカ２が撮像される。かかる画像は、画像処理装置４によって解析されて、各マーカ２の座標やマーカ２同士の距離などが算出される。なお、マーカ２の抽出、座標および距離の算出方法は第２実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００９９】
つぎに、所定時間が経過するまでの間に、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所とが一緒に変動すると、図１１（ｂ）に示すように、不動マーカＦＭ以外のマーカ２と撮像範囲Ａとの相対的な位置関係は変化しない。しかし、不動マーカＦＭは不動点に設置されているため、現在画像データにおいては、当該不動マーカＦＭだけが撮像範囲Ａの中で変移して撮像されることとなる。
【０１００】
かかる不動マーカＦＭと他のマーカ２との距離の変化および不動マーカＦＭの座標の変位は、距離変化量算出部４０７および距離変化量判定部４０８、並びに、座標変位量算出部４１２および座標変位量判定部４１３（図８参照）によって検出することができる。そのため、かかる対象物監視システム２０によれば、切羽Ｋと撮像装置３の設置箇所とが一緒に変動した場合でも、切羽Ｋの変動を検出することができる。
【０１０１】
［第４実施形態］
図１２は、第４実施形態に係る対象物監視システムの概略構成を示した図面である。
第４実施形態に係る対象物監視システム３０は、２台の撮像装置３Ａ，３Ｂを用いて２つの撮像範囲Ａ1，Ａ2を監視するように構成されている点が、前記した第３実施形態と異なっている。
【０１０２】
対象物監視システム３０は、２台の撮像装置３Ａ，３Ｂを備えており、撮像装置３Ａによって撮像範囲Ａ1が撮像され、撮像装置３Ｂによって撮像範囲Ａ2が撮像されるようになっている。
なお、画像処理装置４、出力装置５、データ記憶装置６、入力装置７については、前記した第３実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０３】
撮像範囲Ａ1，Ａ2には、図１２に示すように、１１個のマーカ２が設置されており、そのうちの一つ（Ｎｏ．１１）は不動点に設置された不動マーカＦＭとなっている。また、撮像範囲Ａ1と撮像範囲Ａ2とは、一部が重複しており、その重複部分には、Ｎｏ．５とＮｏ．６のマーカ２が設置されている。
【０１０４】
かかる構成によれば、不動マーカＦＭは撮像範囲Ａ1内に設置されているため、撮像装置３Ｂで撮像した画像には写らないが、Ｎｏ．５とＮｏ．６のマーカ２を介して、不動マーカＦＭと撮像範囲Ａ2内のマーカ２との関係を検知することができる。そのため、撮像範囲毎に不動マーカＦＭを設置しなくても、撮像装置３と撮像範囲Ａとが一緒に変動したことを検出することができる。
【０１０５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【０１０６】
前記各実施形態においては、対象物監視システムをトンネルＴの切羽Ｋの監視に適用したが、これに限られるものではなく、例えば、崩落の危険がある法面の監視や、取り壊し作業中の建物の監視などに適用することもできるのはいうまでもない。
【０１０７】
また、前記各実施形態においては、マーカ２として緑色の塗料を対象物に塗布することとしたが、これに限られるものではなく、例えばターゲット板や反射板、さらには電球などの発光体を設置してもよい。かかる場合には、色彩に基づいてマーカ２を抽出するのではなく、例えば画素値の輝度に基づいてマーカ２を抽出するのが好ましい。
【０１０８】
また、監視対象物をはっきりと撮像するために、対象物監視システムに照明装置を設けるように構成してもよい。
【０１０９】
また、第２実施形態に係る対象物監視システム１０においては、抽出した各マーカ２の間の距離の変化量に基づいて、対象物の変動を検出するとともに、補助的に、各マーカ２の座標の変位に基づいて対象物の変動を検出するように構成したが、これに限られるものではなく、はじめから、各マーカ２の座標の変位に基づいて対象物の変動を検出するように構成してもよい。
すなわち、図８に示す対象物監視システム１０の構成において、基準距離算出部４０３、現在距離算出部４０６、距離変化量算出部４０７、距離変化量判定部４０８を省略してもよい。
【０１１０】
かかる構成によれば、基準座標算出部４０２で算出した各マーカ２の基準座標と、現在座標算出部４０５で算出した各マーカ２の現在座標と、に基づいて、座標変位量算出部４１２が各マーカ２の座標の変位量を算出し、座標変位量判定部４１３によって対象物の変動が判定（検出）されることとなる。さらには、かかる構成と不動マーカＦＭ（図１０参照）とを組み合わせてもよい。
【０１１１】
また、第１実施形態においては、マーカ２の座標を面積重心点としたが、これに限られるものではなく、次のような方法により求めた点をマーカ２の座標としてもよい。
例えば、図１３（ａ）に示すように、基準マーカ抽出画像データＧ２あるいは現在マーカ抽出画像データＧ４（図４、図６参照）に撮像された各マーカ２の画像について、Ｘ座標の最大値Ｘmaxと最小値Ｘmin、および、Ｙ座標の最大値Ｙmaxと最小値Ｙminを抽出し、その中間点をマーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）としてもよい。
この場合の計算式は下式のようになる。
Ｘｎ＝（Ｘmin＋Ｘmax）／２
Ｙｎ＝（Ｙmin＋Ｙmax）／２
【０１１２】
また、その他の方法としては、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、基準マーカ抽出画像データＧ２あるいは現在マーカ抽出画像データＧ４（図４、図６参照）に撮像されたマーカ２を構成するドット数Ｄnをカウントし、当該ドット数Ｄnを水平方向および垂直方向にそれぞれ１／２に分割する水平ラインＬHおよび垂直ラインＬVを求め、そのラインのＸ座標およびＹ座標を当該マーカ２の座標（Ｘn，Ｙn）とする方法が考えられる。
なお、これらの方法は一例であり、マーカ２の座標を求める方法はこれらに限られるものではないことはいうまでもない。
【０１１３】
なお、上述した画像処理装置における一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータ、などによって実現することができる。当該プログラムは、ネットワークや記録媒体を介してインストールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】第１実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る対象物監視システムの主要な構成を示したブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
【図４】基準画像データの処理の流れを模式的に示した図である。
【図５】データ記憶部の内容を模式的に示した図であり、（ａ）は座標記憶部、（ｂ）は距離記憶部を示す。
【図６】現在画像データの処理の流れを模式的に示した図である。
【図７】線分画像の抽出および相異点の検出について説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係る対象物監視システムの主な構成を示したブロック図である。
【図９】第２実施形態に係る対象物監視システムを用いた対象物監視方法のフロー図である。
【図１０】第３実施形態に係る対象物監視システムの構成を示した図である。
【図１１】第３実施形態に係る対象物監視システムによって撮像・抽出されたマーカ２の画像であり、（ａ）は基準時、（ｂ）は監視時の画像である。
【図１２】第４実施形態に係る対象物監視システムの概略構成を示した図面である。
【図１３】マーカの座標の算出方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【０１１５】
１ 対象物監視システム
２ マーカ
３ 撮像装置（撮像手段）
４ 画像処理装置（画像処理手段）
４０１ 基準マーカ抽出部（基準マーカ抽出手段）
４０２ 基準座標算出部（基準座標算出手段）
４０３ 基準距離算出部（基準距離算出手段）
４０４ 現在マーカ抽出部（現在マーカ抽出手段）
４０５ 現在座標算出部（現在座標算出手段）
４０６ 現在距離算出部（現在距離算出手段）
４０７ 距離変化量算出部（距離変化量算出手段）
４０８ 距離変化量判定部（距離変化量判定手段）
４０９ 基準線分画像抽出部（基準線分画像抽出手段）
４１０ 現在線分画像抽出部（現在線分画像抽出手段）
４１１ 相異点検出部（相異点検出手段）
５ 出力装置（出力手段）
６ データ記憶装置（データ記憶手段）
７ 入力装置
Ａ 撮像範囲
Ｋ 切羽
Ｔ トンネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象物の監視範囲内に設置された複数のマーカと、
前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出部と、
前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出部と、
前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出部と、
前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定部と、を備えることを特徴とする対象物監視システム。
【請求項２】
前記画像処理装置は、
前記基準画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を基準線分画像として抽出する基準線分画像抽出部と、
前記現在画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を現在線分画像として抽出する現在線分画像抽出部と、
前記基準線分画像と前記現在線分画像とを比較して相異点を検出する相異点検出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の対象物監視システム。
【請求項３】
前記画像処理装置は、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、
前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、
前記各マーカの変位量が閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の対象物監視システム。
【請求項４】
前記複数のマーカのうちの少なくとも一つを不動点に設置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の対象物監視システム。
【請求項５】
異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備え、
一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、
前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の対象物監視システム。
【請求項６】
監視対象物の監視範囲内に設置された少なくとも１つのマーカと、
前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、
前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、
前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、
前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする対象物監視システム。
【請求項７】
請求項１に記載の対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、
前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、
前記基準距離算出部によって、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出ステップと、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、
前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、
前記現在距離算出部によって、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出ステップと、
前記距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出ステップと、
前記距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする対象物監視方法。
【請求項８】
請求項６に記載の対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、
前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を前記基準座標算出部によって算出する基準座標算出ステップと、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、
前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を前記現在座標算出部によって算出する現在座標算出ステップと、
前記座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出ステップと、
前記座標変位量判定部によって、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする対象物監視方法。
【請求項９】
監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、
前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、
前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出手段、
前記撮像装置によって撮像された現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、
前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出手段、
前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出手段、
前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定手段、として機能させるための対象物監視プログラム。
【請求項１０】
監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、
前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、
前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出手段、
前記撮像装置によって撮像された前記監視範囲の現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、
前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出手段、
前記各マーカ間の基準座標と現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出手段、
前記各マーカの変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定手段、として機能させるための対象物監視プログラム。
【請求項１】
監視対象物の監視範囲内に設置された複数のマーカと、
前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出部と、
前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出部と、
前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出部と、
前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定部と、を備えることを特徴とする対象物監視システム。
【請求項２】
前記画像処理装置は、
前記基準画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を基準線分画像として抽出する基準線分画像抽出部と、
前記現在画像データから前記各マーカ間を結ぶ線分上の画像を現在線分画像として抽出する現在線分画像抽出部と、
前記基準線分画像と前記現在線分画像とを比較して相異点を検出する相異点検出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の対象物監視システム。
【請求項３】
前記画像処理装置は、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、
前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、
前記各マーカの変位量が閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の対象物監視システム。
【請求項４】
前記複数のマーカのうちの少なくとも一つを不動点に設置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の対象物監視システム。
【請求項５】
異なる監視範囲をそれぞれ撮像する複数の前記撮像装置を備え、
一の監視範囲は、他の監視範囲との重複部分を有し、
前記重複部分には、少なくとも一つの前記マーカが含まれることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の対象物監視システム。
【請求項６】
監視対象物の監視範囲内に設置された少なくとも１つのマーカと、
前記監視範囲を所定の時間間隔で撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像した画像データを処理する画像処理装置と、
前記画像処理装置による処理結果を出力する出力装置と、を備える対象物監視システムであって、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置により撮像された基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出部と、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出部と、
前記撮像装置により撮像された現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出部と、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出部と、
前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出部と、
前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定部と、を備えることを特徴とする対象物監視システム。
【請求項７】
請求項１に記載の対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、
前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、
前記基準距離算出部によって、前記基準画像データから抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出ステップと、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、
前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、
前記現在距離算出部によって、前記現在画像データから抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出ステップと、
前記距離変化量算出部によって、前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出ステップと、
前記距離変化量判定部によって、前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする対象物監視方法。
【請求項８】
請求項６に記載の対象物監視システムを用いた対象物監視方法であって、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して監視の規準となる基準画像データを生成する基準画像撮像ステップと、
前記基準マーカ抽出部によって前記基準画像データから前記各マーカを抽出する基準マーカ抽出ステップと、
前記基準画像データから抽出された前記各マーカの基準座標を前記基準座標算出部によって算出する基準座標算出ステップと、
前記撮像装置によって前記監視範囲を撮像して比較対象となる現在画像データを生成する現在画像撮像ステップと、
前記現在マーカ抽出部によって前記現在画像データから前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出ステップと、
前記現在画像データから抽出された前記各マーカの現在座標を前記現在座標算出部によって算出する現在座標算出ステップと、
前記座標変位量算出部によって、前記基準座標と前記現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出ステップと、
前記座標変位量判定部によって、前記各マーカの座標の変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、前記出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定ステップと、を含んでなることを特徴とする対象物監視方法。
【請求項９】
監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、
前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、
前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の基準距離を算出する基準距離算出手段、
前記撮像装置によって撮像された現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、
前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカ間の現在距離を算出する現在距離算出手段、
前記各マーカ間の基準距離と現在距離との差分から前記各マーカ間の距離の変化量を算出する距離変化量算出手段、
前記各マーカ間の距離の変化量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する距離変化量判定手段、として機能させるための対象物監視プログラム。
【請求項１０】
監視対象物の監視範囲を撮像した画像データに基づいて前記監視対象物を監視するために、コンピュータを、
前記監視範囲を撮像する撮像装置によって撮像された基準画像データから、前記監視範囲内に設置された複数のマーカを抽出する基準マーカ抽出手段、
前記基準マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの基準座標を算出する基準座標算出手段、
前記撮像装置によって撮像された前記監視範囲の現在画像データから、前記各マーカを抽出する現在マーカ抽出手段、
前記現在マーカ抽出手段によって抽出された前記各マーカの現在座標を算出する現在座標算出手段、
前記各マーカ間の基準座標と現在座標との差分から前記各マーカの変位量を算出する座標変位量算出手段、
前記各マーカの変位量のうち少なくとも一つが閾値以上である場合に、出力装置に所定の信号を送信する座標変位量判定手段、として機能させるための対象物監視プログラム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−３３８０（Ｐ２００７−３３８０Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８４５８３（Ｐ２００５−１８４５８３）
【出願日】平成１７年６月２４日（２００５．６．２４）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２４日（２００５．６．２４）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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