画像処理装置及び画像処理方法
【課題】 被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出すること。
【解決手段】 ターゲット１１１が撮像された収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）を収集する画像収集部１０３と、ターゲット１１１の形状を収集する被写体形状収集部１０１と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部１０５と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット１１１が映る複数の算出画像ｂ（ｉ，ｊ）を算出する画像算出部１０６と、収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）と算出画像ｂ（ｉ，ｊ）とを比較する画像比較部１０７と、複数の位置のうちの収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）に最も近似する近似算出画像ｂ（ｉ，ｊ）を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部１０８とを備えている。このとき、画像処理装置１００は、ターゲット１１１を映し出す収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）の画素数が少ないときであっても、ターゲット１１１が収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【解決手段】 ターゲット１１１が撮像された収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）を収集する画像収集部１０３と、ターゲット１１１の形状を収集する被写体形状収集部１０１と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部１０５と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット１１１が映る複数の算出画像ｂ（ｉ，ｊ）を算出する画像算出部１０６と、収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）と算出画像ｂ（ｉ，ｊ）とを比較する画像比較部１０７と、複数の位置のうちの収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）に最も近似する近似算出画像ｂ（ｉ，ｊ）を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部１０８とを備えている。このとき、画像処理装置１００は、ターゲット１１１を映し出す収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）の画素数が少ないときであっても、ターゲット１１１が収集画像Ｂ（ｉ，ｊ）に映し出される映り位置をより正確に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、画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に、画像のうちの被写体が映っている位置を検出する画像処理装置及び画像処理方法に関する。本発明は、さらに、大規模構造物計測装置に関し、特に、その検出された位置に基づいてその被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像のうちの被写体が映っている位置を検出する画像処理が知られている。このような画像処置としては、閾値を用いる方法とエッジを検出する方法とエッジを用いた対称点推定の方法とが例示される。
【０００３】
その閾値を用いる方法は、２値化処理（または画像フィルタリング処理）を行って、画像から諧調、輝度等に関して対象物を示す対象画素とその他の背景画素とを分離する方法である。図１５は、ターゲットを映し出す画像の複数の画素がそれぞれ示す複数の階調を示している。その画像２１０は、９個の画素から形成されている。その９個の画素は、３行３列に格子状に配列されている。第１行１列目の画素の階調は、８０を示している。第１行２列目の画素の階調は、９０を示している。第１行３列目の画素の階調は、５０を示している。第２行１列目の画素の階調は、９０を示している。第２行２列目の画素の階調は、９０を示している。第２行３列目の画素の階調は、５０を示している。第３行１列目の画素の階調は、５０を示している。第３行２列目の画素の階調は、５０を示している。第３行３列目の画素の階調は、７５を示している。このとき、被写体の像の中心の位置は、重心で代替するとした場合に、閾値を８０としたときに位置２１１が算出され、閾値を５０としたときに位置２１２が算出される。
【０００４】
すなわち、被写体の像の中心の位置は、設定される閾値により異なる結果が算出される。このような相違は、画像における対象物の画素数が少数の場合ほど顕著となる。
【０００５】
そのエッジを検出する方法では、その２値化処理（またはフィルタリング処理）により得られた２値化処理画像またはフィルタリング画像からその対象物のエッジ周辺画素をトレースしてエッジ（輪郭線形状）を検出し、そのエッジで囲まれた図形の中心をその画像の対象点として算出する。図１６は、被写体の画像を示している。その画像２０１は、複数の画素２０２−１〜２０２−ｕから形成されている。複数の画素２０２−１〜２０２−ｕは、それぞれ、互いに合同であり、水平方向と垂直方向とに格子状に配置されて形成されている。各画素２０２−ｖ（ｖ＝１，２，３，…，ｕ）は、白と黒の濃淡を示す階調を示している。画像２０１は、画素２０２−１〜２０２−ｕがそれぞれ示す階調により、その被写体の像２０３を表現している。被写体の像２０３のエッジとしては、たとえば、隣り合う画素の階調の差が所定の閾値より大きい部分が検出される。このようなエッジを正確に算出するには、対象物の画素数が多数存在することが好ましい。
【０００６】
そのエッジを用いた対象点を推定する方法は、検出された対象物の画像のエッジより、対象物の対称性（たとえば、点対称や線対称）を利用して行われている。そのエッジは、画像における対象物の画素数が多ければ多いほどより正確に算出することができる。このため、このような方法により推定される点は、画像における対象物の画素数が多ければ多いほどより正確に算出することができる。
【０００７】
このような３つの画像処理は、画像における対象物の画素数が多数であることが位置精度を向上のために望ましい。しかしながら、対象物を映し出す画素の画素数は、高画素数のカメラであっても被写体を遠距離から撮影したときに、少なくなる。対象物を映し出す画素数が少ないときに、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出することが望まれている。
【０００８】
特許２６４０４０１号公報には、板状体の寸法を、短時間、かつ高精度で測定可能とする画像処理による板状体の寸法算出装置が開示されている。その寸法算出装置は、板状体に定めた測定部位の寸法を算出する画像処理による板状体の寸法算出装置であって、板状体の測定部位を含む画像を取り込む撮像装置と、撮像装置によって撮像された画像の濃度差からしきい値を定め、当該画像を２値化処理し、２値化処理によって区画された測定部位を含む測定対象画像を求め、当該測定対象画像の画素数に予め定めてある１画素当たりの面積を掛けて当該測定対象画像の面積（Ａ１）を算出するとともに、当該測定対象画像の輪郭線形状から当該測定対象画像の面積（Ａ２）を算出し、Ａ１とＡ２とが略一致するまで前述のしきい値を変化させて最適しきい値を求め、最適しきい値により２値化処理した測定対象画像の画像処理により当該測定部位の寸法を算出する画像処理装置とを有する。
【０００９】
特許３１３２９３２号公報には、検査対象画像エリア内で加工跡の方向が変化している場合にも、前記方向が変化している領域毎に、有効なフィルタリング・オペレータを自動的に選択する画像フィルタリング方法が開示されている。その画像フィルタリング方法は、画像処理で、ノイズ除去や必要画像の強調を行うフィルタリング方法において、検査対象物を撮像して得られた検査対象画像エリアを小領域に分割する小領域切出し工程と、前記分割された小領域毎の画像の画像方向成分を検査対象物の履歴から算出する画像方向成分算出工程と、前記画像方向成分算出結果から、強調、或いは、消去するべき特定方向の画像成分を選定し、選定した特定方向の画像成分を強調、或いは、消去するフィルタリング・オペレータを選択するオペレータ選択工程と、前記選択されたフィルタリング・オペレータを使用してフィルタリングするフィルタリング工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
特許３０７８１５７号公報には、画像内に検出すべき形状以外で濃度変化の顕著な部分があった場合においても、その部分から受ける影響の少ない形状検出方法が開示されている。その形状検出方法は、対象物を撮像した画像内のある注目画素に対して相対的に決定した位置にあらかじめ設定した１個以上の濃度参照領域内の画像濃度を用いて計算される画像と検出形状との濃度相関値を用いて、上記注目画素を画像内で移動させた場合に濃度相関値が最大または最小値を示す注目画素の位置をもって所定の形状の位置として検出する形状検出方法であって、各濃度参照領域内の各点における画像濃度とその各点に対してあらかじめ設定した係数との積の上記各領域内での和を、あらかじめ学習により構造を決定したニューラルネットワークの入力とし、同ネットワークから出力値濃度相関値として用いることを特徴としている。
【００１１】
特許３４７３１１４号公報には、被検査物が画像入力装置の視野内に存在していれば、被検査物の向き、個数、位置には関係なく寸法や形状を一定の評価基準で評価できるように被検査物の位置を求める画像処理方法が開示されている。その画像処理方法は、被検査物を含む空間領域を画像入力装置により撮像して得た画像を用いて被検査物の外観形状を評価する画像処理方法であって、画像内で被検査物の重心の位置を求め、被検査物の重心を中心とする所定直径の評価円の円周上である評価領域で画素をトレースすることにより被検査物に含まれる画素数である評価値を求め、この評価値により被検査物の種別を評価することを特徴としている。
【００１２】
特許３３８６１８３号公報には、被検出部位が、その全体にわたって明確に撮像されていない場合にも、該被検出部位もしくはこれが設けられた物品の位置を確実に検出することができる位置検出装置が開示されている。その物品の位置検出装置は、物品に設けられた被検出部位の形状に対応したパターンを有するテンプレートを上記被検出部位を撮像した画面上で走査させて、該被検出部位の画像とテンプレートとがマッチングしたときの該テンプレートの座標から被検出部位の位置を検出する装置であって、上記テンプレートとして、被検出部位の形状を複数個に分割したときの各部分の形状にそれぞれ対応したパターンを有する複数個のテンプレートを設定するテンプレート設定手段と、該設定手段で設定された各テンプレートを順次走査させるテンプレート走査手段と、これらのテンプレートの被検出部位の対応部分の画像とマッチングしたテンプレートについての座標データと、そのマッチングした画面上の座標データとから被検出部位の全体としての位置を演算し、且つ、複数個のテンプレートが被検出部位の対応部分の画像とマッチングしたときに、各テンプレートについて求められる被検出部位全体としての位置の平均値を算出する位置演算手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
特公平０７−８２５４８号公報には、マッチング・フィルタを廃止すると共に、中心検出のための処理を簡略化することができ、円図形の位置や大きさが変化する場合であっても、容易に中心を検出することができる円図形の中心検出方法が開示されている。その円図形の中心検出方法は、２値化処理されたディジタル画像内の円図形の中心を検出するに際し、任意の軸を中心とする対称範囲内の画素値を乗算してその関数を前記軸の出力とし、前記出力が極値となる軸を異なる方向において二本検出し、このとき、関数は、一方の軸をｊ、他方の軸をｉとし、画面寸法をＮ、円図形の半径をｎ、各軸方向に対する１〜Ｎの領域の変数をｋ、各軸を中心とした対称範囲を決定する１〜ｎの領域の変数をｌとして、
【数１】
【数２】
と定義されるものとし、出力が極値となった両軸の交点を円図形の中心として検出することを特徴としている。
【００１４】
特許３２０６６７５号公報には、対象物を画像処理し、この画像処理された対象物を示す画素に基づいて該対象物の面積および周囲長を算出してその形状を認識する場合に、上記対象物がイビツな形状の場合や該対象物の画像を構成する画素数が少ない場合であっても、該対象物の形状を画像より的確に認識し得ると共に、その円形度合いを適切に判定し得ることのできる画像処理方法が開示されている。その画像処理方法は、対象物を撮像して画像処理し、この画像処理された対象物の画像を構成する画素に基づいて該対象物の面積および周囲長を算出してその形状を認識する画像処理方法であって、上記対象物の画像を構成する画素数を予め設定された所定値と比較し、この画素数が上記所定値より小さい場合、上記対象物の画像を構成する単位画素に相当する大きさの基準部およびその周囲の検出部を有する特徴抽出フィルタを用いて、該フィルタの基準部を上記対象物の画像を構成する画素に隣接する周囲の各単位画素に重合させながら移動させて該フィルタの検出部の各々と対象物画像を構成する画素との重なりの有るなしを検出することにより該対象物画像の角部および凹凸部を検索すると共に、この検索結果に基づいて上記フィルタの基準部の移動した単位画素毎に、上記各検出部と対象物画像を構成する各画素との重なりの数を算出し、この重なりの数に応じて設定された補正パターンにしたがって、上記対象物画像を平滑化するように該対象物画像の角部および凹凸部における画素を増加させる方向に補正すると共に、周囲長を補正し、該補正後の対象物画像に基づいて対象物の面積および周囲長を算出することを特徴としている。
【００１５】
特許２６１９０６３号公報には、ディジタル画像に変換されたほぼ楕円状の対象物の真円度Ｒ、周囲長、長軸と短軸との比の計測など、従来局所計測値の積上げによる計測のために精度が悪かった各種の計測が、高精度で行える画像計測装置が開示されている。その画像計測装置は、ほぼ楕円状の計測対象物のディジタル画像を格納するための画像メモリと、この画像メモリをラスタスキャンし、上記ディジタル画像のラン毎のラン座標を計測する第１の計測手段と、この第１の計測手段によって計測された上記ディジタル画像のラン毎のラン座標をもとに、上記計測対象物の重心を通る長軸まわりの２次モーメントｍｙおよび短軸まわりの２次モーメントｍｘを算出する２次モーメント算出手段と、この２次モーメント算出手段によって算出された上記２次モーメントｍｘおよびｍｙをもとに、上記計測対象物の各種計測を行う第２の計測手段と、を具備することを特徴としている。
【００１６】
特許２８５７８３４号公報には、目標に類似した亜目標が目標の近傍に存在する場合でも、亜目標Ｊに惑わされずに、正しい目標Ｔの概略位置を取得することが出来る目標位置取得方法および目標位置取得装置が開示されている。その目標位置取得方法は、目標（Ｔ）を含むウインドウ領域（Ｒ）を画像（Ｉ）上に設け、前記ウインドウ領域（Ｒ）内の画素の座標（Ｈ，Ｖ）と画素値（Ｇ）とにより当該ウインドウ領域（Ｒ）の重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を求め、その重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を目標（Ｔ）の概略位置として取得する目標位置取得方法において、注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）が設定されたときに、その注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）の近くでは比較的大きな値となり，注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）から離れると比較的小さな値となる重み（Ｗ）を前記画素値（Ｇ）に乗算し、前記ウインドウ領域（Ｒ）内の画素の座標（Ｈ，Ｖ）および重み・画素値積（Ｗ・Ｇ）により当該ウインドウ領域（Ｒ）の重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を求め、その重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を前記目標（Ｔ）の概略位置として取得することを特徴としている。
【００１７】
このような画像処理は、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に適用されている。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。
【００１８】
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。大規模構造物の全体を映し出す画像を用いてその大規模構造物を計測するときに、その大規模構造物の計測対象点が画像に映し出される位置をより正確に算出して、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【特許文献１】特許２６４０４０１号公報
【特許文献２】特許３１３２９３２号公報
【特許文献３】特許３０７８１５７号公報
【特許文献４】特許３４７３１１４号公報
【特許文献５】特許３３８６１８３号公報
【特許文献６】特公平７−８２５４８号公報
【特許文献７】特許３２０６６７５号公報
【特許文献８】特許２６１９０６３号公報
【特許文献９】特許２８５７８３４号公報
【特許文献１０】特開平１０−２０６１３１号公報
【特許文献１１】特許２５１２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の課題は、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出する画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、被写体が画像に映し出される位置をより正確により速く算出する画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明による画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集する画像収集部（１０３）と、ターゲット（１１１）の形状を収集する被写体形状収集部（１０１）と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部（１０５）と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出する画像算出部（１０６）と、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較する画像比較部（１０７）と、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部（１０８）とを備えている。このとき、画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２５】
本発明による画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集する表面性状収集部（１０２）を更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このとき、画像処理装置（１００）は、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２６】
パラメータ決定部（１０５）は、更に、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成し、複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置算出部（１０８）は、更に、パラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を算出する。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このとき、画像処理装置（１００）は、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２７】
本発明による画像処理装置は、制約条件を収集する制約条件収集部（１０４）を更に備えている。このとき、パラメータ決定部（１０５）は、その制約条件を満たす範囲で複数の位置と複数のパラメータとを生成することが好ましい。
【００２８】
被写体形状収集部（１０１）により収集されるターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００２９】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理装置は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００３０】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。すなわち、パラメータ決定部（１０５）と画像算出部（１０６）と画像比較部（１０７）と映り位置算出部（１０８）とは、連係し、非線形計画問題の解法を用いて映り位置を算出する。
【００３１】
本発明による画像処理方法は、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集するステップと、ターゲット（１１１）の形状を収集するステップと、画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出するステップと、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較するステップと、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップとを備えている。このような画像処理方法によれば、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３２】
本発明による画像処理方法は、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このような画像処理方法によれば、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３３】
本発明による画像処理方法は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）とともに算出される。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このような画像処理方法によれば、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３４】
本発明による画像処理方法は、制約条件を収集するステップ（Ｓ２４）を更に備えている。このとき、複数の位置と複数のパラメータとは、その制約条件を満たす範囲で生成されることが好ましい。
【００３５】
ターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００３６】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理方法は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００３７】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。
【００３８】
本発明による画像処理プログラムは、コンピュータである画像処理装置（１００）により実行されるコンピュータプログラムであり、そのコンピュータプログラムの部分として、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集するステップと、ターゲット（１１１）の形状を収集するステップと、画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出するステップと、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較するステップと、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップとを備えている。このような画像処理プログラムによれば、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３９】
本発明による画像処理プログラムは、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このような画像処理プログラムによれば、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００４０】
本発明による画像処理プログラムは、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）とともに算出される。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このような画像処理プログラムによれば、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００４１】
本発明による画像処理方法は、制約条件を収集するステップ（Ｓ２４）を更に備えている。このとき、複数の位置と複数のパラメータとは、その制約条件を満たす範囲で生成されることが好ましい。
【００４２】
ターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００４３】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理方法は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００４４】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。
【００４５】
本発明による大規模構造物計測装置（６１）は、ターゲット（２、３、５）が取り付けられる計測対象物（６）の全体を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集する画像収集部（１０３）と、ターゲット（２、３、５）の形状を収集する被写体形状収集部（１０１）と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部（１０５）と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（２、３、５）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出する画像算出部（１０６）と、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較する画像比較部（１０７）と、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部（１０８）と、その映り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マーカ位置関係算出部（６５）とを備えている。すなわち、本発明による画像処理装置（１００）は、画像のうちの被写体が映っている位置に基づいてその被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置（６１）に適用されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明による画像処理装置及び画像処理方法は、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出することができる。さらに、本発明による大規模構造物計測装置は、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】
【００４７】
図面を参照して、本発明による画像処理装置の実施の形態を記載する。図１は、その画像処理装置１００を示している。画像処理装置１００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と記録装置と入力装置と出力装置とを備えている。そのＣＰＵは、画像処理装置１００にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、記録装置と入力装置と出力装置とを制御する。その記録装置は、画像処理装置１００にインストールされるコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成された情報を一次的に記録する。その入力装置は、画像処理装置１００のユーザにより操作され、その操作により生成される情報をＣＰＵに出力する。このような入力装置としては、キーボード、ＣＤに例示される記録媒体の読み取り装置、他のコンピュータから情報を収集する通信装置が例示される。その出力装置は、ＣＰＵにより生成された情報を画像処理装置１００のユーザに認識可能に出力する。このような出力装置としては、ディスプレイ、ＣＤに例示される記録媒体の書き込み装置、他のコンピュータに情報を配信する通信装置が例示される。
【００４８】
画像処理装置１００は、図１に示されているように、コンピュータプログラムである被写体形状収集部１０１と表面性状収集部１０２と画像収集部１０３と制約条件収集部１０４とパラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とがインストールされている。
【００４９】
被写体形状収集部１０１は、ユーザにより入力装置を用いて入力される被写体の形状をその入力装置から収集する。その被写体の形状は、被写体の正射影図形により表現される。表面性状収集部１０２は、ユーザにより入力装置を用いて入力される被写体の表面性状をその入力装置から収集する。その表面性状は、被写体の表面がどのように光を反射するかを示し、被写体の表面がどのような階調で画像に映るかを示している。画像収集部１０３は、ユーザにより入力装置を用いて入力される画像をその入力装置から収集する。その画像は、ユーザによりＣＣＤカメラを用いて撮像される。その画像は、複数の画素から形成されている。その複数の画素は、それぞれ、互いに合同であり、水平方向と垂直方向とに格子状に配置されて形成されている。各画素は、白と黒の濃淡を示す階調を示している。すなわち、その画像は、画素がそれぞれ示す階調により、その被写体の像を表現している。なお、各画素は、色を示すこともでき、このとき、赤の濃淡と緑の濃淡と青の濃淡とをそれぞれ示す３つの数値を示している。
【００５０】
制約条件収集部１０４は、ユーザにより入力装置を用いて入力される制約条件をその入力装置から収集する。その制約条件は、パラメータ決定部１０５により生成される値が取り得る範囲を制限する数式を示し、等式または不等式により表現される。
【００５１】
パラメータ決定部１０５は、制約条件収集部１０４により収集された制約条件に基づいて、映り位置と収差パラメータとを適当に生成する。画像算出部１０６は、パラメータ決定部１０５により決定された映り位置と収差パラメータに基づいて、画像を算出する。画像比較部１０７は、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像とを比較して、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像との差を示す目的関数を算出する。その目的関数は、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像との差が大きいほど、大きい値を示す。
【００５２】
パラメータ決定部１０５は、画像比較部１０７により算出される目的関数に基づいて映り位置と収差パラメータとをさらに算出する。このとき、画像算出部１０６は、その映り位置と収差パラメータに基づいて画像を算出し、画像比較部１０７は、その画像と画像収集部１０３により収集される画像とを比較して目的関数を算出する。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７とは、繰り返して実行され、次々に映り位置と収差パラメータと画像と目的関数とを算出する。
【００５３】
映り位置算出部１０８は、画像算出部１０６により算出された複数の画像のうちから制約条件収集部１０４により収集された制約条件を満足し、かつ、目的関数が最小となるような１つの画像を算出し、その１つの画像の算出に用いられた映り位置と収差パラメータとを算出する。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、連係して、映り位置と収差パラメータとを非線形計画問題として算出する。非線形計画問題は、目的関数がパラメータに対して非線形であるときに、与えられた制約条件の範囲で目的関数が最小（または最大）となるときのパラメータを算出する最適化の手法の１つである。このような非線形計画問題の解法は、周知である。映り位置算出部１０８は、さらに、その算出された映り位置と収差パラメータとを出力装置に出力する。
【００５４】
図２は、被写体を示す正射影図形と結像図形とを示している。その正射影図形１１３は、被写体１１１とカメラとを結ぶ直線に垂直である正射影平面１１２に被写体１１１が正射影された図形を示している。その結像図形１１５は、正射影図形１１３が変形された図形である。その変形は、回転すること、縮小すること、並進することを含み、被写体１１１を撮像するカメラに固有の歪曲収差を含んだ像を再現することができる。このため、結像図形１１５は、このような変形により、カメラで撮像した画像に映る被写体１１１の像を再現することができる。
【００５５】
正射影平面１１２は、被写体１１１が球であるときに、その球の中心が正射影された点を原点とする極座標系で表現することができる。このとき、カメラ撮像平面１１４は、直交座標系により表現され、その直交座標系は、正射影平面１１２の極座標の原点に対応する点（ｘｃ，ｙｃ）と縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを用いて、次式：
【数３】
により極座標系から変換される。このとき、極座標系の点（ｒ，θ）は、次式：
【数４】
【数５】
により直交座標系の点（ｘ，ｙ）から変換される。
【００５６】
一般に、カメラ撮像平面１１４が正射影平面１１２と必ずしも平行ではないこととカメラに固有な歪曲収差等が存在することとにより、カメラ撮像平面１１４上の結像図形１１５は、射影平面１１２上でｎ回転対称性を持つ図形であっても、必ずしもｎ回転対称性を有するとは限らない。このような縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを用いた変換を用いることによれば、実際にカメラを用いて被写体１１１を撮像した像を示す結像図形１１５は、正射影図形１１３から算出されることができる。
【００５７】
正射影図形１１３は、被写体１１１の球と半径が等しい円である。正射影図形１１３を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）は、正射影図形１１３の内部の点の集合Ｆを用いて、次式：
【数６】
により与えられる。このとき、被写体形状収集部１０１は、被写体の形状として特性関数ｆ（ｒ，θ）を収集する。特性関数ｆ（ｒ，θ）は、被写体１１１が球である場合に、変数θに独立に、変数ｒがその球の半径より小さいときに１を示し、変数ｒがその球の半径より大きいときに０を示している。すなわち、被写体１１１が球であることは、特性関数ｆ（ｒ，θ）の入力を容易にし、好ましい。
【００５８】
結像図形１１５を示す特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、次式：
ｇ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｒ（ｘ，ｙ），θ（ｘ，ｙ））
により与えられる。このとき、正射影図形１１３の面積Ａは、次式：
【数７】
により表現される。結像図形１１５の面積Ａ′は、次式：
【数８】
により表現される。
【００５９】
なお、特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、被写体１１１の形状が球以外の３次元形状であるときにも結像図形１１５を表現することができる。すなわち、特性関数ｆ（ｒ，θ）は、球以外の被写体１１１を正射影平面１１２に射影した正射影図形１１３の内部の点の集合Ｆを用いて与えられ、特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、その特性関数ｆ（ｒ，θ）を用いて与えられる。このように与えられる特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とにより実行される計算において、被写体１１１が球であるときに与えられる特性関数ｇ（ｘ，ｙ）と同様に取り扱うことができる。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、正射影図形１１３がｎ回転対称を有しない図形であるときでも、連係して映り位置と収差パラメータとを算出することができる。このとき、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、正射影図形１１３がｎ回転対称を有するときに計算する速さが正射影図形１１３がｎ回転対称を有しないときに計算する速さより速い。
【００６０】
図３は、被写体が撮像される画像が示す階調を示している。結像図形１１５は、複数の微小領域により分割され、その微小領域の各々は、階調（輝度）を示している。正射影図形１１３は、結像図形１１５の微小領域に対応する複数の微小領域により分割される。被写体１１１の表面は、結像図形１１３の微小領域に対応する複数の微小領域により分割される。
【００６１】
被写体１１１の表面は、表面微小領域１２３を含んでいる。被写体１１１の中心１２４を通り、かつ、正射影平面１１２に平行である平面１２５は、表面微小領域１２３の曲率の中心１２４と表面微小領域１２３とを結ぶ線分１２６に角γで交差している。このとき、表面微小領域１２３の面積ΔＳは、表面微小領域１２３に対応する角γの変化量ｄγと被写体１１１の半径ｒ１とを用いて、次式：
【数９】
により表現される。
【００６２】
表面微小領域１２３は、正射影図形１１３のうちの正射影微小領域１２２に対応している。このとき、正射影微小領域１２２の面積Δｓは、次式：
【数１０】
により表現される。
【００６３】
正射影微小領域１２２は、結像図形１１５のうちの画像微小領域１２１に対応している。このとき、画像微小領域１２１が示す階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面が光を乱反射するときに、面積Δｓと面積ΔＳと適当な定数ｋと定数Ｃとを用いて、次式：
【数１１】
により表現される。定数Ｃは、正射影微小領域１２２以外の背景からカメラに入射して画像微小領域１２１に到達する光の量を示している。定数Ｃは、その光の量が正射影微小領域１２２からカメラに入射して画像微小領域１２１に到達する光の量に比較して十分に小さいことから、０とすることができる。このとき、階調Ｉ（ａ）は、次式：
【数１２】
により表現される。階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面の光の反射強度により異なり、被写体１１１の表面の光の反射強度は、被写体１１１の表面性状により異なる。すなわち、階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面が光を乱反射しないで、たとえば、被写体１１１の表面が鏡面または反射材であるときに、数１２の式と異なる式により表現される。このとき、表面性状収集部１０２により収集される表面性状Ｉ′（ｘ，ｙ）は、被写体１１１の表面のうちのカメラ撮像平面１１４上の点（ｘ，ｙ）に対応する微小領域の表面性状を示し、その微小領域がカメラ撮像平面１１４上の点（ｘ，ｙ）に映し出されるときの階調Ｉ（ａ）を示している。
【００６４】
結像図形１１５上の点（ｘ，ｙ）における階調を示す階調関数ｈ（ｘ，ｙ）は、適当な定数Ｋを用いて、次式：
【数１３】
により表現される。このとき、第ｉ行ｊ列目の画素の階調ｂ（ｉ，ｊ）は、画素の幅Δｘと画素の高さΔｙとを用いて、次式：
【数１４】
により表現される。すなわち、画像算出部１０６は、画像として階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００６５】
画像比較部１０６により算出される目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）は、画像収集部１０３により収集される画像の行数Ｉと列数Ｊと、その画像の第ｉ行ｊ列の階調Ｂ（ｉ，ｊ）とを用いて、次式：
【数１５】
により表現される。なお、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）は、この式と異なる式を用いることもでき、たとえば、階調Ｂ（ｉ，ｊ）と階調ｂ（ｉ，ｊ）との差の絶対値の総和を用いることができる。
【００６６】
画像算出部１０６は、画像として階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出ときに、階調ｂ（ｉ，ｊ）の総階調Ｔと階調Ｂ（ｉ，ｊ）の総階調Ｔとが一致するように、すなわち、次式：
【数１６】
により表現される制約条件を満足するように、定数Ｋをさらに算出する。
【００６７】
このとき、パラメータ決定部１０５は、初期値として、映り位置（ｘｃ，ｙｃ）として、次式：
【数１７】
【数１８】
により表現される階調の重心（ｘＧ，ｙＧ）を算出し、さらに、収差パラメータとして、次式：
Ｒ１＝１
Ｒ２＝１
α＝０
により表現される縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する。パラメータ決定部１０５は、２回目以降に、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）と制約条件とに基づいて、映り位置として点（ｘｃ，ｙｃ）を生成し、収差パラメータとして縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する。
【００６８】
本発明による画像処理方法の実施の形態は、画像処理装置１００により実行される。すなわち、ユーザは、図４に示されているように、まず、入力装置を用いて画像処理装置１００にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）を入力する（ステップＳ２１）。ユーザは、入力装置を用いて画像処理装置１００にターゲットの表面性状Ｉ′（ｘ，ｙ）を入力する（ステップＳ２２）。ユーザは、さらに、入力装置を用いて画像処理装置１００にＣＣＤカメラを用いて撮像したターゲットの画像を示す階調Ｂ（ｘ，ｙ）を入力する（ステップＳ２３）。ユーザは、入力装置を用いて画像処理装置１００に制約条件を入力する（ステップＳ２４）。
【００６９】
画像処理装置１００は、入力された階調Ｂ（ｘ，ｙ）に基づいて被写体１１１の像の階調の重心（ｘＧ，ｙＧ）を映り位置（ｘｃ，ｙｃ）として算出し、収差パラメータとして、次式：
Ｒ１＝１
Ｒ２＝１
α＝０
により表現される縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する（ステップＳ２５）。
【００７０】
画像処理装置１００は、ステップＳ２４で収集された制約条件とステップＳ２５で決定された映り位置と収差パラメータとに基づいて、画像を示す階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出する（ステップＳ２６）。画像処理装置１００は、階調ｂ（ｉ，ｊ）と階調Ｂ（ｉ，ｊ）とに基づいて目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）を算出する（ステップＳ２７）。ステップＳ２５〜Ｓ２７の処理は、収束条件が満足するまで繰り返して実行され（ステップＳ２８、ＮＯ）、次々に映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αと階調ｂ（ｉ，ｊ）と目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）とを算出する。このとき、画像処理装置１００は、ステップＳ２５を２回目以降に実行するときに、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）と制約条件とに基づいて映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出する。
【００７１】
画像処理装置１００は、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）の最小値を算出するために十分な回数だけステップＳ２５〜Ｓ２７を繰り返したときに（ステップＳ２８、ＹＥＳ）、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）が最小値を示すときの映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出し、算出された映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとをユーザに認識可能に出力装置に出力する（ステップＳ２９）。このようにステップＳ２５〜Ｓ２８を繰り返して映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出する計算方法は、非線形計画問題として周知である。
【００７２】
画像処理装置１００は、撮像された画像のうちの被写体１１１を映し出す領域に配置される画素の画素数が少ないときであっても、被写体１１１が画像に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明による画像処理装置及び画像処理方法は、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に利用される。このとき、その大規模構造物計測装置１は、図５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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図６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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図７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。
【００８１】
図８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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図９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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１０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。
【００８８】
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映り位置を算出する。すなわち、画像処理部６３は、既述される画像処理装置１００にインストールされる被写体形状収集部１０１と表面性状収集部１０２と画像収集部１０３とパラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とに一致している。
【００８９】
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。
【００９０】
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映り位置を補正する。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映り位置に基づいて、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。
【００９１】
大規模構造物計測方法は、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。
【００９２】
図１１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。
【００９３】
大規模構造物計測装置本体６１は、次いで、既述のステップＳ２１〜Ｓ２８を実行する。すなわち、ユーザは、入力装置を用いて大規模構造物計測装置本体６１にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）とターゲットの表面性状を示す階調Ｉ（ａ）とを入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、入力された情報に基づいて、画像のなかでターゲットが映る映り位置を算出する。
【００９４】
大規模構造物計測装置本体６１は、その映り位置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）。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
図１２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）。
【００９８】
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。
【００９９】
大規模構造物計測装置本体６１は、次いで、既述のステップＳ２１〜Ｓ２２、Ｓ２５〜Ｓ２９を実行する。すなわち、ユーザは、入力装置を用いて大規模構造物計測装置本体６１にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）とターゲットの表面性状を示す階調Ｉ（ａ）とを入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、入力された情報に基づいて、画像のなかでターゲットが映る映り位置を算出する。
【０１００】
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、映り位置を補正する。大規模構造物計測装置本体６１は、補正された映り位置に基づいて第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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１３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。
【０１０３】
図１４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】
【０１０４】
【図１】図１は、本発明による画像処理装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、被写体と正射影図形と結像図形との関連性を示す図である。
【図３】図３は、被写体と反射強度との関連性を示す図である。
【図４】図４は、本発明による画像処理方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】図５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６】図６は、第１マーカを示す平面図である。
【図７】図７は、第２マーカを示す平面図である。
【図８】図８は、標準器を示す平面図である。
【図９】図９は、第４マーカを示す平面図である。
【図１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３は、計測対象物の他の配置を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、計測対象物のさらに他の配置を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、画素が示す階調と像の中心の位置とを示す図である。
【図１６】図１６は、被写体の画像を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１００：画像処理装置
１０１：被写体形状収集部
１０２：表面性状収集部
１０３：画像収集部
１０４：制約条件収集部
１０５：パラメータ決定部
１０６：画像算出部
１０７：画像比較部
１０８：映り位置算出部
１１１：被写体
１１２：正射影平面
１１３：正射影図形
１１４：カメラ撮像平面
１１５：結像図形
１２１：画像微小領域
１２２：正射影微小領域
１２３：表面微小領域
１２４：中心
１２５：平面
１２６：線分
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、画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に、画像のうちの被写体が映っている位置を検出する画像処理装置及び画像処理方法に関する。本発明は、さらに、大規模構造物計測装置に関し、特に、その検出された位置に基づいてその被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像のうちの被写体が映っている位置を検出する画像処理が知られている。このような画像処置としては、閾値を用いる方法とエッジを検出する方法とエッジを用いた対称点推定の方法とが例示される。
【０００３】
その閾値を用いる方法は、２値化処理（または画像フィルタリング処理）を行って、画像から諧調、輝度等に関して対象物を示す対象画素とその他の背景画素とを分離する方法である。図１５は、ターゲットを映し出す画像の複数の画素がそれぞれ示す複数の階調を示している。その画像２１０は、９個の画素から形成されている。その９個の画素は、３行３列に格子状に配列されている。第１行１列目の画素の階調は、８０を示している。第１行２列目の画素の階調は、９０を示している。第１行３列目の画素の階調は、５０を示している。第２行１列目の画素の階調は、９０を示している。第２行２列目の画素の階調は、９０を示している。第２行３列目の画素の階調は、５０を示している。第３行１列目の画素の階調は、５０を示している。第３行２列目の画素の階調は、５０を示している。第３行３列目の画素の階調は、７５を示している。このとき、被写体の像の中心の位置は、重心で代替するとした場合に、閾値を８０としたときに位置２１１が算出され、閾値を５０としたときに位置２１２が算出される。
【０００４】
すなわち、被写体の像の中心の位置は、設定される閾値により異なる結果が算出される。このような相違は、画像における対象物の画素数が少数の場合ほど顕著となる。
【０００５】
そのエッジを検出する方法では、その２値化処理（またはフィルタリング処理）により得られた２値化処理画像またはフィルタリング画像からその対象物のエッジ周辺画素をトレースしてエッジ（輪郭線形状）を検出し、そのエッジで囲まれた図形の中心をその画像の対象点として算出する。図１６は、被写体の画像を示している。その画像２０１は、複数の画素２０２−１〜２０２−ｕから形成されている。複数の画素２０２−１〜２０２−ｕは、それぞれ、互いに合同であり、水平方向と垂直方向とに格子状に配置されて形成されている。各画素２０２−ｖ（ｖ＝１，２，３，…，ｕ）は、白と黒の濃淡を示す階調を示している。画像２０１は、画素２０２−１〜２０２−ｕがそれぞれ示す階調により、その被写体の像２０３を表現している。被写体の像２０３のエッジとしては、たとえば、隣り合う画素の階調の差が所定の閾値より大きい部分が検出される。このようなエッジを正確に算出するには、対象物の画素数が多数存在することが好ましい。
【０００６】
そのエッジを用いた対象点を推定する方法は、検出された対象物の画像のエッジより、対象物の対称性（たとえば、点対称や線対称）を利用して行われている。そのエッジは、画像における対象物の画素数が多ければ多いほどより正確に算出することができる。このため、このような方法により推定される点は、画像における対象物の画素数が多ければ多いほどより正確に算出することができる。
【０００７】
このような３つの画像処理は、画像における対象物の画素数が多数であることが位置精度を向上のために望ましい。しかしながら、対象物を映し出す画素の画素数は、高画素数のカメラであっても被写体を遠距離から撮影したときに、少なくなる。対象物を映し出す画素数が少ないときに、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出することが望まれている。
【０００８】
特許２６４０４０１号公報には、板状体の寸法を、短時間、かつ高精度で測定可能とする画像処理による板状体の寸法算出装置が開示されている。その寸法算出装置は、板状体に定めた測定部位の寸法を算出する画像処理による板状体の寸法算出装置であって、板状体の測定部位を含む画像を取り込む撮像装置と、撮像装置によって撮像された画像の濃度差からしきい値を定め、当該画像を２値化処理し、２値化処理によって区画された測定部位を含む測定対象画像を求め、当該測定対象画像の画素数に予め定めてある１画素当たりの面積を掛けて当該測定対象画像の面積（Ａ１）を算出するとともに、当該測定対象画像の輪郭線形状から当該測定対象画像の面積（Ａ２）を算出し、Ａ１とＡ２とが略一致するまで前述のしきい値を変化させて最適しきい値を求め、最適しきい値により２値化処理した測定対象画像の画像処理により当該測定部位の寸法を算出する画像処理装置とを有する。
【０００９】
特許３１３２９３２号公報には、検査対象画像エリア内で加工跡の方向が変化している場合にも、前記方向が変化している領域毎に、有効なフィルタリング・オペレータを自動的に選択する画像フィルタリング方法が開示されている。その画像フィルタリング方法は、画像処理で、ノイズ除去や必要画像の強調を行うフィルタリング方法において、検査対象物を撮像して得られた検査対象画像エリアを小領域に分割する小領域切出し工程と、前記分割された小領域毎の画像の画像方向成分を検査対象物の履歴から算出する画像方向成分算出工程と、前記画像方向成分算出結果から、強調、或いは、消去するべき特定方向の画像成分を選定し、選定した特定方向の画像成分を強調、或いは、消去するフィルタリング・オペレータを選択するオペレータ選択工程と、前記選択されたフィルタリング・オペレータを使用してフィルタリングするフィルタリング工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
特許３０７８１５７号公報には、画像内に検出すべき形状以外で濃度変化の顕著な部分があった場合においても、その部分から受ける影響の少ない形状検出方法が開示されている。その形状検出方法は、対象物を撮像した画像内のある注目画素に対して相対的に決定した位置にあらかじめ設定した１個以上の濃度参照領域内の画像濃度を用いて計算される画像と検出形状との濃度相関値を用いて、上記注目画素を画像内で移動させた場合に濃度相関値が最大または最小値を示す注目画素の位置をもって所定の形状の位置として検出する形状検出方法であって、各濃度参照領域内の各点における画像濃度とその各点に対してあらかじめ設定した係数との積の上記各領域内での和を、あらかじめ学習により構造を決定したニューラルネットワークの入力とし、同ネットワークから出力値濃度相関値として用いることを特徴としている。
【００１１】
特許３４７３１１４号公報には、被検査物が画像入力装置の視野内に存在していれば、被検査物の向き、個数、位置には関係なく寸法や形状を一定の評価基準で評価できるように被検査物の位置を求める画像処理方法が開示されている。その画像処理方法は、被検査物を含む空間領域を画像入力装置により撮像して得た画像を用いて被検査物の外観形状を評価する画像処理方法であって、画像内で被検査物の重心の位置を求め、被検査物の重心を中心とする所定直径の評価円の円周上である評価領域で画素をトレースすることにより被検査物に含まれる画素数である評価値を求め、この評価値により被検査物の種別を評価することを特徴としている。
【００１２】
特許３３８６１８３号公報には、被検出部位が、その全体にわたって明確に撮像されていない場合にも、該被検出部位もしくはこれが設けられた物品の位置を確実に検出することができる位置検出装置が開示されている。その物品の位置検出装置は、物品に設けられた被検出部位の形状に対応したパターンを有するテンプレートを上記被検出部位を撮像した画面上で走査させて、該被検出部位の画像とテンプレートとがマッチングしたときの該テンプレートの座標から被検出部位の位置を検出する装置であって、上記テンプレートとして、被検出部位の形状を複数個に分割したときの各部分の形状にそれぞれ対応したパターンを有する複数個のテンプレートを設定するテンプレート設定手段と、該設定手段で設定された各テンプレートを順次走査させるテンプレート走査手段と、これらのテンプレートの被検出部位の対応部分の画像とマッチングしたテンプレートについての座標データと、そのマッチングした画面上の座標データとから被検出部位の全体としての位置を演算し、且つ、複数個のテンプレートが被検出部位の対応部分の画像とマッチングしたときに、各テンプレートについて求められる被検出部位全体としての位置の平均値を算出する位置演算手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
特公平０７−８２５４８号公報には、マッチング・フィルタを廃止すると共に、中心検出のための処理を簡略化することができ、円図形の位置や大きさが変化する場合であっても、容易に中心を検出することができる円図形の中心検出方法が開示されている。その円図形の中心検出方法は、２値化処理されたディジタル画像内の円図形の中心を検出するに際し、任意の軸を中心とする対称範囲内の画素値を乗算してその関数を前記軸の出力とし、前記出力が極値となる軸を異なる方向において二本検出し、このとき、関数は、一方の軸をｊ、他方の軸をｉとし、画面寸法をＮ、円図形の半径をｎ、各軸方向に対する１〜Ｎの領域の変数をｋ、各軸を中心とした対称範囲を決定する１〜ｎの領域の変数をｌとして、
【数１】
【数２】
と定義されるものとし、出力が極値となった両軸の交点を円図形の中心として検出することを特徴としている。
【００１４】
特許３２０６６７５号公報には、対象物を画像処理し、この画像処理された対象物を示す画素に基づいて該対象物の面積および周囲長を算出してその形状を認識する場合に、上記対象物がイビツな形状の場合や該対象物の画像を構成する画素数が少ない場合であっても、該対象物の形状を画像より的確に認識し得ると共に、その円形度合いを適切に判定し得ることのできる画像処理方法が開示されている。その画像処理方法は、対象物を撮像して画像処理し、この画像処理された対象物の画像を構成する画素に基づいて該対象物の面積および周囲長を算出してその形状を認識する画像処理方法であって、上記対象物の画像を構成する画素数を予め設定された所定値と比較し、この画素数が上記所定値より小さい場合、上記対象物の画像を構成する単位画素に相当する大きさの基準部およびその周囲の検出部を有する特徴抽出フィルタを用いて、該フィルタの基準部を上記対象物の画像を構成する画素に隣接する周囲の各単位画素に重合させながら移動させて該フィルタの検出部の各々と対象物画像を構成する画素との重なりの有るなしを検出することにより該対象物画像の角部および凹凸部を検索すると共に、この検索結果に基づいて上記フィルタの基準部の移動した単位画素毎に、上記各検出部と対象物画像を構成する各画素との重なりの数を算出し、この重なりの数に応じて設定された補正パターンにしたがって、上記対象物画像を平滑化するように該対象物画像の角部および凹凸部における画素を増加させる方向に補正すると共に、周囲長を補正し、該補正後の対象物画像に基づいて対象物の面積および周囲長を算出することを特徴としている。
【００１５】
特許２６１９０６３号公報には、ディジタル画像に変換されたほぼ楕円状の対象物の真円度Ｒ、周囲長、長軸と短軸との比の計測など、従来局所計測値の積上げによる計測のために精度が悪かった各種の計測が、高精度で行える画像計測装置が開示されている。その画像計測装置は、ほぼ楕円状の計測対象物のディジタル画像を格納するための画像メモリと、この画像メモリをラスタスキャンし、上記ディジタル画像のラン毎のラン座標を計測する第１の計測手段と、この第１の計測手段によって計測された上記ディジタル画像のラン毎のラン座標をもとに、上記計測対象物の重心を通る長軸まわりの２次モーメントｍｙおよび短軸まわりの２次モーメントｍｘを算出する２次モーメント算出手段と、この２次モーメント算出手段によって算出された上記２次モーメントｍｘおよびｍｙをもとに、上記計測対象物の各種計測を行う第２の計測手段と、を具備することを特徴としている。
【００１６】
特許２８５７８３４号公報には、目標に類似した亜目標が目標の近傍に存在する場合でも、亜目標Ｊに惑わされずに、正しい目標Ｔの概略位置を取得することが出来る目標位置取得方法および目標位置取得装置が開示されている。その目標位置取得方法は、目標（Ｔ）を含むウインドウ領域（Ｒ）を画像（Ｉ）上に設け、前記ウインドウ領域（Ｒ）内の画素の座標（Ｈ，Ｖ）と画素値（Ｇ）とにより当該ウインドウ領域（Ｒ）の重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を求め、その重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を目標（Ｔ）の概略位置として取得する目標位置取得方法において、注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）が設定されたときに、その注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）の近くでは比較的大きな値となり，注視点座標（Ｈｐ，Ｖｐ）から離れると比較的小さな値となる重み（Ｗ）を前記画素値（Ｇ）に乗算し、前記ウインドウ領域（Ｒ）内の画素の座標（Ｈ，Ｖ）および重み・画素値積（Ｗ・Ｇ）により当該ウインドウ領域（Ｒ）の重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を求め、その重心位置（Ｈｇ，Ｖｇ）を前記目標（Ｔ）の概略位置として取得することを特徴としている。
【００１７】
このような画像処理は、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に適用されている。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。
【００１８】
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。大規模構造物の全体を映し出す画像を用いてその大規模構造物を計測するときに、その大規模構造物の計測対象点が画像に映し出される位置をより正確に算出して、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
【特許文献１】特許２６４０４０１号公報
【特許文献２】特許３１３２９３２号公報
【特許文献３】特許３０７８１５７号公報
【特許文献４】特許３４７３１１４号公報
【特許文献５】特許３３８６１８３号公報
【特許文献６】特公平７−８２５４８号公報
【特許文献７】特許３２０６６７５号公報
【特許文献８】特許２６１９０６３号公報
【特許文献９】特許２８５７８３４号公報
【特許文献１０】特開平１０−２０６１３１号公報
【特許文献１１】特許２５１２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の課題は、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出する画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、被写体が画像に映し出される位置をより正確により速く算出する画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明による画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集する画像収集部（１０３）と、ターゲット（１１１）の形状を収集する被写体形状収集部（１０１）と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部（１０５）と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出する画像算出部（１０６）と、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較する画像比較部（１０７）と、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部（１０８）とを備えている。このとき、画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２５】
本発明による画像処理装置（１００）は、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集する表面性状収集部（１０２）を更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このとき、画像処理装置（１００）は、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２６】
パラメータ決定部（１０５）は、更に、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成し、複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置算出部（１０８）は、更に、パラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を算出する。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このとき、画像処理装置（１００）は、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００２７】
本発明による画像処理装置は、制約条件を収集する制約条件収集部（１０４）を更に備えている。このとき、パラメータ決定部（１０５）は、その制約条件を満たす範囲で複数の位置と複数のパラメータとを生成することが好ましい。
【００２８】
被写体形状収集部（１０１）により収集されるターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００２９】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理装置は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００３０】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。すなわち、パラメータ決定部（１０５）と画像算出部（１０６）と画像比較部（１０７）と映り位置算出部（１０８）とは、連係し、非線形計画問題の解法を用いて映り位置を算出する。
【００３１】
本発明による画像処理方法は、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集するステップと、ターゲット（１１１）の形状を収集するステップと、画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出するステップと、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較するステップと、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップとを備えている。このような画像処理方法によれば、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３２】
本発明による画像処理方法は、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このような画像処理方法によれば、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３３】
本発明による画像処理方法は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）とともに算出される。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このような画像処理方法によれば、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３４】
本発明による画像処理方法は、制約条件を収集するステップ（Ｓ２４）を更に備えている。このとき、複数の位置と複数のパラメータとは、その制約条件を満たす範囲で生成されることが好ましい。
【００３５】
ターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００３６】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理方法は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００３７】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。
【００３８】
本発明による画像処理プログラムは、コンピュータである画像処理装置（１００）により実行されるコンピュータプログラムであり、そのコンピュータプログラムの部分として、ターゲット（１１１）が撮像された収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集するステップと、ターゲット（１１１）の形状を収集するステップと、画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（１１１）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出するステップと、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較するステップと、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップとを備えている。このような画像処理プログラムによれば、ターゲット（１１１）を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００３９】
本発明による画像処理プログラムは、ターゲット（１１１）の表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を収集するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、複数の画素から形成され、複数の画素は、それぞれ、階調を示し、階調は、それぞれ、表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））に基づいて算出される。ターゲット（１１１）は、表面性状により光の反射量が異なり、表面性状により収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））への映り方、すなわち、各画素が示す階調が異なる。このような画像処理プログラムによれば、その表面性状（Ｉ′（ｘ，ｙ））を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００４０】
本発明による画像処理プログラムは、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）を適当に生成するステップを更に備えている。複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））は、それぞれ、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）を複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）の各々に基づいて変形された結像図形（１１５）を示し、映り位置は、複数のパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）のうちの近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられたパラメータ（Ｒ１、Ｒ２、α）とともに算出される。収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））は、撮像するカメラに固有の歪曲収差により、ターゲット（１１１）が平面に正射影された正射影図形（１１３）から変形された図形を示している。このような画像処理プログラムによれば、その収差を考慮することにより、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））の画素数が少ないときであっても、ターゲット（１１１）が収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【００４１】
本発明による画像処理方法は、制約条件を収集するステップ（Ｓ２４）を更に備えている。このとき、複数の位置と複数のパラメータとは、その制約条件を満たす範囲で生成されることが好ましい。
【００４２】
ターゲット（１１１）の形状は、ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形により表現されることが好ましい。
【００４３】
ターゲット（１１１）を平面に正射影した図形は、回転対称性を有する。すなわち、本発明による画像処理方法は、平面に正射影された図形が回転対称性を有するターゲット（１１１）を適用することが計算を速くする点で好ましい。
【００４４】
映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出されることが好ましい。
【００４５】
本発明による大規模構造物計測装置（６１）は、ターゲット（２、３、５）が取り付けられる計測対象物（６）の全体を映し出す収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））を収集する画像収集部（１０３）と、ターゲット（２、３、５）の形状を収集する被写体形状収集部（１０１）と、画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部（１０５）と、複数の位置の各々と形状とに基づいてターゲット（２、３、５）が映る複数の算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を算出する画像算出部（１０６）と、収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））と算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））とを比較する画像比較部（１０７）と、複数の位置のうちの収集画像（Ｂ（ｉ，ｊ））に最も近似する近似算出画像（ｂ（ｉ，ｊ））を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部（１０８）と、その映り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マーカ位置関係算出部（６５）とを備えている。すなわち、本発明による画像処理装置（１００）は、画像のうちの被写体が映っている位置に基づいてその被写体の大きさを計測する大規模構造物計測装置（６１）に適用されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４６】
本発明による画像処理装置及び画像処理方法は、被写体が画像に映し出される位置をより正確に算出することができる。さらに、本発明による大規模構造物計測装置は、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】
【００４７】
図面を参照して、本発明による画像処理装置の実施の形態を記載する。図１は、その画像処理装置１００を示している。画像処理装置１００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と記録装置と入力装置と出力装置とを備えている。そのＣＰＵは、画像処理装置１００にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、記録装置と入力装置と出力装置とを制御する。その記録装置は、画像処理装置１００にインストールされるコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成された情報を一次的に記録する。その入力装置は、画像処理装置１００のユーザにより操作され、その操作により生成される情報をＣＰＵに出力する。このような入力装置としては、キーボード、ＣＤに例示される記録媒体の読み取り装置、他のコンピュータから情報を収集する通信装置が例示される。その出力装置は、ＣＰＵにより生成された情報を画像処理装置１００のユーザに認識可能に出力する。このような出力装置としては、ディスプレイ、ＣＤに例示される記録媒体の書き込み装置、他のコンピュータに情報を配信する通信装置が例示される。
【００４８】
画像処理装置１００は、図１に示されているように、コンピュータプログラムである被写体形状収集部１０１と表面性状収集部１０２と画像収集部１０３と制約条件収集部１０４とパラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とがインストールされている。
【００４９】
被写体形状収集部１０１は、ユーザにより入力装置を用いて入力される被写体の形状をその入力装置から収集する。その被写体の形状は、被写体の正射影図形により表現される。表面性状収集部１０２は、ユーザにより入力装置を用いて入力される被写体の表面性状をその入力装置から収集する。その表面性状は、被写体の表面がどのように光を反射するかを示し、被写体の表面がどのような階調で画像に映るかを示している。画像収集部１０３は、ユーザにより入力装置を用いて入力される画像をその入力装置から収集する。その画像は、ユーザによりＣＣＤカメラを用いて撮像される。その画像は、複数の画素から形成されている。その複数の画素は、それぞれ、互いに合同であり、水平方向と垂直方向とに格子状に配置されて形成されている。各画素は、白と黒の濃淡を示す階調を示している。すなわち、その画像は、画素がそれぞれ示す階調により、その被写体の像を表現している。なお、各画素は、色を示すこともでき、このとき、赤の濃淡と緑の濃淡と青の濃淡とをそれぞれ示す３つの数値を示している。
【００５０】
制約条件収集部１０４は、ユーザにより入力装置を用いて入力される制約条件をその入力装置から収集する。その制約条件は、パラメータ決定部１０５により生成される値が取り得る範囲を制限する数式を示し、等式または不等式により表現される。
【００５１】
パラメータ決定部１０５は、制約条件収集部１０４により収集された制約条件に基づいて、映り位置と収差パラメータとを適当に生成する。画像算出部１０６は、パラメータ決定部１０５により決定された映り位置と収差パラメータに基づいて、画像を算出する。画像比較部１０７は、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像とを比較して、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像との差を示す目的関数を算出する。その目的関数は、画像算出部１０６により算出される画像と画像収集部１０３により収集される画像との差が大きいほど、大きい値を示す。
【００５２】
パラメータ決定部１０５は、画像比較部１０７により算出される目的関数に基づいて映り位置と収差パラメータとをさらに算出する。このとき、画像算出部１０６は、その映り位置と収差パラメータに基づいて画像を算出し、画像比較部１０７は、その画像と画像収集部１０３により収集される画像とを比較して目的関数を算出する。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７とは、繰り返して実行され、次々に映り位置と収差パラメータと画像と目的関数とを算出する。
【００５３】
映り位置算出部１０８は、画像算出部１０６により算出された複数の画像のうちから制約条件収集部１０４により収集された制約条件を満足し、かつ、目的関数が最小となるような１つの画像を算出し、その１つの画像の算出に用いられた映り位置と収差パラメータとを算出する。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、連係して、映り位置と収差パラメータとを非線形計画問題として算出する。非線形計画問題は、目的関数がパラメータに対して非線形であるときに、与えられた制約条件の範囲で目的関数が最小（または最大）となるときのパラメータを算出する最適化の手法の１つである。このような非線形計画問題の解法は、周知である。映り位置算出部１０８は、さらに、その算出された映り位置と収差パラメータとを出力装置に出力する。
【００５４】
図２は、被写体を示す正射影図形と結像図形とを示している。その正射影図形１１３は、被写体１１１とカメラとを結ぶ直線に垂直である正射影平面１１２に被写体１１１が正射影された図形を示している。その結像図形１１５は、正射影図形１１３が変形された図形である。その変形は、回転すること、縮小すること、並進することを含み、被写体１１１を撮像するカメラに固有の歪曲収差を含んだ像を再現することができる。このため、結像図形１１５は、このような変形により、カメラで撮像した画像に映る被写体１１１の像を再現することができる。
【００５５】
正射影平面１１２は、被写体１１１が球であるときに、その球の中心が正射影された点を原点とする極座標系で表現することができる。このとき、カメラ撮像平面１１４は、直交座標系により表現され、その直交座標系は、正射影平面１１２の極座標の原点に対応する点（ｘｃ，ｙｃ）と縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを用いて、次式：
【数３】
により極座標系から変換される。このとき、極座標系の点（ｒ，θ）は、次式：
【数４】
【数５】
により直交座標系の点（ｘ，ｙ）から変換される。
【００５６】
一般に、カメラ撮像平面１１４が正射影平面１１２と必ずしも平行ではないこととカメラに固有な歪曲収差等が存在することとにより、カメラ撮像平面１１４上の結像図形１１５は、射影平面１１２上でｎ回転対称性を持つ図形であっても、必ずしもｎ回転対称性を有するとは限らない。このような縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを用いた変換を用いることによれば、実際にカメラを用いて被写体１１１を撮像した像を示す結像図形１１５は、正射影図形１１３から算出されることができる。
【００５７】
正射影図形１１３は、被写体１１１の球と半径が等しい円である。正射影図形１１３を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）は、正射影図形１１３の内部の点の集合Ｆを用いて、次式：
【数６】
により与えられる。このとき、被写体形状収集部１０１は、被写体の形状として特性関数ｆ（ｒ，θ）を収集する。特性関数ｆ（ｒ，θ）は、被写体１１１が球である場合に、変数θに独立に、変数ｒがその球の半径より小さいときに１を示し、変数ｒがその球の半径より大きいときに０を示している。すなわち、被写体１１１が球であることは、特性関数ｆ（ｒ，θ）の入力を容易にし、好ましい。
【００５８】
結像図形１１５を示す特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、次式：
ｇ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｒ（ｘ，ｙ），θ（ｘ，ｙ））
により与えられる。このとき、正射影図形１１３の面積Ａは、次式：
【数７】
により表現される。結像図形１１５の面積Ａ′は、次式：
【数８】
により表現される。
【００５９】
なお、特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、被写体１１１の形状が球以外の３次元形状であるときにも結像図形１１５を表現することができる。すなわち、特性関数ｆ（ｒ，θ）は、球以外の被写体１１１を正射影平面１１２に射影した正射影図形１１３の内部の点の集合Ｆを用いて与えられ、特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、その特性関数ｆ（ｒ，θ）を用いて与えられる。このように与えられる特性関数ｇ（ｘ，ｙ）は、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とにより実行される計算において、被写体１１１が球であるときに与えられる特性関数ｇ（ｘ，ｙ）と同様に取り扱うことができる。すなわち、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、正射影図形１１３がｎ回転対称を有しない図形であるときでも、連係して映り位置と収差パラメータとを算出することができる。このとき、パラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とは、正射影図形１１３がｎ回転対称を有するときに計算する速さが正射影図形１１３がｎ回転対称を有しないときに計算する速さより速い。
【００６０】
図３は、被写体が撮像される画像が示す階調を示している。結像図形１１５は、複数の微小領域により分割され、その微小領域の各々は、階調（輝度）を示している。正射影図形１１３は、結像図形１１５の微小領域に対応する複数の微小領域により分割される。被写体１１１の表面は、結像図形１１３の微小領域に対応する複数の微小領域により分割される。
【００６１】
被写体１１１の表面は、表面微小領域１２３を含んでいる。被写体１１１の中心１２４を通り、かつ、正射影平面１１２に平行である平面１２５は、表面微小領域１２３の曲率の中心１２４と表面微小領域１２３とを結ぶ線分１２６に角γで交差している。このとき、表面微小領域１２３の面積ΔＳは、表面微小領域１２３に対応する角γの変化量ｄγと被写体１１１の半径ｒ１とを用いて、次式：
【数９】
により表現される。
【００６２】
表面微小領域１２３は、正射影図形１１３のうちの正射影微小領域１２２に対応している。このとき、正射影微小領域１２２の面積Δｓは、次式：
【数１０】
により表現される。
【００６３】
正射影微小領域１２２は、結像図形１１５のうちの画像微小領域１２１に対応している。このとき、画像微小領域１２１が示す階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面が光を乱反射するときに、面積Δｓと面積ΔＳと適当な定数ｋと定数Ｃとを用いて、次式：
【数１１】
により表現される。定数Ｃは、正射影微小領域１２２以外の背景からカメラに入射して画像微小領域１２１に到達する光の量を示している。定数Ｃは、その光の量が正射影微小領域１２２からカメラに入射して画像微小領域１２１に到達する光の量に比較して十分に小さいことから、０とすることができる。このとき、階調Ｉ（ａ）は、次式：
【数１２】
により表現される。階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面の光の反射強度により異なり、被写体１１１の表面の光の反射強度は、被写体１１１の表面性状により異なる。すなわち、階調Ｉ（ａ）は、被写体１１１の表面が光を乱反射しないで、たとえば、被写体１１１の表面が鏡面または反射材であるときに、数１２の式と異なる式により表現される。このとき、表面性状収集部１０２により収集される表面性状Ｉ′（ｘ，ｙ）は、被写体１１１の表面のうちのカメラ撮像平面１１４上の点（ｘ，ｙ）に対応する微小領域の表面性状を示し、その微小領域がカメラ撮像平面１１４上の点（ｘ，ｙ）に映し出されるときの階調Ｉ（ａ）を示している。
【００６４】
結像図形１１５上の点（ｘ，ｙ）における階調を示す階調関数ｈ（ｘ，ｙ）は、適当な定数Ｋを用いて、次式：
【数１３】
により表現される。このとき、第ｉ行ｊ列目の画素の階調ｂ（ｉ，ｊ）は、画素の幅Δｘと画素の高さΔｙとを用いて、次式：
【数１４】
により表現される。すなわち、画像算出部１０６は、画像として階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出する。
【００６５】
画像比較部１０６により算出される目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）は、画像収集部１０３により収集される画像の行数Ｉと列数Ｊと、その画像の第ｉ行ｊ列の階調Ｂ（ｉ，ｊ）とを用いて、次式：
【数１５】
により表現される。なお、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）は、この式と異なる式を用いることもでき、たとえば、階調Ｂ（ｉ，ｊ）と階調ｂ（ｉ，ｊ）との差の絶対値の総和を用いることができる。
【００６６】
画像算出部１０６は、画像として階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出ときに、階調ｂ（ｉ，ｊ）の総階調Ｔと階調Ｂ（ｉ，ｊ）の総階調Ｔとが一致するように、すなわち、次式：
【数１６】
により表現される制約条件を満足するように、定数Ｋをさらに算出する。
【００６７】
このとき、パラメータ決定部１０５は、初期値として、映り位置（ｘｃ，ｙｃ）として、次式：
【数１７】
【数１８】
により表現される階調の重心（ｘＧ，ｙＧ）を算出し、さらに、収差パラメータとして、次式：
Ｒ１＝１
Ｒ２＝１
α＝０
により表現される縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する。パラメータ決定部１０５は、２回目以降に、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）と制約条件とに基づいて、映り位置として点（ｘｃ，ｙｃ）を生成し、収差パラメータとして縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する。
【００６８】
本発明による画像処理方法の実施の形態は、画像処理装置１００により実行される。すなわち、ユーザは、図４に示されているように、まず、入力装置を用いて画像処理装置１００にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）を入力する（ステップＳ２１）。ユーザは、入力装置を用いて画像処理装置１００にターゲットの表面性状Ｉ′（ｘ，ｙ）を入力する（ステップＳ２２）。ユーザは、さらに、入力装置を用いて画像処理装置１００にＣＣＤカメラを用いて撮像したターゲットの画像を示す階調Ｂ（ｘ，ｙ）を入力する（ステップＳ２３）。ユーザは、入力装置を用いて画像処理装置１００に制約条件を入力する（ステップＳ２４）。
【００６９】
画像処理装置１００は、入力された階調Ｂ（ｘ，ｙ）に基づいて被写体１１１の像の階調の重心（ｘＧ，ｙＧ）を映り位置（ｘｃ，ｙｃ）として算出し、収差パラメータとして、次式：
Ｒ１＝１
Ｒ２＝１
α＝０
により表現される縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを生成する（ステップＳ２５）。
【００７０】
画像処理装置１００は、ステップＳ２４で収集された制約条件とステップＳ２５で決定された映り位置と収差パラメータとに基づいて、画像を示す階調ｂ（ｉ，ｊ）を算出する（ステップＳ２６）。画像処理装置１００は、階調ｂ（ｉ，ｊ）と階調Ｂ（ｉ，ｊ）とに基づいて目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）を算出する（ステップＳ２７）。ステップＳ２５〜Ｓ２７の処理は、収束条件が満足するまで繰り返して実行され（ステップＳ２８、ＮＯ）、次々に映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αと階調ｂ（ｉ，ｊ）と目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）とを算出する。このとき、画像処理装置１００は、ステップＳ２５を２回目以降に実行するときに、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）と制約条件とに基づいて映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出する。
【００７１】
画像処理装置１００は、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）の最小値を算出するために十分な回数だけステップＳ２５〜Ｓ２７を繰り返したときに（ステップＳ２８、ＹＥＳ）、目的関数Ｆ（Ｒ１，Ｒ２，α，ｘｃ，ｙｃ）が最小値を示すときの映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出し、算出された映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとをユーザに認識可能に出力装置に出力する（ステップＳ２９）。このようにステップＳ２５〜Ｓ２８を繰り返して映り位置（ｘｃ，ｙｃ）と収差パラメータである縮小率Ｒ１、Ｒ２と回転角αとを算出する計算方法は、非線形計画問題として周知である。
【００７２】
画像処理装置１００は、撮像された画像のうちの被写体１１１を映し出す領域に配置される画素の画素数が少ないときであっても、被写体１１１が画像に映し出される映り位置をより正確に算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明による画像処理装置及び画像処理方法は、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に利用される。このとき、その大規模構造物計測装置１は、図５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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図６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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図７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。
【００８１】
図８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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
大規模構造物計測装置１は、さらに、図９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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１０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。
【００８８】
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映り位置を算出する。すなわち、画像処理部６３は、既述される画像処理装置１００にインストールされる被写体形状収集部１０１と表面性状収集部１０２と画像収集部１０３とパラメータ決定部１０５と画像算出部１０６と画像比較部１０７と映り位置算出部１０８とに一致している。
【００８９】
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。
【００９０】
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映り位置を補正する。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映り位置に基づいて、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。
【００９１】
大規模構造物計測方法は、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。
【００９２】
図１１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。
【００９３】
大規模構造物計測装置本体６１は、次いで、既述のステップＳ２１〜Ｓ２８を実行する。すなわち、ユーザは、入力装置を用いて大規模構造物計測装置本体６１にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）とターゲットの表面性状を示す階調Ｉ（ａ）とを入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、入力された情報に基づいて、画像のなかでターゲットが映る映り位置を算出する。
【００９４】
大規模構造物計測装置本体６１は、その映り位置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）。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
図１２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）。
【００９８】
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。
【００９９】
大規模構造物計測装置本体６１は、次いで、既述のステップＳ２１〜Ｓ２２、Ｓ２５〜Ｓ２９を実行する。すなわち、ユーザは、入力装置を用いて大規模構造物計測装置本体６１にターゲットの形状を示す特性関数ｆ（ｒ，θ）とターゲットの表面性状を示す階調Ｉ（ａ）とを入力する。大規模構造物計測装置本体６１は、入力された情報に基づいて、画像のなかでターゲットが映る映り位置を算出する。
【０１００】
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、映り位置を補正する。大規模構造物計測装置本体６１は、補正された映り位置に基づいて第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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
図１３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。
【０１０３】
図１４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】
【０１０４】
【図１】図１は、本発明による画像処理装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、被写体と正射影図形と結像図形との関連性を示す図である。
【図３】図３は、被写体と反射強度との関連性を示す図である。
【図４】図４は、本発明による画像処理方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】図５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６】図６は、第１マーカを示す平面図である。
【図７】図７は、第２マーカを示す平面図である。
【図８】図８は、標準器を示す平面図である。
【図９】図９は、第４マーカを示す平面図である。
【図１０】図１０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１１】図１１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１２】図１２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１３】図１３は、計測対象物の他の配置を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、計測対象物のさらに他の配置を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、画素が示す階調と像の中心の位置とを示す図である。
【図１６】図１６は、被写体の画像を示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１００：画像処理装置
１０１：被写体形状収集部
１０２：表面性状収集部
１０３：画像収集部
１０４：制約条件収集部
１０５：パラメータ決定部
１０６：画像算出部
１０７：画像比較部
１０８：映り位置算出部
１１１：被写体
１１２：正射影平面
１１３：正射影図形
１１４：カメラ撮像平面
１１５：結像図形
１２１：画像微小領域
１２２：正射影微小領域
１２３：表面微小領域
１２４：中心
１２５：平面
１２６：線分
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】
ターゲットが撮像された収集画像を収集する画像収集部と、
前記ターゲットの形状を収集する被写体形状収集部と、
画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部と、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出する画像算出部と、
前記収集画像と前記算出画像とを比較する画像比較部と、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部
とを具備する画像処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ターゲットの表面性状を収集する表面性状収集部を更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記パラメータ決定部は、更に、複数のパラメータを適当に生成し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置算出部は、更に、前記パラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータを算出する
画像処理装置。
【請求項４】
請求項３において、
制約条件を収集する制約条件収集部を更に具備し、
前記パラメータ決定部は、前記制約条件を満たす範囲で前記複数の位置と前記複数のパラメータとを生成する
画像処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理装置。
【請求項８】
ターゲットが撮像された収集画像を収集するステップと、
前記ターゲットの形状を収集するステップと、
画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出するステップと、
前記収集画像と前記算出画像とを比較するステップと、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップ
とを具備する画像処理方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記ターゲットの表面性状を収集するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理方法。
【請求項１０】
請求項９において、
複数のパラメータを適当に生成するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置は、前記複数のパラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータとともに算出される
画像処理方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
制約条件を収集するステップを更に具備し、
前記複数の位置と前記複数のパラメータとは、前記制約条件を満たす範囲で生成される
画像処理方法。
【請求項１２】
請求項８〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理方法。
【請求項１３】
請求項８〜請求項１２のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理方法。
【請求項１４】
請求項８〜請求項１３のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理方法。
【請求項１５】
ターゲットが撮像された収集画像を収集するステップと、
前記ターゲットの形状を収集するステップと、
画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出するステップと、
前記収集画像と前記算出画像とを比較するステップと、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップ
とを具備する画像処理プログラム。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記ターゲットの表面性状を収集するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理プログラム。
【請求項１７】
請求項１６において、
複数のパラメータを適当に生成するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置は、前記複数のパラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータとともに算出される
画像処理プログラム。
【請求項１８】
請求項１７において、
制約条件を収集するステップを更に具備し、
前記複数の位置と前記複数のパラメータとは、前記制約条件を満たす範囲で生成される
画像処理プログラム。
【請求項１９】
請求項１５〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理プログラム。
【請求項２０】
請求項１５〜請求項１９のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理プログラム。
【請求項２１】
請求項１５〜請求項２０のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理プログラム。
【請求項２２】
ターゲットが取り付けられる計測対象物の全体を映し出す収集画像を収集する画像収集部と、
前記ターゲットの形状を収集する被写体形状収集部と、
画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部と、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出する画像算出部と、
前記収集画像と前記算出画像とを比較する画像比較部と、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部と、
前記映り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マーカ位置関係算出部
とを具備する大規模構造物計測装置。
【請求項１】
ターゲットが撮像された収集画像を収集する画像収集部と、
前記ターゲットの形状を収集する被写体形状収集部と、
画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部と、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出する画像算出部と、
前記収集画像と前記算出画像とを比較する画像比較部と、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部
とを具備する画像処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ターゲットの表面性状を収集する表面性状収集部を更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記パラメータ決定部は、更に、複数のパラメータを適当に生成し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置算出部は、更に、前記パラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータを算出する
画像処理装置。
【請求項４】
請求項３において、
制約条件を収集する制約条件収集部を更に具備し、
前記パラメータ決定部は、前記制約条件を満たす範囲で前記複数の位置と前記複数のパラメータとを生成する
画像処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理装置。
【請求項８】
ターゲットが撮像された収集画像を収集するステップと、
前記ターゲットの形状を収集するステップと、
画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出するステップと、
前記収集画像と前記算出画像とを比較するステップと、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップ
とを具備する画像処理方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記ターゲットの表面性状を収集するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理方法。
【請求項１０】
請求項９において、
複数のパラメータを適当に生成するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置は、前記複数のパラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータとともに算出される
画像処理方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
制約条件を収集するステップを更に具備し、
前記複数の位置と前記複数のパラメータとは、前記制約条件を満たす範囲で生成される
画像処理方法。
【請求項１２】
請求項８〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理方法。
【請求項１３】
請求項８〜請求項１２のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理方法。
【請求項１４】
請求項８〜請求項１３のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理方法。
【請求項１５】
ターゲットが撮像された収集画像を収集するステップと、
前記ターゲットの形状を収集するステップと、
画像上の複数の位置を適当に生成するステップと、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出するステップと、
前記収集画像と前記算出画像とを比較するステップと、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出するステップ
とを具備する画像処理プログラム。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記ターゲットの表面性状を収集するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、複数の画素から形成され、
前記複数の画素は、それぞれ、階調を示し、
前記階調は、それぞれ、前記表面性状に基づいて算出される
画像処理プログラム。
【請求項１７】
請求項１６において、
複数のパラメータを適当に生成するステップを更に具備し、
前記複数の算出画像は、それぞれ、前記ターゲットが平面に正射影された正射影図形を前記複数のパラメータの各々に基づいて変形された結像図形を示し、
前記映り位置は、前記複数のパラメータのうちの前記近似算出画像を生成するときに用いられたパラメータとともに算出される
画像処理プログラム。
【請求項１８】
請求項１７において、
制約条件を収集するステップを更に具備し、
前記複数の位置と前記複数のパラメータとは、前記制約条件を満たす範囲で生成される
画像処理プログラム。
【請求項１９】
請求項１５〜請求項１８のいずれかにおいて、
前記形状は、前記ターゲットを平面に正射影した図形により表現される
画像処理プログラム。
【請求項２０】
請求項１５〜請求項１９のいずれかにおいて、
前記ターゲットを平面に正射影した図形は、回転対称性を有する
画像処理プログラム。
【請求項２１】
請求項１５〜請求項２０のいずれかにおいて、
前記映り位置は、非線形計画問題の解法を用いて算出される
画像処理プログラム。
【請求項２２】
ターゲットが取り付けられる計測対象物の全体を映し出す収集画像を収集する画像収集部と、
前記ターゲットの形状を収集する被写体形状収集部と、
画像上の複数の位置を適当に生成するパラメータ決定部と、
前記複数の位置の各々と前記形状とに基づいて前記ターゲットが映る複数の算出画像を算出する画像算出部と、
前記収集画像と前記算出画像とを比較する画像比較部と、
前記複数の位置のうちの前記収集画像に最も近似する近似算出画像を生成するときに用いられた映り位置を算出する映り位置算出部と、
前記映り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マーカ位置関係算出部
とを具備する大規模構造物計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−１５３８２４（Ｐ２００６−１５３８２４Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４９１３７（Ｐ２００４−３４９１３７）
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【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６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１日（２００４．１２．１）
【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）】
[ Back to top ]