計測システム
【課題】容易に現場の測量が可能となる計測システムの提供。
【解決手段】所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレート１０と、基準プレート１０を含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化するカメラ部１０４と、カメラ部１０４と通信して撮影画像Ｐ１０を取得し、基準プレート１０の形状情報をもとに撮影画像Ｐ１０に所定間隔で複数の仮想線を加えた合成画像Ｇ１０を形成する中央演算装置１０６と、中央演算装置１０６から合成画像Ｇ１０を取得して表示する液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１に示された情報に対応して合成画像Ｇ１０上のポイントを指定するキーボード１０２及びタッチパネル１０３と、キーボード１０２及びタッチパネル１０３によって指定された複数のポイント間の距離を計算手段によって計測する。
【解決手段】所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレート１０と、基準プレート１０を含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化するカメラ部１０４と、カメラ部１０４と通信して撮影画像Ｐ１０を取得し、基準プレート１０の形状情報をもとに撮影画像Ｐ１０に所定間隔で複数の仮想線を加えた合成画像Ｇ１０を形成する中央演算装置１０６と、中央演算装置１０６から合成画像Ｇ１０を取得して表示する液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１に示された情報に対応して合成画像Ｇ１０上のポイントを指定するキーボード１０２及びタッチパネル１０３と、キーボード１０２及びタッチパネル１０３によって指定された複数のポイント間の距離を計算手段によって計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工事現場、又は工事をする前の現場において、例えば道路の幅や歩道の幅、マンホールの位置などを測量する技術に関するものであり、具体的にはＡＲ（Augmented Reality）技術を用いて現場の測量を容易にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の一部を掘削して、ガス管などを埋設する場合には、その埋設位置の状況の把握のために測量作業をすることは不可欠な作業となっている。従来、これらの測量作業には複数の人間によって行われていた。しかし、測量作業には手間がかかるので、作業効率などを高めることが求められている。
【０００３】
特許文献１には、写真計測システム及び写真計測方法に関する技術が開示されている。事故現場や工事作業現場において、異なる地点に配置された複数のポイントマークを撮影対象として含む写真画像データと、複数のポイントマークの位置を特定する複数の位置データとを入力し、写真画像データに含まれる複数のポイントマークそれぞれと複数の位置データとを対応づける位置データ対応付け部と、位置データ対応付け部が複数のポイントマークそれぞれへ対応づけた複数の位置データを用いて、複数のポイントマークが所定の位置関係になるように写真画像データを変換して、変換画像データを生成する変換部と、変換部が生成した変換画像データを格納する変換画像データメモリを備えた写真計測システムを用いることで、例えば工事現場の構造物と構造物の設計図面とが一致しているかを確認することができる。
【０００４】
また、工事現場の測量を目的とした技術ではないが、特許文献２に示されるステレオ３次元計測システムに関する技術や、特許文献３に示されるマーカーの３次元位置計測方法及びシステムに関する技術を流用することでも、測量作業の作業効率向上は可能であるように思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６２３３３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７５３６６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３２２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１から特許文献３に開示される技術を用いて、現場の測量を行うことを想定すると、以下に説明する課題があると考えられる。
【０００７】
特許文献１に開示される技術において、複数のポイントマークの位置を特定する複数の位置データの取得はＧＰＳ技術を利用することを前提として考えられている。しかしＧＰＳ技術を用いた計測は、ＧＰＳの誤差を修正するために複数の機器を使用するか、長時間ＧＰＳ信号を受信するなどの工夫を必要とする。しかし、現場での作業軽減という点から考えると、これらの複数の機器を使用したり長時間現場に居る必要があったりということは、あまり望ましい方法とは言えない。また、屋根のあるような場所など、ＧＰＳの電波を受信しにくい等の条件が重なる現場では使えないなどの問題も考えられる。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３に開示される技術では、カメラを２台用いることで精度の良い計測結果が期待出来る。しかし、マーカーの設置や高精度なレーザー距離計測器などの機器を用いる必要があるため、比較的大型な装置を用いる必要性があるため、可搬性に課題があると考えられる。現場での作業軽減という点では、こうした装置の大型化はデメリットであると言える。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、容易に現場の測量が可能となる計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の一態様による計測システムは以下のような特徴を有する。
【００１１】
（１）所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、前記基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、前記撮影手段と通信して前記デジタル画像データを取得し、前記基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、前記デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、前記デジタル画像データを表示する画像表示手段と、前記画像表示手段に示された情報に対応して前記加工データが有する前記仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、前記計算手段により、前記仮想平面上に指定された前記第１ポイント及び前記第２ポイントを、前記３次元空間情報に投影し、前記第１ポイントと前記第２ポイントとの差を前記計算手段によって計測することを特徴とする。
【００１２】
（２）（１）に記載の計測システムにおいて、前記加工データには、前記仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい距離を取得することを特徴とする。
【００１３】
（３）（１）に記載の計測システムにおいて、前記加工データには、前記仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい角度を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
このような特徴を有する本発明の一態様による現場測量システムにより、以下のような作用、効果が得られる。
【００１５】
上記（１）に記載される発明の態様は、所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、撮影手段と通信してデジタル画像データを取得し、基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、デジタル画像データを表示する画像表示手段と、画像表示手段に示された情報に対応して加工データが有する仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、計算手段により、仮想平面上に指定された第１ポイント及び第２ポイントを、３次元空間情報に投影し、第１ポイントと第２ポイントとの差を計算手段によって計測するものである。
【００１６】
画像表示手段によって表示された加工データによって被測定風景が視覚的に示され、データ入力手段によってポイントを指定することで、被測定風景の測定が可能となる。デジタル画像データは、２次元平面に保管された映像データであるが、基準プレートの形状情報を元にデジタル画像データの映像データに対応した３次元空間情報を構築することができる。この３次元空間情報は２次元平面の情報と対応させているため、画像表示手段によって表示される加工データが有する仮想平面上に第１ポイントと第２ポイントとを指定することで、第１ポイントと第２ポイントとの差を計測値として得ることが出来る。この際、第１ポイント及び第２ポイントは２次元平面上で指定するが、仮想平面上にあるものとして３次元空間情報に投影して計算するため、例えば被測定風景となる工事現場の溝の幅や道路の幅、或いは建物の高さ等が計測可能となる。このような計測作業は、従来複数の作業者によって行われてきたが、撮影手段を用いて写真を撮りデジタル画像データを取得することで目的の距離や角度を測定することが可能となるので、作業の簡易化を図ることが可能となり作業効率が向上する。
【００１７】
また、（２）に記載される発明の態様は、（１）に記載の計測システムにおいて、加工データには、仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、第１ポイントは、グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで第１グリッド線上に取得され、第２ポイントが、グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで第２グリッド線上に取得され、第１グリッド線と第２グリッド線との差を計算することで、被測定風景から得たい距離を取得するものである。
【００１８】
具体的には、例えばデジタルカメラで撮影した撮影データを元に、画像表示手段に加工データとして等間隔のグリッド線を表示し、このグリッド線を選択させることでグリッド線の間隔をデジタル画像データとして保存される被測定風景の中で得たい距離として取得することができる。したがって、比較的容易に現場の測量が可能となる。
【００１９】
また、（３）に記載される発明の態様は、（１）に記載の計測システムにおいて、加工データには、仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、第１ポイントは、グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで第１グリッド線上に取得され、第２ポイントが、グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで第２グリッド線上に取得され、第１グリッド線と第２グリッド線との差を計算することで、被測定風景から得たい角度を取得するものである。
【００２０】
仮想平面上の角度を得る場合には、同一の点から放射線上に配置された第１グリッド線と第２グリッド線とを選択することで、２つのグリッド線が作り出す角度を得ることが可能となる。仮想平面と起点を任意の位置に定義できるようにすれば、撮影データを元に被測定風景の中で得たい角度を取得することができる。したがって、比較的容易に現場の測量が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の、ポータブルパソコンの斜視図である。
【図２】本実施形態の、基準プレートの平面図である。
【図３】本実施形態の、ポータブルパソコンの構成概略図である。
【図４】本実施形態の、現場での作業及びポータブルパソコン内での処理に関連するフロー図である。
【図５】本実施形態の、掘削が行われた現場の様子を示した模式図である。
【図６】本実施形態の、図５にグリッド線が合成された合成画面である。
【図７】本実施形態の、パソコン内部でのフローである。
【図８】本実施形態の、パソコン内部処理に関する概念図である。
【図９】本実施形態の、説明のために用意した取得画像の模式図である。
【図１０】本実施形態の、交差点の様子を示した模式図である。
【図１１】本実施形態の、図１０で基準プレートを配置した模式図である。
【図１２】本実施形態の、図１０にグリッド線が合成された合成画面である。
【図１３】本実施形態の、幅の広い道路の様子を撮影した模式図である。
【図１４】本実施形態の、図１３のマンホールと基準プレートの位置を示した模式図である。
【図１５】本実施形態の、マンホール同士の距離を示した模式図である。
【図１６】本実施形態の、別の交差点の様子を撮影した模式図である。
【図１７】本実施形態の、別の交差点の様子を撮影した模式図である。
【図１８】本実施形態の、図１０の交差点に対応した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態のポータブルパソコン１００の斜視図を示す。図３に、ポータブルパソコン１００の構成概略図を示す。なお、図３に示す概略構成図では、説明に不要な要素を省略している。ポータブルパソコン１００は、画像表示手段として液晶ディスプレイ１０１と、データ入力手段としてキーボード１０２とタッチパネル１０３を備えている。また、計算手段となる中央演算装置１０６と内部での演算処理に使用する領域としてのメモリ１０７を備えている。また、図示しない背面に備える撮影手段となるカメラ部１０４を備えている。
【００２４】
カメラ部１０４によって撮影した画像は、ポータブルパソコン１００に備えられるハードディスクや不揮発性メモリなどの内部記憶装置１０５に保管される。ポータブルパソコン１００にインストールされるソフトウェアによって、撮影した画像を加工し、必要に応じて液晶ディスプレイ１０１に表示する。なお、カメラ部１０４からの画像はリアルタイムに内部記憶装置１０５に入力されるが、説明のために撮影ボタンなどを押す操作を行った結果得られる画像をデジタル画像データとして話を進める。
【００２５】
図２に、基準プレート１０の平面図を示す。基準プレート１０は、一辺の長さが寸法Ａの正方形であり、所定の厚みのあるプレートである。寸法Ａは２００ｍｍ程度を想定している。基準プレート１０は現場に持ち込み、ポータブルパソコン１００に備えるカメラ部１０４によって基準プレート１０と現場の様子を一緒に撮影する為に用いる。この基準プレート１０のデザインは四隅に太く濃い色彩で縁取り部１１が設けられ、白抜き部１２の中央にマーク１３が設けられている。縁取り部１１と白抜き部１２はハッキリ区別出来るよう縁取り部１１は所定の幅を有している。なお、縁取り部１１の外周には基準プレート１０のエッジ検出を助けるために白枠が設けられていることが望ましい。
【００２６】
次に、現場での作業の流れについてフロー図を用いて説明する。図４に、現場での作業及びポータブルパソコン１００内での処理を１つのフローで示す。説明しない詳細部分は省略している。現場では作業員が一人でポータブルパソコン１００を用いて現場の測量作業を行う。
【００２７】
Ｓ１０では、カメラ部１０４で現場を撮影する。作業員はポータブルパソコン１００の背面に用意されるカメラ部１０４で、測量の必要な現場の風景を撮影する。図５に、掘削が行われた現場の様子を表した模式図を示す。ガス管の新規埋設工事又は保全工事のために道路の一部を掘削した状況をカメラ部１０４で取り込みポータブルパソコン１００の液晶ディスプレイ１０１にて表示した状態が図５の様子であり、液晶ディスプレイ１０１には操作メニューＤ１０とカメラ部１０４で捉えた映像を示す撮影ウィンドＤ５０が表示されている。この状態でカメラ部１０４の撮影ボタンを押すと、撮影ウィンドＤ５０に示された風景がポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に保存される。撮影ウィンドＤ５０には基準プレート１０が含まれる状態で写真が撮影されることが望ましい。次にＳ１１の処理に移行する。
【００２８】
Ｓ１１では、計測面の選択を行う。図５に示される操作メニューＤ１０にある「平面」、「縦面」、「角度」から計測をする方法を選択する。図５では「縦面」を選択している。縦面を選択されることで、ポータブルパソコン１００は基準プレート１０に対して直行する面を形成するようにグリッド線ＧＬを配置するよう選択されたことになる。次にＳ１２の処理に移行する。
【００２９】
Ｓ１２では、撮影画像にグリッド線を合成する。ポータブルパソコン１００の内部において、メモリ１０７に呼び出されたプログラムが内部記憶装置１０５に保存された撮影画像Ｐ１０を解析して、撮影画像Ｐ１０に一緒に撮影されている基準プレート１０を検出する。基準プレート１０の大きさのデータは内部記憶装置１０５に保存されているので、Ｐ１０に撮影された基準プレート１０の大きさを基準にしてグリッド線ＧＬを撮影画像Ｐ１０に合成し、合成画像Ｇ１０を生成する。Ｓ１１で「縦面」が選択されているので、基準プレート１０に対して直行する面上にグリッド線ＧＬを配置する。次にＳ１３の処理に移行する。
【００３０】
Ｓ１３では、グリッド線を合成した合成画面をディスプレイに表示する。図６に、図５にグリッド線ＧＬが合成された合成画面を示す。グリッド線ＧＬは撮影ウィンドＤ５０に表示される撮影画像Ｐ１０の上に等間隔に配置される。グリッド線ＧＬは、「縦面」が選択されているので、基準プレート１０に対して直行する仮想面の上に生成される。グリッド線ＧＬは仮想面上に等間隔に配置され図６の撮影ウィンドＤ５０に示されるように格子状の模様の面を形成することになる。実際には撮影画像Ｐ１０と合成するため、遠近法の手法によって立体的に感じられるようにグリッド線ＧＬが描かれることになる。なお、グリッド線ＧＬは「表示」「非表示」を切り替えることが可能である。また、グリッド線ＧＬの間隔は変更が可能であることが好ましい。次にＳ１４の処理に移行する。
【００３１】
Ｓ１４では、「始点」を選択されたかを判断する。具体的には操作メニューＤ１０にある「始点」のボタンを押した後、キーボード１０２又はタッチパネル１０３にて「始点」となる第１選択グリッド線ＧＬ１が、仮想面上に配置されたグリッド線ＧＬの中から作業者によって選択される。第１選択グリッド線ＧＬ１の位置は、掘削溝２０の一端に最も近い位置を選択する必要がある。「始点」が選択されなければ、「始点」が選択されるまでＳ１４をループする。「始点」が選択されればＳ１５に移行する。
【００３２】
Ｓ１５では、「終点」が選択されたかを判断する。「始点」と同様に操作メニューＤ１０にある「終点」のボタンを押した後、キーボード１０２又はタッチパネル１０３にて「終点」となる第２選択グリッド線ＧＬ２が、等間隔のグリッド線ＧＬの中から作業者によって選択される。第２選択グリッド線ＧＬ２の位置は、掘削溝２０の他端に最も近い位置を選択する必要がある。「終点」が選択されなければ、「終点」が選択されるまでＳ１５をループする。「終点」が選択されればＳ１６に移行する。
【００３３】
Ｓ１６では、グリッドの間隔を計算する。「始点」である第１選択グリッド線ＧＬ１と「終点」である第２選択グリッド線ＧＬ２との間隔を調べる。第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２との間隔は、グリッド線ＧＬが等間隔に並べられているので、ポータブルパソコン１００によってすぐに把握することが可能である。次にＳ１７に移行する。
【００３４】
Ｓ１７では、掘削溝２０の幅を算出する。第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２の間隔は既に把握されているので、この距離をもって掘削溝２０の幅とする。したがって、ポータブルパソコン１００で被測定現場の風景を撮影した後は、ポータブルパソコン１００の内部で被測定風景の任意の対象の距離を算出することが可能となる。こうして処理を終了する。この例では撮影画像Ｐ１０として、配管工事現場の掘削した地面の溝を計測するように説明したが、「縦面」であれば、掘削溝２０の深さも計測することが可能である。
【００３５】
次に、ポータブルパソコン１００内での処理について説明する。図７に、パソコン内部でのフローを示す。図８に、パソコン内部処理に関する概念図を示す。図９に、説明のために用意した取得画像の模式図を示す。なお、ポータブルパソコン１００及びポータブルパソコン１００に接続されるカメラ部１０４は、図８では図１と異なる形状をしているが、形状の違いだけで機能は同じである。また、上記では第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２の距離を測定しているが、ここではクリックされて指定された「始点」と「終点」との距離を計算する手法について説明する。以下にポータブルパソコン１００内での処理を簡単に説明する。
【００３６】
Ｓ２０では、カメラ部１０４から映像を取得する。Ｓ１０の後に来るポータブルパソコン１００の内部処理にあたる。図９に示す取得画像Ｄ６が、カメラ部１０４で撮影されてデジタルデータ化され、ポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に保存される。そして、Ｓ２１に移行する。
【００３７】
Ｓ２１では、取得した映像を液晶ディスプレイ１０１に投影する。ポータブルパソコン１００の液晶ディスプレイ１０１に、図９に示す取得画像Ｄ６が表示される。なお、取得画像Ｄ６にはグリッド線ＧＬが格子状に描画されているが、この段階ではグリッド線ＧＬは存在していない。そして、Ｓ２２に移行する。
【００３８】
Ｓ２２では、カメラ部１０４で基準プレート１０の情報を取得する。なお、基準プレート１０の情報は、Ｓ２０で取得した取得画像Ｄ６から取得しても良い。何れにしてもほぼ同じ情報を取得することになる。また、基準プレート１０の寸法データは既にポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に格納されているので、撮影ウィンドＤ５０からもしくはカメラ部１０４から直接取得した基準プレート１０の情報を、格納データと対比させることで、基準プレート１０の３次元的な位置を把握する。そして、Ｓ２３に移行する。
【００３９】
Ｓ２３では、カメラ部１０４の位置姿勢を取得する。図８ではポータブルパソコン１００の上部に固定され、カメラ部１０４の姿勢を取得することで、Ｓ２２で基準プレート１０の情報の補正をし、ポータブルパソコン１００内に構築する３次元データの投影平面Ｄ２を正確に定義する。カメラ部１０４の姿勢は、取得画像Ｄ６を利用して取得することが出来る。そして、Ｓ２４に移行する。
【００４０】
Ｓ２４では、撮影ウィンドＤ５０のカメラ映像にグリッド線ＧＬを重畳表示する。図８に示す投影平面Ｄ２に、グリッド線ＧＬは等間隔に描画される。グリッド線ＧＬは基準プレート１０の寸法情報及びカメラ部１０４から取得される基準プレート１０の位置を常時検出し、カメラ部１０４の位置姿勢の情報で補正する事により、仮想平面ＤＳ上に配置される。仮想平面ＤＳは図９においては基準プレート１０の上面を含む平面として定義されているが、これは図５に示される「平面」を選択した場合であり、「縦面」を選択した場合には基準プレート１０に対して直交する平面が選択される。図９にはグリッド線ＧＬとして、格子状に描かれている様子が示されている。そして、Ｓ２５に移行する。
【００４１】
Ｓ２５では、画面上の計測を開始する。そして、Ｓ２６に移行する。Ｓ２６では、「始点」が選択されたか否かを判断する。始点ＰＳは第１選択グリッド線ＧＬ１上に選択されている。クリックされて選択された画面上の座標をＰ（ｘ，ｙ）とすると、ポータブルパソコン１００内部で仮想的に構築される３次元空間では、基準平面Ｄ１とその原点として第１原点Ｐ１（ｘ，ｙ，０）と投影平面Ｄ２とその原点として第２原点Ｐ２（ｘ，ｙ，ａ）が設定される。ここで用いられるａは０以外の数字であり、第１実施形態ではａ＝１００００としている。次に第１原点Ｐ１と第２原点Ｐ２とを基準プレート１０を基準とする３次元座標に変換する。
【００４２】
この３次元座標は、第１原点Ｐ１と第２原点Ｐ２の座標に対して、行列Ｍの逆数を掛けて算出される。つまり、第１原点Ｐｚ１は行列Ｍの逆数掛ける第１原点Ｐ１で求められ、第１原点Ｐｚ２は行列Ｍの逆数を掛ける第２原点Ｐ２で求められる。この第１原点Ｐｚ１と第１原点Ｐｚ２とを結ぶ直線Ｌと予め定めた仮想平面ＤＳの交点を算出することで、始点ＰＳの座標は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）として求められる。なお、基準平面Ｄ１は、図９に示されるように液晶ディスプレイ１０１上に示される取得画像Ｄ６が示す面と同一である。始点ＰＳが選択されればＳ２７に移行し、選択されなければ選択されるまでループする。
【００４３】
Ｓ２７では、「終点」が選択されたか否かを判断する。終点ＰＥは第２選択グリッド線ＧＬ２上に選択されている。終点ＰＥも基準平面Ｄ１上にクリックされて選択されるものであり、始点ＰＳと同様にして行列Ｍを用いて算出される。終点ＰＥの座標は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として求められる。終点ＰＥが選択されればＳ２８に移行し、選択されなければ選択されるまでループする。
【００４４】
Ｓ２８では、「始点」と「終点」の２点間の距離の算出を行う。始点ＰＳと終点ＰＥとの座標は前述の計算により取得されているので、始点ＰＳと終点ＰＥとの間の距離を算出することが出来る。上述の第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２との距離を算出する場合も、同様の手順で算出することが可能である。その後、ポータブルパソコン１００の内部処理を終了する。
【００４５】
次に、別の現場での運用についても説明を行う。
【００４６】
配管工事は掘削作業だけではなく、マンホールの中での作業が必要となるケースもある。図１０に、交差点の様子を示した模式図を示す。図１１に、図１０で基準プレート１０を配置した模式図を示す。図１２に、図１０にグリッド線ＧＬが合成された合成画面を示す。図１０から図１２では、交差点にある第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を確認するケースを説明する。現場の様子を示した図１０の撮影ウィンドＤ５０には撮影画像Ｐ２０として交差点の風景が映し出されている。そして、操作メニューＤ１０にて「平面」を選択している。この状態で、撮影画像Ｐ２０に「平面」のグリッド線ＧＬを合成されることが選択される。図４のＳ１１にあたるタイミングである。
【００４７】
そして、図１１に示される撮影画像Ｐ２０に対して、撮影画像Ｐ２０に写された基準プレート１０に対して平行にグリッド線ＧＬを形成する。そして、画面上の被測定物である第１マンホール１５と第２マンホール１６の距離を、第１マンホール１５の直近を通る第１選択グリッド線ＧＬ１と第２マンホール１６の直近を通る第２選択グリッド線ＧＬ２とを選択することで、計測することが可能となる。
【００４８】
図１３に、幅の広い道路の様子を撮影した模式図を示す。図１４に、図１３のマンホールと基準プレートの位置を示した模式図を示す。図１５に、マンホール同士の距離を示した模式図を示す。撮影画像Ｐ２０は交差点での第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を計測しているが、撮影画像Ｐ３０のような４車線の道路においても同様の操作で第１マンホール１５と第２マンホール１６の距離を検出することが可能である。
【００４９】
図１６に、交差点の様子を撮影した模式図を示す。図１６の交差点は図１０の交差点とは別の現場の様子を示している。図１６の撮影ウィンドＤ５０に示された合成画像Ｇ４０は、交差点に基準プレート１０を配置した状況で、角度検出用のグリッド線ＧＬを合成したものである。操作メニューＤ１０に示される「角度」のボタンを選択することで、基準プレート１０の角を基準にグリッド線ＧＬが放射線状に形成される。どの角を指定するかについては、キーボード１０２又はタッチパネル１０３を用いて選択が可能である。グリッド線ＧＬは基準プレート１０の面を基準にして放射線上にグリッド線ＧＬが形成されるので、実質上は交差点の地面の上に放射線上のグリッド線ＧＬが形成されるのと同じこととなる。図１６には、第１マンホール１５と第２マンホール１６が示されており、基準プレート１０に対して、第１マンホール１５及び第２マンホール１６がどのような角度で配置されるのかを計測することが可能である。
【００５０】
図１７に、交差点の様子を撮影した模式図を示す。図１７の交差点は図１０及び図１６の交差点とは別の現場の様子を示している。図１７の撮影ウィンドＤ５０に示された合成画像Ｇ５０は交差点の様子を示し、基準プレート１０を基準にＺ軸方向の角度を示すグリッド線ＧＬが描かれている。これによって、高さ方向の角度を計測することが可能である。
【００５１】
第１実施形態の計測システムは上記構成であるので、以下に示すような作用効果を奏する。まず、現場の測量が容易に出来るようになるという効果が挙げられる。所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレート１０と、基準プレート１０を含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段であるカメラ部１０４と、カメラ部１０４と通信してデジタル画像データである撮影画像Ｐ１０を取得し、基準プレート１０の形状情報をもとに撮影画像Ｐ１０に所定間隔で複数の仮想線を加えた加工データである合成画像Ｇ１０を形成する計算手段となる中央演算装置１０６と、中央演算装置１０６から合成画像Ｇ１０を取得して表示する画像表示手段となる液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１に示された情報に対応して合成画像Ｇ１０上のポイントを指定するデータ入力手段となるキーボード１０２及びタッチパネル１０３と、キーボード１０２及びタッチパネル１０３によって指定された複数のポイント間の距離を計算手段によって計測するものである。
【００５２】
ポータブルパソコン１００に備えられた液晶ディスプレイ１０１に合成画像Ｇ１０を表示して、キーボード１０２又はタッチパネル１０３により第１選択グリッド線ＧＬ１及び第２選択グリッド線ＧＬ２を選択することで、撮影画像Ｐ１０としてカメラ部１０４で撮影された現場の特定の位置の距離を計測することが可能となる。すなわち拡張現実技術により、グリッド線ＧＬを風景写真にオーバーレイし、第１選択グリッド線ＧＬ１及び第２選択グリッド線ＧＬ２を選択させることで、具体的な距離の計測を可能としている。従来は、複数の作業員がメジャーなどを用いて計測していたが、第１実施形態の測量システムを用いることで作業効率は大幅に向上する。なお、測量精度は０．１％程度の誤差で測量が可能であるので、従来の方法と比較しても測量精度を向上させることが可能である。
【００５３】
また、現場が交通量の多い道路であったり、測量したい地点が道路の真ん中にあったりするなどの場合にも、第１実施形態の測量システムを用いることで、作業員は安全に測量をすることが可能となる。
【００５４】
また、ポータブルパソコン１００に他のソフトを導入しておくことで、更に測量の幅を広げることが可能となる。例えば、図５及び図６に示される掘削溝２０は、幅と深さを「縦面」で測量し、そして奥行き方向の距離を「平面」で計測することで、掘削溝２０の容積を算出することが可能となる。
【００５５】
これまでは、作業員が計測した寸法を元に容積を計算するなどの手間をかけていたが、ポータブルパソコン１００に必要なソフトを導入すれば、幅、深さ、奥行きの寸法を取得することで、容積を算出することは容易である。このような容積は埋め戻しに必要な概算の骨材料を判明できれば良く、簡易な方法で容積を取得できれば、作業員の作業負担を軽減し、作業効率を向上させることが可能である。
【００５６】
また、必要な距離を計測することで、図１０から図１２の交差点の第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を平面図に落とすことも可能である。図１８に、交差点の平面図を示す。図１８の交差点は図１０から図１２の交差点に対応しており、寸法ａから寸法ｉや、第１マンホール１５及び第２マンホール１６の基準プレート１０の角を起点とした角度を計測することで、図１８に示すような平面図を生成することも可能である。図１８に示すような平面図のデータは、交差点のパターンを複数用意して、その中に寸法を記入する方式を採用するなど、それ程複雑な処理を必要とせずに図にすることが可能である。
【００５７】
このような現場の見取り図も、やはり従来は作業員が作図していたが、それなりの時間と手間を要するため、簡易な方法でこのような図面を取得できることで、作業員の作業負担を軽減し、作業効率を向上させることが可能である。
【００５８】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
【００５９】
例えば、基準プレート１０のデザインを例示しているが、周囲の風景に対して所定の寸法及び角度を得られる形状、彩色であれば、例示された以外の基準プレート１０を用いることを妨げない。基準プレート１０が長方形であっても良いし、四角形以外の多角形、或いは円形等であっても流用が可能である。要は寸法の基準となる共通の形状、サイズのプレートが用意されれば、足りる。ただし、正方形である方が都合の良い場合が多い。
【００６０】
また、撮影画像Ｐ１０から撮影画像Ｐ３０等複数の事例を挙げたが、この例に限定されずに様々な現場での測量が可能である。また、ポータブルパソコン１００のようなハンディータイプのパソコンでなくとも、撮影手段としてのデジタルカメラとそのデジタルカメラで撮影したデータを加工データに合成処理する計算手段としてのパソコン或いは専用機械があれば良い。また、別の実施形態として、デジタルカメラで取得した映像を撮影者とは別の作業員の持つ端末に転送し、別の作業員が計測デジタルカメラ行うような形態であっても運用が可能である。
【００６１】
また、本実施形態ではグリッド線ＧＬを格子状に形成するように示しているが、液晶ディスプレイ１０１においてグリッド線ＧＬが同一平面上に等距離に配置されるドットで表す、或いはグリッドを表示せずに平面を表示し平面上のポイントを取得できるようにしても良い。ポータブルパソコン１００の内部の処理上は、仮想のグリッド線ＧＬを設けて距離の算出を行なう結果となれば良い。つまり、基準プレート１０の寸法Ａを基準としてポータブルパソコン１００が距離を把握し、指定点間の距離を算出できれば良いのであるから、グリッド線ＧＬ以外の形態を示すことを妨げない。
【００６２】
また、本実施形態において取得画像Ｄ６あるいは撮影ウィンドＤ５０に含まれる撮影画像Ｐ１０は静止したもの１つに対して座標計算や角度算出を行っているが、複数の静止画像或いは動画からであっても、計算が可能である。複数の静止画像を用いる場合でも、基準プレート１０が画面のどこかに含まれれば計算が可能であるので、例えばカメラ部１０４による撮影範囲を基準プレート１０が入るようにポータブルパソコン１００を動かすことで（基準プレート１０を動かさないことが前提である）、適用範囲を広げることも可能である。動画を用いる場合も、同様のことが言える。よって、このような運用をすることを妨げない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 基準プレート
１００ ポータブルパソコン
１０１ 液晶ディスプレイ
１０２ キーボード
１０３ タッチパネル
１０４ カメラ部
１０５ 内部記憶装置
１０６ 中央演算装置
Ｄ１０ 操作メニュー
Ｄ５０ 撮影ウィンド
Ｇ１０ 合成画像
ＧＬ グリッド線
Ｐ１０ 撮影画像
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工事現場、又は工事をする前の現場において、例えば道路の幅や歩道の幅、マンホールの位置などを測量する技術に関するものであり、具体的にはＡＲ（Augmented Reality）技術を用いて現場の測量を容易にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の一部を掘削して、ガス管などを埋設する場合には、その埋設位置の状況の把握のために測量作業をすることは不可欠な作業となっている。従来、これらの測量作業には複数の人間によって行われていた。しかし、測量作業には手間がかかるので、作業効率などを高めることが求められている。
【０００３】
特許文献１には、写真計測システム及び写真計測方法に関する技術が開示されている。事故現場や工事作業現場において、異なる地点に配置された複数のポイントマークを撮影対象として含む写真画像データと、複数のポイントマークの位置を特定する複数の位置データとを入力し、写真画像データに含まれる複数のポイントマークそれぞれと複数の位置データとを対応づける位置データ対応付け部と、位置データ対応付け部が複数のポイントマークそれぞれへ対応づけた複数の位置データを用いて、複数のポイントマークが所定の位置関係になるように写真画像データを変換して、変換画像データを生成する変換部と、変換部が生成した変換画像データを格納する変換画像データメモリを備えた写真計測システムを用いることで、例えば工事現場の構造物と構造物の設計図面とが一致しているかを確認することができる。
【０００４】
また、工事現場の測量を目的とした技術ではないが、特許文献２に示されるステレオ３次元計測システムに関する技術や、特許文献３に示されるマーカーの３次元位置計測方法及びシステムに関する技術を流用することでも、測量作業の作業効率向上は可能であるように思われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６２３３３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７５３６６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０３２２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１から特許文献３に開示される技術を用いて、現場の測量を行うことを想定すると、以下に説明する課題があると考えられる。
【０００７】
特許文献１に開示される技術において、複数のポイントマークの位置を特定する複数の位置データの取得はＧＰＳ技術を利用することを前提として考えられている。しかしＧＰＳ技術を用いた計測は、ＧＰＳの誤差を修正するために複数の機器を使用するか、長時間ＧＰＳ信号を受信するなどの工夫を必要とする。しかし、現場での作業軽減という点から考えると、これらの複数の機器を使用したり長時間現場に居る必要があったりということは、あまり望ましい方法とは言えない。また、屋根のあるような場所など、ＧＰＳの電波を受信しにくい等の条件が重なる現場では使えないなどの問題も考えられる。
【０００８】
特許文献２及び特許文献３に開示される技術では、カメラを２台用いることで精度の良い計測結果が期待出来る。しかし、マーカーの設置や高精度なレーザー距離計測器などの機器を用いる必要があるため、比較的大型な装置を用いる必要性があるため、可搬性に課題があると考えられる。現場での作業軽減という点では、こうした装置の大型化はデメリットであると言える。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、容易に現場の測量が可能となる計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の一態様による計測システムは以下のような特徴を有する。
【００１１】
（１）所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、前記基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、前記撮影手段と通信して前記デジタル画像データを取得し、前記基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、前記デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、前記デジタル画像データを表示する画像表示手段と、前記画像表示手段に示された情報に対応して前記加工データが有する前記仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、前記計算手段により、前記仮想平面上に指定された前記第１ポイント及び前記第２ポイントを、前記３次元空間情報に投影し、前記第１ポイントと前記第２ポイントとの差を前記計算手段によって計測することを特徴とする。
【００１２】
（２）（１）に記載の計測システムにおいて、前記加工データには、前記仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい距離を取得することを特徴とする。
【００１３】
（３）（１）に記載の計測システムにおいて、前記加工データには、前記仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい角度を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
このような特徴を有する本発明の一態様による現場測量システムにより、以下のような作用、効果が得られる。
【００１５】
上記（１）に記載される発明の態様は、所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、撮影手段と通信してデジタル画像データを取得し、基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、デジタル画像データを表示する画像表示手段と、画像表示手段に示された情報に対応して加工データが有する仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、計算手段により、仮想平面上に指定された第１ポイント及び第２ポイントを、３次元空間情報に投影し、第１ポイントと第２ポイントとの差を計算手段によって計測するものである。
【００１６】
画像表示手段によって表示された加工データによって被測定風景が視覚的に示され、データ入力手段によってポイントを指定することで、被測定風景の測定が可能となる。デジタル画像データは、２次元平面に保管された映像データであるが、基準プレートの形状情報を元にデジタル画像データの映像データに対応した３次元空間情報を構築することができる。この３次元空間情報は２次元平面の情報と対応させているため、画像表示手段によって表示される加工データが有する仮想平面上に第１ポイントと第２ポイントとを指定することで、第１ポイントと第２ポイントとの差を計測値として得ることが出来る。この際、第１ポイント及び第２ポイントは２次元平面上で指定するが、仮想平面上にあるものとして３次元空間情報に投影して計算するため、例えば被測定風景となる工事現場の溝の幅や道路の幅、或いは建物の高さ等が計測可能となる。このような計測作業は、従来複数の作業者によって行われてきたが、撮影手段を用いて写真を撮りデジタル画像データを取得することで目的の距離や角度を測定することが可能となるので、作業の簡易化を図ることが可能となり作業効率が向上する。
【００１７】
また、（２）に記載される発明の態様は、（１）に記載の計測システムにおいて、加工データには、仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、第１ポイントは、グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで第１グリッド線上に取得され、第２ポイントが、グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで第２グリッド線上に取得され、第１グリッド線と第２グリッド線との差を計算することで、被測定風景から得たい距離を取得するものである。
【００１８】
具体的には、例えばデジタルカメラで撮影した撮影データを元に、画像表示手段に加工データとして等間隔のグリッド線を表示し、このグリッド線を選択させることでグリッド線の間隔をデジタル画像データとして保存される被測定風景の中で得たい距離として取得することができる。したがって、比較的容易に現場の測量が可能となる。
【００１９】
また、（３）に記載される発明の態様は、（１）に記載の計測システムにおいて、加工データには、仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、第１ポイントは、グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで第１グリッド線上に取得され、第２ポイントが、グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで第２グリッド線上に取得され、第１グリッド線と第２グリッド線との差を計算することで、被測定風景から得たい角度を取得するものである。
【００２０】
仮想平面上の角度を得る場合には、同一の点から放射線上に配置された第１グリッド線と第２グリッド線とを選択することで、２つのグリッド線が作り出す角度を得ることが可能となる。仮想平面と起点を任意の位置に定義できるようにすれば、撮影データを元に被測定風景の中で得たい角度を取得することができる。したがって、比較的容易に現場の測量が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の、ポータブルパソコンの斜視図である。
【図２】本実施形態の、基準プレートの平面図である。
【図３】本実施形態の、ポータブルパソコンの構成概略図である。
【図４】本実施形態の、現場での作業及びポータブルパソコン内での処理に関連するフロー図である。
【図５】本実施形態の、掘削が行われた現場の様子を示した模式図である。
【図６】本実施形態の、図５にグリッド線が合成された合成画面である。
【図７】本実施形態の、パソコン内部でのフローである。
【図８】本実施形態の、パソコン内部処理に関する概念図である。
【図９】本実施形態の、説明のために用意した取得画像の模式図である。
【図１０】本実施形態の、交差点の様子を示した模式図である。
【図１１】本実施形態の、図１０で基準プレートを配置した模式図である。
【図１２】本実施形態の、図１０にグリッド線が合成された合成画面である。
【図１３】本実施形態の、幅の広い道路の様子を撮影した模式図である。
【図１４】本実施形態の、図１３のマンホールと基準プレートの位置を示した模式図である。
【図１５】本実施形態の、マンホール同士の距離を示した模式図である。
【図１６】本実施形態の、別の交差点の様子を撮影した模式図である。
【図１７】本実施形態の、別の交差点の様子を撮影した模式図である。
【図１８】本実施形態の、図１０の交差点に対応した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１に、本実施形態のポータブルパソコン１００の斜視図を示す。図３に、ポータブルパソコン１００の構成概略図を示す。なお、図３に示す概略構成図では、説明に不要な要素を省略している。ポータブルパソコン１００は、画像表示手段として液晶ディスプレイ１０１と、データ入力手段としてキーボード１０２とタッチパネル１０３を備えている。また、計算手段となる中央演算装置１０６と内部での演算処理に使用する領域としてのメモリ１０７を備えている。また、図示しない背面に備える撮影手段となるカメラ部１０４を備えている。
【００２４】
カメラ部１０４によって撮影した画像は、ポータブルパソコン１００に備えられるハードディスクや不揮発性メモリなどの内部記憶装置１０５に保管される。ポータブルパソコン１００にインストールされるソフトウェアによって、撮影した画像を加工し、必要に応じて液晶ディスプレイ１０１に表示する。なお、カメラ部１０４からの画像はリアルタイムに内部記憶装置１０５に入力されるが、説明のために撮影ボタンなどを押す操作を行った結果得られる画像をデジタル画像データとして話を進める。
【００２５】
図２に、基準プレート１０の平面図を示す。基準プレート１０は、一辺の長さが寸法Ａの正方形であり、所定の厚みのあるプレートである。寸法Ａは２００ｍｍ程度を想定している。基準プレート１０は現場に持ち込み、ポータブルパソコン１００に備えるカメラ部１０４によって基準プレート１０と現場の様子を一緒に撮影する為に用いる。この基準プレート１０のデザインは四隅に太く濃い色彩で縁取り部１１が設けられ、白抜き部１２の中央にマーク１３が設けられている。縁取り部１１と白抜き部１２はハッキリ区別出来るよう縁取り部１１は所定の幅を有している。なお、縁取り部１１の外周には基準プレート１０のエッジ検出を助けるために白枠が設けられていることが望ましい。
【００２６】
次に、現場での作業の流れについてフロー図を用いて説明する。図４に、現場での作業及びポータブルパソコン１００内での処理を１つのフローで示す。説明しない詳細部分は省略している。現場では作業員が一人でポータブルパソコン１００を用いて現場の測量作業を行う。
【００２７】
Ｓ１０では、カメラ部１０４で現場を撮影する。作業員はポータブルパソコン１００の背面に用意されるカメラ部１０４で、測量の必要な現場の風景を撮影する。図５に、掘削が行われた現場の様子を表した模式図を示す。ガス管の新規埋設工事又は保全工事のために道路の一部を掘削した状況をカメラ部１０４で取り込みポータブルパソコン１００の液晶ディスプレイ１０１にて表示した状態が図５の様子であり、液晶ディスプレイ１０１には操作メニューＤ１０とカメラ部１０４で捉えた映像を示す撮影ウィンドＤ５０が表示されている。この状態でカメラ部１０４の撮影ボタンを押すと、撮影ウィンドＤ５０に示された風景がポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に保存される。撮影ウィンドＤ５０には基準プレート１０が含まれる状態で写真が撮影されることが望ましい。次にＳ１１の処理に移行する。
【００２８】
Ｓ１１では、計測面の選択を行う。図５に示される操作メニューＤ１０にある「平面」、「縦面」、「角度」から計測をする方法を選択する。図５では「縦面」を選択している。縦面を選択されることで、ポータブルパソコン１００は基準プレート１０に対して直行する面を形成するようにグリッド線ＧＬを配置するよう選択されたことになる。次にＳ１２の処理に移行する。
【００２９】
Ｓ１２では、撮影画像にグリッド線を合成する。ポータブルパソコン１００の内部において、メモリ１０７に呼び出されたプログラムが内部記憶装置１０５に保存された撮影画像Ｐ１０を解析して、撮影画像Ｐ１０に一緒に撮影されている基準プレート１０を検出する。基準プレート１０の大きさのデータは内部記憶装置１０５に保存されているので、Ｐ１０に撮影された基準プレート１０の大きさを基準にしてグリッド線ＧＬを撮影画像Ｐ１０に合成し、合成画像Ｇ１０を生成する。Ｓ１１で「縦面」が選択されているので、基準プレート１０に対して直行する面上にグリッド線ＧＬを配置する。次にＳ１３の処理に移行する。
【００３０】
Ｓ１３では、グリッド線を合成した合成画面をディスプレイに表示する。図６に、図５にグリッド線ＧＬが合成された合成画面を示す。グリッド線ＧＬは撮影ウィンドＤ５０に表示される撮影画像Ｐ１０の上に等間隔に配置される。グリッド線ＧＬは、「縦面」が選択されているので、基準プレート１０に対して直行する仮想面の上に生成される。グリッド線ＧＬは仮想面上に等間隔に配置され図６の撮影ウィンドＤ５０に示されるように格子状の模様の面を形成することになる。実際には撮影画像Ｐ１０と合成するため、遠近法の手法によって立体的に感じられるようにグリッド線ＧＬが描かれることになる。なお、グリッド線ＧＬは「表示」「非表示」を切り替えることが可能である。また、グリッド線ＧＬの間隔は変更が可能であることが好ましい。次にＳ１４の処理に移行する。
【００３１】
Ｓ１４では、「始点」を選択されたかを判断する。具体的には操作メニューＤ１０にある「始点」のボタンを押した後、キーボード１０２又はタッチパネル１０３にて「始点」となる第１選択グリッド線ＧＬ１が、仮想面上に配置されたグリッド線ＧＬの中から作業者によって選択される。第１選択グリッド線ＧＬ１の位置は、掘削溝２０の一端に最も近い位置を選択する必要がある。「始点」が選択されなければ、「始点」が選択されるまでＳ１４をループする。「始点」が選択されればＳ１５に移行する。
【００３２】
Ｓ１５では、「終点」が選択されたかを判断する。「始点」と同様に操作メニューＤ１０にある「終点」のボタンを押した後、キーボード１０２又はタッチパネル１０３にて「終点」となる第２選択グリッド線ＧＬ２が、等間隔のグリッド線ＧＬの中から作業者によって選択される。第２選択グリッド線ＧＬ２の位置は、掘削溝２０の他端に最も近い位置を選択する必要がある。「終点」が選択されなければ、「終点」が選択されるまでＳ１５をループする。「終点」が選択されればＳ１６に移行する。
【００３３】
Ｓ１６では、グリッドの間隔を計算する。「始点」である第１選択グリッド線ＧＬ１と「終点」である第２選択グリッド線ＧＬ２との間隔を調べる。第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２との間隔は、グリッド線ＧＬが等間隔に並べられているので、ポータブルパソコン１００によってすぐに把握することが可能である。次にＳ１７に移行する。
【００３４】
Ｓ１７では、掘削溝２０の幅を算出する。第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２の間隔は既に把握されているので、この距離をもって掘削溝２０の幅とする。したがって、ポータブルパソコン１００で被測定現場の風景を撮影した後は、ポータブルパソコン１００の内部で被測定風景の任意の対象の距離を算出することが可能となる。こうして処理を終了する。この例では撮影画像Ｐ１０として、配管工事現場の掘削した地面の溝を計測するように説明したが、「縦面」であれば、掘削溝２０の深さも計測することが可能である。
【００３５】
次に、ポータブルパソコン１００内での処理について説明する。図７に、パソコン内部でのフローを示す。図８に、パソコン内部処理に関する概念図を示す。図９に、説明のために用意した取得画像の模式図を示す。なお、ポータブルパソコン１００及びポータブルパソコン１００に接続されるカメラ部１０４は、図８では図１と異なる形状をしているが、形状の違いだけで機能は同じである。また、上記では第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２の距離を測定しているが、ここではクリックされて指定された「始点」と「終点」との距離を計算する手法について説明する。以下にポータブルパソコン１００内での処理を簡単に説明する。
【００３６】
Ｓ２０では、カメラ部１０４から映像を取得する。Ｓ１０の後に来るポータブルパソコン１００の内部処理にあたる。図９に示す取得画像Ｄ６が、カメラ部１０４で撮影されてデジタルデータ化され、ポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に保存される。そして、Ｓ２１に移行する。
【００３７】
Ｓ２１では、取得した映像を液晶ディスプレイ１０１に投影する。ポータブルパソコン１００の液晶ディスプレイ１０１に、図９に示す取得画像Ｄ６が表示される。なお、取得画像Ｄ６にはグリッド線ＧＬが格子状に描画されているが、この段階ではグリッド線ＧＬは存在していない。そして、Ｓ２２に移行する。
【００３８】
Ｓ２２では、カメラ部１０４で基準プレート１０の情報を取得する。なお、基準プレート１０の情報は、Ｓ２０で取得した取得画像Ｄ６から取得しても良い。何れにしてもほぼ同じ情報を取得することになる。また、基準プレート１０の寸法データは既にポータブルパソコン１００の内部記憶装置１０５に格納されているので、撮影ウィンドＤ５０からもしくはカメラ部１０４から直接取得した基準プレート１０の情報を、格納データと対比させることで、基準プレート１０の３次元的な位置を把握する。そして、Ｓ２３に移行する。
【００３９】
Ｓ２３では、カメラ部１０４の位置姿勢を取得する。図８ではポータブルパソコン１００の上部に固定され、カメラ部１０４の姿勢を取得することで、Ｓ２２で基準プレート１０の情報の補正をし、ポータブルパソコン１００内に構築する３次元データの投影平面Ｄ２を正確に定義する。カメラ部１０４の姿勢は、取得画像Ｄ６を利用して取得することが出来る。そして、Ｓ２４に移行する。
【００４０】
Ｓ２４では、撮影ウィンドＤ５０のカメラ映像にグリッド線ＧＬを重畳表示する。図８に示す投影平面Ｄ２に、グリッド線ＧＬは等間隔に描画される。グリッド線ＧＬは基準プレート１０の寸法情報及びカメラ部１０４から取得される基準プレート１０の位置を常時検出し、カメラ部１０４の位置姿勢の情報で補正する事により、仮想平面ＤＳ上に配置される。仮想平面ＤＳは図９においては基準プレート１０の上面を含む平面として定義されているが、これは図５に示される「平面」を選択した場合であり、「縦面」を選択した場合には基準プレート１０に対して直交する平面が選択される。図９にはグリッド線ＧＬとして、格子状に描かれている様子が示されている。そして、Ｓ２５に移行する。
【００４１】
Ｓ２５では、画面上の計測を開始する。そして、Ｓ２６に移行する。Ｓ２６では、「始点」が選択されたか否かを判断する。始点ＰＳは第１選択グリッド線ＧＬ１上に選択されている。クリックされて選択された画面上の座標をＰ（ｘ，ｙ）とすると、ポータブルパソコン１００内部で仮想的に構築される３次元空間では、基準平面Ｄ１とその原点として第１原点Ｐ１（ｘ，ｙ，０）と投影平面Ｄ２とその原点として第２原点Ｐ２（ｘ，ｙ，ａ）が設定される。ここで用いられるａは０以外の数字であり、第１実施形態ではａ＝１００００としている。次に第１原点Ｐ１と第２原点Ｐ２とを基準プレート１０を基準とする３次元座標に変換する。
【００４２】
この３次元座標は、第１原点Ｐ１と第２原点Ｐ２の座標に対して、行列Ｍの逆数を掛けて算出される。つまり、第１原点Ｐｚ１は行列Ｍの逆数掛ける第１原点Ｐ１で求められ、第１原点Ｐｚ２は行列Ｍの逆数を掛ける第２原点Ｐ２で求められる。この第１原点Ｐｚ１と第１原点Ｐｚ２とを結ぶ直線Ｌと予め定めた仮想平面ＤＳの交点を算出することで、始点ＰＳの座標は（ｘ１，ｙ１，ｚ１）として求められる。なお、基準平面Ｄ１は、図９に示されるように液晶ディスプレイ１０１上に示される取得画像Ｄ６が示す面と同一である。始点ＰＳが選択されればＳ２７に移行し、選択されなければ選択されるまでループする。
【００４３】
Ｓ２７では、「終点」が選択されたか否かを判断する。終点ＰＥは第２選択グリッド線ＧＬ２上に選択されている。終点ＰＥも基準平面Ｄ１上にクリックされて選択されるものであり、始点ＰＳと同様にして行列Ｍを用いて算出される。終点ＰＥの座標は（ｘ２，ｙ２，ｚ２）として求められる。終点ＰＥが選択されればＳ２８に移行し、選択されなければ選択されるまでループする。
【００４４】
Ｓ２８では、「始点」と「終点」の２点間の距離の算出を行う。始点ＰＳと終点ＰＥとの座標は前述の計算により取得されているので、始点ＰＳと終点ＰＥとの間の距離を算出することが出来る。上述の第１選択グリッド線ＧＬ１と第２選択グリッド線ＧＬ２との距離を算出する場合も、同様の手順で算出することが可能である。その後、ポータブルパソコン１００の内部処理を終了する。
【００４５】
次に、別の現場での運用についても説明を行う。
【００４６】
配管工事は掘削作業だけではなく、マンホールの中での作業が必要となるケースもある。図１０に、交差点の様子を示した模式図を示す。図１１に、図１０で基準プレート１０を配置した模式図を示す。図１２に、図１０にグリッド線ＧＬが合成された合成画面を示す。図１０から図１２では、交差点にある第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を確認するケースを説明する。現場の様子を示した図１０の撮影ウィンドＤ５０には撮影画像Ｐ２０として交差点の風景が映し出されている。そして、操作メニューＤ１０にて「平面」を選択している。この状態で、撮影画像Ｐ２０に「平面」のグリッド線ＧＬを合成されることが選択される。図４のＳ１１にあたるタイミングである。
【００４７】
そして、図１１に示される撮影画像Ｐ２０に対して、撮影画像Ｐ２０に写された基準プレート１０に対して平行にグリッド線ＧＬを形成する。そして、画面上の被測定物である第１マンホール１５と第２マンホール１６の距離を、第１マンホール１５の直近を通る第１選択グリッド線ＧＬ１と第２マンホール１６の直近を通る第２選択グリッド線ＧＬ２とを選択することで、計測することが可能となる。
【００４８】
図１３に、幅の広い道路の様子を撮影した模式図を示す。図１４に、図１３のマンホールと基準プレートの位置を示した模式図を示す。図１５に、マンホール同士の距離を示した模式図を示す。撮影画像Ｐ２０は交差点での第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を計測しているが、撮影画像Ｐ３０のような４車線の道路においても同様の操作で第１マンホール１５と第２マンホール１６の距離を検出することが可能である。
【００４９】
図１６に、交差点の様子を撮影した模式図を示す。図１６の交差点は図１０の交差点とは別の現場の様子を示している。図１６の撮影ウィンドＤ５０に示された合成画像Ｇ４０は、交差点に基準プレート１０を配置した状況で、角度検出用のグリッド線ＧＬを合成したものである。操作メニューＤ１０に示される「角度」のボタンを選択することで、基準プレート１０の角を基準にグリッド線ＧＬが放射線状に形成される。どの角を指定するかについては、キーボード１０２又はタッチパネル１０３を用いて選択が可能である。グリッド線ＧＬは基準プレート１０の面を基準にして放射線上にグリッド線ＧＬが形成されるので、実質上は交差点の地面の上に放射線上のグリッド線ＧＬが形成されるのと同じこととなる。図１６には、第１マンホール１５と第２マンホール１６が示されており、基準プレート１０に対して、第１マンホール１５及び第２マンホール１６がどのような角度で配置されるのかを計測することが可能である。
【００５０】
図１７に、交差点の様子を撮影した模式図を示す。図１７の交差点は図１０及び図１６の交差点とは別の現場の様子を示している。図１７の撮影ウィンドＤ５０に示された合成画像Ｇ５０は交差点の様子を示し、基準プレート１０を基準にＺ軸方向の角度を示すグリッド線ＧＬが描かれている。これによって、高さ方向の角度を計測することが可能である。
【００５１】
第１実施形態の計測システムは上記構成であるので、以下に示すような作用効果を奏する。まず、現場の測量が容易に出来るようになるという効果が挙げられる。所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレート１０と、基準プレート１０を含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段であるカメラ部１０４と、カメラ部１０４と通信してデジタル画像データである撮影画像Ｐ１０を取得し、基準プレート１０の形状情報をもとに撮影画像Ｐ１０に所定間隔で複数の仮想線を加えた加工データである合成画像Ｇ１０を形成する計算手段となる中央演算装置１０６と、中央演算装置１０６から合成画像Ｇ１０を取得して表示する画像表示手段となる液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１に示された情報に対応して合成画像Ｇ１０上のポイントを指定するデータ入力手段となるキーボード１０２及びタッチパネル１０３と、キーボード１０２及びタッチパネル１０３によって指定された複数のポイント間の距離を計算手段によって計測するものである。
【００５２】
ポータブルパソコン１００に備えられた液晶ディスプレイ１０１に合成画像Ｇ１０を表示して、キーボード１０２又はタッチパネル１０３により第１選択グリッド線ＧＬ１及び第２選択グリッド線ＧＬ２を選択することで、撮影画像Ｐ１０としてカメラ部１０４で撮影された現場の特定の位置の距離を計測することが可能となる。すなわち拡張現実技術により、グリッド線ＧＬを風景写真にオーバーレイし、第１選択グリッド線ＧＬ１及び第２選択グリッド線ＧＬ２を選択させることで、具体的な距離の計測を可能としている。従来は、複数の作業員がメジャーなどを用いて計測していたが、第１実施形態の測量システムを用いることで作業効率は大幅に向上する。なお、測量精度は０．１％程度の誤差で測量が可能であるので、従来の方法と比較しても測量精度を向上させることが可能である。
【００５３】
また、現場が交通量の多い道路であったり、測量したい地点が道路の真ん中にあったりするなどの場合にも、第１実施形態の測量システムを用いることで、作業員は安全に測量をすることが可能となる。
【００５４】
また、ポータブルパソコン１００に他のソフトを導入しておくことで、更に測量の幅を広げることが可能となる。例えば、図５及び図６に示される掘削溝２０は、幅と深さを「縦面」で測量し、そして奥行き方向の距離を「平面」で計測することで、掘削溝２０の容積を算出することが可能となる。
【００５５】
これまでは、作業員が計測した寸法を元に容積を計算するなどの手間をかけていたが、ポータブルパソコン１００に必要なソフトを導入すれば、幅、深さ、奥行きの寸法を取得することで、容積を算出することは容易である。このような容積は埋め戻しに必要な概算の骨材料を判明できれば良く、簡易な方法で容積を取得できれば、作業員の作業負担を軽減し、作業効率を向上させることが可能である。
【００５６】
また、必要な距離を計測することで、図１０から図１２の交差点の第１マンホール１５及び第２マンホール１６の位置を平面図に落とすことも可能である。図１８に、交差点の平面図を示す。図１８の交差点は図１０から図１２の交差点に対応しており、寸法ａから寸法ｉや、第１マンホール１５及び第２マンホール１６の基準プレート１０の角を起点とした角度を計測することで、図１８に示すような平面図を生成することも可能である。図１８に示すような平面図のデータは、交差点のパターンを複数用意して、その中に寸法を記入する方式を採用するなど、それ程複雑な処理を必要とせずに図にすることが可能である。
【００５７】
このような現場の見取り図も、やはり従来は作業員が作図していたが、それなりの時間と手間を要するため、簡易な方法でこのような図面を取得できることで、作業員の作業負担を軽減し、作業効率を向上させることが可能である。
【００５８】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
【００５９】
例えば、基準プレート１０のデザインを例示しているが、周囲の風景に対して所定の寸法及び角度を得られる形状、彩色であれば、例示された以外の基準プレート１０を用いることを妨げない。基準プレート１０が長方形であっても良いし、四角形以外の多角形、或いは円形等であっても流用が可能である。要は寸法の基準となる共通の形状、サイズのプレートが用意されれば、足りる。ただし、正方形である方が都合の良い場合が多い。
【００６０】
また、撮影画像Ｐ１０から撮影画像Ｐ３０等複数の事例を挙げたが、この例に限定されずに様々な現場での測量が可能である。また、ポータブルパソコン１００のようなハンディータイプのパソコンでなくとも、撮影手段としてのデジタルカメラとそのデジタルカメラで撮影したデータを加工データに合成処理する計算手段としてのパソコン或いは専用機械があれば良い。また、別の実施形態として、デジタルカメラで取得した映像を撮影者とは別の作業員の持つ端末に転送し、別の作業員が計測デジタルカメラ行うような形態であっても運用が可能である。
【００６１】
また、本実施形態ではグリッド線ＧＬを格子状に形成するように示しているが、液晶ディスプレイ１０１においてグリッド線ＧＬが同一平面上に等距離に配置されるドットで表す、或いはグリッドを表示せずに平面を表示し平面上のポイントを取得できるようにしても良い。ポータブルパソコン１００の内部の処理上は、仮想のグリッド線ＧＬを設けて距離の算出を行なう結果となれば良い。つまり、基準プレート１０の寸法Ａを基準としてポータブルパソコン１００が距離を把握し、指定点間の距離を算出できれば良いのであるから、グリッド線ＧＬ以外の形態を示すことを妨げない。
【００６２】
また、本実施形態において取得画像Ｄ６あるいは撮影ウィンドＤ５０に含まれる撮影画像Ｐ１０は静止したもの１つに対して座標計算や角度算出を行っているが、複数の静止画像或いは動画からであっても、計算が可能である。複数の静止画像を用いる場合でも、基準プレート１０が画面のどこかに含まれれば計算が可能であるので、例えばカメラ部１０４による撮影範囲を基準プレート１０が入るようにポータブルパソコン１００を動かすことで（基準プレート１０を動かさないことが前提である）、適用範囲を広げることも可能である。動画を用いる場合も、同様のことが言える。よって、このような運用をすることを妨げない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 基準プレート
１００ ポータブルパソコン
１０１ 液晶ディスプレイ
１０２ キーボード
１０３ タッチパネル
１０４ カメラ部
１０５ 内部記憶装置
１０６ 中央演算装置
Ｄ１０ 操作メニュー
Ｄ５０ 撮影ウィンド
Ｇ１０ 合成画像
ＧＬ グリッド線
Ｐ１０ 撮影画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、
前記基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、
前記撮影手段と通信して前記デジタル画像データを取得し、前記基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、前記デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、
前記デジタル画像データを表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段に示された情報に対応して前記加工データが有する前記仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、
前記計算手段により、前記仮想平面上に指定された前記第１ポイント及び前記第２ポイントを、前記３次元空間情報に投影し、前記第１ポイントと前記第２ポイントとの差を前記計算手段によって計測することを特徴とする計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の計測システムにおいて、
前記加工データには、前記仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、
前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、
前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、
前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい距離を取得することを特徴とする計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の計測システムにおいて、
前記加工データには、前記仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、
前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、
前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、
前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい角度を取得することを特徴とする計測システム。
【請求項１】
所定の幅の辺を有する四角形状の基準プレートと、
前記基準プレートを含んだ被測定風景を撮影し、撮影データをデジタル画像データ化する撮影手段と、
前記撮影手段と通信して前記デジタル画像データを取得し、前記基準プレートの形状情報をもとに３次元空間情報を構築し、前記デジタル画像データに仮想平面を合成した加工データを構成する計算手段と、
前記デジタル画像データを表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段に示された情報に対応して前記加工データが有する前記仮想平面上に任意の第１ポイントと第２ポイントとを指定するデータ入力手段と、を有し、
前記計算手段により、前記仮想平面上に指定された前記第１ポイント及び前記第２ポイントを、前記３次元空間情報に投影し、前記第１ポイントと前記第２ポイントとの差を前記計算手段によって計測することを特徴とする計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の計測システムにおいて、
前記加工データには、前記仮想平面上に等間隔に配置されたグリッド線が含まれ、
前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、
前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、
前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい距離を取得することを特徴とする計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の計測システムにおいて、
前記加工データには、前記仮想平面上に一点を起点とするグリッド線を放射線上に配置し、
前記第１ポイントは、前記グリッド線のうち第１グリッド線を選択することで前記第１グリッド線上に取得され、
前記第２ポイントが、前記グリッド線のうち第２グリッド線を選択することで前記第２グリッド線上に取得され、
前記第１グリッド線と前記第２グリッド線との差を計算することで、前記被測定風景から得たい角度を取得することを特徴とする計測システム。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１９４００２（Ｐ２０１２−１９４００２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７０１１（Ｐ２０１１−５７０１１）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（５００２４８０１０）ウエストユニティス株式会社 (1)
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【出願人】（５００２４８０１０）ウエストユニティス株式会社 (1)
[ Back to top ]