計測方法および計測プログラムならびに計測装置
【課題】大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行う。
【解決手段】土木構造物や建築構造物等の構造物７０に、固定ターゲットマーク４２の位置関係が既知の第１ターゲット４０と、別の第２ターゲット５０を、構造物７０に存在する亀裂７１等の境界を挟んで独立に配置し、これらの画像をデジタルカメラ９０にて任意の位置および方向から撮影して得られた画像データ３０を情報処理装置１０に入力して計測プログラム２０にて処理することで、単一の画像データ３０から、構造物７０等に対して非接触にて、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを計測する。
【解決手段】土木構造物や建築構造物等の構造物７０に、固定ターゲットマーク４２の位置関係が既知の第１ターゲット４０と、別の第２ターゲット５０を、構造物７０に存在する亀裂７１等の境界を挟んで独立に配置し、これらの画像をデジタルカメラ９０にて任意の位置および方向から撮影して得られた画像データ３０を情報処理装置１０に入力して計測プログラム２０にて処理することで、単一の画像データ３０から、構造物７０等に対して非接触にて、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法および計測プログラムならびに計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、土木構造物や建築構造物等においては、保守管理等の目的で局所的な変形等を継続的に観測し、保守管理や安全管理の対策の目安とする場合がある。
その場合、対象物の運動量や変位・変形については、直接人間が器具を用いて測定する方法が考えられるが、測定箇所が構造物の天井等の高所に存在する場合のように測定対象に容易に近づけない場合などでは測定が困難である。
【０００３】
また、ひずみ計などを設置し、データを遠隔地で収集し測定する方法も考えられるが、設備が大掛かりになる。
さらに、測量機器等を用いて測定する方法等も考えられるが、高価な測量機器や、機器の運用のための人員が必要となり、継続的な観測の場合には、その都度、測量機器や人員の準備が必要となる。
【０００４】
このため、例えば、特許文献１や特許文献２のように、測定箇所を写真撮影する写真測量が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５３０９７８号公報
【特許文献２】特許第４１４５４８４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、従来の写真測量では、現場の複数の写真の多数の標定点を配置して撮影し、繰返し重ねあわせ、標定して３次元座標値を取得する必要があり、高度で複雑な作業が必須であり、大かがりな設備や、多数の人員を要するという技術的課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像が同一画面内に含まれるように撮影して単一の画像データを得る第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
を含む計測方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む単一の画像データを入力する第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
をコンピュータに実行させる計測プログラムを提供する。
【００１０】
本発明の第３の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む画像データを入力する入力手段と、
単一の前記画像データから複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出し、前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する演算手段と、
を含む計測装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置のシステム構成および作用の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムを実施する計測装置の構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置にて用いられる計測ファイルの構成例を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態である計測方法の工程全体の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態である計測プログラムによる距離計測処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態である計測方法における正射影画像の画像データの一例を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態である計測方法における斜め方向の撮影画像の一例を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態である計測方法における斜め方向の撮影画像の一例を示す概念図である。
【図９】ターゲットマークの中心座標を画像より精密に求める方法の一例を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である計測方法における座標定義の一例を示す概念図である。
【図１１】後方交会法における共線条件を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態では、一態様として、複数個の固定ターゲットにより平面を設定し、単写真での位置座標の取得と距離計測を行う画像計測技術、およびそれによる精密距離計測技術、移動量計測技術を例示する。
【００１４】
本態様では、デジタルカメラ等により撮影された測定対象物の写真画像に含まれる３点以上の固定ターゲットと少なくとも一つの対象ターゲットの画像のうち、複数の固定ターゲットの画像から一つの平面を構成し、この平面上にある他の対象ターゲットの２次元座標を画像計測により取得する。
【００１５】
すなわち、複数の固定ターゲットの上記平面上の２次元座標が予め任意の尺度で既知であれば、同一平面上にある他の対象ターゲットの２次元座標を決定することができ、固定ターゲットと対象ターゲットとの間の距離を計算により求めれば距離計測ができる。
【００１６】
また、固定ターゲットと他の対象ターゲットの間に、不連続な境界がある場合、境界の変動前後に固定ターゲットおよび対象ターゲットの撮影および画像計測を行い、固定ターゲットの座標を、境界の変動の前後で一致させることにより、他の対象ターゲットの境界の変動の前後の座標を得て、境界の変動の前後における固定ターゲットと対象ターゲットの間の距離を計算することで、境界の両側の移動量を計測することができる。
【００１７】
すなわち、単一写真の画像データにて簡便に、計測対象物に接触することなく離れた位置から測定対象物の変形等を高精度に継続的に計測することができる。
これにより、本態様によれば、例えば道路構造物に設けられた伸縮装置などの保守管理において、交通荷重や温度変化などに追随した移動量を設計値と比較して健全性を評価したり、斜面上の岩塊や斜面やコンクリート構造物のクラックのように変形量が経時的に変化する可能性がある構造物等を評価する場合のように、変形量が大きくなると重大な危険をもたらすものを監視する場合に、遠隔点から非接触に簡易かつ精密に計測する手段を提供することができる。
【００１８】
また、平面的な変位を伴う変形量の簡易かつ高精度な非接触な計測のための手段を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置の構成および作用の一例を示す概念図である。
図２は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムを実施する計測装置の構成の一例を示す概念図である。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置にて用いられる計測ファイルの構成例を示す概念図である。
図１に例示されるように、本実施の形態の計測方法では、土木構造物や建築構造物等の構造物７０に第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を、例えば構造物７０に存在する亀裂７１等の境界を挟んで独立に配置し、これらの画像をデジタルカメラ９０にて任意の位置および方向から撮影して得られた画像データ３０を情報処理装置１０に入力し、後述の計測プログラム２０にて処理することで、単一の画像データ３０から、構造物７０等に対して非接触にて、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを計測する。
【００２１】
本実施の形態の場合、デジタルカメラ９０は、例えば、市販のデジタルスチルカメラからなり、デジタルカメラ９０から得られる画像データ３０には、画像情報の他に撮影時のレンズ焦点距離ｆ、画素数、画像サイズ等の付帯情報も所定のフォーマット（例えば、デジタルスチルカメラ用画像ファイルフォーマット規格であるＥｘｉｆ）で記録され、情報処理装置１０に入力される。
【００２２】
なお、デジタルカメラ９０としてデジタルビデオカメラを用い、その一コマの静止画像を画像データ３０として用いてもよい。
本実施の形態の第１ターゲット４０は、例えば、裏面が粘着性の樹脂フィルム等からなる白地の基材４１の表面に３個以上の複数の固定ターゲットマーク４２を、例えば、黒色で既知の位置関係で印刷することで作成されている。
【００２３】
同様に、第２ターゲット５０は、例えば、裏面が粘着性の樹脂フィルムや台紙、金属板等からなる白地の基材５１の表面に１個以上の対象ターゲットマーク５２を、例えば、黒色で既知の位置関係で印刷することで作成されている。
【００２４】
一方、図２に例示されるように、本実施の形態の計測装置としての情報処理装置１０は、一例として、市販のパーソナルコンピュータ等からなり、マイクロプロセッサ１１、主記憶１２、記憶装置１３、ディスプレイ１４、キーボード１５、外部入出力インタフェース１６等の構成要素を情報伝送路１７で接続して構成されている。
【００２５】
マイクロプロセッサ１１は、中央処理装置として、主記憶１２に格納された計測プログラム２０を実行することにより、後述のフローチャート等に例示される各種の処理を実現する。
【００２６】
主記憶１２は、例えば、半導体メモリ等で構成され、マイクロプロセッサ１１がアクセスする計測プログラム２０や図示しない基本ソフトウェア等のプログラムやデータを保持する。
【００２７】
記憶装置１３は、例えば、不揮発性の記録媒体で構成され、後述の計測ファイル６０や画像データ３０等のデータを保持する。
ディスプレイ１４は、情報処理装置１０のユーザに対して情報を可視化して提示する。
【００２８】
キーボード１５は、図示しないマウス等の入力手段とともに、ユーザに情報入力インタフェースを提供する。
外部入出力インタフェース１６は、有線、あるいは無線、光線等の通信媒体を介して、デジタルカメラ９０との間で、画像データ３０等の情報の授受を行う機能を備えている。
【００２９】
本実施の形態の情報処理装置１０の場合、記憶装置１３には、上述の第１ターゲット４０および第２ターゲット５０に関する計測結果を記録するための計測ファイル６０が格納されている。
【００３０】
図３に例示されるように、この計測ファイル６０は、撮影日時６１、第１ターゲット位置情報６２、第２ターゲット位置情報６３、ターゲット間距離６４、正射影画像６５が、が対応つけられて格納されている。
【００３１】
撮影日時６１には、上述のように構造物７０に配置された第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の撮影日時が記録される。
第１ターゲット位置情報６２には、第１ターゲット４０の個々の固定ターゲットマーク４２の位置情報が記録される。
【００３２】
第２ターゲット位置情報６３には、第２ターゲット５０の対象ターゲットマーク５２の位置情報が記録される。
ターゲット間距離６４には、第１ターゲット４０の一つの固定ターゲットマーク４２と、第２ターゲット５０の一つの対象ターゲットマーク５２の中心間の距離ΔＬが記録される。
【００３３】
正射影画像６５には、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の任意の方向からの撮影画像を、正対した方向からの撮影画像に変換した正射影画像が記録される。
この正射影画像６５は、必要に応じてディスプレイ１４に表示させることにより、ユーザが目視で画像データ３０を閲覧する際の作業性が向上する。
【００３４】
以下、本実施の形態の計測方法および計測プログラムならびに計測装置の作用の一例について説明する。
図４は、本実施の形態の計測方法の工程全体の一例を示すフローチャートであり、図５は、その中における本実施の形態の計測プログラム２０による距離計測処理の一例を示すフローチャートである。
【００３５】
まず、上述のような第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を作成して準備する（ステップ２１０）。
上述のように、この作成時には、第１ターゲット４０では、複数の固定ターゲットマーク４２が、一つの固定ターゲットマーク４２を中心として直交する２軸の各々に、他の二つの固定ターゲットマーク４２が配置される。そして、この第１ターゲット４０における複数の固定ターゲットマーク４２の位置関係（実座標値）が測定され、既知である。
【００３６】
次に、図６のように、例えば、構造物７０の任意の平面上の亀裂７１に対して、第１ターゲット４０（以下、必要に応じてＡ群のターゲットと記す）と、第２ターゲット５０（Ｂ群のターゲット）を設置する（ステップ２２０）。
【００３７】
本実施の形態の場合には、上述のように、Ａ群のターゲットは実座標が既知でその間隔については予め求められているか、または自由に設定されていることを前提とする。
次に、構造物７０に配置された第１ターゲット４０および第２ターゲット５０が同一画面内に入るように任意の方向から単一の画像として撮影し（例えば図７または図８）、画像データ３０として情報処理装置１０の記憶装置１３に格納される（ステップ２３０）。
【００３８】
次に、情報処理装置１０において、画像データ３０に基づいて、計測プログラム２０による計測処理を行わせる（ステップ２４０）。
図５は、この計測プログラム２０による処理の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施の形態の場合、計測プログラム２０は、ターゲット中心検出機能２１、射影変換機能２２、および距離計測機能２３で構成されている。
計測プログラム２０は、記憶装置１３から画像データ３０を読み出す（ステップ２４１）。
【００４０】
次に、ターゲット中心検出機能２１によって、画像データ３０の各ターゲット（個々の固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２）について、図９に示す通りターゲットの中心座標（画像座標）を画像より精密に求める。
【００４１】
すなわち、ターゲット中心検出機能２１は、画像データ３０から、閾値（ｔｈｒｅｓｈ）以上の明るさを有するピクセル３１の隣接集団を一つの固定ターゲットマーク４２または対象ターゲットマーク５２と認識し、個々のピクセル３１のピーク値（ｐｅａｋ）と、その座標位置に基づいて当該隣接集団の重心位置を算出し、この重心位置を当該固定ターゲットマーク４２または対象ターゲットマーク５２の中心と決定する（ステップ２４２）。
【００４２】
このように、個々の固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の画像の部分の面積重心を求めることで、画像データ３０における１画素サイズの１／１０程度の精度で精密に、固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の中心位置の画像座標を求めることができる（ステップ２４２）。
【００４３】
次に、計測プログラム２０は、射影変換機能２２により、上述のステップ２４２で求めた、位置関係（実座標）が既知の第１ターゲット４０の固定ターゲットマーク４２の当該実座標と、ステップ２４２で求められた個々の固定ターゲットマーク４２の画像位置（中心位置）を用いて、後方交会法によって、当該画像データ３０の撮影時におけるカメラ（レンズ中心）位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と、各座標軸の回転量（ω，φ，κ）を計算する（ステップ２４３）。
【００４４】
すなわち、上述のステップ２１０およびステップ２２０の前提より、全ての固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２は同一平面上にあり、Ａ群のターゲット（固定ターゲットマーク４２）は座標が既知であることを元に３点の固定ターゲットマーク４２の各々の中心位置の画像座標と、固定ターゲットマーク４２の既知の位置座標（実座標）より写真測量における共線条件式（ターゲット位置、カメラ撮影位置およびターゲット画像座標の関係式）から、後方交会法によりカメラの撮影位置および撮影方向を決定することができる。
【００４５】
この計算の詳細を以下に示す。図１０は、座標定義例を示す概念図であり、図１１は、後方交会法における共線条件を示す概念図である。
図１０のように座標定義を行った場合、後方交会法により、デジタルカメラ９０の撮影位置および方向角（両者をあわせて外部標定要素と呼ぶ）を求める手順は以下の通りである。
【００４６】
なお、図１１において、レンズ中心と、構造物７０上の実際の点Ｐおよび画像データ３０上の点ｐの位置を示している。
図１０において、原点がレンズ中心点Ｃである写真画像座標系（ｘ，ｙ）と、実座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）およびレンズ焦点距離ｆ、カメラ方向角（ω，φ，κ）の間は以下の式（１）の関係式が成り立つ。
【００４７】
【数１】
【００４８】
上記式（１）のω、φ、κはそれぞれ座標軸の回転量をあらわしており、撮影軸（レンズ光軸）に対しての回転角（ω）、撮影軸の垂直方向の回転角（φ）、水平方向の回転角（κ）を示す。また、（Ｘ０，Ｙ０，Ｘ０）はレンズ中心点Ｃの実座標値を示す。λは適当な係数である。
【００４９】
上記式（１）の回転部分を、以下の式（２）のように整理すると、上記式（１）は、以下の式（３）ように表記することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
【数３】
【００５２】
この式（３）を展開して、λを消去すると以下の式（４）および式（５）ように書きかえることができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
【数５】
【００５５】
求める未知数（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０），（ω，φ，κ）に対して、３点（３個の固定ターゲットマーク４２）の実座標（Ｘ１，Ｙ１，０），（Ｘ２，Ｙ２，０），（Ｘ３，Ｙ３，０）、（条件として３点は同一平面上にありとしているためＺ座標はいずれも０）と、３点の画像上の座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）およびレンズ焦点距離ｆが既知であるから、これらを連立させて未知数を求める。
【００５６】
なお、レンズひずみについての影響を除外するための補正項を共線条件式の中に含めることも考えられるが、多くの場合、短焦点レンズによる撮影ではその影響度合いが大きく、長焦点レンズではその度合いは極めて小さい。
【００５７】
本実施の形態では、被写体との位置関係を考慮しつつ、デジタルカメラ９０において、長焦点レンズを用いて、撮影することで、レンズひずみの影響を計測精度以下におさえることができる。
【００５８】
なお、例えば、個々の固定ターゲットマーク４２の中心座標の計測誤差により、座標既知の３点の固定ターゲットマーク４２の座標から計算で求めたカメラの撮影位置は不安定となるケースが発生するが、座標既知のターゲットを４点（四番目の固定ターゲットマーク４２を第１ターゲット４０に設ける）とし、各々が、４点のターゲットの中の任意の３点の組合せで決定される複数の平面に対して、共線条件式から方程式を導き、これを最小二乗法により解くことで、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０が存在する一つの平面を決定することで、誤差配分が最適となる安定したカメラの撮影位置を求めることができる。
【００５９】
次に、計測プログラム２０は、射影変換機能２２により、デジタルカメラ９０の撮影位置およびＡ群のターゲットの位置から、撮影された画像データ３０の射影変換を実施し、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を正面から撮影した画像を作成し、計測ファイル６０の正射影画像６５に記録する（ステップ２４４）。
【００６０】
すなわち、図７や図８のように斜め方向から撮影された画像データ３０を、正面から撮影した図６のような画像データ３０に変換する。
また、正射影画像が不要な場合は、固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の画像座標のみ射影変換を実施すれば、画像データ３０の全体のピクセル３１の射影変換を実施せずとも、次のステップ２４５で用いる固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の座標（ｘ，ｙ）を提供できる。
【００６１】
次に、計測プログラム２０は、距離計測機能２３により、上述のステップ２４４で変換した正射影画像よりＡ群のターゲットおよびＢのターゲットの座標（ｘ，ｙ）を求め、それらの座標値を計算してターゲット間の距離ΔＬを求める（ステップ２４５）。
【００６２】
この距離ΔＬは、たとえば、対象ターゲットマーク５２と、直近の一つの固定ターゲットマーク４２との距離である。
例えば、６０ｃｍの幅を、適切なレンズを装着した横幅３０００画素のデジタルカメラ９０で撮影した場合、１画素は０．２ｍｍを示すことになる。図９およびステップ２４２にて説明した通り、１／１０画素単位で固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の中心座標を求めることができれば、０．０２ｍｍの分解能で距離ΔＬを計測することが可能になる。
【００６３】
すなわち、一例として６００万画素のデジタルカメラ９０により撮影された画像データ３０は横３０００、縦２０００ピクセルのデータである。適当なレンズを選定して、３０ｃｍ×２０ｃｍの範囲を撮影した場合、１ピクセルのサイズは０．１ｍｍ×０．１ｍｍとなる。
【００６４】
固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の画像が、直径で２０ピクセル程度のサイズで撮影されていれば、ターゲットマークの中心を重心検出により算出すると、上述の０．１ｍｍの１／５から１／１０程度の検出精度で算出することが可能となる。このため、０．０２ｍｍ程度の位置決定精度を設定することができる。
【００６５】
以上が、ステップ２４０における計測プログラム２０による距離計測処理の一例である。
上述の図４のフローチャートに戻って、ステップ２４０で得られた距離ΔＬは、計測プログラム２０により計測ファイル６０にターゲット間距離６４として記録される。
【００６６】
また、第１ターゲット４０の個々の固定ターゲットマーク４２の中心位置は、第１ターゲット位置情報６２に記録され、第２ターゲット５０の個々の対象ターゲットマーク５２の中心位置は、第２ターゲット位置情報６３に記録される。
【００６７】
そして、ユーザは、構造物７０に配置された同じ第１ターゲット４０と第２ターゲット５０のペアから前後して撮影された複数の画像データ３０の各々から得られた距離ΔＬを比較することにより、構造物７０における亀裂７１の拡大等の変位の情報を得ることができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態の場合、以下のようにして構造物７０の変形の判定を計測プログラム２０に自動的に行わせることもできる。
すなわち、計測プログラム２０は、入力された画像データ３０と同じ第１ターゲット４０および第２ターゲット５０に関する過去の画像データ３０の記録を計測ファイル６０から検索し、２回目以降の画像データ３０である（初回撮影でない）と判定された場合には（ステップ２６０）、前回に計測されて記録されている距離ΔＬと、今回得られた距離ΔＬとを比較して両者の差分Ｅを計算し（ステップ２７０）、この差分Ｅが所定の判定閾値Ｅ０を超えた場合には（ステップ２８０）、ユーザに対して距離ΔＬの増大、すなわち、構造物７０の変形の増大を警告する（ステップ２９０）。
【００６９】
なお、図４のフローチャートでは、同一の第１ターゲット４０と第２ターゲット５０のペアに対する二回目以降の撮影では、ステップ２３０から行われることになる。
このように、本実施の形態の計測技術によれば、例えば、構造物７０の亀裂７１を挟んで配置された第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の画像を１画面内に含む単一の画像データ３０を撮影するたけで、構造物７０に対する任意の位置で非接触に、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを精密に計測できる。
【００７０】
この結果、同一の第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の画像データ３０を相前後して継続的に撮影することで、構造物７０における亀裂７１の拡大等の変位を精密に計測および監視できる。
【００７１】
また、デジタルカメラ９０で構造物７０を、所定の期間をおいて段階的に撮影するだけなので、測量機器等の大かがりな設備や、多数の運用人員を必要としない。
すなわち、本実施の形態によれば、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することができる。
【００７２】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、第１ターゲット４０の複数の固定ターゲットマーク４２の座標値を自由に設定した仮想平面上で固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の中心位置を決定することもできる。
【００７３】
その場合には、距離ΔＬは、第１ターゲット４０の固定ターゲットマーク４２同士の距離に対する比率として計測される。
また、第１ターゲット４０や第２ターゲット５０を配置する代わりに、構造物７０に存在する寸法が既知の構成部材の画像を、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０として用いてもよい。
【００７４】
その場合には、第１ターゲット４０や第２ターゲット５０の配置作業も省略でき、構造物７０の変形の計測や監視において、一層の省力化を実現できる利点がある。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 情報処理装置
１１ マイクロプロセッサ
１２ 主記憶
１３ 記憶装置
１４ ディスプレイ
１５ キーボード
１６ 外部入出力インタフェース
１７ 情報伝送路
２０ 計測プログラム
２１ ターゲット中心検出機能
２２ 射影変換機能
２３ 距離計測機能
３０ 画像データ
３１ ピクセル
４０ 第１ターゲット
４１ 基材
４２ 固定ターゲットマーク
５０ 第２ターゲット
５１ 基材
５２ 対象ターゲットマーク
６０ 計測ファイル
６１ 撮影日時
６２ 第１ターゲット位置情報
６３ 第２ターゲット位置情報
６４ ターゲット間距離
６５ 正射影画像
７０ 構造物
７１ 亀裂
９０ デジタルカメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測方法および計測プログラムならびに計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、土木構造物や建築構造物等においては、保守管理等の目的で局所的な変形等を継続的に観測し、保守管理や安全管理の対策の目安とする場合がある。
その場合、対象物の運動量や変位・変形については、直接人間が器具を用いて測定する方法が考えられるが、測定箇所が構造物の天井等の高所に存在する場合のように測定対象に容易に近づけない場合などでは測定が困難である。
【０００３】
また、ひずみ計などを設置し、データを遠隔地で収集し測定する方法も考えられるが、設備が大掛かりになる。
さらに、測量機器等を用いて測定する方法等も考えられるが、高価な測量機器や、機器の運用のための人員が必要となり、継続的な観測の場合には、その都度、測量機器や人員の準備が必要となる。
【０００４】
このため、例えば、特許文献１や特許文献２のように、測定箇所を写真撮影する写真測量が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５３０９７８号公報
【特許文献２】特許第４１４５４８４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、従来の写真測量では、現場の複数の写真の多数の標定点を配置して撮影し、繰返し重ねあわせ、標定して３次元座標値を取得する必要があり、高度で複雑な作業が必須であり、大かがりな設備や、多数の人員を要するという技術的課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像が同一画面内に含まれるように撮影して単一の画像データを得る第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
を含む計測方法を提供する。
【０００９】
本発明の第２の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む単一の画像データを入力する第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
をコンピュータに実行させる計測プログラムを提供する。
【００１０】
本発明の第３の観点は、被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む画像データを入力する入力手段と、
単一の前記画像データから複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出し、前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する演算手段と、
を含む計測装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置のシステム構成および作用の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムを実施する計測装置の構成の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置にて用いられる計測ファイルの構成例を示す概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態である計測方法の工程全体の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態である計測プログラムによる距離計測処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施の形態である計測方法における正射影画像の画像データの一例を示す概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態である計測方法における斜め方向の撮影画像の一例を示す概念図である。
【図８】本発明の一実施の形態である計測方法における斜め方向の撮影画像の一例を示す概念図である。
【図９】ターゲットマークの中心座標を画像より精密に求める方法の一例を示す概念図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である計測方法における座標定義の一例を示す概念図である。
【図１１】後方交会法における共線条件を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態では、一態様として、複数個の固定ターゲットにより平面を設定し、単写真での位置座標の取得と距離計測を行う画像計測技術、およびそれによる精密距離計測技術、移動量計測技術を例示する。
【００１４】
本態様では、デジタルカメラ等により撮影された測定対象物の写真画像に含まれる３点以上の固定ターゲットと少なくとも一つの対象ターゲットの画像のうち、複数の固定ターゲットの画像から一つの平面を構成し、この平面上にある他の対象ターゲットの２次元座標を画像計測により取得する。
【００１５】
すなわち、複数の固定ターゲットの上記平面上の２次元座標が予め任意の尺度で既知であれば、同一平面上にある他の対象ターゲットの２次元座標を決定することができ、固定ターゲットと対象ターゲットとの間の距離を計算により求めれば距離計測ができる。
【００１６】
また、固定ターゲットと他の対象ターゲットの間に、不連続な境界がある場合、境界の変動前後に固定ターゲットおよび対象ターゲットの撮影および画像計測を行い、固定ターゲットの座標を、境界の変動の前後で一致させることにより、他の対象ターゲットの境界の変動の前後の座標を得て、境界の変動の前後における固定ターゲットと対象ターゲットの間の距離を計算することで、境界の両側の移動量を計測することができる。
【００１７】
すなわち、単一写真の画像データにて簡便に、計測対象物に接触することなく離れた位置から測定対象物の変形等を高精度に継続的に計測することができる。
これにより、本態様によれば、例えば道路構造物に設けられた伸縮装置などの保守管理において、交通荷重や温度変化などに追随した移動量を設計値と比較して健全性を評価したり、斜面上の岩塊や斜面やコンクリート構造物のクラックのように変形量が経時的に変化する可能性がある構造物等を評価する場合のように、変形量が大きくなると重大な危険をもたらすものを監視する場合に、遠隔点から非接触に簡易かつ精密に計測する手段を提供することができる。
【００１８】
また、平面的な変位を伴う変形量の簡易かつ高精度な非接触な計測のための手段を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置の構成および作用の一例を示す概念図である。
図２は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムを実施する計測装置の構成の一例を示す概念図である。
【００２０】
図３は、本発明の一実施の形態である計測方法および計測プログラムならびに計測装置にて用いられる計測ファイルの構成例を示す概念図である。
図１に例示されるように、本実施の形態の計測方法では、土木構造物や建築構造物等の構造物７０に第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を、例えば構造物７０に存在する亀裂７１等の境界を挟んで独立に配置し、これらの画像をデジタルカメラ９０にて任意の位置および方向から撮影して得られた画像データ３０を情報処理装置１０に入力し、後述の計測プログラム２０にて処理することで、単一の画像データ３０から、構造物７０等に対して非接触にて、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを計測する。
【００２１】
本実施の形態の場合、デジタルカメラ９０は、例えば、市販のデジタルスチルカメラからなり、デジタルカメラ９０から得られる画像データ３０には、画像情報の他に撮影時のレンズ焦点距離ｆ、画素数、画像サイズ等の付帯情報も所定のフォーマット（例えば、デジタルスチルカメラ用画像ファイルフォーマット規格であるＥｘｉｆ）で記録され、情報処理装置１０に入力される。
【００２２】
なお、デジタルカメラ９０としてデジタルビデオカメラを用い、その一コマの静止画像を画像データ３０として用いてもよい。
本実施の形態の第１ターゲット４０は、例えば、裏面が粘着性の樹脂フィルム等からなる白地の基材４１の表面に３個以上の複数の固定ターゲットマーク４２を、例えば、黒色で既知の位置関係で印刷することで作成されている。
【００２３】
同様に、第２ターゲット５０は、例えば、裏面が粘着性の樹脂フィルムや台紙、金属板等からなる白地の基材５１の表面に１個以上の対象ターゲットマーク５２を、例えば、黒色で既知の位置関係で印刷することで作成されている。
【００２４】
一方、図２に例示されるように、本実施の形態の計測装置としての情報処理装置１０は、一例として、市販のパーソナルコンピュータ等からなり、マイクロプロセッサ１１、主記憶１２、記憶装置１３、ディスプレイ１４、キーボード１５、外部入出力インタフェース１６等の構成要素を情報伝送路１７で接続して構成されている。
【００２５】
マイクロプロセッサ１１は、中央処理装置として、主記憶１２に格納された計測プログラム２０を実行することにより、後述のフローチャート等に例示される各種の処理を実現する。
【００２６】
主記憶１２は、例えば、半導体メモリ等で構成され、マイクロプロセッサ１１がアクセスする計測プログラム２０や図示しない基本ソフトウェア等のプログラムやデータを保持する。
【００２７】
記憶装置１３は、例えば、不揮発性の記録媒体で構成され、後述の計測ファイル６０や画像データ３０等のデータを保持する。
ディスプレイ１４は、情報処理装置１０のユーザに対して情報を可視化して提示する。
【００２８】
キーボード１５は、図示しないマウス等の入力手段とともに、ユーザに情報入力インタフェースを提供する。
外部入出力インタフェース１６は、有線、あるいは無線、光線等の通信媒体を介して、デジタルカメラ９０との間で、画像データ３０等の情報の授受を行う機能を備えている。
【００２９】
本実施の形態の情報処理装置１０の場合、記憶装置１３には、上述の第１ターゲット４０および第２ターゲット５０に関する計測結果を記録するための計測ファイル６０が格納されている。
【００３０】
図３に例示されるように、この計測ファイル６０は、撮影日時６１、第１ターゲット位置情報６２、第２ターゲット位置情報６３、ターゲット間距離６４、正射影画像６５が、が対応つけられて格納されている。
【００３１】
撮影日時６１には、上述のように構造物７０に配置された第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の撮影日時が記録される。
第１ターゲット位置情報６２には、第１ターゲット４０の個々の固定ターゲットマーク４２の位置情報が記録される。
【００３２】
第２ターゲット位置情報６３には、第２ターゲット５０の対象ターゲットマーク５２の位置情報が記録される。
ターゲット間距離６４には、第１ターゲット４０の一つの固定ターゲットマーク４２と、第２ターゲット５０の一つの対象ターゲットマーク５２の中心間の距離ΔＬが記録される。
【００３３】
正射影画像６５には、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の任意の方向からの撮影画像を、正対した方向からの撮影画像に変換した正射影画像が記録される。
この正射影画像６５は、必要に応じてディスプレイ１４に表示させることにより、ユーザが目視で画像データ３０を閲覧する際の作業性が向上する。
【００３４】
以下、本実施の形態の計測方法および計測プログラムならびに計測装置の作用の一例について説明する。
図４は、本実施の形態の計測方法の工程全体の一例を示すフローチャートであり、図５は、その中における本実施の形態の計測プログラム２０による距離計測処理の一例を示すフローチャートである。
【００３５】
まず、上述のような第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を作成して準備する（ステップ２１０）。
上述のように、この作成時には、第１ターゲット４０では、複数の固定ターゲットマーク４２が、一つの固定ターゲットマーク４２を中心として直交する２軸の各々に、他の二つの固定ターゲットマーク４２が配置される。そして、この第１ターゲット４０における複数の固定ターゲットマーク４２の位置関係（実座標値）が測定され、既知である。
【００３６】
次に、図６のように、例えば、構造物７０の任意の平面上の亀裂７１に対して、第１ターゲット４０（以下、必要に応じてＡ群のターゲットと記す）と、第２ターゲット５０（Ｂ群のターゲット）を設置する（ステップ２２０）。
【００３７】
本実施の形態の場合には、上述のように、Ａ群のターゲットは実座標が既知でその間隔については予め求められているか、または自由に設定されていることを前提とする。
次に、構造物７０に配置された第１ターゲット４０および第２ターゲット５０が同一画面内に入るように任意の方向から単一の画像として撮影し（例えば図７または図８）、画像データ３０として情報処理装置１０の記憶装置１３に格納される（ステップ２３０）。
【００３８】
次に、情報処理装置１０において、画像データ３０に基づいて、計測プログラム２０による計測処理を行わせる（ステップ２４０）。
図５は、この計測プログラム２０による処理の一例を示すフローチャートである。
【００３９】
本実施の形態の場合、計測プログラム２０は、ターゲット中心検出機能２１、射影変換機能２２、および距離計測機能２３で構成されている。
計測プログラム２０は、記憶装置１３から画像データ３０を読み出す（ステップ２４１）。
【００４０】
次に、ターゲット中心検出機能２１によって、画像データ３０の各ターゲット（個々の固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２）について、図９に示す通りターゲットの中心座標（画像座標）を画像より精密に求める。
【００４１】
すなわち、ターゲット中心検出機能２１は、画像データ３０から、閾値（ｔｈｒｅｓｈ）以上の明るさを有するピクセル３１の隣接集団を一つの固定ターゲットマーク４２または対象ターゲットマーク５２と認識し、個々のピクセル３１のピーク値（ｐｅａｋ）と、その座標位置に基づいて当該隣接集団の重心位置を算出し、この重心位置を当該固定ターゲットマーク４２または対象ターゲットマーク５２の中心と決定する（ステップ２４２）。
【００４２】
このように、個々の固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の画像の部分の面積重心を求めることで、画像データ３０における１画素サイズの１／１０程度の精度で精密に、固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の中心位置の画像座標を求めることができる（ステップ２４２）。
【００４３】
次に、計測プログラム２０は、射影変換機能２２により、上述のステップ２４２で求めた、位置関係（実座標）が既知の第１ターゲット４０の固定ターゲットマーク４２の当該実座標と、ステップ２４２で求められた個々の固定ターゲットマーク４２の画像位置（中心位置）を用いて、後方交会法によって、当該画像データ３０の撮影時におけるカメラ（レンズ中心）位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と、各座標軸の回転量（ω，φ，κ）を計算する（ステップ２４３）。
【００４４】
すなわち、上述のステップ２１０およびステップ２２０の前提より、全ての固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２は同一平面上にあり、Ａ群のターゲット（固定ターゲットマーク４２）は座標が既知であることを元に３点の固定ターゲットマーク４２の各々の中心位置の画像座標と、固定ターゲットマーク４２の既知の位置座標（実座標）より写真測量における共線条件式（ターゲット位置、カメラ撮影位置およびターゲット画像座標の関係式）から、後方交会法によりカメラの撮影位置および撮影方向を決定することができる。
【００４５】
この計算の詳細を以下に示す。図１０は、座標定義例を示す概念図であり、図１１は、後方交会法における共線条件を示す概念図である。
図１０のように座標定義を行った場合、後方交会法により、デジタルカメラ９０の撮影位置および方向角（両者をあわせて外部標定要素と呼ぶ）を求める手順は以下の通りである。
【００４６】
なお、図１１において、レンズ中心と、構造物７０上の実際の点Ｐおよび画像データ３０上の点ｐの位置を示している。
図１０において、原点がレンズ中心点Ｃである写真画像座標系（ｘ，ｙ）と、実座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）およびレンズ焦点距離ｆ、カメラ方向角（ω，φ，κ）の間は以下の式（１）の関係式が成り立つ。
【００４７】
【数１】
【００４８】
上記式（１）のω、φ、κはそれぞれ座標軸の回転量をあらわしており、撮影軸（レンズ光軸）に対しての回転角（ω）、撮影軸の垂直方向の回転角（φ）、水平方向の回転角（κ）を示す。また、（Ｘ０，Ｙ０，Ｘ０）はレンズ中心点Ｃの実座標値を示す。λは適当な係数である。
【００４９】
上記式（１）の回転部分を、以下の式（２）のように整理すると、上記式（１）は、以下の式（３）ように表記することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
【数３】
【００５２】
この式（３）を展開して、λを消去すると以下の式（４）および式（５）ように書きかえることができる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
【数５】
【００５５】
求める未知数（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０），（ω，φ，κ）に対して、３点（３個の固定ターゲットマーク４２）の実座標（Ｘ１，Ｙ１，０），（Ｘ２，Ｙ２，０），（Ｘ３，Ｙ３，０）、（条件として３点は同一平面上にありとしているためＺ座標はいずれも０）と、３点の画像上の座標（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ２），（ｘ３，ｙ３）およびレンズ焦点距離ｆが既知であるから、これらを連立させて未知数を求める。
【００５６】
なお、レンズひずみについての影響を除外するための補正項を共線条件式の中に含めることも考えられるが、多くの場合、短焦点レンズによる撮影ではその影響度合いが大きく、長焦点レンズではその度合いは極めて小さい。
【００５７】
本実施の形態では、被写体との位置関係を考慮しつつ、デジタルカメラ９０において、長焦点レンズを用いて、撮影することで、レンズひずみの影響を計測精度以下におさえることができる。
【００５８】
なお、例えば、個々の固定ターゲットマーク４２の中心座標の計測誤差により、座標既知の３点の固定ターゲットマーク４２の座標から計算で求めたカメラの撮影位置は不安定となるケースが発生するが、座標既知のターゲットを４点（四番目の固定ターゲットマーク４２を第１ターゲット４０に設ける）とし、各々が、４点のターゲットの中の任意の３点の組合せで決定される複数の平面に対して、共線条件式から方程式を導き、これを最小二乗法により解くことで、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０が存在する一つの平面を決定することで、誤差配分が最適となる安定したカメラの撮影位置を求めることができる。
【００５９】
次に、計測プログラム２０は、射影変換機能２２により、デジタルカメラ９０の撮影位置およびＡ群のターゲットの位置から、撮影された画像データ３０の射影変換を実施し、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０を正面から撮影した画像を作成し、計測ファイル６０の正射影画像６５に記録する（ステップ２４４）。
【００６０】
すなわち、図７や図８のように斜め方向から撮影された画像データ３０を、正面から撮影した図６のような画像データ３０に変換する。
また、正射影画像が不要な場合は、固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の画像座標のみ射影変換を実施すれば、画像データ３０の全体のピクセル３１の射影変換を実施せずとも、次のステップ２４５で用いる固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の座標（ｘ，ｙ）を提供できる。
【００６１】
次に、計測プログラム２０は、距離計測機能２３により、上述のステップ２４４で変換した正射影画像よりＡ群のターゲットおよびＢのターゲットの座標（ｘ，ｙ）を求め、それらの座標値を計算してターゲット間の距離ΔＬを求める（ステップ２４５）。
【００６２】
この距離ΔＬは、たとえば、対象ターゲットマーク５２と、直近の一つの固定ターゲットマーク４２との距離である。
例えば、６０ｃｍの幅を、適切なレンズを装着した横幅３０００画素のデジタルカメラ９０で撮影した場合、１画素は０．２ｍｍを示すことになる。図９およびステップ２４２にて説明した通り、１／１０画素単位で固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の中心座標を求めることができれば、０．０２ｍｍの分解能で距離ΔＬを計測することが可能になる。
【００６３】
すなわち、一例として６００万画素のデジタルカメラ９０により撮影された画像データ３０は横３０００、縦２０００ピクセルのデータである。適当なレンズを選定して、３０ｃｍ×２０ｃｍの範囲を撮影した場合、１ピクセルのサイズは０．１ｍｍ×０．１ｍｍとなる。
【００６４】
固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の各々の画像が、直径で２０ピクセル程度のサイズで撮影されていれば、ターゲットマークの中心を重心検出により算出すると、上述の０．１ｍｍの１／５から１／１０程度の検出精度で算出することが可能となる。このため、０．０２ｍｍ程度の位置決定精度を設定することができる。
【００６５】
以上が、ステップ２４０における計測プログラム２０による距離計測処理の一例である。
上述の図４のフローチャートに戻って、ステップ２４０で得られた距離ΔＬは、計測プログラム２０により計測ファイル６０にターゲット間距離６４として記録される。
【００６６】
また、第１ターゲット４０の個々の固定ターゲットマーク４２の中心位置は、第１ターゲット位置情報６２に記録され、第２ターゲット５０の個々の対象ターゲットマーク５２の中心位置は、第２ターゲット位置情報６３に記録される。
【００６７】
そして、ユーザは、構造物７０に配置された同じ第１ターゲット４０と第２ターゲット５０のペアから前後して撮影された複数の画像データ３０の各々から得られた距離ΔＬを比較することにより、構造物７０における亀裂７１の拡大等の変位の情報を得ることができる。
【００６８】
さらに、本実施の形態の場合、以下のようにして構造物７０の変形の判定を計測プログラム２０に自動的に行わせることもできる。
すなわち、計測プログラム２０は、入力された画像データ３０と同じ第１ターゲット４０および第２ターゲット５０に関する過去の画像データ３０の記録を計測ファイル６０から検索し、２回目以降の画像データ３０である（初回撮影でない）と判定された場合には（ステップ２６０）、前回に計測されて記録されている距離ΔＬと、今回得られた距離ΔＬとを比較して両者の差分Ｅを計算し（ステップ２７０）、この差分Ｅが所定の判定閾値Ｅ０を超えた場合には（ステップ２８０）、ユーザに対して距離ΔＬの増大、すなわち、構造物７０の変形の増大を警告する（ステップ２９０）。
【００６９】
なお、図４のフローチャートでは、同一の第１ターゲット４０と第２ターゲット５０のペアに対する二回目以降の撮影では、ステップ２３０から行われることになる。
このように、本実施の形態の計測技術によれば、例えば、構造物７０の亀裂７１を挟んで配置された第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の画像を１画面内に含む単一の画像データ３０を撮影するたけで、構造物７０に対する任意の位置で非接触に、第１ターゲット４０と第２ターゲット５０の距離ΔＬを精密に計測できる。
【００７０】
この結果、同一の第１ターゲット４０および第２ターゲット５０の画像データ３０を相前後して継続的に撮影することで、構造物７０における亀裂７１の拡大等の変位を精密に計測および監視できる。
【００７１】
また、デジタルカメラ９０で構造物７０を、所定の期間をおいて段階的に撮影するだけなので、測量機器等の大かがりな設備や、多数の運用人員を必要としない。
すなわち、本実施の形態によれば、大掛かりな設備や人員を必要とすることなく、単一の画像データにて簡易かつ高精度に、土木構造物や建築構造物等の被測定物の測定や継続的な監視を行うことが可能な計測技術を提供することができる。
【００７２】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、第１ターゲット４０の複数の固定ターゲットマーク４２の座標値を自由に設定した仮想平面上で固定ターゲットマーク４２および対象ターゲットマーク５２の中心位置を決定することもできる。
【００７３】
その場合には、距離ΔＬは、第１ターゲット４０の固定ターゲットマーク４２同士の距離に対する比率として計測される。
また、第１ターゲット４０や第２ターゲット５０を配置する代わりに、構造物７０に存在する寸法が既知の構成部材の画像を、第１ターゲット４０および第２ターゲット５０として用いてもよい。
【００７４】
その場合には、第１ターゲット４０や第２ターゲット５０の配置作業も省略でき、構造物７０の変形の計測や監視において、一層の省力化を実現できる利点がある。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 情報処理装置
１１ マイクロプロセッサ
１２ 主記憶
１３ 記憶装置
１４ ディスプレイ
１５ キーボード
１６ 外部入出力インタフェース
１７ 情報伝送路
２０ 計測プログラム
２１ ターゲット中心検出機能
２２ 射影変換機能
２３ 距離計測機能
３０ 画像データ
３１ ピクセル
４０ 第１ターゲット
４１ 基材
４２ 固定ターゲットマーク
５０ 第２ターゲット
５１ 基材
５２ 対象ターゲットマーク
６０ 計測ファイル
６１ 撮影日時
６２ 第１ターゲット位置情報
６３ 第２ターゲット位置情報
６４ ターゲット間距離
６５ 正射影画像
７０ 構造物
７１ 亀裂
９０ デジタルカメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像が同一画面内に含まれるように撮影して単一の画像データを得る第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
請求項１記載の計測方法において、
さらに、異なる時刻で撮影された複数の前記画像データの各々から得られた前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離の変化を検出して、前記被測定物の変形量を判別する第４ステップを含むことを特徴とする計測方法。
【請求項３】
請求項１記載の計測方法において、
前記第１ターゲットは、４個以上の前記固定ターゲットを含み、
前記第２ステップでは、４個以上の前記固定ターゲットの中の任意の３個の組合せで定まる複数の平面から最小自乗法によって前記測定平面を定めることを特徴とする計測方法。
【請求項４】
請求項１記載の計測方法において、
前記第１ステップでは、前記被測定物に対して任意の方向から撮影して前記画像データを取得し、前記第２ステップでは、前記２次元座標の座標変換によって、前記画像データを、前記被測定物に正対した準正射画像の前記画像データに変換することを特徴とする計測方法。
【請求項５】
請求項１記載の計測方法において、
前記被測定物に配置された前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットをデジタルカメラにて任意の方向から撮影して前記画像データを得ることを特徴とする計測方法。
【請求項６】
請求項１記載の計測方法において、
前記第２ステップでは、前記測定平面における前記２次元座標の座標値を、一つの前記固定ターゲットを基準とした比率で求め、
前記第３ステップでは、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離を比率として計測することを特徴とする計測方法。
【請求項７】
請求項１記載の計測方法における前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする計測プログラム。
【請求項８】
被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む画像データを入力する入力手段と、
単一の前記画像データから複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出し、前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する演算手段と、
を含むことを特徴とする計測装置。
【請求項９】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、異なる時刻で撮影された複数の前記画像データの各々から得られた前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離の変化を検出して、前記被測定物の変形量を判別することを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
請求項８記載の計測装置において、
前記第１ターゲットは、４個以上の前記固定ターゲットを含み、前記演算手段は、４個以上の前記固定ターゲットの中の任意の３個の組合せで定まる複数の平面から最小自乗法によって前記測定平面を定めることを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、前記被測定物に対して任意の方向から撮影された前記画像データを、前記２次元座標の座標変換によって、前記被測定物に正対した準正射画像に変換することを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
請求項８記載の計測装置において、
入力手段は、デジタルカメラが接続され、前記デジタルカメラから前記画像データを入力する入出力インタフェースであることを特徴とする計測装置。
【請求項１３】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、前記測定平面における前記２次元座標の座標値を、一つの前記固定ターゲットを基準とした比率で求め、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離を比率として計測することを特徴とする計測装置。
【請求項１】
被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像が同一画面内に含まれるように撮影して単一の画像データを得る第１ステップと、
前記画像データから、複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出する第２ステップと、
前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する第３ステップと、
を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
請求項１記載の計測方法において、
さらに、異なる時刻で撮影された複数の前記画像データの各々から得られた前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離の変化を検出して、前記被測定物の変形量を判別する第４ステップを含むことを特徴とする計測方法。
【請求項３】
請求項１記載の計測方法において、
前記第１ターゲットは、４個以上の前記固定ターゲットを含み、
前記第２ステップでは、４個以上の前記固定ターゲットの中の任意の３個の組合せで定まる複数の平面から最小自乗法によって前記測定平面を定めることを特徴とする計測方法。
【請求項４】
請求項１記載の計測方法において、
前記第１ステップでは、前記被測定物に対して任意の方向から撮影して前記画像データを取得し、前記第２ステップでは、前記２次元座標の座標変換によって、前記画像データを、前記被測定物に正対した準正射画像の前記画像データに変換することを特徴とする計測方法。
【請求項５】
請求項１記載の計測方法において、
前記被測定物に配置された前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットをデジタルカメラにて任意の方向から撮影して前記画像データを得ることを特徴とする計測方法。
【請求項６】
請求項１記載の計測方法において、
前記第２ステップでは、前記測定平面における前記２次元座標の座標値を、一つの前記固定ターゲットを基準とした比率で求め、
前記第３ステップでは、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離を比率として計測することを特徴とする計測方法。
【請求項７】
請求項１記載の計測方法における前記第１ステップ、前記第２ステップおよび前記第３ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする計測プログラム。
【請求項８】
被測定物に配置された、２次元の位置関係が既知または２次元の位置関係が任意の尺度で設定された少なくとも３個の固定ターゲットを含む第１ターゲット、および前記第１ターゲットに対して任意の位置に配置された少なくとも一つの対象ターゲットを含む第２ターゲットの画像を同一画面内に含む画像データを入力する入力手段と、
単一の前記画像データから複数の前記固定ターゲットによって定まる測定平面内における当該固定ターゲットおよび前記対象ターゲットの２次元座標を検出し、前記２次元座標に基づいて、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの距離を算出する演算手段と、
を含むことを特徴とする計測装置。
【請求項９】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、異なる時刻で撮影された複数の前記画像データの各々から得られた前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離の変化を検出して、前記被測定物の変形量を判別することを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
請求項８記載の計測装置において、
前記第１ターゲットは、４個以上の前記固定ターゲットを含み、前記演算手段は、４個以上の前記固定ターゲットの中の任意の３個の組合せで定まる複数の平面から最小自乗法によって前記測定平面を定めることを特徴とする計測装置。
【請求項１１】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、前記被測定物に対して任意の方向から撮影された前記画像データを、前記２次元座標の座標変換によって、前記被測定物に正対した準正射画像に変換することを特徴とする計測装置。
【請求項１２】
請求項８記載の計測装置において、
入力手段は、デジタルカメラが接続され、前記デジタルカメラから前記画像データを入力する入出力インタフェースであることを特徴とする計測装置。
【請求項１３】
請求項８記載の計測装置において、
前記演算手段は、前記測定平面における前記２次元座標の座標値を、一つの前記固定ターゲットを基準とした比率で求め、前記固定ターゲットと前記対象ターゲットとの前記距離を比率として計測することを特徴とする計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図９】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２３００８（Ｐ２０１１−１２３００８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８２８４１（Ｐ２００９−２８２８４１）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（５９７１６５６１８）株式会社ネクスコ東日本エンジニアリング (18)
【出願人】（５０１１６１３４３）つくばソフトウェアエンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（５９７１６５６１８）株式会社ネクスコ東日本エンジニアリング (18)
【出願人】（５０１１６１３４３）つくばソフトウェアエンジニアリング株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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