長手方向に延在する構造物の展開画像作成装置及び展開画像作成方法
【課題】長手方向に延在する構造物の側壁に目地がない場合にも撮影画像から側壁の展開画像を作成できる装置及び方法を提供する。特に、トンネルの側壁や橋梁の床版・高欄部等の展開画像を作成する方法に関する。
【解決手段】長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置は、長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から側壁を撮像して側壁の撮像画像を得る撮像装置と、撮像装置と近接して設けられ、側壁に平行な軸を回転軸として配置され、側壁に平行な軸に対する回転角について、側壁と撮像装置との距離を計測する距離計と、側壁に側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影して、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像から側壁の展開画像を得る画像処理部と、を備える。
【解決手段】長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置は、長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から側壁を撮像して側壁の撮像画像を得る撮像装置と、撮像装置と近接して設けられ、側壁に平行な軸を回転軸として配置され、側壁に平行な軸に対する回転角について、側壁と撮像装置との距離を計測する距離計と、側壁に側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影して、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像から側壁の展開画像を得る画像処理部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向に延在する構造物の展開画像作成装置及び展開画像作成方法に関する。特に、トンネルの側壁や橋梁の床版・高欄部等の展開画像を作成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車道や列車用等の長手方向に延在する構造物であるトンネルや橋梁の水漏れの有無や、ひび割れ、剥離等の損傷点検を行うために、構造物の側壁を撮影し、その画像から損傷の点検をすることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。たとえば、トンネル内側からトンネル側壁を撮影すると、トンネルが凹面状であるため、側壁の撮像画像は上下の辺が長く、中央の辺の長さが短くなり、歪んだ画像となってしまう。一方、橋梁の外側から床版・高欄部を撮影すると、床版・高欄部等は遠近がついた歪んだ画像となってしまう。このため、撮像画像から損傷箇所をＣＡＤ図面にするためには、歪んだ撮像画像を展開画像にする必要があった。しかし、この展開画像を作成するのは非常に困難な作業であった。
【０００３】
そこで、従来、トンネルや橋梁の施工時に形成される目地を目印として使用し、撮像画像中に含まれる目地が直線形状となるように展開画像の作成が行われ、その展開画像を用いて損傷箇所をＣＡＤ図面にしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トンネルや橋梁等の構造物の施工時に必ずしも目地が形成されるわけではない。また、目地が目立たない場合や、構造物の側壁や床版・高欄部を滑らかに仕上げる場合もあり、構造物の側壁や床版・高欄部を識別するための目印として目地を利用できない場合があった。このような場合には撮像画像と実際の構造物の側壁や床版・高欄部との対比が困難なため、側壁の展開画像を作成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁や橋梁の床版・高欄部に目地がない場合にも撮像画像からの展開画像を作成できる装置及び方法を提供することである。以後、説明を簡易にするために、長手方向に延在する構造物の代表としてトンネル側壁について説明するが、橋梁の床版や高欄部についても同様に実施することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置は、長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置と近接して設けられ、前記側壁に平行な軸を回転軸として配置された距離計であって、前記側壁と平行な軸に対する回転角について、前記側壁と前記撮像装置との距離を計測する距離計と、
前記側壁の二箇所以上の断面を仮想的な目地として仮定し、前記撮像画像内に前記仮想的な目地を投影して、投影した前記仮想的な目地を利用して、前記撮像画像から前記側壁の展開画像を得る画像処理部と、
を備える。
【０００８】
また、前記画像処理部は、前記撮像画像の画像座標と前記側壁の３次元座標との関係を表す関係式を作成してもよい。
【０００９】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成方法は、長手方向に延在する構造物の側壁の撮像画像に基づいて、展開画像を作成する方法であって、
長手方向に延在する構造物の側壁に対し垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得るステップと、
前記側壁と平行な軸を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについての前記側壁の点までの距離Ｌｉを計測するステップと、
前記構造物が柱状体であることを利用して、角度θｉ及び計測された距離データＬｉと前記側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップと、
前記側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応する前記側壁における３次元座標を求めるステップと、
仮想的な目地の３次元座標に基づいて、前記撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、前記撮像画像上に前記仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、前記撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップと、
前記撮像画像に投影された前記仮想的な目地を利用して、前記側壁の展開画像を作成するステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の展開画像作成装置及び作成方法によれば、撮像画像内に仮想的な目地を投影できるので、構造物の側壁に目地がない場合にも撮影画像から側壁の展開画像を作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成装置の概略を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像の作成装置のブロック図である。
【図３】距離計によって計測するトンネル側壁との距離Ｌｉと角度θｉとの関係を示す概略図である。
【図４】撮像画像の画像座標（ｕ，ｖ）及び１本の仮想的な目地を示す図である。
【図５】図４の撮像画像における仮想的な目地の曲線が、展開画像において直線となる例を示す概略図である。
【図６】（ａ）は、ＺＹ平面における撮像画像の画像座標とトンネル側壁の３次元座標との関係を示す概略図であり、（ｂ）は、（ａ）のうち撮像画像の画像座標ｖｉとトンネル側壁の３次元座標Ｙｉとの関係に関する図形表現であり、（ｃ）は、撮像画像の画像座標ｕｉとトンネル側壁の３次元座標Ｘｉとの関係に関する図形表現である。
【図７】撮像画像内に２本の仮想的な目地（ＧＨ、ＩＪ）を投影した概略図である。
【図８】図７の仮想的な目地を利用して作成した展開画像を示す概略図である。
【図９】実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成方法のフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置の概略を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る長手方向に延在する構造物の展開画像の作成装置及び作成方法について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成装置の概略を示す概略図である。図２は、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像の作成装置１０のブロック図である。このトンネル側壁の展開画像の作成装置１０は、撮像装置（カメラ）２と、距離計４と、画像処理部６とを備える。また、図１に示すように、トンネル側壁に平行な軸をＸ軸とする。撮像装置２は、トンネル側壁に垂直な方向に光軸を合わせて撮像する。撮像装置２の光軸の方向をＺ軸とする。このため、図１に示すように、Ｙ軸は、下方に向かう方向が正方向となる。次に、距離計４は、撮像装置２に近接して設けられ、Ｘ軸を回転軸として回転可能に配置される。距離計４は、Ｘ軸に対する回転角θｉごとにトンネル側壁との距離Ｌｉを計測する。距離計４の回転角の間隔は任意であり、間隔を小さくすることで精密な形状を得られる。図３は、距離計４によって計測するトンネル側壁との距離Ｌｉと角度θｉとの関係を示す概略図である。図２において画像処理部６は、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影すると共に、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る。なお、このトンネル側壁の展開画像の作成装置１０は、撮像装置２と距離計４とをＸ軸方向に移動させる駆動部９を備えてもよい。
【００１４】
実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置１０によれば、撮像画像内に仮想的な目地を投影できるので、トンネル側壁に目地がない場合にも撮影画像からトンネル側壁の展開画像を作成できる。
なお、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置１０は、長手方向に延在する構造物の代表としてトンネル側壁を撮像対象とする場合について説明したが、実施の形態２で説明するように、トンネル側壁以外の長手方向に延在する構造物である橋梁の床版や高欄部等についても同様に撮像対象とすることができ、その展開画像を作成できる。また、長手方向に延在する構造物としては、上記のトンネル側壁、橋梁の床版や高欄部に限られず、その他の構造物も撮像対象とすることができ、その展開画像を作成できる。
【００１５】
このトンネル側壁の展開画像作成装置を構成する各部材について説明する。
【００１６】
＜撮像装置（カメラ）＞
撮像装置２は、トンネル側壁に垂直な方向に光軸を合わせて撮像することができ、２次元のデジタル画像を撮像できるものであれば、用いることができる。
【００１７】
＜距離計＞
距離計４は、撮像装置２に近接して設けられ、Ｘ軸を回転軸として回転可能に配置できるものであればよい。また、トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として回転角θｉごとにトンネル側壁との距離Ｌｉを計測できるものであればよく、例えば、レーザ距離計を用いることができる。なお、レーザ距離計に限定するものではなく、それ以外の距離計も利用可能である。
また、距離計４は、トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として回転させる回転部５を備えていてもよい。なお、回転部５は、回転角度θｉを連続的に変化可能なものに限られず、所定角度ごとに回転させることができるものであってもよい。
【００１８】
＜画像処理部＞
画像処理部６は、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影すると共に、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る。なお、画像処理部６は、上記のそれぞれの機能ごとに、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影する仮想目地投影部７と、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る展開画像作成部８と、を含んでもよい。
図４は、撮像画像の画像座標（ｕ，ｖ）及び１本の仮想的な目地を示す図である。また、図５は、図４の撮像画像における仮想的な目地の曲線が、展開画像において直線となる例を示す概略図である。画像処理部６は、図４に示すように、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる直線に対応して、撮像画像内に仮想的な目地を投影し、この仮想的な目地を利用して、撮像画像内の仮想的な目地の周辺について展開画像を作成する。この場合、図５に示すように、投影された仮想的な目地は曲線を呈するが、展開画像では直線となることを利用して、投影された仮想的な目地の周辺の撮像画像を変換して展開画像を得ることができる。
また、画像処理部６の物理的な構成としては、ＣＰＵ，メモリ、ハードディスク、入出力、表示装置等を備えたパーソナルコンピュータ等によって構成してもよい。
【００１９】
＜駆動部＞
駆動部９は、撮像装置２と距離計４とをＸ軸方向に移動させることができればよい。例えば、台車等を利用できる。
【００２０】
＜トンネル側壁の展開画像作成方法＞
図９は、実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成方法のフローチャートである。以下に、このトンネル側壁の展開画像の作成方法について説明する。
（Ａ）トンネル側壁に垂直な方向からトンネル側壁を撮像してトンネル側壁の撮像画像を得る（Ｓ０１）。
（Ｂ）トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについてのトンネル側壁の点までの距離Ｌｉを計測する（Ｓ０２）。
（Ｃ）トンネルが柱状体であることを利用して、計測された距離データＬｉとトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得る（Ｓ０３）。
（Ｄ）トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応するトンネル側壁における３次元座標を求める（Ｓ０４）。
（Ｅ）仮想的な目地の３次元座標に基づいて、撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、撮像画像上に仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、撮像画像上に仮想的な目地を投影する（Ｓ０５）。
（Ｆ）撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成する（Ｓ０６）。
以上によって、トンネル側壁の展開画像を得ることができる。
【００２１】
以下に、上記トンネル側壁の展開画像の作成方法の各ステップについて説明する。
＜撮像画像を得る＞
まず、トンネル側壁の撮像画像を得るステップＳ０１について説明する。
（Ａ−１）トンネル側壁の撮像画像は、トンネル側壁に垂直な方向からトンネル側壁を撮像して得られる。
【００２２】
＜トンネル側壁の三次元座標＞
次に、距離計４によって、トンネル側壁との距離Ｌｉを計測するステップＳ０２と、計測された距離データＬｉとトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップＳ０３とについて説明する。
トンネル側壁に平行な軸をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な方向のうち、撮像装置（カメラ）２の光軸の方向をＺ軸とする。
（Ｂ−１）トンネル側壁に垂直な方向に対して距離計４によって距離Ｌｉ（ｉは０〜ｎまでの整数である。以下、同じ）を計測する。このときの距離計４のＸ軸回りの角度をθｉとする。なお、撮像画像一枚の全ての画像座標について距離が計測されるわけではなく、画像座標のうち、距離が計測されるトンネル側壁と対応する画像座標は、光軸中心の画像座標（ｕ０、ｖ０）を含むＸ軸に垂直な方向の画像座標のみである。また、光軸中心の画像座標であるｖ０の位置にある側壁を測っている時の距離計の角度をθOｒｇとする。ここで、光軸中心の画像座標（ｕ０、ｖ０）は近似的に画像の中心座標としてもよい。
（Ｃ−１）次に、距離を計測したトンネル側壁の一点の三次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、図３に示すように、角度θｉと計測した距離Ｌｉとに基づいて、それぞれ以下のように表される。
Ｘｉ＝０．０ （Ｘ軸回りに距離計４を回転させるため、Ｘ値は０とする）
Ｙｉ＝−Ｌｉ×ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ） （１）
Ｚｉ＝Ｌｉ×ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ） （２）
なお、Ｙｉの座標値に負符号が入るのは、図３に示すように、トンネル側壁に平行な方向をＸ軸とし、距離計４の方向をＺ軸としているため、Ｙ軸の正方向と角度θの正方向とが互いに反対方向となるためである。
【００２３】
また、撮像装置２及び距離計４は、トンネル側壁に平行な方向であるＸ軸に沿って移動可能であり、トンネル中心方向への移動距離をＳｊ（ｊは、０〜ｍまでの整数）とすると、距離を計測したトンネル断面の一点の三次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、それぞれ以下のように表される。
Ｘｉ＝Ｓｊ
Ｙｉ＝−Ｌｉ×ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ）
Ｚｉ＝Ｌｉ×ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ）
【００２４】
＜３次元座標と画像座標との関係＞
図６（ａ）は、ＺＹ平面における撮像画像の画像座標とトンネル側壁の３次元座標との関係を示す概略図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のうち撮像画像の画像座標ｖｉとトンネル側壁の３次元座標Ｙｉとの関係に関する図形表現である。また、図６（ｃ）は、撮像画像の画像座標ｕｉとトンネル側壁の３次元座標Ｘｉとの関係に関する図形表現である。
図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて、トンネル側壁に対して垂直方向に撮像装置（カメラ）２の光軸が向いている場合、トンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）と撮影した撮像画像の２次元の画像座標（ｕ，ｖ）との関係は、撮像装置（カメラ）２の内部パラメータαを用いて、射影変換の関係式から以下のように表すことができる。
なお、この内部パラメータαは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、撮像装置２内の焦点距離に対応する。内部パラメータαの単位は、画像座標の単位と同じで、通常は、ピクセルや長さを表す単位（例えばｍｍ）となる。
【００２５】
＜仮想的な目地の仮定及び３次元座標の計算＞
トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応するトンネル側壁における３次元座標を求めるステップＳ０４と、撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップＳ０５とについて説明する。
仮想的な目地に基づいてトンネル側壁が曲面であることに起因する歪みを補正して展開画像を作成するため、指標となる仮想的な目地は撮像画像内でできるだけ大きく映り込むことが望ましい。そこで、撮像画像内に仮想的な目地を作成するにあたって、撮像画像の端を通る仮想的な目地を作成することを考える。
（Ｄ−１）トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定する。
（Ｅ−１）撮像画像の上端として点（ｕ１，ｖ１）を定める。
（Ｅ−２）点（ｕ１，ｖ１）のうち、画像座標ｖ１を用いて、画像中心（ｕ０，ｖ０）を含むＹＺ平面内でのＺ軸からの角度θ１を下記式に基づいて求める。
（ｖ１−ｖ０）／α＝−ｔａｎ（θ１−θｏｒｇ）
（θ１−θｏｒｇ）＝ｔａｎ−１（−（ｖ１−ｖ０）／α）
θ１＝ｔａｎ−１（−（ｖ１−ｖ０）／α）＋θｏｒｇ
（Ｅ−３）次に、点（ｕ１，ｖ１）に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、上記式（２）〜（４）から変形した下記式（５）〜（７）に基づいて求める。
Ｘ１＝（ｕ１−ｕ０）＊Ｚ１／α （５）
Ｙ１＝（ｖ１−ｖ０）＊Ｚ１／α （６）
Ｚ１＝Ｌ１＊ｃｏｓ（θ１−θｏｒｇ） （７）
【００２６】
（Ｅ−４）画像の下端として点（ｕ２，ｖ２）を定める。なお、ここで必要な画像座標はｖ２のみである。
（Ｅ−５）点（ｕ２，ｖ２）のうち、画像座標ｖ２を用いて、画像中心（ｕ０，ｖ０）を含むＹＺ平面内でのＺ軸からの角度θ２を下記式に基づいて求める。
θ２＝ｔａｎ−１（−（ｖ２−ｖ０）／α）＋θｏｒｇ
（Ｅ−６）θ１≦θｉ≦θ２となる角度範囲において、角度θｉと距離計による距離Ｌｉとのデータに基づいて、仮想的な目地に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）は、以下の式で表される。
Ｘｉ＝Ｘ１ （８）
Ｙｉ＝−Ｌｉ＊ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ） （９）
Ｚｉ＝Ｌｉ＊ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ） （１０）
上記式（８）において、Ｘ座標をＸ１一定として、仮想的な目地であることを表している。
【００２７】
（Ｅ−７）上記式（８）〜（１０）の仮想的な目地に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）を、上記（３）及び（４）式に代入して、対応する仮想的な目地の画像座標（ｕｉ、ｖｉ）を求める。
（Ｅ−８）上記式（１１）及び（１２）による画像座標（ｕｉ、ｖｉ）を撮像画像内に描くことで仮想的な目地を投影することができる。
【００２８】
なお、上記関係式（１１）及び（１２）を整理すると、仮想的な目地の画像座標（ｕｉ、ｖｉ）の間の下記の関係式（１３）が得られる。
上記関係式（１３）に示されるように、撮像画像内に投影される仮想的な目地は、（ｕ、ｖ）座標内でｖ＝Ｌ＊ｕ／Ｘ１と、ｖ＝−Ｌ＊ｕ／Ｘ１とで表される２つの直線を漸近線とする双曲線を描くことがわかる。
なお、上記式（１３）では、撮像装置２とトンネル側壁との距離Ｌｉが一定のＬ（Ｌｉ＝Ｌ）であると仮定している。これはトンネル断面が半円形であって、撮像装置２がトンネル断面の中心に位置している場合である。
（Ｅ−９）画像の上記上端（ｕ１、ｖ１）と相対する上端（ｕ３、ｖ３）についても同様にして、もう一つの仮想的な目地を撮像画像内に投影することができる。
以上によって、例えば、図７に示すように、撮像画像内に２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪで表した仮想的な目地を投影できる。
複数本の仮想的な目地を、計算して投影することにより、より正確な展開画像を作成することができる。複数本の仮想的な目地の計算は上記同様にして求めることができる。
【００２９】
＜展開画像の作成＞
撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成するステップＳ０６について説明する。
図７は、撮像画像内に２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪで表した仮想的な目地を投影した概略図である。図８は、図７の仮想的な目地を利用して作成した展開画像を示す概略図である。
（Ｆ−１）撮像画像内に投影された仮想的な目地を表す２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪは、トンネル側壁の３次元座標として、それぞれ同じＸ座標を有するものである。つまり、図８に示すように、展開画像において、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪは、それぞれ平行な２本の直線となる。
（Ｆ−２）そこで、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪの間の平行な５本の線分ＧＩ、ＫＬ、ＭＮ、ＰＱ、ＨＪは、展開画像において互いに等しい長さを有するものとして変換する。
（Ｆ−３）２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪの間のそれ以外の線分についても同様に、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪが互いに平行となるように変換する。
変換方法としては、射影変換、双一次変換、アフィン変換などを選択することができる。なお、画像変換に関しては、このほかにもいろいろな数学的変換方法が考えられる。
以上によって、撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａの概略を示す概略図である。実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａは、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置と比較すると、実施の形態１の撮像対象が凹面状のトンネル側壁であったのに対して、実施の形態２の撮像対象である橋梁の高欄部は、凸面状又は平面状等の面を含む点で相違する。例えば、橋梁の高欄部や床版は平面であり、それを撮影した画像は、遠近のついた画像となる。すなわち対象の面が長方形であっても撮影された画像は台形のような四角形の画像となる。このため、トンネル側壁を撮影して得られる湾曲した画像とは異なる。
【００３１】
なお、実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａは、撮像対象が実施の形態１の撮像対象とは異なるものの、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置と実質的な構成は同じとすることができる。また、実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成方法も実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成方法と実質的に同じステップによって構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像の作成装置及び作成方法は、側壁に目地がない場合にも撮影画像から側壁の展開画像を作成できるので、様々な長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像の作成に有用である。
【符号の説明】
【００３３】
２ 撮像装置（カメラ）
４ 距離計
５ 回転部
６ 画像処理部
７ 仮想目地投影部
８ 展開画像作成部
９ 駆動部
１０ 長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像作成装置
１０ａ 長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向に延在する構造物の展開画像作成装置及び展開画像作成方法に関する。特に、トンネルの側壁や橋梁の床版・高欄部等の展開画像を作成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車道や列車用等の長手方向に延在する構造物であるトンネルや橋梁の水漏れの有無や、ひび割れ、剥離等の損傷点検を行うために、構造物の側壁を撮影し、その画像から損傷の点検をすることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。たとえば、トンネル内側からトンネル側壁を撮影すると、トンネルが凹面状であるため、側壁の撮像画像は上下の辺が長く、中央の辺の長さが短くなり、歪んだ画像となってしまう。一方、橋梁の外側から床版・高欄部を撮影すると、床版・高欄部等は遠近がついた歪んだ画像となってしまう。このため、撮像画像から損傷箇所をＣＡＤ図面にするためには、歪んだ撮像画像を展開画像にする必要があった。しかし、この展開画像を作成するのは非常に困難な作業であった。
【０００３】
そこで、従来、トンネルや橋梁の施工時に形成される目地を目印として使用し、撮像画像中に含まれる目地が直線形状となるように展開画像の作成が行われ、その展開画像を用いて損傷箇所をＣＡＤ図面にしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４７５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、トンネルや橋梁等の構造物の施工時に必ずしも目地が形成されるわけではない。また、目地が目立たない場合や、構造物の側壁や床版・高欄部を滑らかに仕上げる場合もあり、構造物の側壁や床版・高欄部を識別するための目印として目地を利用できない場合があった。このような場合には撮像画像と実際の構造物の側壁や床版・高欄部との対比が困難なため、側壁の展開画像を作成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁や橋梁の床版・高欄部に目地がない場合にも撮像画像からの展開画像を作成できる装置及び方法を提供することである。以後、説明を簡易にするために、長手方向に延在する構造物の代表としてトンネル側壁について説明するが、橋梁の床版や高欄部についても同様に実施することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置は、長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置と近接して設けられ、前記側壁に平行な軸を回転軸として配置された距離計であって、前記側壁と平行な軸に対する回転角について、前記側壁と前記撮像装置との距離を計測する距離計と、
前記側壁の二箇所以上の断面を仮想的な目地として仮定し、前記撮像画像内に前記仮想的な目地を投影して、投影した前記仮想的な目地を利用して、前記撮像画像から前記側壁の展開画像を得る画像処理部と、
を備える。
【０００８】
また、前記画像処理部は、前記撮像画像の画像座標と前記側壁の３次元座標との関係を表す関係式を作成してもよい。
【０００９】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成方法は、長手方向に延在する構造物の側壁の撮像画像に基づいて、展開画像を作成する方法であって、
長手方向に延在する構造物の側壁に対し垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得るステップと、
前記側壁と平行な軸を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについての前記側壁の点までの距離Ｌｉを計測するステップと、
前記構造物が柱状体であることを利用して、角度θｉ及び計測された距離データＬｉと前記側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップと、
前記側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応する前記側壁における３次元座標を求めるステップと、
仮想的な目地の３次元座標に基づいて、前記撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、前記撮像画像上に前記仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、前記撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップと、
前記撮像画像に投影された前記仮想的な目地を利用して、前記側壁の展開画像を作成するステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の展開画像作成装置及び作成方法によれば、撮像画像内に仮想的な目地を投影できるので、構造物の側壁に目地がない場合にも撮影画像から側壁の展開画像を作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成装置の概略を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像の作成装置のブロック図である。
【図３】距離計によって計測するトンネル側壁との距離Ｌｉと角度θｉとの関係を示す概略図である。
【図４】撮像画像の画像座標（ｕ，ｖ）及び１本の仮想的な目地を示す図である。
【図５】図４の撮像画像における仮想的な目地の曲線が、展開画像において直線となる例を示す概略図である。
【図６】（ａ）は、ＺＹ平面における撮像画像の画像座標とトンネル側壁の３次元座標との関係を示す概略図であり、（ｂ）は、（ａ）のうち撮像画像の画像座標ｖｉとトンネル側壁の３次元座標Ｙｉとの関係に関する図形表現であり、（ｃ）は、撮像画像の画像座標ｕｉとトンネル側壁の３次元座標Ｘｉとの関係に関する図形表現である。
【図７】撮像画像内に２本の仮想的な目地（ＧＨ、ＩＪ）を投影した概略図である。
【図８】図７の仮想的な目地を利用して作成した展開画像を示す概略図である。
【図９】実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成方法のフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に係る長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置の概略を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る長手方向に延在する構造物の展開画像の作成装置及び作成方法について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成装置の概略を示す概略図である。図２は、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像の作成装置１０のブロック図である。このトンネル側壁の展開画像の作成装置１０は、撮像装置（カメラ）２と、距離計４と、画像処理部６とを備える。また、図１に示すように、トンネル側壁に平行な軸をＸ軸とする。撮像装置２は、トンネル側壁に垂直な方向に光軸を合わせて撮像する。撮像装置２の光軸の方向をＺ軸とする。このため、図１に示すように、Ｙ軸は、下方に向かう方向が正方向となる。次に、距離計４は、撮像装置２に近接して設けられ、Ｘ軸を回転軸として回転可能に配置される。距離計４は、Ｘ軸に対する回転角θｉごとにトンネル側壁との距離Ｌｉを計測する。距離計４の回転角の間隔は任意であり、間隔を小さくすることで精密な形状を得られる。図３は、距離計４によって計測するトンネル側壁との距離Ｌｉと角度θｉとの関係を示す概略図である。図２において画像処理部６は、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影すると共に、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る。なお、このトンネル側壁の展開画像の作成装置１０は、撮像装置２と距離計４とをＸ軸方向に移動させる駆動部９を備えてもよい。
【００１４】
実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置１０によれば、撮像画像内に仮想的な目地を投影できるので、トンネル側壁に目地がない場合にも撮影画像からトンネル側壁の展開画像を作成できる。
なお、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置１０は、長手方向に延在する構造物の代表としてトンネル側壁を撮像対象とする場合について説明したが、実施の形態２で説明するように、トンネル側壁以外の長手方向に延在する構造物である橋梁の床版や高欄部等についても同様に撮像対象とすることができ、その展開画像を作成できる。また、長手方向に延在する構造物としては、上記のトンネル側壁、橋梁の床版や高欄部に限られず、その他の構造物も撮像対象とすることができ、その展開画像を作成できる。
【００１５】
このトンネル側壁の展開画像作成装置を構成する各部材について説明する。
【００１６】
＜撮像装置（カメラ）＞
撮像装置２は、トンネル側壁に垂直な方向に光軸を合わせて撮像することができ、２次元のデジタル画像を撮像できるものであれば、用いることができる。
【００１７】
＜距離計＞
距離計４は、撮像装置２に近接して設けられ、Ｘ軸を回転軸として回転可能に配置できるものであればよい。また、トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として回転角θｉごとにトンネル側壁との距離Ｌｉを計測できるものであればよく、例えば、レーザ距離計を用いることができる。なお、レーザ距離計に限定するものではなく、それ以外の距離計も利用可能である。
また、距離計４は、トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として回転させる回転部５を備えていてもよい。なお、回転部５は、回転角度θｉを連続的に変化可能なものに限られず、所定角度ごとに回転させることができるものであってもよい。
【００１８】
＜画像処理部＞
画像処理部６は、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影すると共に、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る。なお、画像処理部６は、上記のそれぞれの機能ごとに、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、撮像画像内に仮想的な目地を投影する仮想目地投影部７と、投影した仮想的な目地を利用して、撮像画像からトンネル側壁の展開画像を得る展開画像作成部８と、を含んでもよい。
図４は、撮像画像の画像座標（ｕ，ｖ）及び１本の仮想的な目地を示す図である。また、図５は、図４の撮像画像における仮想的な目地の曲線が、展開画像において直線となる例を示す概略図である。画像処理部６は、図４に示すように、トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる直線に対応して、撮像画像内に仮想的な目地を投影し、この仮想的な目地を利用して、撮像画像内の仮想的な目地の周辺について展開画像を作成する。この場合、図５に示すように、投影された仮想的な目地は曲線を呈するが、展開画像では直線となることを利用して、投影された仮想的な目地の周辺の撮像画像を変換して展開画像を得ることができる。
また、画像処理部６の物理的な構成としては、ＣＰＵ，メモリ、ハードディスク、入出力、表示装置等を備えたパーソナルコンピュータ等によって構成してもよい。
【００１９】
＜駆動部＞
駆動部９は、撮像装置２と距離計４とをＸ軸方向に移動させることができればよい。例えば、台車等を利用できる。
【００２０】
＜トンネル側壁の展開画像作成方法＞
図９は、実施の形態１に係る長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像の作成方法のフローチャートである。以下に、このトンネル側壁の展開画像の作成方法について説明する。
（Ａ）トンネル側壁に垂直な方向からトンネル側壁を撮像してトンネル側壁の撮像画像を得る（Ｓ０１）。
（Ｂ）トンネル側壁に平行な軸（Ｘ軸）を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについてのトンネル側壁の点までの距離Ｌｉを計測する（Ｓ０２）。
（Ｃ）トンネルが柱状体であることを利用して、計測された距離データＬｉとトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得る（Ｓ０３）。
（Ｄ）トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応するトンネル側壁における３次元座標を求める（Ｓ０４）。
（Ｅ）仮想的な目地の３次元座標に基づいて、撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、撮像画像上に仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、撮像画像上に仮想的な目地を投影する（Ｓ０５）。
（Ｆ）撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成する（Ｓ０６）。
以上によって、トンネル側壁の展開画像を得ることができる。
【００２１】
以下に、上記トンネル側壁の展開画像の作成方法の各ステップについて説明する。
＜撮像画像を得る＞
まず、トンネル側壁の撮像画像を得るステップＳ０１について説明する。
（Ａ−１）トンネル側壁の撮像画像は、トンネル側壁に垂直な方向からトンネル側壁を撮像して得られる。
【００２２】
＜トンネル側壁の三次元座標＞
次に、距離計４によって、トンネル側壁との距離Ｌｉを計測するステップＳ０２と、計測された距離データＬｉとトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップＳ０３とについて説明する。
トンネル側壁に平行な軸をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な方向のうち、撮像装置（カメラ）２の光軸の方向をＺ軸とする。
（Ｂ−１）トンネル側壁に垂直な方向に対して距離計４によって距離Ｌｉ（ｉは０〜ｎまでの整数である。以下、同じ）を計測する。このときの距離計４のＸ軸回りの角度をθｉとする。なお、撮像画像一枚の全ての画像座標について距離が計測されるわけではなく、画像座標のうち、距離が計測されるトンネル側壁と対応する画像座標は、光軸中心の画像座標（ｕ０、ｖ０）を含むＸ軸に垂直な方向の画像座標のみである。また、光軸中心の画像座標であるｖ０の位置にある側壁を測っている時の距離計の角度をθOｒｇとする。ここで、光軸中心の画像座標（ｕ０、ｖ０）は近似的に画像の中心座標としてもよい。
（Ｃ−１）次に、距離を計測したトンネル側壁の一点の三次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、図３に示すように、角度θｉと計測した距離Ｌｉとに基づいて、それぞれ以下のように表される。
Ｘｉ＝０．０ （Ｘ軸回りに距離計４を回転させるため、Ｘ値は０とする）
Ｙｉ＝−Ｌｉ×ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ） （１）
Ｚｉ＝Ｌｉ×ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ） （２）
なお、Ｙｉの座標値に負符号が入るのは、図３に示すように、トンネル側壁に平行な方向をＸ軸とし、距離計４の方向をＺ軸としているため、Ｙ軸の正方向と角度θの正方向とが互いに反対方向となるためである。
【００２３】
また、撮像装置２及び距離計４は、トンネル側壁に平行な方向であるＸ軸に沿って移動可能であり、トンネル中心方向への移動距離をＳｊ（ｊは、０〜ｍまでの整数）とすると、距離を計測したトンネル断面の一点の三次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、それぞれ以下のように表される。
Ｘｉ＝Ｓｊ
Ｙｉ＝−Ｌｉ×ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ）
Ｚｉ＝Ｌｉ×ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ）
【００２４】
＜３次元座標と画像座標との関係＞
図６（ａ）は、ＺＹ平面における撮像画像の画像座標とトンネル側壁の３次元座標との関係を示す概略図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のうち撮像画像の画像座標ｖｉとトンネル側壁の３次元座標Ｙｉとの関係に関する図形表現である。また、図６（ｃ）は、撮像画像の画像座標ｕｉとトンネル側壁の３次元座標Ｘｉとの関係に関する図形表現である。
図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて、トンネル側壁に対して垂直方向に撮像装置（カメラ）２の光軸が向いている場合、トンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）と撮影した撮像画像の２次元の画像座標（ｕ，ｖ）との関係は、撮像装置（カメラ）２の内部パラメータαを用いて、射影変換の関係式から以下のように表すことができる。
なお、この内部パラメータαは、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、撮像装置２内の焦点距離に対応する。内部パラメータαの単位は、画像座標の単位と同じで、通常は、ピクセルや長さを表す単位（例えばｍｍ）となる。
【００２５】
＜仮想的な目地の仮定及び３次元座標の計算＞
トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応するトンネル側壁における３次元座標を求めるステップＳ０４と、撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップＳ０５とについて説明する。
仮想的な目地に基づいてトンネル側壁が曲面であることに起因する歪みを補正して展開画像を作成するため、指標となる仮想的な目地は撮像画像内でできるだけ大きく映り込むことが望ましい。そこで、撮像画像内に仮想的な目地を作成するにあたって、撮像画像の端を通る仮想的な目地を作成することを考える。
（Ｄ−１）トンネル側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定する。
（Ｅ−１）撮像画像の上端として点（ｕ１，ｖ１）を定める。
（Ｅ−２）点（ｕ１，ｖ１）のうち、画像座標ｖ１を用いて、画像中心（ｕ０，ｖ０）を含むＹＺ平面内でのＺ軸からの角度θ１を下記式に基づいて求める。
（ｖ１−ｖ０）／α＝−ｔａｎ（θ１−θｏｒｇ）
（θ１−θｏｒｇ）＝ｔａｎ−１（−（ｖ１−ｖ０）／α）
θ１＝ｔａｎ−１（−（ｖ１−ｖ０）／α）＋θｏｒｇ
（Ｅ−３）次に、点（ｕ１，ｖ１）に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、上記式（２）〜（４）から変形した下記式（５）〜（７）に基づいて求める。
Ｘ１＝（ｕ１−ｕ０）＊Ｚ１／α （５）
Ｙ１＝（ｖ１−ｖ０）＊Ｚ１／α （６）
Ｚ１＝Ｌ１＊ｃｏｓ（θ１−θｏｒｇ） （７）
【００２６】
（Ｅ−４）画像の下端として点（ｕ２，ｖ２）を定める。なお、ここで必要な画像座標はｖ２のみである。
（Ｅ−５）点（ｕ２，ｖ２）のうち、画像座標ｖ２を用いて、画像中心（ｕ０，ｖ０）を含むＹＺ平面内でのＺ軸からの角度θ２を下記式に基づいて求める。
θ２＝ｔａｎ−１（−（ｖ２−ｖ０）／α）＋θｏｒｇ
（Ｅ−６）θ１≦θｉ≦θ２となる角度範囲において、角度θｉと距離計による距離Ｌｉとのデータに基づいて、仮想的な目地に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）は、以下の式で表される。
Ｘｉ＝Ｘ１ （８）
Ｙｉ＝−Ｌｉ＊ｓｉｎ（θｉ−θｏｒｇ） （９）
Ｚｉ＝Ｌｉ＊ｃｏｓ（θｉ−θｏｒｇ） （１０）
上記式（８）において、Ｘ座標をＸ１一定として、仮想的な目地であることを表している。
【００２７】
（Ｅ−７）上記式（８）〜（１０）の仮想的な目地に対応するトンネル側壁の３次元座標（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ）を、上記（３）及び（４）式に代入して、対応する仮想的な目地の画像座標（ｕｉ、ｖｉ）を求める。
（Ｅ−８）上記式（１１）及び（１２）による画像座標（ｕｉ、ｖｉ）を撮像画像内に描くことで仮想的な目地を投影することができる。
【００２８】
なお、上記関係式（１１）及び（１２）を整理すると、仮想的な目地の画像座標（ｕｉ、ｖｉ）の間の下記の関係式（１３）が得られる。
上記関係式（１３）に示されるように、撮像画像内に投影される仮想的な目地は、（ｕ、ｖ）座標内でｖ＝Ｌ＊ｕ／Ｘ１と、ｖ＝−Ｌ＊ｕ／Ｘ１とで表される２つの直線を漸近線とする双曲線を描くことがわかる。
なお、上記式（１３）では、撮像装置２とトンネル側壁との距離Ｌｉが一定のＬ（Ｌｉ＝Ｌ）であると仮定している。これはトンネル断面が半円形であって、撮像装置２がトンネル断面の中心に位置している場合である。
（Ｅ−９）画像の上記上端（ｕ１、ｖ１）と相対する上端（ｕ３、ｖ３）についても同様にして、もう一つの仮想的な目地を撮像画像内に投影することができる。
以上によって、例えば、図７に示すように、撮像画像内に２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪで表した仮想的な目地を投影できる。
複数本の仮想的な目地を、計算して投影することにより、より正確な展開画像を作成することができる。複数本の仮想的な目地の計算は上記同様にして求めることができる。
【００２９】
＜展開画像の作成＞
撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成するステップＳ０６について説明する。
図７は、撮像画像内に２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪで表した仮想的な目地を投影した概略図である。図８は、図７の仮想的な目地を利用して作成した展開画像を示す概略図である。
（Ｆ−１）撮像画像内に投影された仮想的な目地を表す２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪは、トンネル側壁の３次元座標として、それぞれ同じＸ座標を有するものである。つまり、図８に示すように、展開画像において、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪは、それぞれ平行な２本の直線となる。
（Ｆ−２）そこで、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪの間の平行な５本の線分ＧＩ、ＫＬ、ＭＮ、ＰＱ、ＨＪは、展開画像において互いに等しい長さを有するものとして変換する。
（Ｆ−３）２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪの間のそれ以外の線分についても同様に、２本の点線ＧＨ及び点線ＩＪが互いに平行となるように変換する。
変換方法としては、射影変換、双一次変換、アフィン変換などを選択することができる。なお、画像変換に関しては、このほかにもいろいろな数学的変換方法が考えられる。
以上によって、撮像画像に投影された仮想的な目地を利用して、トンネル側壁の展開画像を作成することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａの概略を示す概略図である。実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａは、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置と比較すると、実施の形態１の撮像対象が凹面状のトンネル側壁であったのに対して、実施の形態２の撮像対象である橋梁の高欄部は、凸面状又は平面状等の面を含む点で相違する。例えば、橋梁の高欄部や床版は平面であり、それを撮影した画像は、遠近のついた画像となる。すなわち対象の面が長方形であっても撮影された画像は台形のような四角形の画像となる。このため、トンネル側壁を撮影して得られる湾曲した画像とは異なる。
【００３１】
なお、実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成装置１０ａは、撮像対象が実施の形態１の撮像対象とは異なるものの、実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成装置と実質的な構成は同じとすることができる。また、実施の形態２に係る橋梁の高欄部の展開画像作成方法も実施の形態１に係るトンネル側壁の展開画像作成方法と実質的に同じステップによって構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像の作成装置及び作成方法は、側壁に目地がない場合にも撮影画像から側壁の展開画像を作成できるので、様々な長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像の作成に有用である。
【符号の説明】
【００３３】
２ 撮像装置（カメラ）
４ 距離計
５ 回転部
６ 画像処理部
７ 仮想目地投影部
８ 展開画像作成部
９ 駆動部
１０ 長手方向に延在する構造物であるトンネル側壁の展開画像作成装置
１０ａ 長手方向に延在する構造物である橋梁の高欄部の展開画像作成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置と近接して設けられ、前記側壁に平行な軸を回転軸として配置された距離計であって、前記側壁と平行な軸に対する回転角について、前記側壁と前記撮像装置との距離を計測する距離計と、
前記側壁の二箇所以上の断面を仮想的な目地として仮定し、前記撮像画像内に前記仮想的な目地を投影して、投影した前記仮想的な目地を利用して、前記撮像画像から前記側壁の展開画像を得る画像処理部と、
を備えた、長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記撮像画像の画像座標と前記側壁の３次元座標との関係を表す関係式を作成する、請求項１に記載の長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置。
【請求項３】
長手方向に延在する構造物の側壁の撮像画像に基づいて、展開画像を作成する方法であって、
長手方向に延在する構造物の側壁に対し垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得るステップと、
前記側壁と平行な軸を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについての前記側壁の点までの距離Ｌｉを計測するステップと、
前記構造物が柱状体であることを利用して、角度θｉ及び計測された距離データＬｉと前記側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップと、
前記側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応する前記側壁における３次元座標を求めるステップと、
仮想的な目地の３次元座標に基づいて、前記撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、前記撮像画像上に前記仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、前記撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップと、
前記撮像画像に投影された前記仮想的な目地を利用して、前記側壁の展開画像を作成するステップと、
を含む、長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成方法。
【請求項１】
長手方向に延在する構造物の側壁に垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得る撮像装置と、
前記撮像装置と近接して設けられ、前記側壁に平行な軸を回転軸として配置された距離計であって、前記側壁と平行な軸に対する回転角について、前記側壁と前記撮像装置との距離を計測する距離計と、
前記側壁の二箇所以上の断面を仮想的な目地として仮定し、前記撮像画像内に前記仮想的な目地を投影して、投影した前記仮想的な目地を利用して、前記撮像画像から前記側壁の展開画像を得る画像処理部と、
を備えた、長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記撮像画像の画像座標と前記側壁の３次元座標との関係を表す関係式を作成する、請求項１に記載の長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成装置。
【請求項３】
長手方向に延在する構造物の側壁の撮像画像に基づいて、展開画像を作成する方法であって、
長手方向に延在する構造物の側壁に対し垂直な方向から前記側壁を撮像して前記側壁の撮像画像を得るステップと、
前記側壁と平行な軸を回転軸として、回転軸に対する角度θｉについての前記側壁の点までの距離Ｌｉを計測するステップと、
前記構造物が柱状体であることを利用して、角度θｉ及び計測された距離データＬｉと前記側壁の３次元座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）との関係式を得るステップと、
前記側壁の湾曲している断面方向に延びる仮想的な目地を仮定し、その仮想的な目地に対応する前記側壁における３次元座標を求めるステップと、
仮想的な目地の３次元座標に基づいて、前記撮像画像内で対応する仮想的な目地の画像座標を求め、前記撮像画像上に前記仮想的な目地がどのように映り込むかを計算して、前記撮像画像上に仮想的な目地を投影するステップと、
前記撮像画像に投影された前記仮想的な目地を利用して、前記側壁の展開画像を作成するステップと、
を含む、長手方向に延在する構造物の側壁の展開画像作成方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３６７７７（Ｐ２０１３−３６７７７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１０９８（Ｐ２０１１−１７１０９８）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５１０２９１５７４）株式会社保全工学研究所 (2)
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（５１０２９１５７４）株式会社保全工学研究所 (2)
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]