JP2006258760A

JP2006258760A - 長尺物の変位計測システム及び変位計測方法

Info

Publication number: JP2006258760A
Application number: JP2005080457A
Authority: JP
Inventors: Idaku Ishii; 抱石井
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】長尺物の長手方向の長さとその垂直方向の変位幅の規模が著しく異なる場合であっても、垂直方向の変位を精度よく計測することが可能な長尺物の変位計測システムを提供する。
【解決手段】変位計測システム１０では、計測対象たる長尺物１の位置情報が長手方向と垂直な方向と平行な面を持つ多面体からなる多面体ミラー１２を用いて集光され、その各面を介して長尺物の不連続な複数部位の画像がカメラ１４によって撮影され、コンピュータ１６にて画像から長尺物の垂直方向の位置が検出される。すなわち、長尺物の長手方向の代表部位が抜き出され、それらをつなぎ合わせて長尺物全体を把握し得る画像が撮影されて垂直方向の位置が検出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、長尺物の変位計測システム及び変位計測方法に関する。

橋梁を初めとする長尺構造物は自重や強風等によって上下方向（すなわち、長手方向と垂直な方向）に撓むことがあるため、安全上等の観点からこの上下方向の変位を計測する必要がある。こうした長尺物の長手方向と垂直な方向の変位を計測する従来のシステムとしては、例えば下記特許文献１に記載された技術がある。同文献によれば、３次元レーザースキャナを用い、橋梁の変位を画像データとして取得することとしている。

特開２００４−３２５２０９号公報

しかしながら、長尺物の長手方向の長さとその垂直方向の変位幅の規模が著しく異なる場合、垂直方向の変位を精度よく計測することが難しかった。橋梁を例に挙げると、長手方向の長さが数百メートル〜数キロメートルであるのに対し、垂直方向の変位幅は数ミリメートル程度であるため、長手方向と垂直方向とを同一スケールとして画像を撮影したい場合には、長手方向を基準とすれば垂直方向の変位が小さすぎてほとんど計測できず、垂直方向を基準とすれば現実的に不可能なほど極端に横長の画像を撮影しなければならなかった。

そこで本発明は、長尺物の長手方向の長さとその垂直方向の変位幅の規模が著しく異なる場合であっても、垂直方向の変位を精度よく計測することが可能な長尺物の変位計測システム及び変位計測方法を提供することを目的とする。

本発明に係る長尺物の変位計測システムは、長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測するシステムであって、前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段と、前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像手段と、前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る長尺物の変位計測方法は、長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測する方法であって、前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光する集光ステップと、前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像ステップと、前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出ステップとを備えることを特徴とする。

また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として回転可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を回転させて集光可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として一定速度で回転可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を一定速度で回転させて集光可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として所定の角度範囲内を正逆方向に回転可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させて集光可能であることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測方法において、前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することも好ましい。

また、検出手段にて時系列的な検出を行う上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することも好ましい。

また、検出ステップにて時系列的な検出を行う上記長尺物の変位計測方法において、前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測システムにおいて、前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射手段をさらに備えることも好ましい。

また、上記長尺物の変位計測方法において、前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射ステップをさらに備えることも好ましい。

本発明に係る長尺物の変位計測システム及び変位計測方法によれば、計測対象たる長尺物の位置情報が長手方向と垂直な方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光され、その各面を介して長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影され、画像から長尺物の垂直方向の位置が検出される。すなわち、長尺物の長手方向の代表部位が抜き出され、それらをつなぎ合わせて長尺物全体を把握し得る画像が撮影されて垂直方向の位置が検出されることになる。従って、長手方向と垂直方向とを同一スケールとして画像を撮影したい場合であっても、長尺物の垂直方向の変位を精度よく計測することが可能になる。

また、集光手段を長尺物の垂直方向を中心軸として回転可能とすることによって、撮影する長手方向の代表部位を容易に変更することができ、ひいては計測精度をさらに高めることが可能になる。さらに、集光手段を一定速度で回転させれば長手方向の広範囲を代表部位として計測することができ、また、集光手段を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させれば長手方向の必要範囲のみを代表部位として精度よく計測することができ、それぞれ好適となる。

また、長尺物の垂直方向の位置を時系列的に検出することによって、長尺物の垂直方向の動的な変位を計測することができ、変位計測の多様化を図ることが可能になる。

また、時系列的な検出を行う際に、長尺物の垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索する（例えば、直前時刻における位置から予想される変動範囲以内を探索する）ことにより検出することとすれば、長尺物の垂直方向の位置探索を容易かつ迅速に行うことができ、動的な変位をより効率的に計測することが可能になる。

また、集光手段を介して長尺物の不連続な複数部位（すなわち撮像される部位）を照射することとすれば、夜間や曇天時等であっても計測が可能になる。このとき、集光手段を介して撮像される部位を照射することで、長尺物全体を照射するよりも少ないエネルギーで済む。

まず、図１を参照しながら、本実施形態に係る長尺物の変位計測システムの構成について説明する。この変位計測システム１０は、計測対象たる橋梁１の長手方向（図中ｘ軸方向）と垂直な方向（図中ｙ軸方向）への変位を計測するシステムであり、多面体ミラー１２（集光手段）と、カメラ１４（撮像手段）と、コンピュータ１６（検出手段）と、光源２０（照射手段）を備えて構成される。以下、各構成要素について詳細に説明する。

多面体ミラー１２は、橋梁１の代表計測部位（図中ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…）と同数である複数枚の板状ハーフミラー（半透過型ミラー）１２ａ、１２ｂ…を、鏡面をｙ軸に平行かつ橋梁１側に向けて、各面がｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…各部の像をカメラ１４に対して反射するように凹型に接合した構造となっている。各板状ハーフミラー１２ａ、１２ｂ…の裏面には、それぞれ光源２０ａ、２０ｂ…が備え付けてられており、各板状ハーフミラー１２ａ、１２ｂ…を透過して橋梁１の各代表計測部位を照射することが可能になっている。また、この多面体ミラー１２及び光源２０ａ、２０ｂ…は、ターンテーブル１８上に配置されており、手動又は自動でターンテーブル１８を操作することにより、ｙ軸に平行な中心軸に対して一定速度で、または、所定の角度範囲内を正逆方向に回転可能になっている。

カメラ１４は、静止画及び動画をデジタル撮影可能なカメラであり、多面体ミラー１２の各鏡面に反射されたｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…各部の像を同一画像内に撮影可能な位置に配置されている。また、このカメラ１４は、少なくとも橋梁１の代表計測部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…と同数以上のｙ軸方向の画素数と、少なくとも橋梁１側面と背景との境界線を識別できる性能を有しており、必要とされる精度に応じた高画素及び高フレームレートであることが好ましい。

また、コンピュータ１６は、カメラ１４とケーブルによって接続されており、カメラ１４によって撮影された画像を取り込み、内蔵のメモリに保存することが可能になっている。また、このコンピュータ１６には、カメラ１４から送られた画像内の橋梁１と背景との境界線を探索するための画像処理、及び、当該処理時に過去の時刻における位置に基づいて定められる探索すべき範囲を算出するための演算処理に必要なソフトウェアがインストールされている。

次に、本実施形態に係る長尺物の変位計測システムの動作（本実施形態に係る長尺物の変位計測方法）について説明する。最初に、夜間や曇天時に計測を行う場合、予め光源２０ａ、２０ｂ…を点灯して橋梁１の代表計測部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…を照射しておく。まず、時刻ｔ_１における橋梁１の代表計測部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…の像が、多面体ミラー１２の各面に反射されて（すなわち、部位ｘ_１の像が鏡面１２ａに、部位ｘ_２の像が鏡面１２ｂに…それぞれ反射されて）、カメラ１４によって同一画像内に撮影される。カメラ１４によって撮影された画像は、コンピュータ１６内に取り込まれ内蔵のメモリに保存される。

コンピュータ１６では、撮影された画像から各部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…の橋梁１と背景との境界位置が検出される。より具体的には、部位ｘ_１に対応する横軸画素が探索され、当該画素を縦軸方向に走査して橋梁１と背景との境界画素が探索される。部位ｘ_２ｘ_３ｘ_４…についても同様に行われ、各部位の境界画素が探索されてこれが境界位置として検出される。こうして検出された部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…の境界位置がそれぞれｙ_１ｙ_２ｙ_３ｙ_４…とされ、図２に示すような２次元座標形式の変位計測結果が作成される。

時刻ｔ_１における計測が行われた後、時刻ｔ_２における計測が行われる。コンピュータ１６に画像が取り込まれるまでは時刻ｔ_１における動作と同一であるが、各部位ｘ_１ｘ_２ｘ_３ｘ_４…の橋梁１と背景との境界位置が検出される際に時刻ｔ_１における計測結果が用いられる。より具体的には、部位ｘ_１の橋梁１と背景との境界画素を縦軸方向に走査する際、探索の効率化及び高速化のため、直前時刻ｔ_１における位置ｙ_１から予想される変動範囲α内（図２の例では点線の範囲内）のみが探索される。こうした動作が時刻ｔ_３ｔ_４…以降も繰り返されて、動的な変位が計測される。

代表計測部位を変更したい場合には、一連の計測動作を終えた後に、ターンテーブル１８を所定角度だけ回転させた後に上記の計測動作を行えばよい。特に、長手方向の広範囲を代表部位として計測したい場合にはターンテーブル１８を一定速度で回転させ、また、長手方向の必要範囲のみを代表部位として計測したい場合にはターンテーブル１８を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させる。これにより多くの部位について変異を計測できるため、総合的な計測精度がさらに高められる。

なお、本発明に係る長尺物の変位計測システム及び変位計測方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形態様を採ることが可能である。例えば、上記実施形態では、集光手段として反射型の多面体ミラーを用いる例を説明したが、集光手段として透過型の多面体レンズを用いてもよい。

また、上記実施形態では、集光手段として単一の多面体ミラー、撮像手段として単一のカメラを用いる例を説明したが、複数の多面体ミラーもしくは複数のカメラを用いて、または、多面体ミラーとカメラとを複数組み合わせて計測することとしてもよい。これにより撮像対象である長手方向の代表計測部位を増やして精度をいっそう高めることができる。

本実施形態に係る長尺物の変位計測システムの構成図である。計測結果の一例を示す図表である。

符号の説明

１…橋梁、１０…変位計測システム、１２…多面体ミラー、１４…カメラ、１６…コンピュータ、１８…ターンテーブル、２０…光源

Claims

長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測するシステムであって、
前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段と、
前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像手段と、
前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出手段と
を備えることを特徴とする長尺物の変位計測システム。
前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の長尺物の変位計測システム。
前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として一定速度で回転可能であることを特徴とする請求項２に記載の長尺物の変位計測システム。
前記集光手段は、前記垂直方向を中心軸として所定の角度範囲内を正逆方向に回転可能であることを特徴とする請求項２に記載の長尺物の変位計測システム。
前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の長尺物の変位計測システム。
前記検出手段は、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することを特徴とする請求項５に記載の長尺物の変位計測システム。
前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の長尺物の変位計測システム。
長尺物の、長手方向と垂直方向への変位を計測する方法であって、
前記垂直方向と平行な面を持つ多面体からなる集光手段を用いて集光する集光ステップと、
前記集光手段の各面を介して前記長尺物の不連続な複数部位の画像を撮影する撮像ステップと、
前記画像から前記長尺物の前記垂直方向の位置を検出する検出ステップと
を備えることを特徴とする長尺物の変位計測方法。
前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を回転させて集光可能であることを特徴とする請求項８に記載の長尺物の変位計測方法。
前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を一定速度で回転させて集光可能であることを特徴とする請求項９に記載の長尺物の変位計測方法。
前記集光ステップでは、前記垂直方向を中心軸として前記集光手段を所定の角度範囲内を正逆方向に回転させて集光可能であることを特徴とする請求項９に記載の長尺物の変位計測方法。
前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を時系列的に検出することを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の長尺物の変位計測方法。
前記検出ステップでは、前記長尺物の前記垂直方向の位置を、過去の時刻における位置に基づいて定められる一定範囲内を探索することにより検出することを特徴とする請求項１２に記載の長尺物の変位計測方法。
前記集光手段を介して前記長尺物の不連続な複数部位を照射する照射ステップをさらに備えることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の長尺物の変位計測方法。