JP4958802B2 - 露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム - Google Patents

Description

本発明は、露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システムに関するものである。

従来、例えば、地質技術者の主観に基づき丹念に手書きで描かれていた岩盤地表面のスケッチ作業を、これまで本発明者らが、開発してきた画像処理技術を応用し、短時間でかつ正確に記録をすることができると共に、簡単にコンピュータ内に保存できる、いわゆる画像処理技術を応用した地質・岩盤スケッチ作成・記録の支援システムに関する。

ダム、法面や擁壁など土木構造物の基礎掘削後に、地山に露出する地層や岩盤面を描いた、いわゆる手書きスケッチは、その後の設計・施工に関わる重要な調査資料となっているのが現状である。
また、各種斜面において生ずる地滑りなどの災害の後において、その後地表に露出した地層を描いた、いわゆる手書きスケッチもその後の対策工の検討に必要不可欠のものとなっている。
例えば、地質スケッチでは、1.地質・岩盤岩質の分布状況,2.岩盤等級区分,3.露出した地層面・地質境界,4.節理面,5.片理面,6.断層面,7.亀裂面などを記録している。
そして、こうした手書きスケッチ記録は、例えば、ダムの基礎の安定性検討や基礎処理の方法、当該箇所に敷設する擁壁の基礎形状の決定、また斜面の対策工の設計に重要な基礎資料となっている。

ところで従来においては、このような前記手書きスケッチは、地質技術者（スケッチ者）の主観に基づき描画されていた。そのため、場合によっては、細部の見落としや、精度を欠くスケッチ描画となったり、また、手書きスケッチ作業に時間がかかりすぎ、後の工程に支障をきたす状況に陥ったりすることが多々見受けられていた。
さらに、手書きスケッチ技術を熟達させて、迅速にかつ的確に、例えば露出する地層面などをスケッチする手書き技術を得るには、きわめて修練のための時間を必要とするため、近年公共事業が減少していることも相まって、こうした技術者が減少している傾向を招来している。また、このような手書きスケッチなど、いわゆるアナログデータは、すでにデジタル化が進んでいるその他のデータと比べ、保管しにくくまた扱いにくいという課題もある。

ところで、これまで、本件発明者らが提案、開発を進めてきたデジタル画像処理技術を適用した計測技術には、斜面の地表面の挙動計測、地中の変位挙動計測、地下水の流向流速計測などがある。
こうした画像処理技術・画像計測技術を用いた計測技術を本発明の課題となっている提案に応用させることで、例えば地質スケッチ作業の高精度化、省力化・迅速化、一般化（経験の浅い技術者でもスケッチが可能）、記録の劣化防止が実現できることとなる。

以上のことから、本発明では，これまで進めてきたデジタルカメラによる写真測量技術と画像処理技術を応用し、本件発明によるいわゆる「画像処理技術を適用した露出地層・露出岩盤などのスケッチ作成・記録支援システム」を提供するものである。

本発明においては、前記課題を解決するために、以下にあげる機能を保有するシステムの開発、提案がなされている。
すなわち、いわゆる単写真測量技術を応用し、デジタルカメラで撮影された地質画像を正射投影化する。
また、画像上の色データ（ＲＧＢ値）の分布から、地質・岩盤岩質の分布状況や地層境界、断層面、亀裂面を画像処理により自動で認識させる。
さらには、局所的に撮影された画像間を接合させることで、複数枚の画像で構成される広い範囲の地質分布図を作成する。
また、画像レイヤとテキストレイヤを設けることにより、技術者が、現地で地質画像上に自由に描画し、知見の自由記述を行える。以上の機能を統合したシステムを構築するものである。

近年、ダムなどの各種大型工事において、最新のＩＴ機器を適切に導入することで従来の業務を改善しようという各種の試みが行われており、いわゆる構造物の基礎工事や斜面の整形工事における岩盤や地質の調査記録においては、特に、当該面を描いたスケッチには一貫した評価を基に、正確な位置情報で技術者の知見を盛り込む必要がある。
こうした要求にこたえる、適切なスケッチを行う技術者を育成するためには、かなりの経験が必要であったが、例えば、昨今の公共事業数激減などのため、当該技術者の数が減ってきていることはすでに述べたとおりである。

ところで、ダム、法面や擁壁など土木構造物の基礎掘削後に、地山に露出する地層や岩盤のスケッチは、その後の設計・施工に関わる重要な調査資料となる。同様に、斜面災害後において、地表に露出する地層のスケッチもその後の対策工の検討に必要不可欠である。
また、地質境界や亀裂の位置などは、紙面に地質技術者が概略の寸法で記録をしており、当該記録は紙面として保存し、後に参照とするためには、紙面上の記録からフィードバックしていたのが従来の取り扱いであった。

さらに、前述したように、従来、地質・岩盤などのスケッチは地質技術者の主観に基づき描かれており、そのために、見落としや精度を欠く描画となることや、スケッチ作業に時間がかかり後の工程に支障をきたす状況に陥ることがあったことすでに述べたとおりである。
また、地層の特徴を正確な位置に描画するためには、現地で測量を行う必要があると共に、その迅速性が要求されており、また、スケッチ技術が熟達し、迅速に的確に作業を完遂することができるようになるためには、かなりの実績を要するのも事実である。しかし、こうした技術を有する技術者は年々確実に減少しているのが現状である。
さらに、手書きスケッチのアナログデータを使用し、例えば、対象とする地質層の全体の分布を調査する際には、各部が描かれたスケッチの紙を貼り合わせるなど手間のかかる作業が必要となっていた。

既存の画像処理システムの中には、複数枚の画像を自動で接続する機能や画像を自由に変形する機能を持つものはある。しかしながら、地層や岩盤を対象とした画像を分析し、数値化するためのスケッチ支援機能を保有する画像処理システムは存在していないのが現状である。

しかして、本件発明において開発されるシステムは、地質・岩盤を調査分析するために特化したシステムであり、同様なシステムが他に見られない点で独創的であるといえる。
また、何回も述べているように、従来、岩盤のスケッチ作業では熟達を要したが、本発明では、画像処理技術を用いることで、縮尺を持った正射投影画像に変換することが出来、地層境界や断層面、亀裂面などを画像処理により自動で認識することが可能となり、処理した個々の画像を接合することで、広い範囲の地質図を作成する機能も保有する。さらに、レイヤ機能を持つ画像上に技術者が自由に知見を描画・記述することが可能となる。

この様に本発明では、いわゆるスケッチ作業の省力化、高精度化、迅速化を図ることが可能となるだけでなく、広大な地表面を一貫した技術的所見で分類し、岩盤等級や地層境など、異なる基準や分類で対象地質を評価し、比較・検討することが容易となる。

さらには、いわゆる大容量記憶装置に保存された前記画像スケッチのデータベースを有効に活用し、これらのデータが多く蓄積されることで、画像に技術的所見を盛り込んだ活用度の高い記録が劣化することなく後世に伝達できる。よって、構造物の長寿命化という時代のニーズにも答えることが出来、維持管理を行う上で付加価値の高い基礎データも蓄積できる。さらに、本発明を発展、進化させることにより、埋蔵文化財調査時の記録や森林の植生、生態系調査の記録、建造物壁面の劣化程度の評価などへの応用技術への展開にも活用が可能である。
特開２００６−７９５２１号公開公報

かくして、本発明は前記従来の課題に対処すべく創案されたものであり、いわゆるスケッチ作業の省力化、高精度化、迅速化を図ることが可能となるだけでなく、例えば、広大な地表面を一貫した技術的所見で分類し、岩盤等級や地層境など、異なる基準や分類で対象地質を評価し、比較・検討することが容易となり、さらには、いわゆる大容量記憶装置に保存された前記画像スケッチのデータベースを有効に活用し、これらのデータが多く蓄積されることで、画像に技術的所見を盛り込んだ活用度の高い記録が劣化することなく後世に伝達できる。よって、構造物の長寿命化という時代のニーズにも答えることが出来、維持管理を行う上で付加価値の高い基礎データも蓄積できる露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システムを提供することを目的とするものである。

本発明による露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システムは、
地山に露出する地層や岩盤面を撮影するデジタルカメラと、該デジタルカメラで撮影された前記地山に露出する地層や岩盤面の画像を取り込んで画像処理し、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムと、を有してなり、
撮影対象エリア内に、基準尺描画用部材を格子状に敷設して、格子状基準尺を形成し、該格子状基準尺の少なくとも３つの交点につき、それぞれ３次元座標値を計測して同一平面上にある基準点とし、
カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）が既知のデジタルカメラを用い、前記基準点を写し込んで前記撮影対象エリアを撮影して遠近投影のデジタル画像を生成し、
前記撮影した遠近投影のデジタル画像情報及び前記３つの基準点の３次元座標情報及び前記カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値を用い、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理することにより前記撮影対象エリアを撮影した遠近投影デジタル画像についてのデジタル画像による正射投影図化したスケッチ図を生成してなり、
前記デジタルカメラで撮影した遠近投影デジタル画像を構成する複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値（赤、緑、青それぞれ０〜２５５の値で表される色の数値）を前記遠近投影デジタル画像から抽出し、抽出した複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値と、以下に示す線形補間法の式とを使用して、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで前記デジタル画像正射投影図化したスケッチ図内の色を決定し、
露出地層・露出岩盤のデジタル画像正射投影化したスケッチ図内に描画された地層境あるいは亀裂面の位置は、前記色の違いより、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理された画像である前記正射投影化したスケッチ図内で把握できる、
ことを特徴とし、

（線形補間法の式）
Ｒ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｒ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

Ｇ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｇ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

Ｂ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｂ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

または、
地山に露出する地層や岩盤面を撮影するデジタルカメラと、該デジタルカメラで撮影された前記地山に露出する地層や岩盤面の画像を取り込んで画像処理し、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムと、を有してなり、
撮影対象エリア内に、基準尺描画用部材を格子状に敷設して、格子状基準尺を形成し、該格子状基準尺の少なくとも３つの交点につき、それぞれ３次元座標値を計測して同一平面上にある基準点とし、
カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）が既知のデジタルカメラを用い、前記基準点を写し込んで前記撮影対象エリアを撮影して遠近投影のデジタル画像を生成し、
前記撮影した遠近投影のデジタル画像情報及び前記３つの基準点の３次元座標情報及び前記カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値を用い、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理することにより前記撮影対象エリアを撮影した遠近投影デジタル画像についてのデジタル画像による正射投影図化したスケッチ図を生成してなり、
前記デジタルカメラで撮影した遠近投影デジタル画像を構成する複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値（赤、緑、青それぞれ０〜２５５の値で表される色の数値）を前記遠近投影デジタル画像から抽出し、抽出した複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値と、以下に示す線形補間法の式を使用して、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで前記デジタル画像正射投影化したスケッチ図内の色を決定し、該色の分布により、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理された画像である露出地層・露出岩盤のデジタル画像正射投影化したスケッチ図内で、地質・岩盤岩質の分布状況、岩盤等級区分及び断層面の位置が把握できる、
ことを特徴とし、

（線形補間法の式）
Ｒ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｒ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

Ｇ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｇ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

Ｂ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｂ(ｘ＋１,ｙ＋１)}

または、
前記撮影対象エリアが広域でデジタルカメラのファインダー内に収まらないとき、複数方向から前記撮影対象エリアをずらしつつ複数枚撮影してなり、
前記位置をずらして撮影した画像を各々正射投影図化し、各々位置をずらして撮影したエリアのデジタル画像分割スケッチ図を形成すると共に、画像上に写し込まれた格子状基準尺を用いて前記デジタル画像分割スケッチ図を結合してなり、
前記結合は、少なくとも画像の縦方向あるいは横方向に行える、
ことを特徴とし、
または、
前記格子状基準尺には、撮影対象エリア全体に亘って格子状に形成せず、一部箇所についてのみ格子状に形成した格子状基準尺を含む、
ことを特徴とし、
または、
前記デジタル画像スケッチ図につき、タッチパネル式ディスプレイを保有するＰＣのディスプレイ上に表示し、当該画像上で追加描画あるいは追加記述を行える、
ことを特徴とし、
または、
作成されたデジタル画像スケッチ図は、コンピュータの保存手段に保存できると共に、保存されたデータは他のデータと比較、検討できる様蓄積される、
ことを特徴とするものである。

本発明による露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システムによれば、いわゆるスケッチ作業の省力化、高精度化、迅速化を図ることが可能となるだけでなく、例えば、広大な地表面を一貫した技術的所見で分類し、岩盤等級や地層境など、異なる基準や分類で対象地質を評価し、比較・検討することが容易となり、さらには、いわゆる大容量記憶装置に保存された前記画像スケッチのデータベースを有効に活用し、これらのデータが多く蓄積されることで、画像に技術的所見を盛り込んだ活用度の高い記録が劣化することなく後世に伝達できる。よって、構造物の長寿命化という時代のニーズにも答えることが出来、維持管理を行う上で付加価値の高い基礎データも蓄積できるとの優れた効果を奏する。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
まず、図１から理解されるように、本発明では、まず、撮影対象エリア１内に、複数本の長尺の例えばヒモ２及び当該ヒモ２を係止する複数本の杭３などを用意し、これらにより基準尺描画用部材４を構成する。すなわち、所定間隔をおいて複数本の杭３を前記撮影対象エリア１の外周において縦横方向に立設し、これら杭３・・間に長尺のヒモ２を取り付け、もって格子状にヒモ２を交差させて敷設するのである。

なお、ヒモ２を杭３に取り付け、係止することなく、そのまま地面においた状態にして複数のヒモ２・・・を格子状とし、もってこれを格子状基準尺５として使用しても構わないものである。
また、ヒモ２の両端部を地面に固定し、これを格子状基準尺５としても構わない。
なお、格子状に交差させるに際しては、必ずしも格子が正方形状でなくともよく、菱形状であってもかまわない。

ところで、前記格子状に敷設された基準尺描画用部材４に沿って、すなわちこの格子状に交差させた基準尺描画用部材４を形成する長尺なヒモ２の上から、塗料スプレイなどを用い、格子状基準尺５を描く場合には、前記撮影対象エリア１の地色上で認識出来る色、例えば赤色あるいは青色などの色の塗料を使用して格子状基準尺５を、前記撮影対象エリア１上の地面などに描くものとする。
そして、格子状基準尺５が前記撮影対象エリア１の地色上に描かれて、塗料などが地面に固着した後、前記前記基準尺描画用部材４を取り外す（図２参照）。取り外した基準尺描画用部材４はほかの箇所に転用することが出来る。

次いで、前記の格子状基準尺５の所定の交点など少なくとも３箇所を選定し、当該３箇所のいわゆる３次元座標位置情報、すなわちＸ、Ｙ，Ｚ座標値を現場において予め計測しておき、これを後述するいわゆる共線条件式などにおける基準点の値として使用する。
そして、上記の状態から、デジタルカメラ６を用い、３次元座標位置情報が少なくとも３箇所予め現場で計測されてなる前記格子状基準尺５上に形成した３箇所の基準点を写し込んで、前記撮影対象エリア１を撮影するものとする。

次いで、前記の様に撮影した画像情報及び前記予め計測された格子状基準尺の基準点における３次元座標位置情報の値及びデジタルカメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値を用いて、いわゆる共線条件式などで演算すると共に、当該算出された演算値を用いて画像処理することにより前記撮影対象エリア１の正射投影図（図３参照）を作成し、デジタル画像によるスケッチ図を形成することが出来るのである。
なお、前記デジタルカメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値が未知の場合には、前記３次元座標値が既知の基準点は３箇所ではなく、９箇所必要となる。

ここで、前記撮影対象エリア１が広域でデジタルカメラ６のファインダー内に収まらないとき、あるいは前記撮影対象エリア１の付近で撮影せざるを得ず、撮影距離がとれないため、もってデジタルカメラ６のファインダー内に収まらないときなど、例えば図４に示すように、前記撮影対象エリア１を、例えば「Ａ」の箇所、「Ｂ」の箇所、「Ｃ」の箇所と分割し、「Ａ」の箇所、「Ｂ」の箇所、「Ｃ」の箇所と撮影箇所をずらしつつ撮影する。
そして、前記位置をずらして撮影した画像、例えば「Ａ」の箇所、続いて「Ｂ」の箇所及び「Ｃ」の箇所を各々正射投影図化するのである。そして、まず、各々位置をずらして撮影した前記「Ａ」の箇所、続いて「Ｂ」の箇所及び「Ｃ」の箇所のデジタル画像分割スケッチ図７，７，７を各々形成する（図５参照）。

さらに、この正射投影図化されたデジタル画像分割画像７，７，７上に各々写し込まれた格子状基準尺５を用いて前記デジタル画像分割スケッチ図７，７，７を結合するのである。
すなわち、各々写し込まれた格子状基準尺５の端部をあわせれば、Ａ」の箇所、「Ｂ」の箇所、「Ｃ」の箇所をそれぞれにずれを生じさせることなく容易に結合することが出来るものとなる。

なお、コンピュータ上のディスプレイに表示されたデジタル画像分割スケッチ図７・・・の結合は、一般的な画像ソフトを使用して行うことが出来る。
そして、このデジタル画像分割スケッチ図の結合は、図６あるいは図１１から理解されるように、写し込まれた格子状基準尺５を利用し、横方向にも、また縦方向にも行えるものである。

ところで、撮影すべき撮影対象エリア１が例えばきわめて広領域なとき、前記格子状基準尺５の形成がきわめて面倒な場合がある。そのようなとき、格子状に形成するのは一部分、例えば図１などで説明すれば左下の隅の部分とし、後は、縦あるいは横の線のみで形成しても構わないものである。
すなわち、いわゆる基準点としての格子の交点における３次元座標値は３箇所あるいは９箇所設定できればよく、そのため格子状基準尺５における格子の交点が３箇所あるいは９箇所形成できる程度に格子があればよいからである。

さらに、前記作成された露出地層・露出岩盤のデジタル画像スケッチ図内に描画された地層境あるいは亀裂面の位置を、前記デジタル画像のＲＧＢ値の違いを検出して自動描画あるいは手動描画できるよう構成されている。

また、前記デジタル画像スケッチ図につき、図から理解されるように、タッチパネル式ディスプレイを保有するＰＣのディスプレイ上に表示し、当該画像上で追加描画あるいはたとえばテキストファイルなどによる追加記述を行える構成となっている。
さらに、作成されたデジタル画像スケッチ図は、前記コンピュータのハードディスクなどに保存できるものとなっている。

ここで、本発明によりデジタル画像スケッチ図を作成する際に行う、デジタルカメラ６で撮影した一般的な遠近投影画像を正射投影画像化したスケッチ図に変換する一実施について説明する。

まず、図２に示すように本実施例で撮影対象エリア１とされた、山の斜面につき、例えばその斜面に対向するようにして撮影する。
ここで、使用されるカメラは通常デジタルカメラ６であり、かつ該デジタルカメラ６での撮影は全て同一のレンズを使用し、かつ全て焦点を固定して撮影する。
尚、撮影の際、前記撮影する前記撮影対象エリア１中に長さが既知でかつ長さが変動しない長さ既知体を含ませ、該長さ既知体を実際の長さが認識できる長さ情報とすることが望ましい。

しかして、当該長さ既知体としては、一定の長さのポールや側尺等を含ませることが考えられるが、ここでは、格子状基準尺５における格子を形成する隣り合うヒモ２，２間の長さを予め計測しておき、それを長さ既知体としても構わない。
そして、前記デジタルカメラ６のレンズの焦点を固定し、撮影対象エリア１たる山の斜面に対して撮影位置をかえ、複数枚のデジタル画像（いわゆる遠近投影画像）を取得する。

尚、ここで、一般のスチルカメラを使用することも出来るが、この場合はその写真（印画紙）をスキャナー等で読み取り、デジタル画像データ（遠近投影画像）とする必要がある。

次に、前記撮影した複数枚のデジタル画像（遠近投影画像）をコンピュータ内に取り込む。
該コンピュータ内には正射投影画像作成プログラムが予めインストールされており、該正射投影画像作成プログラムを使用して、遠近投影画像から所望の正射投影画像を作成することとなる。
まず、コンピュータ内の正射投影画像作成プログラムにおいてデジタル画像（遠近投影画像）を取り込み、該デジタル画像をディスプレイ上に開く。

次に、撮影対象エリア１たる山の斜面が撮影されている各々のデジタル画像上において基準となる点、すなわち例えば予め現場で計測し、値がわかっている３次元位置情報である、例えば３つあるいは９つの基準点の３次元座標値を、デジタル画像上の同様箇所で指定し、かつマウス等によりクリックしてその基準点のＸ，Ｙ，Ｚ座標の数値を入力する。

そして、複数枚のデジタル画像各々で指定した３点のあるいは９つの前記基準点の値などに基づき、図１４，図１５に示すいわゆる共線条件式などを用いて各々のデジタル画像における正射投影画像が取得できることになる。
この際、撮影距離（初期値）およびカメラの焦点距離（初期値）も入力される。さらに、撮影位置（初期値）と撮影角度（初期値）をも入力される。

ここで、以上の一連の操作において入力される各々の「初期値」とは、解析において繰り返し計算をするための初期値であり、一応の大まかな値で構わない。
簡単な数値による具体例を挙げて説明すると、まず基準点の座標値が入力される。

基準点が３つの場合は、各基準点についての３次元座標の値、例えば、
基準点（１） Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１＝＊，＊，＊＊＊
基準点（２） Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２＝＊＊＊，＊，＊＊＊
基準点（３） Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３＝＊，＊＊＊，＊＊＊
（ここで、＊は任意の数値である。）
として初期値設定される。
さらに、長さ情報としては、
例えば、
格子を形成する例えば、隣り合う基準点から基準点までの間の長さ、
＊＊＊ｍｍ、あるいは＊＊＊ｍｍ
などと初期値設定する。

さらに、
撮影距離を例えば、＊＊＊ｍｍなどと初期値設定する。

また、
カメラの位置を、
Ｘ_０・ｉ＝画像番号（ｍｍ）として、
Ｘ_０１，Ｙ_０１，Ｚ_０１＝＊＊＊，＊＊＊，＊＊＊
などと初期値設定する。
さらに、カメラ姿勢を、初期値設定する。

尚、焦点距離、主点位置のずれ、カメラレンズの歪曲収差の係数については、同じカメラ、レンズを利用し、焦点距離を固定して撮影することを条件とするため、各画像について同一の値を使用する。

すなわち、例えば、
焦点距離 Ｃ＝＊＊（ｍｍ）
主点位置のずれ ｘ_ｈ＝＊
ｙ_ｈ＝＊
カメラの歪曲収差の係数
ｋ_１＝＊
ｋ_２＝＊
ｋ_３＝＊
ｐ_１＝＊
ｐ_２＝＊
等とし、これらの値を用い、図１４に示す共線条件式を用いて繰り返し計算で求めるのである。

次に、各々求められた値を参考に、投影する面と範囲を設定する。
すなわち、例えば、図５に示す「Ａ」の箇所をＸ−Ｙ面として正射投影画像を作成したい場合には、
図５に示す「Ａ」の所定の基準点を、例えば、
Ｚ＝＊＊＊ｍｍ、
Ｘ＝＊＊＊ｍｍ、
Ｙ＝＊＊＊ｍｍ、などと設定し、
例えば、縮尺を１ピクセルあたり１ｍｍとし、Ｘ軸を横方向、Ｙ軸を縦方向とすれば＊＊＊×＊＊＊ピクセルの画像が作成できることになる。

さらに、前記の図１４に示す共線条件式と、前記係数（内部標定要素）を使用して、＊＊＊×＊＊＊の画像の一つ一つのピクセルに対応する色、すなわちＲＧＢ値を各撮影画像より抽出するのである。

例えば、図６の「Ａ」の箇所には、作成されるべき「Ａ」の箇所の正射投影画像が示されているが、該画像上において指定する画像座標は、例えば、（Ｘ，Ｙ）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位はピクセル）として、
その３次元座標は、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（＊＊＊，＊＊＊，＊＊＊：単位はｍｍ）となる。

次に、図１４に示す共線条件式を用いて、その３次元座標が対応する撮影画像の画像座標ｘ，ｙを求める。

すると、撮影画像における対応する画像座標は、
（ｘ_１，ｙ_１）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位ピクセル）
となる。
これにより、正射投影画像が形成されるのである。

ここで、当該座標に対応するＲＧＢ値を抽出すると正射投影画像上に地層境あるいは亀裂面の位置を描画することができる。

すなわち、対応する画像座標（＊＊＊，＊＊＊）近傍位置の例えば、４点、すなわち、
（ｘ，ｙ）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位ピクセル）、
（ｘ＋１，ｙ）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位ピクセル）、
（ｘ，ｙ＋１）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位ピクセル）、
（ｘ＋１，ｙ＋１）＝（＊＊＊，＊＊＊：単位ピクセル）、
の４点のＲＧＢ値（色：赤、緑、青それぞれ０〜２５５）から色を決定する。
すなわち、図１６に示す式を使用する「線形補間法」を利用して、色を決定していくのである。
しかして、この処理を範囲全て（＊＊＊×＊＊＊：単位ピクセル）で行い、地層境あるいは亀裂面の位置を把握できる正射投影画像を作成するのである。

もって、これにより、地層境あるいは亀裂面の位置を、明確に把握することが出来る。
尚、本発明により形成した正射投影画像を用いて各種の計測も行える。
すなわち、作成した正射投影画像は撮影対象物と相似であり、設定した縮尺で作成されていることから、ピクセル数と縮尺により実際の寸法や実際の面積を計測することが出来るのである。

撮影対象物である山の斜面に基準尺描画用部材を敷設した状態を説明する説明図である。 撮影対象物である山の斜面に格子状を形成した状態を説明する説明図である。 本発明によって正射投影画像によるスケッチ図を形成した状態を説明する説明図である。 撮影対象物である山の斜面を「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」に分割して撮影した状態を説明する説明図である。 山の斜面を「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」それぞれにつき形成した分割スケッチ図を説明する説明図である。 山の斜面の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を合成したスケッチ図を説明する説明図（その１）である。 山の斜面を「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」を合成したスケッチ図を説明する説明図（その２）である。 地層境あるいは亀裂面の位置を、前記デジタル画像のＲＧＢ値の違いを検出して描画した状態を説明する説明図である。 撮影対象物である山の斜面を縦方向に「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」に分割して撮影した状態を説明する説明図である。 山の斜面を縦方向に「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」それぞれにつき形成した分割スケッチ図を説明する説明図である。 山の斜面の「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」を縦方向に合成したスケッチ図を説明する説明図（その１）である。 山の斜面の「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」を縦方向に合成したスケッチ図を説明する説明図（その２）である。 地層境あるいは亀裂面の位置を、前記デジタル画像のＲＧＢ値の違いを検出して描画した状態を説明する説明図である。 共線条件式を説明する説明図である。 標定要素を説明する説明図である。 線形補間式を説明する説明図である。

１ 撮影対象エリア
２ ヒモ
３ 杭
４ 基準尺描画用部材
５ 格子状基準尺
６ デジタルカメラ
７ 分割スケッチ図

Claims (6)

1. 地山に露出する地層や岩盤面を撮影するデジタルカメラと、該デジタルカメラで撮影された前記地山に露出する地層や岩盤面の画像を取り込んで画像処理し、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムと、を有してなり、
   撮影対象エリア内に、基準尺描画用部材を格子状に敷設して、格子状基準尺を形成し、該格子状基準尺の少なくとも３つの交点につき、それぞれ３次元座標値を計測して同一平面上にある基準点とし、
   カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）が既知のデジタルカメラを用い、前記基準点を写し込んで前記撮影対象エリアを撮影して遠近投影のデジタル画像を生成し、
   前記撮影した遠近投影のデジタル画像情報及び前記３つの基準点の３次元座標情報及び前記カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値を用い、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理することにより前記撮影対象エリアを撮影した遠近投影デジタル画像についてのデジタル画像による正射投影図化したスケッチ図を生成してなり、
   前記デジタルカメラで撮影した遠近投影デジタル画像を構成する複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値（赤、緑、青それぞれ０〜２５５の値で表される色の数値）を前記遠近投影デジタル画像から抽出し、抽出した複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値と、以下に示す線形補間法の式とを使用して、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで前記デジタル画像正射投影図化したスケッチ図内の色を決定し、
   露出地層・露出岩盤のデジタル画像正射投影化したスケッチ図内に描画された地層境あるいは亀裂面の位置は、前記色の違いより、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理された画像である前記正射投影化したスケッチ図内で把握できる、
   ことを特徴とする露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。
   
   （線形補間法の式）
   Ｒ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｒ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
   Ｇ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｇ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
   Ｂ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｂ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
   
2. 地山に露出する地層や岩盤面を撮影するデジタルカメラと、該デジタルカメラで撮影された前記地山に露出する地層や岩盤面の画像を取り込んで画像処理し、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムと、を有してなり、
   撮影対象エリア内に、基準尺描画用部材を格子状に敷設して、格子状基準尺を形成し、該格子状基準尺の少なくとも３つの交点につき、それぞれ３次元座標値を計測して同一平面上にある基準点とし、
   カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）が既知のデジタルカメラを用い、前記基準点を写し込んで前記撮影対象エリアを撮影して遠近投影のデジタル画像を生成し、
   前記撮影した遠近投影のデジタル画像情報及び前記３つの基準点の３次元座標情報及び前記カメラの内部標定要素（カメラの焦点距離、主点位置のズレ、カメラレンズの歪曲収差の係数）の値を用い、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理することにより前記撮影対象エリアを撮影した遠近投影デジタル画像についてのデジタル画像による正射投影図化したスケッチ図を生成してなり、
   前記デジタルカメラで撮影した遠近投影デジタル画像を構成する複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値（赤、緑、青それぞれ０〜２５５の値で表される色の数値）を前記遠近投影デジタル画像から抽出し、抽出した複数の単位ピクセルにおけるＲＧＢ値と、以下に示す線形補間法の式を使用して、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで前記デジタル画像正射投影化したスケッチ図内の色を決定し、該色の分布により、前記地山に露出する地層や岩盤面のスケッチ図作成・記録を支援する画像処理システムで画像処理された画像である露出地層・露出岩盤のデジタル画像正射投影化したスケッチ図内で、地質・岩盤岩質の分布状況、岩盤等級区分及び断層面の位置が把握できる、
   ことを特徴とする露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。
   
   （線形補間法の式）
   Ｒ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｒ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｒ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
   Ｇ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｇ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｇ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
   Ｂ(ｘ,ｙ)＝(１−ｑ){(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ)＋ｐ×(ｘ＋１,ｙ)}＋ｑ{(１−ｐ)×Ｂ(ｘ,ｙ＋１)＋ｐ×Ｂ(ｘ＋１,ｙ＋１)}
   
3. 前記撮影対象エリアが広域でデジタルカメラのファインダー内に収まらないとき、複数方向から前記撮影対象エリアをずらしつつ複数枚撮影してなり、
   前記位置をずらして撮影した画像を各々正射投影図化し、各々位置をずらして撮影したエリアのデジタル画像分割スケッチ図を形成すると共に、画像上に写し込まれた格子状基準尺を用いて前記デジタル画像分割スケッチ図を結合してなり、
   前記結合は、少なくとも画像の縦方向あるいは横方向に行える、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。
   
4. 前記格子状基準尺には、撮影対象エリア全体に亘って格子状に形成せず、一部箇所についてのみ格子状に形成した格子状基準尺を含む、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。
   
5. 前記デジタル画像スケッチ図につき、タッチパネル式ディスプレイを保有するＰＣのディスプレイ上に表示し、当該画像上で追加描画あるいは追加記述を行える、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。
   
6. 作成されたデジタル画像スケッチ図は、コンピュータの保存手段に保存できると共に、保存されたデータは他のデータと比較、検討できる様蓄積される、
   ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の露出地層・露出岩盤のスケッチ図作成・記録支援システム。

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