JP6337242B2 - 四角形や円錐台形状を持つ構築物の画像計測装置及びその方法 - Google Patents
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Description
これらの電力線、通信線などの施設物の位置や施設物間の距離を計測する場合、施設物が高所にあるため、地上から長尺モノサシを用いて計測しているが、高所にある施設物に、モノサシを正確に当てることが困難な上、時間もかかり、更に、交通の頻繁な道路での計測では安全性にも問題がある。
この特許文献では、カメラのレンズ中心を原点とし、X−Y平面が地面に平行で、Z軸が地面に垂直な3次元空間を構成して、電柱とケーブルを計測する技術が開示されている。しかし、この3次元空間において電柱がX−Y平面に垂直であると設定されているため、電柱が地面に垂直に立つ場合以外は計算出来ない。
尚、実測データは、座標値、距離、角度など、形状と寸法が特定できるものである。
図1は、構築物1の下面にある損傷部分を含む四角形4を計測手段2により計測している状況を示す。詳細には、構築物1にある計測対象物の形状を、平面上にある四角形と前提し、本四角形の特徴点である4頂点の座標値を計測している。
図2は、計測する構築物1の下面にある損傷部分3を含む四角形4を示している。四角形P1P2P3P4を、地上から計測手段で計測し、座標値を求める。
図3は、四角形P1P2P3P4が画角に入るように撮影手段5にて撮影している状況を示し、図4は、撮影画像であり、完全に正対して撮影することが実際上はできないため、本画像は遠近歪を含み、かつ、縮尺はない。図5は、撮影画像のオルソ画像変換後の形状である。
撮影画像には計測済みの4点P1、P2、P3、P4が写っており、この中のどの3点を選んでも一直線上にないものとする。
正射投影する面として、4点P1、P2、P3、P4が乗る平面を取る。正射投影面を、点P1を原点とし、点P1から点P2に向かう方向をX軸、X軸から時計回りに90度の方向をY軸とする2次元直交座標系とする。この座標系における4点P1、P2、P3、P4の座標をP1(X1,Y1)、P2(X2,Y2)、P3(X3,Y3)、P4(X4,Y4)とする。
点(X,Y)を点(x,y)に移す射影変換は、実数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8を用いて数式aのように表される。
四角形のオルソ画像変換では、通常、四角形の計測データを必要とするが、本電柱の例は、電柱の施設物である足場ボルトが既知の距離で設置されており、本距離を持ちうれば、計測は不要になり、より簡便に処理できる。
図8は、計測する電柱10と電柱への施設物の取り付け状況を示す。施設物の取り付け高さや間隔は、経済産業省令で定める「電気設備の技術基準」や各電力会社、各通信会社で定める各技術基準を満足しなければいけない。例としては、路面上における電力線地上高は5m以上、高圧電線と引込電線の離隔距離は1m以上、動力線、電灯線6、通信線8などの線同士の離隔距離は30cm以上などの基準がある。
本発明では、足場ボルト間の距離を既知の距離として活用し、歪みのある撮影画像を、歪みのないオルソ画像に変換する。尚、既知の距離を持つ他の施設物などを代用することもできる。
撮像手段は、正面図や側面図に示すように、人が手に持ち、電柱を見上げる形で、足場ボルトに正対して撮影する。又、上面図に示すように、撮影手段は4カ所以上の足場ボルト(B1、B2、B3、B4)の先端位置が写れば、斜線の範囲でも撮影できる。
これにより、特定の同じ間隔を持つ足場ボルト間の距離も、下方は上方より長くなり、同様に、通信線用バンド間距離も下方は上方より延びが長くなる。
又、本オルソ画像は、足場ボルト間の既知の距離データを付加することにより、1分の1の縮尺を持ち、画像上測定場所を指示することで、通信線用バンド間距離12、通信線用バンド地上高13、その他の電柱の施設物の位置、距離を計測できる。
特定の電柱部位のみの寸法測定を行う場合には、上記の条件を含み、電柱の一部を拡大撮影することもできる。
ステップ2として、撮影した画像をコンピュータに入力する。本撮影画像は遠近歪みがあり、縮尺がなく距離データも持たない。
ステップ3として、表示された画像にて、両側の各2本以上の足場ボルトの先端位置をクリックして特定し、それぞれの足場ボルト間に既知の距離データを入力する。
ステップ5として、円錐台用オルソ画像変換用プログラムが、撮影画像をオルソ画像に変換する。本オルソ画像は、正射投影図で、距離データを持っている。
ステップ6として、本オルソ画像上で、パソコンのマウスなどで、特定の位置を指示すると、計測処理プログラムが位置、距離、面積を自動的に算出し、データが表示、外部出力される。
3次元空間:カメラのレンズ中心を原点Oとする直交座標系で、カメラの光軸方向をZ軸の正の向きとし、画像の横方向をX軸、画像の縦方向をY軸とする。X−Y平面をZ軸の負の位置から見て、右方向をX軸の正の向き、上方向をY軸の正の向きとする。座標系の単位はピクセルとする。
焦点距離:レンズ中心からフィルムまでの距離で、正の実数fで表される。
2次元平面:3次元空間内にあり、原点を点(0,0,f)とするx−y座標平面で、x軸、y軸の向きはそれぞれ3次元空間のX軸、Y軸と同じとする。
電柱の形状は円錐台とする。電柱に、等間隔で、左右互い違いに取り付けられた足場ボルトを図15に示す。
まず、電柱の両側に施設された足場ボルトから電柱の中心軸を求める。
図16に示すように、連続する4つの足場ボルトの先端を、電柱の根元側から順に点B1、B2、B3、B4とし、4点B1、B2、B3、B4の2次元平面での像をそれぞれF1、F2、F3、F4とする。2次元平面の点(a,b)を3次元空間の点(a,b、f)と同一視すると、点F1、F2、F3、F4の座標は数式cのようになる。
ここで図17に示すように、電柱のテーパーを無視すると、四角形B1B2B4B3は平行四辺形である。また、点B2から直線B1B3に下ろした垂線の足を点Hとすると、点Hは線分B1B3の中点となる。従って、点Hの位置ベクトルは数式eで表される。
直線B1B3と直線B2Hが直交することから、数式hが成り立つ。
以上により、4点B1、B2、B3、B4の座標が求まる。電柱の中心軸は線分B1B4の中点Mと線分B2B3の中点Nを結ぶ直線として得られる。
電柱画像を正射投影する面として、直線MNを通り、原点Oから直線MNに下ろした垂線と直交する平面を取る。
次に図18に示すように、撮影画像上で電柱の輪郭をなす2直線Lf1、Lf2を指定する。これらの直線は、実際には電柱と正射投影面の交線よりも手前の部分の像であるが、電柱と正射投影面の交線の像であると近似する。点Oと直線Lf1を通る平面と正射投影面の交線をL1、点Oと直線Lf2を通る平面と正射投影面の交線をL2とする。
直線MN上の点Pの位置ベクトルを、実数tと点M、点Nの位置ベクトルを用いて数式iのように表す。
本画像計測装置は、ハードディスクに格納された、「計測データ入力プログラム」、「撮影画像入力プログラム」、「座標計算プログラム」、「四角形用オルソ画像変換プログラム」、「円錐台形用オルソ画像変換プログラム」、「計測処理プログラム」を備え、該プログラムの実行においては、該プログラムがRAMに呼び出され、CPUにより計算が実行される。計算されたデータや処理された画像データなどはハードディスクに保存される。また、該プログラムは、直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、暗号化された形式のプログラム、圧縮処理された形式のプログラム等も含まれる。
2:計測手段
3:損傷部分
4:四角形
5:撮像手段
6:電線
7:腕金
8:通信線
9:通信線用バンド
10:電柱
11:電力線間距離
12:電力線地上高
13:通信線用バンド間距離
14:通信線用バンド地上高
15:足場ボルトB1
16:足場ボルトB2
17:足場ボルトB3
18:足場ボルトB4
19:足場ボルト間距離
20:足場ボルトに対面する撮影方向
21:撮像手段の移動許容範囲
22:撮影角度(上下方向)
23:撮影角度(左右方向)
Claims (2)
- 円錐台形で、かつ、既知の足場ボルト間の長さ値を持つ電柱において、
撮像手段を原点とする3次元空間モデルを形成する手段と、
前記撮像手段により、電柱の両側に並ぶそれぞれ2本以上の足場ボルトを含み撮影した電柱画像を表示する画像表示手段と、
前記電柱画像に前記足場ボルト間の長さ値を入れる入力手段と、
前記足場ボルトを前記3次元空間モデルに配置するための配置用座標値を計算する座標計算手段と、
前記配置用座標値を用いて前記電柱画像を距離データ付きオルソ画像に変換するオルソ画像変換手段と、
前記オルソ画像で特定部分の位置、距離、面積を求める画像特定手段とから構成される画像計測装置。 - 円錐台形で、かつ、既知の足場ボルト間の長さ値を持つ電柱において、
撮像手段を原点とする3次元空間モデルを形成し、
前記撮像手段により撮影された撮影画像を画像表示手段に表示し、
前記撮影画像に前記足場ボルト間の長さ値を入力し、
前記足場ボルトを前記3次元空間モデルに配置するための配置用座標値を計算し、
前記配置用座標値を用いて前記電柱画像を距離データ付きオルソ画像に変換し、
前記オルソ画像で特定部分の位置、距離、面積を計測する画像計測方法。
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