JPWO2019186985A1 - 振動計測システム、振動計測装置、振動計測方法、及びプログラム - Google Patents

振動計測システム、振動計測装置、振動計測方法、及びプログラム Download PDF

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Abstract

振動計測システム１００は、構造物５０の計測対象面を撮影する撮像装置１０と、撮像装置５０から計測対象面までの距離を測定する距離測定装置２０と、撮像装置１０の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するセンサ３０と、振動計測装置４０とを備える。振動計測装置４０は、センサ３０が出力した信号に基づいて、撮像装置１０の撮像面の法線と計測対象面の法線とがなす角度を算出する角度算出部４１と、算出された角度を用いて、撮像装置４０による撮影によって得られた画像を、計測対象面の法線と撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する画像変換部４２と、変換後の画像と、測定された距離とを用いて、構造物５０の振動を計測する振動計測部４３とを備えている。

Description

本発明は、画像処理を用いてインフラ構造物等の構造体の振動を計測するための、振動計測システム、振動計測装置、及び振動計測方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
従来から、対象物の機械振動を遠隔から非接触で計測する技術が提案されている。このような技術によれば、振動検出用のセンサの取り付け及び取り外しが不要となり、効率的な振動計測が可能となるため、特に橋梁・道路・建築物・設備などのインフラ構造物の維持管理及び異常検知などの分野でニーズがある。
例えば、特許文献１は、撮像装置を用いた振動計測装置を開示している。特許文献１に開示された振動計測装置は、撮像装置から対象物の時系列画像を取得し、取得した時系列画像に対して画像処理を行なって、対象物の振動を計測する。
また、特許文献２は、撮像装置に加えて、レーザ距離計又は超音波距離計等の距離測定装置も備えた振動計測装置を開示している。特許文献２に開示された振動計測装置によれば、画像内の２次元の方向での振動成分だけでなく、距離測定装置によって撮像装置の光軸方向における振動成分も計測できるため、３次元方向において対象物の振動を計測することができる。
ところで、特許文献１及び２に開示された振動計測装置によって振動計測の精度を高めるためには、撮像装置と撮影対象面とを正対させ、撮像装置の撮像面と撮影対象面とを並行にする必要がある。しかし、撮像装置の設置は通常人手によって行われており、更に、計測対象となるインフラ構造物が設置されている場所は平面であるとは限らないことから、作業者が、正確に、撮像装置の撮像面と撮影対象面とを正対させることは極めて困難である。
これに対して、例えば、特許文献３は、撮像装置と計測対象面とを正対させることなく、対象物の振動を正確に計測するための手法を提案している。具体的には、特許文献３に開示された手法では、予め、計測対象となるインフラ構造物の測面等に、鉛直方向に変化する繰り返し模様が付与されたマーカが複数個取り付けられる。次いで、撮影された動画データから、各マーカにおける繰り返し模様の変化量を算出し、更に、算出された各マーカの変化量から、対象物の振動の補正量が算出される。特許文献３に開示された手法によれば、撮像装置の撮像面と撮影対象面とが並行になっていない場合であっても、振動計測の精度が高められると考えられる。
特開２００３−１５６３８９号公報 特開２００５−２８３４４０号公報 特開２０１７−１４２１８５号公報
しかしながら、上記特許文献３に開示された手法を実施するためには、対象物であるインフラ構造物に複数のマーカを取り付ける必要がある。そして、マーカの取り付けは人手によって行う必要があり、更に、設置には危険が伴うことから、上記特許文献３に開示された手法の実施には、多額の、人的コスト、時間的コスト、及び金銭的コストがかかってしまう。
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行し得る、振動計測システム、振動計測装置、振動計測方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における振動計測システムは、構造物の振動を計測するためのシステムであって、
前記構造物の計測対象面を撮影する、撮像装置と、
前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、距離測定装置と、
前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するセンサと、
振動計測装置と、を備え、
前記振動計測装置は、
前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、角度算出部と、
算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換部と、
変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測部と、
を備えている、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における振動計測装置は、構造物の振動を計測するための装置であって、
前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、角度算出部と、
算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換部と、
変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測部と、
を備えている、
ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における振動計測方法は、構造物の振動を計測するための方法であって、
（ａ）撮像装置によって、前記構造物の計測対象面を撮影する、ステップと、
（ｂ）距離測定装置によって、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、ステップと、
（ｃ）センサによって、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するステップと、
（ｄ）前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、ステップと、
（ｅ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｆ）変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を有する、
ことを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、コンピュータによって構造物の振動を計測するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｃ）変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行することができる。
図１は、本発明の実施の形態における振動計測システム及び振動計測装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態における振動計測装置の構成をより具体的に示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態で行われる画像変換を説明するための図である。 図４は、本発明の実施の形態における振動計測装置の角度の算出処理時の動作を示すフロー図である。 図５は、本発明の実施の形態における振動計測装置の振動計測処理時の動作を示すフロー図である。 図６は、本発明の実施の形態における振動計測装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における、振動計測システム、振動計測装置、振動計測方法、及びプログラムについて、図１〜図６を参照しながら説明する。
［システム構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態における振動計測システム及び振動計測装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における振動計測システム及び振動計測装置の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す、本実施の形態における振動計測システム１００は、構造物５０の振動を計測するためのシステムである。本実施の形態において、構造物５０としては、たとえば、橋梁、道路、建築物、設備等のインフラ構造物が挙げられる。
図１に示すように、振動計測システム１００は、撮像装置１０と、距離測定装置２０と、センサ３０と、振動計測装置４０とを備えている。撮像装置１０は、構造物５０の計測対象面を撮影するための装置である。距離測定装置２０は、撮像装置１０から計測対象面までの距離を測定する装置である。センサ３０は、撮像装置１０の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するセンサである。振動計測装置４０は、構造物の振動を計測するための装置である。
また、図１に示すように、振動計測装置４０は、角度算出部４１と、画像変換部４２と、振動計測部４３とを備えている。
角度算出部４１は、センサ３０が出力した信号に基づいて、撮像装置１０の撮像面の法線と計測対象面の法線とがなす角度を算出する。画像変換部４２は、角度算出部４１によって算出された角度を用いて、撮像装置１０による撮影によって得られた画像を、計測対象面の法線と撮像装置１０の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する。振動計測部４３は、画像変換部４２によって変換された画像（以下「変換画像」と表記する）と、距離測定装置２０によって測定された距離とを用いて、構造物５０の振動を計測する。
このように、本実施の形態では、撮像装置１０の撮像面の法線と計測対象面の法線との角度がセンサ３０によって算出され、この角度を用いて、計測対象面の画像が変換される。よって、本実施の形態では、撮像装置１０が、計測対象面に正対していない場合でも、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行することができる。
続いて、図１に加えて、図２及び図３を用いて、本実施の形態における振動計測システム１００及び振動計測装置４０の構成についてより具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態における振動計測装置の構成をより具体的に示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態で行われる画像変換を説明するための図である。
まず、本実施の形態では、計測対象面は、例えば、構造物５０が橋梁であるとすると、橋梁の下面の領域（床版）に設定される。この場合、撮像装置１０及び距離測定装置２０は、橋梁の下面の領域に向けて設置される。
本実施の形態では、撮像装置１０としては、例えば、デジタルカメラが用いられる。撮像装置１０は、計測対象面の画像データを、設定間隔毎に、連続的に出力する。撮像装置１０が出力した画像データは、振動計測装置４０に入力される。
また、本実施の形態では、距離測定装置２０としては、例えば、レーザ距離計が用いられる。また、距離測定装置２０は、一定間隔毎に、計測対象面までの距離を測定し、測定の度に、測定した距離を特定するデータ（以下「距離データ」と表記する）を出力する。距離測定装置２０が出力した距離データも、振動計測装置４０に入力される。
更に、本実施の形態では、センサ３０としては、例えば、加速度センサが用いられる。この場合、センサ３０は、鉛直方向に対する撮像装置１０の傾斜角度を特定するセンサデータ（以下「角度データ」と表記する。）を出力する。センサ３０が出力した角度データも振動計測装置４０に入力される。また、本実施の形態では、加速度センサによって検出できる軸数は、２軸以上であるのが良い。この場合は、センサデータから、撮像面の水平方向に向けた傾斜角度と、撮像面の垂直方向に向けた傾斜角度との特定が可能なる。
また、図２に示すように、本実施の形態では、振動計測装置４０は、上述した、角度算出部４１、画像変換部４２、及び振動計測部４３に加えて、データ格納部４４を備えている。上述した距離データ及び角度データは、振動計測装置４０に入力されると、データ格納部４４に格納される。
角度算出部４１は、データ格納部４４から角度データを取得し、取得した角度データから、撮像装置１０の撮像面の法線と計測対象面の法線とがなす角度θを算出する。例えば、構造物５０が橋梁であるとすると、計測対象面の法線の方向は鉛直方向となる。この場合、角度算出部４１は、角度データによって特定される傾斜角度を、上記の角度θとする。
ここで、図３に示すように、撮像装置１０において、撮像面における水平方向をＸ軸方向、撮像面における垂直方向をＹ軸方向、撮像面における法線方向をＺ軸方向とする座標系が設定されているとする。また、図３に示すように、変換後の画像を撮影したと仮定される撮像装置（以下「仮想撮像装置」とする。）についても、撮像面における水平方向をＸ’軸方向、撮像面における垂直方向をＹ’軸方向、撮像面における法線方向をＺ’軸方向（鉛直方向）とする座標系が設定されているとする。
この場合、画像変換部４２は、算出された角度θ（図３参照）に基づいて、画像変換用の式として、撮像装置１０の座標系を、仮想撮像装置の座標系に変換する式を作成する。そして、画像変換部４２は、作成した画像変換用の式を用いて、画像変換を行う。
具体的には、画像変換部３３は、まず、算出された角度θを用いて、写像変換行列Ｈを算出し、次いで、算出した写像変換行列Ｈを用いて、振動計測用に撮影された画像を変換する。また、写像変換行列Ｈの算出は、例えば、下記の数１及び数２を用いて行われる。更に、写像変換行列Ｈとしては、下記の参考文献の１００頁に記載のＨ又はＨ’を利用できる。
（参考文献）徐剛、「写真から作る3次元CG」（近代科学社、2001年）
また、下記の数１において、Ｘは、計測対象面の任意の点Ａにおける、撮像装置１０の座標系での座標である。Ｘ’は、変換後の画像を撮影したと仮定される撮像装置（以下「仮想撮像装置」とする。）の座標系での点Ａの座標ある。また、Ｒは、撮像装置１０と仮想撮像装置との間の回転行列であり、ｔは、並進ベクトルである。Ｌ’は、仮想撮像装置と計測対象面との距離であり、Ｌ’＝Ｌｃｏｓθとなる。ｎは、計測対象面の法線である。なお、図３において、仮想撮像装置は破線によって示されている。
（数１）
Ｘ＝ＲＸ’＋ｔ
（数２）
Ｈ＝Ｒ＋ｔｎＴ／Ｌ’
振動計測部４３は、まず、画像変換部４２によって変換された変換画像から、計測対象面の面方向における変位を算出する。次に、振動計測部４３は、変換画像及び面方向における変位から、計測対象面の法線方向における変位を算出する。その後、振動計測部４３は、面方向における変位、及び法線方向における変位から、構造物５０の振動を算出する。ここで、上述した仮想撮像装置における座標系を用いて、以下に、振動計測部４３による処理について具体的に説明する。この座標系では、変換画像における、水平方向がＸ’軸方向となり、垂直方向がＹ’軸方向となり、法線方向がＺ’軸方向となる。
具体的には、振動計測部４３は、任意の時刻の変換画像を基準画像とし、それ以外を処理画像とする。そして、振動計測部４３は、処理画像毎に、基準画像上の注目領域、すなわち画像内での計測対象領域を含む特定の領域（以下「特定領域」と表記する）を探索して、面方向における変位（ｄ１ｘ’、ｄ１ｙ’）を算出する。
また、振動計測部４３は、特定領域の法線方向の変位ｄ１ｚ’を算出するため、基準画像を予め定められた倍率で拡大及び縮小することによって画像群（以下「基準画像群」と表記する）を作成する。このとき、振動計測部４３は、先に算出した面方向における変位（ｄ１ｘ’、ｄ１ｙ’）に基づいて、基準画像の拡大画像及び縮小画像の中心位置を設定して、基準画像群を作成する。
続いて、振動計測部４３は、処理画像毎に、拡大画像及び縮小画像に照合し、最も照合度合の高い拡大画像又は縮小画像を特定する。照合度合の高い画像の特定は、例えば、ＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）、ＺＮＣＣ（Zero-mean Normalized Cross-Correlation）等の類似度相関関数を用いて行なうことができる。そして、振動計測部４３は、基準画像群を構成する画像の中から最も類似度が高い画像、即ち、相関が高い画像を特定し、特定した画像の拡大率又は縮小率（以下「倍率」と表記する）を、特定領域の法線方向の変位を示す量（ｄ１ｚ’）として算出する。
また、以降の説明では、ある処理画像において最終的に得られる変位は、変位（ｄｎｘ’、ｄｎｙ’）と、法線方向の変位を示す量である倍率（ｄｎｚ’）とで表される。時系列画像に対して同様に変位を算出した結果は、時間変化する値として扱うことができるため、変位（ｄｎｘ’（ｔ）、ｄｎｙ’（ｔ））、および倍率（ｄｎｚ’（ｔ））と表記する。
更に、振動計測部４３は、特定領域の面方向における変位と撮像装置１０の撮影情報とに基づいて、構造物５０上の計測対象領域の面方向における振動を算出する。続いて、振動計測部４３は、距離データから、撮像装置１０から計測対象面までの距離Ｌを特定し、この距離Ｌと角度θとから、仮想撮像装置から計測対象面までの距離Ｌ’（＝Ｌｃｏｓθ）を算出する。そして、振動計測部４３は、特定領域の法線方向における変位と距離Ｌ’とに基づいて、計測対象面の法線方向における振動を算出する。つまり、本実施の形態では、振動計測部４３は、測定された距離Ｌ及び算出された角度θを用いて、計測対象面の法線方向における振動を補正している。
具体的には、特定領域の面方向における変位（ｄｎｘ’（ｔ）、ｄｎｙ’（ｔ））は、ピクセル単位で算出されている。従って、振動計測部４３は、下記の数３及び数４に示すように、Ｘ’方向及びＹ’方向それぞれにおける撮像装置１０の撮像素子の１ピクセル当たりの長さ（Ｄｘ、Ｄｙ）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］を用いて、Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおける移動量（△ｘ’、△ｙ’）［ｍｍ］を算出する。また、撮像素子の１ピクセル当たりの長さ（Ｄｘ、Ｄｙ）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］は、撮像素子の画素ピッチ（ｐｘ、ｐｙ）［ｍｍ］と、レンズの焦点距離ｆ［ｍｍ］と、仮想撮像装置から特定領域（計測対象面）までの距離Ｌ’［ｍｍ］とを用いて、下記の数５及び数６から算出できる。
（数３）
△ｘ＝Ｄｘ・ｄｎｘ（ｔ）
（数４）
△ｙ＝Ｄｙ・ｄｎｙ（ｔ）
（数５）
Ｄｘ＝ｐｘ・（Ｌ’／ｆ）
（数６）
Ｄｙ＝ｐｙ・（Ｌ’／ｆ）
また、特定領域の法線方向における変位は、倍率として算出されている。従って、振動計測部４３は、下記の数７に示すように、仮想撮像装置から特定領域までの距離Ｌ’［ｍｍ］を用いて、Ｚ’方向（法線方向）における移動量△ｚ’［ｍｍ］を算出する。
（数７）
Δｚ’＝Ｌ’・ｄｎｚ’（ｔ）
また、このようにして得られた計測対象面の移動量（△ｘ’、△ｙ’、△ｚ’）は、時系列画像を撮影したフレーム毎に得られている。よって、時系列画像毎に得られた各移動量は、撮影フレームレートの逆数をサンプリング間隔とした計測対象面を表している。このため、振動計測部４３で算出した時系列画像毎に得られた各移動量は、Ｘ’方向、Ｙ’方向、及びＺ’方向それぞれについての計測対象領域の振動情報(振動波形)として扱うことができる。
［装置動作］
次に、本実施の形態における振動計測システム１００の動作について図４及び５を用いて説明する。以下の説明においては、適宜図１〜図３を参酌する。また、本実施の形態では、振動計測システム１００を動作させることによって、振動計測方法が実施される。よって、本実施の形態における振動計測方法の説明は、以下の振動計測システム１００の動作説明に代える。
まず、図４を用いて、振動計測装置４０による角度の算出処理について説明する。図４は、本発明の実施の形態における振動計測装置の角度の算出処理時の動作を示すフロー図である。
図４に示すように、最初に、角度算出部４１は、データ格納部４４から角度データを取得する（ステップＡ１）。なお、角度データは、撮像装置１０の設置の後に、センサ３０から出力され、データ格納部４４に格納されているとする。
次に、角度算出部４１は、ステップＡ１で取得した角度データから、撮像装置１０の撮像面の法線と計測対象面の法線とがなす角度θを算出する（ステップＡ２）。
次に、画像変換部４２は、ステップＡ２で算出された角度θに基づいて、画像変換用の式を作成する（ステップＡ３）。ステップＡ３の実行により、角度の算出処理は終了する。ステップＡ１〜Ａ３は、下記の図５に示すステップＢ１〜Ｂ４の実行前に行われる。
続いて、図５を用いて、振動計測装置４０による振動計測処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態における振動計測装置の振動計測処理時の動作を示すフロー図である。
図５に示すように、最初に、振動計測装置４０において、画像変換部４２は、撮像装置１０が出力する計測対象面の画像データを取得する（ステップＢ１）。
次に、画像変換部４２は、ステップＢ１で取得した画像データの画像を、図４に示したステップＡ３で設定した画像変換用の式を用いて、計測対象面の法線と撮像装置１０の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する（ステップＢ２）。
また、ステップＢ１及びＢ２は、予め設定されている時間の間、又は、予め設定されている数の画像データの変換が終了するまで、実行される。
次に、振動計測部４３は、ステップＢ２で変換された画像（変換画像）から、計測対象面の面方向における変位を算出する（ステップＢ３）。
次に、振動計測部４３は、変換画像、及びステップＢ３で算出した面方向における変位から、計測対象面の法線方向における変位を算出する（ステップＢ４）。
その後、振動計測部４３は、ステップＢ３で算出した面方向における変位、及びステップＢ４で算出した法線方向における変位から、構造物５０の振動を算出する（ステップＢ５）。
［実施の形態における効果］
以上のように、本実施の形態では、撮像装置１０の撮像面と計測対象面との角度が算出され、この角度に基づいて、自動的に、撮影された画像が変換される。本実施の形態によれば、撮像装置１０が、計測対象面に正対していない場合でも、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行することができる。
［プログラム］
本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図４に示すステップＡ１〜Ａ３、図５に示すステップＢ１〜Ｂ５を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における振動計測装置４０を実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、角度算出部４１、画像変換部４２、及び振動計測部４３として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、角度算出部４１、画像変換部４２、及び振動計測部４３のいずれかとして機能しても良い。
ここで、本実施の形態におけるプログラムを実行することによって、振動計測装置４０を実現するコンピュータについて図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態における振動計測装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
図６に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていても良い。
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。
なお、本実施の形態における振動計測装置４０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、振動計測装置４０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記１２）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
（付記１）
構造物の振動を計測するためのシステムであって、
前記構造物の計測対象面を撮影する、撮像装置と、
前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、距離測定装置と、
前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するセンサと、
振動計測装置と、を備え、
前記振動計測装置は、
前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、角度算出部と、
算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換部と、
変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測部と、
を備えている、
ことを特徴とする振動計測システム。
（付記２）
付記１に記載の振動計測システムであって、
前記振動計測部が、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
ことを特徴とする、振動計測システム。
（付記３）
付記１または２に記載の振動計測システムであって、
前記センサが、角速度センサである、
ことを特徴とする、振動計測システム。
（付記４）
構造物の振動を計測するための装置であって、
前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、角度算出部と、
算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換部と、
変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測部と、
を備えている、
ことを特徴とする振動計測装置。
（付記５）
付記４に記載の振動計測装置であって、
前記振動計測部が、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
ことを特徴とする、振動計測装置。
（付記６）
付記４または５に記載の振動計測装置であって、
前記センサが、角速度センサである、
ことを特徴とする、振動計測装置。
（付記７）
構造物の振動を計測するための方法であって、
（ａ）撮像装置によって、前記構造物の計測対象面を撮影する、ステップと、
（ｂ）距離測定装置によって、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、ステップと、
（ｃ）センサによって、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するステップと、
（ｄ）前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、ステップと、
（ｅ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｆ）変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を有する、
ことを特徴とする振動計測方法。
（付記８）
付記７に記載の振動計測方法であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
ことを特徴とする、振動計測方法。
（付記９）
付記７または８に記載の振動計測方法であって、
前記センサが、角速度センサである、
ことを特徴とする、振動計測方法。
（付記１０）
コンピュータによって構造物の振動を計測するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｃ）変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１１）
付記１０に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
ことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１２）
付記１０または１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記センサが、角速度センサである、
ことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上のように、本発明によれば、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行することができる。本発明は、インフラ構造物といった構造物の振動計測において有用である。
１０ 撮像装置
２０ 距離測定装置
３０ センサ
４０ 振動計測装置
４１ 角度算出部
４２ 画像変換部
４３ 振動計測部
１００ 振動計測システム
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
本発明は、画像処理を用いてインフラ構造物等の構造体の振動を計測するための、振動計測システム、振動計測装置、及び振動計測方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、人手による作業を必要とすることなく、精度の高い振動計測を実行し得る、振動計測システム、振動計測装置、振動計測方法、及びプログラムを提供することにある。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、コンピュータによって構造物の振動を計測するためのプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｃ）変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を実行させる命令を含む、
ことを特徴とする。
（付記１０）
コンピュータによって構造物の振動を計測するためのプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
（ｃ）変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
を実行させる命令を含む、
ことを特徴とするプログラム。
（付記１１）
付記１０に記載のプログラムであって、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
ことを特徴とする、プログラム。
（付記１２）
付記１０または１１に記載のプログラムであって、
前記センサが、角速度センサである、
ことを特徴とする、プログラム。

Claims (12)

  1. 構造物の振動を計測するためのシステムであって、
    前記構造物の計測対象面を撮影する、撮像装置と、
    前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、距離測定装置と、
    前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するセンサと、
    振動計測装置と、を備え、
    前記振動計測装置は、
    前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、角度算出手段と、
    算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換手段と、
    変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測手段と、
    を備えている、
    ことを特徴とする振動計測システム。
  2. 請求項１に記載の振動計測システムであって、
    前記振動計測手段が、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
    ことを特徴とする、振動計測システム。
  3. 請求項１または２に記載の振動計測システムであって、
    前記センサが、角速度センサである、
    ことを特徴とする、振動計測システム。
  4. 構造物の振動を計測するための装置であって、
    前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、角度算出手段と、
    算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、画像変換手段と、
    変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、振動計測手段と、
    を備えている、
    ことを特徴とする振動計測装置。
  5. 請求項４に記載の振動計測装置であって、
    前記振動計測手段が、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
    ことを特徴とする、振動計測装置。
  6. 請求項４または５に記載の振動計測装置であって、
    前記センサが、角速度センサである、
    ことを特徴とする、振動計測装置。
  7. 構造物の振動を計測するための方法であって、
    （ａ）撮像装置によって、前記構造物の計測対象面を撮影する、ステップと、
    （ｂ）距離測定装置によって、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離を測定する、ステップと、
    （ｃ）センサによって、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて信号を出力するステップと、
    （ｄ）前記センサが出力した信号に基づいて、前記撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を算出する、ステップと、
    （ｅ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
    （ｆ）変換された前記画像と、測定された前記距離とを用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
    を有する、
    ことを特徴とする振動計測方法。
  8. 請求項７に記載の振動計測方法であって、
    前記（ｆ）のステップにおいて、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
    ことを特徴とする、振動計測方法。
  9. 請求項７または８に記載の振動計測方法であって、
    前記センサが、角速度センサである、
    ことを特徴とする、振動計測方法。
  10. コンピュータによって構造物の振動を計測するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記コンピュータに、
    （ａ）前記構造物の計測対象面を撮影する撮像装置の撮像面の法線と前記計測対象面の法線とがなす角度を、センサから、前記撮像装置の鉛直方向に対する傾きに応じて出力された信号に基づいて、算出する、ステップと、
    （ｂ）算出された前記角度を用いて、前記撮像装置による撮影によって得られた画像を、前記計測対象面の法線と前記撮像装置の撮像面の法線とが一致した場合に得られる画像に変換する、ステップと、
    （ｃ）変換された前記画像と、距離測定装置によって測定された、前記撮像装置から前記計測対象面までの距離と、を用いて、前記構造物の振動を計測する、ステップと、
    を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  11. 請求項１０に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、前記振動を計測する際に、測定された前記距離及び算出された前記角度を用いて、前記構造物の前記計測対象面の法線方向における振動を補正する、
    ことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  12. 請求項１０または１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記センサが、角速度センサである、
    ことを特徴とする、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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