CN114502913A - 修正参数计算方法及装置、位移量计算方法及装置 - Google Patents

修正参数计算方法及装置、位移量计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

修正参数计算方法包括：取得步骤(S11)，从摄像装置(10)取得将安装有能够检测特定的坐标的标记(60)的对象物(50)摄像而得到的图像数据；检测步骤(S12)，基于图像数据中包含的标记(60)，检测特定的坐标；推断步骤(S13)，基于检测结果，推断摄像装置(10)的位置；距离计算步骤(S14)，基于摄像装置(10)的位置，计算从摄像装置(10)到对象物(50)的距离数据；以及参数计算步骤(S15)，使用距离数据计算用于将对象物(50)的像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正参数。

Description

修正参数计算方法及装置、位移量计算方法及装置
技术领域
本发明涉及计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数的修正参数计算方法、位移量计算方法、修正参数计算装置及位移量计算装置，该实际尺寸位移量作为表示对象物的运动的位移的实际尺寸值。
背景技术
以往，公开了能够使用由照相机将对象物摄像的图像数据、由激光距离计等的距离计测装置计测的到对象物的距离测量值而非接触测量对象物的周围的状态的摄像装置(参照专利文献1)。所述的状态，例如在对象物是桥梁的情况下是桥梁的挠曲量等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5281610号公报
发明内容
发明要解决的课题
顺便说一下，在使用图像的位移计测中，希望能够简便地计测位移量的实际尺寸值。在上述专利文献1的摄像装置中，在照相机以外需要距离计测装置，难以说能够简便地计测位移量的实际尺寸值。
所以，本发明涉及在使用图像的位移计测中，能够简便地计算用来将位移量换算为实际尺寸值的修正参数的修正参数计算方法等。
用来解决课题的手段
有关本发明的一技术方案的修正参数计算方法，是计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数的修正参数计算方法，上述实际尺寸位移量是表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，上述修正参数计算方法包括：第1取得步骤，从摄像装置取得将安装有能够检测特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；检测步骤，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；推断步骤，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；距离计算步骤，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及参数计算步骤，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
有关本发明的一技术方案的位移量计算方法包括：第3取得步骤，取得使用上述修正参数计算方法计算出的上述修正参数；第4取得步骤，取得上述2个以上的第2图像数据；以及换算步骤，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
有关本发明的一技术方案的修正参数计算装置，是计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数的修正参数计算装置，上述实际尺寸位移量是表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，上述修正参数计算装置具备：第1取得部，从摄像装置取得将安装有能够检测特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；位置检测部，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；位置推断部，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；距离计算部，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及参数计算部，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
有关本发明的一技术方案的位移量计算装置具备：第2取得部，取得使用上述修正参数计算装置计算出的上述修正参数；第3取得部，取得上述2个以上的第2图像数据；以及换算部，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
发明效果
根据有关本发明的一技术方案的修正参数计算方法等，在使用图像的位移计测中能够简便地计算用来将位移量换算为实际尺寸值的修正参数。
附图说明
图1是表示有关实施方式的位移计测系统的概略构成的图。
图2是表示有关实施方式的位移计测系统的功能构成的框图。
图3是表示有关实施方式的粘贴在对象物的标记的一例的图。
图4是表示有关实施方式的位移计测系统的动作的流程图。
图5是用来说明有关实施方式的位置检测部的检测结果的图。
图6是用来说明有关实施方式的位移的实际尺寸换算方法的图。
图7是表示有关实施方式的变形例的位移计测系统的动作的流程图。
图8A是用来说明有关实施方式的变形例的考虑到位移方向的位移修正的第1图。
图8B是用来说明有关实施方式的变形例的考虑到位移方向的位移修正的第2图。
图9是用来说明有关实施方式的变形例的位移的实际尺寸换算方法的图。
具体实施方式
(达成本发明的经过)
在使用图像的位移计测中，能够从该图像计测图像上的位移量(像素数)，但不能计测位移的实际尺寸值。所以，取得从照相机到对象物的距离，使用所取得的距离，进行将图像上的位移量变换为实际尺寸值。例如，在专利文献1所记载的摄像装置中，公开了具有计测到对象物的距离的距离计测装置的构成。因此，在计测现场，需要设置照相机及距离计测装置这2台。进而，为了精度良好地计测对象物的位移，需要以照相机的光轴与距离计测装置的光轴平行的方式设置照相机和距离计测装置。
此外，作为计测位移的实际尺寸值的其他方法，有对于进行位移计测的对象物，将包括长度为已知的特定部分的图像摄像、基于显示该特定部分的图像上的位移量和已知的长度计算用来将1个像素换算为实际尺寸值的修正值的方法。但是，在该方法中，需要预先取得特定部分的长度。此外，在不知道特定部分的长度的情况下，不能进行位移的实际尺寸值的计测。
如上述那样，在以往的方法中，需要准备用来计测距离的距离计测装置，或者，由于需要预先取得特定部分的距离，所以不能简便地计测对象物的位移的实际尺寸值。
所以，本发明的发明人对于在使用图像的位移计测中能够简便地将位移量换算为实际尺寸值的修正参数计算方法等进行专门研究，做出了以下说明的修正参数计算方法等。
有关本发明的一技术方案的修正参数计算方法，是计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数的修正参数计算方法，上述实际尺寸位移量是表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，上述修正参数计算方法包括：第1取得步骤，从摄像装置取得将安装有能够检测特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；检测步骤，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；推断步骤，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；距离计算步骤，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及参数计算步骤，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
由此，通过使用修正参数计算方法，仅通过由摄像装置将包含标记的对象物摄像，就能够计算用来将位移量换算为实际尺寸值的修正参数。例如，能够不使用计测到对象物的距离的距离计测装置或不预先取得对象物的特定部分的长度来计算修正参数。由此，根据修正参数计算方法，在使用图像的位移计测中，能够简便地进行用来将位移量换算为实际尺寸值的修正参数。
此外，例如也可以是，还具备取得表示出上述对象物的上述位移的方向的位移方向信息的第2取得步骤；在上述参数计算步骤中，还使用上述位移方向信息计算上述修正参数。
由此，根据修正参数计算方法，通过使用位移方向信息，能够计算能够将二维空间(摄像装置的投影面)中的像素位移量换算为三维空间中的实际尺寸位移量的修正值。由此，根据修正参数计算方法，能够精度更好地计测位移的实际尺寸值。
此外，例如也可以是，上述标记被安装在上述对象物的平面部分；相对于上述平面定义上述位移方向信息表示出的方向。
由此，能够与摄像装置和对象物的位置关系无关而正确地取得位移方向。
此外，例如也可以是，上述标记是QR码(注册商标)；上述位移方向信息存储在上述QR码中。
由此，根据修正参数计算方法，仅通过取得存储在QR码中的位移方向信息，就能够精度更好地计测位移的实际尺寸值。由此，根据修正参数计算方法，能够更简便地计算出能够精度良好地计算位移的实际尺寸值的修正参数。
有关本发明的一技术方案的位移量计算方法包括：第3取得步骤，取得使用上述修正参数计算方法计算出的上述修正参数；第4取得步骤，取得上述2个以上的第2图像数据；以及换算步骤，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
由此，由于能够使用通过上述的修正参数计算方法计算出的修正参数计测实际尺寸位移量，所以能够简便地计算对象物的实际尺寸位移量。
有关本发明的一技术方案的修正参数计算装置，是计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数的修正参数计算装置，上述实际尺寸位移量表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，上述修正参数计算装置具备：第1取得部，从摄像装置取得将安装有能够检测特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；位置检测部，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；位置推断部，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；距离计算部，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及参数计算部，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
由此，起到与上述的修正参数计算方法同样的效果。
有关本发明的一技术方案的位移量计算装置具备：第2取得部，取得使用技术方案6所述的修正参数计算装置计算出的上述修正参数；第3取得部，取得上述2个以上的第2图像数据；以及换算部，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
由此，起到与上述的位移量计算方法同样的效果。
另外，这些全局性或具体的技术方案也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD－ROM等的记录介质实现，也可以由系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合来实现。也可以将程序预先存储在记录介质中，经由包括因特网等的广域通信网向记录介质供给。
以下，一边参照附图一边对实施方式具体地进行说明。
另外，以下说明的实施方式及变形例都是表示包含性或具体的例子的。因而，在以下的实施方式及变形例中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本发明的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示本发明的最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。
另外，各图是示意图，并不一定是严密地图示的。此外，在各图中，对于实质上相同的构成赋予相同的标号而将重复的说明省略或简略化的情况。
此外，在本说明书中，正交、相等等的表示要素间的关系性的用语及数值不是仅表示严格的意义的表现，是意味着实质上同等的范围、例如也包含几个百分点左右的差异的表现。
此外，在以下的说明书中，图像是静止图像，但也可以是运动图像。
(实施方式)
以下，一边参照图1～图6一边对有关本实施方式的修正参数计算方法等进行说明。
[1.位移计测系统的构成]
首先，一边参照图1及图2一边对具备执行有关本实施方式的修正参数计算方法的修正参数计算部110的位移计测系统1进行说明。图1是表示有关本实施方式的位移计测系统1的概略构成的图。图2是表示有关本实施方式的位移计测系统1的功能构成的框图。
如图1所示，有关本实施方式的位移计测系统1是使用1个摄像装置计测对象物50的位移的实际尺寸值的信息处理系统。对象物50是计测位移的对象，例如是马达等的在动作时位移(振动等)的设备，但并不限定于此，例如也可以是基础设施构造物等由于来自外部的应力而位移(形变等)的构造物。基础设施构造物例如也可以是汽车或铁路等的车辆行驶的桥梁。另外，在本说明书的位移中，不仅包含对象物50的振动，也包含对象物50的形变及位置的变化。位移也可以说表示对象物的运动。
此外，在本申请的对象物50的表面上安装(固定)着1个以上的标记60。标记60其尺寸是已知的，并且例如只要能够检测4个以上的坐标就可以，并没有被特别限定，例如也可以是QR(Quick Response)码(注册商标)、AR标记、棋盘格标记等。以下，对标记60是QR码的例子进行说明。另外，4个以上的坐标各自是特定的坐标的一例。
如图1及图2所示，位移计测系统1具备摄像装置10、位移计测装置20、输出装置30和输入装置40。
摄像装置10将用来计测对象物50的位移的图像摄像。摄像装置10摄像的图像被用于检测相对于对象物50的位移的图像上的位移量(像素数)。另外，以下将相对于对象物50的位移的图像上的位移量也记作像素位移量。此外，图像也可以被用于计算后述的修正值。
摄像装置10以拍摄至少1个标记60的方式进行摄像。摄像装置10例如被配置在拍摄至少1个标记60的位置。
摄像装置10例如是单色照相机。换言之，图像例如是单色图像。另外，摄像装置10并不限定于是单色照相机，也可以是彩色照相机。摄像装置10例如是具有图像传感器的数字摄像机数字静像照相机。另外，摄像装置10是取得装置的一例。
位移计测装置20是基于从摄像装置10取得的图像数据计算用来将图像上的像素位移量换算为表示对象物50的位移的实际尺寸值的实际尺寸位移量的修正值、使用计算出的修正值输出对象物50的实际尺寸位移量的信息处理装置。位移计测装置20例如也可以是服务器装置。位移计测装置20具有修正参数计算部110、位移检测部120和位移量计算部130。
修正参数计算部110基于从摄像装置10取得的图像数据，计算用来将像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值。修正参数计算部110具有取得部111、位置检测部112、位置推断部113、距离计算部114和修正值计算部115。
取得部111从摄像装置10取得表示图像的图像数据。取得部111包括经由无线通信或有线通信与摄像装置10可通信地连接的通信接口(通信回路)而构成。取得部111是第1取得部的一例。
位置检测部112根据图像数据检测标记60，基于检测到的标记60检测特定的坐标。位置检测部112基于标记60，检测多个特定的坐标(例如4个以上的坐标)。特定的坐标被用于推断摄像装置10的位置。从使摄像装置10的位置的推断精度提高的观点，特定的坐标可以设置4个以上。此外，坐标是三维坐标。
并且，位置推断部113基于图像数据、表示特定的坐标的坐标信息及摄像装置10的内部参数，推断摄像装置10的位置。另外，假设摄像装置10的内部参数为已知的。此外，内部参数例如包括3行×3列的参数矩阵(cameraMatrix：相机矩阵)、透镜的畸变系数(distCoeffs)、焦点距离等的至少1个。
距离计算部114基于特定的坐标和表示摄像装置10的位置的位置信息，计算表示从摄像装置10到对象物50的距离的距离信息(距离数据)。距离计算部114例如计算从摄像装置10到对象物50的1以上的计测点各自的距离。距离计算部114例如也可以计算到包括计测对象物50的位移的1个以上的计测点的多个表面点的距离。并且，距离计算部114也可以生成将从摄像装置10到对象物50的距离排列的距离地图。另外，对象物50的计测点的数量没有被特别限定，也可以是2个以上。
修正值计算部115基于摄像装置10的位置、从摄像装置10到对象物50的距离及摄像装置10的内部参数，计算用来将像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值。关于由修正值计算部115进行的修正值的计算在后面叙述。此外，修正值计算部115例如也可以在多个表面点的各自中计算修正值，生成将计算出的修正值排列的修正值地图。另外，修正值及修正值地图是修正参数的一例。此外，修正值计算部115是参数计算部的一例。
另外，对修正参数计算部110内置在位移计测装置20中的例子进行了说明，但并不限定于此。修正参数计算部110也可以作为单独的装置实现。在此情况下，修正参数计算部110作为修正参数计算装置发挥功能。
另外，位移计测装置20是位移量计算装置的一例。
位移检测部120基于摄像装置10摄像的2个以上的图像数据，检测与对象物50的位移对应的图像上的像素位移量(像素数)。位移检测部120例如按照每个计测点检测像素位移量。
位移量计算部130通过基于像素位移量和表示修正参数的修正信息将像素位移量换算为实际尺寸位移量，计算对象物50的实际尺寸位移量。位移量计算部130例如基于对象物50的多个计测点各自的修正值和该多个计测点各自的像素位移量，计算该多个计测点各自的实际尺寸位移量。
输出装置30是从位移计测装置20取得包含实际尺寸位移量的提示信息、输出所取得的提示信息的装置。输出装置30例如是将提示信息作为图像显示的显示装置。输出装置30是液晶显示器等。输出装置30输出的图像由作业员目视确认。
输出装置30既可以是固定安设型的装置，也可以是作业员持有的便携终端具有的装置。便携终端只要具有输出装置30并且能够与位移计测装置20通信，没有被特别限定，例如也可以是智能电话，也可以是平板电脑等。在便携终端具有输出装置30的情况下，作业员通过在对象物50的周边确认便携终端的输出装置30，能够知道实际尺寸位移量。另外，作业员是用户的一例。
位移计测系统1作为输出装置30也可以具备显示装置或代替显示装置而具备输出声音的装置。此外，位移计测系统1也可以具备投影机等在对象物(例如屏幕)上显示提示信息的装置作为输出装置30。此外，在位移计测装置20配置在远程的情况下，位移计测装置20和输出装置30也可以经由网络连接。
输入装置40是从作业员受理位移的计测中的规定的信息的用户接口。输入装置40例如既可以从作业员受理用来计算修正值的信息，也可以受理关于对象物50的位移方向的信息，也可以受理关于摄像装置10的大致位置的信息。此外，输入装置40也可以通过声音受理规定的信息的输入。另外，大致位置也可以是摄像装置10的设置位置的推断值。
输入装置40由硬件键(硬件按钮)、滑动开关、触摸面板等实现。输入装置40既可以是固定安设型的装置，也可以是作业员持有的便携终端具有的装置。
这里，一边参照图3一边对安装在对象物50的标记60进行说明。图3是表示有关本实施方式的在对象物50a粘贴的标记60的一例的图。标记60例如是QR码，粘贴在对象物50a的表面。另外，在图3中，为了方便，对对象物50a是长方体的例子进行说明。
如图3所示，在对象物50a粘贴着1个以上的标记60a、60b。例如，标记60a、60b粘贴在构成对象物50a的多个面中的相互不同的面。标记60a、60b粘贴在能够从摄像装置10摄像的位置处。此外，标记60a、60b例如可以粘贴在对象物50a的平面部分。
在标记60a及60b是QR码的情况下，在该QR码中也可以不特别存储信息，也可以存储关于位移的容许值的信息等。
标记60a、60b构成为，能够取得例如4个以上的位置(检测点)的坐标(三维坐标)。
另外，标记60a、60b只要能够检测三维空间上的坐标，也可以粘贴在对象物50a的曲面部分等。此外，标记60a、60b也可以在1个平面上粘贴多个。此外，标记60a、60b各自也可以与对象物50a的计测点对应设置。例如，在对象物50a的位移的计测点有多个的情况下，标记60a、60b也可以粘贴在多个计测点各自的周围。
标记60a、60b的形状是四边形(例如正方形)，但并不限定于此，例如也可以是五边形以上的多边形(例如正多边形)。
[2.位移计测系统的动作]
接着，一边参照图4～图6一边对位移计测系统1的动作进行说明。图4是表示有关本实施方式的位移计测系统1的动作的流程图。具体而言，图4是表示位移计测装置20的动作的流程图。此外，图4所示的步骤S11～步骤S15表示修正参数计算部110的动作。
如图4所示，取得部111从摄像装置10取得表示图像的图像数据(S11)。图像包含标记60。另外，取得部111为了计算修正值，只要在步骤S11中取得至少1张的图像数据即可。此外，取得部111为了计测位移，只要在步骤S11中取得在相互不同的时点摄像的2个以上的图像数据即可。
取得部111在取得了多个图像数据的情况下，将至少1张的图像数据向位置检测部112输出，并且将2个以上的图像数据向位移检测部120输出。取得部111既可以向位置检测部112及位移检测部120输出相互不同的图像数据，也可以输出至少一部分相同的图像数据。被向位置检测部112输出的至少1张的图像数据是第1图像数据的一例，被向位移检测部120输出的2个以上的图像数据是第2图像数据的一例。此外，步骤S11是第1取得步骤的一例。此外，步骤S11也可以是后述的位移量计算方法中的第4取得步骤的一例。此外，取得部111也可以作为取得2个以上的第2图像数据的第3取得部发挥功能。另外，第1图像数据及第2图像数据各自是表示在照相机参数等相同的条件下摄像的图像的图像数据。
接着，位置检测部112根据包括标记60的图像数据检测标记60，基于检测到的标记60，检测特定的坐标(S12)。位置检测部112例如检测作为QR码的标记60的4角，检测该4角的坐标。这样，位置检测部112在步骤S12中检测多个坐标。位置检测部112也可以说基于标记60设定多个坐标。
另外，在进行QR码的读入的情况下，为了该QR码的位置、外形等的检测，进行处于4角的四边形(切取符号)的检测。通过将这样的自动检测的位置设为检测特定的坐标的位置，能够省去决定检测特定的坐标的位置的处理。
一边参照图5一边说明由位置检测部112进行的坐标的设定。图5是用来说明有关本实施方式的位置检测部112的检测结果的图。如果设图5的纸面上的左右方向为x轴方向，设上下方向为y轴方向，设相对于纸面的垂直方向为z轴方向，则以下所示的三维坐标(x，y，z)的“x”表示x轴上的位置，“y”表示y轴上的位置，[z]表示z轴上的位置。另外，x轴方向、y轴方向及z轴方向是相互正交的方向。
如图5所示，位置检测部112检测标记60的4角的检测点Q1～Q4，对检测到的检测点Q1～Q4各自设定坐标。位置检测部112基于检测点Q1～Q4的位置关系设定坐标。位置检测部112例如基于检测点Q1～Q4间的距离(例如，检测点Q1及Q2之间的距离)设定坐标。另外，检测点Q1～Q4例如也可以是作为正方形的QR码的4角的部分。在本实施方式中，检测点Q1及Q2的第1距离、检测点Q2及Q4的第2距离、检测点Q4及Q3的第3距离以及检测点Q3及Q1的第4距离相互相等，但并不限定于此。
位置检测部112如果将检测点Q1的坐标设定为(0，0，0)，则以该坐标为基准，根据距检测点Q1的位置(距离)设定其他检测点的坐标。位置检测部112由于第1距离～第4距离分别相等，所以将检测点Q2的坐标设定为(1，0，0)，将检测点Q3的坐标设定为(0，1，0)，将检测点Q4的坐标设定为(1，1，0)。另外，在检测点Q1及Q2是图5所示的位置，并且在检测点Q3为检测点Q1的下方且第4距离的2倍的距离的位置的情况下，位置检测部112将该检测点Q3的坐标设定为(0，2，0)。这样，位置检测部112根据距离的比(例如实际尺寸值的比)，设定各检测点的坐标。位置检测部112例如也可以根据图像上的检测点间的距离(像素数)来设定各检测点的坐标。
位置检测部112将表示特定的坐标的坐标信息向位置推断部113输出。另外，步骤S12是检测步骤的一例。此外，坐标信息是检测结果的一例。
接着，位置推断部113基于图像数据(图像数据上的位置)、坐标信息及摄像装置10的内部参数，推断摄像装置10的位置(S13)。位置推断部113在对象物50的三维位置(这里是标记60的三维位置)及摄像装置10的内部参数为已知的情况下，通过解PnP问题(Perspective-n-Point Problem：透视-n-点问题)，能够推断摄像装置10的位置。在本实施方式中，由于检测点是4个(n＝4)，所以位置推断部113通过解P4P问题，推断摄像装置10的位置。将这里的摄像装置10的位置例如表示为以检测点Q1为原点时的三维坐标。
位置推断部113也可以通过解PnP问题，再推断摄像装置10的姿势。
位置推断部113将表示推断出的摄像装置10的位置的位置信息向距离计算部114输出。另外，步骤S13是推断步骤的一例。
距离计算部114基于坐标信息和位置信息，计算从摄像装置10到对象物50的距离(S14)。距离计算部114基于位置信息中包含的摄像装置10的位置(坐标)和与该坐标的距离“1”对应的实际尺寸的长度，计算从摄像装置10到对象物50的距离。由此，取得从摄像装置10观察时的对象物50的位置。例如，取得从摄像装置10观察时的到对象物50的各计测点的距离。与坐标上的距离“1”对应的实际尺寸的长度既可以预先存储修正参数计算部110，也可以经由输入装置40取得，在标记60是QR码的情况下，也可以存储在该QR码中。距离计算部114将表示摄像装置10和对象物50的距离的距离信息向修正值计算部115输出。另外，步骤S14是距离计算步骤的一例。
修正值计算部115基于摄像装置10的位置、距离信息及摄像装置10的内部参数，计算用来将像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值(S15)。修正值计算部115在图像数据中包含的标记60为1个的情况下，例如对于对象物50计算1个修正值。修正值例如包含表示与计测点的1个像素对应的实际尺寸值的信息。步骤S15是参数计算步骤的一例。此外，步骤S15也可以是第3取得步骤的一例。
另外，修正参数计算部110在取得了拍摄有多个标记60的图像数据的情况下，也可以对该多个标记60分别计算修正值。在多个标记60各自被安装在对象物50的到摄像装置10的距离相互不同的平面的情况下，能够对该各个平面计算修正值，所以能够精度良好地计测位移的实际尺寸值。
这里，一边参照图6一边对修正值计算部115的处理进行说明。图6是用来说明有关本实施方式的位移的实际尺寸换算方法的图。另外，在图6中，表示了对象物50在与摄像装置10的投影面(摄像面)平行的方向上位移的例子。图6所示的摄像装置10的位置T(Tx，Ty，Tz)表示摄像装置10的透镜11的位置，光学中心O表示摄像装置10的透镜11的中心，位置P1(x，y)表示与对象物50的第1时点的计测点的位置M1(X，Y，Z)对应的摄像面上的位置，图像上的位移(Δx1，Δy1)表示与不同于第1时点的第2时点的该计测点的位置M2对应的摄像面上的位置P2和位置P1的差。位移(Δx1，Δy1)是图像上的像素数。
如图6所示，三角形△OP1P2和三角形△OM1M2处于相似的关系，修正值计算部115例如使用该相似的关系，计算用来将像素位移量变换为实际尺寸位移量的修正值。如果设摄像装置10的投影面的图像中心(cx，cy)与光学中心O的距离为焦点距离f，则光学中心O与位置P1的距离L1通过
Figure BDA0003560347130000141
计算。第1时点例如是对象物50没有位移的初始的时点。
此外，如果设实际尺寸位移量为位移(Dx1，Dy1)，则根据三角形△OP1P2和三角形△OM1M2的相似的关系，关于光学中心O和位置M1的距离L2，
L2：L1＝Dy1：Δy1＝Dx1：Δx1 (式2)
成立。根据(式2)可知，只要知道距离L2、即从光学中心O到位置M1的距离，就能够计算作为实际尺寸位移量的位移(Dx1，Dy1)。由于按照每个计测点而距离L2可能不同，所以距离计算部114按照每个计测点计算距离L2。
修正值计算部115基于上述的(式2)，计算修正值。根据(式2)，用来计算位移Dx1的修正值是L2/L1。此外，根据(式2)，用来计算位移Dy1的修正值也是L2/L1。
另外，图像中心(cx，cy)及焦点距离f被作为摄像装置10的内部参数取得。修正值计算部115也可以使用图表图像来计算摄像装置10的内部参数。
修正值计算部115将表示计算出的修正值的修正信息向位移量计算部130输出。位移量计算部130从修正值计算部115取得修正信息。位移量计算部130作为取得修正参数的第2取得部发挥功能。
接着，位移检测部120根据图像数据计算对象物50的位移的该图像数据上的像素位移量(S16)。位移检测部120例如根据被投影在摄像装置10的投影面的对象物50的位移计算像素位移量。位移检测部120例如按照对象物50的多个计测点中的每个计测点，计算该计测点处的位移是图像上的哪个像素。位移检测部120将计算出的像素位移量向位移量计算部130输出。
位移量计算部130基于像素位移量和修正值，计算实际尺寸位移量(S17)。位移量计算部130通过按照对象物50的多个计测点中的每个计测点运算该计测点处的像素位移量和修正值，计算该计测点处的实际尺寸位移量。这样，位移量计算部130作为基于修正信息将2个以上的第2图像数据中的像素位移量换算为实际尺寸位移量的换算部发挥功能。
位移量计算部130将包含计算出的实际尺寸位移量的提示信息向输出装置30输出(S18)。并且，输出装置30将从位移量计算部130取得的提示信息作为图像显示。另外，步骤S18是换算步骤的一例。
另外，图4所示的步骤S11～步骤S15的动作既可以每当执行计算对象物50的实际尺寸位移量的处理时进行，也可以每当摄像装置10的设置位置、姿势及照相机参数(包括内部参数)的至少1个被变更时进行。此外，修正值计算部115也可以将计算出的修正值存储到存储部(未图示)中。并且，修正值计算部115在计算对象物50的实际尺寸位移量的情况下，也可以从存储部将修正值读出，将所读出的修正值向位移量计算部130输出。即，修正值计算部115也可以使用过去计算出的修正值作为用来计算当前的实际尺寸位移量的修正值。由此，能够减少修正参数计算部110的处理量。
上述的步骤S11～步骤S15是在计算修正参数的修正参数计算方法中执行的处理。此外，上述的步骤S16～步骤S18是在计算实际尺寸位移量的位移量计算方法中执行的处理。另外，位移量计算方法也可以包括步骤S11～步骤S15的处理。
如上述那样，有关本实施方式的位移计测系统1具备摄像装置10和具有修正参数计算部110的位移计测装置20。修正参数计算部110基于在从摄像装置10取得的图像数据中包含的标记60推断摄像装置10的位置，基于该位置计算用来将像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值。
这样，根据位移计测系统1，由于不使用其他装置(例如距离计测装置)等，仅通过从摄像装置10取得包含标记60的图像数据就能够计算修正值，所以能够简便地计算修正参数。
此外，位移计测装置20使用摄像装置10摄像的2个以上的图像数据，计测对象物50的位移的实际尺寸位移量。由此，位移计测装置20即使对象物50的位移是不能使用激光距离计等计测之程度的周期的振动，也能够计测实际尺寸位移量。
(实施方式的变形例)
以下，一边参照图7～图9一边对有关本变形例的修正参数计算方法等进行说明。另外，在以下的说明中，以与实施方式的差异点为中心进行说明，对于与实施方式同样的构成赋予相同的标号，有将说明省略或简略化的情况。有关本变形例的位移计测系统的构成与有关实施方式的位移计测系统1是同样的，省略说明。
有关本变形例的位移计测系统1在即使是对象物50的位移方向不同于与摄像装置的投影面(摄像面)水平的方向的情况也能够精度良好地计算实际尺寸位移量这一点上具有特征。图7是表示有关本变形例的位移计测系统1的动作的流程图。
如图7所示，修正值计算部115取得对象物50的位移方向信息(S21)。修正值计算部115例如也可以经由输入装置40取得位移方向信息。位移方向信息例如在对象物50为马达的情况下，也可以是表示基于马达的驱动部的驱动方向的位移方向的信息。此外，位移方向信息例如在对象物50的位移方向能够在设计上预测的情况下，也可以是表示被预测的位移方向的信息。此外，位移方向信息例如在对象物50是桥梁等，从车辆等接受应力的情况下，也可以是表示接受该应力的方向(例如铅直方向)的信息。此外，位移方向信息表示的位移方向并不限定于1个，也可以是2个以上(2方向以上)。步骤S21是第2取得步骤的一例。
另外，位移方向信息并不限定于经由输入装置40取得。位移方向信息也可以基于图像数据取得。在标记60是QR码的情况下，也可以在该QR码中存储关于对象物50的位移方向的信息。修正值计算部115也可以基于图像数据中包含的QR码取得对象物50的位移方向。在此情况下，位移方向例如是以粘贴着QR码的对象物50的面(平面)为基准的方向。
并且，修正值计算部115基于摄像装置10的位置、距离信息、摄像装置10的内部参数及位移方向信息，计算用来将像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值(S22)。即，除了实施方式以外，修正值计算部115还使用位移方向信息计算修正值。另外，步骤S22是参数计算步骤的一例。
这里，一边参照图8A及图8B一边说明使用位移方向信息进行位移修正。图8A是用来说明有关本变形例的考虑到位移方向的位移修正的第1图。此外，图8B是用来说明有关本变形例的考虑到位移方向的位移修正的第2图。图8A及图8B是将对象物50b从上方观察的俯视图。此外，对象物50b的形状为了方便而设为正方形。
如图8A及图8B所示，在将对象物50b从上方观察的情况下，在相对于摄像装置10的投影面，对象物50b的位移方向不与该投影面平行时，在投影面，仅投影对象物50b的位移中的与该投影面平行的方向上的位移。在图8A中，位移方向是将纸面上的左上与右下连结的方向。在此情况下，例如如果设对象物50b的计测点的位移是D1，则被投影在投影面的对象物50b的计测点的位移为D2。位移D2为位移D1的与投影面平行的方向的成分。
此外，在图8B中，位移方向是将纸面上的左下与右上连结的方向。在此情况下，例如如果设对象物50b的计测点的位移是D3，则被投影在投影面的对象物50b的计测点的位移为D4。位移D4为位移D3的与投影面平行的方向的成分。例如，在位移D1的方向和位移D3的方向是相互正交的方向、并且位移量相等的情况下，投影面上的位移D2及D4的方向及大小相等。另外，位移D1及D3是实际尺寸位移量，例如是实际尺寸值。此外，位移D2及D4是像素位移量，例如是像素数。
这样，实际的位移方向不同的位移D1及D3有在投影面上作为相同的方向的位移被检测到的情况。到此为止，关于与投影面水平的方向上的位移能够进行计测，但关于与投影面垂直的方向上的位移不能计测。
所以，在本变形例中，修正值计算部115如在上述中也说明那样，在步骤S21中取得对象物50的位移方向信息，在步骤S22中使用该位移方向信息，计算用来将图像数据上的对象物50的像素位移量换算为实际尺寸位移量的修正值。这里的修正值包含表示与1个像素对应的实际尺寸值及位移方向的信息。修正值例如也可以包含表示与1个像素对应的实际尺寸值(Xa，Yb，Zc)的信息。实际尺寸值Xa表示投影面上移动了1个像素时实际空间的三维正交坐标系中的向x轴方向的位移的实际尺寸值。实际尺寸值Xb表示投影面上移动了1个像素时实际空间的三维正交坐标系中的向y轴方向的位移的实际尺寸值。Xc表示在投影面上移动了1个像素时实际空间的三维正交坐标系的向z轴方向的位移的实际尺寸值。实际尺寸值(Xa，Yb，Zc)是修正参数的一例。
这里，一边参照图9一边对修正值计算部115的处理进行说明。图9是用来说明有关本变形例的位移的实际尺寸换算方法的图。
如图9所示，如果设对象物50的第1时点的与计测点的位置M1(X，Y，Z)对应的投影面上的位置P1为(x，y)，则从光学中心O到位置P1的距离L1能够通过(式1)计算。第1时点例如是对象物50不位移的初始的时点。此外，如果设在与第1时点不同的第2时点的与计测点的位置M3对应的投影面上的位置P3与位置P1的差(位移)为(Δx2，Δy2)，则第1修正值能够通过(式2)计算。这里的第1修正值，是能够计算与摄像装置10的投影面平行的方向上的位移的实际尺寸位移量的值。第1修正值例如是能够根据图像上的位移(Δx2，Δy2)计算实际尺寸值的位移(Dx2，Dy2，Dz2)中的位移(Dx2，Dy2)的值。
修正值计算部115基于计算的第1修正值和位移方向信息，将该第1修正值换算为作为三维信息的第2修正值。修正值计算部115计算用来将作为表示投影面上的位移的二维信息的像素位移量换算为作为三维信息的实际尺寸位移量的第2修正值。修正值计算部115也可以基于第1修正值和摄像装置10的投影面及位移方向所成的角度来计算第2修正值。第2修正值例如是能够根据图像上的位移(Δx2，Δy2)计算实际尺寸值的位移(Dx2，Dy2，Dz2)的值。另外，修正值计算部115计算第2修正值的方法并不限定于上述。
如上述那样，有关本变形例的位移计测系统1的修正参数计算部110还使用表示对象物50的位移方向的位移方向信息计算用来将像素位移量变换为实际尺寸位移量的修正值。
由此，在将对象物50从上方观察时对象物50在与摄像装置10的投影面交叉的方向上位移的情况下，位移计测系统1能够使用位移方向信息计算修正值，所以能够精度良好地计测该位移的实际尺寸值。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式及变形例(以后也记作实施方式等)对有关本发明的1个或多个技术方案的修正参数计算方法等进行了说明，但本发明并不限定于该实施方式等。只要不脱离本发明的主旨，对实施方式等施以了本领域技术人员想到的各种变形后的形态、或将不同实施方式的构成要素组合而构建的形态也可以包含在本发明的1个或多个技术方案的范围内。
例如，在上述实施方式等中，对将摄像装置固定在地面上的例子进行了说明，但并不限定于此。摄像装置例如也可以是设在无人机等的飞行体上的摄像装置。
此外，在上述实施方式等中，对标记是QR码等、粘贴在对象物的例子进行了说明，但并不限定于此。标记例如也可以是设在对象物的表面的图案、字符等。此外，标记例如也可以是设在对象物的表面上的凹凸等。在图案、字符及凹凸等中，规定的位置间的距离预先是已知的。此外，标记也可以是尺寸为已知的封条、贴纸等。例如，标记也可以是几cm大小四方的素色封条等。
此外，在上述实施方式等中，对取得部是通信部的例子进行了说明，但并不限定于此。取得部例如也可以是连接记录介质的连接部。连接部例如也可以是连接USB(通用串行总线，Universal Serial Bus)的USB端子、被插入SD卡的SD卡插槽、被插入光盘的光学驱动器等。
此外，流程图中的各步骤被执行的顺序，是为了具体地说明本发明而用来例示的，也可以是上述以外的顺序。此外，也可以将上述步骤的一部分与其他步骤同时(并行)地执行。
此外，框图中的功能块的分割是一例，也可以将多个功能块作为一个功能块实现，或将一个功能块分割为多个，或将一部分的功能转移到其他的功能块中。此外，也可以单一的硬件或软件将具有类似的功能的多个功能块的功能并行或时间划分地处理。
此外，上述实施方式等中的修正参数计算装置也可以由单一的装置实现，也可以由相互连接的多个装置实现。在修正参数计算装置由多个装置实现的情况下，将修正参数计算装置具备的构成要素向多个装置怎样分配都可以。
此外，在上述实施方式等中，对位移计测装置被乬输出装置、即位移计测装置和输出装置是分体的例子进行了说明，但也可以具有输出装置。在此情况下，输出装置作为是位移计测装置的一部分的输出部(例如显示部)发挥功能。
此外，关于上述实施方式等中的位移计测系统具备的装置间的通信方法没有特别限定。在装置间，既可以进行无线通信，也可以进行有线通信。此外，也可以在装置间将无线通信及有线通信组合。
此外，上述实施方式等中的计算装置具备的构成要素的一部分或全部也可以由1个系统LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)构成。
系统LSI是将多个处理部集成到1个芯片上而制造出的超多功能LSI，具体而言，是包括微处理器、ROM(只读存储器，Read Only Memory)、RAM(随机存取存储器，RandomAccess Memory)等而构成的计算机系统。在ROM中存储有计算机程序。通过微处理器按照计算机程序动作，系统LSI实现其功能。
另外，这里设为系统LSI，但根据集成度的差异，也有称作IC、LSI、超级LSI、超大规模LSI的情况。此外，集成电路化的方法并不限于LSI，也可以由专用电路或通用处理器实现。也可以利用在LSI制造后能够编程的FPGA(现场可编程门阵列，Field ProgrammableGate Array)、或能够再构成LSI内部的电路单元的连接或设定的可重构处理器。
进而，如果因半导体技术的进步或派生的其他技术而出现替代LSI的集成电路化的技术，则当然也可以使用其技术进行功能块的集成化。有可能是生物技术的应用等。
此外，上述各种处理的全部或一部分也可以通过电子电路等的硬件实现，也可以使用软件实现。另外，由软件进行的处理也可以通过位移计测装置中包含的处理器执行存储在存储器中的程序来实现。
此外，本发明的一形态也可以是使计算机执行修正参数计算方法及位移量计算方法中包含的特征性的各步骤的计算机程序。此外，本发明的一形态也可以是记录有这样的程序的计算机可读取的非暂态的记录介质。例如，也可以将这样的程序记录到记录介质中而分发或使其流通。例如，通过将分发的程序安装到具有其他处理器的装置中并使其处理器执行其程序，能够使该装置进行上述各处理。
产业上的可利用性
本发明在使用图像的对象物的位移计测中能够广泛地用于计测位移的实际尺寸值的装置等。
标号说明
1 位移计测系统
10 摄像装置
11 透镜
20 位移计测装置
30 输出装置
40 输入装置
50、50a、50b 对象物
60、60a、60b 标记
110 修正参数计算部(修正参数计算装置)
111 取得部(第1取得部)
112 位置检测部
113 位置推断部
114 距离计算部
115 修正值计算部(参数计算部)
120 位移检测部
130 位移量计算部(换算部)
f 焦点距离
L1、L2 距离
M1～M3、P1～P3、T 位置
O 光学中心
Q1～Q4 检测点

Claims (7)

1.一种修正参数计算方法，计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数，上述实际尺寸位移量是表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，
上述修正参数计算方法包括：
第1取得步骤，从摄像装置取得将安装有能够检测出特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；
检测步骤，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；
推断步骤，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；
距离计算步骤，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及
参数计算步骤，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
2.如权利要求1所述的修正参数计算方法，
还具备取得表示出上述对象物的上述位移的方向的位移方向信息的第2取得步骤；
在上述参数计算步骤中，还使用上述位移方向信息计算上述修正参数。
3.如权利要求2所述的修正参数计算方法，
上述标记被安装在上述对象物的平面部分；
相对于上述平面来定义上述位移方向信息表示出的方向。
4.如权利要求2或3所述的修正参数计算方法，
上述标记是QR码；
上述位移方向信息存储在上述QR码中。
5.一种位移量计算方法，
包括：
第3取得步骤，取得使用权利要求1～4中任一项所述的修正参数计算方法计算出的上述修正参数；
第4取得步骤，取得上述2个以上的第2图像数据；以及
换算步骤，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
6.一种修正参数计算装置，计算用于使用图像来计测实际尺寸位移量的修正参数，上述实际尺寸位移量是表示对象物的运动的位移的实际尺寸值，
上述修正参数计算装置具备：
第1取得部，从摄像装置取得将安装有能够检测特定的坐标的标记的上述对象物摄像而得到的第1图像数据；
位置检测部，基于上述第1图像数据中包含的上述标记，检测上述特定的坐标；
位置推断部，基于上述特定的坐标的检测结果和上述摄像装置的参数，推断上述摄像装置的位置；
距离计算部，基于上述特定的坐标和上述摄像装置的位置，计算从上述摄像装置到上述对象物的距离数据；以及
参数计算部，使用上述距离数据计算上述修正参数，上述修正参数用于将上述摄像装置在相互不同的时点摄像的2个以上的第2图像数据中的上述对象物的计测点的像素位移量换算为实际尺寸位移量。
7.一种位移量计算装置，
具备：
第2取得部，取得使用权利要求6所述的修正参数计算装置计算出的上述修正参数；
第3取得部，取得上述2个以上的第2图像数据；以及
换算部，基于上述修正参数，将上述2个以上的第2图像数据中的上述像素位移量换算为上述实际尺寸位移量。
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