JP2000121358A - 検査点位置取得方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検査対象構造物の平面に含まれた検査領域の
任意点の平面における位置を求める検査点位置取得方法
および装置を提供する。 【解決手段】 平面構造物に４指標を設置して、実寸座
標系を設定する。カメラ１およびフィルムリーダ２とに
より、平面構造物の広域、狭域２種類のディジタル画像
を取得する。データ処理部３は、広域画像における４指
標のピクセル座標と実寸座標とから、第１射影変換係数
を算出する。一方、狭域画像と広域画像とにおいて対応
する２箇所の座標情報をもとに、非線形最適化処理を行
い第２射影変換係数を算出する。狭域画像において、任
意の検査対象点を入力し、第１射影変換係数と第２射影
変換係数を用いて座標変換を行い、実寸座標を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検査対象構造物の
平面に含まれる検査領域の任意点の位置を求める方法お
よびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】長大平面構造物（典型的にはコンクリー
ト壁面等）の整備点検においては、一般的に外観が重要
な良否判断要素となる。例えば、ひび割れの長さ、幅や
水漏れなどの有無等は、構造物の外観から判読される。
近年では、平面構造物の外観画像を写真撮影した後、コ
ンピュータによりデジタル画像処理や解析測定を行い点
検する方法が開発されている。この方法を使うと、ディ
スプレイ画面を見ながら遠隔的に点検を行うことができ
る。

【０００３】このようなコンピュータ解析による点検方
法では、画像のＡ−Ｄ変換時の分解能が重要となる。例
えば、0.1mm 幅程度の細いひび割れを検出するために
は、デジタル画像上でのピクセル間距離で0.025mm 程度
の分解能が必要である。

【０００４】この際に問題になるのはデジタル画像のサ
イズである。例えば、上記分解能で50cm×50cmをカバー
しようとすると、それだけで20000 ×20000 のピクセル
数が必要になる。１ピクセルあたり８ビットの階調でこ
の画像を保存する場合は、約400MByteの記憶容量が必要
となる。従って、数ｍ〜数10ｍのオーダーの大きさの平
面構造物全体をこの解像度および階調で保存する場合、
ギガbyteオーダーのメモリが必要である。また画像処理
を実行するコンピュータにも高い処理能力が要求され
る。このような理由から従来は、構造物の外観から要点
検箇所の存在を確認し、その場所の画像だけを高い分解
能で取り込んでコンピュータ画像解析を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のひ
び割れの画像解析は、ひび割れ部分の画像を高い解像度
で取得するものなので、ひび割れ自体の解析には適して
いるが、一方で、ひび割れが検査対象の構造物のどの位
置を占めるかが問題となることがある。

【０００６】例えば、ダムにおいてひび割れらしきもの
が発見された場合、その位置次第では、実際に現地のダ
ム壁に登り、その部分の精細調査を行う必要性が生じ
る。しかし、このような精細調査には膨大な時間と労力
を要すため、予め、ひび割れのダム壁における位置を確
認しておきたいという要望があった。

【０００７】この要望に対し、概略の位置取得だけなら
ば、人間がダム全体を見てひび割れ部分の位置を見当づ
けることもできる。そのためにはダムを正面から撮影し
て正対画像を得るのが理想だが、撮影場所の確保の面か
らこのような撮影は容易ではなく、通常は斜めの角度か
ら撮影が行われるので、写真を見てひび割れの位置を見
当づけるのは困難であった。

【０００８】そこで、この発明は上記従来の課題に鑑み
なされたものであり、検査対象構造物の平面に含まれた
検査領域の任意点の平面における位置を求める検査点位
置取得方法および装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明による検査点位
置取得方法は、検査対象構造物の平面に含まれた検査領
域の任意点の前記平面における位置を求める検査点位置
取得方法であって、前記検査領域が撮像された検査画像
を読み込むステップと、予め前記平面に定められた複数
の基準点と前記検査領域とが撮像された平面画像を読み
込むステップと、予め測定された前記複数の基準点の位
置データを設定するステップと、前記平面画像における
前記複数の基準点の座標を認識し、その認識した座標と
前記設定された位置データとに基づいて、前記平面画像
の任意の座標を前記平面における位置に変換するための
係数を算出するステップと、前記検査画像および前記平
面画像に共通な複数の共通撮像点に基づいて、前記検査
画像の任意の座標を前記平面画像の座標に変換するため
の係数を算出するステップと、前記検査画像の範囲で任
意点が指定されたときは、その指定された任意点の前記
検査画像の座標を、前記平面画像の座標に変換するため
の係数と前記平面における位置に変換するための係数と
を用いて、前記検査対象構造物の平面における位置に変
換するステップと、を有することを特徴とする。

【００１０】この発明による検査点位置取得方法は、検
査対象構造物の平面に含まれた検査領域の任意点の前記
平面における位置を求める検査点位置取得方法であり、
従来のコンピュータ解析のための検査領域画像は、通常
平面の部分画像であるから、この画像に加えて、撮像領
域を大きくしながら段階的に平面全体の画像まで取得
し、これら画像間を座標変換係数で対応づけようとした
ものである。

【００１１】先ずひび割れ等が撮像された検査画像を先
ず読み込み、また予め平面に定められた複数の基準点と
検査領域とが撮像された平面画像（全体画像）を読み込
む。また、予め測定された複数の基準点の位置データを
コンピュータシステムなどに設定する。

【００１２】次に、オペレータが平面画像において指定
した複数の基準点の座標をコンピュータシステムなどに
より認識し、その認識した座標と設定された位置データ
とに基づいて、平面画像の任意の座標を平面における位
置に変換するための係数、即ち座標変換係数を算出す
る。これは、いわゆる射影変換係数であり、平面画像と
実際の平面との関係において、次の要素を含む変換を可
能にする。即ち、拡大縮小、回転、平行移動および奥行
き方向の傾きをもった変換が可能になる。

【００１３】そして、オペレータが指定した検査画像お
よび平面画像に共通な複数の共通撮像点に基づいて、コ
ンピュータシステムなどで演算を行い、検査画像の任意
の座標を平面画像の座標に変換するための係数を算出す
る。この係数も前記した「位置に変換するための係数」
と同様、射影変換係数（座標変換係数）である。

【００１４】そして検査画像の範囲でオペレータが位置
を求めたい任意点を指定したときは、その指定された任
意点の検査画像の座標を、予め算出された検査画像の任
意の座標を平面画像の座標に変換するための係数と、平
面画像の任意の座標を平面における位置に変換するため
の係数とを用いて、座標変換を段階的に行って、検査対
象構造物の平面における位置に変換する。従って、検査
画像の範囲において検査点として任意点を指定すれば、
平面における位置を求めることができる。

【００１５】また、この発明の検査点位置取得装置は、
検査対象構造物の平面に含まれた検査領域の任意点の前
記平面における位置を求める検査点位置取得装置であっ
て、前記検査領域が撮像された検査画像を読み込む検査
画像読込手段と、予め前記平面に定められた複数の基準
点と前記検査領域とが撮像された平面画像を読み込む平
面画像読込手段と、予め測定された前記複数の基準点の
位置データを設定する基準点設定手段と、前記平面画像
における前記複数の基準点の座標を認識し、その認識し
た座標と前記設定された位置データとに基づいて、前記
平面画像の任意の座標を前記平面における位置に変換す
るための係数を算出する位置変換係数算出手段と、前記
検査画像および前記平面画像に共通な複数の共通撮像点
に基づいて、前記検査画像の任意の座標を前記平面画像
の座標に変換するための係数を算出する座標変換係数算
出手段と、前記検査画像の範囲で任意点が指定されたと
きは、その指定された任意点の前記検査画像の座標を、
前記平面画像の座標に変換するための係数と前記平面に
おける位置に変換するための係数とを用いて、前記検査
対象構造物の平面における位置に変換する変換手段と、
を有することを特徴とするこの発明による検査点位置取
得装置は、検査対象構造物の平面に含まれた検査領域の
任意点の平面における位置を求めるために、上記説明し
た検査点位置取得方法を具現化した装置であり、撮像領
域が段階的に平面全体まで大きく撮像された複数画像を
読み込み、これら画像間を射影変換係数（座標変換係
数）で対応づけることで、検査画像の範囲における任意
点の平面における位置を求めることができるようにする
ものである。

【００１６】検査画像読込手段および平面画像読込手段
は、フィルムリーダ等のＡ−Ｄ変換装置からなり、それ
ぞれ検査画像および複数の基準点と検査領域とが撮像さ
れた平面画像を読み込む。

【００１７】また、予め測定された複数の基準点の位置
データが、オペレータによって入力され、これを基準点
設定手段がメモリに保存（設定）する。

【００１８】位置変換係数算出手段は、オペレータが平
面画像において指定した複数の基準点の座標を認識し、
その認識した座標と設定された位置データとに基づい
て、平面画像の任意の座標を平面における位置に変換す
るための係数を算出する。これは、いわゆる射影変換係
数であり、平面画像と実際の平面との関係において、次
の要素を含む変換が可能になる。即ち、拡大縮小、回
転、平行移動および奥行き方向の傾きをもった変換が可
能になる。

【００１９】座標変換係数算出手段は、オペレータによ
って検査画像読込手段および平面画像読込手段によって
それぞれ読み込まれた検査画像および平面画像に共通な
複数の共通撮像点が入力されると、これら共通撮像点の
各画像における座標に基づいて、検査画像の任意の座標
を平面画像の座標に変換するための係数、即ち座標変換
のための射影変換係数を算出する。

【００２０】そして、変換手段は、オペレータによって
検査画像の範囲で位置を求めたい任意点が指定されたと
きは、その指定された任意点の前記検査画像の座標を、
予め算出された検査画像の任意の座標を平面画像の座標
に変換するための係数と、平面画像の任意の座標を平面
における位置に変換するための係数とを用いて、座標変
換を段階的に行って、検査対象構造物の平面における位
置に変換する。

【００２１】また、この発明の検査点位置取得装置は、
前記平面画像読込手段は、予め前記検査領域を取り囲む
ように定められた４箇所の基準点が撮像された平面画像
を読み込み、前記基準点設定手段は、予め測定された前
記４箇所の基準点の位置データを設定し、前記位置変換
係数算出手段は、前記平面画像における前記４箇所の基
準点の座標を認識し、その認識した座標と前記設定され
た位置データとに基づいて、前記平面画像の任意の座標
を前記平面における位置に変換するための８係数からな
る射影変換係数を算出することを特徴とする。

【００２２】このような構成とすることで、検査領域を
取り囲むように定められた４箇所の基準点から、８係数
からなる射影変換係数を算出できるので、平面画像の任
意の座標から平面における位置への変換において、回
転、平行移動、縮尺および奥行き方向の傾きの要素を含
んだ変換が可能となる。

【００２３】また、この発明の検査点位置取得装置は、
前記座標変換係数算出手段は、８係数からなる射影変換
係数を算出することを特徴とする。

【００２４】座標変換係数算出手段でも、８係数からな
る射影変換係数を算出することで、検査画像の任意の座
標から平面画像の座標への変換において、回転、平行移
動、縮尺および奥行き方向の傾きの要素を含んだ変換が
可能となる。

【００２５】更に、この発明の検査点位置取得装置は、
前記座標変換係数算出手段は、非線形最適化手法を利用
した画像処理により、前記射影変換係数を算出すること
を特徴とする。

【００２６】非線形最適化手法を利用した画像処理によ
り射影変換係数を最適化することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の検査点位置取得方
法および装置の実施の形態を、図１ないし図７を参照し
ながら詳細に説明する。

【００２８】図１は、本発明の検査点位置取得装置の第
１の実施の形態の機器構成ブロック図である。

【００２９】カメラ１は、平面構造物の外観撮影を行う
ためのアナログカメラである。

【００３０】フィルムリーダ２は、撮影フィルムをスキ
ャンして読み込み、平面構造物の外観画像をディジタル
化する装置である。

【００３１】データ処理部３は、外観画像のディジタル
データを処理、解析して、本発明の目的である構造物に
おける検査対象点の実寸位置座標（位置）を求めるコン
ピュータシステムである。

【００３２】この実施の形態では、作業者が平面構造物
をカメラ１で写真撮影し、その撮影フィルムは現像され
てフィルムリーダ２でディジタル画像に変換され、デー
タ処理部３において処理される。

【００３３】図２は、データ処理部３のシステム構成図
である。このデータ処理部３において、ＣＰＵ３１は、
各種処理を行うための演算部３１ａと主記憶部３１ｂと
から構成される。ＣＰＵ３１には種々の周辺機器が接続
される。まずデータバスを介して、前述したフィルムリ
ーダ２および外部記憶装置３２が接続される。外部記憶
装置３２は、取り外し可能な記憶媒体である磁気ディス
クＭにプログラム記憶領域３２ａと保存するデータ保存
領域３２ｂを設定し、解析処理を実行するためのプログ
ラム、処理の過程で生成される中間データや結果データ
等をデータをそれぞれ保存する。フィルムリーダ２から
は、ディジタル化された平面構造物の外観画像データが
転送されてくる。

【００３４】また、ＣＰＵ３１には、ディスプレイ装置
３３が接続される。ディスプレイ装置３３は、３箇所の
表示領域、即ち、低解像度画像領域３３ａ、精細画像領
域３３ｂおよびメッセージ領域３３ｃを備えている。Ｃ
ＰＵ３１には、また、マウス３４およびキーボード３５
が接続され、画像上でのデータ入力および数値データ入
力が可能となっている。

【００３５】このような構成のデータ処理部３では、演
算部３１ａがプログラム記憶領域３２ａに記憶された解
析プログラムを逐次主記憶部３１ｂに読み込ませて、実
行する。処理の過程における中間データは、必要に応じ
て主記憶部３１ｂやデータ保存領域３２ｂに保存され
る。ポインタを連動させるマウス３４やキーボード３５
をオペレータが操作して、適宜入力が行われる。ディス
プレイ装置３３は、低解像度画像領域３３ａ、精細画像
領域３３ｂにフィルムリーダ２から転送された画像を表
示させて、データ入力を補助するとともに、処理の結果
求められた検査対象点の実寸位置座標を、メッセージ領
域３３ｃに表示する。またメッセージ領域３３ｃにオペ
レータへの指示メッセージを表示して、対話式に作業を
進めることもできる。

【００３６】このようにオペレータの入力操作に伴い、
逐次データ処理を実行することにより、実寸位置座標取
得のための解析処理を実施することができる。

【００３７】尚、この実施の形態では、平面構造物の画
像を取得するために、アナログカメラとフィルムリーダ
とを使用するが、これら装置に代えて、ディジタルカメ
ラを利用し、画像を直接ディジタル化してもよい。

【００３８】図３は、この実施の形態の検査点位置取得
装置を用いた検査点位置取得方法の概念図である。以下
この図を参照しながらこの発明の概念を説明する。

【００３９】＜基準点設定のための指標の設置作業＞平
面構造物の表面の四隅近傍に、この図に示すような市松
模様の指標を設置する。このような市松模様の指標とし
たのは、その図柄により中心点が視認しやすいからであ
る。これら中心点は、以下に説明する実寸座標系の基準
点となる。指標の代わりに平面構造物の目地の交差部分
や、ひび割れの分岐点を４点定めて基準点としてもよ
い。

【００４０】＜基準点の実寸座標の計測および実寸座標
系の設定＞そして、これら４基準点の相対位置関係を測
量する。この位置関係をもとに平面構造物の表面を座標
平面と見立てて、実寸座標系(X,Y) を設定し、各指標の
中心点Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４（基準点）の実寸座標(X
i,Yi)(i=1,2,3,4)を決定しておく。基準点の相対位置関
係は実際に平面構造物において作業者が測量してもよい
し、３角測量により各基準点の３次元座標を計測し、そ
れらを平面構造物に投影する方法を用いてもよい。ま
た、平面構造物の目地の交差部分を基準点とする場合
は、設計図から取得してもよい。

【００４１】＜低解像度画像の取得＞次に、基準点Ｒ１
〜Ｒ４を含む平面構造物のディジタル画像（通常は平面
すべて）を取得する。先ず、カメラ１を使って、アナロ
グ撮影を行い、現像後にフィルムリーダ２を使用してデ
ィジタル画像に変換する（以下、このディジタル画像を
低解像度画像と記す。）。撮影に際しては、歪みの少な
いレンズを使用するのが好ましい。デジタルカメラを用
いる場合は、なるべく画素数の多い高解像度カメラを使
用する。後述する精細画像の取得においても同様であ
る。

【００４２】＜精細画像の取得＞低解像度画像を得る一
方、ひび割れ部分Ａの精細なディジタル画像を取得す
る。これは従来から行われている工程であり、ひび割れ
近傍の比較的狭い領域の画像を低解像度画像よりも高い
解像度で取得する（以下、このディジタル画像を精細画
像と記す。）。この精細画像も上記低解像度画像と同様
に、フィルムリーダ２を使用して現像後の撮影フィルム
を読み取って取得し、コンピュータに保存する。

【００４３】＜基準点の低解像度画像座標の計測＞次
に、基準点Ｒ１〜４の低解像度画像の範囲における座標
(xi,yi）（i=1,2,3,4)を取得する。低解像度画像の範囲
における座標はピクセル座標で表現される（以下、低解
像度画像座標系と記す）。

【００４４】＜第１射影変換係数h の算出＞次に、基準
点の実寸座標および低解像度画像座標から第１射影変換
係数h を算出する。

【００４５】第１射影変換係数h は、平面構造物が凹凸
のない理想平面で、カメラ１をピンホールカメラと近似
的にみなしたときの座標変換係数であり、低解像度画像
座標系(x,y) と実寸座標系(X,Y) とを数式１で表したと
きの、係数h1,h2,...,h8からなる集合である。

【００４６】

【数１】X=(h1x+h2y+h3)/(h7x+h8y+1) Y=(h4x+h5y+h6)/(h7x+h8y+1) 第１射影変換係数h は基準点Ｒ１〜４の実寸座標(xi,y
i）(i=1,2,3,4) および低解像度画像座標(xxi,yyi）(i=
1,2,3,4) を数式１に代入して８元１次連立方程式を立
て、これを解くことにより得ることができる。

【００４７】＜第２射影変換係数H の算出＞上述の第１
射影変換係数h と同じように、精細画像における座標系
(xx,yy) （以下、精細画像座標系と記す。）から低解像
画像度画像座標系(x,y) への座標変換も、射影変換係数
を用いて表すことができる。

【００４８】すなわち、第２射影変換係数H(H1,H2,...,
H8）は数式２の変換を与える射影変換係数である。

【００４９】

【数２】x=(H1xx+H2yy+H3)/(H7xx+H8yy+1) y=(H4xx+H5yy+H6)/(H7xx+H8yy+1) 第２射影変換係数H も理論的には第１射影変換係数h を
求めた方法のように、基準となる４点の座標情報を用い
て求めることができるが、精細画像には必ずしも４箇所
の指標が含まれるとは限らないので、この実施の形態で
は後述するＬＭ法（Levenberg-Marquardt 法）という非
線形最適化手法を用いて第２射影変換係数H を求める。

【００５０】＜射影変換係数の合成＞既に求められた第
１射影変換係数h 、および第２射影変換係数H とを合成
して、精細画像座標系(xx,yy) から実寸座標系(X,Y) へ
の合成射影変換係数HHを算出する。これらの射影変換係
数は、いずれも８係数から構成されるので、これらを用
いて、回転、平行移動、縮尺および奥行き方向の傾きの
要素を含んだ変換を行うことができる。

【００５１】＜オブジェクトの指定＞この実施の形態で
オブジェクトとは実寸座標が求められる検査対象点であ
り、オペレータが精細画像の範囲内で指定する。

【００５２】通常この段階の前に、ひび割れ写真解析な
どの他の技術を用いて解析点検が行われ、ある部分の構
造物における実寸座標が必要となった場合に、これ以降
の段階へと進む。ここで指定されたオブジェクトPobjの
精細画像座標をPobj(xxobj,yyobj) とする。

【００５３】＜オブジェクトの実寸座標の算出＞最後
に、オブジェクトPobjの精細画像座標(xxobj,yyobj) を
射影変換係数HHで座標変換して、オブジェクトPobjの実
寸座標(Xobj,Yobj) 、つまり平面構造物における位置を
算出する。

【００５４】以上この発明の概念を説明したが、この発
明は、射影変換係数を用いて指定されたオブジェクトの
実寸座標（位置）を段階的に求めるものである。ただ
し、このように２段階に限定するものではなく、３段階
以上の変換を行うことでも、同様に実寸座標を求めるこ
とができる。

【００５５】次に、この発明の検査点位置取得装置の第
１の実施の形態における、検査対象点の実寸座標取得動
作を説明する。

【００５６】図４は、第１射影変換係数h を求めるため
データ処理部３において実行される解析プログラムのフ
ローチャートである。

【００５７】先ず、予め実測された基準点Ｒ１〜４の実
寸座標(Xi,Yi)(i=1,2,3,4)をキーボード３５から数値入
力する（Ｓ４１）。次にディスプレイ装置３３の低解像
度画像表示部３３ａに表示された画像上で、マウス３４
によりポインタを移動させ、クリックして基準点Ｒ１〜
４を指定する（Ｓ４２）。演算部３１ａにて基準点Ｒ１
〜４の低解像度画像座標(xi,yi) (i=1,2,3,4) を算出す
る（Ｓ４３）。８元１次連立方程式解法に基づく演算を
演算部３１ａにて実行し、第１射影変換係数hを算出
し、これを主記憶部３１ｂおよび外部記憶装置３２に装
着された磁気ディスクＭのデータ保存領域３２ｂに保存
する（Ｓ４４）。すなわちデータ処理部３において、４
点の基準点の実寸座標と低解像度画像座標との関係を演
算処理することで第１射影変換係数h を求めることがで
きる。

【００５８】次に、第２射影変換係数H を求めるための
解析プログラムについて説明するが、この解析プログラ
ムの実行に先立って、オペレータは、ディスプレイ装置
３３の低解像度画像領域３３ａおよび精細画像領域３３
ｂに表示された低解像度画像および精細画像を見て、両
画像に含まれた特徴点を２点任意に選択する。

【００５９】図５は、特徴点P1,P2 を両画像において指
定するときのディスプレイ装置３３に表示される画像の
模式図である。この図に示すように、ひび割れの分岐点
等の特徴的な形状部分を特徴点とすればよい。

【００６０】図６は、第２射影変換係数H を求めるため
データ処理部３において実行される解析プログラムのフ
ローチャートである。

【００６１】オペレータは先ず、マウス３４によってポ
インタを操作して、図５に示すように低解像度画像上
で、特徴点P1,P2 を指定する（Ｓ６１）。これらの特徴
点は、最適化計算の初期値を単に与えるだけのものであ
るから、形状を正確にとらえなくてもよい。次にデータ
処理部３の演算部３１ａが、P1,P2 の低解像度画像座標
(xp1,yp1),(xp2,yp2) を算出する（Ｓ６２）。そして、
精細画像においてもオペレータは特徴点P1,P2 を指定す
る（Ｓ６３）。演算部３１ａが、P1,P2 の精細画像座標
(xxp1,yyp1),(xxp2,yyp2) を算出する（Ｓ６４）。

【００６２】次に、最適化計算のために必要な初期値H0
を算出する（Ｓ６５）。

【００６３】ＬＭ法では、解析計算を実行する前に第２
射影変換係数H の初期値H0を与える必要がある。この初
期値H0にはある程度の誤差が含まれていてもよい。

【００６４】この実施の形態では、精細画像座標から低
解像度画像座標への変換を近似的にヘルマート変換（射
影変換の一種であり、回転・平行移動・スケール変換の
みによる変換）とみなして先ず次の制限を与えることに
より、初期値H0の未知係数を８から４に減らす。

【００６５】

【数３】H1=H5,H2=-H4,H7=0,H8=0 さらに、特徴点P1,P2 の低解像度画像座標および精細画
像座標を数式２に代入して得られる４元１次連立方程式
を解く演算を、演算部３１ａに実行させることで、射影
変換係数H の初期値H0を算出する。

【００６６】また、低解像度画像と精細画像の概略の縮
尺比Ｓが分かっており、かつ両者の間にほとんど回転が
ない場合、さらに次の制限を加えることができる。

【００６７】

【数４】H1=S,H2=0 これにより、［数２］の未知係数は４から２に減り、２
元１次連立方程式を解くだけでよい。このときオペレー
タは、ただ一つの特徴点の低解像度画像座標および精細
画像座標のみが必要となる。

【００６８】次に、初期値H0を基にして、ＬＭ法による
非線形最適化を演算部３１ａに実行させて、第２射影変
換係数H の最終値を求め、このデータを保存する（Ｓ６
６）。

【００６９】即ちこのステップでは、演算部３１ａが次
の評価関数F(H)を最小にするような最適化演算を行って
第２射影変換係数H の収束値（最終値）を求める。

【００７０】

【数５】 ここでN は精細画像のピクセル総数、I(x,y)は低解像度
画像の座標(x,y) のピクセルの輝度、II(x,y) は精細画
像の座標(xx,yy) のピクセルの輝度である。

【００７１】このように仮定の射影変換係数を用いた射
影変換前後の画像において、輝度差のピクセル総和が最
小となるような非線形最適化演算を実行することより、
第２射影変換係数H を収束的に求めることができる。ま
た、座標変換をヘルマート変換とみなして第２射影変換
係数H の初期値H0を最適化演算処理に与えることで、初
期値を与えない場合に比べ最適化の誤差が少なくなり、
計算時間も短縮できる。

【００７２】以上説明したようにして第１射影変換係数
h および第２射影変換係数H が求まり保存されれば、後
述する実寸座標取得の準備が整ったことになる。

【００７３】図７は、演算部３１ａにて実行される、実
寸座標の取得プログラムのフローチャートである。

【００７４】先ず、オペレータは精細画像でのオブジェ
クトPobjの指定をする（Ｓ７１）。この指定は、精細画
像をディスプレイ装置３３の精細画像領域３３ｂに表示
させて、マウス３４によりポインタを移動させてクリッ
クして行う。次に、オブジェクトPobjの精細画像座標(x
xobj,yyobj) を算出する（Ｓ７２）。そして先に求めた
第２射影変換係数H を読み出して、精細画像座標(xxob
j,yyobj) を座標変換し、低解像度画像座標(xobj,yobj)
を算出する（Ｓ７３）。さらに第１射影変換係数h を
用いて低解像度画像座標(xobj,yobj) を座標変換し、オ
ブジェクトPobjの実寸座標(Xobj,Yobj) を算出する（Ｓ
７４）。ディスプレイ装置３３のメッセージ領域３３ｃ
に、算出されたオブジェクトPobjの実寸座標(Xobj,Yob
j) を表示する（Ｓ７５）。

【００７５】尚、オブジェクトの精細画像座標の指定に
ついては、別に用意したひび割れの解析装置等により求
められた種々のデータ（ひび割れの位置や、これと相対
的に求められた巾や長さをラスタ又はベクトルデータと
したもの等）から演算して、オペレータを介さずに入力
しても良い。

【００７６】このように、指定されたオブジェクトの精
細画像座標に対し、射影変換（座標変換）を２段階に実
行することで、オブジェクトの実寸座標を求めることが
できる。そして、画像データや射影変換係数データは保
存されているので、実寸座標の算出は、異なるオブジェ
クトに対して何回でも行うことができる。尚、図３に示
したように、合成した射影変換係数HHを予め求めてお
き、オブジェクトPobjの精細画像座標(xxobj,yyobj) か
ら、直接、実寸座標(Xobj,Yobj) を算出することもでき
る。

【００７７】＜精細画像と低解像度画像の解像度比の制
限＞尚、精細画像と低解像度画像の解像度比が１０以内
なら、ＬＭ法による第２射影変換係数H(H1,H2,...,H8）
の収束が精度よく行われるが、解像度比が１０以上のと
きは、求められた第２射影変換係数H には比較的大きい
誤差が含まれることが経験により分かっている。誤差を
少なくするには、中間の解像度を有する画像（中解像度
画像）を取得して、精細画像と中解像度画像、および中
解像度画像と低解像度画像の、それぞれを対応させる射
影変換係数を精度よく求め、これら射影変換係数による
座標変換を行うことで、解像度比が１０以内の場合のよ
うに精度よい実寸座標を求めることができる。また、コ
ンクリート構造物などの表面の特徴の乏しいものを検査
対象平面とする場合は、最適化の初期値計算前に、ヒス
トグラムの正規化等の画像処理を行うことで、第２射影
変換係数H に含まれる誤差を小さくすることができる。

【００７８】また、本実施の形態では、回転、平行移
動、縮尺および奥行き方向の傾きの要素を含んだ座標変
換を行うために、８係数からなる射影変換係数を用いた
が、本発明による検査点位置取得装置は、この実施の形
態に限るものではない。

【００７９】例えば、実寸座標系と低解像度画像座標系
との座標変換をヘルマート変換であらわすことで実用上
十分であれば、第１射影変換係数h は４係数から構成さ
れることとなり、この実施の形態で４箇所設けた指標を
２箇所に減らすこともできる。

【００８０】また、精細画像座標系と低解像度画像座標
系との座標変換も、ヘルマート変換のみで十分であれ
ば、説明したＬＭ法による最適化を省いてもよい。

【００８１】以上説明のように、この発明の検査点位置
取得方法あるいは装置は、基準点および共通撮像点（特
徴点）から求めた係数を用いて座標変換を段階的に行う
ことにより、検査画像（狭域画像）の任意点（オブジェ
クト）から、その検査対象構造物の平面全体における位
置を求めることができる。

【００８２】また、８係数からなる射影変換係数を用い
たことにより、斜めの角度から撮像された画像（奥行き
方向の傾き要素を含む画像）からでも検査点の位置が正
確に求まる。また射影変換係数を用いたことで、フィル
ムリーダの読取り歪みも吸収でき、正確な座標変換がで
きるので実用上で優れた効果を奏する。

【００８３】

【発明の効果】この発明の検査点位置取得方法によれ
ば、基準点の位置データおよび共通撮像点から求めた係
数を用いて座標変換を段階的に行うことにより、指定さ
れた検査領域の任意点からその検査対象構造物の平面全
体における位置を求めることができるので、実用上で優
れた効果を奏する。特に大規模な平面構造物の点検業務
に際し、遠隔的に位置が取得できるので、現地調査の手
間が省け時間と労力を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査点位置取得装置の第１の実施の形
態の機器構成ブロック図である。

【図２】図１に示す装置のデータ処理部の構成図であ
る。

【図３】本発明による検査点位置取得方法の概念図であ
る。

【図４】図１に示す装置における第１射影変換係数を求
めるためのプログラムのフローチャートである。

【図５】図１に示す装置における特徴点を指定するとき
のディスプレイ表示画像の模式図である。

【図６】図１に示す装置における第２射影変換係数を求
めるためのプログラムのフローチャートである。

【図７】図１に示す装置におけるオブジェクトの実寸座
標を求めるためのプログラムのフローチャートである。

【符号の説明】

１ カメラ ２ フィルムリーダ ３ データ処理部 ３１ ＣＰＵ ３１ａ 演算部 ３１ｂ 主記憶部 ３２ 外部記憶装置 ３２ａ プログラム記憶領域 ３２ｂ データ保存領域 ３３ ディスプレイ装置 ３３ａ 低解像度画像領域 ３３ｂ 精細画像領域 ３３ｃ メッセージ領域 ３４ マウス ３５ キーボード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾幡 昌芳 東京都新宿区新宿４−２−18新宿光風ビル アジア航測株式会社内 (72)発明者 土居原 健 東京都新宿区新宿４−２−18新宿光風ビル アジア航測株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA03 BB02 BB28 CC14 DD03 EE08 FF01 FF04 FF26 FF66 FF67 JJ13 QQ03 QQ21 QQ24 QQ29 QQ32 RR02 SS13 UU05 5B057 CD20 DA03 DA07 DB02 DC05 5L096 AA11 BA03 CA02 EA26 FA09 FA69 9A001 DZ13 EE05 GG08 HH24 HH27 KK27 KK37 KZ42

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象構造物の平面に含まれた検査領
   域の任意点の前記平面における位置を求める検査点位置
   取得方法であって、 前記検査領域が撮像された検査画像を読み込むステップ
   と、 予め前記平面に定められた複数の基準点と前記検査領域
   とが撮像された平面画像を読み込むステップと、 予め測定された前記複数の基準点の位置データを設定す
   るステップと、 前記平面画像における前記複数の基準点の座標を認識
   し、その認識した座標と前記設定された位置データとに
   基づいて、前記平面画像の任意の座標を前記平面におけ
   る位置に変換するための係数を算出するステップと、 前記検査画像および前記平面画像に共通な複数の共通撮
   像点に基づいて、前記検査画像の任意の座標を前記平面
   画像の座標に変換するための係数を算出するステップ
   と、 前記検査画像の範囲で任意点が指定されたときは、その
   指定された任意点の前記検査画像の座標を、前記平面画
   像の座標に変換するための係数と前記平面における位置
   に変換するための係数とを用いて、前記検査対象構造物
   の平面における位置に変換するステップと、を有するこ
   とを特徴とする検査点位置取得方法。
2. 【請求項２】 検査対象構造物の平面に含まれた検査領
   域の任意点の前記平面における位置を求める検査点位置
   取得装置であって、 前記検査領域が撮像された検査画像を読み込む検査画像
   読込手段と、 予め前記平面に定められた複数の基準点と前記検査領域
   とが撮像された平面画像を読み込む平面画像読込手段
   と、 予め測定された前記複数の基準点の位置データを設定す
   る基準点設定手段と、 前記平面画像における前記複数の基準点の座標を認識
   し、その認識した座標と前記設定された位置データとに
   基づいて、前記平面画像の任意の座標を前記平面におけ
   る位置に変換するための係数を算出する位置変換係数算
   出手段と、 前記検査画像および前記平面画像に共通な複数の共通撮
   像点に基づいて、前記検査画像の任意の座標を前記平面
   画像の座標に変換するための係数を算出する座標変換係
   数算出手段と、 前記検査画像の範囲で任意点が指定されたときは、その
   指定された任意点の前記検査画像の座標を、前記平面画
   像の座標に変換するための係数と前記平面における位置
   に変換するための係数とを用いて、前記検査対象構造物
   の平面における位置に変換する変換手段と、を有するこ
   とを特徴とする検査点位置取得装置。
3. 【請求項３】 前記平面画像読込手段は、予め前記検査
   領域を取り囲むように定められた４箇所の基準点が撮像
   された平面画像を読み込み、 前記基準点設定手段は、予め測定された前記４箇所の基
   準点の位置データを設定し、 前記位置変換係数算出手段は、前記平面画像における前
   記４箇所の基準点の座標を認識し、その認識した座標と
   前記設定された位置データとに基づいて、前記平面画像
   の任意の座標を前記平面における位置に変換するための
   ８係数からなる射影変換係数を算出することを特徴とす
   る請求項２記載の検査点位置取得装置。
4. 【請求項４】 前記座標変換係数算出手段は、８係数か
   らなる射影変換係数を算出することを特徴とする請求項
   ２または請求項３記載の検査点位置取得装置。
5. 【請求項５】 前記座標変換係数算出手段は、非線形最
   適化手法を利用した画像処理により、前記射影変換係数
   を算出することを特徴とする請求項４項記載の検査点位
   置取得装置。