JP2005027061A - 撮影補助装置および物体の三次元位置検出装置 - Google Patents
撮影補助装置および物体の三次元位置検出装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】コストが安価であり且つ撮影カメラを任意の方向に向けることが可能な撮影補助装置を提供する。
【解決手段】円弧面に沿った円弧状のガイドレール３３と、このガイドレール３３にスライド部材３５を介して移動自在にされた移動体３６と、この移動体３６を歯車機構を介して移動させる移動用電動機４０と、上記移動体３６に円弧面の中心軸と平行な軸心回りで回転自在に設けられ且つ一端側に投光器５１を取り付けるための第１取付部材４５が設けられるとともに他端側に撮影カメラ５２を取り付けるための第２取付部材４６が設けられた回転軸部４１と、この回転軸部４１を回転させる回転用電動機４４とから構成したものである。
【選択図】 図６
【解決手段】円弧面に沿った円弧状のガイドレール３３と、このガイドレール３３にスライド部材３５を介して移動自在にされた移動体３６と、この移動体３６を歯車機構を介して移動させる移動用電動機４０と、上記移動体３６に円弧面の中心軸と平行な軸心回りで回転自在に設けられ且つ一端側に投光器５１を取り付けるための第１取付部材４５が設けられるとともに他端側に撮影カメラ５２を取り付けるための第２取付部材４６が設けられた回転軸部４１と、この回転軸部４１を回転させる回転用電動機４４とから構成したものである。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弧面に沿うように配置された物体を、異なる位置で撮影してその三次元位置を検出する際に、その撮影手段とともに投光手段についても一緒に移動させ得る撮影補助装置、およびこの撮影補助装置を用いた三次元位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道線路には多くのトンネルが存在するが、最近、壁の落下事故が発生しており、トンネルの内壁面を調査する必要が生じている。
【０００３】
このトンネル内壁面を調査するのに、線路上を走行自在にされた走行車両上に検査装置が配置されてなる検査車両が用いられている。
ところで、この種の検査車両は、その荷台に、関節型ロボットアームのように折曲および伸縮自在に設けられたアーム装置が配置されたものであり、さらにこのアーム装置の先端には、作業者が乗り込み所定の検査作業を行い得るボックス状の作業台が取り付けられている。
【０００４】
したがって、トンネル内壁面を検査する際には、アーム装置を作動させて作業台をトンネル内壁面を沿って且つ架線（電線）を避けるようにして移動させていた。
【０００５】
ところで、アーム装置については、通常、作業台に乗っている作業者が操作することになるが、高圧の電気が流れている架線に接触することだけは避けなければならず、安全性を確保する上では、できるだけ自動により架線の位置を検出するのが好ましい。
【０００６】
従来、物体の三次元位置を検出する位置検出装置としては、２台の撮影カメラを平行に設置してなる撮影システムを用いるとともに、これら２台の撮影カメラによる撮影画像からステレオ画像を作成することにより三次元位置を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、この撮影システムを物体（被写体）の周りに配置された円軌道上を移動する回転台に固定し、円軌道上の複数の既知の位置から物体を撮影するようにしたものもある（特許文献１〔００８５〕および図３参照）。
【０００８】
また、三次元の位置検出装置を架線への重機の接近監視に適用したシステムがある（例えば、特許文献２参照）。このシステムは、複数台の撮影カメラを、そのレンズの光軸が平行で且つレンズが光軸に垂直な平面上に並びそして画面も同一平面上に位置するように、一直線上に配置して物体を撮影するようにしたものである。
【０００９】
このように複数台の撮影カメラで物体を撮影して得られたステレオ画像から三次元位置を検出することが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−５０１１０号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−６１９１８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成によると、複数台の撮影カメラを用いてステレオ画像を得るようにしているため、撮影後すぐに画像処理を行い三次元位置を検出し得る反面、複数台の撮影カメラを必要とするためコストが高くつくという問題がある。
【００１３】
また、中心方向を向いて設置されたカメラシステムを用いて、円軌道の中心付近に設置した物体を撮影するようにしたものについては、物体を、常に円軌道の中心付近に設置し得るとは限らないという問題がある。
【００１４】
さらに、撮影カメラに設けられたレンズの歪みには個体差があり、精度を向上させるためには、撮影画像に対し補正をかける必要があるが、それも限界がある。したがって、２台の撮影カメラを用いる場合、異なる歪みを残した撮影画像を利用するため、各撮影画像に残っている誤差同士が増幅されるという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、コストが安価であり且つ撮影カメラを任意の方向に向けることが可能な撮影補助装置を提供するとともに、この撮影補助装置を用いて１台の撮影カメラにより異なる箇所から撮影した少なくとも２つの撮影画像に基づき物体の三次元位置を検出し得る三次元位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る撮影補助装置は、弧面に沿った弧状のガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在にされた移動体と、この移動体を移動させる移動手段と、上記移動体に弧面の中心軸と平行な軸心回りで回転自在に設けられるとともに少なくとも撮影手段を取り付けるための取付部が設けられた回転支持体と、この回転支持体を回転させる回転手段とから構成したものである。
【００１７】
上記撮影補助装置の構成によると、撮影手段を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うことができるため、撮影手段に具備されたレンズの歪み補正を１個の撮影手段についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いて被撮影物体の三次元位置を検出する際に、同一の撮影手段を用いるため、各撮影画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影手段を用いて複数の撮影画像を得るものに比べて、誤差が増幅するのを抑制することができる。
【００１８】
また、撮影補助装置は、ガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在な移動体と、この移動体に回転自在に設けられた回転支持体とにより構成されているので、その製造コストは安価なものとなる。
【００１９】
さらに、弧状のガイド部材を用いるとともに、このガイド部材に沿って移動する移動体に、撮影手段が取り付けられた回転支持体を回転自在に設けたので、弧状のガイド部材の内側および外側を問わず撮影を行うことができ、したがって撮影範囲を広くすることができる。
【００２０】
また、請求項２に係る撮影補助装置は、請求項１に記載の撮影補助装置における回転支持体に、被撮影物体に光を照射する投光手段を取り付けるための取付部を設けたものである。
【００２１】
上記撮影補助装置の構成によると、回転支持体に取り付けられる投光手段による光の照射方向を撮影方向（被撮影物体の方向である撮影範囲）に向けておくことで、撮影手段による撮影範囲が回転により変わった場合でも、投光手段も一緒に回転するため、その光軸調整を行う必要がない。
【００２２】
さらに、請求項３に係る物体の三次元位置検出装置は、請求項１または請求項２に記載の撮影補助装置を用いて撮影手段により撮影された撮影画像に基づき物体の三次元位置を検出するための三次元位置検出装置であって、
回転支持体の各取付部に投光手段および撮影手段を取り付けるとともに、
ガイド部材の異なる位置で撮影手段により撮影された複数の撮影画像を用いて被撮影物体の三次元位置を検出する位置検出部を具備したものである。
【００２３】
上記の三次元位置検出装置の構成によると、上述した撮影補助装置の各取付部に、投光手段および撮影手段を取り付けて被撮影物体を複数箇所から撮影するようにしたので、請求項１および請求項２の場合と同様に、安価な構成でもって被撮影物体の三次元位置を容易に検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る撮影補助装置および物体の三次元位置検出装置について説明するが、本実施の形態においては、これらの装置を具備したトンネル内検査車両について、図１〜図９に基づき説明する。
【００２５】
このトンネル内検査車両は、鉄道線路の途中に設けられたトンネルの内壁面を点検するためのもので、撮影補助装置および三次元位置検出装置および作業監視装置が具備されたものである。
【００２６】
図１〜図３に示すように、このトンネル内検査車両（以下、単に、検査車両という）１は、電車と同様に、レールＲ上を走行する走行車輪２を有する走行車両３と、この走行車両３の運転台３ａの後部の荷台３ｂに設置されたアーム装置（作業用クレーンでもある）４と、このアーム装置４の先端に取り付けられた作業員が乗り込むためのボックス状の作業台（作業用箱体）５と、走行車両３の例えば運転台３ａの屋根に載置されてトンネルＴ内に張架された電線（以下、架線という）Ｄの位置を検出するとともに当該架線Ｄと作業台５を含めアーム装置（以下、作業台を含めて言及する場合、アーム装置等という）４とが干渉（接触）するかしないかを監視する作業監視装置６と、上記アーム装置５をアーム制御部７を介して操作するための作業用操作盤８とから構成されている。
【００２７】
上記アーム装置４は、図１および図２に示すように、例えば電動機（図示せず）により駆動される旋回台１１に立設された鉛直アーム１２と、この鉛直アーム１２の先端に鉛直面内で且つ２段でもって揺動自在に設けられた（連結された）２本の揺動アーム１３，１４と、先端側の揺動アーム１４に出退自在に設けられた出退アーム１５と、これら各アーム１３〜１５をそれぞれ駆動する例えば油圧シリンダ１６，１７（出退用の油圧シリンダについては図示せず）とから構成されており、上記出退アーム１５の先端に作業台５が取り付けられている。勿論、上記電動機および各油圧シリンダが、上記作業用操作盤８からの操作指令に基づき作動される。
【００２８】
上記作業監視装置６は、図３に示すように、大きく分けて、撮影カメラおよび投光器（これらについては、後述する）をトンネルＴの内壁面に沿って移動させるための撮影補助装置２１と、撮影カメラおよび投光器を用いて架線Ｄの三次元位置を検出する三次元位置検出装置２２と、この三次元位置検出装置２２により検出された架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かを判断する干渉判断装置２３と、これら各装置２１〜２３を監視制御部（制御手段）２４を介して制御する監視用操作盤２５と、上記干渉判断装置２３により干渉する危険が高いと判断された場合に、警報を発する警報器２６とから構成されている。なお、上記作業用操作盤８および監視用操作盤２５は、例えば作業台５に設けられる。
【００２９】
上記撮影補助装置２１は、図３〜図６に示すように、運転台３ａの屋根部に、例えば取付架台３１を介して、トンネルＴの内壁面に沿うような円弧状に形成された支持体３２と、この支持体３２に同じくトンネルＴの内壁面に沿うような円弧状に形成されたガイドレール（ガイド部材）３３と、上記支持体３２の内周面に且つガイドレール３３に沿って取り付けられた円弧状の歯車（半円状のリングギヤでもある）３４と、上記ガイドレール３３に左右一対のスライド部材３５を介して移動自在に案内されるとともに当該円弧の半径方向で長くされた矩形状の移動体３６と、この移動体３６の内周寄り位置に取り付けられて上記歯車３４に噛合するピニオン３７を減速機（例えば、ハーモニックドライブ機構が用いられる）３８およびプーリ伝達機構３９を介して回転させる移動用電動機（移動手段）４０と、同じく移動体３６の外周寄り位置で且つトンネル軸心方向と平行に軸心回りで回転される回転軸部（回転支持体）４１がその出力軸に連結された減速機（例えば、ハーモニックドライブ機構が用いられる）４２と、同じく移動体３６に取り付けられて上記減速機４２の入力軸側をプーリ伝達機構４３を介して回転させる回転用電動機（回転手段）４４と、上記回転軸部４１の一端側に設けられて投光器（投光手段の一例で、後述する）５１を取り付けるための第１取付部材（取付部）４５と、同じく回転軸部４１の他端側に設けられて投光器５１からの光により照らし出された架線Ｄを撮影するための撮影カメラ５２（撮影手段の一例で、後述する）を取り付けるための第２取付部材（取付部）４６とから構成されている。例えば、第１取付部材４５は、回転軸部４１の一端側から水平方向で所定方向に突設された３本の軸部４５ａと、これら軸部４５ａの先端に鉛直面に沿って取り付けられた取付板部４５ｂとから構成され、この取付板部４５ｂに投光器５１が取り付けられる。また、第２取付部材４６は、回転軸部４１の他端側から水平方向で所定方向とは反対方向に突設された軸体部４６ａと、この軸体部４６ａの先端に設けられたヨーク状の取付体部４６ｂとから構成され、この取付体部４６ｂに撮影カメラ５２が取り付けられる。勿論、投光器５１および撮影カメラ５２が回転軸部４１に取り付けられた状態では、図６に示すように、投光器５１から光Ｈが照射された撮影箇所を、撮影カメラ５２により撮影するようにされている。具体的には、撮影対象までの距離と、投光器５１および撮影カメラ５２との距離の関係に基づき、撮影カメラ５２は投光器５１側に所定の角度でもって向くように取り付けられる。
【００３０】
したがって、移動用電動機４０を駆動することにより、移動体３６をガイドレール３３の任意の位置に移動させることができ、また回転用電動機４４を駆動することにより、投光器５１および撮影カメラ５２を撮影対象の架線Ｄに向けることができる。なお、ガイドレール３３の両端部には、移動体３６の移動範囲を規制するためのリミットスイッチ４７が設けられている。
【００３１】
また、上記三次元位置検出装置２２としては、上記撮影補助装置２１の第１取付部材４５に取り付けられてトンネルＴの横断面方向でスリット状の光を照射し得るようにされた投光器５１と、同じく撮影補助装置２１の第２取付部材４６に取り付けられて上記投光器５１にて照らし出された架線Ｄを撮影し得る撮影カメラ（撮影装置の一例で、例えばＣＣＤカメラが用いられる）５２と、この撮影カメラ５２により異なる位置で、例えば２箇所で撮影された撮影画像を入力して所定の画像処理を施し架線Ｄの部分を抽出する画像処理部５３と、この画像処理部５３にて得られた２つの撮影画像に基づき架線Ｄの三次元位置を検出する位置検出部５４とから構成されている。
【００３２】
ここで、撮影動作について説明しておく。
作業者が撮影すべき架線Ｄの方向を監視用操作盤２５から入力する。例えば、図７に示すように、円弧状のガイドレール３３の円弧の中心点ＯＧを通りトンネルを横断する水平線に対する仰角θを入力する。すると、監視制御部２４においては、当該仰角θおよび水平距離に基づきガイドレール３３上の適正な２箇所における撮影位置（イ），（ロ）および撮影方向が演算される（勿論、この演算プログラムが組み込まれている）。
【００３３】
そして、この演算結果により得られた２つの撮影位置および撮影方向が監視制御部２４から移動用電動機４０および回転用電動機４４の各駆動制御部４０ａ，４４ａに出力されて、移動体３６が所定の撮影位置（イ），（ロ）に移動されるとともに、回転軸部４１が所定の方向に回転されて投光器５１および撮影カメラ５２が撮影すべき架線Ｄの方向に向けられる。
【００３４】
次に、画像処理部５３にて行われる処理内容について説明する。
まず、この画像処理部５３で扱われる座標系を図８に基づき説明しておくと、撮影カメラにより撮影された撮影画像を二次元座標にて表す画像座標系と、この画像座標系を撮影カメラ（ＣＣＤカメラ）のセンサ面の中心を原点とする三次元座標にて表すカメラ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（図８（ｂ）参照）と、このカメラ座標系をガイドレール３３の中心点ＯＧを原点とする共通の三次元座標で示すガイド座標系（基本座標系と称してもよい）と、アーム装置４の基準点を原点とする三次元座標で表す作業座標系（比較座標系と称してもよい）とが用いられる。
【００３５】
上記画像座標系は、図８（ａ）に示すように、撮影カメラ５２にて撮影した撮影画像をｘ軸（画面水平方向）とｙ軸（同鉛直方向）とで表される。
また、上記カメラ座標系は、図８（ｂ）に示すように、画像座標系で示された撮影画像を、ガイドレール３３上でそれぞれ撮影された撮影カメラ５２の位置を基準点（点１）として、所定距離だけ離れた位置に設けられた仮想スクリーンＳを含む三次元座標にて表されたもので、画像座標系に平行なＸ−Ｙ座標系に奥行き方向のＺ軸が加わった直交座標系である。
【００３６】
また、上記ガイド座標系は、図７に示すように、ガイドレール３３の円弧の中心点ＯＧを通って円弧を含んだ平面と直交し紙面（図面）手前側に向うＸＧ軸と、円弧を含んだ平面上にあり中心点ＯＧを通る水平線であって紙面右側に向うＹＧ軸と、ＸＧ軸とＹＧ軸とに直交し紙面上方に向うＺＧ軸とからなる直交座標系であり、さらに作業座標系は、ガイド座標系の原点ＯＧを走行車両３に設置されたアーム装置４の制御基準点（例えば、旋回台１１の中心点）ＯＡに平行移動させたものである。
【００３７】
次に、この画像処理部５３における処理内容を、上記座標系および図９に示すフローチャートを用いて説明する。
撮影カメラ５２にて、所定の第１位置３６（イ）で撮影された二次元座標（ｘ−ｙ）で示される撮影画像（カメラ画像１）が画像処理部５３に取り込まれる。なお、この撮影画像は、撮影カメラ（ＣＣＤカメラ）における二次元配列の各画素に対応して設けられる直交座標系としての画像座標系（ｘ−ｙ）のデータとして表される（ステップ１）。
【００３８】
次に、ステップ１で得られた架線Ｄの画像を直線にて数式化して、数直線を表すデータ１として保持する（ステップ２）。なお、このデータ１は、架線の中心位置（ｘ，ｙ）と傾き（ｓ）とからなる［図８（ａ）参照］。
【００３９】
次に、図８（ｂ）に示すように、ステップ２で得られた架線Ｄを示すデータ１を、撮影カメラ５２の位置を基準点（いわゆる原点であり、点１として示す）として仮想スクリーンＳＣ上に投影する。そして、投影した直線の仮想スクリーンＳＣ上における両端位置（点２および点３と称する）を求める（ステップ３）。
【００４０】
次に、上記ステップ３で求められた直線の両端（点２，点３）および点１を、カメラの位置と回転角度に基づきガイド座標系に変換する（ステップ４）。
次に、上記ステップ１〜４を、他の撮影画像（カメラ画像２）に対しても行う（ステップ５〜８）。
【００４１】
次に、上記ステップ４およびステップ８において、ガイド座標系に変換して得られた点１〜点３を含む第１平面、および点４〜点６を含む第２平面を求めた後、両平面が交わる直線としての交線を求める。一応、この交線が架線Ｄの三次元位置を示すことになるが、誤差をなくすために、さらに撮影カメラのセンサ面（カメラが水平に置いた場合には、鉛直面となる）を含む平面に対して直交し直線のデータ１（またはデータ２）上の任意の点（ｘ，ｙ）を含む平面と、上記求められた交線との交点を求め、より正確な架線Ｄの位置が求められる（ステップ９）。
【００４２】
そして、ステップ９で求められた架線Ｄの三次元位置が、作業座標系に変換される（ステップ１０）。
上述した手順にて、トンネルＴ内の架線Ｄの三次元位置がアーム装置４と同じ座標系にて示されたことになり、したがって架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かの判断が可能となる。
【００４３】
また、上記干渉判断装置２３は、走行車両３の姿勢（例えば、作業座標系上での姿勢）を検出する車両姿勢検出部（例えば、３軸にそれぞれ配置された傾斜センサにより構成されたもの）６１と、アーム装置４における各アーム１２〜１５の姿勢等（具体的には、旋回角、揺動角、出退量などである）を検出するアーム姿勢検出部（旋回角、揺動角、出退量などを検出し得るエンコーダなどのセンサにより構成されたもの）６２と、上記位置検出部５４にて検出された架線Ｄの三次元位置とこれら両検出部６１，６２にて検出された姿勢を入力して架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かを判断するとともに干渉する虞れがある場合に警報器２６にその旨を出力する干渉判断部６３と、この干渉判断部６３にて干渉する虞れがありしかも危険度が高いと判断された場合にその旨を入力してアーム制御部７にその動作を停止させる動作停止信号（割込み信号）を発生させる割込み発生部６４とから構成されている。
【００４４】
なお、上記干渉判断部６３においては、アーム装置４および作業台５に関する寸法等形状把握のための初期情報が具備されるとともに、車両姿勢検出部６１およびアーム等姿勢検出部６２からの姿勢データを入力し、アーム装置４および作業台５の外形位置が常に算出されている。
【００４５】
勿論、作業者による作業台５を移動させての架線Ｄの検査作業に先立ち、三次元位置検出装置２２により架線Ｄの三次元位置が検出されており、この架線Ｄの位置と上記算出されているアーム装置等４，５の外形位置との距離が求められ、この求められた距離に応じて干渉の危険度が判断されている。
【００４６】
例えば、充分に離れている場合には、警告が出力されないが、予め定められた許容距離より近い場合には、警告が出力される。この警告には、干渉するまでに十分回避の余裕がある場合には、低レベルの警告が、またかなり近づき過ぎの状態で干渉するまでにそれほど余裕がない場合には、高レベルの警告が出力される。
【００４７】
すなわち、低レベルであると判断されると、警報器２６に警報信号が出力されて、アーム装置等４，５が架線Ｄに接近していることが操作者に警告され、更に警告が高レベルであると判断されると、割込み発生部６４で割り込み信号を発生させる。この割り込みにより、作業台５に設けられた作業用操作盤８からの操作を行うことができなくなるとともに、アーム制御部７における駆動制御が一旦停止させられる。なお、作業台５に設けられた作業用操作盤８からの操作については、作業者が干渉等に対する安全を確認した後、所定の手順で再起動を行うことにより可能となるようになされている。
【００４８】
上述したトンネル内検査車両１により、トンネルＴの内壁面を検査する場合、まず検査すべき箇所に走行車両３を走行させ、そして作業台５に乗っている作業者が監視用操作盤２５を操作して、当該検査箇所近傍における架線Ｄの位置を検出する。
【００４９】
すなわち、作業者が撮影すべき架線Ｄに対する仰角θを監視用操作盤２５にて入力すると、監視制御部２４において、架線Ｄの三次元位置を特定し得るガイドレール３３上での適正な撮影位置が２箇所求められる（勿論、３箇所以上で撮影を行い、これら撮影箇所部分における撮影画像を用いて架線の位置を検出するようにしてもよい）。
【００５０】
そして、監視制御部２４からの制御指令により、例えば現在位置から近い方の撮影位置に、移動体３６が移動されるとともに回転軸部４１が回転されて、投光器５１および撮影カメラ５２が架線Ｄの方向に向けられて撮影が行われ、この後、引き続いて、他方の撮影位置に移動されて、異なる位置から、同様に架線Ｄの撮影が行われる。
【００５１】
例えば、図７に示すように、移動体３６を（イ）位置に移動させるとともに、回転軸部４１を回転させて投光器５１を架線Ｄ方向に向けて光を照射し、撮影カメラ５２により架線Ｄの撮影を行い、さらに移動体３６を（ロ）位置に移動させて、同様に、投光器５１により光を照射し、撮影カメラ５２により架線Ｄを撮影する。勿論、これら撮影画像は画像処理部５３に入力され、例えば架線Ｄが抽出される。これら架線Ｄが抽出された撮影画像は位置検出部５４に入力され、ここで、カメラ座標系上における架線Ｄの三次元位置が検出されるとともに、このカメラ座標系での架線Ｄの三次元位置がガイド座標系を経て、最終的に作業座標系に変換される。
【００５２】
一方、干渉判断部６３においては、車両姿勢検出部６１にて検出された車両の姿勢および位置が入力されるとともに、アーム等姿勢検出部６２にて検出された各アーム１２〜１５およ作業台５の姿勢等が入力されて、アーム装置４および作業台５の外形線（外表面）と架線Ｄとの間の距離が求められ、この距離に基づき干渉するまでの程度が評価される。
【００５３】
例えば、この距離が充分に離れており、現時点では、干渉（接触）する心配がない場合には警告は出力されない。
しかし、上記距離がそれ程充分ではなく、現状態が進行し、やがて架線Ｄがアーム装置等４，５と干渉する虞れがかなりの割合で生じると判断されると、低レベルでの警告が警報器２６に出力されて、作業者に警告が発せられる。
【００５４】
そして、架線Ｄがアーム装置等４，５と干渉する虞れがありしかもこの状態が続くと確実に干渉すると判断された場合には、高レベルでの警告が警報器２６に出力されて、作業者に警告が発せられる。また、警告が高レベルである場合には、割込み発生部６４に出力され、ここから動作停止信号がアーム制御部７に出力されて、アーム装置４の動作が停止される。勿論、この状態では、作業者によるアーム装置４の操作をすることができないようにされている。
【００５５】
このように、トンネル内壁面の検査に際し、１台の撮影カメラ５２を用いて、確実に、当該検査用のアーム装置４および作業台５と架線Ｄとが接触するのを防止することができる。
【００５６】
特に、上記撮影補助装置２１の構成によると、一台の撮影カメラ５２を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うようにしているため、撮影カメラに用いられているレンズの歪み補正を一台の撮影カメラ５２についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いてステレオ画像法により被撮影物体の三次元位置を検出する場合、一台の撮影カメラにて撮影を行うため、各撮影画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影カメラを用いて所定の撮影画像を得る際に生じる誤差の増幅を抑制することができる。
【００５７】
また、撮影補助装置２１は、ガイドレール３３と、このガイドレール３３に沿って移動自在な移動体３６と、この移動体３６に回転自在に設けられた回転軸部４１などにより構成されているので、比較的、安価に得られるものである。
【００５８】
また、円弧状のガイドレール３３を用いるとともに、このガイドレール３３に沿って移動する移動体３６に、撮影カメラ５２が取り付けられた回転軸部４１を回転自在に設けたので、円弧状のガイドレール３３の内側および外側を問わず撮影を行うことができ、また回転軸部４１には、投光器５１と撮影カメラ５２とを取り付けたので、被撮影物体側に光の照射方向を向けておくことで、撮影カメラ５２による撮影箇所が回転により変わった場合でも、投光器５１との光軸調整を行う必要がない。
【００５９】
さらに、上記三次元位置検出装置２２の構成によると、撮影補助装置２１における移動体３６の回転軸部４１に設けられた各取付部材４５，４６に、投光器５１および撮影カメラ５２を取り付けて、架線Ｄを複数箇所から撮影するようにしたので、安価な構成でもって架線Ｄの三次元位置を容易に検出することができる。勿論、この三次元位置検出装置２２が搭載された走行車両、すなわちトンネル内検査車両においても、安価な構成でもって、トンネル内を順次移動しながら架線Ｄの三次元位置を容易に検出することができる。
【００６０】
ところで、上記実施の形態においては、ガイドレール３３が円弧状であると説明したが、必ずしも、円弧状でなく、円弧以外の弧状であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１または請求項２に記載の撮影補助装置の構成によると、撮影手段を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うことができるため、撮影手段に用いられているレンズの歪み補正を１個の撮影手段についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いて所定の撮影画像を得る場合、１個の撮影手段にて撮影を行うため、各画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影手段を用いて所定の撮影画像を得る場合に、生じる誤差の増幅を抑制することができる。
【００６２】
また、撮影補助装置は、ガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在な移動体と、この移動体に回転自在に設けられた回転支持体等により構成されているので、比較的、安価に得られるものである。
【００６３】
さらに、弧状のガイド部材を用いるとともに、このガイド部材に沿って移動する移動体に、撮影手段が取り付けられた回転支持体を回転自在に設けたので、弧状のガイド部材の内側および外側を問わず撮影を行うことができる。
【００６４】
撮影範囲に光の照射方向を向けておくことで、撮影手段による撮影箇所が回転により変わった場合でも、投光手段との光軸調整を行う必要がない。
また、請求項３に記載の物体の三次元位置検出装置の構成によると、上述した撮影補助装置の各取付部に、投光手段および撮影手段を取り付けて被撮影物体を複数箇所から撮影するようにしたので、請求項１および請求項２の場合と同様に、安価な構成でもって被撮影物体の三次元位置を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトンネル内検査車両の概略構成を示す背面図である。
【図２】同トンネル内検査車両の概略構成を示す側面図である。
【図３】同トンネル内検査車両における作業監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】同トンネル内検査車両における撮影補助装置の正面図である。
【図５】同撮影補助装置の右側面図である。
【図６】同トンネル内検査車両における三次元位置検出装置の要部を示す斜視図である。
【図７】同トンネル内検査車両における撮影位置を示すトンネル横断面である。
【図８】同トンネル内検査車両の三次元位置検出装置による架線位置の検出する際の座標系を説明する図である。
【図９】同トンネル内検査車両の三次元位置検出装置による架線位置の検出手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ トンネル内検査車両
３ 走行車両
４ アーム装置
５ 作業台
６ 作業監視装置
７ アーム制御部
８ 作業用操作盤
２１ 撮影補助装置
２２ 三次元位置検出装置
２３ 干渉判断装置
２４ 監視制御部
２５ 監視用操作盤
２６ 警報器
３２ 支持体
３３ ガイドレール
３４ 歯車
３６ 移動体
４０ 移動用電動機
４４ 回転用電動機
４５ 第１取付部材
４６ 第２取付部材
５１ 投光器
５２ 撮影カメラ
５３ 画像処理部
５４ 位置検出部
６１ 車両姿勢検出部
６２ アーム姿勢検出部
６３ 干渉判断部
６４ 割込み発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は、弧面に沿うように配置された物体を、異なる位置で撮影してその三次元位置を検出する際に、その撮影手段とともに投光手段についても一緒に移動させ得る撮影補助装置、およびこの撮影補助装置を用いた三次元位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道線路には多くのトンネルが存在するが、最近、壁の落下事故が発生しており、トンネルの内壁面を調査する必要が生じている。
【０００３】
このトンネル内壁面を調査するのに、線路上を走行自在にされた走行車両上に検査装置が配置されてなる検査車両が用いられている。
ところで、この種の検査車両は、その荷台に、関節型ロボットアームのように折曲および伸縮自在に設けられたアーム装置が配置されたものであり、さらにこのアーム装置の先端には、作業者が乗り込み所定の検査作業を行い得るボックス状の作業台が取り付けられている。
【０００４】
したがって、トンネル内壁面を検査する際には、アーム装置を作動させて作業台をトンネル内壁面を沿って且つ架線（電線）を避けるようにして移動させていた。
【０００５】
ところで、アーム装置については、通常、作業台に乗っている作業者が操作することになるが、高圧の電気が流れている架線に接触することだけは避けなければならず、安全性を確保する上では、できるだけ自動により架線の位置を検出するのが好ましい。
【０００６】
従来、物体の三次元位置を検出する位置検出装置としては、２台の撮影カメラを平行に設置してなる撮影システムを用いるとともに、これら２台の撮影カメラによる撮影画像からステレオ画像を作成することにより三次元位置を検出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、この撮影システムを物体（被写体）の周りに配置された円軌道上を移動する回転台に固定し、円軌道上の複数の既知の位置から物体を撮影するようにしたものもある（特許文献１〔００８５〕および図３参照）。
【０００８】
また、三次元の位置検出装置を架線への重機の接近監視に適用したシステムがある（例えば、特許文献２参照）。このシステムは、複数台の撮影カメラを、そのレンズの光軸が平行で且つレンズが光軸に垂直な平面上に並びそして画面も同一平面上に位置するように、一直線上に配置して物体を撮影するようにしたものである。
【０００９】
このように複数台の撮影カメラで物体を撮影して得られたステレオ画像から三次元位置を検出することが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００３−５０１１０号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−６１９１８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成によると、複数台の撮影カメラを用いてステレオ画像を得るようにしているため、撮影後すぐに画像処理を行い三次元位置を検出し得る反面、複数台の撮影カメラを必要とするためコストが高くつくという問題がある。
【００１３】
また、中心方向を向いて設置されたカメラシステムを用いて、円軌道の中心付近に設置した物体を撮影するようにしたものについては、物体を、常に円軌道の中心付近に設置し得るとは限らないという問題がある。
【００１４】
さらに、撮影カメラに設けられたレンズの歪みには個体差があり、精度を向上させるためには、撮影画像に対し補正をかける必要があるが、それも限界がある。したがって、２台の撮影カメラを用いる場合、異なる歪みを残した撮影画像を利用するため、各撮影画像に残っている誤差同士が増幅されるという問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、コストが安価であり且つ撮影カメラを任意の方向に向けることが可能な撮影補助装置を提供するとともに、この撮影補助装置を用いて１台の撮影カメラにより異なる箇所から撮影した少なくとも２つの撮影画像に基づき物体の三次元位置を検出し得る三次元位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る撮影補助装置は、弧面に沿った弧状のガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在にされた移動体と、この移動体を移動させる移動手段と、上記移動体に弧面の中心軸と平行な軸心回りで回転自在に設けられるとともに少なくとも撮影手段を取り付けるための取付部が設けられた回転支持体と、この回転支持体を回転させる回転手段とから構成したものである。
【００１７】
上記撮影補助装置の構成によると、撮影手段を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うことができるため、撮影手段に具備されたレンズの歪み補正を１個の撮影手段についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いて被撮影物体の三次元位置を検出する際に、同一の撮影手段を用いるため、各撮影画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影手段を用いて複数の撮影画像を得るものに比べて、誤差が増幅するのを抑制することができる。
【００１８】
また、撮影補助装置は、ガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在な移動体と、この移動体に回転自在に設けられた回転支持体とにより構成されているので、その製造コストは安価なものとなる。
【００１９】
さらに、弧状のガイド部材を用いるとともに、このガイド部材に沿って移動する移動体に、撮影手段が取り付けられた回転支持体を回転自在に設けたので、弧状のガイド部材の内側および外側を問わず撮影を行うことができ、したがって撮影範囲を広くすることができる。
【００２０】
また、請求項２に係る撮影補助装置は、請求項１に記載の撮影補助装置における回転支持体に、被撮影物体に光を照射する投光手段を取り付けるための取付部を設けたものである。
【００２１】
上記撮影補助装置の構成によると、回転支持体に取り付けられる投光手段による光の照射方向を撮影方向（被撮影物体の方向である撮影範囲）に向けておくことで、撮影手段による撮影範囲が回転により変わった場合でも、投光手段も一緒に回転するため、その光軸調整を行う必要がない。
【００２２】
さらに、請求項３に係る物体の三次元位置検出装置は、請求項１または請求項２に記載の撮影補助装置を用いて撮影手段により撮影された撮影画像に基づき物体の三次元位置を検出するための三次元位置検出装置であって、
回転支持体の各取付部に投光手段および撮影手段を取り付けるとともに、
ガイド部材の異なる位置で撮影手段により撮影された複数の撮影画像を用いて被撮影物体の三次元位置を検出する位置検出部を具備したものである。
【００２３】
上記の三次元位置検出装置の構成によると、上述した撮影補助装置の各取付部に、投光手段および撮影手段を取り付けて被撮影物体を複数箇所から撮影するようにしたので、請求項１および請求項２の場合と同様に、安価な構成でもって被撮影物体の三次元位置を容易に検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る撮影補助装置および物体の三次元位置検出装置について説明するが、本実施の形態においては、これらの装置を具備したトンネル内検査車両について、図１〜図９に基づき説明する。
【００２５】
このトンネル内検査車両は、鉄道線路の途中に設けられたトンネルの内壁面を点検するためのもので、撮影補助装置および三次元位置検出装置および作業監視装置が具備されたものである。
【００２６】
図１〜図３に示すように、このトンネル内検査車両（以下、単に、検査車両という）１は、電車と同様に、レールＲ上を走行する走行車輪２を有する走行車両３と、この走行車両３の運転台３ａの後部の荷台３ｂに設置されたアーム装置（作業用クレーンでもある）４と、このアーム装置４の先端に取り付けられた作業員が乗り込むためのボックス状の作業台（作業用箱体）５と、走行車両３の例えば運転台３ａの屋根に載置されてトンネルＴ内に張架された電線（以下、架線という）Ｄの位置を検出するとともに当該架線Ｄと作業台５を含めアーム装置（以下、作業台を含めて言及する場合、アーム装置等という）４とが干渉（接触）するかしないかを監視する作業監視装置６と、上記アーム装置５をアーム制御部７を介して操作するための作業用操作盤８とから構成されている。
【００２７】
上記アーム装置４は、図１および図２に示すように、例えば電動機（図示せず）により駆動される旋回台１１に立設された鉛直アーム１２と、この鉛直アーム１２の先端に鉛直面内で且つ２段でもって揺動自在に設けられた（連結された）２本の揺動アーム１３，１４と、先端側の揺動アーム１４に出退自在に設けられた出退アーム１５と、これら各アーム１３〜１５をそれぞれ駆動する例えば油圧シリンダ１６，１７（出退用の油圧シリンダについては図示せず）とから構成されており、上記出退アーム１５の先端に作業台５が取り付けられている。勿論、上記電動機および各油圧シリンダが、上記作業用操作盤８からの操作指令に基づき作動される。
【００２８】
上記作業監視装置６は、図３に示すように、大きく分けて、撮影カメラおよび投光器（これらについては、後述する）をトンネルＴの内壁面に沿って移動させるための撮影補助装置２１と、撮影カメラおよび投光器を用いて架線Ｄの三次元位置を検出する三次元位置検出装置２２と、この三次元位置検出装置２２により検出された架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かを判断する干渉判断装置２３と、これら各装置２１〜２３を監視制御部（制御手段）２４を介して制御する監視用操作盤２５と、上記干渉判断装置２３により干渉する危険が高いと判断された場合に、警報を発する警報器２６とから構成されている。なお、上記作業用操作盤８および監視用操作盤２５は、例えば作業台５に設けられる。
【００２９】
上記撮影補助装置２１は、図３〜図６に示すように、運転台３ａの屋根部に、例えば取付架台３１を介して、トンネルＴの内壁面に沿うような円弧状に形成された支持体３２と、この支持体３２に同じくトンネルＴの内壁面に沿うような円弧状に形成されたガイドレール（ガイド部材）３３と、上記支持体３２の内周面に且つガイドレール３３に沿って取り付けられた円弧状の歯車（半円状のリングギヤでもある）３４と、上記ガイドレール３３に左右一対のスライド部材３５を介して移動自在に案内されるとともに当該円弧の半径方向で長くされた矩形状の移動体３６と、この移動体３６の内周寄り位置に取り付けられて上記歯車３４に噛合するピニオン３７を減速機（例えば、ハーモニックドライブ機構が用いられる）３８およびプーリ伝達機構３９を介して回転させる移動用電動機（移動手段）４０と、同じく移動体３６の外周寄り位置で且つトンネル軸心方向と平行に軸心回りで回転される回転軸部（回転支持体）４１がその出力軸に連結された減速機（例えば、ハーモニックドライブ機構が用いられる）４２と、同じく移動体３６に取り付けられて上記減速機４２の入力軸側をプーリ伝達機構４３を介して回転させる回転用電動機（回転手段）４４と、上記回転軸部４１の一端側に設けられて投光器（投光手段の一例で、後述する）５１を取り付けるための第１取付部材（取付部）４５と、同じく回転軸部４１の他端側に設けられて投光器５１からの光により照らし出された架線Ｄを撮影するための撮影カメラ５２（撮影手段の一例で、後述する）を取り付けるための第２取付部材（取付部）４６とから構成されている。例えば、第１取付部材４５は、回転軸部４１の一端側から水平方向で所定方向に突設された３本の軸部４５ａと、これら軸部４５ａの先端に鉛直面に沿って取り付けられた取付板部４５ｂとから構成され、この取付板部４５ｂに投光器５１が取り付けられる。また、第２取付部材４６は、回転軸部４１の他端側から水平方向で所定方向とは反対方向に突設された軸体部４６ａと、この軸体部４６ａの先端に設けられたヨーク状の取付体部４６ｂとから構成され、この取付体部４６ｂに撮影カメラ５２が取り付けられる。勿論、投光器５１および撮影カメラ５２が回転軸部４１に取り付けられた状態では、図６に示すように、投光器５１から光Ｈが照射された撮影箇所を、撮影カメラ５２により撮影するようにされている。具体的には、撮影対象までの距離と、投光器５１および撮影カメラ５２との距離の関係に基づき、撮影カメラ５２は投光器５１側に所定の角度でもって向くように取り付けられる。
【００３０】
したがって、移動用電動機４０を駆動することにより、移動体３６をガイドレール３３の任意の位置に移動させることができ、また回転用電動機４４を駆動することにより、投光器５１および撮影カメラ５２を撮影対象の架線Ｄに向けることができる。なお、ガイドレール３３の両端部には、移動体３６の移動範囲を規制するためのリミットスイッチ４７が設けられている。
【００３１】
また、上記三次元位置検出装置２２としては、上記撮影補助装置２１の第１取付部材４５に取り付けられてトンネルＴの横断面方向でスリット状の光を照射し得るようにされた投光器５１と、同じく撮影補助装置２１の第２取付部材４６に取り付けられて上記投光器５１にて照らし出された架線Ｄを撮影し得る撮影カメラ（撮影装置の一例で、例えばＣＣＤカメラが用いられる）５２と、この撮影カメラ５２により異なる位置で、例えば２箇所で撮影された撮影画像を入力して所定の画像処理を施し架線Ｄの部分を抽出する画像処理部５３と、この画像処理部５３にて得られた２つの撮影画像に基づき架線Ｄの三次元位置を検出する位置検出部５４とから構成されている。
【００３２】
ここで、撮影動作について説明しておく。
作業者が撮影すべき架線Ｄの方向を監視用操作盤２５から入力する。例えば、図７に示すように、円弧状のガイドレール３３の円弧の中心点ＯＧを通りトンネルを横断する水平線に対する仰角θを入力する。すると、監視制御部２４においては、当該仰角θおよび水平距離に基づきガイドレール３３上の適正な２箇所における撮影位置（イ），（ロ）および撮影方向が演算される（勿論、この演算プログラムが組み込まれている）。
【００３３】
そして、この演算結果により得られた２つの撮影位置および撮影方向が監視制御部２４から移動用電動機４０および回転用電動機４４の各駆動制御部４０ａ，４４ａに出力されて、移動体３６が所定の撮影位置（イ），（ロ）に移動されるとともに、回転軸部４１が所定の方向に回転されて投光器５１および撮影カメラ５２が撮影すべき架線Ｄの方向に向けられる。
【００３４】
次に、画像処理部５３にて行われる処理内容について説明する。
まず、この画像処理部５３で扱われる座標系を図８に基づき説明しておくと、撮影カメラにより撮影された撮影画像を二次元座標にて表す画像座標系と、この画像座標系を撮影カメラ（ＣＣＤカメラ）のセンサ面の中心を原点とする三次元座標にて表すカメラ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（図８（ｂ）参照）と、このカメラ座標系をガイドレール３３の中心点ＯＧを原点とする共通の三次元座標で示すガイド座標系（基本座標系と称してもよい）と、アーム装置４の基準点を原点とする三次元座標で表す作業座標系（比較座標系と称してもよい）とが用いられる。
【００３５】
上記画像座標系は、図８（ａ）に示すように、撮影カメラ５２にて撮影した撮影画像をｘ軸（画面水平方向）とｙ軸（同鉛直方向）とで表される。
また、上記カメラ座標系は、図８（ｂ）に示すように、画像座標系で示された撮影画像を、ガイドレール３３上でそれぞれ撮影された撮影カメラ５２の位置を基準点（点１）として、所定距離だけ離れた位置に設けられた仮想スクリーンＳを含む三次元座標にて表されたもので、画像座標系に平行なＸ−Ｙ座標系に奥行き方向のＺ軸が加わった直交座標系である。
【００３６】
また、上記ガイド座標系は、図７に示すように、ガイドレール３３の円弧の中心点ＯＧを通って円弧を含んだ平面と直交し紙面（図面）手前側に向うＸＧ軸と、円弧を含んだ平面上にあり中心点ＯＧを通る水平線であって紙面右側に向うＹＧ軸と、ＸＧ軸とＹＧ軸とに直交し紙面上方に向うＺＧ軸とからなる直交座標系であり、さらに作業座標系は、ガイド座標系の原点ＯＧを走行車両３に設置されたアーム装置４の制御基準点（例えば、旋回台１１の中心点）ＯＡに平行移動させたものである。
【００３７】
次に、この画像処理部５３における処理内容を、上記座標系および図９に示すフローチャートを用いて説明する。
撮影カメラ５２にて、所定の第１位置３６（イ）で撮影された二次元座標（ｘ−ｙ）で示される撮影画像（カメラ画像１）が画像処理部５３に取り込まれる。なお、この撮影画像は、撮影カメラ（ＣＣＤカメラ）における二次元配列の各画素に対応して設けられる直交座標系としての画像座標系（ｘ−ｙ）のデータとして表される（ステップ１）。
【００３８】
次に、ステップ１で得られた架線Ｄの画像を直線にて数式化して、数直線を表すデータ１として保持する（ステップ２）。なお、このデータ１は、架線の中心位置（ｘ，ｙ）と傾き（ｓ）とからなる［図８（ａ）参照］。
【００３９】
次に、図８（ｂ）に示すように、ステップ２で得られた架線Ｄを示すデータ１を、撮影カメラ５２の位置を基準点（いわゆる原点であり、点１として示す）として仮想スクリーンＳＣ上に投影する。そして、投影した直線の仮想スクリーンＳＣ上における両端位置（点２および点３と称する）を求める（ステップ３）。
【００４０】
次に、上記ステップ３で求められた直線の両端（点２，点３）および点１を、カメラの位置と回転角度に基づきガイド座標系に変換する（ステップ４）。
次に、上記ステップ１〜４を、他の撮影画像（カメラ画像２）に対しても行う（ステップ５〜８）。
【００４１】
次に、上記ステップ４およびステップ８において、ガイド座標系に変換して得られた点１〜点３を含む第１平面、および点４〜点６を含む第２平面を求めた後、両平面が交わる直線としての交線を求める。一応、この交線が架線Ｄの三次元位置を示すことになるが、誤差をなくすために、さらに撮影カメラのセンサ面（カメラが水平に置いた場合には、鉛直面となる）を含む平面に対して直交し直線のデータ１（またはデータ２）上の任意の点（ｘ，ｙ）を含む平面と、上記求められた交線との交点を求め、より正確な架線Ｄの位置が求められる（ステップ９）。
【００４２】
そして、ステップ９で求められた架線Ｄの三次元位置が、作業座標系に変換される（ステップ１０）。
上述した手順にて、トンネルＴ内の架線Ｄの三次元位置がアーム装置４と同じ座標系にて示されたことになり、したがって架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かの判断が可能となる。
【００４３】
また、上記干渉判断装置２３は、走行車両３の姿勢（例えば、作業座標系上での姿勢）を検出する車両姿勢検出部（例えば、３軸にそれぞれ配置された傾斜センサにより構成されたもの）６１と、アーム装置４における各アーム１２〜１５の姿勢等（具体的には、旋回角、揺動角、出退量などである）を検出するアーム姿勢検出部（旋回角、揺動角、出退量などを検出し得るエンコーダなどのセンサにより構成されたもの）６２と、上記位置検出部５４にて検出された架線Ｄの三次元位置とこれら両検出部６１，６２にて検出された姿勢を入力して架線Ｄとアーム装置等４，５とが干渉するか否かを判断するとともに干渉する虞れがある場合に警報器２６にその旨を出力する干渉判断部６３と、この干渉判断部６３にて干渉する虞れがありしかも危険度が高いと判断された場合にその旨を入力してアーム制御部７にその動作を停止させる動作停止信号（割込み信号）を発生させる割込み発生部６４とから構成されている。
【００４４】
なお、上記干渉判断部６３においては、アーム装置４および作業台５に関する寸法等形状把握のための初期情報が具備されるとともに、車両姿勢検出部６１およびアーム等姿勢検出部６２からの姿勢データを入力し、アーム装置４および作業台５の外形位置が常に算出されている。
【００４５】
勿論、作業者による作業台５を移動させての架線Ｄの検査作業に先立ち、三次元位置検出装置２２により架線Ｄの三次元位置が検出されており、この架線Ｄの位置と上記算出されているアーム装置等４，５の外形位置との距離が求められ、この求められた距離に応じて干渉の危険度が判断されている。
【００４６】
例えば、充分に離れている場合には、警告が出力されないが、予め定められた許容距離より近い場合には、警告が出力される。この警告には、干渉するまでに十分回避の余裕がある場合には、低レベルの警告が、またかなり近づき過ぎの状態で干渉するまでにそれほど余裕がない場合には、高レベルの警告が出力される。
【００４７】
すなわち、低レベルであると判断されると、警報器２６に警報信号が出力されて、アーム装置等４，５が架線Ｄに接近していることが操作者に警告され、更に警告が高レベルであると判断されると、割込み発生部６４で割り込み信号を発生させる。この割り込みにより、作業台５に設けられた作業用操作盤８からの操作を行うことができなくなるとともに、アーム制御部７における駆動制御が一旦停止させられる。なお、作業台５に設けられた作業用操作盤８からの操作については、作業者が干渉等に対する安全を確認した後、所定の手順で再起動を行うことにより可能となるようになされている。
【００４８】
上述したトンネル内検査車両１により、トンネルＴの内壁面を検査する場合、まず検査すべき箇所に走行車両３を走行させ、そして作業台５に乗っている作業者が監視用操作盤２５を操作して、当該検査箇所近傍における架線Ｄの位置を検出する。
【００４９】
すなわち、作業者が撮影すべき架線Ｄに対する仰角θを監視用操作盤２５にて入力すると、監視制御部２４において、架線Ｄの三次元位置を特定し得るガイドレール３３上での適正な撮影位置が２箇所求められる（勿論、３箇所以上で撮影を行い、これら撮影箇所部分における撮影画像を用いて架線の位置を検出するようにしてもよい）。
【００５０】
そして、監視制御部２４からの制御指令により、例えば現在位置から近い方の撮影位置に、移動体３６が移動されるとともに回転軸部４１が回転されて、投光器５１および撮影カメラ５２が架線Ｄの方向に向けられて撮影が行われ、この後、引き続いて、他方の撮影位置に移動されて、異なる位置から、同様に架線Ｄの撮影が行われる。
【００５１】
例えば、図７に示すように、移動体３６を（イ）位置に移動させるとともに、回転軸部４１を回転させて投光器５１を架線Ｄ方向に向けて光を照射し、撮影カメラ５２により架線Ｄの撮影を行い、さらに移動体３６を（ロ）位置に移動させて、同様に、投光器５１により光を照射し、撮影カメラ５２により架線Ｄを撮影する。勿論、これら撮影画像は画像処理部５３に入力され、例えば架線Ｄが抽出される。これら架線Ｄが抽出された撮影画像は位置検出部５４に入力され、ここで、カメラ座標系上における架線Ｄの三次元位置が検出されるとともに、このカメラ座標系での架線Ｄの三次元位置がガイド座標系を経て、最終的に作業座標系に変換される。
【００５２】
一方、干渉判断部６３においては、車両姿勢検出部６１にて検出された車両の姿勢および位置が入力されるとともに、アーム等姿勢検出部６２にて検出された各アーム１２〜１５およ作業台５の姿勢等が入力されて、アーム装置４および作業台５の外形線（外表面）と架線Ｄとの間の距離が求められ、この距離に基づき干渉するまでの程度が評価される。
【００５３】
例えば、この距離が充分に離れており、現時点では、干渉（接触）する心配がない場合には警告は出力されない。
しかし、上記距離がそれ程充分ではなく、現状態が進行し、やがて架線Ｄがアーム装置等４，５と干渉する虞れがかなりの割合で生じると判断されると、低レベルでの警告が警報器２６に出力されて、作業者に警告が発せられる。
【００５４】
そして、架線Ｄがアーム装置等４，５と干渉する虞れがありしかもこの状態が続くと確実に干渉すると判断された場合には、高レベルでの警告が警報器２６に出力されて、作業者に警告が発せられる。また、警告が高レベルである場合には、割込み発生部６４に出力され、ここから動作停止信号がアーム制御部７に出力されて、アーム装置４の動作が停止される。勿論、この状態では、作業者によるアーム装置４の操作をすることができないようにされている。
【００５５】
このように、トンネル内壁面の検査に際し、１台の撮影カメラ５２を用いて、確実に、当該検査用のアーム装置４および作業台５と架線Ｄとが接触するのを防止することができる。
【００５６】
特に、上記撮影補助装置２１の構成によると、一台の撮影カメラ５２を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うようにしているため、撮影カメラに用いられているレンズの歪み補正を一台の撮影カメラ５２についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いてステレオ画像法により被撮影物体の三次元位置を検出する場合、一台の撮影カメラにて撮影を行うため、各撮影画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影カメラを用いて所定の撮影画像を得る際に生じる誤差の増幅を抑制することができる。
【００５７】
また、撮影補助装置２１は、ガイドレール３３と、このガイドレール３３に沿って移動自在な移動体３６と、この移動体３６に回転自在に設けられた回転軸部４１などにより構成されているので、比較的、安価に得られるものである。
【００５８】
また、円弧状のガイドレール３３を用いるとともに、このガイドレール３３に沿って移動する移動体３６に、撮影カメラ５２が取り付けられた回転軸部４１を回転自在に設けたので、円弧状のガイドレール３３の内側および外側を問わず撮影を行うことができ、また回転軸部４１には、投光器５１と撮影カメラ５２とを取り付けたので、被撮影物体側に光の照射方向を向けておくことで、撮影カメラ５２による撮影箇所が回転により変わった場合でも、投光器５１との光軸調整を行う必要がない。
【００５９】
さらに、上記三次元位置検出装置２２の構成によると、撮影補助装置２１における移動体３６の回転軸部４１に設けられた各取付部材４５，４６に、投光器５１および撮影カメラ５２を取り付けて、架線Ｄを複数箇所から撮影するようにしたので、安価な構成でもって架線Ｄの三次元位置を容易に検出することができる。勿論、この三次元位置検出装置２２が搭載された走行車両、すなわちトンネル内検査車両においても、安価な構成でもって、トンネル内を順次移動しながら架線Ｄの三次元位置を容易に検出することができる。
【００６０】
ところで、上記実施の形態においては、ガイドレール３３が円弧状であると説明したが、必ずしも、円弧状でなく、円弧以外の弧状であってもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１または請求項２に記載の撮影補助装置の構成によると、撮影手段を移動および回転させて被撮影物体の撮影を複数箇所にて行うことができるため、撮影手段に用いられているレンズの歪み補正を１個の撮影手段についてだけ行えばよく、また異なる箇所から撮影した複数の撮影画像を用いて所定の撮影画像を得る場合、１個の撮影手段にて撮影を行うため、各画像はともに同じ誤差成分を含むことになり、したがって異なる撮影手段を用いて所定の撮影画像を得る場合に、生じる誤差の増幅を抑制することができる。
【００６２】
また、撮影補助装置は、ガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在な移動体と、この移動体に回転自在に設けられた回転支持体等により構成されているので、比較的、安価に得られるものである。
【００６３】
さらに、弧状のガイド部材を用いるとともに、このガイド部材に沿って移動する移動体に、撮影手段が取り付けられた回転支持体を回転自在に設けたので、弧状のガイド部材の内側および外側を問わず撮影を行うことができる。
【００６４】
撮影範囲に光の照射方向を向けておくことで、撮影手段による撮影箇所が回転により変わった場合でも、投光手段との光軸調整を行う必要がない。
また、請求項３に記載の物体の三次元位置検出装置の構成によると、上述した撮影補助装置の各取付部に、投光手段および撮影手段を取り付けて被撮影物体を複数箇所から撮影するようにしたので、請求項１および請求項２の場合と同様に、安価な構成でもって被撮影物体の三次元位置を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトンネル内検査車両の概略構成を示す背面図である。
【図２】同トンネル内検査車両の概略構成を示す側面図である。
【図３】同トンネル内検査車両における作業監視装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】同トンネル内検査車両における撮影補助装置の正面図である。
【図５】同撮影補助装置の右側面図である。
【図６】同トンネル内検査車両における三次元位置検出装置の要部を示す斜視図である。
【図７】同トンネル内検査車両における撮影位置を示すトンネル横断面である。
【図８】同トンネル内検査車両の三次元位置検出装置による架線位置の検出する際の座標系を説明する図である。
【図９】同トンネル内検査車両の三次元位置検出装置による架線位置の検出手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ トンネル内検査車両
３ 走行車両
４ アーム装置
５ 作業台
６ 作業監視装置
７ アーム制御部
８ 作業用操作盤
２１ 撮影補助装置
２２ 三次元位置検出装置
２３ 干渉判断装置
２４ 監視制御部
２５ 監視用操作盤
２６ 警報器
３２ 支持体
３３ ガイドレール
３４ 歯車
３６ 移動体
４０ 移動用電動機
４４ 回転用電動機
４５ 第１取付部材
４６ 第２取付部材
５１ 投光器
５２ 撮影カメラ
５３ 画像処理部
５４ 位置検出部
６１ 車両姿勢検出部
６２ アーム姿勢検出部
６３ 干渉判断部
６４ 割込み発生部
Claims (3)
- 弧面に沿った弧状のガイド部材と、このガイド部材に沿って移動自在にされた移動体と、この移動体を移動させる移動手段と、上記移動体に弧面の中心軸と平行な軸心回りで回転自在に設けられるとともに少なくとも撮影手段を取り付けるための取付部が設けられた回転支持体と、この回転支持体を回転させる回転手段とから構成したことを特徴とする撮影補助装置。
- 回転支持体に、被撮影物体に光を照射する投光手段を取り付けるための取付部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の撮影補助装置。
- 請求項１または２に記載の撮影補助装置を用いて撮影手段により撮影された撮影画像に基づき物体の三次元位置を検出するための三次元位置検出装置であって、
回転支持体の各取付部に投光手段および撮影手段を取り付けるとともに、
ガイド部材の異なる位置で撮影手段により撮影された複数の撮影画像を用いて被撮影物体の三次元位置を検出する位置検出部を具備したことを特徴とする物体の三次元位置検出装置。
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