JP2009053002A

JP2009053002A - 計測システム

Info

Publication number: JP2009053002A
Application number: JP2007219326A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Morita; 彰信森田; 靖裕 ▲浜▼松; Yasuhiro Hamamatsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】対象物までの距離の計測を精度良く行うことのできる計測システムを提供する。
【解決手段】本発明に係る計測システム１は、整準台７に取り付けられ、対象物までの距離を光学的に計測するための距離計側手段２と、前記対象物の画像を撮影するための撮像手段３と、距離計側手段２に代わって整準台７に取り付けられ、撮像手段３の光学的な中心Ｑが距離計側手段２の発光点Ｐと一致するように撮像手段３を支持する支持手段４と、備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、カメラにより撮影した対象物までの距離を光学的に計測するための計測システムに関する。

従来、測量の分野において、測量の対象物であるコンクリート構造物の表面に発生したクラックや剥離等の損傷状態を検査するため、レーザースキャナーにより取得したコンクリート構造物の表面の三次元の座標データ上に、レーザースキャナーに搭載されているカメラにより撮影したコンクリート構造物の表面の画像データをマッピングすることによりカラーの座標データを作成し、該カラーの座標データに基づきコンクリート構造物までの距離を計測する技術が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
株式会社カリダスジャパンのウェブサイトのＵＲＬ：http://callidusjapan.com/53/1325.html

しかしながら、上記した従来の技術では、レーザースキャナーから発射されるレーザービームの発光点と、レーザースキャナーに搭載されているカメラの光学的な中心とが異なるため、レーザースキャナーにより取得した対象物の三次元の座標データとカメラにより撮影した対象物の画像データとの間にずれが生じ、前記三次元の座標データに画像データをマッピングしても精度の良いカラーの座標データを作成することができなかった。そのため、対象物までの距離の計測を精度良く行うことが難しいといった問題があった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、対象物までの距離の計測を精度良く行うことのできる計測システムを提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明に係る計測システムは、整準台に取り付けられ、対象物までの距離を光学的に計測するための距離計側手段と、前記対象物の画像を撮影するための撮像手段と、前記距離計側手段に代わって前記整準台に取り付けられ、前記撮像手段の光学的な中心が前記距離計側手段の発光点と一致するように前記撮像手段を支持する支持手段と、を備えていることを特徴とする。

そして、前記距離計側手段は、前記対象物の三次元の座標データを取得可能なレーザースキャナーであり、前記支持手段は、前記撮像手段を水平方向及び垂直方向に回転自在に支持し、前記撮像手段の水平位置を調整可能な水平位置調整手段と前記撮像手段の垂直位置を調整可能な垂直位置調整手段とを備えているのが好ましい。

また、前記距離計側手段が取得した対象物の三次元の座標データ上に前記撮像手段が撮影した前記対象物の画像データをマッピングし、前記撮像手段の光学的な中心から前記対象物までの距離を計測してもよい。

本発明によれば、撮像手段の光学的な中心と距離計側手段の発光点とが一致するため、対象物までの距離の計測を精度良く行うことができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る計測システムにおいて距離計側手段であるレーザースキャナーを整準台に取り付けた状態を示す正面図、図２は同計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す正面図、図３は同計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す側面図、図４は同計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す平面図である。

本実施の形態に係る計測システム１は、対象物までの距離を光学的に計測するための距離計側手段であるレーザースキャナー２と、前記対象物の画像を撮影するための撮像手段であるカメラ３と、カメラ３を支持する支持手段であるカメラ支持台４と、レーザースキャナー２とカメラ３及びカメラ支持台４にそれぞれ通信ケーブル５を介して接続可能なパソコン６とを備えて構成されている。

レーザースキャナー２は、３６０度水平回転可能に整準台７上に取り付けられ、レーザービームＬＢを発射するレーザー光源８と、最大で３００度垂直回転可能に設けられた回転ドラム９とを備えて構成されている。回転ドラム９にはレーザー光源８に対向するように傾斜面１０が形成されており、レーザー光源８から発射されたレーザービームＬＢがこの傾斜面１０により反射され、拡散されるようになっている。なお、本明細書中では、回転ドラム９の傾斜面１０によってレーザービームＬＢが反射される点を発光点Ｐと定義する。

カメラ３は、例えば、デジタル一眼レフカメラであり、短焦点望遠レンズ１１を備えている。なお、本実施の形態において、カメラ３の光学的な中心Ｑの位置は、カメラ本体側に位置しているが、カメラ３に装着される望遠レンズ１１の種類によっては望遠レンズ１１側に位置することもある。

カメラ支持台４は、整準台７上に固定される扁平な円柱形状の土台部１２と、土台部１２の周縁部に沿って互いに対峙した状態で３６０度水平回転可能な支柱部１３と、各支柱部１３の間に渡設されたカメラ位置調整部１４とにより構成されている。

カメラ位置調整部１４は、各支柱部１２の対向する内面にそれぞれ垂直方向に回転可能に突設された水平軸部１５と、各水平軸部１５の先端からそれぞれ下方に伸縮自在に延出する垂直位置調整部１６と、各垂直位置調整部１６を伸縮させるための調整ネジ１７と、各垂直位置調整部１６の下端に両端が固定される平板状の水平位置調整部１９とを備えており、水平位置調整部１９にはカメラ３の撮影方向に沿って複数（図４では５個）の水平位置調整孔２０が穿設されている。

パソコン６は、レーザースキャナー２が取得した対象物の三次元の座標データ上にカメラ３が撮影した対象物の画像データをマッピング処理等する制御部２１と、前記対象物の三次元の座標データや画像データ等を記憶する記憶部２２と、前記画像データに基づき対象物の画像を表示する液晶表示装置等の表示部２３と、レーザースキャナー２の計測範囲（すなわち、レーザースキャナー２の水平回転角度や回転ドラム９の垂直回転角度）やカメラ３の撮影範囲（すなわち、カメラ支持台４の支柱部１３の水平回転角度やカメラ位置調整部１４の垂直回転角度）等を予め設定するためのキーボードやマウス等の入力部２４とを備えている。

次に、上記した実施の形態に係る計測システム１の作用について説明する。

先ず、図１に示すように、整準台７の軸心ＣＬにレーザースキャナー２の発光点Ｐが一致するように整準台７上にレーザースキャナー２を取り付け、レーザースキャナー２を動作させる。この状態で、レーザースキャナー２の発光点Ｐを中心として、レーザースキャナー２を３６０度水平回転させると共に、回転ドラム９を最大で３００度垂直回転させ、レーザー光源８からレーザービームＬＢを発射させると、このレーザービームＬＢは回転ドラム９の傾斜面１０によって反射され、拡散される。この拡散されたレーザービームＬＢは対象物に当って跳ね返り、レーザースキャナー２に戻り、受光され、対象物の三次元の座標データが取得される。その後、この対象物の三次元の座標データを、レーザースキャナー２に通信ケーブル５を介して接続されたパソコン６の記憶部２２に格納する。

次に、整準台７からレーザースキャナー２を取り外した後、整準台７にレーザースキャナー２の代わりにカメラ支持台４を固定すると共に、整準台７の軸心ＣＬにカメラ３の光学的な中心Ｑが一致するように水平位置調整孔２０を選択して水平位置調整部１９にカメラ３を固定する。さらに、調整ネジ１７を操作し、整準台７の上面からカメラ３の光学的な中心Ｑまで高さＨ_１（図１参照）が整準台７の上面からカメラ３の発光点Ｐまで高さＨ_２（図２参照）に一致するように垂直位置調整部１６を伸縮させる。

この状態で、カメラ３の光学的な中心Ｑを中心として、土台部１２に対して支柱部１３を３６０度水平回転させると共に、カメラ位置調整部１４を最大で３００度垂直回転させ、対象物の画像を撮影する。その後、この対象物の画像のデータを、カメラ３に通信ケーブル５を介して接続されたパソコン６の記憶部２２に格納する。

次いで、パソコン６の表示部２３上において、記憶部２２に格納された前記対象物の三次元の座標データ上に、同位置から撮影された前記対象物の画像データをマッピングし、高解像度のカラーの座標データ及びパノラマ画像を作成する。そして、これらのデータを用いてカメラ３の光学的な中心Ｑから前記対象物までの距離を計測し、この計測データを記憶部２２に格納する。

上記したように本発明の実施の形態に係る計測システム１によれば、レーザースキャナー２から発射されるレーザービームＬＢの発光点Ｐとカメラ３の光学的な中心Ｑとが一致しており、レーザースキャナー２により取得した対象物の三次元の座標データとカメラ３により撮影した対象物の画像データとの間にずれが生じることがないため、対象物までの距離の計測を精度良く行うことができる。

また、本発明は、地形の計測の他、コンクリート表面のクラック、タイルの剥離、ブロックの亀裂等、構造物の表面の損傷部分の検査等、各種分野において適用可能である。

本発明の実施の形態に係る計測システムにおいて距離計側手段であるレーザースキャナーを整準台に取り付けた状態を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す側面図である。本発明の実施の形態に係る計測システムにおいて撮像手段であるデジタルカメラを整準台に取り付けた状態を示す平面図である。

符号の説明

１計測システム
２レーザースキャナー（距離計側手段）
３カメラ（撮像手段）
４支持台
１６垂直位置調整部（垂直位置調整手段）
１９水平位置調整部（水平位置調整手段）

Claims

整準台に取り付けられ、対象物までの距離を光学的に計測するための距離計側手段と、
前記対象物の画像を撮影するための撮像手段と、
前記距離計側手段に代わって前記整準台に取り付けられ、前記撮像手段の光学的な中心が前記距離計側手段の発光点と一致するように前記撮像手段を支持する支持手段と、
を備えていることを特徴とする計測システム。
前記距離計側手段は、前記対象物の三次元の座標データを取得可能なレーザースキャナーであり、前記支持手段は、前記撮像手段を水平方向及び垂直方向に回転自在に支持し、前記撮像手段の水平位置を調整可能な水平位置調整手段と前記撮像手段の垂直位置を調整可能な垂直位置調整手段とを備えている請求項１に記載の計測システム。
前記距離計側手段が取得した対象物の三次元の座標データ上に前記撮像手段が撮影した前記対象物の画像データをマッピングし、前記撮像手段の光学的な中心から前記対象物までの距離を計測する請求項２に記載の計測システム。