JP2019035647A - 水中測距装置、及びその測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中での水温、海水の塩分濃度等による被写体距離の校正を提供する。【解決手段】水中測距装置１は、水中に配置されるカメラ２と、支持部３と、支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、制御装置６と、を有し、カメラ２は、撮像面と、レンズを有する光学部と、レンズを移動させる移動部と、画像を撮像面に合焦させるように移動部を制御する合焦部と、合焦したときのレンズの移動距離を出力する出力部を備え、制御装置６は、合焦用チャートが合焦したときのレンズの移動距離を取得する取得部と、レンズの移動距離と予め定められているカメラと複数の合焦用チャートの間の距離に基づいて、被写体とカメラとの間の距離を決定するための校正パラメータを算出する校正部と、被写体の画像を合焦させたときのレンズの移動距離と校正パラメータから、被写体とカメラとの間の距離を計算する計算部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水中測距装置、及びその測距方法に関する。

港湾工事の防波堤や護岸などの海洋構造物の構築に際しては、当該海洋構造物を構成するケーソン等の水中構造物を沈設する場合、衛星測位装置やトランシットなどを用いてケーソンの位置や姿勢を作業員が監視して目標の位置にケーソンを移動させる。沈設後、潜水士により、ケーソン間の設置間隔（目地間隔という）の計測が行われている。沈設作業時に、ケーソンの下部の目地間隔を正確に測定することが必要となる。

例えば、特許文献１には、水中で新規沈埋函を既設立坑又は既設沈埋函に高い精度で接合するためカメラを使用することが示されている。既設沈埋函に設置されたパターンターゲットを発光させ、新設する新規沈埋函に設置したカメラによってこのパターンターゲットが発する光を捉え、カメラの相対位置座標及び向きを連続して演算処理する。そして、ＣＣＤカメラの相対位置座標及び向きに基づき新規沈埋函の沈設作業時の既設沈埋函に対する距離計測と誘導とを行うことが開示されている。

特開２００４−０４４３７２号公報

しかし、水中での水温、海水の場合は塩分濃度等が屈折率等に影響するため、これらの要素を考慮して被写体距離を校正する必要がある。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、水中での測定における特殊な条件に影響を受けることなく、水中の２点間距離を高精度に測定することを可能とした水中測距装置、及びその測距方法を提案することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る水中測距装置は、水中に配置されるカメラと、カメラに取り付けられた支持部と、支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、カメラと接続された制御装置と、を有し、カメラは、撮像面を有する撮像部と、少なくとも１つのレンズを有する光学部と、光学部を移動させるための移動部と、複数の合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させるように移動部を制御する合焦部と、複数の合焦用チャートの画像が撮像面に合焦したときの光学部のレンズの移動距離を出力する出力部と、を備え、制御装置は、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦したときの光学部のレンズの移動距離を出力部より取得する取得部と、取得部が取得した光学部のレンズの移動距離と、予め定められているカメラと複数の合焦用チャートとの間の距離とに基づいて、被写体とカメラとの間の距離を決定するための校正パラメータを算出する校正部と、被写体の画像を撮像面に合焦させたときの光学部のレンズの移動距離と校正パラメータとから、被写体とカメラとの間の距離を計算する計算部と、を備える、ことを特徴とする。

更に、本発明に係る水中測距装置は、支持部は、カメラに着脱可能に取り付けられる、ことが好ましい。

更に、本発明に係る水中測距装置は、支持部は、カメラに、カメラの光軸に平行な位置から光軸に垂直な位置に回動可能に取り付けられる、ことが好ましい。

更に、本発明に係る水中測距装置は、カメラは、防水ケースを更に有する、ことが好ましい。

本発明に係る水中測距装置は、水中に配置されるカメラと、カメラに取り付けられた支持部と、支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、カメラと接続された制御装置と、を有し、カメラは、撮像面を有する撮像部と、少なくとも１つのレンズを有する光学部と、光学部を移動させるための移動部と、複数の合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させるように移動部を制御する合焦部と、複数の合焦用チャートの画像が撮像面に合焦した通知を出力する出力部と、を備え、制御装置は、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦した通知を出力部より取得する取得部と、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦したときの複数の合焦用チャートそれぞれの画像の水平方向の長さを校正パラメータとして算出する校正部と、被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させたときの被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像の水平方向の長さと校正パラメータとから、被写体とカメラとの間の距離を計算する計算部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明に係る水中測距装置の測距方法は、水中測距装置であって、水中に配置されるカメラと、カメラに取り付けられた支持部と、支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、カメラと接続された制御装置と、を有し、カメラは、撮像面を有する撮像部と、少なくとも１つのレンズを有する光学部と、光学部を移動させるための移動部と、複数の合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させるように移動部を制御する合焦部と、複数の合焦用チャートの画像が撮像面に合焦したときの光学部のレンズの移動距離を出力する出力部と、を備える水中測距装置の測距方法であって、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦したときの光学部のレンズの移動距離を出力部より取得するステップと、取得した光学部のレンズの移動距離と、予め定められているカメラと複数の合焦用チャートとの間の距離とに基づいて、被写体とカメラとの間の距離を決定するための校正パラメータを算出するステップと、被写体の画像を撮像面に合焦させたときの光学部のレンズの移動距離と校正パラメータとから、被写体とカメラとの間の距離を計算するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る水中測距装置の測距方法は、水中測距装置であって、水中に配置されるカメラと、カメラに取り付けられた支持部と、支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、カメラと接続された制御装置と、を有し、カメラは、撮像面を有する撮像部と、少なくとも１つのレンズを有する光学部と、光学部を移動させるための移動部と、複数の合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させるように移動部を制御する合焦部と、複数の合焦用チャートの画像が撮像面に合焦した通知を出力する出力部と、を備える水中測距装置の測距方法であって、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦した通知を出力部より取得するステップと、複数の合焦用チャートのそれぞれが撮像面に合焦したときの複数の合焦用チャートそれぞれの画像の水平方向の長さを校正パラメータとして算出するステップと、被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像を撮像面に合焦させたときの被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像の水平方向の長さと校正パラメータとから、被写体とカメラとの間の距離を計算するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る水中測距装置、その測距方法によれば、水中の２点間距離を高精度に測定することができる。

本発明に係る水中測距装置とその測距方法の一例を説明する図である。 カメラの一例のブロック構成概略を示す図である。 防水ケースの一例の外観を示す３面図である。 カメラへの支持部の取付けの一例を示す図である。 防水ケースに支持部を取り付ける取付け方法を示す図である。 制御装置の概略構成ブロックの一例を示す図である。 校正方法の一例を説明する図である。 校正方法の変形例を説明する図である。 カメラと制御装置との間での動作シーケンスの一例を示す図である。 カメラと制御装置との間での動作シーケンスの一例を示す図である。 保持具の一例を示す図である。 保持具の利用例を示す図である。

以下、本開示の一側面に係る水中測距装置、その測距方法について、図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。尚、以下の説明及び図において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（本発明に係る水中測距装置とその測距方法の概要）
図１は、実施形態に係る水中測距装置とその測距方法を一例として、本発明に係る水中測距装置とその測距方法を説明する図である。

（本発明に係る水中測距装置の概要）
図１（ａ）は、水中測距装置１の一例の概略を示す図である。水中測距装置１は水中で被写体を撮像するためのカメラ２と、接続ケーブル５を介してカメラ２と接続される制御装置６とを有する。カメラ２の前面には、カメラ２から撮影方向に伸びるカメラの光軸Ｏと平行となるように支持部３が取り付けられている。支持部３の先端には、水中での測距精度向上のための校正に使用する複数のチャート板４1、４２，４３がカメラ２の光軸Ｏと垂直になるように取り付けられている。各チャート板４１，４２，４３のカメラ側平面にはそれぞれ合焦用チャート４１１．４２１．４３１が貼られている。各チャート板４１，４２，４３のカメラ側平面とカメラ２のレンズから各合焦用チャート４１１．４２１．４３１までの距離はそれぞれ既知である。カメラ２は水中でカメラ本体を保護する防水ケース２６を有する。防水ケース２６の底面に、三脚に固定するための固定台座２６１を設けてもよい。

水中のカメラ２で撮像された撮像信号は、接続ケーブル５を通して、地上又は水上の制御装置６に送信される。制御装置６が受信した撮像信号は、制御装置６の表示部に表示される。制御装置６は、接続ケーブル５を通して、カメラ２を制御する。また、制御装置６は、カメラ２からの情報信号を使用し、測距計算処理や校正処理を行う。

（本発明に係る水中測距装置の施工前処理の概要）
図１（ｂ）は、カメラ２の水中での校正を説明する図である。カメラ２の水中内での使用にあたっては、水中での水温、海水の場合は塩分濃度等が屈折率等に影響するので、測距精度を向上するために使用前に施工現場の水中においてカメラ２の校正を行う必要がある。校正は使用の直前からでもよいが、使用前日から水中に置くことが好ましい。カメラ２の水中滞在が長ければ、カメラ２の温度が安定するからである。

校正を行うため、制御装置６からカメラ２に各チャート板４１，４２，４３の合焦用チャート４１１，４２１，４３１にピントを合わせるよう指示が順次出される。例えば、チャート板４１の合焦用チャート４１１にピントが合ったとき、すなわち合焦したとき、制御装置６は、カメラ２のレンズの移動距離を取得する。ここで、レンズの移動距離とは、レンズの基準位置、例えば、無限遠点に対するレンズ位置、又は最近接位置に対するレンズ位置、からのレンズの移動距離である（以下、同じ）。制御装置６は各合焦用チャート４１１，４２１，４３１に関しての合焦指示を繰り返す。制御装置６は、レンズと各合焦用チャートの間のそれぞれの距離は実測されており既知なので、レンズと合焦用チャートの間の距離とレンズの移動距離とのペアを複数得ることができる。レンズと合焦用チャートの間の距離とレンズの移動距離との複数のペアを使用して、制御装置６は、測距に関する校正パラメータを計算することができる。カメラ２の校正パラメータを使用することにより、水中測距装置１の距離測定精度は向上する。

（本発明に係る水中測距装置の測距作業の概要）
図１（ｃ）は、既設のケーソンＡに隣接して、ケーソンＢを水中に設置するときの、水中測距装置１の利用の一例を示す図である。施工作業者は、ケーソンＢの設置前に、水中にカメラ２を設置して、校正作業を完了しておく。施工作業において、施工作業の精度向上のため、施工作業者はケーソンＡとケーソンＢとの目地間隔ｄを正確に知り、所定の目地間隔、例えば、ケーソンＡから１０ｃｍ離れた位置にケーソンＢを設置する必要がある。施工作業者は、水中測距装置１のカメラ２の光軸ＯをケーソンＡの水中で隣りあう面の稜線にあてて、稜線とレンズ間の距離を測距する。制御装置６は、レンズからカメラ２の回転軸Ｒまでの距離は既知なので、ケーソンＡの水中で隣りあう面の稜線から回転軸までの距離Ｄ１を求めることができる。次に、設置作業者は、カメラ２を回転軸の回りに水平回転させて、カメラ２の光軸ＯをケーソンＢの水中で隣りあう面の稜線にあてて、稜線とレンズ間の距離を測距する。距離Ｄ１と同様に、制御装置６は、ケーソンＢの水中で隣りあう面の稜線から回転軸までの距離Ｄ２を求めることができる。このときの回転角θとする。例えば、回転角θはポテンショメータを用いて計測することができる。ケーソンＡとケーソンＢとの目地間隔ｄは、余弦定理、
（式１） ｄ²＝Ｄ１²＋Ｄ２²−２・Ｄ１・Ｄ２・ｃｏｓθ
から求めることができる。

実際には、施工作業者はケーソンＡの稜線との距離Ｄ１を計測し、要求されるケーソンＡとケーソンＢの目地間隔ｄ＝１０ｃｍとなる位置に予めカメラ２の光軸Ｏを合わせておく。このときの回転角θは既知となるから、（式１）をＤ２について解いておくことができる。施工作業者は、水中測距装置１を使用して、水中でケーソンＢの隣りあう面の稜線がカメラ２の光軸Ｏと交わるように、すなわち稜線が撮像画像中心にあるように、且つケーソンＢの稜線との距離がＤ２となるように監視して、施工作業をすることが好ましい。以下、実施例について説明する。

（本発明に係る水中測距装置の実施例）
図２は、カメラ２の一例のブロック構成概略を示す図である。カメラ２は、撮像部２１と光学部２２、移動部２３、合焦部２４、及び合焦マイコン２４５を有する。撮像部２１は、被写体からの光線を撮像面２１１で受け被写体画像を画像信号に変換する撮像センサ２１２、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサを有する。キャプチャされた画像信号は合焦部２４に送信される。撮像部２１の撮像面２１１側には、光学部２２がマウントされ、光学部２２は被写体からの光線を撮像面２１１に導光する。光学部２２は、フォーカスレンズ２２１、フォーカスレンズ２２１を光軸Ｏ方向に平行移動させるフォーカスリング２２２、ズームレンズ２２３、ズームレンズ２２３を光軸Ｏ方向に平行移動させるズームリング２２４、絞り２２５、及び絞り２２６を調整する絞りリング２２６等を有する。各レンズは１枚と限らす複数枚のレンズからなるレンズ群により構成されていてもよい。なお、光学部２２は、広角撮影できることが好ましい。複数枚の合焦用チャートの同時撮影ができるからである。

光学部２２の側面には、移動部２３が取り付けられ、光学部２２のフォーカスレンズ２２１の位置を移動調節してピント調整を行う。移動部２３は、アクチュエータ、例えばフォーカスモータ（Ｍ）２３１と、フォーカスモータ（Ｍ）２３１を駆動するフォーカスモータ駆動回路２３２、フォーカスモータ駆動回路２３２を制御する移動部マイコン２３３、及びフォーカスモータ（Ｍ）２３１の駆動によるフォーカスレンズ移動量を検出する位置センサ（ＰＳ）２３４を有する。位置センサ（ＰＳ）２３４からのフォーカスレンズ移動量は移動部マイコン２３３に入力され、更に、合焦マイコン２４５の合焦制御部２４６に送られる。光学部２２の他の調整は撮影者が各リングを回して調整してすることができる。更に、移動部２３は、光学部２２のズームレンズ、絞り等を調整して、ズーム、露出等を調整する機能を有してもよい。

移動部２３を制御して最適なピント合わせをするため、カメラ２は合焦部２４を有している。制御装置６は、合焦部２４を起動して、制御装置６の表示部６１に表示されたＡＦ枠情報を合焦部２４に送信する。合焦部２４は撮像画像からピント合わせの状態を判定して、移動部２３を制御してピント合わせを行う。カメラ２は、合焦部２４により、測距対象である被写体に高精度でピントを合わせることができ、精度の高い距離計測ができる。合焦部２４は、画像分岐部２４１、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４２、ゲート回路２４３、加算器２４４、合焦マイコン２４５、合焦制御部２４６、及び出力部２４７を有する。

画像分岐部２４１は、撮像部２１からの画像信号、例えば、ＨＤ‐ＳＤＩ（High Definition Serial Digital Interface）規格の画像信号を受信する。画像分岐部２４１は、受信した信号を次段のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４２に送るとともに、接続ケーブル５を介して制御装置６に送信する。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４２は画像分岐部２４１からの画像信号の高周波成分を濾波する。ピント合わせのためのコントラスト比較の精度を上げるためである。ゲート回路２４３はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２４２で濾波された画像信号から、制御装置６から指示されたＡＦ枠の枠内画像信号分を抽出する。ピント合わせの精度判定に必要なのは、ＡＦ枠内の画像信号だけだからである。ゲート回路２４３から出力されたＡＦ枠内の画像信号は加算器２４４で加算され、加算結果に基づき、合焦制御部２４６はコントラスト比を計算してピント合わせの精度を判定し、最も高い精度になるよう移動部２３を制御する。例えば、コントラスト比が低い場合は、合焦制御部２４６はコントラスト比が高くなる方向に可能な限り高速でフォーカスレンズを移動する。合焦制御部２４６はコントラスト比が高くなるにつれてフォーカスレンズの移動を減速し、精度よくコントラスト比の高い点で停止させるように、コントラスト比の、高低と微分量の大小を用いて制御する。このような方式は、一般に、山登りオートフォーカス方式と呼ばれる。通常、合焦制御部２４６は合焦マイコン２４５の処理プログラムにより実装される。

合焦マイコン２４５の出力部２４７は、ピントが合ったときの移動部マイコン２３３からのフォーカスレンズ２２１の移動量を、接続ケーブル５を介して制御装置６に送信する。通常、出力部２４７は合焦マイコン２４５の処理プログラムにより実装される。制御装置６は、接続ケーブル５を介してカメラ２に接続し、カメラ２が撮影した画像の表示、カメラ２の制御を行う。接続ケーブル５は、合焦部２４からの画像信号と、撮像部２１に対する制御信号と合焦部２４に対する制御信号を通すこととなる。例えば、ＨＤ−ＳＤＩ規格等の画像信号ケーブル１本とＲＳ２３２Ｃ規格等の制御信号用ケーブル２本の３本のケーブルを組み合わせたものでもよい。

図３は、カメラ２が有する防水ケース２６の一例の外観を示す３面図である。カメラ２は水中で使用されるため、カメラ本体を収納する防水ケース２６が必要となる。防水ケース２６は円筒形状であり、円筒側面下部には、カメラスタンド、三脚等に据え付けるための固定台座２６１が付けられている。円筒側面上部には持ち運び用の取手２６２が付けられている。防水ケース２６の正面には、被写体からの光線をカメラに通すためのガラス窓２６３が設けられている。ガラスに代えて透明アクリル板等の透明素材であってもよい。防水ケース２６の正面下部には支持部３を取り付けるための支持部取付け部２６４、２６５を有する。防水ケース２６の背面には、画像信号ケーブル取り出し口２６６と制御信号ケーブル取り出し口２６７が設けられている。各取出し口は、パッキン等を使用して漏水しないような構造としている。なお、画像信号と制御信号ケーブルをまとめ、１本のケーブルとして、取り出し口を１つにまとめてもよい。

図４は、支持部３の一例を説明する図である。図４（ａ）は、支持部３が、防水ケース２６に取り付けられた状態での側面図であり、図４（ｂ）は、支持部３が、防水ケース２６に取り付けられた状態での平面図である。例えば、支持部３は、支持部材３１１、３１２を有する。更に、支持部材３１１と支持部材３１２との間に梯子状に補強部材３２１、３２２を設けて補強してもよい。支持部材３１１と支持部材３１２は、防水ケース２６のガラス窓２６３を有する正面下部の取付け部２６４、２６５に光軸Ｏと平行になるように固定又は着脱可能に取り付けられている。支持部３の支持部材３１１と支持部材３１２の先端部には、カメラ２のフォーカスレンズ２２１から被写体方向に複数の矩形のチャート板４１，４２，４３が互いに平行に取り付けられている。各チャート板４１，４２，４３は、チャート板の板面が両支持部材３１１、３１２の上に垂直になるように取り付けられている。各チャート板４１，４２，４３のカメラ側平面には、合焦用チャート４１１，４２１，４３１が貼り付けられている。両支持部材３１１，３１２が光軸Ｏと平行であることから、各チャート板の板面は、光軸Ｏと垂直になる。各チャート板４１，４２，４３は、合焦用チャートが貼り付けられた板面がフォーカスレンズ２２１の位置、例えばフォーカスレンズ２２１の基準位置、から所定の距離となるように、両支持部材３１１、３１２に取り付けられている。例えば、フォーカスレンズに１番近い第１チャート板４１は、合焦用チャート貼り付け面を基準としてフォーカスレンズ２２１からＬ１＝４００ｍｍ離れた位置に取り付けられている。また、フォーカスレンズ２２１に２番目に近い第２チャート板４２は、合焦用チャート貼り付け面を基準としてフォーカスレンズ２２１からＬ２＝５００ｍｍ離れた位置に取り付けられている。更にフォーカスレンズ２２１に３番目に近い第３チャート板４３は、合焦用チャート貼り付け面を基準としてフォーカスレンズ２２１からＬ３＝６００ｍｍ離れた位置に取り付けられている。第１チャート板４１、第２チャート板４２、第３チャート板４３のそれぞれの合焦用チャートに関して、合焦部２４がピント合わせしたときのフォーカスレンズのそれぞれの移動量がわかる。各合焦用チャート４１１，４２１，４３１のフォーカスレンズとの距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は既知であるので、制御装置６は、合焦部２４がピント合わせしたときのフォーカスレンズのそれぞれの移動量を用いて測距用の校正パラメータを計算することができる。

図４（ｃ）は、チャート板４１，４２，４３のカメラ２側の板面に貼られる合焦用チャートの一例を示す図である。合焦用チャートは、縦１０ｃｍ、幅１２ｃｍの矩形形状を有する。合焦用チャートは、チャート中心から白黒の模様が放射状に広がるように描かれており、ピント合わせにコントラスト比を用いる山登りオートフォーカス方式に適している。合焦用チャートは、コントラスト比が明確に計測できるチャートであればよく、例えば、全体を黒地として上下左右の位置に４つの白丸を配したチャート等でもよい。

図４に示した実施例では、支持部３は、２つの支持部材を有したが、支持部材は１本又は３本以上でもよい。また、測距の校正に使用されるチャート板の枚数は、使用する校正手法に応じて適宜変更してもよいが、少なくとも２枚以上のチャート板が必要となる。

図５は、防水ケース２６に支持部３を取り付ける取付け方法の変形例を示す図である。図４では、支持部３の両支持部材３１１，３１２は、防水ケース２６に設けられた取付け部２６４，２６５に固定又は着脱可能に取り付けられた例を示した。図５（ａ）は、ホルダ部３３を有する支持部３を示している。ホルダ部３３は中空円筒形状で、防水ケース２６の前方部分にはめ込まれることにより、防水ケース２６から着脱可能となっている。ホルダ部３３の円筒縁部下部の被写体方向には支持部材３１１、３１２が光軸Ｏに平行に設けられている。

図５（ｂ）は、防水ケース２６に支持部３を取り付ける取付け方法の別の変形例を示す図である。防水ケース２６の前面の取付け部２６４は、リブ形状となっている。リブ２６４は、防水ケース２６の前面に平行且つ水平に２つの貫通穴２６８，２６９が設けられている。一方、支持部３の支持部材３１１の防水ケース側先端にも、リブ２６４の２つの貫通穴に対応する２つの貫通穴３１３、３１４が設けられている。リベット３１５をリブ２６４の貫通穴２６８と支持部材３１１の貫通穴３１３に通して固定すると、支持部材３１１は、光軸Ｏに水平な位置から垂直な位置の間を回動可能となるように防水ケース２６に取付けられることになる。作業者がもう一つの貫通穴２６９と支持部材３１１の貫通穴３１４に固定ピン３１６を通すことにより支持部材３１１が光軸Ｏに水平な位置に固定される。作業者が固定ピン３１６を抜けば、支持部材３１１は、自重で光軸Ｏと垂直となる方向に垂れ下がることが可能になる。取付け部２６５と支持部材３１２に関しても同様の構造にすると、作業者が２本の固定ピンを抜けば、支持部３は、自重で光軸Ｏと垂直となる方向に垂れ下がる。したがって、支持部３は、作業員等がカメラ２により測距するときの邪魔とならない。

図５（ｃ）は、図５（ａ）と（ｂ）に示した防水ケース２６に支持部３を取り付ける取付け方法を組み合わせた変形例である。支持部を取り付ける取付け部を防水ケース２６に直接設けるのではなく、支持部３のホルダ部３３にリブ３３１を設ける。リブ３３１には２つの貫通穴３３２，３３３を設ける。支持部３側は、図５（ｂ）に示したものと同様である。本変形例によれば、支持部３は、防水ケース２６に容易に取り付け可能であり、また、作業員がカメラ２により測距するときの邪魔とならない。

図６は、本実施例の制御装置６の概略構成ブロックの一例を示す図である。制御装置６は、接続ケーブル５を介してカメラ２に接続し、カメラ２が撮影した画像の表示、カメラ２の制御を行う。接続ケーブル５は、合焦部２４からの画像信号と、撮像部２１に対する制御信号と合焦部２４に対する制御信号を通すこととなる。接続ケーブル５は、例えば、ＨＤ−ＳＤＩ規格等の画像信号ケーブル１本とＲＳ２３２Ｃ規格等の制御信号用ケーブル２本の３本のケーブルを組み合わせたものでもよい。ケーブルを１本にまとめておけばケーブルの引き回し等のハンドリングが楽になるからである。制御装置６は、施工作業員等により操作される操作部６２（キーボード、マウス、タッチパネルディスプレイ等）の操作に応じて、カメラ２が撮影した画像等を表示部６１に表示する。また、制御装置６は、カメラ２からのデータに基づいて校正処理や測距処理を行う。したがって、制御装置６は、表示部６１、操作部６２、記憶部６３、及び処理部６４を備える。

なお、本実施形態では、制御装置６として、ノートパソコン（ＰＣ）を想定するが、本発明はノートＰＣに限定されるものではない。例えば、タブレットＰＣ、携帯情報端末（Personal Digital Assistant, PDA）等でもよい。

表示部６１は、カメラ２の撮像性能に対応した映像、例えば動画像、静止画像等の表示が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro−Luminescence）ディスプレイ等である。本実施例では、カメラ２からの画像信号は、表示部６１に直接入力されるが、変換装置等を通してもよい。操作部６２は、制御装置６の操作が可能であればどのようなデバイスでもよく、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス、及びタッチパッド等である。施工作業員等の操作者は、操作部６２を用いて、文字、数字等を入力することができだけでなく、表示部６１に表示されたＡＦ枠等の図形の拡大、縮小、移動等の操作することができる。操作部６２は、操作者により操作されると、その操作に対応する信号を発生する。そして、発生した信号は、操作者の指示として、処理部６４に供給される。

記憶部６３は、例えば、半導体メモリ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくともいずれか一つを備える。記憶部６３は、処理部６４での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部６３は、ドライバプログムとして、操作部６２を制御する入力デバイスドライバプログラム、表示部６１を制御する表示デバイスドライバプログラム等を記憶する。また、記憶部６３は、アプリケーションプログラムとして、カメラ２に対するピント合わせ指示プログラムや校正パラメータの算出プログラム等を記憶する。また、記憶部６３は、データとして、被写体に合ピント合わせするための表示データ、画像データ等を記憶する。さらに、記憶部６３は、校正部６４４により算出された校正パラメータ６３１を記憶する。記憶部６３は、所定の処理に係る一時的なデータを一時的に記憶してもよい。

処理部６４は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。処理部６４は、制御装置６の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。処理部６４は、制御装置６の各種処理が記憶部６３に記憶されているプログラム、操作部６２の操作等に応じて適切な手順で実行されるように、表示部６１、カメラ２等の動作を制御する。処理部６４は、記憶部６３に記憶されているプログラム（オペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部６４は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行することができる。処理部６４は、設定部６４１、指示部６４２、取得部６４３、校正部６４４、書き込み部６４５、計算部６４６等を有する。処理部６４が有するこれらの各部は、処理部６４が有するプロセッサ上で実行されるプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、処理部６４が有するこれらの各部は、独立した集積回路、マイクロプロセッサ、又はファームウェアとして制御装置６に実装されてもよい。

図７は、本実施例で使用される校正方法を説明する図である。被写体とフォーカスレンズ２２１の間の距離は、被写体にピントを合わせるときのフォーカスレンズ２２１の移動比率は、近似的に反比例することが知られている。図７（ａ）は反比例の関係を表したグラフを示している。横軸（Ｘ軸）は、フォーカスレンズ２２１の移動比率［％］である。無限遠点を０％、最近接点の位置を１００％としている。縦軸（Ｙ軸）は、被写体のフォーカスレンズ２２１からの距離［ｍ］である。反比例の関係式は、
（式２） Ｙ＝ａ／（Ｘ−ｂ）＋ｃ
で表される。ａ、ｂ、ｃは定数である。定数ａ、ｂ、ｃの値がわかれば、被写体のフォーカスレンズ２２１からの距離［ｍ］は、（式２）Ｙ＝ａ／（Ｘ−ｂ）＋ｃにより校正することはできる。したがって、グラフ上の３点の（Ｘ，Ｙ）がわかれば、校正パラメータとしての定数ａ、ｂ、ｃを決定できる。なお、フォーカスレンズ２２１の移動比率［％］は、
（式３）（フォーカスレンズ２２１の移動距離／フォーカスレンズ２２１の最大移動距離）×１００
により計算される。

図７（ｂ）は、校正のための水中での実測値を示す表である。支持部３に取り付けられた各チャート板の３つの合焦用チャート４１１，４２１，４３１とフォーカスレンズ２２１との実測距離はそれぞれＬ１＝１．２ｍ、Ｌ２＝１．５ｍ、Ｌ３＝２．０ｍであり、レンズ移動比率は、６０％、３０％、２０％である。したがって、連立方程式
（式４） １．２＝ａ／（６０−ｂ）＋ｃ
（式５） １．５＝ａ／（３０−ｂ）＋ｃ
（式６） ２．０＝ａ／（２０−ｂ）＋ｃ
を解いて、図７（ｃ）に示す、校正されたレンズの移動比率と距離の関係式
（式７） Ｙ＝１０／（ｘ−１０）＋１
を得る。校正パラメータとしての定数ａ＝１０、ｂ＝１０、ｃ＝１は、制御装置６の記憶部６３に記憶され、被写体とフォーカスレンズ２２１との距離の計算に利用される。

図８は、本実施例で使用される校正方法の変形例を説明する図である。図７に示した校正方法の実施例は、被写体とフォーカスレンズ２２１の間の距離は、近似的に、被写体にピントを合わせるときのフォーカスレンズ２２１の移動比率に略反比例することを利用した校正方法であった。本変形例は、被写体とフォーカスレンズ間の距離は、撮影された被写体画像の、例えば横幅に関係することを利用するものである。図９（ａ）に示すように、表示部６１に表示される複数の合焦用チャート画像は、遠くにあるほど小さくなって表示される。この関係を図形的に表したのが図９（ｂ）である。無限遠点を頂点Ａとし、第１合焦用チャートの横幅Ｗ１に対応する底辺ＢＣを有する三角形ＡＢＣを描くことができる。第２合焦用チャートの横幅Ｗ２には線分ＤＥが対応し、第３合焦用チャートの横幅Ｗ３には線分ＦＧが対応する。三角形の相似関係に着目すると、図９（ｃ）に示すように、点Ａから辺ＢＣまでの距離Ｌは、
（式８） Ｌ＝Ｗ１（Ｌ３−Ｌ１）／（Ｗ１−Ｗ３）
となり、第１合焦用チャートと第３合焦用チャートの間に、同じサイズの合焦用チャートを張り付けた被写体があり、張り付けられた合焦用チャートの横幅ＷＸであるときのチャートまでの距離ＬＸは、
（式９） ＬＸ＝｛（Ｗ１−ＷＸ）／（Ｗ１−Ｗ３）｝Ｌ３
＋｛（ＷＸ−Ｗ３）／（Ｗ１−Ｗ３）｝Ｌ１
で求められ、Ｌ１、Ｌ３は既知であり、Ｗ１，Ｗ３を校正パラメータとして求めれば、校正に利用することができる。例えば、被写体の横幅は、カメラ２の撮像面２１１の被写体の撮像水平画素数又は制御装置６の表示部６１の被写体の表示水平画素数等である。

以下、図９、１０に示した動作シーケンスを参照しつつ、カメラ２と制御装置６との間での校正パラメータを求める処理の動作の例を説明する。なお、以下に説明する動作は、予め記憶部６３に記憶されているプログラムに基づき主にＣＰＵ等を備える処理部６４により制御装置６の各要素と協働して実行される。

図９は、図７で説明した校正パラメータを求めるためのカメラ２と制御装置６との間での動作シーケンスの一例を示す図である。図７に示した校正方法は、被写体とフォーカスレンズ２２１の間の距離は、近似的に、被写体にピントを合わせるときのフォーカスレンズ２２１の移動比率に反比例することを利用した校正方法である。カメラ２の画像分岐部２４１は、撮影された画像信号を分岐して制御装置６に送信する（ＳＴ９０１）。制御装置６の表示部６１は受信した画像信号を表示する（ＳＴ９０２）。設定部６４１は表示された画像中にある合焦用チャートにオートフォーカス（ＡＦ）枠を設定する（ＳＴ９０３）。ＡＦ枠が設置されると、指示部６４２は、合焦部２４に合焦指示信号とＡＦ枠信号を送る（ＳＴ９０４）。合焦指示信号を受信した合焦部２４は、ＡＦ枠で選択された合焦用チャートにピントを合わせるため移動部２３を制御する（ＳＴ９０５）。移動部２３は、フォーカスレンズ２２１を移動する（ＳＴ９０６）。移動部２３は、フォーカスレンズ２２１のレンズ移動量を計測して移動量信号を合焦部２４に出力する（ＳＴ９０７）。ステップＳＴ９０５‐ＳＴ９０６−ＳＴ９０７−ＳＴ９０５はフィードバックループとして合焦するまで繰り返される。合焦部２４は、合焦したときのレンズ移動量信号を制御装置６に送信する（ＳＴ９０８）。信号制御装置６の取得部６４３はレンズ移動量信号を取得する（ＳＴ９０９）。ステップＳＴ９０３からＳＴ９０９までは、少なくとも３回繰り返される。校正パラメータの決定には少なくとも３つの合焦用チャートに関するデータが必要となるからである。少なくとも３つの合焦用チャートに関するデータが取得されると、校正部６４４は、校正パラメータを算出する（ＳＴ９１０）。書込み部６４５は算出された校正パラメータを記憶部６３に書込む（ＳＴ９１１）。

カメラ２の校正が済むと、施工現場等において、水中測距装置１を使用した測距が実施される。施工作業員等が制御装置６の表示部６１を見ながら操作部６２を操作して疎距する被写体を選択する、指示部６４２がカメラ２に水中の被写体にカメラ２のピントを合わせる、すなわち合焦させる処理の実行を指示ずる。カメラ２は、被写体に合焦したときのフォーカスレンズ２２１の移動距離信号を出力する。取得部６４３は移動距離信号を取得する。次に、制御装置６の計算部６４６は、被写体に合焦したときのフォーカスレンズ２２１の移動距離と図９に示した動作シーケンスで求めた校正パラメータを使用して、被写体に合焦したときの、被写体とカメラ２との間の距離を計算する。計算した距離は制御装置６の表示部６１に表示される。

図１０は、図８で説明した校正パラメータを求めるための、カメラ２と制御装置６との間での動作シーケンスの一例を示す図である。図８で示した校正方法の変形例は、被写体とフォーカスレンズ間の距離は、撮影された被写体画像の、例えば横幅に関係することを利用するものである。カメラ２の画像分岐部２４１は、撮影された画像信号を分岐して制御装置６に送信する（ＳＴ１００１）。制御装置６の表示部６１は受信した画像信号を表示する（ＳＴ１００２）。設定部６４１は表示された画像中にあるチャートにオートフォーカス（ＡＦ）枠を設定する（ＳＴ１００３）。ＡＦ枠が設置されると、指示部６４２は、合焦部２４に合焦指示信号を送る。併せて、ＡＦ枠情報信号も送られる（ＳＴ１００４）。合焦指示信号を受信した合焦部２４は、ＡＦ枠で選択されたチャートにピントを合わせるため移動部２３を制御する（ＳＴ１００５）。移動部２３は、フォーカスレンズ２２１を移動する（ＳＴ１００６）。移動部２３は、フォーカスレンズ２２１のレンズ移動量を計測して移動量信号を合焦部２４に出力する（ＳＴ１００７）。ステップＳＴ１００５‐ＳＴ１００６−ＳＴ１００７−ＳＴ１００５はフィードバックループとして合焦するまで繰り返される。合焦したとき、合焦部２４は、合焦したことを知らせる合焦通知信号を制御装置６に送信する（ＳＴ１００８）。制御装置６の取得部６４３は合焦通知信号を取得する（ＳＴ１００９）。取得部６４３が合焦通知信号を取得すると、校正部６４４は、合焦したときの合焦用チャートの横幅としての水平画素数を算出する（ＳＴ１０１０）。ステップＳＴ１００３からＳＴ１０１０までは、少なくとも２回繰り返される。校正パラメータの決定には少なくとも２つの合焦用チャートに関する横幅データが必要となるからである。書込み部６４５は算出された少なくとも２つの合焦用チャートに関する横幅データを校正パラメータとして記憶部６３に書き込む（ＳＴ１０１０）。各チャート板に張り付けられた合焦用チャートのカメラ２との距離は既知であり、校正パラメータとして記憶部６３に記憶されている。

カメラ２の校正が済むと、施工現場等において、水中測距装置１を使用した測距が実施される。施工作業員等が制御装置６の表示部６１を見ながら操作部６２を操作して測距する被写体に貼り付けられた合焦用チャートを選択する。指示部６４２がカメラ２に水中の被写体に貼り付けられた合焦用チャートにカメラ２のピントを合わせる、すなわち合焦させる処理の実行を指示ずる。カメラ２は、被写体に貼り付けられた合焦用チャートに合焦したことを通知する信号を出力する。取得部６４３は通知する信号を取得する。次に、制御装置６の計算部６４６は、被写体に合焦したときの被写体に貼り付けられた合焦用チャートの横幅と図１０に示した動作シーケンスで求めた校正パラメータを使用して、被写体に合焦したときの、被写体とカメラ２との間の距離を計算する。計算した距離は制御装置６の表示部６１に表示される。

（本発明に係る水中測距装置の水中構造物の施工作業における実施例）
水中構造物の施工作業、例えば、ケーソンの設置作業における、水中測距装置１の１つの実施例について説明する。

図１１は、既設のケーソンＡの隣にケーソンＢを設置するときの、保持具７の一例を示す図である。保持具７は、取付け部７１、腕部７２、及びカメラ２を載せる鞍部７３を有する。取付け部７１は、水中に設置する、例えば、クレーン等を使用して水中に下ろされるケーソンＢに対向するケーソンＡの面と直交する面側に取り付けられる。腕部７２は、ケーソンＡの取付け面の一端から９０°の角度で延伸して、更にケーソンＢ寄りに４５°の角度で折れ曲がっている。なお、取付け部７１と腕部７２は１枚の厚手平型板金を折り曲げ加工して作成してもよい。腕部７２の上には、カメラ２を保持する鞍部７３が取り付けられている。

カメラ２に前面には、支持部３が取り付けられている。カメラ２は、光軸Ｏが、ケーソンＢの直交する２つの面の稜面を見込むように鞍部７３に保持される。カメラ２のフォーカスレンズ２２１のレンズ面中心を点Ａとする。点ＡからケーソンＡの保持具が取り付けられている面に下ろした垂線の足をＢ、点ＡからケーソンＢの法面に下ろした垂線の足をＣとする。三角形ＡＢＣは∠ＡＢＣを直角とする二等辺直角三角形となって、ケーソンＢとケーソンＡとの目地間隔ｄ＝１０ｃｍとなるようにケーソンＢが水中に下ろされればよい。ケーソンＢとケーソンＡとの目地間隔ｄ、ＡＢ間をＬＡＢｃｍ、ＡＣ間をＬＡＣｃｍとすると、点Ｂは、ケーソンＡのケーソンＢに対向する面から（ＬＡＢ−ｄ）の距離となるように保持具７はケーソンＡに取り付けられる。ＡＣ間の距離は、水中測距装置１により計測されて、
(式１０) ＬＡＣ＝（２の平方根）×ＬＡＢ
となるようにケーソンＢの設置作業が行われる。更に制御装置６の表示部６１に表示されるカメラ２からの撮影画像の中心にケーソンＢの法面が表示されるようにケーソンＢの設置作業が行われる。ケーソンＢの法面には、好ましくは、図４（ｃ）に示した合焦用チャートが貼られているとよい。ピント合わせと測距が正確に行われるからである。なお、ケーソンの法面はなくともよい。法面がないときは、稜線に合わせることとなる。なお、保持具７の腕部７２の折れ曲がり角度は、４５°以外でも既知であればよい。

図１２は、既設のケーソンＡの隣にケーソンＢを設置するときの、カメラ２の保持具７の別の利用例を示す図である。図１１に示した１組のカメラ２とカメラ２を保持する保持具７を、更にケーソンＡの反対側にもう１組設けた実施例である。例えば、２つのカメラ２からの撮影画像は、それぞれ制御装置６の表示部６１の画面を左右に分割して表示される。作業監督者等が、表示部６１を見ながらケーソンＢを設置する作業指示をする。２つのカメラ２で作業を監視することにより、施工精度はより高くなる。

当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。

１ 水中測距装置
２ カメラ
２１ 撮像部
２１１ 撮像面
２２ 光学部
２３ 移動部
２４ 合焦部
２６ 防水ケース
３ 支持部
４１，４２，４３ チャート板
４１１，４２１，４３１ 合焦用チャート
５ 接続ケーブル
６ 制御装置
６１ 表示部
６２ 操作部
６３ 記憶部
６４ 処理部
７ 保持具

Claims (7)

1. 水中測距装置であって、
   水中に配置されるカメラと、
   前記カメラに取り付けられた支持部と、
   前記支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、
   前記カメラと接続された制御装置と、を有し、
   前記カメラは、
   撮像面を有する撮像部と、
   少なくとも１つのレンズを有する光学部と、
   前記光学部を移動させるための移動部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させるように前記移動部を制 御する合焦部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像が前記撮像面に合焦したときの前記光学部のレンズの移動距離を出力する出力部と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦したときの前記光学部の レンズの移動距離を前記出力部より取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記光学部のレンズの移動距離と、予め定められている前記 カメラと前記複数の合焦用チャートとの間の距離とに基づいて、被写体と前記カメラと の間の距離を決定するための校正パラメータを算出する校正部と、
   被写体の画像を前記撮像面に合焦させたときの前記光学部のレンズの移動距離と前 記校正パラメータとから、前記被写体と前記カメラとの間の距離を計算する計算部と、 を備える、ことを特徴とする水中測距装置。
2. 前記支持部は、前記カメラに着脱可能に取り付けられる、請求項１に記載の水中測距装置。
3. 前記支持部は、前記カメラに、前記カメラの光軸に平行な位置から前記光軸に垂直な位置に回動可能に取り付けられる、請求項１に記載の水中測距装置。
4. 前記カメラは、防水ケースを更に有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中測距装置。
5. 水中測距装置であって、
   水中に配置されるカメラと、
   前記カメラに取り付けられた支持部と、
   前記支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、
   前記カメラと接続された制御装置と、を有し、
   前記カメラは、
   撮像面を有する撮像部と、
   少なくとも１つのレンズを有する光学部と、
   前記光学部を移動させるための移動部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させるように前記移動部を制 御する合焦部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像が前記撮像面に合焦した通知を出力する出力部と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦した通知を前記出力部より取得する取得部と、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦したときの前記複数の合焦用チャートそれぞれの画像の水平方向の長さを校正パラメータとして算出する校正部と、
   被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させたときの前記被写体に張り付けられた前記合焦用チャートの画像の水平方向の長さと前記校正パラメータとから、前記被写体と前記カメラとの間の距離を計算する計算部と、を備える、ことを特徴とする水中測距装置。
6. 水中測距装置であって、
   水中に配置されるカメラと、
   前記カメラに取り付けられた支持部と、
   前記支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、
   前記カメラと接続された制御装置と、を有し、
   前記カメラは、
   撮像面を有する撮像部と、
   少なくとも１つのレンズを有する光学部と、
   前記光学部を移動させるための移動部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させるように前記移動部を制 御する合焦部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像が前記撮像面に合焦したときの前記光学部のレンズの移動距離を出力する出力部と、を備える水中測距装置の測距方法であって、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦したときの前記光学部のレンズの移動距離を前記出力部より取得するステップと、
   取得した前記光学部のレンズの移動距離と、予め定められている前記カメラと前記複数の合焦用チャートとの間の距離とに基づいて、被写体と前記カメラとの間の距離を決定するための校正パラメータを算出するステップと、
   被写体の画像を前記撮像面に合焦させたときの前記光学部のレンズの基準位置からの移動距離と前記校正パラメータとから、前記被写体と前記カメラとの間の距離を計算するステップと、
   を備える水中測距装置の測距方法。
7. 水中測距装置であって、
   水中に配置されるカメラと、
   前記カメラに取り付けられた支持部と、
   前記支持部に取り付けられた複数の合焦用チャートと、
   前記カメラと接続された制御装置と、を有し、
   前記カメラは、
   撮像面を有する撮像部と、
   少なくとも１つのレンズを有する光学部と、
   前記光学部を移動させるための移動部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させるように前記移動部を制 御する合焦部と、
   前記複数の合焦用チャートの画像が前記撮像面に合焦した通知を出力する出力部と、を備える水中測距装置の測距方法であって、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦した通知を前記出力部より取得するステップと、
   前記複数の合焦用チャートのそれぞれが前記撮像面に合焦したときの前記複数の合焦用チャートそれぞれの画像の水平方向の長さを校正パラメータとして算出するステップと、
   被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像を前記撮像面に合焦させたときの前記被写体に張り付けられた合焦用チャートの画像の水平方向の長さと前記校正パラメータとから、前記被写体と前記カメラとの間の距離を計算するステップと、
   を備える、水中測距装置の測距方法。

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