JP2020071043A - 形状計測システム及び形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長さを有する構造物のその長さ方向における形状を容易に計測することを可能にする。【解決手段】形状計測システム１００は、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動する装置であってカメラを含む撮像装置１０４と、トンネル構造体１０１が設けられている位置を長さ方向に沿って計測するために長さ方向に沿って設定される第３〜第Ｎの計測箇所（Ｎは、３以上の整数）のそれぞれに対応付けられた第１〜第Ｎの撮像対象と、第１〜第Ｎの計測箇所のうち、少なくとも１つの位置が既知である計測箇所の撮像対象と少なくとも１つの位置が未知である計測箇所の撮像対象とを含む画像に基づいて当該位置が未知である計測箇所の位置を求めることによって、第３〜第Ｎの計測箇所の位置を求める位置計測装置１０５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、形状計測システム及び形状計測方法に関する。

例えば特許文献１には、鉄道軌道或いは軌道近傍に配置した複数の撮影用ターゲットＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４と、これら複数のターゲットがすべて含まれる画像を撮影するデジタルカメラと、このデジタルカメラの撮影時刻を制御し、撮影画像の保存及び当該撮影画像を用いた各ターゲットの座標演算並びに演算結果を保存する制御ユニットとからなる軌道変位測定装置が開示されている。特許文献１に記載の制御ユニットは、撮影画像からターゲットの座標を演算し、撮影ごとの座標の演算結果を基に運用開始からの座標の経時変化から軌道の変位を測定する機能に加えて、ターゲットの異常、カメラのレンズの異常の有無を診断する自己診断機能を有する。

特開２０１４−１３２５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の軌道変位測定装置では、ターゲットのすべてがデジタルカメラの撮像範囲に収まる必要があるため、変位を測定できる範囲が比較的限定される。そのため、長さを有する構造物が例えば設計上の位置からズレていないことなど、その長さ方向の形状を広範囲にわたって確認するために、特許文献１に記載の軌道変位測定装置を適用することは困難である。このような長さを有する構造物の例として、トンネルの壁面を構成する構造物、橋梁、軌条、これらに付随して設けられる構造物がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、長さを有する構造物のその長さ方向における形状を容易に計測することが可能な偏差計測システムなどを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る形状計測システムは、
長さを有する構造物の長さ方向に沿って移動する装置であって、カメラを含む撮像装置と、
前記構造物が設けられている位置を前記長さ方向に沿って計測するために前記長さ方向に沿って設定される第１〜第Ｎの計測箇所（Ｎは、２以上の整数）のそれぞれに対応付けられた第１〜第Ｎの撮像対象と、
前記撮像装置によって撮像される画像であって、前記第１〜第Ｎの計測箇所のうち、位置が既知の計測箇所である少なくとも１つの既知箇所と位置が未知の計測箇所である少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けられた前記撮像対象を含む画像に基づいて、当該少なくとも１つの未知箇所の位置を求める計測部を有する位置計測装置とを備える。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る形状計測方法は、
長さを有する構造物の位置を長さ方向に沿って計測するために前記長さ方向に沿って設定される第１〜第Ｎの計測箇所（Ｎは、２以上の整数）のそれぞれに対応付けられた第１〜第Ｎの撮像対象のうち、位置が既知の計測箇所である少なくとも１つの既知箇所と位置が未知の計測箇所である少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けられた撮像対象を含む画像を撮像することと、
前記撮像することにより得られた画像に基づいて、前記少なくとも１つの未知箇所の位置を求めることとを含む。

本発明によれば、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易に計測することが可能になる。

本発明の一実施の形態に係る形状計測システムの斜視図である。 一実施の形態に係るガイド管の斜視図である。 一実施の形態に係るガイド管に含まれる接続部を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 一実施の形態に係る第ｉ番目の接続部材の正面図であって、当該接続部材に取り付けられる４つの撮像対象の位置関係を示す図である。 一実施の形態に係る撮像装置を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 一実施の形態に係る位置計測装置の機能的な構成を示す図である。 一実施の形態に係る形状計測方法の流れを示すフローチャートである。 一実施の形態に係る形状計測方法の流れを示すフローチャートである。 撮像処理ステップＳ１０２にて撮像される画像の一例を示す図である。 一実施の形態にて計測箇所の縦方向の位置を求める方法を説明するための図である。 変形例１に係る形状計測方法の流れを示すフローチャートである。 変形例１に係る形状計測方法の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。全図を通じて同一の要素には同一の符号を付す。また、前後上下左右の方向を示す用語は、説明のために用いるのであって、本発明を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態に係る形状計測システム１００は、斜視図である図１に示すように、長さを有する構造物としてのトンネルの壁面を構成する構造物（トンネル構造体）１０１の形状を計測するためのシステムである。形状計測システム１００は、ガイド管１０２と、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３と、撮像装置１０４と、位置計測装置１０５とを備える。Ｎは、３以上の整数である。

なお、本実施の形態のトンネル構造体１０１は、長さを有する構造物の一例であって、長さを有する構造物は、例えば、橋梁、軌条であってもよく、また、トンネル構造体１０１、橋梁、軌条などに付随して設けられる構造体であってもよい。

ガイド管１０２は、図２に示すように、撮像装置１０４を案内するために、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って配置される管である。図２は、図１にてトンネル構造体１０１に配置されたガイド管１０２を示す斜視図である。トンネル構造体１０１の長さ方向とは、トンネル構造体１０１が延びる方向であって、典型的にはトンネルを掘る際の掘削方向とも言える。

本実施の形態では、ガイド管１０２は、トンネル構造体１０１の最下部に沿って配置されており、これによって、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って延在する。

本実施の形態に係るガイド管１０２は、内面及び外面の各々の断面形状が正方形をなす管である。断面形状とは、長さ方向に対して垂直な断面における形状を意味する。従って、ガイド管１０２は、正方形が長さ方向に延びた中空を形成する。

なお、長さ方向に対して垂直な断面におけるガイド管１０２の内面及び外面の各々の形状は、正方形に限られず、円形、正多角形などであってもよい。

そして、ガイド管１０２は、撮像装置１０４を中空に進入させるための入り口となる開口を一端に有する。なお、ガイド管１０２の終端（入り口と反対に位置する端部）は、開放していてもよく、閉じていてもよい。

詳細には、ガイド管１０２は、Ｎ個の単位管１０６と、Ｎ個の接続部材１０７とから構成される。Ｎ個の単位管１０６の各々は、同じ大きさ及び形状を有する管である。単位管１０６の各々の長さは、例えば１ｍ（メートル）程度である。

接続部材１０７の各々は、単位管１０６の間を接続するための部材である。接続部材１０７の各々は、斜視図である図３（ａ）及び正面図である図３（ｂ）に示すように、前後両端が開放しており上下左右の壁部で構成されており、単位管１０６が嵌まる中空を形成する。接続部材１０７の開放した両端部のそれぞれに２つの単位管１０６の端部近傍が嵌っており、これにより、接続部材１０７は２つの単位管１０６を接続する。

本実施の形態では、ガイド管１０２の入り口から順に、１番目〜Ｎ−１番目の接続部材１０７の各々には、ｍ番目の単位管の後方の端部近傍及びｍ＋１番目の単位管１０６の前方の端部近傍が、嵌め込まれている。また、Ｎ番目の接続部材１０７には、Ｎ番目の単位管１０６の後方の端部近傍が、嵌め込まれている。

ここで、ｍは、１からＮ−１までの整数である。端部近傍とは、単位管１０６の端部から単位管１０６の長さに沿って予め定められた長さまでの部分を意味する。なお、接続部材１０７と単位管１０６とは、図示しないネジ、溶接などで相互に固定されてもよい。

ガイド管１０２には、トンネル構造体１０１が設けられている位置を長さ方向に沿って計測するための計測箇所が予め定められた間隔で設定される。本実施の形態では、長さ方向に対して垂直な断面において接続部材１０７の内面が形成する正方形の中心（重心）ＪＣが、計測箇所として採用される。従って、本実施の形態では、撮像装置１０４が進入するための入り口に近い順に、第１から第ＮまでのＮ個の計測箇所が設定され、各計測箇所の間隔は概ね等間隔となる。

なお、計測箇所は、予め定められた間隔、すなわち既知の間隔で設定されていれば、等間隔でなくてもよい。

本実施の形態では、第１及び第２の計測箇所は、形状計測システム１００を用いて計測箇所の位置の計測を開始するまでに、適宜の方法で計測されることによって、それぞれの位置が既に知られている計測箇所とする。すなわち、第１及び第２の計測箇所の各々は、初期状態において、既知箇所（位置が既知の計測箇所）である。これに対して、第３〜第Ｎの計測箇所は、初期状態において、未知箇所（位置が未知の計測箇所）である。第１及び第２の計測箇所の位置は、第３〜第Ｎの計測箇所の位置を求めるための基準として参照される。

ここで、位置は、予め設定される基準点に対する各測定箇所の位置であり、例えばその位置を特定できる値によって表される。例えば、位置は、第１の計測箇所を基準点として設定される座標系での距離を単位とする各成分の値で表わされる。また例えば、位置は、工事の際に設定される基準点を原点して設定される座標系における距離を単位とする各成分の値で表わされる。さらに例えば、位置は、緯度、経度及び標高の組み合わせで表わされる。

第１〜第４Ｎの撮像対象１０３＿１〜４Ｎの各々は、撮像装置１０４によって撮像される対象となる部材又は部分である。ここで、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３＿１〜４Ｎは、各々を特に区別しない場合に、「撮像対象１０３」などとも表記する。

第１〜第４Ｎの撮像対象１０３は、それぞれ、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けて設けられる。本実施の形態では、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３は、図４に示すように、接続部材１０７の内面を構成する上下左右の矩形面のいずれか１つの概ね中央に固定されることで、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けて設けられている。ここで、図４は、図３（ｂ）と同様の接続部材１０７の正面図であって、本実施の形態において第ｉ番目の接続部材１０７＿ｉに取り付けられる４つの撮像対象１０３＿ｉ，１０３＿Ｎ＋ｉ，１０３＿２Ｎ＋ｉ，１０３＿３Ｎ＋ｉの位置関係を示す。ｉは、１〜Ｎの整数である。

詳細には、第１〜第Ｎの撮像対象１０３＿１〜Ｎは、それぞれ、外縁の一部が第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の上壁部の内面に接するように固定されて、下方へ突き出している。これにより、第１〜第Ｎの撮像対象１０３＿１〜Ｎは、それぞれ、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けられている。

第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象１０３＿Ｎ＋１〜２Ｎは、それぞれ、外縁の一部が第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の右壁部の内面に接するように固定されて、左方へ突き出している。これにより、第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象１０３＿Ｎ＋１〜２Ｎは、それぞれ、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けられている。

第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象１０３＿２Ｎ＋１〜３Ｎは、それぞれ、外縁の一部が第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の下壁部の内面に接するように固定されて、上方へ突き出している。これにより、第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象１０３＿２Ｎ＋１〜３Ｎは、それぞれ、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けられている。

第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象１０３＿３Ｎ＋１〜４Ｎは、それぞれ、外縁の一部が第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の左壁部の内面に接するように固定されて、右方へ突き出している。これにより、第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象１０３＿３Ｎ＋１〜４Ｎは、それぞれ、第１〜第Ｎの計測箇所に対応付けられている。

言い換えると、本実施の形態では、同一の計測箇所である第ｉの計測箇所に、第ｉ，Ｎ＋ｉ，２Ｎ＋ｉ，３Ｎ＋ｉの撮像対象１０３という４つの撮像対象１０４から構成される撮像対象群が対応付けられている。

本実施の形態では、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３の各々は、同じ大きさの円形をなす反射板であり、この反射板は、光を高い反射率で反射する反射面を含む。第１〜第４Ｎの撮像対象１０３の各々は、撮像装置１０４の入り口となるガイド部１０２の開口へ反射面を向けて、接続部材１０７の内面を構成する矩形面のいずれか１つに固定されることによって計測箇所のいずれかに対応付けられている。

なお、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３の各々は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、蛍光塗料が一面に塗布された板材などの発光体であってもよい。

本実施の形態では、第ｉ，Ｎ＋ｉ，２Ｎ＋ｉ，３Ｎ＋ｉの撮像対象１０３は、互いに異なる色を反射する反射板である。なお、撮像対象１０３が発光体である場合には、第ｉ，Ｎ＋ｉ，２Ｎ＋ｉ，３Ｎ＋ｉの撮像対象１０３は、互いに異なる色を発する発光体であればよい。

また、本実施の形態では、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３の各々の位置は、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３の各々の中心の位置により表される。そして、第１〜第Ｎの撮像対象１０３の位置と、それぞれに対応付けられた計測箇所の位置とは予め定められた関係であればよい。

本実施の形態では、第１〜第Ｎの撮像対象１０３の位置は、対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所の位置に対して一定の距離Ｄだけ上方に位置している。すなわち、第１〜第Ｎの撮像対象は、それぞれが対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の前後方向に垂直な断面において概ね同じ位置に配置されている。なお、本実施の形態において、接続部材１０７の前後方向は、トンネル構造体１０１の長さ方向に相当する。

第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象１０３の位置は、対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所の位置に対して一定の距離Ｄだけ右方に位置している。すなわち、第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象は、それぞれが対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の前後方向に垂直な断面において概ね同じ位置に配置されている。

第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象１０３の位置は、対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所の位置に対して一定の距離Ｄだけ下方に位置している。すなわち、第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象は、それぞれが対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の前後方向に垂直な断面において概ね同じ位置に配置されている。

第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象１０３の位置は、対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所の位置に対して一定の距離Ｄだけ左方に位置している。すなわち、第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象は、それぞれが対応付けられた第１〜第Ｎの計測箇所を構成する接続部材１０７の前後方向に垂直な断面において概ね同じ位置に配置されている。

第１〜第４Ｎの撮像対象１０３と計測箇所とがこのような位置関係にあることによって、第ｉの計測箇所の位置は、当該第ｉの計測箇所に対応付けられた撮像対象群を構成する第ｉ，Ｎ＋ｉ，２Ｎ＋ｉ，３Ｎ＋ｉの撮像対象１０３の位置の重心と一致することになる。

撮像装置１０４は、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動して第１〜第Ｎの撮像対象１０３を撮像する装置である。撮像装置１０４は、ガイド管１０２の一端の開口である入り口から進入したこの中空を移動経路として移動する。

詳細には、撮像装置１０４は、図５に示すように、筐体１０８と、カメラ１０９と、４つのタイヤ１１０と、照射部１１１とを含む。図５（ａ）は、撮像装置１０４を後方斜め上から見た斜視図であり、（ｂ）は、撮像装置１０４の正面図である。

筐体１０８は、カメラ１０９、タイヤ１１０、タイヤ１１０を駆動するためのモータなどを含む駆動機構（図示せず）、位置計測装置１０５と通信するための通信インタフェースなどが取り付けられる部位である。

カメラ１０９は、レンズ、撮像素子などから構成される。本実施の形態では、カメラ１０９の焦点距離は一定である。なお、カメラ１０９は、焦点距離を変更できるズーム機能を備えてもよい。

タイヤ１１０は、ガイド管１０２の長さ方向の断面において、対角線上に位置する２つの角の各々に２つずつ接触するように設けられている。これにより、撮像装置１０４は、ガイド管１０２の内面に沿って安定して移動することができる。

このようにタイヤ１１０が配置されることで、本実施の形態に係る撮像装置１０４は、カメラ１０９のレンズの中心が長さ方向に対して垂直な断面におけるガイド管１０２の内面の概ね中心（重心）に位置付けられて長さ方向に沿って移動する。そのため、撮像装置１０４の移動経路は、カメラ１０９のレンズの中心が移動する経路として規定することができる。

照射部１１１は、撮像領域に光を照射するための光源であって、例えばカメラ１０９のレンズ周りに環状に配置された複数のＬＥＤなどから構成される。

なお、撮像装置１０４は、自走式の撮像装置１０４の例を説明したが、撮像装置１０４の移動方法には、撮像装置１０４に紐などを固定し、この紐などをローラで巻き取ることで移動する牽引式など適宜の方法が採用されてもよい。この場合例えば、位置計測装置１０５がローラでの巻取り量を制御することで、撮像装置１０４の移動量を制御することができる。

位置計測装置１０５は、撮像装置１０４の動作を制御するとともに、撮像装置１０４によって撮像された画像に基づいて測定箇所の位置を求める。

位置計測装置１０５は、物理的には例えば、コンピュータ、タブレット端末などであって、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、撮像装置１０４と相互に通信するための通信インタフェース、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力手段（図示せず）、表示部としてのディスプレイ（図示せず）などから構成される。

本実施の形態では位置計測装置１０５は、図１に示すように、有線の通信回線Ｌを介して撮像装置１０４と相互に通信する例を示すが、撮像装置１０４との間で通信するための回線は、有線の通信回線に限られず、無線の通信回線を含んで構成されてもよい。

位置計測装置１０５は、機能的には図６に示すように、移動制御部１１２と、撮像制御部１１３と、画像記憶部１１４と、計測部１１５と、補正用基準記憶部１１６と、補正部１１７と、位置記憶部１１８とを備える。

移動制御部１１２は、撮像装置１０４の移動を制御する。詳細には、撮像装置１０４に含まれるモータを制御することによって、ガイド管１０２の中における撮像装置１０４の前進、停止などを制御する。

本実施の形態では、撮像装置１０４は、予め定められた第１の撮像箇所に設置される。第１の撮像箇所は、ガイド管１０２の途中であって、第１の撮像対象から予め定められた距離だけ入り口の近くに設定される。移動制御部１１２は、予め定められた第２〜第Ｎの撮像箇所の各々にまで撮像装置１０４を移動させて停止させることを繰り返す。

撮像制御部１１３は、カメラ１０９の動作を制御し、カメラ１０９によって撮像された画像を示す画像情報をカメラ１０９から取得する。本実施の形態では、撮像制御部１１３は、撮像装置１０４が第２〜第Ｎの撮像箇所の各々で停止すると、カメラ１０９に前方を撮像させる。

画像記憶部１１４は、撮像制御部１１３から画像情報を取得すると、当該取得した画像情報を記憶する。

計測部１１５は、撮像装置１０４によって撮像された画像に基づいて、未知箇所である第３〜第Ｎの測定箇所の各々の位置を求める。

詳細には、計測部１１５は、第１〜第Ｎの計測箇所のうち、２つ以上の既知箇所と少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けて設けられた撮像対象を含む画像に基づいて、当該少なくとも１つの未知箇所の位置を求める。本実施の形態では、計測部１１５は、第３〜第Ｎの測定箇所の各々の位置を求めるために、２つ以上の既知箇所と少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けて設けられた撮像対象を含む複数の画像を参照する。計測部１１５は、未知箇所の位置を求めると、当該位置が求められた計測箇所を既知箇所として扱う。

本実施の形態では、初期状態において既知箇所である第１及び第２の計測箇所の位置に基づいて、初期状態において未知箇所である第３の計測箇所の位置を求める。これにより、第３の計測箇所は、既知箇所となる。そして、Ｎが４以上の場合、既知箇所である第２及び第３の計測箇所の位置に基づいて、未知箇所である第４の計測箇所の位置を求める。

Ｎが５以上の場合、これを順次繰り返すことによって、初期状態において未知箇所であった第３〜第Ｎの計測箇所の位置を求めることができ、第１〜第Ｎの計測箇所が既知箇所となる。このようにして求めた各計測箇所の位置に基づいて、第１の計測箇所から第Ｎの計測箇所に至るまでのガイド管１０２の形状を求めること（すなわち、計測すること）ができる。

従って例えば、第１の計測箇所と第Ｎの計測箇所とのそれぞれをガイド管１０２の入り口近傍と終端近傍に設定することで、ガイド管１０２全体の形状を求めることができる。

補正用基準記憶部１１６は、計測部１１５によって求められた位置の補正値ＣＶを求めるための基準値を示す補正用基準情報を予め記憶している。本実施の形態に係る補正用基準情報は、撮像装置１０４が撮像位置に正確に停止した場合に撮像される画像において、撮像装置１０４の最も近くに位置する測定箇所に対応付けられた複数の撮像対象１０３の間の位置関係を示す情報である。

補正部１１７は、計測部１１５によって求められた位置と補正用基準情報が示す位置関係とに基づいて、測定箇所の各々の位置を補正する。

詳細には、補正部１１７は、補正用基準情報が示す位置関係に基づいて、第３〜第Ｎの測定箇所の各々について、計測部１１５によって求められた位置を補正するための補正値ＣＶを求める。そして、補正部１１７は、計測部１１５によって求められた第３〜第Ｎの計測箇所の位置をそれぞれに対応して求めた補正値ＣＶによって補正する。これにより、補正部１１７は、初期状態において未知箇所であった第３〜第Ｎの測定箇所の各々の補正後の位置を求める。

位置記憶部１１８は、第１〜第Ｎの計測箇所のそれぞれの位置を示す第１〜第Ｎの位置情報を記憶する。第１及び第２の計測箇所の位置は、初期状態において既知であるため、第１及び第２の位置情報は、位置記憶部１１８に予め設定される。第３〜第Ｎの位置情報は、補正部１１７によって求められて位置記憶部１１８に記憶される。

なお、補正部１１７は備えられなくてもよく、この場合、計測部１１５によって求められた第３〜第Ｎの計測箇所の位置が、補正されずに、それぞれを含む第３〜第Ｎの位置情報として位置記憶部１１８に記憶される。

これまで、本発明の一実施の形態に係る形状計測システム１００の構成について説明した。ここから、本実施の形態に係る形状計測システム１００の動作について説明する。

図７Ａ及び７Ｂは、本実施の形態に係る形状計測方法のフローチャートである。形状計測方法は、撮像対象１０３を含む画像に基づいてトンネル構造体１０１の形状を計測するための方法であって、本実施の形態では形状計測システム１００により実行される。

形状計測方法を開始する前に、例えば、第１〜第４Ｎの撮像対象１０３を含むガイド管１０２がトンネル構造体１０１に沿って設置される。そして、撮像装置１０４は、カメラ１０９を移動方向の前方に向けてガイド管１０２の入り口から挿入され、ガイド管１０２の内部の予め定められた初期位置である第１の撮像位置に配置される。

その後、予め定められた操作に基づく開始指示が位置計測装置１０５に与えられると、形状計測方法が開始される。この開始指示を受けた場合に、本実施の形態に係る形状計測方法で使用されるパラメータｐ及びｑの各々には、初期値として１が設定される。ｐ，ｑの各々は１以上の整数であり、ｐの値を示す情報とｑの値を示す情報とは、それぞれ、例えば撮像制御部１１３と計測部１１５とによって保持される。

位置計測装置１０５は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理を、ｐの値がＮ−２になるまでＮ−２回繰り返して実行する（ループＡ；ステップＳ１０１）。

撮像装置１０４は、撮像制御部１１３の制御の下で撮像することによって、第ｐ〜第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含む第ｐの画像を撮像する（ステップＳ１０２）。

初回のステップＳ１０２の処理、すなわちｐが１の場合のステップＳ１０２の処理で撮像される第１の画像の例を図８に示す。同図に示す第１の画像は、第１〜第５の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含んでいる。第１〜第５の計測箇所のうち、第１及び第２の計測箇所は、既知箇所である。第３〜第５の計測箇所は、未知箇所である。

本実施の形態では詳細後述するように、第１及び第２の計測箇所の位置に基づいて第３の計測箇所の位置が求められるので、第１の画像には、少なくとも、第３の計測箇所の撮像対象１０３が含まれればよい。

また、図１から分かるように、ガイド管１０２の湾曲などによって、第１〜第３の計測箇所に対応付けられたすべての撮像対象１０３を撮像できないことがある。そのため、第１〜第３の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３のすべてが第１の画像に含まれている必要はない。すなわち、第１画像が第１〜第３の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含むことは、第１画像が第１〜第３の計測箇所の各々について少なくとも１つの撮像対象１０３を含むことを意味する。

ステップＳ１０２にて撮像される第１の画像についてここで説明したことを第ｐの画像について適用すると以下のようになる。

第ｐ，第ｐ＋１の計測箇所は、既知箇所である。第ｐ＋２の計測箇所は、未知箇所である。第ｐの画像には、第ｐの計測箇所に対応付けられた少なくとも１つの撮像対象１０３と、第ｐ＋１の計測箇所に対応付けられた少なくとも１つの撮像対象１０３と、第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた少なくとも１つの撮像対象１０３とが含まれる。

本実施の形態では、第ｐの計測箇所には第ｐ，第Ｎ＋ｐ，第２Ｎ＋ｐ，第３Ｎ＋ｐの撮像対象１０３が対応付けられており、これらの撮像対象１０３のうちの少なくとも１つが第ｐの画像に含まれればよい。

第ｐ＋１，第ｐ＋２の計測箇所についても同様である。すなわち、第ｐ＋１，第Ｎ＋ｐ＋１，第２Ｎ＋ｐ＋１，第３Ｎ＋ｐ＋１の撮像対象１０３のうちの少なくとも１つと、第ｐ＋２，第Ｎ＋ｐ＋２，第２Ｎ＋ｐ＋２，第３Ｎ＋ｐ＋２の撮像対象１０３のうちの少なくとも１つとが、第ｐの画像に含まれればよい。

トンネル構造体１０１の曲がり具合に応じて撮像位置、計測箇所の間隔などを設定することによって、第ｐ〜第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を第ｐの画像に含めることができる。例えば、トンネル構造体１０１が曲率が大きい部分を含む場合には、計測箇所の間隔を短くし、さらに必要に応じて、第ｐの画像を撮像するための撮像位置を第ｐの計測箇所の近くに設定するとよい。

本実施の形態では、各測定箇所に４つの撮像対象１０３が対応付けており、同一の測定箇所に対応付けられた４つの撮像対象１０３は、移動経路に対して垂直な断面において回転対称な位置に設けられている。そのため、トンネル構造体１０１が上下左右のあらゆる方向に湾曲していても、同一の測定箇所に対応付けられた撮像対象１０３が１〜３個の場合よりも確実に第ｐ〜第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を第ｐの画像に含めることができる。

撮像制御部１１３は、ステップＳ１０２にて撮像された第ｐ画像を示す第ｐの画像情報を撮像装置１０４から取得し、当該取得した第ｐの画像情報を画像記憶部１１４へ出力する。これにより、画像記憶部１１４は、第ｐの画像情報を撮像制御部１１３から取得して記憶する（ステップＳ１０３）。

移動制御部１１２は、予め定められた次の撮像位置、すなわち第ｐ＋１の撮像位置まで撮像装置１０４を移動させる（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、第ｐ＋１の撮像位置は、第ｐ＋１の計測箇所から、撮像装置１０４の移動方向とは逆の方向に予め定められた距離離れた箇所に設定される。本実施の形態では、計測箇所が概ね一定の間隔で設定されているので、撮像位置も概ね一定の間隔となる。

撮像制御部１１３は、ｐに１を加算する（ステップＳ１０５）。撮像制御部１１３は、ステップＳ１０４を行うことによって得られたｐの値を保持する。そして、ステップＳ１０５によって得られたｐの値がＮ−２以下である場合、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理が繰り返し行われる。

位置計測装置１０５は、図７Ｂに示すように、ステップＳ１０７〜Ｓ１１３の処理を、ｑの値がＮ−２になるまでＮ−２回繰り返して実行する（ループＢ；ステップＳ１０６）。

計測部１１５は、画像記憶部１１４から第ｑの画像情報を取得する（ステップＳ１０７）。

計測部１１５は、ステップＳ１０７にて取得した第ｑの画像情報と箇所特定情報とに基づいて、第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所のそれぞれに対応する対象部分ＴＰを特定する（ステップＳ１０８）。対象部分ＴＰとは、撮像された画像において、撮像対象１０３が撮像された部分である。

詳細には例えば、計測部１１５は、第ｑの画像を構成する画素のうち、輝度が予め定められる輝度閾値以上の画素を対象部分ＴＰとして抽出する。計測部１１５は、撮像された画像から第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所の各々に対応する対象部分ＴＰを特定するための箇所特定情報を予め保持する。本実施の形態では、計測部１１５は、上述の輝度閾値を示す情報と、第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所のそれぞれに対応する対象部分ＴＰの大きさを示す情報とを含む箇所特定情報を予め保持する。

本実施の形態では、撮像対象１０３は、大きさが概ね同じであり、かつ、概ね等間隔で設定された計測箇所に対応付けられている。このような撮像対象１０３の場合、撮像時に撮像装置１０４に最も近い撮像対象１０３からの距離を一定にすれば、撮像された画像において、同一の計測箇所に対応する対象部分ＴＰの大きさは、概ね一定の範囲に収まる。ここで、対象部分ＴＰの大きさは、抽出部分を代表する長さ、抽出部分の面積などにより表される。

本実施の形態では撮像対象１０３が、図３（ｂ）に示すように円形であるので、対象部分ＴＰは、概ね円形又は楕円形である。本実施の形態では対象部分ＴＰの大きさは、円の直径又は楕円の長軸方向の長さである対象部分ＴＰの最大幅とする。

本実施の形態に係る箇所特定情報は、第ｑの計測箇所にＲ１〜Ｒ２が対応付けられ、第ｑの計測箇所にＲ３〜Ｒ４が対応付けられ、第ｑの計測箇所にＲ５〜Ｒ６が対応付けられた情報である。Ｒ１〜Ｒ６は、予め定められた画素数である。撮像された画像における対象部分ＴＰの大きさは、撮像時に撮像装置１０４から撮像対象１０３までの距離が遠くなるほど小さくなるので、Ｒ１〜Ｒ６は、Ｒ５＜Ｒ６Ｒ３＜Ｒ４＜Ｒ１＜Ｒ２の関係にある。

本実施の形態では、計測部１１５は、抽出した対象部分ＴＰのうち、最大幅がＲ１〜Ｒ２であるものを、第ｑの計測箇所に対応する対象部ＴＰ分として特定する。計測部１１５は、抽出した対象部分ＴＰのうち、最大幅がＲ３〜Ｒ４であるものを、第ｑ＋１の計測箇所に対応する対象部分ＴＰとして特定する。計測部１１５は、抽出した対象部分ＴＰのうち、最大幅がＲ５〜Ｒ６であるものを、第ｑ＋２の計測箇所に対応する対象部分ＴＰとして特定する。

計測部１１５は、第ｑの画像に含まれる第ｑ及び第ｑ＋１の計測箇所のそれぞれの位置を示す第ｑ及び第ｑ＋１の位置情報を位置記憶部１１８から取得する（ステップＳ１０９）。

計測部１１５は、ステップＳ１０７及びＳ１０９のそれぞれで取得した第ｑの画像情報と第ｑ及び第ｑ＋１の位置情報とに基づいて、長さ方向に対して垂直な断面における第ｑ＋２の計測箇所の位置を求める。そして、計測部１１５は、第ｑ＋１〜第ｑ＋２の計測箇所の間隔と長さ方向に対して垂直な断面における第ｑ＋２の計測箇所の位置とに基づいて、第ｑ＋２の計測箇所の位置を求める（ステップＳ１１０）。

このとき、本実施の形態では、画像において同一の計測箇所に対応する４つの対象部分ＴＰの中心（重心）ＴＰＧの位置が、画像における対象部分ＴＰの位置とされる。また、計測箇所の各々に対応付けられた４つの撮像対象１０３の中心（重心）の位置が計測箇所の各々の位置とされる。

そして、第ｑ＋２の計測箇所の位置は、例えば第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所が直線上に並んでいた場合に第ｑの画像において第ｑ＋２の対象部分ＴＰが撮像されるべき位置と、実際に撮像された第ｑの画像における第ｑ＋２の対象部分ＴＰの位置との位置ズレ（画像上の位置ズレ）を、第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所が直線上に並んでいた場合の第ｑ＋２の位置と実際の第ｑ＋２の撮像対象１０３との位置ズレ（対象の位置ズレ）に変換することによって求められる。画像上の位置ズレは、上下方向と左右方向との成分を含んでいるため、（Δｘ，Δｙ）により表すことができる。対象の位置ズレも同様に、上下方向と左右方向との成分を含んでいるため、（ΔＸ，ΔＹ）により表すことができる。

このとき、計測部１１５は、カメラ１０９のレンズの焦点距離、当該レンズの中心から第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所の各々までの距離、カメラ１０９に搭載された撮像素子が有する撮像領域ＩＡの縦横の寸法、当該撮像領域ＩＡにおける縦横の画素数を参照する。

本実施の形態では、カメラ１０９のレンズの焦点距離はｆ［ｍｍ］（ミリメートル）であり、レンズの中心から第ｑの計測箇所までの距離はａ［ｍｍ］であり、第ｑ及び第ｑ＋１の計測箇所の間隔と、第ｑ＋１及び第ｑ＋２の計測箇所の間隔とはいずれもＬ［ｍｍ］であるとする。カメラ１０９に搭載された撮像素子が有する撮像領域ＩＡの寸法は、縦がＨ［ｍｍ］、横がＷ［ｍｍ］であるとする。また、カメラ１０９に搭載された撮像素子が有する撮像領域ＩＡの画素数は、図８に示すように、縦がＰｈ［ｐｉｘｅｌ］、横がＰｗ［ｐｉｘｅｌ］であるとする。

上下方向のズレΔＹは、図９を参照すると分かるように、三角形の相似比を利用して求めることができる。本実施の形態では、ΔＹ＝Δｙ×（Ｈ／Ｐｈ）×（Ｄ＋２Ｌ）／ｆの式により求められる。

左右方向のズレΔＸについても同様に、ΔＸ＝Δｘ×（Ｈ／Ｐｈ）×（Ｄ＋２Ｌ）／ｆの式により求められる。

第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所が直線上に並んでいた場合の第ｑ＋２の計測箇所の位置が、例えば、第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所が一定の間隔であることを利用して、ステップＳ１０９で取得された第ｑ及び第ｑ＋１の位置から算出される。そして、この算出された第ｑ〜第ｑ＋２の計測箇所が直線上に並んでいた場合の第ｑ＋２の位置と変換によって得られたズレとを加算することで、第ｑ＋２の計測箇所の位置が求められる。このように、ステップＳ１１０にて位置が求められると、第ｑ＋２の計測箇所は、位置が既知となるので、これ以降の処理では既知箇所として扱われる。

補正部１１７は、ステップ１１０にて求められた第ｑ＋２の計測箇所の位置を補正する（ステップＳ１１１）。

詳細には例えば、補正部１１７は、ステップＳ１０７にて取得された第ｑの画像情報と補正用基準記憶部１１６に記憶された補正用基準情報とに基づいて、第ｑの画像情報によって示される第ｑの画像に適用する補正値ＣＶを求める。

第ｑの画像を撮像する時に、撮像装置１０４は予め定められた撮像位置に停止するので、第ｑの画像に含まれる各計測箇所とカメラ１０９（より詳細には、カメラ１０９に含まれる撮像用のレンズの中心）との距離は、概ね既知の値である。そして、予め定められた撮像位置に正確に停止して撮像された場合、同一の計測箇所（例えば、撮像装置１０４に最も近い第ｑの計測箇所）に対応付けられた撮像対象１０３の第ｑの画像における位置関係（例えば、撮像対象１０３の間の距離）は、理論上或いは実験により得られる所定の関係となる。

しかし、実際には第ｑの画像を撮像する際の撮像装置１０４が、予め定められた撮像位置からズレて停止する可能性がある。ステップＳ１０７では、第ｑの画像に含まれる特定の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３の位置関係が、所定の関係からズレている場合に、当該位置関係を所定の関係に補正するための補正値ＣＶを求める。

より詳細には例えば、補正用基準記憶部１１６は、撮像時に撮像装置１０４に最も近い計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３のうちの予め定められた１組の撮像対象１０３の間の画像における距離Ｄ１を示す補正用基準情報を予め記憶している。

すなわち、補正用基準情報は、第ｑの画像の場合、第ｑの計測箇所に対応付けられた４つの撮像対象１０３のうちの予め定められた１組の撮像対象１０３の間の画像における理論上の距離Ｄ１を示す。補正用基準情報は、例えば、上下の撮像対象１０３（第ｑの画像の場合、第ｑ及び第２Ｎ＋ｑの撮像対象１０３）の組みの上下方向の間隔を示す。

なお、予め定められた１組の撮像対象１０３は、上右の撮像対象１０３（第ｑの画像の場合、第ｑ及び第Ｎ＋ｑの撮像対象１０３）の組みなどであってもよく、ここで例示した複数の組み合わせが採用されてもよい。

また、補正用基準情報により示される距離Ｄ１は、例えば、画素数で表されるとよい。撮像装置１０４が、最も近い計測箇所から一定の距離で各画像を撮像する場合、補正用基準情報は、一定の値を示すことになる。

補正部１１７は、ステップＳ１０７にて取得された第ｑの画像情報に基づいて、実際に撮像された第ｑの画像において第ｑの計測箇所に対応付けられた上下の撮像対象１０３の画像における距離Ｄ２（単位は、例えば画素（pixel）である）を求める（図８参照）。そして、補正部１１７は、距離Ｄ１に対する距離Ｄ２の比を補正値ＣＶ（＝Ｄ２／Ｄ１）として求める。

補正部１１７は、ステップＳ１１０にて求められた位置の各成分に補正値ＣＶを掛けることによって、ステップＳ１１０にて求められた位置を補正する。これによって、撮像時に撮像装置１０４が予め定められた撮像位置からズレた位置に停止して画像を撮像した場合であっても、停止した位置のズレに伴って生じ得る計測箇所の位置のズレを補正することができる。従って、計測箇所の位置をより正確に求めることが可能になる。

補正部１１７は、補正後の位置を含む位置情報を第ｑ＋２の計測箇所の位置情報として位置記憶部１１８へ出力する。

位置記憶部１１８は、ステップＳ１１１にて補正された位置を示す第ｑ＋２の計測箇所の位置情報を記憶する（ステップＳ１１２）。

計測部１１５は、ｑに１を加算する（ステップＳ１１３）。計測部１１５は、ステップＳ１１３を行うことによって得られたｑの値を保持する。そして、ステップＳ１１３によって得られたｑの値がＮ−２以下である場合、ステップＳ１０７〜Ｓ１１３の処理が繰り返し行われる。そして、ステップＳ１１３によって得られたｑの値がＮ−２より大きくなると、計測部１１５は、形状計測方法を終了する。

以上、本発明の一実施の形態について説明した。

本実施の形態によれば、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動する装置であってカメラ１０９を含む撮像装置１０４によって第１〜第Ｎ−２の画像が撮像される。第ｐの画像の各々は、第ｐ〜第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含む。そして、計測部１１５は、２つの既知箇所である第ｐ及び第ｐ＋１の計測箇所の各々に対応付けられた撮像対象１０３と、未知箇所である第ｐ＋２の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３とを含む画像に基づいて、未知箇所の位置を求める。これを繰り返すことによって、第３〜第Ｎの計測箇所の位置が求められる。

第３〜第Ｎの計測箇所は、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って設定されるので、第３〜第Ｎの計測箇所のそれぞれの位置に基づいてトンネル構造体１０１についてその長さ方向の形状を計測することができる。すなわち、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動する撮像装置１０４で画像を撮像するだけで、その画像に基づいてトンネル構造体１０１についてその長さ方向の形状を計測することができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易に計測することが可能になる。

また、本実施の形態では、２つ以上の既知箇所と１つ以上の未知箇所とを含む画像が参照されて、当該１つ以上の未知箇所の位置が、２つの既知箇所の位置に基づいて求められる。そのため、１つだけの既知箇所の位置に基づいて未知箇所の位置を求めるよりも、未知箇所の位置を正確に求めることができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易かつ正確に計測することが可能になる。

本実施の形態では、撮像対象１０３の各々は反射板又は発光体である。これにより、撮像対象１０３を撮像した場合、撮像対象１０３の輝度が大きくなるので、撮像された画像の全体から対象部分ＴＰを確実かつ正確に抽出することができる。計測箇所の位置は、撮像された画像における対象部分ＴＰの位置に基づいて求められるので、対象部分ＴＰを確実かつ正確に抽出することは、計測箇所の位置の精度向上に寄与する。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易にかつ正確に計測することが可能になる。

本実施の形態では、同一の計測箇所に対応付けられた撮像対象群は、互いに異なる色を反射する反射板により構成される。これにより、撮像された画像から、撮像対象１０３が上下左右のいずれに固定された撮像対象１０３であるか（すなわち、第１〜第Ｎの撮像対象からなる撮像対象群、第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象からなる撮像対象群、第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象からなる撮像対象群、第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象からなる撮像対象群のうちの、いずれの撮像対象群に含まれる撮像対象１０３であるか）を容易に判別することができる。これにより、撮像された画像の全体から補正に利用する撮像部分を確実かつ正確に抽出して、計測部１１５によって求められた第３〜第Ｎの計測箇所の位置を補正することができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易にかつ正確に計測することが可能になる。

本実施の形態によれば、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って設けられており、撮像装置１０４が内部を移動するガイド管１０２が設けられ、撮像装置１０４は、撮像領域に光を照射するための照射部１１１を含む。これにより、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って撮像装置１０４を確実に移動させることができるとともに、撮像対象１０３を容易に撮像することができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易にかつ正確に計測することが可能になる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本実施の形態は次のように変形されてもよい。

（変形例１）
実施の形態１では、２つ以上の既知箇所と１つ以上の未知箇所とを含む画像が参照されて、当該１つ以上の未知箇所の位置が、２つの既知箇所の位置に基づいて求められる例を説明した。しかし、画像には、少なくとも１つの既知箇所と少なくとも１つの未知箇所が含まれればよい。この場合、各画像に含まれる１つ以上の未知箇所の位置は、当該各画像に含まれる１つ以上の既知箇所の位置に基づいて求められるとよい。

変形例１では、１つ以上の既知箇所と１つ以上の未知箇所とを含む画像が参照されて、１つの未知箇所の位置が、１つの既知箇所の位置に基づいて求められる例を説明する。本変形例では、実施の形態１と同様の第１〜第Ｎの計測箇所のうち、第１の計測箇所が初期状態において既知箇所であり、第２〜第Ｎの計測箇所が初期状態において未知箇所であるとする。

本変形例に係る形状計測システムは、第２の計測箇所が既知箇所ではなく未知箇所であること、未知箇所の位置を求めるために参照される既知箇所の数が１つであることに関連する構成を除いて、実施の形態１に係る形状計測システム１００と概ね同様に構成されればよい。

例えば、本変形例に係る計測部１１５は、撮像装置１０４によって撮像された画像に基づいて、未知箇所である第２〜第Ｎの測定箇所の各々の位置を求める。詳細には、計測部１１５は、第１〜第Ｎの計測箇所のうち、少なくとも１つの既知箇所と少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けて設けられた撮像対象を含む画像に基づいて、当該少なくとも１つの未知箇所の位置を求める。すなわち、未知箇所の位置を求めるために参照する既知箇所の数が異なる点を除いて、計測部１１５は、本変形例においても実施の形態１と同様に構成されるとよい。

また例えば、本変形例に係る補正部１１７は、初期状態において未知箇所であった第２〜第Ｎの測定箇所の各々の補正後の位置を求める。

これまで、本発明の変形例１に係る形状計測システムの構成について説明した。ここから、本変形例に係る形状計測システムの動作について説明する。

図１０Ａ及び１０Ｂは、本変形例に係る形状計測方法のフローチャートである。本変形例に係る形状計測方法は、実施の形態１に係るステップＳ１０１〜Ｓ１０２，Ｓ１０６，Ｓ１０８〜Ｓ１１０，Ｓ１１２のそれぞれに代えて、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２，Ｓ２０６，Ｓ２０８〜Ｓ２１０，Ｓ２１２を含む。これらの点を除いて、本変形例に係る形状計測方法は、実施の形態に係る形状計測方法と概ね同様である。ここでは、説明を簡明にするため、実施の形態とは異なる工程について説明する。

図１０Ａに示すように、位置計測装置１０５は、ステップＳ２０２，Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理を、ｐの値がＮ−１になるまでＮ−１回繰り返して実行する（ループＣ；ステップＳ２０１）。

撮像装置１０４は、撮像制御部１１３の制御の下で撮像することによって、第ｐ〜第ｐ＋１の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含む第ｐの画像を撮像する（ステップＳ２０２）。

その後、撮像制御部１１３、移動制御部１１２は、実施の形態と同様にステップＳ１０３〜Ｓ１０５を実行する。そして、ステップＳ１０５を実行することによって得られたｐの値がＮ−１以下である場合、ステップＳ２０１〜Ｓ２０２及びＳ１０３〜Ｓ１０５の処理が繰り返し行われる。

位置計測装置１０５は、図１０Ｂに示すように、ステップＳ１０７，Ｓ２０８〜Ｓ２１０，Ｓ１１１，Ｓ２１２，Ｓ１１３の処理を、ｑの値がＮ−１になるまでＮ−１回繰り返して実行する（ループＤ；ステップＳ２０６）。

計測部１１５は、実施の形態と同様のステップＳ１０７を実行し、これによって取得した第ｑの画像情報と箇所特定情報とに基づいて、第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所のそれぞれに対応する対象部分ＴＰを特定する（ステップＳ２０８）。対象部分ＴＰを特定する方法は、実施の形態と同様でよい。

計測部１１５は、第ｑの画像に含まれる第ｑの計測箇所の位置を示す第ｑの位置情報を位置記憶部１１８から取得する（ステップＳ２０９）。

計測部１１５は、ステップＳ１０７及びＳ２０９のそれぞれで取得した第ｑの画像情報と第ｑの位置情報とに基づいて、長さ方向に対して垂直な断面における第ｑ＋１の計測箇所の位置を求める。そして、計測部１１５は、第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所の間隔と長さ方向に対して垂直な断面における第ｑ＋１の計測箇所の位置とに基づいて、第ｑ＋１の計測箇所の位置を求める（ステップＳ２１０）。

このとき、対象部分ＴＰの位置及び計測箇所の位置は、実施の形態と同様に、規定されるとよい。

そして、第ｑ＋１の計測箇所の位置は、例えば第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所が撮像方向に沿って直線上に並んでいた場合に第ｑの画像において第ｑ＋１の対象部分ＴＰが撮像されるべき位置と、実際に撮像された第ｑの画像における第ｑ＋１の対象部分ＴＰの位置との位置ズレ（画像上の位置ズレ）を、第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所が撮像方向に沿って直線上に並んでいた場合の第ｑ＋１の位置と実際の第ｑ＋１の撮像対象１０３との位置ズレ（対象の位置ズレ）に変換することによって求められる。

画像上の位置ズレを対象の位置ズレに変換する方法は、実施の形態にて図９を参照して説明した方法と同様の方法で求めることができる。すなわち、カメラ１０９のレンズの焦点距離、レンズの中心から第ｑの計測箇所までの距離、第ｑ及び第ｑ＋１の計測箇所の間隔、カメラ１０９に搭載された撮像素子の撮像領域ＩＡの寸法及び画素数などに基づいて、三角形の相似比を利用して画像上の位置ズレを対象の位置ズレに変換することができる。

また、撮像方向は、例えば、既知箇所である第ｑ−１の計測箇所から既知箇所である第ｑの計測箇所へ向かう方向により求められるとよい。ここで、第２の計測箇所の位置を求める際には、第ｑ−１の計測箇所に相当する計測箇所が存在しない。そのため、第１の撮像位置におけるカメラ１０９に含まれるレンズの光軸と第１の規則箇所の位置とが同軸になるように配置されるとよい。そして、第２の計測箇所の位置を求める際には、第１の撮像位置を含むガイド管１０２の設置方向、第１の撮像位置における撮像装置１０４の向きに対応する方向がカメラ１０９の撮像方向として採用されるとよい。

そして、第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所が撮像方向に沿って直線上に並んでいた場合の第ｑ＋１の計測箇所の位置が、例えば、第ｑ〜第ｑ＋１の計測箇所が一定の間隔であることを利用して、ステップＳ２０９で取得された第ｑの位置から算出される。そして、この算出された第ｑ＋１の計測箇所が直線上に並んでいた場合の第ｑ＋１の位置と変換によって得られたズレとを加算することで、第ｑ＋１の計測箇所の位置が求められる。このように、ステップＳ２１０にて位置が求められると、第ｑ＋１の計測箇所は、位置が既知となるので、これ以降の処理では既知箇所として扱われる。

計測部１１５は、実施の形態と同様のステップＳ１１３を実行する。ステップＳ１１３を実行することによって得られたｑの値がＮ−１以下である場合、ステップＳ１０７，Ｓ２０８〜Ｓ２１０，Ｓ１１１，Ｓ２１２，Ｓ１１３の処理が繰り返し行われる。そして、ステップＳ１１３によって得られたｑの値がＮ−１より大きくなると、計測部１１５は、形状計測方法を終了する。

以上、変形例１について説明した。

本変形例によれば、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動する装置であってカメラ１０９を含む撮像装置１０４によって第１〜第Ｎ−１の画像が撮像される。第ｐの画像の各々は、第ｐ〜第ｐ＋１の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含む。そして、計測部１１５は、１つの既知箇所である第ｐの計測箇所の各々に対応付けられた撮像対象１０３と、未知箇所である第ｐ＋１の計測箇所に対応付けられた撮像対象１０３とを含む画像に基づいて、未知箇所の位置を求める。これを繰り返すことによって、第１〜第Ｎの計測箇所の位置が求められる。

第２〜第Ｎの計測箇所は、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って設定されるので、第２〜第Ｎの計測箇所のそれぞれの位置に基づいてトンネル構造体１０１についてその長さ方向の形状を計測することができる。すなわち、トンネル構造体１０１の長さ方向に沿って移動する撮像装置１０４で画像を撮像するだけで、その画像に基づいてトンネル構造体１０１についてその長さ方向の形状を計測することができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易に計測することが可能になる。

（その他の変形例）
また例えば、実施の形態では、各測定箇所に４つの撮像対象１０３が対応付けて設けられる例を説明した。しかし、撮像対象１０３は、各測定箇所に少なくとも１つ設けられればよい。

計測箇所の各々に１つの撮像対象１０３（例えば、第１〜第Ｎの撮像対象１０３）のみが対応付けられている場合であっても、例えばトンネル構造体１０１があまり湾曲していない場合やトンネル構造体１０１が概ね一方向に湾曲している場合などには、撮像される各画像に３つの測定箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含めることができる。これにより、撮像された画像と位置が既知である２つの測定箇所の位置とに基づいて、位置が未知である測定箇所の位置を求めることができる。

また、計測箇所の各々に、長さ方向に垂直な断面において異なる位置に予め定められた位置関係で複数の撮像対象１０３を設けることによって、トンネル構造体１０１が長さ方向に沿って湾曲している場合であっても、撮像される各画像に３つの測定箇所に対応付けられた撮像対象１０３を含めることが容易になる。トンネル構造体１０１が長さ方向に沿ってどのように湾曲しているかに応じて、例えば、計測箇所の各々に２つ又は３つの撮像対象１０３が、カメラの移動経路に関して点対称な位置や回転対称な位置に設けられるとよい。

さらに例えば、実施の形態では、第１〜第Ｎ−２の画像がすべて撮像された後に、第３〜第Ｎの計測箇所の位置を求める例を説明した。しかし、第３〜第Ｎの計測箇所の位置は、それぞれ、第１〜第Ｎ−２の画像が撮像されて、その次の画像が撮像される前に求められてもよい。これにより、撮像しながら、第３〜第Ｎの計測箇所の位置を順次知ることができる。

さらに例えば、実施の形態では、補正用基準情報に基づいて補正値ＣＶを求めて、第３〜第Ｎの計測箇所の位置を補正する例を説明した。

しかし、移動制御部１１２が、補正用基準情報に基づいて撮像位置を調整してもよい。この場合、第ｐ＋１の撮像位置に撮像装置１０４を停止させる際に、移動制御部１１２は、撮像装置１０４によって撮像された画像と、補正用基準情報が示す撮像対象１０３の位置関係とを参照する。そして、移動制御部１１２は、画像に含まれる同一の計測箇所（例えば第ｐ＋１の計測箇所）に対応付けられた２つ以上の撮像対象１０３が、補正用基準情報が示す撮像対象１０３の位置関係と合致するように、第ｐ＋１の撮像位置を決定し、当該決定した第ｐ＋１の撮像位置に撮像装置１０４を停止させるとよい。

これによれば、補正処理（ステップＳ１１１）を行わなくても、第１〜Ｎ−２の画像に基づいて第３〜第Ｎの計測箇所の補正後の位置を求めることができる。従って、長さを有する構造物についてその長さ方向の形状を容易にかつ正確に計測することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態及び変形例について説明したが、本発明は、これらに限られるものではない。例えば、本発明は、これまで説明した実施の形態及び変形例の一部又は全部を適宜組み合わせた形態、その形態に適宜変更を加えた形態をも含む。

１００ 形状計測システム
１０１ トンネル構造体
１０２ ガイド管
１０３ 撮像対象
１０４ 撮像装置
１０５ 位置計測装置
１０６ 単位管
１０７ 接続部材
１０８ 筐体
１０９ カメラ
１１０ タイヤ
１１１ 照射部
１１２ 移動制御部
１１３ 撮像制御部
１１４ 画像記憶部
１１５ 計測部
１１６ 補正用基準記憶部
１１７ 補正部
１１８ 位置記憶部

Claims (10)

1. 長さを有する構造物の長さ方向に沿って移動する装置であって、カメラを含む撮像装置と、
   前記構造物が設けられている位置を前記長さ方向に沿って計測するために前記長さ方向に沿って設定される第１〜第Ｎの計測箇所（Ｎは、２以上の整数）のそれぞれに対応付けられた第１〜第Ｎの撮像対象と、
   前記撮像装置によって撮像される画像であって、前記第１〜第Ｎの計測箇所のうち、位置が既知の計測箇所である少なくとも１つの既知箇所と位置が未知の計測箇所である少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けられた前記撮像対象を含む画像に基づいて、当該少なくとも１つの未知箇所の位置を求める計測部を有する位置計測装置とを備える
   ことを特徴とする形状計測システム。
2. Ｎは、３以上の整数であり、
   前記計測部は、前記第１〜前記第Ｎの計測箇所のうち、２つ以上の前記既知箇所と前記少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けて設けられた前記撮像対象を含む画像に基づいて、当該未知箇所の位置を求める
   ことを特徴とする請求項１に記載の形状計測システム。
3. 前記第１〜第Ｎの計測箇所のそれぞれに対応付けられた第Ｎ＋１〜第２Ｎの撮像対象をさらに備え、
   前記第１〜第２Ｎの撮像対象のうち同一の前記計測箇所に対応付けられた撮像対象群は、前記長さ方向に対して垂直な面において互いに異なる位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の形状計測システム。
4. 前記第１〜第Ｎの計測箇所のそれぞれに対応付けられた第２Ｎ＋１〜第３Ｎの撮像対象をさらに備え、
   前記第１〜第３Ｎの撮像対象のうち同一の前記計測箇所に設けられる撮像対象群は、前記カメラの移動経路に対して垂直な面において互いに異なる位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の形状計測システム。
5. 前記第１〜第Ｎの計測箇所のそれぞれに対応付けられた第３Ｎ＋１〜第４Ｎの撮像対象をさらに備え、
   前記第１〜第４Ｎの撮像対象のうち同一の前記計測箇所に対応付けられた撮像対象群は、前記カメラの移動経路に対して垂直な面において当該移動経路に関して回転対称な位置に配置されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の形状計測システム。
6. 前記位置計測装置は、前記同一の計測箇所に対応付けられた撮像対象群が前記画像に含まれている場合、当該撮像対象群を構成する撮像対象の位置関係に基づいて、前記求められた前記第３〜前記第Ｎの計測箇所の各々の位置を補正するための補正値を求め、前記求められた前記第３〜前記第Ｎの計測箇所の位置をそれぞれに対応して前記求めた補正値によって補正する補正部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の形状計測システム。
7. 前記撮像対象の各々は、反射板又は発光体である
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の形状計測システム。
8. 前記同一の計測箇所に対応付けられた撮像対象群は、互いに異なる色を反射する反射板又は互いに異なる色を発する発光体である
   ことを特徴とする請求項７に記載の形状計測システム。
9. 長さを有する構造物の長さ方向に沿って設けられており、前記撮像装置が内部を移動するガイド管をさらに備え、
   前記撮像装置は、撮像領域に光を照射するための照射部をさらに含む
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の形状計測システム。
10. 長さを有する構造物の位置を長さ方向に沿って計測するために前記長さ方向に沿って設定される第１〜第Ｎの計測箇所（Ｎは、２以上の整数）のそれぞれに対応付けられた第１〜第Ｎの撮像対象のうち、位置が既知の計測箇所である少なくとも１つの既知箇所と位置が未知の計測箇所である少なくとも１つの未知箇所とのそれぞれに対応付けられた撮像対象を含む画像を撮像することと、
    前記撮像することにより得られた画像に基づいて、前記少なくとも１つの未知箇所の位置を求めることとを含む
    ことを特徴とする形状計測方法。

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