JP3813108B2 - Utility pole measurement method and utility pole measurement program using image processing technology, and recording medium recording this program - Google Patents

Utility pole measurement method and utility pole measurement program using image processing technology, and recording medium recording this program Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線条や電力機器等の装柱物が設置される電柱の設計において用いられる装柱物の地上高や線条の外径、電力機器等の水平投影断面積の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の測定方法としては、電柱の装柱物の地上高を測定する場合では、目視による測定あるいは各装柱物まで地上からの距離を測定できる棒を伸ばして測定するものが知られている。また、線条の外径や電力機器等の水平投影断面積を測定する場合では、地上からの目視による計測結果と装柱物の仕様表とを照らし合わせ最も値の近い物を選択して特定するというものが知られている。
【0003】
このような電柱装柱物の測定方法によれば、電柱の装柱物の地上高と大きさを判別することができ電柱の適切な強度設計をすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の測定方法では、目視による装柱物の地上高や線条の外径、電力機器等の水平投影断面積の測定誤差が大きい場合、以下のような不都合がある。
【0005】
即ち、目視による測定が困難でありその誤差が大きい場合、装柱物の使用表と照らし合わせた際に、誤った装柱物を選択してしまう場合がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、装柱物の地上高や線条の外径、電力機器等の水平投影断面積を目視による計測によらず、装柱物の写真を撮影し画像処理技術を用いて装柱物を測定する方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達するため、本発明は、地上高測定棒または電柱上の足場ボルトとともに撮影した電柱写真から電柱装柱物地上高、線条外径、および電柱装柱物水平投影断面積の一つ以上を含む装柱情報を算出する計測方法であって、電柱、線条および該電柱写真の撮影手段で構成される3次元空間を一つの数学モデルとして記述する手順とともに、該電柱写真画像における該地上高測定棒上の節部または該電柱上の足場ボルト位置を含む地上高既知点を画像処理技術により自動抽出して画像上の2次元位置情報を得る手順と、該画像上の2次元位置情報を該数学モデルに当てはめて該3次元空間上の位置情報を求める手順と、該3次元空間上の位置情報をもとに該電柱写真画像から該装柱情報を算出する手順とを、有することを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法を手段とする。
【0008】
あるいは、前記の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、測定部付近での線条形状を含む画像領域を微分し、形状輪郭線を2本の直線として抽出するとともに、線条外径を両直線間の距離として算出することを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法を手段とする。
【0009】
あるいは、前記の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、電柱写真は、電柱の全体または大部分を含みかつ少なくとも2つの地上高既知点を持つ基本写真、および電柱の一部分をズームアップしかつ基本写真と重なり部分を持つ付帯写真の2つの写真からなり、3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、該重なり部分において、基本写真上の2点を付帯写真上の同一の2点に対応させることにより、装柱情報が未知の付帯写真に関し、任意の点の該装柱情報を算出することを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法を手段とする。
【0010】
あるいは、前記の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、該電柱写真が電柱の近くから急角度に見上げて当該電柱を撮影したものである場合、電柱平面の鉛直面からの傾き及びケーブル外径の太さの一方または両方を考慮して、算出する装性情報を補正することを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法を手段とする。
【0011】
あるいは、以上の画像処理技術を用いた電柱計測方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとしたことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測プログラムを手段とする。
【0012】
あるいは、以上の画像処理技術を用いた電柱計測方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとし、該プログラムを、該コンピュータが読み取りできる記録媒体に記録したことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測プログラムを記録した記録媒体を手段とする。
【0013】
本発明は、線条の外径や電力機器等の水平投影断面積は地上からの目測と装柱物の仕様表と照らし合わせて特定する従来の測定方法では、目測による装柱物測定が困難であったり人為的な測定誤差が大きくなったりするような場合である時などにおいて、装柱物を含む電柱写真を撮影し、画像処理技術を用いて地上高既知点を自動抽出することで装柱物を計測することにより、現実の大きさと略合致した装柱物の測定を行うことができるようにし、より正確な装柱物の測定方法、ひいては電柱の設計方法を提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【0015】
図1は本発明の実施の形態に係る電柱装柱物の測定方法が適用される線条、電力機器に係る架空線路の概略構成を示す側面図である。図1において、1は電柱、2は線条(以下、ケーブルと呼ぶ)、3は電力機器、4は地上高である。
【0016】
この架空線路における電柱1の風圧荷重計算の値は、式(a)により算定されることとなる。ただし、式(a)において、nはケーブルの架設条数、mは電力機器等の架設台数、dnはn条目のケーブル外径、hnはn条目のケーブル地上高、Amはm台目の電力機器等の水平当面断面積、hmはm台目の電力機器等の地上高、Sは電柱間のスパン長、Kは単位面積あたりの風圧荷重、Ppは電柱自体が受ける風圧荷重を表す。
【0017】
電柱に加わる風圧荷重=K×S×Σ(dn・hn)+K×Σ(Am・hm)+Pp…(a)
いまケーブル外径の真値をds、仕様表の外径をda,db(da<db)、目測による外径計測値をde、本発明による外径計測値をdtとする。de,dtはdaより大きく、dbより小さい値である。
【0018】
この架空線路において、ケーブル外径の目測が困難であるときに従来の電柱装柱物の測定方法をそのまま適用した場合、deはケーブル外径の真値dsより、仕様表の別の外径dbに接近した値となる。すなわち、|da−de|>|db−de|となるため、実際のケーブル外径の値はdbであると判断し、ケーブル外径の真値より過大な外径を採用してしまう(図2(a)参照)。
【0019】
従って、目測にてケーブル外径を決定する従来の電柱の装柱物測定方法では、式(a)におけるdnが過大となり、結果として過大な風圧荷重を見込んでしまうこととなる。また、電柱計測結果のいかんでは、電柱1のサイズが1ランク大きくなったり、小さくなったりすることから、経済上の見地からは電柱計測の結果がより正確な値であることが望ましい。
【0020】
本発明の実施の形態に係る電柱装柱物の測定方法では、dtは従来の装柱物測定方法によるケーブル外径の測定値dbより、仕様表の別の外径daに接近した値となる。すなわち、|da−dt|<|db−dt|となるため、実際のケーブル外径の値はdaであると判断し、ケーブル外径の真値dsと合致した外径を採用できる(図2(b)参照)。
【0021】
従って、本発明の実施の形態に係る電柱装柱物の測定方法によれば、目測による装柱物測定が困難である場合にあっても、装柱物の測定結果が過大な値とならず、装柱物の真値に略合致した値とすることができる。その結果、本発明の実施の形態による電柱装柱物の測定結果を用いて行う電柱の設計では、経済的な設計が担保されることとなる。
【0022】
図3に本発明の実施の形態に係る電柱装柱物の測定方法の基本となる処理手順の流れを示す。
【0023】
まず、カメラ等の撮影手段を用いて、地上高測定棒または電柱上の足場ボルトとともに電柱写真を撮影する。この電柱写真をコンピュータ等による画像処理手段に取り込む。
【0024】
取り込んだ電柱写真画像における地上高測定棒上の節部または電柱上の足場ボルト位置を含む地上高既知点を画像処理技術により自動抽出し、画像上の2次元位置情報を得る。
【0025】
これともに(前記の手順と本手順のどちらが先でも構わない)、電柱、ケーブルおよび電柱写真の撮影手段で構成される3次元空間を一つの数学モデルとして記述しておく。
【0026】
前記の手順で得られた2次元位置情報を、同じく前記の手順で記述された数学モデルに当てはめて3次元空間上の位置情報を求める。
【0027】
こうして算出された3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から電柱装柱物地上高やケーブル外径、あるいは電力機器等の電柱装柱物の水平投影断面積等の装柱情報を算出する。
【0028】
以下に本発明の実施の形態に係る電柱の装柱物の測定方法を実現するための項目について詳細に説明する。
【0029】
(1)本発明の第1の実施の形態に関わる計測方法の原理
(1.1)用語の定義
図4は本実施の形態に関わる計測ロジックを構成するための計測原理図である。図4に基づいて画像上の点(x,y)から3次元空間上の点(X,Y,Z)を算出するための計測原理(数学モデル)を説明する。
【0030】
先ず、計測原理を説明するための用語を以下に示す。
【0031】
[1]地面・地上高:地面は地球に対し水平である特定の平面である。地上高は地面からの高さであり、単位はメートルで実数値をとる。
【0032】
[2]3次元空間:カメラや電柱・ケーブルが存在する実空間であり、座標系X−Y−Zで表記する。原点はカメラのレンズ中心である。X軸はレンズ中心から電柱に向かい地面に平行な直線である。Y軸はX軸に直角かつ地面に平行であり、かつ上から見てX軸に対し90度反時計回りに存在する直線である。また、Z軸は地面に垂直であり、上向きを正方向とする。座標系の単位はメートルで実数値をとる。
【0033】
[3]フィルム平面:電柱設備が実像として写っている平面であり、座標系Lx−Lyで表記する。原点はカメラ光軸とフィルム平面との交点とし、座標系の単位はメートルで実数値をとる。
【0034】
[4]画像(2次元空間):フィルム平面を画像(画素の集まり)として表現したものであり、画像の中心(光軸位置)を原点するx−y座標系である。原点はフィルム原点と一致する。x軸は画像の横方向であり、右向きを正方向とする。y軸は画像の縦方向であり、上向きを正方向とする。単位は画素(ピクセル)で実数値をとる。
【0035】
[5]基本画像:電柱の全体像(または大部分)を含む画像である。
【0036】
[6]付帯画像:基本画像の一部をズームアップして撮影した画像である。
【0037】
[7]電柱−ケーブル平面:電柱とケーブルとで指定される3次元空間平面であり、X−Y平面に垂直である。
【0038】
[8]注目平面:計測対象設備が存在する平面であり、デフォルトの注目平面は電柱−ケーブル平面である。電柱に取り付けられた突出物により、注目平面は電柱−ケーブル平面に対し前後に平行移動する。
【0039】
[9]内部パラメータ:特徴点の3次元座標を算出するために用いる計算処理パラメータであり、次の種類がある。
・カメラ仰角θ:地面に対するカメラの設置傾斜角であり、上向きを正の角度とする。単位は度である。
・カメラ距離D:カメラのレンズ中心から電柱の手前表面までの距離である。単位はメートルで、実数値をとる。
・電柱−ケーブル平面角φ:電柱−ケーブル平面のX−Z平面に対する時計周りの角度であり、0〜180度の実数値をとる。
・原点地上高Zb:3次元空間の原点(カメラレンズの中心)の地上高(メートル)である。
・レンズ比率m:カメラの焦点距離をd(メートル)、画像(フィルム)上での1画素あたりの長さをα(メートル)とした場合の両者の比
m=d/α
である。
【0040】
(1.2)基本ベクトルの設定
次に、計測原理を導出するに当たり、計算式を展開するための出発点となる基本ベクトルを設定する。図4上の各ベクトルは以下のように表現される。ただし、座標系の原点は、同図に示すように、レンズ中心である。また、一般的に、カメラ仰角θは±90°ではなく、電柱−ケーブル平面角φも0°または180°ではないものとする。
【0041】
[1]フィルム平面の法線ベクトルn
【0042】
【数1】

Figure 0003813108
【0043】
[2]電柱−ケーブル平面の法線ベクトルN
【0044】
【数2】
Figure 0003813108
【0045】
[3]点Aのベクトル表現A
【0046】
【数3】
Figure 0003813108
【0047】
[4]フィルム原点d
【0048】
【数4】
Figure 0003813108
【0049】
[5]点Aのフイルム上での像a
【0050】
【数5】
Figure 0003813108
【0051】
[6]基準点Pb
【0052】
【数6】
Figure 0003813108
【0053】
[7]フイルム平面軸の単位方向ベクトルlx,ly
【0054】
【数7】
Figure 0003813108
【0055】
(1.3)条件式の設定
さらに、上記ベクトル表現の間には以下のような条件式が成立する。
【0056】
[1]点Aは電柱−ケーブル平面上に存在する。
【0057】
(A−Pb)・N=0 …(8)
(‘・’はベクトルの内積、以下同様)
[2]点aはフィルム平面上に存在する。
【0058】
(a−d)・n=0 …(9)
(1.4)フイルム平面から3次元空間への変換式
以上の準備の元に、フイルム上の点(Lx,Ly)から3次元空間上の点(X,Y,Z)を求める計算式を展開すると、以下の結果が得られる。
【0059】
【数8】
Figure 0003813108
【0060】
ここで、電柱上での算出式(座標LyとZとの関係)を求める。式(10)において、フィルム上での点を電柱上での点、すなわちLx=0となる点のみに着目すると、同式は次のようになる。
【0061】
【数9】
Figure 0003813108
【0062】
(1.5)画像平面から3次元空間への変換式
フィルム座標系Lx−Ly(単位はメートル)を画像座標系x−y(単位は画素アドレスで実数値)で置き換えるものとする。すなわち
【0063】
【数10】
Figure 0003813108
【0064】
とし、m:d/αとすると、電柱上での変換式(11)は次のようになる。
【0065】
【数11】
Figure 0003813108
【0066】
この式で、値mを「レンズ比率」と呼ぶものとする。mは未知数である。
【0067】
(1.6)原点地上高の導入
上記までの式の展開においては、3次元空間上での座標値Zの値は全てX−Y−Z座標系の原点、すなわちカメラレンズ中心に対する上下方向の高さ(メートル)で考えてきた。
【0068】
ここで、Zの値を地表(地上高0メートル)からの高さで与えることとする。このために原点地上高(レンズ中心の地表からの高さ)Zb(単位はメートル)を導入する。これにより(12)式のZの計算式は以下のようになる。
【0069】
【数12】
Figure 0003813108
【0070】
同様に(10)式は以下のようになる。
【0071】
【数13】
Figure 0003813108
【0072】
(1.7)未知数の自動計算
画像上の電柱上での座標yから実際の地上高Zを求める計算式(13)において、分子と分母をcosθ(≠0)で割ると、次式が得られる。
【0073】
【数14】
Figure 0003813108
【0074】
この式で計算パラメータは以下の4つであり、これらの値を決定しない限り、yからZを求めることはできない。
【0075】
D:カメラ距離
m:レンズ比率
θ:カメラ仰角(式(15)ではtanθ)
Zb:原点地上高
このうち、レンズ比率mは事実上実測不可能で、他のパラメータは実測可能である。先ず、カメラ距離Dについてはカメラ撮影現場での実測値を用いるものとする。残り2つのパラメータの原点地上高Zbおよびカメラ仰角θについては、片方を既知とすれば、もう一方は式(15)の連立方程式を立てることにより算出できる。
【0076】
ここで原点地上高Zbを固定値(例えば1.5または1.7メートルなど)とするか、あるいは実測値を用いることとすれば、(15)式における未知数はmとθとなる。そこで、この2つの未知数を求めるため、地上高既知の2組の点対(y1,Z1)および(y2,Z2)に対する2つの式
【0077】
【数15】
Figure 0003813108
【0078】
を連立方程式とみなして、これをmとtanθについて解く。
【0079】
tanθの算出式は以下のようになる。
【0080】
Ptan2θ+Qtanθ+R=0 …(17)
ただし、
P=D(H1y1−H2y2)
Q=(y1−y2)(D2−H1H2)
R=D(H1y2−H2y1)
ここで、
H1=Z1−Zb
H2=Z2−Zb
この2次方程式を解いてtanθ(すなわちθ)が算出される。ただし、θは解が2つ存在するので、標準角度(例えば20°)に近い方を取るものとする(解のもう一方の値はこの値からはかけ離れた値となる)。
【0081】
また、レンズ比率mは、例えば式(16)の第1式から次のように算出される。
【0082】
【数16】
Figure 0003813108
【0083】
逆に、カメラ仰角θを既知とした場合、原点地上高Zbの算出式は以下のようになる。
【0084】
PZb2+QZb+R=0 …(19)
ただし、
P=(y1−y2)tanθ
Q=(y1−y2){D(tan2θ−1)−(Z1+Z2)tanθ}
R=(y1−y2)tanθ(Z1Z2−D2)+D{y1Z2−y2Z1−tan2θ(y1Z1−y2Z2)}
この2次方程式を解いてZbが算出される。ただし、Zbは解が2つ存在するので、標準−原点地上高(例えば1.7メートル)に近い方を取るものとする(解のもう一方の値はこの値からはかけ離れた値となる)。また、レンズ比率mは同様に(19)式から同様に算出される。
【0085】
なお、原点地上高Zbおよびカメラ仰角θのどちらを既知とし、どちらを未知としてもよい。両者とも未知として、地上高既知の3点を用いて3元連立方程式を立てることも考えられるが、この場合は連立方程式の解法が極めて困難となり、実用的でない。
(1.8)電柱計測に特化した補正
電柱表面はテーパによって鉛直方向から一定の割合で傾いている物がある。このような電柱を計測する場合、特に電柱の近くから急角度に見上げて当該電柱を撮影すると、電柱表面の地上高Zに誤差が生じる。いま電柱表面の傾き角度をαとする時、これを考慮した地上高Zは図5より、
【0086】
【数17】
Figure 0003813108
【0087】
で求められる。
【0088】
ケーブルには太さがあり、特に電柱の近くから急角度に見上げて当該電柱を撮影すると、図6に示すように、ケーブルの両端からレンズ中心へ入射した光は平行に入射しないため、(20)式から算出される地上高差をケーブル外径とすると、実際の値より大きく算出されることとなる。いまケーブル下端からの入射光の水平線に対する入射角度をθ1、ケーブル上端からの入射光の水平線に対する入射角度をθ2、(20)式から算出されるケーブル下端の地上高をZ1、(20)式から算出されるケーブル上端の地上高をZ2、ケーブルの真の外径をrとすると、
【0089】
【数18】
Figure 0003813108
【0090】
で算出できる。ただし、
【0091】
【数19】
Figure 0003813108
【0092】
(1.9)注目平面の移動
電柱にケーブルが張られる場合、電柱に直接ではなく、電柱−ケーブル平面に対して直角手前に(または後方に)突出した支持器具(突出物)を介して張られる場合がある。図7はこれを説明する図である。同図において、点P(ベクトル表現、以下同様)は電柱−ケーブル平面上の点P0が電柱−ケーブル平面に対して垂直に手前に突出した図を表している。ここで、Pを通りかつ電柱−ケーブル平面に平行な面を考え、これを注目平面と呼ぶものとする。注目平面上での座標計算は以下のようになる。
【0093】
いま、直線OPと電柱−ケーブル平面との交点をP’とし、PおよびP’の地上高をそれぞれZpおよびZp’とした場合(図7)、Zp’は式(13)より算出できる。
【0094】
また、突出点Pの地上高Zpは既知であるとする(突出物の根もとである点P0の地上高として式(13)より算出できる)。このとき
【0095】
【数20】
Figure 0003813108
【0096】
を突出率と呼ぶものとする(図8)。注目平面が電柱−ケーブル平面の場合、α=1である。
【0097】
これにより、注目平面上の任意の点Pの(X,Y,Z)座標は、Pが電柱−ケーブル平面上に存在するものとして算出した座標(X’,Y’,Z’)を用いて以下のように計算される。
【0098】
【数21】
Figure 0003813108
【0099】
(1.10)電柱−ケーブル平面角φの算出
角度φは実測値として与えることもできるが、精度の向上を図るため、また実測作業の簡素化を図るため、以下のようにして自動計算するものとする。
【0100】
いま、同一ケーブル上の2点など、地上高が同一の画像上の点をP(x1,y1)およびP(x2,y2)とし、これを(15)式に代入して得られるそれぞれの地上高が等しいことから、tanφ(したがってφ)は以下のように計算される。
【0101】
【数22】
Figure 0003813108
【0102】
(1.11)電柱上の2点の画像処理による抽出
前記(1.7)で述べたように、カメラ距離Dと、カメラ仰角θ(または原点地上高Zb)の2つの値を実測し、この2つの値を用いてレンズ比率mおよび原点地上高Zb(またはカメラ仰角θ)を計算する場合、電柱上の地上高既知の2点を指定する必要がある。
【0103】
指定する2点としては、地上高が既知である地上高測定棒の節部または間隔が既知である電柱足場ボルトの間隔を用いる。地上高測定棒の節部および電柱上の足場ボルトは画像処理技術を用いて算出する。
【0104】
[1]地上高測定棒の節部の算出
地上高測定棒(ほぼ垂直に立っているものとする)は全体が同一色(黄色など)で、その上に一定間隔で別の色の節部が存在する。節部の算出に当たっては、マニュアル指定された測定棒上の一点(指定点と呼び、節部上にはないとものとする)をもとに、上下方向に指定点と同一色を持つ画素を順次探索し、節部など別の色の領域にぶつかった場合はさらにその上の領域を探索し、同一色領域を算出する。同一色領域と同一色領域との関の別の色の領域を測定棒節部として認識する。
【0105】
ここで、ある点Pに対し、Pの上側(または下側)の画素行に存在する点を探索するには、Pに8隣接し、しかも指定点の色に最も近いものを選択する。
【0106】
[2]電柱上の足場ボルトの算出
予め、足場ボルトの写ったいくつかの画像から、足場ボルトの付け根部分を中心とする小さな画像領域を切り出して登録しておく。任意画像からの足場ボルトの自動抽出に当たっては、画像上のそれぞれの点において登録画像とのパタンマッチング処理を行ない、マッチング度が高い点を足場ボルトが存在する位置として抽出する。
【0107】
(2)本発明の第2の実施の形態に関わる自動抽出ロジックの原理
ケーブル図形の両側輪郭線を直線として抽出し、それに基づいてケーブル外径を算出する手法について述べる。
【0108】
図9に示すように、写真画像において、外径を求めるケーブル上で中心線に近い2点P1およびP2を指定する。これによりケーブルを含みかつ上下に広がった長方形領域(同図)を自動的に選択する。この領域画像に対し、以下のような画像処理を施し、ケーブル外径を算出する。
【0109】
[1]色成分画像の算出
領域画像をR(赤)成分、G(緑)成分およびB(青)成分の3つの色成分に分け、それぞれをもとの領域画像と同サイズの白黒濃淡画像として算出する。
【0110】
[2]画像の微分
それぞれの色成分画像を微分する。微分オペレータには、例えばSobelオペレータを用いる。
【0111】
[3]微分画像の統一
3つの微分画像に関し、各画素ごとに最大値を求め、これを最終的な微分画像とする。
【0112】
[4]直線当てはめ
微分画像上において、線分L(P1,P2)を長方形領域の範囲内で少しづつ上下に移動させ、かつそれぞれの場所で線分を線分中点の周りに左右に少しづつ回転させる。このそれぞれの線分と微分画像とのマッチング(直線当てはめ)を行なう。
【0113】
いま、移動・回転されて線分Lが図10のような状態になっているとする。このときの直線当てはめのマッチング度は、直線の横方向の各画素アドレスにおける画素値の和として求められる。ここで同図において、点Pの画素値は、Pの上下の画素PaおよびPbからPまでの距離をa,b(a+b=1)として、PaおよびPbの画素値の比例配分
(Pの画素値)=(Paの画素値)×b+(Pbの画素値)×a
で求められる。
【0114】
[5]マッチング度最大値の位置検出
線分を上記のように移動・回転させながら当てはめのマッチング度を求め、領域の上部および下部で、それぞれマッチング度が最大となる位置L1およびL2を求める。
【0115】
[6]ケーブル外径の計算
上記で求まる2つの線分L1およびL2に対して図11のような台形を求め、台形中心線Lcの長さをL1とL2の距離として算出し、これをケーブル外径とみなす。
【0116】
(3)本発明の第3の実施の形態に関わる計測方法の原理
電柱の全体像(または大部分)を写し、かつ写真上での各点の地上高が、例えば前記の手法により、計測可能な画像を基本画像とする。また、該電柱の一部分をズームアップし、かつ基本画像と重なり部分をもたせて撮影した画像を付帯画像とする。
【0117】
このとき、基本画像上の重なり部分での2つの点P1およびQ1(両者はなるべく離れていた方が精度は高い)を、付帯画像上の同一の点P2およびQ2に対応させる。ここで、点P2およびQ2の地上高は、それぞれ点P1およびQ1の地上高と同一であり、既知である。
【0118】
すなわち、前記の手法を用いて、点P2およびQ2の位置座標と地上高から、付帯画像に関するレンズ比率mおよびカメラ仰角θが計算できる。カメラ距離Dおよび原点地上高Zbは、基本画像と同じ値を用いる。これにより、付帯画像上での任意の位置の地上高(したがってケーブル外径など)が計測できることとなる。
【0119】
なお、図3で示した写真撮影を除いた処理の手順をコンピュータのプログラムで構成し、そのプログラムをコンピュータに実行させることができることは言うまでもなく、コンピュータにその処理の手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、FD(フロッピーディスク(登録商標))や、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記のプログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【0120】
【発明の効果】
本発明によれば、以上のように構成したため、目視による装柱物測定が困難である場合であっても、装柱物の写真を撮影することで実際の大きさと略合致した装柱物の測定を行うことができるので、人的誤差を含まない、さらに正確な電柱の強度設計が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る装柱物の計測方法が適用される、電柱と線条、電力機器に係る架空線路の概略構成を示す側面図である。
【図2】(a)はケーブル外径の真値と、従来の電柱装柱物の計測方法によるケーブル外径の値、ケーブル仕様表の値を比較したグラフ、および(b)はケーブル外径の真値と、本発明の実施の形態に係る装柱物の計測方法によるケーブル外径の値、ケーブル仕様表の値を比較したグラフである。
【図3】本発明の実施の形態による電柱計測方法の処理の手順を示すフローチャートである。
【図4】本発明の第1の実施の形態に関わる電柱計測原理を説明する図であって、カメラレンズ中心を原点とし、電柱・ケーブルが張る3次元空間に対して数学モデルを構成し、フィルム画像上の点(2次元)を3次元空間上の点に写像する原理を説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態に関わる計測方法を説明する図であって、画像において、指定された点の地上高を算出するための原理を示し、電柱表面の鉛直面からの傾きを考慮した、電柱表面上の地上高算出を説明する図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態に関わる計測方法を説明する図であって、画像において、2点が指定されたケーブルの外径を自動算出するための原理を示し、ケーブルの太さと撮影角度を考慮したケーブル外径の算出を説明する図である。
【図7】図4の補助となる図であって、電柱にケーブルが、電柱−ケーブル平面に対して直角手前に(または後方に)突出した支持器具を介して張られている場合の電柱計測原理を説明する図である。
【図8】図7の補助となる図であって、注目平面の突出度の計算式算出を説明する図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態に関わる計測方法を説明する図であって、画像において、2点が指定されたケーブルの外径を自動算出するための原理を示し、指定された2点から画像処理の対象となる長方形領域を算出する説明図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態に関わる計測方法を説明する図であって、画像において、2点が指定されたケーブルの外径を自動算出するための原理を示し、1本の線分に対する微分画像とのマッチングを求める際の画素値を算出する説明図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態に関わる計測方法を説明する図であって、画像において、2点が指定されたケーブルの外径を自動算出するための原理を示し、得られた2本の輪郭線からケーブル外径を算出する説明図である。
【符号の説明】
1…電柱
2…線条(ケーブル)
3…電力機器
4…地上高[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the horizontal height of a pole, the outer diameter of a pole, the horizontal projected cross-sectional area of a power device, etc. used in the design of a power pole on which a pole, such as a wire or power equipment is installed.
[0002]
[Prior art]
As a conventional measuring method of this kind, when measuring the ground height of a pole pole, there is known a method of measuring by extending a rod that can measure the distance from the ground to each pole by visual measurement. ing. Also, when measuring the horizontal projection cross-sectional area of the outer diameter of the wire and power equipment, etc., select the object with the closest value by comparing the visual measurement result from the ground with the specification table of the pillar. It is known to do.
[0003]
According to such a method for measuring utility poles, the ground height and size of the utility poles can be determined, and appropriate strength design of the utility poles can be performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above measuring method has the following inconveniences when there is a large measurement error in the horizontal projection cross-sectional area of the columnar object, the outer diameter of the filament, the electric power equipment, etc. by visual observation.
[0005]
In other words, when visual measurement is difficult and the error is large, an incorrect pillar may be selected when compared with the column usage table.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to take a picture of a pillar and use an image processing technique, without measuring the horizontal height of the pillar, the outer diameter of the filament, the horizontal projection cross section of the power equipment, etc. by visual observation. It is to provide a method for measuring a pillar.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is based on a utility pole photograph taken together with a ground height measuring rod or a scaffold bolt on a utility pole. A measuring method for calculating pole information including two or more, and a procedure for describing a three-dimensional space constituted by a power pole, a line, and a photographing means for the power pole photograph as one mathematical model, A procedure for obtaining two-dimensional position information on an image by automatically extracting ground height known points including a position of a node bolt on the ground height measuring rod or a scaffold bolt on the utility pole by an image processing technique; A procedure for obtaining position information on the three-dimensional space by applying position information to the mathematical model, and a procedure for calculating the pillar information from the electric pole photographic image based on the position information on the three-dimensional space. A picture characterized by having And means for utility pole measurement method using the processing techniques.
[0008]
Alternatively, in the electric pole measuring method using the image processing technique, in the procedure of calculating the pole information from the electric pole photograph image based on the position information in the three-dimensional space, an image including a line shape in the vicinity of the measurement unit An electric pole measuring method using an image processing technique characterized by differentiating a region and extracting a shape contour line as two straight lines and calculating a line outer diameter as a distance between the two straight lines.
[0009]
Alternatively, in the utility pole measurement method using the image processing technique described above, the utility pole photograph includes a basic photograph that includes all or most of the utility pole and has at least two ground height known points, and zooms in on a portion of the utility pole and the fundamental The procedure for calculating the pole information from the electric pole photograph image based on the position information in the three-dimensional space, which consists of two photographs of the photograph and an accompanying photograph having an overlapping part, is based on two points on the basic photograph in the overlapping part. A pole measuring method using an image processing technique, wherein the column information of an arbitrary point is calculated with respect to the incidental photo whose attachment column information is unknown by corresponding to the same two points on the incidental photo As a means.
[0010]
Alternatively, in the utility pole measurement method using the image processing technique described above, in the procedure of calculating the pole information from the utility pole photographic image based on the position information in the three-dimensional space, the utility pole photograph is steep from the vicinity of the utility pole. If the electric pole is photographed while looking up, an image characterized by correcting the calculated athletic information in consideration of one or both of the inclination of the electric pole plane from the vertical plane and the thickness of the cable outer diameter An electric pole measuring method using a processing technique is used as means.
[0011]
Alternatively, an electric pole measurement program using an image processing technique, which is a program for causing a computer to execute the procedure in the electric pole measurement method using the above image processing technique, is used as means.
[0012]
Alternatively, an image processing technique characterized in that a procedure for the utility pole measurement method using the above image processing technique is used as a program for causing a computer to execute the program, and the program is recorded on a recording medium readable by the computer. A recording medium on which the utility pole measurement program is recorded is used as means.
[0013]
In the present invention, it is difficult to measure the pillar by the conventional measurement method in which the outer diameter of the wire and the horizontal projected cross-sectional area of the power equipment are specified by checking the measurement from the ground and the specification table of the pillar. In such cases, such as when the measurement error is large or due to an artificial measurement error, a telephone pole photograph including the pole is taken, and the ground height known point is automatically extracted using image processing technology. By measuring the pillar, it is possible to measure the pillar that substantially matches the actual size, and to provide a more accurate method for measuring the pillar, and thus a method for designing the utility pole.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an overhead line related to a wire and power equipment to which a method for measuring a utility pole according to an embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1, 1 is a utility pole, 2 is a wire (hereinafter referred to as a cable), 3 is a power device, and 4 is a ground clearance.
[0016]
The value of wind pressure load calculation of the utility pole 1 in this overhead line is calculated by the equation (a). However, in Formula (a), n is the number of cables installed, m is the number of installed power devices, d n Is the outer diameter of the n-th cable, h n Is the ground clearance of the n th line, A m Is the horizontal cross-sectional area of the mth power device, h m Is the ground height of the m-th power equipment, S is the span length between utility poles, K is the wind pressure load per unit area, P p Represents the wind pressure load received by the utility pole itself.
[0017]
Wind pressure load applied to utility pole = K x S x Σ (d n ・ H n ) + K × Σ (A m ・ H m ) + P p ... (a)
Now let the true value of the cable outer diameter be d s The outer diameter of the specification table is d a , D b (D a <D b ), The outer diameter measured by eye measurement is d e The outer diameter measurement value according to the present invention is d t And d e , D t D a Larger, d b It is a smaller value.
[0018]
In this aerial line, when it is difficult to measure the outer diameter of the cable, when the conventional measuring method for utility poles is applied as it is, d e Is the true value of the cable outer diameter d s According to another outer diameter d in the specification table b The value approaches to. That is, | d a -D e | >> | d b -D e Therefore, the actual cable outer diameter is d b Therefore, an outer diameter that is larger than the true value of the cable outer diameter is adopted (see FIG. 2A).
[0019]
Therefore, in the conventional measuring method for pole poles that determines the cable outer diameter by visual measurement, d in equation (a) n Becomes excessive, and as a result, an excessive wind pressure load is expected. Moreover, since the size of the utility pole 1 is increased or decreased by one rank in terms of the result of the utility pole measurement result, it is desirable that the result of the utility pole measurement is a more accurate value from an economic point of view.
[0020]
In the method for measuring utility pole equipment according to the embodiment of the present invention, d t Is the measured value d of the cable outer diameter by the conventional measuring method b According to another outer diameter d in the specification table a The value approaches to. That is, | d a -D t | <| D b -D t Therefore, the actual cable outer diameter is d a True value of cable outer diameter d s Can be employed (see FIG. 2B).
[0021]
Therefore, according to the measuring method of the utility pole according to the embodiment of the present invention, the measurement result of the pole is not an excessive value even when it is difficult to measure the pole by visual inspection. The value can be made to substantially match the true value of the pillar. As a result, economical design is secured in the design of the utility pole using the measurement result of the utility pole body according to the embodiment of the present invention.
[0022]
FIG. 3 shows the flow of a processing procedure that is the basis of the method for measuring a utility pole structure according to the embodiment of the present invention.
[0023]
First, using an imaging means such as a camera, a utility pole photograph is taken together with a ground height measuring rod or a scaffolding bolt on a utility pole. This electric pole photograph is taken into image processing means such as a computer.
[0024]
A ground height known point including a node on the ground height measuring rod or a scaffold bolt position on the power pole in the captured electric pole photographic image is automatically extracted by an image processing technique to obtain two-dimensional position information on the image.
[0025]
In both cases (either the above procedure or the present procedure may be performed first), a three-dimensional space composed of utility poles, cables, and utility pole photography means is described as one mathematical model.
[0026]
The two-dimensional position information obtained in the above procedure is applied to the mathematical model described in the same procedure to obtain the position information in the three-dimensional space.
[0027]
Based on the position information in the three-dimensional space calculated in this way, the pole information such as the horizontal projection cross-sectional area of the pole poles such as power equipment etc. calculate.
[0028]
The item for implement | achieving the measuring method of the pole-pillar mounting thing which concerns on embodiment of this invention below is demonstrated in detail.
[0029]
(1) Principle of the measurement method according to the first embodiment of the present invention
(1.1) Definition of terms
FIG. 4 is a measurement principle diagram for configuring the measurement logic according to the present embodiment. A measurement principle (mathematical model) for calculating the point (X, Y, Z) in the three-dimensional space from the point (x, y) on the image will be described with reference to FIG.
[0030]
First, terms for explaining the measurement principle are shown below.
[0031]
[1] Ground / Ground Height: The ground is a specific plane that is horizontal to the earth. The ground height is the height above the ground, and the unit is meters and takes a real value.
[0032]
[2] Three-dimensional space: A real space in which cameras, utility poles, and cables exist, and is expressed in a coordinate system XYZ. The origin is the lens center of the camera. The X-axis is a straight line from the lens center to the utility pole and parallel to the ground. The Y axis is a straight line that is perpendicular to the X axis and parallel to the ground, and exists 90 degrees counterclockwise with respect to the X axis when viewed from above. The Z axis is perpendicular to the ground, and the upward direction is the positive direction. The unit of the coordinate system is a real value in meters.
[0033]
[3] Film plane: A plane on which the utility pole facility is shown as a real image, and is represented by a coordinate system Lx-Ly. The origin is the intersection of the camera optical axis and the film plane, and the unit of the coordinate system is meter and takes a real value.
[0034]
[4] Image (two-dimensional space): A film plane is expressed as an image (a collection of pixels), and is an xy coordinate system in which the center (optical axis position) of the image is the origin. The origin coincides with the film origin. The x-axis is the horizontal direction of the image, and the right direction is the positive direction. The y-axis is the vertical direction of the image, and the upward direction is the positive direction. The unit is a picture element (pixel) and takes a real value.
[0035]
[5] Basic image: An image including the entire image (or most) of the utility pole.
[0036]
[6] Auxiliary image: An image obtained by zooming in on a part of the basic image.
[0037]
[7] Electric pole-cable plane: a three-dimensional space plane specified by the electric pole and cable, and perpendicular to the XY plane.
[0038]
[8] Attention plane: The plane where the measurement target facility exists, and the default attention plane is the utility pole-cable plane. Due to the protrusion attached to the utility pole, the plane of interest translates back and forth with respect to the utility pole-cable plane.
[0039]
[9] Internal parameter: a calculation processing parameter used for calculating the three-dimensional coordinates of the feature point, and has the following types.
Camera elevation angle θ: Camera installation inclination angle with respect to the ground, with upward being a positive angle. The unit is degrees.
Camera distance D: Distance from the center of the camera lens to the front surface of the utility pole. The unit is meters, and real values are taken.
Utility pole-cable plane angle φ: The angle of the utility pole-cable plane in the clockwise direction with respect to the XZ plane and takes a real value of 0 to 180 degrees.
Origin ground height Zb: Ground height (meter) at the origin of the three-dimensional space (center of the camera lens).
Lens ratio m: Ratio when the focal length of the camera is d (meter) and the length per pixel on the image (film) is α (meter)
m = d / α
It is.
[0040]
(1.2) Basic vector setting
Next, in deriving the measurement principle, a basic vector serving as a starting point for developing the calculation formula is set. Each vector on FIG. 4 is expressed as follows. However, the origin of the coordinate system is the center of the lens as shown in FIG. In general, the camera elevation angle θ is not ± 90 °, and the utility pole-cable plane angle φ is not 0 ° or 180 °.
[0041]
[1] Normal vector n of film plane
[0042]
[Expression 1]
Figure 0003813108
[0043]
[2] Telephone pole-cable plane normal vector N
[0044]
[Expression 2]
Figure 0003813108
[0045]
[3] Vector representation A of point A
[0046]
[Equation 3]
Figure 0003813108
[0047]
[4] Film origin d
[0048]
[Expression 4]
Figure 0003813108
[0049]
[5] Image a on film at point A
[0050]
[Equation 5]
Figure 0003813108
[0051]
[6] Reference point Pb
[0052]
[Formula 6]
Figure 0003813108
[0053]
[7] Unit direction vector lx, ly of film plane axis
[0054]
[Expression 7]
Figure 0003813108
[0055]
(1.3) Setting conditional expressions
Further, the following conditional expression is established between the vector expressions.
[0056]
[1] Point A exists on the utility pole-cable plane.
[0057]
(A−Pb) · N = 0 (8)
('·' Is the inner product of vectors, and so on)
[2] Point a exists on the film plane.
[0058]
(Ad) · n = 0 (9)
(1.4) Conversion formula from film plane to 3D space
Based on the above preparation, the following results can be obtained by developing a calculation formula for obtaining a point (X, Y, Z) in a three-dimensional space from a point (Lx, Ly) on the film.
[0059]
[Equation 8]
Figure 0003813108
[0060]
Here, a calculation formula (relationship between coordinates Ly and Z) on the utility pole is obtained. In Expression (10), when focusing on only points on the utility pole, that is, points where Lx = 0, the expression on the film is as follows.
[0061]
[Equation 9]
Figure 0003813108
[0062]
(1.5) Conversion formula from image plane to 3D space
The film coordinate system Lx-Ly (unit is meter) is replaced with the image coordinate system xy (unit is a pixel address and a real value). Ie
[0063]
[Expression 10]
Figure 0003813108
[0064]
And m: d / α, the conversion equation (11) on the utility pole is as follows.
[0065]
[Expression 11]
Figure 0003813108
[0066]
In this equation, the value m is called “lens ratio”. m is an unknown number.
[0067]
(1.6) Introduction of origin ground clearance
In the development of the above formula, all the values of the coordinate value Z in the three-dimensional space have been considered as the height (meter) in the vertical direction with respect to the origin of the XYZ coordinate system, that is, the center of the camera lens.
[0068]
Here, the value of Z is given by the height from the ground surface (0 meters above the ground). For this purpose, an origin ground height (height from the surface of the lens center) Zb (unit is meter) is introduced. Thereby, the calculation formula of Z in the equation (12) is as follows.
[0069]
[Expression 12]
Figure 0003813108
[0070]
Similarly, equation (10) is as follows.
[0071]
[Formula 13]
Figure 0003813108
[0072]
(1.7) Automatic calculation of unknowns
In the calculation formula (13) for obtaining the actual ground height Z from the coordinate y on the utility pole on the image, the following formula is obtained by dividing the numerator and denominator by cos θ (≠ 0).
[0073]
[Expression 14]
Figure 0003813108
[0074]
In this equation, there are the following four calculation parameters. Unless these values are determined, Z cannot be obtained from y.
[0075]
D: Camera distance
m: Lens ratio
θ: Camera elevation angle (tan θ in equation (15))
Zb: Origin ground clearance
Of these, the lens ratio m is practically impossible to measure and other parameters can be actually measured. First, for the camera distance D, an actual measurement value at the camera photographing site is used. With respect to the remaining two parameters, the ground clearance Zb and the camera elevation angle θ, if one is known, the other can be calculated by establishing simultaneous equations of Expression (15).
[0076]
Here, if the origin ground height Zb is set to a fixed value (for example, 1.5 or 1.7 meters) or an actually measured value is used, the unknowns in the equation (15) are m and θ. Therefore, in order to obtain these two unknowns, two equations for two pairs of points (y1, Z1) and (y2, Z2) with known ground height are used.
[0077]
[Expression 15]
Figure 0003813108
[0078]
Is a simultaneous equation, and this is solved for m and tanθ.
[0079]
The formula for calculating tanθ is as follows.
[0080]
Ptan 2 θ + Qtanθ + R = 0 (17)
However,
P = D (H1y1-H2y2)
Q = (y1-y2) (D2-H1H2)
R = D (H1y2-H2y1)
here,
H1 = Z1-Zb
H2 = Z2-Zb
By solving this quadratic equation, tan θ (ie, θ) is calculated. However, since there are two solutions for θ, the one closer to the standard angle (for example, 20 °) is assumed (the other value of the solution is a value far from this value).
[0081]
Further, the lens ratio m is calculated as follows from the first expression of Expression (16), for example.
[0082]
[Expression 16]
Figure 0003813108
[0083]
Conversely, when the camera elevation angle θ is known, the calculation formula for the origin ground height Zb is as follows.
[0084]
PZb 2 + QZb + R = 0 (19)
However,
P = (y1−y2) tanθ
Q = (y1-y2) {D (tan 2 θ-1)-(Z1 + Z2) tan θ}
R = (y1−y2) tan θ (Z1Z2−D 2 ) + D {y1Z2-y2Z1-tan 2 θ (y1Z1-y2Z2)}
Zb is calculated by solving this quadratic equation. However, since there are two solutions for Zb, the one closer to the standard-origin ground height (eg, 1.7 meters) is assumed (the other value of the solution is far from this value) . Similarly, the lens ratio m is similarly calculated from the equation (19).
[0085]
Note that either the origin ground height Zb or the camera elevation angle θ may be known, and either may be unknown. Although both are unknown, it is conceivable to form a ternary simultaneous equation using three points whose ground height is known, but in this case, it becomes extremely difficult to solve the simultaneous equations, which is not practical.
(1.8) Correction specialized for utility pole measurement
The surface of the utility pole is inclined at a certain rate from the vertical direction due to the taper. When measuring such a utility pole, particularly when looking up at a steep angle from the vicinity of the utility pole and photographing the utility pole, an error occurs in the ground height Z of the utility pole surface. When the inclination angle of the utility pole surface is now α, the ground height Z taking this into account is as shown in FIG.
[0086]
[Expression 17]
Figure 0003813108
[0087]
Is required.
[0088]
The cable has a thickness, and particularly when the electric pole is photographed by looking up at a steep angle from the vicinity of the electric pole, as shown in FIG. 6, the light incident on the lens center from both ends of the cable does not enter in parallel. ) If the ground height difference calculated from the equation is the cable outer diameter, it is calculated to be larger than the actual value. Now, the incident angle with respect to the horizontal line of incident light from the lower end of the cable is θ1, the incident angle with respect to the horizontal line of incident light from the upper end of the cable is θ2, and the ground height at the lower end of the cable calculated from the equation (20) is Z1 and from the equation (20) If the ground clearance at the upper end of the calculated cable is Z2, and the true outer diameter of the cable is r,
[0089]
[Formula 18]
Figure 0003813108
[0090]
It can be calculated by However,
[0091]
[Equation 19]
Figure 0003813108
[0092]
(1.9) Moving the plane of interest
When a cable is stretched on a utility pole, it may be stretched via a support device (protrusion) that projects forward (or rearward) at a right angle to the utility pole-cable plane rather than directly on the utility pole. FIG. 7 is a diagram for explaining this. In the same figure, a point P (vector expression, the same applies hereinafter) represents a diagram in which a point P0 on the utility pole-cable plane protrudes vertically toward the utility pole-cable plane. Here, a plane passing through P and parallel to the utility pole-cable plane is considered, and this is referred to as an attention plane. The coordinate calculation on the plane of interest is as follows.
[0093]
Now, when the intersection of the straight line OP and the utility pole-cable plane is P ′ and the ground heights of P and P ′ are Zp and Zp ′, respectively (FIG. 7), Zp ′ can be calculated from equation (13).
[0094]
Further, it is assumed that the ground height Zp of the protruding point P is known (can be calculated from the equation (13) as the ground height of the point P0 which is the base of the protruding object). At this time
[0095]
[Expression 20]
Figure 0003813108
[0096]
Is called the protrusion rate (FIG. 8). When the plane of interest is a utility pole-cable plane, α = 1.
[0097]
As a result, the (X, Y, Z) coordinates of an arbitrary point P on the target plane are obtained by using the coordinates (X ′, Y ′, Z ′) calculated on the assumption that P exists on the utility pole-cable plane. Calculated as follows:
[0098]
[Expression 21]
Figure 0003813108
[0099]
(1.10) Calculation of utility pole-cable plane angle φ
Although the angle φ can be given as an actual measurement value, it is assumed that it is automatically calculated as follows in order to improve accuracy and simplify the actual measurement work.
[0100]
Now, let the points on the image with the same ground height, such as two points on the same cable, be P (x1, y1) and P (x2, y2), and substitute each of them into equation (15) for each ground Since the heights are equal, tan φ (and hence φ) is calculated as follows:
[0101]
[Expression 22]
Figure 0003813108
[0102]
(1.11) Extraction by image processing of two points on a utility pole
As described in (1.7) above, two values of the camera distance D and the camera elevation angle θ (or the origin ground height Zb) are measured, and the lens ratio m and the origin ground height Zb are measured using these two values. When calculating (or camera elevation angle θ), it is necessary to specify two points on the utility pole whose ground height is known.
[0103]
As the two points to be specified, the distance between the poles of the ground poles whose ground height is known or the nodes of the ground height measuring rod whose ground height is known is used. Scaffold bolts on the nodes of the ground height measuring poles and utility poles are calculated using image processing technology.
[0104]
[1] Calculation of the node of the ground height measuring rod
The ground height measuring rod (assuming that it stands almost vertically) is the same color (yellow, etc.) as a whole, and there are nodes of different colors at regular intervals. In calculating the node, a pixel with the same color as the specified point in the vertical direction is selected based on a point on the measuring bar specified manually (referred to as a specified point and not on the node). The search is sequentially performed, and when a region of another color such as a node is encountered, the region above is further searched to calculate the same color region. Recognize another color area related to the same color area and the same color area as the measuring bar section.
[0105]
Here, in order to search for a point existing in a pixel row on the upper side (or lower side) of a certain point P, a point adjacent to P and closest to the color of the designated point is selected.
[0106]
[2] Calculation of scaffold bolts on utility poles
In advance, a small image region centered on the base portion of the scaffold bolt is cut out and registered from several images showing the scaffold bolt. In the automatic extraction of the scaffold bolt from the arbitrary image, pattern matching processing with the registered image is performed at each point on the image, and a point with a high matching degree is extracted as a position where the scaffold bolt exists.
[0107]
(2) Principle of automatic extraction logic according to the second embodiment of the present invention
A method of extracting the both-side outline of the cable graphic as a straight line and calculating the cable outer diameter based on the extracted line will be described.
[0108]
As shown in FIG. 9, in the photographic image, two points P1 and P2 close to the center line are designated on the cable for obtaining the outer diameter. As a result, a rectangular area including the cable and extending vertically is automatically selected. The area image is subjected to the following image processing to calculate the cable outer diameter.
[0109]
[1] Calculation of color component image
The area image is divided into three color components, an R (red) component, a G (green) component, and a B (blue) component, and each is calculated as a black-and-white gray image having the same size as the original area image.
[0110]
[2] Image differentiation
Differentiate each color component image. For example, a Sobel operator is used as the differential operator.
[0111]
[3] Unification of differential images
Regarding the three differential images, a maximum value is obtained for each pixel, and this is used as a final differential image.
[0112]
[4] Straight line fitting
On the differential image, the line segment L (P1, P2) is moved up and down little by little within the range of the rectangular area, and the line segment is rotated little by little to the left and right around the midpoint of the line segment at each location. Matching (straight line fitting) of each line segment and the differential image is performed.
[0113]
Now, it is assumed that the line segment L is in a state as shown in FIG. The matching degree of the straight line fitting at this time is obtained as the sum of the pixel values at each pixel address in the horizontal direction of the straight line. Here, in the figure, the pixel value of the point P is the proportional distribution of the pixel values of Pa and Pb, where the distances from the pixels Pa and Pb above and below P are a and b (a + b = 1).
(P pixel value) = (Pa pixel value) × b + (Pb pixel value) × a
Is required.
[0114]
[5] Position detection of maximum matching value
The matching degree of fitting is obtained while moving and rotating the line segment as described above, and the positions L1 and L2 at which the matching degree is maximum are obtained at the upper and lower parts of the region, respectively.
[0115]
[6] Calculation of cable outer diameter
A trapezoid as shown in FIG. 11 is obtained for the two line segments L1 and L2 obtained above, the length of the trapezoid center line Lc is calculated as the distance between L1 and L2, and this is regarded as the cable outer diameter.
[0116]
(3) Principle of the measurement method according to the third embodiment of the present invention
An image in which the entire image (or most) of the utility pole is copied and the ground height of each point on the photograph can be measured, for example, by the above-described method is used as a basic image. In addition, an image captured by zooming in on a part of the utility pole and having an overlapping portion with the basic image is used as an auxiliary image.
[0117]
At this time, the two points P1 and Q1 in the overlapping portion on the basic image (both are as far apart as possible are more accurate) correspond to the same points P2 and Q2 on the accompanying image. Here, the ground heights of the points P2 and Q2 are the same as the ground heights of the points P1 and Q1, respectively, and are known.
[0118]
That is, by using the above method, the lens ratio m and the camera elevation angle θ relating to the incidental image can be calculated from the position coordinates of the points P2 and Q2 and the ground height. The camera distance D and the origin ground height Zb use the same values as the basic image. As a result, the ground height (and therefore the cable outer diameter, etc.) at an arbitrary position on the incidental image can be measured.
[0119]
It should be noted that the processing procedure excluding the photography shown in FIG. 3 can be constituted by a computer program, and the program can be executed by the computer. , Record on a computer-readable recording medium, such as FD (floppy disk (registered trademark)), MO, ROM, memory card, CD, DVD, removable disk, etc., and store or distribute It is possible. It is also possible to provide the above program through a network such as the Internet or electronic mail.
[0120]
【The invention's effect】
According to the present invention, since it is configured as described above, even if it is difficult to visually measure the columnar object, by taking a picture of the columnar object, Since the measurement can be performed, it is possible to design the power pole strength more accurately without human error.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an overhead line related to a utility pole, a wire, and a power device to which a method for measuring a pole article according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2A is a graph comparing the true value of the cable outer diameter with the value of the cable outer diameter measured by the conventional method of measuring pole poles, the value in the cable specification table, and FIG. 2B is the cable outer diameter. 6 is a graph comparing the true value of the cable, the value of the outer diameter of the cable according to the measuring method for the pillar according to the embodiment of the present invention, and the value of the cable specification table.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a utility pole measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a power pole measurement principle according to the first embodiment of the present invention, and constructs a mathematical model for a three-dimensional space where a power pole and a cable are stretched with the camera lens center as an origin; It is a figure for demonstrating the principle which maps the point (two dimensions) on a film image to the point on three-dimensional space.
FIG. 5 is a diagram for explaining a measurement method according to the first embodiment of the present invention, showing a principle for calculating the ground height of a specified point in an image, from a vertical surface of a utility pole surface; It is a figure explaining the ground height calculation on the surface of an electric pole in consideration of the inclination of.
FIG. 6 is a diagram for explaining a measurement method according to the first embodiment of the present invention, showing a principle for automatically calculating the outer diameter of a cable in which two points are designated in an image; It is a figure explaining calculation of the cable outer diameter in consideration of thickness and photographing angle.
FIG. 7 is an auxiliary diagram of FIG. 4 and shows the measurement of the utility pole when the cable is stretched on the utility pole via a support device protruding forward (or rearward) at a right angle to the utility pole-cable plane. It is a figure explaining a principle.
FIG. 8 is a diagram that assists FIG. 7 and explains calculation formula calculation of the degree of protrusion of the plane of interest.
FIG. 9 is a diagram for explaining a measurement method according to the second embodiment of the present invention, showing a principle for automatically calculating the outer diameter of a cable in which two points are designated in an image; It is explanatory drawing which calculates the rectangular area | region used as the object of image processing from two points.
FIG. 10 is a diagram for explaining a measurement method according to the second embodiment of the present invention, showing a principle for automatically calculating the outer diameter of a cable in which two points are designated in an image; It is explanatory drawing which calculates the pixel value at the time of calculating | requiring matching with the differential image with respect to this line segment.
FIG. 11 is a diagram for explaining a measurement method according to the second embodiment of the present invention, and shows the principle for automatically calculating the outer diameter of a cable in which two points are designated in an image; It is explanatory drawing which calculates a cable outer diameter from two outlines.
[Explanation of symbols]
1 ... Pole
2 ... Wire (cable)
3 ... Electric power equipment
4 ... Ground clearance

Claims (6)

地上高測定棒または電柱上の足場ボルトとともに撮影した電柱写真から電柱装柱物地上高、線条外径、および電柱装柱物水平投影断面積の一つ以上を含む装柱情報を算出する計測方法であって、
電柱、線条および該電柱写真の撮影手段で構成される3次元空間を一つの数学モデルとして記述する手順とともに、
該電柱写真画像における該地上高測定棒上の節部または該電柱上の足場ボルト位置を含む地上高既知点を画像処理技術により自動抽出して画像上の2次元位置情報を得る手順と、
該画像上の2次元位置情報を該数学モデルに当てはめて3次元空間上の位置情報を求める手順と、
該3次元空間上の位置情報をもとに該電柱写真画像から該装柱情報を算出する手順とを、有する
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法。
Measurement to calculate pole information including one or more of the pole height, the outer diameter of the pole pole, and the horizontal projection cross-sectional area of the pole pole from the pole photo taken with the ground height measuring rod or the scaffolding bolt on the pole. A method,
Along with the procedure to describe a three-dimensional space composed of utility poles, filaments and means for taking the utility pole photographs as a mathematical model,
A procedure for obtaining two-dimensional position information on an image by automatically extracting a ground height known point including a node on the ground height measuring rod or a scaffold bolt position on the power pole in the electric pole photograph image by an image processing technique;
Applying two-dimensional position information on the image to the mathematical model to obtain position information on a three-dimensional space;
A method of measuring an electric pole using an image processing technique, comprising: a procedure of calculating the pole information from the electric pole photograph image based on position information in the three-dimensional space.
請求項1記載の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、
3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、
測定部付近での線条形状を含む画像領域を微分し、形状輪郭線を2本の直線として抽出するとともに、線条外径を両直線間の距離として算出する
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法。
In the utility pole measuring method using the image processing technology according to claim 1,
In the procedure to calculate the pole information from the electric pole photo image based on the position information in the three-dimensional space,
An image processing technique characterized by differentiating an image area including a line shape in the vicinity of the measuring unit, extracting a shape outline as two straight lines, and calculating a line outer diameter as a distance between the two straight lines. Electric pole measurement method using
請求項1記載の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、
電柱写真は、電柱の全体または大部分を含みかつ少なくとも2つの地上高既知点を持つ基本写真、および電柱の一部分をズームアップしかつ基本写真と重なり部分を持つ付帯写真の2つの写真からなり、
3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、
該重なり部分において、基本写真上の2点を付帯写真上の同一の2点に対応させることにより、装柱情報が未知の付帯写真に関し、任意の点の該装柱情報を算出する
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法。
In the utility pole measuring method using the image processing technology according to claim 1,
The utility pole photo consists of two photos: a basic photo that includes all or most of the utility pole and has at least two ground height known points, and a supplementary photo that zooms in on a portion of the utility pole and overlaps with the basic photo.
In the procedure to calculate the pole information from the electric pole photo image based on the position information in the three-dimensional space,
In the overlapping portion, two points on the basic photo are made to correspond to the same two points on the incidental photo, and the columnar information of an arbitrary point is calculated with respect to the incidental photo with unknown columnar information. A utility pole measurement method using image processing technology.
請求項1記載の画像処理技術を用いた電柱計測方法において、
3次元空間上の位置情報をもとに電柱写真画像から装柱情報を算出する手順では、
該電柱写真が電柱の近くから急角度に見上げて当該電柱を撮影したものである場合、電柱平面の鉛直面からの傾き及びケーブル外径の太さの一方または両方を考慮して、算出する装性情報を補正する
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測方法。
In the utility pole measuring method using the image processing technology according to claim 1,
In the procedure to calculate the pole information from the electric pole photo image based on the position information in the three-dimensional space,
When the electric pole photograph is a picture taken of the electric pole looking up at a steep angle from the vicinity of the electric pole, it is calculated by considering one or both of the inclination from the vertical plane of the electric pole plane and the thickness of the cable outer diameter. A utility pole measurement method using an image processing technique characterized by correcting sex information.
請求項1から4のいずれか1項記載の画像処理技術を用いた電柱計測方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとした
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測プログラム。
5. A utility pole measurement program using an image processing technique, characterized in that a program for causing a computer to execute the procedure in the utility pole measurement method using the image processing technique according to claim 1.
請求項1から4のいずれか1項記載の画像処理技術を用いた電柱計測方法における手順を、コンピュータに実行させるためのプログラムとし、
該プログラムを、該コンピュータが読み取りできる記録媒体に記録した
ことを特徴とする画像処理技術を用いた電柱計測プログラムを記録した記録媒体。
A program for causing a computer to execute the procedure in the utility pole measurement method using the image processing technique according to any one of claims 1 to 4,
A recording medium recording a utility pole measurement program using an image processing technique, wherein the program is recorded on a recording medium readable by the computer.
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