JP5532454B2 - 3D displacement measurement system for structures using digital cameras - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルカメラを用いた構造物の三次元変位測定システムに関する。更に具体的には、本発明は、構造物等に発生する亀裂(クラック)等の進行を管理するデジタルカメラを用いた構造物の経時的な三次元変位測定システムに関する。   The present invention relates to a structure three-dimensional displacement measuring system using a digital camera. More specifically, the present invention relates to a three-dimensional displacement measurement system for a structure over time using a digital camera that manages the progress of cracks and the like generated in the structure.

従来、クラックの開き方向寸法(間隙)を測る場合、クラックスケール(物差しやノギスと同様の機能を有する測定器)等で直接計測を行っていた。この方法では、単に間隙を測定しているだけで、クラックの両側の構造物がどの様に変位しているかを把握することが出来なかった。   Conventionally, when measuring the opening direction dimension (gap) of a crack, measurement was directly performed by a crack scale (measuring instrument having a function similar to a ruler or caliper) or the like. In this method, it was impossible to grasp how the structures on both sides of the crack were displaced simply by measuring the gap.

そこで、本出願人は、特許文献1に開示する「デジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法」の提案を行った。特許文献1では、クラック挙動をデジタルカメラで撮影した画像データを高度情報処理することで数値により把握し管理を行うシステムである。具体的には、計測対象のクラックの両側に、専用の計測用パネル(図2Aに示すものと同じ。)を夫々貼り付け、デジタルカメラで正面から2枚の計測用パネルの状況を撮影し、画像処理/統計処理により画像データから数値化し、計測用パネル位置として、計測用パネルの演算点間のX軸方向移動量及びY軸方向移動量を求めている。特許文献1では、定期的に撮影を繰り返し、演算抽出した計測用パネル位置を、初期登録値と比較することで、クラックの挙動傾向を把握するためのデータ(2枚の計測用パネルの相対的2次元変位量)を演算し、表示・記録している。   Therefore, the present applicant has proposed “a method for measuring crack displacement of a structure using a digital camera” disclosed in Patent Document 1. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 is a system that grasps and manages crack behavior by numerical information by performing advanced information processing on image data obtained by photographing with a digital camera. Specifically, a dedicated measurement panel (same as shown in FIG. 2A) is attached to both sides of the crack to be measured, respectively, and the situation of the two measurement panels is photographed from the front with a digital camera, The image data is digitized by image processing / statistical processing, and the X-axis direction movement amount and the Y-axis direction movement amount between the calculation points of the measurement panel are obtained as measurement panel positions. In Patent Document 1, data for grasping the behavior tendency of a crack (relative of two measurement panels) is obtained by periodically repeating photographing and comparing the calculated and extracted measurement panel position with an initial registration value. 2D displacement amount) is calculated and displayed / recorded.

特開2002-340529「デジタルカメラを用いた構造物の亀裂変位計測方法」(公開日:2002.11.27)出願人:日本工営株式会社(特許第4683516号)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-340529 “Method for Measuring Crack Displacement of Structure Using Digital Camera” (Release Date: November 27, 2002) Applicant: Nippon Koei Co., Ltd. (Patent No. 4683516)

特許文献1では、構造物の亀裂に対して、亀裂の両側に2枚の計測量パネルを夫々固定し、計測量パネルの相対的変位量を2次元数値データで把握している。しかし、亀裂の両側の変位は、本質的には3次元空間で変位するものである。例えば、亀裂を上下方向に走る状態で見て、亀裂に垂直方向をX方向、亀裂に沿った方向をY方向、亀裂のある構造物の面に垂直方向をZ方向とすると、亀裂の片側が隆起・陥没した場合、2次元数値データ(x,y値)には殆ど変化が見られない場合でも、3次元データ(x,y,z値)ではz値が大きく変化する。   In Patent Document 1, two measurement amount panels are fixed to both sides of a crack of a structure, and the relative displacement of the measurement amount panel is grasped by two-dimensional numerical data. However, the displacement on both sides of the crack is essentially displaced in a three-dimensional space. For example, when the crack is viewed in the vertical direction, the direction perpendicular to the crack is the X direction, the direction along the crack is the Y direction, and the direction perpendicular to the surface of the structure with the crack is the Z direction. In the case of uplift or depression, the z value greatly changes in the three-dimensional data (x, y, z value) even when almost no change is seen in the two-dimensional numerical data (x, y value).

特許文献1で開示する亀裂変位計測方法では、計測用パネルの相対的変位量を2次元数値データで把握するため、亀裂等の実体としての挙動(即ち、三次元で捉えた挙動)を把握することは出来ていない。そのため、亀裂等の実際の挙動を把握可能な構造物の三次元変位測定システムの開発が望まれていた。   In the crack displacement measurement method disclosed in Patent Document 1, in order to grasp the relative displacement amount of the measurement panel with two-dimensional numerical data, the behavior as an entity such as a crack (that is, the behavior captured in three dimensions) is grasped. It is not possible. Therefore, it has been desired to develop a three-dimensional displacement measurement system for structures that can grasp the actual behavior of cracks and the like.

そこで、本発明は、特殊な機器を必要とせず、簡単に採用可能な機器で構成出来る、構造物等の三次元変位測定システムを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional displacement measuring system for structures and the like that can be configured with easily adoptable devices without requiring special devices.

本発明に係るデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムは、被測定物の表面の相対的に変位する箇所に夫々設置され、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルと、前記測定パネルを、二方向から撮影するデジタルカメラと、前記デジタルカメラの画像データを処理するデータ処理装置とを備え、前記データ処理装置は、前記デジタルカメラの画像データを、前記グリッド線に基づき画像処理する手段と、前記画像データを角度補正して撮影角及び焦点距離を算出する手段と、前記グリッド線を基準にX軸方向及びY軸方向を規定し、更に、X−Y平面に垂直方向をZ軸方向と規定すると、前記画像処理された画像データ、角度処理データ及び焦点距離データより、前記2個の計測用パネル間のX軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する手段とを有している。   A three-dimensional displacement measurement system using a digital camera according to the present invention is installed at each of relatively displaced locations on the surface of an object to be measured, each of two measurement panels each displaying a grid line, and the measurement A digital camera that photographs the panel from two directions and a data processing device that processes image data of the digital camera, the data processing device image-processing the image data of the digital camera based on the grid lines Means for correcting the angle of the image data to calculate a photographing angle and a focal length; and defining an X-axis direction and a Y-axis direction with reference to the grid line, and further, a direction perpendicular to the XY plane is defined as Z When the axial direction is defined, the X-axis direction distance, Y-axis direction distance between the two measurement panels, the Z-axis direction distance, Z, based on the image-processed image data, angle processing data, and focal length data. And a means for calculating the direction distance and linear distance.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記デジタルカメラは、少なくとも300万画素以上の有効記録画素数を有していてもよい。   Further, in the three-dimensional displacement measuring system, the digital camera may have an effective recording pixel number of at least 3 million pixels.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記演算点は、前記グリッド線の交点であってよい。   Furthermore, in the three-dimensional displacement measuring system, the calculation point may be an intersection of the grid lines.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記計測用パネルは、更に、バーコードが表示され、該バーコードに基づき、データが処理されデータベース化されてもよい。   Further, in the above three-dimensional displacement measurement system, the measurement panel may further display a barcode, and the data may be processed into a database based on the barcode.

更に、上記三次元変位測定システムでは、更に、撮影時に、前記2個の計測用パネルを覆う、透明部材で形成されたテンプレートを備え、該テンプレートには、傾斜ガイド線が描かれており、撮影時に前記デジタルカメラの撮影フレームを該傾斜ガイド線に一致させることにより、所望の方向からの撮影が出来るようにしてもよい。   Further, the three-dimensional displacement measurement system further includes a template formed of a transparent member that covers the two measurement panels at the time of photographing, and an inclined guide line is drawn on the template. Sometimes, the photographing frame of the digital camera may coincide with the inclined guide line so that photographing from a desired direction can be performed.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記被測定物には、建造物、土木構造物、岩石、危険な斜面、活動期の火山が含まれていてもよい。   Furthermore, in the three-dimensional displacement measuring system, the object to be measured may include a building, a civil engineering structure, a rock, a dangerous slope, and an active volcano.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをY軸方向には移動せず、X−Z平面内で移動して撮影されてもよい。   Furthermore, in the three-dimensional displacement measurement system, imaging from the two directions may be performed by moving the digital camera in the XZ plane without moving the digital camera in the Y-axis direction.

更に、上記三次元変位測定システムでは、前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをX軸方向には移動せず、Y−Z平面内で移動して撮影されてもよい。   Further, in the above three-dimensional displacement measurement system, photographing from the two directions may be performed by moving the digital camera in the YZ plane without moving the digital camera in the X-axis direction.

更に、本発明に係るデジタルカメラを用いた三次元変位測定方法は、被測定物の表面の相対的に変位する箇所に夫々設置され、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルを使った、デジタルカメラを用いた三次元変位測定方法に於いて、被測定物の表面に相対的に変位する箇所に夫々設置された、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルをデジタルカメラで二方向から撮影し、前記デジタルカメラからの画像データを前記グリッド線に基づき画像処理し、更に角度補正して撮影角及び焦点距離を算出して、前記2個の計測用パネル間のX軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する。   Furthermore, the three-dimensional displacement measuring method using the digital camera according to the present invention uses two measuring panels that are respectively installed at relatively displaced positions on the surface of the object to be measured and each display a grid line. Further, in the three-dimensional displacement measuring method using a digital camera, two measurement panels each displaying a grid line, each installed at a position relatively displaced from the surface of the object to be measured, are digital cameras. The image data from the digital camera is image-processed based on the grid lines, the angle is further corrected to calculate the shooting angle and the focal length, and the X axis between the two measurement panels A direction distance, a Y-axis direction distance, a Z-axis direction distance, and a straight line distance are calculated.

更に、上記三次元変位測定方法では、前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをY軸方向には移動せず、X−Z平面内で移動して撮影されてもよい。   Furthermore, in the three-dimensional displacement measuring method, the image from the two directions may be imaged by moving the digital camera in the XZ plane without moving the digital camera in the Y-axis direction.

更に、上記三次元変位測定方法では、前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをX軸方向には移動せず、Y−Z平面内で移動して撮影されてもよい。   Further, in the above three-dimensional displacement measuring method, the photographing from the two directions may be performed by moving the digital camera in the YZ plane without moving the digital camera in the X-axis direction.

更に、本発明に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、上記デジタルカメラを用いた三次元変位測定方法を実行させるためのコンピュータプログラムである。   Furthermore, a computer program according to the present invention is a computer program for causing a computer to execute a three-dimensional displacement measuring method using the digital camera.

更に、本発明に係る記録媒体は、上記のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。   Furthermore, a recording medium according to the present invention is a computer-readable recording medium on which the above computer program is recorded.

本発明によれば、特殊な機器を必要とせず、簡単に採用可能な機器で構成出来る、構造物等の三次元変位測定システムを提供することが出来る。   According to the present invention, it is possible to provide a three-dimensional displacement measurement system for a structure or the like that can be configured with an easily adoptable device without requiring a special device.

図1は、本実施形態に係る三次元変位測定システムの全体の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a three-dimensional displacement measurement system according to the present embodiment. 図2Aは、好ましい計測用パネルを示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a preferred measurement panel. 図2Bは、トンネルの内壁に生じたクラックの両側に2個の計測用パネルを固定した様子を示す図である。FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which two measurement panels are fixed on both sides of a crack generated on the inner wall of the tunnel. 図3は、2個の計測用パネルの演算点と演算結果から得られる4要素を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining four elements obtained from calculation points and calculation results of two measurement panels. 図4Aは、上段は、カメラにより計測用パネルを撮影角αで撮影した状況を示す図である。下段は、その画像である。FIG. 4A is a diagram illustrating a state where the measurement panel is photographed at the photographing angle α by the camera. The lower row is the image. 図4Bは、撮影時に、計測用パネルの上に配置する、アクリル等の透明部材で形成されたテンプレートを説明する図である。FIG. 4B is a diagram illustrating a template formed of a transparent member such as acrylic and disposed on the measurement panel at the time of photographing. 図4Cは、現場に於ける撮影時の作業フローを説明する図である。FIG. 4C is a diagram illustrating a work flow at the time of shooting in the field. 図5は、画像処理ソフト「クラック定規デジタル画像簡易演算・管理システム(3D)」の処理方法の概略を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the processing method of the image processing software “crack ruler digital image simple calculation / management system (3D)”. 図6は、演算点の一例として、一方の計測用パネルのグリッド線の交点R1,R2,R3,R4と、他方の計測用パネルの夫々対応するグリッド線の交点L1,L2,L3,L4を説明する図である。FIG. 6 shows, as an example of calculation points, grid line intersections R1, R2, R3, R4 of one measurement panel and grid line intersections L1, L2, L3, L4 respectively corresponding to the other measurement panel. It is a figure explaining. 図7(A)は、上段に撮影角α方向からカメラを向けた撮影時の状況を示し、下段はその時の撮影画像を示している。図7(B)は、歪んだパネル枠を正方形に復元する角度補正を行った場合を示し、下段はその時の補正画像を示す図である。FIG. 7A shows the situation at the time of shooting with the camera facing from the direction of the shooting angle α in the upper row, and the lower row shows the shot image at that time. FIG. 7B shows a case where angle correction for restoring a distorted panel frame to a square is performed, and the lower part shows a corrected image at that time. 図8は、上段に、計測用パネル20−1,20−2がZ軸方向に変位した状態にある図を示す図であり、下段にそれを右及び左方向から夫々撮影した画像を夫々示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the state in which the measurement panels 20-1 and 20-2 are displaced in the Z-axis direction in the upper stage, and the images obtained by shooting the right and left directions respectively in the lower stage. FIG.

以下、本発明に係るデジタルカメラを用いた構造物の三次元変位測定システムの実施形態に関して、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施形態は、本発明の例示であって、本発明の範囲を何等限定するものではない。   Hereinafter, embodiments of a three-dimensional displacement measurement system for a structure using a digital camera according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this embodiment is an illustration of this invention, Comprising: The scope of the present invention is not limited at all.

[システムの全体]
図1は、本実施形態に係る構造物の三次元変位測定システム1の全体構成を示す図である。この構造物の三次元変位測定システム1は、例えば、典型的には、トンネル等に発生する亀裂の進行に関して、亀裂の両側に2個のマーカー(目印)を設置し、デジタルカメラを用いて時間の経過に伴うマーカー間の相対的変位を三次元で捉えて、亀裂の進行を数値管理するシステムである。
[Entire system]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a structure three-dimensional displacement measuring system 1 according to the present embodiment. The three-dimensional displacement measuring system 1 of this structure typically has two markers (markers) on both sides of a crack, for example, with respect to the progress of a crack generated in a tunnel or the like, and uses a digital camera for time. It is a system that numerically manages the progress of cracks by capturing the relative displacement between markers in three dimensions in three dimensions.

図1に示すように、三次元変位測定システム1の全体構成は、被測定物に固定された、マーカーとしての1組2枚の計測用パネル20と、この1組2枚の計測用パネルを撮影するデジタルカメラ30と、デジタルカメラの画像データを画像処理及び演算処理するデータ処理装置(コンピュータ)40と、データ処理装置に接続されたモニタ50、HDD60及び光ディスクドライブ70を備えている。   As shown in FIG. 1, the overall configuration of the three-dimensional displacement measuring system 1 includes a set of two measurement panels 20 as markers and a set of two measurement panels fixed to an object to be measured. A digital camera 30 for photographing, a data processing device (computer) 40 for performing image processing and arithmetic processing on image data of the digital camera, a monitor 50, an HDD 60, and an optical disk drive 70 connected to the data processing device are provided.

データ処理装置40では、後で説明する「三次元画像計測処理ソフト」としてプログラム化されたステップに沿って処理が行われる。この処理ソフトは、予め、データ処理装置40の内部記憶装置に蓄積しておいてもよく、或いはCD,DVD等に記録して処理毎に光ディスクドライブ70からデータ処理装置40にロードしてもよい。   In the data processing device 40, processing is performed along steps programmed as “three-dimensional image measurement processing software” described later. This processing software may be stored in advance in the internal storage device of the data processing device 40, or may be recorded on a CD, DVD, etc. and loaded from the optical disk drive 70 to the data processing device 40 for each processing. .

構造物等としては、亀裂等の発生が予想されるビル、橋梁等の建造物、トンネル、道路等の土木構造物が対象となる。構造物等に発生する亀裂(クラック)等としては、現在進行中の亀裂、進行が疑われる亀裂(以下、まとめて「進行性亀裂」という。)が対象となる。しかし、亀裂は例示であって、例え亀裂が存在しなくても、2個のマーカーを設置した場合に三次元でマーカー間に時間の経過に伴う相対的変位が予想される構造物等も対象となる。更に、崩落が予想される岩石、危険な斜面、活動期の火山等の地山等も対象となる。本出願書類では、これらを総称して、「被測定物」という。   As the structure, etc., buildings such as buildings, bridges, etc. where cracks are expected to occur, and civil engineering structures such as tunnels, roads, etc. are targeted. As cracks and the like generated in structures and the like, cracks that are currently in progress and cracks that are suspected to progress (hereinafter collectively referred to as “progressive cracks”) are targeted. However, cracks are only examples. Even if there are no cracks, it is also applicable to structures that are expected to have a relative displacement over time in three dimensions when two markers are installed. It becomes. In addition, rocks that are expected to collapse, dangerous slopes, grounds such as active volcanoes, etc. are also covered. In the present application documents, these are collectively referred to as “device under test”.

被測定物に設置した2個のマーカーに関しては、個数は2個に限定されない。3個以上のマーカーの場合、それらから選択された2個のマーカー間で相対的変位を求め、順次これを繰り返して、1個の基準マーカーに対する他のマーカーの相対的変位、又は第1のマーカーに対する第2のマーカーの相対的変位、第2のマーカーに対する第3のマーカーの相対的変位のような増分的な相対的変位を求めるシステムも含まれる。   Regarding the two markers placed on the object to be measured, the number is not limited to two. In the case of three or more markers, the relative displacement between two markers selected from them is obtained, and this is sequentially repeated to determine the relative displacement of other markers with respect to one reference marker, or the first marker Also included is a system for determining an incremental relative displacement, such as a relative displacement of the second marker relative to, a relative displacement of the third marker relative to the second marker.

なお、本明細書では、本実施形態の三次元変位測定システムを分かり易く説明するため、2個のマーカーを使ってトンネルに発生する進行性亀裂の両側の三次元の相対的変位を測定するシステムを例にとって説明する。各構成要素について説明する。   In this specification, in order to explain the three-dimensional displacement measuring system of this embodiment in an easy-to-understand manner, a system for measuring the three-dimensional relative displacement on both sides of a progressive crack generated in a tunnel using two markers. Will be described as an example. Each component will be described.

[各構成要素]
(計測用パネル)
計測用パネルは、デジタルカメラで撮影した場合のマーカー(目印)となる物である。図2Aは、好ましい計測用パネル20を示す図である。この計測用パネル20は、本出願人が意匠権者である登録意匠第1389057号(意匠に係る物品:クラック計測用パネル)と同じである。計測用パネル20は、一辺が50mmの正方形の表示領域27内に、10mm間隔で描かれた縦方向及び横方向のグリッド線24,25により、一辺が10mmの正方形26が4×4個描かれている。
[Each component]
(Measurement panel)
The measurement panel is an object that serves as a marker (marker) when photographed with a digital camera. FIG. 2A is a diagram showing a preferred measurement panel 20. This measurement panel 20 is the same as registered design No. 1389057 (article related to design: crack measurement panel) in which the present applicant is a design right holder. The measurement panel 20 has 4 × 4 squares 10 mm on each side drawn by vertical and horizontal grid lines 24 and 25 drawn at intervals of 10 mm in a square display area 27 having a side of 50 mm. ing.

計測用パネル20には、各計測用パネルを特定するバーコード22が表示されている。データ処理に際して、バーコード22を利用することにより、この計測用パネル20が設置されたトンネルのデータ(場所、設置日時、複数の組の計測用パネルを設置した場合の追い番等)、初期測定データ及びその後の計測データ等を分類整理し、演算処理、データベース化することが出来る。   On the measurement panel 20, a bar code 22 for specifying each measurement panel is displayed. In the data processing, by using the barcode 22, data of the tunnel where the measurement panel 20 is installed (location, installation date and time, serial number when a plurality of sets of measurement panels are installed), initial measurement Data and subsequent measurement data, etc. can be classified, organized, and processed into a database.

計測用パネル20には、その他、トンネルに設置するため使用されるアンカーホール21、データを補助的に確認するノギス計測用ホール23等が形成されている。   In addition, the measurement panel 20 is formed with an anchor hole 21 used for installation in a tunnel, a caliper measurement hole 23 for auxiliary confirmation of data, and the like.

計測用パネル20は、野外で使用されることが多いため、野外環境によって破壊、変形等を起こしにくい材質で形成される。計測用パネル20は、代表的には、ステンレスパネルにセラミック塗装を焼成処理した高強度・高耐久性パネルである。グリッド線24,25等は焼成前に描かれて焼き込まれる。計測用パネル20は、その他、例えば、陶器、磁器、琺瑯、金属で形成してもよい。   Since the measurement panel 20 is often used outdoors, the measurement panel 20 is formed of a material that is not easily broken or deformed by the outdoor environment. The measurement panel 20 is typically a high-strength and high-durability panel obtained by firing a ceramic coating on a stainless steel panel. Grid lines 24 and 25 are drawn and burned before firing. In addition, the measurement panel 20 may be formed of, for example, pottery, porcelain, jar, or metal.

図2Bは、トンネルの内壁に生じたクラックの両側に2個の計測用パネルを固定した様子を示す図である。トンネルの内壁5に発生した進行性クラック7の両側に、2枚の計測用パネル20を、例えばアンカーボルトを使って夫々固定する。説明の便宜上、2枚の計測用パネル20の一方を第1の計測用パネル20−1とし、他方を第2の計測用パネル20−2とする。これら計測用パネル20−1,20−2の設置位置は、クラックが縮むことを考慮して、クラック7を挟んで数ミリの間隔で並置することが好ましい。   FIG. 2B is a diagram illustrating a state in which two measurement panels are fixed on both sides of a crack generated on the inner wall of the tunnel. Two measurement panels 20 are fixed to both sides of the progressive crack 7 generated on the inner wall 5 of the tunnel, for example, using anchor bolts. For convenience of explanation, one of the two measurement panels 20 is a first measurement panel 20-1, and the other is a second measurement panel 20-2. The installation positions of the measurement panels 20-1 and 20-2 are preferably juxtaposed at intervals of several millimeters with the crack 7 interposed in consideration of shrinkage of the crack.

クラック7が進行すると、これら計測用パネル20−1,20−2の相対的位置が変化する。本実施形態では、クラックの挙動を計測用パネル20−1,20−2の相対的位置の変化に置き換えて把握している。   As the crack 7 progresses, the relative positions of these measurement panels 20-1 and 20-2 change. In the present embodiment, the behavior of the crack is grasped by replacing it with a change in the relative position of the measurement panels 20-1 and 20-2.

図3は、2個の計測用パネルの演算点と演算結果から得られる4要素を説明する図である。本実施形態では、相対的位置の変化は、任意の一方の計測用パネル(図3では20−2)のグリッド線25の方向をX軸方向、グリッド線24の走る方向をY軸方向、X−Y平面に垂直方向(即ち、計測用パネル20−2の表面に垂直方向)をZ軸方向として、把握する。   FIG. 3 is a diagram for explaining four elements obtained from calculation points and calculation results of two measurement panels. In the present embodiment, the relative position changes in the direction of the grid line 25 of any one measurement panel (20-2 in FIG. 3) in the X-axis direction, the direction in which the grid line 24 runs is the Y-axis direction, -The direction perpendicular to the Y plane (that is, the direction perpendicular to the surface of the measurement panel 20-2) is taken as the Z-axis direction.

計測用パネル20−1,20−2に演算点20a,20b(図中、●で示す。)を夫々定めて、次の4要素を演算により求める。   Calculation points 20a and 20b (indicated by ● in the figure) are respectively determined on the measurement panels 20-1 and 20-2, and the following four elements are obtained by calculation.

x:演算点20a,20b間のX軸方向距離
y:演算点20a,20b間のY軸方向距離
z:演算点20a,20b間のZ軸方向距離
r:演算点20a,20b間の直線距離
これら4要素を使って、過去の測定データ(例えば、初期測定データ,前回の測定データ等)と今回の測定データの夫々の差分より、演算点20a,20b間の相対的3次元変位量(即ち、クラックの実際の挙動)を把握する。
x: X-axis direction distance between calculation points 20a, 20b y: Y-axis direction distance between calculation points 20a, 20b z: Z-axis direction distance between calculation points 20a, 20b r: Linear distance between calculation points 20a, 20b Using these four elements, the relative three-dimensional displacement amount between the calculation points 20a and 20b (ie, the difference between the past measurement data (eg, initial measurement data, previous measurement data, etc.) and the current measurement data (ie, The actual behavior of cracks).

(カメラ及び撮影方法)
デジタルカメラ30は、市販のカメラを利用することができる。デジタルカメラ30は、有効記録画素数300万又は500万画素以上であることが好ましい。
(Camera and shooting method)
As the digital camera 30, a commercially available camera can be used. The digital camera 30 preferably has 3 million or more effective recording pixels.

撮影方法に関し、特許文献1では、2枚一組の計測用パネルを正面から撮影し、計測用パネルに描かれたグリッド(格子)を画像処理して、計測用パネル間の距離を演算していた。即ち、図3に関連して説明した、演算点20a,20b間のX軸方向距離xとY軸方向距離yとを演算により求めていた。   Regarding the photographing method, in Patent Document 1, a set of two measurement panels is photographed from the front, and a grid drawn on the measurement panel is image-processed to calculate the distance between the measurement panels. It was. That is, the X-axis direction distance x and the Y-axis direction distance y between the calculation points 20a and 20b described with reference to FIG. 3 are obtained by calculation.

本実施形態では、更にZ軸方向距離zを求めるために、計測用パネル20を右及び左方向から所定の角度で撮影する。この撮影角は、試作実験を通じて、約15度が好ましいことが判明した。そのため、撮影に不慣れな場合でも約15度の方向から簡単に撮影出来るように、次のようなテンプレートが用意されている。   In the present embodiment, in order to further determine the Z-axis direction distance z, the measurement panel 20 is photographed at a predetermined angle from the right and left directions. It has been found that the photographing angle is preferably about 15 degrees through trial experiments. For this reason, the following templates are prepared so that even if the user is unfamiliar with shooting, the shooting can be easily performed from a direction of about 15 degrees.

図4Aの上段は、カメラ30により、計測用パネル20−1,20−2を撮影角αで撮影した状況を示している。カメラ30から見ると、計測用パネル20−1に比較して、計測用パネル20−2が近くに位置している。下段は、その撮影画像31であり、カメラ30からの遠近の差により、画像中の計測用パネル画像20−1vは、計測用パネル画像20−2vに比較して小さい。この計測用パネル画像20−1v,20−2vの下側の辺を結んだ傾斜線32の水平線に対する角度は、上段の撮影角αの関数となる。   The upper part of FIG. 4A shows a situation in which the measurement panels 20-1 and 20-2 are photographed with the photographing angle α by the camera 30. When viewed from the camera 30, the measurement panel 20-2 is located closer to the measurement panel 20-1. The lower row is the captured image 31. Due to the difference in perspective from the camera 30, the measurement panel image 20-1v in the image is smaller than the measurement panel image 20-2v. The angle of the inclined line 32 connecting the lower sides of the measurement panel images 20-1v and 20-2v with respect to the horizontal line is a function of the upper shooting angle α.

図4Bは、撮影時に、計測用パネル20−1,20−2の上に配置する、アクリル等の透明部材で形成されたテンプレート34を説明する図である。テンプレート34には、予め、計測用パネル20−1,20−2に向かって右方向の撮影角15度から撮影した場合の傾斜線32(図4A参照)に一致する傾斜ガイド線33−Rが描かれている。同様に、左方向の撮影角15度から撮影した場合の傾斜線32に一致する傾斜ガイド線33−Lが描かれている。なお、テンプレート34の左右方向領域は、右端部34Rから左端部34Lまでである。   FIG. 4B is a diagram illustrating a template 34 formed of a transparent member such as acrylic and disposed on the measurement panels 20-1 and 20-2 at the time of photographing. In the template 34, an inclination guide line 33-R that coincides with the inclination line 32 (see FIG. 4A) when the image is taken in advance from the imaging angle 15 degrees in the right direction toward the measurement panels 20-1 and 20-2. It is drawn. Similarly, an inclined guide line 33-L is drawn that coincides with the inclined line 32 when the image is taken from the left photographing angle of 15 degrees. The left-right direction region of the template 34 is from the right end portion 34R to the left end portion 34L.

図4Cは、現場に於ける撮影時の作業フローを説明する図である。   FIG. 4C is a diagram illustrating a work flow at the time of shooting in the field.

ステップS40で、デジタルカメラ30を準備する。   In step S40, the digital camera 30 is prepared.

ステップS41で、計測用パネル20−1,20−2にテンプレート34をセットする。   In step S41, the template 34 is set on the measurement panels 20-1 and 20-2.

ステップS42で、カメラ30を計測用パネル20−1,20−2の正面に位置決めし、テンプレート34の左右端34R,34L(図4B参照)を、撮影フレーム36の左右の枠線に一致するまで、計測用パネルからのカメラの距離を調節する。計測用パネル20−1,20−2を撮影フレーム36一杯に大きく撮影するためである。撮影フレーム36とは、デジタルカメラに備えられた撮影画像表示用の液晶パネルのフレーム、カメラのファインダーのフレーム等である。   In step S42, the camera 30 is positioned in front of the measurement panels 20-1 and 20-2, and the left and right ends 34R and 34L (see FIG. 4B) of the template 34 are aligned with the left and right frame lines of the imaging frame 36. Adjust the camera distance from the measurement panel. This is because the measurement panels 20-1 and 20-2 are photographed to the full size of the photographing frame 36. The shooting frame 36 is a frame of a liquid crystal panel for displaying a shot image provided in a digital camera, a frame of a camera finder, or the like.

ステップS43で、図4Aの上段に示すように、右方向からの画像を得るため、撮影フレーム36の傾斜線32を、テンプレート34の傾斜ガイド線33−Rに一致するまで、カメラ30を+X軸方向に移動させて位置決めする。この位置決めにより、およそ角度15度の画角(図4Aの撮影角α)が得られる。   In step S43, as shown in the upper part of FIG. 4A, in order to obtain an image from the right direction, the camera 30 is moved to the + X axis until the tilt line 32 of the photographing frame 36 matches the tilt guide line 33-R of the template 34. Move in the direction and position. By this positioning, an angle of view of about 15 degrees (shooting angle α in FIG. 4A) is obtained.

ステップS44で、この状態で、右方向から計測用パネルを撮影する。5枚以上撮影することが好ましい。   In step S44, the measurement panel is photographed from the right direction in this state. It is preferable to photograph 5 or more images.

ステップS45で、左方向からの画像を得るため、撮影フレーム36の傾斜線32を、テンプレート34の傾斜ガイド線33−Lに一致するまで、カメラ30を−X軸方向に移動させて位置決めする。同様に、およそ、角度15度の画角(図4Aの撮影角α)が得られる。   In step S45, in order to obtain an image from the left direction, the camera 30 is moved and positioned in the −X axis direction until the inclined line 32 of the photographing frame 36 matches the inclined guide line 33-L of the template 34. Similarly, an angle of view of about 15 degrees (shooting angle α in FIG. 4A) is obtained.

ステップS46で、この状態で、左方向から計測用パネルを撮影する。5枚以上撮影することが好ましい。   In step S46, the measurement panel is photographed from the left in this state. It is preferable to photograph 5 or more images.

なお、ステップS43とステップS45を入れ替えて撮影順序を逆にして、最初に左方向から撮影し、次に、右方向から撮影してもよい。   It should be noted that step S43 and step S45 may be interchanged to reverse the shooting order, and shooting may be performed first from the left and then from the right.

この撮影方法では、図4Aから分かるように、カメラ30をX−Z平面内で±X軸方向に移動し、±Y軸方向の移動を最小限にしている。即ち、右左の画像において、三次元のXYZの内、変動を二次元のX−Z平面内にしている。この代わりに、カメラ30をY−Z平面内で±Y軸方向に移動し、X軸方向の移動を最小限にしてもよい。   In this photographing method, as can be seen from FIG. 4A, the camera 30 is moved in the ± X-axis direction in the XZ plane to minimize the movement in the ± Y-axis direction. That is, in the right and left images, the variation is in the two-dimensional XZ plane in the three-dimensional XYZ. Alternatively, the camera 30 may be moved in the ± Y axis direction within the YZ plane to minimize movement in the X axis direction.

(データ処理装置及び画像処理方法)
図1を参照されたい。データ処理装置40として、市販のパーソナルコンピュータを使用することが出来る。データ処理装置40のOSとして、例えば、Windowes XP,Vista又はWindowes7、CPUとしてIntel Core 2Duo以上、メインメモリとして2GB以上が好ましい。
(Data processing apparatus and image processing method)
Please refer to FIG. A commercially available personal computer can be used as the data processing device 40. The OS of the data processing device 40 is preferably, for example, Windows XP, Vista or Windows 7, Intel Core 2 Duo or more as the CPU, and 2 GB or more as the main memory.

図1に示すように、データ処理装置40には、モニタ50と、画像データ、演算処理して得られた計測用パネル間の相対的三次元データ等を蓄積してデータベース化するHDD60と、この画像処理ソフト「クラック定規デジタル画像簡易演算・管理システム(3D)」が記録されたCD,DVD等を駆動する光ディスクドライブ70とを有する。   As shown in FIG. 1, the data processing device 40 includes a monitor 50, an HDD 60 that accumulates image data, relative three-dimensional data between measurement panels obtained by arithmetic processing, and the like, and forms a database. And an optical disk drive 70 for driving a CD, a DVD or the like on which image processing software “crack ruler digital image simple calculation / management system (3D)” is recorded.

図5は、画像処理ソフト「クラック定規デジタル画像簡易演算・管理システム(3D)」の処理方法の概略のフローである。   FIG. 5 is a schematic flow of a processing method of the image processing software “crack ruler digital image simple calculation / management system (3D)”.

最初に、測定データ及び変位量について説明する。図6は、一例として、一方の計測用パネル(20−1)のグリッド線の交点R1,R2,R3,R4と、他方の計測用パネル(20−2)の夫々対応するグリッド線の交点L1,L2,L3,L4を説明する図である。これら交点が演算点となる。これらは画像データであるので、参照符号に()を付して表示する。   First, the measurement data and the displacement amount will be described. FIG. 6 shows, as an example, the grid line intersections R1, R2, R3, R4 of one measurement panel (20-1) and the grid line intersection L1 corresponding to the other measurement panel (20-2). , L2, L3, and L4. These intersections become calculation points. Since these are image data, () is added to the reference symbol for display.

測定データとして、演算点R1とL1の演算点間のX軸方向距離x1,Y軸方向距離y1,Z軸方向距離z1を演算により求める。同様に、演算点R2とL2の距離x2,y2,z2を求める。同様に、演算点RnとLn(n=1,2,3…)の距離xn,yn,znを求める。   As measurement data, the X-axis direction distance x1, the Y-axis direction distance y1, and the Z-axis direction distance z1 between the calculation points R1 and L1 are obtained by calculation. Similarly, distances x2, y2, and z2 between the calculation points R2 and L2 are obtained. Similarly, distances xn, yn, zn between the calculation points Rn and Ln (n = 1, 2, 3,...) Are obtained.

次に、変位量として、X軸方向距離x1,x2,…,xnの数値は異なるが、計測を複数回に行った場合、過去の測定値(初回測定値,前回の測定値等)に対する夫々の差分(変位量)は同じはずである。従って、変位量(Δx1,Δx2,…,Δxn)の平均値をとり、X軸方向変位量Δxの測定精度を高めている。{Δx=(Δx1+Δx2+…+Δxn)/n}。Y軸方向変位量Δy、Z軸方向変位量Δz、直線距離変位量Δrに関しても同様である。   Next, the numerical values of the X-axis direction distances x1, x2,..., Xn are different as the displacement amount, but when the measurement is performed a plurality of times, each of the past measurement values (first measurement value, previous measurement value, etc.). The difference (displacement amount) should be the same. Therefore, the average value of the displacement amounts (Δx1, Δx2,..., Δxn) is taken to increase the measurement accuracy of the X-axis direction displacement amount Δx. {Δx = (Δx1 + Δx2 +... + Δxn) / n}. The same applies to the Y-axis direction displacement amount Δy, the Z-axis direction displacement amount Δz, and the linear distance displacement amount Δr.

ステップS50で、デジタルカメラ30により、右及び左方向から計測用パネル20−1,20−2を夫々撮影する。通常のデジタルカメラから出力される画像データは、高解像度のデータを圧縮したJPEG形式であり、これをそのまま画像処理することは出来ない。   In step S50, the measurement panels 20-1 and 20-2 are respectively photographed by the digital camera 30 from the right and left directions. Image data output from a normal digital camera is in the JPEG format in which high-resolution data is compressed, and cannot be processed as it is.

ステップ51で、JPEGデータを、BMP形式に変換し、更に、「1」,「0」の二値データ化する。   In step 51, the JPEG data is converted into the BMP format and further converted into binary data “1” and “0”.

ステップS52で、レンズの歪み補正を行う。デジタルカメラ30の光学レンズの歪み特性により、撮影画像は歪んだ画像になっている。この歪み補正を行う。   In step S52, lens distortion correction is performed. Due to the distortion characteristics of the optical lens of the digital camera 30, the captured image is distorted. This distortion correction is performed.

ステップS53で、この二値化画像データより、ハフ変換(Hough変換)を利用して、計測用パネル20に表示された縦横のグリッド線24,25(図2A参照)の正確な直線方程式を求めて仮想空間に展開する。   In step S53, an accurate linear equation of the vertical and horizontal grid lines 24 and 25 (see FIG. 2A) displayed on the measurement panel 20 is obtained from the binarized image data using the Hough transform (Hough transform). To expand into the virtual space.

ハフ変換自体は、デジタル画像処理で用いられる公知の特徴抽出方法である。簡単に説明すると、デジタルカメラで撮影した線分のデータ(ここでは、ほぼ線状に散在するドットの集合のグリッド線の二値化データ)にはノイズが乗っている。コンピュータの処理では、ノイズが乗った線分データから、これを表す直線方程式を一義的に定めることが出来ない。   The Hough transform itself is a known feature extraction method used in digital image processing. Briefly, noise is present on line segment data captured by a digital camera (in this case, binarized data of grid lines of a set of dots scattered almost linearly). In computer processing, a linear equation representing this cannot be uniquely determined from line segment data with noise.

このため、ハフ変換が利用される。一般に、直線は、ρ=xcosθ+ysinθ (ρ,θは未知のパラメータ)で表すことができる。コンピュータ内で、この直線方程式の(ρ,θ)を順次変化させ、デジタルカメラで撮影した線分のドットデータが最も乗っているときの(ρ,θ)を決定する。その結果得られた直線方程式 ρ=xcosθ+ysinθ(この時点では、ρ,θは既知)は、デジタルカメラで撮影した線分のデータ上を走る直線となる。換言すれば、グリッド線を正確に表す直線方程式となる。   For this reason, the Hough transform is used. In general, a straight line can be represented by ρ = x cos θ + ysin θ (ρ and θ are unknown parameters). In the computer, (ρ, θ) of this linear equation is sequentially changed to determine (ρ, θ) when the dot data of the line segment photographed by the digital camera is the highest. The resulting linear equation ρ = x cos θ + ysin θ (ρ and θ are known at this time) is a straight line that runs on the data of the line segment photographed by the digital camera. In other words, the linear equation accurately represents the grid line.

ステップS54で、縦横のグリッド線24,25の正確な直線方程式から、グリッド線の交点位置を求める。グリッド線の交点は、図3及び図6で説明した演算点20a,20b(●)として使用される。   In step S54, the position of the intersection of the grid lines is obtained from the exact linear equation of the vertical and horizontal grid lines 24 and 25. The intersections of the grid lines are used as the calculation points 20a and 20b (●) described with reference to FIGS.

ステップS55で、右及び左方向から見た、2つの演算点間のX軸方向距離xR,xL及びY軸方向移動量yR,yLを演算する。   In step S55, X-axis direction distances xR and xL and Y-axis direction movement amounts yR and yL between the two calculation points viewed from the right and left directions are calculated.

演算点R1とL1の演算点間のX軸方向距離xR,xL、Y軸方向距離yR,yLに関して説明する。図7(A)は、上段に右方向撮影角度α方向からカメラ30を向けた撮影時の状況を示し、下段はその時の撮影画像を示している。計測用パネル20−1,20−2は、カメラ30からの遠近により、その画像は20−1vに比較して、20−2vが大きくなる。図示していないが、左方向撮影角度α方向からカメラ30を向けた場合、画像は、逆に20−1vに比較して、20−2vが大きくなる。   The X-axis direction distances xR and xL and the Y-axis direction distances yR and yL between the calculation points R1 and L1 will be described. FIG. 7A shows the situation at the time of photographing with the camera 30 facing from the right direction photographing angle α direction in the upper part, and the lower part shows the photographed image at that time. The measurement panels 20-1 and 20-2 are 20-2v larger than 20-1v due to the distance from the camera 30. Although not shown, when the camera 30 is pointed from the left shooting angle α direction, the image is 20-2v larger than 20-1v.

更に、図8を参照されたい。図8は、上段に、計測用パネル20−1,20−2を示し、下段にそれを右方向及び左方向から撮影した画像を夫々示している。分かり易くするため、誇張して描かれていることを承知されたい。計測用パネル20−1,20−2の演算点を黒丸(●)で表示する。演算点間のX軸方向距離x1は、右の方向からはxRに撮影され、左の方向からはxLに撮影される。   Furthermore, please refer to FIG. FIG. 8 shows the measurement panels 20-1 and 20-2 in the upper part, and shows images obtained by photographing them from the right direction and the left direction in the lower part, respectively. Please be aware that it is exaggerated for the sake of clarity. The calculation points of the measurement panels 20-1 and 20-2 are displayed as black circles (●). The X-axis direction distance x1 between the calculation points is photographed at xR from the right direction and at xL from the left direction.

計測用パネル20−1,20−2では、グリッド線24,25がX軸方向,Y軸方向に複数個の10mmの正方形を形成している。画像データでは、グリッド線が形成する正方形は、カメラ−測定用パネル間の遠近に応じて変形されている。これを使って、比例計算で右及び左方向から見たX軸方向移動量xR,xL及びY軸方向移動量yR,yLが演算される。他の演算点RnとLnの演算点間も同様に演算される。   In the measurement panels 20-1 and 20-2, the grid lines 24 and 25 form a plurality of 10 mm squares in the X-axis direction and the Y-axis direction. In the image data, the square formed by the grid lines is deformed according to the distance between the camera and the measurement panel. Using this, the X-axis direction movement amounts xR and xL and the Y-axis direction movement amounts yR and yL viewed from the right and left directions are calculated by proportional calculation. The same calculation is performed between the other calculation points Rn and Ln.

ステップS56で、計測用パネルの表示領域27の枠の形状を利用し、歪んだパネル枠を正方形に復元する角度補正を行って、右及び左方向からの撮影角αR,αL及びカメラの焦点距離Fを演算により求める。焦点距離Fは、カメラのレンズ中心から結像面までの距離である。この補正では、表示領域27の枠でなく、グリッド線24,25が形成する正方形26やこの集合を使ってもよい。   In step S56, the frame shape of the display area 27 of the measurement panel is used to perform angle correction for restoring the distorted panel frame to a square, and the shooting angles αR and αL from the right and left directions and the focal length of the camera are corrected. F is calculated. The focal length F is the distance from the camera lens center to the imaging plane. In this correction, the square 26 formed by the grid lines 24 and 25 or this set may be used instead of the frame of the display area 27.

再び図7を参照すると、図7(A)は、上段に撮影角度α方向からカメラ30を向けた撮影時の状況を示し、下段はその時の撮影画像を示している。図7(B)は、図7(A)の歪んだパネル枠を正方形に復元する角度補正、換言すれば、撮影画像の撮影角をαからゼロにする角度補正を行った場合を示す。この角度補正により、右方向からの撮影角αR,左方向からのαL及び焦点距離Fが演算により求められる。   Referring to FIG. 7 again, FIG. 7A shows the situation at the time of photographing with the camera 30 facing from the direction of the photographing angle α in the upper part, and the lower part shows the photographed image at that time. FIG. 7B shows a case where angle correction for restoring the distorted panel frame of FIG. 7A to a square, in other words, angle correction for changing the shooting angle of the captured image from α to zero is performed. By this angle correction, the photographing angle αR from the right direction, αL from the left direction, and the focal length F are obtained by calculation.

ステップS57で、右及び左方向からの撮影角αR,αL、ステップS55で求めた計測用パネルの演算点間の距離xR,xL及び焦点距離Fから、演算点R1とL1の間のX軸方向距離x1、Z軸方向距離z1を演算により求める。Y軸方向距離y1は、ステップS55で求めたyR、yLの差が非常に小さいので、平均値を採用する。他の演算点RnとLnの間の距離も同様に演算する。   In step S57, the shooting angles αR and αL from the right and left directions, the distances xR and xL between the calculation points of the measurement panel obtained in step S55, and the focal length F, the X-axis direction between the calculation points R1 and L1. The distance x1 and the Z-axis direction distance z1 are obtained by calculation. As the Y-axis direction distance y1, the difference between yR and yL obtained in step S55 is very small, so an average value is adopted. The distances between the other calculation points Rn and Ln are calculated in the same manner.

図8は、上段に、計測用パネル20−1,20−2がZ軸方向に変位した状態にある図を示し、下段にそれを右方向及び左方向から撮影した画像を夫々示している。   FIG. 8 shows a diagram in which the measurement panels 20-1 and 20-2 are displaced in the Z-axis direction in the upper stage, and shows images taken from the right and left directions in the lower stage, respectively.

演算点間の距離xR,xL、撮影角αR,αL、焦点距離Fから、X軸方向距離x1及びZ軸方向距離z1を演算により求める。   From the distances xR and xL between the calculation points, the shooting angles αR and αL, and the focal length F, the X-axis direction distance x1 and the Z-axis direction distance z1 are obtained by calculation.

図8から分かるように、演算点間のY軸方向距離y1を考慮していない。一般に、複数写真のデータを使った三次元計算では、XYZ軸方向の変位データx,y,zを処理している。しかし、本実施形態では、図4Cに関連して説明したように、カメラ30をX−Z平面内で移動し、Y軸方向には移動しないようにしてY軸方向距離の変化を抑制している。これにより、Z軸方向距離zを演算する際に、X−Z平面内の二次元データとして演算することが出来、パラメータを減らすことが出来、比較的簡単な演算により、Z軸方向距離zを求めることが出来る。更に、ステップS55で求めたY軸方向距離yR,yLの平均値をy1として使用することが出来る。カメラ30をX軸方向には移動しないようにした場合も同様に、Z軸方向距離zを演算するに、演算点間のX軸方向距離xを考慮しなくてよい。他の演算点RnとLnの間の距離も同様に演算する。   As can be seen from FIG. 8, the Y-axis direction distance y1 between the calculation points is not taken into consideration. In general, in three-dimensional calculation using data of a plurality of photographs, displacement data x, y, and z in the XYZ axis directions are processed. However, in the present embodiment, as described with reference to FIG. 4C, the camera 30 is moved in the XZ plane and is not moved in the Y-axis direction to suppress the change in the Y-axis direction distance. Yes. Thus, when calculating the Z-axis direction distance z, it can be calculated as two-dimensional data in the XZ plane, the parameters can be reduced, and the Z-axis direction distance z can be calculated by relatively simple calculation. You can ask. Furthermore, the average value of the Y-axis direction distances yR and yL obtained in step S55 can be used as y1. Similarly, when the camera 30 is not moved in the X-axis direction, the X-axis direction distance x between the calculation points need not be taken into account in order to calculate the Z-axis direction distance z. The distances between the other calculation points Rn and Ln are calculated in the same manner.

ステップS58で、演算点間の直線距離rを求める。演算点R1とL1の間の直線距離は、r1=(x1+y1+z10.5である。他の演算点RnとLnの間の直線距離も同様に、rn=(xn+yn+zn0.5である。 In step S58, a linear distance r between the calculation points is obtained. The linear distance between the calculation points R1 and L1 is r1 = (x1 2 + y1 2 + z1 2 ) 0.5 . Similarly, the linear distance between the other calculation points Rn and Ln is rn = (xn 2 + yn 2 + zn 2 ) 0.5 .

これらのデータを使って、各種の処理が可能となる。例えば、図6に関連して説明した変位量を求めて、クラックの挙動の経時的変化を把握することが出来る。例えば、測定頻度を比較的密にして、各測定データを直近の測定データと比較することにより、単に一方向の変位だけでなく、三次元空間内の複雑な挙動(XYZの各軸方向に経時的に変化する挙動等)も把握することが出来る。   Using these data, various processes can be performed. For example, the amount of displacement described with reference to FIG. For example, by making the measurement frequency relatively dense and comparing each measurement data with the most recent measurement data, not only displacement in one direction but also complicated behavior in three-dimensional space (time-dependent in each XYZ axis direction) Change behavior).

例えば、これらのデータは、計測用パネル20に表示されたバーコード22により分類され、経時的変化等が直ちにモニタ50に表示され、或いはプリンタ(図示せず。)により出力される。   For example, these data are classified by the bar code 22 displayed on the measurement panel 20, and changes over time are immediately displayed on the monitor 50 or output by a printer (not shown).

(誤差に関する検討)
本実施形態に係る構造物の三次元変位測定システム1を試作して、測定精度の検討を行った。演算点間距離に対する%FS(フルスケール)誤差を求めた。試作結果では、X軸方向移動量xに関してはmax.1.8%F、Y軸方向移動量yに関してはmax.1.8%FS、Z軸方向移動量zに関してはmax.16%FSであった。
(Study on errors)
A three-dimensional displacement measurement system 1 for a structure according to the present embodiment was prototyped and the measurement accuracy was examined. The% FS (full scale) error relative to the distance between calculation points was determined. As a result of trial manufacture, the max. For 1.8% F and Y-axis direction movement amount y, max. For 1.8% FS and Z-axis direction movement amount z, max. It was 16% FS.

(本システムの特徴・利点・効果等)
本システムは、次のような特徴を有している。
(Features, advantages, effects, etc. of this system)
This system has the following features.

(1)システムを構成する要素として、特別な機器、専用機器等を使わず、いずれも市販の機器で構成できる。従って、コストも比較的廉価に抑えることが出来る。   (1) As a component of the system, any special equipment, dedicated equipment, etc. can be used, and any of them can be configured with commercially available equipment. Accordingly, the cost can be kept relatively low.

(2)被測定物として、トンネル等の土木構造物に限らず、橋梁等の建造物、崩落が予想される岩石等、活動期の火山等の治山等も対象となる。   (2) The objects to be measured are not limited to civil engineering structures such as tunnels, but also include bridges and other structures, rocks where rocks are expected to collapse, and volcanoes such as active volcanoes.

(3)Z軸方向移動量zを測定するため、Y軸方向の変化を抑えて、演算処理を簡単な物とすることにより、速い画像処理/演算処理が可能になった。   (3) Since the amount of movement z in the Z-axis direction is measured, the change in the Y-axis direction is suppressed, and the arithmetic processing is simplified, thereby enabling fast image processing / arithmetic processing.

(4)被測定物の2点間の空間的な挙動を、数値データで把握することが可能になった。   (4) It became possible to grasp the spatial behavior between two points of the measured object with numerical data.

(5)測定者は、遠方又は奥地の被測定物のある場所に行く際に、市販のデジタルカメラ、及び必要に応じてテンプレートを持参するだけで測定が可能である。   (5) When the measurer goes to a place where the object to be measured is located far away or in the back, it is possible to perform the measurement only by bringing a commercially available digital camera and, if necessary, a template.

[まとめ]
以上、本実施形態に係るデジタルカメラを用いた構造物の三次元変位測定システムに関して説明したが、これらは例示であって、本発明の範囲を制限するものではない。当業者が、本実施形態に対して容易になしえる追加・削除・変更・改良等は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の記載に基づいて定められる。
[Summary]
The structure three-dimensional displacement measurement system using the digital camera according to the present embodiment has been described above, but these are examples and do not limit the scope of the present invention. Additions, deletions, changes, improvements, and the like that can be easily made by those skilled in the art with respect to the present embodiment are within the scope of the present invention. The technical scope of the present invention is defined based on the description of the attached claims.

1:三次元変位測定システム、 5:トンネルの内壁、 7:クラック,亀裂,進行性クラック、 15:撮影角、 20:計測用パネル、 20a,20b:演算点 21:アンカーホール、 22:バーコード、 23:ノギス計測用ホール、 24:グリッド線、 26:正方形、 27:表示領域、 30:デジタルカメラ、 31:撮影画像、 31L:左方向からの画像、 31R:右方向からの画像、 32:傾斜線 33:傾斜ガイド線、 34:テンプレート、 34L:左端部、 34R:右端部、 34R:左右端、 36:撮影フレーム、 40:データ処理装置,コンピュータ、 50:モニタ、 70:光ディスクドライブ、   1: three-dimensional displacement measurement system, 5: inner wall of tunnel, 7: crack, crack, progressive crack, 15: shooting angle, 20: measurement panel, 20a, 20b: calculation point, 21: anchor hole, 22: barcode 23: Caliper measurement hole, 24: Grid line, 26: Square, 27: Display area, 30: Digital camera, 31: Photographed image, 31L: Image from the left direction, 31R: Image from the right direction, 32: Inclined line 33: Inclined guide line, 34: Template, 34L: Left end, 34R: Right end, 34R: Left and right ends, 36: Shooting frame, 40: Data processing device, computer, 50: Monitor, 70: Optical disc drive,

Claims (13)

被測定物の表面の相対的に変位する箇所に夫々設置され、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルと、
前記測定パネルを、二方向から撮影するデジタルカメラと、
前記デジタルカメラの画像データを処理するデータ処理装置とを備え、
前記データ処理装置は、
前記デジタルカメラの画像データを、前記グリッド線に基づき画像処理する手段と、
前記画像データを角度補正して撮影角及び焦点距離を算出する手段と、
前記グリッド線を基準にX軸方向及びY軸方向を規定し、更に、X−Y平面に垂直方向をZ軸方向と規定すると、前記画像処理された画像データ、角度処理データ及び焦点距離データより、前記2個の計測用パネル間のX軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する手段とを有し、
前記X軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する手段は、計測用パネルの演算点の間の距離xR,xL及び焦点距離Fから、演算点R1とL1の間のX軸方向距離x1、Z軸方向距離z1を演算により求め、Y軸方向距離yR,yLの平均値をy1として使用し、演算点R1とL1の間の直線距離は、r1=(x1 2 +y1 2 +z1 2 0.5 として求める、デジタルカメラを用いた三次元変位測定システム。
Two measuring panels, each installed at a relatively displaced location on the surface of the object to be measured, each displaying a grid line;
A digital camera for photographing the measurement panel from two directions;
A data processing device for processing image data of the digital camera,
The data processing device includes:
Means for image processing the image data of the digital camera based on the grid lines;
Means for correcting the angle of the image data to calculate a shooting angle and a focal length;
If the X-axis direction and the Y-axis direction are defined on the basis of the grid lines, and if the direction perpendicular to the XY plane is defined as the Z-axis direction, the image-processed image data, angle processing data, and focal length data are used. the X-axis direction distance between the two measuring panel, Y-axis direction distance, have a means for calculating the Z axis direction distance and linear distance,
The means for calculating the X-axis direction distance, the Y-axis direction distance, the Z-axis direction distance, and the linear distance is calculated between the calculation points R1 and L1 from the distances xR and xL and the focal length F between the calculation points of the measurement panel. The X-axis direction distance x1 and the Z-axis direction distance z1 are obtained by calculation, the average value of the Y-axis direction distances yR and yL is used as y1, and the linear distance between the calculation points R1 and L1 is r1 = (x1 2 + Y1 2 + z1 2 ) A three-dimensional displacement measurement system using a digital camera, obtained as 0.5 .
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記デジタルカメラは、少なくとも300万画素以上の有効記録画素数を有している、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
The digital camera has an effective recording pixel number of at least 3 million pixels or more.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記演算点は、前記グリッド線の交点である、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
The calculation point is an intersection of the grid lines.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記計測用パネルは、更に、バーコードが表示され、該バーコードに基づき、データが処理されデータベース化される、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
The measurement panel further includes a bar code displayed, and data is processed and databased based on the bar code.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
更に、撮影時に、前記2個の計測用パネルを覆う、透明部材で形成されたテンプレートを備え、該テンプレートには、傾斜ガイド線が描かれており、撮影時に前記デジタルカメラの撮影フレームを該傾斜ガイド線に一致させることにより、所望の方向からの撮影が出来る、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
Furthermore, a template formed of a transparent member is provided to cover the two measurement panels at the time of shooting, and an inclined guide line is drawn on the template, and the shooting frame of the digital camera is tilted at the time of shooting. A system that allows shooting from a desired direction by matching the guide line.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記被測定物には、建造物、土木構造物、岩石、危険な斜面、活動期の火山が含まれる、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
The system to be measured includes a structure, a civil structure, a rock, a dangerous slope, and an active volcano.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをY軸方向には移動せず、X−Z平面内で移動して撮影される、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
The two-direction shooting is a system in which the digital camera is moved in the XZ plane without moving in the Y-axis direction.
請求項1に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定システムにおいて、
前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをX軸方向には移動せず、Y−Z平面内で移動して撮影される、システム。
In the three-dimensional displacement measuring system using the digital camera according to claim 1,
In the imaging from the two directions, the digital camera is moved in the YZ plane without moving in the X-axis direction.
被測定物の表面の相対的に変位する箇所に夫々設置され、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルを使った、デジタルカメラを用いた三次元変位測定方法に於いて、
被測定物の表面に相対的に変位する箇所に夫々設置された、各々グリッド線が表示された2個の計測用パネルをデジタルカメラで二方向から撮影し、
前記デジタルカメラからの画像データを前記グリッド線に基づき画像処理し、更に角度補正して撮影角及び焦点距離を算出して、前記2個の計測用パネル間のX軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する方法であって、
前記X軸方向距離、Y軸方向距離、Z軸方向距離及び直線距離を算出する方法は、計測用パネルの演算点の間の距離xR,xL及び焦点距離Fから、演算点R1とL1の間のX軸方向距離x1、Z軸方向距離z1を演算により求め、Y軸方向距離yR,yLの平均値をy1として使用し、演算点R1とL1の間の直線距離は、r1=(x1 2 +y1 2 +z1 2 0.5 として求める、三次元変位測定方法
In a three-dimensional displacement measurement method using a digital camera using two measurement panels, each of which is installed at a relatively displaced location on the surface of the object to be measured, each displaying a grid line.
Photographed from two directions with a digital camera, two measurement panels, each displaying grid lines, installed at locations relatively displaced on the surface of the object to be measured,
The image data from the digital camera is image-processed based on the grid lines, further angle-corrected to calculate a shooting angle and a focal length, and an X-axis direction distance and a Y-axis direction distance between the two measurement panels. , A method for calculating a Z-axis direction distance and a straight-line distance,
The method of calculating the X-axis direction distance, the Y-axis direction distance, the Z-axis direction distance, and the linear distance is based on the distances xR and xL between the calculation points of the measurement panel and the focal length F between the calculation points R1 and L1. The X-axis direction distance x1 and the Z-axis direction distance z1 are obtained by calculation, the average value of the Y-axis direction distances yR and yL is used as y1, and the linear distance between the calculation points R1 and L1 is r1 = (x1 2 + Y1 2 + z1 2 ) A three-dimensional displacement measurement method obtained as 0.5 .
請求項9に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定方法に於いて、
前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをY軸方向には移動せず、X−Z平面内で移動して撮影される、三次元変位測定方法。
In the three-dimensional displacement measuring method using the digital camera according to claim 9,
The imaging from the two directions is a three-dimensional displacement measurement method in which the digital camera is moved in the XZ plane without moving in the Y-axis direction.
請求項9に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定方法に於いて、
前記二方向からの撮影は、前記デジタルカメラをX軸方向には移動せず、Y−Z平面内で移動して撮影される、三次元変位測定方法。
In the three-dimensional displacement measuring method using the digital camera according to claim 9,
The imaging from the two directions is a three-dimensional displacement measurement method in which the digital camera is moved in the YZ plane without moving in the X-axis direction.
コンピュータに、
請求項9〜11のいずれか一項に記載のデジタルカメラを用いた三次元変位測定方法を実行させるためのコンピュータプログラム。
On the computer,
The computer program for performing the three-dimensional displacement measuring method using the digital camera as described in any one of Claims 9-11.
請求項12に記載のコンピュータプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the computer program according to claim 12 is recorded.
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