JP6061205B2 - Method and apparatus for constantly monitoring structural displacement - Google Patents

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Description

本発明は、道路橋などの構造物の変位監視箇所に複数個のターゲットを有し、これらのターゲットをカメラ等で撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて行う構造物相対変位の常時監視方法、構造物にGPSセンサを設置し、現場側装置の受信信号を用いて構造物全体の変位の常時監視方法及びその装置に関するものである。   The present invention has a plurality of targets at a displacement monitoring point of a structure such as a road bridge, and these structures are digitized by photographing these targets with a camera or the like, and the structure relative displacement is performed using the data. The present invention relates to a continuous monitoring method, a GPS sensor installed in a structure, and a constant monitoring method and apparatus for the displacement of the entire structure using a reception signal of a field side device.

従来からこの種の監視方法及び装置は、種々知られている(特許文献1,2、3)。
特許文献1には、複数個の標識がすべて一画像中に入るように計測対象区間の軌道の延在方向に対し斜め方向に光軸を向けて設置した電子式撮像手段によって軌道を斜め方から撮影するという技術が記載されている。また、標識を夜間照明すること、標識は全体が黒で、中央に白いパターンを描くことが記載されている。
Various monitoring methods and devices of this type have been known (Patent Documents 1, 2, and 3).
In Patent Document 1, the trajectory is tilted from an oblique direction by an electronic imaging means installed with the optical axis oriented obliquely with respect to the extending direction of the trajectory of the measurement target section so that a plurality of signs are all included in one image. The technique of photographing is described. It also describes that the sign is illuminated at night, and that the sign is entirely black and has a white pattern in the center.

特許文献2には、カメラ装置が動いた場合でもその移動による誤差分を求めて差し引くことにより精度の良い計測を行い得る技術が記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a technique that enables accurate measurement by obtaining and subtracting an error due to movement even when the camera device moves.

特許文献3には、複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置であって、画像処理部は、画像の複数の計測点から任意の1の計測点を基準点として選択し、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出し、先に撮影した座標値と後で撮影した座標値の変化量から基準点を選択し、任意の計測点の座標値の変化量が所定値より小さいと判断した場合、かかる計測点を基準点とするという技術が記載されている。   Patent Document 3 discloses a displacement measurement device that calculates a displacement amount at an arbitrary measurement point from images before and after displacement of a plurality of measurement objects, and the image processing unit is configured to select an arbitrary one from a plurality of measurement points of an image. Select a measurement point as a reference point, calculate the displacement of each measurement point based on the reference point, select the reference point from the previously captured coordinate value and the change amount of the coordinate value captured later, and perform any measurement A technique is described in which, when it is determined that the amount of change in the coordinate value of a point is smaller than a predetermined value, such a measurement point is used as a reference point.

特開2004−053374号公報JP 2004-053374 A 特開2007−240218号公報JP 2007-240218 A 特開2008−216158号公報JP 2008-216158 A

特許文献1に記載の発明は、軌道狂いを精密に計測するため、準備作業としてキャリブレーション作業を必要とし、また、複雑な3次元座標系の演算によらなければならない等の変位点を計測するための計算方法が極めて複雑である。
特許文献2に記載の発明は、カメラ装置の移動による誤差分を求めるのに極めて複雑な数式による演算を必要とする。
特許文献3に記載の発明は、1回目の撮影画像と2回目の撮影画像とを重ね合わせたときに計測される変位前の計測点の3次元座標と、変位後の計測点の3次元座標との差を求めることで計測点の変位量を算出しているが、3次元座標を求めるには、左側から撮影した第1画像と右側から撮影した第2画像とカメラの撮影位置と撮影方向の情報を必要とし、この方法も極めて複雑な機器と演算を必要とするという問題点があった。
The invention described in Patent Document 1 requires a calibration work as a preparatory work in order to accurately measure a trajectory error, and measures a displacement point that must be performed by a complicated three-dimensional coordinate system calculation. The calculation method for this is extremely complicated.
The invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 requires a calculation with an extremely complicated mathematical expression to obtain an error due to movement of the camera device.
In the invention described in Patent Document 3, the three-dimensional coordinates of the measurement point before displacement and the three-dimensional coordinates of the measurement point after displacement measured when the first photographed image and the second photographed image are superimposed. The amount of displacement of the measurement point is calculated by obtaining the difference between the first image and the three-dimensional coordinates. In order to obtain the three-dimensional coordinates, the first image taken from the left side, the second image taken from the right side, the shooting position and the shooting direction of the camera This method also has a problem in that this method requires extremely complicated equipment and computation.

本発明は、既設の道路管理用カメラ等のカメラを用い、シンプルな演算で構造物の相対変位の計測が可能で、また、ターゲット検出時のノイズによる影響を避け、しかも、高い精度で計測できる構造物変位の常時監視方法と装置を提供しようとするものである。   The present invention uses a camera such as an existing road management camera, can measure the relative displacement of a structure with a simple calculation, avoids the influence of noise at the time of target detection, and can measure with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for constantly monitoring structure displacement.

本発明は、シンプルなベクトル法により変位量を計測するもので、監視中にカメラが回転等してカメラの向きや、ズームの倍率が変わってしまっても、容易に補正して変位を計測できるようにしたことを特徴の1つとするものである。
本発明では、変位監視箇所には、複数個のターゲットを有する。そのターゲットは、道路の区画線のような自発光せずにすでに存在する構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよいが、外部の光によるノイズに強く、夜間でも撮影可能にするため、好ましくは、点滅して自発光するターゲットが望ましい。点滅するターゲットを利用する場合、点灯と消灯が同じ時間幅で、この点滅周期の半分よりやや短い周期で連続した少なくとも3枚の画像を撮影して、これらの画像の差分処理によりターゲットを検出する方法とする。
自発光のターゲットを用いる場合、ノイズカットするために赤外線発光ターゲットを採用し、カメラに赤外線通過フィルタを取り付けることも有効である。
構造物の変位による監視対象のターゲットが回転等すると、テンプレートマッチングの効果が悪くなるが、本発明では、円形のターゲットを採用し、ターゲットが回転した場合でも安定的に変位点を検出できるようにしている。
少なくとも2つの固定した基準用ターゲット間の距離よりも変位計測用ターゲットが離れていると、離れた距離に比例して、変位計測用ターゲットの推定座標の誤差が大きくなり、高い精度の相対変位計測が困難になるが、本発明では、テンプレートマッチング法のサブピクセル技術を採用し、高精度の相対変位計測を図っている。
本発明は、画像処理方法及び装置にGPSセンサを組み合わせることにより、橋桁などの一部の相対変位計測だけでは明確にとらえられない橋梁全体の移動などの変位も計測することができる。
The present invention measures displacement by a simple vector method, and even if the camera rotates or rotates during monitoring and the camera orientation and zoom magnification change, the displacement can be easily corrected and measured. This is one of the features.
In the present invention, the displacement monitoring location has a plurality of targets. The target may be one that can be identified by the unique shape and color of a structure that already exists without self-luminous, such as a road marking line, or one that is self-luminous and always lights without flashing. Although it is good, a target that flashes and emits light itself is desirable in order to be resistant to noise caused by external light and to be able to shoot at night. When using a blinking target, at least three images that are turned on and off in the same time width and with a period slightly shorter than half of the blinking period are taken, and the target is detected by differential processing of these images. The method.
In the case of using a self-luminous target, it is also effective to employ an infrared light emitting target for noise reduction and to attach an infrared transmission filter to the camera.
If the target to be monitored rotates due to the displacement of the structure, the effect of template matching will deteriorate. In the present invention, a circular target is adopted so that the displacement point can be detected stably even when the target rotates. ing.
If the displacement measurement target is farther than the distance between at least two fixed reference targets, the error in the estimated coordinates of the displacement measurement target increases in proportion to the distance, and relative displacement measurement with high accuracy is achieved. However, in the present invention, the sub-pixel technique of the template matching method is adopted to measure the relative displacement with high accuracy.
According to the present invention, by combining a GPS sensor with an image processing method and apparatus, it is possible to measure displacement such as movement of the entire bridge that cannot be clearly understood only by measuring some relative displacement such as a bridge girder.

請求項1記載の発明によれば、
変位の生じにくい箇所に少なくとも2個の基準となる基準用ターゲットを有し、変位監視箇所に少なくとも1個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法において、
前記カメラの画像から前記少なくとも2個のうちの特定の2個の基準用ターゲットと前記少なくとも1個のうちの特定の1個の変位計測用ターゲットのそれぞれの計測始めの座標を求めて初期設定する工程と、
前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの一方の基準用ターゲットの前記カメラの計測時の座標を、前記一方の基準用ターゲットの計測始めの座標になるように画像座標の平行移動を行い、平行移動後の前記一方の基準用ターゲットの座標に対する前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標と、前記特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標を求める工程と、
前記他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の前記相対座標と前記変位計測用ターゲットの計測始めの前記相対座標とに基づき前記変位計測用ターゲットの推定座標を求める工程と、
前記変位計測用ターゲットの前記推定座標と前記変位計測用ターゲットの計測時の前記相対座標に基づきこの変位計測用ターゲットの変位量を算出する工程と
を具備することを特徴とする構造物変位の常時監視方法
としたので、シンプルなベクトル法を用いた変位計測用ターゲットの相対変位量を算出して構造物相対変位を常時監視することができる。また、構造物の変位による変位計測用ターゲットが回転すると、非円形のターゲットを採用する場合は、ターゲットの回転角度を計測することができる。ただし、非円形のターゲットを採用する場合、テンプレートマッチングによるターゲット座標の検出効率が悪くなるが、本発明では、円形のターゲットを採用し、ターゲットの回転の影響を受けず、効率よくターゲットを検出できる。
According to invention of Claim 1,
At least two reference targets for reference are provided at locations where displacement is unlikely to occur, and at least one displacement measurement target is provided at the displacement monitoring location, and these targets are photographed with a camera to digitize the image. In the method of constantly monitoring the displacement of the structure to measure and constantly monitor the displacement of the displacement point using the data,
Initializing seeking each measurement start coordinates of the at least two particular said the two reference target of one of the at least one specific one of the displacement measurement target of the image of the camera Process,
The image coordinates are translated so that the coordinates of one of the two reference targets at the time of measurement by the camera of the reference target become the coordinates of the measurement start of the one reference target. The measurement start of the other reference target of the two specific reference targets with respect to the coordinate of the one reference target after the parallel movement, the relative coordinates at the time of measurement, and the one specific displacement measurement The process of obtaining the relative coordinates at the start of measurement of the target for measurement ,
A step of determining the estimated coordinates of the displacement measurement target on the basis of said relative coordinates of the measurement start the relative coordinates and the displacement measuring target during measurement and the measurement start of the target for the other reference,
A step of calculating a displacement amount of the displacement measurement target based on the estimated coordinates of the displacement measurement target and the relative coordinates at the time of measurement of the displacement measurement target. Since the monitoring method is adopted, the relative displacement of the structure can be constantly monitored by calculating the relative displacement amount of the displacement measurement target using a simple vector method. Further, when the displacement measurement target due to the displacement of the structure rotates, the rotation angle of the target can be measured when a non-circular target is employed. However, when a non-circular target is adopted, the target coordinate detection efficiency by template matching is deteriorated. However, in the present invention, a circular target is adopted, and the target can be efficiently detected without being affected by the rotation of the target. .

請求項4記載の発明によれば、
変位の生じにくい箇所に有する少なくとも2個の基準用ターゲットと、
変位監視箇所に有する少なくとも1個の変位計測用ターゲットと、
これらの基準用ターゲットと変位計測用ターゲットを撮影して常時監視するためのカメラと、
このカメラから送られてきた画像信号の画像処理部としてのコンピュータとを具備し、
このコンピュータを、
前記カメラの画像から前記少なくとも2個のうちの特定の2個の基準用ターゲットと前記少なくとも1個のうちの特定の1個の変位計測用ターゲットのそれぞれの計測始めの座標を求めて初期設定する手段、
前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの一方の基準用ターゲットの前記カメラでの計測時の座標を、前記一方の基準用ターゲットの計測始めの座標になるように画像座標の平行移動を行い、平行移動後の前記一方の基準用ターゲットの座標に対する前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標と、前記特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標を求める手段、
前記他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の前記相対座標と前記変位計測用ターゲットの計測始めの前記相対座標とに基づき前記変位計測用ターゲットの推定座標を求める手段、
前記変位計測用ターゲットの前記推定座標と前記変位計測用ターゲットの計測時の前記相対座標に基づきこの変位計測用ターゲットの変位量を算出する手段
として機能させるための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を具備したので、道路管理用カメラや光ファイバ通信網等の既存の装置を最大限利用でき、安価に、しかも、多くの箇所にて利用することができる。
According to invention of Claim 4,
At least two reference targets at locations where displacement is unlikely to occur;
At least one displacement measurement target at the displacement monitoring point;
A camera for photographing these reference targets and displacement measurement targets and constantly monitoring them,
A computer as an image processing unit for image signals sent from the camera,
This computer,
Initializing seeking each measurement start coordinates of the at least two particular said the two reference target of one of the at least one specific one of the displacement measurement target of the image of the camera means,
The image coordinates are translated so that the coordinates of one of the two reference targets at the time of measurement by the camera of the reference target become the coordinates of the measurement start of the one reference target. The measurement start of the other reference target of the two specific reference targets with respect to the coordinate of the one reference target after the parallel movement, the relative coordinates at the time of measurement, and the one specific displacement measurement Means for obtaining the relative coordinates at the start of measurement of the target for measurement ,
Means for obtaining an estimated coordinates of the displacement measurement target on the basis of said relative coordinates of the measurement start of the relative coordinates and the displacement measuring target during measurement and the measurement start of the target for the other reference,
A computer-readable recording recording a program for functioning as a means for calculating the amount of displacement of the displacement measurement target based on the estimated coordinates of the displacement measurement target and the relative coordinates at the time of measurement of the displacement measurement target Since the medium is provided, existing devices such as a road management camera and an optical fiber communication network can be used to the maximum, and can be used at a low cost and in many places.

請求項5記載の発明によれば、
前記ターゲットは、点灯と消灯が同じ時間幅で点滅するものであって、このターゲットの点滅周期をt1としたとき、サンプリング周期t2を0.5×t1<t2<1.0×t1の範囲内で連続して3枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低1組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行うようにしたので、屋外環境下での車の照明灯等、撮影に影響するノイズが多く存在しても、2枚の差分画像を同時に処理することにより、ターゲットの座標を確実に検出することができる。
According to invention of Claim 5,
The target is turned on and off in the same time width, and the sampling cycle t2 is within the range of 0.5 × t1 <t2 <1.0 × t1, where t1 is the blinking cycle of the target. By acquiring three images in succession, the difference images of the first and second sets, the second and third sets are obtained in these images, and these differences are obtained. Target coordinates are detected by using at least one set of lit and unlit images in the image, so there are many noises that affect shooting, such as car lights in outdoor environments. Even so, the coordinates of the target can be reliably detected by processing the two difference images simultaneously.

請求項記載の発明によれば、ターゲットに、赤外線発光するものを使用し、カメラに赤外線のみ透過するフィルタを取り付けた場合には、各種可視光のノイズをカットすることができ、ターゲットの座標を確実に検出することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, when a target that emits infrared rays is used as a target and a filter that transmits only infrared rays is attached to the camera, various visible light noises can be cut, and the coordinates of the target are obtained. Can be reliably detected.

請求項記載の発明によれば、ターゲットは、円形なものからなるので、自然界の存在が少なくターゲットとして特定し易く、また、設置時要件の影響を最小限とすることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, since the target is formed in a circular shape, the presence of the natural world is small and it is easy to identify the target, and the influence of the installation requirements can be minimized.

本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示す橋桁の側面図である。It is a side view of the bridge girder which shows one Example of the continuous monitoring method of the structure displacement by this invention, and its apparatus. 図1における平面図である。It is a top view in FIG. 橋桁の変位例を示すもので、(a)は、橋桁が横ずれした状態の平面図、(b)は、橋桁が縦ずれした状態の平面図、(c)は、橋桁が上下方向にずれた状態の側面図、(d)は、橋台背面の路面が陥没など起伏が発生した状態の側面図である。An example of the displacement of a bridge girder is shown. (A) is a plan view of a state where the bridge girder is laterally displaced, (b) is a plan view of a state where the bridge girder is displaced vertically, and (c) is a case where the bridge girder is displaced vertically. A side view of the state, (d) is a side view of a state in which the road surface on the back of the abutment has been undulated such as depression. (a)は、カメラの元の位置(回転等する前の位置)でのターゲットの座標の説明図、(b)は、カメラのズームや回転等に伴い基準点が変位したときのターゲットの座標の説明図である。(A) is explanatory drawing of the coordinate of the target in the original position (position before rotation etc.) of a camera, (b) is the coordinate of the target when a reference point is displaced with zooming, rotation, etc. of a camera. It is explanatory drawing of. ターゲットの座標から変位点の変位量を検出する説明図である。It is explanatory drawing which detects the displacement amount of a displacement point from the coordinate of a target. 本発明で使用されるターゲットの平面図である。It is a top view of the target used by this invention. (a)は、点滅ターゲットを利用した場合の入力画像から差分画像を形成する第1例の説明図、(b)は、入力画像から差分画像を形成する第2例の説明図である。(A) is explanatory drawing of the 1st example which forms a difference image from the input image at the time of using a blink target, (b) is explanatory drawing of the 2nd example which forms a difference image from an input image. 極座標と直交座標の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a polar coordinate and a rectangular coordinate. サブピクセル法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a subpixel method. 本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Example of the constant monitoring method and the apparatus of the structure displacement by this invention. 本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one Example of the continuous monitoring method of the structure displacement by this invention, and its apparatus.

本発明は、変位の生じにくい箇所に少なくとも2個の基準用ターゲット15aを有し、変位監視箇所に少なくとも1個の変位計測用ターゲット15bを有し、これらのターゲット15をカメラ14で撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法であり、その手順には、
前記カメラ14の画像から計測初めと計測時の基準用ターゲット15aと変位計測用ターゲット15bの座標を検出する工程と、
計測初めと計測時の前記基準用ターゲット15aの座標及び計測初めの変位計測用ターゲット15bの座標から変位計測用ターゲット15bの推定座標を求める工程と、
計測時の前記変位計測用ターゲット15bの推定座標と、計測時の前記カメラ14の画像検出した変位計測用ターゲット15bの座標とから変位計測用ターゲット15bの変位量を算出する工程と
を具備する。
The present invention has at least two reference targets 15a at locations where displacement is unlikely to occur, and has at least one displacement measurement target 15b at locations where displacement is monitored. It is a method of constantly monitoring the displacement of a structure to digitize the image and use the data to measure the displacement at the displacement point and constantly monitor it.
Detecting the coordinates of the reference target 15a and the displacement measurement target 15b at the beginning of measurement and at the time of measurement from the image of the camera 14;
Obtaining estimated coordinates of the displacement measurement target 15b from the coordinates of the reference target 15a at the beginning of measurement and the coordinates of the displacement measurement target 15b at the beginning of measurement;
Calculating the amount of displacement of the displacement measurement target 15b from the estimated coordinates of the displacement measurement target 15b at the time of measurement and the coordinates of the displacement measurement target 15b detected by the image of the camera 14 at the time of measurement.

ターゲット15は、光の反射の少ない、更に背面の光が透過できない遮光板21の中央に、発光するドーナツ型の自発光部19を形成し、自発光部19の中心部を円形の光吸収部20としたことを特徴とする。
また、ターゲット15は、点滅するものであって、このターゲット15の点滅周期をt1としたとき、一回計測の画像取り込みのサンプリング周期t2を0.5×t1<t2<1.0×t1の範囲内で連続して少なくとも3枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に各ターゲットの点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲット15の座標検出を行う。
The target 15 forms a donut-shaped self-light-emitting portion 19 that emits light at the center of the light-shielding plate 21 that reflects little light and cannot transmit light on the back surface, and the central portion of the self-light-emitting portion 19 is a circular light absorbing portion. It is characterized by being 20.
The target 15 blinks, and when the blinking cycle of the target 15 is t1, the sampling interval t2 of the one-time image capturing is 0.5 × t1 <t2 <1.0 × t1. By capturing at least three images in succession within the range, a difference image of each of the first and second sets, the second and third sets is obtained in these images, The coordinate detection of the target 15 is performed using the fact that the difference image includes the lit image and the unlit image of each target.

ターゲットは、道路の区画線のような自発光せずに構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよい。   The target may be a target that can be identified by a unique shape or color of the structure without self-light emission, such as a road marking line, or a target that is self-light-emitting and always lights without blinking.

図1及び図2は、道路橋などの構造物、例えば、橋桁12の変位監視を示す側面図と平面図であり、川などの両岸に、上端が道路面10と同一面となる橋台11を構築し、支承13を介して橋桁12を載せているものとする。橋桁12の両端部と橋台11との間には、通常、橋桁12の伸縮量を調整するための遊間16が設けられている。   1 and 2 are a side view and a plan view showing displacement monitoring of a structure such as a road bridge, for example, a bridge girder 12, and an abutment 11 whose upper end is flush with the road surface 10 on both banks of a river or the like. It is assumed that the bridge girder 12 is mounted via the support 13. Between the both ends of the bridge girder 12 and the abutment 11, a clearance 16 for adjusting the amount of expansion / contraction of the bridge girder 12 is usually provided.

このような構造物である橋桁12が地震、洪水、土砂崩れ等で変位しているかどうかを常時監視するためにカメラ14が設置されている。
本発明は、このような既設の道路管理用カメラ14を使用し、監視中にカメラ14の画角やズーム倍率が変位しても画像上で補正処理をして構造物変位を正しく計測して監視をする点に特徴を有している。このカメラ14は、構造物変位の常時監視という本発明の目的のための固定的な専用のカメラであってもよい。
A camera 14 is installed to constantly monitor whether or not the bridge girder 12 which is such a structure is displaced due to an earthquake, flood, landslide or the like.
The present invention uses such an existing road management camera 14 and corrects the structure displacement correctly by performing correction processing on the image even if the angle of view or zoom magnification of the camera 14 is displaced during monitoring. It is characterized by monitoring. This camera 14 may be a fixed dedicated camera for the purpose of the present invention of constantly monitoring structure displacement.

変位しないか、変位の生じにくい道路面10側に基準点となる基準用ターゲット15aを少なくとも2個を有する。この基準用ターゲット15aは、間隔が変わらないように固く取り付けることが望ましい。また、被計測物である橋桁12には、少なくとも1個の変位計測用ターゲット15bを設ける。
本発明は、前記基準用ターゲット15aの相互の間隔と標高が変位しないものとして、この基準用ターゲット15aに対する変位計測用ターゲット15bの変位を計測するものであり、この基準用ターゲット15aと変位計測用ターゲット15bは、図示例では一直線上に配置しているが、必ずしも一直線上に配置しなくともよい。
また、道路面10の起伏などを計測するために、橋台11のような安定した地点に基準用ターゲット15aを設け、変位し易い道路面10に変位計測用ターゲット15bを設けるようにしてもよい。
At least two reference targets 15a serving as reference points are provided on the side of the road surface 10 that is not displaced or hardly generates displacement. It is desirable that the reference target 15a is firmly attached so that the interval does not change. Further, at least one displacement measurement target 15b is provided on the bridge girder 12 which is a measurement object.
The present invention measures the displacement of the displacement measuring target 15b relative to the reference target 15a on the assumption that the mutual distance and altitude of the reference target 15a are not displaced, and the reference target 15a and the displacement measuring target are measured. Although the target 15b is arranged on a straight line in the illustrated example, the target 15b is not necessarily arranged on a straight line.
Further, in order to measure the undulation of the road surface 10, the reference target 15 a may be provided at a stable point such as the abutment 11, and the displacement measurement target 15 b may be provided on the road surface 10 that is easily displaced.

以上のような少なくとも2個の基準用ターゲット15aを基準点とし、少なくとも1個の変位計測用ターゲット15bの変位をカメラ14で撮影した画像を画像処理して計測する。変位には、図3(a)に示すような横ずれ17a、(b)に示すような縦ずれ17b、(c)に示すような段差17c、(d)に示すような起伏17dと、これらの複合した変位があり、これらの変位は、後述する方法及びその装置で計測する。   Using at least two reference targets 15a as described above as reference points, the displacement of at least one displacement measurement target 15b is image-processed and measured. The displacement includes a lateral displacement 17a as shown in FIG. 3A, a longitudinal displacement 17b as shown in FIG. 3B, a step 17c as shown in FIG. 3C, and a undulation 17d as shown in FIG. There are complex displacements, and these displacements are measured by the method and apparatus described later.

図1及び図2に示すように、被計測箇所には、少なくとも2個の基準用ターゲット15aと少なくとも1個の変位計測用ターゲット15bを有するとともにカメラ14が設置される。1台のカメラ14で、複数箇所のターゲット15を斜め方向から撮影することで、撮影された1枚の面画像から複数箇所のターゲット15における図3(a)(b)(c)(d)に示した2次元の変位として計測することができる。
カメラ14で撮影された画像データは、図10に示すように、道路管理用等として既設の光ファイバ通信網等25を利用して管理事務所等の主処理装置23へデータの送受信を行うことにより、維持管理費を大幅に削減できる。
また、図10において、現場側装置22を構成するカメラ14側の送信部24から画像信号を主処理装置23を構成する管理事務所側に送信することもできる。
受信したデータは、コンピュータ機能を有するカメラの画像処理部27へ送られる。このカメラの画像処理部27では、入力したターゲット信号のフィルタリング処理、点滅信号の処理、テンプレートマッチング処理、色・明るさの処理、これらの組み合わせ処理等が行われる。これらの処理された信号は、出力部28からメモリ29と表示装置30と警報装置31へ送られる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, at the location to be measured, at least two reference targets 15 a and at least one displacement measurement target 15 b are provided and a camera 14 is installed. 3 (a), (b), (c), and (d) in a plurality of targets 15 from one captured surface image by photographing a plurality of targets 15 from an oblique direction with a single camera. It can be measured as a two-dimensional displacement shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the image data taken by the camera 14 is transmitted and received to the main processing unit 23 such as a management office using an existing optical fiber communication network 25 for road management or the like. As a result, maintenance costs can be significantly reduced.
In FIG. 10, an image signal can be transmitted from the transmission unit 24 on the camera 14 side constituting the site side apparatus 22 to the management office side constituting the main processing apparatus 23.
The received data is sent to the image processing unit 27 of the camera having a computer function. The image processing unit 27 of the camera performs input target signal filtering processing, blinking signal processing, template matching processing, color / brightness processing, combination processing thereof, and the like. These processed signals are sent from the output unit 28 to the memory 29, the display device 30, and the alarm device 31.

前記カメラ等からなる現場側装置22の内部又は近傍には、GPSセンサ33が設置され、このGPS信号は、管理事務所などの主処理装置23の受信部26を経てGPSのデータ処理部32に送り、出力部28を経て表示装置30、メモリ29、警報装置31に結合しておくことにより、橋梁の地盤が動いたなど、ターゲット15の映像や演算で判別できないような構造物全体の変位を計測し、警報を発するようにしておくこともできる。   A GPS sensor 33 is installed in or near the on-site device 22 composed of the camera or the like, and this GPS signal is sent to the GPS data processing unit 32 via the receiving unit 26 of the main processing unit 23 such as a management office. By connecting to the display device 30, the memory 29, and the alarm device 31 via the feed and output unit 28, the displacement of the entire structure that cannot be discriminated by the image or calculation of the target 15, such as the ground of the bridge moving, etc. It is also possible to measure and issue an alarm.

図11に基づき、本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の作用を説明する。
(1)システムの初期設置時に、画像処理のための準備作業が行われる。
本発明の構造物変位の常時監視方法及びその装置による自動計測のため、以下の処理条件a)〜c)を設定する。
a)テンプレートの登録
サンプル画像を利用して、それぞれのターゲットのテンプレート画像を登録する。
b)サーチエリアの登録
サンプル画像を利用して、それぞれのターゲットの検索範囲を登録する。
c)画像処理用パラメータの調整
・ターゲットの変位量を計算するためのパラメータの設定等
Based on FIG. 11, the operation of the constant displacement monitoring method and apparatus according to the present invention will be described.
(1) Preparation work for image processing is performed at the initial installation of the system.
The following processing conditions a) to c) are set for automatic measurement by the structure displacement constant monitoring method and apparatus of the present invention.
a) Registration of template Using the sample image, the template image of each target is registered.
b) Registration of search area The search range of each target is registered using the sample image.
c) Adjustment of image processing parameters ・ Setting of parameters for calculating target displacement, etc.

(2)画像処理によるターゲットの座標の検出
本発明の構造物変位の常時監視方法及びその装置は、以下の手順で繰り返し実行する。
a1)ターゲットが道路の区画線のような自発光せずに構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等を使用する場合、以下の手順で実行する。
1枚の画像を読み込む。
取り込んだ画像を対象に、サーチエリアの画像の切り出しをする。
a2)これに対し、点滅ターゲットを使用する場合、以下の手順で実行する。
・連続する少なくとも3枚の画像を読み込む。
・3枚の画像の1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組の差分処理を行い、2枚の差分画像を表わす。
・2枚の差分画像を対象に、サーチエリアの画像の切り出しをする。
以下、点滅しないものと、点滅するものとが同じ手順となる。
(3)サーチエリアの画像を対象に、ターゲットの座標検出を行う。
屋外環境下でのターゲットの座標検出を確実に行うことが必須であり、本発明特有であるので、詳細は、後述する。
(4)次のサーチエリアがなくなるまで(2)(3)を繰り返す。
(5)ターゲットの座標検出状況を判定する。
(6)正しく検出された場合は、ターゲットの画像上の変位量を計算する。
開始時の初期画像のターゲット座標を計測初めのターゲット座標として、その後の画像から検出したターゲットの座標を計測時のターゲットの座標として、変位計測用ターゲットの変位量を求める。この工程は、本発明特有であり、詳細は、後述する。
(7)変位量は、警戒値を超えているかを判定する。
(8)警戒値を超えている場合は、警戒メッセージを出力する。
(9)(2)に戻り処理を繰り返す。
(2) Detection of target coordinates by image processing The method and apparatus for constantly monitoring structure displacement according to the present invention are repeatedly executed in the following procedure.
a1) When using a target that is not self-luminous, such as a road marking line, can be identified by the unique shape or color of the structure, or is self-luminous and always lights without flashing, etc. Follow the steps.
Read one image.
The search area image is cut out for the captured image.
a2) On the other hand, when a blinking target is used, the following procedure is executed.
-Read at least three consecutive images.
The difference processing of the first and second groups of the three images and the second and third groups are performed to represent the two difference images.
-The search area image is cut out for two difference images.
Hereinafter, the procedure that does not blink and the procedure that blinks are the same.
(3) Target coordinate detection is performed on the image in the search area.
Since it is essential to reliably detect the coordinates of the target in an outdoor environment and is specific to the present invention, details will be described later.
(4) Repeat (2) and (3) until there is no next search area.
(5) Determine the coordinate detection status of the target.
(6) When correctly detected, the amount of displacement on the target image is calculated.
Using the target coordinates of the initial image at the start as the target coordinates at the beginning of the measurement and the coordinates of the target detected from the subsequent images as the coordinates of the target at the time of measurement, the displacement amount of the target for displacement measurement is obtained. This step is unique to the present invention, and details will be described later.
(7) It is determined whether the displacement amount exceeds a warning value.
(8) If the warning value is exceeded, a warning message is output.
(9) Return to (2) and repeat the process.

道路管理用のカメラ14は、道路管理が主目的であるため、管理事務所からの指令により、カメラ等を回転等させて周囲の画像を撮影したり、画像拡大するためにズームしたりする。また、道路管理用のカメラ14には、プリセット機能(撮影場所、範囲等を予め、記憶させておく機能)を有するが、プリセット機能で同じ状況に戻す場合の精度は必ずしも高くない。画像上のターゲット15の座標は、カメラ14のズーム、回転角によって変化する。また、道路の振動等が原因で、カメラ14の回転角度等については変化する場合がある。   The road management camera 14 has a main purpose of road management, and therefore, in response to a command from the management office, the camera or the like is rotated to take a surrounding image or zoom to enlarge the image. In addition, the road management camera 14 has a preset function (a function for storing a shooting location, a range, and the like in advance), but the accuracy when returning to the same situation with the preset function is not necessarily high. The coordinates of the target 15 on the image vary depending on the zoom and rotation angle of the camera 14. Further, the rotation angle of the camera 14 may change due to road vibration or the like.

以上の点を考慮して図1及び図2に示すように、基準用ターゲット15a,変位計測用15bの1〜複数組を、1台のカメラ14の画像内に収まるようにターゲット15a,15bが設定される。
次にターゲット15a,15bの基準点の補正と変位量の計測を説明する。
図4(a)が補正前の画像であって、図4(b)が、カメラ14のズームや回転等による誤差が生じた画像であるとすると、これらの画像上における少なくとも2個の基準用ターゲット15aの物理位置が一定であるとの条件を利用することにより、カメラ14のズームや回転等による誤差を補正することが可能となる。
Considering the above points, as shown in FIGS. 1 and 2, the targets 15 a and 15 b are arranged so that one or a plurality of sets of the reference target 15 a and the displacement measurement 15 b fit within the image of one camera 14. Is set.
Next, the correction of the reference points of the targets 15a and 15b and the measurement of the displacement amount will be described.
4A is an image before correction, and FIG. 4B is an image in which an error due to zooming, rotation, or the like of the camera 14 occurs, at least two reference images on these images are used. By using the condition that the physical position of the target 15a is constant, it is possible to correct an error caused by zooming or rotation of the camera 14.

ターゲット15の画像座標からの変位量の計算について説明する。
カメラ14の撮影角度の変動、ズームの変化に対応するため、ターゲット15の変位計測には、複数のターゲット15を使用する。
図5において、基準用ターゲット15aのT10,T20間の物理位置は、一定であり、変位計測用ターゲット15bのT30の相対変位量を計測することにより、ターゲット15の相対変位量を計測する。
The calculation of the displacement amount from the image coordinates of the target 15 will be described.
A plurality of targets 15 are used for measuring the displacement of the target 15 in order to cope with a change in the shooting angle of the camera 14 and a change in zoom.
In FIG. 5, the physical position between T 10 and T 20 of the reference target 15a is constant, and the relative displacement amount of the target 15 is measured by measuring the relative displacement amount of T 30 of the displacement measurement target 15b. To do.

前記カメラ14の画像処理部27は、コンピュータそのものであり、このコンピュータを以下に示す各手段として機能させるための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を具備している。
具体的には、本発明は、前記カメラ14の画像処理部27としてのコンピュータを、
前記それぞれの基準用ターゲット15aと変位計測用ターゲット15bの計測始めの基準座標に対応する画像上の座標を初期設定する手段、
前記カメラ14の画像から基準用ターゲット15aの計測始めと計測時との相対極座標を求める手段、
前記基準用ターゲット15aの計測時の相対極座標から変位計測用ターゲット15bの推定極座標を求める手段、
計測時の前記カメラ14の画像から変位計測用ターゲット15bの相対極座標を求める手段、
計測時の前記基準用ターゲット15aの相対極座標から求めた変位計測用ターゲット15bの推定極座標と、計測時の前記カメラ14の画像から求めた変位計測用ターゲット15bの相対極座標とから変位計測用ターゲット15bの変位量を算出する手段、
として機能させる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を具備している。
The image processing unit 27 of the camera 14 is a computer itself, and includes a computer-readable recording medium that records a program for causing the computer to function as each unit described below.
Specifically, the present invention causes a computer as the image processing unit 27 of the camera 14,
Means for initially setting coordinates on an image corresponding to reference coordinates at the start of measurement of each of the reference targets 15a and the displacement measurement targets 15b;
Means for obtaining relative polar coordinates between the start of measurement of the reference target 15a and the time of measurement from the image of the camera 14;
Means for obtaining estimated polar coordinates of the displacement measurement target 15b from relative polar coordinates at the time of measurement of the reference target 15a;
Means for obtaining relative polar coordinates of the displacement measurement target 15b from the image of the camera 14 at the time of measurement;
The displacement measurement target 15b is determined from the estimated polar coordinates of the displacement measurement target 15b obtained from the relative polar coordinates of the reference target 15a at the time of measurement and the relative polar coordinates of the displacement measurement target 15b obtained from the image of the camera 14 at the time of measurement. Means for calculating the displacement amount of
A computer-readable recording medium that records a program that functions as a computer.

以上の手段によりターゲット15の極座標から変位量を計算する手順を以下に示す。
(1)各ターゲット15a,15bの計測初めの座標(T10(x10,y10),T20(x20,y20),T30(x30,y30))を初期設定値として登録する。
(2)処理対象画像の撮影までの間に、カメラ14の回転、ズーム等の変更が発生し計測初めと計測時の状態に誤差が生じたものとする。
(3)計測時の 11 の画像上の座標を(x11,y11)とし、(x11,y11)を(x10,y10)になるように画像座標の平行移動を行い、画像座標の平行移動後の計測時のT11,T21,T31の画像上の相対座標を(x10,y10),(x21,y21),(x31,y31)とする。
(4)T10とT20間を剛体で接続し、距離Rは一定で、T21のT11に対する計測初めの相対極座標と計測時の相対極座標は(R20,ρ20)(計測初めの座標)と(R21,ρ21)(計測時座標)とする。
(5)T30のT10に対する計測初めの相対極座標と計測時の相対極座標は(R30,ρ30)(計測初めの座標)と(R31,ρ31)(計測時座標)とする。
(6)T32は、計測時の画像上の推定極座標を(R32,ρ32)とすると、以下の式を利用して画像上の変位量を計算する。
The procedure for calculating the displacement amount from the polar coordinates of the target 15 by the above means will be described below.
(1) The initial coordinates (T 10 (x 10 , y 10 ), T 20 (x 20 , y 20 ), T 30 (x 30 , y 30 )) of each target 15a, 15b are registered as initial setting values. To do.
(2) It is assumed that an error has occurred between the beginning of measurement and the state at the time of measurement due to a change in the rotation of the camera 14, zooming, etc. before the processing target image is captured.
(3) The coordinates on the image of T 11 at the time of measurement are (x 11 , y 11 ), and the image coordinates are translated so that (x 11 , y 11 ) becomes (x 10 , y 10 ). The relative coordinates on the image of T 11 , T 21 , T 31 at the time of measurement after the parallel movement of the image coordinates are (x 10 , y 10 ), (x 21 , y 21 ), (x 31 , y 31 ). .
(4) T 10 and T 20 are connected by a rigid body, the distance R is constant, and the relative polar coordinates at the beginning of measurement with respect to T 11 of T 21 and the relative polar coordinates at the time of measurement are (R 20 , ρ 20 ) Coordinates) and (R 21 , ρ 21 ) (measurement coordinates).
(5) The relative polar coordinates at the beginning of measurement and the relative polar coordinates at the time of measurement of T 30 with respect to T 10 are (R 30 , ρ 30 ) (coordinates at the beginning of measurement) and (R 31 , ρ 31 ) (coordinates at the time of measurement).
(6) T 32 calculates the displacement amount on the image using the following formula, assuming that the estimated polar coordinates on the image at the time of measurement are (R 32 , ρ 32 ).

上記の条件で、
32=R30×(R21/R20
ρ32=ρ30+ρ21−ρ20
このため、 30 の画面上の推定変位量ΔxとΔyは下式で表せる。
Δx=R31×cosρ31−R32×cosρ32 式1
Δy=R31×sinρ31−R32×sinρ32 式2
になる。ここで、
20=√{(x20−x10+(y20−y10
ρ20=tan−1{(y20−y10)/(x20−x10)}
30=√{(x30−x10+(y30−y10
ρ30=tan−1{(y30−y10)/(x30−x10)}
21=√{(x21−x11+(y21−y11
ρ21=tan−1{(y21−y11)/(x21−x11)}
31=√{(x31−x11+(y31−y11
ρ31=tan−1{(y31−y11)/(x31−x11)}
である。
Under the above conditions,
R 32 = R 30 × (R 21 / R 20 )
ρ 32 = ρ 30 + ρ 21 −ρ 20
For this reason, the estimated displacement amounts Δx 3 and Δy 3 on the screen of T 30 can be expressed by the following equations.
Δx 3 = R 31 × cos ρ 31 −R 32 × cos ρ 32 Equation 1
Δy 3 = R 31 × sin ρ 31 −R 32 × sin ρ 32 Formula 2
become. here,
R 20 = √ {(x 20 −x 10 ) 2 + (y 20 −y 10 ) 2 }
ρ 20 = tan −1 {(y 20 −y 10 ) / (x 20 −x 10 )}
R 30 = √ {(x 30 −x 10 ) 2 + (y 30 −y 10 ) 2 }
ρ 30 = tan −1 {(y 30 −y 10 ) / (x 30 −x 10 )}
R 21 = √ {(x 21 −x 11 ) 2 + (y 21 −y 11 ) 2 }
ρ 21 = tan −1 {(y 21 −y 11 ) / (x 21 −x 11 )}
R 31 = √ {(x 31 −x 11 ) 2 + (y 31 −y 11 ) 2 }
ρ 31 = tan −1 {(y 31 −y 11 ) / (x 31 −x 11 )}
It is.

(7)T30の計測移動量ΔXとΔY とΔZ は下式で表せる。
ΔX=Δx×A+Δy×B 式3
ΔY=Δx×A+Δy×B 式4
ΔZ=Δx×A+Δy×B 式5
になる。ここで、A、B、A、B、A、Bは、初期設定時のT30の画像上の1ピクセルの各方向変位量/ピクセルの実測値になる。
(8)初期設定時の1ピクセルの変位量/ピクセルを図5に示した値をベースに実環境に合わせて調整した値とする。
(7) The measured movement amounts ΔX 3 , ΔY 3, and ΔZ 3 of T 30 can be expressed by the following equations.
ΔX 3 = Δx 3 × A x + Δy 3 × B x Formula 3
ΔY 3 = Δx 3 × A y + Δy 3 × B y Formula 4
ΔZ 3 = Δx 3 × A z + Δy 3 × B z Formula 5
become. Here, A X , B X , A y , B y , A z , and B z are actually measured values of the displacement / pixel in each direction of one pixel on the T 30 image at the initial setting.
(8) The displacement amount / pixel of one pixel at the initial setting is a value adjusted according to the actual environment based on the value shown in FIG.

図5に示す座標では、極座標による演算例を示したが、これに限られるものではなく、直交座標によることもできる。
図8は、極座標と直交座標の変換例を示すもので、座標点(x,y)は、極座標が(R,ρ)で表され、直交座標が(Rcosρ,Rsinρ)で表されるから、相互の座標が簡単に変換できる。
In the coordinates shown in FIG. 5, the calculation example using the polar coordinates is shown, but the present invention is not limited to this, and the coordinates may be based on the orthogonal coordinates.
FIG. 8 shows an example of conversion between polar coordinates and rectangular coordinates. Since the coordinate point (x, y) is represented by polar coordinates (R, ρ) and orthogonal coordinates are represented by (R cos ρ, R sin ρ). Mutual coordinates can be easily converted.

点滅ターゲット15の採用
屋外環境下では、車の照明灯など、撮影に影響するノイズが多く存在する。また、夜間では、ターゲット15が発光しない場合は、撮影画像から認識することができない。
この問題を解決するため、本発明では、点滅しているターゲット15の画像の差分データを利用してターゲット15の座標検出を行う。
実際の運用では、ターゲット15の点滅周期とカメラ14のサンプリング周期との間に同期処理を行っていない。さらに、両者の周期には、誤差がある。このため、画像のサンプリングタイミングにより、連続で取り込んだ画像は、同時に消灯か同時に点灯している場合があり、画像の差分処理では、ターゲット15を正しく検出することができない。
この問題を解決するため、カメラ14のサンプリングは、ターゲット15の点滅周期と異なる周期で連続して少なくとも3枚の画像を取り込む。具体的には、ターゲット15の点灯と消灯の時間幅が等しいものとし、カメラの撮影のサンプリング周期t2をターゲットの点滅周期t1の0.5×t1<t2<1.0×t1の範囲として、連続した少なくとも3枚の画像を取り込む。すると、これらの画像の中に、1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低1組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行う。
Adoption of the flashing target 15 In an outdoor environment, there are many noises that affect shooting, such as car lighting. Further, at night, when the target 15 does not emit light, it cannot be recognized from the captured image.
In order to solve this problem, in the present invention, the coordinate detection of the target 15 is performed using the difference data of the blinking image of the target 15.
In actual operation, no synchronization processing is performed between the blinking cycle of the target 15 and the sampling cycle of the camera 14. Furthermore, there is an error in both cycles. For this reason, depending on the sampling timing of the images, the continuously captured images may be turned off at the same time or turned on at the same time, and the target 15 cannot be detected correctly in the image difference processing.
In order to solve this problem, the sampling of the camera 14 captures at least three images continuously at a period different from the blinking period of the target 15. Specifically, it is assumed that the time widths of turning on and off of the target 15 are the same, and the sampling period t2 of shooting by the camera is set to a range of 0.5 × t1 <t2 <1.0 × t1 of the blinking period t1 of the target. Capture at least three consecutive images. Then, a differential image of each of the first and second sets, the second and third sets is obtained from these images, and at least one set of the lighting image and the non-lighting image is included in these difference images. The coordinates of the target are detected by using

図7(a)は、連続した少なくとも3枚の入力画像の1枚目と2枚目が点灯画像で、3枚目が消灯画像とすると、この図7(a)における1枚目と2枚目の組の差分は、消灯画像になり、2枚目と3枚目の組は、点灯画像になる。
図7(b)は、同様にして連続した少なくとも3枚の入力画像の1枚目が点灯画像で、2枚目と3枚目が消灯画像とすると、この図7(b)における1枚目と2枚目の組の差分は、点灯画像になり、2枚目と3枚目の組は、消灯画像になる。
このように2枚の差分画像を同時に処理することにより、ターゲット15の座標を確実に検出することができる。
FIG. 7A shows the first and second images in FIG. 7A when the first and second images of at least three consecutive input images are lit images and the third image is an unlit image. The difference between the sets of eyes is an unlit image, and the second and third sets are turned on images.
In FIG. 7B, when the first image of at least three consecutive input images is a lit image and the second and third images are unlit images, the first image in FIG. The difference between the second set and the second set is a lit image, and the second and third set is a non-lit image.
Thus, by processing two difference images simultaneously, the coordinates of the target 15 can be reliably detected.

前記ターゲット15は、以下の点を考慮して決定する。
(1)画像処理し易い形状であること。
・自然界に少ない形状を採用することにより、ターゲットの特定がしやすくなる。
・パターンマッチング法によるターゲットの検出の場合、ターゲットの回転等の設置時要件の影響を最小限にするため、円形であることが望ましい。
(2)ターゲットの検出精度の高い形状であること。
・サブピクセル単位で座標検出するため、検出対象のターゲットは、パターンが鮮明で、各方向のエッジが存在することが望ましい。
以上の点を考慮して、図6に示すように、四角な反射しない遮光板21の中央に、LED等の赤く発光するドーナツ型の自発光部19を形成し、自発光部19の中心部は、円形の光吸収部20とする。前記自発光部19の内周部と外周部には、黒色などの縁取りを入れる。
前記ターゲット15は、以上の例に限られず、赤以外に発光するもの、発光しないが反射率の高い材質を塗布したもの、点滅ではなく、常時発光するもの等であってもよい。
The target 15 is determined in consideration of the following points.
(1) A shape that allows easy image processing.
・ By adopting a few shapes in the natural world, it becomes easy to specify the target.
In the case of target detection by the pattern matching method, a circular shape is desirable in order to minimize the influence of installation requirements such as target rotation.
(2) A shape with high target detection accuracy.
-Since coordinates are detected in units of subpixels, it is desirable that the target to be detected has a clear pattern and edges in each direction.
Considering the above points, as shown in FIG. 6, a donut-shaped self-light-emitting portion 19 that emits red light, such as an LED, is formed in the center of a square non-reflective light-shielding plate 21. Is a circular light absorber 20. The inner periphery and the outer periphery of the self-light-emitting portion 19 are provided with a black border.
The target 15 is not limited to the above example, and may be one that emits light other than red, one that does not emit light but is coated with a highly reflective material, one that constantly emits light instead of blinking, and the like.

前記差分画像として取り込んだ2枚の画像は、公知のパターンマッチング法によるターゲット15の検出をすることで、ターゲット15が回転した場合でも安定的に検出することができる。
また、テンプレートマッチング法のサブピクセル技術を採用し、さらに高精度の変位計測をすることができる。これを図9に基づき説明する。
前記カメラ14の画像は、ピクセル単位であるが、対象物の座標を求めるとき、その検出精度は、1画素となる。
これに対し、正規化相関サーチでは、近傍の相関値を使用した計算により、座標の1ピクセル以下の値も出力することができる。以下に、2次曲線を利用した場合を例示するが、その他の関数を利用してもよい。
図9において、検出した相関値の最大点(P)のX方向の座標をxとし、その左右座標の相関値をPx−1,Px+1とすると、
x−1=A(x−1−B)+C
=A(x−B)+C
x+1=A(x+1−B)+C
となり、上の式から、2次曲線のピーク時のX方向の座標はBになり、Bは、以下の式で表される。
max=B=x+(Px+1−Px−1)/2(2P−Px−1−Px+1
The two images captured as the difference images can be detected stably even when the target 15 rotates by detecting the target 15 by a known pattern matching method.
In addition, the template matching method of sub-pixel technology can be used to measure displacement with higher accuracy. This will be described with reference to FIG.
The image of the camera 14 is in units of pixels, but when obtaining the coordinates of the object, the detection accuracy is one pixel.
On the other hand, in the normalized correlation search, a value of one pixel or less of coordinates can also be output by calculation using a nearby correlation value. Although the case where a quadratic curve is used is illustrated below, other functions may be used.
In FIG. 9, when the coordinate in the X direction of the maximum point (P x ) of the detected correlation value is x and the correlation values of the left and right coordinates are P x−1 and P x + 1 ,
P x-1 = A (x-1-B) 2 + C
P x = A (x−B) 2 + C
P x + 1 = A (x + 1−B) 2 + C
From the above formula, the coordinate in the X direction at the peak of the quadratic curve is B, and B is expressed by the following formula.
X max = B = x + ( P x + 1 -P x-1) / 2 (2P x -P x-1 -P x + 1)

変位監視箇所に設置した複数のターゲットは、外部の光によるノイズに強く、夜間でも撮影可能にするため、好ましくは、点滅して自発光するターゲットが望ましい。
しかし、ターゲットは、道路の区画線のような自発光せずにすでに存在する構造物の固有の形状や色彩で識別できるものであってもよいし、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよい。
The plurality of targets installed at the displacement monitoring point are preferably a target that flashes and emits light in order to be resistant to noise due to external light and to be able to shoot at night.
However, the target may be one that can be identified by the unique shape and color of the existing structure without self-luminous, such as a road marking line, or it is self-luminous and always lit without flashing It may be a thing to do.

前記実施例では、基準用ターゲット15aを2個、変位計測用ターゲット15bを1個としたので、変位計測用ターゲット15bの相対的な変位量を計測する。
しかし、これに限られるものではなく、変位計測用ターゲット15bを所定間隔をおいて2個設定することにより、2個の変位計測用ターゲット15b間を、2個の基準用ターゲット15aの距離に基づいて演算することで、相対変位量を検算することができ、より信頼性の高い計測ができる。
In the embodiment, since the reference target 15a is two and the displacement measurement target 15b is one, the relative displacement amount of the displacement measurement target 15b is measured.
However, the present invention is not limited to this, and by setting two displacement measurement targets 15b at a predetermined interval, the distance between the two displacement measurement targets 15b is based on the distance between the two reference targets 15a. By calculating the relative displacement, the relative displacement amount can be verified, and more reliable measurement can be performed.

10…道路面、11…橋台、12…橋桁、13…支承、14…カメラ、15…ターゲット、16…遊間、17…変位点、19…自発光部、20…光吸収部、21…遮光板、22…現場側装置、23…主処理装置、24…送信部、26…受信部、27…カメラの画像処理部、28…出力部、29…メモリ、30…表示装置、31…警報装置、32…GPSのデータ処理部、33…GPSセンサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Road surface, 11 ... Abutment, 12 ... Bridge girder, 13 ... Support, 14 ... Camera, 15 ... Target, 16 ... Spacing, 17 ... Displacement point, 19 ... Self-luminous part, 20 ... Light absorption part, 21 ... Light-shielding plate , 22 ... field side device, 23 ... main processing device, 24 ... transmitting unit, 26 ... receiving unit, 27 ... image processing unit of camera, 28 ... output unit, 29 ... memory, 30 ... display device, 31 ... alarm device, 32: GPS data processing unit, 33: GPS sensor.

Claims (8)

変位の生じにくい箇所に少なくとも2個の基準となる基準用ターゲットを有し、変位監視箇所に少なくとも1個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法において、
前記カメラの画像から前記少なくとも2個のうちの特定の2個の基準用ターゲットと前記少なくとも1個のうちの特定の1個の変位計測用ターゲットのそれぞれの計測始めの座標を求めて初期設定する工程と、
前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの一方の基準用ターゲットの前記カメラの計測時の座標を、前記一方の基準用ターゲットの計測始めの座標になるように画像座標の平行移動を行い、平行移動後の前記一方の基準用ターゲットの座標に対する前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標と、前記特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標を求める工程と、
前記他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の前記相対座標と前記変位計測用ターゲットの計測始めの前記相対座標とに基づき前記変位計測用ターゲットの推定座標を求める工程と、
前記変位計測用ターゲットの前記推定座標と前記変位計測用ターゲットの計測時の前記相対座標に基づきこの変位計測用ターゲットの変位量を算出する工程と
を具備することを特徴とする構造物変位の常時監視方法。
At least two reference targets for reference are provided at locations where displacement is unlikely to occur, and at least one displacement measurement target is provided at the displacement monitoring location, and these targets are photographed with a camera to digitize the image. In the method of constantly monitoring the displacement of the structure to measure and constantly monitor the displacement of the displacement point using the data,
Initializing seeking each measurement start coordinates of the at least two particular said the two reference target of one of the at least one specific one of the displacement measurement target of the image of the camera Process,
The image coordinates are translated so that the coordinates of one of the two reference targets at the time of measurement by the camera of the reference target become the coordinates of the measurement start of the one reference target. The measurement start of the other reference target of the two specific reference targets with respect to the coordinate of the one reference target after the parallel movement, the relative coordinates at the time of measurement, and the one specific displacement measurement The process of obtaining the relative coordinates at the start of measurement of the target for measurement ,
A step of determining the estimated coordinates of the displacement measurement target on the basis of said relative coordinates of the measurement start the relative coordinates and the displacement measuring target during measurement and the measurement start of the target for the other reference,
A step of calculating a displacement amount of the displacement measurement target based on the estimated coordinates of the displacement measurement target and the relative coordinates at the time of measurement of the displacement measurement target. Monitoring method.
前記ターゲットは、点灯と消灯が同じ時間幅で点滅するものであって、このターゲットの点滅周期をt1としたとき、サンプリング周期t2を0.5×t1<t2<1.0×t1の範囲内で連続して3枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低1組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の構造物変位の常時監視方法。The target is turned on and off in the same time width, and the sampling cycle t2 is within the range of 0.5 × t1 <t2 <1.0 × t1, where t1 is the blinking cycle of the target. By acquiring three images in succession, the difference images of the first and second sets, the second and third sets are obtained in these images, and these differences are obtained. 2. The method for constantly monitoring the displacement of a structure according to claim 1, wherein the coordinates of the target are detected by utilizing that the image includes at least one set of lighting image and light extinguishing image. 変位の生じにくい箇所に少なくとも2個の基準となる基準用ターゲットを有し、変位監視箇所に少なくとも1個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法において、
前記カメラの画像から前記少なくとも2個のうちの特定の2個の基準用ターゲットの計測始めの極座標(R10,ρ10)、(R20,ρ20)と前記少なくとも1個のうちの特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めの極座標(R30,ρ30)を求めて初期設定する工程と、
前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの一方の基準用ターゲットの前記カメラの計測時の極座標(R10,ρ10を、前記一方の基準用ターゲットの計測始めの極座標(R 11 ,ρ 11 )になるように画像座標の平行移動を行い、平行移動後の前記一方の基準用ターゲットの極座標(R 11 ,ρ 11 )に対する前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの他方の基準用ターゲットの計測始めの相対極座標(R 20 ,ρ 20 )と計測時の相対極座標(R 21 ,ρ 21 )と、前記特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めの相対極座標(R 30 ,ρ 30 )と計測時の相対極座標(R31,ρ31)を求める工程と、
前記他方の基準用ターゲットの計測始めの前記相対極座標(R 20 ,ρ 20 )と計測時の前記相対極座標(R 21 ,ρ 21 と前記変位計測用ターゲットの計測始めの前記相対極座標(R 30 ,ρ 30 )とに基づき前記変位計測用ターゲットの推定極座標(R32,ρ32)を次式から求める工程と、
32=R30×(R21/R20
ρ32=ρ30+ρ21−ρ20
前記変位計測用ターゲットの前記推定極座標(R32,ρ32)と前記変位計測用ターゲットの計測時の相対極座標(R 31 ,ρ 31 に基づきこの変位計測用ターゲットの変位量(Δx3,Δy)を次式から算出する工程と、
Δx=R31×cosρ31−R32×cosρ32
Δy=R31×sinρ31−R32×sinρ32
を具備することを特徴とする構造物変位の常時監視方法。
At least two reference targets for reference are provided at locations where displacement is unlikely to occur, and at least one displacement measurement target is provided at the displacement monitoring location, and these targets are photographed with a camera to digitize the image. In the method of constantly monitoring the displacement of the structure to measure and constantly monitor the displacement of the displacement point using the data,
The polar coordinates (R 10 , ρ 10 ) and (R 20 , ρ 20 ) at the start of measurement of the specific two of the at least two reference targets from the image of the camera and the specific of the at least one Obtaining and initial-setting polar coordinates (R 30 , ρ 30 ) at the beginning of measurement of one displacement measurement target;
Of the two specific reference targets, polar coordinates (R 10 , ρ 10 ) at the time of measurement of one reference target with the camera are used as polar coordinates (R 11 , ρ 11 ) is performed to translate the image coordinates, and the other reference of the two specific reference targets with respect to the polar coordinates (R 11 , ρ 11 ) of the one reference target after the translation is performed. Relative polar coordinates (R 20 , ρ 20 ) at the start of measurement of a target for measurement, relative polar coordinates (R 21 , ρ 21 ) at the time of measurement, and relative polar coordinates (R 30 , ρ 21 ) at the start of measurement of the one specific displacement measurement target ρ 30 ) and relative polar coordinates (R 31 , ρ 31 ) at the time of measurement ;
The relative polar coordinates (R 20 , ρ 20 ) at the start of measurement of the other reference target, the relative polar coordinates (R 21 , ρ 21 ) at the time of measurement, and the relative polar coordinates (R 30 at the start of measurement of the displacement measurement target ). , Ρ 30 ) to obtain the estimated polar coordinates (R 32 , ρ 32 ) of the displacement measurement target from the following equation:
R 32 = R 30 × (R 21 / R 20 )
ρ 32 = ρ 30 + ρ 21 −ρ 20
Based on the estimated polar coordinates (R 32 , ρ 32 ) of the displacement measurement target and the relative polar coordinates (R 31 , ρ 31 ) at the time of measurement of the displacement measurement target, the displacement amount (Δx 3, Δy of the displacement measurement target ) 3 ) calculating from the following equation:
Δx 3 = R 31 × cosρ 31 −R 32 × cosρ 32
Δy 3 = R 31 × sinρ 31 −R 32 × sinρ 32
A method for constantly monitoring a displacement of a structure, comprising:
変位の生じにくい箇所に有する少なくとも2個の基準用ターゲットと、
変位監視箇所に有する少なくとも1個の変位計測用ターゲットと、
これらの基準用ターゲットと変位計測用ターゲットを撮影して常時監視するためのカメラと、
このカメラから送られてきた画像信号の画像処理部としてのコンピュータとを具備し、
このコンピュータを、
前記カメラの画像から前記少なくとも2個のうちの特定の2個の基準用ターゲットと前記少なくとも1個のうちの特定の1個の変位計測用ターゲットのそれぞれの計測始めの座標を求めて初期設定する手段、
前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの一方の基準用ターゲットの前記カメラでの計測時の座標を、前記一方の基準用ターゲットの計測始めの座標になるように画像座標の平行移動を行い、平行移動後の前記一方の基準用ターゲットの座標に対する前記特定の2個の基準用ターゲットのうちの他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標と、前記特定の1個の変位計測用ターゲットの計測始めと計測時の相対座標を求める手段、
前記他方の基準用ターゲットの計測始めと計測時の前記相対座標と前記変位計測用ターゲットの計測始めの前記相対座標とに基づき前記変位計測用ターゲットの推定座標を求める手段、
前記変位計測用ターゲットの前記推定座標と前記変位計測用ターゲットの計測時の前記相対座標に基づきこの変位計測用ターゲットの変位量を算出する手段
として機能させるための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を具備したことを特徴とする構造物変位の常時監視装置。
At least two reference targets at locations where displacement is unlikely to occur;
At least one displacement measurement target at the displacement monitoring point;
A camera for photographing these reference targets and displacement measurement targets and constantly monitoring them,
A computer as an image processing unit for image signals sent from the camera,
This computer,
Initializing seeking each measurement start coordinates of the at least two particular said the two reference target of one of the at least one specific one of the displacement measurement target of the image of the camera means,
The image coordinates are translated so that the coordinates of one of the two reference targets at the time of measurement by the camera of the reference target become the coordinates of the measurement start of the one reference target. The measurement start of the other reference target of the two specific reference targets with respect to the coordinate of the one reference target after the parallel movement, the relative coordinates at the time of measurement, and the one specific displacement measurement Means for obtaining the relative coordinates at the start of measurement of the target for measurement ,
Means for obtaining an estimated coordinates of the displacement measurement target on the basis of said relative coordinates of the measurement start of the relative coordinates and the displacement measuring target during measurement and the measurement start of the target for the other reference,
A computer-readable recording recording a program for functioning as a means for calculating the amount of displacement of the displacement measurement target based on the estimated coordinates of the displacement measurement target and the relative coordinates at the time of measurement of the displacement measurement target A structure displacement monitoring device characterized by comprising a medium.
前記ターゲットは、点灯と消灯が同じ時間幅で点滅するものであって、このターゲットの点滅周期をt1としたとき、サンプリング周期t2を0.5×t1<t2<1.0×t1の範囲内で連続して3枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、1枚目と2枚目の組、2枚目と3枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低1組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行うようにしたことを特徴とする請求項4記載の構造物変位の常時監視装置。 The target is turned on and off in the same time width, and the sampling cycle t2 is within the range of 0.5 × t1 <t2 <1.0 × t1, where t1 is the blinking cycle of the target. By acquiring three images in succession, the difference images of the first and second sets, the second and third sets are obtained in these images, and these differences are obtained. 5. The apparatus for constantly monitoring a displacement of a structure according to claim 4, wherein the coordinates of the target are detected by using that the image includes at least one set of lighting image and non-lighting image. 画像処理部の出力側に結合された出力装置に、構造物に設置されたGPSセンサ出力を結合し、構造物全体の変位を計測可能にしたことを特徴とする請求項4又は5記載の構造物変位の常時監視装置。 An output device coupled to the output side of the image processing unit, combines the GPS sensor output installed in the structure, according to claim 4 or 5 further characterized in that the displacement of the entire structure was measurable structure A constant monitoring device for object displacement. ターゲットは、赤外線発光するものであり、カメラに赤外線透過フィルタを取り付けるようにしたことを特徴とする請求項5記載の構造物変位の常時監視装置。 6. The apparatus for constantly monitoring displacement of a structure according to claim 5 , wherein the target emits infrared light, and an infrared transmission filter is attached to the camera. ターゲットは、円形なものからなることを特徴とする請求項5記載の構造物変位の常時監視装置。
6. The structure displacement monitoring device according to claim 5 , wherein the target is circular.
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