JP6178127B2 - Building measuring apparatus and measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、建造物、特に家屋の屋根に太陽光パネルを設置するために屋根の大きさを計測する装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for measuring the size of a roof in order to install a solar panel on a building, particularly a roof of a house.
近年石油などの再生不可能なエネルギーに替えて、太陽光や太陽熱、水力、風力、バイオマス、地熱など、一度利用しても比較的短期間に再生が可能であり、資源が枯渇しないエネルギーが脚光を浴びてきている。 In recent years, instead of non-renewable energy such as oil, solar, solar heat, hydropower, wind power, biomass, geothermal heat, etc. can be regenerated in a relatively short time even if used once, and energy that does not deplete resources is highlighted. Has been bathing.
こうした自然エネルギーおいて特に太陽光を利用した発電に注目が集まっている。建造物の屋根などに太陽電池のモジュールを載置するものが一般的である。この太陽光モジュールには、屋根の上に設置する複数枚の太陽光パネルとこれらを電気的に結合する配線類とこれらを作動させる制御コンピュータとから成り立っている。 Among these natural energies, attention is focused on power generation using sunlight. Generally, a solar cell module is placed on the roof of a building. This solar module is composed of a plurality of solar panels installed on the roof, wirings that electrically couple them, and a control computer that operates them.
この中で特に屋根の上に載置される太陽光パネルはその枚数、形状などを屋根の大きさ、形状に合わせて決定する。通常は屋根の寸法を計測してこれに合わせてパネルを準備している。 In particular, the number and shape of solar panels placed on the roof are determined according to the size and shape of the roof. Usually, the dimensions of the roof are measured and panels are prepared accordingly.
ところがこうした屋根の計測については現状では実際に屋根に上って実計測をしたり、下から写真をとってその撮像を処理して大きさを推定する方法などがとられている。
特に屋根に上って実計測する方法は確実ではあるが高所でもあり危険が伴う。この場合にはある単位当たりの大きさの板を屋根に載せ屋根面との大きさを比較してその屋根の大きさを計算する方法が例えば、特許4152682号などで知られている。この方法では単位板を屋根の上に載せる際に危険が伴うため、特に急な斜面の屋根とか2階以上の屋根への載置は難しい。However, for the measurement of such a roof, there are currently methods such as actually going up the roof and actually measuring it, or taking a picture from below and processing the image to estimate the size.
In particular, the actual measurement method on the roof is reliable, but it is also high and dangerous. In this case, for example, Japanese Patent No. 4152682 discloses a method of calculating a size of a roof by placing a plate having a size per unit on the roof and comparing the size with the roof surface. In this method, there is a danger when the unit plate is placed on the roof, so that it is particularly difficult to place the unit plate on a roof with a steep slope or a roof of two or more floors.
このため、実際に屋根には上らず、地上から写真等で屋根を撮像してその画像を処理して計測する方法が知られている。この撮像方法では屋根全体を撮像するために、比較的遠くから、しかも下のほうから俯角する位置で撮像する。このため、画像に遠近ひずみが発生して正確には計測できないことが多い。このためこの遠近ひずみを補正する手段も講じられている。 For this reason, a method is known in which the roof is not actually climbed but is photographed from the ground with a photograph or the like, and the image is processed and measured. In this imaging method, in order to image the entire roof, imaging is performed from a relatively far distance and at a depression angle from the bottom. For this reason, perspective distortion often occurs in an image and cannot be measured accurately. For this reason, means for correcting this perspective distortion is also taken.
単一の画像に対するひずみ補正は多くの場合には見た目の違和感がないように補正する方法がある。これはホワイトボードなどの被写体を真正面からではなく側方から撮像したりすることが多い。こうして撮った写真は斜め方向から撮影した場合、文字等が斜め、または台形に歪む。もちろん、これらの文字の判読は可能である。しかし、判読できたとしても、読むには非常に疲れやすいものである。またこれらの画像は歪みをもっているので、この画像を再利用することも難しい。こうした不具合を解決するためこの公報での方法は被写体(ホワイトボード)の画像上の座標とカメラの焦点距離から縦横の辺の長さの比を求めて、本来の長方形を求める物である。その例として特許公開公報2005−122328号の方法が知られている。 In many cases, there is a method of correcting distortion so as not to make the appearance uncomfortable for a single image. This often involves imaging a subject such as a whiteboard from the side rather than from the front. When the photograph taken in this way is taken from an oblique direction, characters and the like are distorted obliquely or trapezoidally. Of course, these characters can be interpreted. However, even if it can be read, it is very tiring to read. Moreover, since these images have distortion, it is difficult to reuse these images. In order to solve these problems, the method in this publication is to obtain the original rectangle by obtaining the ratio of the length of the vertical and horizontal sides from the coordinates on the image of the subject (whiteboard) and the focal length of the camera. As an example, a method disclosed in Japanese Patent Publication No. 2005-122328 is known.
しかし上記の方法は被写体が長方形で四隅が直角であることを前提とした補正方法であり、等脚台形の屋根面で構成される寄棟造りや方行造りのような日本家屋の屋根の計測をする場合には、従来の補正方法では不可能であった。 However, the above method is a correction method based on the assumption that the subject is rectangular and the four corners are right-angled, and it measures the roof of a Japanese house such as a dormitory structure or a one-way structure composed of an isosceles trapezoidal roof surface. In this case, it was impossible with the conventional correction method.
そこで本発明は高所作業などの危険な作業をせず、しかも遠近ひずみを解消する補正処理を用いて、等脚台形形状を持つ屋根や建造物にも適合する新しい計測装置および方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a new measuring apparatus and method that does not perform dangerous work such as work at high places and that is also suitable for roofs and buildings having an isosceles trapezoidal shape, using correction processing that eliminates perspective distortion. Is.
上記課題を解決する請求項1に係る発明は所定の焦点距離を有する撮像手段とこの撮像手段を建造物の高さに相当する高所に保持する手段と前記撮像手段により撮影された建造物の等脚台形形状を表示する手段と表示された等脚台形形状の4頂点を特定しその座標を求める手段と前記等脚台形形状を含む平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離を特定する手段と前記4頂点の座標と前記焦点距離とから建造物の形状を求める手段と前記平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離により、建造物の大きさを求める手段からなる建造物の寸法を求める装置である。 The invention according to
請求項2に係る発明は、請求項1における計測装置において、所定の焦点距離を有する撮像手段は、撮影画像と撮影時の焦点距離データを出力する機能を持つことを必要とする。According to a second aspect of the present invention, in the measuring apparatus according to the first aspect, the imaging means having a predetermined focal length needs to have a function of outputting a captured image and focal length data at the time of capturing.
請求項3に係る発明は、請求項1における計測装置において、前記2点間の距離を特定する手段は、長さの特定された物差しを有し、前記撮像手段は、カメラと、パン&チルト装置と、リモートシャッタと、画像モニタを有し、前記保持手段はカメラを高所に取り付けるポールを有する。 According to a third aspect of the present invention, in the measurement apparatus according to the first aspect, the means for specifying the distance between the two points has a ruler with a specified length, and the imaging means includes a camera, pan and tilt The apparatus has a device, a remote shutter, and an image monitor, and the holding means has a pole for mounting the camera at a high place.
請求項4に係る発明は、請求項1における計測装置において、撮像手段から前記平面上の1点までの距離を特定する手段は、レーザー測距器と、レーザー測距器用リモートスイッチ、前記撮像手段とレーザー測距器との方向を同期して動かす共用ステイ機構付きパン&チルト装置とを有し、前記撮像手段は、カメラと、リモートシャッタと、画像モニタを有し、前記保持手段は共用ステイ機構を高所に取り付けるポールを有する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the measuring apparatus according to the first aspect, the means for specifying the distance from the imaging means to one point on the plane is a laser range finder, a laser range finder remote switch, and the imaging means. And a pan and tilt device with a shared stay mechanism that moves the direction of the laser range finder synchronously, the imaging means includes a camera, a remote shutter, and an image monitor, and the holding means is a shared stay. It has a pole to attach the mechanism to a high place.
請求項5に係わる発明は、請求項1における計測装置において、前記撮像手段の所定の焦点距離と等脚台形の2辺が平行していることと、両脚の長さが等しいこととの2条件から等脚台形オルソ形状を求めることである The invention according to
請求項6に係わる発明は、請求項1における計測装置において、前記建造物の大きさを求める手段は、等脚台形オルソ形状を求める手段により求められた等脚台形オルソ形状と、前記2点間距離、若しくは、撮像手段から建造物平面上の1点までの距離から前記建造物の大きさを求める手段を含むことである。 The invention according to claim 6 is the measuring apparatus according to
請求項1に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、等脚台形形状の特性条件を活用して寸法を求めている。本発明は、日本家屋の屋根の大半が、切妻屋根、片流れ屋根、寄棟屋根、方行屋根であり、これらの屋根がいずれも等脚台形形状を含むことから、日本式屋根の寸法を測るのに適している。 In the invention of the apparatus for obtaining the dimensions of the roof of the building according to
請求項1に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、撮像手段の撮影時の焦点距離データが必要とされる。従って、請求項2の発明では、撮像手段は撮影時の焦点距離データを出力し、本発明の寸法計算に使用している。 In the invention of the apparatus for determining the dimensions of the building roof or the like according to
請求項1に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、撮像手段が建造物の高さに保持される手段が必要とされる。従って、請求項3の発明では、ポールの上端にカメラとパン&チルト装置を保持することにより、地上から、高所の屋根を撮影できる。 In the invention of the apparatus for determining the dimensions of the building roof or the like according to
請求項3に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、屋根と、屋根の上に置いた長さが特定される物差しなどを撮影して、屋根の寸法を求めることができる。この場合、物差しなどは、屋根の上に投げ上げることで済み、危険な高所作業を必要とせず、屋根を計測することができる。また、ポールは、1本式、分割ポール式、伸縮式のいずれでも良い。 In the invention of the apparatus for obtaining the dimensions of the roof of the building according to the third aspect, the dimensions of the roof can be obtained by photographing the roof and a ruler that specifies the length placed on the roof. In this case, the ruler or the like can be thrown on the roof, and the roof can be measured without requiring dangerous work at high places. The pole may be any of a single type, a split pole type, and an extendable type.
請求項1に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、撮像手段から屋根までの距離データが必要とされる。従って、請求項4の発明では、ポールの上端にとレーザー測距器とパン&チルト装置を保持することにより、地上から、この距離データを計測できる。 In the invention of the apparatus for determining the dimensions of the building roof or the like according to
請求項4に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明では、撮像手段で屋根を撮影し、かつ、レーザー測距器で撮像手段と屋根までの距離を測ることにより、屋根の寸法を求めることができる。物差しのような比較対象物の設置すら必要でなく、危険な高所作業を必要とせずに屋根を計測することができる。 In the invention of the apparatus for obtaining the dimensions of the roof of the building according to claim 4, the roof dimensions are determined by photographing the roof with the imaging means and measuring the distance between the imaging means and the roof with a laser range finder. Can be sought. It is not necessary to install a comparative object such as a ruler, and the roof can be measured without requiring dangerous work at high places.
請求項1、2、4、5、6、7に係る建造物の屋根などの寸法を求める装置の発明において、写真測量技術では撮影画像に長さを示す対標を写し込む必要であるが、本発明では、撮像手段の焦点距離と、撮像手段から屋根までの距離と、等脚台形形状の特性条件から、対標を必要とせずに、寸法を求めることができる。 In the invention of the device for determining the dimensions of the roof of the building according to
請求項8に係る撮影画像をオルソ画像に補正する装置の発明では、屋根の寸法だけでなく、屋根全体の画像を表示することにより、屋根面上にある付属物などの把握ができる。 In the invention of the apparatus for correcting a photographed image according to
請求項9に係る建造物の屋根などの寸法を求める方法の発明では、等脚台形形状の特性条件を活用して寸法を求めている。本発明は、日本家屋の屋根の大半が、切妻屋根、片流れ屋根、寄棟屋根、方行屋根であり、これらの屋根がいずれも等脚台形形状を含むことから、日本式屋根の寸法を測る方法に適している。 In the invention of the method for obtaining the dimensions of the roof of the building according to
本発明の実施形態について以下、添付図面に沿って説明をする。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
建造物の計測装置の主な対象は、太陽光パネルを設置するための屋根である。図1は日本住宅の代表的な屋根である。これらの屋根の特徴として、図2に示すように、全体或いはその一部に、等脚台形、長方形、正方形を含んでいる。
すなわち、切妻屋根と片流れ屋根は長方形、寄棟屋根は等脚台形、方行屋根は三角形であるが、三角形の一部は等脚台形である。
等脚台形、長方形、正方形を簡易に計測できれば、日本の屋根のほとんどを計測できる。又、完全な異形の屋根においても、天窓など一部に等脚台形、長方形、正方形を含む場合には計測が可能である。The main object of building measuring devices is the roof for installing solar panels. Figure 1 shows a typical roof of a Japanese house. As a feature of these roofs, as shown in FIG. 2, the whole or a part thereof includes an isosceles trapezoid, a rectangle, and a square.
That is, the gable roof and the single-flow roof are rectangular, the dormitory roof is an isosceles trapezoid, and the direction roof is a triangle, but a part of the triangle is an isosceles trapezoid.
If you can easily measure isosceles trapezoids, rectangles, and squares, you can measure most of Japan's roofs. Even in a completely deformed roof, measurement is possible if a part of the skylight or the like includes an isosceles trapezoid, a rectangle, or a square.
図3は、建造物計測装置の撮像手段と距離特定手段を実行する高所撮像&計測システムの構成図である。高所撮像&計測システムは、カメラと、レーザー測距器と、カメラとレーザー測距器との方向を同期して動かす共用ステイ機構付きパン&チルト装置と、カメラ用リモートシャッタと、カメラ用画像モニタと、レーザー測距器用リモートスイッチを有し、前記保持手段はカメラとレーザー測距器を高所に取り付けるポールから構成される。
又、カメラとレーザー測距器を建造物の高さに相当する高所に保持する方法については、高所作業車の上で人が保持したり、或いは、小型ヘリコプターなどで保持しても良い。FIG. 3 is a configuration diagram of an altitude imaging & measuring system that executes the imaging unit and the distance specifying unit of the building measuring apparatus. The high-altitude imaging & measurement system includes a camera, a laser range finder, a pan and tilt device with a shared stay mechanism that moves the camera and laser range finder synchronously, a camera remote shutter, and a camera image. It has a monitor and a remote switch for the laser range finder, and the holding means comprises a pole for attaching the camera and the laser range finder to a high place.
As for the method of holding the camera and the laser range finder at a height corresponding to the height of the building, it may be held by a person on a work vehicle at a height or held by a small helicopter or the like. .
図4は、建造物計測装置において、カメラとレーザー測距器の向く方向の同期原理である。カメラとレーザー測距器は、共用ステイ機構に同じ向きに、上下又は左右に取り付けられ、更に、該共用ステイは、パン&チルト装置に取り付けられる。パン機構により共用ステイ機構が左右に回ると、カメラもレーザー測距器も常に同じ方向を向いて回る。チルト機構により共用ステイ機構が上下に傾くと、カメラもレーザー測距器も常に同じ角度で傾く。
該装置を使用すれば、カメラで屋根全体を撮影し、同時に、カメラから撮影された画像の中心までの距離をレーザー測距器で計測することができる。この場合、カメラとレーザー測距器の取り付け位置が上下に10cm程度離れており、厳密に言えば、カメラから撮影された画像の中心までの距離は真の距離とわずかに異なるが、近似値として認識し、計算を行う。FIG. 4 shows the synchronization principle of the direction in which the camera and the laser range finder face in the building measuring apparatus. The camera and the laser range finder are attached to the common stay mechanism in the same direction, vertically or horizontally, and the common stay is attached to the pan and tilt device. When the common stay mechanism rotates left and right due to the pan mechanism, the camera and laser rangefinder always turn in the same direction. When the common stay mechanism tilts up and down due to the tilt mechanism, the camera and laser rangefinder always tilt at the same angle.
If this apparatus is used, the entire roof can be photographed with a camera, and at the same time, the distance from the camera to the center of the photographed image can be measured with a laser range finder. In this case, the mounting position of the camera and the laser range finder is about 10 cm above and below, and strictly speaking, the distance from the camera to the center of the image taken is slightly different from the true distance, but as an approximate value Recognize and perform calculations.
高所撮像&計測システムでは、ポール先端に保持されたカメラの画像を、ポール手元に取り付けられたカメラ用画像モニタにより被写体の画角を確認し、同じく、ポール手元に取り付けられたカメラ用リモートシャッタにより屋根を撮影する。同時に、ポール手元に取り付けられたレーザー測距器用リモートスイッチにより、レーザーを照射し、距離を計測する。撮影画像データと撮影時の焦点距離は、撮像手段に付属するメモリに保存されたり、或いは、有線又は無線により、別の機器に保存される。 In an altitude imaging & measurement system, the camera image held at the tip of the pole is checked by the camera image monitor attached to the pole hand, and the camera remote shutter is also attached to the pole hand. Take a picture of the roof. At the same time, a laser rangefinder remote switch attached to the hand of the pole irradiates the laser and measures the distance. The photographed image data and the focal length at the time of photographing are stored in a memory attached to the imaging unit, or are stored in another device by wire or wireless.
撮像手段は、通常、2Dデジタルカメラが用いられるが、3Dデジタルカメラ、ビデオカメラの静止画撮像機能、タブレット型PC、ノート型PC、携帯電話機、フィルム型カメラなどでもよい。 As the imaging means, a 2D digital camera is usually used, but a 3D digital camera, a still image imaging function of a video camera, a tablet PC, a notebook PC, a mobile phone, a film camera, or the like may be used.
図7は、本発明の実施の形態における建造物計測装置に含まれる計測支援装置の概略図である。この計測支援装置は、撮像手段と、撮像手段に付随する通信手段とメモリカードと、レーザー測距器と、レーザー測距器に付随する通信手段とメモリカードと、CD−ROM&DVDドライブと、ハードディスクと、CPU(Central Proessing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、キーボード及びマウスと、ディスプレイと、プリンタで構成されている。 FIG. 7 is a schematic diagram of a measurement support apparatus included in the building measurement apparatus according to the embodiment of the present invention. The measurement support apparatus includes an imaging unit, a communication unit associated with the imaging unit, a memory card, a laser range finder, a communication unit associated with the laser range finder, a memory card, a CD-ROM & DVD drive, and a hard disk. , CPU (Central Prosessing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), keyboard and mouse, display, and printer.
前記の計測支援装置は、ハードディスクに格納された建造物計測プログラムを備え、該プログラムの実行においては、該プログラムがRAMに呼び出され、CPUにより計算が実行される。計算されたデータや処理された画像データなどはハードディスクに保存される。また、該プログラムは、直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、暗号化された形式のプログラム、圧縮処理された形式のプログラム等も含まれる。 The measurement support apparatus includes a building measurement program stored in a hard disk. In the execution of the program, the program is called into the RAM, and the calculation is executed by the CPU. The calculated data and processed image data are stored on the hard disk. The program includes not only a directly executable program, but also a source program format program, an encrypted format program, a compressed format program, and the like.
図7に示した該計測支援装置の記録媒体としては、メモリカード、ハードディスク、CD−ROM&DVD(Compact Disc Read Only Memory & Digital Versatile Disc)ドライブが接続されているが、その他の記録媒体であるMO(Magnetic Optical Disc)、MD(Mini Disc)、フロッピディスク、磁気テープ、カセットテープ、光カード、マスクROM、EPROM、EEPROM、フラッシュROMなどの半導体メモリ等も用いることができる。 As a recording medium of the measurement support apparatus shown in FIG. 7, a memory card, a hard disk, a CD-ROM & DVD (Compact Disc Read Only Memory & Digital Versatile Disc) drive is connected, but other recording medium MO ( A semiconductor memory such as a magnetic optical disc (MD), a MD (mini disc), a floppy disk, a magnetic tape, a cassette tape, an optical card, a mask ROM, an EPROM, an EEPROM, or a flash ROM can also be used.
図8は、建造物計測プログラムのフロー図である。まず、建造物計測プログラムをコンピュータで起動させる。ステップ1として、等脚台形形状を含んだ建造物の撮影画像をモニタに読み込み、画像上の等脚台形の4頂点を画面上で指定する。
ステップ2として、画像撮影時のレンズの焦点距離を入力する。次に撮影画像の確認をして、撮影した等脚台形形状に歪がない場合には処理をすることができない。但し、歪みがない場合とは、前記の建造物に含まれた等脚台形形状が、撮影画像上でも等脚台形になっている場合をいう。撮影した等脚台形形状に歪がある場合には、次項で述べる数式で処理できる。ステップ3として、平面上の2点間の距離、或いは、撮像手段から被写体である平面の1点までの距離を入力すると、数式3では、等脚台形のオルソ画像の形状が求められ、数式4では、該オルソ画像の大きさが求められる。次に、建造物計測プログラムは、数式5と6にて、等脚台形形状部分をオルソ画像化し、その結果、建造物が写っている撮影画像全体もオルソ画像化される。ステップ4で、改めて屋根形状の4頂点を指定することにより、屋根の形状を求めることができる。FIG. 8 is a flowchart of the building measurement program. First, the building measurement program is activated on the computer. As
In
建造物計測プログラムのフロー図の各プロセスについて説明する。
「画像上の等脚台形の4頂点を指定」プロセスでは、図9に示すように、撮像手段のレンズ位置を原点Oとし、撮像手段の向いている方向をZ軸、Z軸に垂直な面の水平方向がX軸、垂直方向がY軸という座標系に撮影画像データを表示する。該撮影画像データに写された等脚台形形状の頂点をそれぞれマウスで特定してクリックすると、頂点の座標値が自動的にメモリに保存される。
「レンズの焦点距離を入力」プロセスでは、画像撮影時の焦点距離データを読み込み、メモリに保存する。
「平面上の2点間の距離、または、カメラから平面上の1点への距離を入力」プロセスでは、どちらかのデータを読み込み、メモリに保存する。Each process of the flow chart of the building measurement program will be described.
In the “designate four vertices of an isosceles trapezoid on the image” process, as shown in FIG. 9, the lens position of the imaging means is the origin O, the direction the imaging means is facing is the Z axis, and the plane perpendicular to the Z axis The photographed image data is displayed in a coordinate system in which the horizontal direction is the X axis and the vertical direction is the Y axis. When the isosceles trapezoidal vertices captured in the captured image data are clicked with the mouse specified, the vertex coordinate values are automatically stored in the memory.
In the “input focal length of lens” process, focal length data at the time of image capturing is read and stored in a memory.
In the “input the distance between two points on the plane or the distance from the camera to one point on the plane” process, either data is read and stored in the memory.
「平面の式を計算し、等脚台形のオルソ形状を求める」プロセスでは、等脚台形を含む平面の傾きから等脚台形のオルソ形状を求めるため、本傾きを計算する方法について説明する。レンズの焦点距離をfとする。図10に示すように、屋根平面上の等脚台形形状を、線分R1R2と線分R3R4が平行である四角形R1R2R3R4とし、4点R1、R2、R3、R4が撮影画像上に投影された点をそれぞれP1、P2、P3、P4とする。4点P1、P2、P3、P4の座標を数式1のように定める。
3点P2、P3、P4を、それぞれ原点Oを始点としてλ2倍、λ3倍、λ4倍延長した点をP2’、P3’、P4’とする。3点P2’、P3’、P4’の座標は数式2のようになる。
四角形P1P2’P3’P4’が、屋根平面と平行な平面上にあり四角形R1R2R3R4と相似形となるようなλ2、λ3、λ4を求める。
まず、線分P1P2’と線分P3’P4’が平行となることから、λ2、λ3、λ4は数式3の条件を満たす。
次に、線分P1P4’と線分P2’P3’の長さが等しくなるためにλ2、λ3、λ4が満たすべき条件は数式4によって表される。
線分P1P2の中点と線分P3P4の中点を通りZ軸に平行な平面が原点Oを通る場合、数式4の左辺が0となる。この場合は屋根平面の傾きを求めることが出来ない。以下、4点P1、P2、P3、P4がこのような位置関係に無い場合について考える。
数式3によりλ2、(λ3/λ4)の値は定数として求まっているので、数式4はλ4についての2次方程式と見ることが出来る。方程式が重解を持つ場合は、この解により四角形P1P2’P3’P4’は長方形となる。方程式が異なる2つの解を持つ場合は、一方の解により四角形P1P2’P3’P4’は等脚台形となり、もう一方の解により四角形P1P2’P3’P4’は平行四辺形となる。この場合は、四角形P1P2’P3’P4’の形状が四角形R1R2R3R4の形状と同じである方の解をλ4の値として用いる。以上により、λ2、λ3、λ4の値が求まるので、四角形P1P2’P3’P4’の4頂点の座標が決まる。四角形P1P2’P3’P4’は屋根平面と平行な平面上にある四角形であるので、屋根平面の傾きが得られる。
以上の数式3、4により、屋根平面の傾きが自動計算され、メモリに保存される。In the process of “calculating a plane equation and obtaining an orthopedic shape of an isosceles trapezoid”, a method of calculating the tilt is described in order to obtain an orthopedic shape of an isosceles trapezoid from the tilt of the plane including the isosceles trapezoid. Let the focal length of the lens be f. As shown in FIG. 10, the isosceles trapezoidal shape on the roof plane is a quadrangle R1R2R3R4 in which the line segment R1R2 and the line segment R3R4 are parallel, and four points R1, R2, R3, R4 are projected on the captured image. Are P1, P2, P3, and P4, respectively. The coordinates of the four points P1, P2, P3, and P4 are determined as in
The points obtained by extending the three points P2, P3, and P4 by λ2, λ3, and λ4 starting from the origin O are defined as P2 ′, P3 ′, and P4 ′, respectively. The coordinates of the three points P2 ′, P3 ′, and P4 ′ are as shown in
Λ2, λ3, and λ4 are obtained such that the quadrangle P1P2′P3′P4 ′ is on a plane parallel to the roof plane and is similar to the quadrangle R1R2R3R4.
First, since the line segment P1P2 ′ and the line segment P3′P4 ′ are parallel, λ2, λ3, and λ4 satisfy the condition of
Next, since the lengths of the line segment P1P4 ′ and the line segment P2′P3 ′ are equal, the condition to be satisfied by λ2, λ3, and λ4 is expressed by Expression 4.
When a plane that passes through the midpoint of the line segment P1P2 and the midpoint of the line segment P3P4 and is parallel to the Z axis passes through the origin O, the left side of Equation 4 is zero. In this case, the inclination of the roof plane cannot be obtained. Hereinafter, a case where the four points P1, P2, P3, and P4 are not in such a positional relationship will be considered.
Since the values of λ2 and (λ3 / λ4) are obtained as constants according to
By the
次に、平面上の2点間の距離による「距離の式を計算し、等脚台形の大きさを求める」プロセスにおける、等脚台形の大きさを求める方法を説明する。図11に示すように、屋根平面上にあり長さが既知である線分の端点を点S1、点S2とし、点P1を通り屋根平面に平行な平面に点S1、S2を投影した点をそれぞれ点T1、点T2とする。線分S1S2と線分T1T2の比をsとすると、原点Oを始点として4点P1、P2’、P3’、P4’をそれぞれs倍延長した点が4点R1、R2、R3、R4と一致し、等脚台形形状R1R2R3R4の大きさが求まる。
上記の方法により求まった等脚台形形状の大きさデータをメモリに保存する。Next, a method for obtaining the size of the isosceles trapezoid in the process of “calculating the distance formula and obtaining the size of the isosceles trapezoid” according to the distance between two points on the plane will be described. As shown in FIG. 11, the end points of a line segment that is on the roof plane and whose length is known are point S1 and point S2, and points S1 and S2 are projected on a plane passing through point P1 and parallel to the roof plane. Let them be point T1 and point T2, respectively. If the ratio of the line segment S1S2 and the line segment T1T2 is s, the points obtained by extending the four points P1, P2 ′, P3 ′, and P4 ′ by s times from the origin O are the same as the four points R1, R2, R3, and R4. The size of the isosceles trapezoidal shape R1R2R3R4 is obtained.
The size data of the isosceles trapezoidal shape obtained by the above method is stored in the memory.
次に、カメラから平面上の1点への距離による「距離の式を計算し、等脚台形の大きさを求める」プロセスにおける、等脚台形の大きさを求める方法を説明する。図12に示すように、レーザー測距器により距離を測定した屋根平面上の点を点S、点P1を通り屋根平面に平行な平面に点Sを投影した点を点Tとする。線分OSと線分OTの比をsとすると、原点Oを始点として4点P1、P2’、P3’、P4’をそれぞれs倍延長した点が4点R1、R2、R3、R4と一致し、等脚台形形状R1R2R3R4の大きさが求まる。
上記の方法により求まった等脚台形形状の大きさデータをメモリに保存するNext, a method for obtaining the size of the isosceles trapezoid in the process of “calculating the distance formula and obtaining the size of the isosceles trapezoid” according to the distance from the camera to one point on the plane will be described. As shown in FIG. 12, a point on the roof plane whose distance has been measured by the laser range finder is a point S, and a point obtained by projecting the point S on a plane passing through the point P1 and parallel to the roof plane is a point T. Assuming that the ratio of the line segment OS to the line segment OT is s, four points P1, P2 ′, P3 ′, and P4 ′ starting from the origin O are extended by s times, and the points are the same as the four points R1, R2, R3, and R4. The size of the isosceles trapezoidal shape R1R2R3R4 is obtained.
Save the size data of the isosceles trapezoidal shape obtained by the above method in the memory
次に「全体画像のオルソ画像化」プロセスにより、等脚台形オルソ形状の4頂点の座標値から、撮像手段で撮影された画像を、オルソ画像に補正する方法について説明する。
前記の方法により、等脚台形形状R1R2R3R4の4つの頂点の座標を計算し、メモリに保存する。これらの頂点の座標から、線分R1R2の長さl、線分R3R4の長さu、等脚台形の高さhが求まる。オルソ画像を得るためには、オルソ画像上の等脚台形をなす4点Q1(−l/2,−h/2)、Q2(l/2,−h/2)、Q3(u/2,h/2)、Q4(−u/2,h/2)と、撮影画像上の4点P1、P2、P3、P4とを対応付けるような射影変換を求めればよい。
オルソ画像上の点(X,Y)に対応する撮影画像上の点(x、y)を与える射影変換は、一般に実数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8を用いて数式5のように表現される。
点Q1と点P1、点Q2と点P2、点Q3と点P3、点Q4と点P4がそれぞれ対応することから、a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8は数式6を満たす。
数式6の両辺に、左辺の正方行列の逆行列を左から掛けることにより、射影変換の係数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8が求まる。
オルソ画像の画素に対応する撮影画像の画素の座標を、数式5を用いて計算すると、座標が整数値になるとは限らない。従って、最近傍補間や線形補間のような補間処理により、オルソ画像の画素値を求める。Next, a description will be given of a method of correcting an image photographed by the imaging means to an ortho image from the coordinate values of the four vertices of the isosceles trapezoidal ortho shape by the process of “ortho-imaging the entire image”.
By the above method, the coordinates of the four vertices of the isosceles trapezoidal shape R1R2R3R4 are calculated and stored in the memory. From the coordinates of these vertices, the length l of the line segment R1R2, the length u of the line segment R3R4, and the height h of the isosceles trapezoid are obtained. In order to obtain an ortho image, four points Q1 (−l / 2, −h / 2), Q2 (l / 2, −h / 2), Q3 (u / 2) forming an isosceles trapezoid on the ortho image are obtained. h / 2), Q4 (−u / 2, h / 2) and projective transformation for associating the four points P1, P2, P3, and P4 on the captured image may be obtained.
The projective transformation that gives the point (x, y) on the captured image corresponding to the point (X, Y) on the ortho image is generally expressed by using real numbers a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8. It is expressed as 5.
Since point Q1 and point P1, point Q2 and point P2, point Q3 and point P3, and point Q4 and point P4 correspond to each other, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, and a8 satisfy Expression 6. .
By multiplying both sides of Equation 6 by the inverse matrix of the square matrix of the left side from the left, the projective transformation coefficients a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8 are obtained.
When the coordinates of the pixel of the photographed image corresponding to the pixel of the ortho image are calculated using
実施例1:等脚台形形状を持つ屋根に、2点間距離を測る物差しを置いて、屋根を撮影する方法について述べる。まず、屋根の中央部分に物差しを置く。次に、図3に示す高所撮像&計測システムを屋根正対位置の少し斜めに立て、手元にある撮像手段の画像モニタで確認しながら、パン&チルト装置で撮像手段の向きを変えながら、かつ、屋根全体が画角に入るようにこのシステムの位置を調整し、屋根全体を画角に入れ、カメラ用リモートシャッタにより撮影する。その撮影状況を図5に示す。 Example 1 A method for photographing a roof by placing a ruler for measuring the distance between two points on a roof having an isosceles trapezoidal shape will be described. First, put a ruler in the center of the roof. Next, the height imaging & measurement system shown in FIG. 3 is stood slightly diagonally at the roof facing position, while checking with the image monitor of the imaging means at hand, while changing the orientation of the imaging means with the pan & tilt device, In addition, the position of the system is adjusted so that the entire roof falls within the angle of view, the entire roof is placed within the angle of view, and the image is taken with the camera remote shutter. The shooting situation is shown in FIG.
実施例2:等脚台形形状を持つ屋根に、撮像手段から建造物平面上の1点との距離を測定する方法と、屋根を撮影する方法について述べる。
まず、図3に示す高所撮像&計測システムを屋根正対位置の少し斜めに立て、手元にある撮像手段の画像モニタで確認しながら、パン&チルト装置で撮像手段の向きを変えながら、かつ、屋根全体が画角に入るように該システムの位置を調整し、屋根全体を画角に入れ、カメラ用リモートシャッタにより撮影し、レーザー測距器用リモートスイッチで計測する。その撮影状況を図6に示す。Example 2: A method of measuring the distance from an imaging means to a point on a building plane on a roof having an isosceles trapezoidal shape and a method of photographing the roof will be described.
First, the height imaging & measurement system shown in FIG. 3 is slightly tilted with respect to the roof facing position, while checking on the image monitor of the imaging means at hand, while changing the orientation of the imaging means with the pan & tilt device, and The position of the system is adjusted so that the entire roof falls within the angle of view, the entire roof is brought into the angle of view, the image is taken with the camera remote shutter, and the measurement is performed with the remote switch for the laser range finder. The shooting situation is shown in FIG.
本発明は、等脚台形形状を持つ建造物や、建築物の一部である屋根、壁などの寸法を計測する計測支援装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a measurement support apparatus that measures the dimensions of a building having an isosceles trapezoidal shape, a roof that is a part of the building, a wall, and the like.
1:レーザー測距器
2:撮像手段
3:パン&チルト装置
4:撮像手段用画像モニタ
5:撮像手段用リモートシャッタ
6:レーザー測距器用リモートスイッチ
7:パン&チルト装置用コントローラ
8:パン&チルト装置用ケーブル
9:レーザー測距器用ケーブル
10:撮像手段リモートシャッタ用ケーブル
11:撮像手段画像モニタ用ケーブル
12:ポール1: Laser distance measuring device 2: Imaging means 3: Pan & tilt device 4: Image monitor for imaging means 5: Remote shutter for imaging means 6: Remote switch for laser distance measuring device 7: Controller for pan & tilt device 8: Pan & tilt device Tilt device cable 9: Laser distance measuring cable 10: Imaging means remote shutter cable 11: Imaging means Image monitoring cable 12: Pole
Claims (11)
所定の焦点距離を有する撮像手段と、
該撮像手段を建造物の高さに相当する高所に保持する保持手段と、
前記撮像手段により撮影された建造物の等脚台形形状を表示する手段と、
表示された等脚台形形状の4頂点を特定しその座標を求める手段と、
前記等脚台形形状を含む平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離を特定する手段と、
前記4頂点の座標と前記焦点距離とから建造物の形状を求める手段と、
前記平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離により、建造物の大きさを求める手段とからなることを特徴とする建造物の計測装置。In a measuring device for measuring a building having at least an isosceles trapezoidal part,
Imaging means having a predetermined focal length;
Holding means for holding the imaging means at a height corresponding to the height of the building;
Means for displaying an isosceles trapezoidal shape of a building photographed by the imaging means;
Means for determining the four vertices of the displayed isosceles trapezoidal shape and obtaining coordinates thereof;
Means for specifying a distance between two points on a plane including the isosceles trapezoidal shape, or a distance from an imaging means to one point on the plane;
Means for determining the shape of the building from the coordinates of the four vertices and the focal length;
An apparatus for measuring a building comprising: a unit for obtaining a size of a building from a distance between two points on the plane or a distance from an imaging unit to one point on the plane.
前記撮像手段を建造物の高さに相当する高所に保持し、
建造物の等脚台形形状部分を撮影し、表示手段に表示し、
表示された等脚台形形状の4頂点を特定しその座標を求め、
前記等脚台形形状を含む平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離を特定し、
前記4頂点の座標と前記焦点距離とから建造物の形状を求め、
前記平面上の2点間の距離、若しくは、撮像手段から前記平面上の1点までの距離により、建造物の大きさを求めることを特徴とする建造物の計測方法。In a method for measuring the size of a building having at least an isosceles trapezoidal portion by an imaging means having a predetermined focal length,
Holding the imaging means at a height corresponding to the height of the building;
Photograph the isosceles trapezoidal part of the building and display it on the display means.
Specify the four vertices of the displayed isosceles trapezoidal shape, find its coordinates,
Specify the distance between two points on the plane including the isosceles trapezoidal shape, or the distance from the imaging means to one point on the plane;
Find the shape of the building from the coordinates of the four vertices and the focal length,
A method for measuring a building, wherein the size of the building is obtained from a distance between two points on the plane or a distance from an imaging means to one point on the plane.
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