JP6316240B2 - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像解析により被写体を測定する測定装置及び測定方法に関する。

コンクリート建造物において、コンクリート表面にひび割れが生じると、そのひび割れから水や汚れが建造物内部に浸透する。そして、その水や汚れが建造物内部の鉄筋にまで到達すると、その鉄筋が腐食して、建造物の耐久性が低下する。そのため、コンクリート建造物では、コンクリート表面を定期的に点検し、劣化した部分の補修や補強を行っている。この定期点検では、劣化部分の進行度を推定するために、コンクリート表面のひび割れ長の測定が重要となってくる。しかしながら、コンクリート建造物は、高所等に位置するケースが多く、実測によるひび割れ長の測定が困難な場合も少なくない。

そこで、遠隔にあるコンクリート建造物のひび割れ等の長さの測定を行う１つの手段として、カメラを用いて撮影したひび割れ等の被写体に対し画像解析を行うことによって、被写体の測定を行う手法が用いられている。このような画像解析による被写体の測定方法として、ステレオカメラを用いた手法が知られている（非特許文献１）。また、被写体付近にマーカを貼り付け、そのマーカを貼り付けた被写体をデジタルカメラで撮影し、その撮影画像から被写体の測定を行う手法も知られている（非特許文献２）。

古屋信幸、「組立ロボット用ステレオカメラによる３次元距離計測−カメラモデルとパラメータの幾何学的校正−」、精密工学会誌、Ｖｏｌ．６５(１９９９)、Ｎｏ．８、Ｐ．１１１６―１１２０ 佐野浩、後藤和夫、堀内宏信、大澤廣「マーカとデジタルカメラを利用したひび割れ計測システムの開発」、土と基礎、５２（６）、２２−２４、２００４年６月１日

しかしながら、ステレオカメラを用いた手法では、撮影装置が２台必要となり、作業の簡易性を損なってしまう、という問題があった。

また、マーカを貼り付けた被写体をデジタルカメラで撮影する方法においては、初回の測定時に、被写体付近にマーカを貼り付け、そのマーカ長を実測しなければならないため、作業の簡易性を損なってしまう、という問題があった。

本発明の目的は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、画像解析による被写体の測定を簡易的に行うことができる測定装置及び測定方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る測定装置は、撮影画像における被写体の実長を測定する測定装置であって、のぞき穴と、レーザ光を前記被写体がある面に対してそれぞれ照射する３つのレーザとを有する光点出力装置であって、該のぞき穴と該３つのレーザとの間の距離は、所定の距離であり、該３つのレーザは、該のぞき穴に対して横方向にそれぞれ位置する第１のレーザ及び第２のレーザと、該のぞき穴に対して該横方向に垂直な縦方向に位置する第３のレーザを含む、光点出力装置と、前記のぞき穴を通して、前記第１のレーザのレーザ光による前記面内の第１の光点と、前記第２のレーザのレーザ光による前記面内の第２の光点と、前記第３のレーザのレーザ光による前記面内の第３の光点と、前記被写体とが写り込んだ撮影画像を撮影するカメラ部と、既知の画素距離と、その既知の画素距離に対応付けられた既知の距離とを記憶する記憶部であって、該既知の画素距離は、前記撮影画像と同一倍率で撮影された画像の撮影中心点と該画像に写り込んだ所定の物体との間の画素距離であり、該既知の距離は、該画像を撮影した撮影位置と該所定の物体との間の距離である、記憶部と、前記撮影画像内の撮影中心点と前記撮影画像内の第１の光点との間の第１の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第２の光点との間の第２の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第３の光点との間の第３の画素距離とをそれぞれ算出し、さらに、前記撮影画像において前記被写体が占める画素を抽出する画像処理部と、被写体の実長を算出する演算処理部と、を備え、演算処理部は、前記記憶部に記憶されている前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第１の画素距離を用いて前記第１のレーザと前記面内の第１の光点との間の第１の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第２の画素距離とを用いて前記第２のレーザと前記面内の第２の光点との間の第２の距離を算出し、算出した該第１の距離と該第２の距離とを用いて前記のぞき穴と前記面内の撮影中心との間の第３の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第３の画素距離とを用いて前記第３のレーザと前記面内の第３の光点との間の第４の距離を算出し、前記第１の距離及び前記第２の距離と前記所定の距離とを用いて前記横方向に対する前記面の傾きを算出し、前記第３の距離及び前記第４の距離と前記所定の距離とを用いて前記縦方向に対する前記面の傾きを算出し、前記横方向に対する前記面の傾き及び前記縦方向に対する前記面の傾きを用いて前記被写体が占める各画素の画像分解能を算出し、該各画素の画像分解能を足し合わせて被写体の実長を算出する。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る測定方法は、撮影画像における被写体の実長を算出する測定方法であって、３つのレーザを前記被写体がある面に対して照射するステップであって、該３つのレーザは、のぞき穴に対して横方向にそれぞれ位置する第１のレーザ及び第２のレーザと、該のぞき穴に対して該横方向に垂直な縦方向に位置する第３のレーザを含み、該のぞき穴と該３つのレーザとの間の距離は所定の距離である、照射するステップと、前記のぞき穴を通して、前記第１のレーザのレーザ光による前記面内の第１の光点と、前記第２のレーザのレーザ光による前記面内の第２の光点と、前記第３のレーザのレーザ光による前記面内の第３の光点と、前記被写体とが写り込んだ撮影画像を撮影するステップと、前記撮影画像内の撮影中心点と前記撮影画像内の第１の光点との間の第１の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第２の光点との間の第２の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第３の光点との間の第３の画素距離とをそれぞれ算出するステップと、前記撮影画像において前記被写体が占める画素を抽出するステップと、既知の画素距離及び既知の距離と前記第１の画素距離を用いて前記第１のレーザと前記面内の第１の光点との間の第１の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第２の画素距離とを用いて前記第２のレーザと前記面内の第２の光点との間の第２の距離を算出し、算出した該第１の距離と該第２の距離とを用いて前記のぞき穴と前記面内の撮影中心との間の第３の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第３の画素距離とを用いて前記第３のレーザと前記面内の第３の光点との間の第４の距離を算出するステップであって、該既知の画素距離は、前記撮影画像と同一倍率で撮影された画像の撮影中心点と該画像に写り込んだ所定の物体との間の画素距離であり、該既知の距離は、該画像を撮影した撮影位置と該所定の物体との間の距離である、算出するステップと、前記第１の距離及び前記第２の距離と前記所定の距離とを用いて前記横方向に対する前記面の傾きを算出し、前記第３の距離及び前記第４の距離と前記所定の距離とを用いて前記縦方向に対する前記面の傾きを算出するステップであって、該所定の距離は、撮影中心軸と前記３つのレーザとの間のそれぞれの距離である、算出するステップと、前記横方向に対する前記面の傾き及び前記縦方向に対する前記面の傾きを用いて前記被写体が占める各画素の画像分解能を算出し、該各画素の画像分解能を足し合わせて被写体の実長を算出するステップと、を含む。

本発明に係る測定装置及び測定方法によれば、画像解析による被写体の測定を簡易的に行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。 照射するレーザ光が１つである場合の壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。 図３に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。 照射するレーザ光が２つである場合の壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。 図５に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す図である。 光点出力装置の一例を示す平面図である。 壁面に光点出力装置を正対させて撮影した場合の撮影画像の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。 壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。 図１１に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。 壁面の傾きを算出する方法の一例を示す図である。 撮影画像における各画素の画像分解能を算出する方法の一例を示す図である。 撮影画像におけるひび割れ部分の一例を示す図である。 実際の測定時の撮影画像の一例を示す図である。 のぞき穴とレーザの配置関係の他の例を示す図である（その１）。 のぞき穴とレーザの配置関係の他の例を示す図である（その２）。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、コンクリート壁面のひび割れを被写体として撮影し、そのひび割れの実長を測定するものとして説明する。コンクリート壁面のひび割れは被写体の一例であって、被写体はこれに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す図である。測定装置１００は、レーザ部１０１と、カメラ部１０２と、画像処理部１０３と、演算処理部１０４とを備える。測定装置１００では、レーザ部１０１によってコンクリート壁面に１つ又は２つのレーザ光を照射することで、ひび割れの実長を測定する。なお、以下では、測定装置１００は、コンクリート壁面に正対して配置されているものとする。

レーザ部１０１は、ひび割れがあるコンクリート壁面に対し、レーザ光を垂直に照射する。具体的には、レーザ部１０１は、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が１つである場合、レーザ光を、カメラ部１０２の撮影中心軸とそのレーザ光との間の距離が所定の距離Ｒとなるように照射する。また、レーザ部１０１は、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が２つである場合、２つのレーザ光を、その２つのレーザ光間の距離が所定の距離Ｒとなるように照射する。

カメラ部１０２は、例えばデジタルカメラであり、ひび割れがあるコンクリート壁面を撮影し、その撮影画像を画像処理部１０３に出力する。撮影画像には、コンクリート壁面のひび割れと、レーザ部１０１が照射するレーザ光によるコンクリート壁面内のレーザ照射点（以下「光点」という）とが写り込むようにする。

画像処理部１０３は、カメラ部１０２から取得した撮影画像において、画像解析を行う。具体的には、画像処理部１０３は、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が１つである場合、撮影画像内の撮影中心点とそのレーザ光による光点との間の画素距離Ｇａを算出する。また、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が２つである場合、その２つのレーザ光による２つの光点間の画素距離Ｇｂを算出する。画素距離とは、画素（ｐｉｘｅｌ）数によって表される距離である。画像処理部１０３は、算出した画素距離Ｇａ，Ｇｂを、演算処理部１０４に出力する。さらに、画像処理部１０３は、撮影画像においてひび割れ部分が占める画素数を抽出する。

演算処理部１０４は、所定の距離Ｒと、画像処理部１０３から取得した画素距離Ｇａ，Ｇｂとを用いて、画像分解能を算出する。画像分解能とは、１画素あたりの被写体の実サイズであり、被写体の実サイズ（ｍｍ）をその被写体が占める画素数で割ることにより求められる。具体的には、演算処理部１０４は、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が１つである場合、カメラ部１０２の撮影中心軸とレーザ光との間の距離Ｒと、画像処理部１０３が算出した撮影画像内の撮影中心点と光点との間の画素距離Ｇａとを用いて、画像分解能を算出する。この場合、画像分解能は、画像分解能ｍｐｐ＝Ｒ／Ｇａ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］となる。また、コンクリート壁面に対し照射するレーザ光が２つである場合、その２つのレーザ光間の距離Ｒと、画像処理部１０３が算出した撮影画像内の２つの光点間の画素距離Ｇｂとを用いて、画像分解能を算出する。この場合、画像分解能は、画像分解能ｍｐｐ＝Ｒ／Ｇｂ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］となる。そして、演算処理部１０４は、算出した画像分解能を用いて、ひび割れの実長を算出する。具体的には、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素数に、算出した画像分解能を乗算することによって、ひび割れの実長を算出する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る測定方法を説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、レーザ部１０１は、ひび割れがある壁面に対して１つ又は２つのレーザ光を垂直に照射し（ステップＳ１０１）、カメラ部１０２は、そのレーザ光による光点とひび割れとが写り込むようにコンクリート壁面を撮影し（ステップＳ１０２）、その撮影画像を画像処理部１０３に出力する。その後、画像処理部１０３は、撮影画像内の撮影中心点と光点との間の画素距離Ｇａ（照射するレーザ光が１つである場合）又は撮影画像内の２つの光点間の画素距離Ｇｂ（照射するレーザ光が２つである場合）を算出し（ステップＳ１０３）、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が算出した画素距離Ｇａ又はＧｂから画像分解能を算出する（ステップＳ１０４）。一方、画像処理部１０３は、撮影画像においてひび割れ部分が占める画素数を抽出する（ステップＳ１０５）。そして、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素数に、算出した画像分解能を乗算し、ひび割れの実長を算出する（ステップＳ１０６）。以下、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を、照射するレーザ光が１つである場合と、照射するレーザ光が２つである場合とについて、図面を用いて説明する。

（照射するレーザ光が１つである場合）
図３は、照射するレーザ光が１つである場合の壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。壁面２０は、測定対象のひび割れがあるコンクリート壁面である。測定装置１００は、壁面２０に正対するように配置される。レーザ部１０１は、１つのレーザ１０１ａを有する。レーザ１０１ａは、カメラ部１０２のカメラレンズの中心軸（撮影中心軸）との距離が、所定の距離Ｒとなるように配置される。また、レーザ１０１ａは、壁面２０に対し、レーザ光を垂直に照射する。ここで、壁面２０において、カメラレンズの中心軸と壁面２０との交点を撮影中心点２１とし、レーザ光と壁面２０との交点を光点２２とする。カメラ部１０２は、測定対象となるひび割れと伴に、撮影中心点２１と光点２２とが写り込むように、壁面２０を撮影する。次に、この測定条件で撮影された撮影画像を説明する。

図４は、図３に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。撮影画像３０には、図示しないひび割れと、撮影中心点３１及び光点３２とが写し込まれている。図４に示す撮影中心点３１は、図３に示す撮影中心点２１に対応し、図４に示す光点３２は、図３に示す光点２２に対応する。画像処理部１０３は、撮影画像３０内の撮影中心点３１と光点３２との間の画素距離Ｇａを算出する。その後、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が算出した画素距離Ｇａ及び所定の距離Ｒを用いて、画像分解能を算出する。画像分解能は、画像分解能ｍｐｐ＝Ｒ／Ｇａ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］と算出される。一方、画像処理部１０３は、撮影画像３０において図示しないひび割れ部分が占める画素数を抽出する。そして、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素数に、算出した画像分解能を乗算して、ひび割れの実長を算出する。

このように、演算処理部１０４は、撮影中心軸とレーザ光との間の距離Ｒと、撮影画像３０内の撮影中心点３１と光点３２との間の画素距離Ｇａとを用いて、画像分解能を算出し、その画像分解能を用いて、撮影画像からひび割れの実長を算出する。これにより、測定装置１００以外の装置を用いなくてもよいため、ひび割れの実長の測定を、簡易的に行うことができる。

（照射するレーザ光が２つである場合）
図５は、照射するレーザ光が２つである場合の壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。壁面２０は、測定対象のひび割れがあるコンクリート壁面である。測定装置１００は、壁面に正対するように配置される。レーザ部１０１は、２つのレーザ１０１ｂ，１０１ｃを有する。これら２つのレーザ１０１ｂ，１０１ｃは、その２つのレーザ１０１ｂ，１０１ｃ間の距離が、所定の距離Ｒとなるように配置される。レーザ１０１ｂ，１０１ｃは、壁面２０に対し、それぞれレーザ光を垂直に照射する。ここで、壁面２０において、レーザ１０１ｂによるレーザ光と壁面２０との交点を光点２３とし、レーザ１０１ｃによるレーザ光と壁面２０との交点を光点２４とする。カメラ部１０２は、測定対象となるひび割れと伴に、２つの光点２３，２４が写り込むように壁面２０を撮影する。次に、この測定条件で撮影された撮影画像を説明する。

図６は、図５に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。撮影画像３３には、図示しないひび割れと、２つの光点３４，３５とが写し込まれている。図６に示す光点３４は、図５に示す光点２３に対応し、図６に示す光点３５は、図５に示す光点２４に対応する。画像処理部１０３は、撮影画像３３内の２つの光点３４，３５間の画素距離Ｇｂを算出する。その後、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が算出した画素距離Ｇｂ及び所定の距離Ｒを用いて、画像分解能を算出する。画像分解能は、画像分解能ｍｐｐ＝Ｒ／Ｇｂ［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］と算出される。一方、画像処理部１０３は、撮影画像３３において図示しないひび割れ部分が占める画素数を抽出する。そして、演算処理部１０４は、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素数に、算出した画像分解能を乗算して、ひび割れの実長を算出する。

このように、演算処理部１０４は、２つのレーザ光間の距離Ｒと、撮影画像３３内の２つの光点３４，３５間の画素距離Ｇｂとを用いて、画像分解能を算出し、その画像分解能を用いて、撮影画像からひび割れの実長を算出する。これにより、測定装置１００以外の装置を用いなくてもよいため、ひび割れの実長の測定を、簡易的に行うことができる。

さらに、照射するレーザ光が２つの場合は、カメラ部１０２に対しレーザ部１０１の配置がずれても、２つのレーザ光は同じレーザ部１０１から照射されているため、２つのレーザ光間の距離Ｒに誤差が生じることがない。これにより、照射するレーザ光が２つである場合は、ひび割れの実長の測定を精度よく行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る測定装置及び測定方法では、測定装置がひび割れのあるコンクリート壁面に正対してない場合であっても、ひび割れの実長を測定することができる。以下、第２の実施形態に係る測定装置及び測定方法を説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す図である。図７に示す構成要素で図１に示す構成要素と同様のものは、同一符号を付し、その説明を省略する。

測定装置１００ａは、光点出力装置１１０と、カメラ部１０２と、画像処理部１０３と、演算処理部１０４と、記憶部１０５とを備える。

光点出力装置１１０は、のぞき穴１１１と、レーザ１１２，１１３，１１４とを有する。なお、図７において、レーザ１１３，１１４の図示は省略されている。光点出力装置１１０について具体的に説明する。図８に光点出力装置におけるレーザ１１２〜１１４の配置の一例を示す。

のぞき穴１１１は、撮影用ののぞき穴である。被写体の撮影時には、のぞき穴１１１の位置に、カメラ部１０２のカメラレンズを位置させる。そして、カメラ部１０２は、のぞき穴１１１を通して、被写体を撮影する。

レーザ１１２〜１１４は、ひび割れがあるコンクリート壁面に対し、それぞれ、レーザ光を照射する。レーザ１１２〜１１４は、それぞれ、のぞき穴１１１からの距離が所定の距離Ｒとなるように配置される。また、図８に示すように、レーザ１１２〜１１４は、レーザ１１３とレーザ１１４とを結ぶ線分と、のぞき穴１１１とレーザ１１２とを結ぶ線分が垂直に交わるように、のぞき穴１１１を中心にＴ字状に配置される。なお以下では、図８に示すように、レーザ１１３からレーザ１１４への方向をｘ軸方向、レーザ１１２からのぞき穴１１１への方向をｙ軸方向、光点出力装置１１０に対して垂直方向をｚ軸方向とする。レーザ１１２〜１１４は、図８に示すｚ軸の方向に、レーザ光をそれぞれ照射する。

ここで、壁面に光点出力装置１１０を正対させて撮影した場合における撮影中心点と、レーザ１１２〜１１４による３つの光点との位置関係を説明する。図９に、壁面に光点出力装置１１０を正対させて撮影した場合の撮影画像の一例を示す。図９に示す撮影中心点１１１ａの位置はのぞき穴１１１の位置に対応する。また、図９に示す光点１１２ａはレーザ１１２によるレーザ光と壁面との交点であり、光点１１３ａはレーザ１１３によるレーザ光と壁面との交点であり、光点１１４ａはレーザ１１４によるレーザ光と壁面との交点である。図９に示すように、壁面に光点出力装置１１０を正対させて撮影した場合は、撮影中心点１１１ａと、光点１１２ａ〜１１４ａとのそれぞれの距離は、所定の距離Ｒとなる。

カメラ部１０２は、のぞき穴１１１を通して、ひび割れがあるコンクリート壁面を撮影する。撮影画像には、コンクリート壁面のひび割れと、レーザ１１２〜１１４によるコンクリート壁面内の３つの光点が写り込むようにする。

画像処理部１０３は、カメラ部１０２から取得した撮影画像内の撮影中心点と３つの光点との間の画素距離Ｇ１〜Ｇ３を算出する。画像処理部１０３は、算出した画素距離Ｇ１〜Ｇ３を、演算処理部１０４に出力する。さらに、画像処理部１０３は、撮影画像においてひび割れ部分が占める画素を抽出する。

演算処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されている既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０と、画像処理部１０３から取得した画素距離Ｇ１，Ｇ２とを用いて、レーザ１１３，１１４と、コンクリート壁面内のレーザ１１３，１１４による光点との間のそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。そして、演算処理部１０４は、算出した距離Ｄ１，Ｄ２を用いて、のぞき穴１１１とコンクリート壁面内の撮影中心点との間の距離Ｄ３を算出する。また、演算処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されている既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０と、画像処理部１０３から取得した画素距離Ｇ３とを用いて、レーザ１１２と、コンクリート壁面内のレーザ１１２による光点との間の距離Ｄ４を算出する。さらに、演算処理部１０４は、所定の距離Ｒと算出した距離Ｄ１〜Ｄ４とを用いて、コンクリート壁面のｘ軸方向に対する傾きθ１とｙ軸方向に対する傾きθ２を算出する。そして、算出したコンクリート壁面の傾きθ１，θ２を用いて、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素において、各画素の画像分解能を算出し、さらに、算出した各画素の画像分解能を足し合わせて、ひび割れの実長を算出する。演算処理部１０４の機能の詳細については後述する。

記憶部１０５は、既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０を記憶する。画素距離Ｇ０は、予め、カメラ部１０２によってひび割れ測定時と同一撮影倍率で撮影された撮影画像内での撮影中心点と所定の被写体との画素距離であり、距離Ｄ０は、撮影位置とその被写体との間の距離である。

以下、本発明の第２の実施形態に係る測定方法を説明する。

図１０は、本発明の第２の実施形態に係る測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、光点出力装置１１０のレーザ１１２〜１１４は、測定対象のひび割れがあるコンクリート壁面に対してレーザ光を照射し（ステップＳ２０１）、カメラ部１０２は、のぞき穴１１１を通して、そのレーザ１１２〜１１４のレーザ光による３つの光点とひび割れとが写り込むように壁面を撮影し（ステップＳ２０２）、その撮影画像を画像処理部１０３に出力する。次に、画像処理部１０３は、撮影画像内の撮影中心点と、レーザ１１２〜１１４のレーザ光による３つの光点との画素距離Ｇ１〜Ｇ３を算出する（ステップＳ２０３）。そして、演算処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されている既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０と、画像処理部１０３から取得した画素距離Ｇ１，Ｇ２とを用いて、レーザ１１３，１１４と、コンクリート壁面内のレーザ１１３，１１４による光点との間のそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。そして、演算処理部１０４は、算出した距離Ｄ１，Ｄ２を用いて、のぞき穴１１１とコンクリート壁面内の撮影中心点との間の距離Ｄ３を算出する。また、演算処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されている既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０と、画像処理部１０３から取得した画素距離Ｇ３とを用いて、レーザ１１２と、コンクリート壁面内のレーザ１１２による光点との間の距離Ｄ４を算出する。その後、演算処理部１０４は、所定の距離Ｒと算出した距離Ｄ１〜Ｄ４とを用いて、コンクリート壁面のｘ軸方向の傾きθ１とｙ軸方向の傾きθ２を算出する（ステップＳ２０４）。一方、画像処理部１０３は、撮影画像においてひび割れ部分が占める画素を抽出する（ステップＳ２０５）。そして、演算処理部１０４は、算出したコンクリート壁面の傾きθ１，θ２を用いて、画像処理部１０３が抽出したひび割れ部分が占める画素において、各画素の画像分解能を算出し（ステップＳ２０６）、その算出した各画素の画像分解能を足し合わせて、ひび割れ部分の長さを算出する（ステップＳ２０７）。以下、ステップＳ２０１〜２０７の処理を、図面を用いて説明する。

図１１は、壁面と測定装置との位置関係の一例を示す図である。壁面２００は、測定対象のひび割れがあるコンクリート壁面である。壁面２００は、測定装置１００ａに対して傾いており、レーザ１１４の方がレーザ１１３よりも、壁面２００に近い位置にある。壁面２００において、のぞき穴１１１に位置するカメラレンズの中心軸と壁面２００との交点を撮影中心点２０１とし、レーザ１１３によるレーザ光と壁面２００との交点を光点２０３とし、レーザ１１４によるレーザ光と壁面２００との交点を光点２０４とする。また、図示していないが、レーザ１１２によるレーザ光と壁面２００との交点を光点１１２ｂとする。また、レーザ１１３と光点２０３との間の距離をＤ１、レーザ１１４と光点２０４との距離をＤ２、のぞき穴１１１と撮影中心点２０１との間の距離をＤ３とする。また、図示していないが、レーザ１１２と光点１１２ｂとの間の距離をＤ４とする。ここで、のぞき穴１１１と撮影中心点２０１との間の距離Ｄ３は、幾何学的に、以下の式（１）を用いて表される。

図１１において、カメラ部１０２は、測定対象となるひび割れと伴に、撮影中心点２０１と光点２０２，２０３，２０４とが写り込むように壁面２００を撮影する。次に、この測定条件で撮影された撮影画像を説明する。

図１２は、図１１に示す測定条件において撮影された撮影画像の一例を示す図である。撮影画像３００には、図示しないひび割れと、撮影中心点３０１及び光点３０２〜３０４とが写し込まれている。図１２に示す撮影中心点３０１は、図１１に示す撮影中心点２０１に対応し、図１２に示す光点３０３は、図１１に示す光点２０３に対応し、図１２に示す光点３０４は、図１１に示す光点２０４に対応する。また、図１２に示す光点３０２は、図１１において図示されないレーザ１１２による光点１１２ｂに対応する。画像処理部１０３は、撮影画像３００内の撮影中心点３０１と光点３０３との画素距離Ｇ１、撮影中心点３０１と光点３０４との間の画素距離Ｇ２、撮影中心点３０１と光点３０２との間の画素距離Ｇ３を算出する。ここで、図１１に示したように、測定装置１００ａが壁面２００に対して傾いており、レーザ１１４の方がレーザ１１３よりも壁面２００に近い位置にある。そのため、遠近法の原理により、１つの撮影位置（図１１の例では、撮影中心点２０１）から撮影した場合、その撮影位置に近いものほど撮影画像に大きく写り、その撮影位置から遠いものほど撮影画像に小さく写る。そのため、撮影画像３００内において、撮影中心点３０１とレーザ１１４による光点３０４との間の画素距離Ｇ２の方が、撮影中心点３０１とレーザ１１３による光点３０３との間の画素距離Ｇ１より大きくなる。

次に、算出した画素距離Ｇ１〜Ｇ３を用いて、壁面２００の傾きを算出する方法を説明する。以下では、画素距離Ｇ１，Ｇ２を用いて、図１１に示す壁面２００のｘ軸に対する傾きθ１を算出する方法を説明する。

図１３は、壁面の傾きを算出する方法の一例を示す図である。図１３に示す構成要素で図１１に示す構成要素と同様のものは、同一符号を付し、その説明を省略する。

まず、演算処理部１０４は、レーザ１１３と光点２０３との間の距離Ｄ１、レーザ１１４と光点２０４との距離Ｄ２を算出する。演算処理部１０４は、記憶部１０５に記憶されている距離Ｄ０及び画素距離Ｇ０を用いて、以下の式（２），（３）により、距離Ｄ１，Ｄ２を算出する。

式（２），（３）において、画素距離Ｇ１，Ｇ２は、画像処理部１０３によって算出された光点３０３，３０４と撮影中心点３０１との間の画素距離である。また、画素距離Ｇ０は、予め、カメラ部１０２によってひび割れ測定時と同一撮影倍率で撮影された撮影画像内での撮影中心点と所定の被写体との間の既知の画素距離であり、距離Ｄ０は、撮影位置とその被写体との間の既知の距離である。ここで、上述したように、遠近法の原理により、１つの撮影位置から撮影した場合、その撮影位置に近いものほど撮影画像に大きく写り、その撮影位置から遠いものほど画像画面に小さく写る。つまり、撮影位置との距離が小さいものほど撮影画像での画素数は大きくなり、撮影位置との距離が大きいものほど撮影画像での画素数は小さくなる。そして、同一撮影機材において同一撮影倍率で撮影した場合、撮影位置と被写体との間の距離と、撮影画像における被写体の画素数は、反比例する。そのため、予め、同一撮影機材であるカメラ部１０２によって同一撮影倍率で撮影された撮影画像内での撮影中心点と所定の被写体との間の画素距離Ｇ０及び撮影位置とその被写体との間の距離Ｄ０と、算出した画素距離Ｇ１，Ｇ２とを用いることによって、式（２），（３）により、距離Ｄ１，Ｄ２は算出される。

次に、演算処理部１０４は、算出した距離Ｄ１，Ｄ２を用いて、θ１を算出する。図１３に示すように、θ１は幾何学的に求められ、以下の式（４）によって与えられる。

なお、壁面２００のｙ軸に対する傾きθ２も、上記と同様にして、距離Ｄ３，Ｄ４を用いて算出することができる。この場合、距離Ｄ３は、距離Ｄ１，Ｄ２を算出した後、上記の式（１）に距離Ｄ１，Ｄ２を代入して算出する。また、距離Ｄ４は、上記の式（２），（３）と同様にして、記憶部１０５に記憶されている既知の距離Ｄ０及び既知の画素距離Ｇ０と、画素距離Ｇ３とを用いて算出する。

次に、撮影画像においてひび割れ部分が占める各画素の画像分解能を算出する方法を説明する。まず、各画素の画像分解能を算出する方法を説明する。

図１４は、撮影画像における各画素の画像分解能を算出する方法の一例を示す図である。撮影画像３００は、複数の画素を有する。以下では、画素３１０の画像分解能を算出する方法を説明する。画素３１０と撮影中心点３０１との間において、ｘ軸方向の画素数はｘ１、ｙ軸方向の画素数はｙ１である。まず、画素３１０において、ｘ軸方向の画像分解能を算出する方法を説明する。

画素の画像分解能は、その画素を占める被写体と撮影位置との間の距離Ｄに比例する。そのため、ｘ軸方向の画像分解能ｍｐｐｘは、式（５）を用いて表される。

mppx＝ａ×Ｄ 式（５）

式（５）において、ａは定数である。そして、撮影画像内での画素の位置をｘ軸方向にｄｘだけ移動させた場合、移動後の画素を占める被写体の撮影位置からの距離の変化量をｄＤとすると、ｄＤは、以下の式（６）により表される。

ｄＤ＝ｄｘ×mppx×tanθ１ 式（６）

式（６）において、傾きθ１は、壁面２００のｘ軸方向に対する傾きである。さらに、式（６）に式（５）を代入すると、以下の式（７）が得られる。

そして、ｘ１＝０すなわち撮影中心点３０１では距離ＤがＤ３になることを考慮して（図１１参照）、式（７）を積分すると以下の式（８）が得られる。

Ｄ＝exp（ａ×tanθ１×x1＋log(D3)） 式（８）

次に、式（８）を上記の式（５）に代入し、撮影位置と以下の式（９）を得る。

mppx＝ａ×exp（ａ×tanθ１×x1＋log(D3)） 式（９）

さらに、上記と同様にして、画素３１０のｙ軸方向における画像分解能ｍｐｐｙを算出し、以下の式（１０）で表される画素３１０の画像分解能ｍｐｐを得る。

mpp＝Ａ×exp（Ａ×tan(θ２)×ｙ１＋Ａ×tan(θ１)×ｘ１＋log(D3)）
式（１０）

式（１０）において、Ａ＝ｍｐｐ０／Ｄ３であり、ｍｐｐ０は、撮影中心点３０１での画像分解能である。ｍｐｐ０は、光点３０３，３０４（図１１参照）での画像分解能の平均値となる。そのため、ｍｐｐ０は、光点３０３での画像分解能（Ｒ／Ｇ１）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］と光点３０４での画像分解能（Ｒ／Ｇ２）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］を用いて、ｍｐｐ０＝（１／２）×（Ｒ／Ｇ１＋Ｒ／Ｇ２）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］で与えられる。演算処理部１０４は、上記の式（１０）を用いてひび割れ部分が占める各画素の画像分解能を算出する。以下、これを説明する。

図１５は、撮影画像におけるひび割れ部分の一例を示す図である。図１５において、ハッチングを施した画素（例えば画素３１１）がひび割れ部分の画素となる。画像処理部１０３は、例えば「ＮＴＴ技術ジャーナル ２０１１年１２月 Ｐ２１〜Ｐ２４」に記載されている、人間の神経回路網を模倣したニューラルネットワーク手法を用いて、ひび割れ部分の画素を抽出する。演算処理部１０４は、ハッチングを施した各画素の画像分解能を、上記の式（１０）を用いて算出する。そして、演算処理部１０４は、算出したひび割れ部分が占める各画素の画像分解能を足し合わせることで、ひび割れの実長を算出する。

なお、予め、測定装置１００ａを壁面２００に正対させて配置させた場合は、上記ステップＳ２０４の処理は行わなくてもよい。この場合は、ステップＳ２０５の処理により、抽出した撮影画像３００におけるひび割れ部分が占める画素数に、画素距離Ｇ１〜Ｇ３を用いて算出した画像分解能を乗算することで、ひび割れの長さを算出する。これにより、計算コストの削減を行うことができる。

以下、測定装置１００ａを用いて実際にひび割れを測定した実験結果を説明する。

（実験結果）
図１６は、実際の測定による撮影画像の一例を示す図である。実際の測定では、撮影画像４００内の黒い紐４１０の長さを測定した。撮影中心点４０１は、図８に示すのぞき穴１１１の位置に対応する。また、光点４０２はレーザ１１２によるレーザ光と壁面との交点であり、光点４０３はレーザ１１３によるレーザ光と壁面との交点であり、光点４０４はレーザ１１４によるレーザ光との交点である。撮影画像４００において、撮影中心点４０１と光点４０３との間の画素距離Ｇ１は１７２画素、撮影中心点４０１と光点４０４との間の画素距離Ｇ２は１９８画素であった。また、既知の値として、距離Ｒ＝１００ｍｍ、距離Ｄ０＝１ｍ、画素距離Ｇ０＝２８０（pixel）を用いた。これらの値を式（２），（３）に代入すると、レーザ１１３と光点４０３との間の距離Ｄ１は１．６３ｍ、レーザ１１４と光点４０４との間の距離Ｄ２は１．４１ｍ、と算出された。また、算出した距離Ｄ１，Ｄ２と上記の式（４）とにより、壁面の傾きは、θ１＝４８度と算出された。また、紐４１０が占める各画素の画像分解能を算出し、算出した各画素の画像分解能を足し合わせることにより、紐の長さは、０．９５ｍと算出された。

なお、のぞき穴１１１と３つのレーザ１１２〜１１４の配置関係について、以下に示すような、のぞき穴と３つのレーザの配置関係も採用することができる。

図１７、図１８は、のぞき穴とレーザの配置関係の他の例を示す図である。図１７では、一辺の長さが距離Ｒとなる正方形の右上頂点にのぞき穴１１１Ａが配置され、左上頂点にレーザ１１２Ａが配置され、左下頂点にレーザ１１３Ａが配置され、右下頂点にレーザ１１４Ａが配置されている。また、図１８では、一辺の長さが距離Ｒとなる正方形の左上頂点にのぞき穴１１１Ｂが配置され、左下頂点にレーザ１１２Ｂが配置され、右下頂点にレーザ１１３Ｂが配置され、右上頂点にレーザ１１４Ｂが配置されている。のぞき穴とレーザとの配置関係が、図１７、図１８に示すような配置関係であっても、上記と同様にして、ひび割れを測定することができる。

以上のように、壁面２００に３つのレーザ光を照射して撮影し、その撮影画像３００内の撮影中心点３０１と３つの光点３０２〜３０４との間の距離Ｇ１〜Ｇ３を用いて、壁面２００の傾きを算出する。算出した壁面２００の傾きを用いて、撮影画像３００内のひび割れが有する各画素の画像分解能を算出し、その算出した各画素の画像分解能を足し合わせることにより、ひび割れの実長を算出する。これにより、測定装置１００ａ以外の装置を用いなくてもよいため、ひび割れの長さの測定を、簡易的に行うことができる。

さらに、第２の実施形態では、撮影画像３００内の撮影中心点３０１と３つの光点３０２〜３０４との間の距離Ｇ１〜Ｇ３を用いて、壁面２００の傾きを算出する。これにより、測定装置１００ａを壁面２００に正対させなくても、ひび割れの長さを測定することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

２０ 壁面
２１ 撮影中心点
２２，２３，２４ 光点
３０，３３ 撮影画像
３１ 撮影中心点
３２，３４，３５ 光点
１００，１００ａ 測定装置
１０１ レーザ部
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ レーザ
１０２ カメラ部
１０２ａ カメラレンズ
１０３ 画像処理部
１０４ 演算処理部
１０５ 記憶部
１１０ 光点出力装置
１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ のぞき穴
１１２，１１３，１１４ レーザ
１１２Ａ，１１３Ａ，１１４Ａ，１１２Ｂ，１１３Ｂ，１１４Ｂ レーザ
１１１ａ 撮影中心点
１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ 光点
２００ 壁面
２０１ 撮影中心点
２０２，２０３，２０４ 光点
３００ 撮影画像
３０１ 撮影中心点
３０２，３０３，３０４ 光点
３１０，３１１ 画素
４００ 撮影画像
４０１ 撮影中心点
４０２，４０３，４０４ 光点
４１０ 紐

Claims (2)

1. 撮影画像における被写体の実長を測定する測定装置であって、
   のぞき穴と、レーザ光を前記被写体がある面に対してそれぞれ照射する３つのレーザとを有する光点出力装置であって、該のぞき穴と該３つのレーザとの間の距離は、所定の距離であり、該３つのレーザは、該のぞき穴に対して横方向にそれぞれ位置する第１のレーザ及び第２のレーザと、該のぞき穴に対して該横方向に垂直な縦方向に位置する第３のレーザを含む、光点出力装置と、
   前記のぞき穴を通して、前記第１のレーザのレーザ光による前記面内の第１の光点と、前記第２のレーザのレーザ光による前記面内の第２の光点と、前記第３のレーザのレーザ光による前記面内の第３の光点と、前記被写体とが写り込んだ撮影画像を撮影するカメラ部と、
   既知の画素距離と、その既知の画素距離に対応付けられた既知の距離とを記憶する記憶部であって、該既知の画素距離は、前記撮影画像と同一倍率で撮影された画像の撮影中心点と該画像に写り込んだ所定の物体との間の画素距離であり、該既知の距離は、該画像を撮影した撮影位置と該所定の物体との間の距離である、記憶部と、
   前記撮影画像内の撮影中心点と前記撮影画像内の第１の光点との間の第１の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第２の光点との間の第２の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第３の光点との間の第３の画素距離とをそれぞれ算出し、さらに、前記撮影画像において前記被写体が占める画素を抽出する画像処理部と、
   被写体の実長を算出する演算処理部と、を備え、
   演算処理部は、
   前記記憶部に記憶されている前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第１の画素距離を用いて前記第１のレーザと前記面内の第１の光点との間の第１の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第２の画素距離とを用いて前記第２のレーザと前記面内の第２の光点との間の第２の距離を算出し、算出した該第１の距離と該第２の距離とを用いて前記のぞき穴と前記面内の撮影中心との間の第３の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第３の画素距離とを用いて前記第３のレーザと前記面内の第３の光点との間の第４の距離を算出し、
   前記第１の距離及び前記第２の距離と前記所定の距離とを用いて前記横方向に対する前記面の傾きを算出し、前記第３の距離及び前記第４の距離と前記所定の距離とを用いて前記縦方向に対する前記面の傾きを算出し、
   前記横方向に対する前記面の傾き及び前記縦方向に対する前記面の傾きを用いて前記被写体が占める各画素の画像分解能を算出し、該各画素の画像分解能を足し合わせて被写体の実長を算出する、測定装置。
2. 撮影画像における被写体の実長を算出する測定方法であって、
   ３つのレーザを前記被写体がある面に対して照射するステップであって、該３つのレーザは、のぞき穴に対して横方向にそれぞれ位置する第１のレーザ及び第２のレーザと、該のぞき穴に対して該横方向に垂直な縦方向に位置する第３のレーザを含み、該のぞき穴と該３つのレーザとの間の距離は所定の距離である、照射するステップと、
   前記のぞき穴を通して、前記第１のレーザのレーザ光による前記面内の第１の光点と、前記第２のレーザのレーザ光による前記面内の第２の光点と、前記第３のレーザのレーザ光による前記面内の第３の光点と、前記被写体とが写り込んだ撮影画像を撮影するステップと、
   前記撮影画像内の撮影中心点と前記撮影画像内の第１の光点との間の第１の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第２の光点との間の第２の画素距離と、該撮影中心と前記撮影画像内の第３の光点との間の第３の画素距離とをそれぞれ算出するステップと、
   前記撮影画像において前記被写体が占める画素を抽出するステップと、
   既知の画素距離及び既知の距離と前記第１の画素距離を用いて前記第１のレーザと前記面内の第１の光点との間の第１の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第２の画素距離とを用いて前記第２のレーザと前記面内の第２の光点との間の第２の距離を算出し、算出した該第１の距離と該第２の距離とを用いて前記のぞき穴と前記面内の撮影中心との間の第３の距離を算出し、前記既知の画素距離及び前記既知の距離と前記第３の画素距離とを用いて前記第３のレーザと前記面内の第３の光点との間の第４の距離を算出するステップであって、該既知の画素距離は、前記撮影画像と同一倍率で撮影された画像の撮影中心点と該画像に写り込んだ所定の物体との間の画素距離であり、該既知の距離は、該画像を撮影した撮影位置と該所定の物体との間の距離である、算出するステップと、
   前記第１の距離及び前記第２の距離と前記所定の距離とを用いて前記横方向に対する前記面の傾きを算出し、前記第３の距離及び前記第４の距離と前記所定の距離とを用いて前記縦方向に対する前記面の傾きを算出するステップであって、該所定の距離は、撮影中心軸と前記３つのレーザとの間のそれぞれの距離である、算出するステップと、
   前記横方向に対する前記面の傾き及び前記縦方向に対する前記面の傾きを用いて前記被写体が占める各画素の画像分解能を算出し、該各画素の画像分解能を足し合わせて被写体の実長を算出するステップと、
   を含む測定方法。