JP6448413B2

JP6448413B2 - 屋根勾配推定システム及び屋根勾配推定方法

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Publication number: JP6448413B2
Application number: JP2015041419A
Authority: JP
Inventors: 富尾　剛至; 剛至富尾
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: JP2016161445A

Description

本発明は、建物が撮影された撮影画像に基づいて、当該建物の屋根部材の勾配である屋根勾配を推定するための屋根勾配推定システム及び推定方法に関する。

顧客の既設の建物などに太陽光発電システムを導入するにあたっては、通常、事前に対象となる建物の屋根を調査し、屋根の上に太陽電池モジュールの設置が可能か否かを把握し、太陽電池モジュールのレイアウトや、太陽電池モジュールの設置に必要となる費用の見積りなどを検討し、顧客に提供する必要がある。

そのため、太陽光発電システムの導入の検討段階においては、まず太陽電池モジュールを設置する屋根の形状寸法を測量し、図面を作成する必要がある。

屋根の形状寸法を測量する方法としては、従来、航空写真で屋根の面積を確認するといった方法や、測量者が屋根に上がり、直接屋根形状を測量するという方法がある。また、特許文献１には、高所から屋根を撮影し、撮影画像から屋根形状を取得する装置が開示されている。

特開２００３−１６２５５２号公報

しかしながら、航空写真を用いる方法では、屋根勾配が分からないため屋根が水平面において占める面積しか分からない。すなわち、太陽電池モジュールの設置に用いることのできる正確な面積は分からないという問題がある。

また、測量者が屋根に上がり直接測量する方法は、人的コストがかかるため、太陽光発電システムの導入が検討されている段階で行うには、コスト面で望ましくないという問題がある。特許文献１の方法では、屋根よりも高い視点から屋根の外観を撮影するために、高所からの撮影が可能な特殊な撮影手段を用意する必要があり、コスト面で望ましくないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、作業者が屋根に上がり直接測量することなく、一般的な撮影手段を用いて、低コストで手軽に建物の屋根勾配を推定できるシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る屋根勾配推定システムの特徴構成は、建物が撮影された撮影画像に基づいて、当該建物の屋根部材の勾配である屋根勾配を推定するための屋根勾配推定システムであって、
前記建物の妻側の壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と鋭角に交差する形態で現れ、且つ、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面が現れている前記撮影画像を取得する撮影画像取得部と、
前記撮影画像を表示する撮影画像表示部と、
前記撮影画像表示部で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記壁面内に含まれる少なくとも２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける水平線情報入力受付部と、
前記水平線情報に基づいて、前記少なくとも２本の水平線を特定する水平線特定部と、
前記水平線特定部で特定された前記少なくとも２本の水平線の交点である消失点を導出する消失点導出部と、
前記撮影画像表示部で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面を示す線である屋根勾配線を特定可能な勾配線情報の入力を受け付ける勾配線情報入力部と、
前記勾配線情報に基づいて、前記屋根勾配線を特定する勾配線特定部と、
前記屋根勾配線上の鉛直方向上方の端点である第１点から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める仮想垂直線設定部と、
前記消失点と、前記屋根勾配線上の鉛直方向下方の端点である第２点とを繋ぐ直線である仮想水平線を求める仮想水平線設定部と、
前記仮想垂直線と前記仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形において、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を推定する屋根勾配推定部とを、備える点にある。

上記特徴構成によれば、屋根勾配推定システムは、撮影画像取得部において、建物の妻側の壁面を含む面が撮影画像の撮像面と鋭角に交差する形態で現れ、且つ、建物の妻側の屋根部材の端面が現れている撮影画像を取得する。すなわち、撮影画像において建物の壁面が真正面ではなく、斜めに投影される。撮影画像は、例えば、作業者が撮影手段（たとえば、デジタルカメラなど）によって撮影したものを用いることができる。

なお、撮影画像取得部において取得する撮影画像の撮像面には、建物の外観形状がパースがかかった状態で投影される。そのため、建物を構成する部材、例えば、屋根部材が水平線となす角度は、撮影画像上では正確に表されていない。

そこで、屋根勾配推定システムでは、取得した撮影画像を撮影画像表示部にて表示し、水平線情報入力受付部が、表示された撮影画像上の壁面において少なくとも２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける。さらに、水平線特定部が、少なくとも２本の水平線を特定する。さらに、消失点導出部が、特定された少なくとも２本の水平線の交点である消失点を導出する。

また、勾配線情報入力部が、表示部で表示された撮影画像上の壁面において建物の妻側の屋根部材の端面を示す線である屋根勾配線を特定可能な勾配線情報の入力を受け付ける。さらに、勾配線特定部が屋根勾配線を特定する。

さらに、仮想水平線設定部が、消失点と、屋根勾配線上の鉛直方向下方の端点である第２点とを繋ぐ直線である仮想水平線を求め、仮想垂直線設定部が、屋根勾配線上の鉛直方向上方の端点である第１点から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める。

そして、屋根勾配推定部が、仮想垂直線と仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形において、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を推定する。すなわち、仮想水平線と仮想垂直線を用いることで、撮影画像から３次元空間での実際の屋根勾配に対応した角度を算出することができる。

以上のように、作業者は撮影手段で撮影画像を取得し、水平線情報及び勾配線情報を入力するのみで、屋根勾配推定システムを用いて屋根勾配を推定できる。すなわち、例えば太陽光発電システムの見積もりの際に、屋根に上がり直接測量することなく、一般的な撮影手段を用いて、低コストで手軽に建物の屋根勾配を推定できるシステムを提供することができる。

さらなる特徴構成は、前記壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と交差する際の角度である壁面傾斜角の入力を受け付ける壁面傾斜角入力受付部を備え、
前記屋根勾配推定部が、
前記第２点と前記第３点とを結ぶ直線の距離を前記壁面傾斜角を用いて３次元空間上での実距離に近づくように補正した後、屋根勾配を推定する点にある。

上記特徴構成によれば、壁面傾斜角を用いて２次元空間である撮影画像上の第２点と第３点との距離を、３次元空間上での実距離に近づくように補正する。また、壁面傾斜角がどのような角度となっても、撮影画像上の第２点と第３点との距離を、３次元空間上での実距離に近づくように補正できる。これにより、作業者は撮影時における壁面傾斜角を適宜調整して撮影することが可能となり、より手軽に作業を行うことができるとともに、より正確に屋根勾配を推定することが可能となる。

また、別の特徴は、前記水平線情報入力受付部が、
前記壁面において最も鉛直下方に存在する水平線と、前記壁面において最も鉛直上方に存在する水平線との２本を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける点にある。

上記特徴構成によれば、水平線情報入力受付部が受け付ける水平線情報の数を抑え、水平線特定部において特定する水平線の数を最小限としつつ、消失点取得部において消失点の位置を求めることができる。ここで、壁面において最も鉛直下方に存在する水平線と、壁面において最も鉛直上方に存在する水平線とを用いるため、壁面内において最も距離が離れた２本の水平線から消失点を精度よく導出することができる。よって、最終的な屋根勾配推定部における計算においても、より高精度に計算結果を求めることができ、結果的により正確に屋根勾配を推定することが可能となる。

また、本発明に係る屋根勾配推定方法の特徴構成は、建物が撮影された撮影画像に基づいて、当該建物の屋根部材の勾配である屋根勾配を推定するための屋根勾配推定方法であって、
前記建物の妻側の壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と鋭角に交差する形態で現れ、且つ、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面が現れている前記撮影画像を取得する撮影画像取得工程と、
前記撮影画像を表示する撮影画像表示工程と、
前記撮影画像表示工程で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記壁面内に含まれる少なくとも２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける水平線情報入力受付工程と、
前記水平線情報に基づいて、前記少なくとも２本の水平線を特定する水平線特定工程と、
前記水平線特定工程で特定された前記少なくとも２本の水平線の交点である消失点を導出する消失点導出工程と、
前記撮影画像表示工程で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面を示す線である屋根勾配線を特定可能な勾配線情報の入力を受け付ける勾配線情報入力工程と、
前記勾配線情報に基づいて、前記屋根勾配線を特定する勾配線特定工程と、
前記屋根勾配線上の鉛直方向上方の端点である第１点から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める仮想垂直線設定工程と、
前記消失点と、前記屋根勾配線上の鉛直方向下方の端点である第２点とを繋ぐ直線である仮想水平線を求める仮想水平線設定工程と、
前記仮想垂直線と前記仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形において、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を推定する屋根勾配推定工程とを、有する点にある。

上記特徴構成によれば、屋根勾配推定システムと同様に、上述の作業者は撮影手段で撮影画像を取得するのみで、屋根勾配を推定できる。すなわち、例えば太陽光発電システムの見積もりにあたり、屋根に上がり直接測量することなく、一般的な撮影手段を用いて、低コストで手軽に建物の屋根勾配を推定できる。

屋根勾配推定システムのブロック図屋根勾配推定システムによる処理を示すフローチャート屋根勾配推定システムを用いた屋根勾配推定方法を示すフローチャート撮影画像から屋根勾配を求めるための手順を示す図撮影画像から屋根勾配を求めるための手順を示す図撮影画像から屋根勾配を求めるための手順を示す図撮影画像から屋根勾配を求めるための手順を示す図壁面傾斜角を用いた補正方法を説明するための図

〔第１実施形態〕
以下では本発明の実施形態に係る屋根勾配θの推定システム及び推定方法を、図を用いて説明する。本実施形態においては、屋根勾配θの推定対象として、勾配を推定したい屋根に対する端面（エッジ部分）が見える壁を有する建物Ｈを用いる。より具体的には、図４に示すように、「片流れ屋根」の住宅を用いる。ここで、建物Ｈの壁面Ｗは鉛直に立っているものとし、「勾配を推定したい屋根」とは、例えば、太陽光パネルを設置予定の傾斜面を有する屋根を意味する。

本実施形態においては、屋根勾配θの推定にあたり、作業者は建物Ｈが建てられた現地にて屋根勾配θを計測したい建物Ｈの外観を撮影手段Ｃを用いて撮影し、撮影画像Ｉから屋根勾配θを推定可能に構成された屋根勾配推定システム１を用いて屋根勾配θを推定する。撮影手段Ｃとしては、市販のデジタルカメラ等を用いることができる。

屋根勾配θを推定するための屋根勾配推定システム１としては、作業者が現地に持ち運び可能に構成された携帯可能な情報処理端末が好ましく、例えば、スマートフォンやタブレット、ノートＰＣを用いることができる。情報処理端末は、作業者が撮影手段Ｃで撮影した撮影画像Ｉを入力可能に構成され、入力された撮影画像Ｉに基づいて屋根勾配θを推定する。

〔１．屋根勾配システムを用いた屋根勾配推定方法〕
図３を用いて、屋根勾配推定システム１を用いた屋根勾配推定方法の手順を説明する。

作業者は、建物Ｈを撮影手段Ｃで撮影する（ステップ＃１１）。図８に建物Ｈの概念平面視図を示す。図８は、建物Ｈの概略位置と撮影手段Ｃとの位置関係を示している。図示するように、撮影の際は、撮影手段Ｃは、建物Ｈの屋根部材の端面を含む壁面Ｗを含む面が撮影手段Ｃの撮像面Ｓを含む面に対して鋭角（壁面傾斜角δ）に交差するとともに、撮像面Ｓができるだけ鉛直面をなすように配置される。また、作業者は、撮影対象の建物Ｈが撮影画像Ｉのほぼ中央に位置するような位置において壁面Ｗを撮影する。

屋根勾配推定システム１に、撮影画像Ｉを入力する（ステップ＃１２）。

屋根勾配推定システム１の表示部３に撮影画像Ｉが表示されるので、撮影画像Ｉを見ながら、後述する水平線情報及び勾配線情報を入力する（ステップ＃１３）。

屋根勾配推定システム１が屋根勾配θの推定を行い、推定結果を表示部３に表示する（ステップ＃１４）。

作業者は、表示部３を確認し、推定された屋根勾配θを取得する（ステップ＃１５）。

〔２．屋根勾配システムの概略構成〕
図１に示すように、屋根勾配推定システム１は、大きく分けて撮影画像取得部２、表示部３、入力受付部４、演算部１０の４つを備える。

撮影画像取得部２は、屋根勾配θを推定するために用いる撮影画像Ｉを取得する。より詳しくは、撮影画像取得部２は、図４及び図８に示すように、建物Ｈの妻側の壁面Ｗを含む面が撮影画像Ｉの撮像面Ｓと鋭角（壁面傾斜角δ）に交差する形態で現れ、且つ、建物Ｈの妻側の屋根部材の端面が現れている撮影画像Ｉを取得する。

撮影画像取得部２は、例えば、作業者が撮影手段Ｃにより撮影した撮影画像Ｉが記録された記録媒体を読み込み可能な構成とすることや、撮影手段Ｃと有線又は無線で接続され撮影画像Ｉを直接読み込み可能に構成することができる。

表示部３は、撮影画像Ｉを作業者に表示する。具体的には、例えば、表示部３として液晶ディスプレイを用いることができる。また、入力受付部４は、表示部３に表示された撮影画像Ｉに関して作業者が入力を行うためのデバイスである。入力受付部４としては、例えば、マウスやキーボード、タッチパネルなどのユーザーインターフェースを用いることができる。

表示部３が「撮影画像表示部」に相当し、入力受付部４が「水平線情報入力受付部」及び「勾配線情報入力受付部」に相当する。

演算部１０は、屋根勾配推定システム１内に設けられた演算処理装置及び記憶装置からなる。より詳しくは、演算部１０は、入力受付部４を介して受け付けた入力や撮影画像Ｉに対して各種の演算を行い屋根勾配θを推定するために、図１に示す各部１１〜１６を備え、これらは演算部１０により実行されるソフトウェアとして実装される。以下では、屋根勾配推定システム１の詳細構成について説明する。

〔３．屋根勾配推定システムの詳細構成〕
３−１．撮影画像の取得
屋根勾配推定システム１によって、屋根勾配θを推定するにあたっては、まず、建物Ｈの撮影画像Ｉを取得する必要がある。本実施形態においては、作業者が撮影手段Ｃを用いて建物Ｈの撮影画像Ｉを取得し、撮影画像取得部２を介して屋根勾配推定システム１に撮影画像Ｉを入力する。

ここで、作業者は撮影手段Ｃを用いて図４に示すように、建物Ｈの屋根を形成する屋根部材の妻方向の端面を視認可能な壁面Ｗを撮影し、撮影画像Ｉを取得する。ここで、屋根部材とは、屋根パネルや瓦などを意味する。

撮影にあたっては、作業者は撮影手段Ｃを、図８に示すように、建物Ｈの壁面Ｗを含む面が撮影手段Ｃの撮像面Ｓ（受光部）を含む面に対して鋭角（壁面傾斜角δ）に交差するとともに、撮像面Ｓができるだけ鉛直面をなすように配置する。すなわち、撮影時において、作業者は撮像面Ｓを壁面Ｗと平行になるように配置する。このような配置で撮影することにより、撮影画像Ｉにおいて、実際に３次元空間上で鉛直な線（例えば、図４の点Ａ２と点Ｃ２とを結ぶ直線）が撮影画像Ｉ上で垂直な線となる。なお、作業者は、建物Ｈが立地されている高さ位置（地面）と同程度の高さ（例えば、道路）に立って撮影するだけで良い。

また、作業者は、撮影対象の建物Ｈが、図４に示すように撮影画像Ｉのほぼ中央に位置するように壁面Ｗを撮影することが望ましい。すなわち、作業者は、撮影画像Ｉを撮影するための撮影手段Ｃの撮像面Ｓの正面に建物Ｈが位置するように、撮影手段Ｃを構えて撮影を行うことが望ましい。

３−２．屋根勾配推定システムの入力受付
屋根勾配推定システム１は、撮影画像取得部２によって撮影画像Ｉが取得された後、入力受付部４を介して、壁面Ｗ内に存在する水平線を特定するための水平線情報と、屋根の勾配を示す屋根勾配線Ｌａを特定するための勾配線情報と、を受け付ける。ここで、「壁面Ｗ内に存在する水平線」とは、実際の３次元空間上においては水平である線を意味し、撮影画像Ｉ上では、必ずしも水平ではなく斜めの線の場合もある。

好ましくは、入力受付部４は、建物Ｈの壁面Ｗ内において鉛直下方に存在する水平な線分Ｌｃと、壁面Ｗにおいて鉛直上方に存在する水平な線分Ｌｂとの２本を特定するための水平線情報の入力を受け付けると良い。このように壁面Ｗ内において最も距離が離れた２本の水平線を特定するための水平線情報を受け付けることで、後述する消失点Ｘを精度よく導出することができる。

本実施形態においては、入力受付部４は、２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける。より具体的には、水平線情報として、水平線１本につき当該水平線が通る２点の座標の入力を受け付ける。また、入力受付部４は、屋根勾配線Ｌａを特定可能な勾配線情報として屋根勾配線が通る２点の座標の入力を受け付ける。

入力される座標は、各点の撮影画像Ｉ上における位置を示す。本実施形態においては、撮影画像Ｉ上においてｘ座標、ｙ座標からなる２次元空間を規定し、撮影画像Ｉの左上端を原点（０，０）とし、図中右手方向（撮影画像Ｉにおける横方向）をｘ座標のプラス方向、下方向（撮影画像における縦方向）をｙ座標のマイナス方向としている。座標の入力は、座標値を直接入力する、もしくは、表示部３に表示された撮影画像Ｉ上の点を直接指定するなどの方法で行うと良い。

また、本実施形態においては、入力受付部４は、建物Ｈの妻側の壁面Ｗを含む面が撮影手段Ｃの撮像面Ｓと交差する際の角度である壁面傾斜角δの入力を受け付ける。入力受付部４は、「壁面傾斜角入力受付部」に相当する。壁面傾斜角δは、作業者が実際に現地において測定した値を入力すると良い。

３−３．各部の働き
水平線特定部１１は、入力受付部４を介して受け付けた水平線情報に基づいて、少なくとも２本の水平線を特定する。具体的には、水平線情報としての、撮影画像Ｉにおける２点の座標に基づいて、当該２点を通る水平線の一次関数を特定する。

消失点導出部１２は、壁面Ｗにおける水平方向の消失点を導出する。具体的には、水平線特定部１１で特定された、撮影画像Ｉにおける少なくとも２本の水平線の交点を消失点Ｘとして導出する。

勾配線特定部１３は、入力受付部４を介して受け付けた勾配線情報に基づいて、屋根勾配線Ｌａを特定する。具体的には、勾配線情報としての、撮影画像Ｉにおける２点の座標に基づいて、当該２点を通る屋根勾配線Ｌａの一次関数を特定する。

仮想垂直線設定部１５は、屋根勾配線Ｌａ上の鉛直方向上方の端点である第１点（具体的には、図４の例では、実際の３次元空間上で鉛直上方に位置する点Ａ１）から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める。また、仮想水平線設定部１４は、消失点Ｘと、屋根勾配線Ｌａ上の鉛直方向下方の端点である第２点（具体的には、図４の例では実際の３次元空間上で鉛直下方に位置する点Ａ２）とを繋ぐ直線である仮想水平線を求める。

屋根勾配推定部１６は、屋根勾配線Ｌａ、仮想水平線設定部１４で求められた仮想水平線、仮想垂直線設定部１５で求められた仮想垂直線の３つの直線で形成される三角形に基づいて、屋根勾配θを推定する。

より具体的には、仮想垂直線と仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形が、直角三角形が撮像面に投影された形状であることを利用して、第１点と第２点との距離及び第２点と第３点との距離と三角関数とを用いて、屋根勾配を推定する。より詳しくは、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を、三角関数を用いて推定する。

より詳しくは、本実施形態において、屋根勾配推定部１６は、第２点―第３点間の距離を壁面傾斜角δを用いて３次元空間上での実距離に近づくように補正し、第１点−第２点間の距離と補正後の第２点―第３点間の距離と三角関数とを用いて、屋根勾配θを推定する。

〔４．屋根勾配推定システムの動作〕
図２のフローチャート及び図４〜図８を用いて、本実施形態における屋根勾配推定システム１の動作を説明する。

・ステップ＃１及び＃２
屋根勾配推定システム１は、撮影画像取得部２によって撮影画像Ｉを取得し（ステップ＃１）、さらに、入力受付部４を介して水平線情報及び勾配線情報の入力を受け付ける（ステップ＃２）。

本実施形態では、屋根勾配推定システム１の水平線特定部１１が、図５に示すように、壁面Ｗ内の水平線として、直線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’の２本を特定する。直線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’の２本を特定するため、具体的には、建物Ｈの壁面Ｗ内において鉛直下方に存在する水平な線分Ｌｃと、壁面Ｗにおいて鉛直上方に存在する水平な線分Ｌｂとの２本を特定するための水平線情報の入力を受け付ける。ここで、線分Ｌｂ及び線分Ｌｃは、それぞれ、直線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’の一部である。

より詳しくは、水平な線分Ｌｂ及びＬｃを特定するための点の座標を、水平な線分ごとに２つずつ指定する。具体的には、図４に示すように、窓枠の下部に相当する線分Ｌｂを指定するために点Ｂ１及び点Ｂ２の座標を指定し、壁面Ｗの下端に相当する線分Ｌｃを指定するために、点Ｃ１及び点Ｃ２の座標を指定する。

具体的には、図４の例では、点Ｂ１は（１５２４，−１０１４）、点Ｂ２は（１８１９，−８６４）、点Ｃ１は（１１７２，−２６０６）、点Ｃ２は（２０７７，−２７９２）となる。これらの点が指定されると、屋根勾配推定システム１は、点Ｂ１と点Ｂ２とを同一線上の点として、点Ｃ１と点Ｃ２とを同一線上の点として記憶する。

一方、屋根勾配線Ｌａの指定は、壁面Ｗ内における屋根部材の側面部の両端の２点の座標を指定する。具体的には、図４に示すように点Ａ１及び点Ａ２の座標を指定する。なお、指定する２点は、必ずしも屋根部材の側面部の両端でなくてもよく、側面部における任意の２点を指定しても構わない。

具体的には、図４の例では、点Ａ１は（１２２０，−５４４）、点Ａ２は（２０７８，−３６４）となる。２点が指定されると、屋根勾配推定システム１は、点Ａ１と点Ａ２とを同一線上の点として記憶する。

・ステップ＃３
続いて、屋根勾配推定システム１の水平線特定部１１が、水平線情報である４つの点の座標から、撮影画像Ｉの上方に位置する水平な線分Ｌｂおよび下方に位置する水平な線分Ｌｃを示す１次関数を求める。ここでは、図５に示す線分Ｌｂ及び線分Ｌｃの２つの線分を通る直線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’が、それぞれ１次関数で表現できると仮定している。

図５に示す直線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’の各線を示す一次関数は次のように求まる。

線分Ｌｂを通る水平線Ｌｂ’は、点Ｂ１（１５２４，−１０１４）、点Ｂ２（１８１９，−８６４）より、勾配：０．５０８４７５、切片：−１７８８．９２と求まる。よって、水平線Ｌｂ’を示す一次関数は以下の通り。
ｙ＝０．５０８４７５ｘ−１７８８．９２

線分Ｌｃを通る水平線Ｌｃ’は、点Ｃ１（１１７２，−２６０６）、点Ｃ２（２０７７，−２７９２）より、勾配：−０．２０５５２、切片：−２３６５．１２と求まる。よって、水平線Ｌｃ’を示す一次関数は以下の通り。
ｙ＝−０．２０５５２ｘ−２３６５．１２

・ステップ＃４
次に、図５に示すように、屋根勾配推定システム１の消失点導出部１２により、ステップ＃３で求めた水平線同士の交点から消失点Ｘを導出する。具体的には、水平線Ｌｂ’及びＬｃ’の交点を消失点Ｘとする。図５の例では、水平線Ｌｂ’及び直線Ｌｃ’の一次関数を用いて交点は以下のように求まる。
消失点Ｘ：（−８０７．０１７，−２１９９．２６）

なお、「消失点」とは、3次元空間の対象物が2次元空間（本実施形態においては、撮影画像Ｉ）に投影された際に本来、平行である2つ以上の線が平行でなくなり、本来、平行である線が1点で交わる地点のことである。

・ステップ＃５
また、屋根勾配推定システム１の勾配線特定部１３により、入力受付部４で受け付けた２つの点（座標）から屋根勾配線Ｌａの一次関数を求める。ここで、屋根勾配線Ｌａは１次関数で表現できると仮定する。

図４の例では、屋根勾配線Ｌａを示す一次関数は次のように求まる。

屋根勾配線Ｌａは、点Ａ１（１２２０，−５４４）、点Ａ２（２０７８，−３６４）より勾配：０．２０９７９、切片：−７９９．９４４と求まる。屋根勾配線Ｌａを示す一次関数は以下の通り。
ｙ＝０．２０９７９ｘ−７９９．９４４

・ステップ＃６
さらに、屋根勾配推定システム１の仮想水平線設定部１４により、図６に示すように、消失点Ｘと、壁面Ｗに含まれる屋根部材の妻方向の端面を示す線である屋根勾配線Ｌａ上の点Ａ２とを繋ぐ直線である仮想水平線Ｌｈ’を求める。ここで、本実施形態においては、撮影画像Ｉは、図中上下方向が天地方向（鉛直方向）と一致する。点Ａ２が「第２点」に相当する。

ここで、点Ａ２は、点Ａ１よりも実際の３次元空間上で鉛直方向下方側に位置する点を意味する。本実施形態においては、仮想水平線Ｌｈ’に相当する１次関数を求める。

具体的には、消失点（−８０７．０１７，−２１９９．２６）、点Ａ２（２０７８，−３６４）より、勾配：０．６３６１３６、切片：−１６８５．８９と求まる。よって、仮想水平線Ｌｈ’を示す一次関数は以下の通り。
ｙ＝０．６３６１３６ｘ−１６８５．８９

・ステップ＃７
さらに、屋根勾配推定システム１の仮想垂直線設定部１５により、図６に示すように、屋根勾配線Ｌａ上の鉛直方向上方の端点である点Ａ１から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線Ｌｖ’を求める。ここで、点Ａ１は「第１点」に相当する。

仮想垂直線Ｌｖ’は、点Ａ１から撮影画像Ｉ上において、鉛直方向下方すなわち、撮影画像Ｉの図中下端の辺に対して垂直な線として求まる。本実施形態において、点Ａ１のｘ座標が１２２０のため、仮想垂直線Ｌｖ’を示す関数はｘ＝１２２０と求まる。

さらに、本実施形態においては、点Ａ１から屋根勾配線Ｌａの線上の点Ａ２を通る仮想水平線Ｌｈ’に向かって垂直に下した線が、仮想水平線Ｌｈ’と交差する点である点Ａ３を求める。ここで、点Ａ３が「第３点」に相当する。

仮想水平線Ｌｈ’を示す一次関数であるｙ＝０．６３６１３６ｘ−１６８５．８９に、仮想垂直線Ｌｖ’を示すｘ＝１２２０を代入してｙ＝−９０９．８０５と求まる。すなわち、点Ａ３（１２２０，−９０９．８０５）と求まる。

・ステップ＃８
最後に、屋根勾配推定システム１の屋根勾配推定部１６は、図７に示すように、点Ａ１、点Ａ２、点Ａ３を結んでできる三角形が、３次元空間上における直角三角形が撮像面Ｓに投影された形状であることを利用して、点Ａ１−点Ａ２間の距離（線分Ｌｖの長さ）及び点Ａ２―点Ａ３間の距離（線分Ｌｈの長さ）と三角関数とを用いて、屋根勾配θを取得する。

具体的には、屋根勾配θを用いて、点Ａ１−点Ａ２間（屋根勾配線Ｌａ）の距離をＡ１Ａ２、点Ａ２―点Ａ３間（線分Ｌｈ）の距離をＡ２Ａ３、点Ａ１−点Ａ３間（線分Ｌｖ）の距離をＡ１Ａ３と示すと、
Ａ１Ａ２×ｓｉｎθ ＝Ａ１Ａ３
Ａ１Ａ２×ｃｏｓθ ＝Ａ２Ａ３
という連立方程式が立てられる。

ここでは、Ａ１Ａ３＝３６５．８０５、Ａ２Ａ３＝１０１６．８９１なので、上記連立方程式に各値を代入して解くと
３６５．８０５÷ｓｉｎθ ＝１０１６．８９１÷ｃｏｓθ
ｔａｎθ ＝３６５．８０５÷１０１６．８９１＝０．３５９７２９
θ ≒ １９．８
と求まる。すなわち、屋根勾配θは３寸５分と推定される。

なお、実際に本実施形態（図４の例）における建物Ｈの屋根勾配を実測したところ、３寸勾配（＝１６．７°）であった。この結果から、本手法によって、比較的正確に屋根勾配θを求められることが分かった。

以上のようにして、作業者は撮影手段で撮影画像を取得し、水平線情報及び勾配線情報を入力するのみで、屋根勾配推定システムを用いて屋根勾配を推定できる。すなわち、太陽光発電システムの見積もりにあたって、屋根に上がり直接測量することなく、一般的な撮影手段を用いて、低コストで手軽に建物Ｈの屋根勾配を推定できるシステム及び方法を提供することができる。

〔第２実施形態〕
本実施形態においては、屋根勾配推定システム１の屋根勾配推定部１６において、壁面傾斜角δ（図８参照）を用いて点Ａ２―点Ａ３間（線分Ｌｈ）の距離を補正した上で、屋根勾配θを推定する。この補正により、第１実施形態に比べ、より高精度に屋根勾配θを求めることができる。屋根勾配推定部１６以外の構成については、上記第１実施形態と同様のため説明を省略する。

本実施形態においては、屋根勾配推定部１６は、壁面Ｗを含む面が撮像面Ｓに対して斜めに交差するときに形成される角度である壁面傾斜角δを用いて、点Ａ２―点Ａ３間（線分Ｌｈ）の距離を壁面傾斜角δを用いて３次元空間上での実際の距離に近づくように補正する。

なお、撮影画像Ｉ上での点Ａ１−点Ａ２間（線分Ｌｖ）の距離は、３次元空間上での実際の距離との差は少ないため、特段の補正は行わない。これは、本実施形態において扱う撮影画像Ｉが、撮影手段Ｃの撮像面Ｓができるだけ鉛直面をなすように配置の上、撮影されており、実際の鉛直方向と撮影画像Ｉ上の垂直方向が一致し、またパースがついていない状態にあるためである。

３次元空間上における点Ａ３に対応する位置をＡ３’とし、Ａ２Ａ３の３次元空間での実距離をＡ２Ａ３’とすると、
Ａ２Ａ３’ ＝Ａ２Ａ３÷ｓｉｎδ
となるから
３６５．８０５÷ｓｉｎθ ＝（１０１６．８９１÷ｓｉｎδ）÷ｃｏｓθ
となる。

ここで、現地での実測値である壁面傾斜角δ＝５０°を代入すると
ｔａｎθ ＝３６５．８０５÷（１０１６．８９１÷０．７６６０４４）
＝０．２７５５６８
θ ≒ １５．４°
と求まる。すなわち、屋根勾配θは３寸と推定される。

なお、上述のように建物Ｈの屋根勾配の実測値は３寸勾配（＝１６．７°）であったことから、以上より、本手法によって、第１実施形態に比べてより高精度に屋根勾配θを求められることが確認できた。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態においては、図４〜図７に示すように、「片流れ屋根」の建物Ｈの屋根勾配θを推定する場合の一例を示した。しかし、本発明の対象は「片流れ屋根」の建物Ｈに限られず、屋根勾配θを推定したい屋根に対する端面が見えている建物であれば適用可能である。具体的には、「切妻屋根」や、片流れ屋根の変形例である「のこぎり屋根」に対して用いても構わない。

（２）上記実施形態においては、消失点Ｘを取得するにあたり、２本の水平線（水平線Ｌｂ’及び水平線Ｌｃ’）を用いたが、３本以上の水平線を用いても構わない。

理想的には、複数本の水平線上の線を用いても、全ての線が1点で交わり、消失点Ｘは当該交点に求まる。ただし、実際には各種の測定誤差（カメラのレンズの収差など）や水平線情報及び勾配線情報の入力ミスなどにより、全ての線が1点で交わらないこともあり得る。この場合には、複数求まった交点に基づいて、確からしい消失点Ｘを1点定めると良い。具体的には、例えば、求まった交点の位置の平均値を用いるなどすると良い。

（３）上記実施形態においては、水平線（水平線Ｌｂ’及び水平線Ｌｃ’）や屋根勾配線Ｌａを特定するための水平線情報及び勾配線情報として、作業者が水平線及び勾配線上の点の座標を指定する構成としたが、点の座標の入力に代えて、水平線情報及び勾配線情報として、当該水平線及び勾配線上の一部（線分）を、作業者が表示部３に表示された撮影画像Ｉ上で直接指定する構成としても構わない。

（４）上記実施形態においては、図２に示すように、水平線の特定（＃３）、消失点の導出（＃４）、勾配線の特定（＃５）の順に処理を行う場合の例を説明した。しかし、これらの処理を行う順序は、適宜入れ替えても構わない。具体的には、水平線の特定（＃３）及び消失点の導出（＃４）の処理と、勾配線の特定（＃５）の処理と、は同時に処理しても、または逆の順序（＃５、＃３、＃４の順）で行っても構わない。

また、上記実施形態においては、仮想水平線の設定（＃６）の後、仮想垂直線の設定（＃７）を行ったが、仮想垂直線の設定の後、仮想水平線を設定する（＃７、＃６の順に実行する）構成でも構わない。

１：屋根勾配推定システム
２：撮影画像取得部
３：表示部
４：入力受付部
１１：水平線特定部
１２：消失点導出部
１３：勾配線特定部
１４：仮想水平線設定部
１５：仮想垂直線設定部
１６：屋根勾配推定部
Ｃ：撮影手段
Ｈ：建物
Ｉ：撮影画像
Ｌａ：屋根勾配線
Ｌｂ' ：水平線
Ｌｃ' ：水平線
Ｌｈ' ：仮想水平線
Ｌｖ' ：仮想垂直線
Ｓ：撮像面
Ｗ：壁
Ｘ：消失点
δ ：壁面傾斜角
θ ：屋根勾配

Claims

建物が撮影された撮影画像に基づいて、当該建物の屋根部材の勾配である屋根勾配を推定するための屋根勾配推定システムであって、
前記建物の妻側の壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と鋭角に交差する形態で現れ、且つ、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面が現れている前記撮影画像を取得する撮影画像取得部と、
前記撮影画像を表示する撮影画像表示部と、
前記撮影画像表示部で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記壁面内に含まれる少なくとも２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける水平線情報入力受付部と、
前記水平線情報に基づいて、前記少なくとも２本の水平線を特定する水平線特定部と、
前記水平線特定部で特定された前記少なくとも２本の水平線の交点である消失点を導出する消失点導出部と、
前記撮影画像表示部で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面を示す線である屋根勾配線を特定可能な勾配線情報の入力を受け付ける勾配線情報入力部と、
前記勾配線情報に基づいて、前記屋根勾配線を特定する勾配線特定部と、
前記屋根勾配線上の鉛直方向上方の端点である第１点から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める仮想垂直線設定部と、
前記消失点と、前記屋根勾配線上の鉛直方向下方の端点である第２点とを繋ぐ直線である仮想水平線を求める仮想水平線設定部と、
前記仮想垂直線と前記仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形において、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を推定する屋根勾配推定部とを、備える屋根勾配推定システム。
前記壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と交差する際の角度である壁面傾斜角の入力を受け付ける壁面傾斜角入力受付部を備え、
前記屋根勾配推定部が、
前記第２点と前記第３点とを結ぶ直線の距離を前記壁面傾斜角を用いて３次元空間上での実距離に近づくように補正した後、屋根勾配を推定する請求項１に記載の屋根勾配推定システム。
前記水平線情報入力受付部が、
前記壁面において最も鉛直下方に存在する水平線と、前記壁面において最も鉛直上方に存在する水平線との２本を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける請求項１または２に記載の屋根勾配推定システム。
建物が撮影された撮影画像に基づいて、当該建物の屋根部材の勾配である屋根勾配を推定するための屋根勾配推定方法であって、
前記建物の妻側の壁面を含む面が前記撮影画像の撮像面と鋭角に交差する形態で現れ、且つ、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面が現れている前記撮影画像を取得する撮影画像取得工程と、
前記撮影画像を表示する撮影画像表示工程と、
前記撮影画像表示工程で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記壁面内に含まれる少なくとも２本の水平線を特定可能な水平線情報の入力を受け付ける水平線情報入力受付工程と、
前記水平線情報に基づいて、前記少なくとも２本の水平線を特定する水平線特定工程と、
前記水平線特定工程で特定された前記少なくとも２本の水平線の交点である消失点を導出する消失点導出工程と、
前記撮影画像表示工程で表示された前記撮影画像に対して行われる、前記建物の妻側の前記屋根部材の端面を示す線である屋根勾配線を特定可能な勾配線情報の入力を受け付ける勾配線情報入力工程と、
前記勾配線情報に基づいて、前記屋根勾配線を特定する勾配線特定工程と、
前記屋根勾配線上の鉛直方向上方の端点である第１点から鉛直方向下方に下した直線である仮想垂直線を求める仮想垂直線設定工程と、
前記消失点と、前記屋根勾配線上の鉛直方向下方の端点である第２点とを繋ぐ直線である仮想水平線を求める仮想水平線設定工程と、
前記仮想垂直線と前記仮想水平線との交点を第３点とし、第１点、第２点、第３点を結んだ三角形において、第１点と第３点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線とが直交するとして、第１点と第２点とを結ぶ直線と第２点と第３点とを結ぶ直線との間の角度に対応する屋根勾配を推定する屋根勾配推定工程とを、有する屋根勾配推定方法。