JP6646562B2 - 画像測量方法、画像測量装置及び画像測量プログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像測量方法、画像測量装置及び画像測量プログラムに関する。

通信インフラ設備の一つである架線の敷設においては、敷設される架線の最低地上高が規定されている場合がある。そのため、従来、敷設された架線の地上高が規定に従っていることを証明できるように、架線の敷設工事後に、棒状の長い計測用定規（以下、計測棒という）を用いて架線の地上高が計測されるとともに、カメラによって計測対象の架線と計測棒とが一枚の写真に収まるように撮影される。計測棒は、例えば、図８に示すような計測棒ＰＬ０であり、図示するように目盛りＭＪが記載された伸縮可能な棒である。計測棒は、計測時には、計測対象地点において地面に対して垂直に立てられる。そして、地面から架線の位置まで計測棒ＰＬ０が伸ばされた状態における目盛りＭＪが示す値を現場作業員が読み取ることによって、計測が行われる。そして、計測された架線の地上高の計測データと、架線と計測棒ＰＬ０とがともに撮影された現場写真と、が証跡として利用される。

しかしながら、従来の計測棒による計測は、現場作業員が計測棒に記載された目盛りを目視で確認することによって行われるため、データベースに蓄積された計測データは、必ずしも正確であるとは限らない場合がある。また、一般的に、計測データは現場作業員によって一旦メモ書きされてから事後的にデータベースに反映されるため、計測データの蓄積における作業効率の面で課題がある。
また、架線と計測棒とがともに撮影された現場写真では、架線の地上高を正確に把握することは難しく、証跡としては不十分であることが多い。なぜならば、仮に計測棒を計測対象地点に設置して架線とともにカメラで撮影したとしても、計測対象の架線を写真に収めようとすると、計測棒に記載された目盛の大きさは画像内において相対的にかなり小さくなってしまうため、計測棒に記載された目盛の値を画像から確認することは困難であるためである。

そこで、例えば、計測棒を使用した目視による計測を行わずに、二眼ステレオカメラを利用した三角測量に基づく計測方法（例えば、非特許文献１）等によって、撮影された画像のみから地上高を計測する方法が考えられる。また、例えば、３Ｄ（Three-Dimensional；三次元の）計測等で用いられるキャリブレーションボードを計測対象物とともに撮影することによって、カメラから計測対象物までの距離を計測する方法が考えられる。

徐剛、辻三郎、「３次元ビジョン」、共立出版株式会社、１９９８年、ｐｐ９５−９７

しかしながら、架線の地上高を計測する目的だけで、敷設工事の現場に二眼ステレオカメラ等の新たな装置を導入することは、装置の導入コストの問題や、現場作業員の作業工程の変更を要するという問題等から、一般的には難しい場合がある。例えば、キャリブレーションボードを用いた計測においては、キャリブレーションボードの取り扱いは、一般的な現場作業員にとっては煩雑な作業工程になる。さらに、当該計測においては、カメラでの撮影におけるパラメータ（例えば、焦点距離など）の値等の事前情報が準備されている必要があるため、特に機種の異なる複数のカメラが利用される場合には事前情報の管理が煩雑になる。
上記のような課題から、架線の敷設工事の管理において、現場に新たな装置を導入することなく、また、現場作業員の作業工程の変更をなるべく生じさせないようにしつつ、敷設された架線の地上高の高さをより正確に計測し、証跡として十分に利用できる現場写真を蓄積することができる仕組みが求められている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、現場に新たな装置や作業工程を導入することなく、現場で撮影された画像から、二地点間の実際の距離をより正確に計測する技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、カメラによって撮影された画像に写る特定の二か所の間の実際の距離を計測するための画像測量方法であって、少なくとも二か所の彩色部分を有する棒を計測すべき地点に設置する計測棒設置ステップと、設置された前記棒の全体が画像内に収まるように前記カメラによって撮影する画像撮影ステップと、撮影された前記画像が示す画像データを保存する画像保存ステップと、二か所の前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離を示す彩色位置情報を取得する彩色位置情報入力ステップと、前記画像保存ステップにおいて保存された前記画像データを取得する画像入力ステップと、前記画像データから前記彩色部分に彩色された色成分に近似する画素を抽出し、前記画素の空間的繋がりに基づいてラベリング処理を行い、当該ラベリング処理によって生成されたクラスターの直線らしさを計測して、前記画像データに基づく画像においてより直線らしいと計測された部分を彩色部分として検出する彩色部分検出ステップと、ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所を示す情報を取得する計測位置指定ステップと、前記画像における前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離と、前記彩色位置情報とから、最小二乗法によって射影変換行列を計算し、前記射影変換行列と、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における前記二か所の間の距離とに基づいて、前記計測対象である二か所の間の距離を計測する距離計測ステップと、前記距離計測ステップによる前記距離の計測結果を出力する結果出力ステップと、を有する画像測量方法である。

本発明の一態様は、上記の画像測量方法であって、前記彩色部分検出ステップにおいて、クラスターの慣性主軸を計算し、主軸方向の分散と主軸に垂直な方向の分散との比に基づく指標によって前記直線らしさを計測する。

本発明の一態様は、上記の画像測量方法であって、前記彩色部分検出ステップにおいて、ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における特定部分の周辺部分を、前記彩色部分の前記端点の探索における探索対象領域とする。
本発明の一態様は、上記の画像測量方法であって、前記計測位置指定ステップにおいて、前記彩色部分として検出された全ての領域をまとめた慣性主軸を算出し、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所の位置を、前記慣性主軸に射影した位置に補正する。

本発明の一態様は、カメラによって撮影された画像に写る特定の二か所の間の実際の距離を計測するための画像測量装置であって、計測すべき地点に設置された、少なくとも二か所の彩色部分を有する棒の全体が画像内に収まるように前記カメラによって撮影された前記画像が示す画像データを取得する画像入力部と、二か所の前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離を示す彩色位置情報を取得する彩色位置情報入力部と、前記画像データから前記彩色部分に彩色された色成分に近似する画素を抽出し、前記画素の空間的繋がりに基づいてラベリング処理を行い、当該ラベリング処理によって生成されたクラスターの直線らしさを計測して、前記画像データに基づく画像においてより直線らしいと計測された部分を彩色部分として検出する彩色部分検出部と、ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所を示す情報を取得する計測位置指定部と、前記画像における前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離と、前記彩色位置情報とから、最小二乗法によって射影変換行列を計算し、前記射影変換行列と、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における前記二か所の間の距離とに基づいて、前記計測対象である二か所の間の距離を計測する距離計測部と、前記距離計測部による前記距離の計測結果を出力する結果出力部と、を備える画像測量装置である。

本発明の一態様は、上記の画像測量方法をコンピュータに実行させるための画像測量プログラムである。

本発明によれば、現場に新たな装置や作業工程を導入することなく、現場で撮影された画像から、二地点間の実際の距離をより正確に計測することができる。

本発明の実施形態に係る画像測量システムによる測量において用いられる計測棒の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像測量システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る画像測量システムの彩色部分検出部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る画像測量システムによる画像撮影過程における動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施形態の画像測量システムによる距離計測過程における動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る画像測量装置による彩色部分端点の探索範囲の限定の概要を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る画像測量装置による計測位置端点の特定の概要を示す概略図である。 従来の計測棒の一例を示す図である。

［実施形態］
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る画像測量装置は、特定の彩色が施された計測棒とともに計測対象地点における計測対象の二か所（例えば、敷設された架線の特定の箇所と地面の二か所）が含まれるように撮像装置（以下、カメラとも言う）によって撮影された画像を示す画像データから、計測対象の二か所の間の実際の距離（例えば、敷設された架線の地上高）を計測することができる。また、本実施形態に係る画像測量装置は、画像データを保存しておくため、事後的に当該画像データを解析することによって、いつでも計測対象の二か所の間の実際の距離を計測することができる。

以下、敷設された架線の地上高の高さを計測する場合を例として説明する。
本実施形態において用いられる計測棒は、当該計測棒の特定の箇所に、遠方からカメラによって撮影された場合であっても画像上で視認できるような彩色が施される。そして、この計測棒は、計測対象地点に設置され、計測対象である架線とともにカメラによって撮影される。画像測量装置は、撮影された画像を示す画像データを解析することによって、架線の地上高を計測することができる。

なお、計測棒には、所定の間隔を空けた二か所以上の箇所に、所定の色によって、彩色がなされる。図１は、本発明の実施形態に係る画像測量システムによる計測において用いられる計測棒の一例を示す図である。図示するように、計測棒ＰＬ１の、「ａ」の箇所から「ｂ」の箇所までの間である彩色部分ＣＬ１、および、「ｃ」の箇所から「ｄ」の間である彩色部分ＣＬ２には、それぞれ彩色がなされている。なお、ここでは、遠方から撮影された場合でも視認しやすいように、いずれも赤色で彩色されているものとする。このように、本発明の実施形態に係る画像測量システムによる計測において用いられる計測棒は、図１に示す計測棒ＰＬ１のように、少なくとも二か所の彩色部分を有する。

また、カメラによって撮影された画像を示す画像データは、例えば、作業用のパーソナルコンピュータ（パソコン）等によって構成される画像測量装置（以下、パソコンとも言う）へ転送される。画像測量装置は、転送された画像に対して画像処理を行うことによって、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２のそれぞれの端点（すなわち、図１に示す「ａ」「ｂ」「ｃ」および「ｄ」の箇所）の位置を認識（検出）する。または、画像測量装置は、マウス等によるユーザからの操作入力によって指定された位置に対して補正を行うことにより、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２のそれぞれの端点の位置を認識する。

画像測量装置は、上記において認識した、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の端点の、画像上での位置と間隔とに基づいて、当該画像上において計測棒ＰＬ１を延長した直線上の任意の二か所の間の実際の距離を計測することができる。
したがって、本実施形態に係る画像測量装置によれば、例えば、架線と計測棒Ｐｌ１とがともに撮影された現場写真を保存しておけば、いつでも必要な時に、現場写真から実際の架線の地上高の高さを計測することができるため、工事の証跡としての当該現場写真の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る画像測量装置によれば、架線と計測棒ＰＬ０とをともにカメラで撮影するという従来の現場作業員の作業工程を変更したり、現場に新たな装置を導入したりする必要がなく、かつ、現場作業員が目視によって計測棒ＰＬ０に記載された目盛りＭＪの値を読み取るという作業が不要になるため、簡易に、信頼性の高い工事証跡を残すことが可能になる。

（画像測量システムの機能構成）
以下、画像測量システムの機能構成について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る画像測量システム１の機能構成を示すブロック図である。図示するように、画像測量システム１は、撮像装置１０と、画像測量装置２０と、を含んで構成される。

また、図示するように、撮像装置１０は、制御部１００と、画像撮影部１０１と、画像保存部１０２と、出力部１０３と、を含んで構成される。

制御部１００は、撮像装置１０の各機能ブロックを制御する。制御部１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）を含んで構成される。

画像撮影部１０１は、計測対象地点に設置された、少なくとも二か所の彩色部分を有する計測棒ＰＬ１の全体と、計測対象地点における計測対象の二か所と、が画像内に収まるように撮影する。画像撮影部１０１は、例えば、カメラを含んで構成される。

画像保存部１０２は、画像撮影部１０１によって撮影された画像が示す画像データを保存する。画像保存部１０２は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive；ハードディスクドライブ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory；イーイーピーロム）、ＲＡＭ（Random Access read/write Memory；読み書き可能なメモリ）、ＲＯＭ（Read Only Memory；読み出し専用メモリ）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。

出力部１０３は、画像保存部１０２に保存された画像データを、画像測量装置２０へ出力するための出力インターフェースである。なお、撮像装置１０から画像測量装置２０へのデータ送信手段は任意の手段でよく、例えば、無線ＬＡＮ通信によるデータ送信でもよいし、メモリカード等の記憶媒体を介してのデータ転送であってもよい。

図示するように、画像測量装置２０は、制御部２００と、記憶部２０１と、彩色位置情報入力部２０２と、画像入力部２０３と、彩色部分検出部２０４と、計測位置指定部２０５と、距離計測部２０６と、結果出力部２０７と、を含んで構成される。

制御部２００は、画像測量装置２０の各機能ブロックを制御する。制御部２００は、例えば、ＣＰＵを含んで構成される。

記憶部２０１は、画像測量装置２０が用いる各種のデータやプログラムを記憶する。例えば、記憶部２０１は、撮像装置１０から出力された画像データを記憶する。記憶部２０１は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。

彩色位置情報入力部２０２は、画像測量装置２０の管理者等によって予め入力される、計測棒ＰＬ１の二か所の彩色部分（彩色部分ＣＬ１、および彩色部分ＣＬ２）のそれぞれの端点（例えば、図１に示す「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」の位置）の位置と、計測棒ＰＬ１の端点との間の各々の距離を示す彩色位置情報を取得する。取得された彩色位置情報は、記憶部２０１に記憶される。

画像入力部２０３は、撮像装置１０の出力部１０３から出力された画像データが入力される入力インターフェースである。なお、上述したように、撮像装置１０から画像測量装置２０へのデータ送信手段は任意の手段でよく、例えば、無線ＬＡＮ通信によるデータ送信でもよいし、メモリカード等の記憶媒体を介してのデータ転送であってもよい。

彩色部分検出部２０４は、画像データから、彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２に彩色された色成分に近似する画素を抽出し、当該画素の空間的繋がりに基づいてラベリング処理を行い、当該ラベリング処理によって生成されたクラスターの直線らしさを計測することによって、当該画像データに基づく画像においてより直線らしいと計測された部分を彩色部分として検出する。
また、彩色部分検出部２０４は、クラスターの慣性主軸を計算し、主軸方向の分散と主軸に垂直な方向の分散との比に基づく指標によって直線らしさを計測する。
また、彩色部分検出部２０４は、ユーザによる操作入力に基づいて指定された、画像における特定部分の周辺部分を、彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の端点の位置の探索における探索対象領域とする。
なお、彩色部分検出部２０４による、彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の端点の位置の検出の処理については、後述する画像測量システム１の動作の説明において、詳しく説明する。

計測位置指定部２０５は、ユーザによる操作入力に基づいて指定された、画像において距離の計測対象である二か所を示す情報を取得する。

距離計測部２０６は、画像における彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の端点の位置および彩色位置情報から、射影変換の原理と最小二乗法とに基づいて、計測対象である二か所の間の距離を計測する。

結果出力部２０７は、距離計測部２０６によって計測された、距離の計測結果を出力する。例えば、計測対象である二か所の間の距離を示す情報が、結果出力部２０７が備えるディスプレイ（図示せず）等に表示される。

（彩色部分検出部の機能構成）
以下、彩色部分検出部２０４の機能構成について更に詳細に説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る画像測量装置２０の彩色部分検出部２０４の機能構成を示すブロック図である。図示するように、彩色部分検出部２０４は、二値画像変換部２０４１と、ラベリング処理部２０４２と、慣性主軸算出部２０４３と、直線形状検出部２０４４と、端点位置指定入力部２０４５と、を含んで構成される。

二値画像変換部２０４１は、作業用メモリからに読み出された画像データを、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２に彩色した色の画素を１とし、それ以外の画素を０とすることによって、二値画像データに変換する。

ラベリング処理部２０４２は、二値画像変換部２０４１によって変換された二値画像データに基づく二値画像に対して、ラベリング処理を行う。これにより、彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）ごとにそれぞれ異なるＩＤが付与される。

慣性主軸算出部２０４３は、ＩＤが付与された彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）について、それぞれ慣性主軸を求める。

直線形状検出部２０４４は、所定の検出ルールに基づいて、画像上において“直線らしい形状の塊”となっている部分を検出する。例えば、直線形状検出部２０４４は、「（主軸方向の分散）÷（主軸に垂直な方向の分散）」の値が予め定められた閾値より大きいならば、“直線らしい形状の塊”として検出する。

端点位置指定入力部２０４５は、画像上の特定の位置を指定するためのユーザによる操作入力を受け付ける。例えば、端点位置指定入力部２０４５は、彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）の端点の位置や、計測棒ＰＬ１の端点の位置を指定するためのユーザによる操作入力を受け付ける。

（画像測量システムの動作）
以下、画像測量システム１の動作について説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る画像測量システムによる画像撮影過程における動作を示すフローチャートである。また、図５は、本発明に係る実施形態の画像測量システムによる距離計測過程における動作を示すフローチャートである。
まず、図４に示す画像撮影過程における各ステップについて説明する。本フローチャートは、撮像装置１０による撮影が行われる際に開始する。

（ステップＳ１０１）予め特定の彩色が施された計測棒ＰＬ１（図１参照）が、現場の計測対象地点において、現場作業員等により、地面に対して垂直に設置される。なお、計測棒ＰＬ１は、伸縮可能な棒であり、一方の先端には架線に引っ掛けるためのフックＦＫが具備されている。したがって、架線にフックＦＫを引っ掛けた状態から、現場作業員等が、計測棒ＰＬ１を地面に向かって伸ばすことによって、現場作業員等は、計測棒ＰＬ１を地面に対して垂直な状態で自立するように設置させることができる。このように、地面に対して垂直に計測棒ＰＬ１が設置されることにより、計測棒ＰＬ１の長さは、架線の地上高の高さと同一になる。
なお、一般的な計測棒には計測用の目盛り（例えば、図８に示す目盛りＭＪ）が記載されているが、本発明では特に必要としない。

また、彩色部分は、計測棒ＰＬ１の少なくとも二か所に設けられ、それぞれ彩色が施されているものとする。なお、説明を簡略化するため、以下の説明においては、図１に示した計測棒ＰＬ１のように、彩色部分は二か所（図１に示す彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）であるものとする。また、図１に示した計測棒ＰＬ１の、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」の位置は既知であるものとする。また、「ａ」の位置と「ｂ」の位置との間の距離、「ｂ」の位置と「ｃ」の位置との間の距離、および「ｃ」の位置と「ｄ」の位置との間の距離は、それぞれ予め定められているものとする。例えば、「ａ」の位置と「ｂ」の位置との間の距離、「ｂ」の位置と「ｃ」の位置との間の距離、および「ｃ」の位置と「ｄ」の位置との間の距離は、それぞれ「３０ｃｍ」、「４０ｃｍ」、および「３０ｃｍ」と定められている。

計測棒ＰＬ１は、一般的な三脚の足等のように、例えば、太さが異なる筒状のパーツが入れ子になった構造になっており、各パーツがスライドすることによって伸ばされる。そのため、内側のパーツは外側のパーツによって覆い隠される場合があるため、最も外側のパーツ（すなわち、最も太いパーツ）対して、彩色がなされるものとする。また、彩色の色は任意であるが、後述する彩色部分検出部２０４によって検出されやすい原色系の色が望ましい。なお、本実施形態においては、彩色部分は赤色で彩色されているものとする。
その後、ステップＳ１０２に進む。

（ステップＳ１０２）撮像装置１０の画像撮影部１０１は、ステップＳ１０１において設置された計測棒ＰＬ１を、計測対象の架線とともに撮影する。なお、この際、計測棒ＰＬ１の全体が１枚の画像に収まるようにして撮影され、かつ、撮影された画像において計測棒ＰＬ１の太さが少なくとも１画素分以上になるように撮像装置１０と被写体との距離が調整されたうえで撮影が行われる。なお、撮影回数は１回でも構わないが、計測の精度を上げるために、複数回撮影が行われるようにしてもよい。
その後、ステップＳ１０３に進む。

（ステップＳ１０３）撮像装置１０の画像保存部１０２は、ステップＳ１０２において画像撮影部１０１が撮影した画像を示す画像データを記憶する。また、撮像装置１０の出力部１０３は、当該画像データを画像測量装置２０へ出力する。画像測量装置２０の画像入力部２０３は、撮像装置１０から出力された画像データを取得する。そして、画像測量装置２０の記憶部２０１は、画像入力部２０３が取得した画像データを保存する。なお、本実施形態においては、撮像装置１０の画像保存部１０２、および画像測量装置２０の記憶部２０１において、それぞれ画像データを保存しておくこととしたが、これに限られない。画像データは、撮像装置１０の画像保存部１０２、または画像測量装置２０の記憶部２０１のいずれか一方のみで保存されるような構成であっても構わない。
以上で、本フローチャートの処理が終了する。

次に、図５に示す距離計測過程における各ステップについて説明する。本フローチャートは、計測棒ＰＬ１の彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）の端点の位置を示す情報が画像測量装置２０に入力される際に、開始する。

（ステップＳ２０１）彩色位置情報として、計測棒ＰＬ１の地面に接地する側の端点（フックＦＫが装備されていない側の端点）の接地部分から、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、および「ｄ」（図１を参照）までの長さを示す情報が、画像測量装置２０の彩色位置情報入力部２０２から入力され、記憶部２０１に予め記憶される。
その後、ステップＳ２０２に進む。

（ステップＳ２０２）画像入力部２０３は、上述した画像撮影過程のステップＳ１０３において、記憶部２０１に保存された画像データを読み出し、作業用メモリに保存する。なお、作業用メモリは、記憶部２０１に含まれるものであってもよいし、記憶部２０１とは異なる記憶媒体（図示せず）であってもよい。
その後、ステップＳ２０３に進む。

（ステップＳ２０３）彩色部分検出部２０４の二値画像変換部２０４１は、作業用メモリから読み出された画像データを、赤色（上述した、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２に彩色した色）の画素を１とし、それ以外の画素を０とすることによって、二値画像データに変換する。
なお、例えば、二値画像変換部２０４１は、画像データに含まれる各画素のＲＧＢ（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）値から計算される「Ｒ÷Ｇ」と「Ｒ÷Ｂ」の値が、いずれも予め定められた閾値より大きい場合に、赤色の画素であると判定する。二値画像変換部２０４１は、全画素に対して同様に判定を行うことにより、画像データを二値画像データに変換する。

次に、彩色部分検出部２０４のラベリング処理部２０４２は、二値画像データに基づく二値画像に対して、ラベリング処理を行う。これにより、赤色画素の塊に対して、それぞれ塊ごとに異なるＩＤが付与される。
次に、彩色部分検出部２０４の慣性主軸算出部２０４３は、ＩＤが付与された赤色画素の塊について、それぞれ慣性主軸を求める。
そして、彩色部分検出部２０４の直線形状検出部２０４４は、「（主軸方向の分散）÷（主軸に垂直な方向の分散）」の値が予め定められた閾値より大きいならば、“直線らしい形状の塊”として検出する。なお、直線らしさを判定する手法は上記の方法に限られるものではなく、その他の方法によって直線らしさが定義されても構わない。

彩色部分検出部２０４は、上記の処理によって検出された赤色画素の塊を、計測棒ＰＬ１の彩色部分として認識する。
なお、上述した“赤色らしさ”および“直線らしさ”を判定するための指標は、上記の指標とは異なるその他の指標であってもよい。例えば、直線形状検出部２０４４が、“直線らしい形状の塊”を“直線らしさ”の指標に基づいてソートし、（彩色部分が二か所である場合には）そのうちの上位２位までの赤色画素の塊を、計測棒ＰＬ１の彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）と認識するような構成であってもよい。

計測棒ＰＬ１の彩色部分（彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２）の検出精度をより高精度にするため、ユーザ（例えば、画像測量装置２０の管理者）が、彩色部分検出部２０４の端点位置指定入力部２０４５からマニュアル操作（例えば、画像を見ながらマウスをクリックするなど）によって、計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２のそれぞれの端点の位置を順番に指定していくようにしてもよい。この場合、直線形状検出部２０４４は、ユーザに指定された端点の位置に基づいて彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の検出範囲を限定し、限定した検出範囲のみにおいて、上述した彩色部分の検出を実施すればよい。

検出範囲を限定する方法としては、例えば、図６に示すように、ユーザによって指定された端点のうち、最も離れた二か所の端点を結んだ線分ａｄから、彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２の検出範囲とする矩形範囲ａｒ１を定めることができる。図６は、本発明の実施形態に係る画像測量装置による彩色部分端点の探索範囲の限定の概要を示す概略図である。
なお、このように、彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２のそれぞれの端点の候補となる位置をユーザが指定する場合、マウスのクリック操作におけるブレなどによって、正確な端点の位置が指定されていないことがあるが、上述した方法によれば、後述するステップＳ２０４において、端点の位置をより正確な位置に補正することが可能である。なお、計測の精度はあまり重視されないような場面においては、直線形状検出部２０４４が、ユーザによって指定された端点の位置を結んだ範囲を、そのまま計測棒の彩色部分として認識するようにしてもよい。
その後、ステップＳ２０４に進む。

（ステップＳ２０４）画像測量装置２０の計測位置指定部２０５は、ユーザ（例えば、画像測量装置２０の管理者）によるマニュアル操作（例えば、画像を見ながらマウスをクリックするなど）によって指定された計測棒ＰＬ１の両端の位置を示す情報を取得する。
なお、本実施形態に係る画像測量装置２０によって計測することができる距離は、画像において計測棒ＰＬ１を延長した直線上に位置する任意の２点間の距離である。なお、本実施形態においては、計測棒ＰＬ１の両端の間の距離（すなわち、計測棒ＰＬ１の長さ）を計測するものとする。なお、上記のマニュアル操作においても、マウスのクリック操作におけるブレなどによって、正確な端点の位置が指定されていないことがあるが、以下の方法により、端点の位置をより正確な位置に補正することが可能である。

図７に示すように、計測位置指定部２０５は、彩色部分検出ステップＳ２０３において検出された彩色部分から、計測対象とする端点を特定する。図７は、本発明の実施形態に係る画像測量装置による計測位置端点の特定の概要を示す概略図である。
計測位置指定部２０５は、例えば、彩色部分として検出された全ての領域（図７においては、２つの領域）をまとめた慣性主軸を算出し、その主軸に沿って彩色部分の全画素を射影し、その射影成分から端点の位置を主軸上において特定する（すなわち、図７に示す「ａ´」、「ｂ´」、「ｃ´」、および「ｄ´」の位置）。そして、ユーザによって指定された位置（すなわち、図７に示す「ｅ」および「ｆ」）についても同様に、計測位置指定部２０５は、主軸に射影して新たな位置（すなわち、図７に示す「ｅ´」および「ｆ´」）として補正する。

なお、Ｓ２０３において、ユーザによるマニュアル操作を伴っている場合は、片方の端部は指定済みであるものとしてもよい。その場合には、もう片方の端部を指定するだけで十分となる。
その後、ステップＳ２０５に進む。

（ステップＳ２０５）画像測量装置２０の距離計測部２０６は、ステップＳ２０４においてで特定された「ｅ´」と「ｆ´」の間の距離を計測する。距離計測部２０６は、射影変換の原理に基づき、彩色部分の端点「ａ´」、「ｂ´」、「ｃ´」、および「ｄ´」の間の画像上の距離と、既知である実際の距離と、から逆算することによって算出する。

具体的には、「ａ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の画像上の距離を「ｋ」、「ｂ´」の位置と−「ｆ´」の位置との間の画像上の距離を「ｌ」、「ｃ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の画像上の距離を「ｍ」、「ｄ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の画像上の距離を「ｎ」、および、「ｅ´」の位置と「ｆ´」の位置と間の画像上の距離を「ｘ」として、「ａ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の実際の距離を「Ｋ」、「ｂ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の実際の距離を「Ｌ」、「ｃ´」の位置と「ｆ´」の位置と間の実際の距離を「Ｍ」、「ｄ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の実際の距離を「Ｎ」とすると、（ｋ，Ｋ）、（ｌ，Ｌ）、（ｍ，Ｍ）、（ｎ，Ｎ）の対応から、最小二乗法によって、以下の式（１）に示す２×２の射影変換行列を計算することができる。

式（１）に示す行列Ａを用いれば、以下の式（２）より「ｅ´」の位置と「ｆ´」の位置との間の実際の距離「Ｘ」を求めることができる。

ここで、「Ｋ」、「Ｌ」、「Ｍ」、および「Ｎ」の各値は、ステップＳ２０２において作業用メモリに保存された彩色位置情報に相当する。また、上述したように、式（１）に示す射影変換行列Ａは最小二乗法によって計算されるため、端点の数がさらに多い場合であっても、実質的に数式を変更することなく計算することが可能である。したがって、本実施形態においては、計測棒ＰＬ１の彩色部分の数は二か所であるものとしたが、三か所以上である場合であっても、同様の演算処理によって計測を行うことができる。
その後、ステップＳ２０６に進む。

（ステップＳ２０６）画像測量装置２０の結果出力部２０７は、ステップＳ２０５において得られた計測結果を出力する。その際、結果出力部２０７が、ステップＳ２０３において検出された、画面上での計測棒ＰＬ１の彩色部分ＣＬ１および彩色部分ＣＬ２のそれぞれの検出位置や、ステップＳ２０４においてユーザにより指定された画面上での２点の位置を、入力画面に重畳表示するなどして同時に出力するようにしてもよい。
以上で、本フローチャートの処理が終了する。

以上説明したように、本発明に係る画像測量システム１は、特定の彩色が施された計測棒一本とそれを撮影した画像一枚から簡易に二点間の距離（例えば、架線地上高の距離）を計測することができる。また、本発明に係る画像測量システム１は、撮影した画像を示す画像データを保存することで、事後的に、架線の地上高が規定の高さ以上の高さであることを証明する手段を提供することができる。

上述した実施形態における画像測量装置２０または画像測量システム１の少なくとも１部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１・・・画像測量システム、１０・・・撮像装置、２０・・・画像測量装置、１００・・・制御部、１０１・・・画像撮影部、１０２・・・画像保存部、１０３・・・出力部、２００・・・制御部、２０１・・・記憶部、２０２・・・彩色位置情報入力部、２０３・・・画像入力部、２０４・・・彩色部分検出部、２０５・・・計測位置指定部、２０６・・・距離計測部、２０７・・・結果出力部、２０４１・・・二値画像変換部、２０４２・・・ラベリング処理部、２０４３・・・慣性主軸算出部、２０４４・・・直線形状検出部、２０４５・・・端点位置指定入力部

Claims (6)

1. カメラによって撮影された画像に写る特定の二か所の間の実際の距離を計測するための画像測量方法であって、
   少なくとも二か所の彩色部分を有する棒を計測すべき地点に設置する計測棒設置ステップと、
   設置された前記棒の全体が画像内に収まるように前記カメラによって撮影する画像撮影ステップと、
   撮影された前記画像が示す画像データを保存する画像保存ステップと、
   二か所の前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離を示す彩色位置情報を取得する彩色位置情報入力ステップと、
   前記画像保存ステップにおいて保存された前記画像データを取得する画像入力ステップと、
   前記画像データから前記彩色部分に彩色された色成分に近似する画素を抽出し、前記画素の空間的繋がりに基づいてラベリング処理を行い、当該ラベリング処理によって生成されたクラスターの直線らしさを計測して、前記画像データに基づく画像においてより直線らしいと計測された部分を彩色部分として検出する彩色部分検出ステップと、
   ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所を示す情報を取得する計測位置指定ステップと、
   前記画像における前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離と、前記彩色位置情報とから、最小二乗法によって射影変換行列を計算し、前記射影変換行列と、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における前記二か所の間の距離とに基づいて、前記計測対象である二か所の間の距離を計測する距離計測ステップと、
   前記距離計測ステップによる前記距離の計測結果を出力する結果出力ステップと、
   を有する画像測量方法。
2. 前記彩色部分検出ステップにおいて、クラスターの慣性主軸を計算し、主軸方向の分散と主軸に垂直な方向の分散との比に基づく指標によって前記直線らしさを計測する、請求項１に記載の画像測量方法。
3. 前記彩色部分検出ステップにおいて、ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における特定部分の周辺部分を、前記彩色部分の前記端点の探索における探索対象領域とする、請求項１または２に記載の画像測量方法。
4. 前記計測位置指定ステップにおいて、前記彩色部分として検出された全ての領域をまとめた慣性主軸を算出し、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所の位置を、前記慣性主軸に射影した位置に補正する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の画像測量方法。
5. カメラによって撮影された画像に写る特定の二か所の間の実際の距離を計測するための画像測量装置であって、
   計測すべき地点に設置された、少なくとも二か所の彩色部分を有する棒の全体が画像内に収まるように前記カメラによって撮影された前記画像が示す画像データを取得する画像入力部と、
   二か所の前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離を示す彩色位置情報を取得する彩色位置情報入力部と、
   前記画像データから前記彩色部分に彩色された色成分に近似する画素を抽出し、前記画素の空間的繋がりに基づいてラベリング処理を行い、当該ラベリング処理によって生成されたクラスターの直線らしさを計測して、前記画像データに基づく画像においてより直線らしいと計測された部分を彩色部分として検出する彩色部分検出部と、
   ユーザによる操作入力に基づいて指定された、前記画像において前記距離の計測対象である二か所を示す情報を取得する計測位置指定部と、
   前記画像における前記彩色部分のそれぞれの端点と前記棒の端点との間の各々の距離と、前記彩色位置情報とから、最小二乗法によって射影変換行列を計算し、前記射影変換行列と、前記ユーザによる操作入力に基づいて指定された前記画像における前記二か所の間の距離とに基づいて、前記計測対象である二か所の間の距離を計測する距離計測部と、
   前記距離計測部による前記距離の計測結果を出力する結果出力部と、
   を備える画像測量装置。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の画像測量方法をコンピュータに実行させるための画像測量プログラム。

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