JP6883767B2 - 変位計測装置および変位計測方法 - Google Patents

Description

本開示は、計測対象の変位を計測する変位計測装置および変位計測方法に関する。

特許文献１には、軸重計測装置が開示されている。この軸重計測装置は、試験車両の車両ナンバー、既知の軸重、および既知の総重量を、既知データとして予め記憶し、さらに、軸重の誤差の許容範囲および総重量の誤差の許容範囲を、計測精度の判定に用いる判定用データとして予め記憶している。軸重計測装置は、走行する車両のナンバープレートを撮像カメラで撮像して車両ナンバーを読み取って試験車両を識別し、識別した試験車両について、荷重センサに基づいて、計測された軸重と既知の軸重との誤差、および、計測された総重量と既知の総重量との誤差をそれぞれ算出する。そして、軸重計測装置は、誤差が許容範囲内であるか否かによって計測精度を判定する。

特開２０１３−７６２４号公報

本開示は、計測対象が撮像された撮像画像から、荷重物による計測対象の変位を高精度に計測する変位計測装置および変位計測方法を提供する。

本開示の一態様に係る変位計測装置は、計測対象と、計測対象に接触位置において接触している荷重物とが撮像された撮像画像を用いて、荷重物による計測対象の変位を計測する変位計測装置であって、エリア設定部と、変位算出部とを備える。エリア設定部は、撮像画像を生成する撮像装置と接触位置との距離を示す距離情報を用いて、撮像画像における検出エリアの大きさを設定する。変位算出部は、撮像画像のうち検出エリア内の画像のみを用いて、変位を算出する。

本開示の一態様に係る変位計測方法は、計測対象と、計測対象に接触位置において接触している荷重物とが撮像された撮像画像を用いて、荷重物による計測対象の変位を計測する変位計測方法であって、エリア設定ステップと、変位算出ステップとを備える。エリア設定ステップは、撮像画像を生成する撮像装置と接触位置との距離を示す距離情報を用いて、撮像画像における検出エリアの大きさを設定するステップである。変位算出ステップは、撮像画像のうち検出エリア内の画像のみを用いて、変位を算出するステップである。

上記本開示に係る変位計測装置および変位計測方法によれば、計測対象が撮像された撮像画像から、荷重物による計測対象の変位を高精度に計測することができる。

図１は、変位を計測する様子の一例を模式的に示す外観図である。 図２は、実施の形態１に係る変位計測装置の構成を示すブロック図である。 図３は、空間情報を説明する図である。 図４は、変位計測装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、エリア設定部の動作を示すフローチャートである。 図６Ａは、エリア設定の一例を示す模式図である。 図６Ｂは、エリア設定の他の一例を示す模式図である。 図７は、撮像画像におけるノイズを説明する図である。 図８は、ノイズとエリアサイズの関係を説明する図である。 図９は、変位検出の感度とエリアサイズの関係を説明する図である。 図１０は、エリアサイズとＳＮ比の関係を説明する図である。 図１１Ａは、撮像装置とタイヤの位置関係を説明する図である。 図１１Ｂは、撮像装置とタイヤの位置関係を説明する図である。 図１２Ａは、図１１Ａの状態でタイヤが撮像された撮像画像を示す図である。 図１２Ｂは、図１１Ｂの状態でタイヤが撮像された撮像画像を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る変位計測装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、変位と接触位置からの距離の関係を説明する図である。

実施の形態の一態様に係る変位計測装置は、計測対象と、計測対象に接触位置において接触している荷重物とが撮像された撮像画像を用いて、荷重物による計測対象の変位を計測する変位計測装置であって、エリア設定部と、変位算出部とを備える。エリア設定部は、撮像画像を生成する撮像装置と接触位置との距離を示す距離情報を用いて、撮像画像における検出エリアの大きさを設定する。変位算出部は、撮像画像のうち検出エリア内の画像のみを用いて、変位を算出する。

（発明の基礎となった知見）
計測対象の動きを検出するために、複数の撮像画像を用いてテンプレートマッチングやモアレ法などにより計測対象の変位を推定することができる。ここで、テンプレートである画像のピクセル数が大きい程、変位の推定精度が向上する。

一方、たわみのように一様に分布していない変位を検出する場合、撮像画像において、変位を検出するエリアを大きくしすぎると、変位が発生していない領域をそのエリア内に多く含むことになる。これにより、マッチングする際に変位していない部分に合わせこむ力が強くなる。そのため、変位を小さく検出してしまう恐れがある。

また、計測対象と撮像装置との空間的な位置関係によって、撮像画像内の各ピクセルにおいて１ピクセル当たりの実際の長さは異なる。

そこで、上記のトレードオフを考慮した、最適な変位計測装置およびその方法を検討した。

以下、本開示の一態様に係る変位計測装置の具体例について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本開示は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本開示の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。

（実施の形態１）
ここでは、本開示の一態様として、一般車両の走行路に設置され、通過する車両の荷重による走行路の変位を計測する変位計測システムについて説明する。

［１−１．構成］
［１−１−１．変位検出装置］
図１は、本開示の実施の形態１に係る変位を計測する様子の一例を模式的に示す外観図である。

図１に示すように、変位計測システム１は、撮像装置１００と変位計測装置２００とで構成される。ここで、走行路１３０の路面１３１は計測対象であり、車両１２０は荷重物である。路面１３１は、車両１２０のタイヤ１２１から荷重を受け、変位する。

ここでは、例えば、変位計測装置２００は、車両１２０が走行する走行路１３０を撮像する撮像装置１００に接続される。そして、撮像装置１００が生成した複数の撮像画像は、変位計測装置２００に入力される。撮像画像の入力は、無線又は有線による通信、もしくは、記録媒体を介して行われる。変位計測装置２００は、入力された撮像画像を用いて、計測対象である路面１３１の変位を計測する。

図２は、本開示の実施の形態１に係る変位計測装置２００の構成を示すブロック図である。

図２に示されるとおり、変位計測装置２００は、入出力Ｉ／Ｆ２１０と、制御部２２０と、空間情報取得部２３０と、位置検出部２４０と、エリア設定部２５０と、変位算出部２６０と、メモリ２７０とを備える。

変位計測装置２００は、例えば、メモリ２７０に記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）などのマイクロプロセッサが実行することによって実現される。

入出力Ｉ／Ｆ２１０は、撮像装置１００によって生成された撮像画像の入力を受け付ける。例えば、入出力Ｉ／Ｆ２１０は、４０９６×２１６０ピクセルのデジタル画像の入力を受け付ける。入出力Ｉ／Ｆ２１０は、受付けた撮像画像を制御部２２０に出力する。

制御部２２０は、各部の動作を制御する。制御部２２０は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

空間情報取得部２３０は、車両１２０が撮像されていない撮像画像を用いて、路面１３１の空間情報を取得する。

図３は、空間情報を説明する図である。図３に示すように、空間情報取得部２３０は、メモリ２７０に格納されている撮像装置１００の撮像素子１０１の路面１３１に対する高さ（ｈ）、画角、撮像素子１０１の路面１３１に対する角度（α）などを示す設置情報を用いる。つまり、角度（α）は、路面１３１に対する撮像装置１００の撮影角度である。そして、空間情報取得部２３０は、路面１３１の各点が撮像画像のどの点に投影されているかを算出し、空間情報を算出する。ここで、空間情報取得部２３０は、路面１３１の各点が仮想的な投影面１０２のどの点に投影されているかを算出することにより、空間情報を算出してもよい。

空間情報は、撮像装置１００と撮像画像に投影された路面１３１との位置関係を示す情報である。すなわち、空間情報は、撮像装置１００と、路面１３１と車両１０２との接触位置との距離を示す距離情報を含む。また、距離情報は、上記の設置情報に基づき定められてもよい。すなわち、距離情報は、路面１３１に対する撮像装置１００の高さ、および、路面１３１に対する撮像装置１００の撮影角度に基づき定められてもよい。より詳細には、路面１３１に対する撮像装置１００の高さ、および、路面１３１に対する撮像装置１００の撮影角度に基づき定められる撮像装置１００と路面１３１との幾何学に基づいて、距離情報は定められてもよい。空間情報は、撮像画像における各点の１ピクセル当たりの実際の長さが異なることを補正するために用いられる。空間情報取得部２３０は、透視投影法などの方法を用いて、空間情報を算出する。

図３において、路面１３１上の点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３は、それぞれ、投影面１０２上の点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３に対応する。撮像装置１００に近い路面１３１上の点Ｇ３を投影した点Ｆ３と、撮像装置１００から遠い路面１３１上の点Ｇ１を投影した点Ｆ１とでは、撮像画像上では同じピクセル長が表示されるが、実際の長さは異なる。また路面１３１上の点Ｇ１と点Ｇ３の中間点の点Ｇ２を投影した点Ｆ２の１ピクセル当たりの実際の長さも、点Ｆ１、Ｆ３の１ピクセル当たりの実際の長さとは異なる。これは、撮像装置１００と各点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３との距離が大きいほど、各点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３が撮像画像において小さく投影されることに起因する。

位置検出部２４０は、メモリ２７０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取りだし、各撮像画像におけるタイヤの位置を検出する。位置検出部２４０は、撮像画像中のタイヤ位置検出方法として、画像認識技術やテンプレートマッチング、機械学習、ニューラルネットワークなどの一般的な技術を用いることができる。変位検出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でも良い。

エリア設定部２５０は、撮像画像において、路面１３１の変位を検出するために用いる検出エリアを設定する。具体的には、エリア設定部２５０は、検出エリアの位置および大きさを設定する。検出エリアの設定については後述する。

変位算出部２６０は、メモリ２７０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出し、エリア設定部２５０が設定した検出エリア内の画像を用いて、路面１３１の変位を算出する。位置検出部２４０は、撮像画像中の変位検出方法として、テンプレートマッチングを用いることができる。また、位置検出部２４０は、変位検出方法として、ブロックマッチング、相関法、サンプリングモアレ法、特徴点追跡法など一般的な変位検出方法を用いてもよい。ここで、相関法として、正規化相関法（normalized cross correlation）、位相相関法（phase correlation）、レーザスペックル相関法などが挙げられる。変位検出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でも良い。

メモリ２７０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０から入力された撮像画像を記憶する記憶部の一例である。メモリ２７０は、撮像装置１００の設置情報を記憶する。また、メモリ２７０は、各部のワークメモリとして用いられる。例えば、メモリ２７０は、空間情報取得部２３０が取得した空間情報を記憶する。メモリ２７０は、位置検出部２４０が検出したタイヤ１２１の位置情報を記憶する。メモリ２７０は、エリア設定部２５０が設定したエリア情報を格納する。メモリ２７０は、変位算出部２６０が算出した路面変位を格納する。メモリ２７０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の高速動作が可能な半導体記憶素子で構成される。

［１−２．動作］
［１−２−１．全体の動作］
図４は、実施の形態１に係る変位計測装置２００の動作を示すフローチャートである。

制御部２２０は、撮像装置１００より撮像画像を取得する。制御部２２０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、撮像装置１００が生成した撮像画像を取得する。そして、制御部２２０は、撮像画像をメモリ２７０に格納させる（ステップＳ３０１）。

制御部２２０は、空間情報取得部２３０に、空間情報を取得させる（ステップＳ３０２）。空間情報取得部２３０は、メモリ２７０に格納されている撮像画像と、撮像装置１００の設置情報を用いて、空間情報を取得する。

制御部２２０は、位置検出部２４０に、撮像画像における路面１３１上のタイヤ１２１の位置を検出させる（ステップＳ３０３）。

制御部２２０は、エリア設定部２５０に、撮像画像内に、路面１３１の変位を検出するための検出エリアを設定させる（ステップＳ３０４）。

制御部２２０は、変位算出部２６０に、エリア設定部２５０が設定した検出エリア内の撮像画像を用いて、路面１３１の変位を算出させる（ステップＳ３０５）。変位算出部２６０は、メモリ２７０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出し、エリア設定部２５０が設定した検出エリア内の画像を用いて、路面１３１の変位をピクセル単位で算出する。変位算出部２６０は、空間情報取得部２３０が取得した空間情報を用いて、画像上の変位（ピクセル単位）を実空間での変位（メートル単位）に換算（変換）する。すなわち、変位算出部２６０は、空間情報に含まれる距離情報と撮像画像における変位とを用いて、車両１２０による路面１３１の実際の変位を算出する。

［１−２−２．検出エリアの設定］
図５はエリア設定部の動作を示すフローチャートである。

まず、エリア設定部２５０は、空間情報を用いて、検出エリアのエリアサイズを決定する（ステップＳ４０１）。具体的には、エリア設定部２５０は、空間情報から、撮像装置１００と、路面１３１と車両１２０との接触位置との距離を示す距離情報を取得する。エリア設定部２５０は、距離情報が示す距離が短いほど検出エリアが大きくなるように、検出エリアの大きさを設定する。また、エリア設定部２５０は、位置検出部２４０が生成した車両１２０のタイヤ１２１の位置を示す位置情報を用いて、検出エリアの位置を設定する。以下に、エリア設定部２５０の動作の詳細を説明する。

エリア設定部２５０は、位置検出部２４０が検出したタイヤ位置に基づいて、任意に設定した位置において、エリアサイズを複数設定し、各エリアサイズで算出した変位結果から、検出エリアのエリアサイズを決定してもよい。また、エリア設定部２５０は、タイヤ位置に基づいて、複数の位置を設定し、各位置で設定した検出エリアにおいて算出した変位結果の平均値、中央値などを用いて、検出エリアのエリアサイズを決定してもよい。

図６Ａはエリア設定の一例を示す模式図である。図６Ｂはエリア設定の他の一例を示す模式図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、走行路１３０（図１参照）上を走行する車両１２０のタイヤ１２１と接する路面１３１が車両１２０の軸重により、変位していることを示している。また、図６Ａは、エリア設定部２５０が検出エリアとしてエリアＳ１を設定していることを示す。さらに、図６Ｂは、エリア設定部２５０が検出エリアとしてエリアＳ２を設定していることを示す。

図７は、撮像画像におけるノイズを説明する図である。図８は、ノイズとエリアサイズの関係を説明する図である。図７において、縦軸は変位、横軸は時刻を示す。図８において、縦軸はノイズ、横軸はエリアサイズを示す。

図７は、車両１２０を含まない複数の撮像画像に対して、撮像画像時刻順に検出した変位を示す。この場合、各撮像画像間から変位は算出されないので、変位算出結果は各時刻において０になる。実際には、図７に示すように、撮像素子１０１（図３参照）のノイズ、大気の揺らぎなどにより、変位ｂがノイズ成分として算出される。そのため、例えば、変位ｂの分散ａをノイズと考えることが出来る。なお、分散ではなく標準偏差をノイズと考えてもよい。

このようなノイズは、一般的には白色雑音である。そのため、テンプレートマッチングにおいては、図６ＡのエリアＳ１のようにエリアサイズを大きくすると、図８に示すように、ノイズが平均化され、ノイズの影響は小さくなる。すなわち、エリアサイズを大きくすると、ノイズは飽和値ｃに近づいていく。一方、図６ＢのエリアＳ２のように、検出エリアの領域に対して変位が発生している領域の割合を大きくすることで、変位に関する感度が向上する。

また、図９に示すように、エリアサイズが大きくなるほど、変位検出の感度は小さくなる。図９は、変位検出の感度とエリアサイズの関係を説明する図である。図９において、縦軸は感度、横軸はエリアサイズを示す。エリアサイズが大きい場合、設定した検出エリアの領域に対して変位していない部分が占める領域の割合が大きくなる。従って、テンプレートマッチングを行う場合、変位していない部分に合わせ込む力が強くなり、変位検出の感度が小さくなってしまう。

このことから、エリアサイズとＳＮ比（シグナルノイズ比）の関係は図１０のようになると考えられる。図１０は、エリアサイズとＳＮ比の関係を説明する図である。図１０において、縦軸はＳＮ比、横軸はエリアサイズである。図１０に示すように、ＳＮ比にピークがある場合は、ピーク位置に対応するエリアサイズを検出エリアの大きさとして設定すればよい。また、ＳＮ比にピークがない場合は、図８においてノイズレベルが立ち上がるエリアサイズＳ３を検出エリアの大きさとして設定してもよい。

エリア設定部２５０は、上記のいずれかの方法でエリアサイズを算出する。

次に、エリア設定部２５０は、空間情報取得部２３０が取得した距離情報から、１ピクセル当たりの実際の長さを取得する。エリア設定部２５０は、その長さを用いて、算出したエリアサイズを調整する（ステップＳ４０２）。

エリア設定部２５０は、１ピクセルあたりの実際の長さに応じて、エリアサイズを調整する。エリア設定部２５０は、例えば、実際の長さにおいて１０ｃｍなどの基準を設定し、エリアサイズがその基準となるサイズになるように、空間情報を用いてタイヤ１２１の位置ごとにエリアサイズ（ピクセルサイズ）を調整する。これは、同じ基準のエリアサイズを用いないと、同じ重さがかかった時の変位が同じ値にならなくなってしまうためである。すなわち、エリアサイズを実際の長さに対応したピクセルサイズに変換する。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、撮像装置１００とタイヤ１２１の位置関係を説明する図である。図１２Ａは、図１１Ａの状態で撮像装置１００によってタイヤ１２１が撮像された撮像画像を示す図である。図１２Ｂは、図１２Ｂの状態で撮像装置１００によってタイヤ１２１が撮像された撮像画像を示す図である。

図１１Ａは、タイヤ１２１が撮像装置１００から遠い位置にあることを示す。図１１Ｂは、タイヤ１２１が撮像装置１００に近い位置にあることを示す。また、図１２Ａは、図１１Ａの状態において、撮像装置１００が生成した撮像画像５００を示す。図１２Ｂは、図１１Ｂの状態において、撮像装置１００が生成した撮像画像５１０を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、撮像時の撮像装置１００とタイヤ１２１との間の距離から、撮像画像５００におけるタイヤ５０１は、撮像画像５１０におけるタイヤ５１１より小さく撮像される。

ここで、図１２Ａにおけるタイヤ５０１の位置は、図３の点Ｆ１の位置に対応している。また、図１２Ｂにおけるタイヤ５１１の位置は、図３の点Ｆ３の位置に対応している。この時、空間情報取得部２３０が算出した１ピクセル当たりの実際の長さは、点Ｆ１とその周辺の画素において３／５ｃｍであり、点Ｆ３とその周辺の画素において３／２０ｃｍであったとする。この時、エリアサイズ（縦×横）が３ｃｍ×６０ｃｍであったとすると、撮像画像５００における検出エリア５０２のエリアサイズは５ピクセル×１００ピクセルとなり、撮像画像５１０における検出エリア５１２のエリアサイズは２０ピクセル×４００ピクセルとなる。図１２Ａにおいて検出エリア５０２の大きさは５×１００ピクセルを示しており、図１２Ｂにおいて検出エリア５１２の大きさは２０×４００ピクセルを示している。このようにエリアサイズを調整することで、撮影画像上では、検出エリア５０２、５１２の大きさは異なるが、変位を検出する対象の領域の大きさを同じにすることができる。

変位算出部２６０は、撮像画像５００の場合は、撮像画像５００のうち検出エリア５０２内の画像のみを用いて変位を算出する。また、変位算出部２６０は、撮像画像５１０の場合は、撮像画像５１０のうち検出エリア５１２内の画像のみを用いて変位を算出する。

［１−３．効果等］
実施の形態１の変位計測装置２００は、走行路１３０の路面１３１と、路面１３１に接触位置において接触している車両１２０のタイヤ１２１とが撮像された撮像画像を用いて、車両１２０による路面１３１の変位を計測する変位計測装置であって、エリア設定部２５０と、変位算出部２６０とを備える。エリア設定部２５０は、撮像画像を生成する撮像装置１００と、接触位置との距離を示す距離情報を用いて、撮像画像における検出エリアの大きさを設定する。変位算出部２６０は、撮像画像のうち検出エリア内の画像のみを用いて、路面１３１の変位を算出する。

空間情報を用いて検出エリアを設定することで、撮像装置１００の配置の変化、撮像画像内での検出エリアの位置の変化などに対してロバストな変位計測を行うことができる。従って、変位計測の精度を向上させることが出来る。

さらに、撮像画像内のピクセル変位から空間情報を用いた幾何変換によって実際の変位を計測することができる。

（実施の形態２）
［２−１．構成］
図１３は、本開示の実施の形態２に係る変位計測装置６００の構成を示すブロック図である。図１３において、実施の形態１と同様の動作を行う構成要素には同符号を付与し、説明を省略する。

図１３に示されるとおり、変位計測装置６００は、入出力Ｉ／Ｆ２１０と、制御部６２０と、エリア設定部６５０と、変位算出部２６０と、メモリ６７０とを備える。

変位計測装置６００は、例えば、メモリ６７０に記憶されたプログラムをマイクロプロセッサが実行することによって実現される。

制御部６２０は、各部の動作を制御する。制御部６２０は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。

エリア設定部６５０は、撮像画像において、路面１３１の変位を検出するために用いる検出エリアを設定する。検出エリアの設定については後述する。

実施の形態２の変位計測装置６００は、実施の形態１の変位計測装置２００と異なり、空間情報取得部２３０を備えていない。実施の形態２においては、制御部６２０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、撮像装置１００自身、または、他の装置から空間情報を取得する。そして、制御部６２０は、空間情報をメモリ６７０に格納する。例えば、制御部６２０は、撮像装置１００がＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）カメラである場合は、撮像装置１００が計測した空間情報を取得する。また、制御部６２０は、ステレオカメラや多視点ステレオカメラ、パターン投影、レーザー測距計などにより計測した空間情報を取得してもよい。ここで、ステレオカメラや多視点カメラから空間情報を取得する場合、大きさが既知のキャリブレーションボートを同時に撮影することにより空間情報のキャリブレーションを行ってもよいし、ユーザが手入力で空間情報のキャリブレーションを行ってもよい。

また、実施の形態２の変位計測装置６００は、実施の形態１の変位計測装置２００と異なり、位置検出部２４０を備えていない。実施の形態２においては、制御部６２０は、走行路１３０に埋め込まれた埋め込み式センサや路側に設置されたレーザーセンサーなどからタイヤ位置を示す情報を取得する。制御部６２０は、取得したタイヤ位置を示す情報をメモリ６７０に格納する。

エリア設定部６５０は、撮像画像において、路面１３１の変位を検出するために用いる検出エリアを設定する。

［２−２．動作］
実施の形態２の変位計測装置６００の動作は、図４のフローチャートの動作と同じである。実施の形態１との相違点は、ステップＳ３０２およびステップＳ３０３の動作において、制御部６２０が、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して外部機器より各情報を取得して、その情報をメモリ６７０に格納する点である。また、エリア設定部６５０の動作もエリア設定部２５０の動作と異なるので、ここでは、エリア設定部６５０の動作について説明する。

図１４は、実施の形態２に係る検出エリアの設定の方法を説明する図である。図１４において、縦軸は変位、横軸は接触位置（タイヤ直下）からの距離を示す。図１４において、路面１３１が沈み込む方向を負とし、接触位置での変位を−１．０に正規化している。図１４に示すように、接触位置からの距離が大きくなる程、変位は０に近づく。

エリア設定部６５０は、図１４に示す変位の空間分布形状から検出エリアを設定する。エリア設定部６５０は、例えば、路面１３１の変位が接触位置の変位の０．８倍となるところまでを検出エリアに設定する。図１４の場合、距離０（接触位置）から距離Ｌ１までの範囲をエリアサイズとする。これは、変位は距離Ｌ２まで発生しているが、距離Ｌ１までのエリアサイズでも十分変位検出精度が確保できるためである。

［２−３．効果等］
実施の形態２では、エリア設定部６５０は、変位の空間分布形状を用いて、変位が発生している領域の中で所定の大きさの変位以上の変位が検出されている領域を検出エリアに設定する。これにより、検出エリアの設定における処理量を削減することができる。

なお、エリア設定部６５０は、ノイズのみから検出エリアを設定してもよい。例えば、図８に示すノイズの立ち上がるエリアサイズＳ３を最適な検出エリアの大きさとしてもよい。このようにすることで、さらに処理量を削減することが可能となる。

また、エリア設定部６５０は、路面変位の空間分布形状を用いて検出エリアを設定した。しかし、本開示はこれに限定されない。エリア設定部６５０は、変位検出感度を用いて検出エリアを設定してもよい。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１、２について説明した。しかしながら、本開示における技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。

本開示では、計測対象を１台の撮像装置を用いて撮像した。しかし、複数台の撮像装置を用いて生成した撮像画像について本開示と同様の処理を行い、複数の算出結果から、最終的な変位を算出してもよい。また、複数の撮像画像を利用してもよい。これにより、算出精度を向上させることができる。

また、撮像装置１００の路面１３１に対する傾きが例えば、路面１３１の変位により変化してしまった場合、グローバル動き、不動点の動き、３次元再構成、ＳＦＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）などによる撮像装置１００の位置推定などから、撮像装置１００の傾きを推定して、メモリが記憶している設置情報を補正してもよい。

また、本開示では、走行路１３０を走行する車両１２０により発生する路面１３１の変位を計測する場合を例にとって説明した。しかし、本開示は、これに限定するものではなく、床面など面を有する計測対象に荷重物が置かれた時の面の変位を測定するのにも適用できる。

本開示において、変位測定装置は、マイクロプロセッサとメモリとを備えるコンピュータにおいて、メモリに記憶されたプログラムをマイクロプロセッサが実行することによって実現される構成の例であるとして説明した。しかしながら、変位計測装置は、上記実現例と同等の機能を有していれば、必ずしも上記実現例通りに実現される構成の例に限定される必要はない。例えば、変位計測装置を構成する構成要素の一部又は全部が、専用回路によって実現される構成の例であっても構わない。

また、変位計測装置における各構成要素（機能ブロック）は、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の半導体装置により個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全部を含むように１チップ化されてもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。更には、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてあり得る。

また、上記各種処理の全部又は一部は、電子回路等のハードウェアにより実現されても、ソフトウェアを用いて実現されてもよい。なお、ソフトウェアによる処理は、変位計測装置に含まれるプロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されるものである。また、そのプログラムを記録媒体に記録して頒布や流通させてもよい。例えば、頒布されたプログラムを、他のプロセッサを有する装置にインストールして、そのプログラムをそのプロセッサに実行させることで、その装置に、上記各処理を行わせることが可能となる。

また、上述した実施の形態で示した構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示の範囲に含まれる。

本開示は、面を有する計測対象に荷重物が置かれた時の計測対象の変位を、撮像画像を用いて計測する変位計測装置に利用可能である。

１ 変位計測システム
１００ 撮像装置
２００，６００ 変位計測装置
２１０ 入出力Ｉ／Ｆ
２２０，６２０ 制御部
２３０ 空間情報取得部
２４０ 位置検出部
２５０，６５０ エリア設定部
２６０ 変位算出部
２７０，６７０ メモリ

Claims (11)

1. 計測対象と、前記計測対象に接触位置において接触している荷重物とが撮像された撮像画像を用いて、前記荷重物による前記計測対象の変位を計測する変位計測装置であって、
   前記撮像画像における前記荷重物の位置を検出する位置検出部と、
   前記荷重物がないときの前記計測対象と前記撮像画像を生成する撮像装置との距離を空間的に示す距離情報と、前記位置検出部が検出した前記荷重物の位置とを用いて、前記撮像画像における検出エリアの位置および大きさを設定するエリア設定部と、
   前記撮像画像のうち前記検出エリア内の画像のみを用いて、前記変位を算出する変位算出部と、
   を備えた、変位計測装置。
2. 前記エリア設定部は、前記距離情報が示す距離が短いほど前記検出エリアが大きくなるように、前記検出エリアの大きさを設定する、請求項１記載の変位計測装置。
3. 前記変位算出部は、前記荷重物による変位がないときに撮像されるノイズを算出し、
   前記エリア設定部は、前記撮像画像におけるエリアサイズに対する前記変位と前記ノイズのＳＮ比がピーク値のとき、または、前記エリアサイズに対する前記ノイズの傾きが変化するときのエリアサイズを前記検出エリアの大きさとして設定する、請求項１または２のいずれかに記載の変位計測装置。
4. 前記変位算出部は、テンプレートマッチングにより前記変位を算出する、請求項１〜３のいずれかに記載の変位計測装置。
5. 前記変位算出部は、前記距離情報と前記変位とを用いて、前記荷重物による前記計測対象の実寸の変位を算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の変位計測装置。
6. 前記距離情報を格納する記憶部を備える、請求項１〜５のいずれかに記載の変位計測装置。
7. 前記距離情報は、前記計測対象に対する前記撮像装置の高さ、および、前記計測対象に対する前記撮像装置の撮影角度に基づき定められる、請求項１〜６のいずれかに記載の変位計測装置。
8. 前記撮像装置の前記測定対象に対する設置情報を用いて、前記測定対象の各点が前記撮像画像に投影されている各点を算出し、前記距離情報を算出する距離情報取得部を備える、請求項１〜７のいずれかに記載の変位計測装置。
9. 前記変位算出部は、複数の撮影画像を撮像時刻順に取出し、前記エリア設定部が設定した検出エリア内の画像を用いて、前記変位を算出する、請求項１〜８のいずれかに記載の変位計測装置。
10. 前記測定対象が走行路であり、
    前記荷重物が車両であり、
    前記接触位置は、前記走行路と前記車両のタイヤが接している位置である、
    請求項１〜９のいずれかに記載の変位計測装置。
11. 計測対象と、前記計測対象に接触位置において接触している荷重物とが撮像された撮像画像を用いて、前記荷重物による前記計測対象の変位を計測する変位計測方法であって、
    前記撮像画像における前記荷重物の位置を検出する位置検出ステップと、
    前記荷重物がないときの前記計測対象と前記撮像画像を生成する撮像装置との距離を空間的に示す距離情報と、前記位置検出ステップで検出した前記荷重物の位置とを用いて、前記撮像画像における検出エリアの位置および大きさを設定するエリア設定ステップと、
    前記撮像画像のうち前記検出エリア内の画像のみを用いて、前記変位を算出する変位算出ステップと、
    を備えた、変位計測方法。

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