JP6960047B2 - 振動解析装置、振動解析装置の制御方法、振動解析プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、振動解析装置、振動解析装置の制御方法、振動解析プログラムおよび記録媒体に関する。
本願は、２０１８年４月１０日に、日本に出願された特願２０１８−０７５５６７に優先権を主張し、その内容をここに援用する。

被写体の振動を解析する技術として、被写体に加速度センサなどのセンサを設置し、センサが出力する振動情報に基づいて被写体の振動を解析する技術、被写体にレーザ光を照射して反射した反射光の情報に基づいて解析する技術、および、撮像装置によって撮像した被写体の動画像（映像）を解析する技術などがある。映像を解析する技術は、遠隔から計測可能である点および被写体内の複数箇所を解析可能である点において、有用である。

上述のような被写体の振動を解析する技術として、例えば、特許文献１には、撮像した振動測定対象物の測定対象部の時系列画像に基づいて測定対象部の振動分析を行う技術が開示されている。

特開２００３−１５６３８９号公報（２００３年５月３０日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、必ずしも好適に被写体の振動を解析することができるわけではない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、被写体の振動を好適に解析可能な振動解析装置およびその関連技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る振動解析装置は、ユーザの操作に応じて解析軸を設定する解析軸設定部と、被写体の映像に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部と、前記振動解析部による解析結果を出力する出力部と、を備えている。

本発明の一態様に係る振動解析装置は、解析軸を設定する解析軸設定部と、被写体の映像に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部と、前記被写体の画像に前記解析軸を重畳して表示するとともに、前記振動解析部による解析結果を表示する表示部と、を備えている。

本発明の一態様に係る振動解析装置の制御方法は、被写体の振動を解析する振動解析装置の制御方法であって、前記振動解析装置が、ユーザの操作に応じて解析軸を設定する解析軸設定工程と、前記振動解析装置が、前記被写体の映像に基づいて、該被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析工程と、前記振動解析装置が、前記振動解析工程における解析結果を出力する出力工程と、を包含する。

本発明の一態様によれば、被写体の振動を好適に解析可能な振動解析装置およびその関連技術を提供することができる。

実施形態１に係る振動解析システムの構成を示す機能ブロック図である。 実施形態１に係る振動解析装置の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 被写体の映像を示す図である。 実施形態１に係る振動解析装置による振動の解析結果の一例を示す図である。 解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定する一例について説明するための図である。 解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定した場合の振動の解析結果の一例を示す図である。 実施形態１に係る振動解析装置による振動の解析結果の一例を示す図である。 解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に変更した場合の振動の解析結果の一例を示す図である。 実施形態１に係る振動解析装置による振動の解析結果の一例を示す図である。 図９に示す振動の周波数と強度との関係を示すグラフである。 周波数ごとに解析した振動の解析結果の一例を示す図である。 解析軸の方向を、Ｘ軸方向からＸ軸方向とＹ軸方向との中間の方向に変更した場合について説明するための図である。 被写体の映像の一例を示す図である。 撮像部と被写体との位置関係の一例を示す図である。 被写体の映像の一例を示す図である。 被写体の映像の一例を示す図である。 被写体の映像の一例を示す図である。 被写体の映像の一例を示す図である。 表示部に表示される画像の一例を示す図である。 表示部に表示される画像の一例を示す図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る振動解析システム１、振動解析装置６０および振動解析装置６０の制御方法について、図１〜１２に基づいて詳細に説明する。

〔振動解析システム１〕
まず、図１に基づいて、本発明の一実施形態に係る振動解析システム１の構成の一例について説明する。図１は、実施形態１に係る振動解析システム１の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、振動解析システム１は、撮像部１０、操作部２０、表示部３０、記憶部４０、制御部５０および振動解析装置６０を備えている。また、図１において、振動解析装置６０は、撮像部１０、操作部２０、表示部３０、記憶部４０および制御部５０に接続されている。

［撮像部１０］
撮像部１０は、被写体を撮像するものであり、撮像した被写体の映像（解析対象である振動する被写体を含む映像）を入力映像として振動解析装置６０に送信する。

ここで、被写体の映像を好適に撮像するために、撮像部１０は固定されていることが好ましい。ただし、例えば被写体が橋梁など、地上に固定した撮像部１０から撮像する際に被写体が死角となる場合、および、撮像部１０を固定した状態で撮像するのが難しいものである場合、撮像部１０はドローンなどの飛行装置（駆動装置）に設けて当該飛行装置と共に撮像部１０を移動させてもよい。このように撮像部１０を移動させながら被写体を撮像した場合でも、後述するように、入力映像上の背景の不動点に対する被写体の解析領域の変位量に基づいて被写体を解析することで、好適に被写体の振動を解析することができる。

［操作部２０］
操作部２０は、ユーザの操作の入力を受け付けるものであり、例えば、タッチパネルまたはマウスなどによって実現される。操作部２０がタッチパネルであり、ユーザが当該タッチパネルを介して入力映像を入力する操作を行った場合、当該タッチパネルを備えた表示部３０に入力映像が表示される。

［表示部３０］
表示部３０は、各種画像を表示するものである。表示部３０は、例えば、撮像部１０が撮像した被写体の映像、および、出力部６４が出力した振動解析部６３による解析結果を表示する。なお、上述の例では、表示部３０は、振動解析装置６０の外部の振動解析システム１に備えられているが、振動解析装置６０が表示部３０を備えていてもよい。この場合も上述の例と同様に振動解析部６３による解析結果を表示することができる。

［記憶部４０］
記憶部４０は、例えば、制御部５０が実行する各種の制御プログラムなどを記憶するものであり、例えばハードディスクおよびフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置によって構成される。記憶部４０には、例えば、入力映像、出力映像、被写体の解析領域、解析軸および解析結果などが記憶される。

［制御部５０］
制御部５０は、撮像部１０、操作部２０、表示部３０、記憶部４０および振動解析装置６０などの各機能ブロックを統括的に制御するものである。

［振動解析装置６０］
振動解析装置６０は、入力映像における被写体の振動を解析し、解析結果を出力するものである。ここでは、入力映像が、撮像部１０によって撮像された映像である場合について説明するが、記憶部４０に保存された映像、ネットワーク経由で取得した映像、または、取り外し可能な記憶デバイスに保存された映像でもよい。また、振動解析装置６０は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡおよびＡＳＩＣなどのソフトウェアまたはハードウェアによって構成され、制御部５０などと同じデバイスによって動作させることも可能である。図１に示すように、振動解析装置６０は、解析領域設定部６１と、解析軸設定部６２と、振動解析部６３と、出力部６４とを備えている。

（解析領域設定部６１）
解析領域設定部６１は、振動解析装置６０に入力された入力映像の中から、振動する被写体の少なくとも一部の領域であって、当該振動の解析対象となる解析領域を設定する。解析領域設定部６１は、目的に応じて、例えば、被写体上の１または複数の点（画素）、振動する被写体のエッジなどの線、被写体の一部の領域または被写体全体の領域（全画素）などを解析領域として設定することができる。

一態様において、解析領域設定部６１は、被写体の映像に応じて解析領域を設定する。この場合、解析領域設定部６１は、入力映像内から振動する部位を検出し、検出した被写体上の点、線および領域を解析領域に設定してもよい。

また、別の一態様において、解析領域設定部６１は、ユーザの操作に応じて解析領域を設定する。この場合、解析領域設定部６１は、操作部２０を介して入力されたユーザの入力情報に応じて解析領域を設定してもよい。例えば、制御部５０によって表示部３０に入力映像が表示されており、ユーザは、操作部２０を介して、表示部３０に表示された入力映像における被写体の一部の領域を指定する。そして、解析領域設定部６１は、入力された当該被写体の一部の領域を解析領域として設定する。

（解析軸設定部６２）
解析軸設定部６２は、振動解析部６３が被写体の振動を解析するための解析軸を設定する。一態様において、解析軸設定部６２は、被写体の映像に応じて解析軸を設定する。この場合、解析軸設定部６２は、解析領域設定部６１が設定した解析領域が振動する方向を解析し、その解析結果に基づいて解析軸を設定してもよい。

また、別の一態様において、解析軸設定部６２は、ユーザの操作に応じて解析軸を設定する。この場合、解析軸設定部６２は、操作部２０を介して入力されたユーザの入力情報に応じて解析軸の方向を設定してもよい。例えば、表示部３０に解析軸の方向の候補が黒点から回転可能に延びる複数の矢印として表示されており、ユーザは、操作部２０、または、タッチパネルなどの操作部２０を備える表示部３０を介して解析軸の方向を指定する。そして、解析軸設定部６２は、指定された方向に解析軸を設定する。

ここで、解析軸が映像の長手方向や短手方向等、固定した方向に設定される場合、被写体の振動を好適に推定することが困難な場合がある。これに対し、上述のように、解析軸設定部６２が、被写体の映像またはユーザの操作に応じて、解析軸の方向を変更可能な状態で解析軸を設定することで、好適な方向に沿った解析軸を設定することができる。その結果、被写体の振動を好適に解析することができる。

（振動解析部６３）
振動解析部６３は、入力映像に基づいて、被写体における解析軸に沿った振動を解析する。例えば、振動解析部６３は、解析領域設定部６１によって設定された解析領域上に設定された解析軸に沿った振動を解析してもよい。より具体的には、振動解析部６３は、撮像部１０によって時系列に沿って撮像された被写体の各フレーム画像における解析領域の変位量を算出する。これにより、振動解析部６３は、変位量の他に、当該解析領域の変位方向、変位速度および減衰量などの振動情報を算出し、当該振動情報を解析する。

振動解析部６３は、各フレーム画像における解析領域の変位量を、例えば、ブロックマッチングのような既知の方法を用いて算出することができる。また、振動解析部６３は、所定のフレーム画像を基準画像とし、基準画像上で設定した点などの解析領域に対応する他のフレーム画像上の点の位置を算出することができる。これにより、基準画像における解析領域に対する他のフレーム画像の解析領域の変位量を算出し、解析領域の時系列に沿った変位量を算出することができる。また、振動解析部６３は、解析領域の時系列に沿った変位量を解析することで、解析領域の変位方向、変位速度および減衰量などを算出することができる。

なお、上述の例では、振動解析部６３は、撮像部１０によって撮像された振動する被写体の映像に基づいて、振動の解析を行っているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、振動解析部６３は、撮像部１０によって撮像された被写体の映像でなくてもよく、予め撮像された被写体の映像に基づいて、振動の解析を行ってもよい。

（出力部６４）
出力部６４は、振動解析部６３による解析結果を表示部３０などの振動解析装置６０の外部に出力する。例えば、出力部６４は、振動解析部６３によって解析された、振動の変位量などの振動の解析結果を表示部３０に表示するための画像を生成し、当該画像データを表示部３０に出力する。出力部６４は、入力映像に振動解析部６３によって解析された解析結果を重畳した画像を出力してもよいし、解析結果のみを示す画像を出力してもよい。これにより、好適に振動の解析結果を表示することができる。出力部６４が生成する画像の詳細については後述する。

〔振動解析装置６０の制御処理〕
次に、図２を用いて、本実施形態に係る振動解析装置６０の制御処理（振動解析装置の制御方法）の流れを説明する。図２は、振動解析装置６０の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。振動解析装置６０は、被写体の映像が入力された場合に、以下のステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の処理を開始する。

ステップＳ２０１において、振動解析装置６０の解析領域設定部６１は、被写体の映像を入力映像として取得し、当該入力映像における被写体の解析領域を設定する。

ステップＳ２０２において、解析軸設定部６２は、解析領域設定部６１が設定した解析領域に対し、被写体の映像またはユーザの操作に応じて解析軸を設定する（解析軸設定工程）。

ステップＳ２０３において、振動解析部６３は、被写体の映像に基づいて、被写体の解析領域における、解析軸に沿った振動を解析する（振動解析工程）。

ステップＳ２０４において、出力部６４は、ステップＳ２０３において解析された被写体の解析領域の変位量および変位方向などの解析結果を出力する（出力工程）。

〔振動解析装置６０による振動の解析の詳細〕
続いて、振動解析装置６０による振動の解析の詳細について以下の処理例１を用いて説明する。

［処理例１］
（振動解析装置６０による解析軸の設定および振動の解析）
図３を用いて、振動解析装置６０による解析軸の設定および振動の解析の一例について説明する。図３の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、撮像部１０によって撮像された橋梁（被写体）３０３の入力映像（映像）３００、３０１および３０２を示す図である。入力映像３００、３０１および３０２は１つの動画像（映像）の１フレームであり、それぞれ、撮像された時間が異なる。また、橋梁３０３は振動しており、入力映像３００では橋梁３０３の橋桁３０４はたわんでいないが、入力映像３０１では橋桁３０４が下向きにたわんでおり、入力映像３０２では橋桁が上向きにたわんでいる。本処理例では、振動解析装置６０の解析軸設定部６２は、図３に示す橋梁３０３のように入力映像３０２の上下方向（Ｙ軸方向）に振動する被写体の撮像した映像に応じてＹ軸方向に解析軸を設定し、振動解析部６３は当該解析軸に沿った振動を解析する。入力映像３００における破線の矩形で示す領域は、解析領域設定部６１によって設定する解析領域３０５を示している。入力映像３０１および３０２における破線の矩形で示す領域である解析領域３０６および３０７は、入力映像３００における解析領域３０５に対応する領域を示している。振動解析部６３は、解析領域３０５の位置を基準位置とし、解析領域３０５に対する解析領域３０６および３０７の変位量に基づいて、橋梁３０３の解析領域３０５の振動を解析することができる。例えば、入力映像３０１における橋梁３０３が最も下側にたわんだ状態であり、入力映像３０２における橋梁３０３が最も上側にたわんだ状態である場合、振動解析部６３は、解析領域３０５に対する解析領域３０７の変位量から解析領域３０５に対する解析領域３０６の変位量を減算することで、解析領域３０５の振動の振幅（最大−最小）を算出できる。

なお、上述の例では、振動解析部６３は、解析領域３０５と３０６および３０７とに基づいて、解析領域３０５の変位量を解析しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、振動解析部６３は、入力映像内の背景の不動点に対する解析領域３０５の変位量を算出してもよい。これによっても、振動解析部６３は、解析領域３０５の変位量を算出し、解析領域３０５の振動を好適に算出することができる。

このように、振動解析部６３が被写体の解析領域の変位量（被写体の変位量）に基づいて振動を解析することで、当該解析領域の振動の振幅などを解析結果として得ることができる。これにより、より好適に被写体の振動を解析することができる。

（振動解析装置６０による解析領域の変位量の算出方法）
以下に、所定の解析領域に対応する解析領域の変位量の算出方法について具体的に説明する。振動解析部６３は、映像に基づいて解析領域の変位量を算出する場合、まず、解析領域を含む被写体の映像のうち、所定のフレーム画像を基準画像とする。続いて、振動解析部６３は、他のフレーム画像における、当該基準画像の解析領域に対応する領域（対応領域）を探索し、基準画像の解析領域に対する他のフレーム画像の対応領域の変位量を算出する。

対応領域の探索方法としては、例えば、ブロックマッチング法を挙げることができる。ブロックマッチング法とは、画像間の類似度を評価する方法であり、他のフレーム画像から、基準画像における所定の領域と最も類似度の高い領域を探索する方法である。類似度の高い領域を探索する方法としては、例えば、ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）およびＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）などの評価関数を用いる方法が挙げられる。ＳＡＤは、基準画像と他のフレーム画像との画素値または輝度値の差異の絶対値の総和が最小となる領域を、最も類似度の高い領域として選択するのに用いられる関数である。ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）は、基準画像および他のフレーム画像の画素値または輝度値の差異の二乗の総和が最小となる領域を最も類似度の高い領域として選択するのに用いられる関数である。ブロックマッチング法では、類似度の高い領域を探索する方向として、フレーム画像の画素の配列方向（例えば、横軸（Ｘ軸）方向および縦軸（Ｙ軸）方向の少なくとも一方）に設定することが好ましい。これにより、設定した探索方向における、基準画像の所定の領域に対する他のフレーム画像の変位量を算出することができる。また、類似度の高い領域を探索する方法として、フレーム画像の配列方向である２方向（例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向）に設定し、類似度の高い領域を探索すれば、フレーム画像面内での２次元の変位量を算出することができる。

また、他の対応領域を探索する方法としては、例えば、位相相関限定法を挙げることができる。位相相関限定法を用いることで、２枚の画像をフーリエ変換して算出した位相成分の積を逆フーリエ変換して位相限定相関関数を算出することができる。これにより、移動限定相関関数のピーク座標から２枚の画像の相対的な位置のずれを算出することができる。位相相関限定法は、基準画像と他のフレーム画像との画像間の明るさの変化に強いという利点がある。一方、上述のブロックマッチング法は、基準画像と他のフレーム画像との画素値または輝度値の差異を参照するため、画像間の明るさの変化の影響を受けやすい。例えば、屋外において被写体の映像を撮像した場合、同じ位置から被写体を撮像する場合でも、当該被写体の映像の明るさが異なってしまうことがある。そこで、ブロックマッチング法を用いる場合は、比較する２枚の画像間の明るさの差が小さくなるように、例えば、２枚の画像の全体の明るさを平均して画素値を調整した上で対応領域の探索を行うことが好ましい。また、基準画像を所定のフレーム画像に固定せず、例えば、時系列的に前後に並ぶ２枚の画像を比較して明るさの差分を計算し、最終的に時系列的に最初のフレーム画像からの明るさの差分を算出することが好ましい。これにより、画像間の明るさの差の影響を低減することができるため、結果的に、好適に解析領域の変位量を算出することができる。なお、時系列的に前後に並ぶ２枚の画像を逐次比較する場合は、算出した２枚の画像における解析領域の変位量を加算していくことで、基準画像である最初のフレームの画像における解析領域の変位量を算出することができる。

（振動解析装置６０による振動の解析）
次に、処理例１における振動解析装置６０による振動の解析について、図４を用いて具体的に説明する。図４は、実施形態１に係る振動解析装置６０による振動の解析結果の一例を示す図である。具体的には、図４の（ａ）は、Ｙ軸方向における解析領域３０５の時間に対する変位量の変化を示す図であり、図４の（ｂ）は、Ｘ軸方向における解析領域３０５の時間に対する変位量の変化を示す図である。入力映像３００における解析領域３０５の変位量を算出することで、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の２方向の振動という振動の解析結果を得ることができる。また、図４の（ａ）および（ｂ）に示す振動の解析結果から、Ｙ軸方向の振動の振幅のほうがＸ軸方向の振動の振幅よりも大きく、Ｙ軸方向の振動の周期と、Ｘ軸方向の振動の周期とが等しいことが分かる。

上述の例では、解析軸を図４のＹ軸およびＸ軸の２方向に設定し、Ｙ軸およびＸ軸に沿った振動の解析結果を出力しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定し、当該方向に沿った振動の解析結果を出力してもよい。以下、解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定した場合について図５を用いて説明する。図５は、解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定する一例について説明するための図である。図５に示すように、解析領域３０５における解析軸の方向は、Ｙ’軸方向およびＸ’軸方向に設定されている。図５に示す方向に解析軸を設定した場合の解析軸に沿った振動の解析結果を図６に示す。図６は、解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に設定した場合の振動の解析結果の一例について図である。具体的には、図６は、入力映像３００における解析領域３０５の変位量を示す図である。より具体的には、図６の（ａ）は、Ｙ’軸方向における解析領域３０５の時間に対する変位量の変化を示す図であり、図６の（ｂ）は、Ｘ’軸方向における解析領域３０５の時間に対する変位量の変化を示す図である。図６の（ａ）から、解析領域３０５はＹ’軸方向に振動しており、当該振動の振幅は、図４に示すＸ軸方向およびＹ軸方向の画素の配列方向における振動の振幅より大きいことが分かる。一方、図６の（ｂ）から、解析領域３０５はＸ’軸方向には振動しておらず、振幅はゼロであることが分かる。すなわち、図５に示す解析領域３０５は、Ｙ’軸方向に一次元振動していることが分かる。したがって、解析軸を設定する方向によっては、映像上の解析領域の振動の振幅の最大値が大きくなる効果が得られる。また、上述のように、被写体の解析領域が一次元振動している場合には、当該解析領域が振動している方向に解析軸を設定して振動を解析することで、当該振動の振幅が最大となる解析結果を得ることができるため、好適である。

［処理例２］
処理例１では、被写体の解析領域の変位量から振動の振幅および周期（振動数）などが分かる解析結果が得られた場合について説明しているが、解析領域の変位量から振動の振幅および周期（振動数）などが分かる解析結果を得られない場合もある。以下、解析領域の変位量から振動の振幅および周期（振動数）などが分かる解析結果を得にくい場合について図７および８を用いて具体的に説明する。図７は、実施形態１に係る振動解析装置６０による振動の解析結果の一例を示す図である。具体的には、図７の（ａ）は、Ｙ軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図であり、図７の（ｂ）は、Ｘ軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図である。図７からは、ある解析領域がＹ軸方向およびＸ軸方向の両方とも振動していることは分かるが、図７からは、当該振動が映像内をどのような振幅および振動数で振動しているのかを推定するのは困難である。

このように、ある方向に設定した解析軸で振動の変位量を解析した結果からは振幅および振動数などの振動情報を推定することが困難な場合には、解析軸設定部６２は、被写体の映像またはユーザの操作に応じて少なくとも１つの解析軸の方向を別の方向に変更することが好ましい。以下、解析軸設定部６２が、解析軸の方向を別の方向に変更し、振動解析部６３が、変更後の解析軸に沿った解析領域の変位量を算出する場合について、図８を用いて説明する。図８は、解析軸をＹ軸およびＸ軸以外の方向に変更した場合の振動の解析結果の一例を示す図である。具体的には、図８の(ａ)は、Ｙ軸を４５度回転させた方向であるＹ’軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図である。図８の（ｂ）は、Ｘ軸を４５度回転させた方向であるＸ’軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図である。図８の（ａ）から、Ｙ’軸方向における振動は、振幅は小さく振動数は大きく、図８の（ｂ）から、Ｘ’軸方向における振動は、振幅は大きく振動数は小さいことが分かる。このことから、ある方向に設定した解析軸に沿った振動の変位量からは振動数および振幅などの振動情報を推定することが困難な場合には、複数の解析軸を適切な方向に変更することで、複数の振動を好適に分離して解析することができ、好適に分離された複数の振動から、振動数および振幅などの解析結果を得ることができる。複数の解析軸を適切な方向に変更する例として、解析軸設定部６２は、被写体の映像に応じて、振動の振幅が映像の画素の配列方向の振幅より大きくなる方向に解析軸の一つを設定したり、振動の振幅が最大となる方向に解析軸の一つを設定したりすることを挙げることができる。このように、被写体の映像に応じて解析軸をより好適な方向に設定することで、被写体の振動をより好適に解析することができる。

［処理例３］
処理例２では、Ｙ軸方向およびＸ軸方向共に、ある解析領域の変位量から映像内をどのような振幅および振動数で振動しているかを推定することが困難な場合について説明している。これに対し、一方の解析軸の方向における解析領域の変位量から振幅および振動数などの振動情報を推定することができ、他方の解析軸の方向における解析領域の変位量から振幅および振動数などの振動情報を推定することが困難な場合がある。この場合、処理例２とは別の方法によって、両方の解析軸の方向における解析領域の変位量から振動の振幅および振動数を解析することができる。以下、一方の解析軸の方向における解析領域の変位量から振幅および振動数などの振動情報を推定することが困難な場合に、処理例２とは別の方法によって当該振動の振幅および振動数などの解析結果を得る方法について、図９〜１１を用いて具体的に説明する。

図９は、実施形態１に係る振動解析装置６０による振動の解析結果の一例を示す図である。具体的には、図９の（ａ）は、Ｙ軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図であり、図９の（ｂ）は、Ｘ軸方向におけるある解析領域の時間に対する変位量の変化を示す図である。図９からは、ある解析領域がＹ軸方向およびＸ軸方向の両方とも振動していることは分かるが、図９の（ａ）からは、当該振動がＹ軸方向にどのように振動しているのかを推定するのは困難である。

このように、一方の解析軸に沿った方向における振動情報を推定することが困難な場合には、振動解析部６３は、振動を周波数ごとに解析することが好ましい。また、解析軸設定部６２は、当該周波数ごとの振動の解析結果に基づいて、少なくとも１つの解析軸の方向を別の方向に変更することが好ましい。これにより、解析軸がより好適な方向に変更されるため、振動解析部６３は、被写体の振動をより好適に解析することができる。以下、振動解析部６３が、振動を周波数ごとに解析し、解析軸設定部６２が、当該周波数ごとの振動の解析結果に基づいて、解析軸の方向を別の方向に変更する例について、図１０〜１２を用いて説明する。

図１０は、図９に示す振動の周波数と強度との関係を示すグラフである。具体的には、図１０の（ａ）は、図９の（ａ）に示すＹ軸方向における振動の周波数と強度との関係を示すグラフであり、図１０の（ｂ）は、図９の（ｂ）に示すＸ軸方向における振動の周波数と強度との関係を示すグラフである。図１０の（ａ）に示すように、Ｙ軸方向における振動は、低周波数域と高周波数域との２つの異なる周波数域において高い強度のピークがあり、Ｘ軸方向における振動は、１つの周波数域において高い強度のピークがある。また、Ｙ軸方向における２つのピーク周波数のうち、低周波数域のピーク周波数は、Ｘ軸方向におけるピーク周波数と同一である。したがって、Ｙ軸方向における２つのピーク周波数のうち、高周波数域のピーク周波数の振動は、Ｙ軸方向における固有の振動であると考えられる。

次に、振動解析部６３が、図１０の（ａ）に示すＹ軸方向における低周波数の振動と、高周波数の振動との２つに分離した場合について、図１１を用いて説明する。図１１は、周波数ごとに解析した振動の解析結果の一例を示す図である。具体的には、図１１の（ａ）は、Ｙ軸方向固有の高周波数の振動の解析結果を示しており、図１１の（ｂ）は、Ｙ軸方向における低周波数の振動の解析結果を示す図である。ここで、図１１（ｂ）に示す低周波数の高振幅な振動は、図９（ｂ）に示すＸ軸方向における振動と同じ周波数であることから、同一の振動である可能性がある。このように、Ｘ軸方向における振動とＹ軸方向における振動とが同一の振動である可能性がある場合、解析軸設定部６２は、少なくとも１つの解析軸の方向を、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間の方向に変更してもよい。以下に、図１２を用いて、解析軸設定部６２が、解析軸の方向を、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間の方向に変更した場合について図１２を用いて説明する。図１２は、解析軸の方向を、Ｘ軸方向からＸ軸方向とＹ軸方向との間の方向に変更した場合について説明するための図である。具体的には、図１２の（ａ）は、解析軸設定部６２が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向において観測された低周波数の振動の解析軸の沿う方向を、Ｘ軸からＸ軸に対して４５度回転した方向であるＸ’軸方向に変更することを示す図である。図１２の（ｂ）は、Ｘ’方向における周波数の振動の解析結果を示す図である。図１２の（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向で観測された低周波数の振動は、Ｘ軸に対して４５度回転した方向に沿った１つの振動として表わすことが可能である。このように、図９に示す振動は、Ｙ軸方向に沿った振動、および、Ｘ軸に対して４５度回転したＸ’軸方向に沿った振動という、２つの方向において独立に振動する２つの振動に分離することができる。このように、解析軸設定部６２は、複数の解析軸を設定する場合に、必ずしも直交する方向に沿うように複数の解析軸を設定する必要はなく、処理例３に示すように、互いの解析軸のなす角が９０度でない２つの解析軸、すなわち、直交しない二つの解析軸を設定してもよい。これにより、直交する解析軸を設定した場合に少なくとも一方の解析軸に沿った方向における振動情報を推定することが困難な場合に、解析軸をより好適な方向に変更できることがある。このように解析軸が好適な方向に変更されることで、振動解析部６３は、被写体の振動をより好適に解析することができる。

なお、上述の例では、一方の解析軸の方向における解析領域から振動の振幅および振動数を推定することが困難な場合について説明しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、処理例２のように入力映像の縦方向（Ｙ軸方向）および横方向（Ｘ軸方向）の両方向における解析領域から振動の振幅および振動数などを推定することが困難な場合に、振動解析部６３が当該解析領域の振動を周波数ごとに解析してもよい。そして、解析軸設定部６２が周波数ごとの振動の解析結果に基づいて、少なくとも１つの解析軸の方向を別の方向に変更してもよい。これによっても、上述の例と同様に好適に被写体の振動を解析することができる。

〔実施形態１に係る振動解析システム１の効果〕
以上のように、実施形態１に係る振動解析システム１は、解析軸を変更可能に設定することで、複数の振動を分離して観測したり、振幅の大きな方向で観測したりすることができる。これにより、被写体の振動を好適に解析することができる。

＜実施形態２＞
上述の実施形態１に係る振動解析システム１では、解析軸設定部６２は、１次元方向または２次元方向に解析軸を設定している。ただし、実施形態２に係る振動解析システム２（不図示）のように、振動解析装置７０（不図示）における解析軸設定部７２（不図示）は、３次元方向に解析軸を設定してもよい。

以下、実施形態２に係る振動解析システム２について図１３〜１６に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔振動解析システム２〕
振動解析システム２は、実施形態１に係る振動解析装置６０の代わりに、振動解析装置７０を備えている。この点以外は、振動解析システム２は、実施形態１に係る振動解析システム１と同様の構成である。

〔振動解析装置７０〕
振動解析装置７０は、実施形態１における解析軸設定部６２および振動解析部６３の代わりに、解析軸設定部７２および振動解析部７３（不図示）を備えている。この点以外は、振動解析装置７０は、実施形態１に係る振動解析装置６０と同様の構成である。

（解析軸設定部７２）
解析軸設定部７２は、撮像部１０と被写体との間の距離に関する距離情報を取得する距離情報取得部７２０（不図示）を備えている。解析軸設定部７２は、当該距離情報に応じて解析軸を設定する。

なお、距離情報取得部７２０は、撮像部１０と被写体との間の距離、および、撮像部１０に対する被写体の３次元位置情報などの距離情報を公知の方法によって取得することができる。例えば、撮像部１０がステレオカメラなどの視点の異なる２つのカメラを備えているとする。この場合、距離情報取得部７２０は、当該カメラの焦点距離などを参照し、当該２つのカメラで撮像した映像（画像）の視差から、カメラから被写体までの距離を算出することができる。これにより、距離情報取得部７２０は、カメラから被写体までの距離と被写体の画像上の位置とに基づいて被写体の３次元位置情報を取得することができる。また、レーザ光を被写体に照射し、当該レーザ光の反射光の到達時間に基づいて撮像部１０から被写体までの距離を算出し、当該距離に基づいて、被写体の３次元位置情報を取得することができる。

（振動解析部７３）
振動解析部７３は、被写体の３次元的な変位量に基づいて被写体の振動を解析する。これにより、２次元の映像における被写体の振動を解析した場合に振動情報を推定するのが困難な場合であっても、振動解析部７３は、被写体の３次元位置情報などに基づいて被写体の振動を解析できる。例えば、振動解析部７３は、被写体の３次元位置情報を参照することで、解析領域の入力映像上での変位量を３次元空間上での振動の振幅に換算することができる。その結果、振動解析部７３は、被写体の３次元空間上の振動方向および振幅などを解析することができるため、より好適に被写体の振動を解析することができる。

〔振動解析装置７０による振動の解析の詳細〕
以下、実施形態２に係る振動解析装置７０による振動の解析の詳細について以下の処理例４を用いて説明する。

［処理例４］
（解析軸設定部７２が解析軸を設定する被写体）
解析軸設定部７２が解析軸を設定する被写体の例について、図１３を用いて説明する。図１３は、被写体の映像の一例を示す図である。具体的には、図１３は、撮像部１０によって撮像された橋梁（被写体）１３０１の入力映像１３００を示す図である。図１３におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、それぞれ３次元空間における解析軸の方向を示している。ｘ軸方向は橋梁１３０１の長手方向に平行な方向であり、ｙ軸方向は鉛直方向であり、ｚ軸方向は橋梁１３０１の短手方向であってｘ軸に垂直な方向である。橋梁１３０１は、橋梁１３０１に対して斜め下から見上げる方向であって、橋梁１３０１の長手方向（ｘ軸方向）に対して斜め方向から撮像されている。

（撮像部１０と橋梁１３０１との位置関係）
次に、撮像部１０と橋梁１３０１との位置関係の例について、図１４を用いて説明する。図１４は、撮像部１０と被写体との位置関係の一例を示す図である。具体的には、図１４の（ａ）および（ｂ）は、入力映像１３００を撮像する撮像部１０と橋梁１３０１との位置関係を示す図である。図１４の（ａ）は、橋梁１３０１および撮像部１０をｙ軸方向における上方から下方に見た俯瞰図であるｘｚ平面図１４００を示している。図１４の（ａ）に示すように、撮像部１０は、ｚ軸に対しｘ軸方向に傾いた方向から橋梁１３０１を撮像している。図１４の（ｂ）は、橋梁１３０１の長手方向（ｘ軸方向）から見たｙｚ平面図１４０１を示している。図１４の（ｂ）に示すように、撮像部１０は、ｚ軸に対しｙ軸方向に傾いた方向から橋梁１３０１を撮像している。すなわち、撮像部１０は、橋梁１３０１を斜め下から見上げる方向から撮像している。

（振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析）
次に、振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析について説明する。橋梁１３０１は、鉛直方向であって、橋梁１３０１の長手方向であるｘ軸に垂直な方向であるｙ軸方向および橋梁１３０１の短手方向であって、橋梁１３０１の面に水平な方向であるｚ軸方向に振動している。図１３および１４から明らかなように、撮像部１０による橋梁１３０１の撮像方向は、入力映像１３００内における被写体の振動方向に対して垂直方向でもなければ一致もしていない。そのため、撮像部１０は、橋梁１３０１の振動の解析にとって好適な位置から橋梁１３０１を撮像できていない。したがって、実施形態１のように、２次元の入力映像に応じて解析軸を設定する場合、撮像部１０と被写体との位置関係によっては、必ずしも橋梁１３０１の振動を好適に解析することができない可能性がある。ここで、解析軸設定部７２は、撮像部１０に対する橋梁１３０１の３次元位置情報などの距離情報を取得する距離情報取得部７２０を備えており、解析軸設定部７２は、当該距離情報に応じて解析軸を設定することができる。そのため、撮像部１０による橋梁１３０１の撮像方向が、入力映像１３００内における被写体の振動方向に対し、垂直方向でもなければ一致もしていない場合であっても、振動解析部７３は、被写体の３次元位置情報などの被写体の３次元的な変位量に基づいて橋梁１３０１の振動を好適に解析することができる。

（振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析の具体例１）
図１５を用いて、振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析の具体例１について説明する。図１５は、被写体の映像の一例を示す図である。具体的には、図１５は、図１３と同様に橋梁１３０１が撮像された入力映像１３００を示す図である。図１５に示すように、入力映像１３００には、破線の矩形で示す３つの解析領域１３０２、１３０３および１３０４が設定されている。

以下、橋梁１３０１のｙ軸方向の解析軸に沿った振動を解析する場合について説明する。図１４にて説明したように、撮像部１０は、橋梁１３０１に対して斜め下から見上げる方向から橋梁１３０１を撮像しているため、入力映像１３００における鉛直方向と３次元空間における鉛直方向（ｙ軸方向）とは一致しない。したがって、入力映像１３００に応じて入力映像１３００における鉛直方向に解析軸を設定し、当該解析軸に沿った振動を解析しても、３次元空間における橋梁１３０１の鉛直方向の振動を正確に解析することはできない。また、撮像部１０は、ｚ軸に対しｘ軸方向に傾いた方向から橋梁１３０１を撮像している。そのため、入力映像１３００上の異なる領域が同一の振幅で振動した場合であっても、入力映像１３００の右側のほうが入力映像１３００上での変位量が大きくなり、入力映像１３００の左側のほうが入力映像１３００上での変位量が小さくなる。例えば、図１５の解析領域１３０２、１３０３および１３０４を用いて説明すると、３つの解析領域の振動の振幅が同じである場合、入力映像１３００上での変位量は解析領域１３０４が最も大きく、解析領域１３０２が最も小さくなる。したがって、橋梁１３０１の位置に応じた振動の振幅の違いを解析するには、入力映像１３００上での解析領域１３０２、１３０３および１３０４の変位量ではなく、３次元空間における解析領域１３０２、１３０３および１３０４の振動の振幅を解析する必要がある。

ここで、解析軸設定部７２における距離情報取得部７２０は、撮像部１０から橋梁１３０１における解析領域１３０２、１３０３および１３０４までのそれぞれの距離を取得し、解析領域１３０２、１３０３および１３０４の３次元位置情報を取得する。これにより、解析軸設定部７２は、３次元空間における鉛直方向であるｙ軸方向に解析軸を設定することができる。また、振動解析部７３は、解析軸の方向であるｙ軸方向に沿ってこれらの解析領域の振動を解析することができる。

このように、被写体に対して撮像部１０が略正対していない場合（撮像部１０と被写体とを結ぶ方向に解析軸の一つを設定していない場合）であっても、被写体の異なる複数の解析領域における３次元空間上の振幅を比較したり、各解析領域における振動の振幅を解析したりすることができる。

（振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析の具体例２）
上述の具体例１では、被写体に対して撮像部１０が正対していない場合における振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析について説明している。ただし、撮像部１０と被写体とは略正対していてもよい。以下、図１６を用いて撮像部１０と被写体とが略正対している場合（撮像部１０と被写体とを結ぶ方向に解析軸の一つを設定した場合）における、振動解析装置７０による解析軸の設定および振動の解析の具体例２について説明する。図１６は、被写体の映像の一例を示す図である。具体的には、図１６は、橋梁１３０１がｚ軸方向から撮像された入力映像１５００を示す図である。図１６に示すように、撮像部１０の光軸はｚ軸方向を向いており、撮像部１０は被写体に正対して橋梁１３０１を撮像している。このように、撮像部１０が橋梁１３０１に正対して橋梁１３０１を撮像する場合、入力映像１５００における橋梁１３０１の奥行方向（３次元空間におけるｚ軸方向）は撮像部１０の光軸と一致する。そのため、入力映像１５００に基づいてｚ軸方向に沿った振動を解析することは容易ではない。

ここで、解析軸設定部７２における距離情報取得部７２０は、撮像部１０から橋梁１３０１までの距離を取得し、橋梁１３０１の３次元位置情報を取得する。これにより、解析軸設定部７２がｚ軸方向に解析軸を設定した場合であっても、振動解析部７３は、橋梁１３０１の３次元位置情報に基づき、撮像部１０の光軸と同じ方向に振動する橋梁１３０１の振動を解析することができる。

このように、解析軸設定部７２が、撮像部１０と被写体とを結ぶ方向に解析軸の一つを設定した場合であっても、振動解析部７３は、被写体の３次元位置情報などの被写体の３次元的な変位量に基づいて、当該被写体の振動を好適に解析することができる。

＜実施形態３＞
上述の実施形態１および２に係る振動解析システム１および２では、解析軸設定部６２および７２は、全ての解析領域に対して同一の方向の解析軸を設定している。ただし、実施形態３に係る振動解析システム３（不図示）のように、振動解析装置８０（不図示）における解析軸設定部８２（不図示）は、複数の解析領域のそれぞれに対し、異なる解析軸を設定してもよい。

以下、実施形態３に係る振動解析システム３について図１７および１８に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔振動解析システム３〕
振動解析システム３は、実施形態１に係る振動解析装置６０の代わりに、振動解析装置８０を備えている。この点以外は、振動解析システム３は、実施形態１に係る振動解析システム１と同様の構成である。

〔振動解析装置８０〕
振動解析装置８０は、実施形態１における解析軸設定部６２および振動解析部６３の代わりに、解析軸設定部８２および振動解析部８３（不図示）を備えている。この点以外は、振動解析装置８０は、実施形態１に係る振動解析装置６０と同様の構成である。

（解析軸設定部８２）
解析軸設定部８２は、被写体の複数の解析領域のそれぞれに対し、入力映像に応じて解析軸を設定する。例えば、解析軸設定部８２は、入力映像における被写体の解析領域ごとに全て異なる方向の解析軸を設定してもよいし、全ての解析領域に同一の方向の解析軸を設定してもよい。また、解析軸設定部８２は、一部の解析領域同士において同一の方向の解析軸を設定し、一部の解析領域同士において異なる方向の解析軸を設定してもよい。これにより、解析軸設定部８２は、より好適に解析軸を設定することができる。

（振動解析部８３）
振動解析部８３は、解析領域ごとに、入力映像に基づいて被写体における解析軸に沿った振動を解析する。これにより、振動解析部８３は、より好適に被写体の解析領域における振動を解析することができる。

〔振動解析装置８０による振動の解析の詳細〕
以下、実施形態３に係る振動解析装置８０による振動の解析の詳細について以下の処理例５および６を用いて説明する。

［処理例５］
図１７を用いて、振動解析装置８０による解析軸の設定および振動の解析の一例について説明する。図１７は、被写体の映像の一例を示す図である。具体的には、図１７は、撮像部１０によって自動車（被写体）１６０１が撮像された入力映像１６００を示す図である。図１７に示すように、入力映像１６００には、破線の矩形で示す３つの解析領域１６０２、１６０３および１６０４が設定されている。自動車１６０１のように多数の部品から構成される被写体、および、被写体内に複数の振動源が存在する被写体などは、必ずしも被写体全体が同一の方向に振動しているとは限らず、被写体の位置によって異なる方向に振動している場合がある。例えば、図１７に示す解析領域１６０２が入力映像１６００上で左上から右下の方向に振動しており、解析領域１６０３が入力映像１６００上で上下方向（Ｙ軸方向）に振動している場合、これら２つの解析領域が振動する方向が異なる。

ここで、解析軸設定部８２は、入力映像１６００に応じて、解析領域１６０２に対しては左上から右下の方向に解析軸を設定し、解析領域１６０３に対して入力映像１６００におけるＹ軸方向に解析軸をそれぞれ設定する。また、振動解析部８３は、解析領域１６０２および解析領域１６０３のそれぞれに設定された解析軸に沿ってこれらの解析領域の振動を解析する。このように、振動解析部８３が、解析領域１６０２および１６０３のそれぞれが振動する方向と同じ方向に解析軸を設定することで、振動解析部８３は、それぞれの解析領域において振幅が最大となる振動を解析することができる。これにより、より好適に解析領域の振動を解析することができる。

なお、上述の例では、解析軸設定部８２は、複数の解析領域のそれぞれに対し、２次元の入力映像１６００に応じて解析軸を設定しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、実施形態２における解析軸設定部７２のように３次元方向に解析軸を設定してもよい。例えば、図１７における解析領域１６０４が、入力映像１６００の奥行方向（Ｚ軸方向）に振動している場合は、入力映像１６００に応じて解析軸を設定して解析領域１６０４の振動を解析することは難しい。ただし、解析軸設定部８２が解析軸設定部７２のように、距離情報に応じてＺ軸方向に解析軸を設定することで、振動解析部８３が解析領域１６０４の３次元位置情報に基づいて解析領域１６０４の振動を解析することができる。このように、解析軸設定部８２が映像の奥行方向に解析軸を設定した場合であっても、振動解析部８３は解析領域１６０４の３次元的な変位量に基づいて、解析領域１６０４の振動も好適に解析することができる。

［処理例６］
解析軸設定部８２は、解析領域ごとの映像情報に応じて、解析軸を設定してもよい。以下、図１８を用いて、振動解析装置８０による解析軸の設定および振動の解析の一例について説明する。図１８は、被写体の映像の一例を示す図である。具体的には、図１８は、図３および５と同様に、撮像部１０によって橋梁（被写体）３０３が撮像された入力映像３００を示す図である。図１８に示すように、入力映像３００には破線の矩形で示す３つの解析領域１７０１、１７０２および１７０３が設定されている。

例えば、解析領域１７０１は入力映像３００の縦方向（Ｙ軸方向）に沿ったエッジを有する領域であることから、解析軸設定部８２は、横方向（Ｘ軸方向）に解析軸を設定する。振動解析部８３は、Ｘ軸方向の解析軸に沿った解析領域１７０１の変位量を算出することで振動を解析する。一般的に、映像の縦方向にエッジを有する領域は、縦方向に類似した模様が連続する可能性が高いため、ブロックマッチング法により、当該領域における縦方向の変位量を正確に算出することが難しい。そのため、当該領域の変位量の算出誤差が大きくなり、深度の解析結果の誤差も大きくなる可能性がある。一方で、縦方向にエッジを有する領域は、エッジの方向に垂直な横方向には類似した模様が連続していないため、横方向の変位量を精度良く算出できる可能性が高い。そのため、上述のように、解析軸設定部８２が、エッジの方向に垂直な横方向における解析領域１７０１の変位量を算出することで、振動解析部８３は解析領域１７０１の横方向の振動を解析結果として得ることができる。これにより、好適に振動を解析することができる。

同様に、解析領域１７０２は、映像の横方向（Ｘ軸方向）に沿ったエッジを有する領域であることから、解析軸設定部８２は、Ｙ軸方向に解析軸を設定する。振動解析部８３は、Ｙ軸方向の解析軸に沿った解析領域１７０３の変位量を算出することで振動を解析する。また、解析領域１７０３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿ったエッジを有する領域であることから、解析軸設定部８２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の２方向に解析軸を設定してもよいし、いずれか１方向に解析軸を設定してもよい。これらの場合も、上述の例と同様に好適に振動を解析することができる。

また、上述の例では、解析軸設定部８２は、解析領域ごとに、エッジの方向という映像情報に応じて、解析軸を設定しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、解析軸設定部８２は、入力映像全体における特徴点に応じて解析軸を設定してもよい。一般的に、被写体は長手方向に垂直な方向に振動しやすいことから、解析軸設定部８２は、被写体の長手方向に垂直な方向に解析軸を設定してもよい。例えば、図１８における入力映像３００における橋梁３０３は入力映像３００の横方向（Ｘ軸方向）に対して長い横長の被写体であるため、入力映像３００の上下方向（Ｙ軸方向）に振動している可能性が高い。そのため、解析軸設定部８２がＹ軸方向に解析軸を設定し、振動解析部８３がＹ軸方向の解析軸に沿った橋梁３０３の変位量を算出することで、振幅の大きい方向の振動の解析を行うことができるため、好適に振動を解析することができる。

＜実施形態４＞
実施形態４に係る振動解析システム４（不図示）のように、表示部１３０（不図示）は、被写体の映像に解析軸を重畳して表示してもよい。

以下、実施形態４に係る振動解析システム４について図１９および２０に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、上述の実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

〔振動解析システム４〕
振動解析システム４は、実施形態１における表示部３０の代わりに、表示部１３０を備えている。この点以外は、振動解析システム４は、実施形態１に係る振動解析システム１と同様の構成である。

［表示部１３０］
表示部１３０は、被写体の映像に解析軸を重畳して表示する。

〔表示部１３０による画像の表示の詳細〕
以下、表示部１３０による画像の表示の詳細について以下の処理例７を用いて説明する。

［処理例７］
（表示部１３０による画像の表示の具体例１）
図１９を用いて、表示部１３０による画像の表示の具体例１について説明する。図１９は、表示部１３０に表示される画像の一例を示す図である。具体的には、図１９は、画像１８００を示している。画像１８００には、撮像部１０によって橋梁１３０１が撮像された入力映像１９００が表示されている。また、入力映像１９００における、黒点の解析領域１９０１および１９０２には解析軸が当該黒点を中心として回転可能な矢印として重畳して表示されている。解析領域における振動の方向が表示部の映像に表示されていない場合、ユーザは当該解析領域における振動の方向を容易に認識することができない。これに対し、本実施形態では、入力映像１９００における解析領域１９０１および１９０２に解析軸が矢印として重畳して表示されている。このように、被写体の解析領域上に解析軸を重畳して表示することで、当該解析領域における振動の方向をユーザに容易に認識させることができる。

また、画像１８００には、解析領域１９０１の変位量である振動の解析結果のグラフ（解析結果）１９０３、および、解析領域１９０２の変位量である振動の解析結果のグラフ（解析結果）１９０４も表示されている。そのため、例えば、解析領域１９０１および解析領域１９０２の少なくとも一方の解析軸の方向をユーザが変更した場合、変更された解析軸および変更された解析結果のグラフが連動して表示部１３０の画像１８００に表示される。そのため、解析軸ごとに当該解析軸を設定した場合の解析結果をユーザは容易に認識することができる。

（表示部１３０による画像の表示の具体例２）
上述の具体例１では、表示部１３０は、１つの解析領域に対して１つの解析軸を表示している。ただし、１つの解析領域に対して複数の解析軸を重畳して表示するなど、表示部１３０に複数の解析軸を表示し、当該複数の解析軸のそれぞれに沿った振動の解析結果を表示部１３０に別々に表示してもよい。以下、図２０を用いて、表示部１３０による画像の表示の具体例２について説明する。

図２０は、表示部１３０に表示される画像の一例を示す図である。具体的には、図２０の（ａ）は、画像２０００を示している。画像２０００には、撮像部１０によって橋梁１３０１が撮像された入力映像２１００が表示されている。また、入力映像２１００における、黒点の解析領域２１０１には２つの解析軸が２本の矢印として重畳して表示されている。図２０の（ｂ）は、解析領域２１０１付近の拡大図を示しており、２本の矢印は、上下方向（入力映像２１００上のＹ軸方向）の解析軸２１０１ａおよび左右斜め方向の解析軸２１０１ｂを示している。また、画像２０００には、解析領域２１０１の変位量であって、解析軸２１０１ａに沿った振動の解析結果のグラフ１９０３、および解析軸２１０１ｂに沿った振動の解析結果のグラフ２１０２も表示されている。

図２０の（ａ）に示すように、表示部１３０は、１つの解析領域２１０１に重畳して表示されている複数の解析軸２１０１ａおよび２１０１ｂのそれぞれに対応する振動の解析結果を画像２０００に別々に表示している。これにより、１つの解析領域に複数の解析軸が設定されている場合など、表示部１３０に複数の解析軸を表示されていても、それぞれの振動の解析結果をユーザに容易に認識させることができる。

また、表示部１３０は、解析領域２１０１上に重畳される複数の解析軸を、解析軸ごとに別々の色で表示してもよい。１つの解析領域に複数の解析軸が重畳される場合、解析軸ごとに別々の色で表示することで、複数の解析軸をユーザが区別しやすくなる。また、表示部１３０は、解析軸に対応する解析結果のグラフも解析軸の色に対応する色となるように表示してもよい。例えば、表示部１３０は、解析軸２１０１ａおよび解析軸２１０１ａに沿った振動の解析結果のグラフ１９０３を暖色系の色で表示し、解析軸２１０１ｂおよび解析軸２１０１ｂに沿った振動の解析結果のグラフ２１０２を寒色系に色で表示してもよい。また、表示部１３０は、解析軸２１０１ａおよび解析軸２１０１ａに沿った振動の解析結果のグラフ１９０３をモノクロで表示し、解析軸２１０１ｂおよび解析軸２１０１ｂに沿った振動の解析結果のグラフ２１０２をカラーで表示してもよい。このように、解析軸に対応する解析結果のグラフも解析軸の色に対応する色となるように表示することで、ある解析軸に対応する解析結果をユーザに容易に認識させることができる。

なお、上述の例では、表示部１３０は解析領域に対し、２次元方向の解析軸を表示しているが、本実施形態ではこれに限定されない。本実施形態では、表示部１３０は、入力画像上の縦軸（Ｙ軸）および横軸（Ｘ軸）の代わりに、図１３のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のように、３次元空間における解析軸を表示してもよい。この場合、解析軸設定部６２は、実施形態２における解析軸設定部７２として機能し、３次元方向に解析軸を設定すればよい。このように、表示部１３０が解析領域に対し、３次元方向の解析軸を表示した場合であっても、解析領域における振動の方向をユーザに容易に認識させることができる。

〔実施形態４に係る振動解析システム４の効果〕
以上のように、実施形態４に係る振動解析システム４は、表示部１３０が被写体の映像に解析軸を重畳して表示する。これにより、ある解析領域における解析軸の方向をどの方向に設定したのかをユーザに容易に認識させることができる。また、表示部１３０が、解析軸が重畳された入力映像と当該解析軸に沿った解析結果とを同時に画像として表示することで、ある振動の解析結果がどの方向に沿った振動の解析結果であるのかをユーザに容易に認識させることができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
振動解析装置６０、７０、８０の制御ブロック（特に解析領域設定部６１、解析軸設定部６２、７２、８２、振動解析部６３、７３、８３および出力部６４）は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）など、集積回路（ＩＣチップ）などに形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、振動解析装置６０、７０、８０は、各機能を実現するソフトウェアである振動解析プログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記振動解析プログラムおよび各種データがコンピュータ（もしくはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、ならびに、上記振動解析プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記振動解析プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記振動解析プログラムは、該振動解析プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークまたは放送波など）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記振動解析プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る振動解析装置（６０、７０、８０）は、ユーザの操作に応じて解析軸（１９０１、１９０２、２１０１、２１０１ａ、２１０１ｂ）を設定する解析軸設定部（６２、７２、８２）と、被写体（橋梁３０３、１３０１、自動車１６０１）の映像（入力映像３００、３０１、３０２、１３００、１５００、１６００、１９００、２１００）に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部（６３、７３、８３）と、前記振動解析部による解析結果（解析結果のグラフ１９０３、１９０４、２１０２）を出力する出力部（６４）と、を備えている。

上記の構成によれば、被写体の振動を好適に解析することができる。

本発明の態様２に係る振動解析装置は、上記態様１において、前記振動解析部は、前記振動による、前記被写体の変位量に基づいて前記振動を解析してもよい。

上記の構成によれば、振動解析部が被写体の変位量に基づいて振動を解析することで、当該被写体の振動の振幅などを解析結果として得ることができる。これにより、より好適に被写体の振動を解析することができる。

本発明の態様３に係る振動解析装置は、上記態様１または２において、前記振動解析部は、前記被写体の３次元的な変位量に基づいて前記振動を解析してもよい。

上記の構成によれば、被写体の３次元空間上の振動方向および振幅などを解析することができるため、より好適に被写体の振動を解析することができる。

本発明の態様４に係る振動解析装置は、上記態様３において、前記解析軸設定部は、前記被写体を撮像する撮像部と前記被写体とを結ぶ方向に前記解析軸の一つを設定してもよい。

上記の構成によれば、撮像部と被写体とを結ぶ方向に解析軸の一つを設定した場合であっても、振動解析部は、被写体の３次元位置情報などの距離情報に応じて、当該被写体の振動を好適に解析することができる。

本発明の態様５に係る振動解析装置は、上記態様１〜４のいずれか１つにおいて、前記解析軸設定部は、前記被写体の複数の部位のそれぞれに対し、解析軸を設定してもよい。

上記の構成によれば、解析軸設定部が被写体の複数の部位のそれぞれに対し、解析軸を設定することで、より好適に解析軸を設定することができる。そのため、振動解析部は、より好適に被写体の振動を解析することができる。

本発明の態様６に係る振動解析装置は、上記態様１〜５のいずれか１つにおいて、前記解析軸設定部は、直交しない二つの解析軸を設定してもよい。

上記の構成によれば、直交する解析軸を設定した場合に少なくとも一方の解析軸に沿った方向における振動の振動情報を推定するのが困難な場合に、解析軸をより好適な方向に変更できることがある。このように解析軸が好適な方向に変更されることで、振動解析部は、被写体の振動をより好適に解析することができる。

本発明の態様７に係る振動解析装置は、上記態様１〜６のいずれか１つにおいて、前記振動解析部は、前記振動を周波数ごとに解析してもよい。

上記の構成によれば、少なくとも一方の解析軸に沿った方向における振動の振動情報を推定するのが困難な場合であっても、解析部が周波数ごとに振動を解析した解析結果に基づいて、解析軸設定部は、解析軸の方向を好適な方向に変更できる、これにより、被写体の振動をより好適に解析することができる。

本発明の態様８に係る振動解析装置は、解析軸を設定する解析軸設定部と、被写体の映像に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部と、前記被写体の画像に前記解析軸を重畳して表示するとともに、前記振動解析部による解析結果を表示する表示部（３０、１３０）と、を備えている。

上記の構成によれば、被写体の振動を好適に解析することができる。また、被写体の振動の方向をどの方向に設定したのかをユーザに容易に認識させることができる。

本発明の態様９に係る振動解析装置は、上記態様８において、前記解析軸設定部は、前記被写体の映像に応じて解析軸を設定してもよい。

被写体の映像に応じて解析軸を設定した場合も、被写体の振動を好適に解析することができる。

本発明の態様１０に係る振動解析装置は、上記態様９において、前記解析軸設定部は、前記振動の振幅が前記映像の画素の配列方向の振幅より大きくなる方向に前記解析軸の一つを設定してもよい。

上記の構成によれば、解析軸をより好適な方向に設定することで、被写体の振動をより好適に解析することができる。

本発明の態様１１に係る振動解析装置は、上記態様９または１０において、前記解析軸設定部は、前記振動の振幅が最大となる方向に前記解析軸の一つを設定してもよい。

上記の構成によれば、解析軸をより好適な方向に設定することで、被写体の振動をより好適に解析することができる。

本発明の態様１２に係る振動解析装置は、上記態様８〜１１のいずれか１つにおいて、前記表示部は、複数の解析軸を表示し、該複数の解析軸のそれぞれに沿った振動の解析結果を別々に表示してもよい。

上記の構成によれば、表示部に複数の解析軸が設定されている場合であっても、それぞれの振動の解析結果をユーザに容易に認識させることができる。

本発明の態様１３に係る振動解析装置の制御方法は、被写体の振動を解析する振動解析装置の制御方法であって、前記振動解析装置が、ユーザの操作に応じて解析軸を設定する解析軸設定工程と、前記振動解析装置が、前記被写体の映像に基づいて、該被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析工程と、前記振動解析装置が、前記振動解析工程における解析結果を出力する出力工程と、を包含する。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る振動解析装置と同様の効果を奏する。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る振動解析装置と同様の効果を奏する。

さらに、本発明の各態様に係る振動解析装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記振動解析装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記振動解析装置をコンピュータにて実現させる振動解析装置の振動解析プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

例えば、実施形態３に開示された技術的手段は入力画像に応じて実施されるものであり、実施形態４に開示された技術的手段はユーザの操作に応じて実施されるものであることから、これらの技術的手段をそのまま組み合わせることはできない。ただし、切り替えボタン（不図示）などの公知の技術的手段を用いて、実施形態３に開示された技術的手段と、実施形態４に開示された技術的手段とを切り替えることができる。そのため、実施形態１〜４に開示された技術的手段のそれぞれを、切り替えボタンなどの公知の技術的手段を用いることで、任意に組み合わせることができ、このような技術的手段も本発明の技術的範囲に含まれる。

Claims (15)

1. ユーザの操作に応じて解析軸を設定する解析軸設定部と、
   被写体の映像に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部と、
   前記振動解析部による解析結果を出力する出力部と、を備えていることを特徴とする振動解析装置。
2. 前記振動解析部は、前記振動による前記被写体の変位量に基づいて前記振動を解析することを特徴とする請求項１に記載の振動解析装置。
3. 前記振動解析部は、前記被写体の３次元的な変位量に基づいて前記振動を解析することを特徴とする請求項１または２に記載の振動解析装置。
4. 前記解析軸設定部は、前記被写体を撮像する撮像部と前記被写体とを結ぶ方向に前記解析軸の一つを設定することを特徴とする請求項３に記載の振動解析装置。
5. 前記解析軸設定部は、前記被写体の複数の部位のそれぞれに対し、解析軸を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動解析装置。
6. 前記解析軸設定部は、直交しない二つの解析軸を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動解析装置。
7. 前記振動解析部は、前記振動を周波数ごとに解析することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動解析装置。
8. 解析軸を設定する解析軸設定部と、
   被写体の映像に基づいて、前記被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析部と、
   前記被写体の画像に前記解析軸を重畳して表示するとともに、前記振動解析部による解析結果を表示する表示部と、を備えていることを特徴とする振動解析装置。
9. 前記解析軸設定部は、前記被写体の映像に応じて解析軸を設定することを特徴とする請求項８に記載の振動解析装置。
10. 前記解析軸設定部は、前記振動の振幅が前記映像の画素の配列方向の振幅より大きくなる方向に前記解析軸の一つを設定することを特徴とする請求項９に記載の振動解析装置。
11. 前記解析軸設定部は、前記振動の振幅が最大となる方向に前記解析軸の一つを設定することを特徴とする請求項９または１０に記載の振動解析装置。
12. 前記表示部は、複数の解析軸を表示し、該複数の解析軸のそれぞれに沿った振動の解析結果を別々に表示することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の振動解析装置。
13. 被写体の振動を解析する振動解析装置の制御方法であって、
    前記振動解析装置が、ユーザの操作に応じて解析軸を設定する解析軸設定工程と、
    前記振動解析装置が、前記被写体の映像に基づいて、該被写体における前記解析軸に沿った振動を解析する振動解析工程と、
    前記振動解析装置が、前記振動解析工程における解析結果を出力する出力工程と、を包含することを特徴とする振動解析装置の制御方法。
14. 請求項１に記載の振動解析装置としてコンピュータを機能させるための振動解析プログラムであって、前記解析軸設定部と、前記振動解析部と、前記出力部として前記コンピュータを機能させるための振動解析プログラム。
15. 請求項１４に記載の振動解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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