JP7271116B2 - 画像処理方法、画像処理装置、及び地中レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影した像内の点を距離又は位置として管理するための画像処理方法及び画像処理装置、並びに、この画像処理方法等を用いた地中レーダ装置に関するものである。

カメラ画像から配置情報を抽出するため、カメラ画像の歪みを修正する必要が生じる。このような歪みの修正方法として、既知の図形又は構造を有するチャート又はキャリブレーションパターンをカメラに正対させて撮影を行い、得られた画像を利用してカメラ画像の歪みを修正するための補正情報を予め取得しておくことが公知となっている（特許文献１～３参照）。

しかしながら、上記の手法でカメラ画像の歪みを修正する場合、撮影画像の全域に既知のチャート又はパターンを配置して、画像上の位置とチャート又はパターン上の位置との関連づけを行う必要がある。また、カメラから対象までの距離が既知であることを前提とする計測方法の場合、チャートを遠く広く配置する必要が生じる場合がある。さらに、カメラから対象までの距離が変化するごとにキャリブレーションを繰り返す必要がある。

特開２０１３－１０９４１６号公報 特開２００３－１２３０６４号公報 特開２００８－２８３５０７号公報

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、撮影した像内の点と対象の位置との関連づけを容易にする画像処理方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための画像処理方法は、カメラをスケールから所定距離の位置で回転させつつスケールの画像を撮影し、画像よりカメラの回転角とスケールの像との対応関係を記録し、対応関係及び計測対象点に対するカメラの高さと基準点に対するカメラの高さとの比に基づき、計測対象点の距離情報を計測する。

上記画像処理方法では、カメラをスケールから所定距離の位置で回転させつつスケールの画像を撮影し、画像よりカメラの回転角とスケールの像との対応関係を記録するので、カメラの前面を覆うように大きなスケールを配置する必要がなく、キャリブレーションの作業性を高めることができる。また、計測対象点に対するカメラの高さと基準点に対するカメラの高さとの比に基づくので、カメラの高さに関わらず測定が可能になり、キャリブレーションに際してスケールを遠く広く配置する必要がなくなる。

本発明の具体的な側面では、計測対象の距離情報は、カメラの回転軸に直交する基準面に沿った所定の原点から計測対象点までの水平方向に関する距離である。この場合、基準面内に絞った高精度の計測が可能になる。

本発明の別の側面では、原点は、カメラの直下に位置する路面上の点である。この場合、カメラの直下を基準とした測定が可能になる。

本発明のさらに別の側面では、基準点は、カメラの直下に配置されるスケール上の点である。この場合、スケールを簡単に配置でき、キャリブレーションの精度を簡易に高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、対応関係は、スケールに対するカメラの回転軸の現実の高さ又は仮想の高さを固定的な標準高さとして算出されて画素位置から距離を与える換算情報を含み、原点から計測対象点までの距離を、換算情報で得た位置に対して計測対象点に対するカメラの高さと標準高さとの比である係数を乗じたものとして与える。この場合、計測対象点に対するカメラの高さをキャリブレーション時と関係なく任意に設置しても、原点から計測対象点までの距離を換算情報から正確に計算できる。

本発明のさらに別の側面では、スケールは、カメラを回転させる回転軸に垂直な方向に延びる目盛りを有する。この場合、回転軸に垂直な方向に関して距離の計測やキャリブレーションが容易になる。

本発明のさらに別の側面では、カメラは、当該カメラを回転させる回転軸に垂直な方向に延びるラインセンサを有する。この場合、１次元的な情報処理によって計測対象点の距離情報を計測することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像処理装置は、カメラによって撮影した測定対象点の像内における位置から計測対象点の距離情報を与える対応関係を保持する情報記録部と、カメラを動作させて得た像から対応関係及び計測対象点に対するカメラの高さに基づいて計測対象点の距離情報を決定する信号処理部とを備え、対応関係は、カメラをスケールから所定距離の位置で回転させつつスケールの画像を撮影することにより作成される。

上記画像処理方法では、カメラをスケールから所定距離の位置で回転させつつスケールの画像を撮影して画像よりカメラの回転角とスケールの像との対応関係を記録するので、カメラの前面を覆うように大きなスケールを配置する必要がなく、キャリブレーションの作業性を高めることができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る地中レーダ装置は、上述した画像処理装置と、カメラと、探査信号を送信する送信部と、検出信号を受信する受信部と、受信部からの検出信号を処理する探査処理部とを有する計測部とを備える。

上記地中レーダ装置では、上述の画像処理装置を組み込んでおり、地表にある計測対象の水平方向のサイズや配置を迅速に把握することができる。

本発明の具体的な側面では、画像処理装置によって処理した画像を計測部によって得た計測データとリンクさせてデータとして保存する。この場合、地中探査情報と地表物体の配置情報とをサイズを含めて整合させて保存することができる。

（Ａ）及び（Ｂ）は、実施形態の画像処理装置及び地中レーダ装置を組み込んだ車両を説明する概念的な側面図及び平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、周辺画像取得装置を用いた距離計測を説明する正面図及び平面図である。 （Ａ）は、距離計測のキャリブレーションを説明する正面図であり、（Ｂ）は、キャリブレーションにおける距離や幅の計算方法を説明する正面図である。 （Ａ）は、センサ面上でのスケールの検出状態を説明する図であり、（Ｂ）は、計測時の撮影画像を例示している。（Ｃ）は、標準高さでキャリブレーションを行って得られる換算テーブルを例示する図である。 地中計測部の一例を説明するブロック図である。 周辺画像取得部を含む地中レーダ装置を説明するブロック図である。 画像処理によって表示される２次元マップ等を説明する概念図である。 制御装置の動作の一例を説明するフローチャートである。 ２次元的なキャリブレーションを説明する概念図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る一実施形態の画像処理装置を含む地中レーダ装置について説明する。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、地中レーダ装置１００は、自動車等の車両２００に搭載されて移動しながら地中探査を行う。地中レーダ装置１００は、電波により地中の計測を行う複数の地中計測部１００Ａと、計測位置又は計測地点の周辺画像を取得する周辺画像取得部１００Ｂと、データ処理等を行う制御装置１００Ｃとを備える。これらのうち、周辺画像取得部１００Ｂと制御装置１００Ｃとは、計測位置の周辺画像に対して画像処理を行う画像処理装置１１０である。また、複数の地中計測部１００Ａと、受信部２０ｂ（図５参照）からの検出信号を処理する探査処理部としても機能する制御装置１００Ｃとは、探査データを収集する計測部１２０を構成している。なお、車両２００には、位置情報取得装置２００ａが設けられている。位置情報取得装置２００ａは、ＧＰＳ受信機、速度計、加速度計等を備えており、車両２００の位置又は移動量を計測して位置関連情報として出力する。

周辺画像取得部１００Ｂは、複数の地中計測部（地中レーダ本体）１００Ａとともに移動する際に計測箇所の周辺を撮像するカメラ７１と、キャリブレーション時にカメラ７１の回転姿勢を調節する回転駆動部７５とを有する。カメラ７１と回転駆動部７５とは、支持体７８を介して車両２００に固定されている。カメラ７１は、地中計測部１００Ａによる計測位置又は計測地点の路面、路肩、歩道、周辺構造物等を含む測定対象をライン状の計測エリアＭＡ単位で撮影し出力する。つまり、カメラ７１は、ライン状の画角を有し、計測エリアＭＡは、車両２００の進路に直交するＸ方向に細長く延びている。カメラ７１は、光検出部として、ＣＭＯＳその他の光検出素子を１列又は複数列並べたライン状センサー（不図示）を有する。車両２００の移動に伴ってカメラ７１によって取得された連続画像は、記録部７２に保管されるとともに、画像データとして制御装置１００Ｃに出力される。なお、回転駆動部７５は、カメラ７１に関する後述するキャリブレーションに際して、カメラ７１をレンズ７１ａの中心を通る回転軸ＲＸのまわりに回転させ所望の角度に傾斜させる。カメラ７１の回転軸ＲＸは、カメラ７１の基準面ＢＳやレンズ７１ａの光軸ＡＸに対して直交する方向に延び、結果的に車両２００の進行方向に相当する水平方向又はＹ方向に平行に延びる。

以上では、周辺画像取得部１００Ｂが回転駆動部７５を含むとして説明したが、回転駆動部７５は、キャリブレーション時に存在すればよく、計測時には、レンズ７１ａの光軸ＡＸを鉛直線ＶＬつまりＺ方向に平行にセットしてカメラ７１を支持体７８に固定すれば足り、回転駆動部７５を省略することができる。この場合、キャリブレーション時にカメラ７１を回転駆動部７５に対してアライメントした状態で固定することになる。

図２を参照して、周辺画像取得部１００Ｂを用いた距離計測について説明する。Ｚ軸は鉛直方向に対応し、Ｘ軸は紙面に平行で左右に延びる水平方向ＨＤに対応し、Ｙ軸は紙面に垂直な水平方向に対応する。カメラ７１のレンズ７１ａは、測定面ＭＳから高さＨの位置に配置されている。ここで、測定面ＭＳからの高さは、測定面ＭＳの法線方向に計測される測定面ＭＳまでの距離を意味し、通常鉛直方向に計測されるが、鉛直方向に計測される場合に限られるものではない。測定面ＭＳは、路面を想定しており、光軸ＡＸ又は鉛直線ＶＬに垂直な予定平面ＲＦに沿って延びることが前提となっている。予定平面ＲＦのうち、カメラ７１の鉛直直下の原点Ｏ１は、カメラの直下に位置する路面上の点であり、カメラ７１を利用した計測の基点となる。このため、レンズ７１ａの光軸ＡＸは、原点Ｏ１を通るようにセットされている。つまり、原点Ｏ１を通る鉛直線ＶＬは、レンズ７１ａの光軸ＡＸと一致している。カメラ７１による計測エリアＭＡは、原点Ｏ１を含んで光軸ＡＸ又は鉛直線ＶＬに垂直な予定平面ＲＦ又はその近傍にある物体を対象とするものとなっている。計測エリアＭＡは、原点Ｏ１を含んで横のＸ軸に沿って延びる測定線ＢＬを中心としてその近傍に広がっている。レンズ７１ａは、計測エリアＭＡの各部までの距離差に関わらず必要な解像度で結像する焦点深度を有している。測定線ＢＬと鉛直線ＶＬとを含む基準面ＢＳは、原点Ｏ１を含んで車両２００の進行方向に垂直なＸＺ面に平行に延び、カメラ７１による計測の前提となる。基準面ＢＳは、カメラ７１の回転軸ＲＸに直交する。

カメラ７１に対して光軸ＡＸを基準として角度θの方向にある計測対象点ＭＯ１の位置、つまり原点Ｏ１から計測対象点ＭＯ１の中央までのＸ方向の距離ＤＭは、Ｈ・ｔａｎθで与えられる。また、計測対象点ＭＯ１のＸ方向の幅Ｗは、カメラ７１から視た角度幅が比較的小さな値δであるとき、Ｈ・δ／ｃｏｓ^２θで近似的に与えられる。角度θについては、カメラ７１によって取得した画像から決定することができ、カメラ７１の撮像部において計測対象点ＭＯ１の中央の画素位置をｘ（ｘは整数）とした場合、θ＝ｆ（ｘ）で与えられ、ＤＭ＝Ｈ・ｔａｎ（ｆ（ｘ））＝ｇ（ｘ）となって画素位置ｘから距離ＤＭを決定することができる。ここで、θ＝ｆ（ｘ）は、レンズ７１ａの結像特性等に関連する固有の関数である。ｇ（ｘ）は、ｆ（ｘ）から算術的に導かれる関数である。計測対象点ＭＯ１の両端の画素位置をｘ１，ｘ２とした場合、Ｗ（ｘ１，ｘ２）＝ｇ（ｘ２）－ｇ（ｘ１）となって画素位置ｘ１，ｘ２から幅Ｗを決定することができる。なお、計測対象点ＭＯ２の中央の画素位置をｘとした場合、原点Ｏ１から別の計測対象点ＭＯ２の中央までのＸ方向の距離ＤＭ’は、ＤＭ’＝ｇ（ｘ）で与えられる負の値となり、計測対象点ＭＯ２のＸ方向の幅Ｗ’は、Ｗ’（ｘ１，ｘ２）＝ｇ（ｘ２）－ｇ（ｘ１）又はＨ・δ’／ｃｏｓ^２θ’で与えられる正の値となる。

関数θ＝ｆ（ｘ）については、例えばカメラ７１をその回転角又は傾斜角をチェックしつつ回転軸ＲＸのまわりに回転させ、原点Ｏ１に配置したターゲット又はスケールの画素位置ｘを記録することによって決定することができる。ＤＭ＝ｇ（ｘ）は、関数θ＝ｆ（ｘ）を利用することで算術的に計算できる。Ｗ（ｘ１，ｘ２）も、ＤＭ＝ｇ（ｘ）を利用することで算術的に計算できる。Ｗ（ｘ１，ｘ２）については、スケールの目盛りから直接決定することもできる。

図３（Ａ）を参照して、画像処理装置のキャリブレーションについて説明する。図２では、レンズ７１ａが測定面ＭＳから高さＨの位置に配置されていることが前提となっているが、高さＨを変更するごとに対応するＤＭ＝ｇ（ｘ）やＷ（ｘ１，ｘ２）を準備していてはキャリブレーションの作業が膨大となる。そこで、所定距離に設定された標準高さＨ０でキャリブレーションを行って回転角である角度θ＝ｆ（ｘ）を決定し、この標準的なθ＝ｆ（ｘ）からＤＭ＝ｇ（ｘ）やＷ（ｘ１，ｘ２）を得ることとする。具体的には、カメラ７１をレンズ７１ａが標準高さＨ０となるようにセットし、鉛直線ＶＬが通る直下の基準点ＲＰを基準としてキャリブレーション面ＣＳ上にスケールＳＣを配置する。つまり、基準点ＲＰは、カメラ７１の直下に配置されるスケールＳＣ上の中心点である。その後、回転駆動部７５によってカメラ７１の角度（回転角）θを例えば－９０°から＋９０°まで変化させながらスケールＳＣ上の基準点ＲＰの画素を抽出し、基準点ＲＰの画素位置ｘを決定する。回転駆動部７５には、ロータリエンコーダその他の角度検出部が組み込まれており、規定の角度単位（例えば１°刻み）でトリガ信号を発生し、トリガ信号に応じてカメラ７１による画像の取込みが行われる。角度（回転角）θの単位又は分割が十分に細かければ、各ｘ（ｘは整数）に対応するθを与えることができ、結果的にθ＝ｆ（ｘ）を決定することができる。なお、角度（回転角）θの分割が細かくない場合、スケールＳＣの目盛りＤＳを利用することや、内挿による補間によって、θ＝ｆ（ｘ）を決定することもできる。スケールＳＣの目盛りＤＳを利用する場合、角度（回転角）θを考慮して投影倍率１／ｃｏｓ^２θの補正を行うとともに、スケールＳＣを読み込む角度（回転角）θが切り替わる境界で重複を解消して各ｘに対して単一の方位又は距離ＤＭが与えられるようにする。つまり、後述する換算テーブルの作成に際して境界処理を行って、着目点の角度又は画素位置から着目点の距離が一意的に定まるようにする。

図３（Ｂ）に示すように、カメラ７１を相対的に固定した状態で観測される標準面ＳＦを考えて、方位に相当する角度θから標準面ＳＦ上の位置を決定する手法について説明する。カメラ７１を標準面ＳＦ上に設置したスケールＳＣから所定距離の位置で回転させつつスケールＳＣの画像を撮影することは、カメラ７１を固定してキャリブレーション面ＣＳやスケールＳＣを回転させることになる。スケールＳＣは、カメラ７１の回転軸ＲＸに垂直な方向に延びる目盛りＤＳを有する。角度θを徐々に変化させつつスケールＳＣの画像を取り込むことにより、カメラ７１の回転角である角度θとスケールＳＣの像との対応関係を記録することになる。図中で、基準点ＲＰから基準投影点ＰＰまでのＸ方向の距離Ｄ（θ）は、標準面ＳＦからのレンズ７１ａの高さ、つまり基準点ＲＰに対するレンズ７１ａの高さをＨ０として、Ｈ０・ｔａｎθ＝Ｇ（ｘ）で与えられる。ここで、Ｇ（ｘ）は、図２で説明したｇ（ｘ）と同様の関数であり、標準高さＨ０でキャリブレーションを行って得られるデータである。また、スケールＳＣ上の目盛りＤＳの単位幅Ｗ０は、標準面ＳＦ上に斜めに拡大投影されて基準投影幅Ｗｐ（θ）に相当するものとなっている。基準投影幅Ｗｐ（θ）は、Ｗｐ（θ）＝Ｗ０／ｃｏｓ^２θ≒Ｈ０・φ／ｃｏｓ^２θで与えられる。つまり、図４（Ａ）に示すように、カメラ７１の回転軸ＲＸに垂直な方向に延びるラインセンサ７１ｃを考えて、各θに対して計測されたスケールＳＣ像の原点像ＣＤを含む目盛りＤＳの幅、つまり単位幅Ｗ０（θ）のＸ方向に関するラインセンサ７１ｃ又はセンサ面７１ｄ上の画素数ｎ（θ）を予め記録することで、基準投影点ＰＰにある測定対象物の幅Ｗを算出することができる。具体的には、基準投影点ＰＰにある実際の測定対象物がセンサ面７１ｄ上のＸ方向に関して占有画素数ｍの広がりを有する場合、基準投影点ＰＰにある測定対象物のＸ方向の幅Ｗは、予め取得した画素数ｎ（θ）を用いて、Ｗｐ（θ）＝Ｗ０／ｃｏｓ^２θ×（ｍ／ｎ）として与えられる。ここで、Ｗ０／ｃｏｓ^２θ／ｎは、画素間隔に対応する実間隔に相当するものであり、画素換算間隔ＰＷと呼ぶ。

なお、図４（Ａ）では、ラインセンサ７１ｃのセンサ面７１ｄのｙ側の画素数が３となっているが、これは単なる例示であり、カメラ７１による画像の取込タイミングや車両２００の移動速度を考慮して、例えばＹ方向に切れ目のない画像が得られるようにｙ側の画素数を設定することができる。

実際の測定では、測定面ＭＳからのレンズ７１ａの高さ、つまり計測対象点ＭＯ１等に対するレンズ７１ａの高さが可変の値Ｈであるが、図３（Ｂ）に示す幾何的関係が相似的に成り立つので、基準面ＢＳに沿った原点Ｏ１から計測対象点ＭＯ１までの水平方向又はＸ方向に関する距離ＤＭは、測定対象物の角度をθ、画素位置をｘとして、
ＤＭ＝（Ｈ／Ｈ０）×Ｄ（θ）＝（Ｈ／Ｈ０）×Ｇ（ｘ） … （１）
で与えられる。ここで、Ｇ（ｘ）は、既述のように、標準高さＨ０でキャリブレーションを行って得られるデータである。また、係数Ｈ／Ｈ０は、計測対象点ＭＯ１又は測定面ＭＳに対するカメラ７１の高さと基準点ＲＰ又は標準面ＳＦに対するカメラ７１の高さとの比である。距離ＤＭは、換算情報で得た位置の関数Ｇ（ｘ）に対して計測対象点ＭＯ１に対するカメラ７１の高さＨと標準高さＨ０との比である係数を乗じたものとなっている。一方、幅Ｗ（ｘ１，ｘ２）は、測定対象物の両端の画素位置をｘ１，ｘ２とした場合、
Ｗ＝（Ｈ／Ｈ０）×｛Ｇ（ｘ２）－Ｇ（ｘ１）｝ … （２）
で与えられる。測定対象物の占有画素数ｍから導かれる幅Ｗ（θ，ｍ）は、
Ｗ（θ，ｍ）＝（Ｈ／Ｈ０）×Ｗ０／ｃｏｓ^２θ×（ｍ／ｎ）
＝（Ｈ／Ｈ０）×ＰＷ×ｍ … （３）
で与えられる。

図４（Ｂ）は、撮影画像を例示している。撮影画像ＭＰは、計測対象点ＭＯ１に対応する画像部分ＭＰａを含んでおり、式（１）に基づいて、画像原点ＰＯを基準とする画像部分ＭＰａの画素位置ｘから、レンズ７１ａの高さＨも考慮して、計測対象点ＭＯ１の原点Ｏ１からの距離ＤＭを計算することができる。また、式（２）又は（３）に基づいて、画像部分ＭＰａの画素範囲ｘ１，ｘ２又は画素幅ｗから、レンズ７１ａの高さＨも考慮して、計測対象点ＭＯ１の幅Ｗを計算することができる。ここで、距離ＤＭや幅Ｗは、計測対象点ＭＯ１の距離情報であり、後に詳述する演算処理部（信号処理部）１０１によって、計測対象点ＭＯ１の距離ＤＭや幅Ｗが計測される。

図４（Ｃ）は、標準高さＨ０でキャリブレーションを行って得られるデータをまとめた換算テーブルを示している。この換算テーブルは、キャリブレーション後のデータ処理によって作成され、後に詳述するが、情報記録部である記憶部１０２（図６参照）に保管される。テーブル中において、「画素Ｎｏ．」は画素位置ｘを意味し、「画素換算距離」は関数Ｇ（ｘ）を意味し、「画素換算間隔」は画素換算間隔ＰＷを意味する。ここで、画素換算間隔ＰＷは、θの関数ではなくｘの関数となっている。関数Ｇ（ｘ）や画素換算間隔ＰＷは、スケールＳＣに対するカメラ７１の回転軸ＲＸの現実の高さを固定的な標準高さＨ０として算出されて画素位置ｘから距離情報を与えるものである。なお、図４（Ｃ）の換算テーブルは、カメラ７１の回転角θを換算した画素位置ｘと、スケールＳＣの中心像ＤＣや目盛りＤＳとの対応関係を換算情報として記録したものであるが、間接的にはカメラ７１の回転角θとスケールＳＣの像との対応関係を記録したものと言える。

以上では、標準高さＨ０をカメラ７１の回転軸ＲＸの現実の高さとしているが、カメラ７１の回転軸ＲＸの仮想の高さとしてもよい。つまり、カメラ７１によってスケールＳＣを撮影する高さと、図４（Ｃ）の換算テーブルを与える標準高さＨ０とを異なるものとしてもよい。この場合、カメラ７１によって得た結果を標準高さＨ０に換算する操作が事前に必要となる。

図５に示すように、地中計測部１００Ａは、レーダ信号発生部１０と、送信用増幅器２１と、送信アンテナ３１と、受信アンテナ３２と、受信用増幅器２２と、サンプリング処理部２５と、距離情報取得部４０と、計測側制御部６０とを備える。

地中計測部１００Ａのうち、レーダ信号発生部１０は、計測側制御部６０の制御下でパルス状の送信波ＳＰ１を所定のタイミングで生成する。送信用増幅器２１は、レーダ信号発生部１０で形成される送信波ＳＰ１を増幅し、送信アンテナ３１は、送信用増幅器２１に駆動されて送信波ＳＰ１に対応する電波としての探査信号Ｓ１を地面に向けて放射する。レーダ信号発生部１０、送信用増幅器２１、及び送信アンテナ３１は、探査信号（電波）Ｓ１を周期的に送信する送信部２０ａとして機能する。受信アンテナ３２は、地中ＵＧに存在する埋設物その他の探査対象物ＯＢで反射されて戻って来た応答波（電波）Ｓ２を検出信号として受信し、受信用増幅器２２は、受信アンテナ３２で受信した応答波Ｓ２に対応する信号を増幅して応答波ＳＰ２として出力し、サンプリング処理部２５は、応答波ＳＰ２から広義の検出信号である信号出力ＳＲを生成する。受信アンテナ３２、受信用増幅器２２、及びサンプリング処理部２５は、地中探査用の電波に同期させて電波である応答波（検出信号）Ｓ２を受信し信号出力（検出信号）ＳＲを出力する受信部２０ｂとして機能する。サンプリング処理部２５は、受信アンテナ３２で受信され受信用増幅器２２で増幅された応答波ＳＰ２について、レーダ信号発生部１０で形成された送信波ＳＰ１に対応するアナログの参照波Ｓ３を用い、この参照波Ｓ３のタイミングをずらしながら相関サンプリング処理を行って、応答波ＳＰ２から送信波ＳＰとの相関性の高い信号成分を抽出する。サンプリング処理部２５で得られる信号成分は、参照波Ｓ３とのタイミング差に対応する深さ方向の距離に関連付けられて、デジタル信号として出力される。つまり、サンプリング処理部２５の信号出力ＳＲは、埋設物その他の探査対象物ＯＢの分布を示す強度出力値であり、深さ方向の距離ごとに応答波ＳＰ２から得た信号成分の振幅を算出したものとなっている。サンプリング処理部２５は、応答波ＳＰ２と参照波Ｓ３とについて相関サンプリング処理を行う相関器の他に、重み付けフィルター等を備える。

地中計測部１００Ａは、車両２００上において、Ｘ方向に複数台搭載されており、車両２００を路面に沿ってＹ方向に移動させることで、ＸＹ面内の応答波の検出状態の分布を計測することができる。

図６を参照して、制御装置１００Ｃは、地中計測部１００Ａの動作を制御するとともに、周辺画像取得部１００Ｂの動作を制御する。制御装置１００Ｃは、地中計測部１００Ａによって得た計測データと、周辺画像取得部１００Ｂによって得た画像データとを統括的に管理し保存する管理部である。すなわち、制御装置（管理部）１００Ｃは、撮像部７１によって得た画像を実際の測定面ＭＳ又は予定平面ＲＦ上での状態に比例するサイズに変換し、車両２００の進行方向のＹ座標を与えるとともに、地中計測部１００Ａによる計測データとリンクさせて保管する。

制御装置（管理部）１００Ｃは、演算処理部１０１と、記憶部１０２と、入力部１０３と、表示部１０４と、インターフェース部１０５とを備える。制御装置１００Ｃは、具体的には、地中探査用のプログラムを搭載したコンピューターを含み、ユーザーは、地中計測部１００Ａによる計測結果を、表示部１０４によって観察することができるだけでなく、計測条件、信号処理条件、表示条件等の設定又は選択を、入力部１０３を介して演算処理部１０１に指示することができる。

演算処理部１０１は、記憶部１０２に保管されたプログラムやデータに基づいて動作し、入力部１０３やインターフェース部１０５から得た情報に基づいて処理を行い、処理の経過や結果を記憶部１０２に保管するとともに表示部１０４に提示する。特に、演算処理部１０１は、プログラム等に基づいてインターフェース部１０５を介して地中計測部１００Ａを動作させ、地中計測部１００Ａからの検出信号を処理して得た地点計測情報、経路断面計測情報、２次元計測情報等を表示部１０４に表示させることができる。ここで、地点計測情報は、車両２００による移動中の特定測定点での探査によって得た検出信号を深さ方向の距離の関数として表した強度パターンであり、経路断面計測情報は、検出信号の受信強度に対する移動距離と電波の送信から受信までの経過時間を示す反射時間との関係を示すチャートである。２次元計測情報は、複数の地中計測部１００Ａからの検出信号を複合してＸＹ面に投影した反射分布マップである。演算処理部１０１は、チャート中の特定の移動距離が指定された場合、撮像部７１によって撮影された画像のうち、指定された移動距離及びその周辺に対応する路面等の画像（局所的２次元マップ）を抽出して、抽出した路面等の局所的２次元マップを表示部１０４に表示するとともに、反射分布マップを重畳して表示させることができる。演算処理部１０１は、信号処理部として、周辺画像取得部１００Ｂによって得た画像データから２次元マップを生成する。具体的には、演算処理部１０１は、周辺画像取得部１００Ｂによって得た画像データから、キャリブレーションによって得た式（１）に相当する換算テーブル（図４（Ｃ）参照）に基づいてサイズを修正した１次元情報を予め保管しており、この１次元情報から２次元画像を生成する。結果的に、周辺画像取得部１００Ｂによって得た画像データがＸ方向及びＹ方向に広がる局所的２次元マップに加工される。この局所的２次元マップの元となる２次元マップは、車両２００の移動経路に沿って延びる路面及びその周辺を表すものであり、Ｙ方向の位置ズレを修正して経路断面計測情報、２次元計測情報等とリンクさせて記憶部１０２に保管されている。

図７は、路面の局所的２次元マップ上に反射分布マップを重畳して表示させた例を示す。この場合、局所的２次元マップＴＤとしてサイドラインＭＯ１１，ＭＯ１３、センターラインＭＯ１２等を含む路面ＲＯの画像が作成され、局所的２次元マップＴＤ上に２次元計測情報を構成する反射分布パターンＲＤが重畳表示されている。この反射分布パターンＲＤは、例えば路面ＲＯ直下の空洞等に対応する。

図８を参照して、演算処理部１０１の計測動作の一例について説明する。演算処理部１０１は、インターフェース部１０５を介して地中計測部１００Ａ及び周辺画像取得部１００Ｂに動作を指示し、地中探査を行いつつ撮像部７１によって得た画像データを取り込む（ステップＳ０１）。次に、演算処理部１０１は、取り込んだ画像データにＹ座標を付与する（ステップＳ０２）。画像データのＹ座標は、位置情報取得装置２００ａの出力、撮像部７１の配置情報等に基づいて決定される。次に、演算処理部（信号処理部）１０１は、取り込んだ画像データのＸ座標を補正する（ステップＳ０３）。具体的には、ステップＳ０２でＹ座標を付与した画像データに対して、キャリブレーションによって得た上記式（１）に相当する換算テーブル（図４（Ｃ）参照）に基づいて各点の距離情報である距離ＤＭを決定し、得られた距離ＤＭに基づいてサイズを修正した１次元情報を計算し、記憶部１０２に保管する。この際、１次元情報を統合した２次元マップが作成され、記憶部１０２に保管される。演算処理部（信号処理部）１０１は、１次元情報やこれを統合した２次元マップを含む画像データを記憶部１０２に保存する際に、計測部１２０によって得た計測データとリンクさせる。次に、演算処理部１０１は、オペレータによるオブジェクトの指定を受け付ける（ステップＳ０４）。オブジェクトの指定に際して、ステップＳ０３で得た１次元情報やこれを統合した２次元マップが表示部１０４を介してオペレータに提示され、オペレータは、入力部１０３を利用して１次元情報や２次元マップの特定領域を指定する。なお、演算処理部１０１がオブジェクトの抽出を行ってもよい。演算処理部１０１は、ステップＳ０４で指定されたオブジェクトについて、その中心位置やＸ幅又はＹ幅を検出する（ステップＳ０５）。オブジェクトの中心位置やＸ幅の決定は、２次元マップ上で行うことができるが、キャリブレーションによって得た上記式（１）～（３）に相当する換算テーブル（図４（Ｃ）参照）に基づいてステップＳ０１で取り込んだ画像データから直接計算することができる。

以上のように、本実施形態の画像処理方法では、カメラ７１をスケールＳＣから所定距離の位置で回転させつつスケールＳＣの画像を撮影し、画像よりカメラ７１の回転角とスケールＳＣの像との対応関係を記録するので、カメラ７１の前面を覆うように大きなスケールＳＣを配置する必要がなく、キャリブレーションの作業性を高めることができる。また、計測対象点ＭＯ１に対するカメラ７１の高さと基準点ＲＰに対するカメラ７１の高さとの比に基づくので、カメラ７１の高さに関わらず測定が可能になり、キャリブレーションに際してスケールＳＣを遠く広く配置する必要がなくなる。

〔その他〕
以上の実施形態で説明された構造、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明を理解及び実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。したがたって、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

例えば、換算テーブルとして図４（Ｃ）に示すように標準高さＨ０を前提とするものを準備しているが、カメラ７１に想定される範囲内で任意の高さＨに対して、画素位置ｘと横方向の距離についての関数Ｇ（ｘ）を予め用意しておけば、画素位置ｘに基づいて換算テーブルを読み出すだけとなり、カメラ７１の設置高さに合わせて係数（Ｈ／Ｈ０）をかける演算処理が不要となる。

画像処理装置１１０は、地中レーダ装置１００以外の各種検査装置等に組み込むことができる。また、路面に限らず、床面、天井面、壁面等の画像を撮影し、配置やサイズに関する歪みを修正した画像を得ることができる。

以上では、１次元的な画像を撮影する場合のキャリブレーションについて説明したが、２次元的な画像を撮影する場合のキャリブレーションも同様であり、カメラ７１の回転軸として、図１（Ａ）に示すＹ軸に平行なものだけでなく、Ｘ軸に平行なものを追加して、２軸で回転させつつ直下のスケールに対してキャリブレーションを行えば、２次元の画像に対して一括して位置換算や距離換算が可能になる。具体的には、図９に示すように、Ｙ軸に平行な回転軸を利用してθｘを－Ａ°～＋Ｂ°で振り、Ｘ軸に平行な回転軸を利用してθｙを－Ｃ°～＋Ｄ°で振る。この際、組合せ（θｘ，θｙ）が全範囲（θｘ：－Ａ°～Ｂ°， θｙ：－Ｃ°～Ｄ°）を網羅するようにする。具体的には、例えば経路ＡＰで示すようなキャリブレーション面ＣＳの全体をカバーする走査によって基準点ＲＰ又はスケールＳＣを撮影する。

カメラ７１は、計測時に光軸ＡＸを鉛直線ＶＬに対して傾斜させることができる。この場合、角度（回転角）θをオフセットした状態で計測していることになり、これに合わせた換算テーブルを準備する。キャリブレーションに際しては、傾斜状態（計測時の設置角度）が基準点ＲＰの垂直直上になるようにし、その状態を基準状態として基準点ＲＰの画素抽出等を実施し、換算テーブルを作成する。また、この場合、θの範囲は、例えば－９０°＋ａ～＋９０°－ａ（ａは設置時のオフセット量）とする。

以上では、平面的な対象であって距離が既知のものを撮影して対象上の着目部分に関して距離情報（つまり位置やサイズ）を算出しているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、カメラ７１に隣接してレーザ計測器その他の測定機器を設置し、これによって着目部分までの距離や着目部分の傾斜角度を計測できれば、非平面的で距離が未知の対象であっても、着目部分に関して距離情報（つまり位置やサイズ）を計測することもできる。

１０…レーダ信号発生部、 ２０ａ…送信部、 ２０ｂ…受信部、 ２５…サンプリング処理部、 ４０…距離情報取得部、 ６０…計測側制御部、 ７１…カメラ、 ７１…撮像部、 ７１ａ…レンズ、 ７１ｃ…ラインセンサ、 ７１ｄ…センサ面、 ７２…記録部、 ７５…回転駆動部、 １００…地中レーダ装置、 １００Ａ…地中計測部、 １００Ｂ…周辺画像取得部、 １００Ｃ…制御装置、 １０１…演算処理部、 １０２…記憶部、 １１０…画像処理装置、 １２０…計測部、 ２００…車両、 ２００ａ…位置情報取得装置、 ＡＸ…光軸、 ＲＸ…回転軸、 ＢＳ…基準面、 ＲＰ…基準点、 ＳＦ…標準面、 ＭＳ…測定面、 Ｏ１…原点、 ＶＬ…鉛直線、 ＰＯ…画像原点、 ＰＰ…基準投影点、 ＢＬ…測定線、 ＣＳ…キャリブレーション面、 ＳＣ…スケール、 ＤＳ…目盛り、 ＭＡ…計測エリア、 ＭＯ１，ＭＯ２…計測対象点、 ＭＰ…撮影画像、 ＭＰａ…画像部分、 ＯＢ…探査対象物、 ＲＤ…反射分布パターン、 ＲＦ…予定平面、 ＲＯ…路面、 ＳＰ１…送信波、 ＳＰ２…応答波、 ＴＤ…局所的２次元マップ、 ＵＧ…地中

Claims (9)

1. キャリブレーション時に、カメラをスケール上の基準点の上方で回転させつつ前記スケールの画像を撮影し、前記画像より前記カメラの回転角と前記スケールの像との対応関係を画素位置から画素換算距離を与える換算テーブルとして記録し、
   前記換算テーブル、及び前記カメラの移動を伴う測定時における計測対象点に対する前記カメラの高さと前記キャリブレーション時の前記基準点に対する前記カメラの標準高さとの比に基づき、前記計測対象点の横位置に相当する距離情報を計測し、
   前記距離情報によって測定された画像データにおいて前記画素位置が修正された１次元的情報から２次元画像を得る、画像処理方法。
2. 前記計測対象点の前記距離情報は、前記カメラの回転軸に直交する基準面に沿った所定の原点から前記計測対象点までの水平方向に関する距離である、請求項１に記載の画像処理方法。
3. 前記原点は、前記カメラの直下に位置する路面上の点である、請求項２に記載の画像処理方法。
4. 測定時に、前記原点から前記計測対象点までの距離を、前記換算テーブルから得た前記画素換算距離に対して前記計測対象点に対する前記カメラの高さと前記標準高さとの比である係数を乗じたものとして与える、請求項２～３のいずれか一項に記載の画像処理方法。
5. 前記スケールは、前記カメラを回転させる回転軸に垂直な方向に延びる目盛りを有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の画像処理方法。
6. 前記カメラは、当該カメラを回転させる回転軸に垂直な方向に延びるラインセンサを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の画像処理方法。
7. カメラをスケール上の基準点の上方で回転させつつ前記スケールの画像を撮影するキャリブレーションによって得られたカメラの回転角とスケールの像との対応関係を、画素位置から画素換算距離を与える換算テーブルとして保持する情報記録部と、
   前記カメラの移動を伴う測定時に、前記カメラを動作させて得た像から、前記換算テーブル、及び前記計測対象点に対する前記カメラの高さと前記キャリブレーション時の前記基準点に対する前記カメラの基準高さとの比に基づいて、前記計測対象点の横位置に相当する距離情報を計測し、前記距離情報によって測定された画像データにおいて前記画素位置が修正された１次元的情報から２次元画像を得る信号処理部とを備える、画像処理装置。
8. 請求項７に記載の画像処理装置と、
   前記カメラと、
   探査信号を送信する送信部と、検出信号を受信する受信部と、前記受信部からの検出信号を処理する探査処理部とを有する計測部と
   を備える地中レーダ装置。
9. 前記画像処理装置によって処理した画像を前記計測部によって得た計測データとリンクさせてデータとして保存する請求項８に記載の地中レーダ装置。

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