(57)【要約】【課題】二つのカメラの相対位置の変化による影響を抑制することができる距離計測装置及び距離計測方法を得る。【解決手段】距離計測装置１２は、第１調整部４８及び第２調整部５２を備えており、第１調整部４８及び第２調整部５２は、第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢を調整することが可能となっている。このため、レール部５６が歪んでも計測部３２で推定された第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置及び姿勢に基づき、光軸Ｒ１と光軸Ｒ２とが平行になるように第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢を第１調整部４８及び第２調整部５２で調整することができる。【選択図】図１
2018031733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の画像が撮像される第１撮像面を備えると共に内部パラメータが既知とされた第１カメラと、
前記計測対象の画像が撮像される第２撮像面を備えると共に内部パラメータが既知とされた第２カメラと、
前記第１カメラを一方側で支持すると共に前記第２カメラを他方側で支持する支持部と、
前記第１カメラ及び前記第２カメラで撮像可能な範囲に配置されて基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークと、
前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク、当該ランドマークの前記３次元座標及び前記内部パラメータから前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢を推定する状態推定手段と、
前記状態推定手段で推定された前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢に基づき当該第１カメラの第１光軸と当該第２カメラの第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整する調整手段と、
前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態において前記第１撮像面に撮像された前記計測対象の第１撮像画像と前記第２撮像面に撮像された当該計測対象の第２撮像画像との視差から前記第１カメラ及び前記第２カメラと当該計測対象との距離を算出する距離算出手段と、
を有する距離計測装置。
【請求項２】
前記計測対象は、複数設定されており、
前記調整手段は、前記第１カメラ及び前記第２カメラと前記計測対象のそれぞれとの相対位置関係に応じて当該第１カメラ及び当該第２カメラを回動させ、当該計測対象のうち任意の計測対象に当該第１カメラ及び当該第２カメラを向ける回動手段を備えている、
請求項１に記載の距離計測装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第１カメラ及び前記第２カメラの少なくとも一方を前記支持部に沿って移動させて当該第１カメラと当該第２カメラとの距離を任意の距離に設定可能な移動手段を備えている、
請求項１又は請求項２に記載の距離計測装置。
【請求項４】
前記距離算出手段で算出された前記距離から得られた前記計測対象の複数箇所の３次元座標から当該計測対象の３次元形状を推定する形状推定手段をさらに有する、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の距離計測装置。
【請求項５】
前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク及び当該ランドマークの前記３次元座標に基づき当該第１撮像面及び当該第２撮像面に撮像された前記計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理を行う補正処理手段をさらに有する、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の距離計測装置。
【請求項６】
支持部の一方側で支持されていると共に内部パラメータが既知とされた第１カメラの第１撮像面と当該支持部の他方側で支持されていると共に内部パラメータが既知とされた第２カメラの第２撮像面とに基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークを撮像し、
前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク、当該ランドマークの前記３次元座標及び前記内部パラメータから状態推定手段で前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢を推定し、
前記状態推定手段で推定された前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢に基づき調整手段で当該第１カメラの第１光軸と当該第２カメラの第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整し、
前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態において前記第１撮像面に撮像された計測対象の第１撮像画像と前記第２撮像面に撮像された当該計測対象の第２撮像画像との視差から距離算出手段で前記第１カメラ及び前記第２カメラと当該計測対象との距離を算出する、
距離計測方法。
【請求項７】
前記調整手段で前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態とされた後に、前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク及び当該ランドマークの前記３次元座標に基づき補正処理手段で当該第１撮像面及び当該第２撮像面に撮像された前記計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理を行う、
請求項６に記載の距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離計測装置及び距離計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、画像処理装置を用いたグローバル座標取得装置に関する発明が開示されている。この画像処理装置を用いたグローバル座標取得装置は、支持棒で支持された２台のカメラから構成されているステレオカメラを備えており、このステレオカメラを用いて測量対象点のグローバル座標を計測している。具体的には、下記先行技術では、２台のカメラで撮影された画像データから、これらのカメラの原点を基準とする測量対象点のローカル座標が検出されている。また、ステレオカメラを支持する支持棒には、ＧＰＳアンテナを含んで構成された装置グローバル座標検出装置も支持されており、この装置グローバル座標検出装置によって、それぞれのカメラのグローバル座標の検出が可能となっている。詳しくは、装置グローバル座標検出装置でＧＰＳアンテナのグローバル座標を検出し、このＧＰＳアンテナのグローバル座標が、ＧＰＳアンテナとカメラとの相対位置関係に基づいて補正されることで、カメラのグローバル座標に変換されている。そして、測量対象点のローカル座標及びカメラのグローバル座標から測量対象点のグローバル座標が求められるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９１２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記先行技術では、使用者が支持棒を持って道路等の移動経路を移動する過程で外気の温度差等の影響で支持棒に歪みが生じ、その結果、二つのカメラがステレオカメラとして機能しなくなることが考えられる。つまり、上記先行技術では、二つのカメラの相対位置の変化による影響を抑制するという観点において改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、二つのカメラの相対位置の変化による影響を抑制することができる距離計測装置及び距離計測方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明に係る距離計測装置は、計測対象の画像が撮像される第１撮像面を備えると共に内部パラメータが既知とされた第１カメラと、前記計測対象の画像が撮像される第２撮像面を備えると共に内部パラメータが既知とされた第２カメラと、前記第１カメラを一方側で支持すると共に前記第２カメラを他方側で支持する支持部と、前記第１カメラ及び前記第２カメラで撮像可能な範囲に配置されて基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークと、前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク、当該ランドマークの前記３次元座標及び前記内部パラメータから前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢を推定する状態推定手段と、前記状態推定手段で推定された前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢に基づき当該第１カメラの第１光軸と当該第２カメラの第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整する調整手段と、前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態において前記第１撮像面に撮像された前記計測対象の第１撮像画像と前記第２撮像面に撮像された当該計測対象の第２撮像画像との視差から前記第１カメラ及び前記第２カメラと当該計測対象との距離を算出する距離算出手段と、を有している。
【０００７】
請求項１に記載の本発明によれば、計測対象の画像が撮像される第１撮像面を備えた第１カメラが支持部の一方側で支持されていると共に、当該計測対象の画像が撮像される第２撮像面を備えた第２カメラが当該支持部の他方側で支持されている。そして、第１カメラの第１光軸と第２カメラの第２光軸とが平行な状態において、第１撮像面に撮像された計測対象の第１撮像画像と第２撮像面に撮像された当該計測対象の第２撮像画像との視差から、距離算出手段によって第１カメラ及び第２カメラと当該計測対象との距離を算出することができる。
【０００８】
ところで、第１カメラ及び第２カメラを支持する支持部が、その周辺の気温の変化等の影響を受けて歪むと、当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置が変化し、ひいては第１光軸と第２光軸と平行でなくなることが考えられる。
【０００９】
ここで、本発明では、第１カメラ及び第２カメラの内部パラメータが既知とされていると共に、第１カメラ及び第２カメラで撮像可能な範囲に基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークが配置されている。また、本発明は、状態推定手段を備えており、第１カメラ及び第２カメラの内部パラメータ、第１撮像面及び第２撮像面に撮像された複数のランドマーク及び当該ランドマークの基準位置からの３次元座標から当該状態推定手段によって当該第１カメラ及び当該第２カメラの位置及び姿勢を推定することが可能となっている。このため、支持部が歪んだ状態において、上記内部パラメータ、第１撮像面及び第２撮像面に撮像された複数のランドマーク及び当該ランドマークの基準位置からの３次元座標から第１カメラ及び第２カメラの位置及び姿勢を状態推定手段によって推定することができる。
【００１０】
さらに、本発明は、調整手段を備えており、当該調整手段は、第１カメラと第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整することが可能となっている。したがって、本発明では、支持部が歪んでも状態推定手段で推定された第１カメラ及び第２カメラの位置及び姿勢に基づき、第１光軸と第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整手段で調整することができる。
【００１１】
請求項２に記載の本発明に係る距離計測装置は、請求項１に記載の発明において、前記計測対象は、複数設定されており、前記調整手段は、前記第１カメラ及び前記第２カメラと前記計測対象のそれぞれとの相対位置関係に応じて当該第１カメラ及び当該第２カメラを回動させ、当該計測対象のうち任意の計測対象に当該第１カメラ及び当該第２カメラを向ける回動手段を備えている。
【００１２】
請求項２に記載の本発明によれば、計測対象が複数設定されていると共に、第１カメラ及び第２カメラを回動させる回動手段を備えている。また、回動手段は、第１カメラ及び第２カメラと計測対象のそれぞれとの相対位置関係に応じて当該第１カメラ及び当該第２カメラを回動させ、当該計測対象のうち任意の計測対象に当該第１カメラ及び当該第２カメラを向けるようになっている。このため、回動手段によって任意の計測対象に第１光軸及び第２光軸を向けることができる。そして、この状態における第１カメラ及び第２カメラの位置及び姿勢が状態推定手段で推定されて、第１光軸と第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢が調整手段で調整される。
【００１３】
請求項３に記載の本発明に係る距離計測装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記調整手段は、前記第１カメラ及び前記第２カメラの少なくとも一方を前記支持部に沿って移動させて当該第１カメラと当該第２カメラとの距離を任意の距離に設定可能な移動手段を備えている。
【００１４】
請求項３に記載の本発明によれば、移動手段によって第１カメラ及び第２カメラの少なくとも一方を支持部に沿って移動させて当該第１カメラと当該第２カメラとの距離を任意の距離に設定することができる。
【００１５】
請求項４に記載の本発明に係る距離計測装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の発明において、前記距離算出手段で算出された前記距離から得られた前記計測対象の複数箇所の３次元座標から当該計測対象の３次元形状を推定する形状推定手段をさらに有している。
【００１６】
請求項４に記載の本発明によれば、距離算出手段で算出された第１カメラ及び前記第２カメラと計測対象との距離から得られた当該計測対象の複数箇所の３次元座標から形状推定手段によって当該計測対象の３次元形状を推定することができる。
【００１７】
請求項５に記載の本発明に係る距離計測装置は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の発明において、前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク及び当該ランドマークの前記３次元座標に基づき当該第１撮像面及び当該第２撮像面に撮像された前記計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理を行う補正処理手段をさらに有している。
【００１８】
請求項５に記載の本発明によれば、第１撮像面及び第２撮像面に撮像された複数のランドマーク及び当該ランドマークの基準位置からの３次元座標に基づき、補正処理手段によって当該第１撮像面及び当該第２撮像面に撮像された計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理が行われる。
【００１９】
請求項６に記載の本発明に係る距離計測方法は、支持部の一方側で支持されていると共に内部パラメータが既知とされた第１カメラの第１撮像面と当該支持部の他方側で支持されていると共に内部パラメータが既知とされた第２カメラの第２撮像面とに基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークを撮像し、前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク、当該ランドマークの前記３次元座標及び前記内部パラメータから状態推定手段で前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢を推定し、前記状態推定手段で推定された前記第１カメラ及び前記第２カメラの位置及び姿勢に基づき調整手段で当該第１カメラの第１光軸と当該第２カメラの第２光軸とが平行になるように当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢を調整し、前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態において前記第１撮像面に撮像された計測対象の第１撮像画像と前記第２撮像面に撮像された当該計測対象の第２撮像画像との視差から距離算出手段で前記第１カメラ及び前記第２カメラと当該計測対象との距離を算出している。
【００２０】
請求項６に記載の本発明によれば、支持部の一方側で支持された第１カメラの第１光軸と当該支持部の他方側で支持された第２カメラの第２光軸とが平行な状態において、第１撮像面に計測対象の第１撮像画像が、第２撮像面に当該計測対象の第２撮像画像が、それぞれ撮像される。そして、第１撮像画像と第２撮像画像との視差から、距離算出手段によって第１カメラ及び第２カメラと計測対象との距離が算出される。
【００２１】
ところで、第１カメラ及び第２カメラを支持する支持部が、その周辺の気温の変化等の影響を受けて歪むと、当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置が変化し、ひいては第１光軸と第２光軸とが平行でなくなることが考えられる。
【００２２】
ここで、本発明では、支持部の歪みによる影響を抑制しつつ第１カメラ及び第２カメラと計測対象との距離が算出されている。具体的には、第１カメラの第１撮像面と第２カメラの第２撮像面とに基準位置からの３次元座標が測量された複数のランドマークを撮像する。次に、既知とされている第１カメラ及び第２カメラの内部パラメータ、第１撮像面及び第２撮像面に撮像された複数のランドマーク及び当該ランドマークの３次元座標から状態推定手段で当該第１カメラ及び当該第２カメラの位置及び姿勢が推定される。そして、状態推定手段で推定された第１カメラ及び第２カメラの位置及び姿勢に基づき、当該第１カメラの第１光軸と当該第２カメラの第２光軸とが平行になるように調整手段により当該第１カメラと当該第２カメラとの相対位置及び相対姿勢が調整される。
【００２３】
請求項７に記載の本発明に係る距離計測方法は、請求項６に記載の発明において、前記調整手段で前記第１光軸と前記第２光軸とが平行な状態とされた後に、前記第１撮像面及び前記第２撮像面に撮像された前記複数のランドマーク及び当該ランドマークの前記３次元座標に基づき補正処理手段で当該第１撮像面及び当該第２撮像面に撮像された前記計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理を行っている。
【００２４】
請求項７に記載の本発明によれば、調整手段で第１光軸と第２光軸とが平行な状態とされた後に、補正処理手段で第１撮像面及び第２撮像面に撮像された計測対象の画像の補正処理が行われる。具体的には、第１撮像面及び第２撮像面に撮像された複数のランドマーク及び当該ランドマークの基準位置からの３次元座標に基づき、計測対象の画像の歪み補正、倍率変換及び平行化処理が行われる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る距離計測装置は、二つのカメラの相対位置の変化による影響を抑制することができるという優れた効果を有する。
【００２６】
請求項２に記載の本発明に係る距離計測装置は、複数の計測対象と二つのカメラとの距離を計測することができるという優れた効果を有する。
【００２７】
請求項３に記載の本発明に係る距離計測装置は、二つのカメラによるステレオ計測の距離分解能を任意に設定することができるという優れた効果を有する。
【００２８】
請求項４に記載の本発明に係る距離計測装置は、二つのカメラの相対位置の変化による影響を抑制して計測対象の３次元形状を精度よく推定することができるという優れた効果を有する。
【００２９】
請求項５に記載の本発明に係る距離計測装置は、カメラの撮像面に撮像された計測対象の画像の補正を行うことができるという優れた効果を有する。
【００３０】
請求項６に記載の本発明に係る距離計測方法は、複数の計測対象と二つのカメラとの距離を計測することができるという優れた効果を有する。
【００３１】
請求項７に記載の本発明に係る距離計測方法は、カメラの撮像面に撮像された計測対象の画像の補正を行うことができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る距離計測装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本実施形態に係る距離計測装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る距離計測装置を構成する第１カメラの撮像面と第２カメラの撮像面との関係を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る距離計測装置を構成する第１カメラ及び第２カメラにおけるレンズと撮像面との関係を示す模式図であり、（Ａ）は撮像面の正面側から見た図であり、（Ｂ）は撮像面と平行な方向から見た図である。
【図５】本実施形態に係る距離計測装置を構成する第１カメラの撮像面における撮像領域と最大視差との関係を示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る距離計測装置の計測対象の周辺の構成を示す正面図である。
【図７】本実施形態に係る距離計測装置と計測対象との位置関係を模式的に示す側面図である。
【図８】本実施形態に係る質量推定装置の異なる２種類の計測対象の積み上げ高さと密度指標との関係の一例を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る距離計測装置の計測対象の形状を示しており、（Ａ）は距離計測装置の測定結果から推定された形状を示した図であり、（Ｂ）は質量推定処理ルーチンの過程で計測対象を四角柱の集合として示した図である。
【図１０】本実施形態に係るストックヤード観測装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本実施形態に係る距離計測装置と計測対象との位置関係を模式的に示す平面図である。
【図１２】本実施形態に係る質量推定装置の質量推定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】本実施形態に係る距離計測装置の形状推定処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】本実施形態に係る距離計測装置を構成する第１カメラ及び第２カメラの挙動を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図１〜図１４を用いて、本実施形態に係る「距離計測装置１２」と質量推定装置１４とを備えたストックヤード観測装置１０の一例について説明する。このストックヤード観測装置１０は、図１１に示されるように、ストックヤード１６に複数連なって山積みされた計測対象としての鋼材（以下、「堆積物１８、２０、２２」と称する）の質量を観測するのに用いられている。
【００３４】
まず、図１０を用いて、ストックヤード観測装置１０の概略構成について説明する。ストックヤード観測装置１０は、パーソナルコンピュータ２４（以下、ＰＣ２４と称する）と、当該ＰＣ２４と接続された入力部２６と、同じく当該ＰＣ２４と接続された出力部２８とを含んで構成されている。
【００３５】
ＰＣ２４は、種々の計算が行われる図示しないＣＰＵと、種々のデータが一時的に記憶される図示しないＲＡＭと、後述するように質量推定処理ルーチン等を実行するためのプログラムや各種データが保存された図示しないＲＯＭと、を含んで構成されている。なお、ＰＣ２４は、ストックヤード１６に隣接する建物３０の屋内側に設置されている（図７参照）。
【００３６】
入力部２６は、詳しくは後述するが、「第１カメラ５０」及び「第２カメラ５４」を含んで構成されたステレオカメラ４４を備えており、当該ステレオカメラ４４は、図示しない配線等によってＰＣ２４に接続されている。なお、本実施形態では、一例として、第１カメラ５０及び第２カメラ５４には、デジタルスチルカメラが採用されている。また、入力部２６は、図示しないマウスやキーボードを備えており、堆積物１８、２０、２２を構成するそれぞれの鋼材の種類等をＰＣ２４に入力することが可能となっている。
【００３７】
一方、出力部２８は、一例としてＰＣ２４に接続された図示しないモニターを含んで構成されており、当該モニターには後述するように質量推定処理ルーチンを経て得られた堆積物１８、２０、２２の質量等が表示されるようになっている。
【００３８】
また、ＰＣ２４は、その機能的に、「計測部３２」、データ記憶部３４、形状近似部３６、嵩密度テーブル記憶部３８、柱質量算出部４０及び堆積物質量算出部４２を含んだ構成で表すことができる。そして、本実施形態では、距離計測装置１２が、ステレオカメラ４４、計測部３２及びデータ記憶部３４を含んで構成されており、後述するように、当該距離計測装置１２によって堆積物１８、２０、２２の３次元形状が推定されている。一方、質量推定装置１４は、形状近似部３６、嵩密度テーブル記憶部３８、柱質量算出部４０及び堆積物質量算出部４２を含んで構成されており、堆積物１８、２０、２２の質量を算出している。
【００３９】
詳しくは、形状近似部３６は、図９（Ａ）に示されるような距離計測装置１２で推定された堆積物１８、２０、２２の３次元形状に基づき、当該３次元形状を図９（Ｂ）に示されるような、鉛直方向に延びる四角柱の集合体として近似している。具体的には、形状近似部３６では、各四角柱の底面の大きさが堆積物１８、２０、２２を構成する物体の材質や形状に応じて予め定められている。そして、入力部２６で入力された堆積物１８、２０、２２を構成する物体の材質や形状に対応する底面を有しかつ当該堆積物の３次元形状の各箇所に対応する四角柱が所定区間毎に生成されることで、当該四角柱の集合体が当該堆積物の３次元形状に近似されている。
【００４０】
また、上記四角柱の底面の大きさは、堆積物１８、２０、２２を構成する物体のサイズが大きい場合には大きく設定され、当該サイズが小さい場合には小さく設定されている。具体的には、堆積物１８、２０、２２が砂状の物体（例えば、粉末石灰等）のように粒子が細かいもので構成されている場合には、上記四角柱の底面の大きさは、当該四角柱の３次元形状の分解能まで小さくしたほうが当該堆積物の形状の近似精度は向上する。
【００４１】
一方、堆積物１８、２０、２２を構成する物体の粒子がこぶし大（例えば、石炭石等）である場合には、当該粒子が砂状の場合ほど上記四角柱の底面を小さくする必要は無く、当該粒子の投影面積の二分の一程度の大きさに当該底面の大きさを設定すれば十分といえる。このように、上記四角柱の底面の大きさを、堆積物１８、２０、２２を構成する物体の大きさや当該物体の粒度に応じて、当該四角柱の形状を計測可能な分解能まで小さくすることで、当該堆積物の３次元形状の近似精度を向上させることができる。これにより、ステレオカメラ４４の画素分解能を必要最低限に留めることができ、その結果、設備の低コスト化につながる。なお、形状近似部３６で生成された各四角柱の３次元形状は、柱質量算出部４０に出力されるようになっている。また、柱質量算出部４０は、嵩密度テーブル記憶部３８に記憶されたデータも参照するように構成されている。
【００４２】
嵩密度テーブル記憶部３８には、鋼材の種類毎に、上記のように生成された四角柱の高さに応じた嵩密度を格納した嵩密度テーブルが記憶されている。詳しくは、堆積物１８、２０、２２を近似する四角柱の嵩密度は、その積み上げ高さによって異なることがあるため、予め計測された当該四角柱の所定積み上げ高さ毎の質量と体積から当該積み上げ高さに応じた嵩密度が算出されており、当該嵩密度が嵩密度テーブルに格納されている。本実施形態では、一例として、鋼材の種類毎に、当該鋼材を埋設装入バケットに投入して、その積み上げ高さと質量との関係の推移を計測することで、当該鋼材の堆積物１８、２０、２２の積み上げ高さに対する質量指標が求めてある。
【００４３】
図８には、一例として、異なる２種類の鋼材において、その高さと質量指標との関係が示されている。具体的には、直線状に延びるグラフは、山積みされても嵩密度が一様となる鋼材の質量指標の一例であり、曲線状に延びるグラフは、山積みされると嵩密度が変化する鋼材の質量指標の一例である。つまり、嵩密度が一様となる鋼材の質量指標は積み上げ高さに比例して増加していくが、嵩密度が変化する鋼材は積み上げ高さが高くなるほど下部が圧縮されて嵩密度が増加するため、積み上げ高さに応じてその質量指標の増加率が高くなる。
【００４４】
柱質量算出部４０は、上記のように生成された四角柱毎に、当該四角柱の高さと堆積物１８、２０、２２を構成する鋼材の種類とに応じて予め定められた嵩密度を用いて、当該嵩密度と当該四角柱の体積との積、すなわち当該四角柱の質量を算出している。具体的には、このとき用いられる嵩密度は、上述した嵩密度テーブル記憶部３８に記憶されている嵩密度テーブルが参照されており、上記四角柱の高さ及び鋼材の種類に対応した嵩密度が当該四角柱の嵩密度として選定されるようになっている。そして、上記のように柱質量算出部４０で算出された各四角柱の質量は、堆積物質量算出部４２に出力されるようになっている。
【００４５】
堆積物質量算出部４２は、堆積物１８、２０、２２のそれぞれにおいて、柱質量算出部４０により算出された各四角柱の質量を足し合わせて、全ての四角柱の質量の総和を山積みされた堆積物１８、２０、２２の質量として算出している。そして、算出された堆積物１８、２０、２２の質量は、出力部２８のモニターに出力されるようになっている。
【００４６】
一方、図７に示されるように、距離計測装置１２を構成するステレオカメラ４４は、建物３０の屋上３０Ａに支持部としての「支持台４６」によって支持されている。ここで、本実施形態では、図１に示されるように、距離計測装置１２の一部を構成する調整手段としての「第１調整部４８」を介して第１カメラ５０が、同じく調整手段としての「第２調整部５２」を介して第２カメラ５４が、それぞれ支持台４６に位置や姿勢を変更可能に取り付けられている点に第１の特徴がある。また、第１調整部４８、第２調整部５２、計測部３２及びデータ記憶部３４によって第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢が調整可能とされている点に第２の特徴がある。以下、本実施形態の要部を構成する距離計測装置１２の構成について詳細に説明していくこととする。
【００４７】
支持台４６は、図１１にも示されるように、屋上３０Ａのストックヤード１６側の周縁部３０Ａ１に沿って延在するレール部５６と一対の支柱部５８とを含んで構成されている。レール部５６は、その長手方向から見た断面形状が建物３０の下方側（以下、建物下方側）が開放されたコ字状とされていると共に、その長手方向の長さが２[ｍ]〜３[ｍ]程度に設定されたアルミチャンネルで構成されている。一方、支柱部５８は、レール部５６の一端部５６Ａ（一方側）及び他端部５６Ｂ（他方側）のそれぞれに設けられていると共に、柱状の柱部５８Ａと板状のベース部５８Ｂとを含んで構成されている。詳しくは、柱部５８Ａは、その上端部がレール部５６に図示しない締結部材等で取り付けられていると共に、その下端部がベース部５８Ｂに図示しない接合部等で固定されている。なお、支持台４６は、そのベース部５８Ｂが図示しないアンカーボルト等の締結部で屋上３０Ａに取り付けられることで、当該屋上３０Ａに対して固定されている。
【００４８】
次に、図２も用いて、第１調整部４８及び第２調整部５２の構成について説明する。第１調整部４８は、回動手段としての「第１三軸アクチュエータ６０」と移動手段としての「第１レール移動アクチュエータ６２」とを含んで構成されている。一方、第２調整部５２は、回動手段としての「第２三軸アクチュエータ６４」と移動手段としての「第２レール移動アクチュエータ６６」とを含んで構成されている。なお、第１三軸アクチュエータ６０は第２三軸アクチュエータ６４と、第１レール移動アクチュエータ６２は第２レール移動アクチュエータ６６と、それぞれ同様の構成とされているため、以下では、第１調整部４８の構成を中心として説明していくこととする。
【００４９】
第１三軸アクチュエータ６０は、第１回動部６８、第２回動部７０及び第３回動部７２を含んで構成されていると共に、その上部に図示しない取付部材等で第１カメラ５０が取り付けられている。また、第１回動部６８、第２回動部７０及び第３回動部７２は、それぞれ図示しないサーボモータ等の駆動部を備えており、互いに直交する３本の回動軸を中心として第１カメラ５０を回動させることが可能な構成とされている。なお、第１三軸アクチュエータ６０は、その初期状態（図１１参照）において、第１回動部６８の回動軸が建物高さ方向（鉛直方向）に沿ってかつ第２回動部７０の回動軸がレール部５６の長手方向に沿った状態となっている。そして、第１三軸アクチュエータ６０は、その下部が図示しない取付部材等で第１レール移動アクチュエータ６２に取り付けられている。
【００５０】
第１レール移動アクチュエータ６２は、アルミニウム製のスライド部７４、駆動部７６及びローラー部７８を含んで構成されていると共に、レール部５６に取り付けられている。スライド部７４は、レール部５６の上面に沿って延在する上壁部７４Ａ、当該上壁部７４Ａから建物下方側に延出された一対の側壁部７４Ｂ及び上壁部７４Ａからそのままストックヤード１６側に延出された延出壁部７４Ｃを含んで構成されている。より詳しくは、側壁部７４Ｂは、上壁部７４Ａにおけるレール部５６の長手方向一方側に設けられており、スライド部７４の当該長手方向一方側は、上壁部７４Ａの当該一方側の部分と一対の側壁部７４Ｂとを含んで、断面形状が建物下方側に開放されたコ字状とされている。そして、この部分でレール部５６が把持されることで、スライド部７４は、当該レール部５６に沿って移動することが可能となっている。
【００５１】
一方、延出壁部７４Ｃは、上壁部７４Ａおけるレール部５６の長手方向他方側に設けられていると共に、当該上壁部７４Ａから平面視で矩形の板状に延びており、スライド部７４をストックヤード１６側から見ると延出壁部７４Ｃの下方側にレール部５６が露出された状態となっている。そして、上記のように構成されたスライド部７４のストックヤード１６側の側壁部７４Ｂには、駆動部７６が設けられており、延出壁部７４Ｃには、ローラー部７８が設けられている。
【００５２】
駆動部７６は、図示しないサーボモータと当該サーボモータを覆うケース部８０とを含んで構成されており、駆動部７６はケース部８０がスライド部７４の側壁部７４Ｂに図示しないビス等の取付部材によって取り付けられることで固定されている。また、駆動部７６のサーボモータに設けられた図示しない出力軸は、レール部５６の長手方向に延びていると共に、図示しないギヤボックスを介してローラー部７８に連結されている。
【００５３】
ローラー部７８は、図示しない金属製の軸部と、当該軸部の周りに当該軸部と一体的に設けられていると共に当該軸部の長手方向に所定の厚みを有する円板状でかつゴム製の外周部８２とを含んで構成されている。このローラー部７８は、その軸部の長手方向を建物高さ方向とされて配置されており、当該軸部の長手方向一端部がスライド部７４の延出壁部７４Ｃに、当該軸部の長手方向他端部がケース部８０に設けられている図示しない支持壁部に軸支されている。また、ローラー部７８は、スライド部７４に取り付けられた状態において、その外周部８２の外周面８２Ａがレール部５６に当接された状態とされている。そして、ローラー部７８の軸部は、上述したようにギヤボックスを介して駆動部７６からの駆動力が伝達可能とされており、当該駆動部７６が駆動されると当該ローラー部７８が回動して、第１調整部４８がレール部５６に沿って移動するようになっている。
【００５４】
また、第１三軸アクチュエータ６０、第２三軸アクチュエータ６４、第１レール移動アクチュエータ６２及び第２レール移動アクチュエータ６６に設けられたサーボモータは、それぞれ図示しないモータドライバを介してＰＣ２４に電気的に接続されている。つまり、このモータドライバは、出力部２８の一部を構成している。そして、これらのサーボモータは、ＰＣ２４からの制御信号に基づき駆動されるようになっている。なお、図２において、実線は、距離計測装置１２の各構成要素間における物理的な接続を示しており、一点鎖線は、当該構成要素間における制御信号の経路を示している。
【００５５】
次に、図３及び図４を用いて第１カメラ５０及び第２カメラ５４を含んで構成されたステレオカメラ４４の構成について説明する。なお、第１カメラ５０と第２カメラとは、基本的に同様の構成とされているため、以下では、第１カメラ５０の構成を中心として説明し、第２カメラ５４の構成についての説明を適宜省略することとする。
【００５６】
図３及び図４に示されるように、第１カメラ５０は、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子８４とレンズ８６とを含んで構成されており、第２カメラ５４も第１カメラ５０と同様に固体撮像素子８８とレンズ８６とを含んで構成されている。また、固体撮像素子８４の第１撮像面としての「撮像面８４Ａ」には、ターゲット、例えば堆積物１８からの光がレンズ８６等を経て照射されることで当該堆積物１８の第１撮像画像としての「画像９０」が結像されるようになっている。一方、固体撮像素子８８の第２撮像面としての「撮像面８８Ａ」にも撮像面８４Ａと同様に堆積物１８の第２撮像画像としての「画像９２」が結像されるようになっている。なお、第１カメラ５０及び第２カメラ５４は、堆積物１８を撮像するときに、撮像面８４Ａの中心から堆積物１８側に延びて撮像面８４Ａと直交する中心線Ｌ１と撮像面８８Ａの中心から堆積物１８側に延びて撮像面８８Ａと直交する中心線Ｌ２とが平行になるように配置されている。
【００５７】
そして、平面視における第１カメラ５０及び第２カメラ５４から堆積物１８の注視点１８Ａまでの距離Ｄ[ｍｍ]、第１カメラ５０と第２カメラ５４との間の距離（中心線Ｌ１と中心線Ｌ２との間隔）Ｂ[ｍｍ]、レンズ８６の焦点距離ｆ[ｍｍ]、画像９０における堆積物１８の注視点１８Ａの像９０Ａと画像９２における当該注視点１８Ａの像９２Ａとのｘ方向（水平方向）の視差ｄｉｓ[ｐｉｘｅｌ]及び固体撮像素子８４、８８の画素間ピッチＰ[ｍｍ／ｐｉｘｅｌ]との間には、下記（１）式の関係が成立している。
【００５８】
【数１】
2018031733.tif 000003
【００５９】
また、本実施形態では、ＰＣ２４からの制御信号で第１レール移動アクチュエータ６２及び第２レール移動アクチュエータ６６を駆動させることで距離Ｂを任意に設定可能とされていると共に、焦点距離ｆ及び画素間ピッチＰがデータ記憶部３４に記憶されている。さらに、視差ｄｉｓは、画像９０、９２から計測部３２で計測可能とされているため、当該計測部３２で距離Ｂ、焦点距離ｆ、画素間ピッチＰ及び視差ｄｉｓに基づき、距離Ｄを算出することが可能となっている。つまり、計測部３２は、距離算出手段としても機能している。
【００６０】
なお、ステレオカメラ４４、すなわち第１カメラ５０及び第２カメラ５４のｘ方向及びｙ方向（撮像面８４Ａ、８８Ａ上においてｘ方向と直交する方向）の分解能Δｘｙは下記（２）式で表される。一方、第１カメラ５０のｚ方向（中心線Ｌ１、Ｌ２が延びる方向）の分解能Δｚ（距離分解能）は下記（３）式で表される。つまり、ＰＣ２４で第１レール移動アクチュエータ６２及び第２レール移動アクチュエータ６６を駆動させて距離Ｂを変更することで分解能Δｚを調整することが可能となっている。なお、図３中の矢印におけるｘ方向、ｙ方向及びｚ方向は、撮像面８４Ａ、８８Ａを基準として示したものでる。
【００６１】
【数２】
2018031733.tif 000004
【００６２】
【数３】
2018031733.tif 000005
【００６３】
また、図４に示されるように、第１カメラ５０のレンズ８６は、第１カメラ５０の中心線Ｌ１と当該レンズ８６の第１光軸としての「光軸Ｒ１」とが平行となるように配置されているものの、当該中心線Ｌ１と当該光軸Ｒ１とには、ｘ方向にｄｘ、ｙ方向にｄｙのずれが生じることがある。このずれは、固体撮像素子８４、８８のカメラ本体への取付誤差等により生じるものであり、後述する第１カメラ５０の内部パラメータとしての「内部パラメータ行列ｒｉｎｔ」の一部である。なお、図４では第２カメラ５４の構成要素の番号を括弧内に示してある。
【００６４】
さらに、上記距離計測装置１２では、堆積物１８、２０、２２の位置情報がデータ記憶部３４に記憶されており、当該位置情報に基づき、第１調整部４８及び第２調整部５２を駆動させることで堆積物１８、２０、２２のそれぞれをステレオカメラ４４で観測することが可能となっている。本実施形態では、一例として、第１カメラ５０及び第２カメラ５４のうち、観測対象となる上記堆積物に近い一方が最初に当該堆積物に向けられると共に、次いで他方が当該堆積物に向けられる過程において、第１カメラ５０と第２カメラ５４とのステレオマッチングが行われるようになっている。具体的には、第１カメラ５０及び第２カメラ５４が堆積物１８を観測している状態から堆積物２０を観測する状態に移行するときには、最初に第１カメラ５０が堆積物２０に向かって回動し、次いで第２カメラ５４が堆積物２０に向かって回動するようになっている。
【００６５】
このとき、図５、図１１及び図１４に示されるように、第１カメラ５０の撮像面８４Ａにおいて、第１カメラ５０が堆積物２０側に向くように回動するときに堆積物２０が移動していく方向と反対側の当該撮像面８４Ａの端部８４Ａ１から堆積物２０の注視点２０Ａの像９４までの距離Ｓ[ｐｉｘｅｌ]は、堆積物２０と第１カメラ５０との距離が最短（最近点）の場合、（１）式で求められる視差ｄｉｓの最大値ｄｉｓｍａｘよりも大きい値となっている。
【００６６】
ところで、第１カメラ５０及び第２カメラ５４がステレオカメラ４４として機能するには、中心線Ｌ１が中心線Ｌ２と、ひいては第１カメラ５０の光軸Ｒ１と第２カメラ５４の第２光軸としての「光軸Ｒ２」とが平行となっている必要がある。
【００６７】
ここで、本実施形態では、図６に示されるように、堆積物１８、２０、２２のそれぞれの周囲には、一対の擁壁部９６及び擁壁部９８が配置されており、当該擁壁部９６、９８には、ランドマークとしての「マーカー１００」が設けられている。そして、このマーカー１００を用いることで中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とが平行な状態が担保されるようになっている。まず、擁壁部９６、９８のうち堆積物１８の周辺に配置されたものを例に挙げて、これらの構成について説明すると、擁壁部９６は、板状でかつコンクリート製とされていると共に互いに平行に配置されている。一方、擁壁部９８は、板状でかつ鋼製とされて、その板厚方向を擁壁部９６の長手方向とされると共に当該擁壁部９６の建物３０と反対側の端部間に架け渡されるようにして配置されている。つまり、擁壁部９６、９８は建物３０側に開放されたコ字状に配置されている。
【００６８】
そして、マーカー１００は、擁壁部９６の建物３０側の端面９６Ａ及び擁壁部９８の建物３０に対向する壁面９８Ａに合計で少なくとも６個以上、本実施形態では一例として１４個設けられている。なお、マーカー１００には、シートに円を黒く塗りつぶしたものを印刷したもの等種々の構成を取り得る。また、これらのマーカー１００の図示しない基準位置からの３次元座標（世界座標）Ａ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、１）Ｔは、測量計で計測されてデータ記憶部３４に記憶されている。なお、「Ｔ」は転置を表すものとする。
【００６９】
さらに、マーカー１００の画像（図示せず）の第１カメラ５０における撮像面８４Ａ上の座標ａ（ｕ、ｖ、１）Ｔと上記３次元座標Ａとの間には、下記（４）式の関係が成立している。なお、撮像面８４Ａに撮像されたマーカー１００の画像の検出は、ＰＣ２４にインストールされたソフトによる自動検出であってもよいし、出力部２８のモニターに写ったマーカー１００を入力部２６のマウスで指定して検出してもよい。
【００７０】
【数４】
2018031733.tif 000006
【００７１】
ここで、ｒｉｎｔは、第１カメラ５０の内部パラメータ行列であり、Ｒｅｘｔは第１カメラ５０の位置・姿勢行列であり、ｓは任意の定数である。内部パラメータ行列ｒｉｎｔは、焦点距離ｆや焦点位置が変わらない限り不変であり、当該内部パラメータ行列ｒｉｎｔは、チェッカーパターン等を用いた計測方法で計測されてデータ記憶部３４に記憶されている。
【００７２】
一方、位置・姿勢行列Ｒｅｘｔは、第１カメラ５０の姿勢を表す３×３の回転行列と当該第１カメラ５０の位置を表す３×１の並進ベクトルとを含む１２のパラメータから成り立っている。そして、上述したように（４）式の位置・姿勢行列Ｒｅｘｔ以外の値は、既知であるため、一つのマーカー１００につき位置・姿勢行列Ｒｅｘｔに係る２つの方程式から成る連立方程式を得ることができる。なお、位置・姿勢行列Ｒｅｘｔのパラメータは１２個であるため、６個のマーカー１００が設定されていれば当該パラメータを全て求めることが可能である。
【００７３】
より詳しくは、本実施形態では、図２にも示されるように、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の画像信号がＰＣ２４に送られて座標ａが一時的にデータ記憶部３４に記憶されるようになっている。なお、図２において二点鎖線は、画像信号の経路を示している。
【００７４】
また、本実施形態では、データ記憶部３４に記憶された座標ａ、３次元座標Ａ及び内部パラメータ行列ｒｉｎｔに基づき、計測部３２で位置・姿勢行列Ｒｅｘｔの各パラメータが求められるようになっている。換言すれば、計測部３２では、第１カメラ５０のデータ記憶部３４に記憶されたデータに基づき、当該第１カメラ５０の位置及び姿勢を推定することが可能とされており、当該計測部３２は、状態推定手段としても機能している。なお、本実施形態のように６個以上のマーカー１００が設定されている場合には、位置・姿勢行列Ｒｅｘｔの各パラメータの算出には最小二乗近似等の最尤推定法が用いられる。また、位置・姿勢行列Ｒｅｘｔの算出は第２カメラ５４においても同様に行われるようになっている。
【００７５】
そして、計測部３２では、第１カメラ５０の位置・姿勢行列Ｒｅｘｔと第２カメラ５４の位置・姿勢行列Ｒｅｘｔとが比較されるようになっている。このとき、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とが平行でないと判定された場合には、計測部３２から出力部２８のモータドライバに制御信号が送られて、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４が駆動され、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とが平行となるように第１カメラ５０及び第２カメラ５４の姿勢が調整されるようになっている。
【００７６】
また、第１カメラ５０及び第２カメラ５４が堆積物２０に向けられた状態において、第１カメラ５０のレンズ８６と第２カメラ５４のレンズ８６との相対位置は、中心線Ｌ１、Ｌ２の方向にずれることとなり、画像９０と画像９２の大きさが異なったものとなる。ここで、本実施形態では、上述したように、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置及び姿勢を推定可能であり、当該推定結果に基づき、計測部３２で画像９０及び画像９２の補正処理、すなわち平行化処理、歪み補正、傾き補正及び倍率補正（倍率変換）等を行うことができる。つまり、計測部３２は、補正処理手段としても機能している。なお、ここでいう平行化処理とは、図３に示される画像９０と画像９２とのｙ方向のオフセットの補正を意味している。
【００７７】
さらに、本実施形態では、ステレオカメラ４４、計測部３２及びデータ記憶部３４を用いて堆積物１８、２０、２２の３次元形状を推定することが可能とされている。堆積物１８の場合を例にとって説明すると、まず、堆積物１８の複数箇所において、注視点１８Ａの３次元座標がステレオカメラ４４及び計測部３２によるステレオ計測で求められて、データ記憶部３４に一時的に記憶される。そして、計測部３２でデータ記憶部３４に記憶された堆積物１８の注視点１８Ａの３次元座標から表面内挿によって堆積物１８の３次元形状を推定することが可能となっている。つまり、ステレオカメラ４４、計測部３２及びデータ記憶部３４は、形状推定手段としても機能している。
【００７８】
（本実施形態の作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
【００７９】
本実施形態では、図１、図３及び図７に示されるように、堆積物１８の画像が撮像される撮像面８４Ａを備えた第１カメラ５０が支持台４６のレール部５６の一方側で支持されている。一方、レール部５６の他方側には、堆積物１８の画像が撮像される撮像面８８Ａを備えた第２カメラ５４が支持されている。そして、第１カメラ５０の中心線Ｌ１と第２カメラ５４の中心線Ｌ２が平行な状態、すなわち光軸Ｒ１と第２カメラ５４の光軸Ｒ２とが平行な状態において、撮像面８４Ａに撮像された注視点１８Ａの像９０Ａと撮像面８８Ａに撮像された当該注視点１８Ａの像９２Ａとの視差ｄｉｓから、計測部３２によって第１カメラ５０及び第２カメラ５４と堆積物１８の注視点１８Ａとの距離Ｄを算出することができる。
【００８０】
ところで、第１カメラ５０及び第２カメラ５４を支持するレール部５６が、その周辺の気温の変化等の影響を受けて歪むと、当該第１カメラ５０と当該第２カメラ５４との相対位置が変化し、ひいては光軸Ｒ１と光軸Ｒ２とが平行でなくなることが考えられる。
【００８１】
ここで、本実施形態では、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の内部パラメータ行列ｒｉｎｔが既知とされていると共に、第１カメラ５０及び第２カメラ５４で撮像可能な範囲に基準位置からの３次元座標Ａが測量された複数のマーカー１００が配置されている。また、本実施形態では、計測部３２を備えており、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の内部パラメータ行列ｒｉｎｔ、撮像面８４Ａ及び撮像面８８Ａに撮像された複数のマーカー１００及び当該マーカー１００の基準位置からの３次元座標Ａから当該計測部３２によって当該第１カメラ５０及び当該第２カメラ５４の位置及び姿勢を推定することが可能となっている。このため、支持台４６が歪んだ状態において、内部パラメータ行列ｒｉｎｔ、撮像面８４Ａ及び撮像面８８Ａに撮像された複数のマーカー１００及び当該マーカー１００の基準位置からの３次元座標Ａから第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置及び姿勢を計測部３２によって推定することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態では、第１調整部４８及び第２調整部５２を備えており、第１調整部４８及び第２調整部５２は、第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢を調整することが可能となっている。したがって、本実施形態では、レール部５６が歪んでも計測部３２で推定された第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置及び姿勢に基づき、光軸Ｒ１と光軸Ｒ２とが平行になるように第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢を第１調整部４８及び第２調整部５２で調整することができる。したがって、本実施形態では、二つのカメラ、すなわち第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置の変化による影響を抑制することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、ストックヤード１６に堆積物１８、２０、２２が連なって配置されていると共に、第１カメラ５０を回動させる第１三軸アクチュエータ６０と第２カメラ５４を回動させる第２三軸アクチュエータ６４とを備えている。また、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４は、第１カメラ５０及び第２カメラ５４と堆積物１８、２０、２２のそれぞれとの相対位置関係に応じて第１カメラ５０及び第２カメラ５４を回動させ、堆積物１８、２０、２２のうち任意の一つに第１カメラ５０及び第２カメラ５４を向けるようになっている。
【００８４】
このため、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４によって堆積物１８、２０、２２のうち任意の一つに光軸Ｒ１及び光軸Ｒ２を向けることができる。例えば、図１１及び図１４に示されるように、第１カメラ５０及び第２カメラ５４を光軸Ｒ１及び光軸Ｒ２が堆積物１８に向いて当該堆積物１８を観測可能な第１の状態から、光軸Ｒ１及び光軸Ｒ２が堆積物２０に向いて当該堆積物２０を観測可能な第２の状態にすることができる。そして、この状態における第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置及び姿勢が計測部３２で推定されて、光軸Ｒ１と光軸Ｒ２とが平行になるように第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対位置及び相対姿勢が第１調整部４８及び第２調整部５２で調整される。したがって、本実施形態では、堆積物１８、２０、２２のそれぞれと第１カメラ５０及び第２カメラ５４との距離を計測することができる。
【００８５】
さらに、本実施形態では、第１レール移動アクチュエータ６２によって第１カメラ５０を、第２レール移動アクチュエータ６６によって第２カメラ５４を、それぞれレール部５６に沿って移動させることができる。その結果、第１カメラ５０と第２カメラ５４との距離Ｂを任意の距離に設定することができる。ここで、本実施形態では、（３）式に示されるように、距離分解能、すなわち分解能Δｚが距離Ｂを変更することで調整可能とされている。このため、本実施形態では、第１カメラ５０及び第２カメラ５４によるステレオ計測の距離分解能を任意に設定することができる。
【００８６】
加えて、本実施形態では、計測部３２で算出された第１カメラ５０及び第２カメラ５４と堆積物１８、２０、２２との距離Ｄから得られた堆積物１８、２０、２２の複数箇所の３次元座標からステレオカメラ４４、計測部３２及びデータ記憶部３４によって堆積物１８、２０、２２の３次元形状を推定することができる。このため、本実施形態では、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の相対位置の変化による影響を抑制して堆積物１８、２０、２２の３次元形状を精度よく推定することができる。
【００８７】
加えて、本実施形態では、撮像面８４Ａ及び撮像面８８Ａに撮像された複数のマーカー１００及び当該マーカー１００の基準位置からの３次元座標Ａに基づき、計測部３２によって撮像面８４Ａに撮像された画像９０及び撮像面８８Ａに撮像された画像９２の歪み補正、倍率変換及び平行化処理が行われる。このため、本実施形態では、第１カメラ５０の撮像面８４Ａ及び第２カメラ５４の撮像面８８Ａに撮像された堆積物１８、２０、２２の画像９０、９２の補正を行うことができる。
【００８８】
そして、上述した質量推定装置１４では、質量推定処理ルーチンが実行されて堆積物１８、２０、２２の質量が算出されており、上述した距離計測装置１２では、形状推定処理ルーチンが実行されて堆積物１８、２０、２２の３次元形状が推定されている。以下では、図１２を用いて本実施形態に係る質量推定装置１４による質量推定処理ルーチンについて説明し、図１３を用いて本実施形態に係る距離計測装置１２による形状推定処理ルーチンについて説明することとする。なお、本実施形態では、一例として、堆積物１８の質量を推定する場合について説明していくこととする。
【００８９】
図１２に示されるように、質量推定処理ルーチンが開始されると、ステップＳ１００では、入力部２６で撮像された堆積物１８の画像に基づいて当該堆積物１８の３次元形状が計測される。このステップＳ１００は、形状推定処理ルーチンであり、詳しくは後述することとする。
【００９０】
次に、ステップＳ１０２では、ステップＳ１００で推定された３次元形状と、ＰＣ２４に入力された堆積物１８の鋼材の種類とに基づいて、当該３次元形状を鉛直方向に延びる四角柱の集合体として近似する。
【００９１】
次に、ステップＳ１０４では、上記四角柱毎に、入力された堆積物１８の鋼材の種類と当該四角柱の高さとに応じて予め定められた嵩密度を用いて、当該嵩密度と当該四角柱の体積との積を当該四角柱の質量として算出する。
【００９２】
次に、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で算出された四角柱の質量の総和を堆積物１８の質量として算出する。
【００９３】
そして、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６で算出された堆積物１８の質量を出力部２８に出力して処理を終了する。
【００９４】
次に、Ｓ１００、すなわち形状推定処理ルーチンについて詳しく説明することとする。図１３に示されるように、形状推定処理ルーチンが開始されると、ステップＳ２００では、事前処理として、第１カメラ５０及び第２カメラ５４の内部パラメータ行列ｒｉｎｔが求められると共に、全てのマーカー１００の３次元座標Ａが求められる。
【００９５】
次に、ステップＳ２０２では、必要な分解能Δｚに応じて第１レール移動アクチュエータ６２及び第２レール移動アクチュエータ６６を駆動させて第１カメラ５０と第２カメラ５４との距離Ｂを調整する。
【００９６】
次に、ステップＳ２０４では、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４を駆動させて第１カメラ５０及び第２カメラ５４を堆積物１８が配置されている測定領域に向ける。
【００９７】
次に、ステップＳ２０６では、計測部３２で第１カメラ５０及び第２カメラ５４の位置・姿勢行列Ｒｅｘｔの各パラメータが算出される。
【００９８】
次に、ステップＳ２０８では、ステップＳ２０６で算出された位置・姿勢行列Ｒｅｘｔから第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対関係が算出される。
【００９９】
次に、ステップＳ２１０では、ステップＳ２０８で算出された第１カメラ５０と第２カメラ５４との相対関係から中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とが平行になるのに必要な第１カメラ５０及び第２カメラ５４の回転角、すなわち第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４の駆動量が求められる。
【０１００】
次に、ステップＳ２１２では、ステップＳ２１０で算出された第１カメラ５０及び第２カメラ５４の回転角に基づき、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４が駆動されて、光軸Ｒ１と光軸Ｒ２とが平行となるように（中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とが平行となるように）第１カメラ５０及び第２カメラ５４の姿勢が調整される。
【０１０１】
次に、ステップＳ２１４では、計測部３２で第１カメラ５０の画像９０及び第２カメラ５４の画像９２の補正処理（平行化処理、歪み補正、傾き補正及び倍率補正）が行われる。
【０１０２】
次に、ステップＳ２１６では、第１カメラ５０の画像９０と第２カメラ５４との画像９２の視差ｄｉｓから堆積物１８の複数箇所の３次元座標を算出すると共に、当該３次元座標から堆積物１８の３次元形状を推定し、当該３次元形状を形状近似部３６に出力して処理を終了する。なお、質量推定処理ルーチン及び形状推定処理ルーチンは、所定のタイミング又は任意のタイミングで行われると共に、堆積物２０、２２に対しても同様に行われる。
【０１０３】
＜上記実施形態の補足説明＞
（１）  上述した実施形態では、ランドマークにマーカー１００を用いたが、これに限らず、擁壁部９６、９８の局部の形状をランドマークとして用いてもよい。
【０１０４】
（２）  また、上述した実施形態では、第１レール移動アクチュエータ６２及び第２レール移動アクチュエータ６６を備えていたが、これらのうち何れか一方のみを設けて当該一方に対応するカメラのみを移動させる構成としてもよい。さらに、第１カメラ５０及び第２カメラ５４を手動で移動するような構成も取り得る。
【０１０５】
（３）  また、上述した実施形態では、第１三軸アクチュエータ６０及び第２三軸アクチュエータ６４で第１カメラ５０及び第２カメラ５４の向きを変更していたが、これに限らない。例えば、レール部５６をアクチュエータで支持すると共に当該アクチュエータでレール部５６を回動可能として、当該アクチュエータによっても第１カメラ５０及び第２カメラ５４の向きを変更可能な構成としてもよい。さらに、第１カメラ５０及び第２カメラ５４のそれぞれを、互いに直交する３本の回動軸を中心として回動させることが可能な支持部で支持し、当該支持部を手動で操作することで第１カメラ５０及び第２カメラ５４の姿勢を変更可能な構成も取り得る。
【０１０６】
（４）  加えて、上述した実施形態では、計測部３２によって撮像面８４Ａに撮像された画像９０及び撮像面８８Ａに撮像された画像９２の補正処理が行われているが、場合によっては、平行化処理や倍率補正等を省略することが可能である。具体的には、第１カメラ５０及び第２カメラ５４から堆積物までの距離が十分に長く、画像９０と画像９２とのｙ方向のオフセットが無く、画像９０及び画像９２の倍率が同じ場合には、平行化処理や倍率補正を省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１２      距離計測装置
１８      堆積物（計測対象）
２０      堆積物（計測対象）
２２      堆積物（計測対象）
３２      計測部（状態推定手段、距離算出手段、形状推定手段、補正処理手段）
４６      支持台（支持部）
４８      第１調整部（調整手段）
５０      第１カメラ
５２      第２調整部（調整手段）
５４      第２カメラ
６０      第１三軸アクチュエータ（回動手段）
６２      第１レール移動アクチュエータ（移動手段）
６４      第２三軸アクチュエータ（回動手段）
６６      第２レール移動アクチュエータ（移動手段）
８４Ａ    撮像面（第１撮像面）
８８Ａ    撮像面（第２撮像面）
９０      画像（第１撮像画像）
９２      画像（第２撮像画像）
１００    マーカー（ランドマーク）
Ｒ１      光軸（第１光軸）
Ｒ２      光軸（第２光軸）
【図１】
2018031733.tif 000007
【図２】
2018031733.tif 000008
【図３】
2018031733.tif 000009
【図４】
2018031733.tif 000010
【図５】
2018031733.tif 000011
【図６】
2018031733.tif 000012
【図７】
2018031733.tif 000013
【図８】
2018031733.tif 000014
【図９】
2018031733.tif 000015
【図１０】
2018031733.tif 000016
【図１１】
2018031733.tif 000017
【図１２】
2018031733.tif 000018
【図１３】
2018031733.tif 000019
【図１４】
2018031733.tif 000020