(57)【要約】【課題】既設のカメラを用い、シンプルな演算で変位点の計測が可能で、また、ターゲットの検出時のノイズによる影響を避け、変位点が離れていても高い精度で検出できる方法及びその装置を提供しようとするものである。【解決手段】少なくとも２個の基準用ターゲットと少なくとも１個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像から変位量を計測して常時監視する方法において、カメラの画像から計測初めと計測時の基準用ターゲットと変位計測用ターゲットの座標を求め、計測初めと計測時の前記基準用ターゲットの座標及び計測初めの変位計測用ターゲットの座標から変位計測用ターゲットの推定座標を求め、計測時の前記基準用ターゲットの座標から求めた変位計測用ターゲットの推定座標と、計測時の前記カメラの画像から求めた変位計測用ターゲットの座標とから変位計測用ターゲットの変位量を算出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位の生じにくい箇所に少なくとも２個の基準となる基準用ターゲットを有し、変位監視箇所に少なくとも１個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法において、
前記カメラの画像から計測初めと計測時の基準用ターゲットと変位計測用ターゲットの座標を求める工程と、
計測初めと計測時の前記基準用ターゲットの座標及び計測初めの変位計測用ターゲットの座標から変位計測用ターゲットの推定座標を求める工程と、
計測時の前記基準用ターゲットの座標から求めた変位計測用ターゲットの推定座標と、計測時の前記カメラの画像から求めた変位計測用ターゲットの座標とから変位計測用ターゲットの変位量を算出する工程と
を具備することを特徴とする構造物変位の常時監視方法。
【請求項２】
ターゲットは、高精度の変位計測のためカメラの画像をテンプレートマッチング法のサブピクセル技術で画像処理をしたことを特徴とする請求項１記載の構造物変位の常時監視方法。
【請求項３】
ターゲットは、構造物の固有な特徴を利用したことを特徴とする請求項１記載の構造物変位の常時監視方法。
【請求項４】
構造物全体の変位をも同時に監視するため、カメラの画像データに加えてＧＰＳの計測データも取り込むようにした請求項１記載の構造物変位の常時監視方法。
【請求項５】
変位の生じにくい箇所に有する少なくとも２個の基準用ターゲットと、
変位監視箇所に有する少なくとも１個の変位計測用ターゲットと、
これらの基準用ターゲットと変位計測用ターゲットを撮影して常時監視するためのカメラと、
このカメラから送られてきた画像信号の画像処理部としてのコンピュータとを具備し、
このコンピュータを、前記カメラの画像から計測初めと計測時の基準用ターゲットと変位計測用ターゲットの座標を求める手段と、計測初めと計測時の前記基準用ターゲットの座標及び計測初めの変位計測用ターゲットの座標から変位計測用ターゲットの推定座標を求める手段と、計測時の前記基準用ターゲットの座標から求めた変位計測用ターゲットの推定座標と、計測時の前記カメラの画像から求めた変位計測用ターゲットの座標とから変位計測用ターゲットの変位量を算出する手段として機能させるための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を具備することを特徴とする構造物変位の常時監視装置。
【請求項６】
画像処理部の出力側に結合された出力装置に、構造物に設置されたＧＰＳセンサ出力を結合し、構造物全体の変位を計測可能にしたことを特徴とする請求項５記載の構造物変位の常時監視装置。
【請求項７】
ターゲットは、点灯と消灯が同じ時間幅で点滅するものであって、このターゲットの点滅周期をｔ１としたとき、サンプリング周期ｔ２を０．５×ｔ１＜ｔ２＜１．０×ｔ１の範囲内で連続して少なくとも３枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、１枚目と２枚目の組、２枚目と３枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低１組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行うようにしたことを特徴とする請求項５記載の構造物変位の常時監視装置。
【請求項８】
ターゲットは、赤外線発光するものであり、カメラに赤外線透過フィルタを取り付けるようにしたことを特徴とする請求項５記載の構造物変位の常時監視装置。
【請求項９】
ターゲットは、常時点灯するものからなることを特徴とする請求項５記載の構造物変位の常時監視装置。
【請求項１０】
ターゲットは、円形なものからなることを特徴とする請求項５記載の構造物変位の常時監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路橋などの構造物の変位監視箇所に複数個のターゲットを有し、これらのターゲットをカメラ等で撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて行う構造物相対変位の常時監視方法、構造物にＧＰＳセンサを設置し、現場側装置の受信信号を用いて構造物全体の変位の常時監視方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からこの種の監視方法及び装置は、種々知られている（特許文献１，２、３）。
特許文献１には、複数個の標識がすべて一画像中に入るように計測対象区間の軌道の延在方向に対し斜め方向に光軸を向けて設置した電子式撮像手段によって軌道を斜め方から撮影するという技術が記載されている。また、標識を夜間照明すること、標識は全体が黒で、中央に白いパターンを描くことが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、カメラ装置が動いた場合でもその移動による誤差分を求めて差し引くことにより精度の良い計測を行い得る技術が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、複数の計測対象物の変位前後の画像から任意の計測点の変位量を算出する変位計測装置であって、画像処理部は、画像の複数の計測点から任意の１の計測点を基準点として選択し、基準点に基づいて各計測点の変位量を算出し、先に撮影した座標値と後で撮影した座標値の変化量から基準点を選択し、任意の計測点の座標値の変化量が所定値より小さいと判断した場合、かかる計測点を基準点とするという技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５３３７４号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０２１８号公報
【特許文献３】特開２００８−２１６１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明は、軌道狂いを精密に計測するため、準備作業としてキャリブレーション作業を必要とし、また、複雑な３次元座標系の演算によらなければならない等の変位点を計測するための計算方法が極めて複雑である。
特許文献２に記載の発明は、カメラ装置の移動による誤差分を求めるのに極めて複雑な数式による演算を必要とする。
特許文献３に記載の発明は、１回目の撮影画像と２回目の撮影画像とを重ね合わせたときに計測される変位前の計測点の３次元座標と、変位後の計測点の３次元座標との差を求めることで計測点の変位量を算出しているが、３次元座標を求めるには、左側から撮影した第１画像と右側から撮影した第２画像とカメラの撮影位置と撮影方向の情報を必要とし、この方法も極めて複雑な機器と演算を必要とするという問題点があった。
【０００７】
本発明は、既設の道路管理用カメラ等のカメラを用い、シンプルな演算で構造物の相対変位の計測が可能で、また、ターゲット検出時のノイズによる影響を避け、しかも、高い精度で計測できる構造物変位の常時監視方法と装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、シンプルなベクトル法により変位量を計測するもので、監視中にカメラが回転等してカメラの向きや、ズームの倍率が変わってしまっても、容易に補正して変位を計測できるようにしたことを特徴の１つとするものである。
本発明では、変位監視箇所には、複数個のターゲットを有する。そのターゲットは、道路の区画線のような自発光せずにすでに存在する構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよいが、外部の光によるノイズに強く、夜間でも撮影可能にするため、好ましくは、点滅して自発光するターゲットが望ましい。点滅するターゲットを利用する場合、点灯と消灯が同じ時間幅で、この点滅周期の半分よりやや短い周期で連続した少なくとも３枚の画像を撮影して、これらの画像の差分処理によりターゲットを検出する方法とする。
自発光のターゲットを用いる場合、ノイズカットするために赤外線発光ターゲットを採用し、カメラに赤外線通過フィルタを取り付けることも有効である。
構造物の変位による監視対象のターゲットが回転等すると、テンプレートマッチングの効果が悪くなるが、本発明では、円形のターゲットを採用し、ターゲットが回転した場合でも安定的に変位点を検出できるようにしている。
少なくとも２つの固定した基準用ターゲット間の距離よりも変位計測用ターゲットが離れていると、離れた距離に比例して、変位計測用ターゲットの推定座標の誤差が大きくなり、高い精度の相対変位計測が困難になるが、本発明では、テンプレートマッチング法のサブピクセル技術を採用し、高精度の相対変位計測を図っている。
本発明は、画像処理方法及び装置にＧＰＳセンサを組み合わせることにより、橋桁などの一部の相対変位計測だけでは明確にとらえられない橋梁全体の移動などの変位も計測することができる。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、変位の生じにくい箇所に少なくとも２個の基準用ターゲットを有し、変位監視箇所に少なくとも１個の変位計測用ターゲットを有し、これらのターゲットをカメラで撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位監視箇所の相対変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法において、
前記カメラの画像から計測初めと計測時の基準用ターゲットと変位計測用ターゲットの座標を検出する工程と、
計測初めと計測時の前記基準用ターゲットの座標及び計測初めの変位計測用ターゲットの座標から変位計測用ターゲットの推定座標を求める工程と、
計測時の前記変位計測用ターゲットの推定座標と、計測時の前記カメラの画像から検出した変位計測用ターゲットの座標とから変位計測用ターゲットの変位量を算出する工程と
を具備することを特徴とする構造物相対変位の常時監視方法としたので、シンプルなベクトル法を用いた変位計測用ターゲットの相対変位量を算出して構造物相対変位を常時監視することができる。また、構造物の変位による変位計測用ターゲットが回転すると、非円形のターゲットを採用する場合は、ターゲットの回転角度を計測することができる。ただし、非円形のターゲットを採用する場合、テンプレートマッチングによるターゲット座標の検出効果が悪くなるが、本発明では、円形のターゲットを採用し、ターゲットの回転の影響を受けず、効率よくターゲットを検出できる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、ターゲットは、高精度の変位計測のためカメラの画像をテンプレートマッチング法のサブピクセル技術で画像処理をしたので、少なくとも２つの固定した基準点間の距離よりも変位計測点が離れていても、高精度の変位計測ができる。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、ターゲットは、構造物の固有な特徴を利用したので、変位の生じにくい箇所と変位の生じやすい変位監視箇所との境界線にある、例えば、道路の区画線等を利用すれば、新たなターゲットを取り付ける必要がない。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、カメラの画像データに加えて、構造物全体の変位をも同時に監視するためのＧＰＳセンサのデータを取り込むようにしたので、大地震等により橋梁等の構造物全体が移動するなど、ターゲットの映像や演算で判別できないような構造物全体の大きな変位を計測することができる。
【００１３】
請求項５記載の発明によれば、変位の生じにくい箇所に有する少なくとも２個の基準用ターゲットと、変位監視箇所に有する少なくとも１個の変位計測用ターゲットと、これらの基準用ターゲットと変位計測用ターゲットを撮影して常時監視するためのカメラと、このカメラから送られてきた画像信号の画像処理部としてのコンピュータとを具備し、このコンピュータを、前記カメラの画像から計測初めと計測時の基準用ターゲットと変位計測用ターゲットの座標を検出する手段と、計測初めと計測時の前記基準用ターゲットの座標及び計測初めの変位計測用ターゲットの座標から変位計測用ターゲットの推定座標を求める手段と、計測時の前記基準用ターゲットの座標から求めた変位計測用ターゲットの推定座標と、計測時の前記カメラの画像から検出した変位計測用ターゲットの座標と変位計測用ターゲットの推定座標から変位計測用ターゲットの変位量を算出する手段として機能させるための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を具備したので、道路管理用カメラや光ファイバ通信網等の既存の装置を最大限利用でき、安価に、しかも、多くの箇所にて利用することができる。
【００１４】
請求項６記載の発明によれば画像処理部の出力側に結合された出力装置に、構造物に設置されたＧＰＳセンサ出力を結合し、構造物全体の変位を計測することができる。
【００１５】
請求項７記載の発明によれば、ターゲットは、点滅するものであって、このターゲットの点滅周期をｔ１としたとき、画像のサンプリング周期ｔ２を０．５×ｔ１＜ｔ２＜１．０×ｔ１の範囲内で連続して少なくとも３枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、１枚目と２枚目の組、２枚目と３枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に各ターゲットの点灯画像と消灯画像との差分画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行うようにしたので、屋外環境下での車の照明灯等、撮影に影響するノイズが多く存在しても、２枚の差分画像を同時に処理することにより、ターゲットの座標を確実に検出することができる。
【００１６】
請求項８記載の発明によれば、ターゲットに、赤外線発光するものを使用し、カメラに赤外線のみ透過するフィルタを取り付けた場合には、各種可視光のノイズをカットすることができ、ターゲットの座標を確実に検出することができる。
【００１７】
請求項９記載の発明によれば、ターゲットは、常時点灯するものからなるので、昼、夜に拘わらず、また、濃霧などの悪天候時でも検出できる。
【００１８】
請求項１０記載の発明によれば、ターゲットは、円形なものからなるので、自然界の存在が少なくターゲットとして特定し易く、また、設置時要件の影響を最小限とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示す橋桁の側面図である。
【図２】図１における平面図である。
【図３】橋桁の変位例を示すもので、（ａ）は、橋桁が横ずれした状態の平面図、（ｂ）は、橋桁が縦ずれした状態の平面図、（ｃ）は、橋桁が上下方向にずれた状態の側面図、（ｄ）は、橋台背面の路面が陥没など起伏が発生した状態の側面図である。
【図４】（ａ）は、カメラの元の位置（回転等する前の位置）でのターゲットの座標の説明図、（ｂ）は、カメラのズームや回転等に伴い基準点が変位したときのターゲットの座標の説明図である。
【図５】ターゲットの座標から変位点の変位量を検出する説明図である。
【図６】本発明で使用されるターゲットの平面図である。
【図７】（ａ）は、点滅ターゲットを利用した場合の入力画像から差分画像を形成する第１例の説明図、（ｂ）は、入力画像から差分画像を形成する第２例の説明図である。
【図８】極座標と垂直座標の関係を示す説明図である。
【図９】サブピクセル法を説明する説明図である。
【図１０】本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示すブロック図である。
【図１１】本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の一実施例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、変位の生じにくい箇所に少なくとも２個の基準用ターゲット１５ａを有し、変位監視箇所に少なくとも１個の変位計測用ターゲット１５ｂを有し、これらのターゲット１５をカメラ１４で撮影して画像のデジタル化を行い、そのデータを用いて変位点の変位を計測して常時監視するための構造物変位の常時監視方法であり、その手順には、
前記カメラ１４の画像から計測初めと計測時の基準用ターゲット１５ａと変位計測用ターゲット１５ｂの座標を検出する工程と、
計測初めと計測時の前記基準用ターゲット１５ａの座標及び計測初めの変位計測用ターゲット１５ｂの座標から変位計測用ターゲット１５ｂの推定座標を求める工程と、
計測時の前記変位計測用ターゲット１５ｂの推定座標と、計測時の前記カメラ１４の画像検出した変位計測用ターゲット１５ｂの座標とから変位計測用ターゲット１５ｂの変位量を算出する工程と
を具備する。
【００２１】
ターゲット１５は、光の反射の少ない、更に背面の光が透過できない遮光板２１の中央に、発光するドーナツ型の自発光部１９を形成し、自発光部１９の中心部を円形の光吸収部２０としたことを特徴とする。
また、ターゲット１５は、点滅するものであって、このターゲット１５の点滅周期をｔ１としたとき、一回計測の画像取り込みのサンプリング周期ｔ２を０．５×ｔ１＜ｔ２＜１．０×ｔ１の範囲内で連続して少なくとも３枚の画像を取り込むことにより、これらの画像の中に、１枚目と２枚目の組、２枚目と３枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に各ターゲットの点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲット１５の座標検出を行う。
【００２２】
ターゲットは、道路の区画線のような自発光せずに構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよい。
【実施例１】
【００２３】
図１及び図２は、道路橋などの構造物、例えば、橋桁１２の変位監視を示す側面図と平面図であり、川などの両岸に、上端が道路面１０と同一面となる橋台１１を構築し、支承１３を介して橋桁１２を載せているものとする。橋桁１２の両端部と橋台１１との間には、通常、橋桁１２の伸縮量を調整するための遊間１６が設けられている。
【００２４】
このような構造物である橋桁１２が地震、洪水、土砂崩れ等で変位しているかどうかを常時監視するためにカメラ１４が設置されている。
本発明は、このような既設の道路管理用カメラ１４を使用し、監視中にカメラ１４の画角やズーム倍率が変位しても画像上で補正処理をして構造物変位を正しく計測して監視をする点に特徴を有している。このカメラ１４は、構造物変位の常時監視という本発明の目的のための固定的な専用のカメラであってもよい。
【００２５】
変位しないか、変位の生じにくい道路面１０側に基準点となる基準用ターゲット１５ａを少なくとも２個を有する。この基準用ターゲット１５ａは、間隔が変わらないように固く取り付けることが望ましい。また、被計測物である橋桁１２には、少なくとも１個の変位計測用ターゲット１５ｂを設ける。
本発明は、前記基準用ターゲット１５ａの相互の間隔と標高が変位しないものとして、この基準用ターゲット１５ａに対する変位計測用ターゲット１５ｂの変位を計測するものであり、この基準用ターゲット１５ａと変位計測用ターゲット１５ｂは、図示例では一直線上に配置しているが、必ずしも一直線上に配置しなくともよい。
また、道路面１０の起伏などを計測するために、橋台１１のような安定した地点に基準用ターゲット１５ａを設け、変位し易い道路面１０に変位計測用ターゲット１５ｂを設けるようにしてもよい。
【００２６】
以上のような少なくとも２個の基準用ターゲット１５ａを基準点とし、少なくとも１個の変位計測用ターゲット１５ｂの変位をカメラ１４で撮影した画像を画像処理して計測する。変位には、図３（ａ）に示すような横ずれ１７ａ、（ｂ）に示すような縦ずれ１７ｂ、（ｃ）に示すような段差１７ｃ、（ｄ）に示すような起伏１７ｄと、これらの複合した変位があり、これらの変位は、後述する方法及びその装置で計測する。
【００２７】
図１及び図２に示すように、被計測箇所には、少なくとも２個の基準用ターゲット１５ａと少なくとも１個の変位計測用ターゲット１５ｂを有するとともにカメラ１４が設置される。１台のカメラ１４で、複数箇所のターゲット１５を斜め方向から撮影することで、撮影された１枚の面画像から複数箇所のターゲット１５における図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した２次元の変位として計測することができる。
カメラ１４で撮影された画像データは、図１０に示すように、道路管理用等として既設の光ファイバ通信網等２５を利用して管理事務所等の主処理装置２３へデータの送受信を行うことにより、維持管理費を大幅に削減できる。
また、図１０において、現場側装置２２を構成するカメラ１４側の送信部２４から画像信号を主処理装置２３を構成する管理事務所側に送信することもできる。
受信したデータは、コンピュータ機能を有するカメラの画像処理部２７へ送られる。このカメラの画像処理部２７では、入力したターゲット信号のフィルタリング処理、点滅信号の処理、テンプレートマッチング処理、色・明るさの処理、これらの組み合わせ処理等が行われる。これらの処理された信号は、出力部２８からメモリ２９と表示装置３０と警報装置３１へ送られる。
【００２８】
前記カメラ等からなる現場側装置２２の内部又は近傍には、ＧＰＳセンサ３３が設置され、このＧＰＳ信号は、管理事務所などの主処理装置２３の受信部２６を経てＧＰＳのデータ処理部３２に送り、出力部２８を経て表示装置３０、メモリ２９、警報装置３１に結合しておくことにより、橋梁の地盤が動いたなど、ターゲット１５の映像や演算で判別できないような構造物全体の変位を計測し、警報を発するようにしておくこともできる。
【００２９】
図１１に基づき、本発明による構造物変位の常時監視方法及びその装置の作用を説明する。
（１）システムの初期設置時に、画像処理のための準備作業が行われる。
本発明の構造物変位の常時監視方法及びその装置による自動計測のため、以下の処理条件ａ）〜ｃ）を設定する。
ａ）テンプレートの登録
サンプル画像を利用して、それぞれのターゲットのテンプレート画像を登録する。
ｂ）サーチエリアの登録
サンプル画像を利用して、それぞれのターゲットの検索範囲を登録する。
ｃ）画像処理用パラメータの調整
・ターゲットの変位量を計算するためのパラメータの設定等
【００３０】
（２）画像処理によるターゲットの座標の検出
本発明の構造物変位の常時監視方法及びその装置は、以下の手順で繰り返し実行する。
ａ１）ターゲットが道路の区画線のような自発光せずに構造物の固有の形状や色彩で識別できるもの、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等を使用する場合、以下の手順で実行する。
１枚の画像を読み込む。
取り込んだ画像を対象に、サーチエリアの画像の切り出しをする。
ａ２）これに対し、点滅ターゲットを使用する場合、以下の手順で実行する。
・連続する少なくとも３枚の画像を読み込む。
・３枚の画像の１枚目と２枚目の組、２枚目と３枚目の組の差分処理を行い、２枚の差分画像を表わす。
・２枚の差分画像を対象に、サーチエリアの画像の切り出しをする。
以下、点滅しないものと、点滅するものとが同じ手順となる。
（３）サーチエリアの画像を対象に、ターゲットの座標検出を行う。
屋外環境下でのターゲットの座標検出を確実に行うことが必須であり、本発明特有であるので、詳細は、後述する。
（４）次のサーチエリアがなくなるまで（２）（３）を繰り返す。
（５）ターゲットの座標検出状況を判定する。
（６）正しく検出された場合は、ターゲットの画像上の変位量を計算する。
開始時の初期画像のターゲット座標を計測初めのターゲット座標として、その後の画像から検出したターゲットの座標を計測時のターゲットの座標として、変位計測用ターゲットの変位量を求める。この工程は、本発明特有であり、詳細は、後述する。
（７）変位量は、警戒値を超えているかを判定する。
（８）警戒値を超えている場合は、警戒メッセージを出力する。
（９）（２）に戻り処理を繰り返す。
【００３１】
道路管理用のカメラ１４は、道路管理が主目的であるため、管理事務所からの指令により、カメラ等を回転等させて周囲の画像を撮影したり、画像拡大するためにズームしたりする。また、道路管理用のカメラ１４には、プリセット機能（撮影場所、範囲等を予め、記憶させておく機能）を有するが、プリセット機能で同じ状況に戻す場合の精度は必ずしも高くない。画像上のターゲット１５の座標は、カメラ１４のズーム、回転角によって変化する。また、道路の振動等が原因で、カメラ１４の回転角度等については変化する場合がある。
【００３２】
以上の点を考慮して図１及び図２に示すように、基準用ターゲット１５ａ，変位計測用１５ｂの１〜複数組を、１台のカメラ１４の画像内に収まるようにターゲット１５ａ，１５ｂが設定される。
次にターゲット１５ａ，１５ｂの基準点の補正と変位量の計測を説明する。
図４（ａ）が補正前の画像であって、図４（ｂ）が、カメラ１４のズームや回転等による誤差が生じた画像であるとすると、これらの画像上における少なくとも２個の基準用ターゲット１５ａの物理位置が一定であるとの条件を利用することにより、カメラ１４のズームや回転等による誤差を補正することが可能となる。
【００３３】
ターゲット１５の画像座標からの変位量の計算について説明する。
カメラ１４の撮影角度の変動、ズームの変化に対応するため、ターゲット１５の変位計測には、複数のターゲット１５を使用する。
図５において、基準用ターゲット１５ａのＴ１０，Ｔ２０間の物理位置は、一定であり、変位計測用ターゲット１５ｂのＴ３０の相対変位量を計測することにより、ターゲット１５の相対変位量を計測する。
【００３４】
前記カメラの画像処理部２７は、コンピュータそのものであり、このコンピュータを以下に示す各手段として機能させるための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を具備している。
具体的には、本発明は、カメラの画像処理部２７としてのコンピュータを、
前記それぞれの基準用ターゲット１５ａと変位計測用１５ｂの計測初めの基準座標に対応する画像上の座標を初期設定する手段、
前記カメラ１４の画像から基準用ターゲット１５ａの計測初めと計測時との相対極座標を求める手段、
計測時の前記基準用ターゲット１５ａの相対極座標から変位計測用ターゲット１５ｂの推定極座標を求める手段、
計測時の前記カメラ１４の画像から変位計測用ターゲット１５ｂの相対極座標を求める手段、
計測時の前記基準用ターゲット１５ａの相対極座標から求めた変位計測用ターゲット１５ｂの推定極座標と、計測時の前記カメラ１４の画像から求めた変位計測用ターゲット１５ｂの相対極座標とから変位計測用ターゲット１５ｂの変位量を算出する手段、
として機能させる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を具備している。
【００３５】
以上の手段によりターゲット１５の極座標から変位量を計算する手順を以下に示す。
（１）各ターゲット１５ａ，１５ｂの計測初めの座標（Ｔ１０（ｘ１０，ｙ１０），Ｔ２０（ｘ２０，ｙ２０），Ｔ３０（ｘ３０，ｙ３０））を初期設定値として登録する。
（２）処理対象画像の撮影までの間に、カメラ１４の回転、ズーム等の変更が発生し計測初めと計測時の状態に誤差が生じたものとする。
（３）計測時のＴ１の画像上の座標を（ｘ１１，ｙ１１）とし、（ｘ１１，ｙ１１）を（ｘ１０，ｙ１０）になるように画像座標の平行移動を行い、画像座標の平行移動後の計測時のＴ１１，Ｔ２１，Ｔ３１の画像上の座標を（ｘ１０，ｙ１０），（ｘ２１，ｙ２１），（ｘ３１，ｙ３１）とする。
（４）Ｔ１０とＴ２０間を剛体で接続し、距離Ｒは一定で、Ｔ２１のＴ１１に対する計測初めの相対極座標と計測時の相対極座標は（Ｒ２０，ρ２０）（計測初めの座標）と（Ｒ２１，ρ２１）（計測時座標）とする。
（５）Ｔ３０のＴ１０に対する計測初めの相対極座標と計測時の相対極座標は（Ｒ３０，ρ３０）（計測初めの座標）と（Ｒ３１，ρ３１）（計測時座標）とする。
（６）Ｔ３２は、計測時の画像上の推定極座標を（Ｒ３２，ρ３２）とすると、以下の式を利用して画像上の変位量を計算する。
【００３６】
上記の条件で、
Ｒ３２＝Ｒ３０×（Ｒ２１／Ｒ２０）
ρ３２＝ρ３０＋ρ２１−ρ２０
このため、Ｔ３の画面時用の推定変位量Δｘ３とΔｙ３は下式で表せる。
Δｘ３＝Ｒ３１×ｃｏｓρ３１−Ｒ３２×ｃｏｓρ３２                    式１
Δｙ３＝Ｒ３１×ｓｉｎρ３１−Ｒ３２×ｓｉｎρ３２                    式２
になる。ここで、
Ｒ２０＝√｛（ｘ２０−ｘ１０）２＋（ｙ２０−ｙ１０）２｝
ρ２０＝ｔａｎ−１｛（ｙ２０−ｙ１０）／（ｘ２０−ｘ１０）｝
Ｒ３０＝√｛（ｘ３０−ｘ１０）２＋（ｙ３０−ｙ１０）２｝
ρ３０＝ｔａｎ−１｛（ｙ３０−ｙ１０）／（ｘ３０−ｘ１０）｝
Ｒ２１＝√｛（ｘ２１−ｘ１１）２＋（ｙ２１−ｙ１１）２｝
ρ２１＝ｔａｎ−１｛（ｙ２１−ｙ１１）／（ｘ２１−ｘ１１）｝
Ｒ３１＝√｛（ｘ３１−ｘ１１）２＋（ｙ３１−ｙ１１）２｝
ρ３１＝ｔａｎ−１｛（ｙ３１−ｙ１１）／（ｘ３１−ｘ１１）｝
である。
【００３７】
（７）Ｔ３０の計測移動量ΔＸ３とΔＹ３は下式で表せる。
ΔＸ３＝Δｘ３×Ａｘ＋Δｙ３×Ｂｘ 
式３
ΔＹ３＝Δｘ３×Ａｙ＋Δｙ３×Ｂｙ 
式４
ΔＺ３＝Δｘ３×Ａｚ＋Δｙ３×Ｂｚ 
式５
になる。ここで、ＡＸ、ＢＸ、Ａｙ、Ｂｙ、Ａｚ、Ｂｚは、初期設定時のＴ３０の画像上の１ピクセルの各方向変位量／ピクセルの実測値になる。
（８）初期設定時の１ピクセルの変位量／ピクセルを図５に示した値をベースに実環境に合わせて調整した値とする。
【００３８】
図５に示す座標では、極座標による演算例を示したが、これに限られるものではなく、垂直座標によることもできる。
図８は、極座標と垂直座標の変換例を示すもので、座標点（ｘ，ｙ）は、極座標が（Ｒ，ρ）で表され、垂直座標が（Ｒｃｏｓρ，Ｒｓｉｎρ）で表されるから、相互の座標が簡単に変換できる。
【００３９】
点滅ターゲット１５の採用
屋外環境下では、車の照明灯など、撮影に影響するノイズが多く存在する。また、夜間では、ターゲット１５が発光しない場合は、撮影画像から認識することができない。
この問題を解決するため、本発明では、点滅しているターゲット１５の画像の差分データを利用してターゲット１５の座標検出を行う。
実際の運用では、ターゲット１５の点滅周期とカメラ１４のサンプリング周期との間に同期処理を行っていない。さらに、両者の周期には、誤差がある。このため、画像のサンプリングタイミングにより、連続で取り込んだ画像は、同時に消灯か同時に点灯している場合があり、画像の差分処理では、ターゲット１５を正しく検出することができない。
この問題を解決するため、カメラ１４のサンプリングは、ターゲット１５の点滅周期と異なる周期で連続して少なくとも３枚の画像を取り込む。具体的には、ターゲット１５の点灯と消灯の時間幅が等しいものとし、カメラの撮影のサンプリング周期ｔ２をターゲットの点滅周期ｔ１の０．５×ｔ１＜ｔ２＜１．０×ｔ１の範囲として、連続した少なくとも３枚の画像を取り込む。すると、これらの画像の中に、１枚目と２枚目の組、２枚目と３枚目の組のそれぞれの差分画像を求め、これらの差分画像に最低１組の点灯画像と消灯画像を含んでいることを利用してターゲットの座標検出を行う。
【００４０】
図７（ａ）は、連続した少なくとも３枚の入力画像の１枚目と２枚目が点灯画像で、３枚目が消灯画像とすると、この図７（ａ）における１枚目と２枚目の組の差分は、消灯画像になり、２枚目と３枚目の組は、点灯画像になる。
図７（ｂ）は、同様にして連続した少なくとも３枚の入力画像の１枚目が点灯画像で、２枚目と３枚目が消灯画像とすると、この図７（ｂ）における１枚目と２枚目の組の差分は、点灯画像になり、２枚目と３枚目の組は、消灯画像になる。
このように２枚の差分画像を同時に処理することにより、ターゲット１５の座標を確実に検出することができる。
【００４１】
前記ターゲット１５は、以下の点を考慮して決定する。
（１）画像処理し易い形状であること。
・自然界に少ない形状を採用することにより、ターゲットの特定がしやすくなる。
・パターンマッチング法によるターゲットの検出の場合、ターゲットの回転等の設置時要件の影響を最小限にするため、円形であることが望ましい。
（２）ターゲットの検出精度の高い形状であること。
・サブピクセル単位で座標検出するため、検出対象のターゲットは、パターンが鮮明で、各方向のエッジが存在することが望ましい。
以上の点を考慮して、図６に示すように、四角な反射しない遮光板２１の中央に、ＬＥＤ等の赤く発光するドーナツ型の自発光部１９を形成し、自発光部１９の中心部は、円形の光吸収部２０とする。前記自発光部１９の内周部と外周部には、黒色などの縁取りを入れる。
前記ターゲット１５は、以上の例に限られず、赤以外に発光するもの、発光しないが反射率の高い材質を塗布したもの、点滅ではなく、常時発光するもの等であってもよい。
【００４２】
前記差分画像として取り込んだ２枚の画像は、公知のパターンマッチング法によるターゲット１５の検出をすることで、ターゲット１５が回転した場合でも安定的に検出することができる。
また、テンプレートマッチング法のサブピクセル技術を採用し、さらに高精度の変位計測をすることができる。これを図９に基づき説明する。
前記カメラ１４の画像は、ピクセル単位であるが、対象物の座標を求めるとき、その検出精度は、１画素となる。
これに対し、正規化相関サーチでは、近傍の相関値を使用した計算により、座標の１ピクセル以下の値も出力することができる。以下に、２次曲線を利用した場合を例示するが、その他の関数を利用してもよい。
図９において、検出した相関値の最大点（Ｐｘ）のＸ方向の座標をｘとし、その左右座標の相関値をＰｘ−１，Ｐｘ＋１とすると、
Ｐｘ−１＝Ａ（ｘ−１−Ｂ）２＋Ｃ
Ｐｘ＝Ａ（ｘ−Ｂ）２＋Ｃ
Ｐｘ＋１＝Ａ（ｘ＋１−Ｂ）２＋Ｃ
となり、上の式から、２次曲線のピーク時のＸ方向の座標はＢになり、Ｂは、以下の式で表される。
Ｘｍａｘ＝Ｂ＝ｘ＋（Ｐｘ＋１−Ｐｘ−１）／２（２Ｐｘ−Ｐｘ−１−Ｐｘ＋１）
【００４３】
変位監視箇所に設置した複数のターゲットは、外部の光によるノイズに強く、夜間でも撮影可能にするため、好ましくは、点滅して自発光するターゲットが望ましい。
しかし、ターゲットは、道路の区画線のような自発光せずにすでに存在する構造物の固有の形状や色彩で識別できるものであってもよいし、自発光であって点滅せずに常時点灯するもの等であってもよい。
【００４４】
前記実施例では、基準用ターゲット１５ａを２個、変位計測用ターゲット１５ｂを１個としたので、変位計測用ターゲット１５ｂの相対的な変位量を計測する。
しかし、これに限られるものではなく、変位計測用ターゲット１５ｂを所定間隔をおいて２個設定することにより、２個の変位計測用ターゲット１５ｂ間を、２個の基準用ターゲット１５ａの距離に基づいて演算することで、相対変位量を検算することができ、より信頼性の高い計測ができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…道路面、１１…橋台、１２…橋桁、１３…支承、１４…カメラ、１５…ターゲット、１６…遊間、１７…変位点、１９…自発光部、２０…光吸収部、２１…遮光板、２２…現場側装置、２３…主処理装置、２４…送信部、２６…受信部、２７…カメラの画像処理部、２８…出力部、２９…メモリ、３０…表示装置、３１…警報装置、３２…ＧＰＳのデータ処理部、３３…ＧＰＳセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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