(57)【要約】【課題】人が立ち入ることが困難な高所位置にある対象物を撮影し、その画像を基に対象物の実寸法を計測する気球型遠隔計測システムを提供する。【解決手段】カメラを載置した気球を親ロープ、介錯ロープおよび水平移動機構を用いて遠隔操作によって水平移動/垂直移動/回転が可能なように構成し、該カメラで撮影した撮影対象物と標尺を含む３次元点群データを取得し、既知の標尺寸法を基準に撮影対象物の実寸法を算出する映像処理装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラを頂部に載置した気球と、該カメラからの映像信号を送信する中継器と、該カメラと該中継器に電力を供給するバッテリーと、該気球の底部に係留された親ロープと、該気球の側面に係留された少なくとも２本以上の介錯ロープと、該親ロープおよび該介錯ロープの巻取りおよび送出しを行うとともに水平面上で回転可能な回転板を有し、かつ水平方向に移動可能な水平移動機構を有する気球架台と、前記映像信号を中継する１又は複数の無線ＬＡＮアクセスポイントと、前記映像信号を基に撮影対象物の寸法を計測する映像処理装置を備えたことを特徴とする気球型遠隔計測システム。
【請求項２】
前記カメラの撮影方向に既知寸法の標尺を配置し、前記撮影対象物と一緒に該標尺を撮影し、得られた画像を基に３次元点群データを形成し、前記標尺の映像を実寸法基準として撮影対象物の寸法を算出する前記映像処理装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気球型遠隔計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気球に設置したカメラを用いて遠隔操作により対象物を撮影し、その撮影画像から対象物の寸法を計測する気球型遠隔計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空中撮影装置は、都市計画、道路設計、水質調査、森林調査、植生研究、災害調査、遺跡調査等で広く利用され、特に気球にカメラを備えたものは装置価格が安価なことから良く用いられている。
また、特許文献１にあるように気球に設置したカメラと地上側とを連結するケーブルを改良して長時間撮影を可能にした技術も開示されている。
しかし、建屋内の高所位置において、例えば、高放射線量で汚染されている等の理由によって人が立ち入れないような場所などの特殊事情での使用を想定した気球型遠隔計測システムに関する文献は見当たらず、さらに撮影対象の映像を取得するのみでなく、映像を基に撮影対象の寸法計測まで可能な技術や装置は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００-３２６８９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の環境・条件において使用される気球型遠隔計測システムは、人の立ち入り可能な比較的放射線量の低い場所から遠隔操作で水平移動し、撮影および計測する対象がある高所位置まで気球を上昇させた後、気球の向きを任意に回転させて対象物を連続撮影し、さらに得られた映像から３次元点群データを形成して対象物の寸法を取得可能なことが必要であり、そのための技術と装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る気球型遠隔計測システムは、カメラを頂部に載置した気球と、該カメラからの映像信号を送信する中継器と、該カメラと該中継器に電力を供給するバッテリーと、該気球の底部に係留された親ロープと、該気球の側面に係留された少なくとも２本以上の介錯ロープと、該親ロープおよび該介錯ロープの巻取りおよび送出しを行うとともに水平面上で回転可能な回転板を有し、かつ水平方向に移動可能な水平移動機構を有する気球架台と、前記映像信号を中継する１又は複数の無線ＬＡＮアクセスポイントと、前記映像信号を基に撮影対象物の寸法を計測する映像処理装置を備える。
【０００６】
これにより、人が立ち入ることが困難な高所位置に気球を移動し、任意の高さおよび向きにカメラを向けて撮影することができるため、撮影対象物の３次元点群データを得るための好適な画像を得ることができる。
【０００７】
また、本発明に係る気球型遠隔計測システムは、前記カメラの撮影方向に標尺を配置し、前記撮影対象物と一緒に該標尺を撮影し、得られた画像をＳＦＭ（Structure from Motion）処理して３次元点群データを形成し、前記標尺の映像を実寸法基準として撮影対象物の寸法を算出する映像処理装置を備える。
【０００８】
これにより、カメラで撮影された２次元画像を基に対象物の３次元点群データ（３次元座標）を取得して、抽出した対象物の任意の２点間距離を算出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記のような特徴を有する気球型遠隔計測システムによれば、人が立ち入ることが困難な環境・条件であって特に高所位置において、遠隔操作による対象物の撮影と寸法計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施状況を示す概要図。
【図２】本発明の気球を拡大した側面図。
【図３】本発明のカメラと標尺を示す鳥瞰図。
【図４】本発明の気球架台を示す模式図。
【図５】本発明のシステム構成を示すブロック図。
【図６】本発明の処理フローを示すチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明に係る気球型遠隔計測システムの実施状況を示す概要図である。今、建屋１内は放射性物質で汚染されるなどして人が立ち入ることが困難であるが、例えば、その建屋１の５Ｆに復旧工事用の機材を搬入するためにその周辺の状況（機材を搬入するための開口部の寸法等）を本システムによって計測・把握する場合について説明する。
【００１２】
主たる作業の流れとしては、気球型遠隔計測システムの構成部品である気球５０を比較的放射線量の低い建屋通路２に搬入し、気球５０にカメラや親ロープ、介錯ロープ等を取付けて気球架台７０に載置し、建屋空間３の撮影箇所の下に遠隔操作によって移動する。気球５０は内部のヘリウムガスの浮力によって上昇し、気球５０の底部に係留された親ロープによって高さ位置の調整を行う。なお、建屋空間３には障害物６０があるため、後述するように気球５０は接触しても損傷しないよう構成されている。気球５０の頂部に設置したカメラ５１からの映像は放射線から隔離されたモニタ監視室２０にある映像処理装置（ＰＣ１）３０に送信され、作業員がその映像の確認と対象物の計測を行うことができる。
【００１３】
図２は本発明の気球５０の詳細構造を示したものである。気球５０の上部にはカメラ５１を載置するためのカメラ載置フレーム５２を設置し、更に気球５０を障害物６０（図１）から保護するための保護シート５３で気球５０の上部を覆う。気球５０と保護シート５３の間にはスペーサ５４が介在し、仮に保護シート５３に障害物６０が当たっても気球５０までは障害物６０が接触しないよう構成されている。気球５０の側面には気球５０の向きを変えるための介錯ロープ５８を係留する留め金具５５を少なくとも２つ備えている。気球５０の底部には気球５０の高さ位置を調整するための親ロープ５９が係留される。また、気球５０の底部にはカメラ５１からの映像信号を中継する中継器５７が設置されるとともに、カメラ５１と前記中継器５７に電力を供給するバッテリー５６が設けられている。
【００１４】
図３は本発明のカメラ５１と標尺５１１を示す鳥瞰図である。カメラは市販のビデオカメラを用いることができ、標尺載置フレーム５１３がカメラ５１に固定され、さらに該標尺載置フレーム５１３とカメラ５１は前記カメラ載置フレーム５２に取付けられる。また、標尺５１１はカメラの前面（撮影方向）に所定の距離を設けて標尺載置フレーム５１３に固定される。標尺は長さの基準となれば良く、特に形状に影響されることはなく、棒状のものを水平/垂直に配置したり、十字型、四角形の形状であっても良い。標尺の両端部に設けられた基準点５１２は、図示した蝶型や黒丸ターゲットのような明確な形状を持ったもの以外に発光体なども使用でき、画像処理によって基点の位置が明確に算出できるものであれば良い。
図４は本発明の気球架台７０の模式図である。前記した親ロープ５９、介錯ロープ５８の巻取りと送出しは、それぞれのロープの巻取り装置（図示せず）を遠隔操作によって行う。また、回転板７２を回転機構７３によって回転させることで、気球５０の向きを変えることができる。前記した気球５０の水平移動は遠隔操作によって車輪の向き及び回転・停止の操作が可能な水平移動機構７４によって行われる。なお、図では親ロープ５９、介錯ロープ５８の巻取り装置が気球架台７０と別置きの場合を示しているが、それらを一体に構成しても良い。
図５は本発明のシステム構成を示すブロック図である。カメラ５１の撮影部５１１から連続して映像が送信され、中継器５７および無線ＬＡＮアクセスポイント１０を経由して映像処理装置（ＰＣ１）３０に映像信号が取り込まれる。映像信号は連続画像入力部３０２から画像記憶部３０３に保存されるとともにリアルタイムで表示部３０４に表示される。前記モニタ監視室２０内にいる作業者はリアルタイムで送信されてくる映像を確認しながら制御信号発生部３０５を通して気球架台７０に制御信号を送信し、気球５０の水平方向、高さ方向、回転を制御して所望の映像が得られるよう制御する。
映像処理装置（ＰＣ１）３０からオンラインまたはメモリ媒体を介して映像処理装置（ＰＣ２）３１に映像を送り、映像処理装置（ＰＣ２）３１内の画像解析部３１２において抽出した複数の固定画像をもとに後記するＳＦＭ処理を行って３次元点群データを得る。表示部３１３に表示された３次元点群データには対象物と前記した標尺５１１が含まれており、入出力部３１４で標尺５１１の両端にある２つの基準点５１２を抽出し、この既知の実寸法に対応する座標間距離を基に測定対象物の座標２点間距離すなわち測定対象物の実寸法を算出する。
ここで、ＳＦＭ処理とは、あるシーンをカメラの視点を変えながら撮影した複数枚の画像から、そのシーンの３次元形状とカメラの位置を同時に復元する手法であってコンピュータビジョンにおける形状復元にも使用されているものである。具体的には、Ｔｏｍａｓｉ-Ｋａｎａｄｅの因子分解法を用い、Ｆ枚の時系列画像に対してＰ組の対応点を取得し、その対応点群から２Ｆ×Ｐの行列を作成する。そしてこの行列の階数が３以下であることを利用して特徴点の３次元位置を表す行列とカメラ位置を表す行列に分解する。ここで撮影する向きや大きさが変化しても不変な特徴ベクトルが得られるＳＩＦＴやＳＵＲＦといったオペレータを用いたオープンソースプログラムであるＢｕｎｄｌｅｒなどが適用でき、これを用いると良い。これにより得られた３次元の点群データやメッシュデータの表示・編集はオープンソースプログラムであるＭｅｓｈＬａｂなどを用いて行うと良い。
上記処理によって得られた対象物の実寸法は３次元点群データとともに計測データ記憶部３１５に保存され、必要に応じて読み出すことができる。
図６は本発明の処理フローを示すチャートである。上記説明ではＦ枚の時系列画像としたが、ここでは撮影シーン１〜３の３枚を対象とした場合を示している。この時、所望の画像（なるべく対象物の撮影角度が異なるもの）が得られるように気球を回転させるなどの操作（Ｓ４）を行う。得られた３枚の画像に対してノイズや不鮮明さを改善する先鋭化処理（シャープ化）（Ｓ６）を行い、これらの画像に対して前記Ｂｕｎｄｌｅｒの処理を行って３次元点群データを取得し（Ｓ８）、既知の標尺寸法とその座標間距離から画像縮尺率を取得し（Ｓ９）、その後ＭｅｓｈＬａｂを用いて表示した３次元点群データから測定対象物を抽出して（Ｓ１０）、その測定対象物の任意の２点（すなわち測定したいポイント間）を抽出し距離計測を行う（Ｓ１１）。対象物の画像と距離データはセットで計測データ記憶部（図５）に保存する（Ｓ１２）。これらの一連の処理を必要な全ての測定対象物で実施しながら（Ｓ１６）、撮影箇所を変えて前記復旧工事用の機材の搬入を検討することができる（Ｓ１５）。
【符号の説明】
【００１５】
１………建屋、２………建屋通路、３………建屋空間部、１０………無線ＬＡＮアクセスポイント、２０………モニタ監視室、３０………映像処理装置（ＰＣ１）、３１………映像処理装置（ＰＣ２）、４０………建屋壁、５０………気球、５１………カメラ、５１１………標尺、５１２………基準点、５１３………標尺載置フレーム、５２………カメラ載置フレーム、５３………保護シート、５４………スペーサ、５５………留め金具、５６………バッテリー、５７………中継器、５８………介錯ロープ、５９………親ロープ、６０………障害物、７０………ロープガイド、７２………回転板、７３………回転機構、７４………水平移動機構、８０………計測対象物。
【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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