(57)【要約】【課題】  各種建築物等の全体あるいは特定部位について、長さ、面積または体積を、単純な装置を使用して簡単な操作で計測する。【解決手段】  上下方向複数の位置からデジタルカメラで対象物を撮影し、各画像における対象物上の計測点の位置と複数の撮影点の高低差に基づいて、計測点の間の長さ、計測点で囲まれる部位の面積、体積を求める。三脚の雲台にデジタルカメラを取り付け、雲台を上下移動させて複数位置から撮影し、各画像と撮影点の高さ情報をコンピュータに入力し、ディスプレイ上で、一つの画像の対象物上の計測点をクリックして、コンピュータに演算を行わせる。【効果】  装置コストが安価で操作も容易。特に高精度を要しない用途に極めて有効。【選択図】    図１
2005164434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向複数の位置からデジタルカメラで対象物を撮影し、撮影した複数の画像における対象物上の複数の計測点の位置と前記複数の撮影点の高低差に基づいて、該複数の計測点の間の長さ、または該複数の計測点で囲まれる部位の面積または体積を求めることを特徴とする非接触三次元計測方法。
【請求項２】
三脚の雲台にデジタルカメラを取り付け、雲台を上下移動させて複数の位置から対象物を撮影し、撮影した複数の画像と複数の撮影点の高さ情報をコンピュータに入力し、コンピュータに付属するディスプレイ上にて、前記複数の画像中の一つの画像で対象物上の複数の計測点をクリックして、コンピュータに演算を行わせることを特徴とする請求項１に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項３】
対象物を撮影するための１台のデジタルカメラと、該カメラを上下移動させて撮影点を固定するためのカメラ上下移動固定装置と、複数の撮影点の高さ情報および撮影した複数の画像に基づいて、対象物上の複数の計測点の間の長さ、または該複数の計測点で囲まれる部位の面積または体積を求めるためのコンピュータと、該コンピュータに付属し前記画像を表示するとともに計測点をクリックして所定の演算開始を指示するためのディスプレイとで構成されることを特徴とする非接触三次元計測装置。
【請求項４】
カメラ上下移動固定装置が、三脚と上下移動可能な雲台からなることを特徴とする請求項３に記載の非接触三次元計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビルや塔などの各種建築物等の全体あるいは特定部位について、撮影画像により、長さ、面積または体積を、単純な装置を使用して簡単な操作で計測することのできる非接触三次元計測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の非接触三次元計測法として、ステレオ視に基づく三次元画像計測方法がある。該方法では、計測対象物体の写真を２枚以上撮影して、コンピュータで三角測量などの原理より、計測点の三次元座標を算出する。また、土木工事などの現場では、望遠鏡付の計測装置と紅白のだんだら棒を使用する三角測量が依然として使われている。
【０００３】
特許文献１には、姿勢方向情報が得られる装置が取り付けられたデジタルカメラを自由に回転させ、任意の２点から目標点を撮影し、該目標点の三次元位置を計測する方法が開示されている。該方法によれば、多数の目標点の三次元位置を簡単な方法で精度よく計測できる、と記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３３６９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の三次元画像計測方法では、計測しようとする点の三次元座標を算出するために、計測物体の写真を複数枚撮影するが、撮影するときのカメラの位置の制約や、カメラの空間位置関係が計測結果に大きく影響するため、異なる計測シーンに対して短時間に計測結果を出すことが困難である。また、従来の技術では複数の画像における計測点を同定するときの対応付けに問題があり、三次元座標の算出にかなりの時間を要し、自動計測が困難で、計測できない場合も生じた。
また上記特許文献の技術は、デジタルカメラの自由な回転機構に複雑な装置構成を必要とし、コスト高になるという問題があった。
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、ビルや塔などの各種建築物等の全体あるいは特定部位について、長さ、面積または体積を、単純な装置を使用して簡単な操作で計測することのできる非接触三次元計測方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明法は、上下方向複数の位置からデジタルカメラで対象物を撮影し、撮影した複数の画像における対象物上の複数の計測点の位置と前記複数の撮影点の高低差に基づいて、該複数の計測点の間の長さ、または該複数の計測点で囲まれる部位の面積または体積を求めることを特徴とする非接触三次元計測方法である。
【０００７】
本発明法において、三脚の雲台にデジタルカメラを取り付け、雲台を上下移動させて複数の位置から対象物を撮影し、撮影した複数の画像と複数の撮影点の高さ情報をコンピュータに入力し、コンピュータに付属するディスプレイ上にて、前記複数の画像中の一つの画像で対象物上の複数の計測点をクリックして、コンピュータに演算を行わせることができる。
【０００８】
また上記課題を解決するための本発明装置は、対象物を撮影するための１台のデジタルカメラと、該カメラを上下移動させて撮影点を固定するためのカメラ上下移動固定装置と、複数の撮影点の高さ情報および撮影した複数の画像に基づいて、対象物上の複数の計測点の間の長さ、または該複数の計測点で囲まれる部位の面積または体積を求めるためのコンピュータと、該コンピュータに付属し前記画像を表示するとともに計測点をクリックして所定の演算開始を指示するためのディスプレイとで構成されることを特徴とする非接触三次元計測装置である。
本発明装置において、カメラ上下移動固定装置が、三脚と上下移動可能な雲台からなるものとすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ビルや塔などの各種建築物等の全体あるいは特定部位について、長さ、面積または体積を、単純な装置を使用して簡単な操作で計測することができる。したがって装置コストが安価で、計測現場にはデジタルカメラと、上下移動可能な雲台を取り付けた三脚を設置して撮影し、画像データをコンピュータに送信して計測値を得ることもでき、コンピュータの操作も容易である。特に高精度を要しない用途に極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明法は、まず、図１のようにデジタルカメラ１で、対象物６を上下方向複数の位置から撮影する。デジタルカメラ１は、本例のように三脚２の雲台３に取り付け、雲台３を上下移動させて撮影することができる。
次いで、撮影した複数の画像および複数の撮影点の情報をコンピュータ４に入力する。本例では、三脚２の基準面からカメラ１までの高さＨ1 ，Ｈn を、撮影点の情報としてコンピュータ４に入力する。
【００１１】
コンピュータ４では、対象物６上の所望の計測点について、長さ、面積、体積を求める。図１の例では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点を計測点とし、図２に示すカメラ高さＨ1 における画像上の計測点Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 、および図３に示すカメラ高さＨn における画像上の計測点Ａn ，Ｂn ，Ｃn ，Ｄn に基づいて、例えばＡＢ間の長さ、三角形ＡＢＣの面積、ＡＢＣＤ各点と裏側の点で囲まれる四角錐の体積を求めることができる。
【００１２】
このとき、コンピュータ４に付属するディスプレイ５上で、複数の画像中の一つの画像、例えば図２の画像を基準画像とし、基準画像で対象物上の所望の計測点Ａ1 ，Ｂ1 ，・・をクリックすることで、コンピュータ４に演算を行わせることができる。基準画像以外での計測点Ａn ，Ｂn ，・・は、コンピュータ４で自動的に認識するプログラムとなっている。
基準画像で計測点をクリックするとき、計測部位を任意の倍率で拡大表示することもできる。
【００１３】
コンピュータ４では、複数の撮影点の高さ情報（Ｈ1 ，Ｈn ）と、図２および図３のような複数の画像における対象物上の所望の各計測点（Ａ1 ，Ｂ1 ，・・，Ａn ，Ｂn ，・・）の位置に基づいて、三角測量の原理により演算し、各計測点の三次元座標を求め、得られた三次元座標から、所望の部位の長さや、面積、体積を求める。
ここで得られる計測点の三次元座標や、長さ、面積、体積は相対的な値（長さ比など）であり、カメラ１と対象物６の間の距離または対象物６の特定部位の実寸を入力することにより、絶対的な値（ｍなど）とすることができる。
【００１４】
本発明法において、デジタルカメラ１で対象物６を撮影するとき、複数のカメラ位置でのズーム、フォーカス、シャッタースピード、感度特性、ホワイトバランスなどの撮影条件は変えない。また、カメラ位置は同一鉛直線に沿って上下移動するのが望ましく、撮影角度は一定とする。
撮影した画像は、メモリをコンピュータ４に接続してディスプレイ５に出力してもよく、コンピュータ４に送信して出力することもできる。
【００１５】
基準画像、例えば図２の画像で、所望の計測点Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 をクリックすると、コンピュータ４では、各計測点を中心とする小領域を判定領域と認識する。基準画像以外の画像、例えば図３の画像では、基準画像における判定領域に対応する同サイズの小領域を自動的に選択する。そしてこの選択領域を走査し、選択領域の色ヒストグラムと基準画像における判定領域の色ヒストグラムとを比較して、類似度の最も高い選択領域の中心点を、その画像における計測点Ａn ，Ｂn ，Ｃn ，Ｄn とする。
【００１６】
各画像の計測点Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 および点Ａn ，Ｂn ，Ｃn ，Ｄn と、各画像撮影時のカメラ高さＨ1 ，Ｈn ，から、三角測量の原理により、対象物６の計測点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの三次元座標を演算し、所望の長さ、面積、体積データを得る。
コンピュータ４による演算結果はディスプレイ５に表示し、さらにプリンタに出力することもできる。
【００１７】
本発明装置は、上記本発明法を行うための装置であって、図１の例に示すように、１台のデジタルカメラ１と、三脚２および上下移動可能な雲台３のようなカメラ上下移動固定装置と、コンピュータ４と、コンピュータ４に付属するディスプレイ６からなる。コンピュータ４では、上記本発明法で述べた演算を行って、対象物６上の所望の計測点Ａ，Ｂ，・・についての長さ、面積、体積を求める。
【実施例】
【００１８】
図１のようにデジタルカメラ１を三脚２の雲台３に取り付け、対象物６の建物を撮影し、四角錐の屋根のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点の計測を行った。デジタルカメラ１の高さは２水準とし、雲台３を鉛直方向に移動して、三脚２の基準面からのカメラ１の高さＨ1 ，Ｈ2 で撮影した。Ｈ2 −Ｈ1 ＝３００ｍｍ、デジタルカメラ１と対象物６の間の距離は２０ｍであった。
【００１９】
カメラ高さＨ1 での画像（図２）を基準画像とし、ディスプレイ５上で計測点Ａ1 ，Ｂ1 ，Ｃ1 ，Ｄ1 をクリックして、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ各点間の長さ、三角形の面積および四角錐の体積を出力した。その結果、
長さ：ＡＢ＝１４００ｍｍ、  ＡＣ＝１３９７ｍｍ、  ＡＤ＝１４０１ｍｍ
ＢＣ＝  ８０２ｍｍ、  ＣＤ＝  ３９８ｍｍ、
三角形の面積：ＡＢＣ＝５３７，２４７ｍｍ2 
ＡＣＤ＝２７５，５５６ｍｍ2 
ＡＢＣＤ各点と裏側の点で囲まれる四角錐を正四角錐としたときの体積：
１４３×１０6 ｍｍ3 
であった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の主要構成を示す説明図である。
【図２】本発明における画像例である。
【図３】本発明における別の画像例である。
【符号の説明】
【００２１】
１：デジタルカメラ          ２：三脚
３：雲台                    ４：コンピュータ
５：ディスプレイ            ６：対象物
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：計測点
Ｈ：高さ
【図１】
2005164434.tif 000003
【図２】
2005164434.tif 000004
【図３】
2005164434.tif 000005