(57)【要約】【課題】  軽量で目標自由度の高い測長装置を提供する。【解決手段】  測長装置１は、対象面にレーザ光を照射するレーザポインタ１１と、対象面の画像を取得するカメラ１２と、上記画像よりレーザ光の当たっている位置を検出するレーザスポット位置取得部１３１と、検出した位置に基づいてカメラ１２の１画素の長さである画素長を演算する画素長演算部１３２と、レーザ光の当たっている対象面の画像中の測長箇所に該当する画素を抽出する測長箇所抽出部１３３と、抽出された画素と演算された画素長に基づいて測長箇所の長さを測長する測長部１３４を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象面にレーザ光を照射するレーザポインタと、
前記対象面の画像を取得するカメラと、
前記画像より前記レーザ光の当たっている位置を検出するレーザスポット位置取得部と、
検出した前記位置に基づいて前記カメラの１画素の長さである画素長を演算する画素長演算部と、
前記レーザ光の当たっている前記対象面の画像中の測長箇所に該当する画素を抽出する測長箇所抽出部と、
抽出された前記画素と演算された前記画素長に基づいて前記測長箇所の長さを測長する測長部と、
を有する測長装置。
【請求項２】
前記測長部は、抽出した測長箇所の画素の座標を受信し、測長箇所の中心線の長さを算出する請求項１に記載の測長装置。
【請求項３】
前記カメラは、前記レーザスポット位置取得部及び前記測長箇所抽出部に前記対象面の画像を無線通信により送信する無線通信部を有する請求項１又は２に記載の測長装置。
【請求項４】
操作者の操作により前記測長箇所を設定する測定箇所設定部を有する請求項１から３のいずれかに記載の測長装置。
【請求項５】
測定箇所設定部は、マウスのカーソルの軌跡の画素の座標を取得する請求項４に記載の測長装置。
【請求項６】
対象面にレーザ光を照射し、
カメラにより前記対象面の画像を取得し、
前記画像より前記レーザ光の当たっている位置を検出し、
検出した前記位置に基づいて前記カメラの１画素の長さである画素長を演算し、
前記画像中の測長箇所に該当する画素を抽出し、
抽出された前記画素と前記画素長に基づいて前記測長箇所の長さを測長する、
測長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測長装置に関し、特に、対象物を撮影した画像から対象物の長さを測定する測長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ドローン等の小型無人機に搭載するための軽量で目標自由度の高い測長装置の開発が望まれている。
【０００３】
例えば特許文献１には、カメラとレーザポインタによる構成であるが、測長結果取得までにレーザスポット（レーザポインタからのレーザ光が撮影対象面に投影するスポット光）位置座標を元に、あらかじめ作成が必要なデータテーブルに対応した基準長を設定し測長計算を行う必要がある。光学カメラに対応したデータテーブルを準備する必要があり、光学カメラを変更した場合はデータテーブルを作成し直す必要がある。また、２点間のみの測長結果のみ算出可能である。
【０００４】
撮影対象面の測長を行う場合、カメラと撮影対象面間の距離情報が必要となる。一般的には既定の距離上で撮影を行う、もしくはレーザ測距器等の測距機能を持つ器材を利用して対処するが、カメラが移動体に搭載されている場合は既定距離に維持させることは困難である。また、レーザ測距器等は送信部、受信部等で構成されており、その分大きく重くなるため、より軽量化することが好ましい。
【０００５】
例えば特許文献２には、レーザポインタとデジタルカメラと投射面距離算定部とを備えたプロジェクタが開示されている。レーザポインタは、投射面に対して投射レンズの光軸と平行な方向にポイントとなるレーザ光を投射し、デジタルカメラは、投射面に投射されたポイントを撮像し、投射面距離算定部は、デジタルカメラで撮像した撮像画面のポイントの画素位置を解析して、投影装置と投射面との距離を算定して投影装置の投射レンズの焦点調整部を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２１０８１２号公報
【特許文献２】特開２００５−０１７３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、カメラとレーザポインタによる構成であるが、測長結果取得までにレーザスポット（レーザポインタからのレーザ光が撮影対象面に投影するスポット光）位置座標を元に、あらかじめ作成が必要なデータテーブルに対応した基準長を設定し測長計算を行う必要がある。光学カメラに対応したデータテーブルを準備する必要があり、光学カメラを変更した場合はデータテーブルを作成し直す必要がある。また、２点間のみの測長結果のみ算出可能である。軽量で目標自由度の高い測長装置は特許文献１には開示されていない。特許文献２にも、測長装置において目標自由度を高める技術は開示されていない。
【０００８】
本発明は、軽量で目標自由度の高い測長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１側面による測長装置は、対象面にレーザ光を照射するレーザポインタと、前記対象面の画像を取得するカメラと、前記画像より前記レーザ光の当たっている位置を検出するレーザスポット位置取得部と、検出した前記位置に基づいて前記カメラの１画素の長さである画素長を演算する画素長演算部と、前記レーザ光の当たっている前記対象面の画像中の測長箇所に該当する画素を抽出する測長箇所抽出部と、抽出された前記画素と演算された前記画素長に基づいて前記測長箇所の長さを測長する測長部を有している。
【００１０】
また本発明の他の側面による測長方法は、対象面にレーザ光を照射し、カメラにより前記対象面の画像を取得し、前記画像より前記レーザ光の当たっている位置を検出し、検出した前記位置に基づいて前記カメラの１画素の長さである画素長を演算し、前記画像中の測長箇所に該当する画素を抽出し、抽出された前記画素と前記画素長に基づいて前記測長箇所の長さを測長する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軽量で目標自由度の高い測長装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１のカメラと撮影面の位置関係を示す斜視図である。
【図４】図４は、図１のカメラと撮影面の位置関係を示す上面図である。
【図５】図５は、図１のカメラによる撮影面の画像の一例を示す図である。
【図６】図６は、レーザスポット位置取得部のレーザスポット位置座標の取得動作を説明する説明図である。
【図７】図７は、測長箇所抽出部の測長箇所の抽出動作を説明する説明図である。
【図８】図８は、測長部による測長箇所の中心線長さ算出動作を説明する説明図である。
【図９】図９は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、小型無人航空機（通称ドローン）等への搭載を想定した例である。また、本実施形態は、建物の外壁面のひび割れの長さを測長対象とし、小型無人航空機上でひび割れを自動抽出して測長する例について説明する。
【００１４】
図１に示すように、測長装置１は、レーザポインタ１１と、カメラ１２と、処理装置１３と、出力装置１４を備えている。レーザポインタ１１は、レーザ光を照射する。カメラ１２は、測長対象の撮像面の画像を取得する。処理装置１３は、例えば小型無人航空機等にレーザポインタ１１、カメラ１２と共に搭載可能である。また処理装置１３は、レーザスポット位置取得部１３１と、画素長演算部１３２と、測長箇所抽出部１３３と、測長部１３４を備えている。
【００１５】
レーザスポット位置取得部１３１は、撮像面の画像よりレーザスポットの位置を検出する。画素長演算部１３２は、撮像面長および、画素長を演算し結果を出力する。測長箇所抽出部１３３は、画像処理等で測長箇所を指定する。測長部１３４は、指定された測長箇所の長さを測長する。
【００１６】
出力装置１４は、処理装置１３が測長した結果を出力する。
【００１７】
本実施形態においては、カメラ１２と測距機能を有しないレーザポインタ１１のそれぞれの仕様値を用いて測長可能である。
【００１８】
事前に把握しておく値は以下となる。本実施形態は平面に適用可能であるが、本説明では簡単のため水平、垂直に分解した水平方向のみで説明する。
【００１９】
まずレーザポインタ１１の傾き角度θ１、カメラ１２の視野角θ２は、カメラ光軸とレーザポインタの距離Ｄ１、撮像面の長さｗ、撮像面端からレーザスポットまでの長さｘ、カメラ１２から撮像面までの距離Ｄ２を用いて式１、式２のように表すことができる。
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【００２０】
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【００２１】
また撮像面端からレーザスポットまでの長さｘ、撮像面の長さｗ、撮像画面端からレーザスポットまでの画素数Ｌ、カメラの画素数ｐには、式３の関係が成り立つ。
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【００２２】
これらの方程式をｗについて解くと以下の式４が得られる。
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【００２３】
カメラの画素数ｐ、レーザポインタ１１の傾き角度θ１、カメラ光軸とレーザポインタの距離Ｄ１は測長装置１で固定値であるので、撮像画面端からレーザスポットまでの画素数Ｌを得ることができれば、撮像面の長さｗを算出することができる。また式３、式２を変形すると式５、式６が得られる。算出したｗを代入すれば撮像面端からレーザスポットまでの長さｘ，カメラ１２から撮像面までの距離Ｄ２も算出可能である。
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【００２４】
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【００２５】
このように撮像面の長さｗを得ることができ、これを光学カメラの画素数ｐで除算すれば撮像面における１画素あたりの長さを算出できる。したがって撮像画面内の任意の箇所を測長可能となる。この方式によれば、２点間の直線距離の測長のみではなく、ひび割れのような複雑形状の測長も可能である。
【００２６】
図２は、図１の動作を示すフローチャートである。図３は、図１の光学カメラと撮影面の位置関係を示す斜視図である。図４は、図１の光学カメラと撮影面の位置関係を示す上面図である。また図５は、図１のカメラによる撮影面の画像の一例を示す図である。また図６は、レーザスポット位置取得部のレーザスポット位置座標の取得動作を説明する説明図である。
【００２７】
まずレーザポインタ１１が、撮影面上にレーザ光を照射する（ステップＳ１）。そしてカメラ１２が、撮影面を撮影する（ステップＳ２）。撮影面画像にはレーザスポットが取得できているので、レーザスポット位置取得部１３１は、図６に示すように、レーザスポットの位置座標（Ｌｘ，Ｌｙ）をピクセル数にて取得する（ステップＳ３）。
【００２８】
画素長演算部１３２は、水平方向（ｘ方向）については、ｐｘと、図４に示すＤ１ｘ、θ１ｘ、θ２ｘ、Ｌｘから以下の式（７）を用いて撮像面長ｗｘを算出する（ステップＳ３）。ここで、ｐｘは、カメラ１２のｘ方向画素数であり、Ｄ１ｘは、ｘ方向のカメラ１２の光軸とレーザポインタの距離である。また、θ１ｘは、ｘ方向のレーザポインタの傾き角度であり、θ２ｘは、ｘ方向のカメラ１２の視野角である。なおθ２ｘは、焦点距離とセンササイズから算出可能である。またＬｘは、ｘ方向の撮像画面端からレーザスポットまでの画素数である。
【００２９】
画素長演算部１３２は、垂直方向（ｙ方向）も同様に、ｐｙと、Ｄ１ｙ、θ１ｙ、θ２ｙ、Ｌｙから以下の式（８）を用いて撮像面長ｗｙを算出する（ステップＳ４）。ｐｙは、カメラ１２のｙ方向画素数であり、Ｄ１ｙは、ｙ方向の光学カメラ光軸とレーザポインタの距離である。また、θ１ｙは、ｙ方向のレーザポインタの傾き角度、θ２ｙは、ｙ方向の光学カメラの視野角である。なおθ２ｙは、焦点距離とセンササイズから算出可能である。Ｌｙは、ｙ方向の撮像画面端からレーザスポットまでの画素数である。
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【００３０】
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【００３１】
そして画素長演算部１３２は、撮影面長ｗｘ、ｗｙを画素数ｐｘ、ｐｙで除算して、水平方向及び垂直方向の一画素毎の画素長ｑｘ及びｑｙを以下の式（９）、（１０）で算出する（ステップＳ５）。
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【００３２】
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【００３３】
また、測長箇所抽出部１３３は測長箇所を抽出する（ステップＳ６）。図７は、測長箇所抽出部の測長箇所の抽出動作を説明する説明図である。測長箇所抽出部１３３は、例えば、図７に示すように、周囲と異なる色の箇所、例えば予め設定された色と色が類似の画素を測長箇所であると判断し、測長箇所と判断した画素の座標を取得する（ステップＳ７）。
【００３４】
次に測長部１３４は、測長箇所抽出部１３３が抽出した測長箇所の画素の座標を受信し、測長箇所の中心線の長さを算出する（ステップＳ８）。図８は、測長部による測長箇所の中心線長さ算出動作を説明する説明図である。測長部１３４は、例えば図８に示すように、測長箇所の一端から他端に至るまで、測長箇所内の画素の中心点を結ぶ線の長さを、１画素の画素長ｑｘ、ｑｙを基準に算出する。
【００３５】
そして測長部１３４は、ステップＳ４で算出した一画素毎の画素長ｑｘ及びｑｙにより実際の長さに換算し、出力装置１４に測長結果を出力する（ステップＳ９）。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、簡易的な装置構成での測長が可能となる。事前に用意しておくデータは、一般的な仕様値のみなのでカメラの設定、またはカメラ自体を変更した場合に対しても容易に適応可能となる。また、任意の箇所の測長が可能となるので応用できる状況が多くなる。
【００３７】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００３８】
図９は、第２の実施形態の構成を示すブロック図である。例えば、第２の実施形態の測長装置２においては、小型無人航空機等には、レーザポインタ１１とともにカメラ２２が搭載される。小型無人航空機等に処理装置２３及び出力装置は搭載されない。図９に示すようにカメラ２２は、処理装置２３に無線通信によりカメラ２２が撮影した画像を送信する無線通信部２２１を備える。処理装置２３は、無線通信により受信した画像を、レーザスポット位置取得部１３１及び測長箇所抽出部１３３に転送する無線通信部２３１を備える。
【００３９】
このような構成により、小型無人航空機等に搭載される装置を軽量にすることができる。
【００４０】
また、例えば、第１の実施形態では、測長箇所抽出部１３３を実装し、測長箇所抽出部１３３が、測長箇所を判断するとしたが、これに限らず、操作者により測長箇所を設定してもかまわない。
【００４１】
図１０は、第３の実施形態の構成を示すブロック図である。第３の実施形態の測長装置３は、測長装置３の処理装置３３には測長箇所抽出部を備えておらず、処理装置３３に接続される入出力装置３４に操作者の操作により測長箇所を設定可能な測定箇所設定部３４１を備えている。また図１０に示すようにカメラ２２は、入出力装置３４に無線通信によりカメラ２２が撮影した画像を送信する無線通信部２２１を備える。入出力装置３４は、無線通信により受信した画像を、測定箇所設定部３４１及び表示部３４２に転送する無線通信部３４３を備える。小型無人航空機等には、レーザポインタ１１、カメラ２２及びそり装置３３が搭載される。小型無人航空機等に入出力装置３４は搭載されない。表示部３４２が、測長装置３のカメラ２２から画像を取得して表示し、操作者が画面を見てマウスによるドラッグ操作を行うと、測定箇所設定部３４１がマウスのカーソルの軌跡を測長箇所と判断する。すなわち測定箇所設定部３４１は、マウスのカーソルの軌跡の画素の座標を取得し、処理装置３３の測長部１３４に出力する。測長装置３の測長部１３４は、第１の実施形態と同様に、測定箇所設定部３４１から取得した測長箇所の画素の座標を受信し、測長箇所の中心線の長さを算出する。測長部１３４は算出した測長結果を入出力装置３４に出力し、測長結果を表示部３４２に表示する。
【００４２】
このような構成により自動抽出される箇所以外に操作者の意図する箇所を測長することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１、２、３    測長装置
１１    レーザポインタ
１２、２２    カメラ
１３、２３、３３    処理装置
１４    出力装置
１３１    レーザスポット位置取得部
１３２    画素長演算部
１３３    測長箇所抽出部
１３４    測長部
２２１、２３１    無線通信部
３４    入出力装置
３４１    測長箇所設定部
３４２    表示部
３４３    無線通信部
【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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