(57)【要約】【課題】高度な計測技術を必要とすることなく、トンネル内の３次元立体モデルを効率的に短時間で生成することが可能なトンネルの計測方法を提供する。【解決手段】トンネル内壁をＬＥＤ光源によって照明し、同時に前記トンネル内壁をデジタルカメラによって撮像する撮像工程と、前記撮像工程で得られた前記トンネル内壁の画像データに基づいて、前記トンネルの内部構造の３次元立体モデルを生成する３次元立体モデル生成工程と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内壁をＬＥＤ光源によって照明し、同時に前記トンネル内壁をデジタルカメラによって撮像する撮像工程と、
前記撮像工程で得られた前記トンネル内壁の画像データに基づいて、前記トンネルの内部構造の３次元立体モデルを生成する３次元立体モデル生成工程と、を備えたことを特徴とするトンネルの計測方法。
【請求項２】
前記３次元立体モデル生成工程は、Structure from motion画像処理方法を用いることを特徴とする請求項１記載のトンネルの計測方法。
【請求項３】
前記３次元立体モデル生成工程において、予め取得した前記トンネルの特定点の絶対座標を参照することを特徴とする請求項１または２記載のトンネルの計測方法。
【請求項４】
前記ＬＥＤ光源は、白色光源であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項記載のトンネルの計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トンネル内の３次元立体構造を計測するトンネルの計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉱山における坑道、鉄道や道路の隧道、上下水道の水路など、周囲が壁面で囲われた空間（以下、これらをトンネルと称する）の構造を把握するための計測は、従来、トランシット測量や地上レーザスキャナ（ＴＬＳ）を用いた測量などが一般的であった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
トランシット測量は、トンネル内の複数地点の位置情報をそれぞれ計測し、得られた点どうしを線や面で補完することによって、トンネル内の３次元立体構造を示す３次元立体モデルを復元する事ができる。
【０００４】
また、地上レーザスキャナ測量は、測量器から能動的にレーザ光を多数照射し、その反射情報（角度および距離）から反射点の位置情報を取得し、この複数の位置情報に基づいて、トンネル内の３次元立体モデルを生成する事ができる。地上レーザスキャナ測量においては、レーザ光の照射数は一秒間に数千〜数十万であり、短期間でより高密度にトンネル内の任意の地点の情報を取得する事が可能である。また近年ではレーザ光を照射し、位置情報を取得すると共に、反射光の色情報も併せて取得する事ができる。
【０００５】
しかしながら、トランシット測量は、計測者の練度により作業効率が大きく異なり、多くの地点を短時間で測量するためには、専門的な知識や技術、高価な機材が必要になるという課題があった。また、トランシット測量によって得られた多数の点のデータから、トンネルの３次元立体モデルの生成には専門的な知識も必要になるといった課題があった。
【０００６】
更に、トランシット測量によるカラーの３次元立体モデルの生成では、対象物の色情報を取得するために、測量とは別にカメラでトンネル内のカラー画像を撮影し、得られたカラー画像を測量によって生成したトンネルの３次元立体モデルに手作業で張り付けるといった手間の掛かる作業が必要になるなど、短時間で効率的にトンネル内のカラーの３次元立体モデルを生成することが困難であった。
【０００７】
一方で地上レーザスキャナ測量は、短時間に高密度の点情報（位置情報、色情報）を取得できるが、機材が非常に高価である点や、処理解析には専用のソフトウェアと専門的な知識が必要である点などが課題としてあげられる。また、取得出来る色情報は計測対象の状態に依存するが、トンネル内は殆どの場合、極度に光量が少なく、光源が全く無い暗闇では色取得できないという課題もあった。その為、光源を補助的に用いることが検討できるが、光源を移動させながら計測する場合、光源からの距離や光の当たり方により、同一の点であっても色情報が異なってしまう場合があり、全体的に不均質な３次元立体モデルしか得られないという課題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１３８４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高価な機材、高度な計測技術を必要とすることなく、トンネル内の３次元立体モデルを効率的に短時間で生成することが可能なトンネルの計測方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のトンネルの計測方法は、トンネル内壁をＬＥＤ光源によって照明し、同時に前記トンネル内壁をデジタルカメラによって撮像する撮像工程と、前記撮像工程で得られた前記トンネル内壁の画像データに基づいて、前記トンネルの内部構造の３次元立体モデルを生成する３次元立体モデル生成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のトンネルの計測方法によれば、トンネル内をＬＥＤ光源によって照明し、デジタルカメラを用いて複数の撮影点でトンネル内を撮影した画像データを用いて画像処理を行うだけで、高精度で鮮明なトンネルの３次元立体モデルを、短時間で容易に生成することが可能になる。
【００１２】
前記３次元立体モデル生成工程は、Structure from motion画像処理方法を用いることを特徴とする。
【００１３】
前記３次元立体モデル生成工程において、予め取得した前記トンネルの特定点の絶対座標を参照することを特徴とする。
【００１４】
前記ＬＥＤ光源は、分光分布が太陽光に比較的近い白色光源であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高価な機材、高度な計測技術を必要とすることなく、トンネル内の３次元立体構造モデルを効率的に短時間で生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のトンネルの計測方法を段階的に示したフローチャートである。
【図２】撮像工程を示す模式図である。
【図３】トンネル内部の３次元立体モデルの一例を示す画像である。
【図４】トンネル外部を俯瞰した次元立体モデルの一例を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明のトンネルの計測方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
図１は、本発明のトンネルの計測方法を段階的に示したフローチャートである。
本発明のトンネルの計測方法によって、トンネル内の３次元立体モデルを生成する際には、対象となるトンネル内壁を照明しつつ、同時にトンネル内壁をデジタルカメラによって撮像する（撮像工程Ｓ１）。
【００１９】
トンネル内壁の照明には、ＬＥＤ光源を用いる。ＬＥＤ光源は、光量や照射光の波長域の変動が少なく、安定した光量の均一な光をトンネル内壁に照射することができる。ＬＥＤ光源としては、白色光を用いることが好ましい。ＬＥＤ光源による白色光でトンネル内壁を照明することによって、トンネル内壁の正確な色情報を得ることができる。
【００２０】
トンネル内壁の撮像は、デジタルカメラによって行う。図２の模式図に示すように、撮像工程Ｓ１では、例えば、三脚１１に固定した高解像度のデジタルカメラ１２を用いて、ＬＥＤ光源１３によって照明されたトンネルＴの内壁を撮像する。撮像にあたっては、デジタルカメラ１２を、トンネルＴの複数の位置に移動させて撮像する。
【００２１】
デジタルカメラ１２とＬＥＤ光源１３との間は常に近傍の一定距離に固定され、同一方向に向けて撮影を行う。つまり、画像内に影が映り込むことが極端に少ない。デジタルカメラ１２とＬＥＤ光源１３は仰角撮影する際も投光面、撮影面が連動するように構成することが好ましい。
【００２２】
ＬＥＤ光源はバッテリーの電圧により発光量が増減することがなく、また、カメラのフラッシュのような発光ムラ（画像中央と周辺とで明るさが異なる現象）が発生しにくく、またＬＥＤ光源とカメラの位置を常に一定にすることで（図２参照）、均質な画像を取得することが可能となる。
【００２３】
また、トンネル全体の３次元立体モデルを生成する場合には、トンネルＴの内部がもれなく撮像されるように、画角や焦点距離から撮影間隔を計算し予め撮像地点を決めておく。また、必要に応じて、トンネルＴの内部の任意の点を絶対位置の特定点として、その絶対座標を把握しておくとともに、撮像範囲に含める。
【００２４】
特定点の絶対座標は、例えば、トンネル外部の基準点よりトータルステーションによるトラバース測量などを用いることができる。トンネル外部の基準点は一級ＧＮＳＳ測量等を用いて絶対座標を取得する。
【００２５】
なお、撮像工程Ｓ１において、赤外線撮像素子を備えたデジタルカメラによってトンネルＴの内部を撮像することもできる。このとき、ＬＥＤ光源は使用しない。これによって、トンネルＴの表面温度データを取得することができる。
【００２６】
次に、撮像工程Ｓ１を経て得られた、トンネルＴの内部の複数の撮影点で撮影したカラー映像データを用いて、トンネルＴの３次元立体モデルを生成する（３次元立体モデル生成工程Ｓ２）。こうした３次元立体モデルは、画像処理手段、例えば、画像処理ソフトウェアを実行可能なパーソナルコンピュータを用いて生成する。トンネルＴの内部を撮影した複数のデジタル写真データから３次元立体モデルを生成するには、例えば、ＳｆＭ（Structure from Motion）技術によって行う。
【００２７】
ＳｆＭは、撮像対象をカメラの視点を変えながら撮影した複数のデジタル写真データから、撮像対象（本実施形態ではトンネルＴ）の３次元立体モデルを生成する手法である。ＳｆＭは例えば、パーソナルコンピュータによって実行される。ＳｆＭソフトウェアとしては、例えば、VisualSFM、Agisoft PhotoScanなどが挙げられる。こうしたＳｆＭソフトウェアを用いて、トンネルＴの３次元立体モデルを生成する。
【００２８】
また、トンネルＴの３次元立体モデルを生成する際に、トンネルＴの内部の特定点の絶対座標を入力することによって、得られた３次元立体モデルにおける、スケールや各部の絶対位置などを定めることができる。
【００２９】
また、トンネルＴにおいて取得した赤外画像を用いて三次元立体モデルを作成することも可能である。
鉱山の坑道をモデルとして、本発明のトンネルの計測方法によって生成したトンネル内部の３次元立体モデルの例を図３に、また、トンネル外部を俯瞰した３次元立体モデルの例を図４に、それぞれ示す。
図３に示すトンネル内部の３次元立体モデルによれば、トンネル内部の壁面の形状や色が正しく反映された鮮明な画像が生成されている。また、図４に示す３次元立体モデルによれば、トンネル全体の構造や大きさが一目で把握できる鮮明な俯瞰画像が生成されている。
【００３０】
以上のように、本発明のトンネルの計測方法によれば、トンネル内をＬＥＤ光源によって照明しつつ、デジタルカメラを用いて複数の撮影点でトンネル内を撮影した画像データを用いて、ＳｆＭによる画像処理を行うだけで、高精度で鮮明なトンネルＴの３次元立体モデルを、高価な機材を用いず、短時間で容易に生成することが可能になる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１２…デジタルカメラ
Ｔ…トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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