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JP2010230423A - Instrument and method for measuring amount of displacement - Google Patents

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JP2010230423A JP2009077060A JP2009077060A JP2010230423A JP 2010230423 A JP2010230423 A JP 2010230423A JP 2009077060 A JP2009077060 A JP 2009077060A JP 2009077060 A JP2009077060 A JP 2009077060A JP 2010230423 A JP2010230423 A JP 2010230423A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect movement of a target relating to an instrument for measuring the amount of displacement. <P>SOLUTION: A marker D is put on the target to be measured for photographing. First, a pixel constituting a reference image is weighted by luminance information of the pixel by using an initial image surface first photographed as a reference image surface, so as to calculate the center position coordinate of the reference image. The calculated value and an area expressed as the number of pixels are stored. After the lapse of a predetermined number of times, the marker D is similarly placed on the target to be measured for photographing. Its center position coordinate is calculated by the similar processing, and the value is compared with the stored center position coordinate of the reference image to obtain the difference (amount of displacement). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮影画像を用いる変位量測定装置及び同測定方法に関する。   The present invention relates to a displacement measuring apparatus and a measuring method using a photographed image.

従来から、特定の測定対象の動き或いは変位を測定するために画像を用いる方式が知られている。この画像方式は、他の方式と比べて一度に広範囲の(複数の)対象の変位を測定することができるという利点がある。
ところで、画像を用いる動き或いは変位の計測において、1台の固定カメラで撮影した画像を用いて2次元的に変位量を求める場合と、複数の固定カメラで撮影した画像を用いて3次元的に変位量を求める場合(特許文献1参照)とがあるが、1台の固定カメラで測定する場合は、測定対象の画像上における変位量を実際の3次元空間の変位量に換算することになるため、実際の変位量の精度は画像上の変位量の精度によって左右される。
つまり、この画像式変位量測定装置では、画像における変位量の精度を上げることによって実際に変位量の精度を上げることができるが、その測定分解能は撮影画像を構成する画素以下、つまり1画素以下にすることはできないという問題がある。
Conventionally, a method of using an image to measure the movement or displacement of a specific measurement target is known. This image method has an advantage that a wide range of displacements of a plurality of objects can be measured at a time compared to other methods.
By the way, in the measurement of movement or displacement using an image, the amount of displacement is obtained two-dimensionally using an image photographed by one fixed camera, and three-dimensionally using images photographed by a plurality of fixed cameras. There are cases where the amount of displacement is obtained (see Patent Document 1), but when measuring with a single fixed camera, the amount of displacement on the image to be measured is converted to the amount of displacement in the actual three-dimensional space. For this reason, the accuracy of the actual displacement amount depends on the accuracy of the displacement amount on the image.
That is, in this image type displacement measuring device, the accuracy of the displacement can be actually increased by increasing the accuracy of the displacement in the image, but the measurement resolution is less than or equal to the pixels constituting the captured image, that is, less than one pixel. There is a problem that cannot be made.

特開2004−77377号公報JP 2004-77377 A

本発明は、上記従来の問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、カメラ(撮影装置)で撮影した複数枚の撮影画像を用いて変位を測定する場合に、その測定分解能を従来のように1画素以上に限定されることなく、高精度に対象物の移動を検知できるようにすることである。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to reduce the measurement resolution when measuring displacement using a plurality of captured images captured by a camera (imaging device). It is to be able to detect the movement of the object with high accuracy without being limited to one pixel or more as in the prior art.

請求項1の発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、前記撮影画像を処理する画像処理装置及び表示部を備え、前記画像処理装置は、撮影した測定対象画像を構成する画素の輝度を測定する輝度測定部と、前記測定対象画像の画素の位置座標に前記輝度測定部で得た当該画素の輝度情報の重みを付けて前記測定対象画像の位置座標上での中心位置を算出する座標算出部と、予め蓄積した前記測定対象の基準画像の前記位置座標上での中心位置と算出された前記中心位置との変位量を比較判定し、判定した変位量を前記表示部に表示する比較判定部と、を有することを特徴とする変位量測定装置である。
請求項2の発明は、請求項1に記載された変位量測定装置において、前記座標算出部は、測定対象を対称となる方向で撮影した対を成す複数枚の画像についてそれぞれ算出した前記測定対象の中心位置を、平均化処理して算出することを特徴とする変位量測定装置である。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載された変位量測定装置において、前記測定対象は変位量を測定すべき対象物に描いた所定の形状又は前記対象物に固定した所定の形状の標識であることを特徴とする変位量測定装置である。
請求項4の発明は、測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、測定対象を撮影した撮影画像を取得する工程と、取得した測定対象画像を構成する画素の輝度を測定する輝度測定工程と、測定対象画像の画素の位置座標に前記輝度測定工程で得た当該画素の輝度情報の重みを付けて前記測定対象画像の位置座標上での中心位置を算出する位置座標算出工程と、予め蓄積した前記測定対象の基準画像の前記位置座標上での中心位置と算出された前記中心位置との変位量を判定する比較判定工程と、判定した変位量を前記表示部に表示する表示制御工程と、を有することを特徴とする変位量測定方法である。
請求項5の発明は、請求項4に記載された変位量測定方法において、前記位置座標算出工程は、測定対象を対称となる方向で撮影した対を成す複数枚の画像についてそれぞれ算出した前記測定対象の中心位置を、平均化処理して算出する工程であることを特徴とする変位量測定方法である。
The invention of claim 1 is a displacement amount measuring device for measuring a displacement amount of a measurement object based on a photographed image obtained by photographing the measurement object, comprising an image processing device and a display unit for processing the photographed image, and the image processing The apparatus includes a luminance measuring unit that measures the luminance of the pixels constituting the captured measurement target image, and weights the luminance information of the pixel obtained by the luminance measuring unit to the position coordinates of the pixels of the measurement target image. The coordinate calculation unit that calculates the center position of the measurement target image on the position coordinate is compared with the displacement amount between the center position of the reference image stored in advance on the position coordinate of the measurement target image and the calculated center position. And a comparison / determination unit that displays the determined displacement amount on the display unit.
According to a second aspect of the present invention, in the displacement amount measuring apparatus according to the first aspect, the coordinate calculation unit calculates the measurement target for each of a plurality of pairs of images obtained by photographing the measurement target in a symmetric direction. The displacement measuring device is characterized in that the center position is calculated by averaging.
According to a third aspect of the present invention, in the displacement amount measuring apparatus according to the first or second aspect, the measurement object is a predetermined shape drawn on an object whose displacement is to be measured or a predetermined shape fixed to the object. It is a displacement amount measuring device characterized by being a sign of.
The invention of claim 4 is a displacement amount measuring method for measuring a displacement amount of a measurement object based on a photographed image obtained by photographing the measurement object, the step of obtaining a photographed image obtained by photographing the measurement object, and the obtained measurement object image A luminance measurement step for measuring the luminance of the pixels constituting the pixel, and weighting the luminance information of the pixel obtained in the luminance measurement step to the position coordinates of the pixels of the measurement target image, on the position coordinates of the measurement target image A position coordinate calculation step for calculating a center position, and a comparison determination step for determining a displacement amount between the center position on the position coordinates of the reference image of the measurement object accumulated in advance and the calculated center position. A display control step of displaying a displacement amount on the display unit.
According to a fifth aspect of the present invention, in the displacement amount measuring method according to the fourth aspect, the position coordinate calculation step calculates the measurement calculated for each of a plurality of pairs of images obtained by photographing the measurement object in a symmetrical direction. A displacement amount measuring method characterized in that the center position of an object is a step of calculating by averaging processing.

本発明によれば、測定対象の画像上における大きさや位置を、画像を構成する画素の大きさの制約を受けず、つまりサブピクセル精度で測定することができるため変位量の検出精度を向上させることができる。   According to the present invention, the size and position of the measurement target image on the image can be measured with subpixel accuracy without being restricted by the size of the pixels constituting the image, so that the displacement detection accuracy is improved. be able to.

本発明の実施形態の画像式変位計の基本原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the basic principle of the image type displacement meter of embodiment of this invention. 図1のカメラ及び標識Dの配置における撮影画像を示す図である。It is a figure which shows the picked-up image in arrangement | positioning of the camera of FIG. 標識Dの初期画像と所定時間経過後の画像とを対比して示した図であって、図3Aは画素を表す升目と共にその初期値を示し、図3Bは所定時間経過後の同じ標識Dの同様の画像を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing a comparison between an initial image of a sign D and an image after a lapse of a predetermined time, in which FIG. 3A shows an initial value together with a cell representing a pixel, and FIG. It is a figure which shows the same image. 図3と同様に標識Dの初期画像と所定時間経過後の画像とを対比して示した図であって、図4Aはその初期画像、図4Bは所定時間経過後の画像をそれぞれ画素を示す升目とともに示した図である。4A and 4B are diagrams showing a comparison between an initial image of a sign D and an image after a predetermined time, in which FIG. 4A shows the initial image, and FIG. 4B shows a pixel after the predetermined time has passed. It is the figure shown with the grid. 図4Bに示す画像と、同じ画像について実際に取得した画像とを対比して示したものであって、それぞれ画素を示す升目とともに示した図である。It is the figure which contrasted and showed the image shown to FIG. 4B, and the image actually acquired about the same image, and is the figure shown with the cell which each shows a pixel. 図5Bに示す画像を閾値を変えて2値化したときの各画像を示す。即ち、図6Aは閾値を80%にしたときの画像、図6Bは閾値を50%にしたときの画像、及び図6Cは閾値を20%にしたときの画像を示す図である。Each image when the image shown to FIG. 5B is binarized by changing a threshold value is shown. 6A is an image when the threshold is 80%, FIG. 6B is an image when the threshold is 50%, and FIG. 6C is an image when the threshold is 20%. 図7Aは、画素の輝度情報を利用する場合における、対象画素の座標系の定義を説明する画像であり、図7Bは本実施形態に係るサブピクセル処理の原理を説明する図である。図7Cは、Y軸(高→低)に沿った図7Aについて、横軸をY座標、縦軸を輝度値としたグラフである。FIG. 7A is an image for explaining the definition of the coordinate system of the target pixel when the luminance information of the pixel is used, and FIG. 7B is a diagram for explaining the principle of the subpixel processing according to the present embodiment. FIG. 7C is a graph of FIG. 7A along the Y axis (high → low) with the horizontal axis representing the Y coordinate and the vertical axis representing the luminance value. 図8A、Bは、それぞれカメラを上及び下にパンして撮影した画像であって、図7の画像から0.3画素下方、及び上方に変位した画像を示す。FIGS. 8A and 8B show images taken by panning the camera up and down, respectively, and are displaced 0.3 pixels below and above the image in FIG. 7. 本発明の実施形態に係る測定対象の変位を測定するための装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the apparatus for measuring the displacement of the measuring object which concerns on embodiment of this invention. 本発明の測定対象の変位量測定手順を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the displacement amount measurement procedure of the measuring object of this invention.

本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
本実施形態は、1台のカメラで撮影した複数枚の測定対象(標識D)の画像を基に、これに当該画像を構成する輝度情報を加味して、最初に撮影した初期画像(基準画像)と、所定時間後に撮影された画像とを比較して、標識Dの変位を画素単位未満で測定できるようにするものであるが、その説明を行う前に、まず、本発明の基本原理について説明する。
The present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
In the present embodiment, based on images of a plurality of measurement objects (labels D) photographed by one camera, the luminance information constituting the image is added to the initial image (reference image). ) And an image taken after a predetermined time so that the displacement of the marker D can be measured in less than a pixel unit. Before the description is given, first, the basic principle of the present invention will be described. explain.

図1は、本発明の実施形態の変位量測定装置の基本原理を説明するための図である。
図1は、変位の測定対象となる、構造物例えば橋Bと変位量測定に用いるカメラCとの配置関係を示す図である。ここでは、橋Bの両側部に予め用意しておいた測定対象となる標識Dを、カメラCの方向に向けて等間隔で例えば貼り付けなどの適宜の手段で設置し、カメラCは変位量を測定したいエリアが撮影範囲に収まるように設置されている。
FIG. 1 is a diagram for explaining the basic principle of a displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement relationship between a structure, for example, a bridge B, and a camera C used for measuring a displacement amount, which are displacement measurement targets. Here, a marker D to be measured prepared in advance on both sides of the bridge B is installed at an equal interval in the direction of the camera C by appropriate means such as pasting, and the camera C is displaced. It is installed so that the area you want to measure is within the shooting range.

図2は、図1の配置における撮影画像を示す図である。
最初に撮影した標識Dの位置を初期値とし、所定時間(期間)後に、各標識Dがその位置からどれだけ動いたのかを画像上で測定する(この時点での測定単位は画素である)。ここで、標識Dの大きさは既知なので、撮影画像から、その標識Dが写っている場所(距離)では1画素がどれ位の大きさで写っているのかを知ることができる。この原理を利用して、その標識Dが実空間ではどれ位変位したのかを算出することができる。
FIG. 2 is a diagram showing a captured image in the arrangement of FIG.
The position of the sign D photographed first is set as an initial value, and after a predetermined time (period), how much each sign D has moved from that position is measured on the image (the measurement unit at this point is a pixel). . Here, since the size of the sign D is known, it is possible to know from the photographed image how large one pixel is shown at the place (distance) where the sign D is shown. Using this principle, it is possible to calculate how much the sign D is displaced in the real space.

即ち、図3は、ある標識Dが変位した画像を示す図であり、図3Aは画素を表す升目と共にその初期値を示し、図3Bは所定時間経過後の同じ標識Dの同様の画像を示す図である。
即ち、図3Aと図3Bとを対比すれば明らかなように、ある時間が経過したとき、標識Dは初期値から2画素分下へ変位している。
ここで、この標識Dが例えば1辺が5cmの正方形であるとすると、画素から見た寸法は、5cm÷10画素=0.5cm/画素、つまり、この標識Dの1画素当たりの寸法は0.5cmということになる。
したがって、図3Bで2画素分下がったとうことは、
0.5cm/画素×2画素=1cmとなり、これにより標識Dの実空間での変位量は1cm、つまり標識Dは所定時間経過後に1cm下がったということが分かる。
That is, FIG. 3 is a diagram showing an image in which a certain marker D is displaced, FIG. 3A shows its initial value together with a grid representing a pixel, and FIG. 3B shows a similar image of the same marker D after a predetermined time has elapsed. FIG.
That is, as is clear from a comparison between FIG. 3A and FIG. 3B, when a certain period of time has elapsed, the marker D is displaced by two pixels from the initial value.
Here, if this marker D is, for example, a square having a side of 5 cm, the size viewed from the pixel is 5 cm ÷ 10 pixels = 0.5 cm / pixel, that is, the size per pixel of this marker D is 0. It will be 5 cm.
Therefore, when 2 pixels are lowered in FIG. 3B,
0.5 cm / pixel × 2 pixels = 1 cm, which indicates that the displacement amount of the marker D in the real space is 1 cm, that is, the marker D is lowered by 1 cm after a predetermined time.

しかし、実際の変位は連続量であり、1画素分づつステップ状に変位するわけではない。
図4は、図3と同様に、ある標識Dの初期画像と所定時間経過後の画像とを対比して示した図であって、図4Aはその初期画像、図4Bは所定時間経過後の画像をそれぞれ画素を示す升目とともに示した図である。
図4Bでは、標識Dの上下の輪郭部分が画像を示す升目の上に懸かり、升目から変位した状態で結像している。この場合、標識Dの輪郭部分は写るか写らないか、つまり画像が存在するか否かの二者択一の状態ではなく、白と黒の間の色(グレー)となって現れる(図5B)。
However, the actual displacement is a continuous amount and is not displaced stepwise by one pixel.
4 is a diagram showing an initial image of a certain sign D compared with an image after a lapse of a predetermined time, as in FIG. 3, where FIG. 4A is the initial image, and FIG. 4B is a view after the lapse of the predetermined time. It is the figure which showed the image with the grid which each shows a pixel.
In FIG. 4B, the upper and lower contour portions of the sign D are hung on the mesh indicating the image, and are imaged in a state of being displaced from the mesh. In this case, the outline portion of the sign D appears or does not appear, that is, it is not an alternative state whether or not an image exists, but appears as a color (gray) between white and black (FIG. 5B). ).

図5は、図4Bに示す画像と、同じ画像について実際に取得した画像とを対比して示したものであって、それぞれ画素を示す升目とともに示した図である。
この例では、ほぼ0.3画素だけ下に変位した状態を示している。ここで、一般的な解析手法として取得画像を2値化すると、当然のことながら、2値化の際に用いる閾値によりその形状が変化する。
FIG. 5 shows the image shown in FIG. 4B in comparison with the image actually acquired for the same image, and is a diagram showing each pixel together with a grid showing pixels.
In this example, a state where the pixel is displaced downward by approximately 0.3 pixels is shown. Here, when the acquired image is binarized as a general analysis method, the shape of the acquired image naturally changes depending on the threshold value used for binarization.

図6は、図5Bに示す画像を、閾値を変えて2値化したときの各画像を示す。即ち、図6Aは閾値を80%にしたときの画像、図6Bは閾値を50%にしたときの画像、及び図6Cは閾値を20%にしたときの画像を示す図である。
これを例えば図4Aの初期画像と対比すると、閾値80%の画像への変位をみると変位量は0.5画素であり、閾値50%の画像への変位量は0画素、つまり変化なしであり、閾値20%の画像への変位量は0.5画素となる。
これから明らかなように、どの画像によっても正しい変位量を表すことはできない。
FIG. 6 shows each image when the image shown in FIG. 5B is binarized by changing the threshold value. 6A is an image when the threshold is 80%, FIG. 6B is an image when the threshold is 50%, and FIG. 6C is an image when the threshold is 20%.
If this is compared with the initial image of FIG. 4A, for example, the displacement amount to the image with the threshold value of 80% is 0.5 pixel, and the displacement amount to the image with the threshold value of 50% is 0 pixel, that is, no change. Yes, the amount of displacement to an image with a threshold of 20% is 0.5 pixels.
As is clear from this, the correct amount of displacement cannot be represented by any image.

そこで、本実施形態では、図示しない任意の輝度測定部で測定した各画素毎の輝度情報を利用して画像の変位量をより正確に表すこととした。
次に、その原理を説明する。
図7Aは、画素の輝度情報を利用する場合における、対象画素の座標系の定義を説明する図であり、図7Bは本実施形態に係るサブピクセル処理の原理を説明する図である。図7Cは、Y軸(高→低)に沿った図7Aについて、横軸をY座標、縦軸を輝度値としたグラフである。
図7Aにおいて、縦にY軸、横にX軸をとった場合、標識Dの中心(+)として白画素の中心をとる。これは外側の黒部分と背景が同色の黒であった場合には境界が分からない、つまり境界が背景に溶け込んでしまうため、外側黒部分がどこにあるのか分からなくなるためである。
ここで、中心座標を求めると、
Therefore, in the present embodiment, the amount of displacement of the image is expressed more accurately by using luminance information for each pixel measured by an arbitrary luminance measuring unit (not shown).
Next, the principle will be described.
FIG. 7A is a diagram for explaining the definition of the coordinate system of the target pixel when the luminance information of the pixel is used, and FIG. 7B is a diagram for explaining the principle of the sub-pixel processing according to the present embodiment. FIG. 7C is a graph of FIG. 7A along the Y axis (high → low) with the horizontal axis representing the Y coordinate and the vertical axis representing the luminance value.
In FIG. 7A, when the Y axis is taken vertically and the X axis is taken horizontally, the center of the white pixel is taken as the center (+) of the sign D. This is because when the outer black part and the background are black of the same color, the boundary is not known, that is, the boundary melts into the background, and it is impossible to know where the outer black part is.
Here, when the center coordinates are obtained,

Figure 2010230423
図7Aの場合、標識Dの中心座標は(0.5,0.5)になる。
図7Bは、図7Aの画像から0.3画素下方に変位した画像である。
この画像について標識Dの中心座標を求めると、
Figure 2010230423
In the case of FIG. 7A, the center coordinates of the marker D are (0.5, 0.5).
FIG. 7B is an image displaced 0.3 pixels downward from the image of FIG. 7A.
When the center coordinates of the sign D are obtained for this image,

Figure 2010230423
Figure 2010230423

中心(+)の初期値が(0.5,0.5)、変位後の位置が(0.5,0.2)なので、変位量はY軸方向に−0.3画素(つまり、下方へ0.3画素)となり、正しい結果が得られている。   Since the initial value of the center (+) is (0.5, 0.5) and the position after displacement is (0.5, 0.2), the amount of displacement is −0.3 pixels in the Y-axis direction (that is, downward) 0.3 pixels), and the correct result is obtained.

また、本方式においては標識Dの変位量を画素ベースから換算する時点で、標識Dが写る大きさを基に計算するため、面積を求める時点においてもこの原理は有効である。
この原理によらないと、(画像内の標識Dの)面積を間違う ⇒ 換算量が違ってくる ⇒ 変位量も違ってくるとなるが、本実施形態では、このような誤りは生じない。
Further, in this method, since the displacement amount of the marker D is calculated from the pixel base, the calculation is based on the size of the marker D, so this principle is effective even when the area is obtained.
Without this principle, the area (of the label D in the image) is wrong ⇒ the conversion amount is different ⇒ the displacement amount is also different, but in this embodiment, such an error does not occur.

なお、輝度情報を利用する際、例えば、図7Aの標識画像のY軸に沿った各画素について輝度値を算出する。
即ち、図7Aの標識画像の上半分の画像の上から黒、グレー、白の部分として表されたとして、Y軸(高→低)に沿った標識画像の上半分の画素毎に、横軸をY座標、縦軸を輝度値とすると、図7Cに示すグラフを得る。ここでは標識の黒い部分の輝度値をL、白い部分をL、黒と白の境界のグレーをLとすると、先ず図7Aの標識の上半分をみると、先ず、黒い部分(輝度値:L)がY座標のYからYまで続き、続いてYからYまではグレー部分(輝度値:L)、YからYまでは白い部分(輝度値:L)となる。図7Cの縦線間の幅は画素の幅に等しい。実際の撮像画面では、標識画像は撮像装置の画素配列に対してずれるため、その輝度値を計算するには、ずれた幅(1画素の幅未満)を考慮して実際の輝度値を算出する。特定の画素の重みは次の計算式で求めることができる。
W(L)=(L−L)/(L−L
各画素に付加する重みは、Lを0、Lを1に正規化することで得られる。
When using the luminance information, for example, the luminance value is calculated for each pixel along the Y axis of the sign image in FIG. 7A.
That is, assuming that the upper half of the sign image in FIG. 7A is represented as black, gray, and white parts from the upper half of the sign image, the horizontal axis for each pixel in the upper half of the sign image along the Y axis (high → low) Is the Y coordinate and the vertical axis is the luminance value, the graph shown in FIG. 7C is obtained. Here, assuming that the luminance value of the black portion of the sign is L A , the white portion is L B , and the gray at the boundary between black and white is L C , first, when looking at the upper half of the sign of FIG. Value: L A ) continues from Y 1 to Y 2 of the Y coordinate, then Y 2 to Y 3 is a gray portion (luminance value: L C ), Y 3 to Y 4 is a white portion (luminance value: L B ). The width between the vertical lines in FIG. 7C is equal to the width of the pixel. In the actual imaging screen, the sign image is shifted with respect to the pixel arrangement of the imaging device. Therefore, in order to calculate the luminance value, the actual luminance value is calculated in consideration of the shifted width (less than the width of one pixel). . The weight of a specific pixel can be obtained by the following calculation formula.
W (L) = (L C -L A) / (L B -L A)
Weight to be added to each pixel, obtained by normalizing to 1 0, L B and L A.

次に、カメラのパン・チルトによるサブピクセル演算の精度向上のための原理について説明する。
本実施形態では、上記の原理に基づき変位量測定の精度を向上させるが、輝度情報を元にしているためノイズ等による誤差が含まれてくる虞がある。
そこで、カメラを微小角度分(1画素未満が妥当)だけパン・チルトさせることで撮影画像中の標識Dのぼやける境界を変えつつ複数の画像を撮影し、それらから求められた座標の平均をとることで誤差の影響を緩和させることができる。そのため、左にパンした画像を使用したときは、必ず右にパンした画像も使用するというように、カメラの方向が必ず対称になるようなペアで撮影する必要がある。これは、どちらかに偏ると中心の位置も同様に偏る結果になるからである。
Next, the principle for improving the accuracy of sub-pixel calculation by camera pan / tilt will be described.
In the present embodiment, the accuracy of displacement measurement is improved based on the above principle, but there is a possibility that an error due to noise or the like may be included because it is based on luminance information.
Therefore, by panning and tilting the camera by a minute angle (less than one pixel is appropriate), a plurality of images are photographed while changing the blurry boundary of the sign D in the photographed image, and the average of the coordinates obtained from them is taken. This can alleviate the effects of errors. For this reason, when an image panned to the left is used, it is necessary to shoot with a pair in which the camera directions are always symmetrical, such as an image panned to the right. This is because if it is biased in either direction, the center position is also biased in the same way.

図8は、カメラの方向を上下にパンして撮影した対称の画像であり、図8Aはカメラを標識Dに向けて上にパンして撮影した画像であり、図8Bは同様に下にパンして撮影した画像である。
本実施形態によれば、カメラの方向を対称の方向に変えることによりノイズを相殺し、かつそれぞれの画像において算出した二次元座標上の中心位置座標の平均をとることで検出精度を一層高めることができる。
FIG. 8 is a symmetrical image taken by panning the camera direction up and down, FIG. 8A is an image taken by panning the camera up toward the sign D, and FIG. 8B is similarly panned downward. It is an image that was taken.
According to this embodiment, noise is canceled by changing the direction of the camera to a symmetric direction, and detection accuracy is further improved by taking the average of the center position coordinates on the two-dimensional coordinates calculated in each image. Can do.

図9は、以上で説明した測定対象物である標識D、したがって、ここでは橋Bの変位を測定するための装置の機能ブロック図である。
即ち、本実施形態の変位量測定装置は、測定対象物の画像を撮像するための例えば電子カメラ1と、画像処理装置4と、画像処理装置4の操作や設定値やその他の入力等を行うための入力装置2と、画像などの表示を行う表示部3とから成っている。なお、表示部3は液晶などによる可視的表示手段にかぎらず、音声や光により表示を行うものでもよい。
FIG. 9 is a functional block diagram of an apparatus for measuring the displacement of the marker D, which is the measurement object described above, and thus the bridge B here.
That is, the displacement measuring apparatus according to the present embodiment performs, for example, the electronic camera 1 for capturing an image of the measurement object, the image processing apparatus 4, the operation of the image processing apparatus 4, setting values, and other inputs. Input device 2 and a display unit 3 for displaying an image or the like. Note that the display unit 3 is not limited to a visual display means such as liquid crystal, and may be one that performs display by sound or light.

画像処理装置4は、画像処理装置4とカメラ1、入力装置2、表示部3とを接続するためのインタフェース10と、画像処理装置4全体を制御するCPU12、RAM14、輝度測定部16と、図示しないROM等とから成っている。
ここで、CPU12は、ROMに格納されたプログラムを実施することにより得られる機能実現手段として、カメラ制御部120,標識探索部122と、比較判定部124を有する。
カメラ制御部120は、外部からの指示により或いはタイマーに基づき定期的に測定対象物を撮影する。その場合、カメラのパン制御を行うため図示しないカメラ駆動部を制御する信号を生成してインタフェース10を介してカメラ1に伝える。
The image processing device 4 includes an interface 10 for connecting the image processing device 4 to the camera 1, the input device 2, and the display unit 3, a CPU 12 that controls the entire image processing device 4, a RAM 14, and a luminance measuring unit 16. It consists of not ROM.
Here, the CPU 12 includes a camera control unit 120, a marker searching unit 122, and a comparison determination unit 124 as function realizing means obtained by executing a program stored in the ROM.
The camera control unit 120 periodically photographs the measurement object according to an instruction from the outside or based on a timer. In that case, in order to perform pan control of the camera, a signal for controlling a camera driving unit (not shown) is generated and transmitted to the camera 1 via the interface 10.

標識探索部122は、前処理部122aと標識Dの位置座標を算出する座標算出部122bを有する。前処理部122aは撮影画像の解析を行う前に撮影画像の処理を行い、かつ座標算出部122bは、輝度測定部16で得た画素毎の輝度情報を加味して算出した標識Dの変位を判断するために標識Dの中心の位置座標値を既に述べた方法で算出する。
比較判定部124は、初期画像と所定時間後に撮影した画像(現画像)とを例えばそれぞれの中心位置座標で比較して変位が生じたか、その変位量が閾値を越えるものか否か判断し、閾値を越えたとき表示部3に変位量を表示する制御を行う。
The marker searching unit 122 includes a preprocessing unit 122a and a coordinate calculating unit 122b that calculates the position coordinates of the marker D. The pre-processing unit 122a performs processing of the captured image before analyzing the captured image, and the coordinate calculation unit 122b calculates the displacement of the marker D calculated in consideration of the luminance information for each pixel obtained by the luminance measurement unit 16. In order to determine, the position coordinate value of the center of the sign D is calculated by the method described above.
The comparison / determination unit 124 determines whether a displacement has occurred by comparing the initial image and an image (current image) taken after a predetermined time, for example, with the respective center position coordinates, or whether the displacement exceeds a threshold value. When the threshold value is exceeded, control is performed to display the displacement amount on the display unit 3.

RAM14には取得画像を格納するための取得画像領域140と、標識D探査部122の処理の途中結果を格納する領域142と、基準データを格納する基準データ領域144と各種の設定値を格納する領域146が設けられている。
当該領域142には、標識Dの平均座標を収容する平均座標領域142aが設けられており、基準データ領域144には、基準画像(当初画像)144a、基準画像の基準座標144b、既に説明した各種の閾値144cが格納されている。
The RAM 14 stores an acquired image area 140 for storing an acquired image, an area 142 for storing an intermediate result of processing by the sign D searching unit 122, a reference data area 144 for storing reference data, and various setting values. Region 146 is provided.
The area 142 is provided with an average coordinate area 142a that accommodates the average coordinates of the sign D. The reference data area 144 includes a reference image (initial image) 144a, a reference coordinate 144b of the reference image, and various types of already described various types. The threshold 144c is stored.

図10は、以上で説明した対象物の変位量測定手順を説明するためのフロー図である。
対象物の変位を測定する場合、先ず、カメラ例えば電子カメラにより画像を取得する(S101)なお、この取得した画像をRAM14に格納する前に輝度測定部16(図9)による撮影画像の画素の輝度測定を行い、画像と共にRAM14に保存する。続いて、カメラで撮像した画像について行う例えば画質の修正などの画像処理を前処理として行う(S102)。続いて画像中の標識位置検索を行い(S103)、位置検索された標識Dについて上記サブピクセル処理を行い当該標識Dの初期値、例えばその中心のX−Y座標値を算出し(S104)、算出した標識Dの初期値とその面積を算出して記憶装置に記憶する。以上の処理を全ての標識Dについて行う(S106)。
上記処理から所定時間後に、同じ標識Dについて上記と同様に画像を取得し(S107)、この場合も、この取得した画像をRAM14に格納する前に輝度測定部16(図9)による撮影画像の画素の輝度測定を行い、画像と共にRAM14に保存する。続いて、上記と同様の前処理として行い(S108)、続いて画像中の標識位置検索を行い(S109)、位置検索された標識DについてステップS104と同様のサブピクセル処理を行い(S110)、その移動量を算出する(S111)。続いて、その移動量と予め定めた閾値とを比較し(S112)、その移動量が閾値を越えるか否かチェックして(S113)、越えたときは、例えば移動対象物を管理する管理センタなど予め定めた部署等に通知する(S114)。全ての標識Dについて上記処理を終了したときは(S115)、再度、ステップS107以降の処理を続行するか否か判断し、処理を続行しないときは(S116、NO)、処理を終了する。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the procedure for measuring the amount of displacement of the object described above.
When measuring the displacement of the object, first, an image is acquired by a camera, for example, an electronic camera (S101). Before storing the acquired image in the RAM 14, the pixel of the captured image by the luminance measuring unit 16 (FIG. 9) is acquired. The brightness is measured and stored in the RAM 14 together with the image. Subsequently, image processing such as image quality correction performed on the image captured by the camera is performed as preprocessing (S102). Subsequently, a marker position search in the image is performed (S103), the above-described subpixel processing is performed on the marker D whose position has been searched, and an initial value of the marker D, for example, an XY coordinate value of the center thereof is calculated (S104). The calculated initial value and area of the sign D are calculated and stored in the storage device. The above processing is performed for all the labels D (S106).
After a predetermined time from the above processing, an image is acquired for the same sign D in the same manner as described above (S107), and in this case as well, before the acquired image is stored in the RAM 14, the luminance measurement unit 16 (FIG. 9) The luminance of the pixel is measured and stored in the RAM 14 together with the image. Subsequently, the same pre-processing as described above is performed (S108), the marker position search in the image is subsequently performed (S109), and the sub-pixel process similar to step S104 is performed for the marker D whose position has been searched (S110). The movement amount is calculated (S111). Subsequently, the movement amount is compared with a predetermined threshold value (S112), and whether or not the movement amount exceeds the threshold value is checked (S113). To a predetermined department or the like (S114). When the above process is completed for all the signs D (S115), it is determined again whether or not the process after step S107 is continued. When the process is not continued (S116, NO), the process is terminated.

以上、本実施形態によれば、測定対象画像の輝度情報を用いたことにより、従来のような画素単位での変位検知では不可能であった、より詳細な変位、つまり測定対象画像の1画素に満たない変位も正確に測定できる。また、カメラの方向を一対の対称となる撮影位置で撮影した複数画像を用いることにより、輝度情報におけるノイズを除去でき、また、それぞれの画像において算出した中心位置の位置座標を平均化処理することにより、中心の座標位置をより高い精度で算出することができる。   As described above, according to the present embodiment, by using the luminance information of the measurement target image, more detailed displacement, that is, one pixel of the measurement target image, which is impossible with the conventional pixel-based displacement detection. Displacement less than can be measured accurately. Also, by using multiple images taken at a pair of symmetrical shooting positions with the camera direction, noise in the luminance information can be removed, and the position coordinates of the center position calculated in each image are averaged Thus, the center coordinate position can be calculated with higher accuracy.

1・・・電子カメラ、2・・・入力装置、3・・・表示部、4・・・画像処理装置、10・・・インタフェース、12・・・CPU、14・・・RAM、16・・・輝度測定部、120・・・カメラ制御部、122・・・標識探索部、124・・・比較判定部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electronic camera, 2 ... Input device, 3 ... Display part, 4 ... Image processing apparatus, 10 ... Interface, 12 ... CPU, 14 ... RAM, 16 ... A luminance measuring unit, 120 ... a camera control unit, 122 ... a sign searching unit, 124 ... a comparison / determination unit.

Claims (5)

測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定装置であって、
前記撮影画像を処理する画像処理装置及び表示部を備え、
前記画像処理装置は、撮影した測定対象画像を構成する画素の輝度を測定する輝度測定部と、前記測定対象画像の画素の位置座標に前記輝度測定部で得た当該画素の輝度情報の重みを付けて前記測定対象画像の位置座標上での中心位置を算出する座標算出部と、予め蓄積した前記測定対象の基準画像の前記位置座標上での中心位置と算出された前記中心位置との変位量を比較判定し、判定した変位量を前記表示部に表示する比較判定部と、
を有することを特徴とする変位量測定装置。
A displacement measuring device for measuring a displacement of a measurement object based on a photographed image obtained by photographing the measurement object,
An image processing apparatus for processing the captured image and a display unit;
The image processing apparatus includes a luminance measurement unit that measures the luminance of pixels constituting the captured measurement target image, and the weight of the luminance information of the pixel obtained by the luminance measurement unit in the position coordinates of the pixel of the measurement target image. In addition, a coordinate calculation unit that calculates a center position on the position coordinates of the measurement target image, and a displacement between the center position on the position coordinates of the reference image stored in advance and the calculated center position A comparison and determination unit that compares and determines the amount, and displays the determined displacement amount on the display unit;
A displacement amount measuring apparatus comprising:
請求項1に記載された変位量測定装置において、
前記座標算出部は、測定対象を対称となる方向で撮影した対を成す複数枚の画像についてそれぞれ算出した前記測定対象の中心位置を、平均化処理して算出することを特徴とする変位量測定装置。
In the displacement amount measuring device according to claim 1,
The coordinate calculation unit calculates the displacement of the measurement object by averaging the center position of the measurement object calculated for each of a plurality of pairs of images obtained by photographing the measurement object in a symmetric direction. apparatus.
請求項1又は2のいずれかに記載された変位量測定装置において、
前記測定対象は変位量を測定すべき対象物に描いた所定の形状又は前記対象物に固定した所定の形状の標識であることを特徴とする変位量測定装置。
In the displacement amount measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The displacement measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement object is a mark having a predetermined shape drawn on the object whose displacement is to be measured or a predetermined shape fixed to the object.
測定対象を撮影した撮影画像に基づき測定対象の変位量を測定する変位量測定方法であって、
測定対象を撮影した撮影画像を取得する工程と、取得した測定対象画像を構成する画素の輝度を測定する輝度測定工程と、測定対象画像の画素の位置座標に前記輝度測定工程で得た当該画素の輝度情報の重みを付けて前記測定対象画像の位置座標上での中心位置を算出する位置座標算出工程と、予め蓄積した前記測定対象の基準画像の前記位置座標上での中心位置と算出された前記中心位置との変位量を判定する比較判定工程と、判定した変位量を前記表示部に表示する表示制御工程と、
を有することを特徴とする変位量測定方法。
A displacement measurement method for measuring a displacement of a measurement object based on a photographed image obtained by photographing the measurement object,
A step of acquiring a photographed image obtained by photographing the measurement target, a luminance measurement step of measuring the luminance of the pixels constituting the acquired measurement target image, and the pixel obtained in the luminance measurement step in the position coordinates of the pixels of the measurement target image The position coordinate calculation step of calculating the center position on the position coordinates of the measurement target image with the weight of the luminance information is calculated, and the center position on the position coordinates of the reference image stored in advance is calculated. A comparison determination step of determining a displacement amount with respect to the center position, a display control step of displaying the determined displacement amount on the display unit,
A displacement measuring method characterized by comprising:
請求項4に記載された変位量測定方法において、
前記位置座標算出工程は、測定対象を対称となる方向で撮影した対を成す複数枚の画像についてそれぞれ算出した前記測定対象の中心位置を、平均化処理して算出する工程であることを特徴とする変位量測定方法。
In the displacement amount measuring method according to claim 4,
The position coordinate calculation step is a step of calculating a center position of the measurement object calculated for each of a plurality of pairs of images obtained by photographing the measurement object in a symmetrical direction, and calculating the average position. Displacement amount measurement method.
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