特開 2018-72218 変位計測方法、及び変位計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-72218(P2018-72218A)

(43)【公開日】2018年5月10日

(54)【発明の名称】変位計測方法、及び変位計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20180406BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-213712(P2016-213712)

(22)【出願日】2016年10月31日

(71)【出願人】

【識別番号】504209655

【氏名又は名称】国立大学法人佐賀大学

(71)【出願人】

【識別番号】504205521

【氏名又は名称】国立大学法人 長崎大学

(71)【出願人】

【識別番号】591248223

【氏名又は名称】株式会社計測リサーチコンサルタント

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】特許業務法人 インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 幸広

(72)【発明者】

【氏名】松田 浩

(72)【発明者】

【氏名】出水 享

(72)【発明者】

【氏名】岡本 卓慈

(72)【発明者】

【氏名】宮本 則幸

(72)【発明者】

【氏名】木本 啓介

(72)【発明者】

【氏名】梅本 秀二

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA09

2F065AA14

2F065AA17

2F065AA20

2F065AA65

2F065BB15

2F065BB28

2F065CC14

2F065CC40

2F065DD02

2F065DD03

2F065DD06

2F065FF01

2F065FF04

2F065FF61

2F065FF65

2F065GG00

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065PP12

2F065PP13

2F065QQ01

2F065QQ24

2F065QQ36

2F065QQ42

2F065TT02

2F065UU09

(57)【要約】

【課題】簡易に精度良く構造物に生じる変位を計測可能な変位計測方法等を提供する。
【解決手段】構造物２の異なる複数の位置にターゲット１０を配置し、ターゲット１０を撮影する光学式撮像装置３０を固定点に配置して、構造物２の変位前後のターゲット１０を撮影し、各ターゲット１０の画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後のターゲット１０の中心座標から構造物２の変位が計測される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物の異なる複数の変動部にターゲットを配置し、前記ターゲットを撮影する光学式撮像装置を固定部に配置して、前記構造物の変位前後の前記ターゲットを撮影し、各ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量が計測されることを特徴とする変位計測方法。

【請求項2】

構造物の異なる複数の変動部に配置されるターゲットと、
固定部に配置される光学式撮像装置と、
前記光学式撮像装置により撮影された変位前後の前記ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量を計測する処理装置と、
を備えていることを特徴とする変位計測装置。

【請求項3】

前記光学式撮像装置は、画角内に複数の前記ターゲットが含まれるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の変位計測装置。

【請求項4】

前記処理装置は、前記中心座標を、前記画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出することを特徴とする請求項２、又は請求項３に記載の変位計測装置。

【請求項5】

前記ターゲットは、中心を基点として周囲の濃度が徐々に変動する指標であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の変位計測装置。

【請求項6】

前記指標は、中心に頂点を有するようにして２つの三角形を点対称又は線対称に配置し、２つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものであることを特徴とする請求項５に記載の変位計測装置。

【請求項7】

前記指標は、鉛直方向に２つ並んで配置されていることを特徴とする請求項５、又は請求項６に記載の変位計測装置。

【請求項8】

前記ターゲットに光を照射する照射体が設けられていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の変位計測装置。

【請求項9】

前記ターゲットは、鉛直方向に移動可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の変位計測装置。

【請求項10】

前記光学式撮像装置を支持する支持装置を更に備え、
当該支持装置は、前記光学式撮像装置とともに水準器を並べて配置可能なベースを具備していることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の変位計測装置。

【請求項11】

前記光学式撮像装置は、
動画データを撮影する撮像装置であって、
前記画像データは、動画データから時系列に切り出された静止画像であることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか一項に記載の変位計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、応力変動が生じる構造物の変位を計測する変位計測方法及び変位計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、例えば、橋梁等の構造物の老朽化が問題となっており、この対策を実施するには老朽化の度合いを知る必要がある。

【0003】

一般的に老朽化の度合いは、目視による定期点検によって判断され、この目視点検では、材料劣化や外観変状がわかるものの、内部劣化を知ることができず、安全性を適切に判断することが困難である。

【0004】

目視点検では、ハンマーで床版を叩き、その音を聞いて劣化の指標とすることが従来から行われており、この場合には、床版の下部空間に足場を組む必要があった。

【0005】

このような方法では、足場の組立、分解、移動等に時間と費用を要することや、熟練度によって判断に差異が出るなどの問題がある。

【0006】

そこで、足場を組むことなく老朽化の度合いを判断する手法として、特許文献１に記載されているように、非接触で橋梁の変位を計測する装置が従来から知られている。

【0007】

この手法は、３次元レーザスキャナにより構造物の変位を計測する装置であって、計測対象物から離れた位置に測定装置を設置し、任意のターゲットに向けて照射したレーザーパルスが反射して戻ってくるまでの時間から算出する距離を計測することで任意点の座標を算出し、その座標の移動から変位を計測するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第４１１４７９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１の手法は、広い範囲を計測できる反面、個々のポイントでは精度が低く、計測位置を正確に特定することが困難であり、構造物の変位量を正確に計測することができるとは言えない。

【0010】

また、その他、橋桁の変位を計測する一例として、トータルステーションを用いる手法やデジタルカメラ等を用いる手法が知られているが、トータルステーションでは高い計測精度が望めず、デジタルカメラでは１台のカメラでは１測点のみの計測となり広い範囲を計測できない等の問題がある。

【0011】

本願は上記各問題点の解決を課題の一例として為されたもので、簡易に精度良く構造物に生じる変位を計測可能な変位計測方法等を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の変位計測方法は、構造物（２）の異なる複数の変動部にターゲット（１０）を配置し、前記ターゲットを撮影する光学式撮像装置（３０）を固定部に配置して、前記構造物の変位前後の前記ターゲットを撮影し、各ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量が計測されることを特徴とする。

【0013】

また、請求項２に記載の変位計測装置（１）は、構造物の異なる複数の変動部に配置されるターゲット（１０）と、固定部に配置される光学式撮像装置（３０）と、前記光学式撮像装置により撮影された変位前後の前記ターゲットの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の前記ターゲットの中心座標から前記構造物の変位量を計測する処理装置（５０）と、を備えていることを特徴とする。

【0014】

また、請求項３に記載の変位計測装置は、請求項２に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置は、画角内に複数の前記ターゲットが含まれるように配置されていることを特徴とする。

【0015】

また、請求項４に記載の変位計測装置は、請求項２、又は請求項３に記載の変位計測装置において、前記中心座標は、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出されることを特徴とする。

【0016】

また、請求項５に記載の変位計測装置は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットは、中心を基点として周囲の濃度が徐々に変動する指標であることを特徴とする。

【0017】

また、請求項６に記載の変位計測装置は、請求項５に記載の変位計測装置において、前記指標は、中心に頂点を有するようにして２つの三角形を点対称又は線対称に配置し、２つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものであることを特徴とする。

【0018】

また、請求項７に記載の変位計測装置は、請求項５、又は請求項６に記載の変位計測装置において、前記指標は、鉛直方向に２つ並んで配置されていることを特徴とする。

【0019】

また、請求項８に記載の変位計測装置は、請求項２乃至７のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットに光を照射する照射体が設けられていることを特徴とする。

【0020】

また、請求項９に記載の変位計測装置は、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記ターゲットは、鉛直方向に移動可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であることを特徴とする。

【0021】

また、請求項１０に記載の変位計測装置は、請求項２〜９のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置を支持する支持装置を更に備え、当該支持装置は、前記光学式撮像装置とともに水準器を並べて配置可能なベースを具備していることを特徴とする。

【0022】

また、請求項１１に記載の変位計測装置は、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の変位計測装置において、前記光学式撮像装置は、動画データを撮影する撮像装置であって、
前記画像データは、動画データから時系列に切り出された静止画像であることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】変位計測装置の配置例を示す模式図であり、図１（ａ）は側面視における配置例の模式図、図１（ｂ）は平面視における配置例の模式図である。

【図2】ターゲットとなる指標の一例を示す模式図である。

【図3】撮像装置により撮影した画像データから指標の中心座標を算出する一例を示す模式図であり、図３（ａ）は画像データの構成を示す模式図、図３（ｂ）は画像データの行ごとのピクセルの階調値の平均値をグラフ化した一例を示す模式図である。

【図4】変位計測装置の構成例を示す模式図である。

【図5】ターゲットの一例を示す斜視図である。

【図6】撮像装置の一例を示す斜視図である。

【図7】指標の中心座標の変位例を示す模式図である。

【図8】橋梁にねじれが生じた際の指標の変位例を示す模式図である。

【図9】指標の一例を示し、図９（ａ）は指標の構成例を示す模式図、図９（ｂ）は図９（ａ）の指標を撮影した画像データをグラフ化した一例を示す模式図である。

【図10】指標の他の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本願の実施形態について、図１乃至図１０を用いて詳細に説明する。

【0025】

（変位検出方法の概要）
まず、変位計測方法について図１乃至図３を用いて説明する。

【0026】

本実施形態の変位計測方法は、計測対象物としての構造物（例えば、橋梁）の老朽化の度合いを判断するために静的載荷時における撓み量（変位量）を計測するものである。

【0027】

本実施形態の変位計測方法は、ターゲット１０を用いて橋梁２に生じる撓み量（変位量）を計測するものであって、図２に示すターゲット１０に表示される指標１０Ａを撮影し、その指標１０Ａの画像データの濃度分布に基づいて変位前後の指標１０Ａの中心座標を算出し、変位前後の中心座標を用いて橋梁２に生じる変位量を計測するものである。

【0028】

なお、橋梁２の撮影には、撮影した画像をデジタルデータとして記録可能なデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの光学的撮像装置（以下、「撮像装置３０」と称する。）が用いられる。また、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を用いる場合には、動画を撮影した後に時系列に切り出された静止画の画像データが用いられる。

【0029】

また、指標１０Ａの中心座標は、図３（ｂ）に示すように、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出される。

【0030】

この種の変位計測方法で用いられる指標の一例として、例えば、図９（ａ）に示すように、正方形を４５度回転した菱形状の指標が知られている。この指標は、矩形部分が黒色で塗りつぶされたマーカ領域と、マーカ領域の周辺が白色で塗りつぶされた他の領域と、を有している。

【0031】

このような指標は、撮影装置３０により撮影され、撮影された画像データの重心座標は、例えば、図９（ｂ）に示すように、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線形図から算出される。上述した正方形の指標の重心座標を線形図から算出する場合、図９（ｂ）に示すような線形の頂点座標を求めるため、高次関数の解析が必要である。

【0032】

また、このような指標は、撮像装置３０と指標との距離が遠くなるほど、撮像装置３０により撮影された画像データから得られるピクセル数が少なくなり、解析精度が低くなる。一方で、指標を大きくした場合、一般に複数のターゲットを任意の点に配置して、撮像装置３０の画角内に複数のターゲットが映りこむように撮影されるため、ターゲットの配置変更等が必要となり作業性が悪い。

【0033】

また、その他従来の一般的な指標を用いてその重心（中心）座標を求める場合、白黒の境界を決める閾値の設定が困難で、特に、周囲の明るさが変化すると閾値も変えなければならず誤差を生じやすい。

【0034】

（指標について）
そこで、本実施形態の変位計測方法で用いられる指標１０Ａは、図２及び図３に示すように、中心Ｘを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示されたものであって、例えば、中心Ｘに頂点を有するようにして同一の２つの三角形を点対称又は線対称に配置し、この２つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものである。

【0035】

この指標によれば、指標をグラフ化して重心座標を算出する場合、図３に示すような線形図の交点座標を求めるため、１次関数の解析で重心座標を求めることができる。したがって、高次関数の解析で重心座標を求めるよりも、誤差が生じにくく、容易な算出式で高精度に重心座標を算出可能である。

【0036】

また、本実施形態の指標１０Ａは、撮像装置３０とターゲット１０の距離に応じて、撮影される範囲が設定される。具体的には、撮像装置３０とターゲット１０の距離が近い場合には、図２に示す枠１０ｂを解析する範囲として設定され、撮像装置３０とターゲット１０の距離が遠い場合には、図２に示す枠１０ｃを解析する範囲として設定される。

【0037】

したがって、従来のように、撮像装置３０と指標１０Ａとの距離が遠くなっても所定のピクセル数を確保することが可能であり、ターゲット１０（指標）の大きさを変えることなく１つの指標で高精度に重心座標を算出できる。

【0038】

また、本実施形態の指標は、階調値の平均値をグラフ化することで算出されるので、白黒の境界を決める閾値を設置する必要がない。

【0039】

（指標の精度について）
表１は、屋内において、撮影距離を変えて本実施形態で用いられた指標１０Ａを変位させた際の精度測定の結果である。

【0040】

【表1】

【0041】

表１における測定は、屋内において、撮影距離が５ｍ及び１０ｍの時に、ターゲット１０を１〜１０ｍｍの範囲で変位させて、変位毎に撮像装置３０により撮影して、その撮影画像から変位量の測定を行った。表１より、本発明の指標の計測誤差の平均は、撮影距離が５ｍの場合に0.019（ｍｍ）、撮影距離が１０ｍの場合に、-0.007（ｍｍ）であった。本結果より、本発明の指標を用いることで、誤差をほぼ1/50以内にできることがわかる。

【0042】

表２は、屋外において、撮影距離を変えて本実施形態で用いられた指標１０Ａを変位させた際の精度測定の結果である。

【0043】

【表2】

【0044】

表２における測定は、屋外において、撮影距離を５〜３０ｍの範囲で変えたときに、ターゲットを１〜１０ｍｍの範囲で変位させて、変位毎に撮像装置３０により撮影して、その撮影画像から変位量の誤差を計測し、その最小値、最大値、及び平均値を計測した。表２により、本発明の指標の計測誤差の平均は、ほぼ1/50以内であった。本結果より、通常、周囲の明るさが暗かったり撮影距離が長くなると誤差を生じやすいが、本発明においては、周囲の明るさや撮影距離に影響を受けにくいことがわかる。

【0045】

（変位計測装置の構成等）
次に、上記変位計測方法を実施するための変位計測装置（以下、「計測装置１」と称する。）について図１乃至図８を用いて説明する。

【0046】

本実施形態の計測装置１は、一例として、図１に示すような橋梁２を計測対象物として適用した場合の実施形態を示すものであるが、この実施形態に限定されるものではなく、たとえば、高速道路等の大型構造物に適用することができる。また、以下の説明において、橋梁２は、図１に示すように、一例として、上端が道路面４と同一面となる橋台５を構築し、支承体６を介して橋桁７を載置しているものとする。また、本実施形態では、道路面４や支承体６を変位の生じにくい（変位しない）位置（固定部）とし、橋桁７を変位する位置（変動部）として説明を行う。

【0047】

本実施形態の計測装置１は、図１及び図４に示すように、橋梁２の橋桁７上に配置されるターゲット１０と、このターゲット１０を撮影する撮像装置３０と、撮影された画像データに基づいて静的載荷時において橋梁（橋桁）に発生する撓み量（変位量）を解析処理する処理装置５０と、を備える。

【0048】

図１に示すように、ターゲット１０は変動部に複数設置され、撮像装置３０は固定部に設置される。図示例において、ターゲット１０は、適宜間隔を有して一直線上に複数配置されているが、図１（ｂ）に示すように、撮像装置３０の画角に含まれるように配置されていれば特に本実施形態に限定されるものではない。具体的に本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、撮像装置３０を横にずらしてターゲット１０を斜め方向から撮影しているが、ターゲット１０が並ぶ直線上に撮像装置３０を配置し、各ターゲット１０を高さ方向又は左右（横）方向にずらし、各ターゲット１０が撮像装置３０の画角内に含まれるようにしても構わない。

【0049】

このように撮像装置３０の画角内に複数のターゲット１０が含まれるようにすることで、１台の撮像装置３０で複数個所のターゲット１０を撮影可能であるため、設備や計測のための機器の設置を簡易に行え、作業性の効率化及び低コスト化を図れる。

【0050】

図５に示すように、ターゲット１０は、目印となる指標１０Ａが表示された表示装置１１と、指標１０Ａに光を照射する照射装置１７と、を備え、表示装置１１と照射装置１７は一体的に構成される。

【0051】

表示装置１１は、地面に固定される基台１２と、この基台１２上に取り付けられ平行に立設する２つの立設体１３と、この２つの立設体１３に架け渡され、鉛直方向に摺動可能に取り付けられるブラケット１４と、このブラケット１４から立設するフレーム１５に取り付けられる表示体１６と、を備える。フレーム１５は、ブラケット１４に対して鉛直軸回りに回転可能に取り付けられており、表示体１６を鉛直軸回りに適宜回転調整することが可能である。

【0052】

このように表示装置１１は、表示体１６を鉛直方向に調整可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であるため、撮像装置３０と向き合うように調整される。

【0053】

また、図示しないが、基台１２には、複数の孔部が形成され、アンカー等の固定具がこの孔部に挿入されてアスファルトやコンクリート等の地面に設置される。また、基台１２の４隅には、頭部と軸部とを備えるネジが取り付けられ、左右のネジの軸部の基台底面からの突出量を調整することにより基台の水平度が調整される。

【0054】

表示体１６は、例えば、不透過性の材料で形成された遮光板１６ａの表面に表示された指標１０Ａを有し、この指標１０Ａは、図２に示すように、中心Ｘを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示されたものである。

【0055】

具体的に例えばこの指標１０Ａは、図２に示すように、中心Ｘに頂点を有するようにして２つの三角形を点対称又は線対象に配置し、この２つの三角形を黒色として表示し、他の部分を白色で表示したものである。

【0056】

なお、指標の表示形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、任意の中心Ｘを通るようにして４５°と−４５°の斜線によって領域を区分けし、任意の対向する２つの領域と他の対向する２つの領域が異なる色調で表示してもよい。

【0057】

このように指標１０Ａは、中心Ｘを基点として周囲の濃度が徐々に変動するように表示することで、撮像装置に３０より撮影された画像データから中心座標を容易且つ正確に算出可能となる。

【0058】

また、表示体１６の背面には、斜め下方に延びる斜材２１が枢軸を介して回動可能に取り付けられ、この斜材２１は、表示装置１１の２つの立設体１３、１３間に配置されるガイド２３の後方に枢軸を介して回動可能に取り付けられる。また、ガイド２３の前方には、照射装置１７がブラケット（図示しない）を介して着脱可能、且つ上下方向に回動可能に取り付けられ、その向きが調整されて表示体１６の表面に光を照射可能である。

【0059】

ガイド２３は、２つの立設体１３、１３によって左右方向の移動が規制され前後方向に移動可能であって、表示体１６の高さ調整等によって移動する。また、ガイド２３を後方へと移動することで斜材２１の傾倒角を小さくすることで表示体１６の安定化を図ることが可能である。

【0060】

このように、表示体１６は、立設体１３、斜材２１、及びガイド２３によるトラス構造により支持され表示体１６の安定化が図られ、風による表示体の横転等が防止される。

【0061】

また、この表示体１６には、鉛直方向に２つの指標１０Ａ、１０Ｂが表示される。２つの指標１０Ａ、１０Ｂは同一の指標であっても構わないが、本実施例の指標１０Ｂに示すように、指標１０Ａを９０度反転した形状であっても構わない。そして、本実施形態の計測装置１は、この２つの指標１０Ａ、１０Ｂの中心のずれを計測することで橋台７のねじれを計測可能である。

【0062】

撮像装置３０は、例えば、デジタルカメラ等の光学式撮像装置を用い、ターゲット１０に表示されている指標１０Ａ、１０Ｂをデジタルデータとして撮影し記録する。なお、撮像装置３０は、当該デジタルカメラに限られるものではなく、静止画を画像データとして記録することができる装置であればよくデジタルビデオカメラなどであっても構わない。

【0063】

この撮像装置３０は、光学式撮像装置３５と、水準器３６と、これら光学式撮像装置３５と水準器３６を安定的に支持する支持装置３８と、を備える。図６に示すように、支持装置３８は、少なくとも３方向に拡がる脚３１、３１、３１を備えた支持体３２と、その支持体３２上に載置されるベース３３と、を備えている。

【0064】

ベース３３は、光学式撮像装置が載置される基部３３ａと、この基部３３ａの後端部に延長して設けられ、水準器が載置される延長部３３ｂと、を有し、一方向に延びて平面視略Ｔ字状に形成される。なお、本実施形態において、延長部３３ｂは、基部３３ａと一体的に設けられているが、必要に応じて脱着可能に構成されても構わない。また、延長部３３ｂには、水準器３６を位置決めするための枠３３ｃを有し、この枠３３ｃに水準器が載置される。そして、ベース上には、図示しないが、光学式撮像装置及び水準器３６が並べて配置される。

【0065】

ベース３３の前方端部には、地面に接する脚３４が取り付けられており、この脚３４と支持体３２の３本の脚３１によって、光学式撮像装置及び水準器が安定的に支持される。

【0066】

また、脚３４は、図示しないが、その先端部が固定用の金具を介して、例えば、Ｐレスアンカー等の固定具によって地面に固定される。

【0067】

処理装置５０は、一般にコンピュータと称される装置であって例えば、撮影装置によって撮影された画像データを取得し、その画像データに基づいて指標の中心座標を算出するとともに、変位前後の橋台の画像データの中心座標を比較して変位量及び変位方向を解析処理する解析処理部５０ａを備えている。このコンピュータは、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ(Random Access Memory)、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するＲＯＭ(Read Only Memory)等を備え、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出し実行することにより各部を統括制御する。

【0068】

具体的には、解析処理部５０ａは、例えば、まず、撮像装置によって撮影された変位前後の橋台の画像データを取得して、図３に示すように、取得した画像データの列ごとに画素の階調値の平均値を算出し、その値の点を結線することで得られる線形図から２つの１次式を得た後、当該２つの１次式の交点を算出し、算出した交点を指標の中心座標として算出する。

【0069】

次に、計測装置１を用いて、橋梁２に発生する変位量（撓み量）を計測する手法について説明する。

【0070】

まず、下準備が必要であり、図１（ａ）に示すように、使用者によって設定された変動部の複数の位置にターゲット１０が設置されるとともに、図１（ｂ）に示すように、撮像装置３０が当該複数のターゲット１０が画角内に収まるように固定部に設置される。

【0071】

なお、ターゲット１０は、複数の設置される必要性はなく、例えば、変位量が最大となると推測される橋梁２の中央位置にのみ設置されても構わない。

【0072】

（ターゲットの設置について）
まず、橋梁２上に作業スペースを設定する。作業スペースは、好適には、図１（ｂ）に示すように、道路部分に隣接する歩道部分が用いられる。

【0073】

そして、図１に示すように、橋台７の上面（変動部）に複数のターゲット１０が適宜設置される。また、図１（ｂ）に示すように、橋台７から外れた道路上面（固定部）に複数のターゲット１０が画角内に収まるように撮像装置３０が設置される。

【0074】

また、ターゲット１０は、好適には、撮像装置３０のレンズ面とほぼ同じ高さに指標が配置されるように表示体１６の高さが調整されるとともに、撮像装置３０のレンズ面に対して向き合うように、表示体１６の向きが調整される。また、照射装置１７から照射される光が指標１０Ａに照射されるように照射装置１７の向きが調整される。さらに、風が強い場合には、表示体１６の背面に設けられる斜材２１の傾倒角が小さくなるようにガイド２３を後方に移動するなどして調整を行い、表示体１６の安定化を図る。

【0075】

なお、表示体１６が左右方向に傾いている場合には、水平調整用のねじにより基台１２が水平になるように調整される。

【0076】

（計測手法について）
次に、無負荷（変位前の）状態において、撮像装置３０によって各ターゲット１０の指標１０Ａが撮影されるとともに、静的載荷（変位後の）状態において、撮像装置３０によって各ターゲット１０の指標１０Ａが撮影される。なお、撮影された画像データは、所定の解像度で処理装置５０に送信（出力）される。また、これらの画像データは、図３（ａ）に示すように、格子状に配置された任意階調の画素により表現された画像データであって、一般的にデジタルカメラで撮影した際に記録されるデジタル画像である。

【0077】

次に、処理装置５０は、変位前後の画像データから指標１０Ａの中心座標を算出するとともに、その座標情報に基づいて変位量を算出する。

【0078】

（中心座標の算出方法について）
まず、変位前後の画像データを読み出し、夫々の指標１０Ａの中心Ｘを含む一定領域の画像を切り出す。

【0079】

このとき、図２に示すように、撮像装置５０に近いターゲット１０は狭い範囲を切り出し範囲Ｙとして設定し、撮像装置３０から遠いターゲット１０は広い範囲を切り出し範囲Ｚとして設定し、その範囲内の画像データを解析することで、効率よく正確に座標を算出可能である。

【0080】

次に、図３に示すように、表示された画像データの各ピクセルの列又は行の階調値の平均値の分布から得られる２つの一次式の交点座標をサブピクセル単位で算出し、算出した座標を指標の中心座標とする。

【0081】

具体的には、例えば、画像データのサブピクセルの列の階調値の平均をX軸の値として、サブピクセルの行側を各サブピクセルの列のY軸の値としてグラフ化する。

【0082】

その際、階調値の分布は図３（ｂ）に示すようにＶ形となり、このグラフから２つの１次式を算出するとともに、２つの１次式の交点座標を算出し、その交点座標を指標の中心座標とする。

【0083】

（変位量（撓み量）の算出について）
次に、変位前後の指標１０Ａの中心Ｘは、図７に示すように、下方に移動するため、変位前後の各ターゲットの交点座標のＹ軸の値を読み出し、その差分を算出し、その値を変位量（撓み量）とする。

【0084】

また、橋台７にねじれが生じる場合、図８に示すように、変位前後の指標１０Ａ，１０Ｂの中心Ｘの位置がずれるため、各指標１０Ａ，１０Ｂの交点（中心）座標を算出して、変位前後の交点座標のＸ軸とＹ軸の値を読み出し、各座標の差分を算出することで、ねじれ量を算出することも可能である。

【0085】

以上に説明したように、本実施形態の計測装置１は、橋梁２の異なる複数の位置に配置されるターゲット１０と、固定部に配置される撮像装置３０と、撮像装置３０により撮影された変位前後のターゲット１０に表示された指標１０Ａの画像データの濃度分布に基づいて解析処理される変位前後の指標１０Ａの中心座標から橋梁２の変位量を計測する処理装置５０と、を備えている。また、この指標１０Ａの中心座標は、画像データの各行又は各列の画素の階調値の平均値をグラフ化して得られた線図から算出される。また、このターゲット１０に表示される指標１０Ａは、中心Ｘを基点として周囲の濃度が徐々に変動するものであって、具体的には、この指標１０Ａは、中心Ｘに頂点を有するようにして２つの三角形を点対称又は線対称に配置し、この２つの三角形と他の部分の領域を異なる色調で表示したものである。

【0086】

このように構成された計測装置１によれば、中心座標を正確に計測することができるため、変位量を正確に計測することができる。また、照度が変化しても計測精度に大きな影響を及ぼすことがない。また、外気温の影響を受けずに、低音高温環境下にも適応できる。また、非接触で構造物の変位を計測可能であるため、足場が不要であり作業性の効率化、低コスト化を図れる。

【0087】

また、撮像装置３０は、画角内に複数のターゲット１０が含まれるように配置されている。したがって、１台の撮像装置３０で複数のターゲット１０を撮影可能であるため、経済性に優れる。

【0088】

また、指標１０Ａ、１０Ｂは、鉛直方向に２つ並んで配置されており、この２つの指標１０Ａ、１０Ｂの中心のずれを計測することで橋梁２のねじれを計測可能である。

【0089】

また、指標１０Ａに光を照射する照射装置１７が設けられおり、夜間であっても橋梁２における変位計測を行うことが可能である。

【0090】

また、表示体１６は、鉛直方向に移動可能であるとともに、鉛直軸回りに回転可能であり、指標１０Ａを撮像装置３０に向き合うように配置することができるため、撮像装置３０によって指標１０Ａを適切に撮影することができる。

【0091】

（他の実施例）
次に、変位計測方法の他の実施例について説明する。

【0092】

上述した変位計測方法は、橋梁の変位を計測する手法であるが、橋梁以外の、例えば、建築物の変位や、橋梁以外の他の構造物の任意箇所の変形を計測することが可能である。

【0093】

具体的には、建築物の左右に設けられている柱に、指標１０Ａを有するターゲット１０を配置し、それぞれの指標１０Ａの重心座標を比較することで建築物の変位を容易に計測可能である。具体的には、左右の指標１０Ａの重心座標のＸ座標の変位により横方向のひずみ量が計測可能であり、左右の指標１０Ａの重心座標のＹ座標の変位によりねじれによるひずみ量が計測可能である。

【0094】

また、任意箇所の変形を計測する場合には、特に、指標１０Ａを同じ方向（縦又は横方向）で連続して配置することで、様々な方向の変位、回転、ねじれ等を計測することが可能である。

【0095】

また、ターゲットの設置について、上述した実施形態では、図１に示すように、橋台７の上面（変動部）にのみ、ターゲット１０を適宜設置したが、橋台７から外れた道路上面（固定部）に複数のターゲット１０を配置しているが、道路面４や支承体６を変位の生じにくい（変位しない）位置（固定部）にターゲット（以下、「固定ターゲット」という。）を設置して、この固定ターゲットも他のターゲット１０とともに撮像装置３０の画角に含まれるように配置することで、撮像装置３０の取り外し、再設置した場合に、この固定部に設置された固定ターゲットの座標をもとに画像データの座標修正を行うことが可能である。

【0096】

また、撮像装置により撮影した画像データから変位を計測する場合、座標をまずピクセル単位で計測し、その後、ピクセルサイズを乗じて実際の単位（ｍｍ）に変換するため、ピクセルサイズを算出する必要がある。このピクセルサイズの算出方法について以下に説明する。

【0097】

まず、指標１０Ａについて、図１０（ａ）に示すように、鉛直方向における三角形の範囲を表す基準位置Ａ、Ｂを示す平行線７０を表示しておくことで、ピクセルサイズを簡易且つ正確に算出可能となる。具体的には、予めＡ−Ｂ間の距離を処理装置５０の記憶部に記憶しておき、撮像装置３０により撮影された画像データのＡ−Ｂ間のピクセル数を処理装置５０により算出し、このＡ−Ｂ間の距離とピクセル数に基いてピクセルサイズを算出する。

【0098】

また、他のピクセルサイズの算出方法として、図１０（ｂ）に示すように、上下に並べて指標１０Ａを配置しておき、この２つの指標１０Ａのそれぞれの中心座標Ｃ、Ｄを繋ぐＣ−Ｄ間の距離を予め処理装置５０の記憶部に記憶しておく。次に、撮像装置３０により撮影された画像データに基づいて２つの指標１０Ａの中心座標を線形図から算出し、Ｃ−Ｄ間のピクセル数を処理装置５０により算出し、このＣ−Ｄ間の距離とピクセル数に基いてピクセルサイズを算出する。

【0099】

なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、画像データの各行のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しているが、画像データの各列のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しても構わない。また、画像データの各行と各列のピクセルの階調値の平均値を求めてグラフ化しても構わない。

【0100】

また、本実施形態のターゲット１０は、表示装置１１と照射装置１７を一体的に構成しているが、別体としてもよく、さらには、照射装置１７は必須の構成要素ではない。

【符号の説明】

【0101】

１ 計測装置
２ 橋梁
１０ ターゲット
１０Ａ 指標
３０ 撮像装置
５０ 処理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】