特許 6954368 変位成分検出装置、変位成分検出方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6954368

(24)【登録日】2021年10月4日

(45)【発行日】2021年10月27日

(54)【発明の名称】変位成分検出装置、変位成分検出方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20211018BHJP

   G01H 9/00 20060101ALI20211018BHJP

【ＦＩ】

   G01M99/00 Z

   G01H9/00 Z

【請求項の数】12

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2019-554072(P2019-554072)

(86)(22)【出願日】2017年11月14日

(86)【国際出願番号】JP2017040946

(87)【国際公開番号】WO2019097578

(87)【国際公開日】20190523

【審査請求日】2020年5月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】特許業務法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】太田 雅彦

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／１７９５３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００４０９８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０１Ｈ ９／００

Ｇ０１Ｂ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布として、前記領域の特定箇所の変位ベクトルを算出する、変位分布算出部と、
前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、移動量算出部と、
前記計測対象領域の面方向における移動量によって発生する第１の変位ベクトル成分、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量によって発生する第２の変位ベクトル成分を算出し、前記変位分布から、算出した前記第１の変位ベクトル成分及び前記第２の変位ベクトル成分を除去することによって、前記計測対象領域における変形又は変位に伴う表面変位成分を算出する、表面変位算出部と、
を備え、
前記移動量算出部が、前記表面変位算出部によって前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出し、
前記表面変位算出部が、再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、
ている、ことを特徴とする変位成分検出装置。

【請求項2】

前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、劣化状態判定部を、
更に備えている、請求項１に記載の変位成分検出装置。

【請求項3】

前記変位分布算出部が、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記移動量算出部が、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記表面変位算出部が、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記劣化状態判定部は、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
請求項２に記載の変位成分検出装置。

【請求項4】

前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
請求項１〜３のいずれかに記載の変位成分検出装置。

【請求項5】

（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布として、前記領域の特定箇所の変位ベクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量によって発生する第１の変位ベクトル成分、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量によって発生する第２の変位ベクトル成分を算出し、前記変位分布から、算出した前記第１の変位ベクトル成分及び前記第２の変位ベクトル成分を除去することによって、前記計測対象領域における変形又は変位に伴う表面変位成分を算出する、ステップと、
（ｅ）前記（ｃ）のステップによる前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出する、ステップと、
（ｆ）前記（ｅ）のステップにおいて再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、ステップと、
を有することを特徴とする変位成分検出方法。

【請求項6】

（ｄ）前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、ステップを、
更に有する、請求項５に記載の変位成分検出方法。

【請求項7】

前記（ａ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記（ｄ）のステップにおいて、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
請求項６に記載の変位成分検出方法。

【請求項8】

前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
請求項５〜７のいずれかに記載の変位成分検出方法。

【請求項9】

コンピュータに、
（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布として、前記領域の特定箇所の変位ベクトルを算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量によって発生する第１の変位ベクトル成分、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量によって発生する第２の変位ベクトル成分を算出し、前記変位分布から、算出した前記第１の変位ベクトル成分及び前記第２の変位ベクトル成分を除去することによって、前記計測対象領域における変形又は変位に伴う表面変位成分を算出する、ステップと、
（ｅ）前記（ｃ）のステップによる前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出する、ステップと、
（ｆ）前記（ｅ）のステップにおいて再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。

【請求項10】

前記コンピュータに、
（ｄ）前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、ステップを、
更に実行させる、請求項９に記載のプログラム。

【請求項11】

前記（ａ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記（ｄ）のステップにおいて、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
請求項１０に記載のプログラム。

【請求項12】

前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
請求項９〜１１のいずれかに記載のプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物等の対象物の表面における変位成分を検出するための、変位成分検出装置、及び変位成分検出方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル、橋梁などのコンクリート製の構造物においては、通常、経年劣化によって、ひび割れ、剥離、内部空洞などの欠陥が発生する。このような欠陥は、構造物の劣化状態に影響を及ぼすことから、構造物の劣化状態を正確に判断するためには、これらの欠陥を正確に検出することが必要となる。

【0003】

但し、従来においては、構造物のひび割れ、剥離、内部空洞などの欠陥の検出は、点検員による目視検査、打音検査によって行われており、点検のためには点検員が構造物に近接する必要がある。そのため、従来からの欠陥の検出手法では、高所作業車、橋梁点検車といった車両を用意する、足場を作る等、空中で構造物に近接して作業ができる環境を整える必要があり、作業コストが高いという問題がある。また、作業環境を整えるために交通規制が必要となることがあり、この場合、経済的機会が損失されるという問題が発生する。このため、構造物の欠陥を遠隔から検出できるようにする技術が求められている。

【0004】

構造物の欠陥を遠隔から検出する技術として、構造物を撮影した画像を用いて欠陥を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。具体的には、特許文献１は、撮像装置での撮影によって得られた構造物の画像に対して、所定の閾値で２値化処理を行ない、この２値化された画像から、構造物の表面に発生したひび割れに対応する画像を検出する技術を開示している。

【0005】

また、特許文献２は、赤外線カメラによって、構造物の熱画像を撮影して、構造物の温度分布の変動を計測し、計測した温度分布の変動に基づいて、応力変動を検出する技術を開示している。特許文献３は、赤外線を用いるラインセンサと、レーザ距離計とを用いて、トンネルの壁面の浮き、ひび割れを検出する技術を開示している。更に、特許文献４は、複数の撮像装置を用いて、対象物の複数箇所の歪みを計測する技術を開示している。

【0006】

このように、特許文献１〜４に開示された技術によれば、点検員が近接して目視検査、打音検査する必要がなく、構造物を撮影するだけで良いため、遠隔から構造物の欠陥を検出することが可能となる。

【0007】

また、近年、構造物の表面の動き又は変位を画像で撮影することで、遠隔から構造物の欠陥等を検出する技術も提案されている（例えば、特許文献５、６、及び非特許文献１参照）。具体的には、特許文献５は、荷重が付与される前の撮影画像と、荷重が付与された後の撮影画像とから、構造物の変位量を求める技術を開示している。非特許文献１は、荷重が付与される前の撮影画像と、荷重が付与された後の撮影画像とから、構造物の表面の変位分布を算出し、荷重が付与される時にひび割れの周辺に発生する特徴的な動き（ひび割れの開閉挙動）を検出することで、ひび割れ自体を精度よく検出する手法が示されている。

【0008】

ここで、特許文献５及び６に開示されている技術を橋梁に適用する場合について説明する。橋梁では、車両が通過すると、その荷重によって変形が生じ、床版及び桁にひずみ及び変位が発生する。従って、橋梁の床版、桁等を対象にして、表面の動き又は変位を利用して欠陥を検出する場合は、撮像装置は、たとえば、橋梁の下に配置され、橋梁の床版又は桁の下面を撮影する。

【0009】

また、特許文献６は、構造物表面の変位分布をより正確に得るため、構造物そのものの鉛直方向の動き及び振動を補正する技術を開示している。従って、特許文献６に開示された技術を橋梁に適用すれば、より精度良く、ひび割れ等の欠陥を検出することができる。

【0010】

つまり、橋梁を車両が通過すると、その荷重によって変形するとともに、たわみが発生して、鉛直方向に構造物が動き、振動する。そのため、撮影対象となっている下面と撮像装置との距離が変動し、撮影された画像から算出した変位分布にも影響が生じる。これに対して、特許文献６に開示された技術を用いれば、その影響を考慮して、表面の変位を補正することができるので、橋梁に発生したひび割れなどの欠陥を精度よく検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００３−０３５５２８号公報

【特許文献2】特開２００８−２３２９９８号公報

【特許文献3】特開２００４−３４７５８５号公報

【特許文献4】特開２０１２−１３２７８６号公報

【特許文献5】特開２００６−３４３１６０号公報

【特許文献6】ＷＯ２０１６−１５２０７５号公報

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Z.Wang,et al.,“Crack−opening displacement estimation methodbased on sequence of motion vector field images for civil infrastructuredeterioration inspection”，映像メディア処理シンポジウム(PCSJ/IMPS2014),I-1-17，2014．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

ところで、実際の橋梁では、車両が通過して荷重が印加されると、構造物である橋梁そのものには、３次元方向に動き及び振動が発生する。また同時に、風などによる負荷が印加されて横揺れが発生することもある。つまり、実際の橋梁には、たわみのような鉛直方向の動き及び振動だけでなく、鉛直方向に対して垂直な面（主桁および横桁によりなす面）の面方向にも、動き及び振動が発生する。

【0014】

この鉛直方向、ならびに鉛直方向に対して垂直な面の面方向における橋梁自体の動きは、橋梁の桁および床版の表面に形成されたひび割れ等の欠陥の周辺で発生する特徴的な動きよりも数倍〜数百倍大きいことがある。従ってこれらの欠陥の周辺で発生する特徴的な動きを元に欠陥を正確に検出するためには、構造物表面の変位分布から、鉛直方向及び鉛直方向に対して垂直な面の面方向の動き、すなわち橋梁自体の３次元方向の動きによって発生する変位成分を除去し、表面の変位成分を検出することが必要である。

【0015】

しかしながら、上述の特許文献１〜５及び非特許文献１に開示された技術では、このような対象物自体の動きは考慮されていないため、構造物表面の変位成分を正確に検出することは困難である。また、この結果、構造物の欠陥の検出も困難となる。

【0016】

また、上述の特許文献６に開示された技術によれば、構造物そのものの鉛直方向の動きが発生している時の影響を補正することは可能である。しかしながら、この技術であっても、鉛直方向に対して垂直な面の面方向おける動き及び振動に関しては補正されない。鉛直方向の動き及び振動と、鉛直方向に対して垂直な面の面方向おける動き及び振動が混在して発生している場合には、画像による計測を行っている関係上、一般的に鉛直方向に対して垂直な面の面方向おける動き及び振動によって変位する量の方が大きく、支配的となる。この結果、鉛直方向の動き及び振動を正確に検出することが困難となるため、補正の精度が低くなり、構造物表面の変位成分を正確に検出することは困難である。

【0017】

本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、３次元方向の動き及び振動を伴う対象物において、これらの動き及び振動による影響を排除して、対象物表面の変位成分を検出し得る、変位成分検出装置、変位成分検出方法、及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するため、本発明の一側面における変位成分検出装置は、
対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、変位分布算出部と、
前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、移動量算出部と、
前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、表面変位算出部と、
を備えている、ことを特徴とする。

【0019】

また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における変位成分検出方法は、
（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、ステップと、
を有することを特徴とする。

【0020】

更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

以上のように、本発明によれば、３次元方向の動き及び振動を伴う構造物において、これらの動き及び振動による影響を排除して、対象物表面の変位分布を検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の構成を具体的に示すブロック図である。

【図3】図３は、構造物の計測対象領域を撮影した際に、ある点における撮像装置２０の撮像面上で観測される変位に含まれる成分を説明した図である。

【図4】図４は、点Ａを含む計測対象領域を撮影した画像上で観察される変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)の２次元空間分布の様子を模擬的に示した図である。

【図5】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、構造物の異常状態を説明するための図であり、それぞれ、状態が異なる場合について示している。

【図6】図６は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の動作を示すフロー図である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の動作の他の例を示すフロー図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における、変位成分検出装置、変位成分検出方法、及びプログラムについて、図１〜図８を参照しながら説明する。

【0024】

［装置構成］
最初に、図１を用いて本実施の形態における変位成分検出装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の概略構成を示すブロック図である。

【0025】

図１に示す、本実施の形態における変位成分検出装置１０は、対象物３０の状態を判定するための装置である。図１に示すように、変位成分検出装置１０は、変位分布算出部１１と、移動量算出部１２と、表面変位算出部１３と、劣化状態判定部１４とを備えている。

【0026】

変位分布算出部１１は、対象物３０の計測対象領域を撮影する撮像装置２０から出力されてきた計測対象領域の時系列画像から、計測対象領域における変位分布を算出する。移動量算出部１２は、変位分布算出部１１によって算出された計測対象領域における変位分布と、計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、計測対象領域の面方向における移動量と、計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する。

【0027】

表面変位算出部１３は、計測対象領域の面方向における移動量、及び計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、変位分布算出部１１によって算出された変位分布から、計測対象領域における表面変位成分を算出する。

【0028】

本実施の形態において、対象物３０の例としては、外力を受けて３次元方向に動く、又は外力を受けて振動する構造物、例えば、橋梁が挙げられる。この場合、対象物３０の変位成分を精度良く検出するためには、外力による対象物３０自体の３次元方向の動き及び振動を排除する必要がある。

【0029】

これに対して、変位成分検出装置１０では、対象物３０の計測対象領域の時系列画像から算出された変位分布から、計測対象領域の面方向における移動量と法線方向における移動量とによって、計測対象領域における表面変位成分が算出される。つまり、本実施の形態によれば、変位分布から、３次元方向の動き及び振動を排除して、対象物３０の表面のわずかな動き又は変位が含まれた変位成分（以下「表面変位成分」とも表記する）を得ることができる。また、このようにして得られた表面変位成分の分布（以下「表面変位分布」とも表記する）に基づいて、対象物の劣化状態を判定することで、対象物３０の劣化状態を精度良く判定することができる。

【0030】

続いて、図２を用いて、本実施の形態における変位成分検出装置１０の構成及び機能について具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の構成を具体的に示すブロック図である。

【0031】

まず、本実施の形態において、撮像装置２０の撮影対象となる計測対象領域は、対象物３０において表面変位成分及び表面の状態の計測対象となる領域である。計測対象領域としては、例えば、橋梁の桁、床版の下面などの領域（図１参照）が挙げられる。また、計測対象領域は、橋梁の桁又は床版などの、鉛直方向に対して垂直な領域に限定されない。計測対象領域は、鉛直方向に対して一定の角度をなす領域（ランプなど地面や橋脚に対して傾斜している桁又は床版など）、又は鉛直方向に対して平行な領域（構造物の側面の領域）であっても良い。更に、計測対象領域は、対象物３０の附属物（配管、看板、照明など）の領域であっても良い。

【0032】

また、本実施の形態において、対象物３０は、上述した橋梁等の構造物に限定されることはなく、３次元方向の動き又は振動を伴うものであれば良く、例えば、荷重載荷試験に用いる試験体のようなものであっても良い。また、対象物３０は、鉄筋コンクリートのような複合部材で構成されるものであっても良いし、鋼のような単一部材で構成されるものであっても良い。

【0033】

撮像装置２０は、本実施の形態では、その固体撮像素子の受光面の法線が計測対象領域の法線と平行となり、且つ、時系列画像の水平方向及び垂直方向が計測対象領域の面方向に平行となるように配置されている。また、計測対象領域の面方向とは、計測対象領域が構成する面に平行な方向を意味する。

【0034】

具体的には、撮像装置２０は、図１の例では、受光面が計測対象領域と平行となるようにして、地面等に固定具２１によって配置されている。本実施の形態では、時系列画像の水平方向をＸ方向、時系列画像の垂直方向をＹ方向、計測対象領域の法線方向（鉛直方向）をＺ方向とする。固定具２１は、撮像装置２０が動かないように固定する機能があればよく、具体的には三脚などであってもよい。

【0035】

変位分布算出部１１は、本実施の形態では、撮像装置２０が出力する時系列画像を取得し、任意の時刻に撮像された画像を基準画像とし、それ以外を処理画像とする。そして、変位分布算出部１１は、基準画像内での計測対象領域に対応する領域（以下「特定領域」と表記する）の各点に対して、処理画像内で対応する位置をそれぞれ探索して変位を算出する。これを処理画像毎に繰り返す事により、処理画像毎に特定領域に対する変位の分布を算出する。

【0036】

具体的には、変位分布算出部１１は、特定領域内のある箇所（座標）に最も類似している処理画像における箇所（座標）を探索して、特定した箇所（座標）の変位を算出する。類似している箇所の特定手法としては、例えば、ある箇所（座標）、およびその周辺の座標の輝度値を用いて、ＳＡＤ（Sum of Squared Difference）、ＳＳＤ（Sum ofAbsolute Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）、ＺＮＣＣ（Zero-means Normalized Cross-Correlation）等の類似度相関関数を用いて、最も相関が高い位置（座標）を探索する手法が挙げられる。

【0037】

また、最も類似している箇所の特定は、最も相関が高い箇所（座標）と、その前後左右の位置（座標）における部分との類似度相関関数を利用し、直線フィッティング、曲線フィッティング、パラボラフィッティングなどの手法を適用することによっても行なうことができる。この場合は、より精度良く、サブピクセル精度で類似している領域の位置（座標）を算出できることになる。

【0038】

また、このような算出処理を、特定領域内の各座標に対して繰り返し実施することで、その処理画像における特定領域に対する変位の分布を得ることができる。また同様の処理を、処理画像毎に行うことで、処理画像毎に特定領域に対する変位分布を得ることができる。

【0039】

移動量算出部１２は、変位分布算出部１１が算出した変位分布と、撮影情報とから、計測対象領域の面方向における移動量（△Ｘ 、△Ｙ）と法線方向における移動量（△Ｚ）とを算出する。撮影情報とは、少なくとも、固体撮像素子の１画素のサイズ、レンズの焦点距離、撮像装置２０から計測対象領域までの撮像距離（厳密にはレンズの主点から計測対象領域までの距離の事を指す）、撮影フレームレート、とを含む。

【0040】

移動量算出部１２の動作の説明の詳細に入る前に、図３及び図４を用いて、変位分布算出部１１が算出した変位に、どのような変位の成分が含まれているかを、図３、図４を用いて説明する。図３は、構造物の計測対象領域を撮影した際に、ある点における撮像装置２０の撮像面上で観測される変位に含まれる成分を説明した図である。図３は、対象物３０である橋梁がなんらかの負荷を受けて移動する前と後で、計測対象領域が３次元方向に移動量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）分だけ移動した状態を示している。ここで、撮像装置２０の撮像面の中心、つまりレンズの光軸と撮像面との交点となる撮像中心にあたる点を原点とした座標系を考える。この座標系において、撮像装置２０の撮像面上の座標（ｉ，ｊ）の点Ａにおける観測される変位（δx_ij，δy_ij）について考える。なお、撮像装置２０の撮像面上の座標（ｉ，ｊ）は、撮影された画像上の座標に置き換えて考えてもよい。

【0041】

図３の状態では、対象物３０の計測対象領域には、画面上の水平方向及び垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）と、法線方向（Ｚ方向）において、移動量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）が発生している。計測対象領域は、画面内の水平方向及び垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動した分（ΔＸ、ΔＹ）だけ、撮像装置２０の撮像面に対して平行に移動する。また、法線方向（Ｚ方向）に移動した分（△Ｚ）だけ撮像装置２０に近づく。そのため、撮像距離は移動量ΔＺだけ短くなる。

【0042】

すると、図３に示すように、撮像装置２０の撮像面に対して水平方向（Ｘ方向）における計測対象領域の移動量△Ｘによって生じる変位δxとは別に、移動量ΔＺによる変位δzx_ijが生じる。同様に、撮像装置２０の撮像面には、画面に対して垂直方向（Ｙ方向）における撮像装置２０の移動量ΔＹによって生じる変位δyとは別に、移動量ΔＺによる変位δzy_ijも生じる。

【0043】

また、対象物３０がなんらかの負荷を受けたことによって計測対象領域の表面に変形又は変位（ΔΔＸ_ij，ΔΔＹ_ij）が発生した場合、それに伴って撮像装置２０の撮像面には、表面変位成分（δδx_ij，δδy_ij）も重ねあわされる。ここで、計測対象領域の表面の変形及び変位に伴う表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、例えば、ひび割れのような欠陥がない健全な領域では、表面の変位は連続的に変化するのに対し、ひび割れをまたぐ領域では表面の変位は連続的に変化せずに不連続に変化する。このように、欠陥がない健全な領域と何らかの欠陥がある領域とでは、表面の変位の分布が異なるという特徴を示す。

【0044】

これらの変位成分は、すべて独立に足しあわされて、合成ベクトルとなって観察される。すなわち、点Ａで観測される変位（δx_ij，δy_ij）は、後述の図４に示すように、以下の数１及び数２によって表すことができる。

【0045】

【数1】

【0046】

【数2】

【0047】

ここで、レンズの主点から計測対象領域までの撮像距離をＬ、撮像装置２０のレンズ焦点距離をｆ、撮像中心からの座標を（ｉ，ｊ）とすると、対象物３０の面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位成分(δx, δy)、法線方向の移動(Δz)に伴う変位成分(δzx_ij,δzy_ij)は、それぞれ、下記の数３、数４で表される。

【0048】

【数3】

【0049】

【数4】

【0050】

計測対象領域がすべて同じ３次元の動きをしていると仮定すると、上記の数３及び数４で示される面方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)は、点Ａの座標によらず一定であることがわかる。また、法線方向の移動(Δｚ)に伴う変位成分(δzx_ij ，δzy_ij)は、点Ａの座標が原点から離れるほど大きくなることがわかる。一方、計測対象領域の表面変位成分 (δδx_ij ，δδy_ij)は、点Ａの座標の座標によらず、表面のひび割れなどの欠陥の位置などに応じて連続・不連続な変位の分布を示す。

【0051】

図４は、計測対象領域を撮影した画像上の特定領域で観察される変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)の２次元空間分布（以下、変位分布とする）の様子を模擬的に示した図である。図４に示すように変位分布算出部１１が算出した特定領域の各座標の変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)を変位ベクトルとして表記をすると、画面全体で一様な方向及び大きさで観察される面方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)と、画面の撮像中心から放射状のベクトル群として観察される法線方向の移動(Δｚ)に伴う変位成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、計測対象領域の表面の変形及び変位に伴う表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成成分として表すことができる。

【0052】

続いて、面方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出する方法について考える。図４に示すように、面方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)は、基本的にはオフセットのように画面全体で一様な方向及び大きさで観察される成分である。そこで、変位分布算出部１１が算出した変位分布から、撮像中心を中心とした特定領域の各座標において計測された変位成分を、変位の方向によってプラスマイナスを付加した変位ベクトルとして扱う。対象となる各座標における変位ベクトルを全て足し合わせ、平均を取る。これにより、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出できる。

【0053】

本手法について、詳しく述べる。まず、図４に示すように、変位分布を変位ベクトル分として扱うと、面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)とが合成された変位ベクトル群が観察される。ここで、撮像中心を中心とした特定領域では、図４に示したように、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)は、放射状の変位ベクトルとして観察される。

【0054】

そのため、画面の撮像中心を中心とした領域の各画素の変位ベクトルを全て足し合わせると、放射線状の変位ベクトル成分であり、且つ、法線方向の移動(Δz)に伴って発生する、変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)は、キャンセルされる。その結果、面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)とを足し合わせて得られた成分のみが残る。

【0055】

ここで、一般的に、構造物の表面に発生する変形及び変位による表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)に比べると十分に小さいとみなせる場合が多い。したがって、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)を足し合わせた成分は、非常に小さい面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を足し合わせたものよりも、非常に小さくなるため、その成分は無視することができる。そのため、残った成分の大部分は面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)によるものと考えることができる。

【0056】

そのため、残った成分に対して平均を算出することで、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出することが可能となる。つまり、上述の方法により、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出することができる。

【0057】

次に、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)を算出する方法について述べる。法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)のみが発生している状態を考える。そのベクトルの大きさＲ（i,j）は、特定領域の移動量Δzが特定領域内で一定であれば、下記の数５に示すように、撮像中心からの距離に比例した値となる。また、下記の数６に示すように比例定数をｋと置けば、数５は、数７のようにも表される。

【0058】

【数5】

【0059】

【数6】

【0060】

【数7】

【0061】

一方、実際に、変位分布算出部１１によって算出された変位分布は、図４に示すように、合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)（図４：超太実線の矢印）で構成されている。合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)は、図４からもわかるとおり、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)（図３、図４：中実線の矢印）と、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)（図３、図４：太実線の矢印）と、計測対象領域の表面の変形及び変位に伴う表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)（図３、図４：細実線の矢印）とを含んでいる。

【0062】

この合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)のうち、先に算出した面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を減算したものが、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成ベクトルに相当する。したがって、ある座標(i,j)における法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ijｊ)と表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成ベクトルをR_mes(i ,j)とすると、これらは下記の数８のように表すことができ、この値は算出することができる。

【0063】

【数8】

【0064】

ところで、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)および法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に比べると、十分に小さいとみなせる場合が多い。そのため、ここでは支配的な成分である面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)および法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に着目して話を進める。すると、数８は、数９として表せられる。

【数9】

【0065】

この場合、座標（ｉ，ｊ）におけるR_mes(i ,j)は、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)とほぼ等しいとして扱うことができる。このとき、法線方向の移動量Δｚを与えた時の変位ベクトル成分は、数６〜数８のようにＲ（ｉ，ｊ）で表される。

【0066】

このため、数９によって、変位分布算出部１１で算出した各座標における変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)と、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)とから求められる変位ベクトルの大きさR_mes(i ,j)を用いて、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)による変位ベクトルの大きさR(i ,j)の拡大・縮小の割合を推定することが可能となる。具体的には、R(i ,j)の倍率は、下記の数１０に示す評価関数E(k)を最少にする比例定数kを求めることによって推定することができる。

【0067】

【数10】

【0068】

従って、本実施の形態では、移動量算出部１２は、上記の数１０に最小２乗法を適用して、比例定数ｋを算出する。なお、評価関数E(k)として、上記の数１０に示したR_mes(i ,j)とR(i ,j)との差の２乗和以外に、絶対値和、他の累乗和等が用いられていても良い。

【0069】

そして、移動量算出部１２は、算出した比例定数kを拡大・縮小の割合を示す定数として、上記数７に適用して、移動量Δzを算出する。

【0070】

以上のように、移動量算出部１２は、計測対象領域の３方向への移動量Δx、Δｙ、Δzを求めることができる。

【0071】

また、移動量算出部１２は、算出した計測対象領域の移動量Δｘ、Δｙ、Δzを用いて、さらに精度よく計測対象領域の移動量を算出することもできる。具体的には、算出した移動量Δzを、上記数４に代入して、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)を算出する。更に、変位分布算出部１１によって変位分布として算出されている変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)から、算出した法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)を減算することで、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx’, δy’)を算出する（上記数1及び数２参照）。

【0072】

なお、ここでも、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)および法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に比べると、十分に小さいとみなせるという条件を使って算出する。

【0073】

その後、移動量算出部１２は、算出した面方向の移動量に伴う変位ベクトル成分(δx’, δy’)と、移動量Δｚとを、上記数３に代入することにより、計測対象領域の面方向における移動量△x’及び△y’を算出する。このようにして算出された計測対象領域の面方向における移動量、△x’、及び△y’は、先に算出された移動量Δx、及びΔｙよりも精度よく算出されている。

【0074】

更に、算出された計測対象領域の３方向への移動量、△x’、△y’を用いて、再び上記数１０を適用してΔz’を算出し、３方向における計測対象領域の移動量△x’、△y’、Δz’を求めることも可能である。この値は、移動量Δx、Δｙ、Δz、および△x’、△y’、Δzとして算出した時よりも精度よく算出されている。上記の処理は、あらかじめ定められた回数繰り返してもよいし、一定の値域に収束するまで繰り返し行ってもよい。

【0075】

また、移動量算出部１２によって算出された計測対象領域の面方向における移動量と、計測対象領域の法線方向における移動量とは、それぞれ、時系列画像を撮影した撮影毎に得られる。このため、各移動量は、撮影の時間間隔をサンプリング間隔とした振動情報として扱うことができる。

【0076】

表面変位算出部１３は、移動量算出部１２によって算出された計測対象領域の面方向における移動量（△x ,△y）、及び計測対象領域の法線方向における移動量（△z）を用いて、変位分布算出部１１によって算出された変位分布（変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)から、計測対象領域の表面変位成分(δδx_ij，δδy_ij)を算出する。

【0077】

図４によると、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)を算出するためには、変位分布算出部１１によって算出された変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)から、計測対象領域の移動量（△x ,△y ,△z）によって発生する変位成分を減算すれば良いことが分かる。つまり、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、下記の数１１及び数１２を用いることで算出できる。

【0078】

【数11】

【0079】

【数12】

【0080】

上記数１１及び数１２によると、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)とを、変位分布算出部１１によって算出された変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)から減算すればよい。従って、表面変位算出部１３は、計測対象領域の移動量（△x ,△y ,△z）を用いて、処理画像における画素毎に、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)を算出し、変位分布算出部１１によって算出された変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)からそれぞれ減算する。これにより、変位分布算出部１１によって算出された変位分布(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)は計測対象領域の移動量によって発生する変位成分が補正され、計測対象領域における表面変位成分のみが得られることになる。

【0081】

また、図２に示すように、本実施の形態では、変位成分検出装置１０は、上述した、変位分布算出部１１、移動量算出部１２、及び表面変位算出部１３に加えて、劣化状態判定部１４を備えている。劣化状態判定部１４は、計測対象領域における表面変位成分、計測対象領域の面方向における移動量、計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、対象物３０の劣化状態を判定する。

【0082】

劣化状態判定部１４は、本実施の形態では、表面変位算出部１３で算出された計測対象領域の表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)又は表面変位分布を用いて、例えば、対象物３０が、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示した状態のいずれであるかを判定する。ここで、図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて、対象物３０に生じる各種の異常と、異常が生じた場合の対象物３０の状態とについて説明する。

【0083】

図５（ａ）〜図５（ｄ）は、構造物の異常状態を説明するための図であり、それぞれ、状態が異なる場合について示している。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示された対象物３０は、２点支持された梁状の構造物であり、各図において対象物３０は側面図で示されている。更に、図５（ａ）〜図５（ｄ）において、対象物３０の下に示された矩形の図形は、変位分布を模式的に示している。

【0084】

ところで、対象物３０に異常が発生しておらず、対象物３０が健全であれば、図５（ａ）に示すように、対象物３０の上面からの垂直荷重に対し、構造物の上面には圧縮応力が、下面には引張応力がそれぞれ働く。この場合、変位分布は、応力の向きに応じて分割される。

【0085】

これに対して、図５（ｂ）に示すように、対象物３０の下面にひび割れが存在する場合、ひび割れ部分では、荷重による開口変位が大きくなる。一方、ひび割れ部分の周辺では、ひび割れ部分により応力の伝達がないため、変位分布は、図５（ａ）に示す健全な状態とは異なる状態となる。

【0086】

また、図５（ｃ）に示すように、対象物３０の下面側の内部に剥離が存在する場合に、対象物３０を下面から観察すると、図５（ｂ）に示したひび割れが発生した場合と同様の外観が観察される。しかしながら、剥離が存在する場合は、剥離している部分とその上部との間で応力が伝達されない状態となる。そのため、荷重の前後において、剥離している部分は一定方向に一定量だけ平行移動するだけであり、剥離している部分においては、部分変位は発生しない。よって、変位分布は、荷重の前後における剥離している部分に合わせて、分割されることになる。

【0087】

また、図５（ｄ）に示すように、対象物３０の内部に、空洞が存在する場合、内部の空洞では応力の伝達が阻止されるため、対象物３０の下面における応力は小さくなる。よって、変位分布から特定される変位も小さくなることから、変位分布は、内部の空洞に合わせて分割されることになる。

【0088】

従来、上記のような構造物の表面の変形及び変位、応力の情報を含む表面変位成分は、計測対象領域が３次元に動くことにより、変位分布算出部１１によって算出された変位分布から直接観察することが困難であった。しかし、変位分布算出部１１によって算出された変位分布を表面変位算出部１３で補正し、算出された計測対象領域の表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)を用いることにより、構造物の表面の変形及び変位、応力の情報を得ることができ、上記のような劣化状態判定が可能となり、判定結果を出力することが可能となる。

【0089】

劣化状態判定部１４は、本実施の形態では、予め設定されたルールに、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)、計測対象領域の面方向における移動量（△x、△y）、及び計測対象領域の法線方向における移動量△zを当てはめて、対象物３０の劣化状態を判定し、判定結果を出力する。また、ルールとしては、計測対象領域の表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)、及び計測対象領域の移動量（△x ,△y , △z）のいずれか、またはそれぞれの組み合わせをパラメータとして、各パラメータの値から劣化の状態を判定するルールが挙げられる。

【0090】

例えば、道路橋、鉄道橋などの構造物では、自由振動した時又は何かしらの負荷が与えられて強制振動した時の縦揺れや横揺れの最大振幅及び振動数の情報を基に、異常な振動が発生している劣化状態なのか、構造物の剛性が低下していないか、状態が変化しているか、どうかを判定することができる（参照文献１及び２）。これに対して、劣化状態判定部１４は、対象物３０の計測対象領域を撮影した時系列画像から移動量算出部１２で算出した計測対象領域の移動量（△x ,△y , △z）を用いて、時系列の移動量情報、すなわち振動情報を得る。また、劣化状態判定部１４は、振動情報から、横揺れおよび縦揺れの振動を解析し、最大振幅及び振動数を評価して、劣化状態かどうかを判定したり、健全な状態からどの程度状態が変化したかを判定したりすることができる。
参照文献１：日本道路協会：道路橋示方書・同解説[鋼橋編]
参照文献２：鉄道総合技術研究所 鉄道構造物等維持管理標準・同解説[構造物編：鋼・合成構造物]

【0091】

他の例としては、たとえば、対象物３０そのものの動きを計測対象領域の移動量（△x ,△y , △z）として評価することが挙げられる。特に、本実施形態の構成の場合、計測対象領域の法線方向の移動量Δｚに関しては、対象物３０である橋梁を車両が通過することによって負荷（荷重）が加えられたときに、対象物３０に発生するたわみとして評価することができる。これを利用して、対象物３０のたわみが大きい場合には、大きな橋梁に対して大きな負荷が与えられたと判断することができる。この情報から、たとえば、累積疲労損傷度による劣化判定（参照文献３）も実施することができる。この手法は、負荷の大きさと負荷の繰り返し数を考慮して、カウントしていくことで、累積の疲労損傷がどれだけ進行しているかを判定する方法である。法線方向の移動量Δｚが、負荷の大きさを表す値として利用でき、移動量Δｚが同じであれば同じ程度の負荷とみなして繰り返し数をカウントしていく。これによって、累積疲労損傷度を劣化状態として判定することが可能となる。
参照文献３：http://bunken.rtri.or.jp/PDF/cdroms1/0001/2009/0001003186.pdf

【0092】

他の例としては、計測対象領域の移動量（△x, △y, △z）と計測対象領域の表面変位成分とを組み合わせて劣化状態を判定する方法がある。たとえば、計測対象領域の法線方向の移動量Δｚが負荷の大きさを表す値として利用できるとすると、計測対象領域の法線方向への移動量Δｚが大きな値を取る時には、計測対象領域の表面に発生する変形及び変位なども大きくなる傾向がみられると判断できる。そのため、計測対象領域の法線方向への移動量Δｚが大きな値を取るときの処理画像における表面変位成分を優先的に観察することで、より簡単に図５（ａ）〜（ｄ）に示すような表面変位成分又は表面変位分布に現れる劣化のパターンの判定を行うことができる。

【0093】

他の例としては、たとえば、同じ構造物における観察箇所が違う場合でも、同じ程度の負荷が印加された（同じ程度の重量の車両が通過した）ときの結果を相対的に比較して、状態を判定することも可能となる。

【0094】

これらの手法は、従来では同様の装置構成、同様の装置コストおよび計測コストで計測・判定できる方法がなかったが、本実施形態の構成を用いることで実現することができる。

【0095】

［装置動作］
次に、本発明の実施の形態における変位成分検出装置１０の動作について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１〜図５を参酌する。また、本実施の形態では、変位成分検出装置１０を動作させることによって、変位成分検出方法が実施される。よって、本実施の形態における変位成分検出方法の説明は、以下の変位成分検出装置１０の動作説明に代える。

【0096】

図６に示すように、最初に、変位成分検出装置１０において、変位分布算出部１１は、撮像装置２０から出力されてきている、対象物３０の計測対象領域を撮影した時系列画像の画像データを取得する（ステップＡ１）。次に、変位分布算出部１１は、時系列画像の画像データを用いて、画像内の計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する（ステップＡ２）。

【0097】

次に、移動量算出部１２は、変位分布及び撮影情報に基づいて、計測対象領域の面方向における移動量（△x ,△y）を算出する（ステップＡ３）。続いて、移動量算出部１２は、変位分布及び撮影情報に基づいて、計測対象領域の法線方向における移動量△zを算出する（ステップＡ４）。なお、ステップＡ３及びＡ４は、同時に実行されていても良い。

【0098】

次に、表面変位算出部１３は、ステップＡ３で算出された計測対象領域の面方向における移動量（△x ,△y）と、ステップＡ４で算出された計測対象領域の法線方向における移動量△zとを用いて、ステップＡ２で算出された変位分布から、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)を算出する（ステップＡ５）。

【0099】

次に、表面変位算出部１３は、計測対象領域における表面成分(δδx_ij ，δδy_ij)が算出された処理画像の枚数が閾値ｍより少ないかどうかを判定する（ステップＡ６）。閾値ｍは、予め行なわれる実験等によって適宜設定されている。

【0100】

ステップＡ６の判定の結果、処理画像の枚数が閾値ｍより少ない場合は、表面変位算出部１３は、変位分布算出部１１に、再度ステップＡ１を実行するように指示する。この場合は、別の処理画像に対して、再度、ステップＡ１〜Ａ５が実行される。

【0101】

一方、ステップＡ６の判定の結果、処理画像の枚数が閾値ｍより少なくない場合（枚数が閾値ｍとなった場合）は、表面変位算出部１３は、劣化状態判定部１４に判定を行なうように指示する。これにより、劣化状態判定部１４は、各処理画像の、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)、計測対象領域の面方向における移動量、及び計測対象領域の法線方向における移動量に基づいて、対象物３０の劣化状態を判定する（ステップＡ７）。

【0102】

［変形例］
また、本実施の形態は、図６に示したステップＡ３、Ａ４、及びＡ５が、一つの処理画像について複数回実行される態様であっても良い。この態様とする場合は、面方向及び法線方向における移動量の算出精度を向上させることができる。また、この態様とする場合は、図７に示す各ステップが実行される。

【0103】

図７は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置の動作の他の例を示すフロー図である。図７に示すように、最初に、変位成分検出装置１０において、変位分布算出部１１は、対象物３０の計測対象領域の時系列画像の画像データを取得し（ステップＡ１１）、この画像データを用いて、画像内の計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する（ステップＡ１２）。ステップＡ１１及びＡ１２は、図６に示したステップＡ１及びＡ２と同様のステップである。

【0104】

次に、移動量算出部１２は、変位分布及び撮影情報に基づいて、計測対象領域の面方向における移動量（△x ,△y）を算出し（ステップＡ１３）、続けて、計測対象領域の法線方向における移動量△zを算出する（ステップＡ１４）。ステップＡ１３及びＡ１４は、図６に示したステップＡ３及びＡ４と同様のステップである。

【0105】

次に、表面変位算出部１３は、ステップＡ１３で算出された計測対象領域の面方向における移動量（△x ,△y）と、ステップＡ１４で算出された計測対象領域の法線方向における移動量△zとを用いて、ステップＡ１２で算出された変位分布から、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)を算出する（ステップＡ１５）。ステップＡ１５は、図６に示したステップＡ５と同様のステップである。

【0106】

次に、表面変位算出部１３は、ステップＡ１３〜Ａ１５の実行回数が閾値Ｎに達したかどうかを判定する（ステップＡ１６）。閾値Ｎは、予め行なわれる実験等によって適宜設定されている。

【0107】

ステップＡ１６の判定の結果、ステップＡ１３〜Ａ１５の実行回数が閾値Ｎに達していない場合は、表面変位算出部１３は、移動量算出部１２に、再度ステップＡ１３を実行するように指示する。これにより、再度、ステップＡ１３、Ａ１４、及びＡ１５が実行される。但し、この場合においては、ステップＡ１３及びＡ１４については、どちらか一方のみが実行される態様であっても良い。

【0108】

具体的には、移動量算出部１２は、ステップＡ１５が既に実行されている場合は、ステップＡ１４で既に算出した計測対象領域の法線方向における移動量△ｚを用いて、再度、計測対象領域の面方向における移動量△x’及び△y’を算出する。また、この場合、表面変位算出部１３は、再度算出された、計測対象領域の面方向における移動量△x’及び△y’と、計測対象領域の法線方向における移動量Δｚとを用いて、再度、計測対象領域における表面変位成分を算出する。

【0109】

一方、ステップＡ１６の判定の結果、ステップＡ１３〜Ａ１５の実行回数が閾値Ｎに達している場合は、表面変位算出部１３は、計測対象領域における表面成分(δδx_ij ，δδy_ij)が算出された処理画像の枚数が閾値ｍより少ないかどうかを判定する（ステップＡ１７）。ステップＡ１７は、図６に示したステップＡ６と同様のステップである。

【0110】

ステップＡ１７の判定の結果、処理画像の枚数が閾値ｍより少ない場合は、表面変位算出部１３は、変位分布算出部１１に、再度ステップＡ１１を実行するように指示する。この場合、再度、ステップＡ１１〜Ａ１６が実行される。

【0111】

一方、ステップＡ１７の判定の結果、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)が算出された処理画像の枚数が閾値ｍより少なくない場合（枚数が閾値ｍとなった場合）は、表面変位算出部１３は、劣化状態判定部１４に判定を行なうように指示する。これにより、劣化状態判定部１４は、各処理画像の、計測対象領域における表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)、計測対象領域の面方向における移動量、及び計測対象領域の法線方向における移動量に基づいて、対象物３０の劣化状態を判定する（ステップＡ１８）。ステップＡ１８は、図６に示したステップＡ７と同様のステップである。

【0112】

［実施の形態における効果］
以上のように本実施の形態によれば、対象物３０が外力によって動いてしまった場合でも、動きに合わせて、計測対象領域における変位分布が補正されるため、正確な変位分布が算出される。このため、本実施の形態によれば、対象物３０の劣化状態を精度良く判定することができる。

【0113】

また、本実施の形態では、撮像装置２０の配置は、図１に示した例には限定されない。本実施の形態では、撮像装置２０は、撮影対象である構造物を側面から撮影するように配置されていても良いし、構造物を斜め方向から撮影するように配置されていても良い。前者の場合は、上述したように計測対象領域は、鉛直方向に平行な領域となる。また、後者の場合は、撮像装置２０の位置及び撮影角度に基づき、画像処理によって、撮影画像の向きが変換されて、処理が行われる。

【0114】

［プログラム］
本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図６に示すステップＡ１〜Ａ７、又は図７に示すステップＡ１１〜Ａ１８を実行させるプログラムであれば良い。これらのプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における変位成分検出装置と変位成分検出方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、変位分布算出部１１、移動量算出部１２、表面変位算出部１３、及び劣化状態判定部１４として機能し、処理を行なう。

【0115】

また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、変位分布算出部１１、移動量算出部１２、表面変位算出部１３、及び劣化状態判定部１４のいずれかとして機能しても良い。

【0116】

ここで、本実施の形態におけるプログラムを実行することによって、変位成分検出装置１０を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態における変位成分検出装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

【0117】

図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。

【0118】

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。

【0119】

また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。

【0120】

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

【0121】

また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact DiskRead Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。

【0122】

なお、本実施の形態における変位成分検出装置１０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、変位成分検出装置１０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。

【0123】

上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記１５）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。

【0124】

（付記１）
対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、変位分布算出部と、
前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、移動量算出部と、
前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、表面変位算出部と、
を備えている、ことを特徴とする変位成分検出装置。

【0125】

（付記２）
前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、劣化状態判定部を、
更に備えている、付記１に記載の変位成分検出装置。

【0126】

（付記３）
前記変位分布算出部が、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記移動量算出部が、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記表面変位算出部が、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記劣化状態判定部は、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
付記２に記載の変位成分検出装置。

【0127】

（付記４）
前記移動量算出部が、前記表面変位算出部によって前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出し、
前記表面変位算出部が、再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、
付記１〜３のいずれかに記載の変位成分検出装置。

【0128】

（付記５）
前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
付記１〜４のいずれかに記載の変位成分検出装置。

【0129】

（付記６）
（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、ステップと、
を有することを特徴とする変位成分検出方法。

【0130】

（付記７）
（ｄ）前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、ステップを、
更に有する、付記６に記載の変位成分検出方法。

【0131】

（付記８）
前記（ａ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記（ｄ）のステップにおいて、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
付記７に記載の変位成分検出方法。

【0132】

（付記９）
（ｅ）前記（ｃ）のステップによる前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出する、ステップと、
（ｆ）前記（ｅ）のステップにおいて再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、ステップと、
を更に有する、付記６〜８のいずれかに記載の変位成分検出方法。

【0133】

（付記１０）
前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
付記６〜９のいずれかに記載の変位成分検出方法。

【0134】

（付記１１）
コンピュータに、
（ａ）対象物の計測対象領域を撮影する撮像装置から出力されてきた前記計測対象領域の時系列画像から、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出する、ステップと、
（ｂ）前記変位分布及び前記計測対象領域を撮影した際の撮影情報に基づいて、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出する、ステップと、
（ｃ）前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記変位分布から、前記計測対象領域における表面変位成分を算出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。

【0135】

（付記１２）
前記コンピュータに、
（ｄ）前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち、少なくとも１つに基づいて、前記対象物の劣化状態を判定する、ステップを、
更に実行させる命令を含む、付記１１に記載のプログラム。

【0136】

（付記１３）
前記（ａ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、画像内での前記計測対象領域に対応する領域における変位分布を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域の面方向における移動量と、前記計測対象領域の法線方向における移動量とを算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、前記時系列画像毎に、前記計測対象領域における表面変位成分を算出し、
前記（ｄ）のステップにおいて、設定された枚数分の前記時系列画像について、前記計測対象領域における表面変位成分、前記計測対象領域の面方向における移動量、及び前記計測対象領域の法線方向における移動量が得られた場合に、前記対象物の劣化状態を判定する、
付記１２に記載のプログラム。

【0137】

（付記１４）
前記コンピュータに、
（ｅ）前記（ｃ）のステップによる前記計測対象領域における表面変位成分が算出された場合に、既に算出している前記計測対象領域の法線方向における移動量を用いて、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量のうち一方又は両方を再度算出する、ステップと、
（ｆ）前記（ｅ）のステップにおいて再度算出された、前記計測対象領域の面方向における移動量及び前記計測対象領域の法線方向における移動量の一方又は両方を用いて、前記計測対象領域における表面変位成分を再度算出する、ステップと、
を更に実行させる、
付記１１〜１３のいずれかに記載のプログラム。

【0138】

（付記１５）
前記計測対象領域の面方向が、前記時系列画像の水平方向に対応する方向と、前記時系列画像の垂直方向に対応する方向とを含む、
付記１１〜１４のいずれかに記載のプログラム。

【産業上の利用可能性】

【0139】

以上のように、本発明によれば、３次元方向の動き及び振動を伴う構造物において、これらの動き及び振動による影響を排除して、その状態を判定することができる。本発明は、橋梁・道路・建築物・設備などのインフラ構造物の維持管理及び異常検知などの分野に有用である。

【符号の説明】

【0140】

１０ 変位成分検出装置
１１ 変位分布算出部
１２ 移動量算出部
１３ 表面変位算出部
１４ 劣化状態判定部
２０ 撮像装置
２１ 固定具
３０ 構造物
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】