特開 2024-99167 粒度解析画像の取得方法及びシステム

(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】P2024099167

(43)【公開日】2024-07-25

(54)【発明の名称】粒度解析画像の取得方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/0227 20240101AFI20240718BHJP

   G03B 15/00 20210101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

G01N15/02 B

G03B15/00 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023002901

(22)【出願日】2023-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110711

【弁理士】

【氏名又は名称】市東 篤

(72)【発明者】

【氏名】小原 隆志

(72)【発明者】

【氏名】岡本 道孝

(72)【発明者】

【氏名】笹岡 里衣

(72)【発明者】

【氏名】松本 聡碩

(72)【発明者】

【氏名】福島 陽

(72)【発明者】

【氏名】桝谷 麻衣

(72)【発明者】

【氏名】岡本 遥河

(57)【要約】

【課題】スケールが配置されておらずカメラも定置されていない場合でも粒度解析対象の粒度を解析するための粒度解析画像を取得することができる方法及びシステムを提供する。
【解決手段】粒度解析対象Ｅに臨ませた深度センサ付きカメラ１０によりｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像Ｇ０を撮影し，その深度付き画像Ｇ０の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ０を作成する。好ましくは，深度付き画像Ｇ０から精度の確保できる範囲Ｇ１又は凹凸変化の小さい範囲Ｇ１を抽出し，画像抽出手段２２により抽出した範囲の深度付き画像Ｇ１から粒度解析画像Ｇｃ１を作成する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粒度解析対象に臨ませた深度センサ付きカメラによりｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を撮影し，前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得方法。

【請求項2】

請求項１の方法において，前記深度センサ付きカメラを前記粒度解析対象の上方又は近傍で移動する移動体に搭載してなる粒度解析画像の取得方法。

【請求項3】

粒度解析対象に臨ませてｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を撮影する深度センサ付きカメラ，及び前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成する画像変換手段を備えてなる粒度解析画像の取得システム。

【請求項4】

請求項３のシステムにおいて，前記深度センサ付きカメラを，前記粒度解析対象の上方又は近傍で移動する移動体上に取り付け可能なものとしてなる粒度解析画像の取得システム。

【請求項5】

請求項３のシステムにおいて，前記深度付き画像から精度の確保できる範囲又は凹凸変化の小さい範囲を抽出する画像抽出手段を設け，前記画像抽出手段により抽出した範囲の深度付き画像を前記画像変換手段に入力して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得システム。

【請求項6】

請求項３のシステムにおいて，前記深度センサ付きカメラに前記深度付き画像をネットワーク経由でクラウドサーバに送る送信装置を含め，前記画像変換手段をクラウドサーバ上又はネットワークに接続されたコンピュータ上に設けてなる粒度解析画像の取得システム。

【請求項7】

請求項６のシステムにおいて，前記クラウドサーバ上又はネットワークに接続されたコンピュータ上に前記粒度解析画像から前記粒度解析対象の粒度を求める粒度解析手段を設けてなる粒度解析画像の取得システム。

【請求項8】

粒度解析対象の粒度を求める画像を取得するためコンピュータを，粒度解析対象に臨ませた深度センサ付きカメラで撮影したｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像を入力する入力手段，及び前記深度付き画像の各画素を前記カメラの中心点と前記粒度解析対象上の最小深度点とを結ぶ直線に垂直な平面上に射影変換して粒度解析画像を作成する画像変換手段として機能させる粒度解析画像の取得プログラム。

【請求項9】

請求項８のプログラムにおいて，前記コンピュータを，前記深度付き画像から精度の確保できる範囲又は凹凸変化の小さい範囲を抽出する画像抽出手段として機能させ，前記画像抽出手段により抽出した範囲の深度付き画像を前記画像変換手段に入力して粒度解析画像を作成してなる粒度解析画像の取得プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は粒度解析画像の取得方法及びシステムに関し，とくに解析対象の粒度を求めるための粒度解析画像を取得する方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば土木・建築構造物を構築する際に，様々な粒径の礫，砂，粘土等の粒状材が混在した地盤材料を使用することがあり，構築する構造物の品質（とくに強度）を確保するため，使用する地盤材料の粒度（粒度分布等）の測定を求められることがある。一般に地盤材料の粒度は，混在する各粒状材の粒径ｄを横軸（対数軸）とし，各粒径ｄ以下の粒状材の全体に対する質量百分率（＝その粒径ｄ以下の粒状材の総質量／粒状材全体の総質量×１００，加積通過率と呼ばれる）を縦軸（線形軸）とした片対数グラフ，すなわち粒径加積曲線によって確認することができる。

【0003】

粒径加積曲線を作成する従来方法の一例は，地盤材料中に混在する各粒状材を篩い分けして各粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を求めるものである。しかし，地盤材料は最大粒径から最小粒径までの範囲（粒径範囲）が広いので，粒径加積曲線を作成するためには相応の量の地盤材料の篩い分け作業を篩い目の種類の数だけ繰り返さなければならず，粒度の測定（以下，粒度の解析ということがある）に非常に手間がかかる課題があった。そこで，地盤材料の画像からコンピュータによる画像処理技術によって粒度を解析する方法が開発されている（特許文献１～３参照）。

【0004】

例えば特許文献１は，図５に示すように，地盤材料Ｅの解析対象範囲を矩形のスケール付き外枠材４６で囲い，その外枠材４６の中央上方に昇降支持軸４４ａ付き支持装置４４によって下向きデジタルカメラ４０を設置すると共に，その周囲に異なる向きの複数の照明（ランプ）４２ａ～４２ｄを設置して画像を取得する方法を提案している。複数の照明４２ａ～４２ｄを異なる向きで順次に照射しながらデジタルカメラ４０により陰影位置の異なる複数の画像Ｇａ～Ｇｄを撮影し，陰影の異なる画像Ｇａ～Ｇｄを合成することにより．解析対象範囲の個々の粒状材Ｓを精度よく分離識別することができる。また，デジタルカメラ４０によりスケール付き外枠材４６が含まれる画像を撮影することにより，外枠材４６のスケールを利用して撮影した各粒状材Ｓの粒径ｄを計測し，地盤材料Ｅの粒度を求めることができる。

【0005】

粒径範囲の広い地盤材料Ｅを対象とする場合は，地盤材料Ｅの単独の画像Ｇから特定の粒径ｄ（例えば１００ｍｍ）以下の粒状材を全て検出して加積通過率Ｐ（ｄ）を直接的に求めることは難しい場合もある。そこで，例えば特許文献２が開示するように，画像Ｇから特定の粒径ｄ以上の粒状材を全て検出し，画像Ｇ中の地盤材料の全体面積Ｅに対する粒径ｄ以上の粒状材の面積ｅの総和（Σｅ）の割合Σｅ／Ｅ（以下，粒度インデクスＩという）から，その粒径ｄの加積通過率Ｐ（ｄ）を間接的に求めることが提案されている。このような方法を用いることにより，図５のような地盤材料Ｅの単独の画像Ｇから，その地盤材料Ｅの粒径加積曲線を求めることができる。

【0006】

また特許文献３は，図６に示すように，地盤材料Ｅを建築現場へ搬入する経路に振動ベルトコンベア５０を設置し，そのベルトコンベア５０の搬送面と対向させて定置した下向きデジタルカメラ６０により画像を取得する方法を提案している。振動ベルトコンベア５０は，駆動プーリ５６とローラ５７との間に環状ベルト５８を架け渡し，駆動装置５９により駆動プーリ５６を駆動して環状ベルト５８を回転させることにより，ベルト５８の上面（搬送面）に載置した地盤材料Ｅを搬送する。搬送面の下方には，搬送方向に沿って複数のキャリアローラ５３，５５が並べられており，搬送面上流部のキャリアローラ５３は第１支持体５１によって連結支持され，他のキャリアローラ５５は第１支持体５１から縁切りされた第２支持体５４によって連結支持されている。

【0007】

第１支持体５１には振動装置５２が取り付けられており，振動装置５２を振動させることにより搬送面の上流側のみを振動させ，その上流部に投入された地盤材料Ｅを振動させて分散させたのち，分散後の地盤材料Ｅを搬送面の下流側に送って振動させずに観察することができる。その搬送面の下流側に遮光板で覆われた撮影建屋６１を設け，その撮影建屋６１内に照明装置と共にデジタルカメラ６０が定置されている。カメラ６０は搬送面との距離Ｆ及び向きが一定となるように固定されており，一定の距離Ｆ及び向きで地盤材料Ｅの画像Ｇを撮影することにより撮影範囲の大きさ（長さｄ´）とカメラ６０の内部仕様（焦点距離ｆ）とから画像Ｇ内の各粒状材Ｓの粒径ｄ（＝ｄ´×Ｆ／ｆ）を計測し，地盤材料Ｅの粒度を求めることができる。

【0008】

特許文献１～３のように地盤材料Ｅの画像Ｇから粒度を求める方法によれば，従来の篩い分け方法に比して迅速に，しかも精度よく地盤材料Ｅの粒度を解析することができる。なお，画像Ｇから粒度を解析する対象は地盤材料Ｅに限定されるものではなく，特許文献４が開示するように，例えば岩盤切羽の発破掘削時に生じる発破ズリ（岩盤砕屑物）等の粒状材の堆積物を粒度解析対象とすることもでき，特許文献１～３の画像処理技術によって発破ズリの画像Ｇから発破ズリの粒度を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００６－０７８２３４号公報

【特許文献2】特開２０１１－１６３８３６号公報

【特許文献3】特開２０１６－１２４６６５号公報

【特許文献4】特開２０１２－１５９４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

盛土とする地盤材料Ｅを掘削する現場等において，掘削した地盤材料が盛土として適切か否かを判定したり，土質の変化を判定することが行われる。その際，バックホウ等の採掘機械（作業重機）に搭載したデジタルカメラで取得した画像を適切に抽出し，解析を行うことによって迅速な判定をすることが可能となる。例えば，所定サイズ以下の地盤材料Ｅを掘削する現場等において，掘削時に出現する地盤材料Ｅの粒度をリアルタイムで解析できれば，地盤材料Ｅの粒度が所定サイズ以下であるか否かを直ちに判断することができ，所定サイズ以上の地盤材料（例えば大きな岩等）は選別又は粉砕することにより作業の迅速化・効率化を図ることが期待できる。

【0011】

しかし，特許文献１～３を参照して説明した従来方法は，図５のようにスケールが配置された地盤材料Ｅの画像Ｇ，或いは図６のようにカメラが定置されて撮影距離及び向きが一定の範囲内の地盤材料Ｅの画像Ｇから粒度を解析するものであり，スケールが配置されておらずカメラも定置されていない地盤材料Ｅの画像Ｇに適用して粒度を求めることはできない問題点がある。

【0012】

すなわち，バックホウ等の採掘機械が移動する掘削現場で取得される地盤材料Ｅの画像Ｇには，図５のようなスケールを配置して写し込むことは現実的でなく，スケールを用いて地盤材料Ｅ中の各粒状材Ｓの粒径ｄを計測することは期待できない。また，採掘機械は作業中に向きや姿勢を様々に変えるので，図６のようにカメラを定置して撮影距離及び向きを一定に保つこともできず，画像Ｇの撮影範囲の大きさから各粒状材Ｓの粒径ｄを計測することも期待できない。採掘機械に搭載したカメラにより掘削時に出現する地盤材料Ｅの粒度をリアルタイムで解析するためには，スケールが配置されておらずカメラが定置されていなくても，写り込んだ各粒状材の粒径ｄを計測することができる画像（以下，粒度解析画像という。）を取得することが必要である。

【0013】

そこで本発明の目的は，スケールが配置されておらずカメラが定置されていない場合でも粒度解析画像を取得することができる方法及びシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

一態様において本発明は，図１及び図２の実施例に示すように，粒度解析対象Ｅに臨ませた深度センサ付きカメラ１０（図４参照）によりｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像Ｇ０（図１（Ｂ）参照）を撮影し，その深度付き画像Ｇ０の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ（図２（Ａ）参照）上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ０（図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）参照）を作成してなる粒度解析画像の取得方法を提供する。

【0015】

他の態様において本発明は，図１及び図２の実施例に示すように，粒度解析対象Ｅに臨ませてｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像Ｇ０（図１（Ｂ）参照）を撮影する深度センサ付きカメラ１０（図４参照），及び深度付き画像Ｇ０の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ（図２（Ａ）参照）上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ０（図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）参照）を作成する画像変換手段２３（図１（Ｃ）参照）を備えてなる粒度解析画像の取得システムを提供する。

【0016】

好ましい実施例では，図１及び図３に示すように，深度センサ付きカメラ１０を，粒度解析対象Ｅの上方又は近傍で移動する移動体１ａ又は１ｂ上に取り付け可能なものとする。また，望ましい実施例では，図１（Ｃ）に示すように，深度付き画像Ｇ０から精度の確保できる範囲Ｇ１又は凹凸変化の小さい範囲Ｇ１を抽出する画像抽出手段２２を設け，画像抽出手段２２により抽出した範囲の深度付き画像Ｇ１（図１（Ｃ）参照）を画像変換手段２３に入力して粒度解析画像Ｇｃ１（図１（Ｄ）参照）を作成する。

【0017】

更に好ましい実施例では，図３に示すように，深度センサ付きカメラ１０に深度付き画像Ｇ０又はＧ１をネットワーク３０経由でクラウドサーバ２０に送る送信装置１８を含め，画像変換手段２３をクラウドサーバ２０ｂ上又はネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃ上に設ける。更に望ましい実施例では，図３に示すように，クラウドサーバ２０ｂ上又はネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃ上に粒度解析画像Ｇｃ０又はＧｃ１から粒度解析対象Ｅの粒度を求める粒度解析手段２５を設ける。

【発明の効果】

【0018】

本発明は，粒度解析対象Ｅに臨ませた深度センサ付きカメラ１０によりｘｙ方向の二次元画像の各画素にｚ方向の深度が付された深度付き画像Ｇ０を撮影し，深度付き画像Ｇ０の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ（図２参照）上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ０を作成するので，粒度解析対象Ｅの近傍にスケールが配置されておらずカメラが定置されていない場合でも，写り込んだ各粒状材Ｓの粒径ｄを計測して粒度解析対象Ｅの粒度を求めることができる粒度解析画像Ｇｃ０を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。

【図1】は，本発明の粒度解析画像の取得システムの一実施例のブロック図である。

【図2】は，本発明の粒度解析画像の取得方法の原理を示す説明図である。

【図3】は，本発明の粒度解析画像の取得システムの他の実施例のブロック図である。

【図4】は，本発明で用いる深度センサ付きカメラの一例の説明図である。

【図5】は，粒度解析画像を取得する従来方法の一例の説明図である。

【図6】は，粒度解析画像を取得する従来方法の他の一例の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は，地山等の地盤材料Ｅの掘削現場において，掘削時に出現する地盤材料Ｅの粒度の解析に適用した本発明の画像取得システムのブロック図を示す。図示例のシステムは，出現した地盤材料Ｅに臨ませて深度付き画像Ｇ０を撮影する深度センサ付きカメラ１０と，深度センサ付きカメラ１０で撮影した深度付き画像Ｇ０を入力して地盤材料Ｅの粒度解析画像Ｇｃ０を作成するコンピュータ２０ａとを備えている。

【0021】

図１の実施例では，掘削現場上を走行移動するバックホウ等の移動体１ａに深度センサ付きカメラ１０とコンピュータ２０ａとを搭載し，掘削時に出現する地盤材料Ｅの粒度を移動体１ａ上の作業員がリアルタイムで解析できるようにしている。移動体１ａ上の深度センサ付きカメラ１０の取り付け位置は，掘削時に出現する地盤材料Ｅと対向させることできるように適宜選択することができる。バックホウ等の移動体１ａに代えて，図３に示すように掘削現場上方を飛行するドローン等の移動体１ｂに深度センサ付きカメラ１０を取り付けることも有効である。深度センサ付きカメラ１０をドローン等の移動体１ｂに取り付けることにより，高い鳥観的な視点から現場内全体の地盤材料Ｅの粒度を一気に解析することも可能となる。

【0022】

なお，深度センサ付きカメラ１０は必ずしも移動体１ａ，１ｂに搭載する必要はなく，例えばスマートフォン等の携帯端末を深度センサ付きカメラ１０とすることも可能である。深度センサ付きカメラ１０を携帯端末とすることにより，作業員が持ち歩きながら任意地点の地盤材料Ｅの深度付き画像Ｇ０を撮影し，撮影位置毎の地盤材料Ｅの粒度をリアルタイムで解析することが可能となる。この場合は，図３及び図４に示すように深度センサ付きカメラ１０に地盤材料Ｅの深度付き画像Ｇ０をネットワーク３０経由でクラウドサーバ２０ｂに送る送信装置１８を含め，クラウドサーバ２０ｂ又はネットワーク３０に接続された他のコンピュータ２０ｃによって地盤材料Ｅの粒度解析画像Ｇｃ０を作成し，地盤材料Ｅの粒度を解析することもできる。

【0023】

図示例の深度センサ付きカメラ１０は，図４に示すようにデジタルカメラ１２と距離センサ１４とを同じ向きに保持して一体的に組み合わせたものである。距離センサ１４の一例はＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）である。ＬｉＤＡＲは，対象面に向けて角度を切り替えながらレーザ光を照射すると共に対象からの反射光を検知し，検知したレーザ光の往復時間と照射角度とから対象面上の多数の照射点までの距離ｚ及び二次元座標（ｘ，ｙ），すなわち多数の照射点群の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を取得することができる。ただし，ＬｉＤＡＲに代えて，従来からリモートセンシング測距に使用されている他の距離センサ，例えばミリ波レーダー等を用いることも有効である。

【0024】

図４の深度センサ付きカメラ１０は，適当なキャリブレーションによりデジタルカメラ１２の中心点及び座標系と距離センサ１４の中心点及び座標系とを揃えたうえで，付加装置１６において距離センサ１４で取得された多数の点群の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）にデジタルカメラ１２で取得されたＲＧＢ等の二次元画像データ（ｘ，ｙ）を付加することにより，図１（Ｂ）に示すような深度付き画像Ｇ０を出力する。深度センサ付きカメラ１０の出力する深度付き画像Ｇ０は，深度センサ付きカメラ１０の中心点Ｏを原点とする座標系において，ｘｙ方向の二次元画像（ｘ，ｙ）の各画素にＲＧＢ等の画像データと共にｚ方向の深度が付されたものである。

【0025】

本発明において深度センサ付きカメラ１０は定置されていないので，深度センサ付きカメラ１０の出力する深度付き画像Ｇ０は画素毎にｚ方向の深度が異なりうる。従って，深度付き画像Ｇ０に写り込んだ地盤材料Ｅの各粒状材Ｓの粒径ｄを画像Ｇ０から直接的に求めることはできず，深度付き画像Ｇ０から地盤材料Ｅの粒度を直接的に解析することは困難である。そこで，深度付き画像Ｇ０をコンピュータ２０ａに入力し，地盤材料Ｅの各粒状材Ｓの粒径ｄを計測できる粒度解析画像Ｇｃ０に変換することにより，地盤材料Ｅの粒度の解析を可能とする。

【0026】

図１（Ｃ）に示すコンピュータ２０ａは，一次・二次の記憶装置（図示せず）とディスプレイ・プリンタ等の出力装置（図示せず）とタッチパネル等の入力装置（図示せず）とを有しており，内部プログラムとして，深度センサ付きカメラ１０から深度付き画像Ｇ０を入力する入力手段２１と，深度付き画像Ｇ０を粒度解析画像Ｇｃ０に変換する画像変換手段２３と，変換した粒度解析画像Ｇｃ０等を出力装置に出力する出力手段２４とを有している。また図示例のコンピュータ２０ａは，深度付き画像Ｇ０から粒度解析精度の確保できる適当な範囲Ｇ１を抽出する画像抽出手段２２を有しており，必要に応じて，その抽出した範囲の深度付き画像Ｇ１を画像変換手段２３に入力して粒度解析画像Ｇｃ１に変換することができる。更に図示例のコンピュータ２０ａは，粒度解析画像Ｇｃ０又はＧｃ１から粒度解析対象Ｅの粒度を求める粒度解析手段２５を有している。

【0027】

図２（Ａ）は，コンピュータ２０ａの画像変換手段２３における深度付き画像Ｇ０の変換手順の概要を示す。画像変換手段２３は，先ず深度付き画像Ｇ０のうちｚ方向の深度が最も小さい画素の三次元座標から，深度センサ付きカメラ１０の中心点Ｏを原点とする座標系における粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍの三次元座標を検出する。次いで，カメラ１０の中心点（原点）Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐを想定し，深度付き画像Ｇ０の各画素の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を平面Ｐ上に射影変換することにより，深度付き画像Ｇ０を粒度解析画像Ｇｃ０に変換する。

【0028】

射影変換は図学的な中心投影変換に相当する座標変換であり，図２（Ａ）に示すように，射影変換によって深度付き画像Ｇ０の各画素の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）は，その画素とカメラ１０の中心点（原点）Ｏとを結ぶ直線が平面Ｐと交差する交差点の三次元座標（ｘ´，ｙ´，ｚ´）に変換される。すなわち，原点Ｏから見て平面Ｐよりも遠い粒度解析対象Ｅ上の点Ｑ１は射影変換によって原点Ｏに近づいた平面Ｐ上の点Ｑ１´に座標変換され，原点Ｏから見て平面Ｐよりも近い粒度解析対象Ｅ上の点Ｑ２は射影変換によって原点Ｏから遠い平面Ｐ上の点Ｑ２´に座標変換され，平面Ｐ上の最小深度点Ｍの座標はそのまま維持される。

【0029】

図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）は，画像変換手段２３による射影変換後の各画素Ｑ１´，Ｑ２´，Ｍ等の三次元座標（ｘ´，ｙ´，ｚ´）からなる平面Ｐ上の粒度解析画像Ｇｃ０の平面図及び断面図を示す。図２（Ｂ）から分かるように，カメラの中心点（原点）Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌをｚ´軸とすると，粒度解析画像Ｇｃ０上の各画素のｚ´軸方向の深度Ｆは一定となる。すなわち，射影変換後の粒度解析画像Ｇｃ０の各画素とカメラとの距離Ｆ及び向きが一定となるので，図６に示す定置されたデジタルカメラ６０の画像Ｇの場合と同様に，例えばコンピュータ２０ａの粒度解析手段２５において，粒度解析画像Ｇｃ０に写り込んだ撮影範囲の大きさ（ｘ´ｙ´平面（平面Ｐ）上の長さｄ´）とカメラ６０の内部仕様（焦点距離ｆ）とから画像Ｇｃ０に写り込んだ各粒状材Ｓの粒径ｄ（＝ｄ´×Ｆ／ｆ）を求めることができ，地盤材料Ｅの粒度を解析し，必要に応じて地盤材料Ｅの粒径加積曲線を作成することが可能となる。

【0030】

図１に示す深度センサ付きカメラ１０は比較的広い画角θを有しており，その画角θで撮影された深度付き画像Ｇ０の全体を粒度解析画像Ｇｃ０に射影変換することにより，比較的広い範囲の地盤材料Ｅの粒度を解析することが可能である。ただし，深度センサ付きカメラ１０の距離センサ１４（図４参照）は計測距離（計測深度）に限界があり，計測距離が大きくなると照射点群の相互間隔が大きくなって解像度が相対的に低下しうるため，計測距離の精度（距離精度）が低下しうる。地盤材料Ｅの粒度を高い精度で解析するためには，深度付き画像Ｇ０のうち精度の低い部分を取り除いたうえで粒度解析画像Ｇｃ０に射影変換することが有効である。

【0031】

図１の実施例では，コンピュータ２０ａの画像抽出手段２２によって深度付き画像Ｇ０から精度（深度の精度）が確保できる範囲Ｇ１の画素のみを抽出し（図１（Ｂ）参照），その抽出した深度付き画像Ｇ１を画像変換手段２３に入力して粒度解析画像Ｇｃ１に射影変換することができる（図１（Ｄ）参照）。例えば，深度付き画像Ｇ０のうちｚ方向の深度が比較的小さい最小深度点Ｍの周囲の画素のみを抽出して抽出画像Ｇ１とする。次いで画像変換手段２３において，抽出画像Ｇ１の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと画像Ｇ１に写り込んだ粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ１を作成する。そして粒度解析手段２５において粒度解析画像Ｇｃ１から写り込んだ各粒状材Ｓの粒径ｄを計測することにより，地盤材料Ｅの粒度を高い精度で解析することができる。

【0032】

また，図２を参照して説明した画像変換手段２３による射影変換は基本的には平面領域を平面領域に座標変換するものであり，粒度解析対象Ｅを平坦な領域とみなして深度付き画像Ｇ０を粒度解析画像Ｇｃ０に変換する。粒度解析対象Ｅに存在する深度変化（凹凸）は，画像変換手段２３によって精確に変換されず，粒度解析画像Ｇｃ０の各画素の三次元座標に誤差を生じる原因となりうる。このため，コンピュータ２０ａの画像抽出手段２２によって深度付き画像Ｇ０から深度変化（凹凸変化）の大きな部分を取り除いたうえで粒度解析画像Ｇｃ０に射影変換することが有効である。

【0033】

例えば図１のコンピュータ２０ａの画像抽出手段２２において，深度付き画像Ｇ０のうちｚ方向の深度が急激に変化する部分を取り除き，最小深度点Ｍの周りの凹凸変化の小さい範囲Ｇ１の画素のみを抽出し（図１（Ｂ）参照），その抽出した深度付き画像Ｇ１を画像変換手段２３に入力する。最小深度点Ｍの周りに凹凸変化の小さい領域がない場合は，画像Ｇ０中の最も凹凸変化が小さい適当な大きさの範囲を抽出画像Ｇ１としてもよい。次いで画像変換手段２３において，抽出画像Ｇ１のうちｚ方向の深度が最も小さい画素の三次元座標から画像Ｇ１に写り込んだ粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍの三次元座標を検出し，画像Ｇ１の各画素をカメラ１０の中心点Ｏと粒度解析対象Ｅ上の最小深度点Ｍとを結ぶ直線Ｌに垂直な平面Ｐ上に射影変換して粒度解析画像Ｇｃ１を作成する。次いで粒度解析手段２５において粒度解析画像Ｇｃ１から写り込んだ各粒状材Ｓの粒径ｄを計測することにより，地盤材料Ｅの粒度を高い精度で解析することができる。

【0034】

図１（Ｄ）に示す射影変換後の粒度解析画像Ｇｃ０（又は抽出画像Ｇｃ１）は，図６に示す定置されたデジタルカメラ６０の画像Ｇの場合と同様に，地盤材料Ｅの粒度解析に利用することができる。具体的には，コンピュータ２０ａの粒度解析手段２５において粒度解析画像Ｇｃ０から写り込んだ地盤材料Ｅ中の各粒状材Ｓの輪郭を抽出し，その輪郭から各粒状材Ｓの粒径ｄを計測し，例えば粒径ｄのヒストグラムを作成することにより地盤材料Ｅの粒度分布を求めることができる。また，必要に応じて粒径毎の加積通過率Ｐを直接的に又は間接的に求め，地盤材料Ｅの粒径加積曲線を作成することもできる。

【0035】

本発明によれば，粒度解析対象Ｅの近傍にスケール等を設置する必要がなく，深度センサ付きカメラ１０で撮影した粒度解析対象Ｅの画像Ｇ０であれば粒度の解析が可能であり，図５及び図６を参照して上述した従来の粒度解析方法に比して画像の撮影に要する手間を格段に省くことができる。

【0036】

また，深度センサ付きカメラ１０は定置する必要がなく，粒度解析対象Ｅの上方又は近傍を移動する作業機械やドローン等の移動体１ａ，１ｂに取り付けて粒度解析対象Ｅの画像Ｇ０を撮影することができるので，粒度解析対象Ｅの発生現場等において粒度をリアルタイムで解析することが可能となる。

【0037】

更に，スマートフォン等の携帯端末を深度センサ付きカメラ１０とすることができ，携帯端末で撮影した画像Ｇをネットワーク３０に接続されたクラウドサーバ２０ｂ（図３参照）等に転送しておけば，クラウドサーバ２０ｂにおいて粒度解析画像Ｇｃ０に変換して粒度解析対象Ｅの粒度を解析することができる。従って，現場では携帯端末により粒度解析対象Ｅの画像Ｇ０を撮影するだけで作業が完結するので，粒度解析作業の格段の簡単化・迅速化を図ることができる。

【0038】

こうして本発明の目的である「スケールが配置されておらずカメラが定置されていない場合でも粒度解析画像を取得することができる方法及びシステム」を提供することができる。

【0039】

なお，図１の実施例では粒度解析対象を地盤材料Ｅとしているが，例えば岩盤切羽の発破掘削時に生じる発破ズリ（岩盤砕屑物）等を粒度解析対象とする場合にも本発明を適用することができる。具体的には，スマートフォン等の携帯端末を深度センサ付きカメラ１０とし，岩盤切羽の発破直後に携帯端末によって発破ズリの堆積物の深度付き画像Ｇ０を撮影してクラウドサーバ２０ｂ等に転送し，クラウドサーバ２０ｂにおいて粒度解析画像Ｇｃ０に変換して発破ズリの粒度を解析する。切羽における作業を画像Ｇ０の撮影だけに限定できるので，作業員の安全にも寄与できる。

【実施例0040】

図３は，地山等の地盤材料Ｅの掘削現場に適用した本発明の画像取得システムの他の実施例を示す。図３の実施例では，掘削現場を走行移動するバックホウ等の移動体１ａ又は掘削現場上方を飛行するドローン等の移動体１ｂにそれぞれ深度センサ付きカメラ１０と送信装置１８とを搭載し，各移動体１ａ，１ｂ上の深度センサ付きカメラ１０で撮影した深度付き画像Ｇ０を送信装置１８によりネットワーク３０経由でクラウドサーバ２０ｂに転送する。

【0041】

図示例のクラウドサーバ２０ｂは，ネットワーク３０と接続するための通信装置２８を有すると共に，内部プログラムとして，ネットワーク３０経由で転送された深度付き画像Ｇ０を入力する入力手段２１と，深度付き画像Ｇ０を粒度解析画像Ｇｃ０に変換する画像変換手段２３と，変換後の粒度解析画像Ｇｃ０から地盤材料Ｅの粒度を求める粒度解析手段２５と，求めた地盤材料Ｅの粒度を出力する出力手段２４とを有している。クラウドサーバ２０ｂには，必要に応じて出力手段２４から出力された地盤材料Ｅの粒度を掘削現場毎に整理して記憶する外部記憶装置（図示せず）等を接続することができる。

【0042】

必要に応じて，クラウドサーバ２０ｂに深度付き画像Ｇ０から適当な範囲Ｇ１を抽出する画像抽出手段２２を設けることができる。画像抽出手段２２によって深度付き画像Ｇ０から精度が確保できる範囲Ｇ１，或いは凹凸変化が小さい範囲Ｇ１のみを抽出して画像変換手段２３に入力し，その抽出画像Ｇ１から画像変換手段２３により粒度解析画像Ｇｃ１を作成することにより，粒度解析手段２５において粒度解析画像Ｇｃ１から解析する地盤材料Ｅの粒度の精度を，粒度解析画像Ｇｃ０から解析した場合に比して高めることができる。

【0043】

図３の実施例では，掘削現場の各移動体１ａ，１ｂ上の深度センサ付きカメラ１０で撮影した深度付き画像Ｇ０を断続的（例えば定期的）に又は連続的な動画としてクラウドサーバ２０ｂに転送する。好ましくは，各移動体１ａ，１ｂにＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）を搭載し，各移動体１ａ，１ｂで撮影した深度付き画像Ｇ０を，各移動体１ａ，１ｂの位置情報と共にクラウドサーバ２０ｂに転送する。クラウドサーバ２０ｂは，転送された深度付き画像Ｇ０を画像変換手段２３により粒度解析画像Ｇｃ０に変換したうえで，粒度解析手段２５に入力して地盤材料Ｅの粒度を解析し，その解析結果を各移動体１ａ，１ｂの位置情報と共に外部記憶装置にデータベースとして累積記憶することができる。累積記憶された地盤材料Ｅの粒度の解析結果は，例えばネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃから要求して適宜に読み出すことができる。

【0044】

或いは図３の実施例において，掘削現場の各移動体１ａ，１ｂから断続的に又は連続的な動画として転送される深度付き画像Ｇ０を，クラウドサーバ２０ｂにおいて解析する前に，各移動体１ａ，１ｂの位置情報と共にクラウドサーバ２０ｂの外部記憶装置にデータベースとして累積記憶しておくこともできる。この場合は，ネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃの要求に基づいて累積記憶された深度付き画像Ｇ０を適宜に読み出し，クラウドサーバ２０ｂの画像変換手段２３により粒度解析画像Ｇｃ０に変換したうえで，粒度解析手段２５に入力して地盤材料Ｅの粒度を解析し，その解析結果を各移動体１ａ，１ｂの位置情報と共にネットワーク３０経由でクラウドサーバ２０ｂからコンピュータ２０ｃに応答することができる。

【0045】

また，ネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃに上述した入力手段２１，画像抽出手段２２，画像変換手段２３，粒度解析手段２５，及び出力手段２４を設け，そのコンピュータ２０ｃの要求に基づいてクラウドサーバ２０ｂに累積記憶された深度付き画像Ｇ０を適宜にコンピュータ２０ｃに転送し，コンピュータ２０ｃにおいて画像変換手段２３により粒度解析画像Ｇｃ０に変換したうえで，粒度解析手段２５に入力して地盤材料Ｅの粒度を解析することも可能である。

【0046】

図３の実施例にように，現場では粒度解析対象Ｅの深度付き画像Ｇ０の撮影のみを行い，クラウドサーバ２０ｂ又はネットワーク３０に接続されたコンピュータ２０ｃにおいて粒度解析対象Ｅの粒度を解析するシステムとすることにより，様々な現場において粒度解析対象Ｅの画像Ｇ０を撮影するだけで粒度を簡単に解析することが可能となる。

【符号の説明】

【0047】

１ａ…移動体（作業車両） １ｂ…移動体（ドローン）
１０…深度センサ付きカメラ １２…デジタルカメラ
１４…深度センサ（距離センサ） １６…付加装置
１８…通信装置 １９…アンテナ
２０…コンピュータ ２１…入力手段
２２…画像抽出手段 ２３…画像変換手段
２４…出力手段 ２５…粒度解析手段（粒径加積曲線作成手段）
２８…通信装置 ３０…ネットワーク（インターネット）
４０…デジタルカメラ ４２…照明（ランプ）
４４…支持装置 ４４ａ…昇降支持軸
４６…スケール付き外枠材
５０…振動ベルトコンベア ５１…第１支持体
５２…振動装置 ５３…キャリアローラ
５４…第２支持体 ５５…キャリアローラ
５６…駆動プーリ（ドライブプーリ） ５７…ローラ
５８…環状ベルト ５９…駆動装置
６０…デジタルカメラ ６１…撮影暗室
Ｇ０…深度付き画像 Ｇ１…抽出（深度付き）画像
Ｇｃ０…変換後の深度付き画像 Ｇｃ１…変換後の抽出（深度付き）画像
Ｅ…粒度解析対象（地盤材料） Ｓ…粒状材
Ｏ…カメラ中心点（レンズ中心） Ｍ…粒度解析対象上の最小深度点
Ｌ…カメラ中心点Ｏと最小深度点Ｍとを結ぶ直線
Ｐ…直線Ｌに垂直な最小深度点Ｍが含まれる平面
Ｆ…カメラと搬送面との距離（間隔）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】