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WO2018138943A1 - 剛性測定装置および剛性測定方法 - Google Patents

剛性測定装置および剛性測定方法 Download PDF

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WO2018138943A1
WO2018138943A1 PCT/JP2017/021087 JP2017021087W WO2018138943A1 WO 2018138943 A1 WO2018138943 A1 WO 2018138943A1 JP 2017021087 W JP2017021087 W JP 2017021087W WO 2018138943 A1 WO2018138943 A1 WO 2018138943A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
displacement
load
rigidity
measurement
stiffness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/021087
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
今川　太郎
晃浩 野田
日下　博也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to JP2017551720A priority patent/JP6322817B1/ja
Priority to CN201780005391.8A priority patent/CN108633303B/zh
Priority to EP17800994.0A priority patent/EP3575766A4/en
Priority to US15/835,806 priority patent/US10488311B2/en
Publication of WO2018138943A1 publication Critical patent/WO2018138943A1/ja
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    • G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors
    • G01N2203/0647—Image analysis

Definitions

  • the present disclosure relates to a stiffness measurement device and a stiffness measurement method for measuring the stiffness of a measurement target.
  • Patent Document 1 discloses a method for measuring the bending rigidity of a structure. According to this method, the bending rigidity of the object can be obtained by arranging a plurality of vibration sensors on the measurement object, applying an impact to the measurement object, and calculating the propagation speed of vibration obtained by the vibration sensor.
  • the present disclosure provides a stiffness measurement device that can measure the stiffness of a measurement object simply and at low cost using a captured image obtained by imaging the measurement object.
  • the stiffness measuring device is a stiffness measuring device that measures the stiffness of a measurement target, and includes a load estimating unit, a displacement calculating unit, and a stiffness calculating unit.
  • a load estimation part estimates the load added to the measurement point set to the measurement object using the captured image by which the measurement object was imaged.
  • the displacement calculation unit calculates the displacement of the measurement point using the captured image.
  • the rigidity calculation unit calculates the rigidity of the measurement target using the load and the displacement.
  • the stiffness measurement method in the present disclosure is a stiffness measurement method for measuring the stiffness of a measurement target, and includes a load calculation step, a displacement calculation step, and a stiffness calculation step.
  • the load calculation step is a step of estimating a load applied to the measurement point set as the measurement target using a captured image obtained by capturing the measurement target.
  • the displacement calculating step is a step of calculating the displacement of the measurement target using the captured image.
  • the rigidity calculation step is a step of calculating the rigidity of the measurement target using the load and the displacement.
  • the rigidity measuring device and the rigidity measuring method according to the present disclosure can measure the rigidity of the measurement object simply and at low cost using the captured image obtained by imaging the measurement object.
  • FIG. 1 is an external view showing a configuration example of a stiffness measurement system in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating another configuration example of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing another operation of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a captured image of a bridge.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating another example of a captured image of a bridge.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the arrangement of measurement points set on a bridge.
  • FIG. 1 is an external view showing a configuration example of a stiffness measurement system in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the stiffness measuring apparatus according to
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the displacement calculated by the displacement calculation unit.
  • FIG. 9 is a diagram showing coordinates set on the bridge.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a bridge displacement distribution and a load distribution.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating another example of the displacement distribution and the load distribution of the bridge.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a bridge stiffness distribution.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a positional relationship between the bridge and the imaging device.
  • FIG. 14 is a view showing a cross section of the bridge.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating another example of a captured image of a bridge.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating another example of the arrangement of measurement points set on a bridge.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating another example of a captured image of a bridge.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating another example of the arrangement of measurement points set on a bridge.
  • FIG. 15C is a diagram illustrating the cable length of the bridge.
  • FIG. 15D is a diagram illustrating another state of the cable length of the bridge.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of the stiffness measurement apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a captured image of a bridge in the second embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating another configuration example of the stiffness measuring apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 19A is a diagram illustrating an example of visualizing the stiffness distribution.
  • FIG. 19B is a diagram illustrating an example of a result determined to be abnormal.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a result of visualizing the displacement distribution and the load distribution.
  • Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 15D.
  • FIG. 1 is an external view showing a configuration example of a stiffness measurement system 1 in the first embodiment.
  • the stiffness measurement system 1 includes a camera 101 and a stiffness measurement device 200.
  • the camera 101 captures the bridge 102 a plurality of times in a predetermined period, and generates a plurality of captured images in which the bridge 102 is captured. For example, the camera 101 images the bridge 102 a plurality of times at predetermined time intervals.
  • the plurality of captured images generated by the camera 101 are input to the stiffness measuring apparatus 200.
  • the stiffness measuring apparatus 200 calculates a stiffness distribution indicating the spatial stiffness distribution of the entire bridge 102 from a plurality of input captured images.
  • the imaging apparatus is the camera 101 and the measurement target is the bridge 102 is described as an example.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the stiffness measuring apparatus 200 according to the first embodiment.
  • the stiffness measurement apparatus 200 includes an input / output I / F 210, a control unit 220, a displacement calculation unit 230, a load estimation unit 240, a stiffness calculation unit 250, and a memory 260.
  • the stiffness measurement apparatus 200 includes, for example, a nonvolatile memory in which a program is stored, a volatile memory that is a temporary storage area for executing the program, an input / output port, and a processor that executes the program.
  • the input / output I / F 210 receives input of a plurality of captured images obtained by capturing the bridge 102 during a predetermined period.
  • the input / output I / F 210 outputs the rigidity distribution of the bridge 102 (the rigidity values of a plurality of measurement points and their distribution states) calculated by the rigidity calculation unit 250.
  • the input / output I / F 210 receives input of a plurality of captured images generated by the camera 101 via wireless, wired, or a recording medium.
  • the input / output I / F 210 stores a plurality of captured images in the memory 260.
  • the input / output I / F 210 outputs the stiffness distribution of the bridge 102 calculated by the stiffness calculation unit 250 to a display unit (not shown) or the like via a wireless, wired, or recording medium.
  • the display unit displays the stiffness distribution output from the stiffness measuring device 200.
  • the control unit 220 controls the operation of each unit of the stiffness measuring apparatus 200.
  • the displacement calculation unit 230 calculates the displacement of the measurement point set to the measurement target using the captured image obtained by capturing the measurement target. More specifically, the displacement calculation unit 230 detects the bridge 102 existing in the captured image for each of a plurality of captured images generated by the camera 101 stored in the memory 260. Then, the displacement calculator 230 calculates spatial displacements at a plurality of measurement points set on the bridge 102. Thereby, the displacement calculation part 230 calculates the displacement distribution (displacement amounts of a plurality of measurement points and their distribution states) of the bridge 102. Then, the displacement calculation unit 230 stores the displacement distribution in the memory 260.
  • the load estimation unit 240 estimates a load applied to a measurement point set to the measurement target using a captured image obtained by capturing the measurement target. More specifically, the load estimation unit 240 detects the load source on the bridge 102 existing in the captured image for each of the plurality of captured images stored in the memory 260. After detecting a load source such as a vehicle that applies a load to the bridge 102, the load estimation unit 240 detects the type of the load source and the position of the load source on the bridge 102. Then, the load estimation unit 240 acquires a load value corresponding to the type of load source stored in advance in the memory 260.
  • a load source such as a vehicle that applies a load to the bridge 102
  • a load source that applies a load to the bridge 102 may be determined in advance, and the load estimation unit 240 may acquire a predetermined load value stored in advance in the memory 260. Specifically, when the load source is fixed to the crane vehicle, the load estimation unit 240 may acquire the load value of the crane vehicle stored in the memory 260. In this case, each part of the rigidity measuring apparatus 200 performs processing using only the captured image in which the crane vehicle is captured. The load estimation unit 240 calculates a load distribution indicating a spatial distribution of a load applied to the bridge 102 using the position of the load source and the acquired load value.
  • the load estimation unit 240 may estimate the load applied to the measurement point as the load value stored in the memory 260 when the measurement point and the position of the load source match. In addition, when the measurement point and the position of the load source do not match, the load estimation unit 240 applies the measurement point according to the distance between the measurement point and the position of the load source and the load value stored in the memory 260. The load may be estimated.
  • the stiffness calculation unit 250 calculates a stiffness distribution indicating a spatial distribution of the stiffness of the measurement target using the displacement distribution and the load distribution. Specifically, the stiffness calculation unit 250 calculates the stiffness distribution of the bridge 102 using the displacement distribution calculated by the displacement calculation unit 230 and the load distribution calculated by the load estimation unit 240. Then, the stiffness calculation unit 250 stores the stiffness distribution in the memory 260.
  • the memory 260 stores the captured image input from the input / output I / F 210.
  • the memory 260 is used as a work memory for each unit.
  • the memory 260 stores the displacement calculated by the displacement calculator 230 and the calculated displacement distribution.
  • the memory 260 stores a load distribution calculated by the load estimation unit 240 or a load value for each type of load source such as a vehicle.
  • the memory 260 stores the stiffness distribution of the bridge 102 calculated by the stiffness calculation unit 250.
  • the memory 260 is composed of a semiconductor memory element capable of high-speed operation such as DRAM (Dynamic Random Access Memory).
  • the whole or a part of the functions of the stiffness measuring apparatus 200 is realized by, for example, a processor executing a program stored in a nonvolatile memory.
  • stiffness measuring device In a plurality of captured images generated by the camera 101, the bridge 102 is not always captured at the same position. In such a case, an error occurs in the displacement calculated by the displacement calculation unit 230. In order to solve this problem, the stiffness measuring device may have a function of correcting the displacement calculated by the displacement calculating unit 230.
  • FIG. 3 is a block diagram showing another configuration of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • the same reference numerals are given to components that perform the same operations as those of the stiffness measuring apparatus 200 of FIG.
  • the control unit 221 controls the operation of each part of the stiffness measuring device 201.
  • the stiffness measuring device 201 includes a correction unit 270.
  • the correction unit 270 corrects the displacement of the plurality of measurement points calculated by the displacement calculation unit 230 using the displacement (reference displacement) of a predetermined reference measurement point calculated by the displacement calculation unit 230. More specifically, the correction unit 270 corrects the displacement of other measurement points based on the reference displacement of a predetermined reference measurement point set on the bridge 102 in the captured image. As a result, the correction unit 270 corrects the displacement distribution. Then, the correction unit 270 stores the corrected displacement distribution in the memory 260.
  • the reference measurement point is, for example, a point that is assumed to have the smallest displacement among a plurality of measurement points.
  • the stiffness calculation unit 251 calculates a stiffness distribution from the displacement distribution corrected by the correction unit 270 and the load distribution calculated by the load estimation unit 240. Then, the stiffness calculation unit 251 stores the stiffness distribution in the memory 260.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the stiffness measuring apparatus 200 in the first embodiment.
  • Captured image acquisition step S310 The control unit 220 acquires a captured image via the input / output I / F 210. In the captured image, the bridge 102 is captured by the camera 101 for a predetermined period. The control unit 220 stores the acquired captured image in the memory 260.
  • the controller 220 causes the displacement calculator 230 to calculate temporal displacements at a plurality of measurement points set on the bridge 102.
  • the displacement calculating unit 230 calculates the displacement of three or more measurement points.
  • the displacement calculation unit 230 takes out a plurality of captured images stored in the memory 260 in order of the capturing time, and calculates the displacement of the bridge 102 for each captured image.
  • the displacement calculation unit 230 calculates a displacement distribution from the calculated displacement. Then, the displacement calculation unit 230 stores the displacement distribution in the memory 260.
  • the control unit 220 causes the load estimation unit 240 to calculate the load distribution of the bridge 102.
  • the load estimator 240 recognizes the type and position of the load source (such as a vehicle) from the captured image stored in the memory 260. For example, when the load source is a vehicle, the load estimation unit 240 recognizes the type of the vehicle and the traveling position of the vehicle on the bridge 102.
  • the load estimation unit 240 acquires a load value for each type stored in the memory 260 in advance from the recognized type of load source.
  • the load estimation unit 240 calculates a spatial load distribution using the load value and the position of the load source. Then, the load estimation unit 240 stores the load distribution in the memory 260.
  • the load estimation unit 240 may acquire a load value from an external database via the I / F 210 in addition to the memory 260.
  • the load estimating unit 240 detects only the position of the load source and uses a predetermined load value stored in the memory 260 in advance as a corresponding load value. Also good.
  • the control unit 220 causes the stiffness calculation unit 250 to calculate the overall stiffness distribution of the bridge 102 using the displacement distribution calculated by the displacement calculation unit 230 and the load distribution calculated by the load estimation unit 240.
  • the stiffness calculation unit 250 reads the displacement distribution and the load distribution stored in the memory 260 and calculates the stiffness distribution of the entire bridge 102. Then, the stiffness calculation unit 250 stores the stiffness distribution in the memory 260.
  • the control unit 220 outputs the rigidity distribution of the entire bridge 102 stored in the memory 260 via the input / output I / F 210.
  • the displacement calculation step S320 and the load estimation step S340 are described in this order, but the load estimation step S340 and the displacement calculation step S320 may be performed in this order. In that case, the displacement calculation step S320 can be stopped during a period when there is no load source.
  • FIG. 5 is a flowchart showing another operation of the stiffness measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows the operation of the stiffness measuring apparatus 201.
  • the control unit 221 causes the correction unit 270 to correct the displacement at the plurality of measurement points calculated by the displacement calculation unit 230.
  • the correction unit 270 reads temporal displacements at a plurality of measurement points stored in the memory 260, and corrects each displacement using the reference displacement.
  • the correction unit 270 stores each corrected displacement in the memory 260.
  • the control unit 221 causes the stiffness calculation unit 251 to calculate the stiffness distribution using the displacement distribution at the plurality of measurement points corrected by the correction unit 270 and the load distribution calculated by the load estimation unit 240.
  • the stiffness calculation unit 251 reads the displacement distribution and load distribution at a plurality of measurement points stored in the memory 260 and calculates the stiffness distribution.
  • the stiffness calculation unit 251 stores the calculated stiffness distribution in the memory 260.
  • the control unit 221 acquires a plurality of captured images obtained by capturing the bridge 102 through the input / output I / F 210 as illustrated in FIG.
  • the control unit 221 stores a plurality of captured images in the memory 260.
  • FIG. 6A shows an example of a captured image of the bridge 102.
  • FIG. 6B shows another example of a captured image of the bridge 102.
  • the bridge 102 is captured at different times.
  • the captured images 400 and 401 indicate that a vehicle 402 serving as a load source exists on the bridge 102.
  • the vehicle 402 is on the bridge pier 103 of the bridge 102, and the bridge 102 is not displaced.
  • the vehicle 402 is near the center of the bridge 102, and the bridge 102 is displaced.
  • an object for example, vehicle 402 etc.
  • the displacement calculation unit 230 detects the bridge 102 existing in the captured image using the existing image recognition technology.
  • the displacement calculation unit 230 detects the coordinates of a plurality of measurement points set on the detected bridge 102.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of arrangement of a plurality of measurement points set on the bridge 102.
  • measurement points 501 to 511 indicate a plurality of measurement points set on the bridge 102. Each measurement point may be set in advance by the user, or may be set after the bridge 102 is automatically detected by image recognition. In FIG. 7, the measurement points are set at substantially equal intervals, but the effect of the present embodiment can be obtained even if the measurement points are set at non-equal intervals.
  • at least one measurement point is set as a reference measurement point from among a plurality of measurement points.
  • the reference measurement point is a measurement point that is least affected by a load or the like and has a small displacement compared to other measurement points.
  • measurement points 501 and 511 are used as reference measurement points.
  • the measurement point 501 and the measurement point 511 are set near the contact point between the pier 103 of the bridge 102 and an abutment (not shown) installed in the ground supporting the pier 103.
  • the displacement calculation unit 230 takes out a plurality of captured images stored in the memory 260 in order of the capturing time, and calculates the displacement of the bridge 102 for each captured image. For example, the displacement calculation unit 230 calculates the displacement at each measurement point between the captured image 400 and the captured image 401.
  • the displacement calculation unit 230 can use block matching or a correlation method.
  • examples of the correlation method include a normalized cross correlation, a phase correlation, a laser speckle correlation, and the like.
  • the displacement calculation unit 230 may use a general displacement calculation method such as a sampling moire method or a feature point tracking method.
  • the accuracy of displacement calculation may be in units of pixels or sub-pixels.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the displacement calculated by the displacement calculation unit 230.
  • FIG. 8 shows the position coordinates (x, y) of the measurement points 501 to 511 in a plurality of captured images (Frame1, Frame2, Frame3,..., Frame n) in which the bridge 102 is captured in a predetermined period.
  • the position coordinate (x, y) of the i-th measurement point Pi in the captured image Frame t in which the bridge 102 is captured at time t is represented as Pi (x, y, t).
  • the displacement of the i-th measurement point Pi in Frame t is represented as Di (x, y, t).
  • the displacement Di (x, y, t) is the difference in the position coordinates Pi of the measurement points between the captured images.
  • i is an integer from 1 to 11.
  • Measurement points P1 to P11 correspond to measurement points 501 to 511.
  • the displacement Di (x, y, t) can be calculated by Equation 1 using position coordinates Pi of a plurality of captured images that are temporally adjacent.
  • the displacement Di (x, y, t) may be calculated by Equation 2 using the reference captured image and the position coordinates Pi of each captured image.
  • the reference captured image is, for example, a first captured image in terms of time, a captured image in which a measurement target that can be regarded as a steady state is captured, or the like.
  • Pi (x, y, 0) is a position coordinate in the reference captured image.
  • control unit 221 corrects image distortion of the imaging optical system of the camera 101 as necessary.
  • the control unit 221 (an example of a scaling unit) may perform scale correction on the displacement calculated by the displacement calculation unit 230 based on the distance between the measurement point and the camera 101 that images the bridge 102.
  • the scale correction is correction that makes the ratio between the displacement on the captured image and the displacement on the real space equal at each measurement point. Such correction may be performed on the captured image or may be performed on the calculated displacement.
  • the control unit 221 may perform scale correction using the coordinates in the real space for each measurement point stored in the memory 260.
  • the correction unit 270 reads the displacement Di (x, y, t) of each measurement point stored in the memory 260.
  • the correction unit 270 corrects each displacement Di using a displacement D1 (x, y, t) of a predetermined reference measurement point P1 (measurement point 501) among the plurality of measurement points. That is, the correction unit 270 subtracts the displacement D1 (x, y, t) of the reference measurement point for each captured image from the displacement Di (x, y, t) of each measurement point. Thereby, it is possible to remove the influence of the image displacement that occurs when the orientation of the camera 101 in the x and y directions changes during imaging.
  • the correction unit 270 sets a reference measurement point P11 (measurement point 511) different from the reference measurement point P1, and the value of the displacement D11 (x, y, t) of the reference measurement point P11 approaches 0.
  • the x and y coordinate values of the displacement Di (x, y, t) of each measurement point may be rotationally converted around the position of the reference measurement point P1. Thereby, it is possible to eliminate the influence of the displacement of each captured image caused by the change in the rotation direction of the camera 101 during imaging.
  • the correction unit 270 stores the corrected displacement of each measurement point in the memory 260.
  • the reference measurement point may be set on the bridge 102 or may be set to other than the bridge 102.
  • the reference measurement point may be set to a stationary object (such as a building) in the background of the captured image.
  • the number of reference measurement points may be increased, and the amount of translation and rotation correction in the x and y directions at each calculation position may be optimized so that the total displacement of each reference measurement point is minimized. Thereby, it is possible to reduce the influence on the displacement calculation due to the rotation and the change of the direction of the camera 101 during imaging.
  • the motion of the frame image at a plurality of times may be analyzed to detect a dominant motion (global motion) of the entire image, and a point in the image following this motion may be used as a reference measurement point.
  • the correction of the displacement by the correction unit 270 may be omitted.
  • FIG. 9 is a diagram showing coordinates set on the bridge 102.
  • FIG. 9 shows the relationship between the displacement distribution y (x) and the position x used in the following description. The following description will focus on the displacement distribution in the y direction of the bridge girder portion among the displacements obtained from each measurement point of the bridge 102 as shown in FIG.
  • the load estimation unit 240 uses the captured image stored in the memory 260 to image-recognize the type of load source (such as a vehicle) (vehicle type in the case of a vehicle) and position.
  • the load estimation unit 240 refers to the vehicle type recognition result and the load value for each vehicle type stored in the memory 260 in advance, and calculates a spatial load distribution. Then, the load estimation unit 240 stores the load distribution in the memory 260.
  • the load estimation unit 240 may recognize the type of vehicle or a specific vehicle using machine learning. Further, the load estimation unit 240 recognizes the position of the vehicle in the captured image. For machine learning, template learning, vector quantization, decision tree, neural network, Bayes learning, or the like can be used. If the vehicle type is determined in advance, only the position of the vehicle needs to be recognized.
  • the load estimation unit 240 may use a discriminator that directly learns the relationship between the vehicle image and the vehicle weight in the image recognition.
  • the load estimation unit 240 may acquire a load distribution obtained from another sensor or the like installed on the measurement target via the input / output I / F 210.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of bridge displacement distribution and load distribution.
  • an image 10c shows a captured image
  • a displacement distribution 10a and a load distribution 10b show a displacement distribution and a load distribution obtained for the captured image 10c, respectively.
  • the captured image 10c there is a vehicle 402 near the center on the bridge 102, and the bridge 102 is displaced.
  • the displacement distribution 10a indicates that the vicinity where the vehicle 402 is located is most displaced.
  • the load distribution 10b indicates that a load is applied in the vicinity where the vehicle 402 is located.
  • FIG. 11 is a diagram showing another example of bridge displacement distribution and load distribution.
  • FIG. 11 shows a displacement distribution 11a and a load distribution 11b obtained from the captured image 11c.
  • the bridge 102 is captured at different times.
  • the displacement distribution 11a indicates that the vicinity where the vehicle 402 is located is most displaced.
  • the load distribution 11b indicates that a load is applied in the vicinity where the vehicle 402 is located.
  • the stiffness calculation unit 251 calculates the stiffness distribution using the displacement distribution and the load distribution calculated by the load estimation unit 240.
  • the stiffness calculation unit 251 calculates the bending stiffness distribution Sb (x) using, for example, a dynamic equation as shown in Formula 3.
  • x is the lateral position of the bridge 102
  • y (x) is the displacement distribution
  • w (x) is the load distribution.
  • differential equations include, for example, Hiroyuki KISU, et al, “A study for identity of bending proximity of the bean”, Transactions of the Society of Japan Society of Science. 70, no. 698, 2004. It can be solved numerically as described.
  • the stiffness calculation unit 251 combines the constraint conditions such as Formula 4 and Formula 5 in addition to Formula 3.
  • the rigidity may be calculated.
  • Formula 4 indicates that the stiffness does not depend on the position x
  • Formula 5 indicates that the stiffness changes smoothly in space.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the rigidity distribution of the bridge. Here, a substantially constant value of the stiffness distribution 12a is shown over the entire bridge girder of the bridge 102.
  • the rigidity calculation unit 251 may set an evaluation function E (Sb) related to Sb (x) as shown in Equation 6 as an optimization problem, and calculate Sb (x) that minimizes this. Good.
  • E (Sb) related to Sb (x) as shown in Equation 6 as an optimization problem, and calculate Sb (x) that minimizes this.
  • p represents the p-th norm of the function C.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are determined in advance as weight parameters.
  • the rigidity calculation unit 251 applies a load to the same bridge 102.
  • the stiffness distribution may be calculated by combining the displacement distribution and the load distribution obtained from a plurality of captured images having different distributions.
  • the stiffness calculator 251 may calculate a stiffness distribution as illustrated in FIG. 12 by combining a plurality of combinations of displacement distributions and load distributions at different times as illustrated in FIGS. 10 and 11.
  • the stiffness calculation unit 251 calculates a common stiffness distribution using the fact that the bridges 102 in different captured images are the same.
  • a plurality of captured images with different load distributions can be easily obtained by capturing a moving image of the bridge 102 when the vehicle 402 passes through the bridge 102. Thereby, the rigidity distribution of the bridge 102 can be obtained with higher accuracy.
  • the stiffness calculator 251 can calculate the shear stiffness distribution using a dynamic equation such as Equation 7 as in the case of the bending stiffness.
  • Sb is bending rigidity.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a positional relationship between the bridge and the imaging device.
  • FIG. 14 is a view showing a cross section of the bridge.
  • FIG. 14 shows a cross section of the bridge 102 cut along line AA shown in FIG.
  • the upper side is the depth direction of the bridge 102
  • the lower side is the front side of the bridge 102.
  • the vehicle 402 is traveling in the depth direction from the front side.
  • the camera 130 images the bridge 102 from the right side in the traveling direction of the vehicle.
  • the camera 131 captures an image of the bridge 102 from the left side in the traveling direction of the vehicle. That is, the camera 130 (an example of an imaging device among a plurality of imaging devices) is disposed on the opposite side of the camera 131 (an example of another imaging device among the plurality of imaging devices) with respect to the bridge 102. ing.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which the bridge 102 is twisted. More specifically, the load of the vehicle 402, bridges 102, receives a torsional moment M T, twisted by the twist angle phi.
  • displacement Y L and displacement Y R are displacements generated at the left and right ends of the bridge 102 due to the load of the vehicle 402.
  • Displacement calculating unit 230 from the image captured by the camera 130 and camera 131, respectively, to calculate the displacement Y R and displacement Y L.
  • the stiffness calculation unit 251 can calculate the torsional stiffness St using Equation 8.
  • the input I / F 210 receives input of two captured images in which the bridge 102 is synchronously imaged by the camera 130 and the camera 131.
  • the camera 130 and the camera 131 are arranged on both sides of the bridge 102 along a direction perpendicular to the bridge axis (a direction parallel to the line AA).
  • the displacement calculation unit 230 calculates the displacement distribution y R (x) from the captured image generated by the camera 130, and calculates the displacement distribution y L (x) from the captured image generated by the camera 131.
  • the displacement calculation unit 230 calculates the torsion angle ⁇ of the bridge 102 using y R (x), y L (x) and Equation 9.
  • Wb is a known width of the bridge 102.
  • the load estimation part 240 calculates
  • the position in the height direction of the lane is assumed to be known in advance.
  • the load estimating unit 240 a torsional moment M T, is calculated using the load position z ⁇ load w ⁇ gravitational acceleration g.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating another example of a captured image of a bridge.
  • the bridge 112 has a suspension structure and includes three vertical cables 151 to 153.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating another example of the arrangement of the measurement points set on the bridge. As shown in FIG. 15B, the end points of each vertical cable are set to measurement points 151a, 151b, 152a, 152b, 153a, 153b.
  • FIG. 15C is a diagram showing the cable length of the bridge.
  • FIG. 15C shows a state where no load is applied to the bridge 112.
  • FIG. 15C shows that the cable length of the vertical cable 152 is L.
  • FIG. 15D is a diagram showing another state of the cable length of the bridge.
  • FIG. 15D shows a state in which a load is applied to the bridge 112 as the vehicle 402 travels on the bridge 112.
  • FIG. 15D shows that the bridge 112 is deflected by the load of the vehicle 402 and the length of the vertical cable 152 is L + ⁇ L.
  • the rigidity calculation unit 251 can calculate the axial rigidity Sa of the vertical cable 152 using Expression 10.
  • N is a force applied to the vertical cable 152 caused by the load, and is calculated by the load w of the vehicle 402 ⁇ gravity acceleration g.
  • ⁇ L is an extension amount of the cable length of the vertical cable 152 caused by the load w being applied.
  • ⁇ L is the difference in displacement between the measurement points 152a and 152b.
  • ⁇ L can be calculated similarly.
  • the same method can be applied to obtain the rigidity distribution of the entire composite structure such as a cable-stayed bridge, a harp bridge, an electric cable having a cable structure, and a steel tower.
  • the dynamic equation used in the rigidity calculation may be a simplified expression or a more strict expression than the above expression. Further, a dynamic equation including a plurality of types of stiffness parameters may be used at the same time.
  • the stiffness measurement apparatus 200 is a stiffness measurement apparatus that measures the stiffness of the measurement target, and includes the load estimation unit 240, the displacement calculation unit 230, and the stiffness calculation unit 250.
  • the load estimation unit 240 estimates a load applied to a measurement point set on the bridge 102 using a captured image obtained by capturing the bridge 102.
  • the displacement calculation unit 230 calculates the displacement of the measurement point using the captured image.
  • the rigidity calculation unit 250 calculates the rigidity of the bridge 102 using the load and the displacement.
  • the load estimation unit 240 calculates the load distribution of the bridge 102 by estimating the load applied to a plurality of measurement points set on the bridge 102.
  • the displacement calculation unit 230 calculates the displacement distribution of the bridge 102 by calculating the displacement of a plurality of measurement points.
  • the rigidity calculation unit 250 calculates the rigidity distribution of the bridge 102 using the load distribution and the displacement distribution.
  • the displacement distribution and load distribution of the entire structure to be measured can be acquired easily and at low cost, and the stiffness distribution can be calculated. Therefore, it is possible to easily obtain the strength evaluation of the structure. Further, since the video is recorded, there is an advantage that it is easy to grasp the appearance state of the measurement target at the same time.
  • the camera 101 images a wide range including the measurement point on the measurement target and the reference measurement point, the influence of camera shake can be suppressed and the rigidity of the measurement target can be measured with high accuracy.
  • the bridge 102 is not always captured at the same position.
  • the position of the applied measurement point may be shifted from the originally set position. Therefore, the displacement calculated by the displacement calculation unit 230 calculates the displacement between measurement points whose positions are shifted.
  • the stiffness measuring apparatus 202 includes a setting unit 280.
  • the setting unit 280 refers to the position of the measurement point on the measurement target set in another captured image and sets the position of the measurement target measurement point in the displacement calculation target captured image.
  • FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of the stiffness measuring apparatus 202 according to the second embodiment. 16, components that perform the same operation as in FIG. 2 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the stiffness measuring apparatus 202 according to the second embodiment includes a setting unit 280 that sets measurement points in addition to the configuration of the stiffness measuring apparatus 200 according to the first embodiment.
  • the setting unit 280 sets measurement points based on the measurement target. In other words, the setting unit 280 sets the measurement point of the bridge 102 in the first captured image based on the measurement point set on the bridge 102 in the second captured image.
  • the imaging position of the imaging apparatus 101 is different when the first captured image is captured and when the second captured image is captured. Note that this embodiment can be applied even when the imaging order of the first captured image and the second captured image is reversed.
  • the first captured image to be subjected to displacement calculation is assumed to be a captured image 500 in FIG.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a second captured image of the bridge 102 according to the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a captured image 800 and an arrangement example of measurement points set on the bridge 102 in the captured image 800.
  • the bridge 102 is captured from different image capturing positions.
  • measurement points 801 to 811 indicate measurement points set on the bridge 102. Note that the measurement points 801 to 811 may be set in advance by the user as in the first embodiment, or may be automatically set on the bridge 102 after image recognition of the bridge 102.
  • the setting unit 280 sets the measurement points 501 to 511 (on the bridge 102 in the captured image 500 of FIG. 7 based on the positions of the captured image 800 and the measurement points 801 to 811 (including the reference measurement points). Set the reference measurement point).
  • the setting unit 280 uses the local feature amount of the image, the block matching, the correlation method, or the like for the captured image 500 and the captured image 800 in the captured image 500 corresponding to the measurement point of the captured image 800. Determine the position of the measurement point.
  • the local feature amount SIFT (Scale-Invariant Feature Transform), SURF (Speeded Up Robust Features), or the like can be used.
  • the stiffness measurement apparatus 202 of the second embodiment may include a correction unit 270 as shown in the stiffness measurement apparatus 203 of FIG. 18 as in the first embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating another configuration example of the stiffness measuring apparatus according to the second embodiment.
  • the rigidity measuring apparatus 202 further includes the setting unit 280.
  • the setting unit 280 sets measurement points based on the bridge 102.
  • the displacement can be calculated at the same position on the measurement object.
  • the present disclosure can be applied even when the orientation of the imaging device has changed.
  • Embodiments 1 and 2 have been described as examples of the technology disclosed in the present application.
  • the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to embodiments that have been changed, replaced, added, omitted, and the like.
  • the camera 101 may be a separate body from the stiffness measuring device 200 or may be provided in the stiffness measuring device 200.
  • the captured image may be a monochrome image or a color image (including multispectral).
  • the camera 101 may not be a normal camera.
  • the camera 101 may be a camera that detects a measurement target using a distance measuring sensor or an acceleration sensor, and outputs array data obtained by the detection as an image.
  • one camera is mainly used, but a plurality of cameras that capture different places of the same measurement object as shown in FIG. 13 may be used.
  • processing is performed up to step S330 for each captured image generated by each camera, using captured images that are synchronously captured by a plurality of cameras.
  • step S340 and after the same process can be performed for all the displacement distributions obtained from a plurality of captured images as a set.
  • the displacement calculator 230 may calculate the displacement using a plurality of captured images obtained by synchronously capturing the measurement object 102 by a plurality of imaging devices.
  • the two-dimensional displacement Di (x, y) is calculated.
  • the distance image (depth image) is acquired to calculate the three-dimensional displacement Di (x, y, z). May be.
  • a highly accurate three-dimensional displacement can be obtained by executing the same procedure as in the above embodiment.
  • a camera or a method for generating a distance image a stereo camera based on synchronous imaging of a plurality of cameras, a multi-viewpoint camera stereo method, a pattern projection method, a Time of flight (TOF) camera, a laser displacement meter, or the like can be used. That is, the displacement calculation unit 230 may calculate the displacement using a distance image including information indicating the distance between the measurement point and the imaging device that images the measurement target.
  • the bridge 102 is exemplified as a measurement target.
  • the same effect can be obtained in a building such as a building, a steel tower, a chimney, a wall surface, a floor material, a plate material, a steel scaffold, a road surface, a track, a vehicle body, and the like. Can be obtained.
  • the light imaged by the camera 101 may be ultraviolet light, near infrared light, or far infrared light in addition to visible light.
  • the stiffness distribution calculated by the stiffness calculator 250 may be visualized.
  • the control unit 220 (an example of a superimposed image generation unit) generates a superimposed image in which an image based on the stiffness calculated by the stiffness calculation unit 250 is superimposed on at least one of the plurality of captured images. Also good.
  • the control unit 220 may visualize the displacement distribution 20a calculated by the displacement calculation unit 230 and the load distribution 20b calculated by the load estimation unit 240 superimposed on the captured image 20c. . Thereby, the user can confirm the operation of the stiffness measuring apparatus 200. It is not necessary to display all of the displacement distribution, the load distribution, and the stiffness distribution, and only one of the necessary distributions may be displayed.
  • the control unit 220 generates a superimposed image in which an image based on the stiffness distribution is superimposed on a captured image obtained by capturing the bridge 102 as illustrated in FIG. 19A.
  • a broken line Q1 indicates the stiffness distribution displayed in accordance with the position of the bridge 102.
  • the vicinity where the broken line Q1 is recessed indicates that the rigidity of a part of the bridge 102 is lowered.
  • the stiffness distribution may be expressed by shading or color display in addition to the graph display. By displaying in this way, the spatial distribution of rigidity of the bridge 102 can be easily grasped. When using a distance image, the same display can be realized using 3D display.
  • the rigidity calculation unit 250 may store a reference value of rigidity to be measured, and may determine whether or not the calculated rigidity is abnormal using the reference value. For example, when the calculated rigidity is equal to or less than a reference value, the rigidity calculation unit 250 determines that the rigidity is abnormal. As shown in FIG. 19B, the control unit 220 may visualize the position indicating the stiffness that the stiffness calculation unit 250 determines to be abnormal in addition to the visualization of the stiffness distribution. In FIG. 19B, the position where the rigidity is abnormal is indicated by a thick line Q2. That is, the rigidity calculation unit 250 may output a result of determining whether the rigidity is abnormal.
  • the displacement calculation unit 230 may estimate the displacement of points other than the measurement point by spatially interpolating the calculated displacement of the entire measurement target.
  • the correction unit 270 may correct the displacement calculated by the captured image or the displacement calculation unit 230 so that the actual scales of the measurement targets included in the captured image are equal. When correcting the captured image, the correction unit 270 performs correction processing before the displacement calculation unit 230 calculates the displacement.
  • the rigidity calculation unit 250 may calculate a rigidity distribution by combining a plurality of different load distributions and a displacement distribution corresponding to each load distribution.
  • the rigidity measuring device can be used for measurement, measurement, analysis, diagnosis, inspection, and the like of the structure strength of the structure.

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Abstract

剛性測定装置（２００）は、計測対象の剛性を測定する剛性測定装置であって、荷重推定部（２４０）と、変位算出部（２３０）と、剛性算出部（２５０）とを備える。荷重推定部（２４０）は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定する。変位算出部（２３０）は、撮像画像を用いて、計測点の変位を算出する。剛性算出部（２５０）は、荷重と変位とを用いて、計測対象の剛性を算出する。

Description

剛性測定装置および剛性測定方法
　本開示は、計測対象の剛性を測定する剛性測定装置および剛性測定方法に関する。
　特許文献１は、構造物の曲げ剛性測定方法を開示している。この方法によると、計測対象物に振動センサを複数配置し、計測対象物に衝撃を与え、振動センサで得られる振動の伝搬速度を算出することにより、対象物の曲げ剛性を得ることができる。
特開２０００－５５７７６号公報
　本開示は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、簡便かつ低コストで計測対象の剛性を測定することができる剛性測定装置を提供する。
　本開示における剛性測定装置は、計測対象の剛性を測定する剛性測定装置であって、荷重推定部と、変位算出部と、剛性算出部とを備える。荷重推定部は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定する。変位算出部は、撮像画像を用いて、計測点の変位を算出する。剛性算出部は、荷重と変位とを用いて、計測対象の剛性を算出する。
　本開示における剛性測定方法は、計測対象の剛性を測定する剛性測定方法であって、荷重算出ステップと、変位算出ステップと、剛性算出ステップとを含む。荷重算出ステップは、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定するステップである。変位算出ステップは、撮像画像を用いて、計測対象の変位を算出するステップである。剛性算出ステップは、荷重と変位とを用いて、計測対象の剛性を算出するステップである。
　本開示における剛性測定装置および剛性測定方法は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、簡便かつ低コストで計測対象の剛性を測定することができる。
図１は、実施の形態１における剛性測定システムの一構成例を示す外観図である。 図２は、実施の形態１における剛性測定装置の一構成例を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１における剛性測定装置の他の構成例を示すブロック図である。 図４は、実施の形態１における剛性測定装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１における剛性測定装置の他の動作を示すフローチャートである。 図６Ａは、橋梁の撮像画像の一例を示す図である。 図６Ｂは、橋梁の撮像画像の他の一例を示す図である。 図７は、橋梁に設定された計測点の配置例を示す図である。 図８は、変位算出部が算出した変位の一例を示す図である。 図９は、橋梁に設定された座標を示す図である。 図１０は、橋梁の変位分布と荷重分布の一例を示す図である。 図１１は、橋梁の変位分布と荷重分布の他の一例を示す図である。 図１２は、橋梁の剛性分布の一例を示す図である。 図１３は、橋梁と撮像装置の位置関係の一例を示す図である。 図１４は、橋梁の断面を示す図である。 図１５Ａは、橋梁の撮像画像の他の一例を示す図である。 図１５Ｂは、橋梁に設定された計測点の配置の他の一例を示す図である。 図１５Ｃは、橋梁のケーブル長を示す図である。 図１５Ｄは、橋梁のケーブル長の他の状態を示す図である。 図１６は、実施の形態２における剛性測定装置の一構成例を示すブロック図である。 図１７は、実施の形態２における橋梁の撮像画像の一例を示す図である。 図１８は、実施の形態２における剛性測定装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１９Ａは、剛性分布を可視化した一例を示す図である。 図１９Ｂは、異常であると判断した結果の一例を示す図である。 図２０は、変位分布および荷重分布を可視化した結果の一例を示す図である。
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるものであって、これらにより請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（実施の形態１）
　以下、図１～１５Ｄを用いて、実施の形態１を説明する。
　［１－１．構成］
　［１－１－１．計測対象の撮像］
　図１は、実施の形態１における剛性測定システム１の一構成例を示す外観図である。剛性測定システム１は、カメラ１０１と剛性測定装置２００で構成される。カメラ１０１は、橋梁１０２を所定期間に複数回撮像し、橋梁１０２が撮像された複数の撮像画像を生成する。カメラ１０１は、例えば、所定の時間間隔で橋梁１０２を複数回撮像する。
　カメラ１０１が生成した複数の撮像画像は剛性測定装置２００に入力される。剛性測定装置２００は、入力された複数の撮像画像から橋梁１０２全体の剛性の空間分布を示す剛性分布を算出する。本実施の形態では、撮像装置をカメラ１０１、計測対象を橋梁１０２の場合を例として説明を行う。
　［１－１－２．剛性測定装置の構成］
　図２は、実施の形態１における剛性測定装置２００の一構成例を示すブロック図である。図２に示すように、剛性測定装置２００は、入出力Ｉ／Ｆ２１０、制御部２２０、変位算出部２３０、荷重推定部２４０、剛性算出部２５０及びメモリ２６０を備える。剛性測定装置２００は、例えば、プログラムが格納された不揮発性メモリ、プログラムを実行するための一時的な記憶領域である揮発性メモリ、入出力ポート、プログラムを実行するプロセッサなどを有する。
　入出力Ｉ／Ｆ２１０は、橋梁１０２が所定期間に撮像された複数の撮像画像の入力を受け付ける。そして、入出力Ｉ／Ｆ２１０は、剛性算出部２５０が算出した橋梁１０２の剛性分布（複数の測定点の剛性値とそれらの分布状況）を出力する。入出力Ｉ／Ｆ２１０は、カメラ１０１が生成した複数の撮像画像の入力を、無線、有線、または記録媒体などを介して受け付ける。そして、入出力Ｉ／Ｆ２１０は、複数の撮像画像をメモリ２６０に格納する。また、入出力Ｉ／Ｆ２１０は、表示部（図示せず）等に無線、有線または記録媒体などを介して、剛性算出部２５０が算出した橋梁１０２の剛性分布を出力する。表示部は、剛性測定装置２００から出力された剛性分布を表示する。
　制御部２２０は、剛性測定装置２００の各部の動作を制御する。
　変位算出部２３０は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、その計測対象に設定された計測点の変位を算出する。より具体的には、変位算出部２３０は、メモリ２６０に格納されている、カメラ１０１によって生成された複数の撮像画像の各々に対して、撮像画像内に存在する橋梁１０２を検出する。そして、変位算出部２３０は、橋梁１０２に設定された複数の計測点における空間的な変位を算出する。これにより、変位算出部２３０は、橋梁１０２の変位分布（複数の測定点の変位量とそれらの分布状況）を算出する。そして、変位算出部２３０は、その変位分布をメモリ２６０に格納する。
　荷重推定部２４０は、計測対象が撮像された撮像画像を用いて、その計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定する。より具体的には、荷重推定部２４０は、メモリ２６０に格納されている複数の撮像画像の各々に対して、撮像画像内に存在する橋梁１０２上の荷重源を検出する。橋梁１０２に荷重を加えている車両などの荷重源を検出した後、荷重推定部２４０は、荷重源の種類と荷重源の橋梁１０２上における位置を検出する。そして、荷重推定部２４０は、メモリ２６０に予め格納された荷重源の種類に対応した荷重値を取得する。もしくは、橋梁１０２に荷重を加える荷重源を予め決めておき、荷重推定部２４０は、メモリ２６０に予め格納された所定の荷重値を取得してもよい。具体的には、荷重源をクレーン車に固定した場合、荷重推定部２４０は、メモリ２６０に格納されたクレーン車の荷重値を取得してもよい。この場合、剛性測定装置２００の各部は、クレーン車が撮像されている撮像映像のみを用いて、処理を行う。荷重推定部２４０は、荷重源の位置と取得した荷重値を用いて、橋梁１０２に加えられる荷重の空間的な分布を示す荷重分布を算出する。
　なお、荷重推定部２４０は、計測点と荷重源の位置とが一致する場合には、計測点に加わる荷重をメモリ２６０に格納された荷重値として推定してもよい。また、荷重推定部２４０は、計測点と荷重源の位置とが一致しない場合には、計測点と荷重源の位置との距離およびメモリ２６０に格納された荷重値に応じて、計測点に加わる荷重を推定してもよい。
　剛性算出部２５０は、変位分布と荷重分布とを用いて、計測対象の剛性の空間的な分布を示す剛性分布を算出する。具体的には、剛性算出部２５０は、変位算出部２３０が算出した変位分布と、荷重推定部２４０が算出した荷重分布とを用いて、橋梁１０２の剛性分布を算出する。そして、剛性算出部２５０は、その剛性分布をメモリ２６０に格納する。
　メモリ２６０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０から入力された撮像画像を記憶する。また、メモリ２６０は、各部のワークメモリとして用いられる。例えば、メモリ２６０は、変位算出部２３０が算出した変位や算出した変位分布を記憶する。メモリ２６０は、荷重推定部２４０が算出した荷重分布もしくは車両などの荷重源の種類ごとの荷重値を記憶する。メモリ２６０は、剛性算出部２５０が算出した橋梁１０２の剛性分布を記憶する。メモリ２６０は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の高速動作が可能な半導体記憶素子で構成される。
　剛性測定装置２００の全部または一部の機能は、例えば、プロセッサが不揮発メモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。
　［１－１－３．剛性測定装置の他の構成］
　カメラ１０１が生成した複数の撮像画像において、橋梁１０２が同じ位置に撮像されるとは限らない。このような場合、変位算出部２３０が算出した変位に誤差が生じる。それを解消するために、剛性測定装置は、変位算出部２３０が算出した変位を補正する機能を備えてもよい。
　図３は、実施の形態１における剛性測定装置の他の構成を示すブロック図である。図３の剛性測定装置２０１において、図２の剛性測定装置２００と同じ動作を行う構成要素に関しては、同符号を付与し、説明を省略する。
　制御部２２１は、剛性測定装置２０１の各部の動作を制御する。
　剛性測定装置２０１は、補正部２７０を備える。補正部２７０は、変位算出部２３０によって算出された、所定の基準計測点の変位（基準変位）を用いて、変位算出部２３０によって算出された、上記複数の計測点の変位を補正する。より具体的には、補正部２７０は、撮像画像内の橋梁１０２に設定された所定の基準計測点の基準変位を基準として、他の計測点の変位を補正する。これにより、補正部２７０は変位分布を補正する。そして、補正部２７０は、補正された変位分布をメモリ２６０に格納する。基準計測点とは、例えば、複数の計測点の中で、最も変位が少ないと想定される点である。
　剛性算出部２５１は、補正部２７０によって補正された変位分布と荷重推定部２４０によって算出された荷重分布から剛性分布を算出する。そして、剛性算出部２５１は、その剛性分布をメモリ２６０に格納する。
　［１－２．動作］
　［１－２－１．補正をしない場合の動作］
　図４は、実施の形態１における剛性測定装置２００の動作を示すフローチャートである。
　（撮影画像取得ステップＳ３１０）
　制御部２２０は、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、撮像画像を取得する。撮像画像には、カメラ１０１によって橋梁１０２が所定期間に撮像されている。制御部２２０は、取得した撮像画像をメモリ２６０に格納する。
　（変位算出ステップＳ３２０）
　制御部２２０は、橋梁１０２上に設定された複数の計測点における時間的な変位を、変位算出部２３０に算出させる。特に、後述する曲げ剛性を算出する場合には、変位算出部２３０は、３点以上の計測点の変位を算出する。変位算出部２３０は、メモリ２６０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出し、撮像画像毎に橋梁１０２の変位を算出する。変位算出部２３０は、算出した変位から変位分布を算出する。そして、変位算出部２３０は、その変位分布をメモリ２６０に格納する。
　（荷重推定ステップＳ３４０）
　制御部２２０は、橋梁１０２の荷重分布を、荷重推定部２４０に算出させる。荷重推定部２４０は、メモリ２６０に格納された撮像画像から荷重源（車両など）の種類と位置を画像認識する。例えば、荷重源が車両である場合、荷重推定部２４０は、車両の種類と橋梁１０２上の車両の走行位置を認識する。荷重推定部２４０は、認識した荷重源の種類から予めメモリ２６０に格納された種類ごとの荷重値を取得する。荷重推定部２４０は、荷重値と荷重源の位置を用いて空間的な荷重分布を算出する。そして、荷重推定部２４０は、その荷重分布をメモリ２６０に格納する。荷重推定部２４０は、メモリ２６０以外に、Ｉ／Ｆ２１０を経由して外部データベースから、荷重値を取得してもよい。また、予め荷重源の種類が確定している場合には、荷重推定部２４０は、荷重源の位置のみを検出し、対応する荷重値として予めメモリ２６０に格納された所定の荷重値を用いてもよい。
　（剛性算出ステップＳ３５０）
　制御部２２０は、変位算出部２３０が算出した変位分布と、荷重推定部２４０が算出した荷重分布とを用いて、橋梁１０２の全体の剛性分布を、剛性算出部２５０に算出させる。剛性算出部２５０は、メモリ２６０が記憶している変位分布と荷重分布を読み出し、橋梁１０２全体の剛性分布を算出する。そして、剛性算出部２５０は、その剛性分布をメモリ２６０に格納する。制御部２２０は、メモリ２６０が記憶している橋梁１０２全体の剛性分布を入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、出力する。
　なお、図４において、変位算出ステップＳ３２０、荷重推定ステップＳ３４０の順に記載したが、荷重推定ステップＳ３４０、変位算出ステップＳ３２０の順に行っても良い。その場合、荷重源がない期間、変位算出ステップＳ３２０を停止させておくことができる。
　［１－２－２．補正をする場合の動作］
　図５は、実施の形態１における剛性測定装置の他の動作を示すフローチャートである。図５は、剛性測定装置２０１の動作を示す。
　図５において、図４のフローチャートと同じ動作を行うステップには同符号を付与し、説明を省略する。
　（変位補正ステップＳ３３０）
　制御部２２１は、変位算出部２３０が算出した複数の計測点における変位を、補正部２７０に補正させる。補正部２７０は、メモリ２６０が記憶している複数の計測点における時間的な変位を読み出し、基準変位を用いて、各変位を補正する。補正部２７０は、補正した各変位をメモリ２６０に格納する。
　（剛性算出ステップＳ３５１）
　制御部２２１は、補正部２７０が補正した複数の計測点における変位分布と荷重推定部２４０が算出した荷重分布とを用いて、剛性分布を、剛性算出部２５１に算出させる。剛性算出部２５１は、メモリ２６０が記憶している複数の計測点における変位分布と荷重分布を読み出して、剛性分布を算出する。剛性算出部２５１は、算出した剛性分布をメモリ２６０に格納する。
　なお、変位補正ステップＳ３３０および剛性算出ステップＳ３５１の処理には、数学的に同等な異なる手順を用いてもよいし、結果として統合された手続きとして一括処理を用いてもよい。
　［１－２－３．動作例１］
　ここでは、剛性測定装置２０１の動作例を説明する。
　制御部２２１は、図１で示すように橋梁１０２が撮像された複数の撮像画像を、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して、取得する。制御部２２１は、複数の撮像画像をメモリ２６０に格納する。
　図６Ａは、橋梁１０２の撮像画像の一例を示す。また、図６Ｂは、橋梁１０２の撮像画像の他の一例を示す。図６Ａに示す撮像画像４００と図６Ｂに示す撮像画像４０１には、異なる時刻に橋梁１０２が撮像されている。撮像画像４００、４０１は、橋梁１０２上に荷重源となる車両４０２が存在することを示している。撮像画像４００では、車両４０２が橋梁１０２の橋脚１０３上にあり、橋梁１０２に変位は生じていない。これに対して、撮像画像４０１では、車両４０２が橋梁１０２の中央付近にあり、橋梁１０２に変位が生じている。このように、撮像画像には橋梁１０２と異なる物体（例えば車両４０２など）が撮像されていてもよい。
　変位算出部２３０は、既存の画像認識技術を用いて、撮像画像内に存在する橋梁１０２を検出する。変位算出部２３０は、検出した橋梁１０２上に設定された複数の計測点の座標を検出する。
　図７は、橋梁１０２に設定された複数の計測点の配置例を示す図である。
　図７において計測点５０１～計測点５１１は、橋梁１０２に設定された複数の計測点を示す。各計測点は、予めユーザーによって設定されてもよいし、橋梁１０２を画像認識で自動検出した後に設定されてもよい。図７では、各計測点は、ほぼ等間隔に設定されているが、非等間隔に設定されていても本実施形態の効果は得られる。ここで、本実施の形態においては、複数の計測点の中から少なくとも１つの計測点を基準計測点に設定する。基準計測点は、他の計測点に比べて、荷重などの影響を最も受けにくく、変位が小さい計測点とする。実施の形態１においては、基準計測点として、計測点５０１および計測点５１１を用いる。ここで、計測点５０１および計測点５１１は、橋梁１０２の橋脚１０３と、橋脚１０３を支持する地盤内に設置されている橋台（図示せず）との接点近くに設定されている。
　変位算出部２３０は、メモリ２６０が記憶している複数の撮像画像を撮像時刻順に取出し、撮像画像毎に橋梁１０２の変位を算出する。変位算出部２３０は、例えば、撮像画像４００と撮像画像４０１との間の各計測点における変位を算出する。なお、撮像画像中の変位算出方法として、変位算出部２３０は、ブロックマッチングまたは相関法を用いることができる。ここで、相関法として、正規化相関法（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ｃｒｏｓｓ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、位相相関法（ｐｈａｓｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、レーザスペックル相関法などが挙げられる。また、変位算出部２３０は、サンプリングモアレ法、特徴点追跡法など一般的な変位算出方法を用いてもよい。変位算出の精度は、ピクセル単位でもサブピクセル単位でも良い。
　図８は、変位算出部２３０が算出した変位の一例を示す図である。図８は、橋梁１０２が所定期間に撮像された複数の撮像画像（Ｆｒａｍｅ１、Ｆｒａｍｅ２、Ｆｒａｍｅ３、…、Ｆｒａｍｅ　ｎ）における計測点５０１～計測点５１１の位置座標（ｘ，ｙ）を示す。
　ここで、時刻ｔに橋梁１０２が撮像された撮像画像Ｆｒａｍｅ　ｔにおけるｉ番目の計測点Ｐｉの位置座標（ｘ，ｙ）をＰｉ（ｘ，ｙ，ｔ）と表す。また、Ｆｒａｍｅ　ｔにおけるｉ番目の計測点Ｐｉの変位をＤｉ（ｘ，ｙ，ｔ）と表す。変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）は、各撮像画像間の計測点の位置座標Ｐｉの差となる。本実施の形態では、ｉを１から１１までの整数としている。計測点Ｐ１～Ｐ１１は、計測点５０１～計測点５１１に相当する。
　例えば、変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）は、時間的に隣接する複数の撮像画像の位置座標Ｐｉを用いて、数式１で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）は、基準撮像画像および各撮像画像の位置座標Ｐｉを用いて、数式２で算出してもよい。ここで、基準撮像画像とは、例えば、時間的に先頭の撮像画像や、定常状態と見なせる計測対象が撮像された撮像画像などである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、Ｐｉ（ｘ，ｙ，０）は、基準撮像画像における位置座標である。
　なお、制御部２２１は、必要に応じてカメラ１０１の撮像光学系の画像歪を補正する。また、制御部２２１（スケーリング部の一例）は、計測点と、橋梁１０２を撮像するカメラ１０１との距離に基づいて、変位算出部２３０が算出した変位をスケール補正してもよい。スケール補正とは、撮像画像上の変位と実空間上の変位との比率を、各計測点において、等しくするような補正である。このような補正は、撮像画像に対して行っても良いし、算出した変位に対して行っても良い。制御部２２１は、例えば、メモリ２６０に格納された各計測点についての実空間上の座標を用いて、スケール補正してもよい。
　補正部２７０は、メモリ２６０が記憶している各計測点の変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）を読み出す。補正部２７０は、複数の計測点のうち、所定の基準計測点Ｐ１（計測点５０１）の変位Ｄ１（ｘ，ｙ，ｔ）を用いて、各変位Ｄｉを補正する。すなわち、補正部２７０は、各計測点の変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）から、基準計測点の変位Ｄ１（ｘ、ｙ、ｔ）を撮像画像ごとに差し引く。これにより、撮像中にカメラ１０１のｘ，ｙ方向の向きが変化した場合に生じる画像変位の影響を除去することができる。
　更に、補正部２７０は、基準計測点Ｐ１とは異なる基準計測点Ｐ１１（計測点５１１）を設定し、基準計測点Ｐ１１の変位Ｄ１１（ｘ，ｙ，ｔ）の値が０に近づくように、基準計測点Ｐ１の位置を中心として各計測点の変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｔ）のｘ，ｙ座標値を回転変換してもよい。これにより、撮像中にカメラ１０１の回転（ｒｏｌｌ）方向の変化により生じる各撮像画像の変位の影響を除去することができる。補正部２７０は、補正した各計測点の変位をメモリ２６０に格納する。
　なお、基準計測点を、橋梁１０２上に設定してもよいし、橋梁１０２以外に設定してもよい。例えば、基準計測点を、撮像画像の背景中の静止物（建造物等）に設定してもよい。また、基準計測点の数を増やし、各基準計測点の変位の合計が最小になるように各算出位置のｘ，ｙ方向の平行移動補正と回転補正量を最適化してもよい。これにより、撮像中のカメラ１０１の回転や向きの変化による変位算出への影響を低減させることができる。また、複数の時刻のフレーム画像の動きを分析して、画像全体の支配的な動き（グローバル動き）を検出し、この動きに従う画像内の点を基準計測点としてもよい。
　なお、撮像画像においてカメラ１０１の向きや回転等に起因する変位が許容範囲と見込める場合には、補正部２７０による変位の補正を省いても良い。
　図９は、橋梁１０２に設定された座標を示す図である。図９は、以降の説明で用いる変位分布ｙ（ｘ）と位置ｘの関係を示す。図８のように、橋梁１０２の各計測点から得られる変位のうち、特に橋桁部分のｙ方向の変位分布に着目して以降説明する。
　荷重推定部２４０は、メモリ２６０に格納された撮像画像を用いて、荷重源（車両など）の種類（車両の場合、車種）と位置を画像認識する。荷重推定部２４０は、この車種認識結果と予めメモリ２６０に格納された車種ごとの荷重値を参照し、空間的な荷重分布を算出する。そして、荷重推定部２４０は、その荷重分布をメモリ２６０に格納する。荷重推定部２４０は、機械学習を用いて、車両の種類、もしくは特定の車両を認識してもよい。また、荷重推定部２４０は、撮像画像内での車両の位置を認識する。機械学習には、テンプレート学習、ベクトル量子化、決定木、ニューラルネットワーク、ベイズ学習などを用いることができる。なお、予め車種が確定している場合は、車両の位置のみを認識すればよい。また、荷重推定部２４０は、画像認識において、車両の画像と車重の関係を直接学習した識別器を用いてもよい。
　また、荷重推定部２４０は、計測対象に設置された他のセンサなどから得られた荷重分布を、入出力Ｉ／Ｆ２１０を介して取得してもよい。
　図１０は、橋梁の変位分布と荷重分布の一例を示す図である。図１０において、画像１０ｃは撮像画像を示し、変位分布１０ａと荷重分布１０ｂは各々撮像画像１０ｃに対して得られた変位分布と荷重分布を示す。撮像画像１０ｃにおいて橋梁１０２上の中央付近に車両４０２があり、橋梁１０２に変位が生じている。この時、変位分布１０ａは、車両４０２が位置する付近が最も変位していることを示している。また、荷重分布１０ｂは、車両４０２が位置する付近に荷重が加えられていることを示している。
　同様に、図１１は、橋梁の変位分布と荷重分布の他の一例を示す図である。図１１は、撮像画像１１ｃから得られた変位分布１１ａと荷重分布１１ｂを示す。撮像画像１０ｃおよび撮像画像１１ｃには、互いに異なる時刻に橋梁１０２が撮像されている。撮像画像１１ｃにおいて橋梁１０２上の中央左側付近に車両４０２があり、橋梁１０２に変位が生じている。この時も、変位分布１１ａは、車両４０２が位置する付近が最も変位していることを示している。また、荷重分布１１ｂは、車両４０２が位置する付近に荷重が加えられていることを示している。
　剛性算出部２５１は、変位分布と荷重推定部２４０が算出した荷重分布とを用いて、剛性分布を算出する。剛性算出部２５１は、例えば、数式３に示すような力学方程式を用いて、曲げ剛性分布Ｓｂ（ｘ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、ｘは橋梁１０２の横方向の位置であり、ｙ（ｘ）は変位分布であり、ｗ（ｘ）は荷重分布である。このような微分方程式は、例えば，　Ｈｉｒｏｙｕｋｉ　ＫＩＳＵ，　ｅｔ　ａｌ，　”Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｆｏｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｒｉｇｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｂｅａｍ”，　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｊａｐａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，　Ｓｅｒｉｅｓ　Ａ，　Ｖｏｌ．７０，　Ｎｏ．６９８，　２００４．記載のように数値的に解くことができる。
　なお、計測点数が不足するなど条件不足で不良設定問題になる場合や、計測値にノイズが含まれる場合、剛性算出部２５１は、数式３に加え、数式４や数式５などの拘束条件を組み合わせて、剛性を算出してもよい。数式４は剛性が位置ｘに依存しないことを示し、数式５は剛性が空間的に滑らかに変化することを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図１２は、橋梁の剛性分布の一例を示す図である。ここでは、橋梁１０２の橋桁全体にわたりほぼ一定の値の剛性分布１２ａが示されている。
　剛性算出部２５１は、他の算出方法として、最適化問題として数式６のようなＳｂ（ｘ）に関する評価関数Ｅ（Ｓｂ）を設定し、これを最小化するＳｂ（ｘ）を算出してもよい。ここで、｜Ｃ｜ｐは、関数Ｃのｐ乗ノルムを表す。また、λ１、λ２を、重みパラメータとして予め定めておく。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　なお、計測点数が不足するなど条件不足で不良設定問題になる場合や、計測値にノイズが含まれる場合に安定した解を求めるためには、剛性算出部２５１は、同じ橋梁１０２に対して荷重分布が異なる複数の撮像画像から得られた、変位分布と荷重分布を組み合わせて剛性分布を算出してもよい。剛性算出部２５１は、例えば、図１０、図１１のように異なる時刻の変位分布と荷重分布の組を複数組み合わせて、図１２のような剛性分布を算出してもよい。このとき、剛性算出部２５１は、異なる撮像画像内の橋梁１０２が同一であることを利用して、共通の剛性分布を算出する。荷重分布が異なる複数の撮像画像は、車両４０２が橋梁１０２を通過する時に橋梁１０２を動画撮像すれば容易に得ることができる。これにより、橋梁１０２の剛性分布をより高精度に求めることが可能となる。
　［１－２－４．動作例２］
　次に、せん断剛性Ｓｓ（ｘ）を算出する例について説明する。この場合、剛性算出部２５１は、数式７のような力学方程式を用いて、曲げ剛性の場合と同様にせん断剛性分布を算出することができる。ここで、Ｓｂは曲げ剛性である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　［１－２－５．動作例３］
　次に、図１３および図１４を用いて、ねじり剛性Ｓｔを算出する例について説明する。図１３は、橋梁と撮像装置の位置関係の一例を示す図である。図１４は、橋梁の断面を示す図である。図１４は、図１３に示すＡ－Ａ線で切断された橋梁１０２の断面を示す。
　図１３において、上側が橋梁１０２の奥行き方向、下側が橋梁１０２の手前方向とする。車両４０２は、手前側から奥行き方向に走行しているとする。この時、カメラ１３０は、車両の進行方向に対して、橋梁１０２を右側から撮像する。また、カメラ１３１は、車両の進行方向に対して、橋梁１０２を左側から撮像する。すなわち、カメラ１３０（複数の撮像装置のうちの一つの撮像装置の一例）は、橋梁１０２に対して、カメラ１３１（複数の撮像装置のうちの別の撮像装置の一例）と反対側に配置されている。
　図１４は、橋梁１０２がねじれている状態を示す図である。より詳細には、車両４０２の荷重により、橋梁１０２が、ねじりモーメントＭＴを受け、ねじれ角φだけねじれている。図１４において、変位ＹＬ、変位ＹＲは、車両４０２の荷重により、橋梁１０２の左側及び右側の各端部に生じた変位である。変位算出部２３０は、カメラ１３０およびカメラ１３１の撮像画像から、それぞれ、変位ＹＲおよび変位ＹＬを算出する。
　剛性算出部２５１は、数式８を用いて、ねじり剛性Ｓｔを算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　ここで、入力Ｉ／Ｆ２１０は、カメラ１３０およびカメラ１３１によって橋梁１０２が同期撮像された２つの撮像画像の入力を受け付ける。ここで、カメラ１３０およびカメラ１３１は、図１３のように、橋軸直角方向（Ａ－Ａ線に平行な方向）に沿って橋梁１０２の両側に配置されている。変位算出部２３０は、カメラ１３０が生成した撮像映像から変位分布ｙＲ（ｘ）を算出し、カメラ１３１が生成した撮像映像から変位分布ｙＬ（ｘ）を算出する。変位算出部２３０は、ｙＲ（ｘ），ｙＬ（ｘ）と数式９を用いて、橋梁１０２のねじれ角φを算出する。ここで、Ｗｂは既知の橋梁１０２の幅である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　また、荷重推定部２４０は、車両４０２の通行映像から通行車線を判断することで、橋軸と垂直な方向における車両４０２の位置ｚを求める。ここで、車線の高さ方向の位置は予め既知とする。この時、荷重推定部２４０は、ねじりモーメントＭＴを、荷重位置ｚ×荷重ｗ×重力加速度ｇを用いて算出する。
　［１－２－６．動作例４］
　次に、図１５Ａ～１５Ｄを用いて、吊り構造を持つ橋梁１１２の鉛直ケーブルの軸剛性Ｓａを求める場合を説明する。
　図１５Ａは、橋梁の撮像画像の他の一例を示す図である。図１５Ａに示すように、橋梁１１２は吊り構造を持ち、３本の鉛直ケーブル１５１～１５３を備える。
　図１５Ｂは、橋梁に設定された計測点の配置の他の一例を示す図である。図１５Ｂに示すように、各鉛直ケーブルの両端点を、計測点１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、１５３ａ、１５３ｂに設定する。
　図１５Ｃは、橋梁のケーブル長を示す図である。図１５Ｃは、橋梁１１２に荷重がかかっていない状態を示す。図１５Ｃでは、鉛直ケーブル１５２のケーブル長がＬであることを示す。
　図１５Ｄは、橋梁のケーブル長の他の状態を示す図である。図１５Ｄは、車両４０２が橋梁１１２上を走行することにより橋梁１１２に荷重がかかった状態を示す。図１５Ｄは、橋梁１１２が車両４０２の荷重によりたわみ、鉛直ケーブル１５２の長さがＬ＋δＬになったことを示す。
　この場合、剛性算出部２５１は、鉛直ケーブル１５２の軸剛性Ｓａを数式１０で算出することができる。ここでＮは、荷重により生じた鉛直ケーブル１５２にかかる力であり、車両４０２の荷重ｗ×重力加速度ｇにより算出される。δＬは、荷重ｗがかかったことで生じた鉛直ケーブル１５２のケーブル長の伸び量である。δＬは、計測点１５２ａと１５２ｂの変位の差分である。鉛直ケーブル１５１や１５３についても、δＬを同様に算出することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　上記吊り構造を有する橋脚以外にも、斜張橋やハープ橋、ケーブル構造持つ電線、鉄塔など、複合構造物全体の剛性分布を求める場合にも同様の方法を適用することができる。
　以上、実施の形態１では、曲げ剛性、せん断剛性、ねじり剛性、および軸剛性の算出例を示したが、これらを常に全てを算出する必要はない。予め無視できる剛性パラメータや必要のない剛性パラメータを算出しなくてもよい。また、剛性算出において用いる力学方程式は、上記の式よりも簡略化した式やより厳密な式であってもよい。また、同時に複数種類の剛性パラメータを含めた力学方程式を用いてもよい。
　［１－３．効果等］
　以上のように、本実施の形態の剛性測定装置２００は、計測対象の剛性を測定する剛性測定装置であって、荷重推定部２４０と、変位算出部２３０と、剛性算出部２５０とを備える。荷重推定部２４０は、橋梁１０２が撮像された撮像画像を用いて、橋梁１０２に設定された計測点に加わる荷重を推定する。変位算出部２３０は、撮像画像を用いて、計測点の変位を算出する。剛性算出部２５０は、荷重と変位を用いて、橋梁１０２の剛性を算出する。
　これにより、計測対象の剛性を、遠隔から測定することができる。
　また、荷重推定部２４０は、橋梁１０２に設定された複数の計測点に加わる荷重を推定することにより、橋梁１０２の荷重分布を算出する。変位算出部２３０は、複数の計測点の変位を算出することにより、橋梁１０２の変位分布を算出する。剛性算出部２５０は、荷重分布と変位分布とを用いて、橋梁１０２の剛性分布を算出する。
　これにより、計測対象の全体の剛性分布を、遠隔から測定することができる。
　従って、簡便かつ低コストに、計測対象の構造物全体の変位分布と荷重分布を取得し、剛性分布を算出できる。そのため、構造物の強度評価などを容易に得ることが可能となる。また、映像を記録するため、計測対象の外見状態も同時に把握しやすいという利点もある。
　また、カメラ１０１が計測対象上の計測点および基準計測点を含む広範囲を撮像することで、カメラブレの影響を抑えて高精度に計測対象の剛性を測定することができる。
　（実施の形態２）
　以下、図１～３、図７、図１６～１９Ｂを用いて、実施の形態２を説明する。
　撮像装置１０１が生成した複数の撮像画像において、橋梁１０２は常に同じ位置に撮像されるとは限らない。このような場合、ある撮像画像において設定された計測点の座標位置を他の撮像画像に適用すると、適用した計測点の位置が本来設定した位置とずれる可能性がある。そのため、変位算出部２３０が算出した変位は、位置がずれた計測点間の変位を算出することになる。それを解消するために、実施の形態２に係る剛性測定装置２０２は、設定部２８０を備える。設定部２８０は、他の撮像画像において設定された計測対象上の計測点の位置を参照して、変位算出対象の撮像画像における計測対象の計測点の位置を設定する。
　［２－１．構成］
　図１６は、実施の形態２における剛性測定装置２０２の一構成例を示すブロック図である。図１６において、図２と同じ動作を行う構成要素に関しては、同符号を付与し、説明を省略する。
　実施の形態２の剛性測定装置２０２は、実施の形態１の剛性測定装置２００の構成に加えて、計測点を設定する設定部２８０を備える。
　設定部２８０は、計測対象に基づいて計測点を設定する。言い換えると、設定部２８０は、第１の撮像画像における橋梁１０２の計測点を、第２の撮像画像における橋梁１０２に設定された計測点に基づいて設定する。本実施の形態では、第１の撮像画像の撮像時と、第２の撮像画像の撮像時においては、撮像装置１０１の撮像位置が異なるものとする。なお、第１の撮像画像と第２の撮像画像の撮像順が逆の場合でも本実施の形態は適用可能である。
　［２－２．動作］
　実施の形態１の剛性測定装置２００と実施の形態２の剛性測定装置２０２においては、設定部２８０が計測点を設定する動作のみ異なるので、ここでは、設定部２８０の動作についてのみ説明する。
　実施の形態２において、変位算出の対象とする第１の撮像画像を図７の撮像画像５００とする。
　図１７は、実施の形態２における橋梁１０２の第２の撮像画像の一例を示す図である。図１７は、撮像画像８００と、撮像画像８００における橋梁１０２上に設定された計測点の配置例を示す図である。撮像画像５００および撮像画像８００には、それぞれ異なる撮像位置から、橋梁１０２が撮像されている。
　図１７において計測点８０１～計測点８１１は、橋梁１０２に設定された計測点を示す。なお、計測点８０１～８１１は、実施の形態１同様に予めユーザーによって設定されてもよいし、橋梁１０２を画像認識した後に橋梁１０２上に自動設定されてもよい。
　図７および図１７に示すように、撮像画像５００における橋梁１０２の位置に対して、撮像画像８００における橋梁１０２の位置は右下側にずれているものとする。このように、同じ計測対象が撮像された複数の撮像画像間において、撮像された計測対象の位置がずれている場合、各々の撮像画像において橋梁１０２に設定される計測点の位置がずれる（異なる）恐れがある。
　そのため、実施の形態２では、設定部２８０が、撮像画像８００と計測点８０１～８１１（基準計測点含む）の位置に基づいて、図７の撮像画像５００における橋梁１０２に計測点５０１～５１１（基準計測点含む）を設定する。
　具体的には、設定部２８０は、撮像画像５００と撮像画像８００に対して、画像の局所特徴量やブロックマッチング、相関法などを用いて、撮像画像８００の計測点に対応する撮像画像５００における計測点の位置を決定する。局所特徴量として、ＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）、ＳＵＲＦ（Speeded Up Robust Features）などを用いることができる。
　なお、実施の形態２の剛性測定装置２０２は、実施の形態１同様、図１８の剛性測定装置２０３に示すように、補正部２７０を備えてもよい。図１８は、実施の形態２における剛性測定装置の他の構成例を示すブロック図である。
　［２－３．効果等］
　以上のように、実施の形態２の剛性測定装置２０２は、設定部２８０をさらに備える。設定部２８０は、橋梁１０２に基づいて計測点を設定する。
　これにより、過去に計測された計測対象を再計測する場合、計測対象上の同じ位置で変位を算出することができる。
　従って、同じ計測対象を再撮像する際に、撮像位置や撮像装置が変わる場合、撮像画像内における計測点が計測対象に基づいて設定される。そのため、多数の計測点を再設定する手間を軽減することが可能となる。すなわち、異なる時期に撮像された計測対象の計測結果の比較を容易に行うことができる。
　また、所定期間に計測対象を複数回撮像する際に、例えば、撮像装置の姿勢が変化してしまった場合でも、本開示は適用可能である。
　（他の実施の形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１～２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
　カメラ１０１は、図１に示すように、剛性測定装置２００と別体でもよいし、剛性測定装置２００内に備えられていてもよい。また、撮像画像は、モノクロ画像でもカラー画像（マルチスペクトル含む）でもよい。また、カメラ１０１は、通常のカメラではなくてもよい。カメラ１０１は、測距センサや加速度センサを用いて計測対象を検出し、検出により得られた配列データを画像として出力するカメラでもよい。
　上記実施の形態では、主に１つのカメラを用いていたが、図１３のように同一計測対象の異なる場所を撮像する複数のカメラを用いてもよい。この場合、複数のカメラで同期撮像された撮像画像を用い、各カメラが生成した撮像画像ごとにステップＳ３３０まで処理を行う。そして、ステップＳ３４０以降について、複数の撮像画像から得られた変位分布を全て組として同様の処理を行うことができる。これにより、１つのカメラでは撮像できない計測対象についても変位計測を高精度に行うことができる。すなわち、変位算出部２３０は、複数の撮像装置によって計測対象１０２が同期撮像された複数の撮像画像を用いて、変位を算出してもよい。
　また、上記実施の形態では、２次元の変位Ｄｉ（ｘ，ｙ）を算出しているが、距離画像（ｄｅｐｔｈ　ｉｍａｇｅ）を取得して３次元の変位Ｄｉ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出してもよい。変位算出後は上記実施の形態と同様の手続きを実行することにより、高精度な３次元変位を得ることもできる。距離画像を生成するカメラまたは方法として、複数カメラの同期撮像によるステレオカメラ、多視点カメラステレオ法、パターン投影法、Ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）カメラ、レーザ変位計などを用いることができる。すなわち、変位算出部２３０は、計測点と、計測対象を撮像する撮像装置との距離を示す情報を含む距離画像を用いて、変位を算出してもよい。
　また、上記実施の形態では計測対象として橋梁１０２を例示したが、橋梁１０２以外にビル等の建物や鉄塔、煙突、壁面、床材、板材、鉄骨足場、路面、線路、車体等でも同様の効果を得られる。
　また、カメラ１０１が撮像する光は、可視光以外に、紫外光、近赤外光、遠赤外光でもよい。
　また、剛性算出部２５０が算出した剛性分布を可視化してもよい。例えば、制御部２２０（重畳画像生成部の一例）は、剛性算出部２５０によって算出された剛性に基づく画像が複数の撮像画像のうちの少なくとも１つに対して重畳された重畳画像を生成してもよい。同様に、制御部２２０は、図２０のように、変位算出部２３０が算出した変位分布２０ａや荷重推定部２４０が算出した荷重分布２０ｂを撮影画像２０ｃに対して重畳させて可視化してもよい。これにより、ユーザーは剛性測定装置２００の動作を確認することができる。変位分布、荷重分布、および剛性分布を全て表示する必要はなく、いずれか必要な分布のみを表示するようにしてもよい。
　制御部２２０は、図１９Ａで示されるように、剛性分布に基づく画像が橋梁１０２が撮像された撮像画像に対して重畳された重畳画像を生成する。図１９Ａにおいて、破線Ｑ１は、橋梁１０２の位置に合わせて表示された剛性分布を示している。図１９Ａにおいて、破線Ｑ１が下方にへこんでいる付近は、橋梁１０２の一部の剛性が低下していることを示している。剛性分布は、グラフ表示以外にも濃淡やカラー表示で表してもよい。このように表示することで、橋梁１０２の剛性の空間分布を把握しやすくできる。距離画像を使用する場合は、３Ｄ表示を用いて同様の表示を実現できる。
　また、剛性算出部２５０は、計測対象の剛性の基準値を記憶し、算出した剛性が異常であるか否かを、その基準値を用いて判断してもよい。剛性算出部２５０は、例えば、算出した剛性が基準値以下である場合に、剛性が異常であると判断する。制御部２２０は、図１９Ｂのように、剛性分布の可視化に加えて、剛性算出部２５０が異常と判断した剛性を示す位置を可視化させてもよい。図１９Ｂでは剛性が異常な位置を太線Ｑ２で示している。すなわち、剛性算出部２５０は、剛性が異常であるか否かを判断した結果を出力してもよい。
　また、変位算出部２３０は、算出した計測対象全体の変位を空間的に補間することにより、計測点以外の点の変位を推定してもよい。また、補正部２７０は、撮像画像に含まれる計測対象の実スケールが等しくなるように、撮像画像または変位算出部２３０が算出した変位を補正してもよい。撮像画像を補正する場合は、変位算出部２３０が変位を算出する前に補正部２７０が補正処理を行う。
　また、剛性算出部２５０は、互いに異なる複数の荷重分布と、各荷重分布に対応する変位分布とを組み合わせて、剛性分布を算出してもよい。
　なお、上記実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示に係る剛性測定装置は、構造体の構造強度の計測、測定、分析、診断、検査等に利用可能である。
１　剛性測定システム
１０１，１３０，１３１　カメラ（撮像装置）
１０２，１１２　橋梁（計測対象）
２００，２０１，２０２，２０３　剛性測定装置
２１０　入出力Ｉ／Ｆ
２２０，２２１　制御部
２３０　変位算出部
２４０　荷重推定部
２５０，２５１　剛性算出部
２６０　メモリ
２７０　補正部
２８０　設定部

Claims (17)

  1. 　計測対象の剛性を測定する剛性測定装置であって、
    　前記計測対象が撮像された撮像画像を用いて、前記計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定する荷重推定部と、
    　前記撮像画像を用いて、前記計測点の変位を算出する変位算出部と、
    　前記荷重と前記変位とを用いて、前記計測対象の剛性を算出する剛性算出部と、
    　を備えた剛性測定装置。
  2. 　荷重源の荷重値を記憶する記憶部を備え、
    　前記荷重推定部は、前記撮像画像を用いて前記計測対象上における前記荷重源の位置を検出し、前記荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記計測点に加わる荷重を推定する、
    　請求項１記載の剛性測定装置。
  3. 　荷重源の種類に対応した荷重値を記憶する記憶部を備え、
    　前記荷重推定部は、前記撮像画像を用いて前記計測対象上における前記荷重源の位置および種類を検出し、前記荷重源の種類に対応した荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記計測点に加わる荷重を推定する、
    　請求項１記載の剛性測定装置。
  4. 　所定の荷重値を記憶する記憶部を備え、
    　前記荷重推定部は、前記撮像画像を用いて前記計測対象上における荷重源の位置を検出し、前記所定の荷重値と前記荷重源の位置とを用いて前記計測点に加わる荷重を推定する、
    　請求項１記載の剛性測定装置。
  5. 　前記計測対象に基づいて前記計測点を設定する設定部を備える、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  6. 　補正部を備え、
    　前記変位算出部は、所定の基準計測点の基準変位を算出し、
    　前記補正部は、前記基準変位を用いて、前記変位を補正し、
    　前記剛性算出部は、補正された前記変位を用いて、前記剛性を算出する、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  7. 　前記変位算出部は、ブロックマッチングまたは相関法を用いて前記変位を算出する、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  8. 　前記荷重推定部は、前記計測対象に設定された複数の前記計測点に加わる荷重を推定することにより、前記計測対象の荷重分布を算出し、
    　前記変位算出部は、前記複数の計測点の変位を算出することにより、前記計測対象の変位分布を算出し、
    　前記剛性算出部は、前記荷重分布と前記変位分布とを用いて、前記計測対象の剛性分布を算出する、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  9. 　前記剛性算出部は、互いに異なる複数の前記荷重分布と、前記複数の荷重分布の各々に対応する前記変位分布とを組み合わせて、前記剛性分布を算出する、
    　請求項８記載の剛性測定装置。
  10. 　前記剛性に基づく画像が前記撮像画像に対して重畳された重畳画像を生成する重畳画像生成部を備える、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  11. 　前記剛性算出部は、前記計測対象の剛性の基準値を記憶し、算出した前記剛性が異常であるか否かを、前記基準値を用いて判断し、判断した結果を出力する、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  12. 　前記剛性に基づく画像が前記撮像画像に対して重畳された重畳画像を生成する重畳画像生成部を備え、
    　前記重畳画像生成部は、前記重畳画像において、前記剛性算出部が異常と判断した前記剛性を可視化させる、
    　請求項１１記載の剛性測定装置。
  13. 　前記計測点と、前記計測対象を撮像する撮像装置との距離に基づいて、前記変位をスケール補正するスケーリング部を備える、
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  14. 　前記変位算出部は、複数の撮像装置によって前記計測対象が同期撮像された複数の前記撮像画像を用いて、前記変位を算出する、
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  15. 　前記複数の撮像装置のうちの一つの撮像装置は、前記計測対象に対して、前記複数の撮像装置のうちの別の撮像装置と反対側に配置されている、
    　請求項１４記載の剛性測定装置。
  16. 　前記撮像画像は、前記計測点と、前記計測対象を撮像する撮像装置との距離を示す情報を含み、
    　前記変位算出部は、前記撮像画像を用いて、前記変位を算出する、
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の剛性測定装置。
  17. 　計測対象の剛性を測定する剛性測定方法であって、
    　前記計測対象が撮像された撮像画像を用いて、前記計測対象に設定された計測点に加わる荷重を推定する荷重推定ステップと、
    　前記撮像画像を用いて、前記計測点の変位を算出する変位算出ステップと、
    　前記荷重と前記変位とを用いて、前記計測対象の剛性を算出する剛性算出ステップと、
    　を含む剛性測定方法。
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