モード解析方法およびモード解析システム
【課題】精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行う。
【解決手段】構造物１における複数の観測点６をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、前記撮影で得た各観測点６に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、前記特定した各観測点６での変位方向に基づき、前記構造物１の各観測点６を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と実行する。
【解決手段】構造物１における複数の観測点６をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、前記撮影で得た各観測点６に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、前記特定した各観測点６での変位方向に基づき、前記構造物１の各観測点６を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モード解析方法およびモード解析システムに関するものであり、具体的には、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造物は様々な外力によって変形を生じることがある。構造物に劣化、損傷など生じている場合、そうした変形は大きくなる傾向にあり、構造物の健全性を把握するために変形の観測は重要となる。従来の手法としては、構造物の観測箇所に達する足場を組み、該当観測箇所に測定子を当接させたダイヤルゲージを設置し、このダイヤルゲージの表示値を観測する手法があるが、観測に際して設置する仮設構造物が大がかりとなり計測が容易でなかった。別の手法として、構造物に振動センサや加速度計を取付け、その計測値の積分処理等を行って変位量を観測するといった技術も提案されている。また他にも、予め観測箇所の画像を撮影しておき、この画像と以後撮影した画像とのずれを観測箇所の変位量として求める手法などもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平１−３６９７６号公報
【特許文献２】特開平５−３３９９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ある方向に対して長さのある構造物の場合、外力に対するその構造物の挙動を解析して、構造物の状態を把握しようとすると、各点における変位量や振動数だけでなく、構造物全体の変形モードや振動モードを確認することが重要となる。想定される外力と構造物の強度特性等に基づくコンピュータシミュレーションを行って振動モードを推定する方法も存在するが、これはあくまでシミュレーションであり、実体の確認とはならない。
【０００５】
従来、こうした振動モード等の特定にあたり、上述した、加速度センサにて測定される加速度値を積分し変位を求める手法等を用いていたが、その場合、センサなど測定装置を構造物に設置して計測を行う必要がある。しかしながら、そもそも測定装置の十分な設置場所を構造物にて確保できない場合や、機材、人員の配置用として構造物周囲に大がかりな仮設の足場を組む必要がある場合などもあり、計測自体が困難となったり、計測のための手間やコストが増大するといった問題があった。
【０００６】
そこで本発明では、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行う技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明のモード解析方法は、構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、従来のように、センサなど測定装置を構造物の複数点に設置して計測を行う必要も無く、構造物周囲に足場等の仮設構造物を組む為の手間やコストなども抑制されることとなる。また、観測点での変位量の絶対値が測定しにくく変位方向のみ特定できるような状況であっても、構造物の変形モードを効率的かつ確実に特定することできる。よって本発明によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【０００９】
なお、前記モード解析方法において、前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定する第４の工程を含むとしてもよい。本発明によれば、振動の振幅方向と直交する方向に長さのある構造物において、振動モードを特定することが可能となり、構造物の状態や外力に対する挙動をより詳細に確認する情報を取得することができる。
【００１０】
また、前記モード解析方法の前記第２の工程において、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定し、前記第３の工程において、前記算定した各観測点での所定時間毎の変位量に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する、としてもよい。本発明によれば、前記変形モードを変位量の絶対値に基づいて精度良く特定することが可能となる。
【００１１】
また、前記モード解析方法の前記第４の工程において、前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定するとしてもよい。本発明によれば、上記同様に、前記振動モードを変位量の絶対値に基づいて精度良く特定することが可能となる。
【００１２】
また、前記モード解析方法の前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け、発光装置による発光を行い、前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出するとしてもよい。
【００１３】
従来では、測定装置間の同期をとるために、例えば電気信号を測定装置に一斉通知するなどの手法がとられていたが、マイクロ秒単位での同期が必要なことから、各測定装置に固有の動作時間の差異、ネットワーク遅延等の問題があって、精度良く同期を図ることはかなり困難であった。しかしながら、上記のような本発明によれば、各デジタルビデオカメラに固有の差異等に関係なく、デジタルビデオカメラ間で同時刻に撮影されたフレームを起点として特定することができる。なお、各デジタルビデオカメラのうち、発光装置からの発光を直接撮影できない位置にあるものについては、発光装置と該デジタルビデオカメラとの間に、前記発光を導く鏡等の反射材を適宜設置し、反射光をデジタルビデオカメラの撮影領域に導くとしてもよい。
【００１４】
また、前記モード解析方法の前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向けた、前記発光装置による発光を、所定時間のみの短時間発光とし、前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による短時間発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出するとしてもよい。このように、発光装置による発光を短時間の発光、例えばフラッシュの発光のごときものとすれば、発光が写り込むフレーム数が限定的となって、その他のフレームとの区別が明確になり、ひいては各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を確実に特定することが可能になる。
【００１５】
また、本発明のモード解析システムは、構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群と、情報処理装置とを含み、前記情報処理装置は、前記デジタルビデオカメラ群が撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する処理と、前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する処理とを実行するものである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態におけるモード解析システムの説明図である。
【図２】本実施形態におけるモード解析システムを構成する各装置類のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本実施形態のモード解析方法の処理手順例を示す説明図である。
【図４】本実施形態の二値化画像例を示す説明図である。
【図５】本実施形態の変位例を示す説明図である。
【図６】本実施形態の処理結果例１を示す説明図である。
【図７】本実施形態の処理結果例２を示す説明図である。
【図８】本実施形態の処理結果例３を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
−−−システム等の構成例−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるモード解析システム１０の説明図である。本実施形態のモード解析システム１０は、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うものであり、図１に示すように、情報処理装置１００および複数のデジタルビデオカメラ２００で構成されている。
【００１９】
ここでは、解析対象の構造物として橋梁１の橋桁２を例示する。橋梁１を車両や鉄道など所定の重量を持った移動体が通行すれば、移動体の自重や移動速度の大きさ等に応じて橋桁２が鉛直方向に振動したり沈み込んだりすることとなる。橋梁１の健全性を診断したり、振動モードを把握する場合、こうした橋桁２の変位を観測し変位量を得ておくことは重要である。但し、変位量の絶対値が測定できず、変位方向しか観測できないような場合であっても、本実施形態のモード解析方法によれば変形モードや振動モードが判明し、解析対象の構造物について変位の傾向は明らかとなるから、技術的に十分な意義がある。
【００２０】
ところで、前記橋梁１を構成する部材のうち橋桁２については、例えばＨ型鋼４が構成に含まれることが多い。Ｈ型鋼４は仕様が規格化された部材であり、予め各箇所の寸法は判明している。Ｈ型鋼４は橋脚７の間に渡されて、その側面であるフランジ５の端部６を橋桁２の側面３に露出している。このフランジ端部６の厚みは仕様に応じて決まっており、つまり、鉛直方向の寸法が判明していると言える。
【００２１】
本実施形態では、こうしたＨ型鋼４における、例えば橋桁延長方向に一定距離毎に離間した複数のフランジ端部６（すなわち複数の観測点）のそれぞれに対し、デジタルビデオカメラ２００を配置して映像を撮影して変位量を算定し、ひいてはモード解析を行うこととする。勿論、橋桁２を構成するＨ型鋼以外の部材の所定箇所を観測点としてもよい。
【００２２】
従って、デジタルビデオカメラ２００は、例えば、前記観測点の数だけ、橋梁１の周囲に配置される。勿論、全観測点のうち複数の観測点（フランジ端部６）を一度に撮影範囲に収めるデジタルビデオカメラ２００を配置し、観測点の総数以下のデジタルビデオカメラ２００でデジタルビデオカメラ群を構成するとしてもよい。
【００２３】
なお、前記モード解析システム１０において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け発光を行う発光装置３００が含まれるとすれば好適である。この発光装置３００としては、例えばカメラ撮影時に使用されるフラッシュを採用できる。発光装置３００による発光は、デジタルビデオカメラ２００が撮影した映像中に写り込むことになる。映像中に写り込んだ発光は、後述する情報処理装置１００での処理に際し、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点の目印となるものである。すなわち、情報処理装置１００は、映像を構成するフレームのうち前記発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定するのである。従って、複数フレームを跨って発光が撮影されないよう、フレームレートが示す１フレームの撮影時間以下で前記発光がなされるよう、発光装置３００での発光時間はごく短時間に調整してある。
【００２４】
なお、発光装置３００による発光時間は、上述のフラッシュの如くごく短時間であればフレーム特定が容易となり好適であるが、発光時間がフラッシュほど短時間でなくとも本実施形態の実行は可能である。発光の写り込みが始まったフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられたフレームとして特定できるからである。
【００２５】
図に示すように、前記発光装置３００の発光がデジタルビデオカメラ２００の撮影範囲に入らないおそれがある場合、発光装置３００で発光された光が障害物等を回避してデジタルビデオカメラ２００に到達できるよう、適宜な位置に反射材として鏡４００を配置するとしてもよい。このような形態を採用すれば、構造物周囲がデジタルビデオカメラ２００を配置するのも困難なほど狭小であったり、交通量や障害物が多かったりといった困難な状況であっても、これに柔軟に対応して発光装置３００からの発光をデジタルビデオカメラ２００に導くことができる。ひいては、より確実に上述の所定契機の特定が可能になる。
【００２６】
従来では、測定装置間の同期をとるために、例えば電気信号を測定装置に一斉通知するなどの手法がとられていたが、マイクロ秒単位での同期が必要である一方、各測定装置に固有の動作時間の差異、ネットワーク遅延等の問題があって、精度良く同期を図ることはかなり困難であった。しかしながら、上記のように発光装置３００の発光を利用することで、各デジタルビデオカメラに固有の差異等に関係なく、デジタルビデオカメラ間で同時刻に撮影されたフレームを起点として特定することができる。
【００２７】
続いて、本実施形態のモード解析システム１０を構成する各装置について、そのハードウェア構成を詳述する。図２は、本実施形態におけるモード解析システム１０を構成する各装置らのハードウェア構成例を示す図である。本実施形態のモード解析システム１０を構成する情報処理装置１００は、コンピュータとして備えるべき、ハードディスクドライブなど不揮発性記憶装置たる記憶部１０１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置たるメモリ１０３、記憶部１０１のプログラム１０２をメモリ１０３に読み出して実行するＣＰＵたる演算部１０４、ユーザからの指示を受け付けるキーボードやマウス等の入力部１０５、処理結果を出力するディスプレイ装置やスピーカーといった出力部１０６、他装置とデータ授受を行うためのインターフェイス部１０７を備えている。
【００２８】
また、モード解析システム１０を前記情報処理装置１００と共に構成するデジタルビデオカメラ２００は、所定レベルのフレームレートで動画撮影が可能なビデオカメラであり、ビデオカメラとして備えるべき一般的構成は勿論具備している。このデジタルビデオカメラ２００は、撮影用の光学系装置２０９や映像データの格納用媒体２１０（各種記録媒体とそのリーダライタ、ハードディスクドライブ等）の他に、映像データのデジタル処理など各種情報処理を実行するためのコンピュータチップが備わっている。このコンピュータチップは、不揮発性記憶装置たる記憶部２０１、揮発性記憶装置たるメモリ２０３、記憶部２０１からプログラム２０２をメモリ２０３に読み出して実行するＣＰＵたる演算部２０４、および他装置とデータ授受を行うためのインターフェイス部２０７を含んでいる。
【００２９】
続いて、モード解析システム１０を構成する情報処理装置１００の演算部１０４が、プログラム１０２の実行により実現する処理について説明する。情報処理装置１００は、複数のフランジ端部６を含む所定領域に対する撮影で各デジタルビデオカメラ２００が得た各フランジ端部６に関する映像データを、例えば、各デジタルビデオカメラ２００のインターフェイス部２０７から取得し、該映像データから、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して、各静止画像間での変位方向を特定する処理、ないしは、各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定する処理を実行する。変位量の絶対値が得られる場合は、各観測点での所定時間毎の変位量を算定する処理を実行するとすれば、変形モードひいては振動モードの特定が精度良く行えるため好適である。
【００３０】
なお、前記情報処理装置１００は、前記抽出した各静止画像において前記フランジ端部６を含む所定範囲の画像について二値化処理を行う処理を実行することとなる。画像の二値化処理は、例えば、画素の濃淡情報が一定閾値より小さければ白色、一定閾値より大きければ黒色といった具合に、各画素を黒白二色に振り分ける処理となる。こうした二値化処理の手法自体は従来手法を採用すればよい。また、こうした二値化処理を実行するためのプログラムが前記プログラム１０２には含まれている。
【００３１】
なお、デジタルビデオカメラ２００は、情報処理装置１００からの映像データの取得要求をインターフェイス部２０７にて受け付け、この要求に応じて格納用媒体２１０から映像データを読み出し、これをインターフェイス部２０７を介して情報処理装置１００に送信する。或いは、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７に接続された所定の読み取り装置に対し、ユーザが各デジタルビデオカメラ２００の格納用媒体２１０をセットし、前記読み取り装置が格納用媒体２１０から読み取った映像データを情報処理装置１００に送るとしてもよい。
【００３２】
また、前記情報処理装置１００は、二値化処理された前記所定範囲の画像において前記フランジ端部６を特定し、該特定したフランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位と前記判明している寸法とに基づいて前記フランジ端部６の変位量を算定する処理を実行する。前記フランジ端部６とは異なり、解析対象の実寸法が予め判明しておらず、変位量の算定処理が出来ない場合、前記情報処理装置１００は、例えば静止画像中における所定の基準位置からの画素の変位方向を判定する処理を行う。前記基準位置の例としては、静止画像中の解析対象における重心を含んで鉛直ないし水平に延びる直線状の軸線の位置、を想定できる。情報処理装置１００は該当画素がその基準位置より上下左右のいずれの位置にあるか判定し、基準位置から見て該当位置の方向に画素が変位したと特定できる。
【００３３】
二値化処理された前記所定範囲の画像においてフランジ端部６を特定する処理は、情報処理装置１００が、例えば入力部１０５にてユーザから該当画像の指定を受けて特定する場合があげられる。或いは、情報処理装置１００が、フランジ端部６の形状パターンのデータ（例：フランジ端部６を描画する際の各線分の長さと描画角度等のデータ）を記憶部１０１に保持していて、その形状パターンに合致する黒色画素の集合体をフランジ端部６と認識するといった画像認識処理を行う場合もあげられる。
【００３４】
また、特定したフランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位は、例えば、各静止画像の座標平面上における、前記フランジ端部６に対応した画素の座標値を、所定時間間隔の静止画像間で比較し、各静止画像の前記座標値の間の距離を算定することで得られる。当然、画素の変位量がそのまま実際のフランジ端部６の変位量とならないから、その場合、既知の寸法値に対する画素数から単位画素あたりの変位量を示す係数値を情報処理装置１００が記憶部１０１等に予め保持しておき、各静止画像の前記座標値の間の距離すなわち画素の変位量に前記係数値を乗算し、フランジ端部６の変位量を算定するとすればよい。
【００３５】
また、前記情報処理装置１００は、前記特定した各フランジ端部６での変位方向に基づき、前記橋梁１の各フランジ端部６を連ねた領域に関する変形モードを特定するか、或いは、前記算定した各フランジ端部６での所定時間毎の変位量に基づき、前記橋梁１の各フランジ端部６を連ねた領域に関する変形モードを特定する。また、前記情報処理装置１００は、前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定するか、或いは前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定する。こうした変形モード、振動モードを特定する処理の詳細については後述する。
【００３６】
ここで、ＣＰＵ等の演算部によりプログラムを実行することで、必要な機能を実装する例をあげたが、必要な機能を実現する電子回路等を前記情報処理装置１００やデジタルビデオカメラ２００が備えていて、同様の処理を実行するとしても勿論問題ない。
【００３７】
−−−モード解析方法の手順例−−−
次に、本実施形態におけるモード解析方法の処理手順について説明する。図３は、本実施形態におけるモード解析方法の処理手順例を示す説明図である。まず、解析対象となる橋桁２の各所に存在するフランジ端部６のそれぞれに対し、レンズを向けてデジタルビデオカメラ２００を設置する（ｓ１００）。フランジ端部６とデジタルビデオカメラ２００との間の距離は、デジタルビデオカメラ２００の望遠撮影機能において所定解像度で前記フランジ端部６を撮影できる距離となる。また、当然ではあるが、橋桁２におけるＨ型鋼４のフランジ端部６が撮影範囲に収まるよう、デジタルビデオカメラ２００の設置高さ、上下左右のレンズ角度は調整される。
【００３８】
上述のように設置がなされたデジタルビデオカメラ２００のインターフェイス部２０７と、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７とは所定の通信ケーブル、ないし無線通信手段でデータ授受可能に接続しておくと好適である。
【００３９】
各デジタルビデオカメラ２００は、観測担当者からの指示を例えばリモコンからの赤外線通信等を介して受信し、自身が撮影を担当するフランジ端部６に対する撮影を開始する（ｓ１０１）。或いは、デジタルビデオカメラ２００が、自身で備えるタイマー機能２０６等で予めセットされた一定時刻の到来を検知して、自律的に撮影を開始するとしてもよい。また、前記発光装置３００が、上記観測担当者からの指示を前記デジタルビデオカメラ２００と同様に受けて、指示受信から一定時間後に所定時間だけ発光動作を行う（ｓ１０２）。一定時間後に発光動作を行うのは、デジタルビデオカメラ群を構成する各デジタルビデオカメラ２００が確実に該発光を撮影できるよう、全てのデジタルビデオカメラ２００において撮影が開始済みとなったタイミングを見計らう意図がある。
【００４０】
各デジタルビデオカメラ２００は、撮影の進行と共に、得られた映像データを格納用媒体２１０に格納している。当然、この映像データを構成するいずれかのフレームには、前記発光装置３００による発光が写り込んでいる。各デジタルビデオカメラ２００はインターフェイス部２０７を介して接続された情報処理装置１００に対し、映像データを一定時間毎またはリアルタイムにアップロードするとしてもよい。
【００４１】
一方、情報処理装置１００は、映像データ取得要求を各デジタルビデオカメラ２００に通知する（ｓ１０３）。他方、各デジタルビデオカメラ２００は、情報処理装置１００からの映像データ取得要求をインターフェイス部２０７にて受け付け、この要求に応じて格納用媒体２１０から映像データを読み出し、これをインターフェイス部２０７を介して情報処理装置１００に送信する（ｓ１０４）。或いは、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７に接続された所定の読み取り装置に対し、ユーザが各デジタルビデオカメラ２００の格納用媒体２１０をセットし、前記読み取り装置が格納用媒体２１０から読み取った映像データを情報処理装置１００に送るとしてもよい。
【００４２】
こうして情報処理装置１００は、前記フランジ端部６を含む所定領域に関する映像データを、前記デジタルビデオカメラ２００から取得し（ｓ１０５）、記憶部１０１に格納する。また情報処理装置１００は、前記ステップで取得した映像データを一定期間毎に記憶部１０１から読み出し、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点、すなわち前記発光装置３００による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを起点に、１／３０秒といった所定時間毎すなわち各フレームの静止画像を抽出する（ｓ１０６）。動画からの静止画像の抽出処理については既存の技術を適用すればよい。
【００４３】
次に情報処理装置１００は、前記ステップで抽出した各静止画像において、前記Ｈ型鋼４のフランジ端部６を含む所定範囲の画像について二値化処理を行う（ｓ１０７）。画像の二値化処理は、例えば、画素の濃淡情報（コントラスト情報）が示す値と一定閾値とを比較し、濃淡値が閾値より小さければ白色、逆に濃淡値が閾値より大きければ黒色といった具合に、各画素を黒白二色に振り分ける処理となる。こうした二値化処理の手法自体は従来手法を採用すればよい。また、こうした二値化処理を実行するためのプログラムが前記プログラム１０２には含まれている。
【００４４】
続いて情報処理装置１００は、前記ステップで二値化処理された前記所定範囲の画像において、前記フランジ端部６を特定する（ｓ１０８）。二値化処理された前記所定範囲の画像（図４参照）においてフランジ端部６を特定する処理は、情報処理装置１００が、例えば入力部１０５にてユーザから該当画像の指定（範囲指定や要素指定など）を受けて特定する場合があげられる。或いは、情報処理装置１００が、フランジ端部６の形状パターンのデータ（例：フランジ端部６を描画する際の各線分の長さ、線分間の距離、描画角度等のデータ）を記憶部１０１に保持していて、その形状パターンに合致する黒色画素の集合体をフランジ端部６と認識するといった画像認識処理を行う場合もあげられる。
【００４５】
情報処理装置１００は、前記ステップで特定したフランジ端部６の、各静止画像間での画素数単位の変位と前記判明している寸法とに基づいて前記フランジ端部６の変位量を算定する（ｓ１０９）。フランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位は、例えば、各静止画像の座標平面上における、前記フランジ端部６に対応した画素の座標値を、一定時間間隔の静止画像間で比較し、各静止画像の前記座標値の間の距離を算定することで得られる。当然、画素の変位量がそのまま実際のフランジ端部６の変位量とならないから、その場合、既知の寸法値に対する画素数から単位画素あたりの変位量を示す係数値を情報処理装置１００が記憶部１０１等に予め保持しておき、各静止画像の前記座標値の間の距離すなわち画素の変位量に前記係数値を乗算し、フランジ端部６の変位量を算定するとすればよい。
【００４６】
例えば、図５の例で示すように、時刻Ａの静止画像におけるフランジ端部６の所定画素ｘの座標値（１０，１０）、時刻Ａから１／３０秒後の時刻Ｂの静止画像における前記所定画素ｘの座標値（１０，１２）、とする。この場合、画素ｘは１／３０秒の間に、“１２−１０”＝２ピクセルだけ鉛直方向に移動したことがわかる。前記フランジ端部６の鉛直方向の寸法、すなわちフランジ端部６の実際の厚みが例えば２０ｍｍであり、静止画像中での該当箇所を示す画素の数が１００ピクセルであった場合、画素１ピクセルあたりのフランジ端部６の実際の寸法値は０．２（ｍｍ）となる。これは鉛直方向における単位画素変位あたりの実際の変位量に相当する値であり、情報処理装置１００はこの値を係数値として記憶部１０１に予め保持している。この場合、情報処理装置１００は、前記画素ｘの変位量たる２ピクセルに対し、前記係数値である０．２を乗算し、前記時刻Ａ−Ｂ間でのフランジ端部６の変位量を“２×０．２”＝０．４（ｍｍ）と算定する。上述のように、画像中での画素変位とフランジ端部６での実際の変位は両者とも鉛直方向で一致し、前記単位画素変位あたりのフランジ端部６の実際の変位量も特定されているから、フランジ端部６に正対せず例えば斜め横方向からの撮影がなされた場合であっても、得られた画像に基づいた誤差の無い変位量算定が行えることになる。
【００４７】
勿論、上述のように各フレーム毎にフランジ端部６の変位量を算定するのではなく、沈み込みなど比較的長いタイムスパンでの変位に着目して、例えば０．５秒間隔での変位量算定を行うといった処理形態を採用してもよい。
【００４８】
情報処理装置１００は、上述したステップｓ１０９の処理を、例えば、各観測点すなわち各フランジ端部６に関する前記映像データから得ている全ての静止画像について実行する（ｓ１１０）。ここでの処理結果は、図６に示すグラフのように、経過時間毎の各フランジ端部６の変位量を示す折れ線グラフといったものがあげられる。
【００４９】
情報処理装置１００は、こうして求めた、各時間帯での各フランジ端部６における変位量に基づいて、各時間帯での各フランジ端部６の位置を認識し、これらフランジ端部６を結んで構成される線形の時間帯毎の形状、すなわち変形モードを特定する（ｓ１１１：図７参照）。図７に示すように、橋軸方向だけでなく橋幅方向についても変位の分布はあり、いずれの方向についてもモード解析が可能である。また、情報処理装置１００は、前記変形モードを時系列順に連続させて、橋桁２の振動モードを特定する（ｓ１１３）としてもよい。図７の例では、車両等が通過していない負荷無しの状態から、条件に応じて変形モードが推移していく振動モードを例示している。橋桁２において、通行車両の重量や通過間隔、重量やサイズが異なる複数車両の連続通行事象など、様々な条件によって振動モードは変化する。また、橋桁２の延長形状は、直線またはカーブ、上り坂または下り坂、それらの組み合わせ、といった具合に場所により種々変化するが、こうした条件によっても振動モードは変化する。本実施形態のモード解析システム１０であれば、デジタルビデオカメラ２００による撮影と情報処理装置１００による情報処理でモード解析を簡便かつ確実に行えるから、上述したように条件が複雑に変化する構造物であっても問題なく適用し高精度のモード解析を実現できる。
【００５０】
情報処理装置１００は、前記ステップで特定した変形モードや振動モードの情報を出力部１０６に表示処理し（ｓ１１２）、フローを終了することになる。
【００５１】
なお、モード解析対象となる前記構造物としては、前記橋梁１の他に、例えば、各種ビル、管路、架線なども想定できる。例えばビルに生じる変形についてそのモード解析を行った場合、図８に例示するように、ビル全体が中位階を中心にはらみだす形態となる振動モード（図中のモードＡ）、或いは、ビル上位階が側方に振られる振動モード（図中のモードＢ）などといったモード解析結果を得られる。ビルでは変位挙動がビル全体にわたることもあるなど変位観測が行いにくく、上記橋桁２のように変位量の絶対値を測定することが容易でない場合があるが、本実施形態のモード解析方法を採用すれば、例えば所定の観測点における所定時間の変位方向（例えば、ビルを上下に貫く所定軸を基準にした変位方向）を特定し、ここで特定した各観測点の変位方向を結んで変形モードの情報を得ることができる。
【００５２】
この場合、前記情報処理装置１００は前記ビルが撮影された各静止画像中の所定画素が前記基準位置より左右のいずれの位置にあるか判定し、基準位置から見て該当位置の方向に画素すなわちビルの所定箇所が変位したと特定できる。従って、静止画像中の所定画素がある時間帯にどの方向に移動したか判明することになる。こうして変位方向が判明した各所について、前記基準位置からの移動方向に変位があったとして線分を結べば、図７に例示したものと同様の変形モードの情報が得られる。また、この変形モードを時系列順に連続させれば振動モードの特定も可能である。
【００５３】
以上のような本実施形態によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【００５４】
本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 橋梁（構造物）
２ 橋桁
３ 橋桁の側面
４ Ｈ型鋼
５ フランジ
６ フランジ端部（観測点）
７ 橋脚
１０ モード解析システム
１００ 情報処理装置
１０１ 記憶部
１０２ プログラム
１０３ メモリ
１０４ 演算部
１０５ 入力部
１０６ 出力部
１０７ インターフェイス部
２００ デジタルビデオカメラ
２０１ 記憶部
２０２ プログラム
２０３ メモリ
２０４ 演算部
２０６ タイマー機能
２０７ インターフェイス部
３００ 発光装置
４００ 鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モード解析方法およびモード解析システムに関するものであり、具体的には、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構造物は様々な外力によって変形を生じることがある。構造物に劣化、損傷など生じている場合、そうした変形は大きくなる傾向にあり、構造物の健全性を把握するために変形の観測は重要となる。従来の手法としては、構造物の観測箇所に達する足場を組み、該当観測箇所に測定子を当接させたダイヤルゲージを設置し、このダイヤルゲージの表示値を観測する手法があるが、観測に際して設置する仮設構造物が大がかりとなり計測が容易でなかった。別の手法として、構造物に振動センサや加速度計を取付け、その計測値の積分処理等を行って変位量を観測するといった技術も提案されている。また他にも、予め観測箇所の画像を撮影しておき、この画像と以後撮影した画像とのずれを観測箇所の変位量として求める手法などもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平１−３６９７６号公報
【特許文献２】特開平５−３３９９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ある方向に対して長さのある構造物の場合、外力に対するその構造物の挙動を解析して、構造物の状態を把握しようとすると、各点における変位量や振動数だけでなく、構造物全体の変形モードや振動モードを確認することが重要となる。想定される外力と構造物の強度特性等に基づくコンピュータシミュレーションを行って振動モードを推定する方法も存在するが、これはあくまでシミュレーションであり、実体の確認とはならない。
【０００５】
従来、こうした振動モード等の特定にあたり、上述した、加速度センサにて測定される加速度値を積分し変位を求める手法等を用いていたが、その場合、センサなど測定装置を構造物に設置して計測を行う必要がある。しかしながら、そもそも測定装置の十分な設置場所を構造物にて確保できない場合や、機材、人員の配置用として構造物周囲に大がかりな仮設の足場を組む必要がある場合などもあり、計測自体が困難となったり、計測のための手間やコストが増大するといった問題があった。
【０００６】
そこで本発明では、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行う技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明のモード解析方法は、構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、従来のように、センサなど測定装置を構造物の複数点に設置して計測を行う必要も無く、構造物周囲に足場等の仮設構造物を組む為の手間やコストなども抑制されることとなる。また、観測点での変位量の絶対値が測定しにくく変位方向のみ特定できるような状況であっても、構造物の変形モードを効率的かつ確実に特定することできる。よって本発明によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【０００９】
なお、前記モード解析方法において、前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定する第４の工程を含むとしてもよい。本発明によれば、振動の振幅方向と直交する方向に長さのある構造物において、振動モードを特定することが可能となり、構造物の状態や外力に対する挙動をより詳細に確認する情報を取得することができる。
【００１０】
また、前記モード解析方法の前記第２の工程において、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定し、前記第３の工程において、前記算定した各観測点での所定時間毎の変位量に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する、としてもよい。本発明によれば、前記変形モードを変位量の絶対値に基づいて精度良く特定することが可能となる。
【００１１】
また、前記モード解析方法の前記第４の工程において、前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定するとしてもよい。本発明によれば、上記同様に、前記振動モードを変位量の絶対値に基づいて精度良く特定することが可能となる。
【００１２】
また、前記モード解析方法の前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け、発光装置による発光を行い、前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出するとしてもよい。
【００１３】
従来では、測定装置間の同期をとるために、例えば電気信号を測定装置に一斉通知するなどの手法がとられていたが、マイクロ秒単位での同期が必要なことから、各測定装置に固有の動作時間の差異、ネットワーク遅延等の問題があって、精度良く同期を図ることはかなり困難であった。しかしながら、上記のような本発明によれば、各デジタルビデオカメラに固有の差異等に関係なく、デジタルビデオカメラ間で同時刻に撮影されたフレームを起点として特定することができる。なお、各デジタルビデオカメラのうち、発光装置からの発光を直接撮影できない位置にあるものについては、発光装置と該デジタルビデオカメラとの間に、前記発光を導く鏡等の反射材を適宜設置し、反射光をデジタルビデオカメラの撮影領域に導くとしてもよい。
【００１４】
また、前記モード解析方法の前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向けた、前記発光装置による発光を、所定時間のみの短時間発光とし、前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による短時間発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出するとしてもよい。このように、発光装置による発光を短時間の発光、例えばフラッシュの発光のごときものとすれば、発光が写り込むフレーム数が限定的となって、その他のフレームとの区別が明確になり、ひいては各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を確実に特定することが可能になる。
【００１５】
また、本発明のモード解析システムは、構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群と、情報処理装置とを含み、前記情報処理装置は、前記デジタルビデオカメラ群が撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する処理と、前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する処理とを実行するものである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態におけるモード解析システムの説明図である。
【図２】本実施形態におけるモード解析システムを構成する各装置類のハードウェア構成例を示す図である。
【図３】本実施形態のモード解析方法の処理手順例を示す説明図である。
【図４】本実施形態の二値化画像例を示す説明図である。
【図５】本実施形態の変位例を示す説明図である。
【図６】本実施形態の処理結果例１を示す説明図である。
【図７】本実施形態の処理結果例２を示す説明図である。
【図８】本実施形態の処理結果例３を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
−−−システム等の構成例−−−
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるモード解析システム１０の説明図である。本実施形態のモード解析システム１０は、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うものであり、図１に示すように、情報処理装置１００および複数のデジタルビデオカメラ２００で構成されている。
【００１９】
ここでは、解析対象の構造物として橋梁１の橋桁２を例示する。橋梁１を車両や鉄道など所定の重量を持った移動体が通行すれば、移動体の自重や移動速度の大きさ等に応じて橋桁２が鉛直方向に振動したり沈み込んだりすることとなる。橋梁１の健全性を診断したり、振動モードを把握する場合、こうした橋桁２の変位を観測し変位量を得ておくことは重要である。但し、変位量の絶対値が測定できず、変位方向しか観測できないような場合であっても、本実施形態のモード解析方法によれば変形モードや振動モードが判明し、解析対象の構造物について変位の傾向は明らかとなるから、技術的に十分な意義がある。
【００２０】
ところで、前記橋梁１を構成する部材のうち橋桁２については、例えばＨ型鋼４が構成に含まれることが多い。Ｈ型鋼４は仕様が規格化された部材であり、予め各箇所の寸法は判明している。Ｈ型鋼４は橋脚７の間に渡されて、その側面であるフランジ５の端部６を橋桁２の側面３に露出している。このフランジ端部６の厚みは仕様に応じて決まっており、つまり、鉛直方向の寸法が判明していると言える。
【００２１】
本実施形態では、こうしたＨ型鋼４における、例えば橋桁延長方向に一定距離毎に離間した複数のフランジ端部６（すなわち複数の観測点）のそれぞれに対し、デジタルビデオカメラ２００を配置して映像を撮影して変位量を算定し、ひいてはモード解析を行うこととする。勿論、橋桁２を構成するＨ型鋼以外の部材の所定箇所を観測点としてもよい。
【００２２】
従って、デジタルビデオカメラ２００は、例えば、前記観測点の数だけ、橋梁１の周囲に配置される。勿論、全観測点のうち複数の観測点（フランジ端部６）を一度に撮影範囲に収めるデジタルビデオカメラ２００を配置し、観測点の総数以下のデジタルビデオカメラ２００でデジタルビデオカメラ群を構成するとしてもよい。
【００２３】
なお、前記モード解析システム１０において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け発光を行う発光装置３００が含まれるとすれば好適である。この発光装置３００としては、例えばカメラ撮影時に使用されるフラッシュを採用できる。発光装置３００による発光は、デジタルビデオカメラ２００が撮影した映像中に写り込むことになる。映像中に写り込んだ発光は、後述する情報処理装置１００での処理に際し、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点の目印となるものである。すなわち、情報処理装置１００は、映像を構成するフレームのうち前記発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定するのである。従って、複数フレームを跨って発光が撮影されないよう、フレームレートが示す１フレームの撮影時間以下で前記発光がなされるよう、発光装置３００での発光時間はごく短時間に調整してある。
【００２４】
なお、発光装置３００による発光時間は、上述のフラッシュの如くごく短時間であればフレーム特定が容易となり好適であるが、発光時間がフラッシュほど短時間でなくとも本実施形態の実行は可能である。発光の写り込みが始まったフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられたフレームとして特定できるからである。
【００２５】
図に示すように、前記発光装置３００の発光がデジタルビデオカメラ２００の撮影範囲に入らないおそれがある場合、発光装置３００で発光された光が障害物等を回避してデジタルビデオカメラ２００に到達できるよう、適宜な位置に反射材として鏡４００を配置するとしてもよい。このような形態を採用すれば、構造物周囲がデジタルビデオカメラ２００を配置するのも困難なほど狭小であったり、交通量や障害物が多かったりといった困難な状況であっても、これに柔軟に対応して発光装置３００からの発光をデジタルビデオカメラ２００に導くことができる。ひいては、より確実に上述の所定契機の特定が可能になる。
【００２６】
従来では、測定装置間の同期をとるために、例えば電気信号を測定装置に一斉通知するなどの手法がとられていたが、マイクロ秒単位での同期が必要である一方、各測定装置に固有の動作時間の差異、ネットワーク遅延等の問題があって、精度良く同期を図ることはかなり困難であった。しかしながら、上記のように発光装置３００の発光を利用することで、各デジタルビデオカメラに固有の差異等に関係なく、デジタルビデオカメラ間で同時刻に撮影されたフレームを起点として特定することができる。
【００２７】
続いて、本実施形態のモード解析システム１０を構成する各装置について、そのハードウェア構成を詳述する。図２は、本実施形態におけるモード解析システム１０を構成する各装置らのハードウェア構成例を示す図である。本実施形態のモード解析システム１０を構成する情報処理装置１００は、コンピュータとして備えるべき、ハードディスクドライブなど不揮発性記憶装置たる記憶部１０１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置たるメモリ１０３、記憶部１０１のプログラム１０２をメモリ１０３に読み出して実行するＣＰＵたる演算部１０４、ユーザからの指示を受け付けるキーボードやマウス等の入力部１０５、処理結果を出力するディスプレイ装置やスピーカーといった出力部１０６、他装置とデータ授受を行うためのインターフェイス部１０７を備えている。
【００２８】
また、モード解析システム１０を前記情報処理装置１００と共に構成するデジタルビデオカメラ２００は、所定レベルのフレームレートで動画撮影が可能なビデオカメラであり、ビデオカメラとして備えるべき一般的構成は勿論具備している。このデジタルビデオカメラ２００は、撮影用の光学系装置２０９や映像データの格納用媒体２１０（各種記録媒体とそのリーダライタ、ハードディスクドライブ等）の他に、映像データのデジタル処理など各種情報処理を実行するためのコンピュータチップが備わっている。このコンピュータチップは、不揮発性記憶装置たる記憶部２０１、揮発性記憶装置たるメモリ２０３、記憶部２０１からプログラム２０２をメモリ２０３に読み出して実行するＣＰＵたる演算部２０４、および他装置とデータ授受を行うためのインターフェイス部２０７を含んでいる。
【００２９】
続いて、モード解析システム１０を構成する情報処理装置１００の演算部１０４が、プログラム１０２の実行により実現する処理について説明する。情報処理装置１００は、複数のフランジ端部６を含む所定領域に対する撮影で各デジタルビデオカメラ２００が得た各フランジ端部６に関する映像データを、例えば、各デジタルビデオカメラ２００のインターフェイス部２０７から取得し、該映像データから、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して、各静止画像間での変位方向を特定する処理、ないしは、各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定する処理を実行する。変位量の絶対値が得られる場合は、各観測点での所定時間毎の変位量を算定する処理を実行するとすれば、変形モードひいては振動モードの特定が精度良く行えるため好適である。
【００３０】
なお、前記情報処理装置１００は、前記抽出した各静止画像において前記フランジ端部６を含む所定範囲の画像について二値化処理を行う処理を実行することとなる。画像の二値化処理は、例えば、画素の濃淡情報が一定閾値より小さければ白色、一定閾値より大きければ黒色といった具合に、各画素を黒白二色に振り分ける処理となる。こうした二値化処理の手法自体は従来手法を採用すればよい。また、こうした二値化処理を実行するためのプログラムが前記プログラム１０２には含まれている。
【００３１】
なお、デジタルビデオカメラ２００は、情報処理装置１００からの映像データの取得要求をインターフェイス部２０７にて受け付け、この要求に応じて格納用媒体２１０から映像データを読み出し、これをインターフェイス部２０７を介して情報処理装置１００に送信する。或いは、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７に接続された所定の読み取り装置に対し、ユーザが各デジタルビデオカメラ２００の格納用媒体２１０をセットし、前記読み取り装置が格納用媒体２１０から読み取った映像データを情報処理装置１００に送るとしてもよい。
【００３２】
また、前記情報処理装置１００は、二値化処理された前記所定範囲の画像において前記フランジ端部６を特定し、該特定したフランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位と前記判明している寸法とに基づいて前記フランジ端部６の変位量を算定する処理を実行する。前記フランジ端部６とは異なり、解析対象の実寸法が予め判明しておらず、変位量の算定処理が出来ない場合、前記情報処理装置１００は、例えば静止画像中における所定の基準位置からの画素の変位方向を判定する処理を行う。前記基準位置の例としては、静止画像中の解析対象における重心を含んで鉛直ないし水平に延びる直線状の軸線の位置、を想定できる。情報処理装置１００は該当画素がその基準位置より上下左右のいずれの位置にあるか判定し、基準位置から見て該当位置の方向に画素が変位したと特定できる。
【００３３】
二値化処理された前記所定範囲の画像においてフランジ端部６を特定する処理は、情報処理装置１００が、例えば入力部１０５にてユーザから該当画像の指定を受けて特定する場合があげられる。或いは、情報処理装置１００が、フランジ端部６の形状パターンのデータ（例：フランジ端部６を描画する際の各線分の長さと描画角度等のデータ）を記憶部１０１に保持していて、その形状パターンに合致する黒色画素の集合体をフランジ端部６と認識するといった画像認識処理を行う場合もあげられる。
【００３４】
また、特定したフランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位は、例えば、各静止画像の座標平面上における、前記フランジ端部６に対応した画素の座標値を、所定時間間隔の静止画像間で比較し、各静止画像の前記座標値の間の距離を算定することで得られる。当然、画素の変位量がそのまま実際のフランジ端部６の変位量とならないから、その場合、既知の寸法値に対する画素数から単位画素あたりの変位量を示す係数値を情報処理装置１００が記憶部１０１等に予め保持しておき、各静止画像の前記座標値の間の距離すなわち画素の変位量に前記係数値を乗算し、フランジ端部６の変位量を算定するとすればよい。
【００３５】
また、前記情報処理装置１００は、前記特定した各フランジ端部６での変位方向に基づき、前記橋梁１の各フランジ端部６を連ねた領域に関する変形モードを特定するか、或いは、前記算定した各フランジ端部６での所定時間毎の変位量に基づき、前記橋梁１の各フランジ端部６を連ねた領域に関する変形モードを特定する。また、前記情報処理装置１００は、前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定するか、或いは前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定する。こうした変形モード、振動モードを特定する処理の詳細については後述する。
【００３６】
ここで、ＣＰＵ等の演算部によりプログラムを実行することで、必要な機能を実装する例をあげたが、必要な機能を実現する電子回路等を前記情報処理装置１００やデジタルビデオカメラ２００が備えていて、同様の処理を実行するとしても勿論問題ない。
【００３７】
−−−モード解析方法の手順例−−−
次に、本実施形態におけるモード解析方法の処理手順について説明する。図３は、本実施形態におけるモード解析方法の処理手順例を示す説明図である。まず、解析対象となる橋桁２の各所に存在するフランジ端部６のそれぞれに対し、レンズを向けてデジタルビデオカメラ２００を設置する（ｓ１００）。フランジ端部６とデジタルビデオカメラ２００との間の距離は、デジタルビデオカメラ２００の望遠撮影機能において所定解像度で前記フランジ端部６を撮影できる距離となる。また、当然ではあるが、橋桁２におけるＨ型鋼４のフランジ端部６が撮影範囲に収まるよう、デジタルビデオカメラ２００の設置高さ、上下左右のレンズ角度は調整される。
【００３８】
上述のように設置がなされたデジタルビデオカメラ２００のインターフェイス部２０７と、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７とは所定の通信ケーブル、ないし無線通信手段でデータ授受可能に接続しておくと好適である。
【００３９】
各デジタルビデオカメラ２００は、観測担当者からの指示を例えばリモコンからの赤外線通信等を介して受信し、自身が撮影を担当するフランジ端部６に対する撮影を開始する（ｓ１０１）。或いは、デジタルビデオカメラ２００が、自身で備えるタイマー機能２０６等で予めセットされた一定時刻の到来を検知して、自律的に撮影を開始するとしてもよい。また、前記発光装置３００が、上記観測担当者からの指示を前記デジタルビデオカメラ２００と同様に受けて、指示受信から一定時間後に所定時間だけ発光動作を行う（ｓ１０２）。一定時間後に発光動作を行うのは、デジタルビデオカメラ群を構成する各デジタルビデオカメラ２００が確実に該発光を撮影できるよう、全てのデジタルビデオカメラ２００において撮影が開始済みとなったタイミングを見計らう意図がある。
【００４０】
各デジタルビデオカメラ２００は、撮影の進行と共に、得られた映像データを格納用媒体２１０に格納している。当然、この映像データを構成するいずれかのフレームには、前記発光装置３００による発光が写り込んでいる。各デジタルビデオカメラ２００はインターフェイス部２０７を介して接続された情報処理装置１００に対し、映像データを一定時間毎またはリアルタイムにアップロードするとしてもよい。
【００４１】
一方、情報処理装置１００は、映像データ取得要求を各デジタルビデオカメラ２００に通知する（ｓ１０３）。他方、各デジタルビデオカメラ２００は、情報処理装置１００からの映像データ取得要求をインターフェイス部２０７にて受け付け、この要求に応じて格納用媒体２１０から映像データを読み出し、これをインターフェイス部２０７を介して情報処理装置１００に送信する（ｓ１０４）。或いは、情報処理装置１００のインターフェイス部１０７に接続された所定の読み取り装置に対し、ユーザが各デジタルビデオカメラ２００の格納用媒体２１０をセットし、前記読み取り装置が格納用媒体２１０から読み取った映像データを情報処理装置１００に送るとしてもよい。
【００４２】
こうして情報処理装置１００は、前記フランジ端部６を含む所定領域に関する映像データを、前記デジタルビデオカメラ２００から取得し（ｓ１０５）、記憶部１０１に格納する。また情報処理装置１００は、前記ステップで取得した映像データを一定期間毎に記憶部１０１から読み出し、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点、すなわち前記発光装置３００による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを起点に、１／３０秒といった所定時間毎すなわち各フレームの静止画像を抽出する（ｓ１０６）。動画からの静止画像の抽出処理については既存の技術を適用すればよい。
【００４３】
次に情報処理装置１００は、前記ステップで抽出した各静止画像において、前記Ｈ型鋼４のフランジ端部６を含む所定範囲の画像について二値化処理を行う（ｓ１０７）。画像の二値化処理は、例えば、画素の濃淡情報（コントラスト情報）が示す値と一定閾値とを比較し、濃淡値が閾値より小さければ白色、逆に濃淡値が閾値より大きければ黒色といった具合に、各画素を黒白二色に振り分ける処理となる。こうした二値化処理の手法自体は従来手法を採用すればよい。また、こうした二値化処理を実行するためのプログラムが前記プログラム１０２には含まれている。
【００４４】
続いて情報処理装置１００は、前記ステップで二値化処理された前記所定範囲の画像において、前記フランジ端部６を特定する（ｓ１０８）。二値化処理された前記所定範囲の画像（図４参照）においてフランジ端部６を特定する処理は、情報処理装置１００が、例えば入力部１０５にてユーザから該当画像の指定（範囲指定や要素指定など）を受けて特定する場合があげられる。或いは、情報処理装置１００が、フランジ端部６の形状パターンのデータ（例：フランジ端部６を描画する際の各線分の長さ、線分間の距離、描画角度等のデータ）を記憶部１０１に保持していて、その形状パターンに合致する黒色画素の集合体をフランジ端部６と認識するといった画像認識処理を行う場合もあげられる。
【００４５】
情報処理装置１００は、前記ステップで特定したフランジ端部６の、各静止画像間での画素数単位の変位と前記判明している寸法とに基づいて前記フランジ端部６の変位量を算定する（ｓ１０９）。フランジ端部６の各静止画像間での画素数単位の変位は、例えば、各静止画像の座標平面上における、前記フランジ端部６に対応した画素の座標値を、一定時間間隔の静止画像間で比較し、各静止画像の前記座標値の間の距離を算定することで得られる。当然、画素の変位量がそのまま実際のフランジ端部６の変位量とならないから、その場合、既知の寸法値に対する画素数から単位画素あたりの変位量を示す係数値を情報処理装置１００が記憶部１０１等に予め保持しておき、各静止画像の前記座標値の間の距離すなわち画素の変位量に前記係数値を乗算し、フランジ端部６の変位量を算定するとすればよい。
【００４６】
例えば、図５の例で示すように、時刻Ａの静止画像におけるフランジ端部６の所定画素ｘの座標値（１０，１０）、時刻Ａから１／３０秒後の時刻Ｂの静止画像における前記所定画素ｘの座標値（１０，１２）、とする。この場合、画素ｘは１／３０秒の間に、“１２−１０”＝２ピクセルだけ鉛直方向に移動したことがわかる。前記フランジ端部６の鉛直方向の寸法、すなわちフランジ端部６の実際の厚みが例えば２０ｍｍであり、静止画像中での該当箇所を示す画素の数が１００ピクセルであった場合、画素１ピクセルあたりのフランジ端部６の実際の寸法値は０．２（ｍｍ）となる。これは鉛直方向における単位画素変位あたりの実際の変位量に相当する値であり、情報処理装置１００はこの値を係数値として記憶部１０１に予め保持している。この場合、情報処理装置１００は、前記画素ｘの変位量たる２ピクセルに対し、前記係数値である０．２を乗算し、前記時刻Ａ−Ｂ間でのフランジ端部６の変位量を“２×０．２”＝０．４（ｍｍ）と算定する。上述のように、画像中での画素変位とフランジ端部６での実際の変位は両者とも鉛直方向で一致し、前記単位画素変位あたりのフランジ端部６の実際の変位量も特定されているから、フランジ端部６に正対せず例えば斜め横方向からの撮影がなされた場合であっても、得られた画像に基づいた誤差の無い変位量算定が行えることになる。
【００４７】
勿論、上述のように各フレーム毎にフランジ端部６の変位量を算定するのではなく、沈み込みなど比較的長いタイムスパンでの変位に着目して、例えば０．５秒間隔での変位量算定を行うといった処理形態を採用してもよい。
【００４８】
情報処理装置１００は、上述したステップｓ１０９の処理を、例えば、各観測点すなわち各フランジ端部６に関する前記映像データから得ている全ての静止画像について実行する（ｓ１１０）。ここでの処理結果は、図６に示すグラフのように、経過時間毎の各フランジ端部６の変位量を示す折れ線グラフといったものがあげられる。
【００４９】
情報処理装置１００は、こうして求めた、各時間帯での各フランジ端部６における変位量に基づいて、各時間帯での各フランジ端部６の位置を認識し、これらフランジ端部６を結んで構成される線形の時間帯毎の形状、すなわち変形モードを特定する（ｓ１１１：図７参照）。図７に示すように、橋軸方向だけでなく橋幅方向についても変位の分布はあり、いずれの方向についてもモード解析が可能である。また、情報処理装置１００は、前記変形モードを時系列順に連続させて、橋桁２の振動モードを特定する（ｓ１１３）としてもよい。図７の例では、車両等が通過していない負荷無しの状態から、条件に応じて変形モードが推移していく振動モードを例示している。橋桁２において、通行車両の重量や通過間隔、重量やサイズが異なる複数車両の連続通行事象など、様々な条件によって振動モードは変化する。また、橋桁２の延長形状は、直線またはカーブ、上り坂または下り坂、それらの組み合わせ、といった具合に場所により種々変化するが、こうした条件によっても振動モードは変化する。本実施形態のモード解析システム１０であれば、デジタルビデオカメラ２００による撮影と情報処理装置１００による情報処理でモード解析を簡便かつ確実に行えるから、上述したように条件が複雑に変化する構造物であっても問題なく適用し高精度のモード解析を実現できる。
【００５０】
情報処理装置１００は、前記ステップで特定した変形モードや振動モードの情報を出力部１０６に表示処理し（ｓ１１２）、フローを終了することになる。
【００５１】
なお、モード解析対象となる前記構造物としては、前記橋梁１の他に、例えば、各種ビル、管路、架線なども想定できる。例えばビルに生じる変形についてそのモード解析を行った場合、図８に例示するように、ビル全体が中位階を中心にはらみだす形態となる振動モード（図中のモードＡ）、或いは、ビル上位階が側方に振られる振動モード（図中のモードＢ）などといったモード解析結果を得られる。ビルでは変位挙動がビル全体にわたることもあるなど変位観測が行いにくく、上記橋桁２のように変位量の絶対値を測定することが容易でない場合があるが、本実施形態のモード解析方法を採用すれば、例えば所定の観測点における所定時間の変位方向（例えば、ビルを上下に貫く所定軸を基準にした変位方向）を特定し、ここで特定した各観測点の変位方向を結んで変形モードの情報を得ることができる。
【００５２】
この場合、前記情報処理装置１００は前記ビルが撮影された各静止画像中の所定画素が前記基準位置より左右のいずれの位置にあるか判定し、基準位置から見て該当位置の方向に画素すなわちビルの所定箇所が変位したと特定できる。従って、静止画像中の所定画素がある時間帯にどの方向に移動したか判明することになる。こうして変位方向が判明した各所について、前記基準位置からの移動方向に変位があったとして線分を結べば、図７に例示したものと同様の変形モードの情報が得られる。また、この変形モードを時系列順に連続させれば振動モードの特定も可能である。
【００５３】
以上のような本実施形態によれば、精度良好なモード解析を簡便かつ低コストで行うことが可能となる。
【００５４】
本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 橋梁（構造物）
２ 橋桁
３ 橋桁の側面
４ Ｈ型鋼
５ フランジ
６ フランジ端部（観測点）
７ 橋脚
１０ モード解析システム
１００ 情報処理装置
１０１ 記憶部
１０２ プログラム
１０３ メモリ
１０４ 演算部
１０５ 入力部
１０６ 出力部
１０７ インターフェイス部
２００ デジタルビデオカメラ
２０１ 記憶部
２０２ プログラム
２０３ メモリ
２０４ 演算部
２０６ タイマー機能
２０７ インターフェイス部
３００ 発光装置
４００ 鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、
前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、
前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と、
を含むことを特徴とするモード解析方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定する第４の工程を含むことを特徴とするモード解析方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定し、
前記第３の工程において、前記算定した各観測点での所定時間毎の変位量に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモード解析方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定することを特徴とする請求項３に記載のモード解析方法。
【請求項５】
前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け、発光装置による発光を行い、
前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモード解析方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向けた、前記発光装置による発光を、所定時間のみの短時間発光とし、
前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による短時間発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出することを特徴とする請求項５に記載のモード解析方法。
【請求項７】
構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群と、情報処理装置とを含み、
前記情報処理装置は、
前記デジタルビデオカメラ群が撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する処理と、
前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する処理とを実行するものである、
ことを特徴とするモード解析システム。
【請求項１】
構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群により撮影する第１の工程と、
前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する第２の工程と、
前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する第３の工程と、
を含むことを特徴とするモード解析方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記特定した変形モードを時系列順に連続させて振動モードを特定する第４の工程を含むことを特徴とするモード解析方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位を特定することで各観測点での所定時間毎の変位量を算定し、
前記第３の工程において、前記算定した各観測点での所定時間毎の変位量に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモード解析方法。
【請求項４】
前記第４の工程において、前記所定時間毎の変位量に基づいて前記領域に関し特定した変形モードを、時系列順に連続させて振動モードを特定することを特徴とする請求項３に記載のモード解析方法。
【請求項５】
前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向け、発光装置による発光を行い、
前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による発光開始時点の発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のモード解析方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記デジタルビデオカメラ群の撮影範囲に向けた、前記発光装置による発光を、所定時間のみの短時間発光とし、
前記第２の工程において、前記映像を構成するフレームのうち前記発光装置による短時間発光が写り込んでいるフレームを、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点と特定し、このフレームを起点に一定時間毎の静止画像を抽出することを特徴とする請求項５に記載のモード解析方法。
【請求項７】
構造物における複数の観測点をデジタルビデオカメラ群と、情報処理装置とを含み、
前記情報処理装置は、
前記デジタルビデオカメラ群が撮影で得た各観測点に関する映像から、各デジタルビデオカメラ間での同期がとられた所定時点を起点に所定時間毎の静止画像を抽出し、該静止画像中における所定画素に関して各静止画像間での変位方向を特定する処理と、
前記特定した各観測点での変位方向に基づき、前記構造物の各観測点を連ねた領域に関する変形モードを特定する処理とを実行するものである、
ことを特徴とするモード解析システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７６２５（Ｐ２０１３−７６２５Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９７１２（Ｐ２０１１−１３９７１２）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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