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JP7801906B2 - Method for detecting the pouring status of cement mixture - Google Patents
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JP7801906B2 - Method for detecting the pouring status of cement mixture - Google Patents

Method for detecting the pouring status of cement mixture

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JP7801906B2 JP2022019656A JP2022019656A JP7801906B2 JP 7801906 B2 JP7801906 B2 JP 7801906B2 JP 2022019656 A JP2022019656 A JP 2022019656A JP 2022019656 A JP2022019656 A JP 2022019656A JP 7801906 B2 JP7801906 B2 JP 7801906B2
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本発明は、型枠で囲まれてなる打設予定領域に打設されるセメント混練体の打設状況を検知する方法、及びセメント混練体の打設状況を検知するために実行されるプログラムに関する。 The present invention relates to a method for detecting the pouring status of a cement mixture being poured into a pouring area surrounded by formwork, and a program executed to detect the pouring status of the cement mixture.

コンクリート構造物を建設するに際しては、建設したいコンクリート構造物の形状に合わせて設計・配置された型枠で囲まれた領域に、フレッシュコンクリート(「生コン」とも称される。)が流し込まれる(打設)。その後、打設されたフレッシュコンクリートの水和が進行して一定程度の強度が発現すると、型枠を外す作業(脱型)が行われる。 When constructing a concrete structure, fresh concrete (also known as "ready-mixed concrete") is poured (casting) into an area surrounded by formwork designed and arranged to fit the shape of the concrete structure to be constructed. After that, once the poured fresh concrete has hydrated and developed a certain level of strength, the formwork is removed (de-molding).

フレッシュコンクリートは、打設現場ではなくフレッシュコンクリートの製造工場(以下、「生コン工場」と称する。)で製造される場合が多い。このため、運搬時間を考慮すると、製造から使用までに数十分~1時間以上の時間(タイムラグ)を要する。フレッシュコンクリートの打設段階では、このタイムラグを考慮し、想定量よりもやや多めの数量を見積もってフレッシュコンクリートの発注が通常行われる。この場合、使用されずに余ったフレッシュコンクリート(以下、「残コン」と称する。)は、保管出来ないため破棄されるケースが多い。また、残コンの一部は生コン工場に返送されており、その処理が旧来から問題となっている。 Fresh concrete is often produced not at the pouring site but at a fresh concrete manufacturing plant (hereafter referred to as a "ready-mixed concrete plant"). For this reason, taking into account transportation time, there is a time lag of several tens of minutes to over an hour between production and use. At the pouring stage of fresh concrete, this time lag is taken into account and fresh concrete is usually ordered in a quantity slightly larger than expected. In such cases, the unused remaining fresh concrete (hereafter referred to as "remaining concrete") is often discarded as it cannot be stored. Furthermore, some of the remaining concrete is returned to the ready-mixed concrete plant, and how to dispose of it has long been a problem.

生コン工場に返送されるフレッシュコンクリート(以下、「戻りコン」と称する。)の量が、月に100m3を超える工場も存在し、全国的には年間で150~200万m3にも及ぶと言われている。このため、戻りコンの存在は、生コン会社の経費面だけでなく業界の環境面からも課題となっている。 There are some factories where the amount of fresh concrete returned to ready-mix concrete plants (hereinafter referred to as "returned concrete") exceeds 100 m3 per month, and nationwide it is said to reach 1.5 to 2 million m3 per year. For this reason, the existence of returned concrete is an issue not only from the perspective of expenses for ready-mix concrete companies but also from the perspective of the environment in the industry.

残コンや戻りコンを抑制するための方法としては、現時点の打設高さや、打設予定領域内における生コンの充填率を把握することが考えられる。現時点の打設高さや、打設予定領域内における生コンの充填率が把握できれば、打設作業が完了する迄に真に必要な生コンの量が検知でき、この検知結果に基づいて真に必要な量の生コンを発注できるためである。 One way to reduce leftover and returned concrete is to determine the current pouring height and the fill rate of ready-mixed concrete within the planned pouring area. If the current pouring height and the fill rate of ready-mixed concrete within the planned pouring area can be determined, the true amount of ready-mixed concrete required until the pouring work is complete can be determined, and the true amount of ready-mixed concrete can be ordered based on this detection result.

現時点の打設高さや、打設予定領域内における生コンの充填率を把握するための手法として、従来、下記特許文献1~3に記載された技術が提案されている。 Technologies described in Patent Documents 1 to 3 below have been proposed as methods for determining the current pouring height and the filling rate of ready-mixed concrete within the planned pouring area.

特開平6-240868号公報Japanese Patent Application Publication No. 6-240868 特開2020-98139号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-98139 特開2018-84131号公報JP 2018-84131 A

特許文献1は、光センサを用いてコンクリートの打設面を検出する方法を開示する。光センサは、型枠に貼り付ける等の方法で使用される。しかし、この方法の場合、打設完了後の時点で、光センサはコンクリートに埋設されるが、その一部はコンクリート表面に露出してしまう。更に、情報の授受のためのケーブルの跡がコンクリート表面に残ってしまう。かかる観点から、得られたコンクリート構造物に対する美観の点では、好ましくない。 Patent Document 1 discloses a method for detecting the pouring surface of concrete using an optical sensor. The optical sensor is used by attaching it to formwork, for example. However, with this method, although the optical sensor is embedded in the concrete after pouring is complete, part of it is exposed on the concrete surface. Furthermore, traces of the cable used to send and receive information remain on the concrete surface. From this perspective, this is undesirable in terms of the aesthetic appearance of the resulting concrete structure.

特許文献2は、型枠の外面に超音波センサを設置して、コンクリートの打設面を検出する方法を開示する。この方法によれば、打設完了後に超音波センサを除去できるため、コンクリートにセンサが埋設されず、特許文献1のような課題は生じにくい。しかし、この方法による場合は、複数の超音波センサを事前に型枠上に配置する必要があることや、コンクリートの打設対象が鋼管に限られてしまう、という課題がある。 Patent Document 2 discloses a method of installing an ultrasonic sensor on the outer surface of a formwork to detect the concrete pouring surface. With this method, the ultrasonic sensor can be removed after pouring is complete, so the sensor is not embedded in the concrete and the issues encountered in Patent Document 1 are unlikely to arise. However, this method has issues such as the need to place multiple ultrasonic sensors on the formwork in advance and limiting the concrete pouring target to steel pipes.

特許文献3は、回転式レーザ距離センサを用いて打設面の高さ位置を検出する方法を開示する。この方法によれば、特許文献2と異なり、事前に型枠に複数のセンサを設置する作業が不要である。しかしながら、この方法による場合、センサで計測できる位置が直線上に限られるため、奥行き方向に高さ分布が生じ得る打設予定領域内の打設高さを検出する際には、極めて精度が低くなるおそれがある。更に、レーザ距離センサの向きを厳密に鉛直下向きとなるよう施工する必要があり、施工に困難が伴う。 Patent Document 3 discloses a method for detecting the height position of the pouring surface using a rotary laser distance sensor. Unlike Patent Document 2, this method does not require the prior installation of multiple sensors on the formwork. However, with this method, the positions that can be measured by the sensor are limited to a straight line, which can result in extremely low accuracy when detecting the pouring height within a planned pouring area where height variations in the depth direction may occur. Furthermore, the laser distance sensor must be installed so that it is facing strictly vertically downward, which makes installation difficult.

本発明は、現場での作業を簡素化しながらも、打設予定領域内におけるセメント混練体の打設状況を精度よく検知できる方法及び演算処理装置用の実行プログラムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method and an execution program for a processing device that can accurately detect the pouring status of a cement mixture within a planned pouring area while simplifying on-site work.

本発明は、型枠で囲まれてなる打設予定領域内のセメント混練体の打設状況の検知方法であって、
演算処理により、前記打設予定領域内に複数の検知用仮想点を既定の規則で仮想的に配列する工程(a)と、
前記型枠の上端部よりも上方であって前記打設予定領域を下方に見下ろす位置に設置された深度カメラから、前記深度カメラによる撮像画像上において前記型枠及び前記セメント混練体とは識別可能な基準マーカーと、一部の前記打設予定領域とを撮像する工程(b)と、
前記工程(b)で撮像された撮像画像上の前記基準マーカーの位置と、前記撮像画像上の前記打設予定領域内に対応する各画素の位置との相対的な関係に基づいて、前記撮像画像上の各画素に対応する前記検知用仮想点である画素仮想点を演算処理により確定する工程(c)と、
前記工程(b)で撮像された撮像画像に基づいて得られる前記画素仮想点と前記深度カメラとの間の実測距離によって決定される値と、前記画素仮想点に対応する前記検知用仮想点と前記深度カメラとの間の計算上の距離である演算距離によって決定される値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記セメント混練体の打設状況を検知する工程(d)とを有することを特徴とする。
The present invention is a method for detecting the pouring status of a cement mixture in a pouring area surrounded by a formwork,
A step (a) of virtually arranging a plurality of detection virtual points within the planned pouring area according to a predetermined rule by calculation processing;
A step (b) of imaging a reference marker that is distinguishable from the formwork and the cement mixture and a portion of the planned pouring area on an image captured by the depth camera from a depth camera installed above the upper end of the formwork and overlooking the planned pouring area;
A step (c) of determining, by calculation, pixel virtual points that are the detection virtual points corresponding to each pixel on the captured image based on the relative relationship between the position of the reference marker on the captured image captured in the step (b) and the position of each pixel corresponding to the planned pouring area on the captured image;
The method is characterized by having a step (d) of comparing a value determined by the actual distance between the pixel virtual point obtained based on the captured image taken in step (b) and the depth camera with a value determined by a calculated distance, which is a calculated distance between the detection virtual point corresponding to the pixel virtual point and the depth camera, and detecting the pouring status of the cement mixture based on the comparison result.

現時点の打設状況を検出するべく、特許文献1~3とは異なる方法として、型枠の上方から鉛直下方に向けてカメラによる撮影を行い、得られた画像に基づいて現時点の打設状況を検出する方法が考えられる。しかし、この方法による場合には、打設予定領域の全域が撮像範囲に含まれるよう、撮像方向を鉛直下方に向けた状態でカメラを設置する必要がある。 A different method to those described in Patent Documents 1 to 3 for detecting the current pouring status is to use a camera to take a picture from above the formwork facing vertically downward, and then detect the current pouring status based on the image obtained. However, with this method, the camera needs to be installed with the imaging direction facing vertically downward so that the entire area to be poured is included in the imaging range.

しかし、実際の施工現場においては、打設予定領域の全域が画角内に収まるようにカメラを設置できない場合がある。また、打設予定領域の全域を画角に収めようとすると、打設予定領域の底面からかなり上方の位置にカメラを設置する必要が生じる場合がある。しかし、カメラには遠くのものほど小さく映るため、得られた撮像画像に基づいて、打設予定領域内の打設面の高さ位置を精度よく検知できない可能性がある。 However, at actual construction sites, it may not be possible to install the camera so that the entire planned pouring area fits within its angle of view. Furthermore, if the entire planned pouring area is to fit within its angle of view, it may be necessary to install the camera at a position significantly higher than the bottom of the planned pouring area. However, because objects that are further away appear smaller to the camera, it may not be possible to accurately detect the height position of the pouring surface within the planned pouring area based on the captured image.

更に、カメラの撮像方向を厳密に鉛直下方に設定できない場合には、カメラの撮影方向から型枠がどのように映し出されているかを検出した上で、画像に対して補正処理を行う必要がある。しかし、この補正処理の方法は、上記特許文献1~3を参照しても明らかではない。また、この補正処理に対しては、カメラの傾斜角度の情報が必要になるところ、カメラの設置向きを精度よく現場にて調整する必要が生じる。このため、作業に習熟性や多大な時間を要する可能性がある。 Furthermore, if the camera's imaging direction cannot be set strictly vertically downward, it is necessary to detect how the formwork is viewed from the camera's imaging direction and then perform a correction process on the image. However, the method for this correction process is not clear even when referring to the above-mentioned Patent Documents 1 to 3. Furthermore, this correction process requires information on the camera's tilt angle, and the camera's installation direction must be precisely adjusted on-site. This means that the work may require skill and take a significant amount of time.

これに対し、上記の方法によれば、予め演算処理によって、打設予定領域内に複数の仮想点(検知用仮想点)が、規定の規則で仮想的に配列(設定)されている。そして、深度カメラによる撮像画像に映し出されている基準マーカーと打設予定領域内の型枠の情報に基づいて、撮像画像上の各画素と検知用仮想点との対応関係が、演算処理によって確定される。深度カメラの設置角度は、撮像画像上における基準マーカーと打設予定領域(特に型枠の一部)との位置関係によって、演算処理によって検出できる。つまり、現場においては、深度カメラの設置角度を厳密に調整する作業を必要としない。 In contrast, with the above method, multiple virtual points (detection virtual points) are virtually arranged (set) in the planned pouring area in advance by calculation processing according to a prescribed rule. Then, based on the reference marker displayed in the image captured by the depth camera and information about the formwork within the planned pouring area, the correspondence between each pixel on the captured image and the detection virtual points is determined by calculation processing. The installation angle of the depth camera can be detected by calculation processing based on the positional relationship between the reference marker and the planned pouring area (particularly part of the formwork) on the captured image. In other words, there is no need to precisely adjust the installation angle of the depth camera on site.

特に、本発明の方法の場合、撮像画像上の画素のうち、打設予定領域内に対応する画素について、基準マーカーとの相対的な位置関係に基づいて画素仮想点が確定される。つまり、打設予定領域の外側の位置を撮像している画素については、画素仮想点の確定処理の対象から外される。 In particular, with the method of the present invention, for pixels on the captured image that correspond to the planned pouring area, a pixel virtual point is determined based on the relative positional relationship with the reference marker. In other words, pixels captured at positions outside the planned pouring area are excluded from the process of determining the pixel virtual point.

検知用仮想点は、演算処理によって予め設定されているため、深度カメラの設置された座標位置を既知としておけば、演算処理によって、各検知用仮想点と深度カメラの設置位置との距離を算定できる。本明細書では、演算処理によって算定される、各検知用仮想点と深度カメラの設置位置との離間距離を、「演算距離」と称する。深度カメラの設置高さは、例えば、設置後に光学センサや手作業によって測定して得られた値を利用できる。深度カメラにセンサが付随されている場合には、深度カメラ側で自動的に検出した値を利用することもできる。 Since the virtual detection points are set in advance by calculation, if the coordinate position where the depth camera is installed is known, the distance between each virtual detection point and the installation position of the depth camera can be calculated by calculation. In this specification, the distance between each virtual detection point and the installation position of the depth camera calculated by calculation is referred to as the "calculated distance." The installation height of the depth camera can be, for example, a value obtained by measuring it manually or with an optical sensor after installation. If the depth camera is equipped with a sensor, a value automatically detected by the depth camera can also be used.

一方、鉛直方向以外の深度カメラの座標位置は、撮像画像上における基準マーカーの位置から演算処理によって求めることができる。演算処理数を削減する観点からは、基準マーカーを、深度カメラに対して実質的に鉛直下方の位置に設置するのが好適である。なお、基準マーカーと深度カメラを仮想的に連絡する直線と、深度カメラから鉛直下方に仮想的に延長した直線との角度が1°以下である場合、基準マーカーは深度カメラに対して「実質的に」鉛直下方の位置に設置されているものとして構わない。ただし、本発明において、基準マーカーの設置位置は、必ずしも深度カメラに対して実質的に鉛直下方でなくてもよい。 On the other hand, the coordinate position of the depth camera in directions other than the vertical direction can be calculated from the position of the reference marker on the captured image by calculation. From the perspective of reducing the number of calculations, it is preferable to install the reference marker in a position that is substantially vertically below the depth camera. Note that if the angle between the line virtually connecting the reference marker and the depth camera and the line virtually extending vertically downward from the depth camera is 1° or less, the reference marker can be considered to be installed in a position that is "substantially" vertically below the depth camera. However, in the present invention, the installation position of the reference marker does not necessarily have to be substantially vertically below the depth camera.

深度カメラは、その機能として、撮像画像上の画素ごとにカメラの正面方向に対してどの向きを撮像しているかを認識できる。つまり、工程(b)で撮像された撮像画像上の各画素に対応する撮像点は、深度カメラに対してそれぞれどの向きを向いているかが認識できる。 The depth camera has the function of recognizing the orientation of each pixel in the captured image relative to the camera's forward direction. In other words, it is possible to recognize the orientation of the imaging point corresponding to each pixel in the captured image captured in step (b) relative to the depth camera.

一方、工程(a)で仮想的に配列された検知用仮想点は、演算処理によって設定された点であるため、それぞれの座標位置は既知である。深度カメラの座標位置は、上述したように、設置高さ及び撮像画像上における基準マーカーの位置から、演算処理によって算定できる。つまり、例えば幾何学的手法に基づく演算処理によって、各検知用仮想点が深度カメラに対してそれぞれどの向きを向いているかを、算定できる。 On the other hand, the virtual detection points virtually arranged in step (a) are points set by computational processing, and therefore their respective coordinate positions are known. As described above, the coordinate position of the depth camera can be calculated by computational processing from the installation height and the position of the reference marker on the captured image. In other words, for example, computational processing based on a geometric method can be used to calculate the direction in which each virtual detection point faces relative to the depth camera.

そして、撮像画像上の各画素のうち、打設予定領域内に対応する撮像点の深度カメラに対する向きと、検知用仮想点が深度カメラに対する向きとを対比し、両者の向きが近い検知用仮想点を選択する。具体的には、検知用仮想点j1の深度カメラに対する向きが、打設予定領域内に位置する画素i1に対応する撮像点の深度カメラに対する向きに最も近い場合、検知用仮想点j1が、撮像画像上の画素iに対応する点であると認定される。同様に、別の画素i2に対応する検知用仮想点j2を確定する処理が行われる。本明細書では、撮像画像上の各画素に対応付けられた検知用仮想点を、「画素仮想点」と称する。 Then, for each pixel on the captured image, the orientation of the imaging point corresponding to the planned pouring area relative to the depth camera is compared with the orientation of the virtual detection point relative to the depth camera, and the virtual detection point whose orientation is closest to the orientation of the imaging point corresponding to pixel i1 located within the planned pouring area is selected. Specifically, if the orientation of virtual detection point j1 relative to the depth camera is closest to the orientation of the imaging point corresponding to pixel i1 located within the planned pouring area relative to the depth camera, virtual detection point j1 is recognized as the point corresponding to pixel i on the captured image. Similarly, a process is performed to determine virtual detection point j2 corresponding to another pixel i2. In this specification, virtual detection points associated with each pixel on the captured image are referred to as "virtual pixel points."

深度カメラは、その機能として、撮像画像上の画素ごとにカメラ(より詳細には撮像素子)との間の距離を計測できる。つまり、深度カメラによって、検知用仮想点が対応付けられた各画素、すなわち画素仮想点ごとに、深度カメラとの離間距離が計測される。本明細書では、深度カメラの機能によって測定された、各画素仮想点と深度カメラの設置位置との距離を「実測距離」と称する。 The depth camera has the function of measuring the distance between the camera (more specifically, the image sensor) and each pixel in the captured image. In other words, the depth camera measures the distance between each pixel associated with a virtual detection point, i.e., each virtual pixel point, and the depth camera. In this specification, the distance between each virtual pixel point and the installation position of the depth camera, measured by the depth camera's function, is referred to as the "measured distance."

一方、画素仮想点は、撮像画像上の画素に対応付けられた検知用仮想点であるから、上述したように、それぞれの検知用仮想点と深度カメラとの間の「演算距離」が既に算定されている。 On the other hand, pixel virtual points are detection virtual points associated with pixels on the captured image, so as described above, the "calculated distance" between each detection virtual point and the depth camera has already been calculated.

このように算定された各画素仮想点における演算距離によって決定される値と実測距離によって決定される値とが、工程(d)において比較される。最も簡便な方法として、工程(d)では、演算距離と実測距離とが比較される。 The value determined by the calculated distance at each virtual pixel point calculated in this way is compared with the value determined by the measured distance in step (d). In the simplest method, the calculated distance is compared with the measured distance in step (d).

例えば、実測距離が演算距離より大きい場合、深度カメラは検知用仮想点の場所又はそれよりも奥側、すなわち深度カメラよりも遠い側を撮像していることを意味する。この場合、検知用仮想点の位置には、セメント混練体が存在していないと推定される。 For example, if the measured distance is greater than the calculated distance, it means that the depth camera is capturing an image at or further from the location of the virtual detection point, i.e., farther away than the depth camera. In this case, it is estimated that no cement mixture is present at the location of the virtual detection point.

他方、実測距離が演算距離以下である場合、深度カメラは検知用仮想点の場所よりも深度カメラに近い側を撮像していることを意味する。この場合、検知用仮想点の位置には、セメント混練体が存在していると推定される。 On the other hand, if the measured distance is less than the calculated distance, it means that the depth camera is capturing an image closer to the depth camera than the location of the virtual point for detection. In this case, it is estimated that a cement mixture is present at the position of the virtual point for detection.

つまり、各画素仮想点に対して、演算距離と実測距離とを対比することで、画素仮想点に対応する検知用仮想点の場所において、セメント混練体が存在しているか存在していないかを推定することが可能となる。 In other words, by comparing the calculated distance with the measured distance for each pixel virtual point, it is possible to estimate whether or not a cement mixture is present at the location of the detection virtual point corresponding to the pixel virtual point.

実際の施工現場においては、型枠の直上に深度カメラを配置することは、コンクリートポンプの排出口との間で干渉を生じるおそれがあるため、困難なことが多い。この場合、型枠の直上でなく型枠外部の上方から打設予定領域を斜め下方に見下ろすように深度カメラが設置される。しかし、上記の方法によれば、このように深度カメラが打設予定領域を斜め下方に見下ろす位置に設置された場合においても、撮像画像上に映し出されている基準マーカーの画素位置に基づいて、各検知用仮想点の深度カメラに対する向きを算定することができる。よって、画素ごとの深度カメラに対する向きに最も近い検知用仮想点が選択できるので、この選択された検知用仮想点(すなわち画素仮想点)ごとに演算距離と実測距離とを対比することで、セメント混練体の打設状況を検知できる。 At actual construction sites, it is often difficult to place a depth camera directly above the formwork due to the risk of interference with the concrete pump outlet. In such cases, the depth camera is installed not directly above the formwork, but from above outside the formwork, overlooking the planned pouring area diagonally downward. However, with the above method, even when the depth camera is installed in such a position overlooking the planned pouring area diagonally downward, the orientation of each detection virtual point relative to the depth camera can be calculated based on the pixel position of the reference marker displayed in the captured image. Therefore, the detection virtual point closest to the orientation of each pixel relative to the depth camera can be selected, and the pouring status of the cement mixture can be detected by comparing the calculated distance with the measured distance for each selected detection virtual point (i.e., pixel virtual point).

なお、打設現場によっては、深度カメラを打設予定領域の鉛直上方の位置に設置できる場合も考えられなくはない。この場合においても、上記の方法によってセメント混練体の打設状況を検知できる。すなわち、本発明は、前記工程(b)において、打設予定領域の鉛直上方の位置に設置した深度カメラから、基準マーカーと一部の打設予定領域とを撮像する場合を排除するものではない。 Depending on the pouring site, it is conceivable that the depth camera can be installed vertically above the planned pouring area. Even in this case, the pouring status of the cement mixture can be detected using the above method. In other words, the present invention does not exclude the case where, in step (b), an image of the reference marker and part of the planned pouring area is captured from a depth camera installed vertically above the planned pouring area.

なお、上述したように、この方法では撮像画像上の画素のうちの、打設予定領域を映し出している画素について画素仮想点が確定される。このため、深度カメラの撮像範囲が、打設予定領域の外側にはみ出していた場合であっても、打設予定領域の外側の画素の情報に基づいて、セメント混練体の充填状況を誤検知することが回避される。 As mentioned above, with this method, pixel virtual points are determined for pixels on the captured image that represent the planned pouring area. Therefore, even if the imaging range of the depth camera extends outside the planned pouring area, erroneous detection of the filling status of the cement mixture based on information from pixels outside the planned pouring area can be avoided.

深度カメラによる撮像範囲が打設予定領域の一部である場合、打設予定領域と重なっている撮像画像上の画素の情報に基づいて推定されるセメント混練体の充填状況は、厳密には、撮像範囲に重なっている打設予定領域に限定される。しかし、セメント混練体の打設面の高さは、概ね平坦面とみなすことができる。つまり、撮像範囲に重なっている打設予定領域におけるセメント混練体の充填率が算定されれば、その充填率を、そのまま打設予定領域の全体の充填率の近似値と推定することが可能である。 When the imaging range of the depth camera is part of the planned pouring area, the filling status of the cement mixture estimated based on information about pixels on the captured image that overlap the planned pouring area is, strictly speaking, limited to the planned pouring area that overlaps the imaging range. However, the height of the pouring surface of the cement mixture can be considered to be roughly flat. In other words, if the filling rate of the cement mixture in the planned pouring area that overlaps the imaging range is calculated, it is possible to directly estimate that filling rate as an approximation of the overall filling rate of the planned pouring area.

前記工程(c)は、前記撮像画像上の前記型枠の上端部の少なくとも2辺に対応する各画素を連続的に選択して得られる連続線を含む閉領域を確定すると共に、前記撮像画像上の各画素のうちの前記閉領域内に含まれる画素に対応する前記画素仮想点を演算処理により確定する工程を含むものとしても構わない。 Step (c) may include a step of determining a closed area including a continuous line obtained by successively selecting pixels corresponding to at least two sides of the upper end of the formwork on the captured image, and determining, through calculation processing, the pixel virtual points corresponding to the pixels on the captured image that are included within the closed area.

なお、上記では、実測距離と演算距離との大小関係を単に比較する場合を例に挙げているが、実測距離に基づく演算処理によって得られる値と、演算距離に基づく演算処理によって得られる値とを比較してもよい。一例として、微小な差を顕在化させる観点から、演算距離に所定のゲイン係数を乗じた値と、実測距離に所定のゲイン係数を乗じた値とを比較しても構わない。 In the above example, we have simply compared the magnitude relationship between the actual measured distance and the calculated distance, but it is also possible to compare a value obtained by calculation processing based on the actual measured distance with a value obtained by calculation processing based on the calculated distance. As an example, from the perspective of making even small differences more apparent, it is also possible to compare a value obtained by multiplying the calculated distance by a predetermined gain coefficient with a value obtained by multiplying the actual measured distance by a predetermined gain coefficient.

上述した方法によれば、深度カメラの設置角度を厳密に調整する必要がない上、検知用仮想点の配置、深度カメラの撮像情報に基づく画素仮想点の確定、及び画素仮想点に対応する仮想点の位置におけるセメント混練体の打設有無の各処理は、いずれも演算処理によって実行される。よって、施工現場における作業が簡素化される。また、深度カメラを必ずしも鉛直下方に設置する必要がない上、深度カメラによる撮像方向を考慮した状態で、打設予定領域内における打設状況を検知できる。 The above-described method eliminates the need to precisely adjust the installation angle of the depth camera, and the processes of locating the detection virtual points, determining the pixel virtual points based on the image information from the depth camera, and determining whether or not the cement mixture has been poured at the position of the virtual point corresponding to the pixel virtual point are all performed by calculation. This simplifies work at the construction site. Furthermore, the depth camera does not necessarily need to be installed vertically downward, and the pouring status within the planned pouring area can be detected while taking into account the imaging direction of the depth camera.

なお、本明細書において、打設対象となる「セメント混練体」とは、フレッシュコンクリートとフレッシュモルタルを包含する概念である。 In this specification, the term "cement mixture" to be poured is a concept that encompasses both fresh concrete and fresh mortar.

基準マーカーは、深度カメラで撮像された際、周囲に映り込む型枠やセメント混練体とは画像上で識別可能な構成であれば、その種別は不問である。基準マーカーは、型枠と独立した物体であっても構わないし、型枠や足場の一部に塗料で付された印であっても構わない。前者の場合には、周囲に存在し得るコンクリート、鉄パイプ、及び型枠とは色合いの異なる色(例えば、赤、黄緑等)のポールや、カメラ側の画像解析で認識可能な特定のパターン(例えば、ARマーカー等)が描かれたプレートを採用することができる。 The type of fiducial marker is not important, as long as it can be distinguished in an image captured by a depth camera from the formwork and cement mixture reflected in the surrounding area. The fiducial marker can be an object independent of the formwork, or it can be a mark painted on part of the formwork or scaffolding. In the former case, it can be a pole of a different color (e.g., red, yellow-green, etc.) from the concrete, iron pipes, and formwork that may be present in the surrounding area, or a plate with a specific pattern (e.g., an AR marker) that can be recognized by image analysis on the camera side.

前記工程(c)は、
前記基準マーカーの位置と前記撮像画像上の各画素の位置との相対的な関係に基づいて、鉛直方向に平行な鉛直軸及び前記鉛直軸に直交する2軸とで形成される水平垂直座標系上における複数の前記検知用仮想点の座標位置を、前記深度カメラの撮像方向に平行な撮像光軸及び前記撮像光軸に直交する2軸とで形成されるカメラ座標系上における座標位置に変換する工程(c1)と、
前記工程(c1)で得られた、複数の前記検知用仮想点の前記カメラ座標系上における座標位置に関する情報に基づいて、演算処理によって、前記撮像光軸に対する2方向の傾斜角で規定される前記深度カメラに対する向きを算定する工程(c2)と、
前記工程(c2)で得られた前記深度カメラに対する向きに最も近い、前記撮像画像上の画素を、前記画素仮想点として確定する工程(c3)とを含むものとしても構わない。
The step (c)
a step (c1) of converting, based on a relative relationship between the position of the reference marker and the position of each pixel on the captured image, the coordinate positions of the plurality of virtual detection points on a horizontal-vertical coordinate system formed by a vertical axis parallel to the vertical direction and two axes perpendicular to the vertical axis, into coordinate positions on a camera coordinate system formed by an imaging optical axis parallel to the imaging direction of the depth camera and two axes perpendicular to the imaging optical axis;
A step (c2) of calculating, by calculation processing, an orientation relative to the depth camera, which is defined by two tilt angles relative to the imaging optical axis, based on information about the coordinate positions of the plurality of virtual points for detection on the camera coordinate system obtained in the step (c1);
The method may further include a step (c3) of determining, as the virtual pixel point, a pixel on the captured image that is closest to the orientation relative to the depth camera obtained in the step (c2).

なお、工程(c3)において、撮像画像上の画素に対応する検知用仮想点が、複数存在する場合には、全ての検知用仮想点を画素仮想点として確定するものとしても構わない。この場合は、工程(d)では、各画素仮想点について、深度カメラとの間の実測距離によって決定される値と演算距離によって決定される値とが比較され、これらの比較結果に基づいてセメント混練体の打設状況が検知されるものとして構わない。 In step (c3), if there are multiple virtual detection points corresponding to pixels on the captured image, all of the virtual detection points may be determined as pixel virtual points. In this case, in step (d), for each pixel virtual point, a value determined by the measured distance from the depth camera may be compared with a value determined by the calculated distance, and the pouring status of the cement mixture may be detected based on the results of these comparisons.

より具体的には、画素i1に対応する検知用仮想点(画素仮想点)として、j1,j2,j3の3点が抽出されたとする。この場合、各画素仮想点(j1,j2,j3)に対して、それぞれ、実測距離によって決定される値と演算距離によって決定される値とが比較される。 More specifically, assume that three points j1, j2, and j3 are extracted as virtual detection points (virtual pixel points) corresponding to pixel i1. In this case, for each virtual pixel point (j1, j2, j3), the value determined by the measured distance is compared with the value determined by the calculated distance.

前記工程(d)は、現時点における打設予定領域内の前記セメント混練体の充填率を算出する工程とすることができる。 Step (d) can be a step of calculating the current filling rate of the cement mixture within the planned pouring area.

例えば、前記工程(a)は、前記打設予定領域の底面上、及び前記底面から鉛直方向に離間して打設予定高さの位置までの間に、複数の前記検知用仮想点を仮想的に配列する工程であり、
前記工程(d)において、複数の前記検知用仮想点のうち、前記セメント混練体が充填されていると判定された充填対応仮想点の数と、前記セメント混練体が充填されていないと判定された非充填対応仮想点の数とを検知すると共に、前記充填対応仮想点と前記非充填対応仮想点との合計数に対する前記充填対応仮想点の比率に基づいて、前記打設予定領域内の前記セメント混練体の充填率を算出するものとしても構わない。
For example, the step (a) is a step of virtually arranging a plurality of the detection virtual points on the bottom surface of the planned pouring area and between the bottom surface and a position of the planned pouring height in a vertical direction,
In step (d), among the plurality of detection virtual points, the number of filled-corresponding virtual points that are determined to be filled with the cement mixture and the number of non-filled-corresponding virtual points that are determined to be not filled with the cement mixture may be detected, and the filling rate of the cement mixture in the planned pouring area may be calculated based on the ratio of the filled-corresponding virtual points to the total number of the filled-corresponding virtual points and the non-filled-corresponding virtual points.

また、上述したように、画素仮想点に対応する検知用仮想点の場所において、セメント混練体が存在しているか、存在していないかを推定することが可能となる。このため、別の方法としては、工程(d)において、各検知用仮想点の中から、セメント混練体の存在/不存在の境界に近い点を確定することで、これらの境界点を連絡する面が打設面と推定される。これにより、現時点における打設面の高さが推定されるため、打設予定高さに対する推定打設高さの割合によって、セメント混練体の充填率を算出することも可能である。なお、推定打設高さは、セメント混練体の存在/不存在の境界に近い各点の高さの平均値を算定することで得られた値を採用しても構わない。 As described above, it is also possible to estimate whether a cement mixture is present or absent at the location of a detection virtual point corresponding to a pixel virtual point. Therefore, as an alternative method, in step (d), a point from each detection virtual point that is closest to the boundary between the presence/absence of a cement mixture is determined, and the surface connecting these boundary points is estimated to be the pouring surface. This allows the height of the pouring surface at the current time to be estimated, and it is also possible to calculate the filling rate of the cement mixture based on the ratio of the estimated pouring height to the planned pouring height. The estimated pouring height may also be calculated by averaging the heights of each point that is close to the boundary between the presence/absence of a cement mixture.

上記方法により得られたセメント混練体の充填率の情報に基づいて、打設完了までに追加で必要なセメント混練体の量を見積もることができるため、この見積もり結果に基づいて例えば生コン工場に対して追加発注することで、残コンや戻りコンが抑制できる。 Based on the information on the filling rate of the cement mixture obtained using the above method, it is possible to estimate the amount of additional cement mixture required until pouring is complete. Therefore, by placing additional orders with a ready-mix concrete plant, for example, based on this estimate, it is possible to reduce leftover concrete and returned concrete.

前記工程(b)、前記工程(c)、及び前記工程(d)は、所定のタイミングで繰り返し実行されるものとしても構わない。所定のタイミングとは、例えば、フレッシュコンクリートは、生コン工場から打設現場まで複数台の輸送車によって断続的に運搬されるが、この輸送車1台分あるいは数台分の運搬量が打設されたタイミングとすることができる。ただ、これには限られず、例えば、打設途中に設定してもよく、また、ユーザーの打設作業の休憩時間等の任意のタイミングとしてもよい。加えて、戻りコン抑制の観点からは、充填完了に近づくにつれ充填率をタイムリーに算出した方がよいため、型枠内の充填率が上昇するにしたがって、前記工程(b)、前記工程(c)、及び前記工程(d)の実行頻度を高めるように、所定のタイミングを設定することができる。 Steps (b), (c), and (d) may be repeatedly executed at a predetermined timing. For example, the predetermined timing may be when one or several transport trucks' worth of fresh concrete are poured, as the fresh concrete is transported intermittently from the ready-mix concrete plant to the pouring site. However, this is not limited to this, and the timing may be set, for example, during pouring, or at any other timing, such as during a user's break from pouring work. Additionally, from the perspective of reducing concrete return, it is better to calculate the filling rate in a timely manner as the filling nears completion. Therefore, the predetermined timing may be set to increase the frequency of execution of steps (b), (c), and (d) as the filling rate in the formwork increases.

これにより、打設作業中に、セメント混練体の打設状況の経時的な変化を検知できる。 This makes it possible to detect changes over time in the pouring status of the cement mixture during pouring work.

前記セメント混練体の打設状況の検知方法は、記憶部を含む演算処理装置を準備する工程(e)を更に有し、
前記工程(a)は、前記演算処理装置が、前記打設予定領域の寸法に関する情報、及び前記深度カメラの設置位置に関する情報に基づいて、各前記検知用仮想点の前記深度カメラに対する相対的な座標位置を確定して前記記憶部に記録する工程であり、
前記工程(b)は、前記深度カメラで撮像した撮像画像に基づく情報を、前記演算処理装置に対して送信する工程を含み、
前記工程(c)は、前記演算処理装置が、前記工程(b)で取得した前記撮像画像上の各画素の情報と、前記記憶部に記録されている前記検知用仮想点の各座標位置に関する情報とに基づいて、前記画素仮想点を確定する工程を含み、
前記工程(d)は、前記演算処理装置が、前記記憶部に記録されている前記深度カメラの設置位置を基準とした前記検知用仮想点の各座標位置に基づいて前記演算距離を算出すると共に、前記工程(c)で取得した前記撮像画像に基づく前記実測距離と、前記演算距離とを比較する工程を含むものとしても構わない。
The method for detecting the pouring status of the cement mixture further includes a step (e) of preparing a processing device including a memory unit,
The step (a) is a step in which the arithmetic processing device determines the relative coordinate positions of each detection virtual point with respect to the depth camera based on information about the dimensions of the planned pouring area and information about the installation position of the depth camera, and records the determined coordinate positions in the memory unit;
The step (b) includes a step of transmitting information based on an image captured by the depth camera to the arithmetic processing device;
the step (c) includes a step in which the arithmetic processing device determines the pixel virtual point based on information on each pixel on the captured image acquired in the step (b) and information on each coordinate position of the detection virtual point recorded in the storage unit;
The step (d) may include a step in which the arithmetic processing device calculates the calculated distance based on the coordinate positions of the detection virtual points relative to the installation position of the depth camera recorded in the memory unit, and compares the calculated distance with the actual measured distance based on the captured image acquired in the step (c).

上記方法で利用される演算処理装置としては、ノートブック型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、有線又は無線通信(例えばBluetooth(登録商標)等)によりセンサと接続されたヘッドレスコンピュータ、及びサーバからなる群に属する1種以上が挙げられる。演算処理装置がノートブック型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、又はスマートフォンである場合には、施工現場において演算処理が行われる。演算処理装置がサーバである場合には、施工現場とは離れた場所において演算処理が行われ、その結果が施工現場に存在する別の端末(スマートフォン等)に送信されるものとして構わない。 The arithmetic processing device used in the above method can be one or more of the following: a notebook computer, a tablet computer, a smartphone, a headless computer connected to a sensor via wired or wireless communication (e.g., Bluetooth (registered trademark)), and a server. If the arithmetic processing device is a notebook computer, a tablet computer, or a smartphone, the arithmetic processing is performed at the construction site. If the arithmetic processing device is a server, the arithmetic processing can be performed at a location remote from the construction site, and the results can be sent to another terminal (e.g., a smartphone) located at the construction site.

前記セメント混練体の打設状況の検知方法は、設置された前記深度カメラの、前記打設予定領域の底面からの高さ位置を測定し、当該測定結果を前記演算処理装置の前記記憶部に記録させる工程(f)を更に有し、
前記工程(a)は、前記演算処理装置が、前記記憶部に記録された前記深度カメラの高さ位置に関する情報に基づいて、前記深度カメラの設置位置に関する情報を取得する工程を含むものとしても構わない。
The method for detecting the pouring status of the cement mixture further includes a step (f) of measuring the height position of the installed depth camera from the bottom surface of the planned pouring area and recording the measurement result in the memory unit of the arithmetic processing device,
The step (a) may include a step in which the arithmetic processing device acquires information regarding the installation position of the depth camera based on information regarding the height position of the depth camera recorded in the memory unit.

本発明は、演算処理装置にインストールされ、型枠で囲まれてなる打設予定領域内のセメント混練体の打設状況を検知するために実行される、セメント混練体の打設状況検知用プログラムであって、
前記打設予定領域内に複数の検知用仮想点を既定の規則で仮想的に配列する処理と、
前記型枠の上端部よりも上方であって前記打設予定領域を下方に見下ろす位置に設置された深度カメラから撮像された、前記深度カメラによる撮像画像上において前記型枠及び前記セメント混練体とは識別可能な基準マーカーと、一部の前記打設予定領域とを含む撮像画像の入力を受け付ける処理と、
入力された前記撮像画像上の前記基準マーカーの位置と、前記撮像画像上の前記打設予定領域内に対応する各画素の位置との相対的な関係に基づいて、前記撮像画像上の各画素に対応する前記検知用仮想点である画素仮想点を確定する処理と、
入力された前記撮像画像に基づいて得られる前記画素仮想点と前記深度カメラとの間の実測距離と、前記画素仮想点に対応する前記検知用仮想点と前記深度カメラとの間の計算上の距離である演算距離とを比較し、前記比較結果に基づいて前記セメント混練体の打設状況を検知する処理とを、前記演算処理装置に実行させることを特徴とする。
The present invention is a program for detecting the pouring status of a cement mixture, which is installed in a calculation processing device and executed to detect the pouring status of a cement mixture in a pouring area surrounded by a formwork,
A process of virtually arranging a plurality of detection virtual points within the planned pouring area according to a predetermined rule;
A process of receiving input of an image captured by a depth camera installed above the upper end of the formwork and overlooking the planned pouring area, the image including a reference marker that can be distinguished from the formwork and the cement mixture in the image captured by the depth camera, and a portion of the planned pouring area;
A process of determining pixel virtual points, which are the detection virtual points corresponding to each pixel on the captured image, based on a relative relationship between the position of the reference marker on the input captured image and the position of each pixel corresponding to the planned pouring area on the captured image;
The present invention is characterized in that the arithmetic processing device executes a process of comparing the actual measured distance between the pixel virtual point obtained based on the input captured image and the depth camera with the calculated distance, which is the calculated distance between the detection virtual point corresponding to the pixel virtual point and the depth camera, and detecting the pouring status of the cement mixture based on the comparison result.

上記方法で利用される演算処理装置としては、ノートブック型コンピュータ、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、及びサーバからなる群に属する1種以上が挙げられる。 The processing device used in the above method may be one or more of the following: a notebook computer, a tablet computer, a smartphone, and a server.

本発明によれば、打設現場での作業を簡素化しながらも、打設予定領域内におけるセメント混練体の打設状況を精度よく検知することが可能となる。 The present invention simplifies work at the pouring site while enabling accurate detection of the pouring status of the cement mixture within the planned pouring area.

セメント混練体の打設状況の検知方法を実行する際の手順を模式的に示すフローチャートである。1 is a flowchart schematically showing the procedure for executing a method for detecting the pouring status of a cement mixture. 打設現場に深度カメラが設置された状態を模式的に示す図面である。This is a diagram showing a schematic diagram of a depth camera installed at a concrete pouring site. 打設前の時点における打設予定領域と、深度カメラの撮像可能領域とを模式的に表示した図面である。This is a diagram that schematically shows the planned pouring area and the area that can be captured by the depth camera before pouring. 打設前の時点における打設予定領域と、深度カメラの撮像可能領域とを模式的に表示した別の図面である。This is another diagram that schematically shows the planned pouring area and the area that can be captured by the depth camera before pouring. 型枠で囲まれた打設予定領域を深度カメラで撮像する様子を、側面から見たときの模式的な図面である。This is a schematic diagram showing a side view of a depth camera capturing an area to be poured, surrounded by formwork. カメラ座標系と水平垂直座標系との関係を示す図面である。1 is a diagram showing the relationship between a camera coordinate system and a horizontal and vertical coordinate system. 複数の検知用仮想点が仮想的に配列された状態を、模式的に示す図面である。10 is a diagram schematically illustrating a state in which a plurality of virtual detection points are virtually arranged; 複数の検知用仮想点が仮想的に配列された状態を、模式的に示す別の図面である。10 is another diagram schematically illustrating a state in which a plurality of virtual detection points are virtually arranged. 演算処理装置の構成を模式的に示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram illustrating a configuration of a processing unit. 配列された各検知用仮想点の座標位置を説明するための図面である。10 is a diagram for explaining the coordinate positions of arranged virtual points for detection; カメラ座標系の空間内に設置された任意の点が示す、深度カメラに対する向きを説明するための図面である。1 is a diagram illustrating the orientation of an arbitrary point set in the space of the camera coordinate system relative to a depth camera. 基準マーカーを含む撮像可能領域と深度カメラとの位置関係を模式的に示す図面である。1 is a diagram schematically illustrating the positional relationship between an imageable area including a reference marker and a depth camera. 型枠の外側の領域が深度カメラの撮像範囲に含まれる場合における、撮像画像の模式的な図面である。10 is a schematic diagram of a captured image in a case where the area outside the formwork is included in the imaging range of the depth camera.

以下において、本発明に係るセメント混練体の打設状況の検知方法、及びセメント混練体の打設状況検知用プログラムの実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of a method for detecting the pouring status of a cement mixture and a program for detecting the pouring status of a cement mixture according to the present invention, with reference to the drawings.

この方法は、型枠で囲まれてなる打設予定領域内に、フレッシュコンクリートを初めとするセメント混練体を打設する作業の実行時において、現時点におけるセメント混練体の充填率等の打設状況を、簡易な方法で検知する方法である。セメント混練体としては、フレッシュコンクリートの他、フレッシュモルタルの場合も想定される。 This method is a simple way to detect the current pouring status, such as the filling rate of a cement mixture, during the pouring of fresh concrete or other cement mixture into a pouring area surrounded by formwork. In addition to fresh concrete, the cement mixture can also be fresh mortar.

図1は、本発明に係るセメント混練体の打設状況の検知方法を実行する際の手順を模式的に示すフローチャートである。以下の説明では、図1内のステップ番号が適宜利用される。 Figure 1 is a flowchart that schematically illustrates the steps involved in carrying out the method for detecting the pouring status of a cement mixture according to the present invention. In the following explanation, the step numbers in Figure 1 will be used as appropriate.

(ステップS1:深度カメラの設置)
打設予定領域を撮像可能な位置に、深度カメラが設置される。図2は、打設現場に深度カメラが設置された状態を模式的に示す図面である。図2の例では、深度カメラ11が、支柱15に取り付けられており、型枠2で囲まれた領域内を撮像可能に配置されている。支柱15としては、深度カメラ11を設置するための専用の柱を利用しても構わないし、現場に設置されている鉄パイプ等からなる足場を鉛直方向に延長したものを利用しても構わない。
(Step S1: Installing the depth camera)
The depth camera is installed at a position where it can capture an image of the planned pouring area. Figure 2 is a diagram that shows a schematic diagram of a depth camera installed at a pouring site. In the example of Figure 2, the depth camera 11 is attached to a support 15 and is positioned so that it can capture an image of the area surrounded by the formwork 2. The support 15 may be a dedicated pillar for installing the depth camera 11, or may be a vertical extension of scaffolding made of iron pipes or the like installed at the site.

深度カメラ11は、画像情報に加え、深度情報(対象物までの距離情報)が取得可能な撮像装置であれば、その方式等は特に限定されない。例えば、いわゆるステレオカメラ方式、ToF方式、プロジェクタ方式の撮像装置を用いることができる。上記において列挙した方式の中では、プロジェクタ形式の撮像装置が好ましい。ステレオカメラ等のイメージセンサによる撮像では型枠内が暗い場合に測距のための特徴点検出が難しい場合がある。ToF形式による場合は、近距離ほど精度が粗くなる傾向があり、打設面が高くなる打設終了付近で精度が落ちる恐れがある。 The depth camera 11 is not particularly limited in terms of its type, as long as it is an imaging device that can acquire depth information (distance information to the target object) in addition to image information. For example, imaging devices using so-called stereo camera, ToF, or projector methods can be used. Of the methods listed above, projector-type imaging devices are preferred. When using an image sensor such as a stereo camera, it can be difficult to detect feature points for distance measurement when the inside of the formwork is dark. With ToF methods, accuracy tends to decrease as the distance gets shorter, and there is a risk of accuracy decreasing near the end of pouring when the pouring surface becomes higher.

図2は、打設予定領域内において、所定量のセメント混練体3が既に打設された状態が模式的に示されている。図2において、セメント混練体3の上面3aが、現時点における打設面に対応する。 Figure 2 shows a schematic diagram of a predetermined amount of cement mixture 3 already poured within the planned pouring area. In Figure 2, the upper surface 3a of the cement mixture 3 corresponds to the current pouring surface.

図3Aは、打設前の時点における打設予定領域と、深度カメラ11の撮像可能領域とを模式的に表示した図面である。本実施形態では、打設予定領域の底面5は、深度カメラ11の撮像可能領域11i内に配置されている。図3Aでは、打設が予定されている高さ(打設高さ)における面(以下、「打設予定上面6」と称する。)が、参考のために図示されている。 Figure 3A is a diagram that schematically illustrates the planned pouring area and the imageable area of the depth camera 11 before pouring. In this embodiment, the bottom surface 5 of the planned pouring area is located within the imageable area 11i of the depth camera 11. For reference, Figure 3A also illustrates the surface at the planned pouring height (pouring height) (hereinafter referred to as the "planned pouring top surface 6").

ただし、打設現場の状況によっては、例えば図3Bに示すように、撮像可能領域11iが、打設予定領域の底面5の一部のみを捉えるように深度カメラ11を設置せざるを得ない場合があり得る。また、図3Aに示すように、打設予定領域の底面5のほぼ全域が撮像可能領域11iに含まれるように深度カメラ11の位置や向きを調整することは、深度カメラ11の設置作業に多くの時間を要する可能性もある。本発明に係るセメント混練体の打設状況の検知方法は、打設予定領域に対する撮像可能領域11iの位置が、仮に図3Bに示すようにずれていたとしても、打設予定領域内におけるセメント混練体の打設状況の検知できる。 However, depending on the conditions at the pouring site, it may be necessary to install the depth camera 11 so that the imageable area 11i captures only a portion of the bottom surface 5 of the planned pouring area, as shown in Figure 3B, for example. Furthermore, adjusting the position and orientation of the depth camera 11 so that almost the entire bottom surface 5 of the planned pouring area is included in the imageable area 11i, as shown in Figure 3A, may require a lot of time for the installation work of the depth camera 11. The method for detecting the pouring status of a cement mixture according to the present invention can detect the pouring status of the cement mixture within the planned pouring area even if the position of the imageable area 11i is shifted relative to the planned pouring area, as shown in Figure 3B.

説明の都合上、まず図3Aに例示されるように、打設予定領域の底面5のほぼ全域が深度カメラ11の撮像可能領域11i内に位置するように、深度カメラ11が設置された場合における、セメント混練体の打設状況の検知方法について説明する。その後、図3Bに例示されるように、打設予定領域の底面5の一部しか深度カメラ11の撮像可能領域11i内に位置していないような場合であっても、セメント混練体の打設状況を検知できる点について説明する。 For ease of explanation, we will first explain how to detect the pouring status of the cement mixture when the depth camera 11 is installed so that almost the entire bottom surface 5 of the planned pouring area is located within the imageable area 11i of the depth camera 11, as illustrated in Figure 3A. We will then explain how the pouring status of the cement mixture can be detected even when only a portion of the bottom surface 5 of the planned pouring area is located within the imageable area 11i of the depth camera 11, as illustrated in Figure 3B.

図4は、型枠2で囲まれた打設予定領域を深度カメラ11で撮像する様子を、側面から見たときの模式的な図面である。図4に示す深度カメラ11の画角11cによって、図3Aや図3Bに示す撮像可能領域11iが決定される。図3Aに示す例では、撮像可能領域11iが型枠2で囲まれた領域にほぼ対応している。一方、図3Bに示す例では、撮像可能領域11iが型枠2で囲まれた領域の一部を含みつつも、型枠2で囲まれた領域の外側も含んでいる。 Figure 4 is a schematic diagram showing the depth camera 11 capturing an image of the planned pouring area surrounded by formwork 2, viewed from the side. The imageable area 11i shown in Figures 3A and 3B is determined by the angle of view 11c of the depth camera 11 shown in Figure 4. In the example shown in Figure 3A, the imageable area 11i roughly corresponds to the area surrounded by formwork 2. On the other hand, in the example shown in Figure 3B, the imageable area 11i includes part of the area surrounded by formwork 2, but also includes the area outside the area surrounded by formwork 2.

なお、本明細書の説明では、適宜2つの座標系が参照される。以下では、それぞれの座標系を、「カメラ座標系」、「水平垂直座標系」と称する。 In the explanations in this specification, two coordinate systems will be referenced as appropriate. Below, these coordinate systems will be referred to as the "camera coordinate system" and the "horizontal and vertical coordinate system."

カメラ座標系は、大文字の「X」「Y」「Z」を用いて表現された、3軸によって決定される座標系である。カメラ座標系は、深度カメラ11の正面方向、すなわち撮像光軸に平行な方向をZ軸とし(深度カメラ11の正面方向を+Z方向とする。)、深度カメラ11の正面に対して、左右方向をX軸とし(右方向を+X方向とする。)、上下方向をY軸とする(上方向を+Y方向とする。)、X-Y-Z座標系である。 The camera coordinate system is a coordinate system determined by three axes expressed using capital letters "X," "Y," and "Z." The camera coordinate system is an X-Y-Z coordinate system, with the Z axis being the front direction of the depth camera 11, i.e., the direction parallel to the imaging optical axis (the front direction of the depth camera 11 is the +Z direction), the X axis being the left-right direction relative to the front of the depth camera 11 (the right direction is the +X direction), and the Y axis being the up-down direction (the up direction is the +Y direction).

本明細書において、方向を表現する際に正負の向きを区別する場合には、「+X方向」、「-X方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「X方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「X方向」と記載されている場合には、「+X方向」と「-X方向」の双方が含まれる。Y方向及びZ方向についても同様である。 In this specification, when a direction needs to be expressed as either positive or negative, it is indicated by adding a positive or negative sign, such as "+X direction" and "-X direction." Furthermore, when a direction is expressed without distinguishing between positive and negative, it is simply referred to as "X direction." In other words, in this specification, when simply referring to the "X direction," it includes both the "+X direction" and the "-X direction." The same applies to the Y direction and the Z direction.

水平垂直座標系は、小文字の「x」「y」「z」を用いて表現された、3軸によって決定される座標系である。水平垂直座標系は、鉛直方向をy軸(上方向を+y方向とする)とし、y軸及びカメラ座標系のZ軸と直交する方向をx軸とし、y軸及びx軸に直交する方向をz軸とする、x-y-z座標系である。なお、z軸は、カメラ座標系のZ軸との交差角度が90°以下となる方向を+z方向とするように、正負が定義される。x軸の正負方向は、y軸、z軸の方向に対して左手系となるように定められる。なお、カメラ座標系及び水平垂直座標系は、共に深度カメラ11の撮像面の中心位置が原点O(図5参照)とされている。 The horizontal-vertical coordinate system is a coordinate system determined by three axes expressed using lowercase "x," "y," and "z." It is an x-y-z coordinate system with the vertical direction as the y-axis (the upward direction is the +y direction), the direction perpendicular to the y-axis and the Z-axis of the camera coordinate system as the x-axis, and the direction perpendicular to the y-axis and x-axis as the z-axis. The z-axis is defined as positive or negative so that the direction at which it intersects with the Z-axis of the camera coordinate system at an angle of 90° or less is the +z direction. The positive and negative directions of the x-axis are defined as a left-handed system with respect to the directions of the y-axis and z-axis. The origin O (see Figure 5) of both the camera coordinate system and the horizontal-vertical coordinate system is the center position of the imaging surface of the depth camera 11.

このように設定されたカメラ座標系と水平垂直座標系とは、図5に示すような関係を示す。図5において、鉛直方向に対応する水平垂直座標系のy軸を基準としたときの、深度カメラ11の正面方向に対応するカメラ座標系のZ軸がなす角度ψを、以下では「見上げ角」と称する。 The relationship between the camera coordinate system and the horizontal-vertical coordinate system set in this way is shown in Figure 5. In Figure 5, the angle ψ between the Z axis of the camera coordinate system, which corresponds to the front direction of the depth camera 11, and the y axis of the horizontal-vertical coordinate system, which corresponds to the vertical direction, is referred to below as the "upward angle."

図2~図4では、X-Y-Z座標系で規定されるカメラ座標系の各軸方向、及び/又は、x-y-z座標系で規定される水平垂直座標系の各軸方向が、参考のために図示されている。以下の図面においても、同様である。ただし、図2及び図4では、説明の簡便のため、x方向が水平面に平行な方向であるものとされている。 In Figures 2 to 4, the axial directions of the camera coordinate system defined by the X-Y-Z coordinate system and/or the axial directions of the horizontal and vertical coordinate systems defined by the x-y-z coordinate system are shown for reference. This also applies to the following drawings. However, for ease of explanation, in Figures 2 and 4, the x direction is assumed to be parallel to the horizontal plane.

型枠2の直上の位置は、コンクリートポンプの排出口と干渉するおそれがある。このため、図2及び図4に図示されるように、深度カメラ11は、型枠2の上端部よりも鉛直上方であって、打設予定領域を斜め下方に見下ろす位置に設置される。 A position directly above the formwork 2 could interfere with the concrete pump outlet. For this reason, as shown in Figures 2 and 4, the depth camera 11 is installed vertically above the top end of the formwork 2, in a position that overlooks the planned pouring area diagonally downward.

(ステップS3:基準マーカーの設置)
深度カメラ11の撮像可能領域11i内(図3A参照)に、基準マーカー13が設置される。図2及び図4では、基準マーカー13が、深度カメラ11が設置されている支柱15に取り付けられている例が図示されている。
(Step S3: Setting of reference markers)
A reference marker 13 is installed within the image capturing area 11i (see FIG. 3A) of the depth camera 11. In FIGS. 2 and 4, an example is shown in which the reference marker 13 is attached to a support 15 on which the depth camera 11 is installed.

基準マーカー13は、後述するように深度カメラ11によって撮像されると共に、この撮像画像上に映し出されている基準マーカー13の画素位置の情報に基づいて、水平垂直座標系をカメラ座標系に変換する際に利用される。打設現場には、通常、フレッシュコンクリート、足場などを形成するための鉄パイプ、及び型枠2が存在する。このため、深度カメラ11による撮像画像には、これらのコンクリート、鉄パイプ、型枠2、及び地面が映り込むことが想定される。基準マーカー13は、撮像画像から、コンクリート、鉄パイプ、型枠2、及び地面とは識別可能な態様で設けられる。具体的には、基準マーカー13としては、コンクリート、鉄パイプ、及び型枠とは色合いの異なる色(例えば、赤、黄緑等)のポールや、カメラ側の画像解析で認識可能な特定のパターン(例えば、ARマーカー等)が描かれたプレートを採用することができる。 The fiducial marker 13 is imaged by the depth camera 11, as described below, and is used to convert the horizontal-vertical coordinate system to the camera coordinate system based on the pixel position information of the fiducial marker 13 displayed in the captured image. At a concrete pouring site, fresh concrete, iron pipes for forming scaffolding, and formwork 2 are typically present. Therefore, it is expected that the concrete, iron pipes, formwork 2, and ground will be reflected in the image captured by the depth camera 11. The fiducial marker 13 is positioned in a manner that allows it to be distinguished from the concrete, iron pipes, formwork 2, and ground in the captured image. Specifically, the fiducial marker 13 can be a pole of a color (e.g., red, yellow-green, etc.) different from the concrete, iron pipes, and formwork, or a plate with a specific pattern (e.g., an AR marker) that can be recognized by image analysis on the camera side.

基準マーカー13は、撮像画像上で基準マーカー13の中心位置を検知できるよう、一定程度の大きさを有するのが好ましい。例えば、基準マーカー13は、撮像画像上において3×3ピクセル以上の大きさを占有する程度の大きさであるのが好適である。なお、ARマーカーによって基準マーカー13が実現されている場合には、撮像画像上において、基準マーカー13がARマーカーの解析に必要な最小ピクセル数以上の大きさを占有するよう、その大きさが設定される。 It is preferable that the reference marker 13 has a certain size so that the center position of the reference marker 13 can be detected on the captured image. For example, it is preferable that the reference marker 13 is large enough to occupy an area of 3 x 3 pixels or more on the captured image. Note that if the reference marker 13 is realized by an AR marker, the size of the reference marker 13 is set so that it occupies an area on the captured image that is equal to or larger than the minimum number of pixels required for AR marker analysis.

本実施形態では、基準マーカー13は、深度カメラ11に対して鉛直下方の位置に設置される。このように設置することで、水平垂直座標系をカメラ座標系に変換する際の演算量が削減される。しかし、本発明において、基準マーカー13の設置位置は、深度カメラ11の撮像可能領域11i内である限りにおいて、深度カメラ11に対して鉛直下方の位置には限定されない。 In this embodiment, the reference marker 13 is installed vertically below the depth camera 11. Installing it in this manner reduces the amount of calculation required when converting the horizontal-vertical coordinate system to the camera coordinate system. However, in the present invention, the installation position of the reference marker 13 is not limited to a position vertically below the depth camera 11, as long as it is within the imageable area 11i of the depth camera 11.

なお、基準マーカー13を設置するに際し、支柱15、型枠2、又は足場の一部に所定の色の塗料で印をつけるものとしても構わない。 When installing the reference marker 13, it is also possible to mark the support 15, formwork 2, or part of the scaffolding with paint of a specified color.

(ステップS5:検知用仮想点の配列)
演算処理によって、打設予定領域内に、複数の検知用仮想点が既定の規則で仮想的に配列される。図6は、複数の検知用仮想点が仮想的に配列された状態を、模式的に示す図面である。
(Step S5: Array of virtual points for detection)
By the calculation process, a plurality of virtual detection points are virtually arranged in the planned concrete pouring area according to a predetermined rule. Fig. 6 is a diagram showing a schematic diagram of a state in which a plurality of virtual detection points are virtually arranged.

設計図面等により、予め打設予定領域の寸法が知られている場合が多い。また、仮に打設予定領域の寸法が不明である場合であっても、既に型枠2が設置されている場合には、型枠2で囲まれた領域の寸法を計測することで、打設予定領域の平面方向に係る寸法を把握することができる。なお、打設高さ(打設予定上面6の高さ)に関する情報は、打設作業の開始時点において通常知られている。 In many cases, the dimensions of the planned pouring area are known in advance from design drawings, etc. Even if the dimensions of the planned pouring area are unknown, if formwork 2 has already been installed, the dimensions of the planned pouring area in the horizontal direction can be determined by measuring the dimensions of the area enclosed by formwork 2. Note that information about the pouring height (height of the planned pouring top surface 6) is usually known at the start of pouring work.

このステップS5では、打設予定領域の底面5上に、面方向に関して所定の間隔で複数の仮想的な点(検知用仮想点30)を配置する。そして、底面5上に配置されたそれぞれの検知用仮想点30の座標位置から、打設予定上面6の高さ位置まで、鉛直方向に複数の検知用仮想点30を所定の間隔で配置する。なお、この検知用仮想点30の配置は、あくまで、演算処理上で行われるものであるため、実際に作業員が打設現場で物理的なマーカーを配置する必要はない。 In step S5, multiple virtual points (detection virtual points 30) are placed on the bottom surface 5 of the planned pouring area at a predetermined interval in the surface direction. Then, multiple detection virtual points 30 are placed at a predetermined interval in the vertical direction from the coordinate position of each detection virtual point 30 placed on the bottom surface 5 to the height position of the planned pouring top surface 6. Note that the placement of these detection virtual points 30 is performed purely through computation, so there is no need for workers to actually place physical markers at the pouring site.

検知用仮想点30の配列形状は限定されない。一例として、図6に図示されるように、複数の検知用仮想点30は、直方体形状の外周面上及びその内部位置に配置されるものとしても構わない。別の例として、図7に図示されるように、複数の検知用仮想点30は、円柱形状の外周面上及びその内部位置に配置されるものとしても構わない。 The arrangement of the detection virtual points 30 is not limited. As an example, as shown in FIG. 6, multiple detection virtual points 30 may be arranged on the outer surface of a rectangular parallelepiped or at positions inside the rectangular parallelepiped. As another example, as shown in FIG. 7, multiple detection virtual points 30 may be arranged on the outer surface of a cylindrical shape or at positions inside the cylindrical shape.

図6及び図7では、検知用仮想点30が、打設予定領域の底面5の高さ位置から打設予定上面6の高さ位置まで配置されている場合が示されている。しかし、底面5よりも低い位置から検知用仮想点30が配置されていても構わないし、逆に、打設予定上面6の高さ位置よりも高い位置まで検知用仮想点30が配置されていても構わない。このステップS5では、検知用仮想点30が三次元的に配置されてなる空間内に、打設予定領域が含まれるよう検知用仮想点30が配置される。 Figures 6 and 7 show a case where the detection virtual points 30 are arranged from the height position of the bottom surface 5 of the planned pouring area to the height position of the planned pouring top surface 6. However, the detection virtual points 30 may be arranged from a position lower than the bottom surface 5, or conversely, the detection virtual points 30 may be arranged to a position higher than the height position of the planned pouring top surface 6. In this step S5, the detection virtual points 30 are arranged so that the planned pouring area is included in the space in which the detection virtual points 30 are arranged three-dimensionally.

ただし、このステップS5で行われる演算処理としては、配置される各検知用仮想点30の相対的な座標位置を決定する処理とすることができる。例えば、特定の検知用仮想点31の位置を基準とした、各検知用仮想点30の3次元ベクトルが決定される。 However, the calculation process performed in step S5 can be a process for determining the relative coordinate positions of each virtual detection point 30 to be placed. For example, a three-dimensional vector of each virtual detection point 30 is determined, with the position of a specific virtual detection point 31 as the reference point.

ところで、後述するステップS9及びステップS11は、演算処理装置によって実行される。図8は、この演算処理装置の構成を模式的に示す機能ブロック図である。本ステップS5の実行によって得られた各検知用仮想点30の相対的な座標位置に関する情報は、演算処理装置20の記憶部22に記録される。記憶部22は、情報を格納する記録媒体であり、例えば不揮発性メモリやハードディスクである。 Steps S9 and S11, which will be described later, are executed by a processing unit. Figure 8 is a functional block diagram that schematically shows the configuration of this processing unit. Information regarding the relative coordinate positions of each detection virtual point 30 obtained by executing step S5 is recorded in the memory unit 22 of the processing unit 20. The memory unit 22 is a recording medium that stores information, such as a non-volatile memory or a hard disk.

このステップS5と、後述するステップS9及びステップS11とが、同一の演算処理装置20で実行されるものとしても構わない。この場合、本ステップS5は、演算処理装置20の演算実行部21で行われる。演算実行部21は、演算処理を行う機能的手段であり、典型的には、プログラムを実行することのできるプロセッサである。 This step S5 and steps S9 and S11, which will be described later, may be executed by the same arithmetic processing device 20. In this case, this step S5 is performed by the arithmetic execution unit 21 of the arithmetic processing device 20. The arithmetic execution unit 21 is a functional means for performing arithmetic processing, and is typically a processor capable of executing programs.

本ステップS5では、各検知用仮想点30の相対的な座標位置を確定するための基準位置として、深度カメラ11の設置位置とすることができる。すなわち、深度カメラ11の設置位置に対する相対的な位置関係が既知である検知用仮想点30を、相対座標の基準とされた特定の検知用仮想点31とすることで、各検知用仮想点30の深度カメラ11に対する相対的な座標位置を確定させることができる。一例として、図9に示すように、打設予定領域の底面5上であって、且つ、深度カメラ11から鉛直下方の位置に設置された検知用仮想点30を、特定の検知用仮想点31とすることができる。この場合、打設高さy6、及び打設予定上面6に対する深度カメラ11の設置高さy11に関する値によって、各検知用仮想点30の深度カメラ11に対する相対的な座標位置を確定できる。 In step S5, the installation position of the depth camera 11 can be used as the reference position for determining the relative coordinate position of each detection virtual point 30. In other words, by using a detection virtual point 30 whose relative positional relationship with the installation position of the depth camera 11 is known as a specific detection virtual point 31 used as the reference for relative coordinates, the coordinate position of each detection virtual point 30 relative to the depth camera 11 can be determined. As an example, as shown in FIG. 9, a detection virtual point 30 installed on the bottom surface 5 of the planned pouring area and vertically below the depth camera 11 can be used as the specific detection virtual point 31. In this case, the coordinate position of each detection virtual point 30 relative to the depth camera 11 can be determined based on the values related to the pouring height y6 and the installation height y11 of the depth camera 11 relative to the planned pouring top surface 6.

上記のように、打設予定領域の底面5上であって、且つ、深度カメラ11から鉛直下方の位置に設置された検知用仮想点30を、基準となる検知用仮想点31とする。上述したように、水平垂直座標系では、深度カメラ11の設置位置が原点Oとされているため、検知用仮想点31の水平垂直座標系における座標は (x, y, z) = (0, -(y11+y6), 0)である。 As described above, the detection virtual point 30, which is installed on the bottom surface 5 of the planned pouring area and vertically below the depth camera 11, is set as the reference detection virtual point 31. As described above, in the horizontal-vertical coordinate system, the installation position of the depth camera 11 is set as the origin O, so the coordinates of the detection virtual point 31 in the horizontal-vertical coordinate system are (x, y, z) = (0, -(y11+y6), 0).

打設予定領域の底面5は、水平垂直座標系における、y = -(y11+y6) の平面に対応する。この平面上に、複数の検知用仮想点30が配置される。y = -(y11+y6) の平面に配置された複数の検知用仮想点30を、便宜上、「底面基準点群」と呼ぶ。図6及び図7を参照して上述したように、底面基準点は、格子状に配列しても構わないし、円周上に配列しても構わない。ただし、底面基準点群は、少なくとも型枠2の内側に位置する打設予定領域の底面5の全体に分布するよう、配置される。このとき、底面基準点群の一部が打設予定領域の外側に位置しても構わない。 The bottom surface 5 of the planned pouring area corresponds to the plane y = -(y11 + y6) in the horizontal-vertical coordinate system. Multiple detection virtual points 30 are arranged on this plane. For convenience, the multiple detection virtual points 30 arranged on the plane y = -(y11 + y6) are referred to as the "bottom reference point group." As described above with reference to Figures 6 and 7, the bottom reference points may be arranged in a grid pattern or on a circumference. However, the bottom reference point group is arranged so that it is distributed over the entire bottom surface 5 of the planned pouring area, which is located at least inside the formwork 2. In this case, it is acceptable for part of the bottom reference point group to be located outside the planned pouring area.

n個(nは自然数)の底面基準点が配置された場合、i番目(iはn以下の自然数)の底面基準点の水平垂直座標系における座標は (x, y, z) = (xi, -(y11+y6), zi)と規定される。 When n (n is a natural number) bottom reference points are placed, the coordinates of the i-th (i is a natural number less than or equal to n) bottom reference point in the horizontal-vertical coordinate system are defined as (x, y, z) = (x i , -(y11+y6), z i ).

打設予定領域の上面6は、水平垂直座標系における y = -y11 の平面に対応する。この平面は、底面基準点群を構成する平面 y = -(y11+y6) から鉛直上方すなわち+y方向に y6 だけ進んだ位置に対応する。y = -y11 の平面に配置された複数の検知用仮想点30を、便宜上、「打設面基準点群」と呼ぶ。n個の打設面基準点が配置された場合、i番目の打設面基準点の水平垂直座標系における座標は (x, y, z) = (xi, -y11, zi)と規定される。 The top surface 6 of the planned pouring area corresponds to the plane y = -y11 in the horizontal-vertical coordinate system. This plane corresponds to a position y6 vertically upward, i.e., in the +y direction, from the plane y = -(y11 + y6) that constitutes the bottom surface reference point group. For convenience, the multiple detection virtual points 30 arranged on the plane y = -y11 are referred to as the "pouring surface reference point group." When n pouring surface reference points are arranged, the coordinates of the i-th pouring surface reference point in the horizontal-vertical coordinate system are defined as (x, y, z) = ( xi , -y11, zi ).

次に、底面基準点群と、それぞれの鉛直上方に位置する打設面基準点群との間を、m分割するように(mは自然数)、複数の検知用仮想点30が配置される。例えば、i番目の底面基準点から鉛直上方に向かって数えたときにj番目(mはj以下の自然数)となる検知用仮想点30の水平垂直座標系における座標は (x, y, z) = (xi, -(y11+y6)+(y11×(j/m)), zi)と規定される。このように検知用仮想点30を配置する場合、配置される検知用仮想点30の総数はn×m個となる。 Next, multiple detection virtual points 30 are placed so as to divide the space between the bottom surface reference point group and the pouring surface reference point group located vertically above them into m divisions (m is a natural number). For example, the coordinates in the horizontal-vertical coordinate system of the jth detection virtual point 30 (m is a natural number equal to or less than j) when counting vertically upward from the i-th bottom surface reference point are defined as (x, y, z) = ( xi , -(y11 + y6) + (y11 × (j/m)), zi ). When the detection virtual points 30 are placed in this manner, the total number of placed detection virtual points 30 is n × m.

このように検知用仮想点30を配置する場合、各検知用仮想点30の水平垂直座標系における座標が特定される。上記のように、水平垂直座標系では、深度カメラ11の設置位置が原点Oとされているため、確定された各検知用仮想点30の座標位置は、深度カメラ11に対する相対的な座標位置に対応する。なお、深度カメラ11の設置位置が非原点である場合には、確定された検知用仮想点30の座標情報を、水平垂直座標系における深度カメラ11の座標を基準とした3次元ベクトルに変換すれば、同様に各検知用仮想点30の深度カメラ11に対する相対的な座標位置を得ることができる。 When the detection virtual points 30 are arranged in this manner, the coordinates of each detection virtual point 30 in the horizontal-vertical coordinate system are identified. As described above, in the horizontal-vertical coordinate system, the installation position of the depth camera 11 is set as the origin O, so the determined coordinate position of each detection virtual point 30 corresponds to the relative coordinate position with respect to the depth camera 11. Note that if the installation position of the depth camera 11 is not the origin, the coordinate information of the determined detection virtual point 30 can be converted into a three-dimensional vector based on the coordinates of the depth camera 11 in the horizontal-vertical coordinate system, and the relative coordinate position of each detection virtual point 30 with respect to the depth camera 11 can similarly be obtained.

なお、ステップS1、ステップS3、及びステップS5について、その実行順序は任意である。 Note that steps S1, S3, and S5 may be performed in any order.

(ステップS7:深度カメラによる撮影)
ステップS1、ステップS3、及びステップS5の実行後、深度カメラ11によって、型枠2で囲まれてなる打設予定領域が撮像される。なお、図3Aを参照して上述したように、ステップS3において、基準マーカー13が深度カメラ11の撮像可能領域11i内に設置されている。このため、本ステップS7では、打設予定領域と共に基準マーカー13についても、深度カメラ11で撮像される。得られた撮像画像に関するデータ11dは、深度カメラ11から演算処理装置20に送られる。演算処理装置20は、送受信部23において撮像データ11dを受信すると、記憶部22に格納する(図8参照)。送受信部23は、深度カメラ11との間で情報の授受を行うための通信インタフェースである。ただし、深度カメラ11の撮像情報を、SDカード等の記録媒体を通じて演算処理装置20に入力してもよい。
(Step S7: Photographing with depth camera)
After steps S1, S3, and S5 are performed, the depth camera 11 captures an image of the planned pouring area surrounded by the formwork 2. As described above with reference to FIG. 3A, in step S3, the reference marker 13 is installed within the imageable area 11i of the depth camera 11. Therefore, in step S7, the depth camera 11 captures an image of the planned pouring area as well as the reference marker 13. Data 11d related to the obtained captured image is sent from the depth camera 11 to the arithmetic processing device 20. When the arithmetic processing device 20 receives the image data 11d via the transmitter/receiver 23, it stores the data in the memory 22 (see FIG. 8). The transmitter/receiver 23 is a communication interface for exchanging information with the depth camera 11. However, the image information of the depth camera 11 may be input to the arithmetic processing device 20 via a recording medium such as an SD card.

なお、本実施形態においては、深度カメラ11による撮像可能領域11iの一部が、図3Bに示すように、型枠2の外側を含むものとしても構わない。 In this embodiment, part of the imageable area 11i of the depth camera 11 may include the outside of the formwork 2, as shown in Figure 3B.

(ステップS9:画素仮想点の確定)
深度カメラ11で撮像された撮像画像に基づいて、撮像画像上の各画素と検知用仮想点30とを対応付ける演算処理が、演算処理装置20において行われる。より詳細には、記憶部22に記録された、撮像データ11dと各検知用仮想点30の座標位置に関する情報とに基づいて、演算実行部21において、撮像画像上の各画素と検知用仮想点30とを対応付ける処理が行われる。本明細書では、各画素に対応付けられた検知用仮想点30を、「画素仮想点」と称する。この処理の実行に際し、具体的には、ステップS5で行われた各検知用仮想点30の水平垂直座標系における座標位置を、カメラ座標系における座標位置に変換する処理が行われる。この座標変換の方法について、図10~図11を参照して説明する。
(Step S9: Determine virtual pixel point)
Based on the captured image captured by the depth camera 11, the arithmetic processing unit 20 performs a computation process of associating each pixel on the captured image with a virtual detection point 30. More specifically, based on the image data 11d and information related to the coordinate positions of each virtual detection point 30 recorded in the storage unit 22, the computation execution unit 21 performs a process of associating each pixel on the captured image with a virtual detection point 30. In this specification, the virtual detection points 30 associated with each pixel are referred to as "pixel virtual points." Specifically, when performing this process, a process of converting the coordinate positions of each virtual detection point 30 in the horizontal-vertical coordinate system performed in step S5 into coordinate positions in the camera coordinate system is performed. This coordinate conversion method will be described with reference to FIGS. 10 and 11 .

図10は、X-Y-Z座標系で規定されるカメラ座標系の空間内に設置された任意の点Pが示す、深度カメラ11に対する向きを説明するための図面である。深度カメラ11に対する向きは、左右角θと上下角φとで規定される。 Figure 10 is a diagram illustrating the orientation of an arbitrary point P placed in the space of the camera coordinate system defined by the X-Y-Z coordinate system, relative to the depth camera 11. The orientation relative to the depth camera 11 is defined by the left-right angle θ and the up-down angle φ.

左右角θとは、対象点をカメラ座標系のXZ平面に投影したときの投影点と原点を結ぶ線分と、Z軸とのなす角度で規定される。図10に示す点Pを対象点の例に挙げれば、点PをXZ平面に投影したときの投影点Pxzと原点Oとを結ぶ線分と、Z軸とがなす角度θpが、点Pの左右角に対応する。点PのX座標が負の値の場合、左右角θpは負の値とされる。 The left-right angle θ is defined as the angle between the Z axis and the line segment connecting the projection point and the origin when the target point is projected onto the XZ plane of the camera coordinate system. Taking point P shown in Figure 10 as an example of the target point, the angle θp formed by the line segment connecting projection point Pxz and origin O when point P is projected onto the XZ plane and the Z axis corresponds to the left-right angle of point P. If the X coordinate of point P is a negative value, the left-right angle θp will be a negative value.

上下角φとは、対象点と原点とを結ぶ線分と、対象点をXZ平面に投影したときの前記投影点と原点とを結ぶ線分とのなす角度で規定される。図10に示す点Pを例に挙げれれば、点Pと原点Oとを結ぶ線分と、投影点Pxzと原点Oとを結ぶ線分とがなす角度φpが、点Pの上下角に対応する。ただし、点PのY座標が負の値の場合、上下角φpは負の値とされる。 The vertical angle φ is defined as the angle between the line segment connecting the target point and the origin and the line segment connecting the target point and the origin when the target point is projected onto the XZ plane. Taking point P in Figure 10 as an example, the angle φp formed by the line segment connecting point P and the origin O and the line segment connecting projected point Pxz and the origin O corresponds to the vertical angle of point P. However, if the Y coordinate of point P is a negative value, the vertical angle φp will be a negative value.

カメラ座標系における点Pの座標 (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp)、左右角θp、上下角φp、及び深度カメラ11から点Pまでの距離Dpの間には、幾何学的規則により以下の(1)~(3)式が成立する。 The following equations (1) to (3) hold true according to geometric rules between the coordinates (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp) of point P in the camera coordinate system, the left-right angle θp, the up-down angle φp, and the distance Dp from the depth camera 11 to point P.

逆に、点Pが、深度カメラ11に対する向き(左右角θp、上下角φp)、及び深度カメラ11との離間距離Dpが既知である場合、この点Pのカメラ座標系における座標 (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp)は、幾何学的規則に基づき、以下の(4)~(6)式によって求められる。 Conversely, if the orientation of point P relative to the depth camera 11 (left-right angle θp, up-down angle φp) and the distance Dp from the depth camera 11 are known, the coordinates of point P in the camera coordinate system (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp) can be calculated using the following equations (4) to (6) based on geometric rules.

深度カメラ11は、一般的に、横方向にα個、縦方向にβ個の画素が配列されている(α、βは自然数)。そして、これら複数の画素が占める長方形状を呈した撮像可能領域11iが確定される。深度カメラ11では、画素ごとに、深度カメラ11の正面方向に対してどの向きを撮像するか、すなわち、画素に対応する左右角θと上下角φとが定められている。更に、深度カメラ11では、画素ごとに、撮像対象物と深度カメラ11との距離Dを取得できる。 The depth camera 11 generally has an array of α pixels horizontally and β pixels vertically (α and β are natural numbers). These pixels define a rectangular imageable area 11i. For each pixel, the depth camera 11 determines the direction in which the image is captured relative to the front direction of the depth camera 11, i.e., the horizontal angle θ and vertical angle φ corresponding to the pixel. Furthermore, the depth camera 11 can obtain the distance D between the object being imaged and the depth camera 11 for each pixel.

従って、深度カメラ11によって得られた撮像画像から、上記(4)~(6)式の演算によって、撮像画像上に映し出されている各画素の、カメラ座標系における座標位置が求められる。 Therefore, the coordinate position in the camera coordinate system of each pixel shown in the captured image obtained by the depth camera 11 can be determined by calculating the above equations (4) to (6).

なお、深度カメラ11は、標準的には、正面方向を中心に、左右にそれぞれθc、上下にそれぞれφcの範囲が画角として定められており、この画角を超える範囲については撮像することができない。つまり、撮像する左右角の範囲を-θc≦θ≦θc、上下角の範囲を-φc≦φ≦φcとすると、これらを満足しない向きにある点は深度カメラ11の撮像範囲外であることが認識できる。 Note that the depth camera 11 is typically defined with a field of view of θc on the left and right and φc on the up and down sides, centered on the front direction, and is unable to capture an image beyond this field of view. In other words, if the range of the left and right angles to be captured is -θc ≦ θ≦ θc and the range of the up and down angles is -φc ≦ φ≦ φc , then points in directions that do not satisfy these can be recognized as being outside the imaging range of the depth camera 11.

上述したように、ステップS3において基準マーカー13が設置されている。ここでは、演算処理数の削減の観点から、基準マーカー13が深度カメラ11に対して鉛直下方の位置に設置されているものとする。図11は、基準マーカー10を含む撮像可能領域11iと、深度カメラ11の位置関係を模式的に示す図面である。 As described above, the reference marker 13 is placed in step S3. Here, from the perspective of reducing the number of calculations, the reference marker 13 is placed vertically below the depth camera 11. Figure 11 is a diagram that schematically shows the positional relationship between the imageable area 11i, which includes the reference marker 10, and the depth camera 11.

撮像画像上において、基準マーカー10の位置が左右方向(X方向)の中央に位置している場合、深度カメラ11に対する基準マーカー10の位置の左右角θは、θ=0である。ここで、図11に示すように、基準マーカー13を捉えた画素における深度カメラ11に対する上下角φを、φ=φmであるとする。 When the reference marker 10 is positioned at the center of the left-right direction (X direction) on the captured image, the left-right angle θ of the position of the reference marker 10 relative to the depth camera 11 is θ = 0. Here, as shown in Fig. 11, the up-down angle φ of the pixel capturing the reference marker 13 relative to the depth camera 11 is assumed to be φ = φ m .

図11に示す上下角φmは、鉛直方向に対する深度カメラ11の撮像光軸がなす角度、すなわち図5を参照して上述した見上げ角ψに一致する。このように、基準マーカー13は、撮像画像上に映し出された画素位置から見上げ角ψを算定する際に利用される。 The vertical angle φ m shown in Fig. 11 is the angle formed by the imaging optical axis of the depth camera 11 with respect to the vertical direction, i.e., coincides with the upward angle ψ described above with reference to Fig. 5. In this way, the reference marker 13 is used when calculating the upward angle ψ from the pixel position displayed on the captured image.

なお、基準マーカ-13が深度カメラ11の鉛直下方にない場合であっても、深度カメラ11と基準マーカー13の設置位置に関する相対的な位置関係と、基準マーカー13を映し出している撮像画像上の画素に対応する左右角θ及び上下角φに基づいて、幾何学的手法に基づく演算により見上げ角ψを算定できる。 Even if the reference marker 13 is not located vertically below the depth camera 11, the upward angle ψ can be calculated using a geometric calculation based on the relative positional relationship between the installation positions of the depth camera 11 and the reference marker 13, and the left-right angle θ and the up-down angle φ corresponding to the pixel on the captured image showing the reference marker 13.

空間上における点Pの水平垂直座標系における座標情報を、カメラ座標系における座標情報に変換する手法について、図5を参照して説明する。図5によればx-y-z座標系で規定される水平垂直座標系を、x軸を固定した状態でy軸及びz軸を - (90-ψ)°回転させると、X-Y-Z座標系で規定されるカメラ座標系に一致することが理解される。 A method for converting coordinate information in the horizontal-vertical coordinate system of point P in space into coordinate information in the camera coordinate system will be explained with reference to Figure 5. It can be seen from Figure 5 that if the horizontal-vertical coordinate system defined by the x-y-z coordinate system is rotated by -(90-ψ) degrees around the y-axis and z-axis while keeping the x-axis fixed, it will coincide with the camera coordinate system defined by the X-Y-Z coordinate system.

つまり、図5に示すように、空間上における点Pの水平垂直座標系における座標が (x, y, z) = (xp, yp, zp)であるとすると、この点のカメラ座標系における座標 (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp) は、以下の(7)~(9)式によって算定される。 That is, as shown in FIG. 5, if the coordinates of point P in space in the horizontal-vertical coordinate system are (x, y, z) = ( xp , yp , zp ), the coordinates of this point in the camera coordinate system, (X, Y, Z) = ( Xp , Yp , Zp ), are calculated using the following equations (7) to (9).

なお、逆に、空間上における点Pのカメラ座標系における座標 (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp) が既知である場合には、この点Pの水平垂直座標系における座標 (x, y, z) = (xp, yp, zp)は、以下の(10)~(12)式によって算定される。 Conversely, if the coordinates (X, Y, Z) = (Xp, Yp, Zp) of point P in space in the camera coordinate system are known, the coordinates ( x , y, z) = ( xp , yp , zp ) of this point P in the horizontal-vertical coordinate system can be calculated using the following equations (10) to (12).

上記では、説明の簡便のため、深度カメラ11のカメラ座標系における左右方向、すなわちX軸が、水平面に平行である場合を例に挙げて説明した。しかし、深度カメラ11が、撮像光軸すなわちZ軸を回転軸とした回転方向に傾いている場合、すなわちX軸が水平面に非平行である場合であっても、上記に準じた幾何学的手法に基づく演算処理により、カメラ座標系と水平垂直座標系とを相互に変換することが可能である。 For ease of explanation, the above description has been given using an example in which the left-right direction in the camera coordinate system of the depth camera 11, i.e., the X-axis, is parallel to the horizontal plane. However, even if the depth camera 11 is tilted in the direction of rotation around the imaging optical axis, i.e., the Z-axis, as the rotation axis, i.e., the X-axis is not parallel to the horizontal plane, it is possible to convert between the camera coordinate system and the horizontal-vertical coordinate system using calculation processing based on a geometric method similar to that described above.

上述したステップS5により、各検知用仮想点30の深度カメラ11に対する相対的な座標、すなわち水平垂直座標系における座標情報が得られている。また、本ステップS9では、上述したように、撮像画像上に映し出されている基準マーカー13の画素位置に基づいて、見上げ角ψが算定されている。よって、上記(10)~(12)式に準じて、各検知用仮想点30の、カメラ座標系における座標情報を得ることができる。 In step S5 described above, the relative coordinates of each virtual detection point 30 with respect to the depth camera 11, i.e., coordinate information in the horizontal-vertical coordinate system, are obtained. Furthermore, in step S9, as described above, the upward angle ψ is calculated based on the pixel position of the reference marker 13 displayed on the captured image. Therefore, in accordance with equations (10) to (12) above, coordinate information in the camera coordinate system for each virtual detection point 30 can be obtained.

各検知用仮想点30のカメラ座標系における座標情報、より詳細にはX座標及びY座標に基づいて、深度カメラ11の撮像可能領域11i内に位置する検知用仮想点30が抽出される。各検知用仮想点30のカメラ座標系におけるX座標及びY座標を算定することは、各検知用仮想点30の深度カメラ11に対する向きを算定することと等価である。 Based on the coordinate information of each virtual detection point 30 in the camera coordinate system, more specifically the X and Y coordinates, virtual detection points 30 located within the imageable area 11i of the depth camera 11 are extracted. Calculating the X and Y coordinates of each virtual detection point 30 in the camera coordinate system is equivalent to calculating the orientation of each virtual detection point 30 relative to the depth camera 11.

抽出された検知用仮想点30のカメラ座標系における座標位置に対して、最も近似する座標位置の画素が特定される。この特定された画素が、上述した「画素仮想点」に対応する。なお、カメラ座標系におけるZ方向に複数の検知用仮想点30が重なっている場合、これら複数の検知用仮想点30が、同一の画素仮想点に対応付けられる場合がある。 The pixel at the coordinate position that most closely matches the coordinate position in the camera coordinate system of the extracted virtual detection point 30 is identified. This identified pixel corresponds to the "virtual pixel point" described above. Note that if multiple virtual detection points 30 overlap in the Z direction in the camera coordinate system, these multiple virtual detection points 30 may correspond to the same virtual pixel point.

次に、深度カメラ11による撮像可能領域11iが、図3Bに示すように、型枠2の外側の領域を含む場合について説明する。図12は、図3Bの態様で深度カメラ11によって撮像された画像を模式的に示す図面である。 Next, we will explain the case where the imageable area 11i of the depth camera 11 includes the area outside the formwork 2, as shown in Figure 3B. Figure 12 is a diagram that schematically shows an image captured by the depth camera 11 in the manner shown in Figure 3B.

図3Bに示すように、深度カメラ11による撮像可能領域11iが型枠2の外側を含む場合、得られた撮像画像においても、型枠2の外側が映り込む。また、この場合、撮像画像には、型枠2で囲まれている打設予定領域の一部のみが映り込むことが多い。 As shown in Figure 3B, if the imageable area 11i captured by the depth camera 11 includes the outside of the formwork 2, the outside of the formwork 2 will also be reflected in the captured image. In this case, the captured image will often only reflect a portion of the planned pouring area surrounded by the formwork 2.

撮像可能領域11i内において、型枠2の外側である領域11ibは、セメント混練体3が打設される対象となる領域ではない。このため、領域11ibは、打設状況の検知処理に係る演算対象から外す必要がある。 Within the imageable area 11i, area 11ib, which is outside the formwork 2, is not the area where the cement mixture 3 is to be poured. For this reason, area 11ib needs to be excluded from the calculations involved in the pouring status detection process.

そこで、本ステップS9では、上記の画素仮想点の確定処理に先駆けて、撮像画像を構成する各画素から、演算対象となる画素を確定する処理を行う。一例としては、図12に示すように、撮像画像を分析して、画像上に映り込んでいる型枠2の場所(典型的には型枠2の上端部の場所)を特定する。そして、型枠2上に位置する複数の点41を連続して結ぶと共に、これらの連続線と、撮像可能領域11iの外周とで確定される閉領域11iaを特定する。そして、この閉領域11ia内に存在する複数の画素と、検知用仮想点30とを対応付ける演算処理が、上述した方法によって演算処理装置20において行われる。つまり、図12に示す撮像画像の場合、領域11ib内に含まれる画素については、検知用仮想点30との間で対応付けを行う処理対象から外される。 Therefore, in step S9, prior to the process of determining the virtual pixel points, a process is performed to determine the pixels to be used for calculation from among the pixels constituting the captured image. As an example, as shown in FIG. 12, the captured image is analyzed to identify the location of the formwork 2 reflected in the image (typically the location of the upper end of the formwork 2). Then, multiple points 41 located on the formwork 2 are connected in series, and a closed area 11ia is identified, defined by these connected lines and the perimeter of the imageable area 11i. Then, the calculation processing device 20 performs a calculation process using the method described above to associate the multiple pixels present in this closed area 11ia with the virtual detection points 30. That is, in the case of the captured image shown in FIG. 12, the pixels included in area 11ib are excluded from the process of matching them with the virtual detection points 30.

なお、この閉領域11iaの特定に際しては、作業員が撮像画像を確認しながら演算処理装置20を用いて手入力によって対象となる点41をプロットする処理を含むものとしても構わない。また、別の方法としては、図12に示す撮像画像上に現れるコントラストの対比から、演算処理装置20が自動的に閉領域11iaを特定するものとしても構わない。 Note that the process of identifying this closed area 11ia may include a process in which an operator manually plots the target points 41 using the arithmetic processing device 20 while checking the captured image. Alternatively, the arithmetic processing device 20 may automatically identify the closed area 11ia based on a comparison of the contrast that appears on the captured image, as shown in FIG. 12.

(ステップS11:打設状況の検知)
上述したように、深度カメラ11では、画素ごとに、映し出された対象物と深度カメラ11との距離Dが得られる。この距離Dに関する情報は、撮像画像として、又は撮像画像と共に、記憶部22に格納される。つまり、演算実行部21は、記憶部22に格納された情報を読み出すことで、ステップS9で特定された画素仮想点に対応する画素が映し出す箇所の、深度カメラ11との距離(実測距離)を認識できる。
(Step S11: Detection of pouring status)
As described above, the depth camera 11 obtains the distance D between the captured object and the depth camera 11 for each pixel. Information about this distance D is stored as a captured image or together with the captured image in the storage unit 22. In other words, by reading out the information stored in the storage unit 22, the calculation execution unit 21 can recognize the distance (measured distance) between the depth camera 11 and the location captured by the pixel corresponding to the pixel virtual point identified in step S9.

また、ステップS5が実行されたことにより、記憶部22には、複数の検知用仮想点30の深度カメラ11に対する相対的な座標位置が記録されている。よって、演算実行部21は、記憶部22に格納された情報を読み出し、必要に応じて幾何学的手法に基づく演算処理を行うことで、ステップS9で特定された画素仮想点に対応する検知用仮想点30の、深度カメラ11との間の演算上の距離(演算距離)を認識できる。 Furthermore, by executing step S5, the relative coordinate positions of multiple detection virtual points 30 with respect to the depth camera 11 are recorded in the memory unit 22. Therefore, the calculation execution unit 21 can recognize the calculated distance (calculated distance) between the detection virtual point 30 corresponding to the pixel virtual point identified in step S9 and the depth camera 11 by reading the information stored in the memory unit 22 and performing calculation processing based on a geometric method as necessary.

まず、簡単のために、各画素仮想点には、単一の検知用仮想点30が対応付けられているものとする。各画素仮想点と深度カメラ11との間の実測距離が、画素仮想点に対応する検知用仮想点30と深度カメラ11との間の演算距離よりも大きい場合、深度カメラ11は、対象とされた検知用仮想点30よりも+Z方向を映し出していることを意味する。このことは、対象とされた検知用仮想点30のカメラ座標系におけるX座標及びY座標の位置において、Z方向に関して、検知用仮想点30と深度カメラ11との間に、撮像光を反射するような部材、すなわちセメント混練体3が映り込んでいないことを意味する。この場合、対象とされた検知用仮想点30の位置には、セメント混練体3が充填されていないと推定される。 First, for simplicity's sake, it is assumed that each pixel virtual point is associated with a single detection virtual point 30. If the measured distance between each pixel virtual point and the depth camera 11 is greater than the calculated distance between the detection virtual point 30 corresponding to the pixel virtual point and the depth camera 11, this means that the depth camera 11 is capturing an image in the +Z direction relative to the target detection virtual point 30. This means that at the X and Y coordinate positions of the target detection virtual point 30 in the camera coordinate system, no component that reflects imaging light, i.e., the cement mixture 3, is captured between the detection virtual point 30 and the depth camera 11 in the Z direction. In this case, it is estimated that the cement mixture 3 is not filled at the position of the target detection virtual point 30.

他方、各画素仮想点と深度カメラ11との間の実測距離が、画素仮想点に対応する検知用仮想点30と深度カメラ11との間の演算距離以下である場合、深度カメラ11は、対象とされた検知用仮想点30よりも-Z方向、すなわち深度カメラ11により近い位置を映し出していることを意味する。このことは、対象とされた検知用仮想点30のカメラ座標系におけるX座標及びY座標の位置において、Z方向に関して、検知用仮想点30と深度カメラ11との間に、セメント混練体3が映り込んでいることを意味する。つまり、対象となる検知用仮想点30の位置には、セメント混練体3が充填されていると推定される。 On the other hand, if the measured distance between each pixel virtual point and the depth camera 11 is less than the calculated distance between the detection virtual point 30 corresponding to the pixel virtual point and the depth camera 11, this means that the depth camera 11 is capturing a position closer to the depth camera 11 in the -Z direction than the target detection virtual point 30. This means that at the X and Y coordinate positions of the target detection virtual point 30 in the camera coordinate system, the cement mixture 3 is captured between the detection virtual point 30 and the depth camera 11 in the Z direction. In other words, it is estimated that the cement mixture 3 is filled at the position of the target detection virtual point 30.

同様の観点に立てば、一の画素仮想点に、複数の検知用仮想点30が対応付けられていた場合には、各画素仮想点と深度カメラ11との間の実測距離が、画素仮想点に対応する全ての検知用仮想点30と深度カメラ11との間の演算距離よりも大きい場合、深度カメラ11は、対象とされた全ての検知用仮想点30の位置にセメント混練体3が充填されていないと推定できる。また、画素仮想点と深度カメラ11との間の実測距離が、画素仮想点に対応するいずれかの検知用仮想点30と深度カメラ11との間の演算距離以下である場合には、この検知用仮想点30の位置にセメント混練体3が充填されていると推定される。 From a similar perspective, when multiple detection virtual points 30 are associated with one pixel virtual point, if the measured distance between each pixel virtual point and the depth camera 11 is greater than the calculated distance between all of the detection virtual points 30 corresponding to the pixel virtual point and the depth camera 11, the depth camera 11 can estimate that the cement mixture 3 has not been filled at the positions of all of the target detection virtual points 30. Furthermore, if the measured distance between the pixel virtual point and the depth camera 11 is less than or equal to the calculated distance between any of the detection virtual points 30 corresponding to the pixel virtual point and the depth camera 11, it can be estimated that the cement mixture 3 has been filled at the position of that detection virtual point 30.

詳細な一例として、演算実行部21は、撮像画像上の画素に対応付けられた全ての検知用仮想点30に対して上記の推定処理を実行する。更に、演算実行部21は、セメント混練体3が充填されていると判定された仮想点(以下、「充填対応仮想点」という。)の数と、セメント混練体3が充填されていないと判定された仮想点(以下、「非充填対応仮想点」という。)の数を計上する。そして、演算実行部21は、推定対象とされた検知用仮想点30の総数、すなわち、充填対応仮想点と非充填対応仮想点との合計数に対する、充填対応仮想点の比率を算定する。演算実行部21は、この算定結果に基づいて打設予定領域内のセメント混練体の充填率を算定し、出力部24に出力する。出力部24は、例えば表示用モニタである。なお、演算実行部21による算定結果は、送受信部23を介してスマートフォン等の他の操作端末に送信されても構わない。 As a detailed example, the calculation execution unit 21 performs the above estimation process on all detection virtual points 30 associated with pixels in the captured image. Furthermore, the calculation execution unit 21 counts the number of virtual points determined to be filled with the cement mixture 3 (hereinafter referred to as "filled virtual points") and the number of virtual points determined to be not filled with the cement mixture 3 (hereinafter referred to as "non-filled virtual points"). The calculation execution unit 21 then calculates the ratio of filled virtual points to the total number of detection virtual points 30 that are the subject of estimation, i.e., the total number of filled virtual points and non-filled virtual points. Based on this calculation result, the calculation execution unit 21 calculates the filling rate of the cement mixture in the planned pouring area and outputs it to the output unit 24. The output unit 24 is, for example, a display monitor. The calculation result by the calculation execution unit 21 may be transmitted to another operating terminal, such as a smartphone, via the transmission/reception unit 23.

なお、図12を参照して上述したように、閉領域11ia内に位置する画素についてのみ画素仮想点が特定された場合には、上記方法によれば、厳密には、打設予定領域内のうちの、閉領域11iaに対応した領域に関する充填率が算定されることになる。しかし、打設予定領域内の底面5は、実質的にはほぼ水平面とみなすことができる。そして、セメント混練体3の打設の進展に伴って、セメント混練体3の上面3aの高さは、xz平面上の座標位置によらず、概ね一定とみなすことができる。つまり、演算によって推定された、閉領域11iaに対応した領域内における充填率の値でもって、型枠2で囲まれてなる打設予定領域全体における充填率の値と近似することが可能である。 As described above with reference to Figure 12, if pixel virtual points are identified only for pixels located within closed region 11ia, then, strictly speaking, the above method calculates the filling rate for the region within the planned pouring area that corresponds to closed region 11ia. However, the bottom surface 5 within the planned pouring area can essentially be considered to be a nearly horizontal plane. Furthermore, as the pouring of the cement mixture 3 progresses, the height of the top surface 3a of the cement mixture 3 can be considered to be roughly constant, regardless of the coordinate position on the xz plane. In other words, the value of the filling rate within the region corresponding to closed region 11ia, estimated by calculation, can be used to approximate the value of the filling rate for the entire planned pouring area surrounded by formwork 2.

別の方法として、演算実行部21は、撮像画像上の画素に対応付けられた全ての検知用仮想点30に対して上記推定処理を実行した後、非充填対応仮想点に隣接する位置の充填対応仮想点を特定する。特定された充填対応仮想点は、セメント混練体3が充填されている箇所と充填されていない箇所との境界の位置に対応するため、以下では「充填境界仮想点」と称する。 As an alternative method, the calculation execution unit 21 performs the above estimation process on all detection virtual points 30 associated with pixels on the captured image, and then identifies a filled-corresponding virtual point adjacent to the non-filled-corresponding virtual point. The identified filled-corresponding virtual point corresponds to the boundary between the area filled with the cement mixture 3 and the area not filled with it, and is therefore referred to below as a "filled boundary virtual point."

演算実行部21は、特定された各充填境界仮想点を連絡する面を算出することで、現時点におけるセメント混練体3の打設面の高さを推定する。上述したように、打設予定高さ(y11 + y6)の値は既知であるから、打設予定高さに対する推定された打設面の高さの割合を算定することで、セメント混練体3の充填率を算出することも可能である。なお、閉領域11ia内に位置する画素についてのみ画素仮想点が特定された場合には、上記方法によれば、閉領域11iaに対応した領域内のセメント混練体3の打設面の高さが推定されることとなる。しかし、同様の理由により、閉領域11iaに対応した領域内の打設面の高さは、型枠2で囲まれてなる打設予定領域全体における打設面の高さと近似できるから、この推定高さの値に基づいて打設予定領域全体における充填率の値と近似することが可能である。 The calculation execution unit 21 estimates the current height of the pouring surface of the cement mixture 3 by calculating the surface connecting each of the identified fill boundary virtual points. As described above, since the value of the planned pouring height (y11 + y6) is known, it is also possible to calculate the filling rate of the cement mixture 3 by calculating the ratio of the estimated pouring surface height to the planned pouring height. Note that if pixel virtual points are identified only for pixels located within the closed region 11ia, the above method estimates the height of the pouring surface of the cement mixture 3 within the region corresponding to the closed region 11ia. However, for the same reason, the height of the pouring surface within the region corresponding to the closed region 11ia can be approximated to the height of the pouring surface in the entire planned pouring region surrounded by the formwork 2, and therefore it is possible to approximate the value of the filling rate in the entire planned pouring region based on the value of this estimated height.

打設予定領域の容積、又は打設予定領域の底面5の面積は、施工現場において既に知られているか又は容易に知ることができる場合が多い。このため、セメント混練体3の充填率の推定値が得られると、セメント混練体3の必要量を容易に算定できる。 The volume of the planned pouring area or the area of the bottom surface 5 of the planned pouring area is often already known or can be easily determined at the construction site. Therefore, once an estimate of the filling rate of the cement mixture 3 is obtained, the required amount of cement mixture 3 can be easily calculated.

上記ステップS7、ステップS9、及びステップS11を所定のタイミングで繰り返し実行することで、セメント混練体3の打設状況の経時的な変化を検知できる。ただし、本発明は、ステップS7、ステップS9、及びステップS11を1回だけ実行する場合を排除するものではない。 By repeatedly performing steps S7, S9, and S11 at predetermined times, it is possible to detect changes over time in the casting status of the cement mixture 3. However, the present invention does not exclude the case where steps S7, S9, and S11 are performed only once.

なお、上記実施形態では、深度カメラ11が、打設予定領域を斜め下方に撮像する場合を例に挙げて説明した。しかし、上記の手法は、仮に打設予定領域の上方において、鉛直下方に向かって撮像するように深度カメラ11を設置できた場合においても、適用が可能である。仮に、完全に鉛直下方を撮像するように深度カメラ11を設置できた場合には、理論的には、基準マーカー13を用いた座標系の変換作業は不要となる。しかしながら、実際には、撮像方向が完全に鉛直下方に向くように深度カメラ11の向きを調整する作業は、煩雑である。これに対し、基準マーカー13を用いて上記の手順で座標系を変換した上で、画素仮想点を確定させる処理は、演算処理装置20による演算処理により実行できるため、深度カメラ11の向きを厳密に調整する作業が不要となるという効果を奏する。 In the above embodiment, an example was described in which the depth camera 11 captures an image of the planned pouring area diagonally downward. However, the above technique can also be applied if the depth camera 11 can be installed above the planned pouring area so that it captures an image facing vertically downward. If the depth camera 11 could be installed so that it captures an image facing completely vertically downward, then in theory, there would be no need to convert the coordinate system using the reference marker 13. However, in reality, the task of adjusting the orientation of the depth camera 11 so that the imaging direction faces completely vertically downward is cumbersome. In contrast, the process of converting the coordinate system using the reference marker 13 using the above procedure and then determining the pixel virtual point can be performed by calculation processing by the calculation processing device 20, which has the advantage of eliminating the need to precisely adjust the orientation of the depth camera 11.

2 :型枠
3 :セメント混練体
3a :上面
5 :底面
6 :打設予定上面
10 :基準マーカー
11 :深度カメラ
11c :画角
11d :撮像データ
11i :撮像可能領域
11ia:閉領域
11ib:演算対象外領域
13 :基準マーカー
15 :支柱
20 :演算処理装置
21 :演算実行部
22 :記憶部
23 :送受信部
24 :出力部
30 :検知用仮想点
31 :検知用仮想点
41 :型枠上の点
42 :連続線
θp :左右角
φp :上下角
ψ :見上げ角
2: Formwork 3: Cement mixture 3a: Top surface 5: Bottom surface 6: Top surface to be poured 10: Reference marker 11: Depth camera 11c: Angle of view 11d: Image data 11i: Imageable area 11ia: Closed area 11ib: Area not subject to calculation 13: Reference marker 15: Support 20: Calculation processing device 21: Calculation execution unit 22: Memory unit 23: Transmitting/receiving unit 24: Output unit 30: Virtual point for detection 31: Virtual point for detection 41: Point on formwork 42: Continuous line θp: Left-right angle φp: Up-down angle ψ: Looking-up angle

Claims (10)

型枠で囲まれてなる打設予定領域内のセメント混練体の打設状況の検知方法であって、
演算処理により、前記打設予定領域内に複数の検知用仮想点を既定の規則で仮想的に配列する工程(a)と、
前記型枠の上端部よりも上方であって前記打設予定領域を下方に見下ろす位置に設置された深度カメラから、前記深度カメラによる撮像画像上において前記型枠及び前記セメント混練体とは識別可能な基準マーカーと、一部の前記打設予定領域とを撮像する工程(b)と、
前記工程(b)で撮像された撮像画像上の前記基準マーカーの位置と、前記撮像画像上の前記打設予定領域内に対応する各画素の位置との相対的な関係に基づいて、前記撮像画像上の各画素に対応する前記検知用仮想点である画素仮想点を演算処理により確定する工程(c)と、
前記工程(b)で撮像された撮像画像に基づいて得られる前記画素仮想点と前記深度カメラとの間の実測距離によって決定される値と、前記画素仮想点に対応する前記検知用仮想点と前記深度カメラとの間の計算上の距離である演算距離によって決定される値とを比較し、前記比較結果に基づいて前記打設予定領域内の前記セメント混練体の充填率を算出する工程(d)とを有することを特徴とする、セメント混練体の打設状況の検知方法。
A method for detecting the pouring status of a cement mixture in a pouring area surrounded by a formwork,
A step (a) of virtually arranging a plurality of detection virtual points within the planned pouring area according to a predetermined rule by calculation processing;
A step (b) of imaging a reference marker that is distinguishable from the formwork and the cement mixture and a portion of the planned pouring area on an image captured by the depth camera from a depth camera installed above the upper end of the formwork and overlooking the planned pouring area;
A step (c) of determining, by calculation, pixel virtual points that are the detection virtual points corresponding to each pixel on the captured image based on the relative relationship between the position of the reference marker on the captured image captured in the step (b) and the position of each pixel corresponding to the planned pouring area on the captured image;
A method for detecting the pouring status of a cement mixture, characterized by comprising a step (d) of comparing a value determined by the actual distance between the pixel virtual point obtained based on the captured image taken in step (b) and the depth camera with a value determined by a calculated distance, which is the calculated distance between the detection virtual point corresponding to the pixel virtual point and the depth camera, and calculating the filling rate of the cement mixture in the planned pouring area based on the comparison result.
前記工程(c)は、前記撮像画像上の前記型枠の上端部の少なくとも2辺に対応する各画素を連続的に選択して得られる連続線を含む閉領域を確定すると共に、前記撮像画像上の各画素のうちの前記閉領域内に含まれる画素に対応する前記画素仮想点を演算処理により確定する工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。 The method for detecting the pouring status of a cement mixture according to claim 1, characterized in that step (c) includes a step of determining a closed area including a continuous line obtained by successively selecting pixels corresponding to at least two sides of the upper end of the formwork on the captured image, and determining, through calculation processing, the pixel virtual points corresponding to pixels included in the closed area among the pixels on the captured image. 前記工程(c)は、
前記基準マーカーの位置と前記撮像画像上の各画素の位置との相対的な関係に基づいて、鉛直方向に平行な鉛直軸及び前記鉛直軸に直交する2軸とで形成される水平垂直座標系上における複数の前記検知用仮想点の座標位置を、前記深度カメラの撮像方向に平行な撮像光軸及び前記撮像光軸に直交する2軸とで形成されるカメラ座標系上における座標位置に変換する工程(c1)と、
前記工程(c1)で得られた、複数の前記検知用仮想点の前記カメラ座標系上における座標位置に関する情報に基づいて、演算処理によって、前記撮像光軸に対する2方向の傾斜角で規定される前記深度カメラに対する向きを算定する工程(c2)と、
前記工程(c2)で得られた前記深度カメラに対する向きに最も近い、前記撮像画像上の画素を、前記画素仮想点として確定する工程(c3)とを含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。
The step (c)
a step (c1) of converting, based on a relative relationship between the position of the reference marker and the position of each pixel on the captured image, the coordinate positions of the plurality of virtual detection points on a horizontal-vertical coordinate system formed by a vertical axis parallel to the vertical direction and two axes perpendicular to the vertical axis, into coordinate positions on a camera coordinate system formed by an imaging optical axis parallel to the imaging direction of the depth camera and two axes perpendicular to the imaging optical axis;
A step (c2) of calculating, by calculation processing, an orientation relative to the depth camera, which is defined by two tilt angles relative to the imaging optical axis, based on information about the coordinate positions of the plurality of virtual points for detection on the camera coordinate system obtained in the step (c1);
A method for detecting the pouring status of a cement mixture as described in claim 1 or 2, characterized in that it includes a step (c3) of determining, as the pixel virtual point, the pixel on the captured image that is closest to the orientation relative to the depth camera obtained in step (c2).
前記工程(d)において、前記実測距離が前記演算距離より大きい場合には前記打設予定領域内において前記検知用仮想点の位置に前記セメント混練体が充填されておらず、前記実測距離が前記演算距離以下である場合には前記打設予定領域内において前記検知用仮想点の位置に前記セメント混練体が充填されていると判定することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。 The method for detecting the pouring status of a cement mixture according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in step (d), if the actual measured distance is greater than the calculated distance, it is determined that the cement mixture has not been filled at the position of the virtual point for detection within the planned pouring area, and if the actual measured distance is equal to or less than the calculated distance, it is determined that the cement mixture has been filled at the position of the virtual point for detection within the planned pouring area. 前記工程(a)は、前記打設予定領域の底面上に複数の前記検知用仮想点を仮想的に配列するとともに、前記底面に配置された各前記検知用仮想点から鉛直方向に離間して打設予定高さの位置までの間に、等間隔で複数の前記検知用仮想点を仮想的に配列する工程であり、
前記工程(d)において、複数の前記検知用仮想点のうち、前記セメント混練体が充填されていると判定された充填対応仮想点の数と、前記セメント混練体が充填されていないと判定された非充填対応仮想点の数とを検知すると共に、前記充填対応仮想点と前記非充填対応仮想点との合計数に対する前記充填対応仮想点の比率に基づいて、前記打設予定領域内の前記セメント混練体の充填率を算出することを特徴とする、請求項4に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。
The step (a) is a step of virtually arranging a plurality of the detection virtual points on the bottom surface of the planned pouring area, and virtually arranging a plurality of the detection virtual points at equal intervals between each of the detection virtual points arranged on the bottom surface and a position of the planned pouring height,
5. The method for detecting the pouring status of a cement mixture as described in claim 4, characterized in that in step (d), the number of filled-corresponding virtual points that are determined to be filled with the cement mixture and the number of non-filled-corresponding virtual points that are determined to be not filled with the cement mixture are detected among the plurality of detection virtual points, and the filling rate of the cement mixture in the planned pouring area is calculated based on the ratio of the filled-corresponding virtual points to the total number of the filled-corresponding virtual points and the non-filled-corresponding virtual points.
前記工程(b)、前記工程(c)、及び前記工程(d)を、所定のタイミングで繰り返し実行することを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。 The method for detecting the pouring status of a cement mixture according to any one of claims 1 to 5, characterized in that steps (b), (c), and (d) are repeatedly performed at predetermined times. 記憶部を含む演算処理装置を準備する工程(e)を更に有し、
前記工程(a)は、前記演算処理装置が、前記打設予定領域の寸法に関する情報、及び前記深度カメラの設置位置に関する情報に基づいて、各前記検知用仮想点の前記深度カメラに対する相対的な座標位置を確定して前記記憶部に記録する工程であり、
前記工程(b)は、前記深度カメラで撮像した撮像画像に基づく情報を、前記演算処理装置に対して送信する工程を含み、
前記工程(c)は、前記演算処理装置が、前記工程(b)で取得した前記撮像画像上の前記打設予定領域内に対応する各画素の情報と、前記記憶部に記録されている前記検知用仮想点の各座標位置に関する情報とに基づいて、前記画素仮想点を確定する工程を含み、
前記工程(d)は、前記演算処理装置が、前記記憶部に記録されている前記深度カメラの設置位置を基準とした前記検知用仮想点の各座標位置に基づいて前記演算距離を算出すると共に、前記工程(c)で取得した前記撮像画像に基づく前記実測距離と、前記演算距離とを比較する工程を含むことを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。
The method further includes a step (e) of preparing a processing unit including a memory unit;
The step (a) is a step in which the arithmetic processing device determines the relative coordinate positions of each detection virtual point with respect to the depth camera based on information about the dimensions of the planned pouring area and information about the installation position of the depth camera, and records the determined coordinate positions in the memory unit;
The step (b) includes a step of transmitting information based on an image captured by the depth camera to the arithmetic processing device;
The step (c) includes a step in which the arithmetic processing device determines the pixel virtual point based on information on each pixel corresponding to the planned pouring area on the captured image acquired in the step (b) and information on each coordinate position of the detection virtual point recorded in the memory unit,
The method for detecting the pouring status of a cement mixture according to any one of claims 1 to 6, characterized in that step (d) includes a step in which the arithmetic processing device calculates the calculated distance based on the coordinate positions of the detection virtual point relative to the installation position of the depth camera recorded in the memory unit, and compares the calculated distance with the actual measured distance based on the captured image acquired in step (c).
設置された前記深度カメラの、前記打設予定領域の底面からの高さ位置を測定し、当該測定結果を前記演算処理装置の前記記憶部に記録させる工程(f)を更に有し、
前記工程(a)は、前記演算処理装置が、前記記憶部に記録された前記深度カメラの高さ位置に関する情報に基づいて、前記深度カメラの設置位置に関する情報を取得する工程を含むことを特徴とする、請求項7に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。
Further comprising a step (f) of measuring the height position of the installed depth camera from the bottom surface of the planned pouring area and recording the measurement result in the memory unit of the arithmetic processing device,
The method for detecting the pouring status of a cement mixture as described in claim 7, characterized in that step (a) includes a step in which the arithmetic processing device acquires information regarding the installation position of the depth camera based on information regarding the height position of the depth camera recorded in the memory unit.
前記基準マーカーは、前記深度カメラに対して、実質的に鉛直下方の位置に設置されていることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の、セメント混練体の打設状況の検知方法。 The method for detecting the pouring status of a cement mixture described in any one of claims 1 to 8, characterized in that the reference marker is installed in a position substantially vertically below the depth camera. 前記深度カメラは、前記打設予定領域を斜め下方に見下ろす位置に設置されていることを特徴とする、請求項1~9のいずれか1項に記載のセメント混練体の打設状況の検知方法。 The method for detecting the pouring status of a cement mixture described in any one of claims 1 to 9, characterized in that the depth camera is installed in a position that overlooks the intended pouring area diagonally downward.
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