JP2001043353A - トンネル壁面の展開画像作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の構造を簡素化でき、画像分解能を高
めることができるうえ、トンネル壁面の展開画像からト
ンネル壁面の変状を正確に把握できる。 【解決手段】 展開画像作成装置は、トンネル内を移動
中、所定タイミングごとにラインセンサカメラにより分
割ラインデータを取り込む。そして取り込まれた分割ラ
インデータにつき、各画素の位置を仮想結像面上からト
ンネル壁面上に変換し、変換後の位置間隔を求め、その
位置間隔に応じて分割ラインデータの画素間隔を補正す
る。つまり、仮想結像面上の（ｆ，Ｖ_k）をトンネル壁
面上の（Ｘ_k，Ｙ_k）に変換し、（Ｘ_k，Ｙ_k）と
（Ｘ_k+1，Ｙ_k+1）との間隔を求め、この間隔に応じて画
素間隔を補正する。展開画像作成装置は、この補正後、
展開画像を作成するため、展開画像から測定される変状
の幅・長さ等は、実際のトンネル壁面の変状の幅・長さ
等を正確に反映したものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道・道路トンネ
ル等のトンネル壁面の覆工面の変状を追跡調査するのに
適したトンネル壁面の展開画像作成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルは、地山の土圧・凍上圧・有害
水などの外因、設計・施工の不適切、経年による材質劣
化などの内因によって、クラック、目地切れ、食い違
い、コンクリートの剥離・剥落などの変状現象が生じ
る。

【０００３】従来、これらの変状の追跡は、人間が列車
の走る合間を縫って、目視を主体に実施し、進行の顕著
なものは計器による測定（例えばひび割れ間隔の測定）
ならびに覆工背面の調査などを行い、原因を明らかにし
て、補修・改良につなげている。また、変状の記録は、
現地のスケッチをもとにトンネル展開図を作成し、クラ
ックの幅・長さなどについて前回と今回の検査結果の比
較を行い、健全性の判定を行っている。

【０００４】一方、人間が手作業でこのようなトンネル
変状の追跡を行う方法では、変状の見落としや位置の間
違い・個人差による判定のバラツキなどがあり、信頼性
に欠けることがある。

【０００５】この点に鑑み、トンネル変状の追跡を行う
ための装置が開発されている。例えば、特開平６−４２
３００号公報には、トンネル内を走行する車両上に設置
されたトンネル壁面撮影用センサカメラを用い、カメラ
前面に配置した曲面鏡を介してトンネル壁面に対して進
行方向と直角方向のトンネル断面スキャンを行い、車上
に設置されたデータ蓄積装置に順次そのデータを蓄積す
ることにより、トンネル壁面の展開画像を得るトンネル
検査装置が開示されている。このトンネル検査装置で
は、トンネル壁面を曲面鏡に映し、これを１台の１次元
センサカメラで撮影して、トンネル周方向のラインデー
タとし、このラインデータを移動距離に応じて並べるこ
とにより、トンネル壁面の展開画像を得ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−４２３００号公報のトンネル検査装置では、トンネ
ルの断面形状に合わせて、曲面鏡の形状設計及びカメラ
のレンズの光学設計を行わなければならないが、トンネ
ルの断面形状は一定ではないため、この設計作業が非常
に複雑になるという問題がある。

【０００７】また、進行方向のある位置におけるトンネ
ルの周方向のラインを曲面鏡に映し出し、これを一台の
ラインセンサで撮影するため、画像分解能が低くなり、
幅の細いクラックなどを捉えることが難しく、また、ト
ンネルの周方向のライン上の各点とラインセンサとの距
離の最小、最大の差が大きくなり、画像のボケとなって
あらわれるという問題がある。

【０００８】そこで、このような問題点に鑑み、複数の
ラインセンサカメラを備えた車両をトンネル検査装置と
して採用することが考えられる。この装置では、各ライ
ンセンサカメラは、トンネルの周方向に沿ったラインを
複数に分割した分割ラインのそれぞれに対応づけられて
設置されており、その対応づけられた分割ラインを撮影
して分割ラインデータとして出力する。この装置によれ
ば、特開平６−４２３００号公報のトンネル検査装置に
比べて、光学系の構造が簡素化されるうえ、一台のライ
ンセンサがライン全体を撮影するのではなく複数のライ
ンセンサがそれぞれに対応する分割ラインを撮影するた
め画像分解能が高くなる。

【０００９】一般に、ラインセンサカメラの結像面とト
ンネル壁面とが平行な場合は、ラインセンサの各画素に
は撮影対象のトンネル壁面が等間隔に投影される。とこ
ろがこれら両方の面が平行になっていることは殆どない
ため、ラインセンサの結像面上の間隔は一定であったと
しても、ラインセンサカメラの結像面に投影された実際
のトンネル壁面上の間隔は一定ではない。このためライ
ンセンサカメラで撮影された画像をそのまま用いて、ク
ラックの幅・長さ等を測定したとしても、実際のクラッ
クの幅・長さ等を正確に計測したことにはならない。

【００１０】また、線路のカーブ等のように路面にカン
トがある箇所では、カントがない箇所に対して、ライン
センサのアングルがトンネルの周方向にずれることにな
るので、やはり、撮影した画像を元にしてトンネル壁面
のクラックの幅・長さ等を正確に算出することができな
くなる。

【００１１】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、光学系の構造を簡素化でき、画像分解
能を高めることができるうえ、トンネル壁面の展開画像
からトンネル壁面の変状を正確に把握できるトンネル壁
面の展開画像作成装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明のトンネル壁面の展開画像作成
装置は、トンネル内を移動可能な車両と、前記車両に搭
載され、前記トンネルの周方向に沿ったラインを複数に
分割した分割ラインのそれぞれに対応づけられて設置さ
れ、その対応づけられた分割ラインを撮影して分割ライ
ンデータとして出力する複数のラインセンサカメラと、
所定タイミングごとに前記複数のラインセンサカメラが
出力した分割ラインデータを取り込むデータ取込手段
と、前記データ取込手段によって取り込まれた各分割ラ
インデータにつき、分割ラインデータを構成する各画素
の位置をラインセンサカメラの結像面上からトンネル壁
面上に変換し、該変換後の位置間隔を求め、その位置間
隔に応じて分割ラインデータの画素間隔を補正する画素
間隔補正手段と、前記画素間隔補正手段による補正後の
分割ラインデータに基づいて前記トンネル壁面の展開画
像を作成する展開画像作成手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１３】この展開画像作成装置は、曲面鏡を使用し
ないため、特開平６−４２３００号公報に開示された装
置に比べて、曲面鏡の形状をトンネル形状に合わせて設
計するという複雑な作業が不要となり、光学系の構造が
簡素化される。また、一台のラインセンサカメラがライ
ン全体を撮影するのではなく、複数のラインセンサカメ
ラがそれぞれに対応する分割ラインを撮影するものであ
るため、前出の公報に開示された装置に比べて、画像分
解能が高くなる。更に、ラインセンサカメラで撮影され
た分割ラインデータの各画素の位置をラインセンサカメ
ラの結像面上からトンネル壁面上に変換し、変換後の位
置間隔に応じて分割ラインデータの画素間隔を補正した
後、展開画像を作成する。つまり、ラインセンサカメラ
の結像面に投影された実際のトンネル壁面上の間隔は一
定でないため、結像面上での各画素の位置をトンネル壁
面上に変換することによりトンネル壁面の形状を考慮し
た画素間隔とした上で、展開画像を作成する。この結
果、展開画像に現れるクラックの幅・長さ等は、実際の
クラックの幅・長さ等を測定したのと同等になり、トン
ネル壁面の展開画像からトンネル壁面の変状を正確に把
握できる。なお、変換に当たっては、毎回演算を行って
もよいが、予め変換前と変換後との対応関係を記憶媒体
に記憶しておき、この対応関係に基づいて変換してもよ
い。

【００１４】本発明の展開画像作成装置は、車両のカン
トを検出可能なカント検出手段を備え、画素間隔補正手
段は、カント検出手段により検出されたカントを加味し
た上で分割ラインデータを構成する各画素の位置をライ
ンセンサカメラの結像面上からトンネル壁面上に変換す
るように構成してもよい。この場合、カメラ結像面上か
らトンネル壁面上への変換をより正確に行うことができ
るので、トンネル壁面の展開画像からトンネル壁面の変
状をより正確に把握できる。

【００１５】また、本発明の展開画像作成装置は、車両
のカントを検出可能なカント検出手段と、このカント検
出手段により検出されたカントに基づいて前記分割ライ
ンデータを補正するカント補正手段とを備え、展開画像
作成手段は、カント補正手段により補正された場合には
その補正後の分割ラインデータに基づいて前記トンネル
壁面の展開画像を作成するように構成してもよい。この
場合、カントによる展開画像の歪みを解消することがで
き、トンネル壁面の展開画像からトンネル壁面の変状を
より正確に把握できる。なお、カント検出手段として
は、例えば周知のジャイロや傾斜計を使用可能である。

【００１６】ところで、ラインセンサカメラで撮影した
画像を元にしてトンネル壁面のクラックの幅・長さ等を
正確に算出するためには、車両の速度等にかかわらず所
定距離進むごとに１ラインずつ画像データを取り込むこ
とが望ましい。この点を考慮すれば、本発明の展開画像
作成装置は、車両の車輪が所定量回転するごとに所定タ
イミングを発生させるタイミング発生手段を備え、デー
タ取込手段は、このタイミング発生手段が発生する所定
タイミングごとに複数のラインセンサカメラが出力した
分割ラインデータを取り込むように構成することが好ま
しい。

【００１７】このようにタイミング発生手段を備えた場
合には、更に、データ取込手段によって取り込まれた分
割ラインデータと所定タイミングに基づいて得られる距
離データとを対応づけるデータ加工手段と、所定タイミ
ングの発生する間隔が予め設定した所定距離と一致して
いるか否かを判断する判断手段と、所定タイミングの発
生する実際の間隔が所定距離と一致していないと判断手
段により判断された場合にはその実際の間隔に応じて距
離データを補正する距離補正手段とを備えていることが
好ましい。このような構成を採用することにより、トン
ネル壁面の展開画像からトンネルの奥行き方向の長さを
より正確に求めることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のトンネ
ル壁面撮影装置の概略斜視図、図２はラインセンサカメ
ラの配置図である。本実施形態のトンネル壁面展開画像
作成装置１０は、単線トンネル撮影用であり、移動車両
１１と、ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４と、照明器具１
４と、カントセンサ１５と、制御装置１７と、画像蓄積
装置１８と、画像処理装置１９とを備えている。

【００１９】移動車両１１は、トンネル５１内をレール
５２に沿って走行可能であり、操縦部１１ａの後ろにコ
ンテナボックス１１ｂを牽引したものである。スライド
アングル１２、１３は、コンテナボックス１１ｂにおい
て上段及び下段にそれぞれ設置されており、コンテナボ
ックス１１ｂの内外をスライド可能なスライド部１２
ａ、１３ａと、このスライド部１２ａ、１３ａの先端側
にてマクラギと平行な回動軸１２ｂ、１３ｂ周りに回動
可能なフレーム部１２ｃ、１３ｃとを備えている。

【００２０】第１及び第４ラインセンサカメラＣ１、Ｃ
４は、下段のスライドアングル１３のフレーム部１３ｃ
に取り付けられ、第２及び第３ラインセンサカメラＣ
２、Ｃ３は、上段のスライドアングル１２のフレーム部
１２ｃに取り付けられている。各ラインセンサカメラＣ
１〜Ｃ４は、露光量に応じて蓄積された一次元ＣＣＤ上
の電荷が電圧として出力される周知のカメラで、オート
フォーカス機能が付いたもので且つラインを撮影可能な
ものであり、レール方向に走査されることにより平面的
な画像が得られるものである。

【００２１】各ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４は、図２
に示すように、トンネル５１の周方向（縦断方向）に沿
ったラインＬを概ね４つに分割した第１〜第４分割ライ
ンＬ１〜Ｌ４のそれぞれに対応づけられて設置されてい
る。但し、第１〜第４分割ラインＬ１〜Ｌ４は隣り合う
もの同士が重複部分を有するように定められている。ま
た、コンテナボックス１１ｂの右側に配置された第１及
び第２ラインセンサカメラＣ１、Ｃ２がラインＬの左側
半分に対応づけられ、コンテナボックス１１ｂの左側に
配置された第３及び第４ラインセンサカメラＣ３、Ｃ４
がラインＬの右側半分に対応づけられている。各ライン
センサカメラＣ１〜Ｃ４は、スライドアングル１２、１
３や他のカメラが視野に入らないように配置されてい
る。

【００２２】複数の照明器具１４、１４、…は、ライン
センサカメラＣ１〜Ｃ４によって撮影されるラインＬを
同じ明るさになるように照射するために、図１に示すよ
うに、スライドアングル１２、１３のフレーム部１２
ｃ、１３ｃに合計１０個前後取り付けられている。これ
により、撮影に必要な照度がラインＬに濃淡なく照射さ
れる。

【００２３】カントセンサ１５は、移動車両１１の左右
傾斜角度つまりカントを検出するものであり、図１に示
すように、移動車両１１のコンテナボックス１１ｂの内
部に設けられている。本実施形態ではカントセンサ１５
として、リアルタイムに精度よくカントデータを得るた
めに周知のジャイロを用いている。

【００２４】距離積算計１６は、車輪の車軸に取り付け
たロータリエンコーダ２２がパルス信号を発生するごと
に、図示しない内部カウンタのカウント値をカウントア
ップし、そのカウント数が所定数（例えば移動距離１ｍ
に相当するカウント数）に達した時点で距離積算値をカ
ウントアップしていくものである。

【００２５】制御装置１７は、図示しない周知のＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成された装置であり、移
動車両１１のコンテナボックス１１ｂの内部に設けられ
ている。この制御装置１７は、カントセンサ１５、距離
積算計１６、ロータリエンコーダ２２から信号を入力で
きるように電気的に接続され、また、画像蓄積装置１８
に信号を出力できるように電気的に接続されている。こ
の制御装置１７は、ロータリエンコーダ２２のパルス信
号に基づいて移動車両１１が一定距離進んだことを検知
すると、各ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４から分割ライ
ンデータ（画像データ）を取り込むと共にカントセンサ
１５からカントデータ、距離積算計１６から距離データ
を取り込み、それらを一つのデータに統合し統合ライン
データとして画像蓄積装置１８に記憶させる。なお、統
合ラインデータの構成を図３に示す。

【００２６】画像処理装置１９は、図示しない周知のＣ
ＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成された装置であり、移動
車両１１のコンテナボックス１１ｂに搭載されていても
よいが、移動車両１１とは別に設置されていてもよい。
この画像処理装置１９は、ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ
４ごとの分割ラインデータを移動車両１１の移動距離に
応じて並べることにより分割展開画像を作成し、更に、
各ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４ごとに作成した分割展
開画像を繋ぎ合わせることによりトンネル５１の壁面の
展開画像を作成するものである。そして、この展開画像
をディスプレイ２０に表示したり、プリンタ２１を通じ
て用紙に印字したりするものである。

【００２７】次に、本実施形態の展開画像作成装置１０
の動作について説明する。まず、オペレータは、展開画
像作成装置１０の移動車両１１のコンテナボックス１１
ｂを開けて、スライドアングル１２、１３のスライド部
１２ａ、１３ａを外へ引き出し、スライド部１２ａ、１
３ａとほぼ重なっていたフレーム部１２ｃ、１３ｃを回
動軸１２ｂ、１３ｂ周りに約９０°回動する。すると、
トンネル壁面展開画像作成装置１０は図１に示す状態に
なる。続いて、オペレータは、すべての照明器具１４、
１４、…、ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４及び制御装置
１７のスイッチを入れ、移動車両１１の操縦部１１ａに
乗り込み、単線トンネル５１のレール５２に沿って、ト
ンネル入口に向けて走行を開始する。

【００２８】制御装置１７は、図示しないスタートスイ
ッチが入れられると、データ取込処理のプログラムを実
行する。このプログラムが開始されると、制御装置１７
は、図４のフローチャートに示すように、まず制御装置
１７の図示しない内部カウンタのカウント値ｍをリセッ
トする等の動作を含む初期設定を行い（Ｓ１０）、次い
でロータリエンコーダ２２からパルス信号が入力された
か否かを判断し（Ｓ１１）、パルス信号が入力されてい
なければ（Ｓ１１でＮＯ）、そのまま待機する。一方、
ロータリエンコーダ２２からパルス信号が入力されたな
らば（Ｓ１１でＹＥＳ）、カウント値ｍを一つ繰り上げ
（Ｓ１２）、そのカウント値ｍが所定値Ｍと一致するか
否かを判断し（Ｓ１３）、一致しなければ（Ｓ１３でＮ
Ｏ）、再びＳ１１に戻る。ここで所定値Ｍは次のように
して定められた値である。即ち、移動車両１１の移動距
離と車輪の回転量との関係から、移動車両１１が一定の
移動距離（ここでは１ｍｍ程度）を進むのに必要な車輪
の回転量を正確に求め、その車輪の回転量に応じたパル
ス信号の発生回数を求め、これを所定値Ｍと設定したも
のである。さて、Ｓ１３において、カウント値ｍが所定
値Ｍと一致したならば（Ｓ１３でＹＥＳ）、移動車両１
１が一定の移動距離を進んだと判断し、各ラインセンサ
カメラＣ１〜Ｃ４から分割ラインデータ、カントセンサ
１５からカントデータ、距離積算計１６から距離データ
を取り込み、図３に示す統合ラインデータとして画像蓄
積装置１８に蓄積する（Ｓ１４）。その後、カウント値
ｍをリセットし（Ｓ１５）、次いでこのプログラムの終
了を指示する入力がなされたか否かを判断し（Ｓ１
６）、かかる入力がなされていなければ（Ｓ１６でＮ
Ｏ）、再びＳ１１に戻り、かかる入力がなされたならば
（Ｓ１６でＹＥＳ）、このプログラムを終了する。

【００２９】移動車両１１がトンネル出口から出た後、
オペレータは移動車両１１を停止させ、すべての照明器
具１４、１４、…、ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４、制
御装置１７のスイッチを切る。制御装置１７のスイッチ
が切られると、図４のＳ１６にて肯定判定され、データ
取込処理のプログラムが終了する。続いて、オペレータ
は、画像処理装置１９と画像蓄積装置１８とを接続し、
画像処理装置１９のスイッチを入れる。すると、画像処
理装置１９は、図５に示すように、画素間隔補正ルーチ
ン（Ｓ２１）、カント補正ルーチン（Ｓ２２）、分割展
開画像作成ルーチン（Ｓ２３）、トンネル壁面展開画像
作成ルーチン（Ｓ２４）を順に実行する。以下、各ルー
チンについて説明する。

【００３０】図６に示す画素間隔補正ルーチンでは、画
像処理装置１９は、まず、画像蓄積装置１８に蓄積され
たすべての統合ラインデータから一つの統合ラインデー
タを読み出し（Ｓ３０）、その統合ラインデータに含ま
れるカントデータを読み出してカントがあるか否かを判
断する（Ｓ３１）。なお、カントとは、水平方向に対す
る移動車両１１がなす角度をいい、△θで表す。Ｓ３１
でカントなし即ち△θがゼロと判断されたならば（Ｓ３
１でＮＯ）、画像処理装置１９の図示しない内部カウン
タのカウント値ｋをリセットし（Ｓ３３）、次いでその
カウント値ｋを１つカウントアップし（Ｓ３４）、その
統合ラインデータに含まれる分割ラインデータを構成す
る画素群の中からｋ番目の画素の情報を読み出す（Ｓ３
５）。この画素の情報は、ラインセンサカメラの仮想結
像面上の点をレンズ中心を原点とするカメラ座標系で表
した点（ｆ，Ｖ_k）として得られる（図７参照）。な
お、仮想結像面とは、説明の便宜上、レンズ中心を対象
心として実結像面を点対称させた面であり、実質的に実
結像面上の点と同一である。そして、この座標点（ｆ，
Ｖ_k）をトンネル壁面上の点（Ｘ_k，Ｙ_k）に変換する
（Ｓ３６）。

【００３１】ここで変換操作につき、図７に基づいて説
明する。各変数の定義は図７に記載したとおりである。
さて、カメラ座標系においては下式が成り立つ。ま
た、トンネル座標系は、カメラ座標系を時計方向に角度
θだけ回転し、さらにｘ方向にｘ₀、ｙ方向にｙ₀だけ平
行移動したものであるため、カメラ座標系における点
（Ｘ_k，Ｙ_k）は、下記式によりトンネル座標系におけ
る点（ｘ_k，ｙ_k）に変換することができる。更に、点
（ｘ_k，ｙ_k）は半径ｒの円弧上に存在することから下記
式が成り立つ。したがって、下記式と下記式とか
ら下記式が得られる。下記式と下記式につき
Ｘ_k，Ｙ_k以外の値はすべて既知なので、下記式と下記
式の連立方程式を解くことにより、Ｘ_k，Ｙ_kが得られ
る。

【００３２】

【数１】

【００３３】一方、Ｓ３１でカントありと判断されたな
らば（Ｓ３１でＹＥＳ）、既知の値を補正する（Ｓ３
２）。このときの様子を図８に示す。すなわち、上記各
式におけるθの代わりにθ＋△θとし、上記各式におけ
る点（ｘ₀，ｙ₀）の代わりに点（ｘ_0'，ｙ_0'）とする。
なお、点（ｘ_0'，ｙ_0'）は点（ｘ₀，ｙ₀）及びカント△
θに基づいて数学的に算出される。その後、既述したと
おりのＳ３３〜Ｓ３６の処理を行う。このように、カン
ト△θを考慮しているため、正確に仮想結像面上の点を
トンネル壁面上の点に変換することができる。

【００３４】Ｓ３６の処理が終了した後、カウント値ｋ
が１つの分割ラインデータの総画素数ｎと一致するか否
かを判断し（Ｓ３７）、一致していなければ（Ｓ３７で
ＮＯ）、Ｓ３０で読み出した統括ラインデータに含まれ
る分割ラインデータを構成する画素群のうち未処理のも
のが残っているため、再びＳ３４〜Ｓ３６の処理を繰り
返す。一方、カウント値が総画素数ｎと一致したならば
（Ｓ３７でＹＥＳ）、仮想結像面上に観測されるすべて
の点（ｆ，Ｖ_k）に対して座標値（Ｘ_k，Ｙ_k）が得られ
たことになるため、Ｓ３８に進む。なお、ｋ＝１，２，
…，ｎであり、本実施例ではｎ＝４０９６である。

【００３５】Ｓ３８では、変換後の座標点に基づいて画
素間隔を補正する。つまり、仮想結像面上における点
（ｆ，Ｖ₁）〜（ｆ，Ｖ_n）をみると各画素間隔はすべて
等しいのであるが、点（ｆ，Ｖ₁）〜（ｆ，Ｖ_n）に対応
するトンネル壁面上の点（Ｘ₁，Ｙ₁）〜（Ｘ_n，Ｙ_n）を
みると隣合う二点の間隔はそれぞれ異なっているため、
この異なる二点間隔を仮想結像面上における点（ｆ，Ｖ
₁）〜（ｆ，Ｖ_n）の並びに反映させるのである。なお、
トンネル壁面上の隣合う点つまり（Ｘ_k，Ｙ_k）と（Ｘ
_k+1，Ｙ_k+1）との間隔は下記式より求めることができ
る。

【００３６】例えば、図９に示すように、仮想結像面上
における各画素間隔をａとし、点（Ｘ₁，Ｙ₁）と点（Ｘ
₂，Ｙ₂）との間隔が点（Ｘ₂，Ｙ₂）と点（Ｘ₃，Ｙ₃）と
の間隔や点（Ｘ₃，Ｙ₃）と点（Ｘ₄，Ｙ₄）との間隔の２
倍だったとすると、画素間隔を補正した後の画素の並び
は図９の右側のようになる。但し、仮想結像面上では画
素間隔つまり一画素あたりの画像幅は正規化され整数値
であるため、トンネル壁面上の点間隔が端数を含む場合
には正規化処理を行う。

【００３７】

【数２】

【００３８】そして、Ｓ３９において、画像蓄積装置１
８に蓄積されたすべての統合ラインデータにつきＳ３０
〜Ｓ３８の処理を行ったか否かを判断し、否定判定され
たならば（Ｓ３９でＮＯ）、未処理の統合ラインデータ
につき再びＳ３０以降の処理を実行する。一方、Ｓ３９
で肯定判定されたならば（Ｓ３９でＹＥＳ）、この画素
間隔補正ルーチンを終了する。この画素間隔補正ルーチ
ンが終了すると、統合ラインデータ中の分割ラインデー
タはトンネル壁面の形状に即した画素間隔に補正された
ことになる。

【００３９】図１０に示すカント補正ルーチンでは、画
像処理装置１９は、画素間隔補正ルーチンの終了した統
合ラインデータの中から一つの統合ラインデータを読み
出し（Ｓ４０）、その統合ラインデータに含まれるカン
トデータを読み出してカントがあるか否かを判断し（Ｓ
４１）、カントがなければ（Ｓ４１でＮＯ）、Ｓ４３に
進み、カントがあれば（Ｓ４１でＹＥＳ）、その統合ラ
インデータに含まれる分割ラインデータを構成する各画
素のトンネル周方向の位置をカント△θに応じて補正し
（Ｓ４２）、その後Ｓ４３に進む。Ｓ４２のカント補正
は、例えば、ラインセンサカメラのレンズ中心からトン
ネル壁面までの距離を超音波センサ等の距離センサによ
り測定し、その距離にｓｉｎ△θを乗じた値を補正量と
し、画素のトンネル周方向の位置をこの補正量で補正す
る。図１１はカント補正の説明図である。カント補正を
行う前では、トンネル５１の所定高さを表す線は、移動
距離に応じてカントが変化することにより本来直線状に
表れるべきものが歪んだ曲線状に表れたのに対して、カ
ント補正を行った後では、この線は直線状に表れる。そ
して、Ｓ４３では、画像蓄積装置１８に蓄積されたすべ
ての統合ラインデータにつきＳ４０〜Ｓ４２の処理を行
ったか否かを判断し、否定判定されたならば（Ｓ４３で
ＮＯ）、未処理の統合ラインデータにつき再びＳ４０以
降の処理を実行する。一方、Ｓ４３で肯定判定されたな
らば（Ｓ４３でＹＥＳ）、このカント補正ルーチンを終
了する。このカント補正ルーチンが終了すると、統合ラ
インデータ中の分割ラインデータを構成する各画素のト
ンネル周方向の位置が正されたことになる。

【００４０】図１２に示す分割展開画像作成ルーチンで
は、画像処理装置１９は、カウント値ｋをリセットし
（Ｓ５０）、続いてこのカウント値ｋを一つカウントア
ップし（Ｓ５１）、カント補正ルーチンの終了した統合
ラインデータの中から第ｋラインセンサカメラの統合ラ
インデータを読み出し、この統合ラインデータに含まれ
る距離データ即ち移動距離に応じて同じくその統合ライ
ンデータに含まれる分割ラインデータを並べることによ
り、第ｋラインセンサカメラが撮影した画像即ち第ｋ分
割展開画像を作成する（Ｓ５２）。その後、カウント値
ｋがラインセンサカメラの総数（本実施例では４）と一
致するか否かを判断し（Ｓ５３）、一致しなければ（Ｓ
５３でＮＯ）、再びＳ５１以降の処理を実行し、一致し
たならば（Ｓ５３でＹＥＳ）、この分割展開画像作成ル
ーチンを終了する。この分割展開画像作成ルーチンが終
了すると、図１４に示すような第１〜第４分割展開画像
ＤＤＰ１〜ＤＤＰ４が得られる。

【００４１】図１３に示すトンネル壁面展開画像作成ル
ーチンでは、画像処理装置１９は、第１〜第４分割展開
画像ＤＤＰ１〜ＤＤＰ４を読み出し（Ｓ６０）、次いで
図１４に示すように隣合う分割展開画像の重複部分をパ
ターン認識により一致させて繋ぎ合わせることによりト
ンネル５１の壁面の展開画像ＤＰを作成する（Ｓ６
１）。なお、重複部分につき、パターン認識を用いる代
わりに例えばオペレータが画像処理装置１９の図示しな
い入力手段（キーボードあるいはマウス）を介して重複
部分を指示してもよい。

【００４２】ここで、本実施形態の構成と本発明の構成
との関係について説明する。本実施形態の制御装置１７
が、本発明のタイミング発生手段及びデータ取込手段に
相当し、図４のＳ１１〜Ｓ１３がタイミング発生手段の
処理に相当し、図４のＳ１４がデータ取込手段の処理に
相当する。また、本実施形態の画像処理装置１９が、本
発明の画素間隔補正手段、カント補正手段及び展開画像
作成手段に相当し、図６のフローチャートが画素間隔手
段の処理に相当し、図１０のフローチャートがカント補
正手段の処理に相当し、図１２及び図１３のフローチャ
ートが展開画像作成手段の処理に相当する。

【００４３】上記本実施形態のトンネル壁面の展開画像
作成装置１０によれば以下の効果が得られる。 特開平６−４２３００号公報に記載されたトンネル検
査装置に比べて、曲面鏡を使用しないため、曲面鏡の形
状をトンネルの形状に合わせて設計するという複雑な作
業が不要となり、光学系の構造が簡素化される。 特開平６−４２３００号公報に記載されたトンネル検
査装置に比べて、一台のラインセンサカメラがライン全
体を撮影するのではなく、複数のラインセンサカメラＣ
１〜Ｃ４がそれぞれに対応する分割ラインＬ１〜Ｌ４を
撮影するものであるため、画像分解能が高くなる。具体
的には、幅１ｍｍ程度のクラックまで認識できる。 ラインセンサカメラＣ１〜Ｃ４で撮影された分割ライ
ンデータの各画素の位置を結像面上からトンネル壁面上
に変換し、変換後の位置間隔に応じて分割ラインデータ
の画素間隔を補正した後、展開画像を作成するため、展
開画像から測定される変状の幅・長さ等は、実際のトン
ネル壁面の変状の幅・長さ等を正確に反映したものであ
り、トンネル壁面の展開画像からトンネル壁面の変状を
正確に把握できる。 分割ラインデータの各画素の位置を結像面上からトン
ネル壁面上に変換する際にカント△θを加味したうえで
変換しているため、展開画像に表れるクラックの幅・長
さ等をより実際に近づけることができ、トンネル壁面の
変状を一層正確に把握できる。 カントによるトンネル壁面の展開画像の歪みを補正し
ているため、トンネル壁面の変状を一層正確に把握でき
る。

【００４４】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態
に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。

【００４５】例えば、上記実施形態のトンネル壁面展開
画像作成装置１０は単線トンネル５１の壁面を撮影する
ものとして例示したが、図１５に示すような複線トンネ
ル６１の壁面を撮影する場合には、移動車両１１に２台
のラインセンサカメラＣ１、Ｃ２を搭載し、複線トンネ
ル６１の左側半分を往路、右側半分を復路で撮影するよ
うにしてもよい。

【００４６】また、上記実施形態では鉄道トンネルの壁
面を撮影する装置について説明したが、移動車両１１に
例えばタイヤを取り付けて自動車トンネル内を走行でき
るようにして、自動車トンネルの壁面を撮影したり、工
事用のトンネルの壁面を撮影してもよい。

【００４７】更に、上記実施形態では、カント補正を行
う際、トンネル壁面までの距離にｓｉｎ△θを乗じた値
を補正量としたが、カントセンサ１５から各地点ごとの
カント量（図８参照）がわかるので、直接この量を補正
量として用いてもよい。あるいは、カントを考慮した補
正処理（つまりＳ３１で肯定判断された後のＳ３２〜Ｓ
３６の処理）を行った後に、カントありの区間（つまり
△θがゼロから徐々に増加して所定量に達し、その後徐
々に減少してゼロになるまでの区間）でのラインの相関
をとり、その区間におけるずれの推移から補正量を求め
てもよい。

【００４８】更にまた、上記実施形態では、ロータリエ
ンコーダ２２から出力されるパルス信号に基づいて所定
タイミングを発生させているため、車輪が空転したりス
リップしたりすることにより所定タイミングが所定距離
と一致しなくなることがあるが、この場合には、距離デ
ータを適宜補正をすることが好ましい。すなわち、この
ように所定タイミングを発生させている場合には、デー
タ取込手段によって取り込まれた分割ラインデータと所
定タイミングに基づいて得られる距離データとを対応づ
けるデータ加工手段と、所定タイミングの発生する間隔
が予め設定した所定距離と一致しているか否かを判断す
る判断手段と、所定タイミングの発生する実際の間隔が
所定距離と一致していないと判断手段により判断された
場合にはその実際の間隔に応じて距離データを補正する
距離補正手段とを備えていることが好ましい。例えば上
記実施形態における制御装置１７をデータ加工手段と
し、画像処理装置１９を判断手段及び距離補正手段とす
ることができる。具体的には、車輪が空転すると、空転
した区間は画素間隔が狭くなり、例えば本来１０ｍ分が
撮影されるべきところを９ｍ分しか撮影されなかったこ
とになるため、全体が９ｍとなるように空転区間の距離
データを補正する。また、車輪がスリップすると、スリ
ップした区間は画素間隔が広くなり、例えば本来１０ｍ
分が撮影されるべきところを１１ｍ分撮影されてしまう
ため、全体が１１ｍとなるようにスリップ区間の距離デ
ータを補正する。このような構成を採用することによ
り、トンネル壁面の展開画像からトンネルの奥行き方向
の長さをより正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態のトンネル壁面撮影装置の概略斜
視図である。

【図２】 本実施形態のラインセンサカメラの配置図で
ある。

【図３】 統合ラインデータの構成を表す説明図であ
る。

【図４】 制御装置のデータ取込処理を表すフローチャ
ートである。

【図５】 画像処理装置の全体的な処理を表すフローチ
ャートである。

【図６】 画像処理装置の画素間隔補正ルーチンを表す
フローチャートである。

【図７】 カントなしの場合の画素間隔補正の説明図で
ある。

【図８】 カントありの場合の画素間隔補正の説明図で
ある。

【図９】 画素間隔補正処理の前後の分割ラインデータ
を表す説明図である。

【図１０】 画像処理装置のカント補正ルーチンを表す
フローチャートである。

【図１１】 カント補正の説明図である。

【図１２】 画像処理装置の分割展開画像作成ルーチン
のフローチャートである。

【図１３】 画像処理装置のトンネル壁面画像作成ルー
チンのフローチャートである。

【図１４】 分割展開画像及びトンネル壁面展開画像の
説明図である。

【図１５】 複線トンネルを撮影する際の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０・・・トンネル壁面展開画像作成装置、１１・・・
移動車両、１１ｂ・・・コンテナボックス、１２、１３
・・・スライドアングル、１４・・・照明器具、１５・
・・カントセンサ、１６・・・距離積算計、１７・・・
制御装置、１８・・・画像蓄積装置、１９・・・画像処
理装置、５１・・・単線トンネル、５２・・・レール、
Ｃ１〜Ｃ４・・・第１〜第４ラインセンサカメラ、ＤＤ
Ｐ１〜ＤＤＰ４・・・第１〜第４分割展開画像、ＤＰ・
・・展開画像、Ｌ・・・ライン、Ｌ１〜Ｌ４・・・第１
〜第４分割ライン。

フロントページの続き (72)発明者 小久保 将寿 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 神保 吉克 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 舟橋 秀麿 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 和仁 幸也 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 林 直樹 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 田近 利幸 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 鵜飼 正人 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 太田 勝 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 佐藤 仁 東京都江東区豊洲３−３−３ 豊洲センタ ービル 川鉄情報システム株式会社内 (72)発明者 高木 薫 東京都江東区豊洲３−３−３ 豊洲センタ ービル 川鉄情報システム株式会社内 Ｆターム(参考） 5B057 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CD12 CE10 CH08 CH11 CH20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内を移動可能な車両と、 前記車両に搭載され、前記トンネルの周方向に沿ったラ
   インを複数に分割した分割ラインのそれぞれに対応づけ
   られて設置され、その対応づけられた分割ラインを撮影
   して分割ラインデータとして出力する複数のラインセン
   サカメラと、 所定タイミングごとに前記複数のラインセンサカメラが
   出力した分割ラインデータを取り込むデータ取込手段
   と、 前記データ取込手段によって取り込まれた各分割ライン
   データにつき、分割ラインデータを構成する各画素の位
   置をラインセンサカメラの結像面上からトンネル壁面上
   に変換し、該変換後の位置間隔を求め、その位置間隔に
   応じて分割ラインデータの画素間隔を補正する画素間隔
   補正手段と、 前記画素間隔補正手段による補正後の分割ラインデータ
   に基づいて前記トンネル壁面の展開画像を作成する展開
   画像作成手段とを備えたことを特徴とするトンネル壁面
   の展開画像作成装置。
2. 【請求項２】 前記車両のカントを検出可能なカント検
   出手段を備え、前記画素間隔補正手段は、前記カント検
   出手段により検出されたカントを加味した上で前記分割
   ラインデータを構成する各画素の位置をラインセンサカ
   メラの結像面上からトンネル壁面上に変換することを特
   徴とする請求項１記載のトンネル壁面の展開画像作成装
   置。
3. 【請求項３】 前記車両のカントを検出可能なカント検
   出手段と、 前記カント検出手段により検出されたカントに基づいて
   前記分割ラインデータの各画素のトンネル周方向の位置
   を補正するカント補正手段とを備え、 前記展開画像作成手段は、前記カント補正手段により補
   正された場合にはその補正後の分割ラインデータに基づ
   いて前記トンネル壁面の展開画像を作成することを特徴
   とする請求項１又は２記載のトンネル壁面の展開画像作
   成装置。
4. 【請求項４】 車両の車輪が所定量回転するごとに所定
   タイミングを発生させるタイミング発生手段を備え、デ
   ータ取込手段は、このタイミング発生手段が発生する所
   定タイミングごとに複数のラインセンサカメラが出力し
   た分割ラインデータを取り込むことを特徴とする請求項
   １〜３のいずれかに記載のトンネル壁面の展開画像作成
   装置。
5. 【請求項５】 前記データ取込手段によって取り込まれ
   た分割ラインデータと前記タイミング発生手段の発生す
   る所定タイミングに基づいて得られる距離データとを対
   応づけるデータ加工手段と、 前記所定タイミングの発生する間隔が予め設定した所定
   距離と一致しているか否かを判断する判断手段と、 前記所定タイミングの発生する実際の間隔が前記所定距
   離と一致していないと前記判断手段により判断された場
   合には、その実際の間隔に応じて前記距離データを補正
   する距離補正手段とを備えたことを特徴とする請求項４
   記載のトンネル壁面の展開画像作成装置。