JP2011163866A - Concrete image extraction method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remove a background and/or an obstacle to be an error, other than a concrete surface, from an image of a concrete structure including the background and the obstacle. <P>SOLUTION: A pixel having the same color as the concrete structure and having the same texture as a texture of the concrete structure is extracted by a structure extraction portion 131 as a concrete candidate region, an edge of the obstacle which exists in the concrete candidate region as a foreground is extracted from the concrete candidate region using a Canny edge extraction method, each texture amount S<SB>k</SB>of 16 neighborhood pixels to a central pixel is calculated using a brightness value of each pixel in the concrete candidate region, the central pixel is extracted as a concrete region when a neighborhood pixel having the maximum amount of texture is in a position of k=9 and a variance value of the amount of 16 textures is 0.0001 or more, and the concrete region is enlarged until the region reaches an edge of the obstacle using the Dilation region expanding method of morphology. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像を用いたコンクリート構造物の診断法に関する。建物や電柱等のコンクリート構造物の表面に生じたひび割れを画像処理によって検知する際に、画像にコンクリート面以外の物体が撮像されている場合には、これがひび割れ誤検知の主要因となるため、これら誤検知要因を排除し、撮像した画像からコンクリート面を構成する画素のみを抽出する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for diagnosing a concrete structure using an image. When detecting cracks generated on the surface of concrete structures such as buildings and utility poles by image processing, if an object other than the concrete surface is captured in the image, this is the main cause of false detection of cracks. The present invention relates to a method of eliminating only these erroneous detection factors and extracting only pixels constituting a concrete surface from a captured image.

現在、戦後の高度成長期に建設された老朽化した高速道路や近年の施工不良マンション等のコンクリート構造物に対する不安が社会問題化している。コンクリート構造物の耐久性を検査する際の最重要項目の一つに、コンクリート表面のひび割れ検査を挙げることができる。ひび割れは、地震等によってコンクリート構造物に応力が加わることにより、コンクリートが破断して生じるものである。コンクリート表面にひび割れが発生した場合、そのひび割れた箇所から雨水等が侵入し、コンクリート内部の鉄筋に到達すると腐食が始まり、鉄筋の強度が落ちてコンクリート構造物の耐久性低下を引き起こす。このようなコンクリート構造物の耐久性低下を未然に防止するには、コンクリート表面のひび割れを早期に発見し、補修や補強を適宜実施することが重要である。   At present, anxiety about concrete structures such as aging highways constructed in the post-war high growth period and poorly constructed condominiums has become a social problem. One of the most important items in inspecting the durability of concrete structures is the inspection of cracks on the concrete surface. Cracks are caused by breakage of concrete due to stress applied to a concrete structure by an earthquake or the like. When cracks occur on the concrete surface, rainwater or the like enters from the cracked part, and when it reaches the reinforcing bar inside the concrete, corrosion starts, and the strength of the reinforcing bar decreases, causing a decrease in the durability of the concrete structure. In order to prevent such a decrease in the durability of the concrete structure, it is important to detect cracks on the concrete surface at an early stage and appropriately perform repair and reinforcement.

そして、補修を要するひび割れの程度を判断する際には、コンクリート表面に現れたひび割れの「幅」を指標とする場合が多い。鉄筋への到達と直接的に関わる「深さ」も重要な指標ではあるが、ひび割れ幅から深さをある程度予測できるため、表面のひび割れ幅を用いて補修実施の要否を判断することが一般的となっている。なお、コンクリート構造物の耐久性に関する許容ひび割れ幅については、地理的な位置によって地質性・環境性が異なるため、各国の提案基準によって若干のバラツキがある。大凡ではあるが、乾燥空気中であれば幅0.3〜0.4mm、湿空中であればそれ以下の値を許容ひび割れ幅と規定しているものが多い。また、幅が0.2mm以上に到達したひび割れについては、充填材や被覆による補修、或いは鋼製アンカー等による補強の実施対象としている(非特許文献1参照)。   When determining the degree of cracking that requires repair, the “width” of the crack appearing on the concrete surface is often used as an index. “Depth”, which is directly related to the arrival of the reinforcing bar, is also an important indicator, but since the depth can be predicted to some extent from the crack width, it is common to use the crack width on the surface to determine whether repairs are necessary or not. It is the target. The allowable crack width for the durability of concrete structures varies slightly depending on the proposed standards in each country because the geology and environmental characteristics differ depending on the geographical location. In general, the width of 0.3 to 0.4 mm is defined as the allowable crack width in dry air, and a value smaller than that is defined in the wet air. Further, cracks whose width has reached 0.2 mm or more are subjected to repair with a filler or coating, or reinforcement with a steel anchor or the like (see Non-Patent Document 1).

さて、現在のひび割れ診断は目視による検査が主流であるが、熟練した作業員であっても、長時間の作業において、サブミリメートル幅のひび割れを見落とさない集中力を維持することは困難である。ゆえに、機械によるひび割れ検査の自動化が望まれているが、機材の入手し易さや現場作業の簡易さという観点から、デジタルカメラによってコンクリート構造物の壁面を遠隔撮影し、その画像から画像処理ソフトウェアによってひび割れの検知を試みるというアプローチが有力視されている。   In the current crack diagnosis, visual inspection is the mainstream, but even a skilled worker is difficult to maintain a concentration that does not overlook sub-millimeter width cracks in long-time work. Therefore, it is desired to automate the crack inspection by machines, but from the viewpoint of easy acquisition of equipment and ease of on-site work, a digital camera is used to remotely photograph the wall surface of a concrete structure, and the image is processed by image processing software. The approach of trying to detect cracks is considered promising.

これに対し、コンクリート壁面の画像からひび割れを画像処理により検知するアルゴリズムは既にいくつか提供されており(非特許文献2参照)、このような既存のアルゴリズムでは、一般に、エッジという特徴量を用いてひび割れを検知している。エッジとは隣り合う画素の濃淡が急峻に変化することによって生じた輪郭線であり、ひび割れは画像中において筋状の陰影線として現れるため、エッジは、ひび割れを示す唯一無二の特徴量として捉えることができる。従って、これらの既存のアルゴリズムを用いることにより、コンクリート構造物の壁面のみに検知すべきひび割れが映った画像に対しては、ひび割れの自動検知が有効に機能することになる。   On the other hand, several algorithms for detecting cracks from an image of a concrete wall by image processing have already been provided (see Non-Patent Document 2), and such existing algorithms generally use feature quantities such as edges. Cracks are detected. An edge is a contour line generated by a sharp change in the density of adjacent pixels, and cracks appear as streaky shadow lines in the image, so edges are regarded as unique features indicating cracks. be able to. Therefore, by using these existing algorithms, the automatic detection of cracks functions effectively for an image in which cracks to be detected only on the wall surface of the concrete structure.

「コンクリートのひび割れ調査、補修・補強指針」、社団法人日本コンクリート工学協会編著、2003年、p274-279"Concrete crack investigation, guidelines for repair and reinforcement", edited by Japan Concrete Institute, 2003, p274-279 岡宗一、外3名、「ニューラルネットワークによるミリ波近接場画像からのコンクリートひび割れ抽出」、基礎・境界公園論文集、2009年電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティ大会、A−4−3、2009年、p66Soichi Oka and three others, "Concrete crack extraction from millimeter-wave near-field images by neural network", Basic and Boundary Park Proceedings, 2009 IEICE Fundamental and Boundary Society Conference, A-4-3, 2009 Year, p66 高木幹雄、外1名 監修、「画像処理ハンドブック」、東京大学出版会、p28-29,p516-523,p550-565Supervised by Mikio Takagi, 1 outside, “Image Processing Handbook”, The University of Tokyo Press, p28-29, p516-523, p550-565

しかしながら、実際の現場では、建物ならば窓やサッシ等、電柱ならばケーブルや足場釘等といった、コンクリート構造物の後方に存在する背景や前方に存在する障害物が複雑に入り組んでいる状況が殆どであるため、ひび割れ検査の対象となるコンクリートのみを撮影することは困難である。よって、そのような背景や障害物が複雑に入り組んで撮影されたコンクリートの画像を用いた場合には、それら背景や障害物の輪郭エッジがひび割れとして誤検知されてしまい、前述のひび割れ検知アルゴリズムは上手く機能しないという問題があった。   However, in actual sites, there are almost complicated situations where the background and the obstacles that exist behind the concrete structure, such as windows and sashes for buildings and cables and scaffolding nails for utility poles, are complicated. Therefore, it is difficult to photograph only the concrete that is subject to crack inspection. Therefore, when using concrete images taken with such complicated backgrounds and obstacles, the contour edges of those backgrounds and obstacles are mistakenly detected as cracks. There was a problem of not functioning well.

このような課題を克服するには、ひび割れ検知を試みる前に背景や障害物を画像から除去する処理が必要であるが、背景や障害物の種類は千差万別であるため、非特許文献3に代表されるようなパターン認識技術を適用して様々な背景および障害物を自動的に除去することは困難である。   In order to overcome these problems, it is necessary to remove the background and obstacles from the image before attempting to detect cracks. It is difficult to automatically remove various backgrounds and obstacles by applying a pattern recognition technique such as 3.

以上のような理由から、背景や障害物を含むコンクリート構造物の画像から、コンクリート面以外の背景や障害物を削除した後に、ひび割れを検知する技術が要求されている。   For the above reasons, there is a demand for a technique for detecting cracks after deleting a background or an obstacle other than a concrete surface from an image of a concrete structure including a background or an obstacle.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、エッジを用いてコンクリート面のひび割れを検知するのに先立って、コンクリート構造物の画像から誤差となるコンクリート面以外の背景や障害物を除去することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and removes backgrounds and obstacles other than the concrete surface that cause errors from the image of the concrete structure prior to detecting cracks on the concrete surface using the edge. The task is to do.

請求項1に記載の本発明は、コンピュータにより、検査対象であるコンクリート構造物をデジタルカメラで撮像する第1のステップと、撮像された前記コンクリート構造物を有する撮像画像を記憶手段に記憶する第2のステップと、前記記憶手段から前記撮像画像を読み出して、前記コンクリート構造物の色と同じ色の画素と当該コンクリート構造物の色以外の色の画素とを判定する第3のステップと、前記記憶手段から前記撮像画像を読み出して、前記コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャの画素と当該コンクリート構造物のテクスチャ以外のテクスチャの画素とを判定する第4のステップと、前記コンクリート構造物の色と同じ色として判定され、かつ、前記コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャとして判定された画素をコンクリート候補領域として抽出する第5のステップと、所定のエッジ抽出法を用いて前記コンクリート候補領域から当該コンクリート候補領域内に存在する前景のエッジを抽出する第6のステップと、前記コンクリート候補領域内の各画素の輝度値を用いて任意の一画素に対する複数の近傍画素のテクスチャ量をそれぞれ計算し、最大のテクスチャ量を有する近傍画素が所定の位置にあって、前記複数のテクスチャ量の分散値が所定の規定値以上である場合に、前記任意の一画素をコンクリート領域として抽出する第7のステップと、所定の領域拡大法を用いて前記コンクリート領域を前記前景のエッジに到達するまで拡大する第8のステップと、拡大された前記コンクリート領域を抽出する第9のステップと、を有することを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a first step of capturing a concrete structure to be inspected with a digital camera by a computer and a storage unit storing a captured image including the captured concrete structure. The third step of reading the captured image from the storage means and determining a pixel of the same color as the color of the concrete structure and a pixel of a color other than the color of the concrete structure; A fourth step of reading the captured image from the storage means and determining pixels of the same texture as the texture of the concrete structure and pixels of a texture other than the texture of the concrete structure; and the color of the concrete structure It is judged as the same color and the same texture as that of the concrete structure. A fifth step of extracting the detected pixels as concrete candidate regions, a sixth step of extracting foreground edges existing in the concrete candidate regions from the concrete candidate regions using a predetermined edge extraction method, and the concrete Using the luminance value of each pixel in the candidate area, the texture amount of a plurality of neighboring pixels for an arbitrary pixel is calculated, the neighboring pixel having the maximum texture amount is at a predetermined position, and the plurality of texture amounts When the variance value is equal to or larger than a predetermined specified value, the seventh step of extracting the one arbitrary pixel as a concrete region and the predetermined region enlargement method are used to reach the concrete region to the foreground edge. And an eighth step of expanding the concrete area to a ninth step. And butterflies.

本発明によれば、検査対象であるコンクリート構造物をデジタルカメラで撮像し、コンクリート構造物の色と同じ色の画素と当該コンクリート構造物の色以外の色の画素とを判定し、コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャの画素と当該コンクリート構造物のテクスチャ以外のテクスチャの画素とを判定し、コンクリート構造物の色と同じ色として判定され、かつ、コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャとして判定された画素をコンクリート候補領域として抽出し、所定のエッジ抽出法を用いてコンクリート候補領域から当該コンクリート候補領域内に存在する前景のエッジを抽出し、コンクリート候補領域内の各画素の輝度値を用いて任意の一画素に対する複数の近傍画素のテクスチャ量をそれぞれ計算し、最大のテクスチャ量を有する近傍画素が所定の位置にあって、複数のテクスチャ量の分散値が所定の規定値以上である場合に、任意の一画素をコンクリート領域として抽出し、所定の領域拡大法を用いてコンクリート領域を前景のエッジに到達するまで拡大し、拡大されたコンクリート領域を抽出するので、コンクリート構造物の撮像画像からコンクリート面以外の背景や障害物を除去することが可能となる。これにより、現状の目視点検におけるひび割れの見落としの危険性を確実に低下することが可能となる。   According to the present invention, a concrete structure to be inspected is imaged with a digital camera, a pixel having the same color as the color of the concrete structure and a pixel having a color other than the color of the concrete structure are determined, and the concrete structure The pixel of the same texture as the texture of the texture and the pixel of the texture other than the texture of the concrete structure are determined, and determined as the same color as the color of the concrete structure, and also determined as the same texture as the texture of the concrete structure Extract a pixel as a concrete candidate area, extract the foreground edge in the concrete candidate area from the concrete candidate area using a predetermined edge extraction method, and use the brightness value of each pixel in the concrete candidate area Calculate the texture amount of multiple neighboring pixels for one pixel When a neighboring pixel having a texture amount is at a predetermined position and a variance value of a plurality of texture amounts is equal to or larger than a predetermined specified value, an arbitrary pixel is extracted as a concrete region, and a predetermined region expansion method is used. Thus, the concrete area is expanded until it reaches the foreground edge, and the expanded concrete area is extracted, so that it is possible to remove backgrounds and obstacles other than the concrete surface from the captured image of the concrete structure. Thereby, it becomes possible to reliably reduce the risk of overlooking cracks in the current visual inspection.

請求項2に記載の本発明は、前記第4のステップが、前記撮像画像から縦n個横n個(nは正の奇数)の正方形を構成するn個の画素を選択し、選択された前記n個の画素のうち最も輝度の大きな画素の輝度が1となるように各画素の輝度をそれぞれ規格化し、規格化された前記n個の画素の輝度の標準偏差を前記正方形の中央画素のテクスチャ値とすることを前記撮像画像の各画素について求め、当該各画素のテクスチャ値が、前記コンクリート構造物のテクスチャ値として予め設定された所定の範囲に含まれるか否かにより前記判定を行うことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the fourth step selects and selects n 2 pixels that form n vertically and horizontally n (n is a positive odd number) square from the captured image. In addition, the luminance of each pixel is normalized so that the luminance of the pixel having the highest luminance among the n 2 pixels is 1, and the standard deviation of the normalized luminance of the n 2 pixels is set as the square. It is determined for each pixel of the captured image that the texture value of the center pixel is set, and the determination is made based on whether the texture value of each pixel is included in a predetermined range preset as the texture value of the concrete structure It is characterized by performing.

請求項3に記載の本発明は、前記複数の近傍画素が、輝度値iを有する前記任意の一画素から、右方向に一画素離れた近傍画素δk=1と、右方向に二画素離れた近傍画素δk=2と、右方向に三画素離れた近傍画素δk=3と、右方向に四画素離れた近傍画素δk=4と、右方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=5と、右方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=6と、右方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=7と、右方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=8と、上方向に一画素離れた近傍画素δk=9と、上方向に二画素離れた近傍画素δk=10と、上方向に三画素離れた近傍画素δk=11と、上方向に四画素離れた近傍画素δk=12と、左方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=13と、左方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=14と、左方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=15と、左方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=16と、であって、各近傍画素の輝度値がjである確率をPδk(i,j)とした場合に、前記第7のステップは、 According to a third aspect of the present invention, the plurality of neighboring pixels are separated from the one arbitrary pixel having the luminance value i by a neighboring pixel δ k = 1 that is one pixel away in the right direction and two pixels that are separated in the right direction. A neighboring pixel δ k = 2 , a neighboring pixel δ k = 3 that is three pixels away in the right direction, a neighboring pixel δ k = 4 that is four pixels away in the right direction, and one pixel in the right direction and one in the upward direction. Neighboring pixels δ k = 5 apart, neighboring pixels δ k = 6 apart two pixels in the right direction and two pixels upward, neighboring pixels δ three pixels in the right direction and three pixels away in the upward direction k = 7 , neighboring pixel δ k = 8 , four pixels away in the right direction and four pixels away in the upward direction, neighboring pixel δ k = 9 , one pixel away in the upward direction, and neighboring pixels two pixels away in the upward direction a pixel [delta] k = 10, the neighboring pixel [delta] k = 11 away three pixels upward, the neighboring pixels [delta] k = 12 spaced four pixels upward one pixel in the left direction Is a neighboring pixel [delta] k = 13 spaced one pixel upward, away second pixel in the left direction, and neighboring pixels [delta] k = 14 apart second pixel upward, away three pixels to the left, upward three The probability that the neighboring pixel δ k = 15 that is separated by pixels, the neighboring pixel δ k = 16 that is separated by four pixels in the left direction and four pixels away in the upward direction, and that the luminance value of each neighboring pixel is j is P When δk (i, j) is used, the seventh step is:

上記式(1)を用いて各近傍画素のテクスチャ量Sをそれぞれ計算し、k=9のときにテクスチャ量Sが最大値であって、かつ、テクスチャ量Sの分散値が0.0001以上の場合に、前記任意の一画素をコンクリート領域として抽出することを特徴とする。 Using the above equation (1) to calculate the texture amount S k of each neighboring pixel, respectively, a maximum value texture amount S k is at k = 9, and the variance of the texture amount S k 0. In the case of 0001 or more, the arbitrary one pixel is extracted as a concrete region.

請求項4に記載の本発明は、前記第1のステップが、前記検査対象である前記コンクリート構造物に焦点を合わせて撮像することを特徴とする。   The present invention described in claim 4 is characterized in that the first step performs imaging while focusing on the concrete structure to be inspected.

請求項5に記載の本発明は、前記第5のステップが、前記コンクリート候補領域のうち、単位面積当りの密度が所定の規定値以上の領域を前記コンクリート候補領域として抽出することを特徴とする。   The fifth aspect of the present invention is characterized in that the fifth step extracts, as the concrete candidate region, a region having a density per unit area equal to or higher than a predetermined specified value among the concrete candidate regions. .

請求項6に記載の本発明は、前記コンクリート構造物は円柱の形状を有するものであって、前記第1のステップは、前記デジタルカメラのレンズの光軸を前記円柱の回転軸に直交させ、かつ、画像の上下方向が当該回転軸に一致するように前記コンクリート構造物を撮像することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, the concrete structure has a cylindrical shape, and the first step is such that the optical axis of the lens of the digital camera is orthogonal to the rotational axis of the column, And the said concrete structure is imaged so that the up-down direction of an image may correspond to the said rotating shaft, It is characterized by the above-mentioned.

請求項7に記載の本発明は、前記第5のステップが、前記コンクリート候補領域のうち画像の上下方向の画素数のヒストグラムが所定の閾値以上の場合に、前記撮像画像における上下方向の画素の全てを前記コンクリート候補領域として抽出することを特徴とする。   In the seventh aspect of the present invention, in the fifth step, when the histogram of the number of pixels in the vertical direction of the image in the concrete candidate region is greater than or equal to a predetermined threshold value, All are extracted as the concrete candidate regions.

請求項8に記載の本発明は、前記第6のステップが、Cannyエッジ抽出法を用いることを特徴とする。   The present invention according to claim 8 is characterized in that the sixth step uses a Canny edge extraction method.

請求項9に記載の本発明は、前記第8のステップが、モルフォロジーのDilation領域拡大法を用いることを特徴とする。   The present invention according to claim 9 is characterized in that the eighth step uses a morphological dilation region expansion method.

本発明によれば、コンクリート構造物の撮像画像からコンクリート面以外の背景や障害物を除去することが可能となる。これにより、現状の目視点検におけるひび割れの見落としの危険性を確実に低下することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to remove backgrounds and obstacles other than a concrete surface from a captured image of a concrete structure. Thereby, it becomes possible to reliably reduce the risk of overlooking cracks in the current visual inspection.

ひび割れ検知システムを構成する画像処理アルゴリズムの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the image processing algorithm which comprises a crack detection system. 探査領域抽出部を構成する画像処理アルゴリズムの機能ブロックを示す図である。It is a figure which shows the functional block of the image processing algorithm which comprises a search area extraction part. コンクリート構造物を撮像した撮像画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the captured image which imaged the concrete structure. 図3に示した撮像画像を市販のひび割れ検知ソフトウェアによって処理した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having processed the picked-up image shown in FIG. 3 by commercially available crack detection software. 色判定部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of a color determination part. テクスチャ判定部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of a texture determination part. 構造物判定部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of a structure determination part. 障害物のエッジの抽出結果を示す図である。It is a figure which shows the extraction result of the edge of an obstruction. コンクリート画素の塗り潰し開始点を決定する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which determines the filling start point of a concrete pixel. コンクリート面と非コンクリート面とにおけるテクスチャ量を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the texture amount in a concrete surface and a non-concrete surface. コンクリート画素抽出部の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of a concrete pixel extraction part. コンクリート面の抽出結果を示す図である。It is a figure which shows the extraction result of a concrete surface.

上述したように、建物や電柱等のコンクリート構造物をデジタルカメラ等で撮像し、コンクリート構造物の表面に生じたひび割れを画像処理により検知する方法は既に技術開示されている。しかしながら、画像内にコンクリート面以外の物体が併せて撮像されている場合には、当該物体がひび割れ誤検知の主要因となる。したがって、ひび割れを検知する前に、撮像画像からコンクリート面以外の画像要素を除去することが必要である。以下、本実施の形態では、コンクリート構造物の後方に存在する背景と、コンクリート構造物の前方に前景として存在する障害物とを除去する方法について説明する。   As described above, a technique has already been disclosed in which a concrete structure such as a building or a utility pole is imaged with a digital camera or the like, and a crack generated on the surface of the concrete structure is detected by image processing. However, when an object other than a concrete surface is imaged together in the image, the object is a main factor of crack detection error. Therefore, before detecting cracks, it is necessary to remove image elements other than the concrete surface from the captured image. Hereinafter, in the present embodiment, a method for removing the background existing behind the concrete structure and the obstacle existing as the foreground in front of the concrete structure will be described.

本実施の形態に係るコンクリート画像抽出方法は、デジタルカメラで撮像した画像から、検査対象ではない背景や障害物の特徴を有する画素を抽出して除去するのではなく、検査対象であるコンクリート構造物の特徴を有する画素を抽出し、当該画素に適合しない画素を除去することを特徴としている。また、撮像時において、検査対象であるコンクリート構造物を撮像した画素や画像上の特徴が、コンクリート構造物の特徴を最大限に表すように撮像することも特徴としている。以下、一実施の形態に係るコンクリート画像抽出方法の画像処理アルゴリズムについて説明する。   The concrete image extraction method according to the present embodiment does not extract and remove pixels having features of the background and obstacles that are not the inspection target from the image captured by the digital camera, but the concrete structure that is the inspection target. It is characterized in that pixels having the above characteristics are extracted and pixels that do not match the pixels are removed. Further, at the time of imaging, it is also characterized in that imaging is performed so that pixels on the concrete structure to be inspected and features on the image represent the characteristics of the concrete structure to the maximum. Hereinafter, an image processing algorithm of the concrete image extraction method according to the embodiment will be described.

図1は、ひび割れ検知システムを構成する画像処理アルゴリズムの機能ブロックを示す図である。本実施の形態に係るひび割れ検知システム1は、撮像部11と、画像記憶部12と、探査領域抽出部13と、ひび割れ探査部14と、表示部15とで構成されている。   FIG. 1 is a diagram showing functional blocks of an image processing algorithm constituting a crack detection system. The crack detection system 1 according to the present embodiment includes an imaging unit 11, an image storage unit 12, a search area extraction unit 13, a crack search unit 14, and a display unit 15.

撮像部11は、検査対象であるコンクリート構造物を、当該コンクリート構造物に焦点(ピント)を合わせてデジタルカメラで撮像する機能を有している。   The imaging unit 11 has a function of capturing an image of a concrete structure to be inspected with a digital camera while focusing on the concrete structure.

画像記憶部12は、撮像部11で撮像されたコンクリート構造物を有する撮像画像を読出可能に記憶しておく機能を有している。なお、このような画像記憶部12としては、メモリやハードディスク等の記憶装置で実現可能である。   The image storage unit 12 has a function of storing a captured image having a concrete structure imaged by the imaging unit 11 in a readable manner. Such an image storage unit 12 can be realized by a storage device such as a memory or a hard disk.

探査領域抽出部13は、画像記憶部12から撮像画像を読み出して、コンクリート構造物を映した当該撮像画像から、ひび割れ探査範囲となるコンクリート面の画素(コンクリート領域)を抽出する機能を有している。   The exploration area extraction unit 13 has a function of reading a captured image from the image storage unit 12 and extracting a pixel (concrete area) of a concrete surface that is a crack exploration range from the captured image showing a concrete structure. Yes.

ひび割れ探査部14は、探査領域抽出部13により抽出されたコンクリート領域を探査範囲として、非特許文献2等に開示されたアルゴリズムを用いて、ひび割れ箇所を探査する機能を有している。   The crack search unit 14 has a function of searching for a crack location using an algorithm disclosed in Non-Patent Document 2 or the like using the concrete region extracted by the search region extraction unit 13 as a search range.

表示部15は、ひび割れ探査部14により探査されたひび割れ箇所をひび割れ検知システム1の利用者が視認可能に表示する機能を有している。   The display unit 15 has a function of displaying the crack location searched by the crack search unit 14 so that the user of the crack detection system 1 can visually recognize the crack.

次に、探査領域抽出部13について詳細に説明する。図2は、探査領域抽出部を構成する画像処理アルゴリズムの機能ブロックを示す図である。探査領域抽出部13は、色判定部131aと、テクスチャ判定部131bと、構造物判定部131cとで構成され、検査対象であるコンクリート構造物の特徴を有する画素を抽出する構造物抽出部131と、障害物エッジ抽出部132aと、コンクリート画素抽出部132bとで構成され、構造物抽出部131により抽出された画素からコンクリート面のみを抽出するコンクリート面抽出部132とで構成されている。以下、コンクリート構造物として図3に示す電柱の撮像画像を一例に用いて、探査領域抽出部13を構成する上記各機能部の機能について詳細に説明する。   Next, the search area extraction unit 13 will be described in detail. FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of an image processing algorithm constituting the search area extraction unit. The exploration area extraction unit 13 includes a color determination unit 131a, a texture determination unit 131b, and a structure determination unit 131c. The structure extraction unit 131 extracts pixels having the characteristics of the concrete structure to be inspected. The obstacle edge extracting unit 132a and the concrete pixel extracting unit 132b include a concrete surface extracting unit 132 that extracts only the concrete surface from the pixels extracted by the structure extracting unit 131. Hereinafter, the function of each of the functional units constituting the exploration region extraction unit 13 will be described in detail using a captured image of the utility pole shown in FIG. 3 as an example of a concrete structure.

図4は、図3に示した撮像画像を市販のひび割れ検知ソフトウェアによって処理した結果である。図4の拡大図から分かるように、建物・木・ベルト・ケーブル・足場釘等がひび割れとして誤検知されている。ゆえに、後段のひび割れ探査部14でひび割れ検知処理を行う前に、これら障害物を除去する必要がある。   FIG. 4 shows the result of processing the captured image shown in FIG. 3 with commercially available crack detection software. As can be seen from the enlarged view of FIG. 4, buildings, trees, belts, cables, scaffolding nails and the like are erroneously detected as cracks. Therefore, it is necessary to remove these obstacles before the crack detection unit 14 performs the crack detection process.

まず、構造物抽出部131について説明する。図5は、色判定部の処理を説明する図である。色判定部131aでは、撮像画像を構成している各画素の色(例えば、輝度値、濃淡値、彩度値等)を用いてコンクリート面の可能性を有する色の画素と、それ以外の色の画素とを判定し、それぞれ抽出する。一般的に、コンクリート面の色は灰色であることから、例えば、図5(a)に示すCIE Lab表色系(色評価系の一例)を用いて色の彩度を表現し、彩度が0に近い画素をコンクリート面として判定する。図5(b)は、色の判定結果であり、コンクリート面の色を有する画素に判定結果1が割り当てられ、コンクリート面の色を有しない画素に判定結果0を割り当てられている。   First, the structure extraction unit 131 will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating the processing of the color determination unit. The color determination unit 131a uses a color of each pixel constituting the captured image (for example, a luminance value, a gray value, a saturation value, etc.) and a color pixel having the possibility of a concrete surface, and other colors. Are determined and extracted. Generally, since the color of the concrete surface is gray, for example, the color saturation is expressed using the CIE Lab color system (an example of a color evaluation system) shown in FIG. A pixel close to 0 is determined as a concrete surface. FIG. 5B shows a color determination result. A determination result 1 is assigned to a pixel having a concrete surface color, and a determination result 0 is assigned to a pixel having no concrete surface color.

ここで、撮像画像にはコンクリート構造物と同色の家屋等が混在しているため、色の判定結果のみからでは、コンクリート構造物である電柱を抽出することは困難である。そこで、電柱のみを正確に抽出するには、上記色情報に加えて、以下に説明するテクスチャ情報を追加して利用することが必要がある。   Here, since the captured image includes a house of the same color as that of the concrete structure, it is difficult to extract the utility pole that is the concrete structure only from the color determination result. Therefore, in order to accurately extract only the utility pole, it is necessary to add and use texture information described below in addition to the color information.

図6は、テクスチャ判定部の処理を説明する図である。テクスチャ判定部131bでは、コンクリート面の可能性を有するテクスチャの画素と、それ以外のテクスチャの画素とを判定し、それぞれ抽出する。コンクリート面の可能性が高いと判断されるテクスチャについては、例えば、以下の通り判別する。   FIG. 6 is a diagram for explaining the processing of the texture determination unit. The texture determination unit 131b determines a texture pixel having the possibility of a concrete surface and other texture pixels and extracts them. For example, the texture determined to have a high probability of a concrete surface is determined as follows.

まず、ある任意の一画素(中央画素)と、当該中央画素に対して上下左右斜め方向に隣接する周辺8近傍の各隣接画素(図6(a)参照)とに対して輝度を規格化する。具体的には、中央画素を含めた9画素のうち最も輝度の大きな画素の輝度が1となるように各画素の輝度を規格化する。   First, the luminance is normalized with respect to a certain arbitrary pixel (center pixel) and each adjacent pixel (see FIG. 6A) in the vicinity of the periphery 8 adjacent to the center pixel in the vertical and horizontal directions. . Specifically, the luminance of each pixel is normalized so that the luminance of the pixel with the highest luminance among the nine pixels including the central pixel is 1.

次に、この9画素について、規格化した輝度の標準偏差でテクスチャを数値化し、規格化された9画素の輝度の標準偏差を中央画素のテクスチャ値とする。この数値化した結果を図6(b)に示す。規格化した輝度の標準偏差のテクスチャ値は、0に近いほど滑らかな表面を持つ物体の画像を現すものとなる。   Next, with respect to these nine pixels, the texture is digitized by the standardized standard deviation of luminance, and the standardized standard deviation of luminance of nine pixels is set as the texture value of the central pixel. The digitized result is shown in FIG. As the normalized texture value of the standard deviation of luminance is closer to 0, an image of an object having a smoother surface appears.

その結果、コンクリート面の標準偏差値を解析すると0.05以上かつ0.10未満に収まることから、この範囲にテクスチャ分散値を持つ画素に判定結果1を割り当て、それ以外の画素に判定結果0を割り当てる。すなわち、テクスチャ判定部131bにより判定結果が1である画素は、コンクリートの画像である可能性を有するものとなる。   As a result, when the standard deviation value of the concrete surface is analyzed, it falls within 0.05 or more and less than 0.10. Therefore, the determination result 1 is assigned to the pixels having the texture dispersion value in this range, and the determination result 0 is assigned to the other pixels. Assign. That is, a pixel whose determination result is 1 by the texture determination unit 131b has a possibility of being a concrete image.

以上では、縦3個×横3個からなる正方形の9画素を一例に説明したが、テクスチャの判定に用いる画素数は、縦n個×横n個(nは正の奇数)の正方形を構成するn個の画素としてもよい。すなわち、縦n個×横n個のn個の画素を選択し、選択されたn個の画素について、輝度の標準偏差(最も大きな画素の輝度が1となるように、各画素の輝度を規格化したもの)でテクスチャを数値化し、その結果が、例えば0.05以上かつ0.1未満に収まる場合に判定結果1を中央画素に適用し、当該結果が上記範囲に収まらない場合に判定結果0を適用する。nの値を大きくすることにより、標準偏差における統計母数が大きくなることから判定処理速度が遅くなるものの、処理後の画像がより滑らかになることが期待される。 In the above description, 9 square pixels each consisting of 3 vertical pixels × 3 horizontal pixels have been described as an example, but the number of pixels used for texture determination is a square of n vertical pixels × n horizontal pixels (n is a positive odd number). N 2 pixels may be used. That is, n 2 pixels of vertical n × horizontal n are selected, and the standard deviation of luminance (the luminance of each pixel is set so that the luminance of the largest pixel is 1) for the selected n 2 pixels. If the result is within 0.05 or more and less than 0.1, for example, the judgment result 1 is applied to the center pixel, and the result does not fall within the above range. Judgment result 0 is applied. Increasing the value of n is expected to result in a smoother image after processing, although the statistical parameter in the standard deviation increases and the determination processing speed decreases.

また、前述した撮像部11は、検査対象であるコンクリート構造物が電柱のような円柱の形状の場合に、デジタルカメラのレンズの光軸を円柱の回転軸に直交させ、かつ、デジタルカメラの撮像画像の上下方向が当該回転軸に一致するように電柱を撮像することも可能である。この場合、電柱は画像枠の水平方向に対して垂直に撮像されるため、電柱と背景との境界も当該画像枠の水平方向に対して垂直となる。これにより、テクスチャ判定部131bの処理結果から得られるコンクリート面の可能性を有する画素が分布している場所と、その他の画素との境界についても、上記画像枠の水平方向に対して垂直にすることができる。   The imaging unit 11 described above makes the optical axis of the lens of the digital camera orthogonal to the rotation axis of the cylinder when the concrete structure to be inspected has a cylindrical shape such as a utility pole, and the imaging of the digital camera. It is also possible to image the utility pole so that the vertical direction of the image coincides with the rotation axis. In this case, since the utility pole is imaged perpendicular to the horizontal direction of the image frame, the boundary between the utility pole and the background is also perpendicular to the horizontal direction of the image frame. Thus, the boundary between the pixel where the pixel having the possibility of the concrete surface obtained from the processing result of the texture determination unit 131b is distributed and the other pixel is also made perpendicular to the horizontal direction of the image frame. be able to.

図7は、構造物判定部の処理を説明する図である。構造物判定部131cは、色判定部131aの出力結果と、テクスチャ判定部131bの出力結果とを乗算する(ANDをとる)ことにより、検査対象であるコンクリートの候補領域を抽出する。図7(a)は、その乗算結果を示しており、コンクリート面の可能性を有する画素がコンクリート候補領域として抽出されている。この画像に対して上下方向(縦方向)のヒストグラムを求めたものが図7(b)であり、特定の閾値で分離処理(閾値カット)を施すことにより、図7(c)に示すように電柱を抽出することができる。なお、分散処理に用いる特定の閾値としては、例えば、ピーク値の半分を用いることができる。   FIG. 7 is a diagram illustrating the processing of the structure determination unit. The structure determination unit 131c multiplies the output result of the color determination unit 131a and the output result of the texture determination unit 131b (takes an AND) to extract a concrete candidate region to be inspected. FIG. 7A shows the multiplication result, and pixels having the possibility of a concrete surface are extracted as concrete candidate regions. FIG. 7B shows a vertical (vertical) histogram obtained from this image. As shown in FIG. 7C, separation processing (threshold cut) is performed with a specific threshold. A utility pole can be extracted. Note that, for example, half of the peak value can be used as the specific threshold value used for the distributed processing.

なお、コンクリート構造物と背景との境界が画像枠の水平方向に対して垂直となるように撮像されている場合には、上下方向の画素数のヒストグラムが特定の閾値以上であれば、その上下方向の画素の全部をコンクリート構造物の画素と判定するようにしてもよい。この場合、撮像方法に制約がつくものの、判定処理演算が簡易になることから、誤判定の低下や処理コストの低下が期待できる。   Note that if the image is taken so that the boundary between the concrete structure and the background is perpendicular to the horizontal direction of the image frame, if the histogram of the number of pixels in the vertical direction is greater than or equal to a specific threshold, You may make it determine all the pixels of a direction as a pixel of a concrete structure. In this case, although the imaging method is limited, the determination processing calculation is simplified, so that a reduction in erroneous determination and a reduction in processing cost can be expected.

また、コンクリート構造物が円柱でない場合や、デジタルカメラのレンズの光軸を円柱の回転軸に直交しない場合や、デジタルカメラの画像の上下方向が回転軸と一致するように撮影しない場合には、上述の処理結果から得られるコンクリート面の可能性を有する画素が分布している場所と、その他の画素との境界は、画像の水平方向に対して垂直となるとは限らない。そのような場合には、乗算結果から得られるコンクリート面の可能性を有するコンクリート候補領域の単位面積当りの密度が一定の規定値以上の領域を、コンクリート候補領域と判定するようにしてもよい。この場合には判定演算処理は高度になるものの、撮像方法に制約はないという利点がある。   In addition, when the concrete structure is not a cylinder, when the optical axis of the digital camera lens is not orthogonal to the rotation axis of the cylinder, or when the image of the digital camera is not taken so that the vertical direction matches the rotation axis, The boundary between the pixel where the pixel having the possibility of the concrete surface obtained from the above processing result is distributed and the other pixel is not always perpendicular to the horizontal direction of the image. In such a case, an area where the density per unit area of the concrete candidate area having the possibility of a concrete surface obtained from the multiplication result may be determined as a concrete candidate area. In this case, although the judgment calculation process is advanced, there is an advantage that there is no restriction on the imaging method.

また、背景に他のコンクリート構造物が映っている場合であっても、検査対象に焦点(ピント)が合わせて撮像されているので、背景のコンクリート構造物はボケて映り、手前の検査対象のみを抽出することが可能となる。これにより、焦点(ピント)が合っている検査対象のコンクリート構造物の画素に比べて、背景のコンクリート構造物の画素では周辺画素との輝度の差が小さくなることから、標準偏差も小さくなる。従って、背景のコンクリート構造物は、テクスチャ判定部131bにおいて計算されるテクスチャ値によって排除することができる。このように、テクスチャ判定部131bの標準偏差による計算を用いることにより、デジタルカメラの焦点(ピント)を検査対象のコンクリート構造物に合わせるだけで、検査対象のコンクリート構造物を背景のコンクリート構造物から簡単に分離することが可能となるという効果がある。   Even if other concrete structures are reflected in the background, the focus is focused on the object to be inspected, so the concrete structure in the background is blurred and only the object in front is inspected. Can be extracted. As a result, compared with the pixel of the concrete structure to be inspected in focus, the pixel of the background concrete structure has a smaller difference in luminance from the surrounding pixels, and the standard deviation is also reduced. Therefore, the background concrete structure can be excluded by the texture value calculated in the texture determination unit 131b. In this way, by using the calculation based on the standard deviation of the texture determination unit 131b, the inspection target concrete structure can be moved from the background concrete structure only by adjusting the focus (focus) of the digital camera to the inspection target concrete structure. There is an effect that it can be easily separated.

以上は、検査対象のコンクリート構造物を背景画像から分離して抽出する方法について説明したものである。コンクリート構造物から、コンクリート構造物内に前景として存在する障害物を分離して排除することは上記の方法のみでは不可能であり、これ以降で説明する方法と組み合わせることにより実現される。   The above is a description of the method of extracting and extracting the concrete structure to be inspected from the background image. It is impossible to separate and eliminate obstacles existing as a foreground in a concrete structure from the concrete structure by the above method alone, and can be realized by combining with the methods described below.

次に、コンクリート面抽出部132について説明する。図7(c)に示した構造物抽出部131の処理結果によれば、背景領域を除いた電柱領域のみが抽出されているが、電柱の前にケーブル・ベルト・足場釘等のひび割れ誤検知の要因となる障害物が覆い被さっているため、後段のひび割れ探査部14でひび割れ検知処理を行うには未だ不完全である。これらの障害物を避けてコンクリート面のみを抽出するには、まず、障害物エッジ抽出部132aにおいて、前景として存在する障害物のエッジを抽出する。このエッジ抽出処理は、例えば、Cannyエッジ抽出法を用いることで実現可能である。図8に、エッジの抽出結果を示す。   Next, the concrete surface extraction unit 132 will be described. According to the processing result of the structure extraction unit 131 shown in FIG. 7C, only the electric pole area excluding the background area is extracted. However, erroneous detection of cracks in cables, belts, scaffolding nails, etc. in front of the electric pole. Since the obstacle which becomes the factor of the cover is covered, it is still incomplete to perform the crack detection processing in the crack search unit 14 in the subsequent stage. In order to extract only the concrete surface while avoiding these obstacles, the obstacle edge extraction unit 132a first extracts the edge of the obstacle that exists as the foreground. This edge extraction process can be realized by using, for example, the Canny edge extraction method. FIG. 8 shows an edge extraction result.

次に、コンクリート画素抽出部132bにおいて、コンクリート画素の抽出を行う。構造物抽出部131で抽出されたコンクリート候補領域内で、図9に示すように、ある任意の一画素(中央画素)Aに近傍する近傍16箇所の各近傍画素δk=1〜16(中央画素Aから、右方向に一画素離れた近傍画素δk=1、右方向に二画素離れた近傍画素δk=2、右方向に三画素離れた近傍画素δk=3、右方向に四画素離れた近傍画素δk=4、右方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=5、右方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=6、右方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=7、右方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=8、上方向に一画素離れた近傍画素δk=9、上方向に二画素離れた近傍画素δk=10、上方向に三画素離れた近傍画素δk=11、上方向に四画素離れた近傍画素δk=12、左方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=13、左方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=14、左方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=15、左方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=16)の各輝度値を用いて、以下の式(1)で定義される均質性と呼ばれるテクスチャ量Sを中央画素Aについて計算する。 Next, the concrete pixel extraction unit 132b extracts concrete pixels. In the concrete candidate region extracted by the structure extraction unit 131, as shown in FIG. 9, each of the 16 neighboring pixels δ k = 1 to 16 (center) near one arbitrary pixel (center pixel) A Neighboring pixels δ k = 1 one pixel away from the pixel A in the right direction, neighboring pixels δ k = 2 two pixels away in the right direction, neighboring pixels δ k = 3 three pixels away in the right direction, and four pixels rightward neighboring pixels [delta] k = 4 apart pixels, spaced one pixel in the right direction, neighboring pixel [delta] k = 5 away one pixel upward, away second pixel to the right, near distant second pixel upward pixel [delta] k = 6. Neighboring pixel δ k = 7 , three pixels away in the right direction, three pixels away in the upward direction, Neighboring pixel δ k = 8 , four pixels away in the right direction, four pixels away in the upward direction, one pixel away in the upward direction neighboring pixels [delta] k = 9 was, the neighboring pixels [delta] k = 10 km second pixel upward, near image away three pixels upward [delta] k = 11, neighboring pixels [delta] k = 12 km four pixels upward, away one pixel in the left direction, neighboring pixel [delta] k = 13 km one pixel upward, away second pixel to the left, upwards second pixel neighboring pixels [delta] k = 14 km away three pixels in the left direction, neighboring pixel [delta] k = 15 km three pixels upward, away four pixels in the left direction, neighboring pixel away four pixels upward [delta] k = 16) using each brightness value of the texture amount S k called homogeneity which is defined by the following equation (1) is calculated for the center pixel a.

但し、k(=1,2,…,16)は、近傍画素の位置である。Pδ(i,j)は、輝度値iの中央画素Aからδ(r,θ)離れた近傍画素δの輝度値がjである確率である。rは、中央画素Aと近傍画素δとの間の距離であり、θは、中央画素Aからみた画像の水平方向に対する近傍画素δの角度である。なお、i,jの画素の輝度値は256階調であることが一般的であるが、計算時間を短縮するために8階調に圧縮するのが望ましい。また、テクスチャ量Sの具体的な計算方法については、非特許文献3の517頁〜521頁に記載されているため、ここではその計算方法は省略する。 However, k (= 1, 2,..., 16) is a position of a neighboring pixel. P δ (i, j) is a probability that the luminance value of a neighboring pixel δ k that is δ (r, θ) away from the central pixel A of the luminance value i is j. r is the distance between the center pixel A and the neighboring pixels [delta] k, theta is the angle of neighboring pixels [delta] k with respect to the horizontal direction of the center pixel A viewed image. In general, the luminance values of the i and j pixels are 256 gradations, but it is desirable to compress them to 8 gradations in order to shorten the calculation time. As for the specific method of calculating the texture amount S k, since that is described in 517, pp ~521 Non-Patent Document 3, where the calculation process is omitted.

ここで、16箇所の近傍画素について式(1)を計算すると、中央画素Aに対する16個のテクスチャ量Sをスカラ量として得ることができる。図10(a)及び図10(b)は、近傍画素δの位置kとテクスチャ量Sとの関係をプロットしたものであり、図10(a)はコンクリート面、図10(b)は非コンクリート面のある領域を表している。図10(a)から分かるように、コンクリート面は、近傍画素δにおいてテクスチャ量Sが最大となることを特徴としている。 Here, the neighboring pixels 16 places when calculating the formula (1) can be obtained 16 texture amount S k for the central pixel A as a scalar quantity. FIGS. 10 (a) and 10 (b) is a plot of the relation between the position k and the texture amount S k neighboring pixels [delta] k, 10 (a) is a concrete surface, FIG. 10 (b) Represents an area with a non-concrete surface. As can be seen from FIG. 10 (a), the concrete surface, texture amount S is characterized by a maximum in the vicinity pixel [delta] 9.

ゆえに、「位置k=9のときにテクスチャ量Sが最大となり、かつ、テクスチャ量Sの分散値が0.0001以上の場合に、中央画素Aはコンクリート画素である」と定義する。補足すると、凹凸量が少ない非コンクリート面では、テクスチャ量Sの値が全体的にフラットになり、k=9のときにテクスチャ量Sが偶発的に僅差で最大となることが有り得るため、テクスチャ量Sが最大というだけではコンクリート面の特徴量を規定するのに不十分である。そこで、後段の「テクスチャ量Sの分散値が0.0001以上」という条件が必要となる。 Therefore, it is defined that “the center pixel A is a concrete pixel when the texture amount S is maximum when the position k = 9 and the variance value of the texture amount S is 0.0001 or more”. Supplementally, in the amount of unevenness is small non concrete surface, since the value of the texture amount S k becomes totally flats, texture amount S when k = 9 is to be a accidentally maximum narrowly likely, Texture the amount S 9 is more than just the maximum is insufficient to define the characteristics of the concrete surface. Therefore, a condition that “the dispersion value of the texture amount S is 0.0001 or more” in the subsequent stage is necessary.

構造物抽出部131によって抽出された電柱領域の中から、上記定義に該当する画素をコンクリート領域として抽出し、図11に示すように、コンクリート画素抽出部132bにより、抽出された画素を塗り潰しの開始点として、モルフォロジーのDilationと呼ばれる領域拡大法を用いて開始点を膨張させる。この画素の膨張は、障害物エッジ抽出部132aで抽出された障害物のエッジに衝突したときに停止させる。これにより、コンクリート構造物領域内で障害物を除くコンクリート面のみを抽出することが可能となる。   From the utility pole area extracted by the structure extraction unit 131, a pixel corresponding to the above definition is extracted as a concrete area. As shown in FIG. 11, the concrete pixel extraction unit 132b starts filling the extracted pixel. As a point, the starting point is expanded using a region expansion method called Morphological Dilation. The expansion of the pixel is stopped when it collides with the edge of the obstacle extracted by the obstacle edge extracting unit 132a. Thereby, it is possible to extract only the concrete surface excluding the obstacle in the concrete structure region.

なお、構造物抽出部131とコンクリート面抽出部132とで各々別のテクスチャ計算を行うのは、計算コストの違いによるものである。構造物抽出部131では撮像画像の全体を処理するため、計算コストの小さい8近傍の標準偏差を用いている。一方、コンクリート面抽出部132では塗り潰しの開始点を数回程度探すだけであるため、計算コストは大きいが精度の高い16近傍の同時生起行列を用いている。   Note that the different texture calculation performed by the structure extraction unit 131 and the concrete surface extraction unit 132 is due to a difference in calculation cost. In order to process the entire captured image, the structure extraction unit 131 uses standard deviations in the vicinity of 8 with a low calculation cost. On the other hand, since the concrete surface extraction unit 132 only searches for the start point of filling several times, a high-precision co-occurrence matrix of 16 is used although the calculation cost is high.

図12は、コンクリート面の抽出結果を示す図である。ひび割れ探査部14は、上述したように非特許文献2に開示されたアルゴリズムを用いて、探査領域抽出部13で抽出されたコンクリート領域のみを処理範囲対象として、ひび割れ検知を行う。その後、表示部15により、パソコンのモニタを用いて検知結果が表示される。   FIG. 12 is a diagram illustrating the extraction result of the concrete surface. As described above, the crack search unit 14 performs crack detection using only the concrete region extracted by the search region extraction unit 13 as a processing range target using the algorithm disclosed in Non-Patent Document 2. Thereafter, the display unit 15 displays the detection result using a monitor of a personal computer.

続いて、ひび割れ検知システムのコンクリート画像抽出処理フローについて説明する。まず、撮像部11により、検査対象であるコンクリート構造物がデジタルカメラで撮像される(S1)。   Next, a concrete image extraction process flow of the crack detection system will be described. First, a concrete structure to be inspected is imaged with a digital camera by the imaging unit 11 (S1).

次いで、画像記憶部12により、S1で撮像されたコンクリート構造物を有する撮像画像が記憶される(S2)。   Next, the image storage unit 12 stores a captured image having the concrete structure imaged in S1 (S2).

次いで、色判定部131aにより、画像記憶部12から撮像画像が読み出され、コンクリート構造物の色と同じ色の画素と、当該コンクリート構造物の色以外の色の画素とが判定される(S3)。   Next, the color determination unit 131a reads a captured image from the image storage unit 12, and determines pixels having the same color as the color of the concrete structure and pixels having a color other than the color of the concrete structure (S3). ).

次いで、テクスチャ判定部131bにより、画像記憶部12から撮像画像が読み出され、コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャの画素と、当該コンクリート構造物のテクスチャ以外のテクスチャの画素とが判定される(S4)。   Next, the texture determination unit 131b reads a captured image from the image storage unit 12, and determines pixels having the same texture as the texture of the concrete structure and pixels having a texture other than the texture of the concrete structure (S4). ).

次いで、構造物判定部131cにより、S3でコンクリート構造物の色と同じ色として判定され、かつ、S4でコンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャとして判定された画素がコンクリート候補領域として抽出される(S5)。   Subsequently, the pixel determined as the same color as the color of the concrete structure in S3 by the structure determination unit 131c and determined as the same texture as the texture of the concrete structure in S4 is extracted as a concrete candidate region (S5). ).

次いで、障害物エッジ抽出部132aにより、Cannyエッジ抽出法を用いて、S5で抽出されたコンクリート候補領域から、当該コンクリート候補領域内に前景として存在する障害物のエッジが抽出される(S6)。   Next, the obstacle edge extraction unit 132a uses the Canny edge extraction method to extract the edge of an obstacle existing as a foreground in the concrete candidate area from the concrete candidate area extracted in S5 (S6).

次いで、コンクリート画素抽出部132bにより、コンクリート候補領域内の各画素の輝度値を用いて任意の中央画素に対する16個の近傍画素のテクスチャ量Sをそれぞれ計算し、最大のテクスチャ量を有する近傍画素が位置k=9にあって、16個のテクスチャ量の分散値が0.0001以上である場合に、当該中央画素がコンクリート領域として抽出される(S7)。 Then, the concrete pixel extracting section 132b, a texture amount S k of 16 neighboring pixels for any center pixel respectively calculated using the luminance value of each pixel of the concrete candidate region, neighboring pixels having the maximum texture amount Is at position k = 9 and the variance value of the 16 texture amounts is 0.0001 or more, the central pixel is extracted as a concrete region (S7).

次いで、コンクリート画素抽出部132bにより、モルフォロジーのDilation領域拡大法を用いて、S7で抽出されたコンクリート領域が、S6で抽出された障害物のエッジに到達するまで拡大される(S8)。   Next, the concrete pixel extraction unit 132b expands the concrete region extracted in S7 until reaching the edge of the obstacle extracted in S6 using the morphological dilation region expansion method (S8).

次いで、コンクリート画素抽出部132bにより、S8で拡大されたコンクリート領域が抽出される(S9)。   Next, the concrete area extracted in S8 is extracted by the concrete pixel extraction unit 132b (S9).

次いで、ひび割れ探査部14により、S9で抽出されたコンクリート領域を対象にひび割れ検知が行われる(S10)。   Next, the crack detection unit 14 performs crack detection on the concrete area extracted in S9 (S10).

最後に、表示部15により、S10のひび割れ検知結果がモニタに表示される(S11)。   Finally, the crack detection result of S10 is displayed on the monitor by the display unit 15 (S11).

以上に示した通り、本実施の形態を用いることにより、コンクリート構造物の画像からコンクリート面以外の背景や障害物を削除した後に、ひび割れを検知することが可能となる。   As described above, by using this embodiment, it is possible to detect a crack after deleting a background or an obstacle other than a concrete surface from an image of a concrete structure.

最後に、本ひび割れ検知システム1は、CPU等の演算処理装置やメモリ等の記憶装置を備えたコンピュータにより構成可能なものであり、各部の処理はプログラムによって実行される。また、このプログラムは記憶装置に記憶されており、記録媒体に記録することも、通信ネットワークを通して提供することも可能であるをこと付言しておく。   Finally, the crack detection system 1 can be configured by a computer having an arithmetic processing device such as a CPU and a storage device such as a memory, and the processing of each unit is executed by a program. It should be noted that this program is stored in a storage device and can be recorded on a recording medium or provided through a communication network.

本実施の形態によれば、検査対象であるコンクリート構造物をデジタルカメラで撮像し、当該撮像画像を用いて、コンクリート構造物の色と同じ色として判定され、かつ、コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャとして判定された画素をコンクリート候補領域として抽出し、Cannyエッジ抽出法を用いてコンクリート候補領域から当該コンクリート候補領域内に前景として存在する障害物のエッジを抽出し、コンクリート候補領域内の各画素の輝度値を用いて任意の中央画素に対する16個の近傍画素のテクスチャ量Sをそれぞれ計算し、最大のテクスチャ量を有する近傍画素が位置k=9にあって、16個のテクスチャ量の分散値が0.0001以上である場合に、当該中央画素をコンクリート領域として抽出し、モルフォロジーのDilation領域拡大法を用いてコンクリート領域を障害物のエッジに到達するまで拡大し、拡大されたコンクリート領域を抽出するので、コンクリート構造物の撮像画像からコンクリート面以外の背景や障害物を除去することが可能となる。これにより、現状の目視点検におけるひび割れの見落としの危険性を確実に低下することが可能となる。 According to the present embodiment, a concrete structure to be inspected is imaged with a digital camera, and is determined as the same color as the color of the concrete structure using the captured image, and is the same as the texture of the concrete structure. Pixels determined as textures are extracted as concrete candidate areas, the edges of obstacles existing as foregrounds in the concrete candidate areas are extracted from the concrete candidate areas using the Canny edge extraction method, and each pixel in the concrete candidate area is extracted. there of the 16 neighboring pixels for any central pixel using the luminance value of the texture amount S k respectively calculated, in the vicinity of the pixel position k = 9 having the greatest texture amount, the dispersion of 16 texture amount If the value is greater than or equal to 0.0001, the center pixel is extracted as a concrete area and the morph The area of the concrete is expanded until it reaches the edge of the obstacle using the dilation area expansion method of the topology, and the enlarged concrete area is extracted, so the background and obstacles other than the concrete surface are removed from the captured image of the concrete structure It becomes possible to do. Thereby, it becomes possible to reliably reduce the risk of overlooking cracks in the current visual inspection.

1…ひび割れ検知システム
11…撮像部
12…画像記憶部
13…探査領域抽出部
131…構造物抽出部
131a…色判定部
131b…テクスチャ判定部
131c…構造物判定部
132…コンクリート面抽出部
132a…障害物エッジ抽出部
132b…コンクリート画素抽出部
14…ひび割れ探査部
15…表示部
S1〜S11…ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crack detection system 11 ... Imaging part 12 ... Image storage part 13 ... Exploration area extraction part 131 ... Structure extraction part 131a ... Color determination part 131b ... Texture determination part 131c ... Structure determination part 132 ... Concrete surface extraction part 132a ... Obstacle edge extraction unit 132b ... Concrete pixel extraction unit 14 ... Crack search unit 15 ... Display unit S1 to S11 ... Step

Claims (9)

コンピュータにより、
検査対象であるコンクリート構造物をデジタルカメラで撮像する第1のステップと、
撮像された前記コンクリート構造物を有する撮像画像を記憶手段に記憶する第2のステップと、
前記記憶手段から前記撮像画像を読み出して、前記コンクリート構造物の色と同じ色の画素と当該コンクリート構造物の色以外の色の画素とを判定する第3のステップと、
前記記憶手段から前記撮像画像を読み出して、前記コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャの画素と当該コンクリート構造物のテクスチャ以外のテクスチャの画素とを判定する第4のステップと、
前記コンクリート構造物の色と同じ色として判定され、かつ、前記コンクリート構造物のテクスチャと同じテクスチャとして判定された画素をコンクリート候補領域として抽出する第5のステップと、
所定のエッジ抽出法を用いて前記コンクリート候補領域から当該コンクリート候補領域内に存在する前景のエッジを抽出する第6のステップと、
前記コンクリート候補領域内の各画素の輝度値を用いて任意の一画素に対する複数の近傍画素のテクスチャ量をそれぞれ計算し、最大のテクスチャ量を有する近傍画素が所定の位置にあって、前記複数のテクスチャ量の分散値が所定の規定値以上である場合に、前記任意の一画素をコンクリート領域として抽出する第7のステップと、
所定の領域拡大法を用いて前記コンクリート領域を前記前景のエッジに到達するまで拡大する第8のステップと、
拡大された前記コンクリート領域を抽出する第9のステップと、
を有することを特徴とするコンクリート画像抽出方法。
By computer
A first step of imaging a concrete structure to be inspected with a digital camera;
A second step of storing a captured image having the captured concrete structure in a storage means;
A third step of reading the captured image from the storage means and determining a pixel of the same color as the color of the concrete structure and a pixel of a color other than the color of the concrete structure;
A fourth step of reading the captured image from the storage means and determining a pixel of the same texture as the texture of the concrete structure and a pixel of a texture other than the texture of the concrete structure;
A fifth step of extracting, as a concrete candidate region, pixels determined as the same color as the color of the concrete structure and determined as the same texture as the texture of the concrete structure;
A sixth step of extracting a foreground edge existing in the concrete candidate region from the concrete candidate region using a predetermined edge extraction method;
Using the luminance value of each pixel in the concrete candidate region, calculate the texture amount of a plurality of neighboring pixels for an arbitrary pixel, and the neighboring pixel having the maximum texture amount is at a predetermined position, and the plurality of neighboring pixels A seventh step of extracting the arbitrary one pixel as a concrete region when the variance value of the texture amount is equal to or greater than a predetermined specified value;
An eighth step of enlarging the concrete area using a predetermined area enlarging method until the foreground edge is reached;
A ninth step of extracting the expanded concrete area;
A concrete image extraction method comprising:
前記第4のステップは、
前記撮像画像から縦n個横n個(nは正の奇数)の正方形を構成するn個の画素を選択し、選択された前記n個の画素のうち最も輝度の大きな画素の輝度が1となるように各画素の輝度をそれぞれ規格化し、規格化された前記n個の画素の輝度の標準偏差を前記正方形の中央画素のテクスチャ値とすることを前記撮像画像の各画素について求め、
当該各画素のテクスチャ値が、前記コンクリート構造物のテクスチャ値として予め設定された所定の範囲に含まれるか否かにより前記判定を行うことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート画像抽出方法。
The fourth step includes
N vertical pieces horizontal n pieces from the captured image (n is a positive odd number) and select the n 2 pixels constituting the square, the luminance of the large pixel of the brightest of the n 2 pixels selected For each pixel of the captured image, the luminance of each pixel is normalized so as to be 1, and the standard deviation of the normalized luminance of the n 2 pixels is used as the texture value of the central pixel of the square. ,
The concrete image extraction method according to claim 1, wherein the determination is performed based on whether the texture value of each pixel is included in a predetermined range set in advance as a texture value of the concrete structure.
前記複数の近傍画素は、輝度値iを有する前記任意の一画素から、
右方向に一画素離れた近傍画素δk=1と、
右方向に二画素離れた近傍画素δk=2と、
右方向に三画素離れた近傍画素δk=3と、
右方向に四画素離れた近傍画素δk=4と、
右方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=5と、
右方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=6と、
右方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=7と、
右方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=8と、
上方向に一画素離れた近傍画素δk=9と、
上方向に二画素離れた近傍画素δk=10と、
上方向に三画素離れた近傍画素δk=11と、
上方向に四画素離れた近傍画素δk=12と、
左方向に一画素離れ、上方向に一画素離れた近傍画素δk=13と、
左方向に二画素離れ、上方向に二画素離れた近傍画素δk=14と、
左方向に三画素離れ、上方向に三画素離れた近傍画素δk=15と、
左方向に四画素離れ、上方向に四画素離れた近傍画素δk=16と、
であって、
各近傍画素の輝度値がjである確率をPδk(i,j)とした場合に、
前記第7のステップは、
上記式(1)を用いて各近傍画素のテクスチャ量Sをそれぞれ計算し、k=9のときにテクスチャ量Sが最大値であって、かつ、テクスチャ量Sの分散値が0.0001以上の場合に、前記任意の一画素をコンクリート領域として抽出することを特徴とする請求項1又は2に記載のコンクリート画像抽出方法。
The plurality of neighboring pixels are obtained from the one arbitrary pixel having a luminance value i,
Neighboring pixels δ k = 1 one pixel away in the right direction,
Neighboring pixels δ k = 2 separated by two pixels in the right direction,
Neighboring pixels δ k = 3 three pixels away in the right direction,
Neighboring pixels δ k = 4 four pixels away in the right direction,
Neighboring pixels δ k = 5 one pixel away in the right direction and one pixel away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 6 , two pixels away in the right direction and two pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 7 that are 3 pixels apart in the right direction and 3 pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 8 that are 4 pixels apart in the right direction and 4 pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 9 one pixel away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 10 two pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 11 three pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 12 , four pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 13 one pixel away in the left direction and one pixel away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 14 two pixels away in the left direction and two pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 15 three pixels away in the left direction and three pixels away in the upward direction,
Neighboring pixels δ k = 16 that are 4 pixels apart in the left direction and 4 pixels away in the upward direction,
Because
When the probability that the luminance value of each neighboring pixel is j is P δk (i, j),
The seventh step includes
Using the above equation (1) to calculate the texture amount S k of each neighboring pixel, respectively, a maximum value texture amount S k is at k = 9, and the variance of the texture amount S k 0. The concrete image extraction method according to claim 1, wherein in the case of 0001 or more, the one arbitrary pixel is extracted as a concrete region.
前記第1のステップは、
前記検査対象である前記コンクリート構造物に焦点を合わせて撮像することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコンクリート画像抽出方法。
The first step includes
The concrete image extraction method according to claim 1, wherein the concrete structure to be inspected is focused and imaged.
前記第5のステップは、
前記コンクリート候補領域のうち、単位面積当りの密度が所定の規定値以上の領域を前記コンクリート候補領域として抽出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のコンクリート画像抽出方法。
The fifth step includes
5. The concrete image extraction method according to claim 1, wherein an area having a density per unit area equal to or greater than a predetermined specified value is extracted as the concrete candidate area among the concrete candidate areas. .
前記コンクリート構造物は円柱の形状を有するものであって、
前記第1のステップは、
前記デジタルカメラのレンズの光軸を前記円柱の回転軸に直交させ、かつ、画像の上下方向が当該回転軸に一致するように前記コンクリート構造物を撮像することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコンクリート画像抽出方法。
The concrete structure has a cylindrical shape,
The first step includes
6. The concrete structure is imaged so that the optical axis of the lens of the digital camera is orthogonal to the rotation axis of the cylinder and the vertical direction of the image coincides with the rotation axis. The concrete image extraction method according to any one of the above.
前記第5のステップは、
前記コンクリート候補領域のうち画像の上下方向の画素数のヒストグラムが所定の閾値以上の場合に、前記撮像画像における上下方向の画素の全てを前記コンクリート候補領域として抽出することを特徴とする請求項6に記載のコンクリート画像抽出方法。
The fifth step includes
The all-vertical pixel in the captured image is extracted as the concrete candidate region when the histogram of the number of pixels in the vertical direction of the image in the concrete candidate region is greater than or equal to a predetermined threshold value. Concrete image extraction method as described in 4.
前記第6のステップは、
Cannyエッジ抽出法を用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコンクリート画像抽出方法。
The sixth step includes
The concrete image extraction method according to claim 1, wherein a Canny edge extraction method is used.
前記第8のステップは、
モルフォロジーのDilation領域拡大法を用いることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコンクリート画像抽出方法。
The eighth step includes
The concrete image extraction method according to claim 1, wherein a morphological dilation area expansion method is used.
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