JP2014006219A - ひび割れ検知装置、及びひび割れ検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート壁面等がスス等で汚れていてひび割れが容易に視認できない場合であっても、ひび割れの有無を正確に検知できるようにする。
【解決手段】赤色光か青色光か緑色光を光照射手段３がコンクリート壁面２に照射し、該壁面を撮影手段４が撮影する。該撮影手段４で得た画像における各画素のＲＧＢ値ｒ，ｇ，ｂを彩度演算手段５が彩度Ｓに変換し、ひび割れ判別手段６が該彩度Ｓの値に基づいてひび割れの有無を判別する。コンクリート壁面等がスス等で汚れていてひび割れが容易に視認できない場合であっても ひび割れがある場合の彩度Ｓの値とひび割れが無い場合の彩度Ｓの値とは大きく異なるので、該ひび割れ判別手段６はひび割れの有無を正確に検知できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体におけるひび割れの有無を検知するひび割れ検知装置、及びひび割れ検知方法に係り、詳しくは、撮影した画像の各画素の彩度に基づいてひび割れの有無を判別するひび割れ検知装置及びひび割れ検知方法に関する。

何らかの構造物（例えば、トンネルや堤防やダム等のコンクリート構造物）の表面に生じたひび割れや段差等（以下、単に“ひび割れ”とする）が安全性等に影響を及ぼす場合がある。例えば、トンネルや道路の壁面にひび割れが生じると、やがて表面部分が剥落して交通事故や交通障害の原因になりかねないし、堤防やダム等にひび割れが生じると、水による浸食を助長して強度低下を引き起こしてしまうおそれもある。

そのようなひび割れの有無を作業者が目視でチェックすることも考えられるが、作業が大変で、コストも嵩んでしまうという問題があった。

そこで、構造物の表面をデジタルカメラで撮影し、ひび割れが生じているかどうかを自動的に確認する装置として種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１、２及び３参照）。図４は、ひび割れ検知装置の従来構造の一例を示す模式図であり、符号１０２は、被検体である構造物を示し、符号１０２ａは、該構造物１０２の表面に生じた欠陥部分を示し、符号１０３は、該構造物１０２の表面に光を照射する光照射手段を示し、符号１０４は、該構造物１０２の表面を撮影する撮影手段を示す。また、符号１０５は、撮影手段１０４により撮影された画像の二値化処理を行う二値化処理部を示し、符号１０６は、該二値化処理した画像データからひび割れを検知するひび割れ検知部を示す。

特開２００７−２１２３０９号公報 特開２００９−１３３０８５号公報 特開２０１１−１１７７８８号公報

しかしながら、目視によるチェックや上述のような装置では、構造物の表面が汚れている場合にはひび割れの有無を正確に検知できないおそれがあった。例えば、道路トンネルの壁面などは、自動車（ガソリン車やディーゼル車）が出す排気ガスによるススの付着により黒く汚れていることが多く、ひび割れの部分もひび割れしていない部分もススの付着により黒くなってしまい、画像や目視によるひび割れ検知が困難になってしまうという問題があった。

本発明は、上述の問題を解消することのできるひび割れ検知装置及びひび割れ検知方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の内の少なくとも一つの光を被検体（２）に照射し得る光照射手段（３）と、
該光照射手段（３）により光が照射されている状態の被検体（２）を撮影する撮影手段（４）と、
該撮影手段（４）により得られた画像の各画素についてＲＧＢ値（ｒ，ｇ，ｂ）から彩度（Ｓ）を演算する彩度演算手段（５）と、
該彩度演算手段（５）が演算した彩度（Ｓ）に基づき、前記被検体（２）の表面におけるひび割れ（２ａ）の有無を判別するひび割れ判別手段（６）と、を備えたことを特徴とするひび割れ検知装置（１）に関する。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、図３(a) に例示するように、前記光照射手段が、略赤色の光を出射する赤色光源（１３Ｒ）と、略青色の光を出射する青色光源（１３Ｂ）と、略緑色の光を出射する緑色光源（１３Ｇ）と、それらの光源（１３Ｒ，１３Ｂ，１３Ｇ）から出射される光の光量を各光源別に調整する光量調整手段（１３Ｃ）と、を有することにより、略赤色、略青色及び略緑色の少なくとも一色の色の光と、略赤色、略青色及び略緑色が混色されてなる略白色の光とを選択的に照射可能に構成されたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、図３(b) に例示するように、前記光照射手段が、略赤色の光を出射する赤色光源（２３Ｒ）、略青色の光を出射する青色光源（２３Ｂ）、及び略緑色の光を出射する緑色光源（２３Ｇ）の内の少なくとも一つの光源（２３Ｒ，２３Ｂ，２３Ｇ）と、これらの光源（２３Ｒ，…）より色温度が高い略白色の光を出射する白色光源（２３Ｗ）と、を有することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、図３(b) に符号２３で例示するように、前記光照射手段が、前記赤色光源（２３Ｒ）と前記青色光源（２３Ｂ）と前記緑色光源（２３Ｇ）と前記白色光源（２３Ｗ）とを有する、ことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の少なくとも一つの光を光照射手段（３）により被検体（２）に照射する工程と、
前記光が照射されている状態の被検体（２）を撮影手段（４）により撮影する工程と、
該撮影手段（４）により得られた画像の各画素についてＲＧＢ値（ｒ，ｇ，ｂ）から彩度（Ｓ）を演算する工程と、
該演算された彩度（Ｓ）に基づき、前記被検体（２）の表面におけるひび割れ（２ａ）の有無を判別する工程と、を備えたことを特徴とするひび割れ検知方法に関する。

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

請求項１及び５に係る発明によれば、被検体の表面が汚れていて ひび割れを容易に視認できないような場合であっても、ひび割れの有無を正確に検知できる。

請求項２に係る発明によれば、被検体表面の汚れの状況に応じて照明光の色を適宜切り替えることができ、ひび割れの有無を正確に検知することができる。例えば、被検体がススなどで汚れていなくてひび割れが容易に視認できるようであれば赤色光源、青色光源及び緑色光源の全てを点灯して白色光を作り出してひび割れ検知を行えば良く、被検体の表面がススなどで汚れていてひび割れが容易に視認できないようであれば、赤色光源、青色光源又は緑色光源のいずれかを点灯してひび割れ検知を行えば良い。

請求項３及び４に係る発明によれば、ひび割れの検知の精度を高めることができる。

図１は、本発明に係るひび割れ検知装置の構成の一例を示す模式図である。 図２(a) は、白色光を照射して得た画像における各画素の彩度の分布状態の一例を示すグラフであり、同図(b) は、赤色光を照射して得た画像における各画素の彩度の分布状態の一例を示すグラフである。 図３(a) は、光照射手段の構成の一例を示す正面図であり、同図(b) は、光照射手段の構成の他の例を示す正面図である。 図４は、ひび割れ検知装置の従来構造の一例を示す模式図である。

以下、図１乃至図３に沿って、本発明の実施の形態について説明する。

本発明に係るひび割れ検知装置は、図１に符号１で例示するものであって、
・ 略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の内の少なくとも一つ（一色）の光を被検体２に照射し得る光照射手段３と、
・ 該光照射手段３により光が照射されている状態の被検体２を撮影する撮影手段４と、
・ 該撮影手段４により得られた画像の各画素Ｐ_１，Ｐ_２，…についてＲＧＢ値ｒ，ｇ，ｂから彩度Ｓを演算する彩度演算手段５と、
・ 該彩度演算手段５が演算した彩度Ｓに基づき、前記被検体２の表面におけるひび割れの有無を判別するひび割れ判別手段６と、
を備えている。

ここで、本発明者らが行った実験結果を図２(a) (b) に示す。

被検体としては、ひび割れが生じていて該ひび割れが視認できるコンクリートブロックを使用し、該コンクリートブロックの撮影は昼間ではなく夜間に行った。撮影に際しては、まず、該コンクリートブロック（ひび割れを含む部分）に対向する位置に撮影手段（デジタルカメラ）４と光照射手段３とを三脚等（不図示）で固定し、該ひび割れを含む部分の撮影を行った。該撮影により得た画像（以下、“第１画像”とする）にはひび割れが写っていた。次に、該ひび割れを含む部分に黒色塗料をスプレー（噴霧器）で吹き付けてひび割れが容易に視認できないようにし、白色光を照射して撮影手段４による撮影を行った（以下、該撮影により得た画像を“第２画像”とする）。さらに、該ひび割れを含む部分を赤色光のみで照射して撮影手段４による撮影を行った（以下、該撮影により得た画像を“第３画像”とする）。なお、前記１画像を撮影してから前記第３画像を撮影するまでは前記撮影手段４を動かさないようにした。したがって、前記第２及び第３画像においてはひび割れは視認できにくいものの、前記第１画像においてひび割れが写っている位置（画素）と同じ位置（画素）にひび割れが存在していることとなる。

前記第１画像ではひび割れが視認できるので、ひび割れが写っている画素（以下、“ひび割れ内画素”とする）はどの画素で、ひび割れが写っていない画素（以下、“ひび割れ外画素”とする）はどの画素かの区別ができる。前記第１画像と前記第２画像と前記第３画像とは、撮影手段４を動かさないで撮影したものであるため、それらの画像においてはひび割れ内画素とひび割れ外画素とは一致している。そこで、前記第２画像において、全ての画素（つまり、ひび割れ内画素とひび割れ外画素）を抽出し、各画素のＲＧＢ値から彩度を演算し、ひび割れ内画素の彩度の分布とひび割れ外画素の彩度の分布とを調べた。図２(a) に符号Ｅ_１で示す棒線群（実線の棒線群）はひび割れ内画素の彩度の分布を示しており、ひび割れが存在する画素の彩度は２〜６の範囲に分布していることが分かった。また、図２(a)
に符号Ｅ_２で示す棒線群（破線の棒線群）はひび割れ外画素の彩度の分布を示しており、ひび割れが存在しない画素の彩度は５〜１１の範囲に分布していることが分かった。つまり、白色光を照射して撮影した場合は、符号Ｅ_１で示す棒線群（実線の棒線群）と符号Ｅ_２で示す棒線群（破線の棒線群）とが接近しているので、ひび割れが存在している画素か否かの区別をすることが困難であることが理解できる。

次に、第３画像（つまり、赤色光を照射して得た画像）についても同様の処理を行った。すなわち、該第３画像において、全ての画素（つまり、ひび割れ内画素とひび割れ外画素）を抽出し、各画素のＲＧＢ値から彩度を演算し、ひび割れ内画素の彩度の分布とひび割れ外画素の彩度の分布とを調べた。図２(b) に符号Ｅ_１で示す棒線群（実線の棒線群）はひび割れ内画素の彩度の分布を示しており、ひび割れが存在する画素の彩度は７〜１３の範囲に分布していることが分かった。また、図２(b)
に符号Ｅ_２で示す棒線群（破線の棒線群）はひび割れ外画素の彩度の分布を示しており、ひび割れが存在しない画素の彩度は３７〜４２の範囲に分布していることが分かった。つまり、赤色光を照射して撮影した場合は、符号Ｅ_１で示す棒線群（実線の棒線群）と符号Ｅ_２で示す棒線群（破線の棒線群）とが接近せずに離れているので、ひび割れが存在している画素か否かの区別をすることが容易であることが分かった。なお、本発明者らは、青色光を照射して同様の実験を行い、さらに緑色光を照射して同様の実験を行ったが、赤色光を使った場合がひび割れの検知が最も容易であり、緑色光→青色光→白色光の順にひび割れ検知が困難になる（つまり、符号Ｅ_１で示す棒線群（実線の棒線群）と符号Ｅ_２で示す棒線群（破線の棒線群）とが接近してしまう）ことを突き止めた。

以上に述べた実験からも理解できるように、本発明によれば、被検体２の表面が汚れていて ひび割れを容易に視認できないような場合であっても、ひび割れの有無を正確に検知できる。

ここで、前記光照射手段３としては、
・ 略赤色の光を出射する赤色光源（例えば、赤色ランプや赤色ＬＥＤ等）３Ｒ
・ 略青色の光を出射する青色光源（例えば、青色ランプや赤色ＬＥＤ等）３Ｂ
・ 略緑色の光を出射する緑色光源（例えば、緑色ランプや赤色ＬＥＤ等）３Ｇ
の内の少なくとも一つの光源を備えたものを挙げることができる。その場合、該光照射手段を、図３(a) に符号１３で例示するように、
・ 略赤色の光を出射する赤色光源１３Ｒと、
・ 略青色の光を出射する青色光源１３Ｂと
・ 略緑色の光を出射する緑色光源１３Ｇと、
・ それらの光源１３Ｒ，…から出射される光の光量を各光源別に調整する光量調整手段１３Ｃと、
により構成し、
・ 略赤色、略青色及び略緑色の少なくとも一色の色の光と、
・ 略赤色、略青色及び略緑色が混色されてなる略白色の光
とを選択的に照射可能に構成しても良い。そのように構成した場合は、被検体２表面の汚れの状況に応じて照明光の色を適宜切り替えることができ、ひび割れの有無を正確に検知することができる。例えば、被検体２がススなどで汚れていなくてひび割れが容易に視認できるようであれば赤色光源１３Ｒ、青色光源１３Ｂ及び緑色光源１３Ｇの全てを点灯して白色光を作り出してひび割れ検知を行えば良く、被検体２の表面がススなどで汚れていてひび割れが容易に視認できないようであれば、赤色光源１３Ｒ、青色光源１３Ｂ又は緑色光源１３Ｇのいずれかを点灯してひび割れ検知を行えば良い。また、赤色光源１３Ｒ、青色光源１３Ｂ及び緑色光源１３Ｇの全てを点灯させる場合、該赤色光源１３Ｒや該青色光源１３Ｂの光量を前記光量調整手段１３Ｃにて調整することにより 光（つまり、略赤色の光と略青色の光と略緑色の光とが混ぜられた光）の色温度を変化させて、ひび割れの検知の精度を高めることも可能となる。なお、前記光量調整手段１３Ｃとしては、
・ 各光源１３Ｒ，…への電流量を調整する手段や、
・ 各光源１３Ｒ，…から出射される光を遮蔽する手段（例えば、スリットなど）、
などを挙げることができる。

また、該光照射手段を、図３(b) に例示するように、
・ 略赤色の光を出射する赤色光源２３Ｒ、略青色の光を出射する青色光源２３Ｂ、及び略緑色の光を出射する緑色光源２３Ｇの内の少なくとも一つの光源と、
・ 略白色の光を出射する白色光源（例えば、白色ハロゲンランプや白色ＬＥＤ等）２３Ｗと、
・ それらの光源２３Ｒ，…から出射される光の光量を各光源別に調整する光量調整手段２３Ｃと、
により構成し、
・ 被検体２の表面がスス等で汚れていてひび割れを容易に視認できないような場合は、赤色光源２３Ｒ、青色光源２３Ｂ又は緑色光源２３Ｇのいずれか一つを点灯させて略赤色か略青色か略緑色の光を照射し、
・ 被検体２の表面がスス等で汚れていなくてひび割れを容易に視認できるような場合は、白色光源２３Ｗを点灯させて略白色の光を照射する、
ようにすると良い。この場合、前記白色光源２３Ｗには、赤色光源２３Ｒ、青色光源２３Ｂ及び緑色光源２３Ｇより色温度が高い光源（つまり、赤色光源２３Ｒ、青色光源２３Ｂ及び緑色光源２３Ｇを点灯させて作り出した白色光よりも色温度が高くなる光源）を用いると良い。そのようにした場合には、白色光を使った場合のひび割れの検知の精度を高めることができる。また、図３(b) に示すように、赤色光源２３Ｒと青色光源２３Ｂと緑色光源２３Ｇと白色光源２３Ｗとを設けた場合には、全ての光源２３Ｒ，…を点灯させれば輝度の高い白色光を得ることができ、ひび割れの検知を容易にできる。

さらに、前記光照射手段を、図３(b) に例示するように、
・ 略赤色の光を出射する赤色光源２３Ｒと、
・ 略青色の光を出射する青色光源２３Ｂと、
・ 略緑色の光を出射する緑色光源２３Ｇと、
・ 略白色の光を出射する光源であって、前記赤色光源２３Ｒや前記青色光源２３Ｂや前記緑色光源２３Ｇよりも色温度が高い白色光源２３Ｗと、
により構成しても良い。そのように構成した場合には、前記赤色光源２３Ｒ、前記青色光源２３Ｂ、前記緑色光源２３Ｇ及び前記白色光源２３Ｗの全ての光源を点灯させると、該白色光源２３Ｗからは色温度が高い白色光（つまり、前記赤色光源２３Ｒ、前記青色光源２３Ｂ及び前記緑色光源２３Ｇからの光よりも色温度が高い白色光）が被検体２に照射され、前記赤色光源２３Ｒ、前記青色光源２３Ｂ及び前記緑色光源２３Ｇによると 色温度が低い白色光（つまり、前記白色光源２３Ｗからの白色光よりも色温度が低い白色光）が被検体２に照射されることとなる。そして、このように色温度が異なる２種類の白色光を被検体２に照射することにより、ひび割れの検知精度を高めることができる。

さらに、前記光照射手段を、
・ 略白色の光を出射する白色光源と、
・ 該白色光源の光路上に配置されて前記略白色の光を略赤色か略青色か略緑色のいずれかの色の光に変更するフィルター部（カラーフィルター）と、
により構成しても良い。

なお、前記撮影手段４としては、公知のデジタルカメラを挙げることができる。

一方、前記彩度演算手段５では、公知の変換式によりＲＧＢ値ｒ，ｇ，ｂを彩度Ｓに変換するようにすると良い。公知の変換式としては、例えば、下式（ＲＧＢ空間をＨＳＬ空間に変換するための変換式）を挙げることができる。すなわち、

ところで、図２(b) に示す例では、彩度Ｓが 大体５〜１５の範囲にあればひび割れであると判断することができるが、そのような範囲Ｓｒａｎｇｅを予め計測しておいて、その範囲Ｓｒａｎｇｅを基準データ記憶手段７に記憶させておく。そして、前記ひび割れ判別手段６は前記彩度演算手段５にて求めた彩度Ｓ（各画素の彩度Ｓ）が前記範囲内にあるかどうかを比較し、範囲内にあれば「ひび割れである」との判定結果Ｃを画素のアドレスＡｐと共に出力し、範囲外であれば「ひび割れでない」との判定結果Ｃを画素のアドレスＡｐと共に出力するようにすると良い。

また、本発明に係るひび割れ検知装置１には、
・ 「ひび割れである」との判定結果Ｃと、
・ その画素のアドレスＡｐと、
に基づき、図１に符号Ｄで示すような画像（例えば、ひび割れの場所や形状を黒く塗りつぶしたドット等で示す画像）を表示するひび割れ表示手段８を設けておいても良い。

一方、本発明に係るひび割れ検知方法は、
・ 略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の少なくとも一つ（一色）の光を光照射手段３により被検体２に照射する工程と、
・ 前記光が照射されている状態の被検体２を撮影手段４により撮影する工程と、
・ 該撮影手段４により得られた画像の各画素についてＲＧＢ値ｒ，ｇ，ｂから彩度Ｓを演算する工程と、
・ 該演算された彩度Ｓに基づき、前記被検体２の表面におけるひび割れの有無を判別する工程と、
を備えている。

本発明のひび割れ検知装置やひび割れ検知方法や、トンネルや堤防やダム等のコンクリート構造物やコンクリート構造物以外の構造物におけるひび割れ検知に利用することができる。

１ ひび割れ検知装置
２ 被検体
３ 光照射手段
４ 撮影手段
５ 彩度演算手段
６ ひび割れ判別手段
１３Ｂ 青色光源
１３Ｃ 光量調整手段
１３Ｇ 緑色光源
１３Ｒ 赤色光源
２３Ｂ 青色光源
２３Ｇ 緑色光源
２３Ｒ 赤色光源
２３Ｗ 白色光源

Claims (5)

1. 略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の内の少なくとも一つの光を被検体に照射し得る光照射手段と、
   該光照射手段により光が照射されている状態の被検体を撮影する撮影手段と、
   該撮影手段により得られた画像の各画素についてＲＧＢ値から彩度を演算する彩度演算手段と、
   該彩度演算手段が演算した彩度に基づき、前記被検体の表面におけるひび割れの有無を判別するひび割れ判別手段と、
   を備えたことを特徴とするひび割れ検知装置。
2. 前記光照射手段は、略赤色の光を出射する赤色光源と、略青色の光を出射する青色光源と、略緑色の光を出射する緑色光源と、それらの光源から出射される光の光量を各光源別に調整する光量調整手段と、を有することにより、略赤色、略青色及び略緑色の少なくとも一色の色の光と、略赤色、略青色及び略緑色が混色されてなる略白色の光とを選択的に照射可能に構成された、
   ことを特徴とする請求項１に記載のひび割れ検知装置。
3. 前記光照射手段は、略赤色の光を出射する赤色光源、略青色の光を出射する青色光源、及び略緑色の光を出射する緑色光源の内の少なくとも一つの光源と、これらの光源より色温度が高い略白色の光を出射する白色光源と、を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のひび割れ検知装置。
4. 前記光照射手段は、前記赤色光源と前記青色光源と前記緑色光源と前記白色光源とを有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のひび割れ検知装置。
5. 略赤色の光、略青色の光、及び略緑色の光の少なくとも一つの光を光照射手段により被検体に照射する工程と、
   前記光が照射されている状態の被検体を撮影手段により撮影する工程と、
   該撮影手段により得られた画像の各画素についてＲＧＢ値から彩度を演算する工程と、
   該演算された彩度に基づき、前記被検体の表面におけるひび割れの有無を判別する工程と、
   を備えたことを特徴とするひび割れ検知方法。

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