JP2015049765A - Method of correcting distortion of tunnel lining surface image - Google Patents
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Abstract
Description
本発明、トンネル覆工面元画像に含まれる断面方向の歪みを補正する方法に関する。前記トンネル覆工面元画像は画像処理が可能な画像であればよく、撮影装置はラインセンサカメラやレーザスキャナに限定されず、どのようなものでもかまわない。 The present invention relates to a method for correcting distortion in a cross-sectional direction included in a tunnel lining surface original image. The tunnel lining surface original image may be an image capable of image processing, and the photographing apparatus is not limited to a line sensor camera or a laser scanner, and may be anything.
従来の鉄道トンネル検査は、検査員の目視と紙への記録による作業が主な手段であり、これらは検査員の主観に左右される上に、膨大な作業量となる。また、座標を持たない紙ベースの展開図で管理しているので、変状の位置、長さ、幅などの計測精度も低いうえ、変状の進展を空間的にも時系列的にも把握しにくいという課題を抱えている。 The conventional railway tunnel inspection is mainly performed by inspection by an inspector and recording on paper, which depends on the subjectivity of the inspector and requires a huge amount of work. In addition, because it is managed with a paper-based development view that does not have coordinates, the measurement accuracy of the deformation position, length, width, etc. is low, and the progress of the deformation is grasped both spatially and in time series. It is difficult to do.
近年、人手による検査方法に代わって、レーザ、ラインセンサカメラ、ハイビジョンカメラなどを用いたトンネル検査システムが開発されてきた。本出願人は、レーザスキャナを搭載したトンネル検査車を用いて、トンネル覆工面に照射したレーザ光の反射の濃淡を検出することで、覆工表面のひび割れ等の変状の状態の検査を、ばらつきなく一定の精度で迅速に行うシステムを開発した。この検査において、前記レーザスキャナを搭載したトンネル検査車は、レーザ光をトンネル覆工面に走査し、反射した状線の微妙な輝度の強弱を受光センサにより検出し、２５６階調にデジタル化し、レーザ光の反射光量データを取得する。そして、このレーザ光の反射光量データをトンネル検査車の進行方向に連続して積み重ねて、トンネル覆工面の鮮明な展開画像を取得する。 In recent years, tunnel inspection systems using lasers, line sensor cameras, high-vision cameras, and the like have been developed instead of manual inspection methods. The present applicant uses a tunnel inspection vehicle equipped with a laser scanner to detect the shade of the reflection of the laser light irradiated to the tunnel lining surface, thereby inspecting the state of deformation such as cracks on the lining surface. We have developed a system that can be performed quickly with constant accuracy without any variation. In this inspection, the tunnel inspection vehicle equipped with the laser scanner scans the tunnel lining surface with laser light, detects the subtle brightness intensity of the reflected line with a light receiving sensor, digitizes it into 256 gradations, The reflected light amount data of light is acquired. Then, the reflected light amount data of the laser light is continuously stacked in the traveling direction of the tunnel inspection vehicle to obtain a clear developed image of the tunnel lining surface.
ところで複線の場合、トンネル検査車は下り線もしくは上り線を走行しながらトンネル覆工面を撮影している。トンネル中心は上り線と下り線の中間にあるため、撮影位置であるレーザ照射位置はトンネル中心からずれた状態となっている。このような状態でトンネル覆工面を断面方向に撮影すると、レーザ照射位置からトンネル覆工面のレーザ照射点までの距離は、レーザ照射角度に応じて異なってくる。すると、レーザスキャナでトンネルの断面方向に撮影して取得したトンネル覆工面元画像は、断面方向の隣り合う画素間の距離、即ち画素ピッチが一定ではない。このようなトンネル覆工面元画像から画像処理で抽出した変状の座標は、歪みを含んでいる。この歪みの影響で、変状位置が微妙にずれるため、次の段階の計測機器を用いた詳細検査、いわゆる個別検査への位置指示の精度が低下するという問題がある。 By the way, in the case of a double track, the tunnel inspection vehicle takes a picture of the tunnel lining surface while traveling on the down line or the up line. Since the tunnel center is in the middle between the up line and the down line, the laser irradiation position as the imaging position is shifted from the tunnel center. When the tunnel lining surface is photographed in the cross-sectional direction in such a state, the distance from the laser irradiation position to the laser irradiation point on the tunnel lining surface varies depending on the laser irradiation angle. Then, in the tunnel lining surface original image acquired by photographing in the cross-sectional direction of the tunnel with a laser scanner, the distance between adjacent pixels in the cross-sectional direction, that is, the pixel pitch is not constant. The deformed coordinates extracted by image processing from the tunnel lining surface original image include distortion. Due to the influence of this distortion, the deformed position is slightly shifted, and there is a problem that the accuracy of the position indication to the detailed inspection using the measuring device at the next stage, that is, the so-called individual inspection is lowered.
特許文献１（特開平６−４２３００号公報）には、予め検査対象となるトンネルの壁面に等距離の目盛りを描き、このトンネル覆工面を展開画像撮影装置でその目盛りを撮影し、相互の対応を確認し、丁度この対応を補償するような変換対応表を作っておき、実際の変換処理はこの変換表を用いることが記載されている。この従来の補正方法は、トンネル断面形状と曲面鏡の形状および一次元ラインセンサカメラの形状との位置関係から決まる幾何学モデルにより、壁面位置と画像上の位置との対応関係が定まるので、これに対して逆変換を行って、画像上の位置が壁面に沿った位置と比例するようにすることを利用したものである。 In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-42300), an equidistant scale is drawn in advance on the wall surface of the tunnel to be inspected, and this scale is photographed on the tunnel lining surface by a developed image photographing device, and the mutual correspondence is taken. It is described that a conversion correspondence table that exactly compensates for this correspondence is prepared, and that this conversion table is used for actual conversion processing. In this conventional correction method, the correspondence between the wall surface position and the position on the image is determined by a geometric model determined from the positional relationship between the tunnel cross-sectional shape, the curved mirror shape, and the one-dimensional line sensor camera shape. Is used to perform inverse transformation so that the position on the image is proportional to the position along the wall surface.
この従来のトンネル覆工面画像の歪み補正方法では、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。ところが、トンネルの断面形状は一定でないため、この設計作業は非常に複雑になるから、現実問題として、曲面鏡を複雑なトンネル断面形状に合わせて制作することは困難である。また、ライン上の視野を曲面鏡でトンネル内壁面に扇状に広げて撮影すると、トンネル内壁面までの距離が同一でない箇所で変状のサイズが変化するため、正確な変状サイズを特定できない。更に、目に見える画像を構成しようとすると、撮影視野がばらつくためにライン画像の伸張補正が必要となり画像編集が煩雑になる。更にまた、予め検査対象となるトンネルの壁面に等距離の目盛りを描き、この目盛りを撮影することは困難であるという現実問題がある。 In this conventional tunnel lining surface image distortion correction method, it is necessary to design the shape of the curved mirror and the optical design of the lens of the camera in accordance with the cross-sectional shape of the tunnel. However, since the cross-sectional shape of the tunnel is not constant, this design work becomes very complicated. As a practical matter, it is difficult to produce a curved mirror according to a complicated tunnel cross-sectional shape. In addition, if the field of view on the line is shot in a fan shape on the inner wall surface of the tunnel with a curved mirror, the deformed size changes at locations where the distance to the inner wall surface of the tunnel is not the same, so the exact deformed size cannot be specified. Further, when trying to construct a visible image, the photographing field of view varies, and line image expansion correction is required, which complicates image editing. Furthermore, there is a real problem that it is difficult to draw an equidistance scale on the wall surface of the tunnel to be inspected in advance and to photograph this scale.
特許文献２（特開２００１−４３３５３号公報）には、ラインセンサカメラにより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、変換後の位置関係を求め、その位置関係に応じて分割ラインデータの画素間隔を補正するトンネルの展開画像作成装置が記載せれている。ところが、この補正方法は、レーザスキャナで撮影したトンネル覆工面の展開画像には適用できない。仮想結像面を想定することが不可能だからである。 In Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-43353), the position of each pixel is converted from the virtual imaging plane to the tunnel wall surface for the divided line data captured by the line sensor camera, and the positional relationship after the conversion And a developed tunnel image creating apparatus for correcting the pixel interval of the divided line data in accordance with the positional relationship is described. However, this correction method cannot be applied to a developed image of the tunnel lining surface photographed by a laser scanner. This is because it is impossible to assume a virtual imaging plane.
本発明が解決しようとする第１の課題は、画素ピッチが一定でないトンネル覆工面元画像から画素ピッチが一定の正規化されたトンネル覆工面画像を生成することである。
本発明が解決しようとする第２の課題は、トンネル覆工面に目盛りを描くことなどの追加的な作業を施すことなく、画像変換処理によって、断面方向の画素ピッチが一定の正規化されたトンネル覆工面画像を生成することである。
本発明が解決しようとする第３の課題は、画像処理によって、トンネル断面方向及び延長方向の画素ピッチが一定の正規化されたトンネル覆工面画像を生成することである。
The first problem to be solved by the present invention is to generate a normalized tunnel lining surface image with a constant pixel pitch from a tunnel lining surface original image with a non-constant pixel pitch.
The second problem to be solved by the present invention is a normalized tunnel in which the pixel pitch in the cross-sectional direction is constant by image conversion processing without performing additional work such as drawing a scale on the tunnel lining surface. It is to generate a lining surface image.
A third problem to be solved by the present invention is to generate a normalized tunnel lining surface image having a constant pixel pitch in the tunnel cross-section direction and the extension direction by image processing.
本発明の課題を解決するトンネル覆工面画像の歪みを補正する方法は、トンネル覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とする見かけの覆工面画像を想定し、実際のレーザ照射角度と対応する見かけのレーザ照射角度との幾何学的関係に基づいて、トンネル覆工面元画像の断面方向の縦一列の各画素を、前記見かけの覆工面画像の対応する断面方向の縦一列の対応する各画素に再配列にすることを特徴とする。 The method for correcting the distortion of the tunnel lining surface image that solves the problem of the present invention assumes an apparent lining surface image with the center of curvature of the tunnel lining surface as an apparent laser irradiation position, and corresponds to the actual laser irradiation angle. Based on the geometric relationship with the apparent laser irradiation angle, each vertical row of pixels in the cross-sectional direction of the tunnel lining surface original image is represented by each corresponding vertical row of pixels in the cross-sectional direction of the apparent lining surface image. It is characterized by rearranging.
本発明により、トンネル覆工面元画像を画像変換処理するだけで、トンネル覆工面の全周展開画像の断面方向の歪みを補正し、断面方向の距離ピッチが一定の正規化された画像を生成できるようになった。
従って、本発明により、変状位置を正確に特定でき、トンネル健全度検査の効率の向上を図ることができた。
According to the present invention, it is possible to generate a normalized image with a constant distance pitch in the cross-sectional direction by correcting the distortion in the cross-sectional direction of the entire circumferentially developed image of the tunnel lining surface only by image conversion processing of the original image on the tunnel lining surface. It became so.
Therefore, according to the present invention, the deformed position can be accurately specified, and the efficiency of the tunnel soundness inspection can be improved.
本発明においては、トンネル覆工面元画像に対して、トンネル覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とする見かけの覆工面画像を想定する。そして、実際のレーザ照射角度と対応する見かけのレーザ照射角度との幾何学的関係に基づいて、トンネル覆工面元画像の断面方向の分割画像の行間隔を、前記見かけの覆工面画像の対応する断面方向の分割画像の行間隔に一致させるように再配置することを特徴とするトンネル覆工面画像の歪みを補正する方法である。 In the present invention, an apparent lining surface image is assumed in which the center of curvature of the tunnel lining surface is the apparent laser irradiation position with respect to the tunnel lining surface original image. Then, based on the geometric relationship between the actual laser irradiation angle and the corresponding apparent laser irradiation angle, the line spacing of the divided images in the cross-sectional direction of the tunnel lining surface original image corresponds to the apparent lining surface image. This is a method of correcting the distortion of the tunnel lining surface image, which is rearranged so as to coincide with the line interval of the divided images in the cross-sectional direction.
トンネル覆工面の展開図は、例えば図１の如く、トンネルの断面方向をY軸、トンネルの延長方向をX軸として示される。トンネル覆工面全体の展開図、即ちトンネル覆工面画像は、図１に示す如き短冊状画像をトンネル延長方向につなぎ合わせて構成されている。この短冊状画像は、トンネル覆工面画像を構成する延長方向の単位画像である。単位画像となる理由は、トンネル延長方向、いわゆる横幅を無限のサイズにすることは現実的には不可能なので、適当なサイズに分割するためである。また、この単位画像の横幅の画素数は任意なので、短冊状にも、矩形状にもなる。いわゆる縦一列のデジタル画像となる。本実施例における短冊状画像は、トンネル覆工面画像を構成する延長方向の単位画像であり、換言すればトンネル覆工面画像を構成する縦一列のデジタル画像である。 As shown in FIG. 1, for example, the development of the tunnel lining surface is shown with the cross-sectional direction of the tunnel as the Y axis and the extending direction of the tunnel as the X axis. The developed view of the entire tunnel lining surface, that is, the tunnel lining surface image is formed by connecting strip-shaped images as shown in FIG. 1 in the tunnel extending direction. This strip-shaped image is a unit image in the extending direction that constitutes the tunnel lining surface image. The reason for the unit image is to divide the tunnel image into an appropriate size because it is practically impossible to make the tunnel extension direction, that is, the so-called lateral width infinite. Further, since the number of pixels in the horizontal width of the unit image is arbitrary, the unit image can be a strip or a rectangle. This is a so-called vertical row of digital images. The strip-shaped image in the present embodiment is a unit image in the extending direction that constitutes the tunnel lining surface image, in other words, a vertical row of digital images that constitute the tunnel lining surface image.
トンネル覆工面画像をレーザスキャナで撮影する場合の、一般的な横幅は1000画素としている。最終的な撮影済みトンネル覆工面画像は、この短冊状画像をトンネル延長方向に連結して作成される。本実施例における短冊状画像は、例えば、高さが26794画素、横幅が1000画素の細長い画像である。トンネル覆工面画像を構成する短冊状画像の総数はトンネルの延長方向の距離を前記横幅で除した値となる。なお、短冊状画像の高さはトンネルの断面方向のサイズと画像の分解能によって一義的に定まるものである。 When taking a tunnel lining surface image with a laser scanner, the general width is 1000 pixels. The final photographed tunnel lining surface image is created by connecting the strip images in the tunnel extension direction. The strip-shaped image in the present embodiment is, for example, an elongated image having a height of 26794 pixels and a width of 1000 pixels. The total number of strip-shaped images constituting the tunnel lining surface image is a value obtained by dividing the distance in the extension direction of the tunnel by the lateral width. Note that the height of the strip-shaped image is uniquely determined by the size of the tunnel in the cross-sectional direction and the resolution of the image.
図１のトンネルは、本実施例では図２の断面図に示す如き複合円型トンネルである。この複合円型トンネルは、覆工面の天頂部を含むアーチ部、左側壁部、及び右側壁部で構成されている。アーチ部の断面は、トンネル中心（0,0）を曲率中心Bとする曲率半径4800 mmの半円で、その左右の端部はレール面から2600mmの高さにあり、その天頂部はレール面から7400mmの高さにある。 The tunnel of FIG. 1 is a composite circular tunnel as shown in the cross-sectional view of FIG. 2 in this embodiment. This composite circular tunnel is composed of an arch part including the zenith part of the lining surface, a left side wall part, and a right side wall part. The cross section of the arch is a semicircle with a radius of curvature of 4800 mm with the center of curvature (0,0) as the center of curvature B, and its left and right ends are at a height of 2600 mm from the rail surface. To a height of 7400mm.
上端部がアーチ部の左端部に接している左側壁部は、曲率半径7800mmの約1/6円であり、その曲率中心Dはトンネル中心（0,0）から右方向に3000mm離れた座標点（3000, 0）である。また、上端部がアーチ部の右端部に接している右側壁部は、曲率半径7800mmの約1/6円であり、その曲率中心Cはトンネル中心（0,0）から左方向に3000mm離れた座標点（−3000, 0）である。 The left wall where the upper edge is in contact with the left edge of the arch is approximately 1/6 yen with a radius of curvature of 7800mm, and the center of curvature D is a coordinate point that is 3000mm away from the tunnel center (0,0) to the right. (3000, 0). In addition, the right side wall where the upper end is in contact with the right end of the arch is approximately 1/6 yen with a radius of curvature of 7800mm, and the center of curvature C is 3000mm away from the tunnel center (0,0) to the left. The coordinate point (−3000, 0).
下り線の軌道中心は、トンネル中心（0,0）から左方向に1467.5mm離れた位置である。この下り線の軌道を走行しながらトンネル覆工面を撮影するトンネル検査車に、レーザスキャナが搭載されている。レーザスキャナの設置位置は、図３に示す如く、トンネル検査車の右上隅近傍で、下り線の軌道中心から右方向に682.5mm離れ、且つレール上面から2650mmの高さである。従って、レーザスキャナの設置位置は、そのレーザ照射位置Aがトンネル中心から左方向に1467.5mm、上方に50mmそれぞれ離れた位置である。 The center of the orbit of the down line is 1467.5mm away from the tunnel center (0,0) in the left direction. A laser scanner is mounted on a tunnel inspection vehicle that photographs the tunnel lining surface while traveling on this down track. As shown in FIG. 3, the laser scanner is installed in the vicinity of the upper right corner of the tunnel inspection vehicle, 682.5 mm away from the center of the track of the down line in the right direction, and 2650 mm from the rail upper surface. Therefore, the laser scanner is installed at a position where the laser irradiation position A is 1467.5 mm in the left direction and 50 mm away from the tunnel center.
図２において、点Aはレーザ照射位置, 点Bはアーチ部の覆工面の曲率中心、点Cは右側壁部の覆工面の曲率中心、そして点Dは左側壁部の覆工面の曲率中心である。アーチ部の覆工面の曲率中心Bの座標点を（0, 0）とすると、レーザ照射位置Aの座標点は（−1467.5, 50）となる。また、曲率中心Bと曲率中心Cとの距離と曲率中心Bと曲率中心Dとの距離は同じであり、この距離を3000mmとすると、曲率中心Cの座標点は（−3000, 50）、曲率中心Dの座標点は（3000, 50）となる。 In FIG. 2, point A is the laser irradiation position, point B is the center of curvature of the lining surface of the arch, point C is the center of curvature of the lining surface of the right side wall, and point D is the center of curvature of the lining surface of the left side wall. is there. If the coordinate point of the center of curvature B of the arched lining surface is (0, 0), the coordinate point of the laser irradiation position A is (−1467.5, 50). The distance between the center of curvature B and the center of curvature C and the distance between the center of curvature B and the center of curvature D are the same. If this distance is 3000 mm, the coordinate point of the center of curvature C is (−3000, 50). The coordinate point of center D is (3000, 50).
図２の複合円型トンネルの複線の下り線を走行するトンネル検査車に搭載されたレーザスキャナのレーザ光でトンネル覆工面を走査し、反射した状線の微妙な輝度の強弱を受光センサで検出し、２５６階調にデジタル化したデータから生成したトンネル覆工面元画像の一例を図５に示す。図５の画像では、画像の上部は下部に比べて圧縮されており、天頂部の位置は上方にずれている。これはレーザ照射角度θによってレーザ照射位置Aと覆工面のレーザ照射点Gとの距離が大きく異なるために、隣り合う画素間の距離、即ち画素ピッチが一定でないのである。なお、レーザ照射角度θは水平を0°とし、第一象限、第二象限、第三象限、そして第四象限と、この順に進む反時計回りを正方向とする。 The tunnel lining surface is scanned with the laser beam of the laser scanner mounted on the tunnel inspection car that runs on the double-tracked down line of the compound circular tunnel in Fig. 2, and the subtle brightness intensity of the reflected line is detected by the light receiving sensor. FIG. 5 shows an example of the tunnel lining surface original image generated from the data digitized to 256 gradations. In the image of FIG. 5, the upper part of the image is compressed compared to the lower part, and the position of the zenith part is shifted upward. This is because the distance between the adjacent pixels, that is, the pixel pitch, is not constant because the distance between the laser irradiation position A and the laser irradiation point G on the lining surface varies greatly depending on the laser irradiation angle θ. Note that the laser irradiation angle θ is set to 0 ° in the horizontal direction, and the first quadrant, the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant, and the counterclockwise direction proceeding in this order, is defined as the positive direction.
図２の複合円型トンネルにおいては、図４に示す如く、レーザ照射位置Aと覆工面のレーザ照射点Gとの距離は、レーザ照射角度θが−30°のときの最大値から230°のときの最小値まで緩やかに減少している。この間のレーザ照射角度θが0°のときはr＋p、73°のときはr、180°のときはr−pである。前記最大値はレーザ照射点Gが右側壁部の下端にあるときで、その値はr＋pより少し大きな値である。また、前記最小値はレーザ照射点Gが左側壁部の下端にあるときで、その値はr−pより少し小さな値である。なお、rは複合円型トンネルのアーチ部の曲率半径、pは曲率中心Bからレーザ照射位置Aまでの横方向の距離である。なお、73°はレーザ照射位置Aとトンネル中心Bを結ぶ水平線を底辺とし、覆工面のレーザ照射点Gを頂点とする二等辺三角形が形成されたときの、レーザ照射角度θである。 In the composite circular tunnel of FIG. 2, as shown in FIG. 4, the distance between the laser irradiation position A and the laser irradiation point G on the lining surface is 230 ° from the maximum value when the laser irradiation angle θ is −30 °. It gradually decreases to the minimum value. During this time, the laser irradiation angle θ is 0 °, r + p, 73 °, r, and 180 °, r−p. The maximum value is when the laser irradiation point G is at the lower end of the right wall, and the value is a little larger than r + p. The minimum value is when the laser irradiation point G is at the lower end of the left side wall, and the value is a little smaller than rp. Here, r is a radius of curvature of the arch portion of the composite circular tunnel, and p is a lateral distance from the center of curvature B to the laser irradiation position A. Note that 73 ° is a laser irradiation angle θ when an isosceles triangle having a horizontal line connecting the laser irradiation position A and the tunnel center B as a base and a laser irradiation point G on the lining surface as a vertex is formed.
画素ピッチが一定ではないトンネル覆工面画像のイメージ図は、図８の左側の短冊状の変換前画像である。本発明による画像変換処理を施される前のトンネル覆工面画像であるから、これを変換前画像と記載している。この変換前画像の縦方向の画素ピッチはレーザ照射角度θが−30°から0°までは粗く、0°から73°までは少し粗く、73°から180°までは少し細かく、180°から230°までは細かくなっている。図５のトンネル覆工面画像は、その画素ピッチが正に図８の変換前画像の如くになっているのである。 The image of the tunnel lining surface image with a non-constant pixel pitch is a strip-shaped pre-conversion image on the left side of FIG. Since it is a tunnel lining surface image before being subjected to image conversion processing according to the present invention, it is described as an image before conversion. The pixel pitch in the vertical direction of this pre-conversion image is coarse when the laser irradiation angle θ is from −30 ° to 0 °, slightly coarse from 0 ° to 73 °, slightly fine from 73 ° to 180 °, and from 180 ° to 230 °. It is fine up to °. The tunnel lining surface image in FIG. 5 has a pixel pitch exactly like the pre-conversion image in FIG.
このように、撮影位置であるレーザ照射位置がトンネル中心からずれて撮影されたトンネル覆工面画像は、隣り合う画素間の距離、即ち画素ピッチが一定ではないのである。これは、図４を参照して説明した通り、レーザ照射角度θによってレーザ照射位置Aと覆工面のレーザ照射点Gとの距離が大きく異なるからである。 As described above, in the tunnel lining surface image that is shot with the laser irradiation position that is the shooting position deviated from the tunnel center, the distance between adjacent pixels, that is, the pixel pitch is not constant. This is because, as described with reference to FIG. 4, the distance between the laser irradiation position A and the laser irradiation point G on the lining surface differs greatly depending on the laser irradiation angle θ.
図６は、図５のトンネル覆工面画像に画像変換処理を施して得られた断面方向に歪みのないトンネル覆工面画像の一例である。図６の画像では、全体的に均一化され、天頂部の位置は中心に合っている。このような画素ピッチが一定のトンネル覆工面画像のイメージ図は、図８の右側の短冊状の変換後画像である。 FIG. 6 is an example of a tunnel lining surface image having no distortion in the cross-sectional direction obtained by performing image conversion processing on the tunnel lining surface image of FIG. In the image of FIG. 6, the entire image is uniformed, and the position of the zenith is aligned with the center. The image of the tunnel lining surface image having a constant pixel pitch is a strip-shaped converted image on the right side of FIG.
本発明に係る前記画像変換処理は、トンネル覆工面画像に対して、断面方向の画素ピッチが一定の見かけの覆工面画像を想定する。この見かけの覆工面画像は、トンネル覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とするものである。そして、実際のレーザ照射角度θと対応する見かけのレーザ照射角度φ若しくはωとの幾何学的関係に基づいて、トンネル覆工面元画像の断面方向の分割画像である短冊状画像の縦方向の画素の位置を、前記見かけの覆工面画像の対応する短冊状画像の各行の画素の位置に合わせて再配置することを特徴とするものである。 The image conversion processing according to the present invention assumes an apparent lining surface image having a constant pixel pitch in the cross-sectional direction with respect to the tunnel lining surface image. This apparent lining surface image is the apparent laser irradiation position of the center of curvature of the tunnel lining surface. Based on the geometric relationship between the actual laser irradiation angle θ and the apparent laser irradiation angle φ or ω corresponding to the actual laser irradiation angle θ, the pixels in the vertical direction of the strip-shaped image that is a divided image in the cross-sectional direction of the tunnel lining surface original image These positions are rearranged in accordance with the positions of the pixels in each row of the strip-shaped image corresponding to the apparent lining surface image.
トンネル覆工面の曲率中心は、図２に示す複合円型トンネルにおいては、３点ある。即ち、アーチ部の覆工面の曲率中心B、右側壁部の覆工面の曲率中心C及び左側壁部の覆工面の曲率中心Dである。これら曲率中心からトンネル覆工面上のレーザ照射点Gまでの距離は、右側壁部と左側壁部では曲率半径R、アーチ部については曲率半径rである。従って、アーチ部の覆工面の曲率中心B、右側壁部の覆工面の曲率中心C及び左側壁部の覆工面の曲率中心Dをそれぞれ見かけのレーザ照射位置とした見かけのトンネル覆工面画像が想定できる。 The center of curvature of the tunnel lining surface has three points in the composite circular tunnel shown in FIG. That is, the curvature center B of the lining surface of the arch portion, the curvature center C of the lining surface of the right side wall portion, and the curvature center D of the lining surface of the left side wall portion. The distance from the center of curvature to the laser irradiation point G on the tunnel lining surface is the radius of curvature R for the right and left side walls and the radius of curvature r for the arch. Therefore, an apparent tunnel lining surface image is assumed in which the center of curvature B of the lining surface of the arch portion, the center of curvature C of the lining surface of the right side wall portion, and the curvature center D of the lining surface of the left side wall portion are the apparent laser irradiation positions. it can.
この見かけのトンネル覆工面画像は実際のトンネル覆工面画像とは幾何学的関係が成立する。本発明はこの事実に基づいて、画像変換処理によって画素ピッチが一定でない覆工面画像を画素ピッチが一定の覆工面画像に変換することを特徴とする。以下、見かけのトンネル覆工面画像と実際のトンネル覆工面画像との間の幾何学的関係を数式で説明する。 This apparent tunnel lining surface image has a geometric relationship with the actual tunnel lining surface image. Based on this fact, the present invention is characterized in that a lining surface image having a fixed pixel pitch is converted into a lining surface image having a fixed pixel pitch by image conversion processing. Hereinafter, the geometric relationship between the apparent tunnel lining surface image and the actual tunnel lining surface image will be described using mathematical expressions.
アーチ部の覆工面については、レーザ照射角度θは、レーザ照射位置Aを通る水平線とレーザ照射位置A とレーザ照射点G２を結ぶ線がなす角度である。また、見かけのレーザ照射角度φは、アーチ部の覆工面の曲率中心Bとレーザ照射点G２を結ぶ線と曲率中心Bを通る水平線とがなす角度である。 The lining surface of the arch portion, the laser irradiation angle theta, the angle formed by the line connecting the horizontal and the laser irradiation position A and the laser irradiation point G 2 through the laser irradiation position A. Further, the laser irradiation angle φ of the apparent, is the angle between a horizontal line passing through the line and the center of curvature B that connects the center of curvature B of the laser irradiation point G 2 of lining surfaces of the arch portion.
アーチ部の覆工面については、レーザ照射角度θの範囲はアーチ部の壁面の左端部から右端部までの0°≦θ≦180°の範囲である。従って、このレーザ照射角度θの範囲においては、見かけのレーザ照射角度φとレーザ照射角度θとの間には幾何学上の関係から数式１が成立する。 As for the lining surface of the arch part, the range of the laser irradiation angle θ is a range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 ° from the left end part to the right end part of the wall surface of the arch part. Therefore, in the range of the laser irradiation angle θ, Equation 1 is established from the geometric relationship between the apparent laser irradiation angle φ and the laser irradiation angle θ.
数式１をレーザ照射角度θについて解くと数式２が得られる。 When Formula 1 is solved for the laser irradiation angle θ, Formula 2 is obtained.
また、sin2θ＋cos2θ＝1であるから、数式１をレーザ照射角度φについて解くと数式３が得られる。 Further, since sin 2 θ + cos 2 θ = 1, Equation 3 is obtained by solving Equation 1 for the laser irradiation angle φ.
次に、右側壁部については、レーザ照射角度θの範囲は右側壁部の壁面の下端部から上端部までであるから、θ≦0°の範囲である。レーザ照射角度θは、レーザ照射位置Aと右側壁部の覆工面上のレーザ照射点G1を結ぶ線とレーザ照射位置Aを通る水平線とがなす角度である。一方、見かけのレーザ照射角度ωは、右側壁部の覆工面の曲率中心Cと右側壁部の覆工面上のレーザ照射点G1を結ぶ線と曲率中心Cを通る水平線とがなす角度である。 Next, with respect to the right side wall portion, the range of the laser irradiation angle θ is from the lower end portion to the upper end portion of the wall surface of the right side wall portion, and therefore θ ≦ 0 °. The laser irradiation angle theta, which is the angle between a horizontal line passing through the line and the laser irradiation position A connecting laser irradiation point G 1 on the lining surface of the laser irradiation position A and the right side wall portion. On the other hand, the apparent laser irradiation angle ω is an angle formed by a line connecting the curvature center C of the lining surface of the right side wall portion and the laser irradiation point G 1 on the lining surface of the right side wall portion and a horizontal line passing through the curvature center C. .
この範囲におけるレーザ照射角度θと見かけのレーザ照射角度ωの関係は数式４で表される。なお、l1 はレーザ照射位置Aから曲率中心Cまでの横方向の距離であって、l1＝m＋pで表される。ここに、mは曲率中心Bから曲率中心Cまでの横方向の距離、pは曲率中心Bからレーザ照射位置Aまでの横方向の距離である。 The relationship between the laser irradiation angle θ and the apparent laser irradiation angle ω in this range is expressed by Equation 4. Here, l 1 is a lateral distance from the laser irradiation position A to the center of curvature C, and is represented by l 1 = m + p. Here, m is a lateral distance from the curvature center B to the curvature center C, and p is a lateral distance from the curvature center B to the laser irradiation position A.
これを数式２と数式３と同様に、レーザ照射角度θと見かけのレーザ照射角度ωについて解くと、数式５と数式６が得られる。 When this is solved for the laser irradiation angle θ and the apparent laser irradiation angle ω, similarly to Equations 2 and 3, Equations 5 and 6 are obtained.
次に、左側壁部の覆工面については、レーザ照射位置Aからのレーザ照射角度θの範囲は左側壁部の壁面の上端部から下端部までであるから、θ≧180°である。レーザ照射角度θはレーザ照射位置Aと左側壁部の覆工面上のレーザ照射点G3を結ぶ線とレーザ照射位置Aを通る水平線とがなす角度である。一方、見かけのレーザ照射角度ωは左側壁部の覆工面の曲率中心Dと左側壁部の覆工面上のレーザ照射点G3を結ぶ線と曲率中心Dを通る水平線とがなす角度である。 Next, for the lining surface of the left wall portion, the range of the laser irradiation angle θ from the laser irradiation position A is from the upper end portion to the lower end portion of the wall surface of the left wall portion, and θ ≧ 180 °. The laser irradiation angle θ is the angle between a horizontal line passing through the line and the laser irradiation position A connecting laser irradiation point G 3 on the lining surface of the laser irradiation position A and the left side wall portion. On the other hand, the laser irradiation angle ω apparent that the angle between the horizontal line passing through the line and the center of curvature D connecting the laser irradiation point G 3 on the lining surface of the center of curvature D and the left wall portion of the lining surface of the left side wall portion.
この範囲におけるレーザ照射角度θと見かけのレーザ照射角度ωの関係は数式７で表される。なお、l2 はレーザ照射位置Aから曲率中心Dまでの横方向の距離であって、l2＝m−pで表される。ここに、mは曲率中心Bから曲率中心Dまでの横方向の距離、pは曲率中心Bからレーザ照射位置Aまでの横方向の距離である。 The relationship between the laser irradiation angle θ and the apparent laser irradiation angle ω in this range is expressed by Equation 7. Here, l 2 is the distance in the horizontal direction from the laser irradiation position A to the curvature center D, and is represented by l 2 = m−p. Here, m is a lateral distance from the center of curvature B to the center of curvature D, and p is a lateral distance from the center of curvature B to the laser irradiation position A.
これを数式２と数式３と同様に、レーザ照射角度θと見かけのレーザ照射角度ωについて解くと、数式８と数式９が得られる。 When this is solved with respect to the laser irradiation angle θ and the apparent laser irradiation angle ω, similarly to Equations 2 and 3, Equations 8 and 9 are obtained.
変換前の覆工面画像、即ち覆工面元画像は、縦方向にレーザ照射角度θについて一様なので、レーザ照射角度１度当たりの画像の縦のピクセル数λは数式１０で表される。但し、Ｈはピクセルで表した覆工面元画像の高さ、θ1はレーザ照射開始角度、θ2はレーザ照射終了角度である。 Since the lining surface image before conversion, that is, the lining surface original image is uniform in the vertical direction with respect to the laser irradiation angle θ, the number of vertical pixels λ of the image per one laser irradiation angle is expressed by Equation 10. However, H is the height of the lining surface original image expressed in pixels, θ 1 is the laser irradiation start angle, and θ 2 is the laser irradiation end angle.
レーザ照射角度θの時の対応する変換前の覆工面画像、即ち覆工面元画像の画像上端からのY座標yoldは、数式１１で表される。 The corresponding uncovered lining surface image at the time of the laser irradiation angle θ, that is, the Y coordinate y old from the upper end of the lining surface original image is expressed by Equation 11.
また、変換後の覆工面画像を得るための見かけのレーザ照射開始角度ω1と見かけのレーザ照射終了角度ω2は、反時計回りにレーザを照射すると仮定した場合、見かけのレーザ照射開始角度ω1に関しては数式６にレーザ照射開始角度θ1を、見かけのレーザ照射終了角度ω2に関しては数式９にレーザ照射終了角度θ2をそれぞれ代入して得られる角度となる。 In addition, the apparent laser irradiation start angle ω 1 and the apparent laser irradiation end angle ω 2 for obtaining the converted lining surface image are assumed to irradiate the laser counterclockwise. the laser irradiation start angle theta 1 to the equation 6 with respect to 1, with respect to the laser irradiation end angle omega 2 of apparent at an angle which is obtained by substituting each equation 9 laser irradiation end angle theta 2.
変換後の覆工面画像の見かけのレーザ照射位置は、右側壁部については曲率中心C、アーチ部については曲率中心B、左側壁部については曲率中心Dである。従って、見かけのレーザ照射角度と実際のレーザ照射角度との関係は一義的に定まる幾何学的関係にあり、右側壁部については数式６で、アーチ部については数式３で、左側壁部については数式９で表されるのである。 The apparent laser irradiation position of the converted lining surface image is the center of curvature C for the right side wall, the center of curvature B for the arch, and the center of curvature D for the left side wall. Therefore, the relationship between the apparent laser irradiation angle and the actual laser irradiation angle is a geometric relationship that is uniquely determined, with Equation 6 for the right side wall, Equation 3 for the arch portion, and Equation 3 for the left side wall. This is expressed by Equation 9.
複合円型トンネルの覆工面画像は、右側壁部の覆工面画像、アーチ部の覆工面画像及び左側壁部の覆工面画像の３つの画像をこの順につなぎ合わせた画像である。画像の継ぎ目はアーチ部の覆工面画像の上端と下端であり、右側壁部の覆工面画像は上端の継ぎ目でつながり、左側壁部の覆工面画像は下端の継ぎ目でつながる画像である。 The lining surface image of the composite circular tunnel is an image in which three images of the lining surface image of the right side wall portion, the lining surface image of the arch portion, and the lining surface image of the left side wall portion are connected in this order. The seam of the image is the upper and lower ends of the lining surface image of the arch part, the lining surface image of the right side wall part is connected by the upper end seam, and the lining surface image of the left side wall part is an image connected by the lower end seam.
上述の如く複合円型トンネルの覆工面画像は３つの画像をつなぎ合わせた画像であるが、変換後の覆工面画像を生成するための見かけのレーザ照射位置が３つ存在するから、画像の継ぎ目の上下で見かけのレーザ照射位置と壁面との距離が異なる。即ち、その距離はアーチ部についてはr、右側壁部と左側壁部についてはRである。このことを考慮し、変換後の覆工面画像における継ぎ目より上での見かけのレーザ照射角度１度当たりのピクセル数をλa、変換後の画像における継ぎ目より下での見かけのレーザ照射角度１度当たりのピクセル数をλbとすれば、これらピクセル数の間には数式１２と数式１３が成り立つ。なお、数式１２において、Ｈはピクセルで表した変換後の覆工面画像の高さ、ω1は変換後の覆工面画像の上端での見かけのレーザ照射開始角度、ω2は変換後の覆工面画像の下端での見かけのレーザ照射終了角度である。 As described above, the lining surface image of the composite circular tunnel is an image obtained by joining three images, but since there are three apparent laser irradiation positions for generating the converted lining surface image, the seam of the images is present. The distance between the apparent laser irradiation position and the wall surface is different above and below. That is, the distance is r for the arch and R for the right and left side walls. In consideration of this, the number of pixels per apparent laser irradiation angle above the seam in the converted lining surface image is λ a , and the apparent laser irradiation angle below the seam in the converted image is 1 degree. If the number of pixels per pixel is λ b , Equations 12 and 13 hold between these numbers of pixels. In Equation 12, H is the height of the converted lining surface image expressed in pixels, ω 1 is the apparent laser irradiation start angle at the upper end of the converted lining surface image, and ω 2 is the converted lining surface. This is the apparent laser irradiation end angle at the lower end of the image.
ここで、数式１２と数式１３を解いて、ピクセル数λaとピクセル数λbについてそれぞれ数式１４と数式１５が得られる。 Here, Equations 12 and 13 are solved, and Equations 14 and 15 are obtained for the number of pixels λ a and the number of pixels λ b , respectively.
また、変換後画像の上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度ωは、レーザ照射点Gが右側壁部の覆工面上にあるときは数式１６で表され、レーザ照射点Gが左側壁部の覆工面上にあるときは数式１７で表される。 Further, the apparent laser irradiation angle ω corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the converted image is expressed by Equation 16 when the laser irradiation point G is on the lining surface of the right wall portion, and the laser irradiation point G Is on the lining surface of the left side wall, it is expressed by Equation 17.
また、変換後画像の上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度φは、レーザ照射点Gがアーチ部の覆工面上にあるときには、数式１８で表される。 Further, the apparent laser irradiation angle φ corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the converted image is expressed by Equation 18 when the laser irradiation point G is on the lining surface of the arch portion.
以上、トンネル覆工面元画像の縦一列の画像である変換前画像に対して、トンネルの覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とした見かけの覆工面画像、即ち、断面方向お画素ピッチが一定の見かけの覆工面画像を想定し、見かけのレーザ照射角度に対応するレーザ照射角度が幾何学的関係から一義的に定まること、及び、その対応関係は数式で表されることを示した。また、変換後画像の上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度φ若しくはωも、変換前画像の上端からのY座標yoldに対応するレーザ照射角度θも一義的に定まること、及び、これらの対応関係はそれぞれ数式で表されることを示した。従って、変換後画像の上端からの座標ynewを特定すると、これに対応する変換前画像の上端からのY座標yoldが一義的に定まることを示した。 As described above, the apparent lining surface image in which the center of curvature of the tunnel lining surface is the apparent laser irradiation position with respect to the pre-conversion image that is a vertical row image of the tunnel lining surface original image, that is, the cross-sectional direction pixel pitch is Assuming a constant apparent lining surface image, it was shown that the laser irradiation angle corresponding to the apparent laser irradiation angle is uniquely determined from the geometric relationship, and that the corresponding relationship is expressed by a mathematical expression. Also, the apparent laser irradiation angle φ or ω corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the converted image and the laser irradiation angle θ corresponding to the Y coordinate y old from the upper end of the pre-converted image must be uniquely determined. , And these correspondences are expressed by mathematical formulas. Therefore, it is shown that when the coordinate y new from the upper end of the converted image is specified, the Y coordinate y old from the upper end of the pre-conversion image corresponding thereto is uniquely determined.
要するに、トンネルの断面形状とサイズ、複線レールの敷設位置、及びトンネル検査車に搭載されたレーザスキャナの設置位置が既知であれば、断面方向の画素ピッチが一定の見かけのトンネル覆工面画像を想定することができる。この画素ピッチが一定の見かけのトンネル覆工面画像は、トンネル覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とするものである。この見かけのトンネル覆工面画像の上端からのY座標ynewを特定すれば、レーザ照射角度によって画素ピッチが一定でないトンネル覆工面元画像の上端からのY座標yoldが一義的に定まる。そこで、このY座標yoldに該当するトンネル覆工面元画像の短冊状画像の画素の位置をY座標ynewに該当する画素の位置に再配置する。この画素の位置の再配置である画像変換処理を全てのY座標ynewに対して行うことにより、トンネル覆工面元画像の短冊状画像は画素ピッチが一定になる。そして、この変換処理をトンネル覆工面元画像の全ての短冊状画像について行うことにより、トンネル断面方向に画素ピッチが一定のトンネル覆工面画像が生成される。 In short, if the cross-sectional shape and size of the tunnel, the laying position of the double track rail, and the installation position of the laser scanner mounted on the tunnel inspection vehicle are known, an apparent tunnel lining surface image with a constant pixel pitch in the cross-sectional direction is assumed. can do. The apparent tunnel lining surface image with a constant pixel pitch is the apparent laser irradiation position of the center of curvature of the tunnel lining surface. If the Y coordinate y new from the upper end of the apparent tunnel lining surface image is specified, the Y coordinate y old from the upper end of the tunnel lining surface original image whose pixel pitch is not constant is uniquely determined by the laser irradiation angle. Therefore, the pixel position of the strip-shaped image of the tunnel lining surface original image corresponding to the Y coordinate y old is rearranged to the pixel position corresponding to the Y coordinate y new . By performing the image conversion process, which is the rearrangement of the pixel positions, on all the Y coordinates y new , the pixel pitch of the strip-shaped image of the tunnel lining surface original image becomes constant. Then, by performing this conversion process on all the strip-shaped images of the tunnel lining surface original image, a tunnel lining surface image having a constant pixel pitch in the tunnel cross-sectional direction is generated.
トンネル覆工面元画像の縦一列の画像、即ち変換前画像の一行の画素の位置を、見かけのトンネル覆工面画像の縦一列の画像、即ち変換後画像の対応する一行の画素の位置に再配置する画像変換処理の流れの一例は、図７の通りである。 Rearrange the vertical row image of the tunnel lining surface original image, that is, the position of one row of pixels in the pre-conversion image to the vertical row image of the apparent tunnel lining surface image, that is, the corresponding row of pixels in the converted image. An example of the flow of image conversion processing is as shown in FIG.
（第１ステップ）
先ず、変換後画像の上端からのY座標ynewから、見かけの照射角度を算出する（S1)。
変換後画像の上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度ωは、Y座標ynewが右側壁部の覆工面画像上にあるときは数式１６を用いて算出され、左側壁部の覆工面画像上にあるときは数式１７で算出される。また、変換後画像の上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度φは、Y座標ynewがアーチ部の覆工面画像上にあるときは数式１８を用いて算出される。
(First step)
First, an apparent irradiation angle is calculated from the Y coordinate y new from the upper end of the converted image (S1).
The apparent laser irradiation angle ω corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the converted image is calculated using Equation 16 when the Y coordinate y new is on the lining surface image of the right side wall, and the left side wall Is calculated by Expression 17. Further, the apparent laser irradiation angle φ corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the converted image is calculated using Equation 18 when the Y coordinate y new is on the lining surface image of the arch part.
（第２ステップ）
ステップS1で算出した見かけのレーザ照射角度に対応するレーザ照射角度θを算出する（S2)。
このレーザ照射角度θは、アーチ部の覆工面元画像については数式２を、右側壁部の覆工面元画像については数式５を、左側壁部の覆工面元画像については数式８をそれぞれ用いて算出される。
(Second step)
A laser irradiation angle θ corresponding to the apparent laser irradiation angle calculated in step S1 is calculated (S2).
This laser irradiation angle θ is calculated using Equation 2 for the lining surface original image of the arch portion, Equation 5 for the lining surface original image of the right side wall portion, and Equation 8 for the lining surface original image of the left side wall portion. Calculated.
（第３ステップ）
ステップS2で算出したレーザ照射角度θに対応する変換前画像の画像上端からのY座標yoldを、数式１１を用いて算出する（S3)。
(Third step)
The Y coordinate y old from the upper end of the pre-conversion image corresponding to the laser irradiation angle θ calculated in step S2 is calculated using Equation 11 (S3).
（第４ステップ）
ステップS3で算出した変換前画像の画像上端からのY座標yoldに該当する一行の画像を、変換後画像の画像上端からのY座標ynewに該当する一行の位置に再配置する（S4)。
(4th step)
The image of one line corresponding to the Y coordinate y old from the upper end of the image before conversion calculated in step S3 is rearranged at the position of one line corresponding to the Y coordinate y new from the upper end of the image after conversion (S4). .
図８は図２の複合円型トンネルの覆工面元画像の画像変換のイメージであるが、本発明に係る画像変換処理を施せば、変換前画像の画素の位置が隣り合う画素間の距離、即ち画素ピッチを一定にするような新たな位置に再配置されている。即ち、変換前画像のレーザ照射角度θに対応するY座標yoldに該当する画素の位置は、変換後画像の見かけのレーザ照射角度φ若しくはωに対応するY座標ynewに該当する画素の位置に再配置されている。具体的には、レーザ照射角度−24°は見かけのレーザ照射角度−30°に、レーザ照射角度0°は見かけのレーザ照射角度0°に、レーザ照射角度73°は見かけのレーザ照射角度90°に、レーザ照射角度180°は見かけのレーザ照射角度180°に、レーザ照射角度230°は見かけのレーザ照射角度203°に対応している。上述した通り、レーザ照射角度は、数式２、数式５又は数式８を用いて、見かけのレーザ照射角度から一義的に算出されるものである。 FIG. 8 is an image of the image conversion of the lining surface original image of the composite circular tunnel of FIG. 2, but if the image conversion processing according to the present invention is performed, the distance between the adjacent pixels of the pixel position of the image before conversion, That is, they are rearranged at new positions that make the pixel pitch constant. That is, the position of the pixel corresponding to the Y coordinate y old corresponding to the laser irradiation angle θ of the image before conversion is the position of the pixel corresponding to the Y coordinate y new corresponding to the apparent laser irradiation angle φ or ω of the converted image. Have been rearranged. Specifically, the laser irradiation angle −24 ° is an apparent laser irradiation angle −30 °, the laser irradiation angle 0 ° is an apparent laser irradiation angle 0 °, and the laser irradiation angle 73 ° is an apparent laser irradiation angle 90 °. In addition, the laser irradiation angle of 180 ° corresponds to the apparent laser irradiation angle of 180 °, and the laser irradiation angle of 230 ° corresponds to the apparent laser irradiation angle of 203 °. As described above, the laser irradiation angle is uniquely calculated from the apparent laser irradiation angle using Formula 2, Formula 5 or Formula 8.
ところで、トンネル検査車の速度の変動によって、トンネル覆工面画像には延長方向の歪みが生じる。トンネル延長方向の歪みがあるトンネル覆工面画像では、延長方向の隣り合う画素間の距離、即ち画素ピッチが一定ではない。本発明では、トンネル延長方向の歪みがあるトンネル覆工面画像から、延長方向の画素ピッチが一定の覆工面画像を生成するために、トンネル壁面に設置されている距離標板や下束などの地物を距離の基準に用いた。これらの地物は設置間隔が既知である。従って、トンネル覆工面画像上の地物の距離を基準にすれば、トンネル延長方向の隣り合う画素間の距離を一定になるように画素の位置を再配置することができる。 By the way, due to the fluctuation of the speed of the tunnel inspection vehicle, the tunnel lining surface image is distorted in the extension direction. In a tunnel lining surface image having a distortion in the tunnel extension direction, the distance between adjacent pixels in the extension direction, that is, the pixel pitch is not constant. In the present invention, in order to generate a lining surface image having a constant pixel pitch in the extending direction from a tunnel lining surface image having distortion in the tunnel extending direction, a ground mark such as a distance plate or a lower bundle installed on the tunnel wall surface is used. The object was used as a reference for distance. These features have known installation intervals. Therefore, if the distance between the features on the tunnel lining surface image is used as a reference, the pixel positions can be rearranged so that the distance between adjacent pixels in the tunnel extension direction is constant.
以上、レーザスキャナを用いて複合円型トンネルの覆工面画像を撮影し、画素ピッチが一定でない覆工面元画像に画像変換処理を施して、画素ピッチが一定の覆工面画像を生成する実施例を詳細に説明した。しかしながら、本発明は本実施例に限定されるものではない。 As described above, the embodiment has been described in which the lining surface image of the composite circular tunnel is photographed using the laser scanner, the image conversion processing is performed on the lining surface original image whose pixel pitch is not constant, and the lining surface image whose pixel pitch is constant is generated. Explained in detail. However, the present invention is not limited to this embodiment.
即ち、レーザスキャナを用いて単円型トンネルの覆工面画像を撮影し、画素ピッチが一定でない覆工面元画像にも、本発明を適用できることは勿論である。単円型トンネルは、左側壁部の覆工面、アーチ部の覆工面、及び右側壁部の覆工面が共通の曲率中心と曲率半径を有する。それ故、前記覆工面元画像に対して、トンネル覆工面の曲率中心を見かけのレーザ照射位置とした見かけの覆工面画像を想定できる。単円型トンネルにおいても、覆工面元画像と見かけの覆工面画像との間は明確な幾何学的関係がある。従って、実際のレーザ照射角度と見かけのレーザ照射角度の幾何学的関係に基づいて、トンネル覆工面元画像のデジタル画像データから取り出した縦一列のデジタル画像について、その画素の位置を一行毎に再配置して画素ピッチを一様にする画像変換処理を全ての縦一列のデジタル画像に行うことを特徴とするトンネル覆工面画像の歪みを補正することができる。 That is, it is needless to say that the present invention can also be applied to a lining surface original image in which the pixel pitch is not constant by photographing a lining surface image of a single circular tunnel using a laser scanner. In the single circular tunnel, the lining surface of the left side wall portion, the lining portion of the arch portion, and the lining surface of the right side wall portion have a common center of curvature and a radius of curvature. Therefore, it is possible to assume an apparent lining surface image in which the center of curvature of the tunnel lining surface is the apparent laser irradiation position with respect to the lining surface original image. Even in a single circular tunnel, there is a clear geometric relationship between the lining surface original image and the apparent lining surface image. Therefore, based on the geometric relationship between the actual laser irradiation angle and the apparent laser irradiation angle, the pixel position of each vertical row of the digital image taken from the digital image data of the tunnel lining surface original image is reproduced for each row. It is possible to correct the distortion of the tunnel lining surface image, which is characterized in that the image conversion processing for arranging and uniforming the pixel pitch is performed on all the vertical digital images.
本発明は、トンネルの形状とサイズが既知のトンネルの覆工面画像であって、見かけのレーザ照射角度から見かけの覆工面画像が算出できるのであれば、円型以外にも、馬蹄形型や箱型などの様々な断面形状のトンネルの覆工面画像にも適用できる。また、トンネル覆工面画像の撮影装置はレーザスキャナに限定されるものではない。 The present invention is a lining surface image of a tunnel whose shape and size of the tunnel are known, and if the apparent lining surface image can be calculated from the apparent laser irradiation angle, in addition to the circular shape, a horseshoe shape or a box shape It can also be applied to lining surface images of tunnels with various cross-sectional shapes. The tunnel lining surface image capturing device is not limited to the laser scanner.
A：レーザ照射位置
B：アーチ部の覆工面の曲率中心
C：右側壁部の覆工面の曲率中心
D：左側壁部の覆工面の曲率中心
G：レーザ照射点
G１：右側壁部の覆工面上のレーザ照射点
G２：アーチ部の覆工面上のレーザ照射点
G３：左側壁部の覆工面上のレーザ照射点
H：ピクセルで表した覆工面元画像の高さ
l1：レーザ照射位置Aから曲率中心D までの横方向の距離
l2：レーザ照射位置Aから曲率中心C までの横方向の距離
m：曲率中心Bから曲率中心C又は曲率中心Dまでの横方向の距離
p：曲率中心Bからレーザ照射位置Aまでの横方向の距離
q：曲率中心Bからレーザ照射位置Aまでの縦方向の距離
r：アーチ部の覆工面の曲率半径
R：左側壁部又は右側壁部の覆工面の曲率半径
θ：アーチ部の覆工面に対するレーザ照射角度
θ1：レーザ照射開始角度
θ2：レーザ照射終了角度
φ：アーチ部の覆工面に対する見かけのレーザ照射角度
ω：側壁部の覆工面に対する見かけのレーザ照射角度
ω1：見かけのレーザ照射開始角度
ω2：見かけのレーザ照射終了角度
λ：変換前の覆工面画像におけるレーザ照射角度１度あたりの画像の縦のピクセル数
λa：変換後の覆工面画像における継ぎ目より上でのレーザ照射角度１度あたりの画像の縦のピクセル数
λb：変換後の覆工面画像における継ぎ目より下での見かけのレーザ照射角度１度あたりの画像の縦のピクセル数
A: Laser irradiation position
B: Center of curvature of the arched lining
C: Center of curvature of the lining surface of the right side wall
D: Center of curvature of the lining surface of the left wall
G: Laser irradiation point
G 1 : Laser irradiation point on the lining surface of the right side wall
G 2 : Laser irradiation point on the lining surface of the arch part
G 3: laser irradiation point on the lining surface of the left wall portion
H: Height of the lining surface original image expressed in pixels
l 1 : Transverse distance from laser irradiation position A to curvature center D
l 2 : Distance in the horizontal direction from laser irradiation position A to center of curvature C
m: Distance in the horizontal direction from the center of curvature B to the center of curvature C or the center of curvature D
p: Horizontal distance from the center of curvature B to the laser irradiation position A
q: Vertical distance from the center of curvature B to the laser irradiation position A
r: Curvature radius of the arched lining surface
R: radius of curvature of the lining surface of the left or right wall portion θ: laser irradiation angle with respect to the lining surface of the arch portion θ 1 : laser irradiation start angle θ 2 : laser irradiation end angle φ: apparent appearance of the arch portion with respect to the lining surface Laser irradiation angle ω: Apparent laser irradiation angle ω 1 on the lining surface of the side wall portion: Apparent laser irradiation start angle ω 2 : Apparent laser irradiation end angle λ: Per laser irradiation angle in the lining surface image before conversion Number of vertical pixels of image λ a : Number of vertical pixels of image per laser irradiation angle of 1 degree above seam in converted lining surface image λ b : Appearance below seam in converted lining surface image Number of vertical pixels of image per 1 degree laser irradiation angle
Claims (7)
前記見かけの覆工面画像の画像上端からのY座標ynewに対応する見かけのレーザ照射角度を求める第１ステップ、
前記見かけの覆工面画像上の見かけのレーザ照射角度に対応するトンネル覆工面画像の変換前画像のレーザ照射角度θを求める第２ステップ、
前記第２ステップで求めた変換前画像のレーザ照射角度θに該当する前記変換前画像のY座標yoldを求める第３ステップ、及び、
前記第３ステップで求めた前記変換前画像Y座標yoldの一行の画像を、前記見かけの覆工面画像の画像上端からのY座標ynewの一行の画像の位置に再配置する第４ステップ。 The method for correcting distortion of a tunnel lining surface image according to claim 2, wherein the image conversion processing includes the following four steps.
A first step of obtaining an apparent laser irradiation angle corresponding to a Y coordinate y new from the upper end of the apparent lining surface image;
A second step of determining a laser irradiation angle θ of the pre-conversion image of the tunnel lining surface image corresponding to the apparent laser irradiation angle on the apparent lining surface image;
A third step for obtaining a Y coordinate y old of the pre-conversion image corresponding to the laser irradiation angle θ of the pre-conversion image obtained in the second step; and
A fourth step of rearranging the one-line image of the pre-conversion image Y-coordinate y old obtained in the third step at the position of the one-line image of the Y-coordinate y new from the upper end of the apparent lining surface image.
7. The tunnel lining surface image according to claim 6, wherein the correction processing is performed using a feature whose installation position is known in advance, such as a distance marking plate or a lower bundle installed on the tunnel wall surface, as a reference for the distance. A method of correcting distortion.
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Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106657764A (en) * | 2016-10-14 | 2017-05-10 | 山西省交通科学研究院 | Car-mounted adjustment platform used for tunnel image acquisition and the implementation method thereof |
| CN107091616A (en) * | 2017-06-14 | 2017-08-25 | 上海建工集团股份有限公司 | Special-shaped Tunnel Lining Deformation monitoring method |
| CN108344371A (en) * | 2018-03-07 | 2018-07-31 | 中南大学 | A method of with trolley visual angle judgement whitewashing radius and the flatness of whitewashing |
| CN109146791A (en) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 上海同岩土木工程科技股份有限公司 | A kind of tunnel spread drawing generating method based on area array CCD imaging |
| CN109801216A (en) * | 2018-12-20 | 2019-05-24 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | The quick joining method of Tunnel testing image |
| CN109919839A (en) * | 2019-01-18 | 2019-06-21 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | A kind of tunnel graphic joining method |
| JP2019128175A (en) * | 2018-01-22 | 2019-08-01 | 株式会社パスコ | Tunnel wall inspection device and tunnel wall inspection program |
| CN110455260A (en) * | 2019-08-09 | 2019-11-15 | 苏州北璇履方工程科技有限公司 | Tunnel contour determines method, apparatus and electronic equipment |
| CN111208146A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 北京世纪东方通讯设备有限公司 | Tunnel cable detection system and detection method |
| CN112268797A (en) * | 2020-10-09 | 2021-01-26 | 武汉威思顿环境系统有限公司 | All-round comprehensive detector in tunnel |
| CN112435170A (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-02 | 安徽圭目机器人有限公司 | Tunnel vault image splicing method |
| CN113063795A (en) * | 2021-03-31 | 2021-07-02 | 辽宁省交通规划设计院有限责任公司 | Method and system for determining defect position of expressway tunnel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642300A (en) * | 1992-07-24 | 1994-02-15 | Railway Technical Res Inst | Tunnel inspection device |
| JP2001043353A (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Central Japan Railway Co | Device for creation of developed image of tunnel wall surface |
| JP2004347585A (en) * | 2003-02-21 | 2004-12-09 | Fast:Kk | Inspection/analysis system for construction and civil engineering structure |
| JP2010106495A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Railway Technical Res Inst | Tunnel wall surface photographing apparatus |
| JP2013036777A (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-21 | Hozen Maintenance & Management Engineering Co Ltd | Apparatus and method for generating development image of structure extended in longitudinal direction |
-
2013
- 2013-09-03 JP JP2013181729A patent/JP2015049765A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642300A (en) * | 1992-07-24 | 1994-02-15 | Railway Technical Res Inst | Tunnel inspection device |
| JP2001043353A (en) * | 1999-07-30 | 2001-02-16 | Central Japan Railway Co | Device for creation of developed image of tunnel wall surface |
| JP2004347585A (en) * | 2003-02-21 | 2004-12-09 | Fast:Kk | Inspection/analysis system for construction and civil engineering structure |
| JP2010106495A (en) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Railway Technical Res Inst | Tunnel wall surface photographing apparatus |
| JP2013036777A (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-21 | Hozen Maintenance & Management Engineering Co Ltd | Apparatus and method for generating development image of structure extended in longitudinal direction |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106657764A (en) * | 2016-10-14 | 2017-05-10 | 山西省交通科学研究院 | Car-mounted adjustment platform used for tunnel image acquisition and the implementation method thereof |
| CN106657764B (en) * | 2016-10-14 | 2019-08-09 | 山西省交通科学研究院 | A kind of vehicular adjusting platform and its implementation method for tunnel Image Acquisition |
| CN107091616A (en) * | 2017-06-14 | 2017-08-25 | 上海建工集团股份有限公司 | Special-shaped Tunnel Lining Deformation monitoring method |
| CN107091616B (en) * | 2017-06-14 | 2024-04-02 | 上海建工集团股份有限公司 | Abnormal tunnel lining deformation monitoring method |
| JP2019128175A (en) * | 2018-01-22 | 2019-08-01 | 株式会社パスコ | Tunnel wall inspection device and tunnel wall inspection program |
| CN108344371A (en) * | 2018-03-07 | 2018-07-31 | 中南大学 | A method of with trolley visual angle judgement whitewashing radius and the flatness of whitewashing |
| CN108344371B (en) * | 2018-03-07 | 2019-10-29 | 中南大学 | A method of to whitewash, trolley visual angle determines whitewashing radius and flatness |
| CN109146791A (en) * | 2018-09-04 | 2019-01-04 | 上海同岩土木工程科技股份有限公司 | A kind of tunnel spread drawing generating method based on area array CCD imaging |
| CN111208146B (en) * | 2018-11-22 | 2023-05-16 | 北京世纪东方智汇科技股份有限公司 | Tunnel cable detection system and detection method |
| CN111208146A (en) * | 2018-11-22 | 2020-05-29 | 北京世纪东方通讯设备有限公司 | Tunnel cable detection system and detection method |
| CN109801216A (en) * | 2018-12-20 | 2019-05-24 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | The quick joining method of Tunnel testing image |
| CN109919839A (en) * | 2019-01-18 | 2019-06-21 | 武汉武大卓越科技有限责任公司 | A kind of tunnel graphic joining method |
| CN110455260B (en) * | 2019-08-09 | 2021-08-31 | 苏州北璇履方工程科技有限公司 | Tunnel section contour determining method and device and electronic equipment |
| CN110455260A (en) * | 2019-08-09 | 2019-11-15 | 苏州北璇履方工程科技有限公司 | Tunnel contour determines method, apparatus and electronic equipment |
| CN112268797B (en) * | 2020-10-09 | 2022-07-19 | 武汉威思顿环境系统有限公司 | All-round comprehensive detector in tunnel |
| CN112268797A (en) * | 2020-10-09 | 2021-01-26 | 武汉威思顿环境系统有限公司 | All-round comprehensive detector in tunnel |
| CN112435170A (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-02 | 安徽圭目机器人有限公司 | Tunnel vault image splicing method |
| CN112435170B (en) * | 2020-12-04 | 2023-11-03 | 安徽圭目机器人有限公司 | Tunnel vault image splicing method |
| CN113063795A (en) * | 2021-03-31 | 2021-07-02 | 辽宁省交通规划设计院有限责任公司 | Method and system for determining defect position of expressway tunnel |
| CN113063795B (en) * | 2021-03-31 | 2024-02-02 | 辽宁省交通规划设计院有限责任公司 | Expressway tunnel defect position determining method and system |
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