JP2017072517A - Detection method of surface crack of concrete - Google Patents
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Abstract
Description
コンクリート構造物は、構造物の利用や経年劣化により、徐々に損傷が進行し、放置するとコンクリート構造物の致命的な破壊につながりかねない。
このため、コンクリート構造物は、継続的かつ計画的に維持管理を実施する必要がある。
一般的にコンクリート構造物の損傷の端緒は、コンクリートの表面にひび割れとして現れることが多い。
The concrete structure is gradually damaged due to the use of the structure and aging, and if left untreated, it may lead to fatal destruction of the concrete structure.
For this reason, it is necessary to maintain and manage concrete structures continuously and systematically.
In general, the beginning of damage to a concrete structure often appears as a crack on the surface of the concrete.
現在、コンクリート構造物の維持管理では、コンクリート構造物の損傷状態を把握することを目的とする点検が行われており、コンクリートの表面に形成されるひび割れは、破損状態の把握のための重要な指標の一つとなっている。
このひび割れの確認は、従来から、点検作業員の目視に依存しているが、ひび割れの評価が点検作業員の熟練度や体調によって変化し、点検結果に大きなばらつきが生じたり、高所や狭隘部などの点検作業員の近接が困難な場所では、目視点検自体ができなかったりする、という問題があった。
Currently, in the maintenance and management of concrete structures, inspections are conducted with the aim of grasping the damage state of concrete structures, and cracks formed on the concrete surface are important for grasping the damage state. It is one of the indicators.
The confirmation of this crack has traditionally relied on the visual inspection of the inspection worker, but the evaluation of the crack changes depending on the skill level and physical condition of the inspection worker, resulting in large variations in the inspection results, high altitude and narrowness. There was a problem that visual inspection itself could not be performed in places where inspection workers such as departments were difficult to approach.
このため、近年では、コンクリートの表面をカメラで撮影し、撮影によって得られた画像を解析して、画像に含まれるひび割れを自動検出する方法が研究され、提案されている。
このような画像解析を介したひび割れの検出は、ひび割れの発生を定量的に評価でき、点検作業員が近づきにくい場所の評価もでき、さらに、点検現場での作業を画像撮影だけに簡素化して点検時間を大幅に削減できるなど、数々のメリットがある。
For this reason, in recent years, a method for automatically detecting cracks included in an image by photographing the surface of concrete with a camera and analyzing an image obtained by the photographing has been studied and proposed.
Crack detection through such image analysis can quantitatively evaluate the occurrence of cracks, evaluate places where it is difficult for inspectors to approach, and simplify work at the inspection site just to take images. There are a number of advantages such as greatly reduced inspection time.
ところで、点検対象となるコンクリート構造物は、屋外に設定されている場合が多く、点検時の環境、たとえば、コンクリートの表面上の影、コンクリートの表面に付着した汚れ、コンクリートの表面に形成された凹凸などの像(以下、ノイズ像という)が、ひび割れの正確な検出を妨げるという問題があった。 By the way, the concrete structure to be inspected is often set outdoors, and the environment at the time of inspection, for example, shadow on the concrete surface, dirt adhering to the concrete surface, formed on the concrete surface There is a problem that an image such as unevenness (hereinafter referred to as a noise image) prevents accurate detection of cracks.
さらに、コンクリートの表面には、連続したひび割れに加え、少し離れて孤立したひび割れも存在する。
このような孤立したひび割れは、他の連続したひび割れに、コンクリート内で連続している可能性が高く、熟練作業員は、連続したひび割れの一部として評価する。
Furthermore, in addition to continuous cracks, there are cracks that are isolated at a distance from the concrete surface.
Such isolated cracks are likely to be continuous in the concrete with other consecutive cracks, and the skilled worker evaluates them as part of the continuous cracks.
しかしながら、従来の検出方法では、上記のノイズ像に紛れた孤立したひび割れを一連の工程で選別して検出することは困難であった。
その上、仮に、孤立したひび割れを検出できたとしても、これを、他の連続したひび割れの一部と判定し、ひび割れの定量的な判定に反映させることはなかった。
However, with the conventional detection method, it has been difficult to select and detect isolated cracks in the noise image in a series of steps.
In addition, even if an isolated crack can be detected, it is determined as a part of another continuous crack and is not reflected in the quantitative determination of the crack.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、コンクリート構造物のコンクリートの表面に発生するひび割れであって、コンクリートの表面上では孤立しているひび割れであっても、コンクリートの内部では連続している可能性がある複数のひび割れを一体の連続したひび割れとして判定し、表面上の孤立したひび割れを、コンクリート内部に広がる大きなひび割れの一部であると認識できるようにし、孤立したひび割れを含む連続したひび割れを、コンクリート構造物の破損状態の定量的な判定に反映させることを可能にすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a crack generated on the concrete surface of a concrete structure, and even if it is a crack that is isolated on the concrete surface. It is possible to identify multiple cracks that may be continuous inside as a single continuous crack, so that the isolated cracks on the surface can be recognized as part of a large crack that spreads inside the concrete. An object of the present invention is to make it possible to reflect a continuous crack including a crack to a quantitative determination of a damaged state of a concrete structure.
上記目的を達成するため、本発明の第1発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、
コンクリートの表面を撮影し、画像を生成する撮影ステップと、
生成された画像をグレースケールに変換する変換ステップと、
変換されたグレースケール画像からノイズ像を補正する補正ステップと、
ノイズ像が補正された補正画像から、ひび割れである可能性が高い画素を検出するひび割れ検出ステップと、
ひび割れ検出ステップで検出された画素に隣接する画素で、画素の輝度があらかじめ定められた範囲にある画素を検出し、ここで検出された画素をひび割れ領域として拡張する領域拡張ステップと、
領域拡張ステップを繰り返し、あらかじめ定められた範囲にある画素の検出がなくなったとき、領域拡張ステップを終了する領域拡張終了ステップと、
領域拡張終了ステップの後、拡張されたひび割れ領域の周辺に、ひび割れが存在する可能性が高い一体化領域を設定し、その一体化領域に存在する孤立したひび割れを検出する孤立ひび割れ検出ステップと、
拡張されたひび割れの領域に応じて設定された一体化領域内に存在する、孤立したひび割れが、その拡張されたひび割れの領域と一体であると判定する一体化ステップと、
一体化ステップにおいて、一体であるとの判定がなされたとき、一体化ステップの後、再度、上記の領域拡張ステップを実行し、領域拡張終了ステップ、孤立ひび割れ検出ステップ、および、一体化ステップを順次実行する反復ステップと、
一体化ステップにおいて、予め定められた終了条件が満たされたとき、一体化ステップを終了する反復終了ステップと、
一体化されたひび割れの群を最終的なひび割れとして確定するひび割れ確定ステップと、
を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for detecting a surface crack in concrete according to the first invention of the present invention is as follows.
A shooting step of shooting the surface of the concrete and generating an image;
A conversion step for converting the generated image to grayscale;
A correction step for correcting a noise image from the converted grayscale image;
A crack detection step for detecting pixels that are likely to be cracked from the corrected image in which the noise image is corrected;
An area expansion step for detecting a pixel whose pixel brightness is in a predetermined range among pixels adjacent to the pixel detected in the crack detection step, and extending the detected pixel as a crack area;
Repeating the region expansion step, and when no pixels in the predetermined range are detected, a region expansion end step for ending the region expansion step;
After the region expansion end step, an integrated region in which cracks are highly likely to exist is set around the expanded crack region, and an isolated crack detection step for detecting an isolated crack existing in the integrated region;
An integration step for determining that an isolated crack present in the integrated region set according to the expanded crack region is integral with the expanded crack region;
When it is determined in the integration step that they are integrated, after the integration step, the region expansion step is executed again, and the region expansion end step, the isolated crack detection step, and the integration step are sequentially performed. An iterative step to perform,
In the integration step, when a predetermined end condition is satisfied, an iterative end step that ends the integration step; and
A crack determination step for determining a group of integrated cracks as a final crack;
It is characterized by including.
また、本発明の第2発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第1発明において、
補正ステップにおいて、下記式(1)によって特定される補正値が、濃淡差の補正に用いられることを特徴とする。
Further, the method for detecting surface cracks in concrete according to the second invention of the present invention, in the first invention,
In the correction step, the correction value specified by the following formula (1) is used for correcting the shading difference.
なお、前記式(1)において、i,jは着目している画素の位置、Iaは補正後の画像、Ibは補正前の画像、Imは補正目の画像にメディアンフィルタを適用した画像、bmは輝度値の最大値とする。 In the above formula (1), i and j are the positions of the pixels of interest, I a is an image after correction, I b is an image before correction, and I m is a median filter applied to the corrected image. The image b m is the maximum luminance value.
また、本発明の第3発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第1発明、または、第2発明において、
ひび割れ検出ステップが、
ひび割れ画素とひび割れでない背景画素がそれぞれ正規分布に従うものとして、これらの平均誤識別率を最小とする閾値を求める閾値生成ステップを含み、
閾値生成ステップが、
平均条件付きエントロピーを最小化するエントロピー最小化ステップと、
エントロピー最小化ステップにおいて得られたエントロピーの最小値に基づき、解析対象画像の輝度値分布を2クラスに分類した後、ひび割れ部と背景部の平均値と標準偏差をそれぞれ求める画素分類ステップと、
画素分類ステップによって得られたひび割れ部の平均値および標準偏差と、背景部の平均値および標準偏差値を用い、ひび割れの可能性が非常に高い画素を検出するための閾値を特定する閾値算定ステップと、
閾値算定ステップによってえられた閾値に基づき、連結要素を特定する連結要素特定ステップと、
を含むことを特徴とする。
In addition, the method for detecting surface cracks in concrete according to the third invention of the present invention is the first invention or the second invention,
The crack detection step
Assuming that the cracked pixels and the non-cracked background pixels each follow a normal distribution, the method includes a threshold generation step for obtaining a threshold that minimizes the average misclassification rate.
The threshold generation step is
An entropy minimization step to minimize the average conditional entropy;
Based on the minimum value of entropy obtained in the entropy minimization step, after classifying the luminance value distribution of the analysis target image into two classes, a pixel classification step for obtaining an average value and a standard deviation of the crack portion and the background portion, respectively,
Threshold calculation step for identifying a threshold for detecting a pixel having a very high possibility of cracking using the average value and standard deviation of the crack portion obtained by the pixel classification step and the average value and standard deviation value of the background portion When,
A connected element specifying step for specifying a connected element based on the threshold value obtained by the threshold value calculating step;
It is characterized by including.
また、本発明の第4発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第3発明において、
平均条件付きエントロピーを最小化するステップが、下記式(2)を用い、平均条件付きエントロピーを最小化することを特徴とする。
In addition, the method for detecting surface cracks in concrete according to the fourth invention of the present invention is the third invention,
The step of minimizing the average conditional entropy is characterized by minimizing the average conditional entropy using the following equation (2).
なお、前記式(2)において、Eは平均条件付きエントロピー、Ciは分類される2つのクラス、i=1はひび割れ画素が集まるクラス、i=2は背景画素が集まるクラス、jは離散化された輝度値、p(j)は解析画像内に輝度値jの画素が現れる確率とする。 In Eq. (2), E is the average conditional entropy, C i is the two classes to be classified, i = 1 is the class in which the cracked pixels are gathered, i = 2 is the class in which the background pixels are gathered, and j is the discretization The luminance value p (j) is a probability that a pixel having the luminance value j appears in the analysis image.
また、本発明の第5発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第4発明において、
閾値算定ステップが、下記式(3)を用い、閾値を特定することを特徴とする。
Further, the method for detecting surface cracks in concrete according to the fifth invention of the present invention is the fourth invention,
The threshold value calculating step is characterized in that the threshold value is specified using the following formula (3).
なお、前記式(3)において、μcはひび割れ部の平均値、σcはひび割れ部の標準偏差、μbはひび割れ部の平均値、σbはひび割れ部の標準偏差、t1は閾値とする。 In Equation (3), μ c is the average value of the cracked portion, σ c is the standard deviation of the cracked portion, μ b is the average value of the cracked portion, σ b is the standard deviation of the cracked portion, and t 1 is the threshold value. To do.
また、本発明の第6発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第5発明において、
連結要素特定ステップが、下記式(4)を用い、この式の条件を満たさないものを検出結果から省くことによって、画素群から連結要素を特定し、ひび割れ候補を絞ることを特徴とする。
Moreover, the method for detecting surface cracks in concrete according to the sixth invention of the present invention is the fifth invention,
The connected element specifying step uses the following formula (4), omits from the detection result those that do not satisfy the condition of this formula, and specifies the connected elements from the pixel group and narrows down crack candidates.
なお、前記式(4)において、偏心率とは、連結要素の領域と同じ2次モーメントを持つ楕円の偏心率、Aminは撮影距離およびカメラの画素数に応じて変化する値とする。 In the equation (4), the eccentricity is an eccentricity of an ellipse having the same second moment as the connection element region, and A min is a value that changes according to the shooting distance and the number of pixels of the camera.
また、本発明の第7発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第6発明において、
領域拡張ステップが、
連結要素特定ステップにおいて検出された画素に隣接する画素のうち、輝度値が、あらかじめ定められた値より小さいものを検出し、検出された画素を、連結要素特定ステップで特定された連結要素に統合することを特徴とする。
Moreover, the detection method of the surface crack of the concrete concerning the 7th invention of the present invention, in the 6th invention,
The region expansion step
Among the pixels adjacent to the pixels detected in the connected element specifying step, those having a luminance value smaller than a predetermined value are detected, and the detected pixels are integrated into the connected elements specified in the connected element specifying step. It is characterized by doing.
また、本発明の第8発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第1発明から第7発明のいずれかにおいて、
孤立ひび割れ検出ステップが、
拡張されたひび割れ領域と同じ2次モーメントを有する、長軸ll、短軸ls、角度αの楕円を一体化領域として設定し、
下記式(5)の条件を満たす領域を孤立したひび割れの候補とし、
孤立したひび割れの候補のうち、下記式(6)の幾何学条件を満たすもののみを孤立したひび割れとして検出することを特徴とする。
Moreover, the method for detecting surface cracks in concrete according to the eighth invention of the present invention is any one of the first to seventh inventions.
The isolated crack detection step
An ellipse having a major axis l l , a minor axis l s , and an angle α having the same second moment as the expanded crack region is set as an integrated region,
A region that satisfies the condition of the following formula (5) is set as an isolated crack candidate,
Of the isolated crack candidates, only those satisfying the geometrical condition of the following formula (6) are detected as isolated cracks.
なお、前記式(5)において、βは長軸と短軸の重みの比を表すパラメータであり、dは長軸短軸にかかわらず、不連続になっているひび割れ領域を検出するためのパラメータである。 In the equation (5), β is a parameter representing the weight ratio between the long axis and the short axis, and d is a parameter for detecting a discontinuous crack region regardless of the long axis or short axis. It is.
なお、前記式(6)において、P(t1)およびP(tr)は、解析画像内の輝度値t1およびtrの累積確率である。 In the above formula (6), P (t 1 ) and P (t r) is the cumulative probability of the luminance values t 1 and t r in the analysis image.
また、本発明の第9発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法は、第8発明において、
反復ステップの終了条件が、下記式(7)であることを特徴とする。
Moreover, the method for detecting cracks in the concrete surface according to the ninth invention of the present invention is the eighth invention,
An end condition of the iteration step is the following expression (7).
なお、npは繰り返し回数p回目のときにひび割れと判定した画素数であり、p回目の繰り返しでこの終了条件を満たした場合、、p−1回目の結果を最終結果とする。 Note that n p is the number of pixels determined to be cracked when the number of repetitions is p, and when this termination condition is satisfied by the pth repetition, the final result is the p−1th result.
上記の発明では、コンクリート構造物のコンクリートの表面に発生するひび割れであって、コンクリートの表面上では、孤立しているように見えるひび割れを、コンクリートの内部では連続しているひび割れとして判定し、コンクリートの表面上の孤立したひび割れを、コンクリート内部に広がる大きなひび割れの一部であると認識できるように、孤立したひび割れを含む連続したひび割れを、コンクリート構造物の破損状態の定量的な判定に判定させることが可能になる。 In the above invention, a crack that appears on the concrete surface of a concrete structure and that appears to be isolated on the surface of the concrete is determined as a continuous crack inside the concrete. Quantitative determination of the failure state of a concrete structure allows continuous cracks including isolated cracks to be identified so that isolated cracks on the surface of a concrete wall can be recognized as part of a large crack extending inside the concrete It becomes possible.
以下、本発明を、図面に基づき説明する。
図1は、本発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法の流れを示すフロー図、図2は、図1の流れにおいて生成された撮影画像の一例、図3は、図2の撮影画像のグレースケール画像、図4は、影の影響が強い画像に対するノイズ像の補正前のグレースケール画像、図5は、影の影響が強い画像に対するノイズ像の補正後の補正画像、図6は、汚れの影響が強い画像に対するノイズ像の補正前のグレースケール画像、図7は、汚れの影響が強い画像に対するノイズ像の補正後の補正画像、図8は、細いひび割れが多い画像に対するノイズ像の補正前のグレースケー画像、図9は、影の影響が強い画像に対するノイズ像の補正後の補正画像、図10は、図8の中央付近の画像、図11は、図1のひび割れの検出の開始から終了にいたる流れを示すフロー図、図12は、図10の画像を二値化した画像、図13は、図12の画像から連結要素を検出した結果の画像、図14は、図8の画像に示される孤立したひび割れの拡大画像、図15は、図14の画像において、ひび割れが存在する可能性が高い領域を示す模式図、図16は、図12の画像に対する処理の反復において、p=5の状態を示す処理画像、図17は、図12の画像に対する処理の反復において、p=10の状態を示す処理画像、図18は、図12の画像に対する処理の反復において、p=15の状態を示す処理画像、図19は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像、図20は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像、図21は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像、図22は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像、図23は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像、図24は、本発明にかかる検出方法による結果と、従来の検出方による結果との比較画像である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a flowchart showing a flow of a method for detecting surface cracks in concrete according to the present invention, FIG. 2 is an example of a photographed image generated in the flow of FIG. 1, and FIG. 3 is a gray of the photographed image of FIG. 4 is a grayscale image before correction of a noise image for an image with a strong influence of shadow, FIG. 5 is a correction image after correction of the noise image for an image with a strong influence of shadow, and FIG. FIG. 7 shows a corrected image after correction of a noise image for an image having a strong influence of dirt, and FIG. 8 shows an image before correction of the noise image for an image having many thin cracks. 9 is a corrected image after correcting a noise image for an image having a strong influence of shadow, FIG. 10 is an image near the center of FIG. 8, and FIG. 11 is from the start of crack detection in FIG. I was at the end FIG. 12 is an image obtained by binarizing the image of FIG. 10, FIG. 13 is an image obtained by detecting a connected element from the image of FIG. 12, and FIG. 14 is an image of FIG. FIG. 15 is a schematic diagram showing an area where there is a high possibility that cracks are present in the image of FIG. 14, and FIG. 16 is a state where p = 5 in the repetition of the processing for the image of FIG. FIG. 17 shows a processed image showing a state of p = 10 in the repetition of the processing of the image of FIG. 12, and FIG. 18 shows a state of p = 15 in the repetition of the processing of the image of FIG. Processed image, FIG. 19 is a comparison image of the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method, and FIG. 20 is the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method. Comparative image, Fig. 21 FIG. 22 is a comparison image of the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method. FIG. 22 is a comparison image of the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method. FIG. 24 is a comparison image of the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method. FIG. 24 is a comparison image of the result of the detection method according to the present invention and the result of the conventional detection method.
本発明は、コンクリートの表面を撮影し、撮影によって得られた画像を解析して、保守が必要なひび割れを適切に認識し、評価する。
まず、図1に基づき、本発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法の流れについて説明する。
In the present invention, a concrete surface is photographed, and an image obtained by photographing is analyzed to appropriately recognize and evaluate a crack requiring maintenance.
First, based on FIG. 1, the flow of the detection method of the surface crack of the concrete concerning this invention is demonstrated.
本発明では、まず、撮影装置を用いて、検査対象となるコンクリートの表面を撮影し、コンクリート表面の画像を生成する(ステップS01)。
次に、得られた撮影画像をグレースケール画像に変換する(ステップS02)。
このグレースケール画像への変換は、画像に対する処理に必要な計算時間を短縮する効果がある。
In the present invention, first, the surface of concrete to be inspected is photographed using a photographing device to generate an image of the concrete surface (step S01).
Next, the obtained captured image is converted into a gray scale image (step S02).
This conversion to a gray scale image has the effect of shortening the calculation time required for processing the image.
一般的なグレースケール変換としては、RGB成分の平均値、または、NTSC係数による加重平均を求めるものが一般的であるが、本実施例では、RGB成分の最大値を採用した。
般的なひび割れ部やコンクリートの表面部では、RGB成分がほぼ等しい一方で、落書きなどではRGB成分に差が生じるため、上記の最大値の採用は、ひび割れ以外の要素を排除することに有効である。
As a general gray scale conversion, an average value of RGB components or a weighted average based on NTSC coefficients is generally used. In this embodiment, the maximum value of RGB components is adopted.
In general cracked parts and concrete surface parts, the RGB components are almost equal, but in graffiti etc., there is a difference in RGB components, so the use of the above maximum value is effective in eliminating elements other than cracks. is there.
具体的には、上記の最大値を採用したグレースケール化を実行すると、落書きが相対的に明るく表示され、落書きをひび割れと誤認することを防ぐことができるようになる。
ここで、RGB成分の最大値を採用したグレースケール画像の具体例を示す。
図2の撮影画像の左側の縦方向にひび割れが存在し、その右側には縦方向に黒っぽい汚れ(落書き)が付着してる。
Specifically, when gray scale conversion using the above maximum value is executed, the graffiti is displayed relatively brightly, and it is possible to prevent the graffiti from being mistaken as a crack.
Here, a specific example of a gray scale image employing the maximum value of RGB components will be shown.
Cracks are present in the vertical direction on the left side of the photographed image in FIG. 2, and dark stains (graffiti) are attached in the vertical direction on the right side.
この撮影画像を上記の処理によってグレースケール化すると、図3に示したように、汚れ薄くなり、画像上、適切に除去されていることがわかる。
次に、光や影、汚れなどによる脳探査を補正するための前処理として、グレースケール画像に対し、medianフィルタを採用してノイズ像の補正を実行する(ステップS03)。
このノイズ像の補正に用いられる式(1)を以下に示す。
When this photographed image is converted to a gray scale by the above-described processing, as shown in FIG. 3, it can be seen that the dirt becomes thin and is appropriately removed on the image.
Next, as a pre-process for correcting brain exploration due to light, shadow, dirt, etc., a median filter is adopted for the grayscale image to perform noise image correction (step S03).
Equation (1) used for correcting this noise image is shown below.
なお、前記式(1)において、i,jは着目している画素の位置、Iaは補正後の画像、Ibは補正前の画像、Imは補正目の画像にメディアンフィルタを適用した画像、bmは輝度値の最大値とする。 In the above formula (1), i and j are the positions of the pixels of interest, I a is an image after correction, I b is an image before correction, and I m is a median filter applied to the corrected image. The image b m is the maximum luminance value.
上記の輝度値bmの最大値とは、たとえば、256階調の輝度値を用いる場合は、255である。 The maximum value of the luminance value b m is, for example, 255 when a luminance value of 256 gradations is used.
このフィルタのサイズは、この補正結果に影響を及ぼすが、ここでは、フィルタサイズとして、41×41を用いた。
しかしながら、このフィルタサイズによる影響は、最終的な結果に大きな影響を与えるものではなく、たとえば、21×21のフィルタを用いた場合には、ひび割れの抽出結果が41×41のものに比べて細くなり、逆に61×61のサイズのフィルタを用いた場合には、やや太くなる、という傾向が見られる程度であるので、フィルタサイズは、本実施例の41×41に限定されるものではない。
The size of the filter affects the correction result. Here, 41 × 41 is used as the filter size.
However, the influence of this filter size does not greatly affect the final result. For example, when a 21 × 21 filter is used, the extraction result of cracks is thinner than that of 41 × 41. On the other hand, when a 61 × 61 size filter is used, the filter size is not limited to 41 × 41 in the present embodiment because it tends to be slightly thicker. .
具体的には、フィルタサイズが小さい場合、ひび割れ付近では、式(1)の分母の輝度値が小さくなるため、左辺のIaが大きくなり、明るめに補正することになるためである。
ここで、実際の例を挙げると、41×41の場合に、8ピクセルであったひび割れ幅は、21×21の場合には、6ピクセル程度、61×61の場合には、10ピクセル程度になることが多い。
Specifically, when the filter size is small, the luminance value of the denominator of the equation (1) becomes small near the crack, so that Ia on the left side becomes large and correction is made brighter.
Here, to give an actual example, the crack width, which was 8 pixels in the case of 41 × 41, is about 6 pixels in the case of 21 × 21, and about 10 pixels in the case of 61 × 61. Often becomes.
ここで、図4から図9に基づき、フィルタサイズ41×41を用いた、このノイズ像の補正による具体例を説明する。
図4は、影の影響が大きいグレースケール画像であり、これに上記のノイズ補正を実行すると、図5に示したように、影の写りこみが激しい画像からノイズ像を適正に除去し、ひび割れを残した状態で画像を補正できることがわかる。
Here, based on FIG. 4 to FIG. 9, a specific example by correcting the noise image using the filter size 41 × 41 will be described.
FIG. 4 shows a grayscale image having a large influence of shadows. When the above-described noise correction is performed on the grayscale image, as shown in FIG. 5, the noise image is appropriately removed from the image with severe shadow reflection, and cracks are generated. It can be seen that the image can be corrected while leaving
図6は、汚れ、具体的には、水汚れが激しいグレースケール画像であり、これに上記のノイズ補正を実行すると、図7に示したように、水汚れが目立つ画像からノイズ像を適正に除去し、ひび割れを残した状態で画像を補正できることがわかる。
図8は、細いひび割れが多いグレースケール画像であり、これに上記のノイズ補正を実行すると、図9に示したように、ひび割れを失うことなく画像を補正できることがわかる。
FIG. 6 shows a grayscale image that is heavily soiled, specifically, heavily soiled. When the above noise correction is performed on the grayscale image, as shown in FIG. It can be seen that the image can be corrected with the crack removed.
FIG. 8 shows a grayscale image with many thin cracks. When the above-described noise correction is performed on the grayscale image, it can be seen that the image can be corrected without losing the cracks as shown in FIG.
本発明では、特に、細いひび割れや、細かいひび割れが多数含まれる場合のひび割れの適切な確定が重要である。
このため、以下では、細いひび割れ、および、細かいひび割れが含まれる図9の補正画像に基づき、説明を続ける。
なお、図8の画像は、5184×3456画素程度の非常に大きな画像であり、以下で実行される各種処理が、画像上では判別しにくいため、以下の説明では、この図8の画像の中央付近を2592×1728画素の領域にトリミングした画像(図10)を用いる。
In the present invention, it is particularly important to properly determine cracks when a large number of fine cracks or fine cracks are included.
For this reason, below, description is continued based on the correction image of FIG. 9 including a thin crack and a fine crack.
The image in FIG. 8 is a very large image of about 5184 × 3456 pixels, and various processes executed below are difficult to discriminate on the image. Therefore, in the following description, the center of the image in FIG. An image (FIG. 10) obtained by trimming the vicinity to an area of 2592 × 1728 pixels is used.
次に、図10の画像から、ひび割れである可能性が非常に高い画素、すなわち、ひび割れを検出する(ステップS04)。
このひび割れを検出するステップS04には、ひび割れ画素と、ひび割れでない画素(以下、背景画素という)が、それぞれ正規分布に従うものとして、これらの平均誤識別率が最小となる閾値を求める閾値生成ステップS042が含まれる。
Next, pixels that are very likely to be cracks, that is, cracks, are detected from the image of FIG. 10 (step S04).
In step S04 for detecting the cracks, threshold generation step S042 for obtaining a threshold value that minimizes the average misidentification rate, assuming that the cracked pixels and the non-cracked pixels (hereinafter referred to as background pixels) follow a normal distribution. Is included.
このため、ひび割れの検出が開始される(ステップS041)と、上記の閾値生成ステップS042が開始される(S043)。
この閾値生成ステップS042は、エントロピー最小化ステップS0431、画素分類ステップS0432、閾値算定ステップS0433、および、連結要素特定ステップS0434を含む。
For this reason, when detection of a crack is started (step S041), the above-described threshold value generation step S042 is started (S043).
This threshold value generation step S042 includes an entropy minimization step S0431, a pixel classification step S0432, a threshold value calculation step S0433, and a connected element specifying step S0434.
このため、閾値生成ステップが開始される(S043)と、まず、エントロピー最小化ステップS0431が実行される。
このエントロピー最小化ステップS0431は、平均条件付きエントロピーを最小化するものである。
この最小化に用いられる式(2)を以下に示す。
For this reason, when the threshold generation step is started (S043), first, an entropy minimization step S0431 is executed.
This entropy minimizing step S0431 is to minimize the average conditional entropy.
Equation (2) used for this minimization is shown below.
なお、前記式(2)において、Eは平均条件付きエントロピー、Ciは分類される2つのクラス、i=1はひび割れ画素が集まるクラス、i=2は背景画素が集まるクラス、jは離散化された輝度値、p(j)は解析画像内に輝度値jの画素が現れる確率とする。
上記において、256階調の輝度値を用いる場合は、j=0...255である。
In Eq. (2), E is the average conditional entropy, C i is the two classes to be classified, i = 1 is the class in which the cracked pixels are gathered, i = 2 is the class in which the background pixels are gathered, and j is the discretization The luminance value p (j) is a probability that a pixel having the luminance value j appears in the analysis image.
In the above description, when using 256 gradation luminance values, j = 0. . . 255.
次に、画素分類ステップS0433が実行され、上記の式(2)に基づき、解析対象画像の輝度値分布が2クラスに分類される。 Next, a pixel classification step S0433 is executed, and the luminance value distribution of the analysis target image is classified into two classes based on the above equation (2).
次に、閾値算定ステップS0433が実行される。
この閾値算定ステップS0433は、画素分類ステップS0432によって得られたひび割れ部の平均値および標準偏差と、背景部の平均値および標準偏差値を用い、ひび割れの可能性が非常に高い画素を検出するための閾値を特定するものである。
この閾値の特定に用いられる式(3)を以下に示す。
Next, a threshold calculation step S0433 is executed.
This threshold value calculation step S0433 uses the average value and standard deviation of the crack portion obtained in the pixel classification step S0432 and the average value and standard deviation value of the background portion to detect a pixel having a very high possibility of cracking. The threshold value is specified.
Equation (3) used for specifying this threshold is shown below.
なお、式(3)において、μcはひび割れ部の平均値、σcはひび割れ部の標準偏差、μbはひび割れ部の平均値、σbはひび割れ部の標準偏差、t1は閾値とする。 In equation (3), μ c is the average value of the cracked portion, σ c is the standard deviation of the cracked portion, μ b is the average value of the cracked portion, σ b is the standard deviation of the cracked portion, and t 1 is the threshold value. .
ここで、図10の画像に、式(1)のフィルタによる補正を実行した後に、
式(2)、および、式(3)に基づいて解析した結果を図12に示す。
この図12に示した画像は、得られた閾値による二値化の結果を示すものであり、ここでは、白く表示される部分がひび割れとして検出された領域を示す。
ただし、この画像では、ひび割れ以外の空隙も、ひび割れと同様に検出されている。
Here, after correcting the image of FIG. 10 using the filter of Expression (1),
FIG. 12 shows the results of analysis based on Equation (2) and Equation (3).
The image shown in FIG. 12 shows the result of binarization based on the obtained threshold value, and here, an area where a white display portion is detected as a crack is shown.
However, in this image, voids other than cracks are also detected in the same manner as cracks.
そこで、このひび割れ以外の検出画素を幾何学的基準によって除去するため、次に、連結要素特定ステップS0434を実行する。
この連結要素特定ステップS0434では、式(3)で検出された画素群について連結要素を特定し、それぞれの連結要素について幾何学的特徴に基づき、更にひび割れ候補を絞る。
ここでは、以下の式(4)の条件を与え、この条件を満たさないものは、式(3)の検出結果から省いた。
Therefore, in order to remove the detection pixels other than the cracks based on the geometric criteria, next, a connected element specifying step S0434 is executed.
In this connected element specifying step S0434, connected elements are specified for the pixel group detected by Expression (3), and crack candidates are further narrowed down based on the geometric characteristics of each connected element.
Here, the condition of the following formula (4) is given, and those not satisfying this condition are omitted from the detection result of the formula (3).
なお、前記式(4)において、偏心率とは、連結要素の領域と同じ2次モーメントを持つ楕円の偏心率、Aminは撮影距離およびカメラの画素数に応じて変化する値とする。
なお、本実施例では、Amin=100とした。
In the equation (4), the eccentricity is an eccentricity of an ellipse having the same second moment as the connection element region, and A min is a value that changes according to the shooting distance and the number of pixels of the camera.
In this embodiment, A min = 100.
上記の条件による絞り込みの結果、長細く、かつ、一定面積を持つ連結要素のみを検出することができるようになる。
ここで、図12の画像内の画素を、式(4)に基づいて選別した結果の画像を図13に示す。
As a result of the narrowing down under the above conditions, only the connecting elements that are long and have a certain area can be detected.
Here, FIG. 13 shows an image obtained as a result of selecting the pixels in the image of FIG. 12 based on Expression (4).
この図13の画像によると、白く表示された、選別された連結領域には、図12で多く見られた空隙の大部分を除去できていることが確認できる。
そして、この式(4)による条件に基づく絞り込みの処理が終わると、ひび割れの検出が終了する(ステップS042)。
According to the image of FIG. 13, it can be confirmed that most of the voids often seen in FIG. 12 can be removed from the selected connected area displayed in white.
Then, when the narrowing-down process based on the condition according to the equation (4) is finished, the detection of cracks is finished (step S042).
上記のひび割れの検出の終了(ステップS042)の後、次に、図1のひび割れ領域の拡張(ステップS05)が実行される。
ひび割れ領域の拡張(ステップS05)では、まず、連結要素特定ステップにおいて検出された画素に隣接する画素のうち、輝度値が、あらかじめ定められた値trより小さいものを検出する。
このとき、trは、t1より少し明るめの輝度値として、tr=t1+ασcとする。
After the above detection of cracks (step S042), next, expansion of the crack region (step S05) in FIG. 1 is executed.
Enhanced cracked area (step S05), first, among the pixels adjacent to the pixel detected in the coupling element specifying step, the luminance values, detects a smaller than a predetermined value t r.
At this time, t r, as a luminance value of a little lighter than t 1, and t r = t 1 + ασ c .
次に、検出された画素を、連結要素特定ステップS0434で特定された連結要素に統合する。
次に、統合された画素に隣接する画素で、輝度値がtrより小さいものを検出する。
ここで検出される画素は、統合できる画素であり、拡張の対象となる画素である。
そして、拡張の対象となる画素があるときには、ひび割れの領域の拡張(ステップS05)に戻り、再度拡張の対象となる領域の検出を実行する。
Next, the detected pixels are integrated into the connecting element specified in the connecting element specifying step S0434.
Next, in pixels adjacent to integrated pixel, the luminance value to detect smaller than t r.
The pixels detected here are pixels that can be integrated and are pixels to be expanded.
When there is a pixel to be expanded, the process returns to expanding the cracked area (step S05), and the detection of the area to be expanded is executed again.
次に、拡張の対象となる領域の検出がなくなったとき、ひび割れの領域の拡張が終了する(ステップS06)。
なお、上記のひび割れ領域の拡張(ステップS05)においては、αの値が重要となるが、本実施例では、α=0.1とした。
ただし、この値は、α=0.05からα=0.5の間であればよい。
なぜなら、後述する処理の反復により、αの値は順次増大するものであり、この範囲であれば、最終的な結果には顕著な差異は認められないためである。
Next, when there is no longer any detection of the area to be expanded, the expansion of the cracked area ends (step S06).
In addition, in the expansion of the crack region (step S05), the value of α is important. In this embodiment, α = 0.1.
However, this value may be between α = 0.05 and α = 0.5.
This is because the value of α increases sequentially by repeating the processing described later, and no significant difference is recognized in the final result within this range.
この拡張が終了した時点で、画像における輝度値がやや高くなり、つながっているひび割れは検出可能となる。
この段階では、図14に示されるような孤立したひび割れは、人が肉眼で確認すれば、連続してつながっているひび割れとして認識可能であるが、このような孤立したひび割れ、特に、孤立した小さなひび割れの中には、式(4)の条件を満たさないものも存在する。
When this expansion is completed, the luminance value in the image becomes slightly high, and connected cracks can be detected.
At this stage, an isolated crack as shown in FIG. 14 can be recognized as a continuous crack if the person confirms with the naked eye, but such an isolated crack, particularly an isolated small crack, is possible. Some cracks do not satisfy the condition of formula (4).
このような孤立したひび割れの見逃しを回避するため、図15の模式図に示されるようなひび割れが存在する可能性が高い領域を求め、その領域内で一定の条件を満たせば、ひび割れとして検出する必要がある。
そこで、本発明では、拡張の終了(ステップS06)の後、まず、これまでに検出されたひび割れ領域と同じ2次モーメントを有する、長軸ll、短軸ls、角度αの楕円を一体化領域として設定する。
In order to avoid overlooking such an isolated crack, a region where there is a high possibility of the presence of a crack as shown in the schematic diagram of FIG. 15 is obtained, and if a certain condition is satisfied within the region, it is detected as a crack. There is a need.
Therefore, in the present invention, after the end of expansion (step S06), first, an ellipse having a major axis l l , a minor axis l s , and an angle α having the same second moment as the crack region detected so far is integrated. Set as the conversion area.
次に、楕円の長軸方向にu軸、短軸方向にv軸を設定する。
次に、細長いひび割れ領域ほど、その長軸方向に孤立したひび割れ領域があれば、その孤立したひび割れ領域もつながったひび割れ領域である可能性が高いことを考慮し、以下の式(5)の条件をすべて満たす領域を孤立したひび割れの候補とする。
Next, the u axis is set in the major axis direction of the ellipse and the v axis is set in the minor axis direction.
Next, considering that an elongated crack region has an isolated crack region in the major axis direction, it is highly possible that the isolated crack region is also a connected crack region. An area that satisfies all of the above is a candidate for an isolated crack.
なお、前記式(5)において、βは長軸と短軸の重みの比を表すパラメータであり、dは長軸短軸にかかわらず、不連続になっているひび割れ領域を検出するためのパラメータである。
本実施例では、dは40ピクセルとした。
In the equation (5), β is a parameter representing the weight ratio between the long axis and the short axis, and d is a parameter for detecting a discontinuous crack region regardless of the long axis or short axis. It is.
In this embodiment, d is 40 pixels.
これらのパラメータは、画像内の孤立したひび割れ領域の肉眼による観察に基づき、人為的に定めたものであるが、オーダーが変わらない程度であれば、結果に大きな影響を及ぼさないことは確認した。
たとえば、β=4、d=8として解析を行っても、後述するF値はほとんどの画像において、0.01程度以下しか変化せず、最も大きく変化した画像でも高々0.05程度に過ぎなかった。
These parameters are artificially determined based on the observation of isolated cracked areas in the image with the naked eye. However, it has been confirmed that the results do not have a significant effect if the order does not change.
For example, even if the analysis is performed with β = 4 and d = 8, the F value described later changes only about 0.01 or less in most images, and even the image with the largest change is only about 0.05 at most. It was.
ただし、この式(5)の条件のみでは、長軸方向に存在するノイズ像を拾ってしまう危険性があるため、ここで新たに検出された領域から、式(5)のように輝度値がtrより小さいものという条件で領域拡張を実行し、その上で、以下の式(6)の幾何学的条件をすべて満たすもののみ、孤立したひび割れとして検出した(ステップS07)。 However, since there is a risk of picking up a noise image existing in the major axis direction only under the condition of the equation (5), the luminance value is calculated as shown in the equation (5) from the newly detected area. t r running region expansion on the condition that those smaller, on it, only those that meet all of the following geometrical condition of the expression (6), was detected as an isolated cracked (step S07).
なお、前記式(6)において、P(t1)およびP(tr)は、解析画像内の輝度値t1およびtrの累積確率である。
これは、閾値が大きくなればノイズの面積も大きくなることを考慮し、式(4)の面積の条件を補正するために用いたものである。
その他の条件に関しては、式(4)と同様である。
In the above formula (6), P (t 1 ) and P (t r) is the cumulative probability of the luminance values t 1 and t r in the analysis image.
This is used to correct the area condition of Equation (4) in consideration that the noise area increases as the threshold value increases.
Other conditions are the same as those in the equation (4).
次に、ひび割れの可能性が高い領域に含まれるものとして検出された、孤立したひび割れを、そのひび割れと一体のものとして判定する(ステップS08)。 Next, an isolated crack detected as being included in an area where there is a high possibility of a crack is determined as an integral part of the crack (step S08).
ここで、一体化の判定がなされた場合、再度、上記のひび割れ領域の拡張(ステップS05)の工程に戻る処理の反復(ステップS09)に移行し、それに続く工程、すなわち、拡張の対象となる画素を検出し(ステップS07)、孤立したひび割れの一体化(ステップS08)を実行する。
この処理の反復によって、ひび割れの検出制度を向上させる。
Here, when the integration is determined, the process proceeds to the repetition of the process (step S09) to return to the process of expanding the crack region (step S05), and the subsequent process, that is, the target of the expansion. Pixels are detected (step S07), and isolated cracks are integrated (step S08).
By repeating this process, the crack detection system is improved.
まず、繰り返し回数がp回目のとき、式(5)のαを0.1pとして領域拡張を実行する。
そして、式(6)と同様に楕円の式を用いて孤立したひび割れの検出を実行する。
反復回数を増やすことで検出されるひび割れ領域は増大するが、繰り返しの過程でひび割れ領域が急激に増大した場合、閾値trが背景がその多くをひび割れと判定してしまうほど大きくなってしまったと考えられる。
そこで、これらを考慮し、以下の式(7)に示した反復の終了条件を設定した。
First, when the number of repetitions is p, region expansion is executed with α in Expression (5) set to 0.1 p.
Then, the detection of an isolated crack is executed using an elliptical formula in the same manner as the formula (6).
Although crack area detected by increasing the number of iterations increases, if the crack region by repeating the process has rapidly increased, the threshold t r has become larger enough to determine the crack that much background and Conceivable.
Therefore, in consideration of these, the iteration termination condition shown in the following formula (7) was set.
なお、npは繰り返し回数p回目のときにひび割れと判定した画素数であり、p回目の繰り返しでこの終了条件を満たした場合、、p−1回目の結果を最終結果とし、一体化を終了する(ステップS10)。 N p is the number of pixels determined to be cracked at the p-th iteration, and when this termination condition is met at the p-th iteration, the p-1th result is the final result, and the integration is terminated. (Step S10).
ここで、処理の反復(ステップS09)によって画像中のひび割れの領域が拡大していく様子を図16から図18に示す。
これらの図によると、処理の反復(ステップS09)の結果、ひび割れ領域が拡大する様子がわかる。
Here, FIGS. 16 to 18 show how the cracked area in the image is enlarged by repeating the process (step S09).
According to these drawings, it can be seen that the crack region is enlarged as a result of the repetition of the processing (step S09).
図13の領域拡張前、図16の拡張初期の結果と、図17および図18の拡張が進行した後の解析結果を比較すると、輝度値がやや高く明るいために最初のうちはひび割れとして検出されていなかった画素が、徐々にひび割れ領域として検出されていく様子がわかる。 When the results of the initial expansion in FIG. 16 before the region expansion in FIG. 13 and the analysis results after the expansion in FIG. 17 and FIG. 18 are compared, since the luminance value is slightly high and bright, it is initially detected as a crack. It can be seen that the pixels that were not detected are gradually detected as cracked areas.
次に、一体化されたひび割れ領域の群を最終的なひび割れとして確定する(ステップS11)。
そして、本発明の結果、確定されたひび割れの情報は、コンクリート構造物に生じたひび割れの状態を適正に示すので、これをコンクリート構造物の破損状態の定量的な判定に反映させれば、コンクリート構造物の点検の精度や、効果的な保守作業の実施に非常に有用である。
Next, a group of integrated crack regions is determined as a final crack (step S11).
And, as a result of the present invention, since the information on the confirmed crack properly indicates the state of the crack generated in the concrete structure, if this is reflected in the quantitative determination of the damaged state of the concrete structure, the concrete It is very useful for the accuracy of inspection of structures and effective maintenance work.
次に、図19から図24に基づき、本発明による検出方法と、従来の検出方法(大津の方法:道路端の件全土に関する基礎的調査に関する研究、国総研資料第381号、2007を参照)の比較結果を説明する。
ここでは、橋梁の床版、桁、建物の内壁などさまざまな状況下で撮影したデジタル画像6枚を対象として、上記の本発明にかかる検出方法と、従来の検出方法でひび割れの検出を行った。
Next, based on FIG. 19 to FIG. 24, the detection method according to the present invention and the conventional detection method (Otsu's method: Research on basic survey on the road edge, see National Research Institute document 381, 2007) The comparison result will be described.
Here, the detection method according to the present invention described above and the conventional detection method were used to detect cracks for six digital images taken under various conditions such as bridge decks, girders, and inner walls of buildings. .
本発明にかかる検出方法の実施は、影や汚れの影響を強く受けることを想定し、そのような影や汚れを含む画像も解析対象とした。
図19から図24の画像のうち、それぞれ、左図は、撮影したデジタル画像、中図は、本発明にかかる検出方法による結果、右図は、従来の検出方法による結果である。
図19および図20の撮影画像は、それぞれ、レンズの周辺減光や影のため、輝度値が低く暗い部分を多く含む画像である。
The detection method according to the present invention is assumed to be strongly affected by shadows and dirt, and images including such shadows and dirt are also analyzed.
Among the images of FIGS. 19 to 24, the left figure shows the captured digital image, the middle figure shows the result of the detection method according to the present invention, and the right figure shows the result of the conventional detection method.
The captured images in FIGS. 19 and 20 are images each having a low luminance value and many dark portions because of the peripheral light reduction and shadows of the lens.
本発明にかかる検出方法では、これらの影響は、主に、式(2)のフィルタで除去することができるため、良好な結果が得られる一方、従来の検出方法では、単純に輝度値で判別するために精度が悪い。 In the detection method according to the present invention, these effects can be mainly removed by the filter of the expression (2), so that a good result is obtained. On the other hand, in the conventional detection method, the determination is simply made by the luminance value. The accuracy is poor.
図21および図22の撮影画像は、汚れを多く含むものである。
この汚れについても式(2)に基づくフィルタによる補正、および、幾何学的特徴により適切に除去でき、それにより、本発明にかかる検出方法は、従来の検出方法と比較して、非常に制度よくひび割れを検出できている。
The captured images in FIGS. 21 and 22 contain a lot of dirt.
This contamination can also be appropriately removed by the correction by the filter based on the formula (2) and the geometric feature, so that the detection method according to the present invention is very institutional compared to the conventional detection method. Cracks can be detected.
図23の撮影画像は、細かいひび割れを多く含む画像である。
これらの細かいひび割れの幅は、画像上では、1から3ピクセル程度であるが、本願発明にかかる検出方法では、そのような細かいひび割れについても適切に検出できている。
一方、従来の検出方法では、図19および図20と同様に、多くの影の部分をひび割れと誤検出していることに加え、画像中心に見られる少し薄い水汚れの線などをひび割れとして誤検出してしまっている。
The photographed image in FIG. 23 is an image including many fine cracks.
The width of these fine cracks is about 1 to 3 pixels on the image, but the detection method according to the present invention can appropriately detect such fine cracks.
On the other hand, in the conventional detection method, as in FIGS. 19 and 20, in addition to erroneously detecting many shadow portions as cracks, a slightly thin line of water stains seen at the center of the image is erroneously detected as cracks. It has been detected.
本発明にかかる検出方法で、この水汚れの線を誤検出しないのは、式(4)や、式(6)に関連する処理で考慮された幾何学的特徴量を用いた判定基準によるものである、その有効性が顕著に表れる。 In the detection method according to the present invention, the reason why the water stain line is not erroneously detected is based on the determination criterion using the geometric feature amount considered in the processing related to Equation (4) or Equation (6). The effectiveness is remarkably exhibited.
図24の撮影画像は、誤検出を含む例で、後に示すF値の定量的評価結果が最も悪かったものである。
この図24からわかるように、Pコン跡の内部にできる影が、式(6)の条件を満たしてしまうため、Pコン跡の周囲もひび割れとして検出してしまってる。
The captured image of FIG. 24 is an example including erroneous detection, and the quantitative evaluation result of the F value shown later is the worst.
As can be seen from FIG. 24, since the shadow formed inside the P-con trace satisfies the condition of Equation (6), the periphery of the P-con trace is also detected as a crack.
Pコン跡の面積が大きいため、後述の定量的評価では、悪い結果となっているが、一方で、定性的に結果画像で判断すれば、Pコン跡以外の誤検出が少なく、また、ひび割れ部部に関しては、確実に検出できている様子がわかる。 Since the area of the P-con trace is large, the quantitative evaluation described later has a bad result. However, if the result image is qualitatively judged, there are few false detections other than the P-con trace, and there is a crack. It can be seen that the parts are reliably detected.
次に、本発明にかかる検出方法によって得られた検出結果に基づく、定量的評価について説明する。
ここでは、上記の大津の方法が開示された文献に倣い、適合率、感度、特異度の3指標によって本発明にかかる検出方法の結果、および、比較対象として、上記の従来の検出方法による二値化結果を評価する。
本発明にかかる検出方法によって得られた43枚の画像を解析した結果の平均値を表1に示す。
Next, quantitative evaluation based on the detection result obtained by the detection method according to the present invention will be described.
Here, the results of the detection method according to the present invention according to the three indexes of precision, sensitivity, and specificity, and the comparison result, according to the above-mentioned conventional detection method, are modeled on the literature that discloses the method of Otsu. Evaluate the valuation result.
Table 1 shows an average value of the results obtained by analyzing 43 images obtained by the detection method according to the present invention.
これらの指標による精度の比較に当たっては、本来は、ベンチマークセットを作成・共有し、それらに対する正解率を調べるべきではあるが、現状ではそのようなベンチマークセットは存在しない。
ここで、ここでは、発明者らの事前の手作業によりひび割れを検出した結果を正解として精度を評価した。
In order to compare the accuracy of these indicators, you should originally create and share a benchmark set and examine the accuracy rate for them, but at present there is no such benchmark set.
Here, the accuracy was evaluated with the result of detecting cracks by the inventors' prior manual work as the correct answer.
ここで感度は、正解画像におけるひび割れ画素の中でどの程度解析結果においてもひび割れとして検出されたかという割合、特異度は、正解画像においてひび割れではない画素(背景画素)の中でどの程度解析結果においても背景画素として検出されたかという割合、適合率は解析結果でひび割れ画素として検出された中でどの程度正解画像においてもひび割れ画素であったかという割合として定義される。
また、それに加えて、感度と適合率の両方を同時に評価するためにF値(パターン認識(Rで学ぶデータサイエンス5)、共立出版、2009を参照)についても求めた。
Here, the sensitivity is the ratio of how much of the cracked pixels in the correct image are detected as cracks in the analysis result, and the specificity is the degree of analysis in the non-cracked pixels (background pixels) in the correct image. Also, the ratio of whether the pixel is detected as a background pixel and the matching ratio are defined as the ratio of how much the correct image is a cracked pixel among the cracked pixels detected in the analysis result.
In addition, in order to evaluate both sensitivity and precision at the same time, F value (pattern recognition (data science 5 learned by R), see Kyoritsu Shuppan, 2009) was also obtained.
表1からわかるように、感度で比較すると従来の方法の方が本発明の方法より高い。
これは、従来の方法による二値化では曖昧なものは全てひび割れとして判定されるためである。
このため、逆に、適合率・特異度は大幅に低くなっている。
As can be seen from Table 1, when compared in terms of sensitivity, the conventional method is higher than the method of the present invention.
This is because everything that is ambiguous is determined as a crack in the binarization by the conventional method.
For this reason, on the contrary, the relevance rate and specificity are significantly low.
特に、適合率に着目すると、従来の方法により検出された結果のわずか1.2%のみが、人間が目視によって確認したひび割れということを示しており、正確な検出ができていないことがわかる。
感度、適合率を同時に評価する指標であるF値を見ても、本発明の方法は、感度では、従来の方法にやや劣るが、適合率で非常に優れるため、大きな差が生じている。
このように、定量的な検討においても、本発明にかかる検出方法は、精度欲ひび割れを検出できていることが明らかである。
In particular, paying attention to the precision, only 1.2% of the results detected by the conventional method show that the cracks were confirmed by human eyes, and it can be seen that accurate detection was not possible.
Even when looking at the F value, which is an index for simultaneously evaluating the sensitivity and precision, the method of the present invention is slightly inferior to the conventional method in sensitivity, but has a great difference in precision because it is very excellent in precision.
Thus, even in quantitative examination, it is clear that the detection method according to the present invention can detect an accuracy crazing.
このように、本発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法では、幾何学的および統計的パラメータに着目した画像解析による検出方法を提案し、その精度について確かめた。
特に、ひび割れ部と、背景部の輝度値を統計的に扱って閾値を定める工程や、幾何学的パラメータを用いて、実質はつながっているはずであるが、画像上では孤立しているひび割れを検出する工程は、従来には見られなかったものであり、ひび割れの適正な検出という点で、優れた効果が認められる。
Thus, in the concrete surface crack detection method according to the present invention, a detection method based on image analysis focusing on geometric and statistical parameters was proposed, and its accuracy was confirmed.
In particular, the process of determining the threshold by statistically treating the brightness values of the crack and the background, and geometric parameters should be used to connect the cracks that are isolated in the image. The detecting step has not been seen in the past, and an excellent effect is recognized in terms of proper detection of cracks.
このため、本発明にかかるコンクリートの表面ひび割れの検出方法では、撮影画像上では、ノイズ像に紛れた孤立したひび割れを一連の肯定で選別して、ひび割れとして検出し、適正に評価することが可能になる。
また、この本発明にかかる検出方法により、従来は、一般的に非常に解析が難しいとされた、影や汚れを多く含むようなひび割れ画像からもひび割れを良好に検出できるようになった。
For this reason, in the method for detecting surface cracks in concrete according to the present invention, it is possible to select isolated cracks in a captured image in a series of affirmations on a photographed image, detect them as cracks, and evaluate them appropriately. become.
In addition, the detection method according to the present invention has made it possible to detect a crack well even from a crack image that contains a lot of shadows and dirt, which has been generally difficult to analyze in the past.
Claims (9)
生成された画像をグレースケールに変換する変換ステップと、
変換されたグレースケール画像からノイズ像を補正する補正ステップと、
ノイズ像が補正された補正画像から、ひび割れである可能性が高い画素を検出するひび割れ検出ステップと、
ひび割れ検出ステップで検出された画素に隣接する画素で、画素の輝度があらかじめ定められた範囲にある画素を検出し、ここで検出された画素をひび割れ領域として拡張する領域拡張ステップと、
領域拡張ステップを繰り返し、あらかじめ定められた範囲にある画素の検出がなくなったとき、領域拡張ステップを終了する領域拡張終了ステップと、
領域拡張終了ステップの後、拡張されたひび割れ領域の周辺に、ひび割れが存在する可能性が高い一体化領域を設定し、その一体化領域に存在する孤立したひび割れを検出する孤立ひび割れ検出ステップと、
拡張されたひび割れの領域に応じて設定された一体化領域内に存在する、孤立したひび割れが、その拡張されたひび割れの領域と一体であると判定する一体化ステップと、
一体化ステップにおいて、一体であるとの判定がなされたとき、一体化ステップの後、再度、上記の領域拡張ステップを実行し、領域拡張終了ステップ、孤立ひび割れ検出ステップ、および、一体化ステップを順次実行する反復ステップと、
一体化ステップにおいて、予め定められた終了条件が満たされたとき、一体化ステップを終了する反復終了ステップと、
一体化されたひび割れの群を最終的なひび割れとして確定するひび割れ確定ステップと、
を含むコンクリートの表面ひび割れの検出方法。 A shooting step of shooting the surface of the concrete and generating an image;
A conversion step for converting the generated image to grayscale;
A correction step for correcting a noise image from the converted grayscale image;
A crack detection step for detecting pixels that are likely to be cracked from the corrected image in which the noise image is corrected;
An area expansion step for detecting a pixel whose pixel brightness is in a predetermined range among pixels adjacent to the pixel detected in the crack detection step, and extending the detected pixel as a crack area;
Repeating the region expansion step, and when no pixels in the predetermined range are detected, a region expansion end step for ending the region expansion step;
After the region expansion end step, an integrated region in which cracks are highly likely to exist is set around the expanded crack region, and an isolated crack detection step for detecting an isolated crack existing in the integrated region;
An integration step for determining that an isolated crack present in the integrated region set according to the expanded crack region is integral with the expanded crack region;
When it is determined in the integration step that they are integrated, after the integration step, the region expansion step is executed again, and the region expansion end step, the isolated crack detection step, and the integration step are sequentially performed. An iterative step to perform,
In the integration step, when a predetermined end condition is satisfied, an iterative end step that ends the integration step; and
A crack determination step for determining a group of integrated cracks as a final crack;
For detecting surface cracks in concrete containing
ひび割れ画素とひび割れでない背景画素がそれぞれ正規分布に従うものとして、これらの平均誤識別率を最小とする閾値を求める閾値生成ステップを含み、
閾値生成ステップが、
平均条件付きエントロピーを最小化するエントロピー最小化ステップと、
エントロピー最小化ステップにおいて得られたエントロピーの最小値に基づき、解析対象画像の輝度値分布を2クラスに分類した後、ひび割れ部と背景部の平均値と標準偏差をそれぞれ求める画素分類ステップと、
画素分類ステップによって得られたひび割れ部の平均値および標準偏差と、背景部の平均値および標準偏差値を用い、ひび割れの可能性が非常に高い画素を検出するための閾値を特定する閾値算定ステップと、
閾値算定ステップによってえられた閾値に基づき、連結要素を特定する連結要素特定ステップと、
を含む請求項1または2に記載のコンクリートの表面表面ひび割れの検出方法。 The crack detection step
Assuming that the cracked pixels and the non-cracked background pixels each follow a normal distribution, the method includes a threshold generation step for obtaining a threshold that minimizes the average misclassification rate.
The threshold generation step is
An entropy minimization step to minimize the average conditional entropy;
Based on the minimum value of entropy obtained in the entropy minimization step, after classifying the luminance value distribution of the analysis target image into two classes, a pixel classification step for obtaining an average value and a standard deviation of the crack portion and the background portion, respectively,
Threshold calculation step for identifying a threshold for detecting a pixel having a very high possibility of cracking using the average value and standard deviation of the crack portion obtained by the pixel classification step and the average value and standard deviation value of the background portion When,
A connected element specifying step for specifying a connected element based on the threshold value obtained by the threshold value calculating step;
The method for detecting cracks on the surface of a concrete according to claim 1 or 2.
連結要素特定ステップにおいて検出された画素に隣接する画素のうち、輝度値が、あらかじめ定められた値より小さいものを検出し、検出された画素を、連結要素特定ステップで特定された連結要素に統合する、請求項6に記載のコンクリートの表面ひび割れの検出方法。 The region expansion step
Among the pixels adjacent to the pixels detected in the connected element specifying step, those having a luminance value smaller than a predetermined value are detected, and the detected pixels are integrated into the connected elements specified in the connected element specifying step. The method for detecting surface cracks in concrete according to claim 6.
拡張されたひび割れ領域と同じ2次モーメントを有する、長軸ll、短軸ls、角度αの楕円を一体化領域として設定し、
下記式(5)の条件を満たす領域を孤立したひび割れの候補とし、
孤立したひび割れの候補のうち、下記式(6)の幾何学条件を満たすもののみを孤立したひび割れとして検出する請求項1から7のいずれかに記載のコンクリートの表面ひび割れの検出方法。
An ellipse having a major axis l l , a minor axis l s , and an angle α having the same second moment as the expanded crack region is set as an integrated region,
A region that satisfies the condition of the following formula (5) is set as an isolated crack candidate,
The method for detecting a surface crack in concrete according to any one of claims 1 to 7, wherein only those that satisfy the geometrical condition of the following formula (6) among the isolated crack candidates are detected as isolated cracks.
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