JP2019148551A - 構造物の内部検査装置、構造物の内部検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡易な方法で非破壊の内部検査を行える構造物の内部検査装置を提供する。【解決手段】 実施形態の構造物の内部検査装置は、構造物の一方面側に設けられ、前記構造物に向けて電磁波を射出する電磁波源と、前記構造物の前記一方面側とは反対の他方面側に設けられ前記他方面に沿って移動可能な移動体であって、前記構造物を透過した前記電磁波から得られる透過画像を複数の位置で取得する透過画像取得部と、前記構造物の前記他方面側の光学画像を前記複数の位置で取得する光学画像取得部と、を有する移動体と、前記移動体から得た複数の前記光学画像と前記移動体から得た複数の前記透過画像とを対応させる計算機と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、構造物の内部検査を非破壊で行う内部検査装置、構造物の内部検査方法に関する。

複数のプロペラ（回転翼）を備えた飛行体、いわゆるドローンを用いた振動測定装置がある。一般に、振動測定装置では、振動測定器を用いて振動測定対象（建築物）に生じる振動を測定することで、建築物の振動特性を求めている。

特開２０１７−１７３１９４号公報

本発明が解決しようとする課題は、各種の構造物に対して、より簡易な方法で非破壊の内部検査を行うことができる構造物の内部検査装置を提供することである。

実施形態の構造物の内部検査装置は、構造物の一方面側に設けられ、前記構造物に向けて電磁波を射出する電磁波源と、前記構造物の前記一方面側とは反対の他方面側に設けられ前記他方面に沿って移動可能な移動体であって、前記構造物を透過した前記電磁波から得られる透過画像を複数の位置で取得する透過画像取得部と、前記構造物の前記他方面側の光学画像を前記複数の位置で取得する光学画像取得部と、を有する移動体と、前記移動体から得た複数の前記光学画像と前記移動体から得た複数の前記透過画像とを対応させる計算機と、を備える。

図１は、第１実施形態の構造物の内部検査装置を示した模式図である。 図２は、図１に示す構造物の内部検査装置の移動体を模式的に示した模式図である。 図３は、第１実施形態の構造物の内部検査装置を用いた構造物の内部検査方法の一例を示したフローチャートである。 図４は、離間位置で移動体により取得した第２光学画像と、近接位置で移動体により取得した第１光学画像と、の関係を模式的に示した模式図である。 図５は、第１実施形態の構造物の内部検査方法において、テンプレートマッチングの工程の一例を示す模式図である。 図６は、第１実施形態の変形例にかかる構造物の内部検査方法の一例を示したフローチャートである。 図７は、第２実施形態の構造物の内部検査装置を示した模式図である。 図８は、図７に示す構造物の内部検査装置の移動体を模式的に示した模式図である。 図９は、図８に示す移動体のジンバル機構を模式的に示した斜視図である。 図１０は、図９に示すジンバル機構、透過画像取得部、及び光学画像取得部を模式的に示した上面図である。

以下、実施形態にかかる構造物の内部検査装置について詳細に説明する。内部検査装置は、主として、老朽化した建築物の縦壁部や柱、建築物の床や天井、橋梁、橋脚等の各種の構造物・建築物に対して、非破壊の劣化検査等に用いられる。建築物の材質は問わず、鉄筋コンクリートや木材等、電磁波が透過する性質をもった材質であれば、どのような材質であってもよい。

［第１実施形態］
第１実施形態の構造物の内部検査装置１１は、例えば、略鉛直方向に延びる各種の構造物１２、例えば、ビルや塔等の建築物の縦壁部や柱、又は橋脚、トンネル内の支柱やダムの縦壁部等の非破壊の内部検査に用いられる。以下、本明細書でいう略鉛直方向には、鉛直方向と、鉛直方向から数度ずれた方向と、の両方を含む。また、本明細書でいう略鉛直面には、鉛直方向に延びる鉛直面と、鉛直面から数度ずれた面と、の両方を含む。

図１に示すように、内部検査装置１１は、構造物１２に対して電磁波を射出可能な電磁波源１３と、構造物１２を透過した電磁波を検出可能な移動体１４（ドローン）と、移動体１４を遠隔操作するためのコントローラ１５と、移動体１４で得られた透過画像を一つの統合的透過画像に再構成するための計算機１６と、を備える。

図１に破線の矢印で示すように、電磁波源１３は、目標の構造物１２に対してＸ線（電磁波）を射出可能なＸ線装置で構成される。建築物の縦壁部や柱等の構造物が検査対象となる場合に、電磁波源１３は、例えば、建築物内の床１２Ａ等に設置される。電磁波源１３は、複数であってもよく、その場合には、例えば建築物の各階の床１２Ａに設置されてもよい。或いは、電磁波源１３を建築物のエレベータ内に設置して、これを昇降可能としてもよい。橋脚やダム等の構造物１２が検査対象となる場合に、電磁波源１３は、昇降式の足場等に設置されてもよい。或いは、電磁波源１３は、橋梁やダムの頂部から下方に向けてクレーン等で吊り下げられてもよい。なお、電磁波源１３としてはこれに限定されるものではなく、目標の建築物（構造物１２）に対してγ線を射出可能なγ線装置であってもよい。すなわち、電磁波源１３に用いられる電磁波は、構造物１２を透過する透過性の良好なものであればどのようなものであってもよい。

以下では、建築物の縦壁部を検査対象とする場合を例に説明する。コントローラ１５は、無線によって移動体１４の上昇、下降、水平方向への移動を遠隔操作するためのリモコンで構成される。ユーザがコントローラ１５に対して入力をすることによって、移動体１４を任意の方向に移動させることができる。また、移動体１４の移動経路については、予め用意した移動経路のプログラムをコントローラ１５に記憶させることもできる。この場合、移動体１４の起動時又は初期設定時にコントローラ１５が当該プログラムを読み出して、移動体１４に向けて信号を無線で送る。移動体１４は、そのプログラムされた経路に従って移動する。コントローラ１５は、次に述べる計算機１６の一部として構成されていてもよい。

計算機１６は、一般的なＰＣ（パーソナルコンピュータ）で構成される。計算機１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭが実装されるとともに、これらのチップ部品をバス等で接続したマザーボードと、マザーボードに接続されたハードディスクドライブと、マザーボードに接続された無線回路１７と、無線回路１７に接続されたアンテナ１８と、を有する。ハードディスクドライブは、ＳＳＤ（Solid State Drive）等であってもよい。計算機１６は、アンテナ１８を介して移動体１４と信号を送受信することができる。計算機１６のハードディスクドライブには、後述するテンプレートマッチングを行うためのプログラムないしソフトウェアが記憶されている。また、後述するように、移動体１４からデータを取得する際に、無線を利用しない場合には、計算機１６の構成要素から無線回路１７とアンテナ１８とを省略することもできる。

図１、図２に示すように、移動体１４は、いわゆるドローンと呼ばれる小型の飛行体で構成される。移動体１４は、主として屋外、例えば構造物１２（建築物）の外等に配置される。移動体１４は、略鉛直方向に延びる縦壁部や柱、橋脚に沿って移動（上昇、下降）できる。さらに移動体１４は、構造物１２に近接した近接位置Ｐ１と、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２と、の間で移動可能である。

移動体１４は、本体２１と、本体２１から突出した腕部に設けられた複数のプロペラ２２と、本体２１に搭載され動作プログラム等が格納されたワンチップマイコン等の記憶部と、本体２１に搭載された駆動源及びバッテリーと、本体２１に搭載された光学画像取得部２３と、本体２１に搭載された透過画像取得部２４と、本体２１に搭載された自己位置把握部２５と、本体２１に搭載されコントローラ１５及び計算機１６との間で信号を送受信するための無線回路及びアンテナと、を備える。本実施形態に用いられる移動体１４は、複数であってもよい。

移動体１４は、第２実施形態の図９に示すような、水平面と略平行になる支持部２６Ａを有する水平支持機構２６を備えていてもよい。この場合、水平支持機構２６の支持部２６Ａによって光学画像取得部２３（光学画像取得部２３の受光面）及び透過画像取得部２４（透過画像取得部２４の受光面）が略鉛直方向に延びるようにこれらを支持する。水平支持機構２６は、第２実施形態の図９に示すものと同様な構成のジンバル機構を採用できる。このとき、透過画像取得部２４の重心は、ジンバル機構の第１軸２７及び第２軸２８よりも鉛直方向の下側に配置される。光学画像取得部２３の重心は、ジンバル機構の第１軸２７及び第２軸２８よりも鉛直方向の下側に配置される。このため、支持部２６Ａは、水平面と常に略平行に維持される。

図２に示すように、本実施形態では、プロペラ２２は、例えば４個で構成される。駆動源は、例えばブラシレスモータで構成される。光学画像取得部２３は、可視光下で目標の写真（光学画像）を取得できる一般的なカメラ（デジタルカメラ、撮像素子）で構成される。透過画像取得部２４は、Ｘ線センサで構成される。ここで、光学画像取得部２３の撮影範囲と、透過画像取得部２４の撮影範囲は、同じになるように設定される。電磁波源１３がγ線装置で構成される場合には、透過画像取得部２４は、γ線センサで構成される。

移動体１４は、無線回路及びアンテナを有し、光学画像取得部２３で取得した光学画像及び透過画像取得部２４で取得した透過画像３７を無線回路及びアンテナによって計算機１６に送ることができる。移動体１４は、不揮発性メモリ等で構成される記憶部を有していてもよい。その場合、移動体１４は、取得した光学画像及び透過画像３７を無線通信で計算機１６に送るのではなく、記憶部内に記憶できる。自己位置把握部２５は、例えば、ＧＰＳ受信機で構成される。或いは、自己位置把握部２５は、ＧＰＳ受信機、速度センサ、及び加速度センサ等を組み合わせたもので構成されてもよい。或いは、移動体１４から自己位置把握部２５を省略してもよい。

なお、本実施形態では、移動体１４と計算機１６との間の信号のやり取りを無線通信によって行っているが、ケーブルを介した有線通信によって移動体１４と計算機１６との間で信号のやり取りを行ってもよい。或いは、光学画像及び透過画像３７の取得が完了し、移動体１４を回収した後に移動体１４の記憶部からデータを抜き出す場合には、移動体１４と計算機１６との間の無線通信又は有線通信が不要である。

続いて、図３〜図５を参照して、本実施形態の構造物の内部検査装置を用いた構造物の内部検査方法について説明する。

ユーザは、本実施形態の内部検査方法の実施に先立ち、電磁波源１３を望ましい位置、例えば、検査対象となる構造物１２の縦壁部や柱、橋脚等の近傍に設置する。電磁波源１３の設置方法は、電磁波源１３から射出される電磁波の方向が検査対象となる構造物１２に向かうものであればどのようなものでもよく、例えば、建築物の床面やエレベータ内に設置してもよいし、昇降可能な足場上に設置しても良いし、橋梁上から橋脚近傍に向けてクレーン等で吊り下げてもよいし、ダムの頂部から下方の縦壁部に向けてクレーン等で吊り下げてもよい。

移動体１４は、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２において、光学画像取得部２３により、可視光下で得られる構造物１２の通常の外観写真（第２光学画像３２）を取得する（ステップＳ１１）。このとき、構造物１２の大きさにもよるが、移動体１４は、構造物１２から十分に離れた位置、例えば構造物１２から数メートルから数百メートル離れた位置で、例えば構造物１２の全体を収めるように第２光学画像３２を取得する。これによって、構造物１２全体の光学画像（写真）を取得する。第２光学画像３２は、デジタルカメラ等で予め取得したものを外部から取得してもよい。移動体１４は、無線通信又は有線通信によって第２光学画像３２の情報を計算機１６に送ってもよいし、移動体１４の記憶部内に記憶してもよい。続いて、ユーザは、電磁波源１３を電源オンして、電磁波源１３から構造物１２（建築物の縦壁部又は柱、橋脚、ダムの縦壁部等）に対してＸ線を射出する。

ユーザは、コントローラ１５を操作して、或いは予め作成された移動経路のプログラムに従って、移動体１４を構造物１２に接近させる。このとき、電磁波源１３は、構造物１２の一方面側に設置される。一方、ドローン等の移動体１４は、構造物１２の一方面とは反対の他方面側に配置される。移動体１４は、構造物１２の縦壁部、柱、橋脚等（他方面）に沿って、略鉛直面内において、縦方向又は横方向に走査する。これによって、移動体１４は、近接位置Ｐ１において、可視光下で通常得られる構造物１２の写真（第１光学画像３１）と、電磁波源１３から射出されたＸ線が構造物１２を透過して移動体１４側で得られた像である透過画像３７と、を同時に取得する（ステップＳ１２）。移動体１４は、光学画像取得部２３を用いて通常の写真（第１光学画像３１）を取得する。また、移動体１４は、透過画像取得部２４を用いて透過画像３７を取得する。

走査によって、移動体１４は、構造物の各地点（各表面）をすべて網羅するように、複数の第１光学画像３１及び複数の透過画像３７を取得する。走査において、第１光学画像３１及び透過画像３７は、動画（連続写真）として取得されてもよい。移動体１４は、走査中に、自己位置把握部２５によって自己位置に関する情報を随時取得する。移動体１４は、複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、及び自己位置に関する情報を無線通信又は有線通信で計算機１６に送る。或いは、移動体１４は、複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、自己位置に関する情報を、記憶部内に記憶してもよい。複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、自己位置に関する情報の取得の完了後、ユーザは、移動体１４を回収する。ユーザは、移動体１４の記憶部内に第２光学画像３２、複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、自己位置に関する情報等を記憶している場合には、記憶部からそれらのデータを抜き出して計算機１６に移植する。計算機１６は、受領したこれらのデータをハードディスク等に記憶する。

計算機１６は、受け取った複数の第１光学画像３１及び第２光学画像３２を画像処理して、例えば撮影時に画像データに混入したノイズや、無線通信で送る際に混入したノイズ等を除去する（ステップＳ１３）。続いて、計算機１６は、マッチングの対象画像となる遠方からの画像である第２光学画像３２に対して、第１光学画像３１をテンプレートとして、テンプレートマッチングさせる（ステップＳ１４）。

テンプレートマッチングに先立ち、計算機１６は、第２光学画像３２上で水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸を設定し、第２光学画像３２中の各位置に適当な座標を割り振る。図４に示すように、計算機１６は、テンプレートマッチングの過程において、対象画像（第２光学画像３２）と、対象画像の一部に対応するテンプレート（第１光学画像３１）と、の間で、テンプレートの位置、縮尺、向きを変更しながら、対象画像のどの箇所と最も一致するかを検索する。

より詳細には、図５に示すように、テンプレートである第１光学画像３１を対象画像である第２光学画像３２に対して重ね合わせて走査し、その重なった領域での類似度を計算する。類似度は、ＳＳＤ（Sum of Difference、最小二乗誤差）を用いて算出する。このＳＳＤの値をＲ_ＳＳＤとすると、

の式で算出できる。ここでＭ，Ｎは画像の縦横のピクセルサイズ、Ｔ（ｉ,ｊ）はテンプレートの位置（ｉ,ｊ）における画素値、Ｉ（ｉ,ｊ）は対象画像の位置（ｉ,ｊ）における画素値である。計算機１６は、この計算を図５の矢印で示したように、テンプレートである第１光学画像３１を、対象画像である第２光学画像３２上で１ピクセルずつずらして走査しながらＲ_ＳＳＤをそれぞれの位置で計算する。計算機１６は、Ｒ_ＳＳＤが最小となる位置の座標（ｘ,ｙ）を記録する。

検索によって対象画像とテンプレートとが合致する箇所が発見された場合に、計算機１６は、合致した地点の位置情報（第２光学画像３２中の座標、自己位置把握部２５で得られた自己位置）を取得して、その位置情報をテンプレートの第１光学画像３１と同時に取得された透過画像３７に関連付ける（ステップＳ１５）。さらに、計算機１６は、合致した地点の位置情報（第２光学画像３２中の座標、自己位置把握部２５で得られた自己位置）をテンプレートである第１光学画像３１そのものと関連付けてもよい。合致する箇所が発見されない場合には、図３に示すように、計算機１６は、再度第１光学画像３１の画像処理、すなわち、縮尺の変更、向き（角度）の変更を行って（ステップＳ１３）、再度テンプレートマッチング処理を行う（ステップＳ１４）。

このような作業をすべての第１光学画像３１について行い、これらに対応する透過画像３７に位置情報（座標）を関連づける。複数回のマッチング作業によっても合致する箇所が発見できないテンプレート（第１光学画像３１）については、不適当な画像としてテンプレートマッチング処理から除外される。上記の位置情報（座標）に基づいて、計算機１６は、複数の透過画像３７、３７同士を結合して、１つの大きな透過画像である統合的透過画像を形成する（ステップＳ１６）。さらに計算機１６は、必要に応じて、複数の第１光学画像同士を結合して、１つの大きな光学画像である統合的光学画像を形成してもよい。しかしながら、本実施形態では、第２光学画像３２によって、統合的光学画像の機能を代替できるために、１つの統合的光学画像の作成を省略できる。

このように形成された統合的透過画像によって、構造物１２のどの位置（座標）に亀裂等の欠陥があるかを光学画像（第２光学画像３２又は統合的光学画像）との対比のうえで、診断することができる。

第１実施形態によれば、以下のことがいえる。構造物の内部検査装置１１は、構造物１２の一方面側に設けられ、構造物１２に向けて電磁波を射出する電磁波源１３と、構造物１２の前記一方面側とは反対の他方面側に設けられ前記他方面に沿って移動可能な移動体１４であって、構造物１２を透過した前記電磁波から得られる透過画像３７を複数の位置で取得する透過画像取得部２４と、構造物１２の前記他方面側の光学画像を透過画像３７と対応するように前記複数の位置で取得する光学画像取得部２３と、を有する移動体１４と、移動体１４から得た複数の前記光学画像同士の重複部分をマッチングさせることで、前記光学画像同士を結合した一つの統合的光学画像を形成するのと同時に、移動体１４から得た複数の透過画像３７同士を結合した一つの統合的透過画像を前記統合的光学画像に対応するように形成する計算機１６と、を備える。

構造物の内部検査方法は、構造物１２の一方面側から電磁波を射出し、構造物１２の前記一方面とは反対の他方面側において、構造物１２の他方面側の複数の光学画像と、構造物１２を透過した前記電磁波から得られる複数の透過画像３７と、を移動体１４によって同時に取得し、前記複数の光学画像同士の重複部分をマッチングさせることで、前記複数の光学画像同士を結合した一つの統合的光学画像を形成するとともに、複数の透過画像３７同士を結合した一つの統合的透過画像を前記統合的光学画像と対応するように形成する。

従来、コンクリートなどによって構成される建造物の劣化の検査には、人の手による打音検査やＸ線を用いた透過像撮影（レントゲン撮影）が行われてきた。これらはコンクリートや金属が混在する構造物の内部非破壊検査に有効な手段である。しかし打音検査は人の聴力に頼るため、正確に診断するノウハウの獲得という点で検査員の育成に時間が必要である。また、Ｘ線を用いた透過像撮影はターゲット箇所に撮像フィルムを密着して貼付しなければならないため、適用できる場所や方位に制限がある。例えば高層ビルの外壁面や橋梁の下面といった人が到達しにくい箇所の検査は難しい。また検査員の被爆を避けるため、フィルムを添付したのちに放射領域から退避して撮像する必要があるなど、一回の撮像に多くの時間を要するという問題がある。上記した構成によれば、人のノウハウによらず、人が到達できない箇所であっても、撮像にも多くの時間を要しない構造物の内部検査装置及び方法を実現できる。

上記のように移動体１４を用いた場合には、以下の問題がある。先行技術のように、建造物に移動体（ドローン）を固定し、移動体が建造物に加振をして、その振動を測定によって検査をする場合には、固定した位置の近傍の範囲しか検査が行えない。そのため劣化がある程度予測される箇所の検査しか行えず、不測の劣化に対する検査には向かないという問題がある。また建造物の全体的な検査や広範な検査を行うためには、膨大な時間を要する。また、移動体１４の自己位置推定の問題もある。すなわち、速度センサや加速度センサ等のセンサによって移動体１４の自己位置を推定する場合には、移動時間が長くなるにつれて、移動開始から少しずつ蓄積された誤差が徐々に大きくなっていく問題がある。一方、ＧＰＳによって移動体１４の自己位置を推定する場合には、精度が高くない問題がある。

上記の構成によれば、電磁波が構造物１２を透過することで得られる透過画像３７を、移動体１４によって光学画像と対応させて取得することができる。これによって、光学画像同士のマッチングによって一つの統合的光学画像を形成できるとともに、この統合的光学画像に対応する一つの統合的透過画像を形成できる。これによって、統合的透過画像中で発見されたひび割れ等の欠陥を統合的光学画像上でも確認できる。さらに、光学画像上で座標を設定することで欠陥の位置を正確に特定できる。これらによって、欠陥位置の特定の精度を著しく向上できるとともに、光学画像上でも欠陥のある箇所を確認することができ、ユーザの利便性を著しく向上できる。

移動体１４は、構造物１２に近接した近接位置Ｐ１と、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２と、の間で移動可能であり、前記光学画像には、近接位置Ｐ１で取得された第１光学画像３１と、離間位置Ｐ２で取得された第２光学画像３２と、が含まれ、計算機１６は、前記統合的光学画像を第２光学画像３２で代替させる。

構造物１２の内部検査方法は、移動体１４を構造物１２に近接した近接位置Ｐ１と、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２と、の間で移動させ、前記複数の光学画像に含まれる第１光学画像３１であって近接位置Ｐ１で取得された第１光学画像３１を、前記複数の光学画像に含まれる第２光学画像３２であって離間位置Ｐ２で取得された第２光学画像３２に対してマッチングさせることで、前記統合的透過画像を形成する。

これらの構成によれば、離間位置Ｐ２において第２光学画像３２を取得することで、これを統合的光学画像の代わりにすることができる。これによって、計算機１６において統合的光学画像を作成するのに必要な演算（マッチング処理）を省略することができ、統合的透過画像の完成までにかかる時間を大幅に短縮できる。これによって、ユーザの利便性を著しく向上できる。

構造物１２は、略鉛直方向に延び、移動体１４は、水平面と略平行になる支持部２６Ａを有する水平支持機構２６を有し、支持部２６Ａは、透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が鉛直方向又は略鉛直方向に延びるようにこれらを支持する。

構造物の内部検査方法では、構造物１２は、略鉛直方向に延び、透過画像取得部２４により複数の透過画像３７を取得し、光学画像取得部２３により前記複数の光学画像を取得し、水平支持機構２６により透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が略鉛直方向に延びるようにこれらを支持した状態で、前記複数の光学画像及び複数の透過画像３７を取得する。

これらの構成によれば、略鉛直方向に延びる構造物１２に対して透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が平行になるように、これらを水平支持機構２６によって構造物１２に対向させることができる。これによって、光学画像や透過画像３７が歪んでしまうことがなく、精度の良い統合的透過画像及び統合的光学画像を形成できる。

水平支持機構２６は、ジンバル機構である。この構成によれば、水平支持機構２６を簡単な構造で実現することができ、構造物の内部検査装置１１の製造コストを削減できる。

移動体１４は、ドローンである。この構成によれば、移動体１４の移動方向の自由度が高くなり、従来の移動体１４では取得できなかった位置で透過画像３７を得ることができる。また、移動体１４の移動速度が速くなり、構造物１２の検査範囲の走査にかかる時間を著しく短縮できる。

電磁波は、Ｘ線である。この構成によれば、Ｘ線の良好な透過性によって、十分な性能の構造物の内部検査装置１１を実現できる。また、汎用品として比較的に安価に流通しているＸ線装置を電磁波源１３として利用することができ、構造物の内部検査装置１１を実現するためのコストを低減できる。

続いて、第１実施形態の変形例にかかる構造物の内部検査装置１１、及び第２実施形態の構造物の内部検査装置１１について説明する。以下では、主として第１実施形態の構造物の内部検査装置１１と異なる部分について説明し、共通する部分については、図示或いは説明を省略する。

（変形例）
図６を参照して、第１実施形態の構造物の内部検査装置１１の変形例について説明する。本変形例では、離間位置Ｐ２で第２光学画像３２を取得することなく、テンプレートマッチングを行う。したがって、構造物の内部検査装置１１の構成については、上記第１実施形態と同様である。また、検査対象となる構造物１２の構成も上記第１実施形態と同様である。

図６を参照して、変形例の構造物の内部検査方法について説明する。

本変形例では、離間位置Ｐ２での移動体１４による写真（第２光学画像３２）の取得は行わない。ユーザは、電磁波源１３を電源オンして、電磁波源１３から構造物１２（建築物の縦壁部又は柱、橋脚等）に対してＸ線を射出する。

ユーザは、コントローラ１５を操作して、或いは予め作成された移動経路のプログラムに従って、移動体１４を構造物１２に接近させる。移動体１４は、構造物１２の縦壁部又は柱、橋脚に沿って略鉛直面内で縦方向又は横方向に走査する。これによって、移動体１４は、近接位置Ｐ１において、可視光下で通常得られる構造物１２の写真（第１光学画像３１）と、Ｘ線が構造物１２を透過して得られた像である透過画像３７と、を同時に取得する（ステップＳ２１）。第１光学画像３１、３１同士は、互いに重複した部分を含むように、比較的に短い時間間隔で取得する。このため、第１光学画像３１と同じタイミングで取得される透過画像３７、３７同士も重複した部分を含む。走査によって、構造物１２の各地点をすべて網羅するように、移動体１４は、複数の第１光学画像３１と、複数の透過画像３７と、を取得する。

計算機１６は、第１光学画像３１を画像処理してノイズ等を除去する（ステップＳ２２）。続いて、本変形例では、対象画像である第１光学画像３１に対して、別の第１光学画像３１をテンプレートとしてテンプレートマッチングさせる（ステップＳ２３）。また、このマッチングは、撮影されたタイミングが近い第１光学画像３１、３１同士で行う。具体的には、走査において、画像１、画像２、画像３の順番で第１光学画像３１が取得された場合には、計算機１６は、まず、画像１と、画像２との間でテンプレートマッチングを行い、さらに画像２と画像３との間でテンプレートマッチングを行う。その際、画像１と画像２との間では、重複している部分があるために、これらのテンプレートマッチング作業は問題なく行える。このようにして、徐々に画像を統合していき、計算機１６は、最終的に大きな一つの統合的光学画像３３を形成する。これと同時に、各第１光学画像３１に対応する透過画像３７、３７同士を結合し、大きな一つの統合的透過画像を形成する。

このテンプレートマッチングのやり方は、第１実施形態のテンプレートマッチングと略同様に行える。その際、例えば、対象画像である第１光学画像３１に対して、別の第１光学画像３１の一部を断片化して、これをテンプレートとする。両者の類似度をＳＳＤを用いて算出する。テンプレートである第１光学画像３１の一部の断片を、対象画像である他の第１光学画像３１上で１ピクセルずつずらして走査しながらＲ_ＳＳＤをそれぞれの位置で計算する。計算機１６は、Ｒ_ＳＳＤが最小となる位置の座標（ｘ,ｙ）を記録するとともに、その位置で２つの第１光学画像３１同士を結合する（ステップＳ２４）。Ｒ_ＳＳＤが所定の閾値よりも大きい場合には、一致点がなしとして当該第１光学画像３１の一部の断片を除外して、第１光学画像３１に含まれる他の断片をテンプレートとして再度テンプレートマッチングを試みる。このようにして、テンプレートとなる側の第１光学画像３１のすべての断片についてテンプレートマッチングを試みて、２つの第１光学画像３１同士を結合する。このようにして、大きな一つの統合的光学画像３３を形成するのと同時に、大きな一つの統合的透過画像も形成する（ステップＳ２５）。

さらに計算機１６は、統合的光学画像３３上で水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸を設定し、統合的光学画像３３中の各位置に適当な座標を割り振る。計算機１６は、統合的光学画像３３中の座標及び自己位置把握部２５で得られた自己位置情報を、統合的透過画像に関連付ける。

このように形成された統合的透過画像によって、構造物１２のどの位置に亀裂等の欠陥があるかを光学画像（統合的光学画像３３）との対比のうえで、診断することができる。

［第２実施形態］
図７から図１０を参照して、第２実施形態の構造物の内部検査装置１１について説明する。第２実施形態の構造物の内部検査装置１１は、例えば、ビルや塔、橋等の建築物の略水平方向に延びる構造物１２、例えば、床、天井、梁、橋梁等、の非破壊の内部検査に用いられる。以下、本明細書でいう略水平方向には、水平方向と、水平方向から数度ずれた方向と、の両方を含む。また、本明細書でいう略水平面には、水平方向に延びる水平面と、水平面から数度ずれた面と、の両方を含む。

図７に破線の矢印で示すように、電磁波源１３は、目標の建築物に対してＸ線を射出可能なＸ線装置で構成される。Ｘ線等の電磁波の射出方向は、下方向に限られず、上方向であっても当然によい。建築物の床や天井等の構造物１２が検査対象となる場合に、電磁波源１３は、例えば、検査対象の床や天井の上に設置される。電磁波源１３は、複数であってもよく、その場合には、例えば建築物の各階の床に設置されてもよい。橋梁１２Ｂ等の構造物１２が検査対象となる場合に、電磁波源１３は、橋梁１２Ｂの上に設置される。以下では、主として橋梁１２Ｂの検査を行う場合を例に説明する。なお、電磁波源１３としてはこれに限定されるものではなく、目標の建築物（構造物１２）に対してγ線を射出可能なγ線装置であってもよい。すなわち、電磁波源１３に用いられる電磁波は、構造物１２を透過する透過性の良好なものであればどのようなものであってもよい。

図８に示すように、移動体１４は、ドローン（小型の飛行体）で構成される。移動体１４は、主として屋外、例えば構造物１２（建築物）の外等に配置され、略水平方向に延びる天井や床、橋梁１２Ｂに沿って略水平方向に移動できる。さらに移動体１４は、構造物１２に近接した近接位置Ｐ１と、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２と、の間で移動可能である。

図９に示すように、移動体１４は、水平支持機構２６を有する。水平支持機構２６は、いわゆる２軸ジンバル機構で構成される、３軸ジンバル機構等の他のジンバル機構であっても当然によい。水平支持機構２６は、最外周部３４と、最外周部３４に固定された一対の第１軸２７と、最外周部３４よりも内側に設けられた第１枠部３５と、第１枠部３５に固定された一対の第２軸２８と、第１枠部３５よりも内側に設けられた第２枠部３６と、第２枠部３６に固定された支持部２６Ａ（支持板）と、を有する。第１枠部３５は、一対の第１軸２７に対して回転可能に設けられる。第２枠部３６は、一対の第２軸２８に対して回転可能に設けられる。

支持部２６Ａには、透過画像取得部２４と、光学画像取得部２３と、が取付けられている。このとき、透過画像取得部２４の重心は、第１軸２７及び第２軸２８よりも鉛直方向の下側に配置される。光学画像取得部２３の重心は、第１軸２７及び第２軸２８よりも鉛直方向の下側に配置される。このため、支持部２６Ａは、水平面と常に略平行に維持される。支持部２６Ａは、透過画像取得部２４（透過画像取得部２４の受光面）及び光学画像取得部２３（光学画像取得部２３の受光面）が略水平方向に延びるようにこれらを支持する。

続いて、図７〜図１０を参照して、本実施形態の構造物の内部検査装置１１を用いた構造物の内部検査方法について説明する。

図７に示すように、ユーザは、本実施形態の内部検査方法の実施に先立ち、電磁波源１３を望ましい位置、例えば、検査対象となる構造物１２の床、天井、梁、橋梁１２Ｂ等の上に設置する。電磁波源１３の設置方法は問わない。

移動体１４は、構造物１２から離間した離間位置Ｐ２において、光学画像取得部２３により、可視光下で得られる構造物１２の通常の外観写真（第２光学画像３２）を取得する。このとき、構造物１２の大きさにもよるが、移動体１４は、構造物１２から十分に離れた位置で、例えば構造物１２の全体を収めるように第２光学画像３２を取得する。これによって、構造物１２全体の光学画像（写真）を取得する。移動体１４は、無線通信又は有線通信によって第２光学画像３２の情報を計算機１６に送ってもよいし、移動体１４の記憶部内に記憶してもよい。続いて、ユーザは、電磁波源１３を電源オンして、電磁波源１３から構造物１２（建築物の床や天井、橋梁等）に対してＸ線を射出する。

ユーザは、コントローラ１５を操作して、或いは予め作成された移動経路のプログラムに従って、移動体１４を構造物１２に接近させる。このとき、電磁波源１３は、構造物１２の一方面側に設置される。一方、ドローン等の移動体１４は、構造物１２の一方面とは反対の他方面側に配置される。移動体１４は、構造物１２の床、天井、梁、橋梁１２Ｂ等に沿って水平面内で縦方向又は横方向に走査する。これによって、移動体１４は、近接位置Ｐ１において、可視光下で通常得られる構造物１２の写真（第１光学画像３１）と、電磁波源１３から射出されたＸ線が構造物１２を透過して移動体１４側で得られた像である透過画像３７と、を同時に取得する。その際、移動体１４は、光学画像取得部２３によって通常の写真（第１光学画像３１）を取得する。また、移動体１４は、透過画像取得部２４によって透過画像３７を取得する。

走査によって、構造物１２の各地点（各表面）をすべて網羅するように、移動体１４は、複数の第１光学画像３１と、複数の透過画像３７と、を取得する。走査において、第１光学画像３１及び透過画像３７は、動画（連続写真）として取得されてもよい。移動体１４は、走査中に、自己位置把握部２５によって自己位置に関する情報を随時取得する。移動体１４は、複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、及び自己位置に関する情報を計算機１６に無線通信又は有線通信で送ってもよいし、これらの情報を記憶部内に記憶してもよい。複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、自己位置に関する情報の取得の完了後、ユーザは、移動体１４を回収する。移動体１４の記憶部内に第２光学画像３２、複数の第１光学画像３１、複数の透過画像３７、自己位置に関する情報等を記憶している場合には、ユーザは、記憶部からそれらのデータを抜き出して計算機１６に移植する。計算機１６は、受領したこれらのデータをハードディスク等に記憶する。

計算機１６は、受け取った複数の第１光学画像３１及び第２光学画像３２を画像処理して、例えば撮影時に画像データに混入したノイズや、無線通信で送る際に混入したノイズ等を除去する。続いて、マッチングの対象画像となる遠方からの画像である第２光学画像３２に対して、第１光学画像３１をテンプレートとして、テンプレートマッチングさせる。

テンプレートマッチングに先立ち、計算機１６は、第２光学画像３２上で水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸を設定し、第２光学画像３２中の各位置に適当な座標を割り振る。図４に示すように、計算機１６は、テンプレートマッチングの過程において、対象画像（第２光学画像３２）と、対象画像の一部に対応するテンプレート（第１光学画像３１）と、の間で、テンプレートの位置、縮尺、向きを変更しながら、対象画像のどの箇所と最も一致するかを検索する。

より詳細には、図５に示すように、テンプレートである第１光学画像３１を対象画像である第２光学画像３２に対して重ね合わせて走査し、その重なった領域での類似度を計算する。類似度は、ＳＳＤを用いて算出する。計算機１６は、この計算を図５の矢印で示したように、テンプレートである第１光学画像３１を、対象画像である第２光学画像３２上で１ピクセルずつずらして走査しながらＲ_ＳＳＤをそれぞれの位置で計算する。計算機１６は、Ｒ_ＳＳＤが最小となる位置の座標（ｘ,ｙ）を記録する。以後の工程は第１実施形態と同様である。これによって、一つの大きな統合的透過画像が第２光学画像３２と対応するように形成される。

さらに計算機は、必要に応じて、複数の第１光学画像３１同士を結合して、１つの大きな光学画像である統合的光学画像を形成してもよい。本実施形態では、第２光学画像３２によって、統合的光学画像の機能を代替できるために、１つの統合的光学画像の作成を省略できる。

このように形成された統合的透過画像によって、構造物１２のどの位置に亀裂等の欠陥があるかを光学画像（第２光学画像３２又は統合的光学画像）との対比のうえで、診断することができる。

本実施形態によれば、以下のことがいえる。構造物１２は、略水平方向に延び、移動体１４は、水平面と略平行になる支持部を有する水平支持機構２６を有し、支持部２６Ａは、透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が略水平方向に延びるようにこれらを支持する。

構造物の内部検査方法では、構造物１２は、略水平方向に延び、透過画像取得部２４により複数の透過画像３７を取得し、光学画像取得部２３により前記複数の光学画像を取得し、水平支持機構２６により透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が略水平方向に延びるようにこれらを支持した状態で、前記複数の光学画像及び複数の透過画像３７を取得する。

これらの構成によれば、略水平方向に延びる構造物１２に対して透過画像取得部２４及び光学画像取得部２３が平行になるように、これらを構造物１２に対向させることができる。これによって、光学画像や透過画像３７が歪んでしまうことがなく、精度の良い統合的透過画像等を形成できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、各実施形態及び変形例に記載された発明を適宜に組み合わせて一つの発明を実現することも当然にできる。

１１…内部検査装置、１２…構造物、１３…電磁波源、１４…移動体、１６…計算機、２１…本体、２３…光学画像取得部、２４…透過画像取得部、２６…水平支持機構、２６Ａ…支持部、３１…第１光学画像、３２…第２光学画像、３３…統合的光学画像、３７…透過画像、Ｐ１…近接位置、Ｐ２…離間位置。

Claims (12)

1. 構造物の一方面側に設けられ、前記構造物に向けて電磁波を射出する電磁波源と、
   前記構造物の前記一方面側とは反対の他方面側に設けられ前記他方面に沿って移動可能な移動体であって、前記構造物を透過した前記電磁波から得られる透過画像を複数の位置で取得する透過画像取得部と、前記構造物の前記他方面側の光学画像を前記複数の位置で取得する光学画像取得部と、を有する移動体と、
   前記移動体から得た複数の前記光学画像と前記移動体から得た複数の前記透過画像とを対応させる計算機と、
   を備える構造物の内部検査装置。
2. 前記光学画像取得部は、前記構造物の前記他方面側の光学画像を前記透過画像と対応するように前記複数の位置で取得し、
   前記計算機は、前記複数の前記光学画像同士の重複部分をマッチングさせることで、前記光学画像同士を結合した一つの統合的光学画像を形成するのと同時に、前記複数の透過画像同士を結合した一つの統合的透過画像を前記統合的光学画像に対応するように形成する請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
3. 前記移動体は、前記構造物に近接した近接位置と、前記構造物から離間した離間位置と、の間で移動可能であり、
   前記光学画像には、前記近接位置で取得された第１光学画像と、前記離間位置で取得された第２光学画像と、が含まれ、
   前記計算機は、前記一つの統合的光学画像を形成することを省略して、前記統合的光学画像を前記第２光学画像で代替させる請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
4. 前記構造物は、略鉛直方向に延び、
   前記移動体は、水平面と略平行になる支持部を有する水平支持機構を有し、
   前記支持部は、前記透過画像取得部及び前記光学画像取得部が略鉛直方向に延びるようにこれらを支持する請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
5. 前記構造物は、略水平方向に延び、
   前記移動体は、水平面と略平行になる支持部を有する水平支持機構を有し、
   前記支持部は、前記透過画像取得部及び前記光学画像取得部が略水平方向に延びるようにこれらを支持する請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
6. 前記水平支持機構は、ジンバル機構である請求項４又は請求項５に記載の構造物の内部検査装置。
7. 前記移動体は、ドローンである請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
8. 前記電磁波は、Ｘ線である請求項１に記載の構造物の内部検査装置。
9. 構造物の一方面側から電磁波を射出し、
   前記構造物の前記一方面とは反対の他方面側において、前記構造物の他方面側の複数の光学画像と、前記構造物を透過した前記電磁波から得られる複数の透過画像と、を移動体によって同時に取得し、
   前記複数の光学画像同士の重複部分をマッチングさせることで、前記複数の光学画像同士を結合した一つの統合的光学画像を形成するとともに、前記複数の透過画像同士を結合した一つの統合的透過画像を前記統合的光学画像と対応するように形成する構造物の内部検査方法。
10. 前記移動体を前記構造物に近接した近接位置と、前記構造物から離間した離間位置と、の間で移動させ、
    前記複数の光学画像に含まれる第１光学画像であって前記近接位置で取得された第１光学画像を、前記複数の光学画像に含まれる第２光学画像であって前記離間位置で取得された第２光学画像に対してマッチングさせることで、前記複数の第１光学画像同士を結合した前記統合的光学画像を形成するとともに前記統合的透過画像を形成する請求項９に記載の構造物の内部検査方法。
11. 前記構造物は、略鉛直方向に延び、
    透過画像取得部により前記複数の透過画像を取得し、
    光学画像取得部により前記複数の光学画像を取得し、
    水平支持機構により前記透過画像取得部及び前記光学画像取得部が略鉛直方向に延びるようにこれらを支持した状態で、前記複数の光学画像及び前記複数の透過画像を取得する請求項９に記載の構造物の内部検査方法。
12. 前記構造物は、略水平方向に延び、
    透過画像取得部により前記複数の透過画像を取得し、
    光学画像取得部により前記複数の光学画像を取得し、
    水平支持機構により前記透過画像取得部及び前記光学画像取得部が略水平方向に延びるようにこれらを支持した状態で、前記複数の光学画像及び前記複数の透過画像を取得する請求項９に記載の構造物の内部検査方法。