JP2020154397A - Crack extracting system and crack extraction method - Google Patents

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Abstract

To provide a crack extracting system and a crack extraction method for solving a problem in a conventional technology and allowing even a person not expertise in the field to easily perform image analysis process and automatic extract cracks on a concrete surface.SOLUTION: The crack extracting system of the present invention extracts cracks generated on the surface of a concrete construction by using images. The system includes background brightness calculation means, brightness calculation means, peculiar pixel extraction means, shape parameter calculation means, and crack extraction means. In this case, the shape parameter calculation means extracts a region of the peculiar pixel and calculates the shape parameter of the region of the peculiar pixel. Finally, the crack extraction means extracts the region of the peculiar pixel having a shape parameter being lower than a threshold as a crack.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本願発明は、コンクリート構造物表面に生じたひび割れの抽出に関する技術であり、より具体的には、コンクリート構造物を撮影した画像の輝度を演算処理することによってひび割れを抽出するひび割れ抽出システム、及びひび割れ抽出方法に関するものである。 The present invention is a technique for extracting cracks generated on the surface of a concrete structure, and more specifically, a crack extraction system for extracting cracks by arithmetically processing the brightness of an image of a concrete structure, and a crack extraction system. It relates to an extraction method.

高度経済成長期に集中的に整備されてきた建設インフラストラクチャー(以下、「建設インフラ」という。)は、既に相当な老朽化が進んでいることが指摘されている。平成26年には「道路の老朽化対策の本格実施に関する提言(社会資本整備審議会)」がとりまとめられ、平成24年の笹子トンネルの例を挙げて「近い将来、橋梁の崩落など人命や社会装置に関わる致命的な事態を招くであろう」と警鐘を鳴らし、建設インフラの維持管理の重要性を強く唱えている。 It has been pointed out that the construction infrastructure (hereinafter referred to as "construction infrastructure"), which has been intensively developed during the period of high economic growth, has already deteriorated considerably. In 2014, the "Proposal for Full-scale Implementation of Measures for Road Aging (Social Infrastructure Development Council)" was compiled, and "In the near future, human life and society such as the collapse of bridges," with the example of the Sasago Tunnel in 2012. It will cause a fatal situation related to the equipment, "he warned, strongly advocating the importance of maintenance of construction infrastructure.

このような背景のもと、国は道路法施行規則の一部を改正する省令を公布し、具体的な建設インフラの点検方法、主な変状の着目箇所、判定事例写真などを示した定期点検要領を策定している。この定期点検要領では、約70万橋に上るといわれる橋長2.0m以上の橋を対象としており、供用開始後2年以内に初回点検、以降5年に1回の頻度で定期点検を行うこととしている。また、橋梁の下面であっても双眼鏡などを用いた遠望目視は認められず、原則として肉眼で確認する近接目視による点検としなければならない。道路に限らず鉄道に関しても、初回検査、全般検査等を行うことが国から通達されており、鉄道コンクリート構造物に対しては、通常2年に1回、目視を主体とした全般検査を行っている。 Against this background, the national government promulgated a ministerial ordinance to partially revise the Road Law Enforcement Regulations, and regularly showed specific construction infrastructure inspection methods, points of interest for major deformations, and photographs of judgment cases. The inspection procedure is formulated. This periodic inspection procedure targets bridges with a bridge length of 2.0 m or more, which is said to be about 700,000 bridges, and the first inspection is performed within 2 years after the start of service, and the periodic inspection is performed once every 5 years thereafter. It is supposed to be. In addition, even on the underside of the bridge, distant vision using binoculars or the like is not permitted, and as a general rule, inspection must be performed by close visual inspection, which is confirmed with the naked eye. The national government has notified that not only roads but also railways will undergo initial inspections, general inspections, etc., and railway concrete structures will usually undergo general inspections mainly by visual inspection once every two years. ing.

しかしながら、橋梁床版(特に下面)を目視で点検することは、それほど容易ではない。通常、橋梁に近づくためには高所作業車を利用するか若しくは足場を組み立てることになるが、著しく桁下高が高い場合は相当な規模の高所作業車や足場が必要となる。特に足場を組む場合、河川を越える橋梁であれば河川内に足場を組み立てることになるし、跨道橋や跨線橋であれば道路や線路上に足場を組み立てることになり、現実的には足場を構築できないケースさえある。 However, it is not so easy to visually inspect the bridge slab (especially the lower surface). Normally, aerial work platforms or scaffolding are used to approach the bridge, but if the clearance is extremely high, a considerable scale aerial work platform or scaffolding is required. Especially when building scaffolding, if it is a bridge that crosses the river, the scaffolding will be assembled in the river, and if it is an overpass or overpass, the scaffolding will be assembled on the road or railroad track. There are even cases where it cannot be built.

いずれにしろ従来手法によれば、橋梁に近づくために相当規模の高所作業車や足場を利用することになり、労力やコスト、作業期間が増大するという問題を抱えていた。また、高所作業車や足場を利用した点検作業は、いわゆる高所作業となるため点検者の転落といった作業安全上の問題があるうえ、近接目視による点検はある程度の経験を要することから点検者が限定的となってしまい、近年の人手不足を考えるとこの点も大きな問題として指摘することができる。 In any case, according to the conventional method, a considerable amount of aerial work platforms and scaffolding are used to approach the bridge, which causes a problem that labor, cost, and work period increase. In addition, inspection work using aerial work platforms and scaffolding is so-called aerial work, so there are work safety problems such as the inspector falling over, and inspectors need some experience to visually inspect in close proximity. However, considering the recent labor shortage, this point can also be pointed out as a big problem.

そこで近年では、画像を用いた点検作業も行われるようになった。橋梁に近づくための高所作業車や足場の使用が不要であり、取得した画像から損傷箇所を確認することができるため場所や時間を制限されることなく損傷を検出できるうえ、点検者以外の者も判断できることからより客観的に損傷を検出できるわけである。さらに画像を用いた点検は、記録やデータ管理においても紙面を用いるより、労力やコスト、作業期間を短縮することができるといった長所を挙げることができる。例えば特許文献1では、橋面上を移動する台車と、この台車に取り付けられたアームを利用して点検する手法を提案しており、アームの先端を橋梁下面に配置するとともに、アーム先端につながれた飛行体が橋梁下面をカメラで撮影するという技術を提案している。 Therefore, in recent years, inspection work using images has also been performed. There is no need to use aerial work platforms or scaffolding to approach the bridge, and the damaged part can be confirmed from the acquired image, so damage can be detected without restrictions on location and time, and other than the inspector. Since the person can also judge, the damage can be detected more objectively. Furthermore, the inspection using images has the advantage that the labor, cost, and work period can be shortened compared to using paper for recording and data management. For example, Patent Document 1 proposes a method of inspecting using a carriage that moves on the bridge surface and an arm attached to the carriage, and the tip of the arm is arranged on the lower surface of the bridge and connected to the tip of the arm. We are proposing a technology in which the dolly takes a picture of the underside of the bridge with a camera.

ところで、点検作業で取得した画像からひび割れを自動(あるいは半自動)で抽出し、さらに抽出したひび割れの幅寸法を求めるためには、画像解析処理によるのが一般的である。例えば非特許文献1〜非特許文献3では、画像解析によってコンクリート表面のひび割れを自動抽出し、ひび割れ幅を算出する具体的な解析手法を提案している。 By the way, in order to automatically (or semi-automatically) extract cracks from the image acquired in the inspection work and to obtain the width dimension of the extracted cracks, it is common to use an image analysis process. For example, Non-Patent Documents 1 to 3 propose a specific analysis method for automatically extracting cracks on a concrete surface by image analysis and calculating the crack width.

特開2016−79684号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-79684 「画像処理によるコンクリート構造物の高精度なひび割れ自動抽出」土木学会論文集F,Vol.66・No.3,pp.459−470,2010"High-precision automatic crack extraction of concrete structures by image processing" Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers F, Vol. 66. No. 3, pp. 459-470, 2010 「ガボールウェーブレット変換を用いたコンクリートのひび割れ画像解析技術の開発」土木学会論文集E2,Vol.68・No.3,pp.178−194,2012"Development of crack image analysis technology for concrete using Gabor wavelet transform" Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers E2, Vol. 68 ・ No. 3, pp. 178-194, 2012 「統計的特徴および幾何学的特徴に着目したコンクリート表面ひび割れの画像解析による検出」土木学会論文集F3,Vol.70・No.2,I_1−I_8,2014"Detection by image analysis of concrete surface cracks focusing on statistical and geometric features" Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers F3, Vol. 70. No. 2,I_1-I_8,2014

非特許文献1〜非特許文献3に示す画像解析手法によればコンクリート表面のひび割れを自動抽出することができ、さらにはひび割れ幅を算出することができる。しかしながら、従来の画像解析手法は極めて複雑であり、関係者や専門家以外の者が容易かつ自在に使用することはできなかった。また、鉄道コンクリート構造物については、デジタルカメラを使用した点検も認められており、実際にデジタルカメラを使用しているが、従来の方法では0.3mm程度の幅を有するひび割れまでしか計測できず、しかもひび割れを検出するにはやや煩雑な作業を伴っていた。 According to the image analysis method shown in Non-Patent Documents 1 to 3, cracks on the concrete surface can be automatically extracted, and the crack width can be calculated. However, the conventional image analysis method is extremely complicated and cannot be easily and freely used by persons other than those concerned or experts. In addition, for railway concrete structures, inspections using a digital camera are also permitted, and although a digital camera is actually used, the conventional method can only measure cracks with a width of about 0.3 mm. Moreover, it was a little complicated work to detect the crack.

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち関係者や専門家以外の者であっても容易かつ自在に画像解析処理を行うことができるとともに、コンクリート表面のひび割れを自動抽出することができるひび割れ抽出システム、及びひび割れ抽出方法を提供することである。 The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, that is, even a person other than a person concerned or an expert can easily and freely perform image analysis processing and crack the concrete surface. It is to provide a crack extraction system capable of automatic extraction, and a crack extraction method.

本願発明は、算出された画素ごとの背景輝度と実際の輝度からひび割れ候補となる特異画素を抽出するとともに、特異画素からなる特異画素領域の形状パラメータに基づいてひび割れを抽出する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 The present invention focuses on the fact that singular pixels that are candidates for cracks are extracted from the calculated background brightness and actual brightness of each pixel, and cracks are extracted based on the shape parameter of the singular pixel region composed of singular pixels. It is an invention made based on an unprecedented idea.

本願発明のひび割れ抽出システムは、画像を用いてコンクリート構造物の表面に生じたひび割れを抽出するシステムであって、背景輝度算出手段と輝度差算出手段、特異画素抽出手段、形状パラメータ算出手段、ひび割れ抽出手段を備えたものである。このうち背景輝度算出手段は、画像の画素ごとに背景輝度を算出する手段であり、輝度差算出手段は輝度差(画素に付与された実輝度と背景輝度との差分)を画素ごとに算出する手段であり、特異画素抽出手段は、特異画素(実輝度が背景輝度よりも暗い画素であって、輝度差があらかじめ定めた輝度差閾値を超える画素)を抽出する手段である。形状パラメータ算出手段は、特異画素領域(特異画素が連続する領域)を抽出するとともにこの特異画素領域の形状パラメータを算出する手段であり、ひび割れ抽出手段は、形状パラメータがあらかじめ定めた形状閾値を下回る特異画素領域をひび割れとして抽出する手段である。なお背景輝度算出手段は、着目画素(背景輝度の算出対象となる画素)の周囲にある複数の周辺画素を選出するとともに、着目画素と周辺画素の実輝度の代表値に基づいて着目画素の背景輝度を算出する。また形状パラメータ算出手段は、特異画素領域の画素面積の総和Sと特異画素領域を内包する四角形の代表長さLの2乗の逆数との積に基づいて形状パラメータを算出する。 The crack extraction system of the present invention is a system for extracting cracks generated on the surface of a concrete structure using an image, and is a background brightness calculation means and a brightness difference calculation means, a peculiar pixel extraction means, a shape parameter calculation means, and a crack. It is equipped with an extraction means. Of these, the background brightness calculation means is a means for calculating the background brightness for each pixel of the image, and the brightness difference calculation means calculates the brightness difference (difference between the actual brightness given to the pixels and the background brightness) for each pixel. The singular pixel extraction means is a means for extracting singular pixels (pixels whose actual brightness is darker than the background brightness and whose brightness difference exceeds a predetermined brightness difference threshold). The shape parameter calculating means is a means for extracting a singular pixel region (a region where singular pixels are continuous) and calculating the shape parameter of the singular pixel region, and the crack extracting means has a shape parameter below a predetermined shape threshold value. This is a means for extracting a singular pixel region as a crack. The background luminance calculation means selects a plurality of peripheral pixels around the pixel of interest (pixels for which the background luminance is calculated), and the background of the pixel of interest is based on the representative values of the actual luminance of the pixel of interest and the peripheral pixels. Calculate the brightness. Further, the shape parameter calculation means calculates the shape parameter based on the product of the total pixel area S of the singular pixel region and the reciprocal of the square of the representative length L of the quadrangle including the singular pixel region.

本願発明のひび割れ抽出システムは、着目画素設定手段をさらに備えたものとすることもできる。この着目画素設定手段は、画像に対して着目画素用グリッドを設定するとともに、着目画素用グリッドの交差位置にある画素を着目画素として設定する手段である。この場合、背景輝度算出手段は、非着目画素(着目画素に囲まれた画素)を取り囲む着目画素の背景輝度に基づいて、非着目画素の背景輝度を算出する。 The crack extraction system of the present invention may further include a pixel of interest setting means. This pixel of interest setting means is a means for setting a grid for pixels of interest for an image and setting pixels at intersection positions of the grid for pixels of interest as pixels of interest. In this case, the background luminance calculation means calculates the background luminance of the non-focused pixel based on the background luminance of the focused pixel surrounding the non-focused pixel (the pixel surrounded by the focused pixel).

本願発明のひび割れ抽出システムは、着目画素と周辺画素の実輝度から得られる中央値を着目画素の背景輝度として算出するものとすることもできる。 The crack extraction system of the present invention may also calculate the median value obtained from the actual brightness of the pixel of interest and the peripheral pixels as the background brightness of the pixel of interest.

本願発明のひび割れ抽出システムは、画像の分解能に応じて設定される輝度差閾値を用いたものとすることもできる。 The crack extraction system of the present invention may also use a luminance difference threshold set according to the resolution of the image.

本願発明のひび割れ抽出システムは、ひび割れ角度算出手段と最大輝度差算出手段、幅方向輝度差算出手段、ひび割れ幅算出手段を、さらに備えたものとすることもできる。このひび割れ角度算出手段は、ひび割れ画素領域(ひび割れとして抽出された特異画素領域)の方向(ひび割れ方向)を求めるとともに、画像上に設定された直交2軸とこのひび割れ方向との挟角のうち小さい角度となる挟角をひび割れ角度θとして算出する手段であり、最大輝度差算出手段は、ひび割れ画素(ひび割れ画素領域を構成する特異画素)の中からひび割れ代表画素を選出するとともに、このひび割れ代表画素の背景輝度と最小輝度(あらかじめ設定)との差分である最大輝度差αを算出する手段である。幅方向輝度差算出手段は、ひび割れ代表画素を通り且つひび割れ方向と略直交(直交含む)する直交軸上にあるひび割れ画素であって、ひび割れ代表画素から連続するひび割れ画素である直交画素を抽出するとともに、この直交画素の輝度差の和である幅方向輝度差βを算出する手段である。そしてひび割れ幅算出手段が、最大輝度差α、幅方向輝度差β、ひび割れ角度θ、画像の分解能γ、係数κに基づく次式によってひび割れ幅ωを算出する。
ω=κ×β/α×γ/cosθ
The crack extraction system of the present invention may further include a crack angle calculating means, a maximum luminance difference calculating means, a widthwise luminance difference calculating means, and a crack width calculating means. This crack angle calculating means obtains the direction (crack direction) of the crack pixel region (unique pixel region extracted as a crack), and is the smallest of the sandwich angles between the two orthogonal axes set on the image and the crack direction. It is a means for calculating the interstitial angle as an angle as a crack angle θ, and the maximum brightness difference calculation means selects a crack representative pixel from the crack pixels (unique pixels constituting the crack pixel region) and also selects the crack representative pixel. This is a means for calculating the maximum brightness difference α, which is the difference between the background brightness and the minimum brightness (set in advance). The width direction brightness difference calculation means extracts a crack pixel that passes through a crack representative pixel and is on an orthogonal axis that is substantially orthogonal (including orthogonal) to the crack direction and is a continuous crack pixel from the crack representative pixel. At the same time, it is a means for calculating the width direction brightness difference β, which is the sum of the brightness differences of the orthogonal pixels. Then, the crack width calculating means calculates the crack width ω by the following equation based on the maximum luminance difference α, the luminance difference β in the width direction, the crack angle θ, the image resolution γ, and the coefficient κ.
ω = κ × β / α × γ / cos θ

本願発明のひび割れ抽出システムは、ひび割れ代表画素抽出手段をさらに備えたものとすることもできる。このひび割れ代表画素抽出手段は、画像に対してひび割れ画素用グリッドを設定するとともに、このひび割れ画素用グリッドと交差するひび割れ画素をひび割れ代表画素として抽出する手段である。 The crack extraction system of the present invention may further include a crack representative pixel extraction means. The crack representative pixel extraction means is a means for setting a crack pixel grid for an image and extracting crack pixels intersecting with the crack pixel grid as crack representative pixels.

本願発明のひび割れ抽出システムは、ひび割れ角度算出手段がひび割れ代表画素を中心とする矩形領域を設定するとともに、この矩形領域内に分布するひび割れ画素を直線近似したうえでひび割れ角度θを算出するものとすることもできる。 In the crack extraction system of the present invention, the crack angle calculating means sets a rectangular region centered on a crack representative pixel, and calculates the crack angle θ after linearly approximating the crack pixels distributed in this rectangular region. You can also do it.

本願発明のひび割れ抽出方法は、画像を用いてコンクリート構造物の表面に生じたひび割れを抽出する方法であって、撮影工程と背景輝度算出工程、輝度差算出工程、特異画素抽出工程、形状パラメータ算出工程、ひび割れ抽出工程を備えた方法である。このうち撮影工程では、コンクリート構造物を撮影して画像を取得し、背景輝度算出工程では、画像の画素ごとに背景輝度を算出し、輝度差算出工程では、画素ごとに輝度差を算出する。特異画素抽出工程では、特異画素を抽出し、形状パラメータ算出工程では、特異画素領域を抽出するとともにこの特異画素領域の形状パラメータを算出する。そしてひび割れ抽出工程で、形状パラメータが形状閾値を下回る特異画素領域をひび割れとして抽出する。なお背景輝度算出工程では、複数の周辺画素を選出するとともに、着目画素と周辺画素の実輝度の代表値に基づいて着目画素の背景輝度を算出し、形状パラメータ算出工程では、特異画素領域の画素面積の総和Sと特異画素領域を内包する四角形の代表長さLの2乗の逆数との積に基づいて形状パラメータを算出する。 The crack extraction method of the present invention is a method of extracting cracks generated on the surface of a concrete structure using an image, and is a photographing step, a background brightness calculation step, a brightness difference calculation step, a peculiar pixel extraction step, and a shape parameter calculation. It is a method including a process and a crack extraction process. Of these, in the photographing step, the concrete structure is photographed to acquire an image, in the background brightness calculation step, the background brightness is calculated for each pixel of the image, and in the brightness difference calculation step, the brightness difference is calculated for each pixel. In the singular pixel extraction step, singular pixels are extracted, and in the shape parameter calculation step, the singular pixel region is extracted and the shape parameter of this singular pixel region is calculated. Then, in the crack extraction step, a peculiar pixel region in which the shape parameter is lower than the shape threshold value is extracted as a crack. In the background brightness calculation step, a plurality of peripheral pixels are selected, and the background brightness of the pixel of interest is calculated based on the representative values of the actual brightness of the pixel of interest and the peripheral pixels. In the shape parameter calculation step, the pixels in the singular pixel region are calculated. The shape parameter is calculated based on the product of the total area S and the reciprocal of the square of the representative length L of the quadrangle containing the singular pixel region.

本願発明のひび割れ抽出方法は、ひび割れ角度算出工程と最大輝度差算出工程、幅方向輝度差算出工程、ひび割れ幅算出工程を備えた方法とすることもできる。このひび割れ角度算出工程では、ひび割れ方向を求めるとともに、画像上に設定された直交2軸とひび割れ方向との挟角のうち小さい角度となる挟角をひび割れ角度θとして算出し、最大輝度差算出工程では、ひび割れ画素の中からひび割れ代表画素を選出するとともに、このひび割れ代表画素の背景輝度と最小輝度との差分である最大輝度差αを算出する。幅方向輝度差算出工程では、ひび割れ代表画素を通り且つひび割れ方向と略直交(直交含む)する直交軸上にあるひび割れ画素であって、ひび割れ代表画素から連続するひび割れ画素である直交画素を抽出するとともに、この直交画素の輝度差の和である幅方向輝度差βを算出する。そしてひび割れ幅算出工程において、最大輝度差α、幅方向輝度差β、ひび割れ角度θ、画像の分解能γ、係数κに基づく次式によってひび割れ幅ωを算出する。
ω=κ×β/α×γ/cosθ
The crack extraction method of the present invention can also be a method including a crack angle calculation step, a maximum luminance difference calculation step, a luminance difference calculation step in the width direction, and a crack width calculation step. In this crack angle calculation step, the crack direction is obtained, and the sandwich angle, which is the smaller angle between the two orthogonal axes set on the image and the crack direction, is calculated as the crack angle θ, and the maximum luminance difference calculation step is performed. Then, the crack representative pixel is selected from the crack pixels, and the maximum luminance difference α, which is the difference between the background luminance and the minimum luminance of the crack representative pixel, is calculated. In the width direction brightness difference calculation step, orthogonal pixels that pass through the crack representative pixel and are on the orthogonal axis that is substantially orthogonal (including orthogonal) to the crack direction and are continuous crack pixels are extracted from the crack representative pixel. At the same time, the width direction brightness difference β, which is the sum of the brightness differences of the orthogonal pixels, is calculated. Then, in the crack width calculation step, the crack width ω is calculated by the following equation based on the maximum luminance difference α, the luminance difference β in the width direction, the crack angle θ, the image resolution γ, and the coefficient κ.
ω = κ × β / α × γ / cos θ

本願発明のひび割れ抽出システム、及びひび割れ抽出方法には、次のような効果がある。
(1)画像取得による点検作業が可能であり、労力やコスト、作業期間を低減することができるうえ、高所作業を回避することで従来手法より安全に点検作業を行うことができ、さらに客観的にひび割れ抽出をするため点検者を限定することなく実施することができる。
(2)コンクリート表面のひび割れを自動抽出することができるとともに、そのための画像解析処理を容易かつ自在に行うことができ、しかも高速に処理することができる。
(3)形状パラメータに基づいてひび割れを抽出することから、従来手法に比べ誤抽出を低減することができ、その結果、より高精度でひび割れを抽出することができる。また、画像の分解能(画素の1辺長)よりも小さいひび割れ幅を求めることもできる。
The crack extraction system and the crack extraction method of the present invention have the following effects.
(1) Inspection work can be performed by acquiring images, labor, cost, and work period can be reduced, and by avoiding work at heights, inspection work can be performed more safely than with conventional methods, and it is more objective. Since cracks are extracted, it can be carried out without limiting the inspector.
(2) Cracks on the concrete surface can be automatically extracted, and image analysis processing for that purpose can be easily and freely performed, and can be processed at high speed.
(3) Since the cracks are extracted based on the shape parameters, erroneous extraction can be reduced as compared with the conventional method, and as a result, the cracks can be extracted with higher accuracy. It is also possible to obtain a crack width smaller than the resolution of the image (one side length of the pixel).

(a)はコンクリート構造物の表面を示す画像図、(b)は画像を処理した結果抽出されたひび割れを示す拡大画像図。(A) is an image diagram showing the surface of a concrete structure, and (b) is an enlarged image diagram showing cracks extracted as a result of processing the image. ひび割れ抽出システムの主な構成を示すブロック図。A block diagram showing the main configurations of the crack extraction system. ひび割れ抽出システムがひび割れを抽出するまでの主な処理の流れを示すフロー図。A flow chart showing the main processing flow until the crack extraction system extracts cracks. ひび割れ抽出システムがひび割れ幅を算出するまでの主な処理の流れを示すフロー図。A flow chart showing the main processing flow until the crack extraction system calculates the crack width. 画像を構成する画素の中から選出された着目画素を示すモデル図。A model diagram showing a pixel of interest selected from the pixels constituting the image. (a)は着目画素に隣接する8個の周辺画素を示すモデル図、(b)は着目画素の周囲にある24個の周辺画素を示すモデル図。(A) is a model diagram showing eight peripheral pixels adjacent to the pixel of interest, and (b) is a model diagram showing 24 peripheral pixels around the pixel of interest. 4個の着目画素に取り囲まれた9個の非着目画素を示すモデル図。A model diagram showing 9 non-focused pixels surrounded by 4 focused pixels. (a)は19個の特異画素で構成される特異画素領域を示すモデル図、(b)は19個の特異画素からなる特異画素領域を内包する内包四角形を示すモデル図。(A) is a model diagram showing a peculiar pixel region composed of 19 peculiar pixels, and (b) is a model diagram showing an inclusion quadrangle including a peculiar pixel region composed of 19 peculiar pixels. (a)はひび割れ画素領域を構成するひび割れ画素の中から選出されたひび割れ代表画素を示すモデル図、(b)は矩形領域内のひび割れ画素に基づいて求められたひび割れ方向を示すモデル図。(A) is a model diagram showing a crack representative pixel selected from the crack pixels constituting the crack pixel region, and (b) is a model diagram showing a crack direction obtained based on the crack pixel in the rectangular region. 近似直線とX軸がなす挟角と、近似直線とY軸がなす挟角を示すモデル図。A model diagram showing a sandwich angle formed by the approximate straight line and the X-axis and a sandwich angle formed by the approximate straight line and the Y-axis. 近似直線と略直交する直交軸と、この直交軸上にある直交画素を示すモデル図。A model diagram showing an orthogonal axis substantially orthogonal to an approximate straight line and orthogonal pixels on this orthogonal axis. 直交画素の輝度差の総和を説明するグラフ図。The graph which explains the sum total of the luminance difference of the orthogonal pixel. 本願発明のひび割れ抽出方法の主な工程を示すフロー図。The flow chart which shows the main process of the crack extraction method of this invention.

本願発明のひび割れ抽出システム、及びひび割れ抽出方法の実施形態の例を図に基づいて説明する。 An example of the crack extraction system of the present invention and the embodiment of the crack extraction method will be described with reference to the drawings.

1.全体概要
本願発明のひび割れ抽出システムは、図1(a)に示すような画像を用いてコンクリート構造物の表面に生じたひび割れ(図1(b))を抽出するものである。なお図1(a)はコンクリート構造物の表面を撮影した画像であり、図1(b)はこの画像を処理した結果抽出されたひび割れを示す拡大画像である。以下、画像からひび割れを抽出するまでの概略の処理の流れについて説明する。
1. 1. Overall Overview The crack extraction system of the present invention extracts cracks (FIG. 1 (b)) generated on the surface of a concrete structure using an image as shown in FIG. 1 (a). Note that FIG. 1A is an image of the surface of the concrete structure, and FIG. 1B is an enlarged image showing the cracks extracted as a result of processing this image. Hereinafter, the outline processing flow from extracting cracks from the image will be described.

まず画像から、コンクリート構造物そのものを示す輝度(以下、「背景輝度」という。)を画素(ピクセル)ごとに求め、さらに実際にその画素がもつ輝度(以下、「実輝度」という。)と背景輝度との差(以下、「輝度差」という。)を求める。なお、ここでいう「輝度」とは、明るさ(暗さ)を示す指標(いわゆるグレースケール)であり、例えば0〜255の幅で与えることができる。画素ごとに輝度差が得られると、この輝度差に基づいてひび割れと考えられる画素(以下、「特異画素」という。)を抽出するとともに、特異画素が連続する領域(以下、「特異画素領域」という。)を抽出する。 First, from the image, the brightness indicating the concrete structure itself (hereinafter referred to as "background brightness") is obtained for each pixel, and then the brightness actually possessed by the pixel (hereinafter referred to as "actual brightness") and the background. The difference from the brightness (hereinafter referred to as "brightness difference") is obtained. The "luminance" here is an index (so-called gray scale) indicating brightness (darkness), and can be given in the range of 0 to 255, for example. When a brightness difference is obtained for each pixel, pixels considered to be cracks (hereinafter referred to as "singular pixels") are extracted based on the brightness difference, and a region in which the singular pixels are continuous (hereinafter referred to as "singular pixel area") is extracted. ) Is extracted.

抽出された特異画素領域には、ひび割れを示すものもあれば、コンクリート表面の汚れを示すものや、単なるノイズを示すものもある。つまり、汚れやノイズ等を除外し、ひび割れを示す特異画素領域(以下、「ひび割れ画素領域」という。)を適切に抽出する必要がある。そこで本願発明では、特異画素領域の形状を示す指標値(以下、「形状パラメータ」という。)に基づいてひび割れ画素領域を抽出することとした。ひび割れは、汚れやノイズとは異なり特徴的な形状(つまり、線状などいわば細長い形状)を示すことから、特定の値を示す形状パラメータの特異画素領域をひび割れ画素領域として抽出するわけである。 Some of the extracted singular pixel regions show cracks, some show dirt on the concrete surface, and some show mere noise. That is, it is necessary to exclude dirt, noise, and the like, and appropriately extract a peculiar pixel region showing cracks (hereinafter, referred to as "cracked pixel region"). Therefore, in the present invention, the cracked pixel region is extracted based on an index value (hereinafter, referred to as “shape parameter”) indicating the shape of the singular pixel region. Since cracks show a characteristic shape (that is, a so-called elongated shape such as a linear shape) unlike dirt and noise, a peculiar pixel region of a shape parameter showing a specific value is extracted as a crack pixel region.

2.ひび割れ抽出システム
本願発明のひび割れ抽出システムついて、図を参照しながら詳しく説明する。なお、本願発明のひび割れ抽出方法は、本願発明のひび割れ抽出システムを用いてひび割れを抽出する方法であり、したがってまずは本願発明のひび割れ抽出システムについて説明し、その後に本願発明のひび割れ抽出方法について説明することとする。
2. 2. Crack extraction system The crack extraction system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The crack extraction method of the present invention is a method of extracting cracks using the crack extraction system of the present invention. Therefore, the crack extraction system of the present invention will be described first, and then the crack extraction method of the present invention will be described. I will do it.

図2は、ひび割れ抽出システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すようにひび割れ抽出システム100は、背景輝度算出手段101と輝度差算出手段102、特異画素抽出手段103、形状パラメータ算出手段104、ひび割れ抽出手段105を含んで構成され、さらに着目画素設定手段106やひび割れ角度算出手段107、ひび割れ代表画素抽出手段108、最大輝度差算出手段109、幅方向輝度差算出手段110、ひび割れ幅算出手段111、ディスプレイやプリンタといった出力手段112、輝度差閾値記憶手段113、形状閾値記憶手段114を含んで構成することもできる。 FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of the crack extraction system 100. As shown in this figure, the crack extraction system 100 includes a background luminance calculation means 101, a luminance difference calculation means 102, a singular pixel extraction means 103, a shape parameter calculation means 104, and a crack extraction means 105, and further sets a pixel of interest. Means 106, crack angle calculation means 107, crack representative pixel extraction means 108, maximum brightness difference calculation means 109, width direction brightness difference calculation means 110, crack width calculation means 111, output means 112 such as display or printer, brightness difference threshold storage means. 113, the shape threshold storage means 114 can also be included.

ひび割れ抽出システム100のうち背景輝度算出手段101と輝度差算出手段102、特異画素抽出手段103、形状パラメータ算出手段104、ひび割れ抽出手段105、着目画素設定手段106、ひび割れ角度算出手段107、ひび割れ代表画素抽出手段108、最大輝度差算出手段109、幅方向輝度差算出手段110、ひび割れ幅算出手段111は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、パーソナルコンピュータ(PC)や、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、あるいはスマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。コンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリを具備しており、さらにマウスやキーボード等の入力手段やディスプレイを含むものもある。 Of the crack extraction system 100, the background brightness calculation means 101 and the brightness difference calculation means 102, the singular pixel extraction means 103, the shape parameter calculation means 104, the crack extraction means 105, the pixel of interest setting means 106, the crack angle calculation means 107, and the crack representative pixel. The extraction means 108, the maximum luminance difference calculation means 109, the widthwise luminance difference calculation means 110, and the crack width calculation means 111 can be manufactured as dedicated ones, or a general-purpose computer device can be used. This computer device can be configured by a personal computer (PC), a tablet PC such as an iPad (registered trademark), or a mobile terminal including a smartphone. The computer device includes a processor such as a CPU and a memory such as a ROM and a RAM, and some computer devices further include an input means such as a mouse and a keyboard and a display.

また、輝度差閾値記憶手段113と形状閾値記憶手段114は、例えばデータベースサーバに構築することができ、ローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)に置くこともできるし、インターネット経由(つまり無線通信や有線通信)で保存するクラウドサーバとすることもできる。 Further, the luminance difference threshold storage means 113 and the shape threshold storage means 114 can be constructed on, for example, a database server, can be placed on a local network (LAN: Local Area Network), or via the Internet (that is, wireless communication or wireless communication). It can also be a cloud server that saves via wired communication).

続いて図3と図4を参照しながら本願発明のひび割れ抽出システム100の主な処理について説明する。図3は、ひび割れ抽出システム100がひび割れを抽出するまでの主な処理の流れを示すフロー図であり、図4は、ひび割れ抽出システム100がひび割れ幅を算出するまでの主な処理の流れを示すフロー図である。なおこれらのフロー図では、その中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生ずる出力情報を示している。 Subsequently, the main processing of the crack extraction system 100 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a flow chart showing the main processing flow until the crack extraction system 100 extracts the cracks, and FIG. 4 shows the main processing flow until the crack extraction system 100 calculates the crack width. It is a flow chart. In these flow charts, the central column shows the processing to be performed, the left column shows the input information required for the processing, and the right column shows the output information generated from the processing.

図3に示すように、まずは着目画素設定手段106(図2)によって「着目画素」が設定される(図3のStep101)。既述したとおり本願発明のひび割れ抽出システム100は、画像を構成する画素ごとに背景輝度を求める。つまり、背景輝度を求める対象の画素を順次設定していく必要があり、ここで設定された着目画素ごとに背景輝度を求めていくわけである。 As shown in FIG. 3, first, the “pixel of interest” is set by the pixel of interest setting means 106 (FIG. 2) (Step 101 of FIG. 3). As described above, the crack extraction system 100 of the present invention determines the background brightness for each pixel constituting the image. That is, it is necessary to sequentially set the target pixels for which the background brightness is to be obtained, and the background brightness is obtained for each pixel of interest set here.

着目画素の背景輝度は、後述する計算処理によって求められる。画像を構成するすべての画素に対して(つまり全画素を着目画素として)この処理を行うこともできるが、この場合は計算時間や計算コストが増大するため、代表的な画素を着目画素として選出したうえで背景輝度を算出するとよい。 The background brightness of the pixel of interest is obtained by a calculation process described later. This process can be performed on all the pixels that make up the image (that is, all the pixels are the pixels of interest), but in this case, the calculation time and the calculation cost increase, so a representative pixel is selected as the pixel of interest. Then, the background brightness should be calculated.

図5を参照しながら、着目画素を選出する処理の一例について説明する。図5は、画像を構成する多数の画素Pの中から選出された着目画素Paを示すモデル図である。この図に示すように、適当な間隔(例えば10画素×10画素)で画像上にグリッド(以下、「着目画素用グリッド」という。)を設定し、この着目画素用グリッドのうち横軸AGxと縦軸AGyが交差する位置にある画素を着目画素Paとして設定することができる。もちろん着目画素用グリッドの間隔は任意に設計することができるし、また図5に示す手法以外で着目画素Paを設定することもできる。 An example of the process of selecting the pixel of interest will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a model diagram showing a pixel of interest Pa selected from a large number of pixels P constituting the image. As shown in this figure, grids (hereinafter referred to as "grids for pixels of interest") are set on the image at appropriate intervals (for example, 10 pixels x 10 pixels), and among the grids for pixels of interest, the horizontal axis AGx The pixel at the position where the vertical axis AGy intersects can be set as the pixel of interest Pa. Of course, the interval of the grid for the pixel of interest can be arbitrarily designed, and the pixel of interest Pa can be set by a method other than the method shown in FIG.

着目画素Paを設定すると、背景輝度算出手段101(図2)によってその着目画素Paにおける「背景輝度」が算出される(図3のStep102)。背景輝度を算出するにあたっては、まず「周辺画素」を選出する。この周辺画素Pbは、着目画素Paの周囲にある画素から所望の個数で選出することができ、例えば図6(a)では着目画素Paに隣接する8個の周辺画素Pb〜Pbを選出しており、図6(b)では着目画素Paの周囲にある24個の周辺画素Pb〜Pb24を選出している。周辺画素Pbが選出されると、これら周辺画素Pbの実輝度と着目画素Paの実輝度からなる代表値を求め、この代表値を着目画素Paの背景輝度とする。例えば図6(a)のケースでは、着目画素Paと8個の周辺画素Pb〜Pbの9つの実輝度を明るい(暗い)順に並べ、中央値である5番目の実輝度を着目画素Paの背景輝度とすることができる。代表値としては、中央値のほか平均値や最頻値などを用いることもできる。 When the pixel of interest Pa is set, the background luminance calculation means 101 (FIG. 2) calculates the "background luminance" of the pixel of interest Pa (Step 102 of FIG. 3). In calculating the background brightness, "peripheral pixels" are first selected. The peripheral pixels Pb can be selected in a desired number from the pixels around the pixel of interest Pa. For example, in FIG. 6A, eight peripheral pixels Pb 1 to Pb 8 adjacent to the pixel of interest Pa are selected. In FIG. 6B, 24 peripheral pixels Pb 1 to Pb 24 around the pixel of interest Pa are selected. When the peripheral pixel Pb is selected, a representative value consisting of the actual brightness of the peripheral pixel Pb and the actual brightness of the pixel of interest Pa is obtained, and this representative value is used as the background brightness of the pixel of interest Pa. For example, in the case of FIG. 6 (a), bright nine real luminance of the target pixel Pa and the eight peripheral pixels Pb 1 ~Pb 8 (dark) arranged in order, paying attention to 5-th real luminance is the median pixel Pa Can be the background brightness of. As the representative value, in addition to the median value, an average value or a mode value can be used.

着目画素Paの背景輝度が得られると、背景輝度算出手段101(図2)によって「非着目画素」の背景輝度が算出される(図3のStep103)。ここで非着目画素とは、着目画素Paとして設定されない画素のことであり、非着目画素の背景輝度は、その周囲にある着目画素Paの背景輝度に基づいて算出することができる。例えば図7では、9個の非着目画素Pn〜非着目画素Pnが4個の着目画素Pa〜着目画素Paに取り囲まれており、この場合、非着目画素Pn〜非着目画素Pnの背景輝度は4個の着目画素Pa〜着目画素Paの背景輝度を内挿することによって算出することができる。なお、画像を構成するすべての画素に対して背景輝度を求める(つまり全画素を着目画素Paとする)場合は、当然ながら非着目画素Pnの背景輝度を算出する処理(図3のStep103)は省略することができる。 When the background brightness of the pixel of interest Pa is obtained, the background brightness of the “non-focused pixel” is calculated by the background brightness calculation means 101 (FIG. 2) (Step 103 of FIG. 3). Here, the non-focused pixel is a pixel that is not set as the focused pixel Pa, and the background brightness of the non-focused pixel can be calculated based on the background brightness of the focused pixel Pa around it. For example, in FIG. 7, nine non-focused pixels Pn 1 to non-focused pixels Pn 9 are surrounded by four focused pixels Pa 1 to focused pixels Pa 4 , and in this case, non-focused pixels Pn 1 to non-focused pixels Pn 1 to non-focused pixels. The background brightness of Pn 9 can be calculated by interpolating the background brightness of the four pixels of interest Pa 1 to the pixels of interest Pa 4 . When obtaining the background luminance for all the pixels constituting the image (that is, all the pixels are the pixels of interest Pa), the process of calculating the background luminance of the non-focused pixel Pn (Step 103 in FIG. 3) is naturally performed. It can be omitted.

着目画素Paや非着目画素Pnの背景輝度が得られると、輝度差算出手段102(図2)によって「輝度差」が算出される(図3のStep104)。この輝度差は、既述したとおり当該画素における実輝度と背景輝度との差であり、背景輝度から実輝度を引いた値(背景輝度−実輝度)とするか、正負を考慮しない絶対値として求めるとよい。なお輝度差は、図3のフロー図(Step101〜Step104の右側矢印)に示すように、対象とされるすべての画素に対して繰り返し算出される。 When the background brightness of the focused pixel Pa and the non-focused pixel Pn is obtained, the “luminance difference” is calculated by the luminance difference calculating means 102 (FIG. 2) (Step 104 in FIG. 3). As described above, this luminance difference is the difference between the actual luminance and the background luminance in the pixel, and is a value obtained by subtracting the actual luminance from the background luminance (background luminance minus the actual luminance) or an absolute value that does not consider positive or negative. You should ask. The luminance difference is repeatedly calculated for all the target pixels as shown in the flow chart of FIG. 3 (arrows on the right side of Step 101 to Step 104).

対象とされるすべての画素に対して輝度差を算出すると、特異画素抽出手段103(図2)によって「特異画素」が抽出される(図3のStep105)。ここで特異画素とは、背景輝度よりも実輝度が暗い(小さい)画素であって、輝度差があらかじめ定めた輝度差閾値を超える画素のことである。より詳しくは、特異画素抽出手段103が、図2に示すように輝度差閾値記憶手段113から「輝度差閾値」を読み出すとともに、その実輝度が背景輝度よりも暗い画素であって輝度差閾値を超える画素を特異画素として抽出する。なお発明者らは、画像の分解能(1画素の辺長)の大小に応じて輝度差閾値を設定すると、より精度よくひび割れを抽出できることを見出している。したがって輝度差閾値は、取得する画像の分解能に応じて適宜設定するとよい。 When the luminance difference is calculated for all the target pixels, the "singular pixel" is extracted by the singular pixel extracting means 103 (FIG. 2) (Step 105 in FIG. 3). Here, the singular pixel is a pixel whose actual brightness is darker (smaller) than the background brightness, and whose brightness difference exceeds a predetermined brightness difference threshold value. More specifically, the singular pixel extracting means 103 reads the "luminance difference threshold" from the luminance difference threshold storage means 113 as shown in FIG. 2, and the actual brightness is a pixel darker than the background brightness and exceeds the luminance difference threshold. Pixels are extracted as singular pixels. The inventors have found that cracks can be extracted more accurately by setting the luminance difference threshold value according to the magnitude of the image resolution (side length of one pixel). Therefore, the luminance difference threshold value may be appropriately set according to the resolution of the acquired image.

特異画素を抽出すると、形状パラメータ算出手段104(図2)によって「形状パラメータ」が算出される(図3のStep109)。以下、形状パラメータを算出するまでの処理の流れについて詳しく説明する。 When the singular pixel is extracted, the "shape parameter" is calculated by the shape parameter calculation means 104 (FIG. 2) (Step 109 in FIG. 3). Hereinafter, the flow of processing until the shape parameters are calculated will be described in detail.

まず、連続配置される特異画素によって形成された領域を「特異画素領域」として抽出する(図3のStep106)。例えば図8(a)では、19個の特異画素Psが連続して配置されており、この領域が特異画素領域Rsとして抽出される。このとき、特異画素Psどうしが直接接触する位置関係のことを「連続する」としてもよいし、特異画素Psどうしが近接する(例えば1個おきに隣接するなどの)位置関係のことを「連続する」としてもよい。 First, a region formed by continuously arranged singular pixels is extracted as a "singular pixel region" (Step 106 in FIG. 3). For example, in FIG. 8A, 19 peculiar pixels Ps are continuously arranged, and this region is extracted as a peculiar pixel region Rs. At this time, the positional relationship in which the singular pixels Ps are in direct contact with each other may be referred to as "continuous", and the positional relationship in which the singular pixels Ps are close to each other (for example, every other singular pixel Ps is adjacent to each other) may be "continuous". You may say "to do".

次に、特異画素領域Rsの画素面積(以下、「画素面積の総和S」という。)を算出する(図3のStep107)。画素面積の総和Sは、特異画素領域Rsを構成する特異画素Psの面積の総和であり、つまり1個の画素Pの面積(単位面積)にその特異画素領域Rsを構成する特異画素Psの個数を乗じた値である。例えば図8(a)の場合、特異画素領域Rsを構成する特異画素Psは19個であるから、その画素面積の総和Sは「単位面積×19」によって求めることができる。 Next, the pixel area of the singular pixel region Rs (hereinafter referred to as “total pixel area S”) is calculated (Step 107 in FIG. 3). The total pixel area S is the total area of the peculiar pixels Ps constituting the peculiar pixel region Rs, that is, the number of peculiar pixels Ps constituting the peculiar pixel region Rs in the area (unit area) of one pixel P. It is a value multiplied by. For example, in the case of FIG. 8A, since there are 19 singular pixels Ps constituting the singular pixel region Rs, the total sum S of the pixel areas can be obtained by “unit area × 19”.

また、特異画素領域Rsを内包する四角形(以下、「内包四角形Qc」という。)の代表長さLも求める(図3のStep108)。例えば図8(a)では、破線で示す範囲内が内包四角形Qcとして切り出され、図8(b)に示すように内包四角形Qcを形成する長辺Laや短辺Lb、あるいは対角線の長さ(長辺Laと短辺Lbの二乗和の平方根)が代表長さLとして求められる。 Further, the representative length L of the quadrangle containing the singular pixel region Rs (hereinafter referred to as “conflict quadrangle Qc”) is also obtained (Step 108 in FIG. 3). For example, in FIG. 8 (a), the range indicated by the broken line is cut out as the included quadrangle Qc, and as shown in FIG. 8 (b), the long side La or short side Lb forming the included quadrangle Qc, or the length of the diagonal line ( The square root of the sum of squares of the long side La and the short side Lb) is obtained as the representative length L.

画素面積の総和Sと代表長さLが得られると、特異画素領域Rsの形状パラメータを算出する(図3のStep109)。形状パラメータは、「画素面積の総和S」と「代表長さLの2乗の逆数」との積に基づいて求められ、例えば次式によって算出することができる。なお次式中のmはあらかじめ設定される係数であり、m=1とすることもできるし、m<10の範囲、あるいはm>1の範囲で設定することもできる。
(形状パラメータ)=m×S÷L
When the total pixel area S and the representative length L are obtained, the shape parameters of the singular pixel region Rs are calculated (Step 109 in FIG. 3). The shape parameter is obtained based on the product of "total pixel area S" and "reciprocal of the square of the representative length L", and can be calculated by, for example, the following equation. Note that m in the following equation is a preset coefficient, and m = 1 can be set, or can be set in the range of m <10 or m> 1.
(Shape parameter) = m × S ÷ L 2

特異画素領域Rsの形状パラメータが得られると、ひび割れ抽出手段105(図2)によってひび割れが抽出される(図3のStep110)。より詳しくは、ひび割れ抽出手段105が、図2に示すように形状閾値記憶手段114から「形状閾値」を読み出すとともに、この形状閾値と形状パラメータを照らし合わせ、形状パラメータが形状閾値を下回る特異画素領域Rsをひび割れ画素領域とし、すなわちこれをひび割れとして抽出する。形状パラメータが比較的大きい特異画素領域Rsは、円形や四角形、多角形など縦横に相当の長さを確保できる形状であり、一方、形状パラメータが比較的小さい特異画素領域Rsは、線状や棒状といった形状であることから、形状閾値を境界とする形状パラメータの大小によって、特異画素領域Rsをひび割れ画素領域かそれ以外に選別するわけである。 When the shape parameter of the singular pixel region Rs is obtained, the crack is extracted by the crack extracting means 105 (FIG. 2) (Step 110 in FIG. 3). More specifically, the crack extracting means 105 reads out the “shape threshold” from the shape threshold storage means 114 as shown in FIG. 2, and compares the shape threshold with the shape parameter to create a singular pixel region in which the shape parameter is lower than the shape threshold. Rs is defined as a crack pixel region, that is, this is extracted as a crack. The singular pixel region Rs having a relatively large shape parameter has a shape such as a circle, a quadrangle, or a polygon that can secure a considerable length in the vertical and horizontal directions, while the singular pixel region Rs having a relatively small shape parameter has a linear or rod shape. Therefore, the singular pixel region Rs is selected to be the cracked pixel region or other depending on the magnitude of the shape parameter with the shape threshold as the boundary.

ひび割れ画素領域を抽出すると(つまり、ひび割れを抽出すると)、ひび割れ幅算出手段111(図2)によって「ひび割れ幅ω」が算出される(図4のStep118)。以下、ひび割れ幅ωを算出するまでの処理の流れについて詳しく説明する。 When the crack pixel region is extracted (that is, when the crack is extracted), the "crack width ω" is calculated by the crack width calculating means 111 (FIG. 2) (Step 118 in FIG. 4). Hereinafter, the flow of processing until the crack width ω is calculated will be described in detail.

まず、ひび割れ代表画素抽出手段108(図2)によって、「ひび割れ代表画素」が抽出される(図4のStep111)。ひび割れ幅ωは、ひび割れ画素領域のうち所定の位置で(いわば断片的に)算出される。そしてひび割れ代表画素は、ひび割れ幅ωを算出する位置を示すいわば基準となる画素である。図9を参照しながら、ひび割れ代表画素Pmを抽出する処理の一例について説明する。この図に示すように、適当な間隔(例えば100画素×100画素)で画像上にグリッド(以下、「ひび割れ画素用グリッド」という。)を設定し、このひび割れ画素用グリッドのうち横軸MGxと縦軸MGyが交差する位置が、ひび割れ画素領域Rcを構成する特異画素(以下、「ひび割れ画素Pc」という。)と重なるときに、そのひび割れ画素Pcをひび割れ代表画素Pmとして設定することができる。もちろんひび割れ画素用グリッドの間隔は任意に設計することができるし、また図9(a)に示す手法以外でひび割れ代表画素Pmを抽出することもできる。 First, the "crack representative pixel" is extracted by the crack representative pixel extracting means 108 (FIG. 2) (Step 111 in FIG. 4). The crack width ω is calculated at a predetermined position (so to speak, fragmentarily) in the crack pixel region. The crack representative pixel is a so-called reference pixel indicating a position for calculating the crack width ω. An example of the process of extracting the crack representative pixel Pm will be described with reference to FIG. As shown in this figure, grids (hereinafter referred to as "grid pixel grids") are set on the image at appropriate intervals (for example, 100 pixels x 100 pixels), and among the crack pixel grids, the horizontal axis MGx When the position where the vertical axis MGy intersects overlaps with the peculiar pixel (hereinafter, referred to as "crack pixel Pc") constituting the crack pixel region Rc, the crack pixel Pc can be set as the crack representative pixel Pm. Of course, the spacing between the grids for crack pixels can be arbitrarily designed, and the crack representative pixels Pm can be extracted by a method other than the method shown in FIG. 9A.

また、ひび割れ代表画素Pmが抽出される一方で、「ひび割れ方向」も算出される(図4のStep113)。ひび割れ方向は、ひび割れ画素領域Rcに基づいて求められる方向であり、より詳しくは、図9(b)に示すようにひび割れ代表画素Pmを中心とする矩形領域Qrを設定したうえで(図4のStep112)、この矩形領域Qr内にあるひび割れ画素Pcに基づいて求められる近似直線Lcの方向である。この近似直線Lcは、ひび割れ画素領域Rcをいわば直線モデルで表したものであって、矩形領域Qr内にあるひび割れ画素Pcに対して最小二乗法をはじめとする種々の従来手法により計算することで求めることができる。なお図9(b)に示す矩形領域Qrは、ひび割れ画素Pcを中心とする9画素×9画素の正方形領域であるが、もちろん任意の大きさ(画素×画素)で矩形領域Qrを設定することができ、また正方形に限らず長方形で矩形領域Qrを設定することもできるし、また図9(b)に示す手法以外で矩形領域Qrを設定することもできる。 Further, while the crack representative pixel Pm is extracted, the "crack direction" is also calculated (Step 113 in FIG. 4). The crack direction is a direction obtained based on the crack pixel region Rc. More specifically, as shown in FIG. 9B, after setting the rectangular region Qr centered on the crack representative pixel Pm (FIG. 4). Step112), the direction of the approximate straight line Lc obtained based on the cracked pixel Pc in the rectangular region Qr. This approximate straight line Lc is a so-called linear model of the cracked pixel region Rc, and is calculated by various conventional methods such as the least squares method for the cracked pixel Pc in the rectangular region Qr. You can ask. The rectangular area Qr shown in FIG. 9B is a square area of 9 pixels × 9 pixels centered on the cracked pixel Pc, but of course, the rectangular area Qr can be set with an arbitrary size (pixel × pixel). In addition, the rectangular area Qr can be set not only as a square but also as a rectangle, and the rectangular area Qr can be set by a method other than the method shown in FIG. 9B.

ひび割れ方向が求められると(すなわち近似直線Lcが設定されると)、ひび割れ角度算出手段107(図2)によって「ひび割れ角度θ」が算出される(図4のStep114)。ひび割れ角度θは、図9(b)で示すX軸、Y軸など画像上に設定された直交2軸と、近似直線Lcとによって形成される挟角である。ただし図10に示すように、近似直線LcとX軸(第1軸)がなす挟角θxと、近似直線LcとY軸(第2軸)がなす挟角θyうち、小さい角度の挟角(図10の場合は挟角θx)がひび割れ角度θとして算出される。 When the crack direction is obtained (that is, when the approximate straight line Lc is set), the "crack angle θ" is calculated by the crack angle calculating means 107 (FIG. 2) (Step 114 in FIG. 4). The crack angle θ is a narrowing angle formed by two orthogonal axes such as the X-axis and the Y-axis shown in FIG. 9B and an approximate straight line Lc. However, as shown in FIG. 10, the sandwich angle θx formed by the approximate straight line Lc and the X-axis (first axis) and the sandwich angle θy formed by the approximate straight line Lc and the Y-axis (second axis) are smaller. In the case of FIG. 10, the sandwich angle θx) is calculated as the crack angle θ.

ひび割れ角度θが算出される一方で、最大輝度差算出手段109(図2)によって「最大輝度差α」も算出される(図4のStep115)。最大輝度差αは、あらかじめ設定された「最小輝度」と、ひび割れ代表画素Pmの背景輝度との差分であり、ひび割れ代表画素Pmの背景輝度から最小輝度を引いた値(ひび割れ代表画素Pmの背景輝度―最小輝度)である。この最小輝度は、ひび割れに相当する輝度として設定され、例えばひび割れで完全に覆われた画素の輝度を最小輝度として設定するとよい。 While the crack angle θ is calculated, the “maximum luminance difference α” is also calculated by the maximum luminance difference calculating means 109 (FIG. 2) (Step 115 in FIG. 4). The maximum brightness difference α is the difference between the preset “minimum brightness” and the background brightness of the crack representative pixel Pm, and is a value obtained by subtracting the minimum brightness from the background brightness of the crack representative pixel Pm (background of the crack representative pixel Pm). Luminance-minimum brightness). This minimum brightness is set as the brightness corresponding to the crack, and for example, the brightness of the pixel completely covered with the crack may be set as the minimum brightness.

ひび割れ角度θや最大輝度差αとともに、「幅方向輝度差β」も幅方向輝度差算出手段110(図2)によって算出される(図4のStep117)。幅方向輝度差βは、近似直線Lcと略直交(直交含む)する方向(つまり、ひび割れの幅方向)に連続配置されるひび割れ画素Pcの輝度差を総和した値である。以下、幅方向輝度差βを算出する手法について、図11と図12を参照しながらより詳しく説明する。 Along with the crack angle θ and the maximum luminance difference α, the “luminance difference β in the width direction” is also calculated by the luminance difference calculating means 110 (FIG. 2) in the width direction (Step 117 in FIG. 4). The width direction luminance difference β is a value obtained by summing the luminance differences of the crack pixels Pc continuously arranged in the direction (that is, the width direction of the crack) substantially orthogonal (including orthogonal) to the approximate straight line Lc. Hereinafter, the method of calculating the luminance difference β in the width direction will be described in more detail with reference to FIGS. 11 and 12.

まず、図11に示す直交軸Lvを設定する。この直交軸Lvは、ひび割れ代表画素Pmを通り、且つ近似直線Lcと略直交(直交含む)する直線である。次に、直交軸Lv上にあるひび割れ画素Pcであって、しかもひび割れ代表画素Pmから連続して配置されるひび割れ画素Pcを、「直交画素Pv」として抽出する(図4のStep116)。例えば図11のケースでは、4個の直交画素Pv1〜直交画素Pv4が抽出されるわけである。このとき、特異画素領域の抽出処理と同様、直交画素Pvどうしが直接接触する位置関係のことを「連続する」としてもよいし、直交画素Pvどうしが近接する(例えば1個おきに隣接するなどの)位置関係のことを「連続する」としてもよい。 First, the orthogonal axis Lv shown in FIG. 11 is set. The orthogonal axis Lv is a straight line that passes through the crack representative pixel Pm and is substantially orthogonal (including orthogonal) to the approximate straight line Lc. Next, the crack pixel Pc on the orthogonal axis Lv and further arranged continuously from the crack representative pixel Pm is extracted as the “orthogonal pixel Pv” (Step 116 in FIG. 4). For example, in the case of FIG. 11, four orthogonal pixels Pv1 to Pv4 are extracted. At this time, as in the extraction process of the singular pixel region, the positional relationship in which the orthogonal pixels Pv are in direct contact with each other may be "continuous", or the orthogonal pixels Pv are close to each other (for example, every other pixel Pv is adjacent to each other). The positional relationship may be referred to as "continuous".

そして、抽出された直交画素Pvの輝度差を総和して幅方向輝度差βを算出する(図4のStep117)。図12は、図11に示す4個の直交画素Pv1〜直交画素Pv4の輝度差Dg1〜輝度差Dg4と、ひび割れ代表画素Pmの輝度差Dgmを示すグラフである。幅方向輝度差βは、この図に示す輝度差Dg1〜輝度差Dg4と輝度差Dgmの総和であり、すなわちこのグラフの面積に相当する。 Then, the luminance difference of the extracted orthogonal pixels Pv is summed to calculate the luminance difference β in the width direction (Step 117 in FIG. 4). FIG. 12 is a graph showing the brightness difference Dg1 to the brightness difference Dg4 of the four orthogonal pixels Pv1 to the orthogonal pixels Pv4 and the brightness difference Dgm of the crack representative pixel Pm shown in FIG. The luminance difference β in the width direction is the sum of the luminance differences Dg1 to the luminance difference Dg4 and the luminance difference Dgm shown in this figure, that is, corresponds to the area of this graph.

ひび割れ角度θと最大輝度差α、幅方向輝度差βが得られると、ひび割れ幅算出手段111(図2)によってひび割れ幅ωが算出される(図4のStep118)。ひび割れ幅ωは、係数kと分解能γ(1画素の辺長)、そしてひび割れ角度θ、最大輝度差α、及び幅方向輝度差βに基づいて求められ、例えば次式によって算出することができる。なお次式中のkはあらかじめ設定される係数であり、k=1とすることもできるし、k<10の範囲、あるいはk>1の範囲で設定することもできる。
ω=κ×β×γ÷(α×cosθ)
When the crack angle θ, the maximum luminance difference α, and the luminance difference β in the width direction are obtained, the crack width ω is calculated by the crack width calculating means 111 (FIG. 2) (Step 118 in FIG. 4). The crack width ω is obtained based on the coefficient k, the resolution γ (side length of one pixel), the crack angle θ, the maximum luminance difference α, and the luminance difference β in the width direction, and can be calculated by, for example, the following equation. Note that k in the following equation is a preset coefficient, and k = 1 can be set, k <10 can be set, or k> 1 can be set.
ω = κ × β × γ ÷ (α × cos θ)

ひび割れ抽出システム100によって抽出されたひび割れ、あるいは算出されたひび割れ幅は、ディスプレイやプリンタといった出力手段112によって出力される。 The crack extracted by the crack extraction system 100, or the calculated crack width, is output by an output means 112 such as a display or a printer.

3.ひび割れ抽出方法
次に、本願発明のひび割れ抽出方法ついて図を参照しながら説明する。なお、本願発明のひび割れ抽出方法は、ここまで説明したひび割れ抽出システム100を使用してひび割れを抽出する方法であり、したがってひび割れ抽出システム100で説明した内容と重複する説明は避け、本願発明のひび割れ抽出方法に特有の内容のみ説明することとする。すなわち、ここに記載されていない内容は、「2.ひび割れ抽出システム」で説明したものと同様である。
3. 3. Crack Extraction Method Next, the crack extraction method of the present invention will be described with reference to the drawings. The crack extraction method of the present invention is a method of extracting cracks using the crack extraction system 100 described so far. Therefore, avoiding explanations that overlap with the contents described in the crack extraction system 100, the cracks of the present invention should be avoided. Only the contents specific to the extraction method will be explained. That is, the contents not described here are the same as those described in "2. Crack extraction system".

図13は、本願発明のひび割れ抽出方法の主な工程を示すフロー図である。この図に示すように、まずコンクリート構造物の表面を撮影して画像を取得する(Step201)。そして、取得した画像の画素Pごとに背景輝度を求め(Step202)、画素Pごとに輝度差を求める(Step203)。 FIG. 13 is a flow chart showing the main steps of the crack extraction method of the present invention. As shown in this figure, first, the surface of the concrete structure is photographed and an image is acquired (Step 201). Then, the background brightness is obtained for each pixel P of the acquired image (Step202), and the brightness difference is obtained for each pixel P (Step203).

画素Pごとの輝度差が得られると、特異画素Psを抽出するとともに(Step204)、特異画素領域Rsを抽出する(Step205)。そして、画素面積の総和Sと代表長さLによって形状パラメータを算出し(Step206)、この形状パラメータに基づいてひび割れ(ひび割れ画素領域Rc)を抽出する(Step207)。 When the brightness difference for each pixel P is obtained, the singular pixel Ps is extracted (Step204) and the singular pixel region Rs is extracted (Step205). Then, a shape parameter is calculated from the total pixel area S and the representative length L (Step 206), and a crack (crack pixel region Rc) is extracted based on this shape parameter (Step 207).

ひび割れ画素領域Rcが得られると、ひび割れ方向(近似直線Lc)を求めてひび割れ角度を算出するとともに(Step208)、最大輝度差αを算出し(Step209)、さらに直交画素Pvを抽出して幅方向輝度差βを算出する(Step210)。そして、係数kと分解能γ、ひび割れ角度θ、最大輝度差α、幅方向輝度差βに基づいて、ひび割れ幅ωを算出する(Step211)。 When the crack pixel region Rc is obtained, the crack direction (approximate straight line Lc) is obtained to calculate the crack angle (Step208), the maximum luminance difference α is calculated (Step209), and the orthogonal pixel Pv is extracted and the width direction is obtained. The brightness difference β is calculated (Step 210). Then, the crack width ω is calculated based on the coefficient k, the resolution γ, the crack angle θ, the maximum luminance difference α, and the luminance difference β in the width direction (Step211).

本願発明のひび割れ抽出システム、及びひび割れ抽出方法は、コンクリート床版のほか、コンクリートダムやトンネル覆工コンクリート、コンクリート擁壁など種々のコンクリート構造物に利用できる。本願発明によれば、供用中の建設インフラの劣化状況が把握でき、その劣化状況に応じた早期の補修、補強対策が可能となり、ひいては建設インフラの長寿命化につながることを考えれば、本願発明は産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。 The crack extraction system and the crack extraction method of the present invention can be used for various concrete structures such as concrete dams, tunnel lining concrete, and concrete retaining walls, in addition to concrete floor slabs. According to the invention of the present application, it is possible to grasp the deterioration status of the construction infrastructure in service, and it is possible to take early repair and reinforcement measures according to the deterioration status, which in turn leads to a longer life of the construction infrastructure. Is an invention that can be used not only industrially but also can be expected to make a great contribution to society.

100 ひび割れ抽出システム
101 (ひび割れ抽出システムの)背景輝度算出手段
102 (ひび割れ抽出システムの)輝度差算出手段
103 (ひび割れ抽出システムの)特異画素抽出手段
104 (ひび割れ抽出システムの)形状パラメータ算出手段
105 (ひび割れ抽出システムの)ひび割れ抽出手段
106 (ひび割れ抽出システムの)着目画素設定手段
107 (ひび割れ抽出システムの)ひび割れ角度算出手段
108 (ひび割れ抽出システムの)ひび割れ代表画素抽出手段
109 (ひび割れ抽出システムの)最大輝度差算出手段
110 (ひび割れ抽出システムの)幅方向輝度差算出手段
111 (ひび割れ抽出システムの)ひび割れ幅算出手段
112 (ひび割れ抽出システムの)出力手段
113 (ひび割れ抽出システムの)輝度差閾値記憶手段
114 (ひび割れ抽出システムの)形状閾値記憶手段
AGx 着目画素用グリッドの横軸
AGy 着目画素用グリッドの縦軸
Lc 近似直線
Lv 直交軸
MGx ひび割れ画素用グリッドの横軸
MGy ひび割れ画素用グリッドの縦軸
Pa 着目画素
Pb 周辺画素
Pc ひび割れ画素
Pm ひび割れ代表画素
Pn 非着目画素
Ps 特異画素
Pv 直交画素
Rc ひび割れ画素領域
Rs 特異画素領域
Qc 内包四角形
Qr 矩形領域
100 Crack extraction system 101 Background brightness calculation means (of crack extraction system) 102 Brightness difference calculation means (of crack extraction system) 103 Singular pixel extraction means (of crack extraction system) 104 Shape parameter calculation means (of crack extraction system) 105 ( Crack extraction means (of crack extraction system) 106 (of crack extraction system) Focused pixel setting means 107 (of crack extraction system) crack angle calculation means 108 (of crack extraction system) crack representative pixel extraction means 109 (of crack extraction system) maximum Brightness difference calculation means 110 Width direction brightness difference calculation means (for crack extraction system) 111 (for crack extraction system) Crack width calculation means 112 (for crack extraction system) Output means 113 (for crack extraction system) Brightness difference threshold storage means 114 Shape threshold storage means (of the crack extraction system) AGx Horizontal axis of the grid for the pixel of interest AGy Vertical axis of the grid for the pixel of interest Lc Approximate straight line Lv Orthogonal axis MGx Horizontal axis of the grid for the cracked pixel MGy Vertical axis of the grid for the cracked pixel Pa Focus Pb Peripheral pixel Pc Cracked pixel Pm Cracked representative pixel Pn Non-focused pixel Ps Singular pixel Pv Orthogonal pixel Rc Cracked pixel area Rs Singular pixel area Qc Containing square Qr Rectangular area

Claims (9)

コンクリート構造物を撮影した画像を用いて、該コンクリート構造物の表面に生じたひび割れを抽出するシステムにおいて、
前記画像の画素ごとに背景輝度を算出する背景輝度算出手段と、
画素に付与された実輝度と前記背景輝度との差分である輝度差を、画素ごとに算出する輝度差算出手段と、
前記実輝度が前記背景輝度よりも暗い画素であって、前記輝度差があらかじめ定めた輝度差閾値を超える画素である特異画素を抽出する特異画素抽出手段と、
前記特異画素が連続する領域である特異画素領域を抽出するとともに、該特異画素領域の形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記形状パラメータがあらかじめ定めた形状閾値を下回る前記特異画素領域をひび割れとして抽出するひび割れ抽出手段と、を備え、
前記背景輝度算出手段は、前記背景輝度の算出対象となる着目画素の周囲にある複数の周辺画素を選出するとともに、該着目画素及び該周辺画素の前記実輝度の代表値に基づいて該着目画素の該背景輝度を算出し、
前記形状パラメータ算出手段は、前記特異画素領域の画素面積の総和Sと該特異画素領域を内包する四角形の代表長さLの2乗の逆数との積に基づいて、前記形状パラメータを算出する、
ことを特徴とするひび割れ抽出システム。
In a system for extracting cracks generated on the surface of a concrete structure using an image of the concrete structure.
A background brightness calculation means for calculating the background brightness for each pixel of the image,
Luminance difference calculation means for calculating the luminance difference, which is the difference between the actual luminance given to the pixels and the background luminance, for each pixel.
A singular pixel extraction means for extracting singular pixels whose actual brightness is darker than the background brightness and whose brightness difference exceeds a predetermined brightness difference threshold value.
A shape parameter calculation means for extracting a singular pixel region, which is a region in which the singular pixels are continuous, and calculating a shape parameter of the singular pixel region.
A crack extraction means for extracting the peculiar pixel region in which the shape parameter is below a predetermined shape threshold value as a crack is provided.
The background brightness calculation means selects a plurality of peripheral pixels around the pixel of interest for which the background brightness is to be calculated, and the pixel of interest is based on the representative value of the pixel of interest and the actual brightness of the peripheral pixel. Calculate the background brightness of
The shape parameter calculating means calculates the shape parameter based on the product of the total pixel area S of the singular pixel region and the reciprocal of the square of the representative length L of the quadrangle including the singular pixel region.
A crack extraction system characterized by this.
前記画像に対して着目画素用グリッドを設定するとともに、該着目画素用グリッドの交差位置にある前記画素を前記着目画素として設定する着目画素設定手段を、さらに備え、
前記背景輝度算出手段は、前記着目画素に囲まれた非着目画素の前記背景輝度を、該非着目画素を取り囲む該着目画素の前記背景輝度に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項1記載のひび割れ抽出システム。
A pixel of interest setting means for setting a grid for the pixel of interest for the image and setting the pixel at an intersection position of the grid for the pixel of interest as the pixel of interest is further provided.
The background brightness calculation means calculates the background brightness of the non-focused pixel surrounded by the non-focused pixel based on the background brightness of the focused pixel surrounding the non-focused pixel.
The crack extraction system according to claim 1, wherein the crack extraction system is characterized in that.
前記背景輝度算出手段は、前記着目画素及び前記周辺画素の前記実輝度から得られる中央値を該着目画素の前記背景輝度として算出する、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のひび割れ抽出システム。
The background brightness calculation means calculates the median value obtained from the actual brightness of the pixel of interest and the peripheral pixels as the background brightness of the pixel of interest.
The crack extraction system according to claim 1 or 2, wherein the crack extraction system is characterized in that.
前記輝度差閾値が、前記画像の分解能に応じて設定される値である、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のひび割れ抽出システム。
The luminance difference threshold is a value set according to the resolution of the image.
The crack extraction system according to any one of claims 1 to 3, wherein the crack extraction system is characterized.
ひび割れとして抽出された前記特異画素領域であるひび割れ画素領域の方向であるひび割れ方向を求めるとともに、画像上に設定された直交2軸と該ひび割れ方向との挟角のうち小さい角度となる挟角をひび割れ角度θとして算出するひび割れ角度算出手段と、
前記ひび割れ画素領域を構成する前記特異画素であるひび割れ画素の中からひび割れ代表画素を選出するとともに、該ひび割れ代表画素の前記背景輝度と設定された最小輝度との差分である最大輝度差αを算出する最大輝度差算出手段と、
前記ひび割れ代表画素を通り且つ前記ひび割れ方向と直交又は略直交する直交軸上にある前記ひび割れ画素であって、前記ひび割れ代表画素から連続する該ひび割れ画素である直交画素を抽出するとともに、該直交画素の前記輝度差の和である幅方向輝度差βを算出する幅方向輝度差算出手段と、
前記最大輝度差α、前記幅方向輝度差β、前記ひび割れ角度θ、前記画像の分解能γ、係数κに基づく次式によって、ひび割れ幅ωを算出するひび割れ幅算出手段と、
ω=κ×β/α×γ/cosθ
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のひび割れ抽出システム。
The crack direction, which is the direction of the crack pixel region, which is the peculiar pixel region extracted as a crack, is obtained, and the crack angle, which is the smaller angle between the two orthogonal axes set on the image and the crack direction, is determined. The crack angle calculation means calculated as the crack angle θ, and
A crack representative pixel is selected from the crack pixels which are the peculiar pixels constituting the crack pixel region, and the maximum brightness difference α which is the difference between the background brightness of the crack representative pixel and the set minimum brightness is calculated. Maximum brightness difference calculation means and
The orthogonal pixels that pass through the crack representative pixel and are on an orthogonal axis that is orthogonal to or substantially orthogonal to the crack direction and are continuous crack pixels from the crack representative pixel are extracted and the orthogonal pixels are extracted. The width direction brightness difference calculation means for calculating the width direction brightness difference β which is the sum of the brightness differences of
A crack width calculating means for calculating the crack width ω by the following equation based on the maximum luminance difference α, the luminance difference β in the width direction, the crack angle θ, the resolution γ of the image, and the coefficient κ.
ω = κ × β / α × γ / cos θ
The crack extraction system according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
前記画像に対してひび割れ画素用グリッドを設定するとともに、該ひび割れ画素用グリッドと交差する前記ひび割れ画素を前記ひび割れ代表画素として抽出するひび割れ代表画素抽出手段を、
をさらに備えたことを特徴とする請求項5記載のひび割れ抽出システム。
A crack representative pixel extraction means for setting a crack pixel grid for the image and extracting the crack pixels intersecting with the crack pixel grid as the crack representative pixels.
5. The crack extraction system according to claim 5, further comprising.
前記ひび割れ角度算出手段は、前記ひび割れ代表画素を中心とする矩形領域を設定するとともに、該矩形領域内に分布する前記ひび割れ画素を直線近似したうえで前記ひび割れ角度θを算出する、
ことを特徴とする請求項5又は請求項6記載のひび割れ抽出システム。
The crack angle calculating means sets a rectangular region centered on the crack representative pixel, and calculates the crack angle θ after linearly approximating the crack pixels distributed in the rectangular region.
The crack extraction system according to claim 5 or 6, wherein the crack extraction system is characterized.
画像を用いてコンクリート構造物の表面に生じたひび割れを抽出する方法において、
前記コンクリート構造物を撮影して前記画像を取得する撮影工程と、
前記画像の画素ごとに背景輝度を算出する背景輝度算出工程と、
画素に付与された実輝度と前記背景輝度との差分である輝度差を、画素ごとに算出する輝度差算出工程と、
前記実輝度が前記背景輝度よりも暗い画素であって、前記輝度差があらかじめ定めた輝度差閾値を超える画素である特異画素を抽出する特異画素抽出工程と、
前記特異画素が連続する領域である特異画素領域を抽出するとともに、該特異画素領域の形状パラメータを算出する形状パラメータ算出工程と、
前記形状パラメータがあらかじめ定めた形状閾値を下回る前記特異画素領域をひび割れとして抽出するひび割れ抽出工程と、を備え、
前記背景輝度算出工程では、前記背景輝度の算出対象となる着目画素の周囲にある複数の周辺画素を選出するとともに、該着目画素及び該周辺画素の前記実輝度の代表値に基づいて該着目画素の該背景輝度を算出し、
前記形状パラメータ算出工程では、前記特異画素領域の画素面積の総和Sと該特異画素領域を内包する四角形の代表長さLの2乗の逆数との積に基づいて、前記形状パラメータを算出する、
ことを特徴とするひび割れ抽出方法。
In the method of extracting cracks on the surface of concrete structures using images,
A photographing process of photographing the concrete structure and acquiring the image, and
A background brightness calculation step of calculating the background brightness for each pixel of the image, and
A luminance difference calculation process for calculating the luminance difference, which is the difference between the actual luminance given to the pixels and the background luminance, for each pixel.
A singular pixel extraction step of extracting singular pixels whose actual brightness is darker than the background brightness and whose brightness difference exceeds a predetermined brightness difference threshold value.
A shape parameter calculation step of extracting a singular pixel region, which is a region in which the singular pixels are continuous, and calculating a shape parameter of the singular pixel region.
A crack extraction step of extracting the peculiar pixel region in which the shape parameter is below a predetermined shape threshold value as a crack is provided.
In the background brightness calculation step, a plurality of peripheral pixels around the pixel of interest for which the background brightness is to be calculated are selected, and the pixel of interest and the pixel of interest are based on the representative values of the actual brightness of the pixel of interest and the peripheral pixel. Calculate the background brightness of
In the shape parameter calculation step, the shape parameter is calculated based on the product of the total pixel area S of the singular pixel region and the reciprocal of the square of the representative length L of the quadrangle containing the singular pixel region.
A crack extraction method characterized by this.
ひび割れとして抽出された前記特異画素領域であるひび割れ画素領域の方向であるひび割れ方向を求めるとともに、画像上に設定された直交2軸と該ひび割れ方向との挟角のうち小さい角度となる挟角をひび割れ角度θとして算出するひび割れ角度算出工程と、
前記ひび割れ画素領域を構成する前記特異画素であるひび割れ画素の中からひび割れ代表画素を選出するとともに、該ひび割れ代表画素の前記背景輝度と設定された最小輝度との差分である最大輝度差αを算出する最大輝度差算出工程と、
前記ひび割れ代表画素を通り且つ前記ひび割れ方向と直交又は略直交する直交軸上にある前記ひび割れ画素であって、前記ひび割れ代表画素から連続する該ひび割れ画素である直交画素を抽出するとともに、該直交画素の前記輝度差の和である幅方向輝度差βを算出する幅方向輝度差算出工程と、
前記最大輝度差α、前記幅方向輝度差β、前記ひび割れ角度θ、前記画像の分解能γ、係数kに基づく次式によって、ひび割れ幅ωを算出するひび割れ幅算出工程と、
ω=κ×β/α×γ/cosθ
を備えたことを特徴とする請求項8記載のひび割れ抽出方法。
The crack direction, which is the direction of the crack pixel region, which is the peculiar pixel region extracted as a crack, is obtained, and the crack angle, which is the smaller angle between the two orthogonal axes set on the image and the crack direction, is determined. The crack angle calculation process calculated as the crack angle θ, and
A crack representative pixel is selected from the crack pixels which are the peculiar pixels constituting the crack pixel region, and the maximum brightness difference α which is the difference between the background brightness of the crack representative pixel and the set minimum brightness is calculated. Maximum brightness difference calculation process to be performed and
The orthogonal pixels that pass through the crack representative pixel and are on an orthogonal axis that is orthogonal to or substantially orthogonal to the crack direction and are continuous crack pixels from the crack representative pixel are extracted and the orthogonal pixels are extracted. The width direction brightness difference calculation step of calculating the width direction brightness difference β which is the sum of the brightness differences of
A crack width calculation step of calculating the crack width ω by the following equation based on the maximum luminance difference α, the luminance difference β in the width direction, the crack angle θ, the resolution γ of the image, and the coefficient k.
ω = κ × β / α × γ / cos θ
The crack extraction method according to claim 8, wherein the crack extraction method is provided.
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