JP3119012U - Dedicated borehole TV camera for creating a hole wall unfolded image by image processing forward video video in the hole using computer software - Google Patents
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Abstract
【課題】孔壁展開画像作成用ボアホールカメラの光学機械及び電子機器構造の簡単化、低コスト化を図り、ボアホールカメラを利用しやすくする。
【解決手段】本考案は、ボーリング孔内の前方視デジタルビデオ動画を撮影し、その動画データを画像処理ソフトウェアによって孔壁展開画像を得るボアホールカメラで、方位決定とカメラの回転補正を画像処理上で行うボアホールカメラである。
撮影窓と光学系の構造を簡略化する手段は、CCDカメラ周辺の各LED照明20を内側に傾け、光円錐をカメラヘッドから数cmより先の孔壁に当てることで充分な照度を得、かつ被写界深度の深いレンズを用いて、画像の鮮明化をはかる。これによって、撮影窓・カメラヘッドのつくりを平面ガラスとして構造の簡単化18を図る。
【選択図】 図1
An optical machine and an electronic device structure of a borehole camera for creating a hole wall developed image are simplified and the cost is reduced, and the borehole camera is easily used.
The present invention is a borehole camera that takes a forward view digital video moving image in a borehole and obtains a hole wall developed image from the moving image data by image processing software. In the image processing, orientation determination and camera rotation correction are performed. This is a borehole camera.
Means for simplifying the structure of the photographing window and the optical system is to obtain sufficient illuminance by inclining each LED illumination 20 around the CCD camera inward and hitting the light cone against the hole wall several cm beyond the camera head, The image is sharpened using a lens having a deep depth of field. As a result, the structure of the photographing window / camera head is made flat glass to simplify the structure 18.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、孔内径数十mm〜数百mmの調査ボーリング孔内壁、アンカーや杭などの工事用ボーリング孔内及び井戸内等の観察を行うことができ、且つ画像処理によって孔壁展開画像を作成する吊下げ式調査テレビカメラ(ボアホールテレビカメラ)に関するものである。 In the present invention, it is possible to observe the inner wall of a survey boring hole having an inner diameter of several tens to several hundred mm, the inside of a boring hole for construction such as an anchor or a pile, and the inside of a well, and a hole wall developed image by image processing. It relates to a suspended survey TV camera (borehole TV camera) to be created.
本考案に関連する従来の技術として次の技術がある。
従来のボアホールテレビカメラの簡易なものは、ボアホールテレビ(BHTV)とよばれるもので、孔底方向を向いたカメラの下に平面鏡を斜めに置き、側面を見る逆潜望鏡型のボアホールテレビカメラであり、孔壁展開画像の作成は多くの単体画像の合成となり、合成に多大な時間を要し、且つスムーズな画像の作成は困難であった。このため、以下の装置は複雑で高価であるが、現場に搬入したボアホールテレビカメラと画像処理装置で、現場で孔壁展開画像を得る次のボアホールカメラが開発されている。 A simple conventional borehole TV camera is called a borehole TV (BHTV), which is a reverse periscope type borehole TV camera in which a plane mirror is placed obliquely under the camera facing the bottom of the hole and the side is viewed. The creation of the hole wall development image is a composition of many single images, and it takes a lot of time for the composition, and it is difficult to create a smooth image. For this reason, although the following apparatus is complicated and expensive, the following borehole camera which develops a hole wall deployment image on the spot with the borehole television camera and image processing apparatus carried in the spot has been developed.
ボアホールイメージプロセッサー(BIP);上と同じようなカメラの下に円錐ミラーを置き、特定の範囲の全周画像を定方位撮影し、この画像を基に現場に持込だコンピュータで円周状スキャンラインの画素を並べ替えて、カメラの孔内移動に同期させて、テレビ画面に全周展開画像を表示するシステム。(特許文献1参照) Borehole image processor (BIP): A conical mirror is placed under the same camera as above, and a full range image of a specific range is taken in a fixed direction, and a circular scan is performed with a computer brought to the site based on this image. A system that rearranges the pixels of the line and synchronizes with the movement of the camera in the hole, and displays a full-scale developed image on the TV screen. (See Patent Document 1)
ボアホールスキャナー(BSS);孔壁に沿って高速に回転する光のビームを孔壁に当てる一方、カメラそのものを降下させ、反射光をカラー画像で検出する。この反射光を制御機内部で走査線に変換することによって連続した展開画像に合成するシステム。 Borehole scanner (BSS): A beam of light rotating at high speed along the hole wall is applied to the hole wall, while the camera itself is lowered to detect reflected light in a color image. A system that synthesizes this reflected light into a continuous developed image by converting it into a scanning line inside the controller.
ボアホールラインカメラ(BLC);ラインプリズムを使用して、任意位置の全周画像を1走査線分カラー画像で検出し、カメラの降下速度に同期した位置に画像変換することによって、連続した展開画像を合成するシステム。 Borehole line camera (BLC): A line prism is used to detect a full-circle image at an arbitrary position as a color image for one scanning line, and convert the image to a position synchronized with the descent speed of the camera, thereby continuously developing images. System to synthesize.
また、シームレスで方位の定まった孔壁展開画像を作成するためには、カメラの光軸が孔中心からずれることやカメラが回転することを制御する必要性があり、従来、カメラ内のメカニカルコンパスや電磁式方位センサによってカメラの回転をカメラ内の小型精密モーターで回転させて制御する方法や、あるいはプローブ内の方向センサからのデータを用いて、展開画像の切り出し位置を調整する方法(たとえば特許文献2参照)が用いられてきた。 In addition, in order to create a seamless and oriented hole wall development image, it is necessary to control that the optical axis of the camera deviates from the center of the hole and that the camera rotates. And a method of controlling the rotation of the camera by rotating it with a small precision motor in the camera, or a method of adjusting the cutout position of the developed image using data from the direction sensor in the probe (for example, patents) Reference 2) has been used.
これらのカメラ制御機構の簡略化はカメラの小型化、低コスト化において重大な課題であり、このため、カメラの回転にかかわらず方向の揃った孔壁展開画像を容易に得ることが出来るようにし、かつ小型化、軽量化、低コスト化を可能にする目的で、カメラの前方中心軸上に方向指示器を設置して周囲孔壁と方向指示器とをひとつの画像として撮影し、その画像をもとに複数の同心円状のスキャンラインを設定して各スキャンラインに沿って画素を読み出す。そして方向指示器の方向指示マーカーの位置を画素の色情報から検出し、そのマーカー位置を基準として孔壁画像の画素メモリの並べ替え処理を行い、並べ替えた孔壁画素データをカメラの移動に同期させて蓄積することにより孔壁の全周展開画像を作成するボアホールテレビカメラが発明されている。(特許文献3参照) Simplification of these camera control mechanisms is an important issue in reducing the size and cost of the camera. For this reason, it is possible to easily obtain a hole wall unfolded image with the same direction regardless of the rotation of the camera. In order to reduce the size, weight, and cost, a directional indicator is installed on the front center axis of the camera, and the surrounding hole wall and directional indicator are photographed as a single image. Based on the above, a plurality of concentric scan lines are set and pixels are read out along each scan line. Then, the position of the direction indicator marker of the direction indicator is detected from the color information of the pixel, the pixel memory of the hole wall image is rearranged based on the marker position, and the rearranged hole wall pixel data is moved to the camera. There has been invented a borehole television camera that creates an image of the entire circumference of a hole wall by accumulating in synchronization. (See Patent Document 3)
しかし、従来の孔壁展開画像作成用ボアホールテレビカメラ装置は、凸面鏡や円錐プリズム等の複雑な光学系及びカメラの回転制御やその場での展開画像作成のための画像処理を行う専用電子精密機械であり、調整が難しく現場での修理調整がしばしば困難であった。また、装置が高価であり、したがって撮影及び展開画像の作成が高コストであり、ボーリングコア掘削単価(値段/掘削長さ)に類似するあるいは近い単価(値段/展開画像の深度長さ)となっており、大規模工事や特殊な目的の地質調査を除いた多くの一般的地質調査やボーリングを用いた工事の施工管理にはあまり活用されず、充分な普及がなされていない。このため、孔壁展開画像作成用ボアホールカメラの光学系及び機械構造の簡単化、低コスト化を図り、利用しやすくすることが課題である。 However, a conventional borehole TV camera device for creating a developed hole wall image is a dedicated electronic precision machine that performs complex optical systems such as convex mirrors and conical prisms, and rotational control of the camera and image processing for creating developed images on the spot. It was difficult to make adjustments, and repair adjustments on site were often difficult. In addition, the equipment is expensive, and therefore, the cost of shooting and creating a developed image is high, and the unit price (price / depth length of the developed image) is similar to or close to the drilling core drilling unit price (price / drilling length). However, it is not used for many general geological surveys except for large-scale construction and special purpose geological surveys, and construction management using boring. For this reason, it is a problem to simplify the optical system and mechanical structure of the borehole camera for creating a hole wall developed image and to reduce the cost, and to make it easy to use.
ボアホールカメラ装置を下向き前方映像撮影に特化し、例えばφ66mmの内径の場合(日本国内の土木地質調査ボーリングの標準内径)、カメラ下約 5〜10cmに位置する帯状のリング部に良く照明があたり、かつカメラの被写界深度が深く焦点が合う構造とする。展開画像は、この前方映像デジタル動画データをパーソナルコンピュータにAVIファイル化して保存した後、インストールしたソフトウェアを用いた画像処理によって作成する。(以下の関連特許文献1及び2参照)
(関連特許文献1)特開2003−009144号公報
「ビデオ画像をデジタル化されたパノラマ画像に変換し、それをデータベース化するシステム及びそのコンピュータ処理プログラム」
(関連特許文献2)特開2003−032674号公報
「管状物内壁のビデオ画像から連続した展開静止画像を自動生成するシステム」
Borehole camera device specializes in downward-facing forward video shooting. For example, in the case of an inner diameter of φ66 mm (standard inner diameter of civil engineering geological survey borehole in Japan), the band-shaped ring part located about 5-10 cm below the camera is well illuminated In addition, the camera has a deep depth of field and is in focus. The developed image is created by image processing using installed software after the front video digital moving image data is saved as an AVI file in a personal computer. (See related patent documents 1 and 2 below)
(Related Patent Document 1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-009144 “System for Converting Video Image into Digitized Panorama Image and Converting it to Database and Computer Processing Program Therefor”
(Related Patent Document 2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-032674 “System for automatically generating continuous unfolded still image from video image of inner wall of tubular object”
本考案はCCDカメラ、LED照明、方位センサを内蔵する防錆金属製のボアホールカメラ本体、本体と接続し一体のプローブをつくりカメラをボーリング孔の中心に置くようにする3〜4枚の板バネをもつ金属あるいは樹脂製円筒(センタライザという)(図1)、ボアホールカメラと入出力演算装置(インターフェース)をつなぐ多芯ケーブルをボーリング孔に挿入することを援助する三脚と滑車、深度カウンタ(ロータリーエンコーダ)、スリップリング付きケーブルドラムから構成されるシステムで、入出力装置に市販家電のデジタルビデオカメラとテレビモニターを接続する。このためシステムが簡単で、装置が低コスト化することが可能となるボアホールカメラシステム。 The present invention is a borehole camera body made of rust-proof metal with built-in CCD camera, LED lighting, and direction sensor, and 3-4 leaf springs that connect to the body to make an integral probe and place the camera in the center of the borehole Metal or plastic cylinder (referred to as center riser) (Fig. 1), tripod and pulley, and depth counter (rotary encoder) that assists in inserting a multi-core cable connecting the borehole camera and input / output arithmetic unit (interface) into the borehole ), A system consisting of a cable drum with slip ring, connecting a digital video camera and TV monitor of a commercial home appliance to the input / output device. For this reason, the borehole camera system is simple and the cost of the apparatus can be reduced.
孔壁展開図作成に利用する先端画像処理技術は「パイプ投影」(Pipe Projection)と「Mofix」(Movie fixed)とよばれる画像処理の2段階処理である(図3にその概念を表す)。パイプ投影は、ボアホールカメラ32による管内33の前方動画映像の幅狭いリング34,47を座標変換して細い帯状画像35にする。Mofixはこの帯状画像をモザイキングし、切れ目の無い連続静止画36を自動生成する技術である(毎秒約30枚の静止画をつなぎ合わせてゆくもので連続した高解像度・静止画像を作成するソフトウェア)。この技術は下水管等の小孔径管路や管状物の前方撮影ビデオから、数10〜数100mの長い孔壁面の展開画像を短時間に作成できる。(関連特許文献2参照)
The advanced image processing technology used for creating the hole wall development is a two-stage image processing called “pipe projection” and “Mobifix” (the concept is shown in FIG. 3). In the pipe projection, the
CCDカメラ周辺の各LED照明20を、角度をばらつかせて内側に傾け(ボアホール軸方向とLED光軸の挟む角度が約5〜30゜の範囲)、国内の土木地質調査ボーリングの代表的内径φ66mmにおいて、光円錐をカメラヘッドから数cm〜10数cm先の孔壁に当てることで十分な照度で得、且つ被写界深度の深いレンズを用いて、画像の鮮明化をはかる。これによって、従来型カメラの特殊な凸面反射鏡あるいは円錐プリズム等及びその外側の撮影窓にあたる円筒状透明管が不要になり、撮影窓・ヘッドのつくりを平面ガラスと防水パッキンをもったねじ込みキャップとして構造の簡単化17,18を図ったボアホールカメラ。
Each
小型磁気方位センサ21を内蔵し、方位をビデオカメラ画面に角度数字51とドット50で表示させ、撮影したデジタル動画を取り込んだパーソナルコンピュータにおいてシームレスな展開画像作成を行うボアホールカメラ。ビデオ動画の画像処理に使用する幅の狭いリング付近に方位センサのドット50を表示させ、このドットが展開画像にトレースされるようにし55、作成した展開画像上で方位線56を決定し、描画するボアホールカメラ。
A borehole camera that has a built-in small
本考案は、ボーリング孔内の前方視デジタルビデオ動画を撮影し、その動画データを画像処理ソフトウェアによって孔壁展開画像を得るボアホールカメラで、撮影窓と光学系の構造を簡略化し、方位決定とカメラの回転補正を画像処理ソフトウェアで行うボアホールカメラである。
従来、孔壁展開画像作成ができるボアホールカメラは、機械そのもの及び使用料がボーリングコア掘削単価に類似するあるいは近い価格で、高額であるため、主に大規模事業の地質調査で実施され、一般的なボーリング調査ではあまり活用されてこなかった。
しかし、本考案のボアホールカメラは低コストな展開画像作成システムなため、掘削深度数m〜100m程度の一般的な土木・資源地質調査における岩盤の節理・亀裂や地すべり面(いわゆる不連続面)、鉱脈等の方向性をもった地質構造の方向性や開口幅のデータ取得を容易に行うことができる。
さらに、本考案のボアホールカメラは構造が単純なため、丈夫で故障が少ない機械であり、アンカー工事や杭基礎工事の定着層や支持層確認に使用する等、ボーリング掘削を用いる工事の施工管理に活用することが出来る。
The present invention is a borehole camera that captures a forward-viewing digital video movie in a borehole and obtains a hole wall developed image from the movie data using image processing software. It simplifies the structure of the shooting window and the optical system, and determines the orientation and camera. This is a borehole camera that performs rotation correction by image processing software.
Conventionally, borehole cameras that can create hole wall development images are expensive because the machine itself and the usage fee are similar or close to the drilling core drilling unit price, and are expensive. It hasn't been used much in the survey.
However, since the borehole camera of the present invention is a low-cost development image creation system, rock joints, cracks and landslide surfaces (so-called discontinuous surfaces) in general civil engineering / resource geological surveys with a depth of several to 100 m, It is possible to easily acquire the data of the directionality and opening width of the geological structure having the directionality such as the vein.
Furthermore, the borehole camera of the present invention has a simple structure, so it is a tough machine with few failures, and it can be used for construction management of work using boring excavation, such as confirmation of anchoring layer and support layer of anchor work and pile foundation work. It can be used.
ボアホールカメラは、例えば、地上部からの光量調整機構をもつ被写界深度の深いあるいはマニュアル焦点機構をもつCCDカメラ19及び防水機構17,18を兼ね備えたカメラを製作する。ボーリング孔に挿入する円柱状装置(プローブ)はステンレス製カメラ本体11とカメラをボーリング孔の中心に設置するためのバネを三方にもつ樹脂製あるいは金属製センタライザ16,25からなり、国内の地盤調査での標準孔径φ66mmに対しては、外径約40〜55mm、全長0.5m〜1m程度とする。
As the borehole camera, for example, a camera having a
撮影システムは、ボアホールカメラ27、深度カウンタ(ロータリーエンコーダ式)33、入出力演算装置(インターフェース)29、記録用デジタルビデオカメラ30、映像確認用のカラーテレビモニター31から構成される。システム全体の費用を抑えるために、ビデオカメラ及びテレビモニターは市販されている家庭用電化製品を使用する。入出力演算装置29では、方位や距離情報を液晶画面に数値表示させると共に、孔内前方視画像と合成し図示する46役割をもたせる。
The photographing system includes a
孔壁展開画像には方位計測による方位の記入が不可欠であり、カメラ本体の姿勢を検出するため磁気方位センサ21を組み込む。方位センサは地磁気を基準とした絶対方位を検出するもので、測定時に出力されるX軸とY軸の2軸値を演算することで方位を求める。方位センサは従来から利用されてきたが、本発明では携帯電話用GPSに組込むため開発された数mm大の小型のものを用いる。
It is indispensable to enter an orientation by orientation measurement in the hole wall developed image, and a
展開画像には深度計測による深度すなわち孔口地盤面からの位置情報が不可欠である。カメラ深度は、ボアホールカメラに接続し、プローブ本体を吊り下げている画像・信号伝送用網組遮蔽付高張力ケーブル26,63(多芯画像用及び制御信号ケーブル)をボーリング孔口に置いた幅広の回転盤ではさみ、回転盤の軸に連結したロータリーエンコーダ28,40,65で回転移動距離を計測することによる。
Depth measurement depth, that is, positional information from the hole mouth ground surface is indispensable for the developed image. The camera depth is wide, with high-
焦点合せ機構は、例えば、被写界深度の深いレンズあるいはマニュアル焦点機構による。φ66mm孔では、カメラ前端から距離約50mm以深の孔壁面に焦点が合うような機構とする。 The focusing mechanism is, for example, a lens having a deep depth of field or a manual focusing mechanism. The φ66 mm hole has a mechanism that focuses on the hole wall surface that is about 50 mm or more deep from the front end of the camera.
方位及び深度の表示機構は、地上の入出力装置(インターフェース部)44に組込んだ中央演算処理装置41、画像合成回路43、液晶数値表示42、ビデオカメラ画像表示機能から構成される。
The azimuth and depth display mechanism includes a
図5に、前方視ビデオ画像画面の画郭46の例を示す。孔内の動画像の上に、磁北方位の角度(単位は度)51、深度(単位はm)52の数値を合成する(インポーズ)。また、ビデオ動画の画像処理に使用する幅の狭いリング47付近に方位センサのドット50を表示させる。
FIG. 5 shows an example of an
孔内の動画像、方位角度の数字51及び画像上のドット表示50、深度の数字(m)52を緊密に関連させて、展開画像を作成する。ビデオ動画の画像処理に使用する幅の狭いリング付近にある方位センサのドット50が展開画像にトレース55されるようにし、作成した展開画像上で方位線56を決定し、描画する。
A developed image is created by closely relating the moving image in the hole, the
10 ボアホールカメラプローブ(全体)
11 ボアホールカメラ本体
12 センタライザ(ボアホールカメラを孔中心に置くバネ付き円筒)
17 防水カメラヘッド
18 平面透明ガラス
19 CCDカメラ
20 照明用白色LED
21 小型磁気方位センサ
23 防水コネクタ
26 画像及び信号伝送用多芯ケーブル
27 ボアホールカメラ
28 深度カウンタ(ロータリーエンコーダ)
29 入出力演算装置(方位信号中央演算装置、画像合成回路含む)
30 デジタルビデオカメラ(家庭用電化製品タイプ)
31 モニターカラーテレビ(家庭用電化製品タイプ)
33 管状物あるいはボアホール(ボーリング孔)
34,35,36 展開画像の合成
46 前方視ビデオ画像画面の画郭
50 方位センサドット
53 孔壁面展開画像
55 方位センサドットの軌跡
56 展開画像上に決定した磁北方位
58 ボーリング孔(ボアホール)
59 孔内水位
61 三脚
62 専用滑車
64 ケーブルドラム
69 バッテリー(直流電源12V)
71 画像処理ソフトウェア内臓パーソナルコンピュータ
10 Borehole camera probe (all)
11
17
20 White LED for illumination
21 Small
29 Input / output arithmetic unit (including azimuth signal central arithmetic unit and image synthesis circuit)
30 Digital video camera (household appliance type)
31 Monitor Color TV (Household appliance type)
33 Tubular objects or boreholes
34, 35, 36 Composition of
59 Water level in
71 Personal computer with built-in image processing software
Claims (3)
Built-in small magnetic azimuth sensor, azimuth is displayed with angle numbers and dots on the video camera screen, and a seamless developed image with a fixed azimuth with the camera rotation corrected by the image processing software of the personal computer from the captured digital video movie Borehole camera that creates. A borehole camera that displays azimuth sensor dots in the vicinity of a narrow ring used for video image processing, traces these dots in the developed image, and determines and draws azimuth lines on the created developed image. In this way, using the image processing technology, the camera structure is compared with the conventional structure where the rotation of the camera is controlled by rotating a small precision motor in the camera using a mechanical compass or electromagnetic azimuth sensor in the camera. Borehole camera that realizes simplification and cost reduction.
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