JP3420734B2 - 管渠内面画像の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大小口径の上下水
管、鉄道、車道、歩道などの交通用トンネル、ケーブル
埋設管などの管渠内壁面を撮影したビデオデータから管
渠の状態を表示したり、長手方向展開図を作成したりす
るための管渠内面画像の処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、管渠壁面の検査は、暗くて長い管
渠内を人間が徒歩で巡回しながら目視により変状を描画
し、これをもとに展開図を作成する作業が中心であっ
た。この方法では、検査の対象が大型構造物で、また、
長大な管渠が多いため、多くの人手と時間を要するだけ
でなく、すべての変状を正確にとらえるのが困難であっ
た。また、上下水道用等の口径が小さくて人間が入れな
いような管渠壁面の検査は、ビデオカメラ等を移動させ
て行うが、やはり正確な検査ができなかった。

【０００３】そこで、連続的に検査するための管渠内面
画像の処理装置として、図１７、図１８、図１９に示す
ような方法が開発され、報告されている。図１７に示す
装置は、（ａ）に示すように、検査しようとする管渠１
０の略中心部に、４台のラインセンサカメラ１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ、１２ｄをセットする。それぞれのライン
センサカメラ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、異な
る方向に向けてセットされ、かつ、映写角度θａ、θ
ｂ、θｃ、θｄをもっており、壁面１１の全周を４つに
分割して撮影する。このとき、（ｂ）に示すように、４
枚の壁面画像１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、円周
方向に互いにわずかな重合部１５を有するように設定さ
れる。４台のラインセンサカメラ１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄで全周を撮影したら、管渠１０の長さ方向に
一定距離だけ移動して同様に全周を撮影する。このとき
も、長さ方向に一部重合部１５を有するように撮影され
る。このようにして順次撮影された壁面画像１３ａ、１
３ｂ、１３ｃ、１３ｄから、画像処理装置により壁面１
１の変状として、クラック１４、その他、漏水、剥離、
目地切れなどを抽出して表示する。

【０００４】この図１７に示す装置は、４台の広角度の
高価なカメラを必要とすること、カメラの位置、カメラ
の方向、カメラの移動速度など４台のカメラの撮影条件
全てを一定に設定するのがきわめて面倒であること、壁
面１１からカメラの位置までの距離が短すぎた場合、広
角度レンズを必要とし、画像に歪みが生じてうまくつな
がらないこと、壁面１１からカメラの位置までの距離を
長くすると、広角度レンズは必要なくなるが、対向する
カメラが撮影画像の邪魔をすること、などの問題を有し
ていた。

【０００５】図１８に示す装置は、（ａ）に示すよう
に、検査しようとする管渠１０の略中心部に、レール１
８に乗って移動する台車上に回転式パノラマカメラ１７
がセットされている。レール１８が単線のときは、レー
ル１８の上方であって、かつ、管渠１０の略中心部に位
置するようにセットされ、レール１８が複線のときは、
複線のレール１８、１８の中間の上方であって、かつ、
管渠１０の略中央にセットされる。このような構成にお
いて、（ｂ）のフローチャートに示すように、まず、３
６０度回転式の回転式パノラマカメラ１７により、１回
の撮影で全周を所定角度ずつ分割して壁面１１を連続的
に写真撮影する。１回撮影したら数ｍ移動して同様に順
次撮影する。つぎに、光ディスクにより壁面写真が記録
される。記録された壁面写真に基づき、コンピュータに
より展開写真、展開図を作成、管理する。このとき、展
開写真、展開図は単につなげるだけで、加工を施すこと
はない。つぎに、展開写真、展開図、属性データなどを
検索し、かつ出力する。このようにして得られた展開写
真、展開図からから、壁面１１の変状として、クラック
１４、その他、漏水、剥離、目地切れなどを抽出する。

【０００６】この図１８に示す装置は、３６０度回転式
で、１回の撮影で全周を所定角度ずつ分割して壁面１１
を連続的に写真撮影することのできる特殊で、高価なカ
メラを必要とすること、多数枚の写真を加工せずにつな
げるだけでは、正確なクラック１４の位置が分かりにく
いこと、などの問題を有していた。

【０００７】図１９に示す装置は、（ａ）に示すよう
に、検査しようとするボーリング孔（管渠）２１の略中
心部に、ウインチユニットにて上下動自在にプローブ２
２が吊り下げられ、このプローブ２２には、ＣＣＤカメ
ラ２３、コーンミラー２４、内部制御ユニット２５がセ
ットされる。このような構成において、ボーリング孔
（管渠）２１の壁面１１から入射した光線がコーンミラ
ー２４で反射屈折してＣＣＤカメラ２３に入力する。こ
のＣＣＤカメラ２３の画像は、プローブ２２の降下に伴
って円環中心軸に向かって収束するように働く。全周画
像をＡ／Ｄ変換して（ｂ）に示すようなフレームメモリ
２９に展開して、画素毎に画像を取り扱う。すなわち、
フレームメモリ２９中の円周Ｒに対応する画素群をスキ
ャン円周Ｒ上の一定位置Ｐを起点とし、１画素毎に
（ｃ）に示すようにフレームメモリ３０に直線上に再配
置し、円周Ｒに対応する壁面１１の微小区間の画素配列
を得る。プローブ２２の降下により、上記動作を繰り返
してフレームメモリ３０に連続した展開画像を得る。

【０００８】この図１９に示す装置は、管渠２１の略中
心部に、ウインチユニットにて上下動自在にプローブ２
２が吊り下げるための機構であり、使用方法が限定され
ていること、プローブ２２には、ＣＣＤカメラ２３、コ
ーンミラー２４、内部制御ユニット２５などの特殊な部
品を必要とし、高価で、操作の面倒な装置になること、
などの問題があった。

【０００９】さらに、従来のいずれの場合も展開写真や
展開図を単に連結したり、特殊な装置を用いて展開画像
とするものであり、装置が複雑で、高価になるという問
題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、以上のよ
うな問題点を解決するものとして、図２０（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示すような管渠内面展開図化方法を既に提案し
た。この方法によれば、標準レンズタイプのビデオカメ
ラ３５を使用し、このビデオカメラ３５を管渠１０の内
部中央で、かつ、中心線Ｓに向けてセットする。ここ
で、管渠１０の壁面１１位置と展開図の座標データとの
対応が図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される。すなわ
ち、（ａ）における管渠１０の壁面１１のＬ１間の実画
像は、（ｂ）に示すようにビデオカメラ３５で映したま
まの１フレームの画像となり、この画像を、管渠１０の
長さ方向に展開した展開図が（ｃ）に示すようになる。
この発明では、（ｂ）に示す実画像データ上の座標点
（ｘ，ｙ）に対応する展開図上の座標点（ｍ，ｎ）を展
開処理によって求め、求めた座標データから展開図を作
成するものである。なお、図２０（ａ）（ｂ）（ｃ）に
おいて、１４ａは、管渠１０の実際のクラックを示し、
１４ｂは、ビデオカメラ３５で映した画像のクラックを
示し、１４ｃは、展開図のクラックを示している。

【００１１】このようなビデオカメラ３５における標準
レンズの垂直画角は、一般に２２．６０度である。管渠
１０の内径が２５０ｍｍとすると、内壁面１１の観察可
能な範囲は、ビデオカメラ３５の前方Ｌ０＝約１ｍ先と
なる。そのため、管渠１０の壁面１１を斜視して撮影す
ることとなって、特に円周方向の亀裂などの欠陥を検出
しにくいという問題があった。また、ビデオカメラ３５
からの映像を(ｂ)のような画像データとして取り込んだ
とき、一般に、水平方向６４０画素、垂直方向４８０画
素で表示されるが、内径２５０ｍｍの管渠１０の壁面１
１を撮影したときの１画素当りで表示される壁面１１の
長さをｄ、カメラ画角の半角をα、１画素当りの角度を
β、管渠１０の内半径をＲとすると、 α＝２２．６０／２＝１１．３０ β＝α／２４０ ｄ＝｛Ｒ／ｔａｎ（α−β）｝−｛Ｒ／ｔａｎ（α）｝ ＝２．６３７５ となる。このように、１画素当りの撮影面積が極めて大
きくなるので、分解能が落ちるとともに、管渠１０の壁
面１１に凹凸があったり、亀裂が細過ぎたりすると、特
に円周方向の亀裂が画面上に表示されないという若干の
問題があった。

【００１２】本発明は、管渠の内壁面を周囲３６０度の
３次元空間を分解能よく検出して特に円周方向の亀裂な
どの欠陥を明白に表示できる方法を得ることを目的とす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、２葉双曲面鏡
６１の中心線Ｚと管渠１０の中心線が略一致した状態に
セットしたときの画像データに基づき展開図を作成する
方法において、前記２葉双曲面鏡６１は、垂直画角が１
８０度前後の可視範囲を有するものが用いられ、展開図
座標（ｍ，ｎ）と実管渠の特定位置（Ｚ，β）との対応
を求める工程と、この対応を求める工程により求められ
た実管渠の位置（Ｚ，β）から、２葉双曲面鏡６１の中
心線Ｚが管渠中心と一致した状態時の２葉双曲面鏡６１
の焦点Ｏｍに対しての入射角度（α１，β１）を求める
管渠深さ方向の補正工程と、この入射角度（α１，β
１）から２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心と平行
で、（Δｘ，Δｙ）だけずれた状態時の２葉双曲面鏡６
１の焦点Ｏｍに対しての入射角度（α２，β２）を求め
る中心点の補正工程と、補正後の入射角度（α２，β
２）から２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心線と
（θα，θβ）だけ傾いた状態時の２葉双曲面鏡６１の
焦点Ｏｍに対しての入射角度（α５，β５）を求める傾
き補正工程と、この入射角度（α５，β５）から画像の
画面座標（ｘ，ｙ）を求める工程とを具備し、これらの
工程を繰り返して展開図を作成するようにしたことを特
徴とする管渠内面画像の処理方法である。

【００１４】また、実管渠の特定位置（Ｚ，β）からの
入射角度（α５，β５）に基づき画像の画面座標（ｘ，
ｙ）を求める工程を第１番目とし、以下、実管渠の特定
位置（Ｚ，β）と展開図座標（ｍ，ｎ）との対応を求め
る工程と、この対応を求める工程により求められた実管
渠の位置（Ｚ，β）から、２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚ
が管渠中心と一致した状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点
Ｏｍに対しての入射角度（α１，β１）を求める管渠深
さ方向の補正工程と、この入射角度（α１，β１）から
２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心と平行で、（Δ
ｘ，Δｙ）だけずれた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点
Ｏｍに対しての入射角度（α２，β２）を求める中心点
の補正工程と、補正後の入射角度（α２，β２）から２
葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心線と（θα，θ
β）だけ傾いた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに
対しての入射角度（α５，β５）を求める傾き補正工程
との順序とすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】１．本発明の原理 （１）座標系の定義（図１、図２） 本発明で用いられるビデオカメラ３５の先端部には、写
角（垂直画角）が１８０度前後の２葉双曲面鏡６１が用
いられる。この２葉双曲面鏡６１の２葉双曲面とは、図
１に示すように、双曲線をＺ軸周りに回転させることで
得られる曲面である。そして、以下の双曲線が持ってい
る特徴も双曲面において保持される。この２葉双曲面鏡
６１は、一方の焦点Ｏｍ（０，０，＋ｃ）とカメラの焦
点でもある他方の焦点Ｏｃ（０，０，−ｃ）の２つの焦
点を持っている。即ち、このとき、２葉双曲線は、次式
で表される。 Ｔ^２／ａ^２−Ｚ^２／ｂ^２＝−１ 数式（１） ２葉双曲面における２葉双曲面鏡６１の原理は、図１に
おいて、壁面１１のある点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）から２葉双
曲面鏡６１の一方の焦点Ｏｍに角度α５で入射した光線
が双曲面鏡６１でビデオカメラ３５の焦点でもある他方
の焦点Ｏｃに向けて角度α６で反射し、途中のイメージ
センサなどの画像面６３上の点Ｐ’で結像する。図２に
おいて、３次元の点Ｑ（ｘ，ｙ，ｚ）を２次元のｘ，ｙ
面に投影した点をＱ’（ｘ，ｙ，０）とすると、Ｑ’＝
ｘ／ｓｉｎβとなる。

【００１６】本発明で使用される具体的なビデオカメラ
３５は、図８に示すように、２葉双曲面鏡６１と、ＣＣ
Ｄなどのイメージセンサー６３とを主体として構成され
たものが用いられ、外周には、管渠１０の壁面１１を照
射する環状の照明灯６４が設けられている。なお、図１
では、ビデオカメラ３５の一方の焦点Ｏｍに向けて角度
α５で入射し、他方の焦点Ｏｃに向けて角度α６で反射
し、画像面６３で結像するようにしたが、図８（ａ）に
示すように、光軸Ｚに平行に反射屈折した光線を、２葉
双曲面鏡６１とイメージセンサー６３の間に設けられ正
しい位置に結像させるためのリレーレンズ６２を介在す
るようにしてもよい。この２葉双曲面鏡６１は、その背
面が基端部取付け板７６に固着され、この基端部取付け
板７６から先端部に向かって透明カバー７７で被覆さ
れ、この透明カバー７７の先端部には、先端部取付け枠
７８を介してビデオカメラ本体７９が設けられている。
８０は、センターニードルである。この図８のように構
成された２葉双曲面鏡６１は、例えば、ビデオカメラ３
５の光軸Ｚに対して最大撮影角α１が１４０度、最小撮
影角α２が８７度までが可視範囲であるとする。

【００１７】（２）展開図の作成順序 ２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚと管渠１０の中心線が一致
した状態にセットしたときの画像データに基づき展開図
を作成するには、図３に示すようなフローチャートに従
い、以下の順序で行われる。 展開図と実管渠の対応（図４）：展開図座標（ｍ，
ｎ）と実管渠の位置（Ｚ，β）との対応を求める。 管渠深さ方向の補正（図５）：実管渠の位置（Ｚ，
β）から、カメラ軸が管渠中心と一致した状態時のレン
ズの焦点Ｏｍに対しての入射角度（α１，β１）を求め
る。 中心点の補正（図６）：入射角度（α１，β１）から
カメラ軸が管渠中心と平行で、（Δｘ，Δｙ）だけずれ
た状態時のレンズの焦点Ｏｍに対しての入射角度（α
２，β２）を求める。 傾き補正（図７）：入射角度（α２，β２）からカメ
ラ軸が管渠中心線と（θα，θβ）だけ傾いた状態時の
２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての入射角度（α
５，β５）を求める。 ２葉双曲面鏡６１の投影関係（図１）：入射角度（α
５，β５）から画像の画面座標（ｘ，ｙ）を求める。 以上の工程は、ｍが０からＭまで、また、ｎが０からＮ
まで１画素ずつ順次繰り返して行われる。

【００１８】以上の工程の詳細を説明する。 展開図と実管渠の対応（図４）：展開図座標（ｍ，
ｎ）から実管渠の位置（Ｚ，β）を求める。 図４において、展開図座標点Ｑ（ｍ，ｎ）を、２葉双曲
面鏡６１の焦点Ｏｍが原点０からＺだけ移動したときの
壁面１１の円周上の点Ｑ’（Ｚ，β）に対応させる。 ここで、Ｚ＝Ｂ×ｍ β＝ｎ×３６０度／Ｎ Ｎ：展開図の縦幅 Ｂ：管渠深さ方向についての単位展開ドット当りの長さ
である。

【００１９】画像データの補正処理２葉 双曲面鏡６１を用いて管渠１０の壁面１１を撮影し
た場合、正確に展開図を作成するため、管渠深さ方向
の補正、中心点の補正、傾き補正が必要となる。以
下に詳細に説明する。

【００２０】管渠深さ方向の補正（図５）：実管渠の
位置（Ｚ，β）から、カメラ軸（２葉双曲面鏡６１の
軸）が管渠中心と一致した状態時の２葉双曲面鏡６１の
焦点Ｏｍに対しての入射角度（α１，β１）を求める。
図５において、画像角度αが管渠１０の軸方向Ｚとは、
線形の関係ではない。補正後画像（α１，β１）データ
と実管渠１０の位置（Ｚ，β）に以下の関係がある。 β１＝β ここで、Ｚ０は、２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍの位置 Ｒは、管渠半径である。

【００２１】中心点の補正（図６）：入射角度（α
１，β１）からカメラ軸（２葉双曲面鏡６１の軸）が管
渠中心と平行で、（Δｘ，Δｙ）だけずれた状態時の２
葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての入射角度（α２，
β２）を求める。図６(ａ)（ｂ）（ｃ）に示すように、
ビデオカメラ３５の中心点が管渠１０の中心からｘ軸方
向にΔｘ、ｙ軸方向にΔｙだけずれたものとする。補正
後の角度データ(α２，β２)と補正前の角度データ(α
１，β１)との関係は、管渠１０の内半径をＲ、２葉双
曲面鏡６１の中心と展開箇所間距離をｄとすると、以下
の関係がある。

【００２２】傾き補正（図７）：入射角度（α２，β
２）からカメラ軸（２葉双曲面鏡６１の軸）が管渠中心
線と（θα，θβ）だけ傾いた状態時のカメラ（２葉双
曲面鏡６１）の焦点Ｏｍに対しての入射角度（α５，β
５）を求める。図７(ａ)に示すように、管渠１０内の段
差や異物の乗り越えなどにより、ビデオカメラ３５が傾
いた場合、展開処理図化時に管渠１０の壁面１１と平行
な視点に補正する。以下に説明する。 ・座標系Ｚ軸を、θβ回転し、カメラ軸（２葉双曲面鏡
６１の軸）が管渠中心線と傾きを（θα，０）にする。 座標系Ｚ軸のθβ回転により次式を満足する。 α３＝α２ β３＝β２−θβ ・座標系Ｘ軸を、θα回転し、カメラ軸（２葉双曲面鏡
６１の軸）が管渠中心線と傾きを一致する。 座標系Ｘ軸のθα回転により次式を満足する。 α４＝α３−θα ・座標系Ｚ軸を−θα回転する。 α５＝α４ β５＝β４＋θβ

【００２３】２葉双曲面鏡６１の投影関係（図１）：
入射角度（α５，β５）から画像の画面座標（ｘ，ｙ）
を求める。図１において、 ｘ＝ｔ×ｓｉｎ（β５）＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｓｉｎ（β５） ｙ＝ｔ×ｃｏｓ（β５）＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｃｏｓ（β５） ビデオカメラ３５（２葉双曲面鏡６１）で映した１フレ
ームの画像は、図８（ｂ）及び図９（ａ）に示すよう
に、外周がドーナツ状の壁面画像７５で、中心部が非映
写部７３となる。このうち壁面画像７５における実画像
データ上の座標点（ｘ，ｙ）に対応する展開図上の座標
点（ｍ，ｎ）を展開処理によって求め、求めた座標デー
タから展開図を作成すると、図４の右側及び図９（ｂ）
に示すように、管渠１０の長さ方向に展開した展開図と
なる。なお、図９（ａ）（ｂ）において、光軸方向と円
周方向の模様は、実画像と展開図の模式的なクラックを
示しているものとする。

【００２４】以上のように、展開図の作成順序を、展
開図と実管渠の対応、管渠深さ方向の補正、中心点
の補正、傾き補正、２葉双曲面鏡６１の投影関係と
したが、このうち、展開図と実管渠の対応を第１番目に
行うことで、図１２に基づき後述する画像の重なりの際
に、最も歪みの少ないきれいな画像部分のみを取り込
み、それ以外の不要部分を取り込まないようにするため
である。この方法によれば、メモリの容量を最小限に
し、かつ、展開図の作成時間が大幅に短縮できる。

【００２５】つぎに、本発明による具体的装置の一実施
例を図１０により説明図する。本発明装置は、ビデオデ
ータ入力装置３６と、展開図処理装置３７と、音声処理
装置３８と、展開図出力装置３９との４つの部分から構
成されている。

【００２６】前記ビデオデータ入力装置３６は、ビデオ
デッキ４０とビデオキャプチャボード４１からなり、管
渠１０の壁面１１の状況を示す画像データの他に、劣化
状況その他の壁面１１の状況を説明するオペレータの音
声データを取り込み、画像データを補っている。前記展
開図処理装置３７は、前記ビデオデータ入力装置３６か
らの画像データを記憶する画像データ記憶部４２と、こ
の画像データ記憶部４２の画像データから文字を認識
し、展開図への文字情報を出力する文字認識処理部５６
と、記憶されたデータにおけるビデオデータ入力装置３
６のビデオカメラ３５に２葉双曲面鏡６１（又は後述す
る魚眼レンズ等）を使用したり、ビデオカメラ３５が傾
いたり、光軸ずれを起こしたりするなどによる歪を補正
するとともに、記憶された補正後のデータから１フレー
ム毎に展開図の作成処理を行う２葉双曲面鏡である全方
位センサー用展開補正処理部４４と、この展開図データ
を記憶する展開データ記憶部４５と、各１フレーム毎の
画像データ間の歪調整のためのデータマッチングを行う
データマッチング部４６と、前記文字認識処理部５６か
らの文字情報と後述する損傷判定部５１からの文字情報
とを付加して前記データマッチング部４６からの歪調整
後の複数フレーム分の画像データの合成により展開図を
作成する展開図作成部４７と、この展開図作成部４７で
作成された展開図を記憶する展開図記憶部４８とからな
る。

【００２７】前記音声処理装置３８は、ビデオデータ入
力装置３６の音声データを記憶する音声データ記憶部４
９と、この音声データから音声を認識し処理する音声認
識処理部５０と、認識された音声データに基づき管渠壁
面１１の損傷の有無を判定する損傷判定部５１と、この
損傷判定部５１の音声情報から文字情報に変換し出力す
る音声記録文字変換部５２とからなる。前記展開図出力
装置３９は、展開図出力部５３と、モニター５４と、プ
リンタ５５とからなる。

【００２８】本発明装置による展開図作成順序を、図１
１のフローチャートと図１２の説明図により説明する。 （１）処理を開始する。 （２）ビデオデータ入力装置３６のビデオデッキ４０
に、管渠１０の壁面１１の画像信号を１フレーム毎に入
力するとともに、その都度、クラック、取付け管飛び出
し、継ぎ目ずれ、汚れなどの画像データを補うためのオ
ペレータの音声信号を入力する。このとき、全枚数に対
する一定枚数を入力する。例えば、取り込む全枚数を１
００枚とすると、一定枚数として１０枚を入力する。 （３）画像データは、展開図処理装置３７の画像データ
記憶部４２に、音声データは、音声処理装置３８の音声
データ記憶部４９にそれぞれ保存される。

【００２９】（４）音声データ記憶部４９の音声データ
に基づき音声認識処理部５０にて音声認識処理をする。 （５）損傷判定部５１で損傷判断をする。その結果、異
常ありのときは、損傷情報の記録をしてつぎへ移り、異
常なしのときはそのままつぎへ移る。 （６）画像データ記憶部４２の画像データに基づき文字
認識処理部５６にて、移動距離、ビデオカメラ３５の回
転角度など、画面上の文字情報の認識処理をする。

【００３０】（７）展開図用画像の判定をする。展開図
用画像として使用をするとき（ｙｅｓのとき）は、つぎ
の展開図作成へ進み、取り込まないとき（ｎｏのとき）
は、後述のビデオデータ終了判断へ進む。 （８）展開図用画像として使用をするとき（ｙｅｓのと
き）は、２葉双曲面鏡用展開補正処理部４４で補正処理
を行った後、前述の展開処理方法に基づき、画像データ
の展開処理を行う。本発明では、２葉双曲面鏡として２
葉双曲面鏡６１を用いて管渠１０の壁面１１を撮影した
ので、正確に展開図を作成するため、展開補正処理部４
４で、図５に示す管渠深さ方向の補正、図６に示す中心
点の補正、図７に示す傾き補正の各処理をする。画像デ
ータの展開処理は、図１２（ａ）のように、１フレーム
毎に行うので、展開処理後の画像が管渠の奥になればな
るほど情報が不足し歪んだ画像となる。この図１２
（ａ）に示す展開図おいて、５７は継ぎ目、５８はクラ
ック、５９は水面、６０は汚れである。１フレーム毎の
展開画像データは、展開データ記憶部４５に記憶され
る。

【００３１】（９）展開処理後、歪み部分を除去するた
めに、図１２（ｂ）に示すように、複数フレーム分の展
開画像の合成を行う。合成の際、管渠１０の中心点が画
像毎に異なることがあるので、データマッチング部４６
にてデータマッチングを行う。なお、前述のように、展
開図と実管渠の対応を第１番目に行うことで、合成の際
に最も歪みの少ないきれいな画像部分のみを取り込んで
重ね合わせるようにし、重ね合わせで必要のない画像
は、展開図として変換しないようにする。これにより、
メモリ容量の節約と作業性の向上が図られる。 （１０）展開図作成部４７では、図１２（ｃ）に示すよ
うに、合成された画像に、文字認識処理部５６から得た
管渠内位置などの文字情報や音声処理装置３８の音声か
ら得た損傷情報などを再入力する。 （１１）このようにして得られた展開図情報は、展開図
記憶部４８に記憶される。

【００３２】（１２）展開図処理装置３７から得られた
展開図情報は、展開図出力装置３９の展開図出力部５３
を介してモニター５４にて表示され、かつ、プリンタ５
５でプリントアウトされる。プリントアウトする場合、
特につぎの点に留意する。 １）１／１０００〜２／１０００の縮尺でＡ３用紙やロ
ール紙上に、管渠１０の長さを例えば２０ｍ置き毎に、
ビデオデータからの展開画像を出力し、管内の全体的な
状況の把握を容易にしている。この長さは、細かな画像
とするときには短く設定し、細かな画像を必要としない
ときには長く設定するなど、適宜設定できる。 ２）同一紙上に、画像データおよび音声データより得ら
れる劣化状況に関するイベント情報（クラック、取付け
管飛び出し部、継ぎ目ずれなど）を展開図化する。 ３）Ａランクと認識される劣化度の部位については、そ
の拡大画像を同一紙上に１ないし複数個所を出力表示
し、管渠内の重要な情報の把握を容易にする。

【００３３】（１３）ビデオデータが終了かどうを判断
する。取り込む全枚数が１００枚に達しない場合（ｎｏ
の場合）、前記（２）に戻って、（２）〜（１２）を繰
り返す。取り込む全枚数が１００枚に達した場合（ｙｅ
ｓの場合）、処理を終了する。前記（７）において、展
開図用画像の判定をし、展開図用画像として使用しない
とき（ｎｏのとき）は、ビデオデータ終了判断しても、
取り込む全枚数が１００枚に達しない場合（ｎｏの場
合）に相当するから、前記（２）に戻って、（２）〜
（１２）を繰り返す。

【００３４】前記実施例では、展開図の作成順序を、
展開図と実管渠の対応、管渠深さ方向の補正、中心
点の補正、傾き補正、２葉双曲面鏡６１の投影関係
とした。しかし、この順序に限定されるものではなく、
２葉双曲面鏡６１の投影関係を求め、次いで、管渠
深さ方向の補正をする、中心点の補正をする、傾き
補正をする、の各種の補正を行い、最後に展開図と実
管渠の対応を求める、という順序であってもよい。

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】前記第１実施例では、図８に示すような２
葉双曲面鏡を用いて管渠１０の略直交する壁面１１のみ
を撮影して表示するようにした。しかるに、２葉双曲面
鏡６１は、略中央部分が反射鏡としてほとんど利用され
ない領域である。そこで、図１６（ａ）又は（ｂ）に示
すように、反射面６５の中央部分を除去して透過部７０
を形成する。すると、管渠１０の前方からの直線的な映
像信号ｅを取り込むことができ、この映像信号ｅを、本
来、中心部分の非映写部７３であった個所に、画像ｆと
して映し出すことができる。従って、管渠１０の前方監
視画像７４として利用できる。なお、図８において、２
葉双曲面鏡６１は、これに限られるものではなく、２葉
双曲面鏡を含む円、楕円、放物面、円錐などのｎ次曲線
面（ｎは、１以上の正の整数）からなる鏡又はレンズで
あってもよい。

【００４０】前記非映写部７３には、その全体にできる
だけ拡大して監視画像７４を映し出すことが望ましい。
そのためには、リレーレンズ６２とイメージセンサ６３
との間に、ズームレンズ７１を介在する。すると、図１
６(ａ)(ｄ)に示すように、映像信号ｅが画像Ｆのように
拡大されて映し出される。また、前方監視のための映像
信号ｅの領域が狭すぎる場合には、２葉双曲面鏡６１の
前方に広角レンズ７２を介在することにより、図１６
(ｅ)のように映像信号ｅは、拡大されないが監視領域が
広げられる。もちろん、ズームレンズ７１と広角レンズ
７２の両方を設けることもできる。また、２葉双曲面鏡
６１として、図８に示すような２葉双曲面鏡を用いて１
回の反射光を結像させてもよいし、内部での２回の反射
光を結像させてもよく、反射回数は限定されない。さら
に、図１６（ｂ）において、図中左側に反射鏡を設置
し、この反射鏡により２葉双曲面鏡６１での反射光を反
射させ、透過部７０を通って図中右側に結像させてもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】（１）請求項１記載の発明によれば、２
葉双曲面鏡６１は、垂直画角が１８０度前後の可視範囲
を有するものが用いられ、展開図の作成順序を、展開図
座標（ｍ，ｎ）と実管渠の特定位置（Ｚ，β）との対応
を求める工程、管渠深さ方向の補正工程、中心点の補正
工程、傾き補正工程、画像の画面座標（ｘ，ｙ）を求め
る工程とした。すなわち、展開図と実管渠の対応を第１
番目に行うことで、画像の重なりの際に、最も歪みの少
ないきれいな画像部分のみを取り込み、それ以外の不要
部分を取り込まないようにすることができる。従来の標
準タイプのビデオカメラに比較して、１画素当りの撮影
面積が小さくなって、分解能が高くなり、特に円周方向
の亀裂などの欠陥を明白に表示できる。また、この方法
によれば、メモリの容量を最小限にし、かつ、展開図の
作成時間が大幅に短縮できる。

【００４２】（２）請求項２記載の発明によれば、２葉
双曲面鏡６１は、垂直画角が１８０度前後の可視範囲を
有するものが用いられ、まず第１に実管渠の特定位置
（Ｚ，β）からの入射角度（α５，β５）に基づき画像
の画面座標（ｘ，ｙ）を求める工程とし、次いで、実管
渠の特定位置（Ｚ，β）と展開図座標（ｍ，ｎ）との対
応を求める工程、管渠深さ方向の補正工程、中心点の補
正工程、傾き補正工程、という順序とすることもでき
る。

【００４３】（３）請求項３記載の発明によれば、実管
渠の特定位置（Ｚ，β）と展開図座標（ｍ，ｎ）との対
応を求める工程は、Ｚ＝Ｂ×ｍ β＝ｎ×３６０度／Ｎを演算することで求めることができる。

【００４４】（４）請求項４記載の発明によれば、管渠
深さ方向の補正後の画像位置（α１，β１）は、 β１＝βの演算を行うことで求めることができる。

【００４５】（６）請求項５記載の発明によれば、中心
点の補正後の角度(α２，β２)は、の演算を行うことで
求めることができる。

【００４６】（７）請求項６記載の発明によれば、傾き
補正工程は、 α３＝α２ β３＝β２−θβ α４＝α３−θα α５＝α４ β５＝β４＋θβの演算を行うことで求めることができる。

【００４７】（８）請求項７記載の発明によれば、入射
角度（α５，β５）に基づき画像の画面座標（ｘ，ｙ）
を求める工程は、 ｘ＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｓｉｎ（β５） ｙ＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｃｏｓ（β５）を演算して求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いられた２葉双曲面鏡６１の投
影関係を説明するための説明図である。

【図２】角度座標の定義を説明するための座標図であ
る。

【図３】展開図を作成する作成手順を説明するためのフ
ローチャートである。

【図４】展開図座標（ｍ，ｎ）と実管渠の位置（Ｚ，
β）との対応を求めるための説明図である。

【図５】管渠１０の深さ方向の補正処理のため、実管渠
の位置（Ｚ，β）から、カメラ軸（２葉双曲面鏡６１の
軸）が管渠中心と一致した状態時の２葉双曲面鏡６１の
焦点Ｏｍに対しての入射角度（α１，β１）を求めるた
めの説明図である。

【図６】中心点の補正のための説明図で、（ａ）は、ビ
デオカメラ３５の光軸ずれ状態の説明図、（ｂ）は、光
軸と直交する方向から見たビデオカメラ３５の光軸ずれ
状態の説明図、（ｃ）は、光軸と平行する方向から見た
ビデオカメラ３５の光軸ずれ状態の説明図である。

【図７】傾き補正のための説明図で、（ａ）は、ビデオ
カメラ３５の傾き状態の説明図、（ｂ）は、ビデオカメ
ラ３５と、管渠１０と、３次元軸との関係を示す説明
図、（ｃ）は、ビデオカメラ３５の傾き補正を説明する
ための説明図である。

【図８】本発明による管渠内面画像の処理方法の第１実
施例を説明するためのもので、（ａ）は、ビデオカメラ
３５の先端に２葉双曲面鏡６１を取り付けた状態と、最
大撮影角α１と最小撮影角α２とによる可視範囲を説明
するための説明図、（ｂ）は、ビデオカメラ３５に映し
出された画像の投影図である。

【図９】（ａ）は、図８に示した２葉双曲面鏡６１によ
る実画像図、（ｂ）は、その展開図である。

【図１０】本発明による管渠内面画像の処理方法の一実
施例を示すブロック図である。

【図１１】本発明による展開図作成のフローチャートで
ある。

【図１２】本発明による展開図作成の順序を示すもの
で、（ａ）は、１フレーム分の展開図、（ｂ）は、複数
フレーム分の展開図、（ｃ）は、損傷情報付加後の展開
図である。

【図１３】本発明による管渠内面画像の処理方法の第２
実施例を説明するためのもので、（ａ）は、ビデオカメ
ラ３５の先端に魚眼レンズ６１を取り付けた状態の説明
図、（ｂ）は、最大撮影角αｍａｘと、最小撮影角αｍ
ｉｎと、可視範囲の説明図、（ｃ）は、ビデオカメラ３
５に映し出された画像の投影図である。

【図１４】図８又は図１３におけるビデオカメラ３５を
管渠１０にセットした状態の斜視図である。

【図１５】（ａ）は、実管渠１０の展開前の実画像デー
タ図、（ｂ）は、展開後の展開図である。

【図１６】本発明による管渠内面画像の処理方法の他の
実施例を示すもので、（ａ）は、魚眼レンズの場合の前
方監視画像を映し出すための説明図、（ｂ）は、２葉双
曲面鏡の場合の前方監視画像を映し出すための説明図、
（ｃ）は、表示画面６９に壁面画像７５と前方監視画像
７４を映し出した状態の説明図、（ｄ）は、前方監視画
像７４を拡大して映し出した説明図、（ｅ）は、前方監
視画像７４の領域を広げて映し出した説明図である。

【図１７】従来の管渠内面画像の処理装置の第１例を示
すもので、（ａ）は、壁面１１撮影時の説明図、（ｂ）
は、その展開図である。

【図１８】従来の管渠内面画像の処理装置の第２例を示
すもので、（ａ）は、壁面１１撮影時の説明図、（ｂ）
は、その作業工程を示すフローチャートである。

【図１９】従来の管渠内面画像の処理装置の第３例を示
すもので、（ａ）は、ボーリング孔（管渠）２１撮影時
の説明図、（ｂ）は、結像面図、（ｃ）は、その展開図
である。

【図２０】本出願人が先に提案した標準カメラによる管
渠内面画像の処理装置の原理を説明するためのもので、
（ａ）は、管渠１０の壁面１１をビデオカメラ３５で撮
影している状態の斜視図、（ｂ）は、ビデオカメラ３５
に映し出された画像の投影図、（ｃ）は、展開図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 出口 敏行 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 東京都下水道サービス株式会社内 (72)発明者 斉藤 博 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 東京都下水道サービス株式会社内 (72)発明者 脇川 武美 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 東京都下水道サービス株式会社内 (72)発明者 滝沢 賢治 東京都港区南麻布２丁目11番10号 日本 工営株式会社内 (72)発明者 沼尾 信二 神奈川県横浜市港北区新吉田町2940番地 日本工営株式会社内 (72)発明者 斎藤 順一 茨城県稲敷郡茎崎町稲荷原2304番地 日 本工営株式会社中央研究所内 (72)発明者 張 冀杭 茨城県稲敷郡茎崎町稲荷原2304番地 日 本工営株式会社中央研究所内 (72)発明者 山口 香奈 茨城県稲敷郡茎崎町稲荷原2304番地 日 本工営株式会社中央研究所内 (72)発明者 北村 幸夫 茨城県稲敷郡茎崎町稲荷原2304番地 日 本工営株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平11−66316（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−114553（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−295333（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241760（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−161693（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−179852（ＪＰ，Ｕ) 斉藤博ほか，下水道管渠内面展開図化 システムの開発，第35回下水道研究発表 会講演集，日本，日本下水道協会，1998 年 ５月25日，312−314 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 280 G01N 21/954 G02B 23/24 G03B 37/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚと管渠１０
   の中心線が略一致した状態にセットしたときの画像デー
   タに基づき展開図を作成する方法において、前記２葉双
   曲面鏡６１は、垂直画角が１８０度前後の可視範囲を有
   するものが用いられ、展開図座標（ｍ，ｎ）と実管渠の
   特定位置（Ｚ，β）との対応を求める工程と、この対応
   を求める工程により求められた実管渠の位置（Ｚ，β）
   から、２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心と一致し
   た状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての入射
   角度（α１，β１）を求める管渠深さ方向の補正工程
   と、この入射角度（α１，β１）から２葉双曲面鏡６１
   の中心線Ｚが管渠中心と平行で、（Δｘ，Δｙ）だけず
   れた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての入
   射角度（α２，β２）を求める中心点の補正工程と、補
   正後の入射角度（α２，β２）から２葉双曲面鏡６１の
   中心線Ｚが管渠中心線と（θα，θβ）だけ傾いた状態
   時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての入射角度
   （α５，β５）を求める傾き補正工程と、この入射角度
   （α５，β５）から画像の画面座標（ｘ，ｙ）を求める
   工程とを具備し、これらの工程を繰り返して展開図を作
   成するようにしたことを特徴とする管渠内面画像の処理
   方法。
2. 【請求項２】 ２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚと管渠１０
   の中心線が略一致した状態にセットしたときの画像デー
   タに基づき展開図を作成する方法において、前記２葉双
   曲面鏡６１は、垂直画角が１８０度前後の可視範囲を有
   するものが用いられ、実管渠の特定位置（Ｚ，β）から
   の入射角度（α５，β５）に基づき画像の画面座標
   （ｘ，ｙ）を求める工程と、実管渠の特定位置（Ｚ，
   β）と展開図座標（ｍ，ｎ）との対応を求める工程と、
   この対応を求める工程により求められた実管渠の位置
   （Ｚ，β）から、２葉双曲面鏡６１の中心線Ｚが管渠中
   心と一致した状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対
   しての入射角度（α１，β１）を求める管渠深さ方向の
   補正工程と、この入射角度（α１，β１）から２葉双曲
   面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心と平行で、（Δｘ，Δ
   ｙ）だけずれた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに
   対しての入射角度（α２，β２）を求める中心点の補正
   工程と、補正後の入射角度（α２，β２）から２葉双曲
   面鏡６１の中心線Ｚが管渠中心線と（θα，θβ）だけ
   傾いた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍに対しての
   入射角度（α５，β５）を求める傾き補正工程とを具備
   し、これらの工程を繰り返して展開図を作成するように
   したことを特徴とする管渠内面画像の処理方法。
3. 【請求項３】 実管渠の特定位置（Ｚ，β）と展開図座
   標（ｍ，ｎ）との対応を求める工程は、展開図の縦幅を
   Ｎ、管渠深さ方向についての単位展開ドット当りの長さ
   をＢとしたとき、 Ｚ＝Ｂ×ｍ β＝ｎ×３６０度／Ｎ を演算することで、展開図座標点Ｑ（ｍ，ｎ）を、２葉
   双曲面鏡６１の焦点Ｏｍが原点０からＺだけ移動したと
   きの管渠壁面１１の円周上の点Ｑ’（Ｚ，β）に対応さ
   せるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   管渠内面画像の処理方法。
4. 【請求項４】 管渠深さ方向の補正工程は、画像角度を
   α、管渠の軸方向距離をＺ、２葉双曲面鏡６１の焦点の
   位置をＺ０、管渠半径をＲ、実管渠の位置を（Ｚ，β）
   としたとき、補正後の画像位置（α１，β１）は、 β１＝β の演算を行うことで管渠深さ方向の補正を行うようにし
   たことを特徴とする請求項１又は２記載の管渠内面画像
   の処理方法。
5. 【請求項５】 中心点の補正工程は、２葉双曲面鏡６１
   の中心点の管渠中心からｘ軸方向へのずれをΔｘ、ｙ軸
   方向へのずれをΔｙ、補正前の角度を(α１，β１)、管
   渠の内半径をＲ、２葉双曲面鏡６１の中心と展開箇所間
   距離をｄとしたとき、補正後の角度(α２，β２)は、 の演算を行うことで中心点の補正を行うようにしたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の管渠内面画像の処理
   方法。
6. 【請求項６】 傾き補正工程は、入射角度（α２，β
   ２）から２葉双曲面鏡６１の軸が管渠中心線と（θα，
   θβ）だけ傾いた状態時の２葉双曲面鏡６１の焦点Ｏｍ
   に対しての入射角度（α５，β５）を、座標系Ｚ軸をθ
   β回転し、２葉双曲面鏡６１の軸が管渠中心線と傾きを
   （θα，０）にするための次式の演算 α３＝α２ β３＝β２−θβと、座標系Ｘ軸を、θα回転し、２葉双曲面鏡６１の軸
   が管渠中心線と傾きを一致するための次式の演算 α４＝α３−θα と、座標系Ｚ軸を−θα回転するための次式の演算 α５＝α４ β５＝β４＋θβ とを行うことで２葉双曲面鏡６１の軸の傾きの補正を行
   うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の管
   渠内面画像の処理方法。
7. 【請求項７】 入射角度（α５，β５）に基づき画像の
   画面座標（ｘ，ｙ）を求める工程は、２葉双曲線からな
   る２葉双曲面鏡６１は、一方の焦点（０，０，＋ｃ）と
   他方の（０，０，−ｃ）の２つの焦点を持ち、 Ｔ^２／ａ^２−Ｚ^２／ｂ^２＝−１ なる関係を有し、２葉双曲面鏡６１ の一方の焦点Ｏｍへの入射角度をα
   ５、２葉双曲面鏡６１から他方の焦点であるカメラ３５
   の焦点Ｏｃに向けた反射角度をα６、２葉双曲面鏡６１
   のの焦点距離をｆとしたとき、 ｘ＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｓｉｎ（β５） ｙ＝ｆ×ｔａｎ（α６）×ｃｏｓ（β５） を演算して画像の画面座標（ｘ，ｙ）を求めるようにし
   たことを特徴とする請求項１又は２記載の管渠内面画像
   の処理方法。