JP3660936B1 - Bubble measuring method and bubble measuring device for hardened concrete - Google Patents

Bubble measuring method and bubble measuring device for hardened concrete Download PDF

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Abstract

【課題】気泡部分の抽出のための抽出時間の長さ、抽出作業の面倒さ、抽出装置或は道具立ての複雑さ、並びに抽出結果の信頼性不足等の問題点をすべて解決した硬化コンクリートの気泡計測方法および装置を提供すること。
【解決手段】硬化コンクリートの試験片の計測対象面の計測領域に対してなす照明光の角度が大きな第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された第1撮像画像と、計測領域に対してなす照明光の角度が小さい第2照明手段の照明によって撮像された第2撮像画像との濃度差分画像に対して画像処理がなされた第1気泡画像と、所定レベルを超える照度で計測領域を照らす照明手段からの照明によって撮像された計測領域の第3撮像画像に対して画像処理がなされた第2気泡画像を使用して、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口部の像の特徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法と装置。
【選択図】 図1

An object of the present invention is to provide a hardened concrete bubble that has solved all of the problems such as the length of extraction time for extracting the bubble part, the troublesome extraction work, the complexity of the extraction device or tooling, and the lack of reliability of the extraction result. To provide a measurement method and apparatus.
A first captured image captured by a digital camera by illumination of a first illumination means having a large angle of illumination light with respect to a measurement region of a measurement target surface of a test piece of hardened concrete, and the measurement region The measurement area is illuminated with a first bubble image that has been subjected to image processing on a density difference image with respect to a second captured image captured by illumination of the second illumination means with a small angle of illumination light formed, and with an illuminance exceeding a predetermined level Using the second bubble image obtained by performing image processing on the third captured image of the measurement region imaged by illumination from the illumination unit, the feature of the image of the opening of the hole that wraps the bubble appearing in the measurement region A method and apparatus for measuring bubbles contained in hardened concrete by performing a quantity extraction process.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、気泡を予め故意に含ませて製造された硬化コンクリートあるいは他の類似の気泡含有物体に含まれる気泡の含有量、サイズ、分布等の気泡含有状態の計測方法とその計測装置に関する。更に詳しくは、主に、上記計測のため切断された試験片の切断面をディジタルカメラで撮像し、切断面上に現れている気泡の包まれていた孔の開口端の像を撮像画像から抽出する方法と装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring a bubble content state such as the content, size, and distribution of bubbles contained in a hardened concrete or other similar bubble-containing object that is intentionally included with bubbles in advance, and a measurement apparatus therefor. More specifically, the cut surface of the test piece cut for the above measurement is imaged with a digital camera, and the image of the open end of the hole enclosing the bubbles appearing on the cut surface is extracted from the captured image. The present invention relates to a method and apparatus.

従来、硬化コンクリートに含有する気泡の計測をするための気泡孔形状の抽出にはいくつかの方法がとられている。
第1の方法の例は、特開平2−77648に開示されているように、蛍光染料を添加したシアノアクリレートを、コンクリート試料の測定面に塗布することにより、試料中に存在する気泡孔内に浸入充填させ、シアノアクリレートがライフタイムによって固化した時点で研磨し、試料の測定面に紫外線を照射することにより固定化されたシアノアクリレートの部分のみを発光させ、その際の輝度分布を一定の閾値によって二値化することにより画像処理可能にするものである。
第2の方法の例は、特公平07−006921に開示されているように、表面に気泡孔を有する試料の面に対向して撮像装置を設け、試料の面に3方向から1方向ずつ光を照射して照射方向毎の画像を取り込み、各画像の同一位置における明度up、rp、lpを求め、明度を表すX、Y、Z軸よりなる三次元座標を設定し、三次元座標の(1、0、0)、(0、1、0),(0、0、1)を頂点とする三角形(1、1、1)平面を設定し、3つの座標の値が全て同一の点を通るベクトルを基準ベクトルとし、この基準ベクトルと三角形(1、1、1)平面が交わる点を基準点とし、各画素の同一位置における明度を座標(up、rp、lp)で表し、この座標と原点(0、0、0)を通るベクトルが三角形(1、1、1)平面と交わる点を明度点とし、基準点を基点とし、明度点までのベクトルを明度ベクトルとし、この明度ベクトルの大きさが所定値より大きい時、各画像の同一位置に気泡があると判定する気泡組織測定方法である。この方法は、マクロ測定でセメントペースト部分と骨材部分に分ける作業を自動的に行うとしているが、現実は各種の骨材が混じりこむことから2値化の閾値レベルが決めにくく、作業者が顕微鏡を眺めながら判定していく作業が必要となる。さらに、計測の処理に時間がかかりすぎるという問題点もある。
特開平02−77648 特公平07−006921
Conventionally, several methods have been taken to extract the shape of bubble holes for measuring bubbles contained in hardened concrete.
An example of the first method is that, as disclosed in Japanese Patent Laid- Open No. 2-77648, cyanoacrylate added with a fluorescent dye is applied to the measurement surface of a concrete sample so as to enter the pores existing in the sample. When the cyanoacrylate is solidified by lifetime, it is polished, and the measurement surface of the sample is irradiated with ultraviolet light so that only the fixed cyanoacrylate portion emits light, and the luminance distribution at that time is a certain threshold value. The image processing can be performed by binarizing the image.
An example of the second method is as disclosed in Japanese Patent Publication No. 07-006921, in which an imaging device is provided facing the surface of a sample having a bubble hole on the surface, and light is emitted from one direction to three directions on the surface of the sample. , The images in each irradiation direction are captured, the brightness up, rp, and lp at the same position of each image is obtained, and the three-dimensional coordinates including the X, Y, and Z axes representing the brightness are set. Set a triangle (1, 1, 1) plane with vertices of (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1), and set all three coordinate values to the same point. A passing vector is a reference vector, a point where the reference vector intersects the triangle (1, 1, 1) plane is a reference point, and brightness at the same position of each pixel is expressed by coordinates (up, rp, lp). The point where the vector passing through the origin (0, 0, 0) intersects the triangle (1, 1, 1) plane A bubble tissue measurement method in which a degree point, a reference point as a base point, a vector up to a brightness point as a brightness vector, and when the magnitude of the brightness vector is larger than a predetermined value, it is determined that there is a bubble at the same position in each image. is there. This method automatically performs the work of separating the cement paste part and the aggregate part by macro measurement. However, in reality, it is difficult to determine the threshold level of binarization because various aggregates are mixed. Work to judge while looking at the microscope is required. Further, there is a problem that the measurement process takes too much time.
JP 02-77648 A JP 07-006921

従来の各技術は、測定対象物に特殊な処理を施さなければならないこと、気泡断面を抽出するための測定が長時間におよぶこと、また気泡孔の認識や測定方法および測定装置操作に熟練度が必要であること、および人為的な測定方法のため人的誤差が生じやすいことで抽出された結果の信頼性が不足している等の実用上の問題点のすべてではないがいくつかを持っている。
解決しようとする課題は、これらの問題点をすべて解決した気泡孔の抽出技術、更にこの気泡孔の抽出技術による硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置を提供することである。
Each of the conventional technologies requires special processing on the measurement object, the measurement to extract the bubble cross-section takes a long time, and the skill level in the recognition of bubble holes, the measurement method, and the operation of the measurement device And some of the practical problems such as lack of reliability of the extracted results due to human error and the prone to human error due to artificial measurement methods ing.
The problem to be solved is to provide a bubble hole extraction technique that solves all of these problems, and further, a method and an apparatus for measuring bubbles in hardened concrete by this bubble hole extraction technique.

第1の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し(具体的には、切断して研磨する等で計測対象面を作り)、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端形状を計測することによって硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法であって、
計測対象面に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明するべく計測対象面の計測領域に対向して配置された第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第1撮像画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく計測領域に対向して配置された第2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理により作られた濃度差分画像を使って、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。この計測方法により、人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡(形状は球状に近い)が計測可能である。
第1照明手段と第2照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
The first main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing bubbles (specifically, create the measurement target surface by cutting and polishing, etc.) A method for measuring bubbles contained in hardened concrete by measuring the open end shape of a hole that encloses open bubbles,
The image is captured by a digital camera by the illumination of the first illumination means arranged facing the measurement area of the measurement target surface so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing on the measurement target surface is not shaded. Illumination of the second illuminating means arranged to face the measurement area so as to illuminate the first captured image of the measured area and the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble except for the vicinity of the opening end. Using the density difference image created by the density difference processing between the second captured image of the measurement area captured by the digital camera with the digital camera, the feature amount of the image of the open end of the hole surrounding the bubble appearing in the measurement area By performing the extraction process, the bubbles contained in the hardened concrete are measured. By this measuring method, it is possible to measure air bubbles (the shape is nearly spherical) artificially contained in the hardened concrete.
The first illumination means and the second illumination means are preferably diffused light illumination means.

この場合、濃度差分画像を2値化して気泡を包む孔の像を抽出して、特徴量抽出処理を行うことが好ましい方法である。   In this case, it is a preferable method to binarize the density difference image and extract the image of the hole surrounding the bubble to perform the feature amount extraction processing.

第2の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法であって、
計測対象面に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明すべく計測対象面の計測領域に対向して配置された第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測対象面の第1撮像画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく計測領域に対向して配置された第2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像である第1気泡画像と、
撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高く、断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つ第2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低く、これらの高低2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段からの照明によって撮像された計測領域の第3撮像画像に対して第2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第2気泡画像とを使用して、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口部の像の特徴量抽出処理を行うことである。
この計測方法により、製造工程上の原因で自然にできた気泡(エントラップドエアー)の孔で計測対象面からの深さが穴入り口の断面の狭い部分の幅より大である異形断面の気泡孔と、薬で人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡(エントレインドエアー、形状は球状に近い)の孔の両方の抽出が同時に可能となる。
The second main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing air bubbles, and to measure the shape of the opening end of the hole that encloses the air bubbles opening in the measurement target surface. A method for measuring bubbles contained therein,
The image is captured by a digital camera by illumination of the first illumination means arranged facing the measurement area of the measurement target surface so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing on the measurement target surface is not shaded. Of the second illuminating means arranged so as to face the measurement area so as to illuminate the first captured image of the measurement target surface and the inner surface of the hole enclosing the substantially spherical bubble except in the vicinity of the opening end. A first bubble image that is a density difference image created by density difference processing between the second captured image of the measurement region captured by the digital camera with illumination;
In the picked-up image, the bubble shape of the second form in which the concentration level of both the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the plane part in the measurement region is high, the cross-sectional shape is irregular, and the depth is larger than the width of the narrow part of the entrance. The second form of the bubble is in the third captured image of the measurement region captured by illumination from the illumination means such that the density level of the image of the image is low and these high and low density levels can be easily discriminated. Using the second bubble image that has been subjected to the process of extracting the hole image, the feature amount extraction process of the image of the opening of the hole that wraps the bubble appearing in the measurement region is performed.
By this measurement method, the bubble of the bubble (entrapped air) naturally formed due to the manufacturing process, and the depth of the measurement object surface is larger than the width of the narrow part of the cross section of the hole entrance, It is possible to simultaneously extract both the holes and the holes of the bubbles (entrained air, whose shape is almost spherical) artificially contained in the hardened concrete with a medicine.

第2の主な手段において、より具体的な手段として、第1気泡画像と第2気泡画像各々に対して2値化処理を施し、各々第1二値化画像並びに第2二値化画像とし、第1二値化画像と第2二値化画像を合成することによって1個の合成気泡画像とし、合成気泡画像に対して計測領域に現れている計測対象気泡を包む孔の開口端の特徴量抽出処理を行うようにできる。
ここで、合成の具体的方法として、第1二値化画像と第2二値化画像の白黒反転画像との間に排他的論理和による論理計算を施すことにより行う方法がある。
In the second main means, as a more specific means, a binarization process is performed on each of the first bubble image and the second bubble image to obtain a first binarized image and a second binarized image, respectively. The first binarized image and the second binarized image are combined to form one synthetic bubble image, and the feature of the opening end of the hole surrounding the measurement target bubble that appears in the measurement region with respect to the synthetic bubble image A quantity extraction process can be performed.
Here, as a specific method of synthesis, there is a method of performing logical calculation by exclusive OR between the first binarized image and the black and white inverted image of the second binarized image.

第2の主な手段において、第3撮像画像を撮像するときの照明手段を、計測領域に対して複数の角度(計測領域から照明手段を見たときの仰角)から拡散光を照射する照明手段とすることができる。   In the second main means, the illumination means for capturing the third captured image is an illumination means for irradiating diffused light from a plurality of angles (elevation angles when viewing the illumination means from the measurement area) with respect to the measurement area. It can be.

第2の主な手段において、第3撮像画像を撮像するときの照明手段を、第1照明手段と第2照明手段だけの拡散光照明手段組合せ、あるいは第1照明手段と第2照明手段およびその他の照明手段からなる拡散光照明手段組合せにより作ることができる。   In the second main means, the illumination means for capturing the third captured image is a combination of the first illumination means and the diffused light illumination means consisting only of the second illumination means, or the first illumination means, the second illumination means and others. It can be made by a combination of diffused light illumination means comprising the illumination means.

また、第2の主な手段において、第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、特別に第3撮像画像の撮像用に設けた第3照明手段か、または第1照明手段であってももかまわない。第3照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。 Further, in the second main means, the illuminating means for capturing the third captured image may be the third illuminating means specially provided for capturing the third captured image, or the first illuminating means. It doesn't matter. The third illumination means is preferably a diffused light illumination means.

第3の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、
計測対象面の計測領域を撮像するディジタルカメラ、
ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理を行う画像処理装置、
計測領域に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明するべく計測領域に対向して配置された第1照明手段、および、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく計測領域に対向して配置された第2照明手段を照明手段として具備し、
画像処理装置において、第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第1撮像画像と、第2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理により作られた濃度差分画像を使って、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。この計測装置により、人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡(形状は球状に近い)が計測可能である。
第1照明手段と第2照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。
The third main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing air bubbles, and measure the shape of the opening end of the hole that encloses the air bubbles opening in the measurement target surface. An apparatus for measuring contained bubbles,
A digital camera that images the measurement area of the measurement target surface,
An image processing apparatus for performing image processing on an image captured by a digital camera;
First illumination means arranged opposite to the measurement region to illuminate so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing in the measurement region is not shaded, and the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble The second illuminating means arranged as opposed to the measurement region to illuminate in the shade except for the vicinity of the opening end is provided as the illuminating means,
In the image processing apparatus, between the first captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the first illumination means and the second captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the second illumination means. Using the density difference image created by the density difference processing, the measurement of the bubbles contained in the hardened concrete is performed by performing the feature amount extraction processing of the image of the opening end of the hole surrounding the bubbles appearing in the measurement region . With this measuring device, it is possible to measure bubbles (the shape is nearly spherical) artificially contained in hardened concrete.
The first illumination means and the second illumination means are preferably diffused light illumination means.

第3の主な手段において、濃度差分画像を2値化して気泡を包む孔の像を抽出して、特徴量抽出処理を行うことができる。   In the third main means, the density difference image is binarized to extract the image of the hole surrounding the bubble, and the feature amount extraction process can be performed.

第4の主な手段は、気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、
計測対象面の計測領域を撮像するディジタルカメラ、
ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理を行う画像処理装置、
計測領域に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明するべく計測領域に対向して配置された第1照明手段、および、略球形の気泡を包む孔の内面が開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく計測領域に対向して配置された第2照明手段を照明手段として少なくとも具備し、
画像処理装置において、第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第1撮像画像と第2照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像である第1気泡画像と、
撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高く、断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つ第2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低く、これらの高低2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段からの照明によって撮像された計測領域の第3撮像画像に対して第2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第2気泡画像とを使用して、計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う。
この計測装置により、製造工程上の原因で自然にできた気泡の孔(エントラップドエアー)で計測対象面からの深さが大である異形断面の気泡孔と、薬で人為的に硬化コンクリートに含有させた気泡(エントレインドエアー、形状は球状に近い)の孔の両方の抽出が同時に可能となる。
The fourth main means is to set the measurement target surface using a part of the hardened concrete containing air bubbles, and measure the shape of the opening end of the hole enclosing the air bubbles opening in the measurement target surface. An apparatus for measuring contained bubbles,
A digital camera that images the measurement area of the measurement target surface,
An image processing apparatus for performing image processing on an image captured by a digital camera;
First illumination means arranged opposite to the measurement region to illuminate so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing in the measurement region is not shaded, and the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble At least a second illuminating means arranged opposite to the measurement region to illuminate in the shade except for the vicinity of the opening end, as an illuminating means,
In the image processing apparatus, between the first captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the first illumination means and the second captured image of the measurement area captured by the digital camera by the illumination of the second illumination means A first bubble image that is a density difference image created by density difference processing;
In the picked-up image, the bubble shape of the second form in which the concentration level of both the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the plane part in the measurement region is high, the cross-sectional shape is irregular, and the depth is larger than the width of the narrow part of the entrance. The second form of the bubble is in the third captured image of the measurement region captured by illumination from the illumination means such that the density level of the image of the image is low and these high and low density levels can be easily discriminated. It is included in the hardened concrete by performing the feature amount extraction processing of the image of the opening end of the hole surrounding the bubble appearing in the measurement region using the second bubble image subjected to the processing for extracting the hole image. Measure bubbles.
With this measuring device, bubble holes naturally formed due to the manufacturing process (entrapped air), which have a deep section from the surface to be measured, and irregularly shaped bubble holes, and artificially hardened concrete with drugs It is possible to simultaneously extract both pores of bubbles (entrein air, shape is almost spherical).

第4の主な手段において、第1気泡画像と第2気泡画像各々に対して2値化処理を施し、各々第1二値化画像並びに第2二値化画像とし、第1二値化画像と第2二値化画像を合成することによって1個の合成気泡画像とし、合成気泡画像に対して計測領域に現れている計測対象気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことで気泡計測を行うようにすることができる。
ここで、合成の具体的方法として、第1二値化画像と第2二値化画像の白黒反転画像との間に排他的論理和による論理計算を施すことにより行う方法がある。
In the fourth main means, binarization processing is performed on each of the first bubble image and the second bubble image to obtain a first binarized image and a second binarized image, respectively. And the second binarized image are combined into one synthetic bubble image, and the feature amount extraction processing of the image of the opening end of the hole surrounding the measurement target bubble appearing in the measurement region is performed on the synthetic bubble image. Thus, it is possible to perform bubble measurement.
Here, as a specific method of synthesis, there is a method of performing logical calculation by exclusive OR between the first binarized image and the black and white inverted image of the second binarized image.

第4の主な手段に係り、第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、計測領域に対して複数の角度(計測領域から照明手段を見たときの仰角)から拡散光を照射する照明手段により構成することができる。   Illumination for illuminating diffused light from a plurality of angles (elevation angles when the illumination means is viewed from the measurement area) with respect to the measurement area by the illumination means when capturing the third captured image according to the fourth main means It can be configured by means.

更にまた、第4の主な手段に係り、第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、第1照明手段と第2照明手段だけの拡散光照明手段組合せ、あるいは第1照明手段と第2照明手段およびその他の照明手段からなる拡散光照明手段組合せにより構成することができる。   Further, according to the fourth main means, the illumination means for capturing the third captured image is a combination of the diffused illumination illumination means consisting of only the first illumination means and the second illumination means, or the first illumination means and the second illumination means. It can be configured by a combination of diffused light illumination means including illumination means and other illumination means.

更にまた、第4の主な手段に係り、第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、特別に第3撮像画像の撮像用に設けた第3照明手段か、または第1照明手段のいずれかであってもかまわない。第3照明手段は拡散光照明手段であることが好ましい。 Still further, according to the fourth main means, the illumination means for picking up the third picked-up image is either the third lighting means specially provided for picking up the third picked-up image or the first lighting means. It doesn't matter. The third illumination means is preferably a diffused light illumination means.

本発明により、硬化コンクリートの気泡計測方法および気泡計測装置に関して、従来技術が持っていた実用上の問題点が解決された。即ち、測定対象物に特殊な処理を施さなければならなかったこと、気泡断面を抽出するための測定が長時間におよんだこと、また気泡孔の認識や測定方法および測定装置操作に熟練度が必要であったこと、および人為的な測定方法のため人的誤差が生じやすかったことで抽出された結果の信頼性が不足していた等の実用上の問題点が解決され、結果的に短時間で、測定作業者の主観を排除して安定的に測定可能な信頼性の高い実用機として硬化コンクリートの気泡計測装置を提供できることとなった。   The present invention has solved practical problems associated with the prior art with respect to a method and a device for measuring bubbles in hardened concrete. In other words, the measurement object had to be specially processed, the measurement for extracting the bubble cross-section took a long time, and the degree of skill in the recognition and measurement method and measurement device operation of the bubble hole Practical problems such as lack of reliability of the extracted results due to the fact that it was necessary and human error was likely to occur due to an artificial measurement method were solved, resulting in a short In time, it became possible to provide a bubble measuring device for hardened concrete as a highly reliable practical machine capable of stably measuring without subjecting the measurement operator.

本発明を実施するための最良の形態を実施例と共に以下に示す。   The best mode for carrying out the present invention will be described below together with examples.

図1は、硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の配置と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したものである。
上下の面が平行になるように切断され、少なくとも平行な2面の内の計測対象面11が研磨等の手段で所定の粗さに調整された硬化コンクリート試料10は、紙面に対し前後(−Y、+Y方向)左右(−X、+X方向)に動くステージ20の上に載せられ、計測対象面11がディジタルカメラ30の光軸32に直角になるようにディジタルカメラ30に向かって配置されている。また、全体形状がリング状で、断面が四角形で、四角形の内側に面した辺(太線表示)の含まれるリングの面上にはLED等の小さな光源が密に並べて配置され発光面を形成し、発光面から計測対象面11の方向に拡散光を照射する方式の第1照明手段41および第2照明手段42が、ディジタルカメラ30の光軸32上に各リングの中心をおき、硬化コンクリート試料10の計測対象面11に各リングが略平行になるように配置されている。
ディジタルカメラ30の焦点合わせは、焦点が計測対象面11上になるようにディジタルカメラ30自体でなされるか、ディジタルカメラ30の位置あるいはステージ20の高さ位置を調整することによってなされる。
ディジタルカメラ30による1回の撮像領域(以降、計測領域とも呼ぶ)は、計測対象面11上でディジタルカメラの光軸32との交点を中心とする小領域であり、その領域サイズはディジタルカメラ30のCCDサイズとレンズ31の倍率に依存する。因みに、本実施例では、計測領域サイズは約4.7mm×4.4mmである。
図12から図14は計測対象面上に現れている気泡孔の例を示したものである。気泡孔は、12、13および14であり、各々計測対象面11に気泡孔と計測対象面11との交線に相当する開口端12a、13aおよび14a−1並びに14−bを持っている。破線部分は、気泡孔の深さ方向の形状(陰で見えない)を概略示すものである。12c(二点鎖線部)は略球状の気泡孔12の内の試料10の作成によって切り取られてなくなった部分を概略示している。また、図14においては、長い気泡孔14は2つの開口端14a−1to14a−2を持っている。
FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of components of the imaging system of the bubble measuring device for hardened concrete and the components from the camera to the image processing.
The hardened concrete sample 10 which is cut so that the upper and lower surfaces are parallel and the measurement target surface 11 of at least two parallel surfaces is adjusted to a predetermined roughness by means of polishing or the like is (Y, + Y direction) is placed on the stage 20 that moves left and right (-X, + X direction), and is placed toward the digital camera 30 so that the measurement target surface 11 is perpendicular to the optical axis 32 of the digital camera 30. Yes. Also, small light sources such as LEDs are closely arranged on the surface of the ring that has a ring shape, a square cross section, and includes a side (bold line display) facing the inside of the square to form a light emitting surface. The first illuminating means 41 and the second illuminating means 42 that irradiate diffused light in the direction from the light emitting surface to the measurement target surface 11 place the center of each ring on the optical axis 32 of the digital camera 30, and set the hardened concrete sample. Each ring is arranged so as to be substantially parallel to ten measurement target surfaces 11.
The digital camera 30 is focused by the digital camera 30 itself so that the focal point is on the measurement target surface 11 or by adjusting the position of the digital camera 30 or the height position of the stage 20.
A single imaging region (hereinafter also referred to as a measurement region) by the digital camera 30 is a small region centered on the intersection with the optical axis 32 of the digital camera on the measurement target surface 11, and the region size is the digital camera 30. Depending on the CCD size and the magnification of the lens 31. Incidentally, in this embodiment, the measurement area size is about 4.7 mm × 4.4 mm.
12 to 14 show examples of the bubble holes appearing on the measurement target surface. The bubble holes are 12, 13 and 14, and the measurement target surface 11 has open ends 12a, 13a, 14a-1 and 14-b corresponding to the intersection lines of the bubble hole and the measurement target surface 11, respectively. The broken line portion schematically shows the shape of the bubble hole in the depth direction (not visible in the shade). Reference numeral 12 c (two-dot chain line portion) schematically shows a portion of the substantially spherical bubble hole 12 that is not cut out by the preparation of the sample 10. In FIG. 14, the long bubble hole 14 has two open ends 14a-1to14a-2.

第1照明手段41は、硬化コンクリート試料10の計測対象面11とディジタルカメラ30の光軸32との交点と第1照明手段41の発光面の中心を結ぶ線と計測対象面11とのなす角度αが計測対象面11上の計測領域に存在する(現れている)略球状の気泡の孔12の底面12bにも照射光が行き渡るような角度となるように、そのサイズと配置位置が決められている。因みに、本実施例では、角度αは40度に設定されている。一般的には、角度αは、第1照明手段41の発光面のサイズ、発光面の角度、計測領域からの距離によって調製されるべきであり、概ね30度以上の範囲に設定されることになろう。
第2照明手段42は、硬化コンクリート試料10の計測対象面11と光軸32との交点と第2照明手段42の発光面の中心を結ぶ線と計測対象面11とのなす角度βが計測対象面11上の計測領域に存在する略球状の気泡の孔12の内部が陰になるような角度となるように、そのサイズと配置位置が決められている。なお、βは小さければ小さいほど、気泡孔12の入り口(計測対象面11への気泡孔12の開口端12aの孔側近傍)の傾斜部分の濃度が上がることによって気泡孔12は小さく観測されることが防止でき、気泡12孔の画像は実物に近くなる。ただし、そのときにはβの減少に伴って第2照明手段42の発光面もサイズが小さくならなければならないことは当然である。因みに、本実施例では、角度βは6度に設定されている。一般的には、角度βは、第2照明手段42のリングのサイズ、発光面の角度、計測領域からの距離によって調製されるべきであり、概ね0度以上、15度以下の範囲に設定されることになろう。
The first illumination means 41 is an angle formed by a line connecting the intersection of the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 and the optical axis 32 of the digital camera 30 and the center of the light emission surface of the first illumination means 41 and the measurement target surface 11. The size and the arrangement position of α are determined so that the irradiation light reaches the bottom surface 12 b of the substantially spherical bubble hole 12 existing (appearing) in the measurement region on the measurement target surface 11. ing. Incidentally, in this embodiment, the angle α is set to 40 degrees. In general, the angle α should be adjusted according to the size of the light emitting surface of the first illumination unit 41, the angle of the light emitting surface, and the distance from the measurement region, and is set to a range of approximately 30 degrees or more. Become.
The second illumination means 42 measures the angle β formed by the line connecting the intersection between the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 and the optical axis 32 and the center of the light emitting surface of the second illumination means 42 and the measurement target surface 11. The size and arrangement position are determined so that the inside of the substantially spherical bubble hole 12 existing in the measurement region on the surface 11 is shaded. Note that the smaller the β is, the smaller the bubble hole 12 is observed by increasing the concentration of the inclined portion at the inlet of the bubble hole 12 (near the hole side of the opening end 12a of the bubble hole 12 to the measurement target surface 11). The image of the bubble 12 hole is close to the real thing. In this case, however, it is natural that the light emitting surface of the second illumination means 42 must be reduced in size as β decreases. Incidentally, in this embodiment, the angle β is set to 6 degrees. In general, the angle β should be adjusted according to the size of the ring of the second illumination means 42, the angle of the light emitting surface, and the distance from the measurement region, and is set to a range of approximately 0 ° to 15 °. It will be.

上述の硬化コンクリートの気泡計測装置によって計測対象面11上に存在する気泡の孔(12、13あるいは14)の開口端(12a,13aあるいは14a)の形状(業界では一般に気泡断面形状という)を撮像抽出し、硬化コンクリート試料10に含有する気泡の諸特性を計測することになるが、その基本的なステップについて述べる。
計測作業者は、最初に、ステージ20をXY方向に移動させ、硬化コンクリート試料10の計測対象面11の計測したい領域(計測領域)の中心を光軸32の上に合わせる。次に、ディジタルカメラ30の焦点合わせがなされる。その後に計測領域の撮像がディジタルカメラ30によってなされ、その結果は画像処理装置50に送られ、画像処理装置50で計測対象面11の計測領域に含まれる部分に存在する気泡の孔の開口端の像が抽出される。この気泡の孔の開口端の像の抽出は次の段落で述べる一連の方法によってなされ、これが本発明の特徴となるものである。抽出された気泡の像は、特徴量抽出がなされ、一般的にはASTM規格で決められている方式に適合するように取り扱われ処理がなされて、硬化コンクリートの計測領域における気泡の諸特性が測定される。
当然、計測の信頼性の観点から、硬化コンクリート試料10の計測対象面上の複数個所の計測領域における気泡の諸特性の計測を行い、硬化コンクリート試料10の気泡の諸特性の代表値を求める場合もある。このときは、1箇所の計測領域の計測が終わるごとにステージを移動させて新たな計測領域を設定することになる。尚、硬化コンクリート試料10の計測対象面11がステージ20の試料搭載面との平行度は、ディジタルカメラ30の被写界深度の範囲内であるので、計測に先立って毎回ディジタルカメラ30の焦点合わせをする必要はない。
また、計測に先立って計測対象面11をステージ20の試料搭載面と平行にできない場合は、自動焦点合わせ手段を装備することによって各計測に先立つ焦点合わせを自動化することができる。
Imaging the shape of the open end (12a, 13a or 14a) of the bubble hole (12, 13 or 14) existing on the measurement target surface 11 (generally referred to as a bubble cross-sectional shape in the industry) by the above-described hardened concrete bubble measuring device. Extracting and measuring various characteristics of the bubbles contained in the hardened concrete sample 10 will be described.
First, the measurement operator moves the stage 20 in the XY directions, and aligns the center of the area (measurement area) to be measured on the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 on the optical axis 32. Next, the digital camera 30 is focused. Thereafter, the measurement region is imaged by the digital camera 30, and the result is sent to the image processing device 50, and the image processing device 50 detects the opening end of the bubble hole existing in the portion included in the measurement region of the measurement target surface 11. An image is extracted. The extraction of the image of the open end of the bubble hole is performed by a series of methods described in the next paragraph, which is a feature of the present invention. The extracted bubble image is extracted with features, and is generally handled and processed so as to conform to the method defined by the ASTM standard, and various characteristics of bubbles in the measurement area of hardened concrete are measured. Is done.
Naturally, from the viewpoint of measurement reliability, when various characteristics of bubbles are measured in a plurality of measurement regions on the measurement target surface of the hardened concrete sample 10, and representative values of various characteristics of the bubbles of the hardened concrete sample 10 are obtained. There is also. At this time, every time measurement of one measurement area is completed, the stage is moved to set a new measurement area. Note that the parallelism between the measurement target surface 11 of the hardened concrete sample 10 and the sample mounting surface of the stage 20 is within the range of the depth of field of the digital camera 30, so that the focusing of the digital camera 30 is performed before each measurement. There is no need to do.
Further, when the measurement target surface 11 cannot be parallel to the sample mounting surface of the stage 20 prior to the measurement, focusing prior to each measurement can be automated by providing an automatic focusing means.

次に、計測領域内の計測対象面11上に存在する気泡の孔の開口端の像を抽出する一連の方法について述べる。
(1)第1ステップ
第1照明手段を点灯させ、撮像を行い、その画像を画像処理装置50に取り込む。このときの取り込まれた画像を図4(写真)に示す。注目部については、全てではないが、記号をつけて識別可能なようにしてある。記号は、白色骨材部分がW、黒色骨材部分がB、浅い気泡孔部分(略球状の気泡孔部分)がSB、深い気泡孔部分がDBである。浅い気泡孔部分SBはほとんどが略球状の気泡の孔の開口端の画像であるので円形に近い形状で見える。また、画像の注目部の濃度レベルを表1に示す。
図4と表1から明らかなように、セメントペースト、白色骨材および浅い気泡穴部分SB(これはエントレインドエアー(薬により作り出した気泡)の気泡孔等の比較的断面寸法の小さく孔の奥行きの浅い部分である)の濃淡レベル(白く見える度合い)は高く、黒い骨材部分と深い気泡孔部分DB(これはエントラップドエアー(自然に取り込まれた気泡)等の断面寸法が大きく、孔の奥行きが深い部分である)の濃淡レベルは低く(黒く)なる。気泡孔内の底面にも照明光が行き渡るので、気泡孔部分はセメントぺーストとほぼ同等の濃淡レベルになる。
(2)第2ステップ
第2照明手段を点灯させ、撮像を行い、その画像を画像処理装置50に取り込む。このときの取り込まれた画像を図5(写真)に示す。また、画像の注目部の濃度レベルを表1に示す。
図5と表1から明らかなように、ペーストと白色骨材部分の濃度レベルは高く、気泡孔と黒い骨材部分の濃度レベルは低くなる。計測対象面11に対して低い角度から照明光が照射されることにより、気泡孔内の底面には照明光が届かず気泡孔のくぼみの部分に影ができるため、気泡孔部分の濃度レベルは低くなる。
(3)第3ステップ
第1照明手段および第2照明手段の両方を点灯させ、撮像を行い、その画像を画像処理装置50に取り込む。このときの取り込まれた画像を図6(写真)に示す。また、画像の注目部の濃度レベルを表2に示す。
図6と表2から明らかなように、両方の照明手段を点灯させることにより、試料の平面部分は光の拡散、いわゆるハレーション現象を起こし、濃度レベルは高くなる。また、浅い気泡孔部分SBについても同様の現象となる。その結果、浅い気泡孔部分SBについては周囲の白い骨材部分、セメントペースト部分に対し認識できない程度に濃度が高く同化して見える。しかし、深い気泡孔部分DBについては、光が回らないため濃度レベルは低くなる。
以上述べてきた奥行きが深い気泡孔(13または14)は、エントラップドエアーと呼ばれ、コンクリートに潜在的に含まれている(AE剤によらない)形の不規則で比較的大きな気泡である。その断面形状は略球状であるエントレインドエアーの断面形状とは異なることが多く、その孔と計測領域の平面部分との交線近辺の孔断面(開口端13aまたは14a)の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つことが多い。この種の孔は、計測領域の平面部分に対して孔の長手方向が大きな角度を持つ深さ方向の穴の場合(図13の場合)と、小さな角度を持ち平面部分に沿って孔が存在し孔の側面が平面部分に破れを生じている場合(図14の場合)とがある。奥行きの浅い気泡孔のほとんどは薬(AE剤等)により人為的に混入された気泡であり、略球状の気泡の孔12の一部である。
(4)第4ステップ
画像処理装置50において、第1照明手段だけによる撮像画像(第1ステップでの撮像画像)と第2照明手段だけによる撮像画像(ステップ2での撮像画像)に対して濃度差分処理を行い、濃度差分画像を作成する。濃度差分画像を図7(写真)に示す。また、濃度差分処理の結果(注目部だけ)を表1に示す。
濃度差分処理の結果、浅い気泡孔部分SBの濃度レベルが高くなり、その他の部分の濃度レベルは低くなる。即ち、図7で明らかなように、丸い形状の浅い気泡孔部分SBだけが高い濃度で認識できる状態になっている。
濃度差分処理においては、減算結果が0未満の場合には0が指定される。
(5)第5ステップ
濃度差分画像に対して、2値化処理を行い、2値化画像を作成する。この結果を図8(写真)に示す。
浅い気泡孔部分が「白」、それ以外は「黒」になる。「8の字」状に見える白い部分は、隣り合う略球状の気泡孔が部分的につながっている状態を示している。
ここで注意しておくべき点は、第4ステップで浅い気泡孔部分SB以外が濃度差分処理によって低濃度となり浅い気泡孔部分SBの濃度との間に2値化による弁別のための閾値を設定できるようにするためには、第1照明手段および第2照明手段の各々単独の照明による計測領域の孔の存在しない平面部分における各照度が比較的近い数値(各照度で撮像した画像の濃度の差が浅い気泡孔部分SBの濃度に比べて十分に低い状態)となるように第1照明手段と第2照明手段の輝度、角度あるいは形状等が調整されていなければならないということである。
因みに、第1照明手段による照明と第2照明手段による照明各々による撮像画像の濃度につき、特定の黒い部分と白い部分の比較を行ったデータを表3に示す。
(6)第6ステップ
第3ステップで取り込んだ画像に対して2値化処理を行い、2値化画像を作成する。その際、深い気泡孔部分DBが黒色になるので反転処理を行う。2値化閾値は、深い気泡孔部分DBとそれ以外の部分に大きな濃度レベル差がある(表2参照)ので容易に決定できる。この結果を図9(写真)に示す。深い気泡孔部分DBは「白」、その他は「黒」になる。
(7)第7ステップ
第5ステップで得られる画像と第6ステップで得られる画像に対して、排他的論理和演算を行い、排他的論理和画像を作成する。この結果を白黒反転させた画像を図10(写真)に示す。
排他的論理輪演算を行うことによって、浅い気泡孔部分SBの画像と深い気泡孔部分DBの画像の混合画像(合成画像)を作成したことになる。
(8)第8ステップ
第7ステップの混合画像から各気泡孔部分(白色)の特徴量抽出処理を行う。その1例を示す画像が図11(写真)に示すものである。
特徴量抽出処理を実行することにより、各気泡孔に対応する気泡に対して以下のデータが算出される。
気泡数
各気泡の重心座標
各気泡の面積(画素の数)
各気泡の外周の周囲長
各気泡の等価楕円主軸長
各気泡の等価楕円副軸長
各気泡の等価楕円傾斜角
各気泡のX最小値
各気泡のX最大値
各気泡のY最小値
各気泡のY最大値
各気泡の外接長方形横長
各気泡の外接長方形縦長
Next, a series of methods for extracting the image of the open end of the bubble hole existing on the measurement target surface 11 in the measurement region will be described.
(1) First Step The first illumination means is turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing apparatus 50. The captured image at this time is shown in FIG. 4 (photograph). The attention part is not all but can be identified with a symbol. The symbols are W for the white aggregate part, B for the black aggregate part, SB for the shallow bubble hole part (substantially spherical bubble hole part), and DB for the deep bubble hole part. The shallow bubble hole portion SB is almost an image of the open end of a substantially spherical bubble hole, and thus appears to have a nearly circular shape. In addition, Table 1 shows the density level of the target portion of the image.
As is apparent from FIG. 4 and Table 1, the cement paste, the white aggregate, and the shallow bubble hole portion SB (this is a bubble hole of entrained air (bubbles created by a medicine) and the like having a relatively small cross-sectional dimension and a depth of the hole. The shading level (degree of whiteness) is high, and the cross-sectional dimensions of the black aggregate part and the deep bubble hole part DB (this is entrapped air (air bubbles taken in naturally)) are large. The shading level of the deep portion of the image becomes low (black). Since the illumination light spreads also to the bottom surface in the bubble hole, the bubble hole portion has a light and shade level almost equal to that of the cement paste.
(2) Second Step The second illumination unit is turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing device 50. The captured image at this time is shown in FIG. 5 (photograph). In addition, Table 1 shows the density level of the target portion of the image.
As apparent from FIG. 5 and Table 1, the concentration levels of the paste and the white aggregate portion are high, and the concentration levels of the bubble holes and the black aggregate portion are low. By irradiating the measurement target surface 11 with illumination light from a low angle, the illumination light does not reach the bottom surface in the bubble hole, and a shadow is formed in the hollow portion of the bubble hole. Lower.
(3) Third Step Both the first illumination unit and the second illumination unit are turned on, an image is taken, and the image is taken into the image processing apparatus 50. The captured image at this time is shown in FIG. 6 (photograph). Further, Table 2 shows the density level of the target portion of the image.
As is clear from FIG. 6 and Table 2, when both illumination means are turned on, the flat portion of the sample causes light diffusion, so-called halation phenomenon, and the concentration level becomes high. The same phenomenon occurs for the shallow bubble hole portion SB. As a result, the shallow bubble hole portion SB appears to be assimilated so as to have a concentration that cannot be recognized with respect to the surrounding white aggregate portion and cement paste portion. However, the deep bubble hole DB has a low concentration level because light does not rotate.
The above-described deep pore holes (13 or 14) are called entrapped air, and are irregular and relatively large bubbles that are potentially contained in concrete (not depending on the AE agent). is there. The cross-sectional shape is often different from the cross-sectional shape of the entrained air, which is substantially spherical, and is wider than the width of the narrow portion of the hole cross section (open end 13a or 14a) near the intersection of the hole and the plane portion of the measurement region. Often has a great depth. This type of hole is a hole in the depth direction where the longitudinal direction of the hole has a large angle with respect to the plane portion of the measurement region (in the case of FIG. 13), or a hole having a small angle along the plane portion. There is a case where the side surface of the perforation is broken in the plane portion (in the case of FIG. 14). Most of the bubble holes with a shallow depth are bubbles artificially mixed with a medicine (AE agent or the like) and are part of the substantially spherical bubble hole 12.
(4) Fourth Step In the image processing apparatus 50, the density of the captured image (captured image in the first step) only by the first illumination means and the captured image (captured image in the step 2) only by the second illumination means. Difference processing is performed to create a density difference image. A density difference image is shown in FIG. 7 (photograph). Further, Table 1 shows the result of the density difference process (only the attention part).
As a result of the concentration difference process, the concentration level of the shallow bubble hole portion SB is increased, and the concentration levels of the other portions are decreased. That is, as is apparent from FIG. 7, only the shallow bubble hole portion SB having a round shape can be recognized at a high concentration.
In the density difference process, 0 is designated when the subtraction result is less than 0.
(5) Fifth Step A binarization process is performed on the density difference image to create a binarized image. The result is shown in FIG. 8 (photograph).
Shallow bubble holes are “white” and the others are “black”. A white portion that looks like an “eighth-shape” indicates a state where adjacent substantially spherical bubble holes are partially connected.
It should be noted that in the fourth step, a threshold value for discrimination by binarization is set between the concentration of the shallow bubble hole portion SB and the concentration of the shallow bubble hole portion SB which becomes low concentration by the concentration difference process. In order to be able to do so, each illuminance in a plane portion where there is no hole in the measurement area by each of the first illumination means and the second illumination means is a relatively close numerical value (the density of the image captured at each illuminance). This means that the brightness, angle, shape, etc. of the first illumination means and the second illumination means must be adjusted so that the difference is sufficiently lower than the concentration of the shallow bubble hole portion SB.
Incidentally, Table 3 shows data obtained by comparing a specific black portion and a white portion with respect to the density of the captured image by each of the illumination by the first illumination means and the illumination by the second illumination means.
(6) Sixth Step A binarization process is performed on the image captured in the third step to create a binarized image. At that time, since the deep bubble hole portion DB becomes black, inversion processing is performed. The binarization threshold can be easily determined because there is a large concentration level difference between the deep bubble hole portion DB and the other portions (see Table 2). The result is shown in FIG. 9 (photograph). The deep bubble hole DB is “white” and the others are “black”.
(7) Seventh Step An exclusive OR operation is performed on the image obtained in the fifth step and the image obtained in the sixth step to create an exclusive OR image. An image obtained by reversing the result in black and white is shown in FIG. 10 (photograph).
By performing the exclusive logical ring operation, a mixed image (synthesized image) of the image of the shallow bubble hole portion SB and the image of the deep bubble hole portion DB is created.
(8) Eighth Step A feature amount extraction process of each bubble hole portion (white) is performed from the mixed image in the seventh step. An image showing one example is shown in FIG. 11 (photograph).
By executing the feature amount extraction process, the following data is calculated for the bubbles corresponding to each bubble hole.
Number of bubbles Center of gravity coordinates of each bubble Area of each bubble (number of pixels)
Perimeter circumference of each bubble Equivalent ellipse principal axis length of each bubble Equivalent ellipse minor axis length of each bubble Equivalent ellipse inclination angle of each bubble X minimum value of each bubble X maximum value of each bubble Y minimum value of each bubble Y Maximum value of circumscribed rectangle of each bubble The rectangle of circumscribed rectangle of each bubble

画像処理装置は、これらのデータを使用して、硬化コンクリート内に存在する空気量、気泡間隔係数、気泡の比表面積、気泡分布等の解析データを、必要に応じて上記データを併記して、硬化コンクリートの気泡計測結果として出力する。   The image processing device uses these data to write analysis data such as the amount of air present in the hardened concrete, bubble spacing coefficient, bubble specific surface area, bubble distribution, etc., together with the above data as necessary, Output as measurement results of bubbles in hardened concrete.

上記で、硬化コンクリートを製造する際に各種原因で自然にできる気泡孔である深い気泡孔の検出が必要ない場合は、第3ステップ、第6ステップおよび第7ステップは不要で、第8ステップでは第4ステップで得られる濃度差分画像に対して2値化処理を行ってできた2値化処理画像に対して特徴量抽出処理を実行する。   In the above, when it is not necessary to detect deep bubble holes that are naturally generated due to various causes when manufacturing hardened concrete, the third step, the sixth step, and the seventh step are unnecessary. In the eighth step, The feature amount extraction process is executed on the binarized image obtained by performing the binarization process on the density difference image obtained in the fourth step.

本実施例は、実施例1に対して照明手段として拡散光照明手段である第3照明手段43を持ち込み、第3ステップでの照明手段として役立たせようとするものである。
第3照明手段41の使い方のひとつは、図2に示すように、第1照明手段41と第2照明手段42の両方の照明による計測領域の照度が不足する場合にその不足分を補う方法である。
第3照明手段43の他の使い方は、図3に示すように、第3ステップでの第1照明手段41と第2照明手段42の両方の照明に代わって第3照明手段43だけで第3ステップでの計測(撮像)用の照明を行う方法である。この方法の利点は、硬化コンクリートの種類によっては、第1照明手段と第2照明手段の組み合わせだけでは第3ステップでの撮像の結果をもくろみ通り得られない場合が想定され、そのときは第3照明手段43の形状、輝度、照明光の種類等につき特別設計を行わなければならないときに有用であること、照明手段の寿命を延ばせること等にある。
In the present embodiment, the third illuminating means 43 which is a diffused light illuminating means is brought in as an illuminating means with respect to the first embodiment so as to serve as the illuminating means in the third step.
As shown in FIG. 2, one of the usages of the third illumination means 41 is a method of compensating for the shortage when the illuminance of the measurement area due to the illumination of both the first illumination means 41 and the second illumination means 42 is insufficient. is there.
As shown in FIG. 3, the third illumination means 43 has a third illumination means 43 only in place of the illumination of both the first illumination means 41 and the second illumination means 42 in the third step. This is a method of performing illumination for measurement (imaging) in steps. The advantage of this method is that depending on the type of hardened concrete, it may be assumed that the result of imaging in the third step cannot be obtained only by the combination of the first illumination means and the second illumination means. This is useful when special design must be performed for the shape, brightness, type of illumination light, etc. of the illumination means 43, and can extend the life of the illumination means.

第3ステップでの撮像用の照明手段として、第1照明手段41だけの輝度を十分に上げ計測領域に対し十分に均一な照度の照明を行うことも可能である。このときの硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の配置と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素をブロック図は、図1に示すものと同じである。ただし、第1照明手段41は、第1図の場合に比べて形状と照明能力(輝度選択幅)が異なるものとなる。   As the illumination means for imaging in the third step, it is possible to sufficiently increase the luminance of only the first illumination means 41 and perform illumination with sufficiently uniform illuminance on the measurement region. The block diagram of the arrangement of the components of the imaging system of the bubble measuring device for hardened concrete and the components from the camera to the image processing is the same as that shown in FIG. However, the first illumination means 41 is different in shape and illumination capability (luminance selection width) from the case of FIG.

以上、実施例に沿って本発明の内容を説明してきたが、必ずしも実施例の内容に限定されるものでなく、以下に述べる内容も本発明に含まれるものである。   As mentioned above, although the content of this invention was demonstrated along the Example, it is not necessarily limited to the content of an Example, The content described below is also contained in this invention.

照明手段について、実施例1、2および3ではリング状の全体形状で、断面が四角形で、リングの計測領域方向の面(太線に対応する面)が発光面であるようになっているが、この形状にこだわる必要はない。計測対象面11上の計測領域内が許容可能なレベルの均一な照度で照明されることと本発明の原理を満足させる照明光の角度(計測領域から照明手段を見たときの仰角)と発光面のサイズおよび角度、並びに輝度が達成されればどのような形状でもかまわない。例えば、離散的な小照明手段の集合でそれぞれの照明手段を構成してもよい。   Regarding the illumination means, in Examples 1, 2 and 3, the ring-shaped overall shape, the cross section is a quadrangle, and the surface in the measurement region direction of the ring (surface corresponding to the thick line) is the light emitting surface, There is no need to stick to this shape. The measurement area on the measurement target surface 11 is illuminated with an acceptable level of uniform illuminance, and the angle of illumination light that satisfies the principle of the present invention (elevation angle when viewing the illumination means from the measurement area) and light emission Any shape can be used as long as the size and angle of the surface and the brightness are achieved. For example, each illumination unit may be configured by a set of discrete small illumination units.

また、第1照明手段41、第2照明手段42並びに第3照明手段43は、拡散光照明手段としてきたが、ディジタルカメラ30に正反射光が入りぎらつきで撮像が正常に行われなくならない限り拡散光照明手段である必要はない。特に、計測領域に対して低い角度から照明光が照射される第2照明手段においては拡散光の必然性は薄い。
正反射光がディジタルカメラに入らなくする方法としては、ディジタルカメラの前に偏光フィルタを配置する方法がある。
The first illumination means 41, the second illumination means 42, and the third illumination means 43 have been diffused light illumination means. However, as long as the reflected light does not enter the digital camera 30 and the imaging is not performed normally. It is not necessary to be a diffused light illumination means. In particular, in the second illuminating means that irradiates illumination light from a low angle with respect to the measurement region, the necessity of diffused light is low.
As a method for preventing the specularly reflected light from entering the digital camera, there is a method of disposing a polarizing filter in front of the digital camera.

ステージの移動について、実施例では直交するXY座標の方向に動かすようになっていると説明したが、必ずしもその必要はなく、計測対象面11上の所望の位置を計測領域とできるステージの移動方法であればいかなる方法でもよい。例えば、斜交座標による移動方法、回転と半径方向移動による方法等が採用可能である。   Although it has been described in the embodiment that the stage is moved in the direction of the orthogonal XY coordinates, it is not always necessary, and a stage moving method that can set a desired position on the measurement target surface 11 as a measurement region. Any method can be used. For example, a moving method using oblique coordinates, a method using rotation and radial movement, and the like can be employed.

以上説明してきた本発明の硬化コンクリートの気泡測定方法と気泡測定装置は、コンピュータの画像処理により気泡孔の認識抽出を行うものであり、測定作業者の主観が測定操作へ及ぶことが排除でき、測定の安定性と信頼性が確保できるものである。   The method and the bubble measuring device for the hardened concrete of the present invention described above is to perform the recognition extraction of the bubble hole by image processing of the computer, it can be excluded that the subjectivity of the measurement operator extends to the measurement operation, Measurement stability and reliability can be ensured.

本発明の実施例1における硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の配置と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したものである。FIG. 2 is a block diagram showing the arrangement of components of an imaging system of a bubble measuring apparatus for hardened concrete in Example 1 of the present invention and components of a part from a camera to image processing. 本発明の硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の他の配置(第3照明手段43追加)と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したものである。The other arrangement (addition of the 3rd illumination means 43) of the component of the imaging system of the bubble measuring apparatus of hardened concrete of this invention and the component of the part from a camera to image processing are shown with the block diagram. 本発明の硬化コンクリートの気泡計測装置の撮像系の構成要素の更に他の配置(第3照明手段43の形状が異なる)と、カメラから画像処理に至る部分の構成要素をブロック図で示したものである。Still another arrangement of the components of the imaging system of the bubble measuring device for hardened concrete of the present invention (the shape of the third illumination means 43 is different) and the components from the camera to the image processing are shown in a block diagram It is. 第1ステップで、第1照明手段だけにより取り込まれた画像を示す写真である。It is a photograph which shows the image taken in only by the 1st illumination means at the 1st step. 第2ステップで、第2照明手段だけにより取り込まれた画像を示す写真である。It is a photograph which shows the image taken in only by the 2nd illumination means in the 2nd step. 第3ステップで、第1照明手段、第2照明手段および第3照明手段のすべてを点灯させて取り込まれた画像を示す写真である。It is a photograph which shows the image taken in by making all the 1st illumination means, the 2nd illumination means, and the 3rd illumination means light in a 3rd step. 第1照明手段だけによる撮像画像(第1ステップでの撮像画像)と第2照明手段だけによる撮像画像(ステップ2での撮像画像)に対して濃度差分処理を行った濃度差分画像を示す写真である。A photograph showing a density difference image obtained by performing density difference processing on a captured image (captured image in the first step) only by the first illumination means and a captured image only by the second illumination means (captured image in the step 2). is there. 第5ステップで、濃度差分画像に対して、2値化処理を行った2値化画像を示す写真である。It is a photograph which shows the binarized image which performed the binarization process with respect to the density | concentration difference image at the 5th step. 第7ステップで、第3ステップで取り込んだ画像に対して2値化処理を行った2値化画像を示す写真である。It is a photograph which shows the binarized image which performed the binarization process with respect to the image taken in by the 7th step at the 3rd step. 第8ステップで、第6ステップで得られる画像と第7ステップで得られる画像に対して、排他的論理和演算を行い、排他的論理和画像を作成し、この結果を白黒反技術転させた画像を示す写真である。In the 8th step, an exclusive OR operation is performed on the image obtained in the 6th step and the image obtained in the 7th step to create an exclusive OR image, and this result is converted to black and white. It is the photograph which shows an image. 第9ステップで、第8ステップの混合画像から各気泡孔部分(白色)の特徴量抽出処理を行った画像の1例を示す写真である。It is a photograph which shows an example of the image which performed the feature-value extraction process of each bubble hole part (white) from the mixed image of an 8th step at the 9th step. 計測対象面に現れている気泡孔の例(略球状)を示した図である。It is the figure which showed the example (substantially spherical) of the bubble hole which has appeared on the measurement object surface. 計測対象面に現れている気泡孔の他の例(計測対象面に対し直角方向に深い孔)を示した図である。It is the figure which showed the other example (hole deep in the direction orthogonal to a measurement object surface) of the bubble hole which has appeared on the measurement object surface. 計測対象面に現れている気泡孔の更に他の例(計測対象面に沿って長い孔)を示した図である。It is the figure which showed the further another example (hole long along a measurement object surface) of the bubble hole which has appeared on the measurement object surface.

符号の説明Explanation of symbols

10 硬化コンクリート試料
11 計測対象面
12 略球状の気泡孔
12a 開口端
13 深い気泡孔
13a 開口端
14 深い気泡孔
14a−1 開口端
14a−2 開口端
20 ステージ
30 ディジタルカメラ
32 ディジタルカメラの光軸
41 第1照明手段
42 第2照明手段
43 第3照明手段
50 画像処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hardened concrete sample 11 Measurement object surface 12 Spherical bubble hole 12a Open end 13 Deep bubble hole 13a Open end 14 Deep bubble hole 14a-1 Open end 14a-2 Open end 20 Stage 30 Digital camera 32 Digital camera optical axis 41 First illumination means 42 Second illumination means 43 Third illumination means 50 Image processing apparatus

Claims (12)

気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、該計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって前記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う方法であって、
前記計測対象面に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明すべく前記計測対象面の計測領域に対向して配置された第1照明手段の照明によってディジタルカメラで撮像された前記計測領域の第1撮像画像と、略球形の気泡を包む孔の内面が前記開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく前記計測領域に対向して配置された第2照明手段の照明によって前記ディジタルカメラで撮像された前記計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像である第1気泡画像と、
撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と前記計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高く、断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つ第2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低く、これらの高低2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段からの照明によって撮像された前記計測領域の第3撮像画像に対して前記第2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第2気泡画像とを使用して、前記計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、前記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行うことを特徴とする硬化コンクリートの気泡計測方法。
A measurement target surface is set using a part of the hardened concrete containing air bubbles, and the shape of the opening end of the hole surrounding the air bubbles opening on the measurement target surface is measured to measure the air bubbles contained in the hardened concrete. A way to do,
With a digital camera by illumination of the first illumination means arranged facing the measurement area of the measurement target surface so that the inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing on the measurement target surface is not shaded The first captured image of the measurement area that has been imaged and the inner surface of a hole that encloses a substantially spherical bubble are arranged opposite to the measurement area to illuminate so as to be shaded except in the vicinity of the opening end. A first bubble image that is a density difference image created by density difference processing between the second captured image of the measurement region captured by the digital camera by illumination of two illumination means;
In the captured image, a second type of bubble having a high density level in both the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the planar portion in the measurement region, the cross-sectional shape being irregular, and a depth larger than the width of the narrow portion of the entrance. With respect to the third captured image of the measurement region captured by illumination from the illumination means such that the density level of the image of the hole is low and these high and low density levels can be easily distinguished, the second image By performing the feature amount extraction process of the image of the opening end of the hole that wraps the bubbles appearing in the measurement region using the second bubble image subjected to the process of extracting the image of the bubble hole of the form, A method for measuring bubbles in hardened concrete, comprising measuring bubbles contained in hardened concrete.
前記第1気泡画像と前記第2気泡画像各々に対して2値化処理を施し、各々第1二値化画像並びに第2二値化画像とし、該第1二値化画像と該第2二値化画像を合成することによって1個の合成気泡画像とし、該合成気泡画像に対して前記計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。 A binarization process is performed on each of the first bubble image and the second bubble image to form a first binarized image and a second binarized image, respectively, and the first binarized image and the second binarized image. by combining the binarized image as a single synthetic bubble image, and performs the feature amount extraction processing of the opening end of the hole surrounding the bubbles against the synthetic bubble image appearing in the measurement region according Item 2. A method for measuring bubbles in hardened concrete according to Item 1 . 前記第1二値化画像と前記第2二値化画像の白黒反転画像との間で排他的論理和による論理計算を行うことによって、前記第1二値化画像と前記第2二値化画像を合成することを特徴とする請求項2に記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。 The first binarized image and the second binarized image are obtained by performing a logical calculation by exclusive OR between the first binarized image and the black and white inverted image of the second binarized image. The method for measuring bubbles in hardened concrete according to claim 2 , wherein: 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記計測領域に対して複数の角度から拡散光を照射する照明手段であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。 The curing unit according to any one of claims 1 to 3 , wherein the illumination unit for capturing the third captured image is an illumination unit that irradiates diffused light from a plurality of angles to the measurement region. Bubble measurement method for concrete. 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第1照明手段と前記第2照明手段を含む複数の拡散光照明手段であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。 Said third illumination means when capturing an captured image, according to any of claims 1 to 3, characterized in that a plurality of diffuse illumination means including said first illuminating means and the second illumination means Method for measuring bubbles in hardened concrete. 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第3撮像画像の撮像用に設けた第3照明手段か、または前記第1照明手段のいずれかであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測方法。 Claim 1 where the illuminating means when imaging the third captured image, or the third illuminating means is provided for imaging of the third captured image, or, characterized in that either of said first illuminating means To 3. The method for measuring bubbles in hardened concrete according to any one of items 1 to 3 . 気泡を含有する硬化コンクリートの一部を用いて計測対象面を設定し、該計測対象面に開口する気泡を包む孔の開口端の形状を計測することによって前記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行う装置であって、
前記計測対象面の計測領域を撮像するディジタルカメラ、
該ディジタルカメラで撮像された画像に対して画像処理を行う画像処理装置、
前記計測領域に現れている略球形の気泡を包む孔の内面が陰にならないように照明するべく前記計測領域に対向して配置された第1照明手段、および、略球形の気泡を包む孔の内面が前記開口端の近傍を除いて陰になるように照明するべく前記計測領域に対向して配置された第2照明手段を照明手段として少なくとも具備し、
前記画像処理装置において、前記第1照明手段の照明によって前記ディジタルカメラで撮像された前記計測領域の第1撮像画像と前記第2照明手段の照明によって前記ディジタルカメラで撮像された前記計測領域の第2撮像画像との間の濃度差分処理によって作られた濃度差分画像である第1気泡画像と、
撮像画像において、略球形の気泡孔の内面と前記計測領域内の平面部分の濃度レベルが共に高く、断面形状が異形で入り口の狭い部分の幅よりも大きな深さを持つ第2の形態の気泡孔の像の濃度レベルが低く、これらの高低2レベルの濃度部分が容易に弁別可能となるような照明手段からの照明によって撮像された前記計測領域の第3撮像画像に対して前記第2の形態の気泡孔の像を抽出する処理を行った第2気泡画像とを使用して、前記計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の像の特徴量抽出処理を行うことによって、前記硬化コンクリートに含まれる気泡の計測を行うことを特徴とする硬化コンクリートの気泡計測装置。
A measurement target surface is set using a part of the hardened concrete containing air bubbles, and the shape of the opening end of the hole surrounding the air bubbles opening on the measurement target surface is measured to measure the air bubbles contained in the hardened concrete. A device for performing
A digital camera for imaging the measurement area of the measurement target surface;
An image processing apparatus that performs image processing on an image captured by the digital camera;
A first illuminating means arranged to face the measurement region so as to illuminate so that an inner surface of the hole surrounding the substantially spherical bubble appearing in the measurement region is not shaded; and a hole enclosing the substantially spherical bubble At least a second illuminating means arranged as opposed to the measurement region to illuminate the inner surface in the shade except for the vicinity of the opening end, as an illuminating means,
In the image processing apparatus, a first captured image of the measurement region captured by the digital camera by illumination of the first illumination unit and a first of the measurement region captured by the digital camera by illumination of the second illumination unit. A first bubble image that is a density difference image created by density difference processing between two captured images;
In the captured image, a second type of bubble having a high density level in both the inner surface of the substantially spherical bubble hole and the planar portion in the measurement region, the cross-sectional shape being irregular, and a depth larger than the width of the narrow portion of the entrance. With respect to the third captured image of the measurement region captured by illumination from the illumination means such that the density level of the image of the hole is low and these high and low density levels can be easily distinguished, the second image By performing the feature amount extraction process of the image of the opening end of the hole that wraps the bubbles appearing in the measurement region using the second bubble image subjected to the process of extracting the image of the bubble hole of the form, A device for measuring bubbles in hardened concrete, which measures bubbles contained in hardened concrete.
前記第1気泡画像と前記第2気泡画像各々に対して2値化処理を施し、各々第1二値化画像並びに第2二値化画像とし、該第1二値化画像と該第2二値化画像を合成することによって1個の合成気泡画像とし、該合成気泡画像に対して前記計測領域に現れている気泡を包む孔の開口端の特徴量抽出処理を行うことを特徴とする請求項7に記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。 A binarization process is performed on each of the first bubble image and the second bubble image to form a first binarized image and a second binarized image, respectively, and the first binarized image and the second binarized image. by combining the binarized image as a single synthetic bubble image, and performs the feature amount extraction processing of the opening end of the hole surrounding the bubbles against the synthetic bubble image appearing in the measurement region according Item 8. The bubble measuring device for hardened concrete according to Item 7 . 前記第1二値化画像と前記第2二値化画像の白黒反転画像との間で排他的論理和による論理計算を行うことによって、前記第1二値化画像と前記第2二値化画像を合成することを特徴とする請求項8に記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。 The first binarized image and the second binarized image are obtained by performing a logical calculation by exclusive OR between the first binarized image and the black and white inverted image of the second binarized image. The air bubble measuring device for hardened concrete according to claim 8 , wherein: 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記計測領域に対して複数の角度から拡散光を照射する照明手段であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。 The curing unit according to any one of claims 7 to 9 , wherein the illuminating unit for capturing the third captured image is an illuminating unit that irradiates diffused light from a plurality of angles to the measurement region. A bubble measuring device for concrete. 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第1照明手段と前記第2照明手段両方を含む複数の照明手段であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。 10. The lighting device according to claim 7 , wherein the lighting unit for capturing the third captured image is a plurality of lighting units including both the first lighting unit and the second lighting unit. 11 . Air bubble measurement device for hardened concrete. 前記第3撮像画像を撮像するときの照明手段が、前記第3撮像画像の撮像用に設けた第3照明手段か、または前記第1照明手段のいずれかであることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の硬化コンクリートの気泡計測装置。
7. the illuminating means when imaging the third captured image, or the third illuminating means is provided for imaging of the third captured image, or, characterized in that either of said first illuminating means To 9 for measuring a bubble of hardened concrete.
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