JP3728535B2 - 管内欠陥寸法測定システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は主に地中埋設管路の管内欠陥寸法測定システム及び方法に関し、詳しくはテレビ画像を利用して管内欠陥像の管軸に垂直な平面上でまた管軸方向で寸法測定するシステム及び方法に関する。

従来例では、孔壁面観測装置として、ボーリング孔や地下水などの孔壁面を撮影して全周画像に展開する際の座標変換を高速に行って孔壁面の全周展開画像を静止画像だけなく動画像で表示する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３１２８３５号公報（図１、図７、図９など）。

都市部では、電力送電用に高圧鉄塔ではなく、地中埋設管路を使用することが多い。地中埋設管路は、長年の使用における経年劣化などにより、一定の長さの単管を接合している継ぎ手部分における段差の発生や、管路自体の破損が発生することがある。

これまで、弾力性の高いロッドの先端に小型のテレビカメラを装着し、これを２００から３００ｍ程の長い管路内に挿入しながら、内部をテレビカメラで撮影し、撮影した映像をテレビモニターで観察して、管路の内部状況を目視によって点検してきた。

この場合、カメラが捉える管路内の画像の視野は狭く、全貌を把握することが困難であった。しかも、カメラと点検したい対象物との距離が正確に把握できないので、撮影された画像上で、欠陥寸法を特定することも、正確にはできなかった。さらに、管路の軸方向に発生している欠陥の場合、撮影された画面上では、欠陥の手前側は大きく、遠方側では小さく撮影されている。このような場合、管路の軸方向に沿って、寸法を正確に割り出すことは不可能であった。

従って、このような電力送電用の長い地中埋設管路を維持保全することを目的として実施される、管内部の予備点検作業において、いろいろな管内欠陥の状況を定量的に測定できることが、強く望まれていた。

本発明の課題は、前記した要望に応えて、そのような管内欠陥の態様を管軸に垂直な平面上で又は及び管軸方向などで寸法測定が可能な管内欠陥寸法測定システム及び方法を提供することである。

前記したシステムについて、この課題を解決するために、先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置と、押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示手段と、表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素当りの寸法が計算され、表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示手段と、表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示手段と、平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸方向などの寸法表示手段とをを具備する。

また前記した方法について、この課題を解決するために、先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置とを使用し、押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示工程と、表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素あたりの寸法を計算し、表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法を計算して表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示工程と、表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示工程と、平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法を計算して表示させる管軸方向などの寸法表示工程とを、具有する。

本発明によれば、管内の欠陥箇所を定量的に把握することができ、これらの欠陥箇所の修繕又は復元について正確な工法設計が容易に行われ、その工事着手も早期に行われる。

本発明による管内欠陥寸法測定システムは、先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置とからなり、押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示手段と、表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素当りの寸法が計算され、画面上の縦横に目盛りを表示させる目盛り表示手段と、表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示手段と、表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示手段と、平面展開画像上にも縦横に目盛りを表示させる目盛り表示手段と、平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸方向などの寸法表示手段と、処理装置に接続されたビデオ録画装置とを具備する。

本発明による管内欠陥寸法測定方法は、先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置とを使用し、押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示工程と、表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素当りの寸法が計算され、画面上の縦横に目盛りを表示させる目盛り表示工程と、表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示工程と、表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示工程と、平面展開画像上にも縦横に目盛りを表示させる目盛り表示工程と、平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸方向などの寸法表示工程と、を具有する。

本発明の好適な実施例は図面に基づいて説明される。
図１は、１実施例を示したハードウエアにおける系統的構成例示図であり、
１はテレビカメラでその先端に図示しない照明ランプが付設されている。２は先端にテレビカメラ１を装備した管内押し込みロッド、３は管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器、４はテレビカメラからの映像信号を受信し、処理装置に映像を送り込む画像入力器（Ａ／Ｄ変換器）、５は取り込んだ映像信号を処理する処理装置（ＣＰＵ、メモリなど）で、図示しないが付設されたキーボードにより既知の管路内径、例えば１００−１７５ｍｍの寸法が入力される。６はテレビカメラが撮影した映像を処理装置５が処理して表示するモニター装置を示す。
図２はこれら機器の配置関係の１例を示した見取り図である。図３及び４は本発明による管内画像例示図、図５は本発明による平面展開画像例示図である。
図示していない照明ランプは一般にＬＥＤが使われる。また、ロッド操作器は図示例ではリールからなり、ロッドの押し込み量計測器としてロータリエンコーダを利用した距離計が、図示していないが、付設されている。

管路を構成する単管の継ぎ目で起こる縦段差、横段差の欠陥寸法測定を目的とした管軸に垂直な平面の画像表示及び寸法測定は次のように行われる。
１．前述したように測定対象の管路の内径を、処理装置５に事前情報として入力する。
２．テレビカメラ１が撮影した管内映像を受信し、これを処理装置を介してモニター装置６の画面に表示させる。
３．管内に押し込みロッド２を操作して、管内の測定したい位置、つまり欠陥像を見出した位置でロッド２の動きを停止させ、さらにモニター装置６の画面を動画から静止画に変更して表示する。
４．次に、静止画像内で測定対象を含む仮想の断面円を想定し、その円周上の点を、数点程度、少なくとも３点、適当に、マウスのクリック等で、画面上で位置指定を行う。
５．その後、処理装置５は、位置指定された点を通過する円の式を自動計算し、画面上に円を描画する（図３、４参照）。
６．画面上に描画された円の直径は、予め管内の内径として入力されている値に等しいので、この内径値と、画面上に描画された円の直径値との両情報をもとに、描画している仮想の断面円に対して、画素当りの寸法（ｍｍ／画素）を計算する。
７．以上によって、仮想断面円内での画面上の寸法と実際の管路内での寸法との対応付けができたので、これによって、画面上に、ｍｍ目盛りの物差しを描画する（図３、４参照）。
８．描画された物差しを画面内で使用しながら、画面上での欠陥部位の寸法を実寸で測定することができる。画面上の２点、例えば欠陥像の両端をマウス等で位置指定（クリック）することで、指定した２点間の距離を、ｍｍ単位で測定表示させる（図４参照）こともできる。
画面上での測定操作の経緯は、生のテレビ画像はもちろんのこと、処理装置５が生成した仮想円や測定値情報なども含まれ、処理装置４に接続されたＶＴＲ７へ出力、録画することもでき、これを再生して映像を含む点検報告書が作成できる。

管軸に沿っての欠陥寸法測定を目的とした管軸方向での画像表示及び寸法測定は次のように行われる。
１．前述したように測定対象の管路の内径を、処理装置５に事前情報として入力する。
２．テレビカメラ１が撮影した管内映像を受信し、これを処理装置５を介してモニター装置６の画面に表示させる。
３．管内に押し込みロッド２を操作して、管内の測定したい位置、つまり欠陥像を見出した位置でロッド２の動きを停止させ、さらにモニター装置６の画面を動画から静止画に変更して表示する。
４．次に、静止画像内で測定対象を含む仮想の断面円を想定し、その円周上の点を、数点程度、少なくとも３点、適当に、マウスのクリック等で、画面上で位置指定を行う。
５．その後、処理装置５は、クリックされた点を通過する円の式を自動計算し、画面上に描画する（図３参照）。
６．次に、画面上で管路の無限遠点＋を想定し、この点をマウスで位置指定（クリック）する（図３参照）。
７．処理装置５により画像展開処理を実行させると、無限遠点＋を含む管内画像を、管路を切り開いて平面に展開した画像に変換して表示する（図５参照）。展開画面の縦軸方向に、管内の円周に沿った線画像が展開されている。また、横軸方向に、その円周上の位置から管軸に沿った方向に画像が展開されている。横軸の特定の位置に生成した仮想円が、縦の直線として表示される。
８．画面上に描画された仮想円の直径は、予め、管の内径として入力されている値に等しいので、予め入力されている内径値と、画面上に描画された円の直径値との両情報をもとに、描画している仮想の断面円に対して、画素あたりの寸法（ｍｍ／画素）を計算する。展開画像中の仮想円は、縦方向の直線として表示され、その長さは管の内周値に等しい。また、仮想円の位置から無限遠点＋に向かっての管軸に沿っての各断面円も、その寸法は、仮想円の位置での縦方向の縮尺に合わせて表示する。
９．以上によって、展開画像は、縦軸及び横軸とも縮尺が等しい展開画像として表示される。展開画面内には、ｍｍ目盛の物差しを描画する（図５参照）。
１０．以後は、平面に展開された画像の上で、描画された物差しを利用しながら、管路の奥行き方向（展開画像の横軸方向）にも、円周方向（展開画像の縦軸方向）にも、画面上での欠陥部位の寸法を実寸で測定することができる。画面上の２点、例えば欠陥像の両端をマウス等で位置指定（クリック）することで、指定した２点間の距離を、ｍｍ単位で測定表示させる（図５参照）こともできる。

次に、管内画像を平面画像に展開する方法について説明する。
図６では、管路内に高さＨ０の同じ大きさの物体が、奥行き方向に４個並んでいるとする。それぞれの物体までの距離は、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とする。Ｌ０の位置で各物体が観察される大きさを比較すると、Ｌ１にある物体は、高さＨ１として観察され、Ｌ２にある物体は高さＨ２として観察され、同様に、Ｌ３にある物体は高さＨ３として観察される。
三角形の相似の関係から、Ｈ１／Ｌ０＝Ｈ０／Ｌ１となる。
同様に、Ｈ２／Ｌ０＝Ｈ０／Ｌ２、Ｈ３／Ｌ０＝Ｈ０／Ｌ３が得られる。
これらの関係から次式が求められる。
Ｌ０・Ｈ０＝Ｌ１・Ｈ１＝Ｌ２・Ｈ２＝Ｌ３・Ｈ３＝Ｃ０（一定）
ここで、Ｃ０は、カメラレンズの特性やカメラのＣＣＤ素子の特性で定まるシステム定数である。
図７は管路内画像を、図８はそれを展開して得られる平面画像を模式的に示している。 図７においては、作成した仮想円Ｃは、Ｅ点（カメラの位置で図６参照）からの距離がＬ０の位置で作成されたものとする。また、無限遠点＋を図７の点０として定めるものとする。図７のハッチング部分は、管路内の欠陥部分を模式的に示している。

次に図７の仮想円Ｃ上のＳ点が、図８の展開画像上の、どの位置に写像されるかを説明する。仮想円Ｃ上の点は、カメラからの距離がすべてＬ０となっているので、図８では仮想円Ｃそのものは縦軸に平行な直線となる。今、この直線を図８の左端縦軸に一致させて表現したとする。仮想円Ｃ上の点は、図８の左端縦軸上の点となり、今、Ｓ点は、図８に示した位置にあるとする。

図７で、Ｓ点から無限遠点であるＯ点に至る直線は、図８では、Ｓ点を通る横軸（Ｘ軸）に平行な直線となる。ただし、図７で、Ｓ点からＯ点に至る道のりは、だんだんと立体的に遠ざかっていくため、Ｏ点に近づくほどに、その変化は小さくなる。
一方、図８では、縦横比を一定にして展開しているので、Ｓ点からＯ点に至る道のりは、常に一定の変化を伴って右側のＯ点に接近していくことになる。

図７と図８におけるＳ点からＯ点への変化は、次のように説明できる。
管路に沿って任意の位置Ｌのときの像の観察のされ方は、以下のようになる。
Ｌ０・Ｈ０＝Ｌ・Ｈ＝Ｃ０
ここで、Ｈは位置Ｌにおける像の見える大きさとする。
像の見える大きさＨを、図７における着目する位置と無限遠点Ｏとの間隔に対応させると、前式は次のように変形できる。
Ｌ０・線分ＳＯ＝Ｌ・δ
これより、δ＝線分ＳＯ・（Ｌ０／Ｌ）

以下では、これまでの説明を整理して、図８の展開画像を作成するとき、その各点の濃淡情報は、図７のどの位置に相当するのかを求めるという観点から説明する。
仮想円Ｃを示す図８の縦直線上（横軸はＬ０の位置）で、まず任意の１点Ｓ点を指定する。このＳ点が図７の仮想円周Ｃ上のどの位置かを物理的な関係から決定する。どの位置かが分かれば、その濃度情報を図８の横軸Ｌ０，縦軸Ｓに相当する位置に転記する。

次に、図８において、Ｓ点から、横軸に平行に、Ｏ点（無限遠点）に向かって、適切な刻みで、進行しつつ、各点が図７のどの位置の濃度に相当しているかを計算し、当該濃度情報を転記していく。どの位置に相当するのかの計算は、前出のδ＝線分ＳＯ・（Ｌ０／Ｌ）によって、図８の横軸各Ｌに対して、δ値を求め、線分ＳＯ上で、Ｏ点からＳ点に向かってδの位置の濃度情報を転記していく。

１実施例を示したハードウエアにおける系統的構成例示図。 機器の配置関係の１例を示した見取り図。 欠損部を写した管内画像例示図。 段差部を写した管内画像例示図。 図３の平面展開図。 平面展開図に関する予備的説明図。 管内画像の模式図。 平面展開図の模式図。

符号の説明

１ テレビカメラ ２ 管内押し込みロッド
３ 押し込みロッド操作器 ４ 画像入力器
５ 処理装置 ６ モニター装置
７ ＶＴＲ

Claims (8)

1. 先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置とからなり、
   押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示手段と、
   表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素当りの寸法が計算され、表示された欠陥対象などを２点でマウスによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示手段とを
   具備していることを特徴とする、管内欠陥寸法測定システム。
2. 画素当りの寸法が計算されて、画面上の縦横に目盛りを表示させる目盛り表示手段を具備していることを特徴とする、請求項１に記載の管内欠陥寸法測定システム。
3. 表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示手段と、
   平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法が計算されて表示させる管軸方向などの寸法表示手段とを
   具備していることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の管内欠陥寸法測定システム。
4. 平面展開画像上にも縦横に目盛りを表示させる目盛り表示手段を具備していることを特徴とする、請求項３に記載の管内欠陥寸法測定システム。
5. 処理装置にビデオ録画装置が接続されていることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の管内欠陥寸法測定システム。
6. 先端に照明ランプとテレビカメラとを設けた管内押し込みロッドと、このロッドの管内押し込み量などを管理する押し込みロッド操作器と、テレビカメラの映像信号を取り込み処理する処理装置と、処理された映像を表示するモニター装置とを使用し、
   押し込みロッドを押し込みながら管内の前方全周面に対するテレビ動画像をモニターし欠陥対象を見出した位置で静止画像として表示させる管内全周面画像表示工程と、
   表示画面上で欠陥対象を含んだ仮想の断面円を想定してその円周上に少なくとも３点をマウスなどによりクリックして描画された円と既に入力された管路の内径値とにより画素あたりの寸法を計算し、表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法を計算して表示させる管軸に垂直な平面上の寸法表示工程とを
   具有することを特徴とする、管内欠陥寸法測定方法。
7. 表示画面上で管路の無限遠点を想定してその点をマウスなどによりクリックすることにより、描画された円周の線分をＹ軸にしてその円周上の等間隔位置と無限遠点を結ぶ線上の濃度値をＸ軸上に転記して管路を軸方向に切り開いた平面に展開した画像を表示させる平面展開画像の表示工程と、
   平面展開画像上で表示された欠陥対象などを２点でマウスなどによりクリックすることにより、その寸法を計算して表示させる管軸方向などの寸法表示工程とを
   具有していることを特徴とする、請求項６に記載の管内欠陥寸法測定方法。
8. 請求項６又は請求項７に記載の方法の実施に直接使用されることを特徴とする、管内押し込みロッドと押し込みロッド操作器との組み合わせ。