JP4186117B2 - ひび割れ検出方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート壁面等の物体表面のひび割れを検出する方法及び装置に関するものである。

２次元カメラを用いて撮影した画像を処理し、路面のひび割れを検出する装置として特許文献１に示す技術がある。この特許文献１の出願前のひび割れ検出装置は、路面の一枚の原画像をデジタル化して二値化処理することでひび割れを抽出し、抽出されたひび割れの数量を算出し、所定の計算方法で算出したひび割れ数量のしきい値と比較することでひび割れ部分であるか否かを判定していた。ところが、明部と暗部との境界付近にあるひび割れ部分は、抽出した暗部に埋もれてしまい抽出できなくなり、検出精度が低下するという欠点があった。
そこで、この特許文献１の技術では、一枚の画像データを明部エリアと暗部エリアとに別けてそれぞれを二値化して濃度値と濃度値ヒストグラムを作成し、明部エリアと暗部エリアとのそれぞれにおいて濃度値をしきい値と比較してひび割れを抽出することで、明部と暗部との境界付近にあるひび割れでも検出できるようにしている。
特開平９−６１１３８号公報

ところが、前記特許文献１の技術では、一枚の画像データから濃度値ヒストグラムを作成しており、ひび割れと判断して抽出された画像データの結果が、黒い汚れや架線の影が黒い線となって撮影されている場合であっても、しきい値を越える濃度差となって表されるのでこれをひび割れと誤って判断するという欠点があった。

本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、可視画像から精度よくひび割れを検出することのできる検出方法及び装置を提供せんとするものである。

而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、物体表面を照らす光源の角度を変化させながら複数枚の画像を撮影し、各画像データにおける画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出し、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散が前記とは異なる所定のしきい値以下の部分をひび割れとして抽出することを特徴とするひび割れ検出方法である。

本発明が採用した請求項２の手段は、光源を所定角度ごとに複数配列し、画像を撮影する手段を一つとして、各光源ごとの画像を撮影するようにした請求項１に記載のひび割れ検出方法である。

本発明が採用した請求項３の手段は、光源を一つとし、所定角度ごとに配列した複数の画像撮影手段で複数枚の画像を撮影し、各画像データにおける画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出し、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散が前記とは異なる所定のしきい値以下の部分をひび割れとして抽出することを特徴とするひび割れ検出方法である。

本発明が採用した請求項４の手段は、物体表面に対して異なる角度から光を照射する光源と、物体表面の画像データを取得するデジタルカメラ等の画像取得手段と、前記取得した画像データから画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出する画像処理部と、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散を算出すると共にこの分散を前記とは異なる所定のしきい値と比較する演算処理部と、ひび割れであると判定した画像データを出力する画像データ出力部とで構成したことを特徴とするひび割れ検出装置である。

請求項１の発明にあっては、物体表面を照らす光源の角度を変化させながら複数枚の画像を撮影し、各画像データの同一測定対象部位の画素値を比較することによってひび割れであるか否かを判定するようにしている。ひび割れである場合には、同一の測定対象部位であれば光源の角度が異なっても同一の画素値が得られる。これに対して、黒い汚れや影等である場合は、同一測定対象部位についての画素値が光源の角度によって異なる。従って、異なる角度から照射した同一測定対象部位についての画素値を比較することにより、真実のひび割れか、汚れや影であるかの判断が高精度に可能である。

請求項２の発明にあっては、前記請求項１の発明における光源の角度を変化させる手段として、光源を所定角度ごとに複数配列し、画像の撮影手段を一つとしている。これにより、撮影手段を固定しておいて、各光源から照射したときの同一対象物についての画像を撮影し、光源の角度が変化した複数枚の画像を得るようにしている。

請求項３の発明にあっては、前記請求項２の場合とは逆に、画像の撮影手段を所定角度ごとに複数配列し、光源を一つとしている。そして、各撮影手段で画像を撮影することにより、光源の角度が変化した複数枚の画像を得るようにしている。

請求項４の発明は、請求項１の発明を実現するための装置の発明である。これにより、黒い汚れや影等を区別し、真実のひび割れのみを確実に検出することが可能となる。

以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１〜図４は本発明の一実施の形態に係るものである。図１はひび割れ検出装置１の構成を示す全体システム図、図２は同装置１の処理フローを示すブロック図、図３はひび割れ検出方法を説明するための原理図、図４は実験結果を示す図面である。
同図に示す如く、この実施の形態のひび割れ検出装置１は、コンクリート壁面５の表面に対して光を照射する光源２と、該光源２から照射された光の反射光を受光し、画像データを取得するための画像取得手段としてのデジタルカメラ３と、このデジタルカメラ３の画像データを処理し、データ出力する中央演算処理装置（パソコン）４とで構成されている。

この実施の形態のひび割れ検出装置１では、単一のデジタルカメラ３を使用し、光源２を所定角度ごとに複数配設するようにしている。なお、画像取得手段としてのデジタルカメラ３と光源２との関係は、この逆の場合、すなわち、画像取得手段としてのデジタルカメラ３を所定角度ごとに複数配設し、単一の光源２を用いるようにしてもよい。

ところで、本発明におけるひび割れの検出原理は、黒い汚れや影等の場合は光の照射角度が変わると、画像取得手段に取得された画像データの画素値（輝度値）が異なるのに対し、真実のひび割れの場合は光の照射角度が変わっても画像取得手段で取得された画像データの画素値はほとんど変化がないということを発見したことに基づくものである。この原理に基づき、いろいろな角度から照射した光によって取得した同一測定対象部位（同一測定ポイント）における画像データの画素値を比較判断することで、真実のひび割れか、黒い汚れや影等であるかを判断するようにしている。

本発明におけるひび割れ検出方法の処理フローでは、図２に示すように、先ず、同一測定対象部位について、光の照射角度を変えて画像データを取得している。次いで、画像処理部で、画像データの画像領域のうち、例えば、撮影範囲全部を特定されたひび割れ測定対象領域とする処理を行っている。そして、演算処理部において、それぞれの画像データの画素値（輝度値）を演算している。続いて、ひび割れ抽出部において、演算した各画像データの画素値（輝度値）を比較し、所定のしきい値以下の部分をひび割れらしき部分として抽出している。そして、それぞれの画像データの画素値（輝度値）の分散が、前記しきい値とは異なる所定のしきい値以下の部分をひび割れとして抽出するようにしている。ひび割れとして抽出されたデータは、保守部門におけるサーバー等へ出力され、データベース化されると共に、ひび割れの修復のために利用されることになる。

次に、図３に示す実験結果について説明する。実験は、実際にコンクリート壁面５に対してひび割れＨと、焦げ茶色のツヤ無しペンキを塗布した部分Ｐと、黒色のサインペンによる汚れ部分Ｓとを意図的に作成して行った。そして、コンクリート壁面５に対して、１５度ごとに配設した７個の光源２から光の強度を一定にして順次、光を照射し、そのときの画像データを単一のデジタルカメラ３で取得した。デジタルカメラ３で取得した画像データは、前記７個の光源２から照射された光の反射光をそれぞれ撮影したものである。次に、これらの照射角度の異なる同一の測定対象部位についての画像データを比較し、画像データの画素値（輝度値）をパソコン４で演算処理して比較した。

比較結果を図式化したのが、図４である。この図４によれば、光源２から照射される光の角度が変わった場合、焦げ茶色のツヤ無しペンキを塗布した部分Ｐと、黒色のサインペンによる汚れ部分Ｓとでは、画像データの画素値（輝度値）にバラツキが大きいことが明らかである。これに対して、真実のひび割れの部分Ｈにあっては、画像データの画素値（輝度値）は、光源２から照射される角度が変わった場合であってもほとんど変化がなく、安定している。なお、図４における縦軸の画素値（輝度値）の数値は、２５６階調での分解値である。

これらのことから、ひび割れの抽出は、同一測定対象部位について、光の照射角度を変えて画像データを取得し、それぞれの画像データの画素値（輝度値）を比較して、画素値（輝度値）の分散が、しきい値以下の部分をひび割れとして抽出すればよいことが明らかである。

ところで、本発明のひび割れ検出方法及び装置は、建物や塀等の構造物の平面的な壁面及び曲面的な壁面への適用が可能であるが、トンネル内のコンクリート壁面のひび割れ自動検出へ適用することも当然に可能である。トンネル内のコンクリート壁面へ適用する場合は、一般道路上の走行とレール上の走行が可能な軌陸車に本発明の装置を組み込み、目的地のトンネル近くの駅構内や車両基地まで一般道路を走行した後、レール上を走行し、トンネル内のコンクリート壁面に対して照射角度を変えながら光を照射して画像を取得し、各画像の画素値（輝度値）を比較してひび割れを検出すればよい。なお、軌陸車へ組み込むひび割れ装置は、光源を一つとし、デジタルカメラ等の画像取得手段を軌陸車の周囲に複数設置するようにしてもよく、これとは逆に、光源を軌陸車の周囲に複数設置し、デジタルカメラ等の画像取得手段を一つ設けるようにしてもよい。

またひび割れ検出対象物の素材は、特に限定されるものではなく、木材であっても、コンクリート壁面であっても、金属や合成樹脂であってもよい。全ての材料についてのひび割れ検出が可能である。また画像取得手段としては、デジタルカメラ以外にも、他の撮像機器が適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るひび割れ検出装置の全体構成を示すシステム図である。 本発明の一実施の形態に係るひび割れ検出装置の処理フローを示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るひび割れ検出方法を説明するための原理図である。 本発明の一実施の形態に係るひび割れ検出装置の実験結果を示す図面である。

符号の説明

１…ひび割れ検出装置、２…光源、３…画像取得手段（デジタルカメラ）、４…画像処 理及び演算処置装置（パソコン）、５…コンクリート壁面、Ｈ…ひび割れ

Claims (4)

1. 物体表面を照らす光源の角度を変化させながら複数枚の画像を撮影し、各画像データにおける画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出し、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散が前記とは異なる所定のしきい値以下の部分をひび割れとして抽出することを特徴とするひび割れ検出方法。
2. 光源を所定角度ごとに複数配列し、画像を撮影する手段を一つとして、各光源ごとの画像を撮影するようにした請求項１に記載のひび割れ検出方法。
3. 光源を一つとし、所定角度ごとに配列した複数の画像撮影手段で複数枚の画像を撮影し、各画像データにおける画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出し、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散が前記とは異なる所定のしきい値以下の部分をひび割れとして抽出することを特徴とするひび割れ検出方法。
4. 物体表面に対して異なる角度から光を照射する光源と、物体表面の画像データを取得するデジタルカメラ等の画像取得手段と、前記取得した画像データから画素値が所定のしきい値以下の部分を抽出する画像処理部と、各画像データから抽出した所定のしきい値以下の部分のうちで同一測定対象部位における画素値の分散を算出すると共にこの分散を前記とは異なる所定のしきい値と比較する演算処理部と、ひび割れであると判定した画像データを出力する画像データ出力部とで構成したことを特徴とするひび割れ検出装置。

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