JP4223355B2 - 管内撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水管などの、流水が存在する管の内部を撮影する管内撮影装置に関する。

小径管の下水道の検査においては、そこに流れる流水を止め、広角レンズや魚眼レンズ等により一台の撮影機で管内を移動しながら、管の内面を撮影している。

一方、小径管の下水道に対して、大口径の下水幹線では、常時使用され連続して下水が流れるため、流水を止めることが出来ない。このため、大口径の下水幹線については、撮影機を搭載した船体を管内に入れて、流水に浮かんだ状態で撮影機を移動あるいは回転させて撮影、あるいは、複数の撮影機で同時撮影している。

その結果、流水による船体の揺れが生じ、撮影した画像にも揺れ（ぶれ等）が生じ、全管内を洩れなく詳細に撮影することが困難な場合がある。

そこで、例えば、特許文献１に記載されているように、水上航行体に水平方向に広がる水中翼を設け、水上航行体の揺れを抑制する技術がある。

なお、流水が常時存在する下水道管等の検査装置の他の例としては、特許文献２に記載された技術がある。

特開平７−２１６９７２号公報

実開平７−４１４２４号公報

しかし、上記従来技術にあっては、水上航行体の揺れを抑制することはできるが、揺れが発生したときに撮影された画像か揺れが発生していないときに撮影されたものかの判断ができず、信頼性が高い撮影画像とそうではないものとが混在し、全体の画像として、信頼性を向上することが困難であった。

画像に対する揺れの影響を少なくするためには、流水を減らし、揺れそのものを減らす方法が考えられるが、上述したように、大口径の下水幹線は常時使用されることから管内撮影のために、流水を減少させることは難しい。

このため、揺れの少ないであろう時間帯を判断して、短時間で管内撮影を終了させることも考えられるが、管内表面の調査に必要な分解能を確保するためには多数の画像を撮影する必要があり、揺れの少ないであろう短い時間帯内で管内全長の全撮影を行うことは困難である。

本発明の目的は、流水を減少させることなく、流水による揺れの影響を低減し、全管内を洩れなく詳細に撮影することが可能な管内撮影装置を実現することである。

上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。
（１）流水が存在する管内を管軸方向に移動する移動体と、この移動体に搭載され、移動体の移動方向を回転軸として回転可能な撮影手段とを有する管内撮影装置において、撮影手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記撮影手段の水面に対する傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、移動体の管内における移動位置を検出する移動位置検出手段と、撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように撮影手段の撮影時期を制御する制御手段と、上記回転角度検出手段からの回転角度情報、移動位置検出手段からの移動位置情報、撮影手段からの撮影画像情報及び傾斜角度検出手段からの傾斜角度情報に基づいて、上記管の内面画像を作成する手段であって、上記隣接する画像が互いに重複する領域のうち、傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が小である方の領域の画像を用いて上記管の内面画像を作成する内面画像作成手段とを備える。

（２）流水が存在する管内を管軸方向に移動する移動体と、この移動体に搭載され、移動体の移動方向を回転軸として回転可能な撮影手段とを有する管内撮影装置において、撮影手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、上記撮影手段の水面に対する傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、移動体の管内における移動位置を検出する移動位置検出手段と、撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように撮影手段の撮影時期を制御すると共に、上記撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の軸方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように撮影手段の撮影時期を制御する制御手段と、上記回転角度検出手段からの回転角度情報、移動位置検出手段からの移動位置情報、撮影手段からの撮影画像情報及び傾斜角度検出手段からの傾斜角度情報に基づいて、上記管の内面画像を作成する手段であって、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域及び上記管の軸方向に隣接する画像が互いに重複する領域のうち、上記傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が小である領域の画像を用いて上記管の内面画像を作成する内面画像作成手段とを備える。

（３）好ましくは、上記（１）又は（２）において、上記内面画像作成手段が作成する上記管の内面画像は、管の内面の展開画像である。

撮影と同時に撮影位置、撮影角度及び撮影傾斜角度の計測を行い、互いに複数輻輳するように複数の画像を撮影し、複数の撮影画像の中から揺れの少ない（即ち傾斜の緩い）画像を、管内が網羅されるように抽出し、これらの抽出した画像により管内を調査する。

輻輳する複数の画像から傾斜の緩い画像を抽出することで傾斜の緩い画像を集めることができ、これらの抽出した画像から画像の位置情報、角度情報から重複する箇所を切り取り、重複する箇所を無くした管内展開画像を作成することでき、必要最小限の画像を確認することで調査を実施できる。

また、調査箇所の場所（位置、角度）を確認することができる。

なお、同一箇所の撮影を多くし、抽出対象画像を増やすことで流水による揺れの影響をより低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、流水を減少させることなく、流水による揺れの影響を低減し、全管内を洩れなく詳細に撮影することが可能な管内撮影装置を実現することができる。

また、撮影時の画像毎に傾斜角度情報を得ることができるので、撮影画像の信頼性を判断することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である管内撮影装置の概略構成図である。

図１において、移動体（船体）２は回転する撮像手段としてのカメラ３１を有する撮影装置３を搭載している。そして、移動体２は、撮影すべき管（下水管）１内の流水に浮かんでおりワイヤー５ａがこの移動体２に接続されている。

上流側のマンホール１ａ上にはウィンチ５が設置され、このウィンチ５に巻かれたワイヤー５ａを緩めることにより移動体２が下流に移動する。カメラ３１は、移動体２の進行方向の中心軸（管１のセンター）に平行な軸を中心軸３ａとして、同一方向に一定速度で回転するように構成されている。

移動体２の管軸位置ｘは、ウィンチ５に取り付けた回転数検出器６により検出された回転数信号に基づき、回転数を情報処理装置４にて積分等の処理を行い、し計測することができる。この情報処理装置４は、移動位置検出手段として機能する（図２参照）。

移動体２には、その側面側にセンタリング及び浮きとしての機能を有する手段２ａ、２ｂが備えられ、管１内のセンターを移動するようになっている。また、移動体２の底面側には、車輪２ｃ、２ｄが備えられ、下水管１の流量が少ない場合には、車輪２ｃ、２ｄにより移動可能となっている。

また、撮影装置３はケーブル７ａを介して情報処理装置４に接続されている。ケーブル７ａは、ケーブルリール７により繰り出される。

図２は、撮影装置３及び情報処理装置（画像処理装置）４の概略構成図である。
図２において、撮影装置３ではモータ３２によりカメラ３１が一定回転数で軸を中心に回転され、回転角度検出手段としての回転角度検出器３３により検出されたカメラ３１の回転角度を示す回転角度信号３３ａが制御手段であるデータ処理装置３５に供給される。そして、データ処理装置３５は、カメラ３１の回転角度が撮影する角度となると、外部同期信号３１ａをカメラ３１へ出力する。

外部同期信号３１ａに同期してカメラ３１が撮影を行い、撮影した映像信号３１ｂが、データ処理装置３５に取り込まれる。

撮影装置３は、この撮影装置の傾斜角度（管１の軸方向への傾斜角度及び管１の軸に直交する方向への傾斜角度つまり水面に対する傾斜角度θ：図１参照）を検出する傾斜角度検出手段としての傾斜角度検出器３４を備えており、データ処理装置３５は、傾斜角度検出器３４が検出した傾斜角度信号３４ａを同時に取り込み、画像、カメラ回転角度、傾斜角度の各情報や、撮影時刻をケーブル７ａを通じて情報処理装置４へ伝送する。

情報処理装置（画像処理装置）４では、これらの画像、データ（カメラ回転角度及び傾斜角度や撮影時刻等）の蓄積、抽出、展開画像の作成を行う。情報処理装置４は、内面画像作成手段として機能する。

図３は、データ処理装置３５で行う撮影アルゴリズム及び情報処理装置４で行う展開画像作成アルゴリズムを示すフローチャートである。

図３のステップ１００において、データ処理装置３５はカメラ回転角度を検出し、ステップ１０１で、一定角度毎にカメラ３１へ外部同期信号３１ａを出力する。

次に、ステップ１０２において、カメラ３１から画像（映像信号３１ｂ）を入力し、撮影時刻を記録する。

そして、ステップ１０３において、ステップ１０２で入力した画像の撮影時における、傾斜角度（傾斜角度信号３４ａ）を傾斜角度検出器３４から入力する。

さらに、ステップ１０４において、画像、傾斜角度、カメラ回転角度、撮影時刻を記憶し、所定回数撮影が行われていなければ、ステップ１００に戻る。

ステップ１０４で、所定回数撮影が終了すれば、ステップ１０５に進み、管１の円周方向１回転分の画像及び画像付属データ（傾斜角度、カメラ回転角度、撮影時刻）を蓄積し情報処理装置４へ伝送する。

図４は、撮影イメージを示す図である。
図４において、管１の内面の円周方向の撮影は、隣接する画像と一部が重複するように撮影する。図４に示した例では、管軸に直交し、かつ水面に直交する方向（鉛直方向）の軸を基準として、撮影範囲を−１２０°〜＋１２０°、カメラ３１の画角を５８°、撮影角度ピッチを５０°とした場合を示している。

この図示例では、隣接する画像との重複角度は８°であり、５枚の画像により−１２０°〜＋１２０°の範囲を撮影している。

ここで、１周回５枚の画像を１シーンとすると、各シーン毎の間隔ΔＬ（管１の軸方向の間隔であり、一画像の管軸方向長Ｌより小である）は、移動体速度をＶ、カメラ３１の回転周期をＴとすると、ΔＬ、Ｖ、Ｔの関係は次式（１）で表される。
ΔＬ＝Ｖ×Ｔ −−−（１）
情報処理装置４は、ウィンチ５の回転数を入力し、積分等することにより撮影装置３の、予め定めた基準点からの軸位置Ｘを計算し、同時にこの位置検出時刻を記録する。

さらに、情報処理装置４は、データ伝送装置３５から画像及び画像付属データ（傾斜角度、カメラ回転角度、撮影時刻）を入力し、画像位置検出時刻と撮影時刻とから、その撮影時刻で撮影した画像の撮影位置Ｘを求め、そのときの傾斜角度、カメラ回転角度、撮影位置を画像付属データとして画像とセットで保存する。

なお、移動体２が管軸方向に移動しつつ、撮影するため、１シーン内において、隣接する画像どうしは、移動体２の移動速度に応じて管軸方向にずれている。

１シーンを単位として１シーン内の１番目の画像及び画像付属データに基づいて、管軸方向の一定ピッチをＬｐとして、ｎＬｐ（ｎは自然数であり、任意の値）毎に、一定前後範囲α内で最も傾斜角度の小さい（即ち揺れの少ない）シーンを抽出する。図４及び図５に抽出イメージを示す。

ここで、画像のＸ軸方向の長さをＬとすると、抽出幅α、抽出ピッチＬｐ、抽出幅α内のシーン数Ｎを、次式（２）、（３）に示す条件とすることで管１内を洩れなく撮影する画像を集めることができる。

α≧Ｎ×Ｖ×Ｔ −−−（２）
Ｌｐ≦Ｌ−Ｎ×Ｖ×Ｔ −−−（３）
図４及び図５は、Ｎ＝３の場合の例を示し、撮影画像の中で傾斜が緩く（揺れが少なく）、かつ隣接する画像同士が重複しており、管１内を洩れなく撮影した画像シーンのイメージを示している。

図６は、互いに隣接する画像から重複する箇所を切り取った画像イメージを示す図である。
各画像に付属するデータである、カメラ回転角度、撮影位置により隣接する画像の重複する箇所（管の円周方向に隣接する箇所及び管の軸方向に重複する箇所）を計算し、重複する箇所のうち、傾斜角度が大の方の画像を切り取る（即ち傾斜角度が小の方の画像を用いる）ことにより管内を展開した画像即ち展開画像を作成することができる。

図６に示す破線が展開画像を示す。また、展開画像を圧縮することで一定サイズの画面又は用紙にまとめた管内の全体像を示す報告書用展開画像を作成できる。図７に報告書用展開画像の一例を示す。

図６において、管１の径、円周方向の角度（撮影範囲、カメラ３１の画角）から、円周方向の隣どうしのラップ量（隣接する画像との重複角度）を計算し、計算した撮影角度の範囲にて画像を選択し、切り取ることとなる。

まず、１列目の５枚目の図上左端（移動体２の出発点側）の位置が、１列目の左端となるように、残りの１〜４枚目の画像を切り取る。そして、２列目の５枚目の図上左端の位置が、１列目の右端となるように、１列目の１〜５枚目の画像を揃える。

２列目の右端は、３列目の５枚目の図上左端の位置が、２列目の右端となるように、２列目の１〜５枚目の画像を切り取り揃える。

３列目の右端は、この３列目の１枚目の右端が、３列目の１〜５枚目の右端となるように、３列目の２〜５枚目の画像を切り取り揃える。

シーン数Ｎが４以上の場合も、上述したＮ＝３の場合と同様にして画像を揃えることができる。

以上説明した画像展開処理を図３に示したフローチャートのアルゴリズムにより、全体的に説明する。
図３のステップ２００及び２０１において、情報処理装置４は、ウィンチ５の回転数を入力し、積分等して撮影装置３の位置を算出して、そのときの位置計測時刻を記録する。

次に、ステップ２０２及び２０３において、情報処理装置４は、同図の撮影アルゴリズムのステップ１０５で伝送された、画像、回転角度、傾斜角度データ及び撮影時刻を入力し、撮影時刻に対応する位置計測時刻を選択し、その撮影時刻における撮影装置３の位置を算出する。

続いて、ステップ２０４において、画像、回転角度、傾斜角度データ及び位置データを１セットとしたデータグループを蓄積する。

上記ステップ２０２〜２０４は、撮影装置３からのデータ入力が終了するまで繰り返し行われる。

次に、ステップ２０５において、１回転分の画像、回転角度、傾斜角度データ及び位置データのデータグループを１シーンとして定義し、ステップ２０６において、一定ピッチＬｐ毎に、前後αの範囲で傾斜角度の最も小さな（揺れの最も少ない）シーンを選択する。

これにより、管１の円周方向で重複する画像、及び管１の軸方向で重複する画像のうち、最も傾斜角度が小さい場合の画像が選択される。

続いて、ステップ２０７において、管径（管１の径）、円周方向の角度（撮影範囲、カメラ３１の画角）により円周方向の隣接する画像同士のラップ量（隣接する画像との重複角度）を計算し、各撮影角度の範囲で画面を切り取る。

そして、ステップ２０８において、隣接するシーンでラップする距離を算出する。
次に、ステップ２０９において、展開画像を作成する。

以上のように、本発明の一実施形態によれば、複数の画像は互いに重複する領域を備え、管の円周方向に重複する領域及び管の軸方向に重複する画像（管の円周方向のみならず管の軸方向に重複する画像を含む）のうち、傾斜角度検出器３４により検出された傾斜角度が最も小さい画像を選択して、画像を構成し、展開図を作成するようにしたので、流水を減少させることなく、流水による揺れの影響を低減し、全管内を洩れなく詳細に撮影することが可能な管内撮影装置を実現することができる。

また、撮影時の画像毎に傾斜角度情報を得ることができるので、撮影画像の信頼性を判断することが可能となる。

なお、カメラ３１にアンチローリング機能を持たせることも可能である。アンチローリング機能を持たせるように構成すれば、よりぶれの少ない画像を撮影することができる。

また、撮影シーンを増やすことにより、より揺れの影響を少なくすることができる。

この場合、重複する画像領域を多くすると、情報処理装置４のメモリの使用領域が多くなるが、撮影した画像の内、抽出した画像のみ保存し、他の画像を廃棄することにより、メモリリソースを有効に活用することができる。

上述した実施形態においては、情報処理装置４を移動体２外に設置した例であるが、情報処理装置４を移動体２に搭載することも可能である。

また、移動体２は、ウィンチ５によりその移動速度を調整しているが、ウィンチ等によらず、自走手段等により自力で移動速度を調整可能とすることもできる。

本発明の一実施形態である管内撮影装置の概略構成図である。 撮影装置及び情報処理装置の概略構成図である。 撮影アルゴリズム及び展開画像作成アルゴリズムを示すフローチャートである。 撮影イメージの説明図である。 画像抽出の説明図である。 展開画像作成の説明図である。 報告書用展開画像の一例を示す図である。

符号の説明

１ 撮影すべき管（下水管）
１ａ マンホール
２ 移動体（船体）
３ 撮影装置
４ 情報処理装置（画像処理装置）
５ ウィンチ
５ａ ワイヤー
６ ウィンチ回転数検出器
７ ケーブルリール
７ａ ケーブル
３１ カメラ
３１ａ 外部同期信号
３１ｂ 映像信号
３２ モータ
３３ 回転角度検出器
３３ａ 回転角度信号
３４ 傾斜角度検出器
３４ａ 傾斜角度信号
３５ データ処理装置

Claims (3)

1. 流水が存在する管内を管軸方向に移動する移動体と、この移動体に搭載され、移動体の移動方向を回転軸として回転可能な撮影手段とを有する管内撮影装置において、
   撮影手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   上記撮影手段の水面に対する傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
   移動体の管内における移動位置を検出する移動位置検出手段と、
   上記撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように上記撮影手段の撮影時期を制御する制御手段と、
   上記回転角度検出手段からの回転角度情報、上記移動位置検出手段からの移動位置情報、上記撮影手段からの撮影画像情報及び傾斜角度検出手段からの傾斜角度情報に基づいて、上記管の内面画像を作成する手段であって、上記隣接する画像が互いに重複する領域のうち、上記傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が小である方の領域の画像を用いて上記管の内面画像を作成する内面画像作成手段と、
   を備えることを特徴とする管内撮影装置。
2. 流水が存在する管内を管軸方向に移動する移動体と、この移動体に搭載され、移動体の移動方向を回転軸として回転可能な撮影手段とを有する管内撮影装置において、
   撮影手段の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
   上記撮影手段の水面に対する傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、
   移動体の管内における移動位置を検出する移動位置検出手段と、
   上記撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように上記撮影手段の撮影時期を制御すると共に、上記撮影手段により撮影される複数の画像のうち、上記管の軸方向に隣接する画像が互いに重複する領域を有するように上記撮影手段の撮影時期を制御する制御手段と、
   上記回転角度検出手段からの回転角度情報、上記移動位置検出手段からの移動位置情報、上記撮影手段からの撮影画像情報及び傾斜角度検出手段からの傾斜角度情報に基づいて、上記管の内面画像を作成する手段であって、上記管の円周方向に隣接する画像が互いに重複する領域及び上記管の軸方向に隣接する画像が互いに重複する領域のうち、上記傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が小である領域の画像を用いて上記管の内面画像を作成する内面画像作成手段と、
   を備えることを特徴とする管内撮影装置。
3. 請求項１又は２記載の管内撮影装置において、上記内面画像作成手段が作成する上記管の内面画像は、管の内面の展開画像であることを特徴とする管内撮影装置。

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